DE19635276C2 - Elektro-keramisches Vielschichtbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektro-keramisches Vielschichtbauelement nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung nach Pa­ tentanspruch 5.

Elektro-keramische Vielschichtbauelemente der gattungsgemäßen Art sind beispielsweise aus der DE-OS 23 21 478 bekannt. Bei den Vielschichtbauelementen nach dieser Druckschrift handelt es sich um Thermistoren, die ebenfalls einen die Bauelemente­ funktion definierenden keramischen Bauelementekörper, in die­ sem befindliche sich alternierend sich zu jeweils einer Stirnseite erstreckende Innenelektroden sowie an den Stirn­ seiten vorgesehene die Innenelektroden kontaktierende An­ schlußmetallisierungen umfassen. Ein derartiges Vielschicht­ bauelement kann elektrisch als eine Parallelschaltung einer Vielzahl von Einzelelementen aufgefaßt werden, die jeweils durch einen sich zwischen zwei Innenelektroden befindlichen Teil des Bauelementekörpers gebildet werden. Die Parallel­ schaltung kommt dabei durch die die Innenelektroden kontak­ tierenden Anschlußmetallisierungen zustande.

Eine spezielle Form eines derartigen Vielschichtbauelementes in Form eines Vielfachkaltleiters ist weiterhin aus der DE-PS 42 30 848 bekannt. Es handelt sich dabei um einen Vielfach­ kaltleiter mit einer Vielzahl von an zwei sich gegenüberlie­ genden Stirnflächen Metallkontakte aufweisenden parallel ge­ schalteten Einzelkaltleiterscheiben, bei dem die Einzelkalt­ leiterscheiben in zu ihren Stirnflächen senkrechter Richtung übereinander angeordnet sind und die Metallkontakte derart elektrisch miteinander verbunden sind, daß dazu vorgesehene Metallverbindungen zu sich gegenüberliegenden Mantelflächen der Einzelkaltleiterscheiben beabstandet verlaufen und freie Enden der Metallkontakte einen Abstand von an ihnen vorbei­ verlaufenden metallischen Verbindungen aufweisen.

Will man bei einem derartigen Vielfachkaltleiter die Abstände der zu sich gegenüberliegenden Mantelflächen der Einzelkalt­ leiterscheiben verlaufenden Metallverbindungen vermeiden, weil dies herstellungstechnisch aufwendig ist, so kommen An­ schlußmetallisierungen nach der erstgenannten DE-OS 23 21 478 in Betracht, welche nicht nur die Innenelektroden kontaktie­ ren, sondern auch mit dem die Bauelementefunktion definieren­ den keramischen Bauelementekörper in Kontakt stehen.

Bei Vielschichtbauelementen der in Rede stehenden Art soll die Bauelementefunktion, etwa eine Kaltleiterfunktion, durch die Teile des keramischen Bauelementekörpers zustande kommen, welche im sich überlappenden Bereich der Innenelektroden lie­ gen. Dies ist unter anderem für die geometrische Dimensionie­ rung des Bauelementes von Bedeutung, was insbesondere dann in Betracht zu ziehen ist, wenn kleine Bauelementeabmessungen gefordert sind.

Aus der Druckschrift EP 0 640 816 A1 ist ein Vielschichtbau­ element als Termistortemperaturfühler bekannt, bei dem ein keramischer Bauelementkörper vorgesehen ist. Es sind ferner im keramischen Bauelementkörper Innenelektroden vorgesehen, die eine Sperrschicht abbauende Funktion aufweisen und damit einen niedrigen Übergangswiderstand zwischen den einzelnen Schichten des Keramikkörpers und den Innenelektroden ausbil­ den. Ferner sind Innenelektroden über Metallkontaktstreifen miteinander verbunden. Diese Metallkontaktstreifen haben elektrischen Kontakt zu Anschlußmetallisierungen.

Speziell bei niederohmigen Vielschichtbauelementen können sich aufgrund des elektrischen Kontaktes der Anschlußmetalli­ sierungen nicht nur mit den Innenelektroden sondern auch mit dem keramischen Bauelementekörper Probleme ergeben, weil sich elektrische Wege zwischen den Anschlußmetallisierungen und den jeweils gegenpoligen Innenelektroden über den keramischen Bauelementekörper ergeben können.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Vielschichtbauelement der in Rede stehenden Art anzuge­ ben, bei dem sich elektrische Wege im wesentlichen nur über die Bereiche des keramischen Bauelementekörpers ergeben, wel­ che in den sich überlappenden Bereichen der Innenelektroden liegen.

Diese Aufgabe wird bei einem elektro-keramischen Vielschicht­ bauelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen elektro-keramischen Vielschichtbauelements sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Viel­ schichtbauelements ist Gegenstand des Patentanspruchs 5.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus eines elektro-keramischen Vielschichtbauele­ ments;

Fig. 2 ein schematisches Ersatzschaltbild eines erfindungs­ gemäß ausgebildeten elektro-keramischen Vielschicht­ bauelementes nach Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische perspektivische Darstellung zur Er­ läuterung eines Herstellungsverfahrens eines erfin­ dungsgemäßen elektro-keramischen Vielschichtbauele­ mentes; und

Fig. 4 bis Fig. 6 jeweils eine schematische Darstellung von praktischen Ausführungsformen elektro-keramischer Vielschichtbauelemente.

Anhand von Fig. 1 wird nachfolgend der grundsätzliche Aufbau eines elektro-keramischen Vielschichtbauelementes erläutert. Ein derartiges Vielschichtbauelement besitzt einen die Bau­ elementefunktion definierenden keramischen insgesamt mit 1 bezeichneten Bauelementekörper. Wie nachfolgend anhand des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens noch erläutert wird, können Ausgangspunkt für Bereiche 2 des Bauelementekörpers 1 Keramikplättchen bzw. -Folien sein. Im Keramikkörper sind In­ nenelektroden 3 vorgesehen, welche sich alternierend bis zu jeweils einer Körperstirnseite erstrecken. Diese Innenelek­ troden 3 sind durch Anschlußmetallisierungen 4, 5 auf den Körperstirnseiten elektrisch kontaktiert.

In soweit ist ein elektro-keramisches Vielschichtbauelement aus der eingangs genannten DE-OS 23 21 478 an sich bekannt.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß die Innenelektroden 3 durch ein sperrschichtabbauendes Material und die Anschluß­ metallisierungen 4, 5 durch ein nicht sperrschichtabbauendes Material gebildet sind. Bei einer derartigen erfindungsgemä­ ßen Ausbildung eines Vielschichtbauelementes nach Fig. 1 er­ geben sich elektrische Verhältnisse, die anhand des schemati­ schen Ersatzschaltbildes nach Fig. 2 erläutert werden sol­ len. In dieser Fig. 2 sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Darstellung nach Fig. 2 bezieht sich auf ein Element, wie es gemäß Fig. 1 durch einen zwischen zwei Innenelektroden 3 liegenden Bereich 2 des Bauelementekörpers 1 gebildet wird. Es sei noch darauf hinge­ wiesen, daß in Fig. 2 die Innenelektroden 3 nicht direkt am keramischen Körper 2 dargestellt sind, wie dies in der Praxis tatsächlich der Fall ist. Diese Darstellung ist lediglich zur Erläuterung der elektrischen Verhältnisse gewählt. Entspre­ chendes gilt für die in Fig. 2 gestrichelt dargestellten An­ schlußmetallisierungen 4, 5.

Da die Innenelektroden 3 aus sperrschichtabbauendem Material hergestellt sind, ergibt sich eine niederohmige elektrische Verbindung zum Keramikkörper 2, wie in Fig. 2 schematisch durch Strichverbindungen angedeutet ist. Da sowohl die In­ nenelektroden 3 als auch die Anschlußmetallisierungen 4, 5 aus elektrisch gut leitendem Material hergestellt sind, erge­ ben sich auch zwischen diesen niederohmige elektrische Ver­ bindungen, die ebenfalls durch Strichverbindungen schematisch angedeutet sind.

Da weiterhin erfindungsgemäß die Anschlußmetallisierungen 4, 5 durch ein nicht sperrschichtabbauendes Material gebildet sind, ergibt sich zwischen dem Keramikkörper 2 und diesen An­ schlußmetallisierungen 4, 5 eine durch eine Sperrschicht ge­ bildete hochohmige elektrische Verbindung, die in Fig. 2 schematisch durch Widerstände 10 angedeutet ist.

Durch die erfindungsgemäße vorgesehenen Materialien für die Innenelektroden 3 und die Anschlußmetallisierungen 4, 5 wird also sichergestellt, daß die wirksame Bauelementefunktion durch den Teil des Bauelementekörper zustande kommt, welcher im Überlappungsbereich der Innenelektroden 3 liegt.

Als sperrschichtabbauendes Material für die Innenelektroden 3 kommt in Weiterbildung ein Stoff aus der Gruppe Cr, Ni oder Ag mit sperrschichtabbauenden Zusätzen in Betracht. Sperr­ schichtabbauende Zusätze enthaltendes Silber wird auch als Grundsilber bezeichnet, da es in an sich bekannter Weise bei der Herstellung elektro-keramischer Bauelemente als Grund­ schicht für Kontakte bzw. Metallisierungen Verwendung findet. Dabei ist sowohl eine sperrschichtfreie als auch elektrisch gut leitende Kontaktierung gewährleistet.

Als Material für die Anschlußmetallisierungen 4, 5 können Ag oder Schichtfolgen Ag/Ni/Sn, Ag/Pd, Ag/Ni oder Cr/Ni/Ag Ver­ wendung finden. Zu Silber sei bemerkt, daß es ohne Zusätze der oben genannten Art nicht sperrschichtabbauend ist. Da derartiges Silber bei Vielschichtbauelementen zur Kontaktie­ rung auch auf Silber mit sperrschichtabbauenden Zusätzen - Grundsilber - aufgebracht wird, wird es in Verbindung mit der Kontaktierung derartiger Bauelemente auch als Decksilber be­ zeichnet.

Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen elek­ trokeramischen Vielschichtbauelementes wird nachfolgend an­ hand von Fig. 3 erläutert. Ausgangspunkt sind dabei gesinn­ terte Keramikfolien 20 aus einer die Bauelementefunktion de­ finierenden Keramik, die einseitig mit einem sperrschichtab­ bauenden Material derart beschichtet werden, daß sich be­ schichtete Bereiche 22 und beschichtungsfreie Randbereiche 21 ergeben. Derartig beschichtete Folien werden um 180° gegen­ einander verdreht derart gestapelt, daß jeweils eine be­ schichtete Seite einer Folie 20 auf eine unbeschichtete Seite der nächstfolgenden Folie 20 zu liegen kommt. Durch das um 180° verdrehte Stapeln der Folien 20 ergeben sich die alternierend bis zu jeweils einer Stirnseite des Stapels erstreckenden beschichteten Bereiche 22, wodurch eine Innenelektrodenkonfiguration nach Fig. 1 entsteht.

Der so geschichtete Stapel wird zum Einbrennen des sperr­ schichtabbauenden Materials einer Temperaturbehandlung unter­ zogen, wodurch das sperrschichtabbauende Material der Berei­ che 22 zur Kontaktierung auch in die entsprechende nicht be­ schichtete Seite der jeweils darüberliegenden Folie 20 einge­ brannt wird. Ein derartiges Verfahren unter Verwendung von bereits gesinnterten Keramikfolien 20 hat den Vorteil, daß der Stapelkörper nicht mehr den hohen Sintertemperaturen un­ terworfen werden muß. Das Einbrennen kann bei unterhalb der Sintertemperaturen liegenden Temperaturen von beispielsweise etwa 560°C erfolgen.

Die in soweit fertig erstellten Folienstapel können dann mit­ tels an sich bekannter Verfahren mit den Anschlußmetallisie­ rungen - 4, 5 nach Fig. 1 - aus nicht sperrschichtabbauendem Material versehen werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß das vorstehend erläuterte Ver­ fahren lediglich eine vorteilhafte Möglichkeit zur Herstel­ lung von erfindungsgemäßen elektro-keramischen Vielschicht­ bauelementen ist. In Abhängigkeit von den verwendeten Mate­ rialien kommen auch andere dem Fachmann zur Verfügung ste­ hende Herstellungsmöglichkeiten in Betracht.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen mögliche praktische Ausführungs­ formen eines erfindungsgemäßen elektro-keramischen Viel­ schichtbauelementes.

Fig. 4 zeigt ein Bauelement mit einem Bauelementekörper 30 und lötbaren Anschlußmetallisierungen 31 und 32, das sich für eine direkte Montage in Platinen eignet.

Fig. 5 zeigt ein Bauelement mit einem Bauelementekörper 30 und drahtförmigen Anschlußmetallisierungen 33, 34 und einer teilweise dargestellten Umhüllung 35 beispielsweise aus Kunststoff.

Fig. 6 zeigt ein für eine SMD-Montage geeignetes Bauelement mit einem Bauelementekörper 30 und SMD-Anschlußmetallisierun­ gen 36, 37, das gegebenenfalls auch noch mit einer Umhüllung entsprechend der Umhüllung nach Fig. 5 versehen werden kann.

Claims (5)

1. Elektro-keramisches Vielschichtbauelement mit einem die Bauelementefunktion definierenden keramischen Bauelementekör­ per (1), in diesem befindlichen sich alternierend bis zu je­ weils einer Stirnseite erstreckenden Innenelektroden (3) so­ wie an den Stirnseiten vorgesehenen die Innenelektroden (3) kontaktierenden Anschlußmetallisierungen (4, 5), dadurch gekennzeichnet, daß die In­ nenelektroden (3) durch ein sperrschichtabbauendes Material und die Anschlußmetallisierungen (4, 5) durch ein nicht sperrschichtabbauendes Material gebildet sind.

2. Elektro-keramisches Vielschichtbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mate­ rial für die Innenelektroden (3) ein Stoff aus der Gruppe Cr, Ni oder Ag mit sperrschichtabbauenden Zusätzen Verwendung findet.

3. Elektro-keramisches Bauelement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mate­ rial für die Anschlußmetallisierungen (4, 5) Ag Verwendung findet.

4. Elektro-keramisches Bauelement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mate­ rial für die Anschlußmetallisierungen (4, 5) eine Schicht­ folge Ag/Ni/Sn, Ag/Pd, Ag/Ni, Cr/Ni/Ag Verwendung findet.

5. Verfahren zur Herstellung von elektro-keramischen Viel­ schichtbauelementen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Folien (20) aus gesinnterter Keramik einseitig mit einem sperr­ schichtabbauenden Material für die Innenelektroden (3) derart beschichtet werden, da sich ein unbeschichteter Oberflächen­ teilbereich (21) und ein beschichteter Oberflächenteilbereich (22) ergibt, daß die beschichteten Folien (20, 21, 22) um 180° verdreht derart gestapelt werden, daß jeweils eine be­ schichtete Seite einer Folie auf eine unbeschichtete Seite der nächstfolgenden Folie zu liegen kommt und daß der Folien­ stapel zum Einbrennen des sperrschichtabbauenden Materials einer Temperaturbehandlung unterzogen wird.