DE3731967A1 - Spannungsmultipliziervaristor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Varistoren und insbe­ sondere auf solche Varistoren mit Spannungscharakteristiken, die verändert werden können, ohne die Dicke des Varistorkörpers zu verändern.

Varistoren, insbesondere Metalloxid-Varistoren, haben eine breite Akzeptanz gefunden als Vorrichtungen zur Ausbildung einer nicht linearen Widerstandsfunktion. Die elektrischen Eigenschaften der­ artiger spannungsabhängiger Widerstände können teilweise durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

I = (V/C) ⁿ

wobei V die Spannung über dem Varistor ist, I ist der durch den Varistor fließende Strom, C ist eine Konstante, die der Spannung bei einem gegebenen Strom entspricht, und der Exponent n hat einen numerischen Wert größer als 1. Der Wert von n kann nach der folgenden Gleichung berechnet werden:

wobei V ₁ und V ₂ die Spannungen bei Strömen I ₁ bzw. I ₂ sind. Der gewünschte Wert für C hängt von der Anwendungsart ab, in der der Varistor verwendet werden soll. Es ist üblicherweise wünschens­ wert, daß der Wert von n so groß wie möglich ist, da dieser Expo­ nent den Grad bestimmt, bis zu dem der Varistor von Ohmschen Eigenschaften abweicht.

Obwohl große Anstrengungen unternommen worden sind, um das Ver­ ständnis der Eigenschaften und der Betriebsmethoden von Metall­ oxid-Varistoren zu vergrößern, ist die Vorrichtung trotzdem immer noch nicht vollständig verstanden. Aus diesem Grund sind viele signifikante Verbesserungen im Varistorbetrieb auf mehr oder weniger heuristische Weise gemacht worden, und die Gründe für die Verbesserung oder den Mechanismus oder deren Erreichung sind nicht immer vollständig gewiß.

Es ist jedoch bekannt, daß die elektrischen Eigenschaften eines Varistors vorwiegend durch die physikalischen Abmessungen des Varistors bestimmt sind. Die zulässige oder Nenn-Energie eines Varistors wird durch das Volumen des Varistorkörpers bestimmt, die zulässige oder Nenn-Spannung eines Varistors wird durch die Dicke oder die Strompfadlänge durch den Varistorkörper bestimmt, und das Strom­ führungsvermögen des Varistors wird durch die Fläche des Vari­ storkörpers bestimmt, gemessen senkrecht zur Richtung des Strom­ flusses.

Der Varistorkörper selbst ist im wesentlichen aus einem polykri­ stallinen Material aufgebaut. Jede Kristallkorngrenze innerhalb des polykristallinen Varistorkörpers arbeitet im wesentlichen in ähnlicher Weise wie diejenige einer Diode.

Die zulässige Span­ nung eines derartigen Varistors kann deshalb dadurch gesteuert werden, daß die Anzahl der Korngrenzen zwischen den Elektroden verändert wird, die auf der Oberfläche des Varistorkörpers ange­ ordnet sind. Die zulässige Spannung eines derartigen Varistors wird typisch einfach dadurch vergrößert, daß der Varistorkörper dicker gemacht wird, da dies die Anzahl der Kristalle und infolge­ dessen die Anzahl der Kristallkorngrenzen zwischen den Elektroden auf der Oberfläche des Varistorkörpers vergrößert.

Dieses Verfahren der Erhöhung der Spannung des Vari­ stors hat jedoch mehrere Nachteile. Das Vergrößern der Dicke des Varistorkörpers, allein um die Spannung der Varistor­ vorrichtung zu erhöhen, ist keine effiziente Ausnutzung des Va­ ristorkörpermaterials. Zusätzlich hat die Vergrößerung der Dicke des Varistorkörpers die Neigung, den Reihenwiderstand zwischen den Elektroden zu vergrößern, was eine unerwünschte Charakteri­ stik bei gewissen Anwendungsfällen zur Folge hat. Darüber hinaus ist es bei denjenigen Anwendungsfällen, in denen der Varistor oberflächenmontierbar (d.h. die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse des Varistors sind auf der gleichen Oberfläche der Vorrichtung angebracht) sein soll, im allgemeinen wünschenswert, daß die Varistorvorrichtung flach aufliegt. Das bedeutet, daß oberflä­ chenmontierte Varistoren (SMV) vorzugsweise so gestaltet sind, daß sie in einer Position auf einer gedruckten Schaltkarte oder ähnlichem angeordnet werden können und, wenn sie angeordnet sind, in dieser Position bleiben und nicht wegrollen. Wenn die verti­ kale Dicke der Varistorvorrichtung groß ist, kann der Varistor keine stabile Position auf der Schaltkarte beibehalten und hat stattdessen eine Tendenz zum Umfallen.

Varistoren, bei denen sowohl die Eingangs- als auch Ausgangsan­ schlüsse auf der gleichen Hauptoberfläche des Varistorkörpers angeordnet sind, werden im allgemeinen als "oberflächenmontier­ bare" Varistoren bezeichnet. Die zulässige Spannung derartiger oberflächenmontierbarer Varistoren ist hauptsächlich eine Ober­ flächeneigenschaft der Varistorvorrichtung (d.h. sie ist vor­ wiegend von dem entlang der Oberfläche der Vorrichtung fließen­ den Strom abhängig), und sie ist keine Masse-Eigenschaft (d.h. abhängig vorwiegend von dem durch die Dicke des Varistorkörpers fließenden Strom). Die zulässige Spannung derartiger oberflächen­ montierbarer Varistoren kann erhöht werden, ohne die Dicke des Varistorkörpers zu vergrößern. Dies kann typisch allein dadurch erreicht werden, daß der Abstand vergrößert wird, der die Elek­ troden auf der gleichen Hauptoberfläche des Varistors trennt. Es gibt jedoch gewisse Nachteile, die bei oberflächenmontierbaren Varistoren auftreten und die die Verwendung derartiger Varistoren in gewissen Anwendungsfällen einschränken. Ein derartiger Nach­ teil ist die Tatsache, daß oberflächenmontierbare Varistoren im allgemeinen keine relativ großen Energiemengen absorbieren können. Oberflächenmontierbare Varistoren sind auch anfällig für eine Anzahl ungewollter Oberflächendefekte. Beispielsweise sind Wasser, Feuchtigkeit oder Fingerabdrücke, die auf die Ober­ fläche des Varistors aufgebracht werden, bekannt dafür, daß sie nachteilige Wirkungen auf die Arbeitsweise der Vorrichtung ha­ ben. Diese nachteiligen Wirkungen treten im allgemeinen nicht bei Masse-Varistorvorrichtungen auf.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Varistor mit einer zu­ lässigen Spannung zu schaffen, die verändert werden kann, ohne die Dicke des Varistorkörpers zu ändern. Ferner soll ein ober­ flächenmontierbarer Varistor mit einer Spannung ge­ schaffen werden, die nicht hauptsächlich eine Oberflächeneigen­ schaft der Vorrichtung ist. Ferner soll ein Varistor geschaffen werden, der das Varistorkörpermaterial effizienter ausnutzt.

Erfindungsgemäß wird ein Varistorkörper mit einer ersten Haupt­ oberfläche und einer gegenüberliegenden, zweiten Hauptoberfläche geschaffen. Ein oder mehrere leitfähige Bereiche sind auf jeder der gegenüberliegenden Hauptoberflächen angeordnet. Diese leit­ fähigen Bereiche sind so angeordnet, daß die Strecke bzw. der Abstand, der jeden leitfähigen Bereich und den nächstgelegenen benachbarten leitfähigen Bereich auf der gleichen Oberfläche des Varistorkörpers trennt, größer ist als die Strecke bzw. der Ab­ stand, der den leitfähigen Bereich und den nächstgelegenen leit­ fähigen Bereich auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Vari­ storkörpers trennt. Ein durch die Varistorvorrichtung fließender Strom hat deshalb die Tendenz, durch die Dicke des Varistorkör­ pers zwischen leitfähigen Bereichen auf gegenüberliegenden Haupt­ oberflächen zu fließen, anstatt entlang der Oberfläche des Vari­ storkörpers zum nächstgelegenen benachbarten leitfähigen Bereich auf der gleichen Oberfläche des Varistorkörpers. Bei jedem Durch­ tritt des Stroms durch die Dicke des Varistorkörpers erfährt der Strom einen Spannungsabfall. Die zulässige Gesamtspannung der Va­ ristorkörper ist dann im wesentlichen gleich der Summe der ein­ zelnen Spannungsabfälle, die bei dem durch die Dicke der Vor­ richtung fließenden Strom auftreten. Die Anzahl der Spannungs­ abfälle und demzufolge die zulässige Gesamtspannung der Vorrich­ tung kann vergrößert werden, indem zusätzliche leitfähige Schichten auf den gegenüberliegenden Oberflächen der Vorrichtung hinzugefügt werden.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen an­ hand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt eines oberflächenmontierbaren Varistors.

Fig. 2 ist ein Längsschnitt eines oberflächenmontierbaren Varistors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung, bei dem eine Schicht aus leitfähigem Material auf einer Hauptoberfläche eines Varistorkörpers ge­ genüber den Varistor-Elektroden vorgesehen ist.

Fig. 3 ist ein Längsschnitt eines anderen Ausführungsbei­ spiels der Erfindung, bei dem mehrere Schichten aus leitfähigem Material abwechselnd und überlappend auf gegenüberliegenden Hauptoberflächen eines Varistor­ körpers angeordnet sind.

Fig. 4 ist ein Längsschnitt eines anderen Ausführungsbei­ spiels der Erfindung, bei dem Isoliermaterial die nicht-leitenden Oberflächenbereiche des Varistorkör­ pers überdeckt.

Fig. 5 ist ein Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbei­ spiels der Erfindung, bei dem eine Metallisierung ent­ lang den Rändern des Varistors vorgesehen ist.

Fig. 6 ist ein Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbei­ spiels der Erfindung, bei dem eine Metallisierung entlang den Rändern eines Varistors vorgesehen ist, die mehrere Schichten aus leitfähigem Material auf­ weist, die abwechselnd und überlappend auf gegenüber­ liegenden Oberflächen des Varistorkörpers angeordnet sind.

Fig. 7 ist ein Längsschnitt eines anderen Ausführungsbei­ spiels der Erfindung, bei dem Isoliermaterial auf den leitenden Oberflächen angeordnet ist.

Fig. 8 ist ein Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbei­ spiels der Erfindung, bei dem Isoliermaterial auf den leitenden Oberflächen angeordnet ist.

Fig. 1 zeigt einen Varistor 10 mit einem Körperabschnitt 12, der eine erste Hauptoberfläche 14 und eine gegenüberliegende, zweite Hauptoberfläche 16 aufweist. Der Körperabschnitt 12 ist vorzugsweise ein gesinterter Körper, der im wesentlichen aus einem Metalloxid, wie beispielsweise Zinkoxid, und mehreren aus­ gewählten Additiven zusammengesetzt ist. Verfahren zur Herstel­ lung des Varistorkörpers 12 sind allgemein bekannt und werden deshalb an dieser Stelle nicht näher erläutert. Im allgemeinen wird der Varistorkörper 12 dadurch hergestellt, daß die Hauptbe­ standteile gemischt, sprühgetrocknet und zu einem kompakten "grünen" Varistorpellet gepreßt werden. Der Pellet wird dann bei einer hohen Temperatur gesintert, um einen Körper mit den ge­ wünschten Varistoreigenschaften zu erzeugen.

Der Varistor 10 enthält ferner erste und zweite Elektroden 18 und 20, die auf die erste Hauptoberfläche 14 des Varistorkörpers 12 aufgebracht sind. Zweckmäßigerweise können die Elektroden 18 und 20 Silberfarben-Elektroden sein, die auf die erste Hauptober­ fläche 14 des Varistorkörpers 12 durch Siebdruck oder ähnliches aufgebracht und bei einer relativ hohen Temperatur von beispiels­ weise 800°C gebrannt sind, um für den elektrischen Kontakt mit dem Varistorkörper 12 zu sorgen. Elektrisch leitfähige Leiter (nicht gezeigt) können beispielsweise durch Löten an den Elek­ troden 18 und 20 befestigt sein.

Eine Varistorvorrichtung 10, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, hat eine Charakteristik der zulässigen Spannung, die linear pro­ portional zu dem Abstand zwischen den Elektroden 18 und 20 ist. Die Messungen, die folgen, wurden experimentell ermittelt, wobei ein Varistor 10 mit einer Dicke T von 1,5 mm und einem Durch­ messer von 20 mm und mit Elektroden 18 und 20 verwendet wurde, die etwa 1,75 mm breit und 6 mm lang waren. Die Spannung zwi­ schen den Elektroden 18 und 20 wurde bei einem Standardstrom von 1 Milliampere (mA) gemessen. Die Spannung betrug etwa 55 Volt, wenn die Elektroden 18 und 20 in einem Abstand von 1,5 mm angeordnet waren. Für Elektroden 18 und 20, die durch einen Ab­ stand von etwa 3,0 mm getrennt waren, betrug die Spannung etwa 113 Volt. Ein Abstand von etwa 4,5 mm zwischen den Elektroden 18 und 20 hatte eine Spannung von etwa 167 Volt zur Folge. Diese gemessenen Spannungen sind unten in der ersten Zeile von Tabelle A zusammengestellt.

Fig. 2 zeigt einen Varistor 110 gemäß einem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung. Ein Varistorkörper 112 hat erste und zweite Elektroden 118 und 120, die an der ersten Hauptober­ fläche 114 des Varistorkörpers 112 befestigt sind. Die Herstel­ lung des Varistorkörpers 112 und auch die Befestigung der Elek­ troden 118 und 120 daran kann in der gleichen Weise erfolgen, wie es vorstehend in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde.

Erfindungsgemäß enthält der Varistor 110 eine Schicht oder einen Bereich aus leitfähigem Material 124, das auf die zweite Haupt­ oberfläche 116 des Varistorkörpers 112 aufgebracht ist. Diese leitfähige Schicht 124 kann aus einem ähnlichen Material herge­ stellt sein wie die ersten und zweiten Elektroden 118 und 120 und es kann auf die zweite Hauptoberfläche 116 des Varistorkörpers 112 in ähnlicher Weise aufgebracht sein wie die Elektroden 118 und 120. Im Gegensatz zu den Elektroden 118 und 120 sollen jedoch die leitfähigen Leiter nicht an der leitfähigen Schicht 124 be­ festigt sein, und somit kann die leitfähige Schicht 124 als ein "nicht vorgespannter" leitfähiger Bereich bezeichnet werden.

Wenn die leitfähige Schicht 124 vorhanden ist, dann, so wurde gefunden, ist die zwischen den Elektroden 118 und 120 gemessene Spannung kleiner als zuvor für Elektrodenabstände, die größer als die Dicke T des Varistorkörpers 112 sind. Die Messungen, die folgen, wurden experimentell ermittelt unter Verwendung eines Varistors 10, der bezüglich der Abmessungen identisch zu dem zu­ vor beschriebenen Varistor 10 war. Jedoch enthält der Varistor 110 eine leitfähige Schicht 124 entlang seiner zweiten Hauptober­ fläche 116 gemäß der Erfindung. Für Elektroden 118 und 120, die in einem Abstand von 1,5 mm angeordnet waren, wurde die Spannung mit 56 Volt gefunden, etwa die gleiche Spannung, wie sie in dem Varistor 10 gemäß Fig. 1 für einen identischen Elektrodenabstand gemessen wurde. Wenn jedoch die Spannung des Varistors 110 bei einem Elektrodenabstand von 3,0 mm gemessen wurde, betrug die Spannung 78 Volt oder etwa die Hälfte des Varistors 10 für einen identischen Elektrodenabstand. In ähnlicher Weise erzeugte ein Elektrodenabstand von 4,5 mm im Varistor 110 eine gemessene Span­ nung von etwa 80 Volt. Diese Messungen sind in der folgenden Ta­ belle A in der zweiten Zeile zusammengestellt.

Tabelle A

Wie in Tabelle A angegeben ist, steigt in dem Varistor 10, d.h. bei Fehlen der leitfähigen Schicht 124, die Spannung proportio­ nal zu dem Oberflächenabstand zwischen den Elektroden 18 und 20 an. In dem Varistor 110, bei dem die leitfähige Schicht 124 vor­ handen ist, weicht die Spannung zwischen den Elektroden 118 und 120 bei etwa 78 bis 80 Volt ab und wird unabhängig von dem Ab­ stand zwischen den Elektroden bei Elektrodenabständen von etwa dem Doppelten der Dicke des Varistorkörpers 112. Diese "abfla­ chende" Spannung von etwa 78 bis 80 Volt ist etwa gleich der doppelten Spannung, die durch Vorspannen entweder der Elektrode 118 oder der Elektrode 120 gegen die leitfähige Schicht 124 er­ halten würde. Diese Tatsache scheint anzudeuten, daß in dem Vari­ stor 110 bei Elektrodenabständen von etwa dem zwei- oder drei­ fachen der Dicke T des Varistorkörpers 112 der Strompfad die Tendenz hat, durch den Varistorkörper anstatt entlang der Ober­ fläche zu fließen.

Zwar ist die präzise Natur der Varistor-Eigenschaften der Vari­ storvorrichtung 110 gemäß Fig. 2 noch nicht voll verstanden, es wird aber theoretisiert, daß der Stromfluß durch die Vorrichtung die Tendenz hat, einer Bahn des "kleinsten Widerstandes" zu fol­ gen. Mit anderen Worten neigt der Strom dazu, von dem einen Lei­ ter zum nächst benachbarten Leiter zu fließen, unabhängig davon, ob der nächst benachbarte Leiter sich auf der gleichen Hauptober­ fläche oder auf der gegenüberliegenden Hauptoberfläche des Vari­ storkörpers befindet. Wenn also die Dicke T des Varistorkörpers 112 kleiner als der Abstand zwischen den Elektroden 118 und 120 ist, wird der Strom von den Elektroden 118 und 120 zu der relativ näheren Leiterschicht 124 fließen, anstatt direkt zwischen den Elektroden 118 und 120 zu fließen.

Die Spannung einer derartigen Vorrichtung wird deshalb entlang einer im allgemeinen U-förmigen Strombahn ermittelt, und zwar von der ersten Elektrode 118 auf der ersten Hauptoberfläche 114, durch die Dicke des Varistorkörpers 112 zu dem gegenüberliegenden Lei­ termaterial 124 auf der zweiten Hauptoberfläche 116 und dann wie­ der zurück durch die Dicke des Varistorkörpers 112 zur zweiten Elektrode 120.

Bei dem Fluß durch die Dicke des Varistorkörpers von der ersten Elektrode 118 zur Leiterschicht 124 erfährt der Strom einen ersten Spannungsabfall V ₁. Der Strom erfährt in ähnlicher Weise einen zweiten Spannungsabfall V ₂ bei der Wanderung durch die Dicke des Varistorkörpers von der Leiterschicht 124 zurück zur zweiten Elektrode 120. Es tritt jedoch kein wesentlicher Span­ nungsabfall auf, während der Strom entlang der Leiterschicht 124 fließt. Wenn also der Abstand zwischen den Elektroden 118 und 120 etwa gleich oder größer als die Summe der Abstände zwischen der Elektrode 118 und der Leiterschicht 124 und der Elektrode 120 und der Leiterschicht 124 ist, folgt die Gesamtspannung V _t , die zwischen den Elektroden 118 und 120 gemessen wird, der folgenden Gleichung:

V _t = V₁ + V₂ .

Da darüber hinaus die Spannung der Varistorvorrichtung 110 haupt­ sächlich von dem Durchtritt des Stroms durch die Dicke T des Va­ ristorkörpers 112 abhängt, ändert sich die Gesamtspannung V _t zwi­ schen den Elektroden 118 und 120 nicht wesentlich, wenn der Ab­ stand zwischen den Elektroden 118 und 120 verändert wird (für Elektrodenabstände größer als T). Dies liefert eine theoretische Erklärung für die relative Beständigkeit der Spannungen, wie sie in der vorstehenden Tabelle A zusammengestellt sind, für Elektro­ denabstände, die größer als die doppelte Dicke T des Varistorkör­ pers 112 sind.

Fig. 3 zeigt einen Varistor 210 gemäß einem anderen Ausführungs­ beispiel der Erfindung. Ein Varistorkörper 212 hat erste und zwei­ te Elektroden 218 und 220, die an dessen erster Hauptoberfläche 214 befestigt sind. Die Herstellung des Körpers 212 und auch die Befestigung der Elektroden 218 und 220 daran kann in der gleichen Weise geschehen, wie es in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde.

Der Varistor 210 enthält eine leitfähige Schicht 224, die auf die erste Hauptoberfläche 214 des Varistorkörpers 212 an einer Stelle auf der Oberfläche 214 zwischen den Elektroden 218 und 220 aufgebracht ist. Der Varistor 210 enthält auch Leiter­ schichten 222 und 226, die auf die zweite Hauptoberfläche 216 des Varistorkörpers 212 aufgebracht sind. Die Leiterschichten 222, 224 und 226 können vorteilhafterweise in einer abwechseln­ den, überlappenden Relation angeordnet sein, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, so daß, aus einer Ebene betrachtet, die parallel zu den Hauptoberflächen 214 und 216 ist, ein Teil der leitfähi­ gen Schicht 224 einen Teil von beiden leitfähigen Schichten 222 und 226 zu überlappen scheint.

Es wird angenommen, daß der Stromfluß durch die Vorrichtung ge­ mäß Fig. 3, wie bei derjenigen gemäß Fig. 2, einer Bahn des "geringsten Widerstandes" zu folgen scheint und deshalb zum nächst benachbarten Leiter fließt. Wenn die Dicke T des Vari­ storkörpers 212 kleiner als etwa der halbe Abstand zwischen der leitfähigen Schicht 224 und den Elektroden 218 und 220 ist, fließt der Strom durch eine derartige Vorrichtung entlang der folgenden Bahn: 1) von der ersten Elektrode 218 durch die Dicke des Varistorkörpers 212 zur gegenüberliegenden Leiterschicht 222, 2) von der Leiterschicht 222 durch die Dicke des Varistor­ körpers zu der Leiterschicht 224, 3) von der Leiterschicht 224 durch die Dicke des Varistorkörpers zur Leiterschicht 226 und 4) von der Leiterschicht 226 durch die Dicke des Varistorkörpers zur Elektrode 220.

Wiederum erfährt wie bei der Vorrichtung 110 gemäß Fig. 2 der durch die Vorrichtung 210 gemäß Fig. 3 fließende Strom einen Spannungsabfall während jedes Durchtrittes des Stromes durch die Dicke T des Varistorkörpers 212. Diese Spannungsabfälle können mit V ₁, V ₂, V ₃ und V ₄ bezeichnet werden entsprechend den Span­ nungsabfällen, die auf den folgenden Strombahnen auftreten:

• 1) von der Elektrode 218 zur Leiterschicht 222,
• 2) von der Leiter­ schicht 222 zur Leiterschicht 224,
• 3) von der Leiterschicht 224 zur Leiterschicht 226 und
• 4) von der Leiterschicht 226 zur Elek­ trode 220.

Wenn der Strom entlang den Leiterschichten 222, 224 und 226 fließt, tritt kein wesentlicher Spannungsabfall auf. Somit kann folgende Gleichung aufgestellt werden:

V _t = V₁ + V₂ + V₃ + V₄.

Es wird deshalb deutlich, daß die Gesamtspannung V _t einer Vari­ storvorrichtung gemäß der Erfindung auf einen eine Anzahl ver­ schiedener Werte vergrößert werden kann, ohne daß die Dicke T des Varistorkörpers vergrößert wird, indem einfach zusätzliche Bereiche leitfähigen Materials zu den gegenüberliegenden Haupt­ oberflächen des Varistorkörpers hinzugefügt werden derart, daß der Abstand, der irgendeinen leitfähigen Bereich und den nächst benachbarten leitfähigen Bereich auf der gleichen Oberfläche des Varistorkörpers trennt, größer ist als der Abstand, der diesen leitfähigen Bereich und den nächst gelegenen leitfähigen Bereich auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Varistorkörpers trennt. Allgemein ist für einen Varistor, bei dem der Abstand zwischen Elektroden auf der gleichen Oberfläche etwa gleich oder größer als die doppelte Dicke des Varistorkörpers ist, die Gesamtspan­ nung V _t einer derartigen Vorrichtung durch die folgende Glei­ chung angegeben:

wobei T _n die Dicke oder der Abstand zwischen den gegenüberliegenden leitfähigen Bereichen bei dem n-ten Stromdurchgang ist und V _n /mm _n der Spannungsgradient durch die Dicke des Varistorkörpers bei dem n-ten Stromdurchgang ist.

Fig. 4 zeigt einen Varistor 310 gemäß einem anderen Ausführungs­ beispiel der Erfindung. Ein Varistorkörper 312 hat erste und zwei­ te Elektroden 318 und 320, die an dessen erster Hauptoberfläche 314 befestigt sind. Der Varistor 310 enthält ferner eine leit­ fähige Schicht 324, die auf die zweite Hauptoberfläche 316 des Varistorkörpers 312 aufgebracht ist. Die relative Positionie­ rung der leitfähigen Schicht 324 und der Elektroden 318 und 320 des Varistors 310 sind deshalb sehr ähnlich denjenigen des Varistors 110 gemäß Fig. 2.

In der Vorrichtung 310 gemäß Fig. 4 sind jedoch die Bereiche zwischen den leitfähigen Elementen 318, 320 und 324 auf der Oberfläche des Varistorkörpers 312 mit einem isolierenden oder passivierenden Material 330 überdeckt. Dieses isolierende Mate­ rial kann beispielsweise ein Glas oder dielektrisches Polymer sein. Es kann auch ein passivierender Überzug, wie er in der US-PS 38 57 174 beschrieben ist, zu diesem Zweck verwendet wer­ den. Das isolierende oder passivierende Material 330 verhindert, daß Streuströme den Betrieb des Varistors 310 stören, und es gestattet ferner, daß der Varistor 310 in einer relativ "schmut­ zigen" Atmosphäre verwendet werden kann. Das bedeutet, daß die Gegen­ wart des isolierenden oder passivierenden Materials 330 ge­ stattet, daß der Varistor 310 ohne Fluß gelötet wird und ohne daß mobile Ionen die aktive Oberfläche 314 des Varistorkörpers 312 zwischen den Elektroden 318 und 320 stören. Somit dient das passivierende oder isolierende Material 330 dazu, die Stabilität der Vorrichtung zu verbessern und Streu- bzw. Leckströme zu ver­ mindern, wodurch die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung wesent­ lich verbessert wird.

Fig. 5 zeigt einen Varistor 410 gemäß einem weiteren Ausführungs­ beispiel der Erfindung. Ein Varistorkörper 412 hat erste und zweite Elektroden 418 und 420, die an der ersten Hauptoberfläche 414 des Varistorkörpers 412 befestigt sind, und er hat ferner eine leitfähige Schicht 424, die auf die zweite Hauptoberfläche 416 des Varistorkörpers 412 in einer ähnlichen Konfiguration auf­ gebracht ist, wie bei dem Varistor 310 gemäß Fig. 4. Die Ober­ flächen des Varistorkörpers 412 zwischen den leitfähigen Elemen­ ten 418, 420 und 424 sind mit einem isolierenden oder passivie­ renden Material 430 in ähnlicher Weise überdeckt wie die Vor­ richtung gemäß Fig. 4. In der Vorrichtung 410 gemäß Fig. 5 ist jedoch eine Metallisierungsschicht 440, 442 auf jedem Rand des Varistors 410 vorgesehen. Die Metallisierungsschichten 440 und 442, die vorzugsweise aus Silber hergestellt sind, sind auf entsprechende Weise in elektrischem Kontakt mit den Elektro­ den 418 und 420 und erstrecken sich entlang dem Rand des Vari­ stors 410 von den Elektroden nach einem Bereich neben der zwei­ ten Hauptoberfläche 416. Um einen Kurzschluß zu verhindern, sind die Metallisierungsschichten 440 und 442 sowohl von dem Vari­ storkörper 412 als auch der leitenden Schicht 424 durch das isolierende oder passivierende Material 430 isoliert.

Der Varistor 410 ist besonders geeignet für solche Anwendungs­ fälle, bei denen der Varistor auf einer gedruckten Schaltkarte angeordnet werden soll. Bei derartigen Anwendungsfällen sind die leitfähigen Oberflächen der Elektroden typisch direkt über den leitfähigen Leiterbahnen der Schaltkarte angeordnet. Eine Lötpaste ist zwischen jeder Oberfläche der leitfähigen Elektrode und der entsprechenden Leiterbahn angeordnet, und die gesamte Anordnung wird erwärmt, wodurch das Lot schmilzt und einen elektrischen Kontakt zwischen den Elektroden und den Leiterbah­ nen auf der Schaltkarte erzeugt.

Die Qualität dieses Lötkontaktes wird weitgehend ermittelt durch eine visuelle Inspektion der Lötstelle nach der Erwärmung. Die Anordnung von Metallisierungsschichten 440 und 442 entlang den Rändern des Varistors 410 erleichtert die Betrachtung der Löt­ stelle. Wenn die Metallisierungsschichten 440 und 442 nicht vor­ handen wären, würde die Lötstelle im wesentlichen unterhalb des Varistorkörpers 412 angeordnet und deshalb gegenüber einer leich­ ten Betrachtung verdeckt sein. Es wurde auch experimentell ge­ funden, daß die Anordnung der Metallisierungsschichten auch die Leistungscharakteristiken der Varistorvorrichtung verbessert.

Fig. 7 zeigt einen Varistor 610 mit ersten und zweiten Elektro­ den 618 und 620 und einer leitfähigen Schicht 624, die auf den ersten und zweiten Hauptoberflächen 614 und 616 des Varistor­ körpers 612 in ähnlicher Weise angeordnet sind wie bei dem Va­ ristor 410 gemäß Fig. 5. In der Varistorvorrichtung 610 gemäß Fig. 7 sind jedoch die Oberflächen der leitfähigen Bereiche 618, 620 und 624 mit einem isolierenden dielektrischen Material 650 überzogen. Dieses isolierende Material 650 kann beispiels­ weise in Glas oder Polymer sein.

Fig. 6 zeigt einen Varistor 510 gemäß einem weiteren Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung. Ein Varistorkörper 512 hat erste und zweite Elektroden 518 und 520, die an dessen erster Haupt­ oberfläche 514 befestigt sind. Der Varistor 510 enthält ferner leitfähige Schichten 522, 524 und 526, die abwechselnd auf die ersten und zweiten Hauptoberflächen des Varistorkörpers 512 in einer Konfiguration aufgebracht sind, die der Vorrichtung gemäß Fig. 3 ähnelt. Der Varistor 510 enthält weiterhin Metal­ lisierungsschichten 540 und 542, die in ähnlicher Weise wie die Schichten in Fig. 5 aufgebracht sind und für die gleichen Vor­ teile sorgen, die in bezug auf den Varistor 410 gemäß Fig. 5 erläutert wurden.

Fig. 8 zeigt eine Varistorvorrichtung 710 mit ersten und zweiten Elektroden 718 und 720 und leitfähigen Bereichen 722, 724 und 726, die auf den ersten und zweiten Hauptoberflächen 714 und 716 des Varistorkörpers 712 in ähnlicher Weise aufgebracht sind, wie bei dem Varistor 510 gemäß Fig. 6. Bei der Varistorvorrichtung 710 gemäß Fig. 8 sind jedoch die Oberflächen der Elektroden 718 und 720 und die leitfähigen Bereiche 722, 724 und 726 mit einem isolierenden dielektrischen Material 750 überdeckt.

Claims (4)

1. Varistor mit einem Varistorkörper, der eine erste Haupt­ oberfläche und eine gegenüberliegende, zweite Hauptober­ fläche aufweist, gekennzeichnet durch :
mehrere leitfähige Bereiche, die im Abstand auf der ersten Hauptoberfläche (114) angeordnet sind,
mehrere leitfähige Bereiche, die im Abstand auf der zweiten Hauptoberfläche (116) angeordnet sind,
wobei die leitfähigen Bereiche derart angeordnet sind, daß der Abstand, der irgendeinen leitfähigen Bereich (118) von dem nächst benachbarten leitfähigen Bereich (120) auf der gleichen Hauptoberfläche des Varistor­ körpers trennt, größer ist als der Abstand (T), der den leitfähigen Bereich und den nächst gelegenen leitfähigen Bereich auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Vari­ storkörpers trennt, und wobei der Strom von einem der leitfähigen Bereiche durch die Dicke des Varistorkörpers nach einem der leitfähigen Bereiche auf der gegenüber­ liegenden Oberfläche des Varistorkörpers fließt.

2. Varistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß auf der ersten Hauptoberfläche (114) des Varistor­ körpers (112) Elektroden (118, 120) im Abstand angeord­ net sind,
eine Schicht (124) aus leitfähigem Material auf der zweiten Hauptoberfläche (116) des Varistorkörpers (112) gebildet ist,
wobei die ersten und zweiten Elektroden durch eine Strecke getrennt sind, die größer ist als der Abstand, der die erste Hauptoberfläche von der zweiten Haupt­ oberfläche trennt.

3. Varistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der unmittelbare bzw. kürzeste Abstand zwischen den ersten und zweiten Elektroden größer ist als der unmit­ telbare oder kürzeste Abstand zwischen der ersten Elek­ trode und der leitfähigen Schicht und dem unmittelbaren bzw. kürzesten Abstand zwischen der zweiten Elektrode und der leitfähigen Schicht und der Strom zwischen der ersten Elektrode und der leitfähigen Schicht und zwi­ schen der zweiten Elektrode und der leitfähigen Schicht fließt.

4. Varistor mit einem Varistorkörper und gegenüberliegen­ den Hauptoberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere leitfähige Bereiche im Abstand auf jeder der gegenüberliegenden Hauptoberflächen angeordnet sind und daß jeder der leitfähigen Bereiche derart angeordnet ist, daß wenigstens ein leitfähiger Bereich auf der gegenüberliegenden Hauptoberfläche des Varistorkörpers näher an dem leitfähigen Bereich ist als irgendein leit­ fähiger Bereich auf der gleichen Oberfläche.