DE19634496C1 - Für eine SMD-Montage ausgebildetes elektro-keramisches Vielschichtbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein für SMD-Montage ausge­ bildetes elektro-keramisches Vielschichtbauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu sei­ ner Herstellung nach Patentanspruch 4 bzw. 8.

Bauelemente der gattungsgemäßen Art sind beispielsweise aus dem Lieferprogramm 1996 der Anmelderin "SIOV-Metalloxid- Varistoren" bekannt. Weiterhin sind derartige Bauelemente aus dem Datenbuch der Anmelderin "Keramik-Kondensatoren", Ausgabe 1994, Seite 77 bekannt geworden.

Fig. 1 zeigt schematisch den generellen Aufbau eines derar­ tigen für eine SMD-Montage ausgebildeten elektro-keramischen Vielschichtbauelementes. Danach bestehen derartige elektro- keramische Bauelemente aus einem die Bauelementefunktion de­ finierenden Bauelementekörper 1 aus Funktionskeramik, Innene­ lektroden 2, 3, welche sich alternierend bis zu jeweils einer Stirnseite des Bauelementekörpers 1 erstrecken, sowie An­ schlußmetallisierungen 4, 5 an den Stirnseiten des Bauelemen­ tekörpers 1, an denen die Innenelektroden 2, 3 an die Ober­ fläche treten. In Fig. 1 ist der Abstand der Innenelektroden 2, 3 voneinander mit a, die Länge des Bereiches, in dem sich die Innene­ lektroden 2, 3 überlappen, mit b, der Abstand der Innenelek­ troden 2, 3 von den oben definierten Stirnseiten, an die sie nicht heranreichen mit c, der Abstand der Innenelektroden 2, 3 von den Außenseiten des Bauelementekörpers 1, die auf den genannten Stirnseiten senkrecht stehen mit d und die Höhe des Bauelementekörpers 1 mit h bezeichnet.

Der Abstand a der Innenelektroden 2, 3 voneinander bestimmt die Betriebsspannung des Bauelementes. Die eigentliche Bau­ elementefunktion wird durch den Volumenanteil des Bauelemen­ tekörpers 1 bestimmt, welcher durch den sich überlappenden Bereich der Innenelektroden 2, 3 festgelegt ist. Für diesen Volumenbereich sind die beiden Längenabmessungen a und b be­ stimmend.

Bei einer vorgegebenen maximalen Betriebsspannung des Bauele­ mentes müssen für die Größen c und d bestimmte Mindestmaße eingehalten werden, damit die elektrische Funktion des Bau­ elementes tatsächlich nur im Volumenbereich zwischen den sich überlappenden Innenelektroden 2, 3 zustande kommt. Sind die Größen c und d zu gering bemessen, so ergeben sich elektri­ sche Wege in Richtung dieser Größen zu den Anschlußmetalli­ sierungen 4, 5, welche elektrische Nebenschlüsse zu dem für die vorgegebene Funktion des Bauelementes gewollten Volumen­ bereich zwischen den sich überlappenden Teilen der Innenelek­ troden 2, 3 darstellen.

Mit zunehmender vorgegebener maximaler Betriebsspannung des Bauelementes werden bei vorgegebenem Abstand a der Innenelek­ troden 2, 3 die Maße c und d immer größer. Das bedeutet zum einen, daß das Maß b mit zunehmendem Maß c immer kleiner und zum anderen das Maß h mit zunehmendem Maß d immer größer wird. Mit abnehmenden Maß b wird der für die Bauelementefunk­ tion wirksame Volumenanteil zwischen den Innenelektroden 2, 3 immer kleiner. Soll ein vorgegeben großer Volumenanteil zwi­ schen den sich überlappenden Teilen der Innenelektroden 2, 3 erhalten bleiben, so müßte die Gesamtlänge des Bauelemente­ körpers - das ist die Summe aus dem Maß b und dem zweifachen Maß c - und ebenso die Höhe h - das ist die Summe aus dem Maß a und dem zweifachen Maß d - immer größer werden. Mit zu­ nehmender Höhe h und Länge des Bauelementekörpers 1 wird aber die SMD-Montagefähigkeit des Bauelementes immer schlechter.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, mit der für die SMD-Montagefähigkeit vereinbare Abmessungen im obengenannten Sinne realisierbar sind.

Diese Aufgabe wird bei einem elektro-keramischen Bauelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Maßnah­ men des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen elektro-keramischen Bauele­ mente ist durch die Merkmale der Patentansprüche 4 und 8 gekennzeichnet.

Weiterbildungen der Erfindung sowohl hinsichtlich des elek­ tro-keramischen Bauelementes als auch der Verfahren zu seiner Herstellung sind Gegenstand entsprechender Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels gemäß den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die bereits erläuterte schematische Darstellung eines für eine SMD-Montage geeigneten elektro-keramischen Vielschichtbauelementes; und

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung eines er­ findungsgemäß ausgebildeten elektro-keramischen Bau­ elementes.

Bei dem elektro-keramischen Bauelement nach Fig. 2, in der gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen ver­ sehen sind, ist auf der Außenseite des Bauelementekörpers ei­ ne so hochohmige Schicht 6 ausgebildet, daß der Widerstand zwischen den Innenelektroden 2, 3 und den äußeren gegenpoli­ gen Anschlußmetallisierungen 4, 5 größer als der Widerstand zwischen den gegenpoligen Innenelektroden 2, 3 ist. Es sei hier insbesondere darauf hingewiesen, daß die Anzahl 2 der Innenelektroden lediglich aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung gewählt ist; in der Praxis kann eine Vielzahl von Innenelektroden 2, 3 vorhanden sein, was in aller Regel auch für die Mehrzahl von Bauelemente-Typen der Fall ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Widerstand der hochohmigen Schicht insbesondere so gewählt, daß ihr spezi­ fischer Widerstand wenigstens gleich dem 1,1-fachen spezifi­ schen Widerstand des Bauelementkörpers ist.

Die hochohmige Schicht 6 ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise eine dotierte oberflächennahe Schicht, die durch Dotierung mit Stoffen gebildet ist, welche teilwei­ se auch zur Einstellung des Widerstandswertes des Bauelemen­ tekörpers 1 Verwendung finden.

In Fig. 2 sind die den Maßen b bis d und h entsprechenden Maße mit b′ bis d′ und h′ bezeichnet. Durch die hochohmige Schicht 6 wird erreicht, daß bei im Vergleich zum Bauelement nach Fig. 1 gleichbleibendem Abstand a zwischen den Innene­ lektroden 2, 3 und gleichbleibender spezifischer Bauelemente­ spannung die übrigen Maße vergrößert - Überlappungslänge b′ - bzw. verringert - Abstände c′, d′; Höhe h′ - werden können, weil durch die Maße c′, d′ bestimmte elektrisch aktive Wege zwischen den Innenelektroden 2, 3 und den Anschlußmetallisie­ rungen 4, 5 unterbunden werden.

Erfindungsgemäße elektro-keramische Bauelemente der vorste­ hend erläuterten Art können gemäß einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Verfahrens folgendermaßen hergestellt werden.

Ein Innenelektroden 2, 3 enthaltender Grünkörper wird ent­ kohlt und auf einen vorgegebenen Prozentsatz seiner Enddichte vorgesintert. Sodann wird eine hochohmige Schicht 6 durch Do­ tierung derart hergestellt, daß der vorgesinterte Körper mit­ tels eines den Dotierungsstoff enthaltenden Imprägniermittels imprägniert wird. Das Imprägniermittel kann eine den Dotie­ rungsstoff enthaltende Lösung bzw. Suspension sein.

Die sich durch die Vorsinterung ergebende Dichte und die Kon­ zentration des im Imprägniermittel enthaltenden Dotierungs­ stoffes werden so gewählt, daß sich eine vorgegebene Ein­ dringtiefe und ein vorgegebener Widerstandswert der hochohmi­ gen oberflächennahen Schicht 6 ergibt.

Sodann wird der so erhaltene Bauelementekörper auf seine End­ dichte gesintert und es werden die Anschlußmetallisierungen 4, 5 mittels an sich bekannter Verfahren und ebenfalls an sich bekanntem Aufbau hergestellt. Zu den letztgenannten An­ schlußmetallisierungen kann beispielsweise auf das eingangs genannte Lieferprogramm bzw. Datenbuch der Anmelderin hinge­ wiesen werden.

Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante kann ein erfindungs­ gemäßes elektro-keramisches Bauelement folgendermaßen herge­ stellt werden.

Ein vorgefertigter, die Innenelektroden 2, 3 enthaltender Grünkörper wird entkohlt und auf seine Enddichte gesintert. Sodann wird zur Herstellung der oberflächennahen hochohmigen Schicht 6 eine einen Dotierungsstoff enthaltende Suspension oder Paste auf den gesinterten Bauelementekörper unter sol­ chen Bedingungen aufgetragen und eingebrannt, daß sich ein vorgegebener Widerstandswert und eine vorgegebene Eindring­ tiefe dieser Schicht ergibt. Schließlich werden wiederum die Anschlußmetallisierungen 4, 5 im vorstehend beschriebenen Sinne hergestellt.

Als Dotierungsstoff kommt beispielsweise mindestens ein Ele­ ment aus der Elementegruppe Al, Bi, Mn, Sb, Si in Betracht.

Claims (10)

1. Für SMD-Montage ausgebildetes elektro-keramisches Viel­ schichtbauelement mit einem die Bauelementefunktion definie­ renden keramischen Bauelementekörper (1), in diesem befindli­ chen sich alternierend bis zu jeweils einer Stirnseite er­ streckenden Innenelektroden (2, 3) sowie an den Stirnseiten vorgesehenen die Innenelektroden (2, 3) elektrisch kontaktie­ renden Anschlußmetallisierungen (4, 5), dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenseite des Bauelementekörpers (1) eine so hochohmige Schicht (6) ausgebildet ist, daß der Widerstand zwischen den Innenelektroden (2, 3) und den äußeren gegenpo­ ligen Anschlußmetallisierungen (4, 5) größer als der Wider­ stand zwischen den gegenpoligen Innenelektroden (2, 3) ist.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der hochohmigen Schicht (6) so gewählt ist, daß der spezifische Widerstand wenigstens gleich dem 1,1-fachen spezifischen Widerstand des Bauelementekörpers ist.

3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hochohmige Schicht (6) eine dotierte oberflächennahe Schicht ist, die durch Dotierung mit Stoffen gebildet ist, welche mindestens teilweise auch zur Einstellung des Wider­ standswertes des Bauelementekörpers (1) Verwendung finden.

4. Verfahren zur Herstellung eines elektro-keramischen Bau­ elementes nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Innenelektroden (2, 3) enthaltender Grünkörper zur Bildung der hochohmigen Schicht (6) durch Imprägnieren mittels eines einen Dotierungsstoff enthaltenden Mittels do­ tiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein ungesinterter Grünkörper auf eine solche Dichte vorgesintert wird, daß das Imprägniermittel anschließend bis zu ei­ ner für die Dicke der oberflächennahen hochohmigen Schicht (6) vorgesehenen Eindringtiefe eindringen kann, und der Do­ tierungsstoff in einer solchen Konzentration im Imprägnier­ mittel enthalten ist, daß sich ein vorgegebener Widerstands­ wert der oberflächennahen hochohmigen Schicht (6) ergibt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgesinterte und durch Imprägnieren dotierte Grün­ körper auf die für den Bauelementekörper (1) vorgesehene End­ dichte gesintert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägniermittel eine den Dotierungsstoff enthaltende Lösung oder Suspension ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines elektro-keramischen Bau­ elementes nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Innenelektroden (2, 3) enthaltender Grünkörper auf seine für den Bauelementekörper (1) vorgesehene Enddichte gesintert wird und auf den gesinterten Körper ein Dotierungs­ mittel aufgetragen und eingebrannt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dotierungsmittel eine den Dotierungsstoff enthaltende Suspension oder Paste ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierungsstoff mindestens ein Element aus der Ele­ mentegruppe Al, Bi, Mn, Sb, Si ist.