DD155709A3 - Trimmerkondensator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Trimmerkondensator, der als passives Bauelement in der Elektronik angewendet wird. Das Ziel der Erfindung ist die Vermeidung des Einsatzes von Edelmetallen als Elektrodenmaterial. Die Aufgabe ist es, bei gleichen Parametern ein gleichwertiges Material zu finden. Geloest wird die Aufgabe dadurch, dass die strukturierten Elektroden aus CuNi mit 30 bis 60 % Ni bestehen und in einer Dicke von 1,5 bis 3 mym aufgebracht sind. Die Rauhtiefe der Statoroberflaeche betraegt dabei < gleich 0,7 mym. Die Elektroden auf Stator und Rotor werden mittels Masken durch Hochrate-Zerstaeuben in Vakuumfolge aufgebracht.

Description

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Trimmerkondensator

Die Erfindung betrifft ein passives elektrisches Bauelement mit einstellbarem Kapazitätswert, im allgemeinen Trimmer genannt»

bekannten

Trimmer bestehen im allgemeinen aus einem Stator mit einer sektorförmigen Ringelektrode, die die Oberfläche in einem Winkel von etwa 180° bedeckt«, Der Anschluß der Elektrode an die Armatur liegt in einem Versenk und wird durch eine Lötverbindung hergestellte

Der Rotor besteht aus einer hochwertigen Kondensator-Keramik und besitzt ebenfalls eine sektorförmige Ringelektrode, die mit der Rotorachse durch eine Lötverbindung kontaktiert ist. Durch die Rotorachse werden Stator und Rotor zueinander justiert* Gleichzeitig ist es möglich, durch Drehung der beiden Bauteile die Kondensatorbeläge so gegeneinander zu verdrehen, daß der Kapazitätswert des Bauelementes zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert eingestellt werden kann·

Als Material für die Elektroden wird vorzugsweise Silber eingesetzt, das durch Aufspritzen, Siebdruck oder Stempeldruck und anschließendes Einbrennen aufgebracht wird« Die Elektroden und insbesondere die Statorelektrode müssen, ähnlich wie bei normalen Keramikkondensatoren, eine hohe elektrische Leitfähigkeit

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besitzen, um die geforderten elektrischen Parameter, insbesondere bezüglich, kleiner Verlustwinkel,'zu erfüllen.»

Trimmer müssen eine bestimmte Zahl von Einstellungen des Kapazitätswertes zulassen, so daß die Statorelektrode auch bestimmte Anforderungen an die Abriebfestigkeit erfüllen muß* Bei der Verwendung von Silber als Elektrodenmaterial wird dies durch relativ dicke Silberschichten im Bereich von 5 bis 10 Wta. erreichte Da der Stator nur die Punktion eines Trägers für die Statorelektrode besitzt, wird hierfür eine Keramik eingesetzt, die gegenüber dem Rotor größere Oberflächenrauhwerte aufweist. Durch die Dicke und den Einbrennprozeß der Silberschicht in Verbindung mit dem Glätten des Silberbelages wird trotzdem eine ausreichend glatte Oberfläche der Statorelektrode erreicht«

Silber als Elektrodenmaterial erfüllt in der angegebenen Dicke auch voll die Anforderungen an die lötbarkeit für das Anbringen der Anschlußarmierungen·

Im Gegensatz zu Pestwertkondensatoren, die im allgemeinen durch Umhüllungen vor den schädigenden Einflüssen der Atmosphäre, insbesondere bei Beanspruchung durch feuchte Wärme_s geschützt werden, müssen Trimmer wegen der Möglichkeit des Abgleichs ohne Umhüllung bleiben« Die Elektroden sind damit voll den schädigenden Einflüssen der Atmosphäre ausgesetzt« Silber weist als Elektrodenmaterial auch in dieser Hinsicht ausreichende Eigenschaften auf« Der entscheidende Wachteil bei der Verwendung von Silber als Elektrodenmaterial liegt in seinem hohen Preis, der den Preis des Bauelementes bereits entscheidend beeinflußte Aus diesem Grunde sind bereits für Pestwertkondensatoren andere Elektrodenmaterialien, wie z. B, Nickel oder Kupfer, vorgeschlagen worden, die jedoch mindestens eine der bei Trimmern geforderten Eigenschaften nicht erfüllen«

So weist z« B_e Kupfer keine ausreichende Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf_e Nickel erfordert die Verwendung aggressiver Flußmittel beim Anlöten der Armaturen, was zu einer

wesentlichen Verschlechterung des Verlustwinkels führt

Es soll ein Trimmer angegeben werden, der ohne Verwendung von Edelmetallen wirtschaftlich hergestellt wird»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes edelmetallfreies Elektrodenmaterial anzuwenden und die sich daraus ergebenden Anforderungen an die Gestaltung des Bauelementes zu erfüllen. Die elektrischen Parameter müssen eingehalten werden·

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch strukturiertes Aufbringen von Elektroden auf den aus keramischem Material bestehenden Stator und Rotor, unter vorherigem Aufbringen einer Haftschicht^ dadurch gelöst, daß die Elektroden aus einer Kupfer-Nickellegierung bestehen, wobei der Ni-Gehalt dieser Legierung zwischen 30 % und 60 % liegt« Die Dicke der Elektroden liegt zwischen 1,5/km und 3 yWn* Der Rauhwert der Statoroberfläche wird durch Läppen auf R iz. 0,7/^m. verringert*

Es ist vorteilhaft, die Elektroden und die Haftschicht durch Hochratezerstäuben aufzubringen, da die Oberfläche bei diesem Beschichtungsverfahren glatter wird*

Weiterhin ist es vorteilhaft, als Lot "für den Anschluß der Armaturen, die in bekannter Weise hergestellt werden, eine Kupfer-Zinnlegierung zu verwenden, weil dann auch bei dünnen Elektroden kein Durchlegieren der Schicht erfolgt, so daß eine sichere Lötverbindung zu den Armaturen auch im technologischen Fertigungsprozeß gewährleistet ist«

Die Kupfer-Nickellegierungen- der Elektroden in der angegebenen Zusammensetzung stellen ein ausgesprochenes Widerstandsmaterial dar (a.. B. Konstantan mit CuNi 56/44). Überraschenderweise wer-

den bei Verwendung dieses Materials für die Elektroden auch die Anforderungen an die elektrische Leitfähigkeit erfüllt» Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß die Rauhwerte der zu beschichtenden Oberfläche, insbesondere die Rauhigkeit der Statoroberfläche, den Wert von O₉I Jim nicht überschreitet*

Die Kupfer-Nickellegierung erfüllt in der angegebenen Zusammensetzung die Anforderungen hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit und ist unter Verwendung von wenig aggressiven Flußmitteln lötbar· Das Aufbringen der Schicht für die Elektroden muß unter definierten physikalischen Bedingungen erfolgen^ die bewirken, daß die Schicht praktisch den gleichen spezifischen Widerstand aufweist, wie das kompakte Material«, Zu diesen Bedingungen ge~ hört in erster Linie, daß das Material mit hoher Kondensationsrate und im Vakuum bei einem niedrigen Restgasdruck abgeschieden wirdβ Durch die Verminderung des Rauhwertes der Oberfläche kann die Leitfähigkeit der als Elektrode dienenden Schicht weiter um den Paktor 2 bis 3 erhöht werden, so daß bereits bei einer Schichtdicke der Elektrode' von 1,5 bis 3^m die erforderliche Leitfähigkeit erreicht wird* Hierbei wird die untere Grenze der Schichtdicke durch die erforderliche Mindestleitfähigkeit im Interesse geringer Verluste des Kondensators festgelegt. Die obere Grenze wird durch die erforderliche Struktur« genauigkeit der Elektroden gegeben» Diese ist beim Aufstäuben der Schicht unter Verwendung von Masken in hohem Maße von der Schichtdicke abhängig« Außerdem wird bei der ausschließlich in Präge kommenden Verwendung von Vakuumbeschichtungsverfahren für das Aufbringen der Elektroden auch' die Ökonomie der Herstellung von der Schichtdicke beeinflußt»

Schichten aus Cu oder Ni besitzen im Gegensatz zur CuWi-Legierung in dem angegebenen Dickenbereich keine ausreichende Abriebfestigkeit, um die Anforderungen nach einer oftmaligen Einstellung des Kapazitätswertes erfüllen zu können» Trimmer mit Elektroden aus der erfindungsgemäßen Legierung genügen in Verbindung mit der geläppten Oberfläche diesen Anforderungen«,

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Polglich ist es am vorteilhaftesten, daß das Aufbringen der Kupfer-Nickellegierung auf Rotor und Stator durch Hochrate-Zerstäuben mit dem Plasmatron erfolgt«, Dieses Verfahren ist zur Abscheidung von Legierungen besonders geeignet und sichert in Verbindung mit der erreichbaren hohen Kondensationsrate ätie Erzeugung von Schichten mit ausreichender Leitfähigkeit, Die Haftfestigkeit der Schicht auf dem Substrat wird durch Aufbringen einer zusätzlichen Haftschicht erreicht, wobei besonders hohe Haftfestigkeitswerte erreicht werden, wenn die Haft- und Leitschicht in Vakuumfolge hergestellt werden*

Die Anforderungen an die Strukturgenauigkeit der Elektroden sind bei Trimmern auf Grund ihrer einstellbaren Kapazität geringer als bei Pestwertkondensatoren, Außerdem müssen diese Bauelemente auf Grund ihrer Punktionsweise eine ebene Oberfläche besitzen. Dadurch wird die erforderliche Strukturgenauigkeit auch beim Hochrate-Zerstäuben durch Masken bei der relativ großen Schichtdicke von 3 jdm noch erreicht *

In der zugehörigen Zeichnung zeigen?

Pig« 1: einen Schnitt durch einen Trimmer Pig« 2j eine Draufsicht auf den Rotor Pig· 3s .eine Draufsicht auf den Stator

Der Trimmer besteht aus dem Stator 1, der aus KER 221 besteht₉ dem Rotor 2 aus der Kondensatorkeramik Ii 750, der Rotorwelle 3 und den Lötanschlüssen 4 für die Armaturen« Die gesamte Oberfläche des Stators 1 ist mit Ausnahme des Versenkes 5 für den Lötanschluß 4 durch Läppen bearbeitet, Hach diesem Arbeitsgang beträgt der Rauhwert 0,5/im, Die Statorelektrode 6 umfaßt einen Winkelbereich von Ca₆ 160° und besitzt von der Mittenbohrung einen entsprechenden Abstand«, Die Statorelektrode 6 setzt sich bis in das Versenk 5 fort und wird dort durch einen Lötanschluß mit der. Armatur verbunden© . . .

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Der Rotor 2 besitzt ebenfalls eine sektorförmige Rohrelektrode mit einem Belegungswinkel von ca» 180°_e Die Mittenwulst 8 wird auf dem vollen Umfang beschichtet^ da hier der Kontakt zur Rotorwelle 3 durch Löten erfolgt©

Die Elektroden 6; 7 bestehen aus der Legierung CuITi 56/44· und besitzen eine Schichtdicke von 2y[m, Die Herstellung dieser Elektroden 6 j 7 erfolgt durch Hochrate-Zerstäuben mit dem Plasmatron* Während des Besciiichtungsvorganges werden durch Masken die nicht zu beschichtenden Oberflächen des Rotors 2 und Sta~ tors 1 abgedeckte Sie werden hierzu federnd an die starren Masken gedrückte Y/ährend der Beschichtung beträgt der Restgasdruck 5 ο 10 Pa* Die Kondensationsrate beträgt 1 zon/min. Vor dem Aufbringen der Kupfer~Wickelschicht wird im gleichen Vakuumzyklus eine Haftschicht aus der Legierung NiOr 80/20 mit einer Dicke von 50 nm aufgebrachte

Das Anlöten der Armaturen und Verbinden der Rotorwelle 3 mit dem Rotor 2 erfolgt mit einem Kupfer-Zinnlot LSn.60Cu1 in üblicher Weise_e

Um die geforderten niedrigen Rauhwerte der Statoroberfläche zu erreichen_f ist es nicht erforderlich, eine hochwertige Keramik einzusetzen. Die Anforderungen lassen sich auch mit den bisher verwendeten Keramiksorten erfüllen, wenn nach dem Sinterprozeß ein Läppen der Statoroberfläche erfolgt*

Claims (4)

1. Trimmerkondensator,, bestehend aus einem keramischen Stator und Rotor mit darauf aufgebrachten strukturierten Elektroden unter Verwendung einer Haftschicht, und mit den Elektroden verlöteten Armaturen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (6; 7) aus CuNi von 1,5^m bis 3 pj& Dicke und 30 % bis 60 % Ni-Gehalt sind und die Hauhtiefe der Statoroberflache— 0,7 LLm ist»

2. Trimmerkondensator nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot für den Anschluß der Armaturen CuSn mit bis zu 2 % Cu ist*

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Erfindungsanspruch " · .

3* Trimmerkondensator nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht und die Elektroden (6; 7) mittels Masken durch. Hochrate-Zerstäuben in Vakuumfolge aufgebracht sind,.

4· Trimmerkondensator nach Punkt 1 und 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Statoroberfläche vor dem Aufbringen der Haftschicht geläppt ist ο

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen