Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Hochfrequenz-Bauelement nach der Gattung des Anspruchs 1 oder 3. Aus der DE-Patentan eldung P 28 58 369.9 ist eine Flachspule bekannt, bei der die Summe von den Isolationsabständen zwischen den Windungen und von den Breiten der Leiterbahnen, den Abmessungen der parallel oder in Reihe zur Spule zu schaltenden Bauelementen angepaßt ist. Der Isolationsabstand zwi¬ schen den Windungen nimmt mindestens in Teilbereichen von innen nach außen zu, so daß die parasitären Wicklungskapazitäten verringert werden. Diese Maßnahme bringt den Vorteil mit sich, daß die Grenz¬ frequenz der Spule erhöht wird. Die maximal erreichbare Induktivität der Spule bei Hochfrequenz ist bei der bekannten Flachspule begrenzt.

Aus der DE-OS 33 22 004 ist ein induktives Bauelement bekannt, das eine auf einem Isolierträger in Form von gedruckten Leiterbahnen aufgebrachte Spule und einen geschlossenen Ferritkern aufweist. Mit dieser Anordnung können somit Übertrager realisiert werden. Der Iso¬ lierträger besteht aus einem elastischen Werkstoff, der nach einer Verformung selbsttätig in seine Planlage zurückfedert. In dem Iso-

lierträger sind Aussparungen zur Aufnahme des Ferritkerns sowie in diese mündende Einführungsschlitze für den Kern vorgesehen. Der den Ferritkern durchsetzende Steg und der von zwei benachbarten Stützen begrenzte Abschnitt des Isolierträgers bilden eine federnde Zunge, die zum Einführen des Kerns in die Aussparungen aus der Ebene des Isolierträgers aushebbar ist und nach dem Loslassen unter Wirkung ihrer Eigenelastizität in die Planlage zurückfedert, wobei der Zun¬ gensteg den Ferritkern in den Aussparungen zentriert und festhält. Auch bei diesem induktiven Element gibt es eine Grenze für den In¬ duktivitätswert bei Hochfrequenz. Eine Induktivitätssteigerung ist durch Windungszahlerhöhung zwar prinzipiell möglich, aber es muß ei¬ ne unerwünschte Zunahme der Streuinduktivität in Kauf genommen wer¬ den, da die Entfernung der in einer Ebene _, angeordneten Leiterbahnen vom Kern mit zunehmender Windungszahl ebenfalls zunimmt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Hochfrequenz-Bauelement weist den Vorteil auf, daß bei gleichem Flächenbedarf wie bisher Spulen hoher Güte mit na¬ hezu beliebigen Induktivitätswerten bei Hochfrequenz realisierbar sind. Auf wenigstens zwei übereinander liegenden flexiblen, von¬ einander isolierten Trägern sind Leiterbahnen angeordnet. Die elek¬ trischen Leiter sind zusammen mit den Trägern geeignet aufgeschnit¬ ten und durch eine oder mehrere dazwischenliegenden Brücken wieder verbunden, die entsprechende Leiterstücke aufweisen, so daß ge¬ schlossene Windungen entstehen. Die auf den zusätzlichen Isolier¬ trägern angeordneten Leiterstücke sind durch eine Lötverbindung oder mittels Thermokompression nach Art der Multilayerschaltungen mit den auf den Trägern angeordneten Leiterbahnen kontaktiert. Auf der Un¬ terseite des untersten Trägers oder der untersten Brücke und/oder auf der Oberseite des obersten Trägers oder der obersten Brücke sind im Verlauf der Leiterbahnen oder an den Leiterbahnenden Kontaktie-

rungsstellen für auf Oberflächen montierbare elektrische Bauelemente (SMD = Surface Mounted Device) ausgebildet.

Ein Vorteil ist es, daß der verwendete Magnetkern nach seiner Ein¬ führung in die Aussparungen des Trägers unverlierbar mit diesen ver¬ bunden ist, ohne daß es besonderer, zusätzlicher Maßnahmen und Vor¬ kehrungen zur Lagesicherung des Kerns in den Aussparungen bedarf. Ein Herausfallen der Kerne beim Transport von der Bestückungsstation zu einer weiteren Station, beispielsweise einer Lötstation, ist so¬ mit ausgeschlossen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor¬ teilhafte Weiterbildungen des in den Ansprüchen 1 oder 3 angegebenen Hochfrequenz-Bauelements möglich.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Bauelemen¬ tes ist die Summe von Isolationsabst nden zwischen den Windungen und von Breiten der Leiterbahnen den Abmessungen der SMDs angepaßt. Mit dieser Ausgestaltung der Spule ergibt sich die Möglichkeit, vorge¬ gebene, leicht erhältliche SMDs zu verwenden und die Ausgestaltung der Spulen daran anzupassen. SMDs mit Sonderabmessungen sind somit nicht erforderlich.

Das erfindungsgemäße Hochfrequenz-Bauelement ist nicht auf die Re¬ alisierung von nur einer beschalteten Spule bzw. eines Übertragers beschränkt. Auf einer Trägerfolie können ohne weiteres mehrere mit oberflächenmontierbaren Bauelementen beschaltete Spulen realisiert werden. Auf diese Weise können komplette aktive und passive Hochfre¬ quenzschaltungen mit hervorragenden elektrischen Daten kostengünstig realisiert werden. Insbesondere wird eine hohe Betriebsfreguenz der Schaltungen und eine hohe Packungsdichte der Bauelemente erreicht.

In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfre¬ quenz-Bauelementes sind mehrere Spulen nebeneinander zweireihig an¬ geordnet, wobei die aushebbaren Zungen der einen Spulenreihe und der anderen Spulenreihe im Flächenbereich zwischen den beiden Reihen vorgesehen sind, so daß nur eine schmale Brücken pro Schicht für alle Spulen benötigt wird. Der Schichtaufbau und die Zentrierung der einzelnen Schichten zueinander vereinfacht sich dadurch erheblich, weil jeder Arbeitsschritt alle Spulen gleichzeitig erfaßt.

Mit dem erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Bauelement lassen sich alle denkbaren elektronischen Schaltungen mit aktiven und passiven SMDs realisieren. Besonders interessant ist die Realisierung eines Über¬ tragers mit dem Windungszahlverhältnis von 1 : 1, wie er für Allpäs¬ se benötigt wird. Durch eine gegenseitige Überkreuzlage der Pri är- und Sekundärwicklung entsteht eine symmetrische Übertragerschaltung mit identischen Wicklungskapazitäten und einer geringen Streuinduk¬ tivität, so daß sich damit nahezu ideale Übertrager für Allpaßglie¬ der realisieren lassen. Die Wicklungskapazitäten von der Primär- zur Sekundärwicklung lassen sich bei Allpaßgliedern einem an den Über¬ trager anzuschließenden Kondensator zuschlagen. Dadurch hat das re¬ ale Allpaßglied nur die unvermeidlichen ohmschen Verluste und damit die gewünschte minimale Durchgangsdämpfung und die zuvor berechnete Gruppenlaufzeit als Funktion der Frequenz.

Weitere Einzelheiten und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Hoch¬ frequenz-Bauelements ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung.

Zeichnung

Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Hochfrequenz-Bauelement in per¬ spektivischer Darstellung, Figur 2 zeigt detalliert den Aufbau eines

Teils des Hochfrequenz-Bauelements gemäß Figur 1 und Figur 3 zeigt ein Schaltbild eines beschalteten Übertragers.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt ein Hochfrequenz-Bauelement 10 mit einer ersten und einer zweiten Reihe 11, 12 von nebeneinander angeordneten Ringkernen 13, 14, 15, 16. Bei den Ringkernen 13 bis 16 handelt es sich vor¬ zugsweise um Ferrit-Ringkerne, es können jedoch auch andere Kern¬ formen und Materialien Verwendung finden. Die Kerne 13, 14 der er¬ sten Reihe 11 stehen nicht notwendiger Weise genau den Kernen 15, 16 der zweiten Reihe 12 gegenüber. Ebenso ist die Anordnung in zwei Reihen 11, 12 eine besondere Ausgestaltung, es kann auch eine belie¬ bige andere Verteilung der Kerne vorgesehen sein. Die Kerne 13 bis 16 werden von einem aus mehreren elastischen Folien bestehenden Schichtaufbau zusammengehalten. Der Aufbau beginnt mit einer Brük- kenfolie 17, gefolgt von einer Trägerfolie 18, auf die wieder eine Brücke 19 und einen Träger 20 usw. folgen. Der Aufbau wird von einer Brücke 21 abgeschlossen. In den Trägern 18, 20 sind Aussparungen 22 bis 29 zur Aufnahme der Kerne 13 bis 16 vorgesehen. Die Größe der Aussparungen 22 bis 29 ist an die Querschnitte der Kerne 13 bis 16 angepaßt. Die Aussparungen 22 bis 29 münden in Durchbrüchen 30 bis 33 in den Trägern 18, 20. Die Kernlöcher der Kerne 13 bis 16 werden von Stegen in den Trägen 18, 20 durchgriffen, die federnde Zungen 34 bis 37 bilden, die zum Einführen der Kerne 13 bis 16 in die Ausspa¬ rungen 22 bis 29 aus der Ebene der Träger 18, 20 aushebbar sind und nach Loslassen selbsttätig in ihre Planlage zurückfedern. Dadurch werden die Kerne 13 bis 16 nach der Montage unverlierbar in den Aus¬ sparungen 22 bis 29 festgehalten, ohne daß es einer zusätzlichen Transportsicherung gegen Herausfallen bedarf. Die Brücken 17, 19, 21 sind in der Art ausgebildet, daß sie über den Durchbrüchen 30 bis 33

sowie über einen aus dem Kernloch herausragenden Teil der Zungen 34 bis 37 zu liegen kommen. Ihre Aufgabe ist es, die durch die Ausspa¬ rungen 22 bis 29 und die Durchbrüche 30 bis 33 entstandenen Unter¬ brechungen von Leiterbahnen wieder zu schließen.

Auf dem obersten Träger 20 und der obersten Brücke 21 sind in dem Bereich der Kerne 13 bis 16 SMDs 38 bis 41 vorgesehen. Diese SMDs 38 bis 41 sind mit Leiterbahnen der Spulenwicklungen und anderen Lei¬ terbahnen verbunden. Alle Leiterbahnen sind zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit in der Figur 1 nicht dargestellt. Die räumliche Anordnung sowie die Anzahl der Bauelemente 38 bis 41 ist willkürlich gewählt.

Alle Träger und Brücken 17 bis 21 werden an einem Ende des Hochfre¬ quenz-Bauelements 10 von einem Zentrierstift 42 fixiert. An einem in Figur 1 nicht gezeigten zweiten Ende des Hochfrequenz-Bauelements 10 ist,ein weiterer Zentrierstift zur Fixierung der Folien 17 bis 21 vorgesehen. Der gesamte Schichtaufbau wird demnach von nur zwei Fixierstiften 42 ausgerichtet.

Figur 2 zeigt detailliert einen Ausschnitt des Schichtaufbaus des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Bauelements 10 gemäß Figur 1 im Be¬ reich eines der Kerne 13 bis 16. In den Figuren 1 und 2 sind die¬ selben Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Auf der Un¬ terseite 50 des Trägers 18 ist flächenhaft eine Leiterbahn 51 auf¬ gebracht, die um eine Aussparung 52 und einen Durchbruch 53 im Trä¬ ger 18 herum rechteckig ausgeführt ist und die ein Anschlußstück 54 aufweist. Im Verlauf der Leiterbahn 51 befindet sich auf der Unter¬ seite 50 eine Kontaktierungsstelle 55 für ein SMD, das auf der Un¬ terseite 50 des Trägers 18 angeordnet ist. Auf der Oberseite 56 des Trägers 18 sind zwei Leiterbahnen 57, 58 in rechteckiger Form um die Aussparung 52 herum flächig angeordnet. Die Leiterbahn 57 weist ein

erstes und zweites Ende 59, 60 auf. An dem einen Ende 60 ist eine Durchkontaktierung 61 zur Unterseite 50 des Trägers 18 vorgesehen. Die Leiterbahn 58 weist ein Leiterbahnende 62 und ein Leiterbahnende 63 auf. Aus den Leiterbahnen 51, 57, 58 entstehen Windungen durch die auf den Brücken 17, 19 angeordneten Leiterstücke, die den Durch¬ bruch 53 überbrücken. Auf der Brücke 17 ist ein Leiterstück 64 vor¬ gesehen, daß die auf der Unterseite 50 des Trägers 18 befindliche Leiterbahn 51 über den Durchbruch 53 hinweg verlängert. Damit, aus¬ gehend von dem Anschlußstück 54 der Leiterbahn 51, eine geschlossene Wicklung entstehen kann, ist die Durchkontaktierung 61 zur Leiter¬ bahn 57 auf der Oberseite 56 des Trägers 18 vorgesehen, die mit dem Leiterstück 64 auf der Brücke 17 kontaktiert wird.

Auf der Unterseite 65 der Brücke 19 ist ein erstes und zweites Lei¬ terstück 66, 67 angeordnet. Das erste Leiterstück 66 verbindet das Leiterbahnende 59 des Leiters 57 mit dem Leiterbahnende 63 des Lei¬ ters 58 auf dem Träger 18. Das zweite Leiterstück 67 verbindet das Leiterbahnende 62 der Leiterbahn 58 über eine Durchkontaktierung 68 in der Brücke 19 mit Leiterbahnen, die auf dem zweiten Träger 20 an¬ geordnet sind.

Bevor die Brücken 17, 19 mit den Trägern 18 in Kontakt gebracht wer¬ den, wird in den Träger 18 ein in Figur 2 nicht gezeigter Kern 13 bis 16 in die Aussparung 52 sowie in eine Aussparung 69 eingebracht. Hierzu wird eine von den Aussparungen 52, 69 und von Durchbrüchen 53, 70, 71 begrenzte, aushebbare Zunge 72 aus der Ebene des Trägers 18 soweit herausgehoben, daß der Ringkern 13 bis 16 eingeführt wer¬ den kann. Nachdem die aushebbare Zunge 72 durch die Elastizität des Folienmaterials des Trägers 18 zurückgefedert ist, ist der Kern un¬ verlierbar eingeschlossen. Danach erfolgt die Aufbringung der Brük- ken 17 auf die Unterseite 50 bzw. der Brücken 19 auf die Oberseite 56 des Trägers 18, beispielsweise mittels Thermokompression oder durch Löten.

Um den Durchbruch 69 herum sind aus Vereinfachungsgründen keine Lei¬ terbahnen eingezeichnet. Hier kann dieselbe oder eine ähnliche Lei¬ terbahnstruktur vorgesehen sein, wie sie um die Aussparung 52 herum angeordnet ist.

Der Schichtaufbau wird mit dem Träger 20 fortgesetzt. Aussparungen 73, 74 und Durchbrüche 75, 76, 77 begrenzen auch in diesem Träger 20 eine aushebbare Zunge 78. Die Ringkerne 13 bis 16 werden über die Zunge 78 geschoben, die aus der Ebene herausgehoben ist.

Der Träger 20 weist auf seiner Oberseite 79 eine Leiterbahnstruktur auf, bestehend aus einer ersten Leiterbahn 80 und einer zweiten Lei¬ terbahn 81. Beide Leiterbahnen 80, 81 sind rechteckförmig um die Aussparung 73 und den Durchbruch 75 im Träger 20 herum angeordnet. Die erste Leiterbahn 80 weist ein erstes Leiterbahnende 82 und ein zweites Leiterbahnende 83 auf. Die zweite Leiterbahn 81 weist ein erstes Leiterbahnende 84 und ein zweites Leiterbahnende 85 auf. Wei¬ terhin sind auf der Oberfläche 79 des Trägers 20 SMDs 86, 87 vorge¬ sehen. Ein erstes SMD 86 ist mit einem seiner Anschlußstücke 88 mit der ersten Leiterbahn 80 verbunden, die zu diesem Zweck eine Kontak- tierungsstelle 89 aufweist. Das andere Anschlußstück 90 des SMDs 86 steht über eine Kontaktierungsstelle 91 in Verbindung mit einer wei¬ teren auf der Oberfläche 79 angeordneten Leiterbahn 92. Das andere SMD 87 ist mit einem seiner Anschlußstücke 93 mit der zweiten Lei¬ terbahn 81 verbunden, deren zweites Leiterbahnende 85 zu diesem Zweck als Kontaktierungsstelle ausgebildet ist.

Eine Weiterführung der Windungen um den Kern 13 bis 16 mit den Lei¬ terbahnen auf dem Träger 18, 20 wird erhalten mit einer am ersten Leiterbahnende 82 des ersten Leiters 80 vorgesehenen Durchkontak¬ tierung 94 durch den Träger 20, die eine Verbindung zu der Durch¬ kontaktierung 68 in der Brücke 19 herstellt. Die erste Leiterbahn 80

stellt somit einen Teil der ersten Windung auf dem Träger 20 dar. Eine geschlossene Wicklung wird erhalten, wenn das zweite Leiter¬ bahnende 83 des ersten Leiters 80 mit dem ersten Leiterbahnende 84 der zweiten Leiterbahn 81 verbunden wird. Dazu ist die Brücke 21 vorgesehen, die in Figur 2 nicht mehr gezeigt ist. Auf dieser Brük- ke 21 befinden sich Verbindungsleiterstücke in gleicher Weise wie sie auf der Brücke 19 mit den darauf angeordneten Leiterstücken 66, 67 ausgeführt sind. Gegebenenfalls sind in der Brücke 21 Aussparun¬ gen für die SMDs 86, 87 vorzusehen.

Zur weiteren Windungs- und damit Induktivitätserhöhung der Spule können weitere Brücken und Träger wechselweise geschichtet vorgese¬ hen sein, bis die erforderliche Windungszahl erreicht ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 sind auf den Trägern 18, 20 jeweils in einer Ebene nebeneinander zwei Leiterbahnen 57, 58 bzw. 80, 81 angeordnet. Prinzipiell sind auch mehrere nebeneinander liegende Leiterbahnen möglich, jedoch muß dann mit einer kleinen Zu¬ nahme der Streuinduktivität der Spule gerechnet werden, da die von den Aussparungen 52, 69 bzw. 73, 74 weiter entfernt liegenden Lei¬ terbahnen ein magnetisches Streufeld im Außenbereich der Kerne 13 bis 16 erzeugen.

Figur 3 zeigt ein Schaltbild eines linearen Netzwerkes, hier als Beispiel einen Allpaß, für dessen Realisierung sich das erfindungs¬ gemäße Hochfrequenz-Bauelement in besonderer Weise eignet. Der All¬ paß verzögert ein an seinem Eingang 100 liegendes Eingangssignal an seinem Ausgang 101 um einen frequenzabhängigen Betrag. Eine Dämpfung des Signals tritt im Idealfall nicht auf. Die frequenzabhängige Pha¬ senverschiebung zwischen Ein- und Ausgangssignal ist gleichbedeutend mit einer frequenzabhängigen Signallaufzeit, womit der Allpaß zur Laufzeitentzerrung von Signalen eingesetzt werden kann.

Der erste Eingangsanschluß 102 ist verbunden mit einem Kondensator 103, der zum ersten Ausgangsanschluß 104 führt, und mit dem ersten Teil 105 der Primärwicklung 105 eines Übertragers 106. Der zweite Teil der Primärwicklung 107 ist mit einem ersten Teil der Sekundär¬ wicklung 108 sowie über eine aus einem Kondensator 109 und einer Spule 110 bestehenden Reihenschaltung mit dem zweiten Eingangsan¬ anschluß 111 und dem zweiten Ausgangsanschluß 112 verbunden. Der erste Teil der Sekundärwicklung 108 ist über den zweiten Teil der Sekundärwicklung 113 mit dem ersten Ausgangsanschluß 104 verbunden. Der Übertrager 106 enthält einen Kern 114, der beispielsweise einer der Kerne 13 bis 16 ist. Der in Figur 3 gezeigte Allpaß kann vor¬ teilhaft mit dem in Figur 2 gezeigten Schichtaufbau realisiert wer¬ den. Der erste Teil der Primärwicklung 105 ist beispielsweise durch die Leiterbahnen 51, 57, 58 auf dem Träger 18 realisiert. Der zweite Teil der Primärwicklung 107 wird dann um die Aussparung 69 und den Durchbruch 70 herum angeordnet. Der erste Teil der Sekundärwicklung 108 wird beispielsweise durch die Leiterbahnen 80, 81 auf dem Träger 20 realisiert und der zweite Teil der Sekundärwicklung 113 durch Leiterbahnen, die um die Aussparung 74 und den Durchbruch 77 herum angeordnet. Diese spezielle Aufteilung der Primär- und Sekundärwick¬ lung des Übertragers 108 bedeutet eine räumliche Zuordnung des er¬ sten Teils der Primärwicklung 105 zum zweiten Teil der Sekundärwick¬ lung 113 bzw. des zweiten Teils der Primärwicklung 107 zum ersten Teil der Sekundärwicklung 108. Durch die gegenseitige Überkreuzlage der Primär- und Sekundärwicklung entsteht eine symmetrische Übertra¬ gerschaltung mit identischen Wicklungskapazitäten und einer geringen Streuinduktivität, so daß sich damit nahezu ideale Übertrager reali¬ sieren lassen. Die Wicklungskapazität von der Primär- zur Sekundär¬ wicklung läßt sich bei dem Allpaßglied gemäß Figur 3 dem Kondensator 103 zurechnen. Dadurch hat das- reale Allpaßglied nur die unvermeid¬ lichen ohmsehen Verluste und damit die gewünschte minimale Durch¬ gangsdämpfung und die zuvor berechnete Phasenverschiebung bzw. Grup-

penlaufzeit als Funktion der Frequenz. Die beiden Kondensatoren 103, 109 sind beispielsweise die in Figur 2 gezeigten SMDs 86, 87. Die Anschlußpunkte mit den Kontaktierungsstellen 85, 89 sind in Figur 2 nur exemplarisch eingezeichnet und stimmen mit den tatsächlichen An¬ schlüssen der Kondensatoren 103, 109 aus Figur 3 nicht überein. D e Spule 110 enthält eine Kern 115, der einer der Kerne 13 bis 16 ist.

Die Leiterbahnstrukturen lassen sich zum Erreichen von besonderen elektrischen Eigenschaften modifizieren. Beispielsweise ist auch die Leiterbahnbreite mit zunehmender Windungszahl erhöhbar, so daß die ohmschen Verluste durch die verlängerte Leitungsführung nicht weiter erhöht werden. In bestimmten Bereichen, insbesondere dort, wo SMDs 86, 87 vorgesehen sind, ist die geometrische Aufteilung der Leiter¬ bahnen in der Ebene den Abmessungen der SMDs 86, 87 anzupassen. Dazu kann beispielsweise die Summe von den Isolationsabstanden zwischen den Windungen und von den Breiten der Leiterbahnen vorgegeben werden.

Eine Modifizierung der Anordnung gemäß Figur 2 ist dadurch gegeben, daß die Durchbrüche 53, 70 bzw. 75, 77 nicht mehr parallel zueinan¬ der angeordnet sind, sondern einen solchen Verlauf haben, daß die Breite der von Durchbrüchen 53, 70 bzw. 75, 77 begrenzten Abschnitte der Zungen 72, 78 in Richtung auf die Durchbrüche 71 bzw. 77 hin ab¬ nimmt. Diese Formgebung der Zungen 72, 78 erleichtert die Einführung der Kerne 13 bis 16, weil der Zungenanfang wesentlich schmaler ist als der Lochdurchmesser der Kerne.

Das vorgeschlagene Hochfrequenz-Bauelement ist nicht nur zur Halte- rung von Einlochkernen, sondern auch von Mehrlochkernen geeignet. Hierbei wird jedes Kernloch von einer federnden Zunge durchgriffen, die gleiche oder ähnliche Form haben kann wie die in den Figuren 1 und 2 gezeigten Zungen 34 bis 37, 72, 78. Mit dem erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Bauelement lassen sich somit auch lineare Netzwerke realisieren, die komplizierte Übertrager enthalten.