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WO2020244972A1 - Bauelement und verwendung eines bauelements - Google Patents

Bauelement und verwendung eines bauelements Download PDF

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Publication number
WO2020244972A1
WO2020244972A1 PCT/EP2020/064597 EP2020064597W WO2020244972A1 WO 2020244972 A1 WO2020244972 A1 WO 2020244972A1 EP 2020064597 W EP2020064597 W EP 2020064597W WO 2020244972 A1 WO2020244972 A1 WO 2020244972A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
component
active volume
width
internal electrodes
height
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/064597
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alfred Hofrichter
Original Assignee
Tdk Electronics Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tdk Electronics Ag filed Critical Tdk Electronics Ag
Priority to CN202080041445.8A priority Critical patent/CN113906527B/zh
Priority to US17/612,337 priority patent/US12033773B2/en
Priority to DE112020002570.5T priority patent/DE112020002570A5/de
Priority to JP2021571680A priority patent/JP2022535818A/ja
Publication of WO2020244972A1 publication Critical patent/WO2020244972A1/de

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    • H01C7/18—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material comprising a plurality of layers stacked between terminals
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a component
  • thermistor for example a surface mount NTC thermistor.
  • Another aspect relates to a use of the component.
  • Such components can, for example, in one
  • Temperature sensor can be used as a temperature-sensitive element. An ambient temperature acts on the
  • Component for example as radiant heat from above or via a circuit board from below.
  • the ambient temperature can change the temperature of the component. This can change the electrical properties of the
  • Component for example the resistance, cause the changes can be measured by suitable electronics.
  • the speed of the sensor's response is described by the thermal time constant of the sensor.
  • the thermal time constant indicates the time after which the sensor 63% (1-1 / e) of the new
  • the thermal time constant depends on external factors, for example the material on which the sensor is installed, the solder used, the amount of solder and the environment. Also sensor properties like that
  • the object of the present invention is now to specify an improved component, in particular one
  • Component that can enable its electrical properties to be influenced as quickly as possible when the ambient temperature changes.
  • a component is proposed in which an active volume of the component is not arranged centrally over a height of the component. As an alternative or in addition, the active volume is not arranged centrally over a width of the component.
  • the active volume can be defined by overlapping areas
  • the active volume can be formed by an area between two
  • Inner electrodes of opposite polarity lies, the two inner electrodes are arranged in the same plane and do not touch each other.
  • the active volume can be composed of several subregions in which internal electrodes that are adjacent in the stacking direction overlap or in which
  • Internal electrodes form an active volume in the same plane.
  • the overlapping internal electrodes can be directly adjacent to one another in the stacking direction. Since the active volume is not arranged centrally over the width and / or the height of the component, the active volume is arranged close to an outer surface of the component.
  • a change in ambient temperature causes a change in the temperature of the component that is exposed to this environment. Such a temperature change can be inhomogeneous. In particular, the temperature change of the component can take place from the outside inwards. Accordingly, the
  • the active volume is arranged in such an area, the active volume can be quickly influenced by the temperature change.
  • the active volume can be decisive for the electrical properties of the component, for example the resistance of the component.
  • the thermal time constant of the component can thus be reduced.
  • the height of the component can be an extension of the
  • Component be in a stacking direction in which
  • the internal electrodes can be flat and extend in a length direction and a width direction
  • the height can be an extension of the component in a direction perpendicular to the length direction and the width direction.
  • the width of the component can be an extension of the
  • the width can be the
  • the active volume can be close to a
  • Side surface of the component be arranged close to an underside of the component and / or close to an upper side of the component.
  • the component can have internal electrodes, internal electrodes that are adjacent to one another in a stacking direction overlap with one another in at least one overlap region, the active volume of the component being formed by the at least one overlap region of the internal electrodes.
  • the component can have two internal electrodes
  • Internal electrodes form the active volume of the component.
  • One of the internal electrodes can be connected to a first
  • Inner electrodes can have a second outer electrode
  • the height of the component can extend from an underside of the component to an upper side of the component.
  • the active volume can be arranged in a lower area between the bottom and a height of 30% of the height and / or in an upper area between a height of 70% of the height and the top. Preferably this is active
  • the active volume is arranged both in the upper and in the lower area, the result is a symmetrical component which, in the case of surface mounting, both with the top toward a circuit board and with a
  • Underside can be mounted towards the printed circuit board without changing the electrical properties of the component.
  • Such components are often manufactured as bulk goods, so that symmetry with regard to the top and bottom is advantageous.
  • the width of the component can vary from a first
  • the active volume can be arranged in a left area between the first side surface and your width of 30% of the width B and / or in a right area between a width of 70% of the width B and the second side surface.
  • the active volume in the left area which extends from the first side surface up to a width of not more than 30% of the width B, and / or in the right area, which extends from the second side surface up to a width of extends at least 70% of the width B, wherein in the width direction a central region, which is free of internal electrodes, is arranged between the left region and the right region and to the left region and the right region, respectively
  • the active volume can preferably be arranged in a left area between the first side surface and a width of 20% of the width B and / or in a right area between a width of 80% of the width B and the second side surface. This can ensure that the active volume is arranged near the side surfaces. A temperature change that runs over the component from the outside to the inside can therefore quickly reach the active volume. This can result in a reduced time constant.
  • At least one of the internal electrodes of the component can be a floating electrode. Further inner electrodes of the
  • Component can with one of the outer electrode of the
  • a floating inner electrode is not in electrical contact with the outer electrode.
  • the active volume can have several partial volumes which are arranged symmetrically to one another.
  • Symmetrical arrangement of the partial volumes can make it possible for the component to be installed in any position.
  • At least one inner electrode can have two parts that are separated from one another by a gap that runs perpendicular to the height and width of the component.
  • the two parts of the inner electrode can each be connected to an outer electrode, in particular to the same outer electrode.
  • the inner electrode can also be a floating electrode, both parts being floating.
  • the gap can be arranged centrally in the width direction.
  • the active volume By forming the gap between the two parts of the inner electrode, the active volume can be offset in such a way that it is close to the side surfaces of the component. Accordingly, the active volume can be quickly influenced by a temperature change of the side surface.
  • the active volume can make up less than 30% of a total volume of the component.
  • the active volume Preferably the active
  • the component can have a ceramic material with a high thermal conductivity.
  • the high thermal conductivity of the ceramic material can help ensure that a temperature change quickly reaches the active volume.
  • the component can have an external electrode which is arranged on a third side surface of the component. At least one of the internal electrodes can with the
  • the outer electrode can partially overlap the inner electrode connected to the outer electrode, the one connected to the outer electrode
  • Inner electrode protrudes over an area that is overlapped by the outer electrode.
  • the outer electrode can, for example, be the top and / or the bottom
  • the length of the outer electrode has only a minor influence on the resistance distribution of the component.
  • a direct current flow between the external electrodes can be avoided in this way.
  • the component can be a ceramic component.
  • the component can be an electrical or an electronic component.
  • the component can be a multilayer component.
  • the component can be a thermistor.
  • the component can be an NTC thermistor or a PTC thermistor.
  • the component can be a varistor.
  • the component can be a temperature measuring element.
  • the component can be designed for surface mounting.
  • the component according to the invention is used to monitor the temperature of the battery, overheating of the battery can be detected quickly because the component has a low thermal time constant due to the arrangement of the active volume. Accordingly, the component is particularly suitable for monitoring a temperature of the battery.
  • the component is used for
  • Temperature control is essential. For example, the temperature of a battery in an electric vehicle must be constantly monitored.
  • Figure 1 shows a schematic cross section through a
  • FIG. 2 shows the component from FIG. 1, the areas in which the active volume can be arranged
  • Figure 3 shows a cross section through a component according to a second embodiment
  • Figure 4 shows another cross section through a component according to the second embodiment.
  • Figure 5 shows a third embodiment of the
  • Figure 1 shows a cross section through a component in a schematic view.
  • the component is a ceramic multilayer component.
  • NTC negative temperature coefficient
  • the component has internal electrodes and layers of a ceramic material 1.
  • the internal electrodes and the ceramic layers 1 are arranged one above the other in a stacking direction S.
  • the expansion of the component in the stacking direction S is also referred to as the height H of the component.
  • the height H extends from an underside 2 to an upper side 3 of the component.
  • the surface normals of the bottom 2 and the top 3 each point in
  • the inner electrodes are flat formed and are parallel to the bottom 2 and
  • the component is cuboid.
  • the component has a first side face 4, a second side face 5, a third side face 6 and a fourth side face 7, which are each perpendicular to the top side 3 and the bottom side 2.
  • the component also has a first external electrode 8 and a second external electrode 9.
  • the first external electrode 8 is on the third side surface 6 of the component
  • the first outer electrode 8 overlaps the
  • the second external electrode 9 is arranged on the fourth external surface 7 of the component.
  • Outer electrode 9 partially overlaps the top 3 and the bottom 2 of the component.
  • the first and second side surfaces 4, 5 are parallel to each other.
  • the first side face 4 and the second side face 5 are parallel to each other.
  • the internal electrodes of the component have first internal electrodes 10, second internal electrodes 11 and third internal electrodes 12.
  • the first internal electrodes 10 are each electrical with the first external electrode 8
  • the second internal electrodes 11 are each electrically contacted with the second external electrode 9.
  • a first internal electrode 10 and a second internal electrode 11 are in a common layer in the stack structure
  • Inner electrode 10, 11 not one another.
  • the third internal electrodes 12 are floating
  • Inner electrodes 12 are not directly electrically connected to one of the outer electrodes 8, 9. A third each
  • Inner electrode 12 is arranged in an electrode layer which is adjacent to the electrode layer in which a first inner electrode 10 and a second inner electrode 11 are arranged.
  • the third internal electrode 12 overlaps with the first internal electrode in a first overlap region 13
  • the third inner electrode 12 overlaps with the second inner electrode in a second overlap region 14
  • the active volume A of the component is not arranged centrally in the component. Rather, the active volume A is in an upper region 15 of the component, which is close to the
  • Upper side 3 is, and in a lower area 16 of the
  • the active volume A is made up of partial volumes.
  • a region 17 which is central in the height direction and which lies between the upper region 15 and the lower region 16 is free of the active volume.
  • the active volume A of the component is thus arranged close to the outer surfaces of the component, a temperature change in the environment very quickly reaches the active one
  • the temperature of the component does not change homogeneously. Rather, when there is a change in temperature, the outer surfaces, i.e. the top and bottom 3, 2 and the side surfaces 4, 5, 6, 7, and close to the
  • the temperature change of the component is in the height direction from the outer areas, i. the upper and lower areas 15, 16, the temperature of which changes first, to the central area 17, the temperature of which changes somewhat later.
  • the active volume A is thus relocated to the areas 15, 16 of the component which is affected first by the temperature change.
  • the electrical properties of the component are therefore very quickly influenced by the change in temperature.
  • the component is dashed with respect to
  • FIG. 2 shows the component shown in FIG. 1, the lower region 15 and the upper region 16, in which the partial volumes of the active volume A are formed, and the active volume A being marked.
  • the lower area 15 shows the component shown in FIG. 1, the lower region 15 and the upper region 16, in which the partial volumes of the active volume A are formed, and the active volume A being marked.
  • the upper region 16 extends from the top 3 to a height of at least 70% of the height H.
  • the central area 17 is last adapted to the changed ambient temperature.
  • FIG. 3 shows a cross section through a component according to a second exemplary embodiment, the cross section being cut perpendicular to the stacking direction S.
  • Cross section shows an electrode layer in which a first Inner electrode 10 and a second inner electrode 11
  • the first internal electrode 10 has a first part 18 and a second part 19.
  • a gap 20 is arranged between the first part 18 and the second part 19.
  • the gap 20 extends in the longitudinal direction of the component.
  • the gap 20 is thus perpendicular to the outer electrodes 8, 9 and runs parallel to the first and second parts 18, 19 of the first inner electrode 10. Accordingly, an in
  • the second inner electrode 11 also has two parts which are separated by a gap 20.
  • the region 21, which is central in the width direction, is free from the second internal electrode 11. Accordingly, the first and second internal electrodes 11, 12 are thus in a left-hand one
  • the component is free of internal electrodes.
  • the temperature change of the component is also not homogeneous in the width direction. Rather, the temperature of the right and left areas 23, 22 changes first and only a little later does the temperature of the in FIG
  • Width direction central area 21 is a Width direction central area 21.
  • FIG. 4 shows a cross section perpendicular to the stacking direction S of a further electrode layer of the component in accordance with the second exemplary embodiment, the third internal electrode 12 being arranged in this layer.
  • the third Inner electrode 12 is a floating inner electrode, which also consists of two parts. The two parts are separated from one another by a gap 20, which in FIG. 4
  • Width direction central region 21 is arranged.
  • Partial volumes, of which the active volume A of the component consists, are thus formed close to the first or the second side surface 4, 5 in the second exemplary embodiment.
  • the area 21, which is central in the width direction and which is far away from the first and second side surfaces 4, 5, does not have the active volume A.
  • Component be constructed in which the active volume A particularly quickly from a temperature change of the
  • the concept described here is not limited to components with floating internal electrodes.
  • the active volume A could also be formed by an overlap of first internal electrodes 10, which are connected to a first external electrode 8, and second internal electrodes 11, which are connected to a second
  • External electrode 9 are connected, are formed.
  • the partial volumes of the active volume A can in turn be arranged close to the outer surfaces of the component.
  • Figure 5 shows a third embodiment.
  • the third embodiment is based on the first Embodiment, wherein no floating inner electrode is provided in the third embodiment of the component.
  • the first inner electrode 10 is with the first
  • the second inner electrode 11 is connected to the second outer electrode 9.
  • a voltage can be applied between the first internal electrode 10 and the second internal electrode 11.
  • the first internal electrode 10 and the second internal electrode 11 are arranged in the same plane and do not touch one another. Accordingly, an active volume A is formed in an area between the two internal electrodes.
  • the active volume A is marked in FIG.
  • the internal electrodes 10, 11 and thus the active volume are arranged near the top 3 of the component.
  • a second partial volume of the active volume A is formed near the underside 2 of the component between two further internal electrodes which are also arranged in the same plane and do not touch one another.
  • a temperature change quickly reaches the active volume due to its location near the outer sides.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Nonlinear Science (AREA)
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  • Thermistors And Varistors (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauelement aufweisend ein aktives Volumen (A), wobei das aktive Volumen (A) über eine Höhe H des Bauelements nicht mittig angeordnet ist, und/oder wobei das aktive Volumen (A) über eine Breite B des Bauelements nicht mittig angeordnet ist. Ein weiterer Aspekt betrifft eine Verwendung des Bauelements. Bauelement, wobei es sich bei dem Bauelement um einen Thermistor, insbesondere einen NTC-Thermistor oder einen PTC-Thermistor, oder um ein Temperaturmesselement handelt. Verwendung des Bauelements zur Überwachung einer Temperatur einer Batterie oder in einem Fahrzeug.

Description

Beschreibung
Bauelement und Verwendung eines Bauelements
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauelement,
insbesondere ein keramisches Vielschichtbauelement,
beispielsweise einen NTC-Termistor zur Oberflächenmontage.
Ein weiterer Aspekt betrifft eine Verwendung des Bauelements.
Derartige Bauelemente können beispielsweise in einem
Temperatursensor als temperatursensitives Element eingesetzt werden. Dabei wirkt eine Umgebungstemperatur auf das
Bauelement, beispielsweise als Strahlungswärme von oben oder über eine Leiterplatte von unten. Die Umgebungstemperatur kann die Temperatur des Bauelementes dabei verändern. Dieses kann eine Änderung der elektrischen Eigenschaften des
Bauelementes, beispielsweise des Widerstandes, bewirken, wobei die Änderungen durch eine geeignete Elektronik gemessen werden kann.
Für viele Anwendungen ist eine möglichst schnelle Antwort des Sensors wünschenswert oder notwendig. Die Geschwindigkeit der Antwort des Sensors wird durch die thermische Zeitkonstante des Sensors beschrieben. Die thermische Zeitkonstante gibt an, nach welcher Zeit der Sensor 63 % (1-1/e) der neuen
Temperatur erreicht hat. Die thermische Zeitkonstante hängt von äußeren Faktoren, beispielsweise dem Material auf dem der Sensor verbaut ist, dem verwendeten Lot, einer Lotmenge und der Umgebung ab. Auch Sensoreigenschaften wie die
Bauteilgröße oder die Art des Materials des Sensors
beeinflussen die thermische Zeitkonstante . Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nunmehr ein verbessertes Bauelement anzugeben, insbesondere ein
Bauelement, das es ermöglichen kann, in seinen elektrischen Eigenschaften bei einer Änderung einer Umgebungstemperatur möglichst schnell beeinflusst zu werden.
Die Aufgabe wird durch ein Bauelement gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Es wird ein Bauelement vorgeschlagen, wobei ein aktives Volumen des Bauelements über eine Höhe des Bauelements nicht mittig angeordnet. Alternativ oder ergänzend ist das aktive Volumen über eine Breite des Bauelements nicht mittig angeordnet .
Das aktive Volumen kann durch Überlappungsbereiche
benachbarter Innenelektroden entgegengesetzter Polarität gebildet werden. Alternativ kann das aktive Volumen durch einen Bereich gebildet werden, der zwischen zwei
Innenelektroden entgegengesetzter Polarität liegt, wobei die beiden Innenelektroden in der gleichen Ebene angeordnet sind und einander nicht berühren.
Das aktive Volumen kann sich aus mehreren Teilbereichen zusammensetzen, in denen sich jeweils in Stapelrichtung benachbarte Innenelektroden überlappen oder in denen
Innenelektroden in der gleichen Ebene ein aktives Volumen bilden. Die einander überlappenden Innenelektroden können dabei in Stapelrichtung unmittelbar zueinander benachbart sein . Da das aktive Volumen über die Breite und/oder die Höhe des Bauelementes nicht mittig angeordnet ist, ist das aktive Volumen nahe einer Außenfläche des Bauelementes angeordnet. Eine Umgebungstemperaturänderung bewirkt eine Änderung der Temperatur des Bauelementes, das dieser Umgebung ausgesetzt ist. Eine solche Temperaturänderung kann inhomogen verlaufen. Insbesondere kann die Temperaturänderung des Bauelementes von außen nach innen erfolgen. Dementsprechend können die
Außenflächen und die Bereiche des Bauelementes, die den
Außenflächen nahe sind, in ihrer Temperatur schneller
verändert werden als mittige Bereiche des Bauelementes.
Dadurch, dass das aktive Volumen in einem solchen Bereich angeordnet wird, kann das aktive Volumen schnell von der Temperaturänderung beeinflusst werden. Das aktive Volumen kann entscheidend für die elektrischen Eigenschaften des Bauelementes, beispielsweise den Widerstand, des Bauelementes sein. Durch die nicht mittige Anordnung des aktiven Volumens kann somit die thermische Zeitkonstante des Bauelementes reduziert werden.
Die Höhe des Bauelements kann eine Ausdehnung des
Bauelementes in eine Stapelrichtung sein, in der
Innenelektroden und keramische Schichten übereinander
angeordnet sind. Die Innenelektroden können flächig sein und sich in eine Längenrichtung und eine Breitenrichtung
erstrecken. Die Höhe kann eine Ausdehnung des Bauelementes in einer zur Längenrichtung und zur Breitenrichtung senkrechten Richtung sein.
Die Breite des Bauelementes kann eine Ausdehnung des
Bauelementes von einer ersten Seitenfläche zu einer zweiten Seitenfläche des Bauelementes sein, wobei die Außenelektroden des Bauelementes nicht auf der ersten oder der zweiten Seitenfläche angeordnet sind. Die Breite kann dabei die
Ausdehnung des Bauteils in Breitenrichtung angeben.
Insbesondere kann das aktive Volumen nah an einer
Seitenfläche des Bauelements, nah an einer Unterseite des Bauelements und/oder nah an einer Oberseite des Bauelements angeordnet sein.
Das Bauelement kann Innenelektroden aufweisen, wobei in einer Stapelrichtung zueinander benachbarte Innenelektroden in zumindest einem Überlappungsbereich miteinander überlappen, wobei das aktive Volumen des Bauelements durch den zumindest einen Überlappungsbereich der Innenelektroden gebildet wird.
Alternativ kann das Bauelement zwei Innenelektroden
aufweisen, die in einer Ebene angeordnet sind und einander nicht berühren, wobei ein Bereich zwischen den
Innenelektroden das aktive Volumen des Bauelements bildet. Dabei kann eine der Innenelektroden mit einer ersten
Außenelektrode verbunden sein und die andere der
Innenelektroden kann mit einer zweiten Außenelektrode
verbunden sein.
Die Höhe des Bauelementes kann sich von einer Unterseite des Bauelementes zu einer Oberseite des Bauelements erstrecken. Das aktive Volumen kann in einem unteren Bereich zwischen der Unterseite und einer Höhe von 30 % der Höhe und/oder in einem oberen Bereich zwischen einer Höhe von 70 % der Höhe und der Oberseite angeordnet sein. Vorzugsweise ist das aktive
Volumen in einem unteren Bereich zwischen der Unterseite und einer Höhe von 20 % der Höhe H und/oder in einem oberen
Bereich zwischen einer Höhe von 80 % der Höhe H und der
Oberseite angeordnet. Wird das aktive Volumen sowohl in dem oberen als auch in dem unteren Bereich angeordnet, ergibt sich ein symmetrisches Bauelement, das bei einer Oberflächenmontage sowohl mit der Oberseite zu einer Leiterplatte hin als auch mit einer
Unterseite zur Leiterplatte hin montiert werden kann, ohne das die elektrischen Eigenschaften des Bauelementes verändert werden. Derartige Bauelemente werden häufig als Schüttgut gefertigt, so dass eine Symmetrie hinsichtlich Ober- und Unterseite vorteilhaft ist.
Die Breite des Bauelementes kann sich von einer ersten
Seitenfläche zu einer zweiten Seitenfläche des Bauelementes erstrecken. Das aktive Volumen kann in einem linken Bereich zwischen der ersten Seitenfläche und deiner Breite von 30 % der Breite B und/oder in einem rechten Bereich zwischen einer Breite von 70 % der Breite B und der zweiten Seitenfläche angeordnet sein. Dabei kann das aktive Volumen in dem linken Bereich, der sich von der ersten Seitenfläche bis zu einer Breite von nicht mehr als 30% der Breite B erstreckt, und/oder in dem rechten Bereich, der sich von der zweiten Seitenfläche bis zu einer Breite von zumindest 70% der Breite B erstreckt, angeordnet sein, wobei in Breitenrichtung ein mittiger Bereich, der frei von Innenelektroden ist, zwischen dem linken Bereich und dem rechten Bereich angeordnet ist und an den linken Bereich und den rechten Bereich jeweils
unmittelbar anschließt.
Vorzugsweise kann das aktive Volumen in einem linken Bereich zwischen der ersten Seitenfläche und einer Breite von 20 % der Breite B und/oder in einem rechten Bereich zwischen einer Breite von 80 % der Breite B und der zweiten Seitenfläche angeordnet sein. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das aktive Volumen nahe der Seitenflächen angeordnet ist. Eine Temperaturänderung, die über das Bauelement von außen nach innen verläuft, kann daher das aktive Volumen schnell erreichen. Dadurch kann eine reduzierte Zeitkonstante bewirkt werden .
Zumindest eine der Innenelektroden des Bauelementes kann eine schwebende Elektrode sein. Weitere Innenelektroden des
Bauelementes können mit einer der Außenelektrode des
Bauelementes verbunden sein. Eine schwebende Innenelektrode ist nicht elektrisch mit der Außenelektrode kontaktiert.
Das aktive Volumen kann mehrere Teilvolumina aufweisen, die symmetrisch zueinander angeordnet sind. Durch eine
symmetrische Anordnung der Teilvolumina kann es ermöglicht werden, dass das Bauelement in einer beliebigen Lage verbaut wird .
Zumindest eine Innenelektrode kann zwei Teile aufweisen, die durch einen Spalt voneinander getrennt sind, der senkrecht zur Höhe und zur Breite des Bauelements verläuft. Dabei können die beiden Teile der Innenelektrode jeweils mit einer Außenelektrode verbunden sein, insbesondere mit der gleichen Außenelektrode. Alternativ kann die Innenelektrode auch eine schwebende Elektrode sein, wobei beide Teile schwebend sind. Der Spalt kann in Breiterichtung mittig angeordnet sein.
Durch die Ausbildung des Spaltes zwischen den beiden Teilen der Innenelektrode kann das aktive Volumen derart versetzt werden, dass es nahe der Seitenflächen des Bauelementes ist. Dementsprechend kann das aktive Volumen schnell von einer Temperaturänderung der Seitenfläche beeinflusst werden. Das aktive Volumen kann weniger als 30 % eines Gesamtvolumens des Bauelements ausmachen. Vorzugsweise kann das aktive
Volumen weniger als 20 % oder weniger als 10 % des
Gesamtvolumens ausmachen. Durch ein derartig kleines aktives Volumen kann es ermöglicht werden, dass das aktive Volumen schnell in seiner Temperatur verändert werden kann. Auf diese Weise kann eine schnelle Sensorantwort bei einer Änderung der Umgebungstemperatur gewährleistet werden.
Das Bauelement kann ein keramisches Material mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit aufweisen. Die hohe thermische Leitfähigkeit des keramischen Materials kann dazu beitragen, das eine Temperaturänderung das aktive Volumen schnell erreicht .
Das Bauelement kann eine Außenelektrode aufweisen, die auf einer dritten Seitenfläche des Bauelements angeordnet ist. Zumindest eine der Innenelektroden kann mit der
Außenelektrode verbunden sein. Die Außenelektrode kann die mit der Außenelektrode verbundene Innenelektrode teilweise überlappen, wobei die mit der Außenelektrode verbundene
Innenelektrode über einen Bereich hinausragt, der von der Außenelektrode überlappt wird. Die Außenelektrode kann beispielsweise die Oberseite und/oder die Unterseite
teilweise überlappen. Ragt die Innenelektrode über die
Außenelektrode hinaus hat die Länge der Außenelektrode nur einen geringen Einfluss auf die Widerstandsverteilung des Bauelementes. Insbesondere kann ein direkter Stromfluss zwischen den Außenelektroden so vermieden werden.
Bei dem Bauelement kann es sich um ein keramisches Bauelement handeln. Bei dem Bauelement kann es sich um ein elektrisches oder ein elektronisches Bauelement handeln. Bei dem Bauelement kann es sich um ein Vielschichtbauelement handeln. Bei dem Bauelement kann es sich um einen Thermistor handeln. Bei dem Bauelement kann es sich um einen NTC-Thermistor oder einen PTC-Thermistor handeln. Bei dem Bauelement kann es sich um einen Varistor handeln. Bei dem Bauelement kann es sich um ein Temperaturmesselement handeln. Das Bauelement kann zur Oberflächenmontage ausgestaltet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das oben beschriebene Bauelement zur Überwachung einer
Temperatur einer Batterie eingesetzt werden. Bei einer
Batterie ist es entscheidend, einen Ladeprozess der Batterie zu unterbrechen, bevor die Batterie überhitzt wird, da andernfalls Beschädigungen der Batterie auftreten könnten. Wird das erfindungsgemäße Bauelement zur Überwachung der Temperatur der Batterie verwendet, kann eine Überhitzung der Batterie schnell erkannt werden, da das Bauelement aufgrund der Anordnung des aktiven Volumens eine geringe thermische Zeitkonstante aufweist. Dementsprechend ist das Bauelement besonders gut zur Überwachung einer Temperatur der Batterie geeignet .
Gemäß einem weiteren Aspekt wird das Bauelements zur
Überwachung einer Temperatur in einem Fahrzeug verwendet. In Fahrzeugen gibt es zahlreiche Bereiche, in denen
Temperaturüberwachung wesentlich ist. Beispielsweise muss in einem Elektrofahrzeug ständig die Temperatur einer Batterie überwacht werden.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein
Bauelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 2 zeigt das Bauelement aus Figur 1, wobei die Bereiche, in denen das aktive Volumen angeordnet sein kann,
gekennzeichnet sind,
Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch ein Bauelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Figur 4 zeigt einen anderen Querschnitt durch ein Bauelement gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Figur 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des
Bauelements .
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Bauelement in schematischer Ansicht. Bei dem Bauelement handelt es sich um ein keramisches Vielschichtbauelement. Insbesondere handelt es sich bei dem Bauelement um einen NTC-Termistor (NTC = negative temperature coefficient) . Das Bauelement ist für eine Oberflächenmontage vorgesehen (SMD-Bauelement, SMD = surface mounted device) .
Das Bauelement weist Innenelektroden und Schichten eines keramischen Materials 1 auf. Die Innenelektroden und die keramischen Schichten 1 sind in einer Stapelrichtung S übereinander angeordnet. Die Ausdehnung des Bauelementes in Stapelrichtung S wird auch als Höhe H des Bauelementes bezeichnet. Die Höhe H erstreckt sich von einer Unterseite 2 zu einer Oberseite 3 des Bauelementes. Die Flächennormalen der Unterseite 2 und der Oberseite 3 weisen jeweils in
Stapelrichtung S. Die Innenelektroden sind flächig ausgebildet und sind parallel zu der Unterseite 2 und
parallel zu der Oberseite 3 des Bauelementes angeordnet.
Das Bauelement ist quaderförmig. Das Bauelement weist eine erste Seitenfläche 4, eine zweite Seitenfläche 5, eine dritte Seitenfläche 6 und eine vierte Seitenfläche 7 auf, die jeweils senkrecht zu der Oberseite 3 und der Unterseite 2 sind. Die ersten Seitenfläche 4 und die zweiten Seitenfläche
5 sind frei von Außenelektroden.
Das Bauelement weist ferner eine erste Außenelektrode 8 und eine zweite Außenelektrode 9 auf. Die erste Außenelektrode 8 ist auf der dritten Seitenfläche 6 des Bauelementes
angeordnet. Die erste Außenelektrode 8 überlappt die
Oberseite 3 und die Unterseite 2 des Bauelementes jeweils teilweise. Die zweite Außenelektrode 9 ist auf der vierten Außenfläche 7 des Bauelementes angeordnet. Die zweite
Außenelektrode 9 überlappt die Oberseite 3 und die Unterseite 2 des Bauelementes teilweise.
Die Ausdehnung des Bauelementes von der dritten Seitenfläche
6 zur vierten Seitenfläche 7 wird als Länge L des
Bauelementes bezeichnet.
Die erste und die zweite Seitenfläche 4, 5 sind zu einander parallel. Die erste Seitenfläche 4 und die zweite
Seitenfläche 5 sind jeweils zu der Oberseite 3 und der
Unterseite 2 sowie zu der dritten Seitenfläche 6 und zu der vierten Seitenfläche 7 senkrecht angeordnet. Die Ausdehnung des Bauelementes von der ersten Seitenfläche 4 zur zweiten
Seitenfläche 5 wird als Breite B des Bauelementes bezeichnet. Die Innenelektroden des Bauelementes weisen erste Innenelektroden 10, zweite Innenelektroden 11 und dritte Innenelektroden 12 auf. Die ersten Innenelektroden 10 sind jeweils mit der ersten Außenelektrode 8 elektrisch
kontaktiert. Die zweiten Innenelektroden 11 sind jeweils mit der zweiten Außenelektrode 9 elektrisch kontaktiert. Je eine erste Innenelektrode 10 und eine zweite Innenelektrode 11 sind in einer gemeinsamen Schicht in dem Stapelaufbau
angeordnet. Dabei berühren die erste und die zweite
Innenelektrode 10, 11 einander nicht.
Die dritten Innenelektroden 12 sind schwebende
Innenelektroden. Dementsprechend sind die dritten
Innenelektroden 12 nicht mit einer der Außenelektroden 8, 9 unmittelbar elektrisch verbunden. Je eine dritte
Innenelektrode 12 ist in einer Elektrodenschicht angeordnet, die benachbart ist zu der Elektrodenschicht, in der eine erste Innenelektrode 10 und eine zweite Innenelektrode 11 angeordnet sind.
Die dritte Innenelektrode 12 überlappt sich dabei in einem ersten Überlappungsbereich 13 mit der ersten Innenelektrode
10. Ferner überlappt die dritte Innenelektrode 12 in einem zweiten Überlappungsbereich 14 mit der zweiten Innenelektrode
11. Die beiden Überlappungsbereiche 13, 14, in denen
zueinander benachbarte Innenelektroden miteinander
überlappen, bilden ein aktives Volumen A des Bauelementes.
Das aktive Volumen A des Bauelementes ist nicht mittig in dem Bauelement angeordnet. Vielmehr ist das aktive Volumen A in einem oberen Bereich 15 des Bauelementes, der nahe der
Oberseite 3 ist, und in einem unteren Bereich 16 des
Bauelementes, der nahe der Unterseite 2 ist, angeordnet. Das aktive Volumen A setzt sich dabei aus Teilvolumina zusammen. Ein in Höhenrichtung mittiger Bereich 17, der zwischen dem oberen Bereich 15 und dem unteren Bereich 16 liegt, ist frei von dem aktiven Volumen.
Da das aktive Volumen A des Bauelementes somit nahe an den Außenflächen des Bauelementes angeordnet ist, erreicht eine Temperaturänderung der Umgebung sehr schnell das aktive
Volumen A. Dementsprechend wird der Bereich des Bauelementes, der für die thermische Zeitkonstante entscheidend ist, nämlich das aktive Volumen A, sehr schnell durch eine
Änderung der Umgebungstemperatur beeinflusst.
Eine Temperaturänderung des Bauteils erfolgt nicht homogen. Vielmehr werden bei einer Temperaturänderung zunächst die Außenflächen, d.h. die Ober- und die Unterseite 3, 2 sowie die Seitenflächen 4, 5, 6, 7, und die nahe an den
Außenflächen liegenden Bereiche des Bauelementes in ihrer Temperatur verändert. Die Temperaturänderung nähert sich dann immer mehr dem Inneren des Bauelementes, bis das gesamte Bauelement an die geänderte Temperatur angepasst ist. Eine Änderung der Umgebungstemperatur wirkt sich somit stets zunächst auf den oberen und den unteren Bereich 15, 16 des
Bauelementes und erst dann auf den mittigen Bereich 17 des Bauelementes aus. Die Temperaturänderung des Bauelements verläuft in Höhenrichtung von den äußeren Bereichen, d.h. dem oberen und dem unteren Bereich 15, 16, deren Temperatur sich zuerst ändert, zu dem mittigen Bereich 17, dessen Temperatur sich etwas später ändert.
Bei dem in Figur 1 gezeigten Bauelement wird somit das aktive Volumen A in die Bereiche 15, 16 des Bauelementes verlegt, die von der Temperaturänderung zuerst betroffen wird. Das Bauelement wird daher sehr schnell in seinen elektrischen Eigenschaften von der Temperaturänderung beeinflusst.
Das Bauelement ist hinsichtlich der gestrichelt
eingezeichnete Symmetrieebene symmetrisch. Die Bauelemente werden häufig als Schüttgut gefertigt, wobei vorab nicht festgelegt ist, wie das Bauelement hinsichtlich Ober- und Unterseite 3, 2 eingebaut wird. Daher ist ein symmetrischer Aufbau des Bauteils hinsichtlich der Symmetrieebene
vorteilhaft .
Figur 2 zeigt das in Figur 1 gezeigte Bauelement, wobei der untere Bereich 15 und der obere Bereich 16, in denen die Teilvolumina des aktiven Volumens A ausgebildet sind, und das aktive Volumen A markiert sind. Der untere Bereich 15
erstreckt sich von der Unterseite 2 bis zu einer Höhe von maximal 30 % der Höhe H. Der obere Bereich 16 erstreckt sich von der Oberseite 3 bis zu einer Höhe von mindestens 70 % der Höhe H. Der in Höhenrichtung mittiger Bereich 17, der
zwischen diesen Bereichen 15, 16 liegt, ist frei von dem aktiven Volumen A des Bauelementes. Der mittige Bereich 17 wird bei einer Änderung der Umgebungstemperatur zuletzt an die geänderte Umgebungstemperatur angepasst. Durch das
Verlagern der Teilvolumina des aktiven Volumens A in den unteren und den oberen Bereich 15, 16 kann es ermöglicht werden, das aktive Volumen A besonders schnell an die
geänderte Temperatur anzupassen und so beispielsweise eine Widerstandsänderung des Bauelementes zu bewirken.
Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch ein Bauelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei der Querschnitt senkrecht zur Stapelrichtung S geschnitten ist. Der
Querschnitt zeigt eine Elektrodenschicht, in der eine erste Innenelektrode 10 und eine zweite Innenelektrode 11
angeordnet sind.
Die erste Innenelektrode 10 weist einen ersten Teil 18 und einen zweiten Teil 19 auf. Zwischen dem ersten Teil 18 und dem zweiten Teil 19 ist ein Spalt 20 angeordnet. Der Spalt 20 erstreckt sich in Längsrichtung des Bauelementes. Der Spalt 20 ist somit senkrecht zu den Außenelektroden 8, 9 und verläuft parallel zum ersten und zum zweiten Teil 18, 19 der ersten Innenelektrode 10. Dementsprechend ist ein in
Breitenrichtung mittiger Bereich 21 frei von der ersten
Innenelektrode. Auch die zweite Innenelektrode 11 weist zwei Teile auf, die durch einen Spalt 20 getrennt sind. Der in Breitenrichtung mittige Bereich 21 ist frei von der zweiten Innenelektrode 11. Dementsprechend sind die erste und die zweite Innenelektrode 11, 12 sind somit in einem linken
Bereich 22, der nahe der ersten Seitenfläche 4 ist, und in einem rechten Bereich 23, der nahe der zweiten Seitenfläche 5 ist, angeordnet. In dem in Breitenrichtung mittigen Bereich 21, der sowohl von der ersten Seitenfläche 4 als auch von der zweiten Seitenfläche 5 weit entfernt ist, ist das Bauelement frei von Innenelektroden.
Auch in Breitenrichtung verläuft die Temperaturänderung des Bauelements nicht homogen. Vielmehr verändert sich zunächst die Temperatur des rechten und des linken Bereichs 23, 22 und erst etwas später ändert sich die Temperatur des in
Breitenrichtung mittigen Bereichs 21.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Stapelrichtung S einer weiteren Elektrodenschicht des Bauelements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei in dieser Schicht die dritte Innenelektrode 12 angeordnet ist. Die dritte Innenelektrode 12 ist eine schwebende Innenelektrode, die ebenfalls aus zwei Teilen besteht. Die beiden Teile sind durch einen Spalt 20 voneinander getrennt, der im in
Breitenrichtung mittigen Bereich 21 angeordnet ist. Die
Teilvolumina, aus denen das aktive Volumen A des Bauelementes besteht, sind somit bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nahe an der ersten beziehungsweise der zweiten Seitenfläche 4, 5 ausgebildet. Der in Breitenrichtung mittige Bereich 21, der weit von der ersten und zweiten Seitenfläche 4, 5 entfernt ist, weist das aktive Volumen A nicht auf.
Das erste und das zweite Ausführungsbeispiel können
miteinander kombiniert werden. Dementsprechend können die in Figur 1 gezeigten Innenelektroden 10, 11, 12 jeweils
zweiteilig gebildet werden. Dadurch können aktive Volumen A geschaffen werden, die nahe an der Oberseite 3 oder der
Unterseite 2 und nahe an der ersten Seitenfläche 4 oder der zweiten Seitenfläche 5 liegen. Auf diese Weise kann ein
Bauelement konstruiert werden, bei dem das aktive Volumen A besonders schnell von einer Temperaturänderung der
Umgebungstemperatur beeinflusst wird.
Das hier beschriebene Konzept ist nicht auf Bauelemente mit schwebenden Innenelektroden beschränkt. Das aktive Volumen A könnte auch durch eine Überlappung von ersten Innenelektroden 10, die mit einer ersten Außenelektrode 8 verbunden sind, und zweiten Innenelektroden 11, die mit einer zweiten
Außenelektrode 9 verbunden sind, gebildet werden. Dabei können die Teilvolumina des aktiven Volumens A wiederum nahe an den Außenflächen des Bauelementes angeordnet werden.
Figur 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel. Das dritte Ausführungsbeispiel basiert auf dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei in dem dritten Ausführungsbeispiel des Bauelements keine schwebende Innenelektrode vorgesehen ist. Die erste Innenelektrode 10 ist mit der ersten
Außenelektrode 8 verbunden. Die zweite Innenelektrode 11 ist mit der zweiten Außenelektrode 9 verbunden. Zwischen der ersten Innenelektrode 10 und der zweiten Innenelektrode 11 kann eine Spannung angelegt werden. Die erste Innenelektrode 10 und die zweite Innenelektrode 11 sind in der gleichen Ebene angeordnet und berühren einander nicht. Dementsprechend wird in einem Bereich zwischen den beiden Innenelektroden ein aktives Volumen A ausgebildet. Das aktive Volumen A ist in Figur 5 gekennzeichnet. Die Innenelektroden 10, 11 und damit das aktive Volumen sind nahe der Oberseite 3 des Bauelements angeordnet. Ferner ist ein zweites Teilvolumen des aktiven Volumens A nahe der Unterseite 2 des Bauelements zwischen zwei weiteren Innenelektroden gebildet, die ebenfalls in der gleichen Ebene angeordnet sind und einander nicht berühren. Wie bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel erreicht eine Temperaturänderung das aktive Volumen auf Grund seiner Anordnung nahe der Außenseiten schnell.
Bezugszeichenliste
1 keramisches Material
2 Unterseite
3 Oberseite
4 erste Seitenfläche
5 zweite Seitenfläche
6 dritte Seitenfläche
7 vierte Seitenfläche
8 erste Außenelektrode
9 zweite Außenelektrode
10 erste Innenelektrode
11 zweite Innenelektrode
12 dritte Innenelektrode
13 erster Überlappungsbereich
14 zweiter Überlappungsbereich
15 oberer Bereich
16 unterer Bereich
17 (in Höhenrichtung) mittiger Bereich
18 erster Teil
19 zweiter Teil
20 Spalt
21 in Breitenrichtung mittiger Bereich
22 linker Bereich
23 rechter Bereich
S Stapelrichtung
H Höhe
L Länge
B Breite
A aktives Volumen

Claims

Patentansprüche
1. Bauelement
wobei ein aktives Volumen (A) des Bauelements über eine Höhe H des Bauelements nicht mittig angeordnet ist, und/oder
wobei das aktive Volumen (A) über eine Breite B des Bauelements nicht mittig angeordnet ist.
2. Bauelement gemäß Anspruch 1,
wobei das aktive Volumen (A) nah an einer Seitenfläche (4, 5, 6, 7) des Bauelements angeordnet ist,
und/oder
wobei das aktive Volumen (A) nah an einer Unterseite (2) des Bauelements angeordnet ist,
und/oder
wobei das aktive Volumen (A) nah an einer Oberseite (3) des Bauelements angeordnet ist.
3. Bauelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das Bauelement Innenelektroden (10, 11, 12) aufweist, wobei in einer Stapelrichtung (S) zueinander benachbarte Innenelektroden (10, 11, 12) in zumindest einem Überlappungsbereich (13, 14) miteinander
überlappen,
wobei das aktive Volumen (A) des Bauelements durch den zumindest einen Überlappungsbereich (13, 14) der
Innenelektroden (10, 11, 12) gebildet wird.
4. Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2,
wobei das Bauelement zwei Innenelektroden (10, 11) aufweist, die in einer Ebene angeordnet sind und
einander nicht berühren, wobei ein Bereich zwischen den Innenelektroden das aktive Volumen (A) des Bauelements bildet.
5. Bauelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei sich die Höhe H des Bauelements von einer
Unterseite (2) zu einer Oberseite (3) des Bauelements erstreckt,
wobei das aktive Volumen (A) in einem unteren Bereich (16) zwischen der Unterseite (2) und einer Höhe von 30% der Höhe H und/oder in einem oberen Bereich (15) zwischen einer Höhe von 70% der Höhe H und der Oberseite (3) angeordnet ist.
6. Bauelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei sich die Breite B des Bauelements von einer ersten Seitenfläche (2) zu einer zweiten Seitenfläche (3) des Bauelements erstreckt,
wobei das aktive Volumen (A) in einem linken Bereich, der sich von der ersten Seitenfläche bis zu einer Breite von nicht mehr als 30% der Breite B erstreckt, und/oder in einem rechten Bereich, der sich von der zweiten
Seitenfläche bis zu einer Breite von zumindest 70% der Breite B erstreckt, angeordnet ist, und
wobei in Breitenrichtung ein mittiger Bereich, der frei von Innenelektroden ist, zwischen dem linken Bereich und dem rechten Bereich angeordnet ist und an den linken Bereich und den rechten Bereich jeweils unmittelbar anschließt .
7. Bauelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei zumindest eine der Innenelektroden (12) des
Bauelements eine schwebende Elektrode ist.
8. Bauelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das aktive Volumen (A) mehrere Teilvolumina aufweist, die symmetrisch angeordnet sind.
9. Bauelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei zumindest eine Innenelektrode (10, 11, 12) zwei Teile (18, 19) aufweist, die durch einen Spalt (20) voneinander getrennt sind, der senkrecht zur Höhe H und zur Breite B des Bauelements verläuft.
10. Bauelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das aktive Volumen (A) weniger als 30 % eines Gesamtvolumens des Bauelements ausmacht.
11. Bauelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das Bauelement eine Außenelektrode (8) aufweist, die auf einer dritten Seitenfläche (6) des Bauelements angeordnet ist,
wobei zumindest eine der Innenelektroden (10) mit der Außenelektrode (8) verbunden ist,
wobei die Außenelektrode (8) die mit der Außenelektrode (8) verbundene Innenelektrode (10) teilweise überlappt und die mit der Außenelektrode (8) verbundene
Innenelektrode (10) über einen Bereich hinausragt, der von der Außenelektrode (8) überlappt wird.
12. Bauelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei es sich bei dem Bauelement um ein keramisches Bauelement handelt,
und/oder
wobei es sich bei dem Bauelement um ein
Vielschichtbauelement handelt,
und/oder wobei das Bauelement für eine Oberflächenmontage
ausgestaltet ist.
13. Bauelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei es sich bei dem Bauelement um einen Thermistor, insbesondere einen NTC-Thermistor oder einen PTC- Thermistor, handelt.
14. Bauelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei es sich bei dem Bauelement um ein
Temperaturmesselement handelt.
15. Verwendung eines Bauelements gemäß einem der vorherigen Ansprüche zur Überwachung einer Temperatur einer
Batterie .
16. Verwendung eines Bauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Überwachung einer Temperatur in einem
Fahrzeug .
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