DE3445698A1 - CHIP VARISTOR AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF - Google Patents
CHIP VARISTOR AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOFInfo
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Abstract
Description
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft einen Chip-Varistör ,bestehend aus einem quaderförmigen Körper, der wenistens zum Teil aus Varistormaterial gebildet ist und wenigstens zwei metallisierte Anschlußflächen an zwei gegenüber!iegenden Quaderenden aufweist, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.The invention relates to a chip varistor, consisting from a cuboid body, at least partially is formed from varistor material and at least two metallized connection surfaces on two opposite sides Has block ends, and a method for its production.
Bekannte Chip-Varistoren dieser Art (Prospekt der Firma National Matsushita Electric "Transient/Surge Absorbers" 1983/84), sogenannte "Glaze-Varistors", weisen aufgrund des relativ kleinen Volumens der Varistorschicht nur ein geringes Energieabsorptionsvermögen auf. Sie sind deshalb für die übliche Varistoranwendung im überspannungsschutz nicht geeignet. Darüber hinaus besteht bei Impulsbelastung bei diesen bekannten Varistoren die Gefahr der Gleitfunkenbildung auf der Oberfläche der Varistorschicht, also der Widerstandsschicht, die auf einem Keramiksubstrat aufgebracht ist.Well-known chip varistors of this type (prospectus of National Matsushita Electric Company "Transient / Surge Absorbers" 1983/84), so-called "Glaze-Varistors" due to the relatively small volume of the varistor layer only has a low energy absorption capacity. They are therefore suitable for common varistor applications not suitable for surge protection. In addition, there is a pulse load with these known varistors the risk of sliding sparks on the surface the varistor layer, i.e. the resistance layer that is applied to a ceramic substrate.
Höhere -Energieabsorptionswerte lassen sich durch eine Vergrößerung des Varistorvolumens erreichen, zum Beispiel kann der ganze Körper aus Varistormaterial ge-Higher energy absorption values can be achieved by increasing the varistor volume, for example the whole body can be made of varistor material
bildet werden. Verwendet man die gleiche Kontaktierung wie bei den bekannten Chip-Varistoren, so kommt es bei höheren Impulsströmen zu Überschlägen auf der Varistoroberfläche. Diese Funkenbildung zwischen den metallisierten Anschlußflächen an den Enden des quaderförmigen Körpers, der beispielsweise Abmessungen von 8 χ 4 χ 2 mm aufweist, ist darauf zurückzuführen, daß die Kontaktierung, die durch die metallisierten Anschlußflächen gebildet wird, einen Stromfluß auf der Oberfläche des Varistors begünstigt, während das Innere des Varistors praktisch stromfrei bleibt.forms are. If you use the same contacting as with the known chip varistors, you get with higher pulse currents, flashovers on the varistor surface. This sparking between the metallized pads at the ends of the cuboid body, the example dimensions of 8 χ 4 χ 2 mm is due to the fact that the contact made by the metallized Pad is formed, a current flow favored the surface of the varistor, while the interior of the varistor remains practically current-free.
Bei höheren Spannungen bzw. Impulsströmen ab etwa 20 A kommt es deshalb zu Überschlägen auf den Ober- und Unterseiten des Varistors. Diese Wirkung kann zwar durch eine Stirnf1achenkontaktierung vermieden werden, bei der nur die einander gegenüberliegenden, endseitigen Stirnflächen des quaderförmigen Körpers mit einer Metallisierung versehen werden und nicht zumindest teilweise auch die Ober- und Unterseite dieses Körpers, jedoch hat diese Stirnflächenkontaktierung den Nachteil, daß sie die Lötbarkeit der Varistorelemente stark einschränkt und damit ihre Brauchbarkeit grundsätzlich in Frage stellt. Darüber hinaus läßt sich bei derartigen Chip-Varistoren die Varistorspannung nur über die Bauelementlänge einstellen, was dazu führt, daß eineAt higher voltages or pulse currents from approx 20 A, arcing occurs on the top and bottom of the varistor. This effect can although avoided by a face contact in which only the opposite, end faces of the cuboid body are provided with a metallization and not at least partially also the top and bottom of this body, but this has end face contact the disadvantage that it severely restricts the solderability of the varistor elements and thus theirs Fundamentally calls into question its usefulness. About that can also be used with such chip varistors adjust the varistor voltage only over the component length, which leads to a
Vielzahl von unterschiedlichen Längenabmessungen hergestellt und bevorratet werden müssen, um unterschiedliche Spannungen zu realisieren.Variety of different length dimensions manufactured and have to be stored in order to realize different voltages.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, den Chip-Varistor der genannten Art so auszubilden, daß er sowohl ein ausreichendes Volumen aufweist, um das geforderte Energieabsorptionsvermögen zu erhalten, als auch Sicher-The object of the invention is therefore the chip varistor of the type mentioned so that it has both a sufficient volume to meet the requirements To maintain energy absorption capacity, as well as safety
.r heit gegen Gleitfunken auf seiner Oberfläche bietet und 5 . r provides protection against sliding sparks on its surface and 5
darüber hinaus die Möglichkeit bietet, seine Spannung bei konstanten Abmessungen seiner Ober- und Unterseiten einstellbar zu machen.it also offers the possibility of maintaining its tension with constant dimensions of its upper and lower sides to make adjustable.
Darüber hinaus soll für einen derartigen Varistor ein Herstellungsverfahren entwickelt werden, das den bisher bekannten insbesondere in wirtschaftlicher Hinsicht überlegen ist.In addition, a varistor should be used for such a varistor Manufacturing process to be developed that the hitherto known in particular from an economic point of view superior is.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß 25This object is achieved according to the invention in that 25th
die sich an die Quaderenden anschließenden Ober- und Unter· Seiten des quaderförmigen Körpers mit einer eine Unterbrechung aufweisenden Metallisierung versehen sind, wobei die Metallisierung des größten Teils der Oberseite nurthe top and bottom adjoining the cuboids Sides of the cuboid body are provided with a metallization having an interruption, wherein the metallization of most of the top only
mit der metallisierten Anschlußfläche des einen Qua der-30 with the metallized connection surface of a Qua der-30
endes und die Metallisierung des größten Teils der Unterseite nur mit der metallisierten Anschlußfläche des anderen Quaderendes elektrisch leitend verbunden ist.endes and the metallization of most of the underside only with the metallized pad of the other Block end is electrically connected.
Durch diese Konstruktion ist infolge Überlappung der Elek-35 This construction is due to the overlap of the Elek-35
troden die Stromf1ußrichtung um 90° gedreht, so daß Strombzw. Spannungsüberschläge nur noch im Bereich der Unterbrechung der Metallisierung möglich sind. Die Einstellbar-Troden the Stromf1ußrichtung rotated by 90 °, so that Strombzw. Voltage flashovers only in the area of the interruption the metallization are possible. The adjustable
keit der Varistorspannung wird in einfacher Weise dadurch ermöglicht, daß für die Dicke des quaderförmigen Körpers, c die im Ausflihrungsbei spi el mit H bezeichnet ist, verschiedene Abmessungen gewählt werden.speed of the varistor voltage is thereby in a simple manner allows that for the thickness of the cuboid body, c, which is denoted by H in the example, various Dimensions to be chosen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann jede streifenförmige Aussparung durch zwei parallele Ränder^begrenzt sein, die sich parallel zu den Rändern der Ober- und Unterseiten, quer zur Längsrichtung der quaderförmigen Körpers erstrecken.According to a further embodiment of the invention, can each strip-shaped recess by two parallel ones Edges ^ be limited, which are parallel to the edges of the upper and lower sides, transverse to the longitudinal direction of the cuboid body extend.
Zur weiteren Verbesserung der Überschlagsfestigkeit läßtTo further improve the flashover strength
,,_ sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungs-15 ,, _ according to a further embodiment of the invention
Vorschlags die Oberfläche des Varistormaterials im Bereich der streifenförmigen Aussparungen mit Nuten versehen, die in das Varistormaterial. eingearbeiten sind und sich in Richtung der streifenförmigen ,Aussparungen erstrecken.Suggest the surface of the varistor material in the area the strip-shaped recesses are provided with grooves, those in the varistor material. are incorporated and moving in the direction of the strip-shaped, recesses extend.
Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den quaderförmigen Körper als Schichtkörper auszubilden, bestehend aus parallel zu seinen Ober- und UnterseitenIn addition, it has proven advantageous to design the cuboid body as a layered body, consisting from parallel to its top and bottom
_._ verlaufenden, einander abwechselnden Schichten aus 25_._ running, alternating layers 25th
Varistormaterial und elektrisch gut leitfähigem Material, wobei letztgenannte Schicht wiederum abwechselnd mit dem einen und dem anderen metallisierten Quaderende elektrisch verbunden sind.Varistor material and material with good electrical conductivity, the latter layer alternating with the one and the other metallized block end electrically are connected.
Zur Herstellung von Chip-Varistoren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dient ein Verfahren, gemäß dem ein quaderförmiger Körper aus Varistormaterial hergestellt und auf seinen Oberflächen vollständig metallisiert wird, woraufhin inFor the production of chip varistors according to one of the claims 1 to 5 is a method according to which a cuboid Body made of varistor material and on its Surfaces is completely metallized, whereupon in
die einander gegenüberliegenden Ober- und Unterseiten 35the opposite top and bottom sides 35
des quaderförmigen Körpers wenigstens je eine die Metallisierung aussparende Nut eingearbeitet wird und danach der Körper quer zu seiner Längsachse in einzelne Längs-of the cuboid body at least one metallization recess groove is incorporated and then the body transversely to its longitudinal axis into individual longitudinal
stücke zerschnitten wird, die die eigentlichen quaderförmigen Körper bilden, so daß deren Längsachse in Richtung der Querachse des ursprünglichen quaderförmigen Körpers verläuft und deren Querachse in Richtung der Längsachse des ursprünglichen quaderförmigen Körpers.Pieces are cut up, which are the actual cuboid Form body so that its longitudinal axis in the direction of the transverse axis of the original cuboid body runs and its transverse axis in the direction of the longitudinal axis of the original cuboid body.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung
dargestel1 ten Aus
Zeichnung zeigen;The invention will be explained below with reference to the Dargestel1 th in the drawing
Show drawing;
dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In derillustrated embodiments explained in more detail. In the
Figur 1 eine perspektivische Ansicht des quaderförmigen Körpers eines Chip-Varistors, dessen gegenüberliegende Enden vollständig und dessen gegenüberliegende Ober- und Unterseiten teilweise metal 1i siert sind,Figure 1 is a perspective view of the cuboid Body of a chip varistor, its opposite ends complete and its opposite ends Upper and lower sides are partially metalized,
Figur 2 eine schematische Seitenansicht des Varistors von Fig. 1 in Richtung des Pfeils A in Fig. 1,Figure 2 is a schematic side view of the varistor of Fig. 1 in the direction of arrow A in Fig. 1,
Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des Chip-Varistors, FIG. 3 shows a perspective view of another embodiment of the chip varistor,
Figur 4 eine der Fig. 2 entsprechende schematische Sei 25FIG. 4 shows a schematic page 25 corresponding to FIG. 2
tenansicht des Chip-Varistors von Fig. 3,tenansicht of the chip varistor of Fig. 3,
Figur 5 eine längsgeschnittene Seitenansicht eines Vielschicht-Varistors mit den Merkmalen der Erfindung, undFIG. 5 is a longitudinally sectioned side view of a multilayer varistor with the features of the invention, and
Figur 6a, b und c schematische Darstellungen der aufeinanderfolgenden Herstellungsschritte des quaderförmigen Körpers, aus dem der Chip-Varistor aufgebaut ist.Figure 6a, b and c are schematic representations of the successive Manufacturing steps of the cuboid body from which the chip varistor is constructed.
Mit "Varistor" werden bekanntlich spannungsabhängine Widerstände bezeichnet, die in aller Regel aus gesintertemAs is well known, "varistors" are voltage-dependent Resistances are usually made of sintered
Siliziumkarbid oder Zinkoxid mit Beimengungen anderer Stoffe in Scheiben- oder Stabform bestehen und vor allem in der Nachrichtentechnik Anwendung finden. IhreSilicon carbide or zinc oxide with admixtures of others Substances exist in the form of discs or rods and are mainly used in communications technology. Her
Spannungsabhängigkeit beruht auf einem veränderlichen Kontaktwiderstand zwischen den einzelnen Kristallen.Voltage dependence is based on a variable contact resistance between the individual crystals.
Der in Fig. 1 dargestellte Chip-Varistor ist ein quaderförmiger Körper 1. Seine Abmessungen betragen beispielsweise 2 χ 1,25 χ 0,5 mm (Länge, Breite, Höhe) bis beispielsweise 8x4x4 mm. Er besteht aus einem oxydkeramischen Widerstandsmaterial und ist an den Quaderenden .2, 3 mit metallisierten Anschlußflächen 8, 9 versehen, die die Quaderenden vollständig abdecken, und aufThe chip varistor shown in Fig. 1 is a cuboid Body 1. Its dimensions are, for example, 2 1.25 χ 0.5 mm (length, width, height) up to, for example 8x4x4 mm. It consists of an oxide ceramic Resistance material and is provided at the ends of the blocks .2, 3 with metallized pads 8, 9, which completely cover the ends of the blocks, and on
seiner Oberseite 4 sowie seiner Unterseite 5 ebenfalls 15its upper side 4 and its lower side 5 likewise 15
mit einer Metallisierung 6, 7 (Fig. 2).Die Metallisierung der Oberseite 4 ist mit der metallisierten Anschlußfläche 9 des einen Quaderendes 3 elektrisch leitend verbunden, während die Metallisierung 7 der Unterseite 5 nur mit der metallisierten Anschlußfläche 8 des anderen Quaderendes elektrisch leitend in Verbindung steht. Dies bedeutet, sowohl auf der Oberseite 4 als auch auf der Unterseite 5 ist die Metallisierung unterbrochen, wobei diese Unterbrechung, wie den Fig. 1 und 2 entnommen werden kann, jeweils eine streifenförmige Aussparung 10,11 in der metal-25 with a metallization 6, 7 (Fig. 2). The metallization the top 4 is with the metallized pad 9 of a block end 3 electrically connected, while the metallization 7 of the bottom 5 only with the metallized pad 8 of the other end of the cuboid is electrically conductively connected. This means both on the top 4 and on the bottom 5 the metallization is interrupted, this interruption, As can be seen in FIGS. 1 and 2, each has a strip-shaped recess 10, 11 in the metal-25
lisierten Fläche bildet, die bis zur Oberfläche des Varistormaterials reicht, das allgemein mit 19 bezeichnet ist.lized area that extends to the surface of the varistor material, which is generally designated by 19 is.
Die streifenförmigen Aussparungen 10, 11 sind durch zwei 30The strip-shaped recesses 10, 11 are through two 30th
parallele Ränder 12, 13 begrenzt, die sich parallel zu den in Querrichtung des Körpers liegenden Rändern seiner Ober- und Unterseiten erstrecken.parallel edges 12, 13 bounded, which are parallel to the edges lying in the transverse direction of the body of its Extend top and bottom sides.
Durch diese Bauform des Chip-Varistors läßt sich seine 35This design of the chip varistor can be 35
Spannung bei konstanter "Grundfläche" des quaderförmigen Körpers durch Änderung der Bauhöhe H (Fig. 2) von Hause aus, also bei der Herstellung des Chip-Varistors, fest-Tension with a constant "base" of the cuboid Body by changing the height H (Fig. 2) from home, i.e. during the manufacture of the chip varistor, fixed-
legen. Somit ist die Einstellbarkeit der Spannung in Abhängigkeit von der Bauteilhöhe gegeben. Durch Versucheplace. Thus, the adjustability of the voltage is dependent given by the component height. Through trials
c wurde gefunden, daß die Breite d der streifenförmigen Aussparungen 10, 11 etwa das 1,5-fache der Höhe H sein muß, da ,nachdem durch diese Bauform aufgrund der Überlappung der Elektroden (metallisierte Oberflächen) die Stromflußrichtung gegenüber einer nur an den stirnsei-c was found to be the width d of the strip-shaped Recesses 10, 11 must be about 1.5 times the height H, because after this design due to the overlap of the electrodes (metallized surfaces) the Direction of current flow compared to one only at the frontal
_. tigen Quaderenden kontaktierten Chip-Varistor um 90° gedreht ist, die Möglichkeit von Strom- bzw. Spannungsüberschlägen nur noch im Bereich der streifenförmigen Aussparung gegeben ist._. term block ends contacted chip varistor rotated by 90 ° is, the possibility of current or voltage flashovers only in the area of the strip-shaped Recess is given.
, _ Da die Bedingung d > 1,5 H bei höheren Varistorspannun-ο , _ Since the condition d> 1.5 H with a higher varistor voltage ο
gen zu kleinen Elektrodenflächen führt und damit zu geringem Energieabsorptionsvermögen, wird vorzugsweise, wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, im Bereich der streifenförmigen Aussparungen 10, 11 der Ober- und Unterseiten des Chip-Varistors zwischen den Elektroden wenigstens eine Nut 14, 15 angebracht, durch die bei großen Werten von H der Wert für d vergrößert wird, da der Stromfluß zwischen den Elektroden und damit die überschlagsweite nicht durch die Luftstrecke gemessen wird, sondern über die Varistor-Oberflächenmaterial strecke zwischen den benachbarten Elektroden und diese Materialstrecke gegenüber dem bloßen Abstand d um die zweifache Höhe der Nutseiten vergrößert ist.gene leads to small electrode areas and thus too low Energy absorption capacity, is preferably as can be seen from FIGS. 3 and 4, in the area of the strip-shaped recesses 10, 11 of the upper and lower sides of the chip varistor between the electrodes at least a groove 14, 15 is provided, through which the value for d is increased for large values of H, since the Current flow between the electrodes and thus the flashover width is not measured through the air gap, but stretch over the varistor surface material between the adjacent electrodes and this length of material compared to the mere distance d by twice The height of the groove sides is increased.
Es versteht sich, daß bei niedrigen Varistorspannungen 30It is understood that at low varistor voltages 30th
und kleinen Bauteilhöhen H diese Nut überflüssig ist.and small component heights H this groove is superfluous.
In Fig. 5 ist eine andere Ausführungsform des Chip-Varistors dargestellt, bei der der quaderförmige KörperIn Fig. 5 is another embodiment of the chip varistor shown in which the cuboid body
als Schichtkörper 16 ausgebildet ist, bestehend aus 35is designed as a layer body 16, consisting of 35
mehreren parallel zu den Ober- und Unterseiten verlaufenden, einander abwechselnden Schichten aus Varistormaterial 17 "und elektrisch gut leitfähigem Material 18.several alternating layers of varistor material running parallel to the top and bottom sides 17 ″ and material 18 with good electrical conductivity.
Die leitfähigen Materialschichten 18 sind wiederum abwechselnd mit dem einen und dem anderen metallisierten Quaderende 2a bzw. 3a elektrisch verbunden.The conductive material layers 18 are again alternating with one and the other metallized Block end 2a or 3a electrically connected.
Durch Anwendung einer solchen Schichttechnik, die zu dem in Fig. 5 gezeigten Vielschicht-Chip-Varistör führt, läßt sich das Energieabsorptionsvermögen noch wesentlich steigern, allerdings auf Kosten eines doch erheblich höheren Herstellungsaufwandes.By applying such a layering technique that too leads to the multilayer chip varistor shown in FIG. 5, the energy absorption capacity can still be increased significantly, but at the expense of one thing higher manufacturing costs.
Zur Herstellung eines Chip-Varistors der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Art dient ein Verfahren, dessen Schritte im folgenden anhand der Figuren 6a, 6b und 6c erläutertTo produce a chip varistor in FIGS. 3 and 4, a method is used, the steps of which are explained below with reference to FIGS. 6a, 6b and 6c
werden.will.
Zunächst werden größere Platten oder Stangen aus Varistormaterial zu Körpern der in Fig. 6a gezeigten Art gepreßt, gesintert und eventuell zersägt. Daraufhin wird dieser Körper auf seiner gesamten Oberfläche mit Silber kontaktiert, also metallisiert. Danach werden in Längsachsenrichtung des stangenförmigen Körpers in seine Ober-und Unterseiten Nuten oder ri11enförmige Vertiefungen der bei 14 und 15First, larger plates or rods of varistor material are pressed and sintered to form bodies of the type shown in FIG. 6a and possibly sawn up. This body is then contacted with silver over its entire surface, so metallized. After that, in the longitudinal axis direction of the rod-shaped body in its upper and lower sides Grooves or groove-shaped depressions at 14 and 15
in Fig. 3 gezeigten Art eingefräst oder eingesägt, die 25milled or sawed in the type shown in FIG. 3, the 25th
tiefer sind als die Metallisierungsschicht und die die Aufgabe haben, die Überschlagsfestigkeit zu verbessern (Fig. 6b). Anschließend werden von diesem stangenförmigen oder quaderförmigen Körper quer zu seiner Längsachseare deeper than the metallization layer and the Have the task of improving the flashover strength (Fig. 6b). Subsequently, this rod-shaped or cuboid body is transverse to its longitudinal axis
in Fig. 6c mit 20 bezeichnete Stücke abgeschnitten, die 3Uin Fig. 6c with 20 designated pieces cut off, the 3U
die in Fig. 3 dargestellten Chip-Varistoren bilden, deren Seitenflächen 21 (22) demnach nicht metallisiert sind, im Gegensatz zu den stirnseitigen Enden. Die Längsachse dieser Chip-Varistoren entspricht somit der Querachse desform the chip varistors shown in Fig. 3, their Side surfaces 21 (22) are therefore not metallized, in contrast to the front ends. The longitudinal axis this chip varistors thus corresponds to the transverse axis of the
ursprünglich hergestellten quaderförmigen Körpers, der in 35originally produced cuboid body, which in 35
die einzelnen Chips zerteilt wird.the individual chips is divided.
Die Oberfläche des so hergestellten Chip-Varistors wird mit Ausnahme der Kontaktflächen, d.h. der stirnseitigen 5 Enden, mit einer Schutzschicht überzogen. Die Kontaktflächen können beispielsweise durch Vernickeln und Verzinnen verstärkt werden.The surface of the chip varistor produced in this way is with the exception of the contact surfaces, i.e. the front 5 ends, covered with a protective layer. The contact areas can be done, for example, by nickel-plating and tinning be reinforced.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0184645A3 (en) | 1987-01-28 |
| EP0184645B1 (en) | 1989-02-08 |
| EP0184645A2 (en) | 1986-06-18 |
| ATE40765T1 (en) | 1989-02-15 |
| DE3445698C2 (en) | 1991-01-03 |
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