DE69231827T2

DE69231827T2 - Verfahren zur Herstellung von magnetischer Vielschicht-Komponenten

Info

Publication number: DE69231827T2
Application number: DE69231827T
Authority: DE
Inventors: Debra Anne Fleming; Johnson, Jr.; Warren William Rhodes; Apurba Roy; John Thomson Jr.
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1992-01-09
Filing date: 1992-12-10
Publication date: 2001-11-22
Anticipated expiration: 2012-12-11
Also published as: EP0550974B1; US5239744A; JP2607023B2; JPH0684675A; EP0550974A2; EP0550974A3; DE69231827D1

Description

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen magnetischen Komponenten, wie beispielsweise Transformatoren und Induktoren, und insbesondere ein verbessertes Verfahren zur Herstellung derartiger Komponenten, das entfernbare Abstandshaltergebiete verwendet, um in einem Isolierkörper getrennte magnetische Gebiete zu bilden.

Allgemeiner Stand der Technik

Statische magnetische Vorrichtungen, wie beispielsweise Transformatoren und Induktoren, sind wesentliche Elemente in einer großen Vielfalt von Schaltungen, die Energiespeicherung und -umwandlung, Impedanzanpassung, Filterung, Unterdrückung elektromagnetischer Störungen, Spannungs- und Stromumwandlung und Resonanz erfordern. Diese Vorrichtungen, wie sie historisch aufgebaut waren, waren im allgemeinen klobig, schwer und teuer bei der Herstellung im Vergleich zu anderen Schaltungskomponenten. Manuelle Tätigkeiten, wie beispielsweise das Wickeln von leitendem Draht um Magnetkerne, dominierten die Produktionskosten.
Ein neuer Ansatz bei der Herstellung derartiger Vorrichtungen wurde in dem am 11. November 1992 veröffentlichten Patent EP-A-0512 718 (Grader et al.) beschrieben.
Bei dem Ansatz von Grader et al. werden Keramikpulver mit organischen Bindemitteln vermischt, um magnetische bzw. isolierende (unmagnetische) ungebrannte Keramikbänder zu bilden. Eine magnetische Vorrichtung wird hergestellt, indem Schichten mit geeigneten zweidimensionalen Mustern aus magnetischen und isolierenden Gebieten geformt werden und die Schichten gestapelt werden, um eine Struktur mit wohldefinierten magnetischen und isolierenden unmagnetischen Gebieten zu bilden. Leiter werden wie erforderlich auf die isolierenden Gebiete gedruckt, und die resultierende Struktur wird bei einer Temperatur von 60-80ºC unter niedrigem Druck im Bereich 500-3000 psi laminiert. Die laminierte Struktur wird bei einer Temperatur zwischen 800 und 1400ºC gebrannt, um eine gemeinsam gebrannte Verbundstruktur der magnetischen Komponente zu bilden.
Wenn dieser Ansatz verwendet wird, muß besonders darauf geachtet werden, daß die verwendeten Materialien sich thermisch miteinander vertragen. Das magnetische und das Isoliermaterial müssen kompatible Sintergeschwindigkeiten und -temperaturen aufweisen. Eine derartige Kompatibilität wird beispielsweise durch Dotieren des Isoliermaterials mit Metallen erreicht.
Wenn die Materialien nicht in hohem Maße kompatibel sind, reißen sie im allgemeinen während des Sinterprozesses. Selbst wenn sie nicht reißen, können die Restspannungen die magnetischen Eigenschaften der Vorrichtung durch Magnetostriktion beträchtlich degradieren. Dementsprechend besteht ein Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen magnetischen Komponenten, das im Hinblick auf Unterschiede bei den Sinter- und Wärmeausdehnungseigenschaften der keramischen Ausgangsmaterialien toleranter ist.
DE 36 28 021 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Komponente, das umfaßt, einen Stapel aus mehreren folienartigen ungebrannten Keramikmaterial zu bilden und den Stapel so zu verarbeiten, daß ein gesinterter monolithischer Körper resultiert. Eine oder mehrere der ungebrannten Folien umfaßt eine Struktur aus thermisch entfernbarem Material, das derart ausgewählt ist, daß das entfernbare Material während der Verarbeitung des Stapels sich verflüchtigt, was zum Vorliegen eines Hohlraums vorbestimmter Geometrie in dem gesinterten monolithischen Körper führt. Der Hohlraum wird dann mit flüssigem Metall gefüllt, was zur Bildung eines Leiters vorbestimmter Form innerhalb des monolithischen Körpers führt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, wie es in Anspruch 1 definiert ist.
Es wurde entdeckt, daß mehrschichtige magnetische Komponenten mit reduziertem Reißen und magnetischer Degradation hergestellt werden können, indem Schichten mit Mustern aus magnetischen und isolierenden Gebieten gebildet werden, die durch Gebiete getrennt sind, die sich während des Sinterns entfernen lassen. Vorteilhafterweise werden beim Stapeln der Schichten Schichten aus entfernbarem Material zwischen magnetischen Gebieten und isolierenden Gebieten angeordnet, um beim Sintern einen Magnetkern innerhalb eines Isolierkörpers zu erzeugen, wobei der Kern von einer dünnen Schicht aus freiem Raum im wesentlichen vollständig umgeben ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine dreidimensionale durchsichtige Strichzeichnung einer fertiggestellten magnetischen Verbundvorrichtung;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht der magnetischen Verbundvorrichtung von Fig. 1;
Fig. 3 ein Verfahren zur Herstellung von
Schichten, die sich bei der Fertigung der Vorrichtung von Fig. 1 und 2 eignen; und
Fig. 4-16 planare Ansichten der individuellen Schichten der magnetischen Verbundvorrichtung von Fig. 1 und 2.

Ausführliche Beschreibung

Fig. 1 ist eine dreidimensionale durchsichtige Zeichnung einer beispielhaften magnetischen Verbundvorrichtung. Diese Vorrichtung ist als ein Mehrwindungstransformator mit einem ringförmigen Magnetkern aufgebaut. Der ringförmige Kern umfaßt vier Abschnitte 101 bis 104, von denen jeder aus mehreren Schichten aus ungebranntem keramischen Band mit hoher magnetischer Permeabilität aufgebaut ist. Die Abschnitte 102 und 104 sind von leitenden Wicklungen 105 bzw. 106 umgeben. Diese Wicklungen bilden die Primär- und Sekundärwicklung eines Transformators. Alternativ dazu könnten die Wicklungen in Reihe angeschlossen sein, so daß die Struktur wie ein Induktor mit mehreren Windungen funktioniert. Die Wicklungen 105 und 106 werden gebildet, indem Paare von Leiterwindungen auf mehrere isolierende Schichten aus unmagnetischem ungebrannten Keramikband gedruckt werden, wobei jede isolierende unmagnetische Schicht geeignete Aperturen aufweist, um die Abschnitte aus geschichteten Einsatzstücken aus magnetischem ungebrannten Band und periphere Gebiete aus entfernbarem Material, die zwischen dem unmagnetischen Material und dem magnetischen Material angeordnet sind, aufzunehmen. Die auf jede Schicht gedruckten Windungen werden mit Windungen der anderen Schichten über leitende Kontaktlöcher 107 (d. h. Durchgangslöcher, die mit leitendem Material gefüllt sind) verbunden.
Zusätzliche isolierende unmagnetische Schichten werden verwendet, um die Abschnitte 101 und 103 der Magnetbandabschnitte aufzunehmen und die obere und untere Struktur der Komponente zu bilden. In jedem Fall sind Gebiete aus Material (in Fig. 1 nicht gezeigt) vorgesehen, um die magnetischen und unmagnetischen Gebiete zu trennen. Leitende Kontaktlöcher 108 werden verwendet, um die Enden der Wicklungen 105 und 106 mit Anschlußkontaktstellen 109 auf der oberen Oberfläche der Vorrichtung zu verbinden. Die isolierenden unmagnetischen Gebiete der Struktur sind mit 110 bezeichnet. Durch Stromerregung der Wicklungen 105 und 106 wird in dem durch die Abschnitte 101-104 des ringförmigen Kerns definierten geschlossenen Magnetweg ein Magnetfluß erzeugt. Der Flußweg in dieser Ausführungsform ist in einer vertikalen XZ-Ebene.
Die beim Aufbau der Vorrichtung von Fig. 1 verwendeten Schichten aus ungebranntem Keramikband sind vorteilhafterweise diejenigen, die in der obenerwähnten Anmeldung von Grader et al. beschrieben werden. Bei den Keramikmaterialien kann es sich besonders um Spinellferrite der Form M1+xFe2-yOa-2, wobei die Werte für x, y und z sowohl positive als auch negative Zahlwerte annehmen können. Das M-Material enthält normalerweise mindestens eines der Elemente Mn, Ni, Zn, Fe, Cu, Co, Zr, V, Cd, Ti, Cr und Si. Bei dem Material mit hoher magnetischer Permeabilität kann es sich um ein MnZn-Ferrit handeln, und das isolierende Material mit niedriger Permeabilität kann ein Ni-Ferrit sein. Um Unterschiede bei den Sintertemperaturen und -geschwindigkeiten auf ein Minimum zu reduzieren, kann das Ni-Ferrit mit niedriger Permeabilität mit Kupferoxid in einer Menge zwischen 2 und 15% dotiert werden. Die Ferrite können in organischen Bindemitteln, wie beispielsweise Polyvinylbutyral, Methylcellulose oder Polyvinylalkohol, gemischt werden und zu entfernbaren ungebrannten Bändern mit einer typischen Dicke im Bereich 2-15 Milli-Inch geformt werden. Es versteht sich, daß die Ausdrücke "magnetisch" und "unmagnetisch", wie sie auf derartige Materialien angewendet werden, sich auf Materialien mit hoher Permeabilität bzw. niedriger Permeabilität beziehen. Leiter können gedruckte leitende Farben sein, die Teilchen aus Palladium oder einer Palladium- Silberlegierung enthalten, wie sie beispielsweise im Handel von der Firma Ceronics, Inc., Matawan, New Jersey, erhältlich ist.
Bei dem Herstellungsprozeß sind die Gebiete aus Material mit hoher Permeabilität und Material mit niedriger Permeabilität durch Gebiete aus entfernbarem Material getrennt. Ein entfernbares Material ist eins, das vor der Beendigung der Sinterung durch Verdampfen, Sublimation, Oxidation oder Pyrolyse dissipiert. Zu derartigen Materialien zählen Polyethylen, Cellulose, Stärke, Nitrocellulose und Graphit. Teilchen aus diesen Materialien können mit den gleichen Arten von organischen Bindemitteln wie die Ferrite vermischt werden und können zu Bändern gleicher Dicke gebildet werden.
Der Effekt dessen, die magnetischen und unmagnetischen Gebiete durch entfernbares Material zu trennen, besteht darin, eine Vorrichtung mit physisch getrennten Gebieten, wie in Fig. 2 gezeigt, zu erzeugen. Insbesondere ist Fig. 2 eine Querschnittsansicht parallel zu der XZ-Ebene der Vorrichtung von Fig. 1 und zeigt die individuellen Bandschichten und die Beabstandung zwischen Gebieten. Glied 201 ist eine isolierende unmagnetische Bandschicht. Glied 202 enthält Schichten aus unmagnetischem Band mit jeweils einer Apertur, in der ein magnetischer Abschnitt 211 (in Fig. 1 als 101 gezeigt) in einer beabstandeten Beziehung zu dem isolierenden Band angeordnet ist. Die Anzahl der Schichten, die verwendet wird, um die Glieder 202 und 211 zu bilden, wird durch die erforderliche magnetische Querschnittsfläche bestimmt. Die den nächsten Abschnitt bildenden Glieder 203-207 enthält Einzelschichten aus isolierendem unmagnetischem Band mit Aperturen, um Abschnitte 212 und 213 aus magnetischem Material (die in Fig. 1 als Glieder 102 und 104 gezeigt sind) aufzunehmen. Die Glieder 203 bis 206 enthalten Leiterwindungen 214 und 216, die auf jede individuelle Schicht gedruckt sind. In dieser besonderen Darstellung ist eine Wicklung mit vier Windungen gezeigt. Es versteht sich, daß viele hinzugefügte Windungen möglich sind, indem die Anzahl der Schichten erhöht wird und indem mehrere konzentrische Windungen auf jede Schicht gedruckt werden. Das Glied 208 ist ähnlich Glied 202 und enthält ein isolierendes unmagnetisches Band mit einer Apertur, die ein beabstandetes magnetisches Einsatzstück 218 enthält. Die obere Zahl 209 ist eine Schicht aus isolierendem unmagnetischem Band. Anschlußkontaktstellen 221 sind auf die obere Oberfläche gedruckt, um die elektrische Verbindung mit den Wicklungen zu erleichtern.
Das Ergebnis dessen, die magnetischen und unmagnetischen ungebrannten Keramikmaterialien durch Gebiete aus entfernbarem Material zu trennen, ist die Bildung eines Kerns hoher Permeabilität innerhalb des isolierenden Keramikmaterials, der jedoch durch ein Beabstandungsgebiete 223 und 224 von dem isolierenden Material physisch getrennt ist. Es kommt zu dieser Beabstandung, da die organischen Bindemittel, die die Teilchen in den Bändern zusammenhalten, während der Wärmebehandlung "ausgebrannt" werden. Während der gleichen Wärmebehandlung zersetzt sich das entfernbare Band in Dampfspezies und verläßt die Struktur durch die Poren zwischen den noch ungesinterten Keramikteilchen. Da es bei einigen Anwendungen möglicherweise unerwünscht ist, einen vollständig freischwebenden Kern zu haben, können in das entfernbare Band mehrere kleine Pfosten oder Fahnen (nicht gezeigt) aus nicht entfernbarem Material, wie entweder magnetischem oder unmagnetischem Keramikmaterial eingefügt werden, um den Kern an dem Isoliergehäuse zu verankern. Derartige Pfosten oder Fahnen können auch einen verbesserten Widerstand gegenüber einem Zusammenfallen liefern. Die Pfosten oder Fahnen weisen Flächen auf, die im Vergleich zu den Flächen der Gebiete aus entfernbarem Material, in denen sie angeordnet sind, klein sind, wobei in der Regel jeder Pfosten weniger als 5% der Fläche aufweisen wird.
Um magnetische Vorrichtungen unter Verwendung von entfernbaren Beabstandungsgebieten herzustellen, ist es wichtig, daß man Mehrgebietbänder bilden kann, die drei oder mehr unterschiedliche seitliche Gebiete mit spezieller Beabstandung enthalten. Das bevorzugte Verfahren zum Bilden von derartigen Bändern ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Insbesondere stellen Fig. 3A und 3B einen vorläufigen Schritt des Bildens eines Bands aus entfernbarem Material dar, das ein Gebiet aus magnetischem Material enthält. Bei diesem Schritt wird ein Band 301 aus magnetischem Material so angeordnet, daß es über einem Band 302 aus entfernbarem Material liegt. Die gestapelten Schichten werden in eine Stanzpresse eingebracht, die aus einem Oberwerkzeug 303 in Registrierung mit einem Unterwerkzeug 304 mit einem ausgenommenen Teil 305 mit nominell der gleichen Breite wie der Stempel besteht. Der Stempel 303 wird so eingestellt, daß er den Boden der Schicht 301 an den Boden der Schicht 302 stanzt. Wie in Fig. 3B gezeigt, führt Druck von dem Stempel 303 zu dem Einführen eines Gebiets 306 aus magnetischem Material aus dem Band 301 in das entfernbare Band, um ein neues Zweigebietsband 307 zu erzeugen. Das entsprechende Gebiet 308 des entfernbaren Bands wird in den ausgenommenen Teil der Matrize 304 ausgestoßen.
Bei dem nächsten, in Fig. 3C und 3D gezeigten Schritt wird ein Teil des Zweigebietsbands 307 in ein unmagnetisches isolierendes Band eingeführt, um ein Dreigebietsband zu erzeugen. Insbesondere wird das Zweigebietsband 307 so angeordnet, daß es über einem Band aus unmagnetischem isolierenden Material 309 liegt. Mit einem breiteren Stempel 310 mit Matrize 311 und ausgenommenem Gebiet 312 werden dann das magnetische Gebiet 306 und periphere Teile aus entfernbarem Material in die Schicht 309 eingeführt. Das Ergebnis ist ein Mehrgebietsband 313, das aus einem äußeren Gebiet aus unmagnetischem Material und einem inneren Gebiet aus magnetischem Material, das durch entfernbares Material von dem unmagnetischem Material beabstandet ist, besteht. Der Rand aus entfernbarem Material stellt vorzugsweise eine Beabstandung im Bereich 0,003-0,006 Zoll bereit.
Die Herstellung der magnetischen Vorrichtung von Fig. 1 und 2 unter Verwendung derartiger Mehrgebietsbänder ist unter Bezugnahme auf Fig. 4 bis 16 ersichtlich, die einzelne Schichten der magnetischen Verbundvorrichtung zeigen. Fig. 4 zeigt das untere Glied als eine isolierende unmagnetische Schicht 41. Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf das nächste Glied über der Schicht 41 und umfaßt ein isolierendes unmagnetisches Band 51 mit einem Einsatzstück 52 aus entfernbarem Bandmaterial. Fig. 6 umfaßt ein isolierendes unmagnetisches Band 61 mit einem Einsatzstück 62 aus magnetischem Material, der von dem Band 61 durch eine periphere Schicht 63 aus entfernbarem Material beabstandet ist. Fig. 7 umfaßt ein isolierendes unmagnetisches Band 71, ein Paar magnetischer Einsatzstücke 73 und 74 und ein Gebiet 72 aus entfernbarem Material, das zwischen dem isolierenden Material und dem magnetischen Material angeordnet ist.
Das nächste Glied in der Struktur ist in Fig. 8 gezeigt und umfaßt die isolierende unmagnetische Bandschicht 701, die magnetische Einsatzstücke 705 und 706 enthält, die von dem Band 701 durch periphere Schichten aus entfernbarem Material 703 und 704 getrennt sind. Leiter 707 und 708 sind auf die obere Oberfläche der Bandschicht 701 gedruckt. Diese Leiter 707 und 708 umfassen jeweils eine einzelne Windung der Transformatorwicklungen, die als Wicklungen 105 und 106 von Fig. 1 gezeigt sind. Es ist eine einzelne Windung gezeigt, die jede Apertur umgibt; es können jedoch Mehrfachwindungen, die jede Apertur umgeben, auf jede Schicht gedruckt werden.
Die in Fig. 9 gezeigte nächste Strukturschicht umfaßt eine isolierende unmagnetische Schicht 801 mit magnetischen Einsatzstücken 805 und 806, die durch periphere Gebiete 802 und 803 aus entfernbarem Material beabstandet sind. Die Leiter 807 und 808 sind der zweite Satz von Windungen in den Wicklungen. Sie sind über Kontaktlöcher 809 und 810 mit dem ersten Satz von Windungen verbunden, die auf die in Fig. 8 gezeigte vorausgegangene Schicht gedruckt sind. Die Kontaktlöcher 813 und 814, die ringartige Kontaktstellen auf der Oberfläche der Schicht 801 aufweisen, sind mit den anderen Enden der Wicklungen auf der Schicht 701 verbunden und entsprechen ähnlichen Kontaktlöchern in den obigen Schichten, um mit Anschlußkontaktstellen auf der oberen Oberfläche der Struktur zu verbinden. Die ringartigen Kontaktstellen, die die Kontaktlöcher umgeben, sind enthalten, um die Ausrichtung von Kontaktlöchern in den verschiedenen Schichten zu vereinfachen.
Fig. 10 zeigt den Aufbau des nächsten Glieds und enthält eine isolierende unmagnetische Bandschicht 901 und magnetische Bandeinsatzstücke 904 und 905, die durch periphere Gebiete 902 und 903 aus entfernbarem Material beabstandet sind. Die Leiter 906 und 907 sind der dritte Satz von Windungen in den Wicklungen und sind über Kontaktlöcher 908 und 909 mit dem zweiten Satz von Windungen, die in Fig. 9 gezeigt sind, verbunden. Die Kontaktlöcher 910 und 911 sind mit den Kontaktlöchern 813 und 814 in Fig. 9 verbunden.
Das in Fig. 11 gezeigte nächste Glied enthält eine isolierende unmagnetische Bandschicht 1001 mit zwei magnetischen Einsatzstücken 1004 und 1005, die durch periphere Gebiete 1002 und 1003 aus entfernbarem Material beabstandet sind. Die Wicklungswindungen 1006 und 1007 sind der vierte Satz von Windungen.
Kontaktlöcher 1008 und 1009 verbinden diese Leiter mit den Leitern der vorausgegangenen Schicht von Fig. 10. Die Kontaktlöcher 1010 und 1011 sind Teil des leitenden Wegs, der die Leiter mit der unteren Schicht mit den Anschlußkontaktstellen auf der oberen Oberfläche der Struktur verkoppelt. Obgleich dies die letzte Schicht mit Wicklungen ist, so versteht es sich, daß die Anzahl der Windungen nur beispielhaft ist und daß die Struktur viele zusätzliche Windungen enthalten kann.
Das in Fig. 12 dargestellte Glied enthält eine isolierende unmagnetische Schicht 1101 mit magnetischen Bandeinsatzstücken 1104 und 1105, die durch periphere Gebiete aus entfernbarem Material 1102 und 1103 beabstandet sind. Leitende Kontaktlöcher 1106 und 1107 sind mit den in Fig. 11 gezeigten Leitern verbunden, und die leitenden Kontaktlöcher 1108 und 1109 sind Teil des leitenden Wegs, der die Leiter der unteren Schicht mit den Anschlußkontaktstellen auf der oberen Oberfläche der Struktur verkoppelt.
Fig. 13 ist analog zu Fig. 7. Sie enthält eine isolierende unmagnetische Schicht 130 und Einsatzstücke aus magnetischem Band 132 und 133, die von der Schicht 130 durch ein entfernbares Gebiet 131 getrennt sind. Dieses Glied enthält leitende Kontaktlöcher 134, 135, 136 und 137, die mit entsprechenden Kontaktlöchern der benachbarten Glieder verbunden sind.
Fig. 14 ist analog zu Fig. 6. Sie enthält eine isolierende unmagnetische Schicht 1201 und ein Einsatzstück aus magnetischem Band 1202, die durch ein peripheres Gebiet 1203 aus entfernbarem Material beabstandet sind. Dieses Glied enthält außerdem leitende Kontaktlöcher 1204, 1205, 1206 und 1207, die mit den entsprechenden Kontaktlöchern der benachbarten Glieder verbunden sind.
Das Glied von Fig. 15 ist ähnlich Fig. 5. Es umfaßt eine isolierende unmagnetische Schicht 1301 und ein Einsatzstück 1302 aus entfernbarem Material, um das magnetische Band 1202 von Fig. 14 von nachfolgenden Schichten zu beabstanden. Das Glied 13 nimmt leitende Kontaktlöcher 1304, 1305 1306 und 1307 auf, um entsprechende darunterliegende Kontaktlöcher mit dem oberen Glied zu verbinden.
Das in Fig. 16 gezeigte obere Glied enthält eine isolierende unmagnetische Schicht 1401 und Anschlußkontaktstellen 1402 bis 1405, die jeweils ein leitendes Kontaktloch 1412 bis 1415 enthalten, die eine Verbindung mit den entsprechenden Kontaktlöchern in dem vorausgegangenen Glied von Fig. 15 bereitstellen.
Bei der Herstellung der Vorrichtung von Fig. 1 und 2 werden die in Fig. 4-16 gezeigten Mehrgebietsbänder wie in Fig. 3 dargestellt vorbereitet. Leiter mit einer Zusammensetzung, die mit den Materialien kompatibel ist, werden wie benötigt, um Wicklungen bereitzustellen, auf die Schichten aus isolierendem unmagnetischen ungebrannten Band gedruckt, und die aufeinanderfolgenden Schichten werden in Registrierung gestapelt. Die gestapelte Struktur wird unter niedrigem Druck (500-3000 psi) bei einer Temperatur von 40 bis 80ºC laminiert, und die laminierte Struktur wird bei einer Temperatur zwischen 800 und 1500ºC gebrannt (gesintert), um die resultierende Verbundstruktur der magnetischen Komponente zu bilden. Während der frühen Stufen des Brennens zersetzt sich das entfernbare Material und verläßt die Struktur als flüchtige Spezies. Die verbleibende präzise Beabstandung zwischen den beiden Arten von anteiligem Keramikmaterial verringert Herstellungsprobleme, die auf unterschiedliche Wärmeeigenschaften der beiden Materialien zurückgehen, wodurch Reißen und Degradation, das bzw. die auf Magnetostriktion zurückzuführen sind, reduziert werden.
Eine alternative Anwendung des in Fig. 3 gezeigten Prozesses auf die Herstellung von magnetischen Vorrichtungen betrifft die Bildung von leitenden Elementen, wie beispielsweise Kontaktlöchern 108 und Wicklungen 105 von Fig. 1. Anstatt zur Bildung der leitenden Elemente druckbare leitende Farben zu verwenden, kann man eine Konfiguration aus entfernbarem Material bilden, die der gewünschten Konfiguration leitender Elemente entspricht und nach dem Eliminieren des entfernbaren Materials während des Sinterns die Leerräume mit flüssigem leitenden Material, wie beispielsweise geschmolzenem Metall, wieder auffüllen. Als Beispiel würden gemäß diesem Ansatz Einsatzstücke aus entfernbarem Material statt leitender Farben als Elemente 707 und 708 von Fig. 8, Elemente 807, 808, 809, 810, 813 und 814 von Fig. 9, Elemente 906 bis 911 von Fig. 10, Elemente 1006 bis 1011 von Fig. 11, Elemente 1106 bis 1109 von Fig. 12, Elemente 134 bis 137 von Fig. 13, Elemente 1204 bis 1207 von Fig. 14, Elemente 1304 bis 1307 von Fig. 15 und Elemente 1412 bis 1415 von Fig. 16 verwendet werden. Die Isolierung zwischen aufeinanderfolgenden Windungen der Wicklungen kann durch nicht gezeigte zusätzliche Glieder ähnlich den Gliedern von Fig. 12, die zwischen jedem Satz von Windungen positioniert sind, bereitgestellt werden. Das Ergebnis nach dem Sintern ist die Bildung von Leerräumen innerhalb der Struktur, die der Konfiguration der gewünschten Leiter entsprechen.
Diese Leerräume sind absichtlich zu der Oberfläche hin offen, so daß sie dann mit einem Metall mit einer niedrigen Schmelztemperatur, wie beispielsweise Lot, durch Eintauchen der Struktur in ein Schmelzbad zum Füllen der hohlen Räume gefüllt werden können. Nach dem Eintauchen kann ein Vakuum über dem Bad gezogen werden, um Gase in den schraubenförmigen Hohlräumen zu entfernen, und danach kann Druck auf das Bad ausgeübt werden, um den Fluß von Metall in die Hohlräume sicherzustellen.
Der Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, daß relativ dicke Leiter mit einer hohen Stromführungskapazität gebildet werden können, anstatt dünne gedruckte Schichten. Außerdem können relativ preiswerte Metalle anstelle von teuren leitenden Edelmetallfarben verwendet werden.
Wenngleich die Erfindung in Verbindung mit einer Transformatorstruktur mit leitenden Wicklungen mit vertikalen Achsen beschrieben worden ist, ist es deutlich, daß mit dem gleichen Ansatz Transformatoren mit horizontalen Achsen hergestellt werden können, wie beispielsweise diejenigen, die in der obenerwähnten Anmeldung von Grader et al. beschrieben werden. Er kann auch dazu verwendet werden, noch kompliziertere magnetische Vorrichtungen herzustellen, wie beispielsweise Motoren.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Vorrichtung, mit den folgenden Schritten:

a) Bereitstellen von mehreren folienartigen ungebrannten keramischen Gliedern, wobei mindestens eines der ungebrannten Glieder (z. B. 61, 62, 63 von Fig. 6) ein thermisch entfernbares Material (63) umfaßt;

b) Zusammenbauen der mehreren ungebrannten Glieder zu einem Stapel und Sintern des Stapels derart, daß das thermisch entfernbare Material im wesentlichen entfernt wird und sich eine keramische Verbundstruktur ergibt; dadurch gekennzeichnet, daß

c) mindestens ein ungebranntes Glied (z. B. 61, 62, 63 von Fig. 6) ein erstes Gebiet (62) aus ungebranntem Material mit hoher magnetischer Permeabilität und ein zweites Gebiet (61) aus ungebranntem Isoliermaterial mit niedriger magnetischer Permeabilität umfaßt, wobei zwischen dem ersten und zweiten Gebiet thermisch entfernbares Material (63) angeordnet ist, wodurch nach dem Sintern das erste und zweite Gebiet durch freien Raum getrennt werden, damit auf unterschiedliche thermische Eigenschaften des Materials mit hoher magnetischer Permeabilität und des Materials mit niedriger Permeabilität zurückzuführende Fertigungsspannungen gemildert werden, wodurch Reißen und Degradation, das bzw. die auf Magnetostriktion zurückzuführen sind, reduziert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jedes ungebrannte Glied der mehreren Glieder (z. B. 703-708 von Fig. 8) ein Gebiet (704) aus thermisch entfernbarem Material umfaßt, das zwischen einem ersten Gebiet (706) aus ungebranntem Material mit hoher magnetischer Permeabilität und einem zweiten Gebiet (701) aus ungebranntem Isoliermaterial mit niedriger magnetischer Permeabilität angeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die mehreren ungebrannten Glieder äußere Gebiete (201 von Fig. 2) aus Isoliermaterial mit niedriger magnetischer Permeabilität und innere Gebiete (213) aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität umfassen, um eine magnetische Vorrichtung mit einem äußeren Isoliergebiet mit niedriger magnetischer Permeabilität zu bilden, das ein oder mehrere, von dem äußeren Gebiet frei beabstandete (224) innere Gebiete mit hoher magnetischer Permeabilität im wesentlichen umgibt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin mit dem Schritt: Bilden eines oder mehrerer Leiter (105 von Fig. 1) in oder an dem zweiten Gebiet entweder während des Sinterschritts oder nach ihm.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Leiter (105) in einem Leiterweg enthalten ist, der sich um mindestens ein erstes Gebiet wickelt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der Leiter in dem zweiten Gebiet durch einen Prozeß gebildet wird, der umfaßt, das dem zweiten Gebiet ein Gebiet aus thermisch entfernbarem Material in der Konfiguration des gewünschten Leiters (zum Beispiel 707 von Fig. 8) bereitgestellt wird, die Dissipation des thermisch entfernbaren Materials vor der Beendigung des Sinterns und Rückfüllen eines durch die Dissipation entstandenen Hohlraums mit flüssigem leitendem Material bewirkt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Gebiet aus thermisch entfernbarem Material mehrere entfernbare Stützpfostengebiete mit Flächen aufweist, die im Vergleich zu der Fläche des Gebiets aus entfernbarem Material klein sind.