CN102667979B - 与温度有关的电容器和电容器模块 - Google Patents
与温度有关的电容器和电容器模块 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102667979B CN102667979B CN201080058797.0A CN201080058797A CN102667979B CN 102667979 B CN102667979 B CN 102667979B CN 201080058797 A CN201080058797 A CN 201080058797A CN 102667979 B CN102667979 B CN 102667979B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- capacitor
- heating element
- heat
- area
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Active
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 210
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 128
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 48
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 32
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 32
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 11
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims description 11
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 111
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 8
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 5
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 4
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052454 barium strontium titanate Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 3
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005679 Peltier effect Effects 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005621 ferroelectricity Effects 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 oxonium ion Chemical class 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940071182 stannate Drugs 0.000 description 1
- 125000005402 stannate group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N telluride(2-) Chemical compound [Te-2] XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/258—Temperature compensation means
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/43—Electric condenser making
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
- Ceramic Capacitors (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
Abstract
电容器包括下面的组成部分：第一加热元件（1）、第一电容器区域，所述第一电容器区域包括：介电层（3）、内部电极（4），所述内部电极设置在介电层之间，其中第一加热元件和第一电容器区域（2）导热地彼此连接。
Description
技术领域
本发明提出一种根据权利要求1的电容器。
背景技术
电容器普遍存在的问题是提高其功率。
至今为止，所述问题由此解决：具有不同掺杂的介电材料设置在彼此重叠的层序列中，例如作为芯和外壳。在传统的电容器中，对于介电材料通常使用介电常数在大的范围内尽可能与温度无关的材料。由此应该避免的是，在环境温度变化时，电容器的介电材料的介电常数的变化以及电容器的电特性的变化。
发明内容
该目的通过根据权利要求1所述的电容器得以实现。电容器的其他实施形式以及电容器模块是其他从属权利要求的主题。
本发明的实施形式涉及一种电容器，其包括下面的组成部分：
–第一加热元件，
–第一电容器区域，包括：
--介电层，
--内部电极，其设置在介电层之间，
其中第一加热元件和第一电容器区域导热地彼此连接。
由于电容器包括与电容器区域导热地连接的加热元件，能够将在加热元件中产生的热传输到电容器区域上。通过到电容器区域上的受控制的供热能够有针对性地提高电容器的有效功率。功率提高例如能够通过介电层的介电常数随着增高的温度而提高来产生。因此通过介电层的由于由加热元件的供热增加而提高的介电常数，能够提高电容器的功率。
这样的电容器例如良好地适用于高功率AC/DC转换器和高功率DC/DC转换器的使用，因为所述电容器具有高功率密度。
在本发明的实施形式中，介电层包括具有介电常数与温度相关的材料。
优选地，介电常数与温度非常有关。特别优选地，介电常数随着温度的升高而提高。从而，对于根据本发明的电容器优选地使用如下材料，所述材料的介电常数与在传统的电容器中不同尽可能与温度无关，而是相反在温度升高时，所述电容器的介电常数明显地升高。因此，通过供热到介电层中能够有针对性地提高介电常数。通过升高介电层的介电常数，能够提高电容器的功率。相反，这意味着，能够制成相对于介电层的容积明显较小的电容器，所述电容器具有与不具有加热元件的不根据本发明的、传统的电容器相同的功率。因此，电容器的微型化是可能的。此外，这带来材料的节约，所述材料的节约也带来费用的节约。
在本发明的另一实施形式中，第一加热元件设置为，使得能够加热到如下温度，在所述温度下，材料的介电常数达到高于平均值的值，所述平均值由用于在室温下的介电常数的值和对于材料而言最大可能的介电常数的值得出。
优选地，第一加热元件能够加热到如下温度，在所述温度下，介电常数与平均值相比，更接近于最大可能的介电常数。特别优选地，第一加热元件能够加热到如下温度，在所述温度下，介电层的材料具有最大的介电常数。同样优选地，加热元件能够设置为，使得介电层的材料加热到如下温度，在所述温度下，电容器的总功率是最优的，即介电常数和介电损耗的总和得出最优的值。
一方面，这通过使第一加热元件与介电层的材料相一致来实现，即能够调节到如下温度，在所述温度下，介电层具有高的介电常数。另一方面，同样可能的是，例如通过在预设的第一加热元件上的、能够达到一定的加热温度的掺杂来调节介电层。
在又一实施形式中，介电层包括Ba1-xSrxTi1-yZryO3，其中适用：0<x<1；0≤y<1。
钛酸钡或者其相应的掺杂的变体能够是铁电物质。即便在没有外部的所施加的场的情况下也具有极化的一类材料被称为铁电物质。在特征温度、即居里温度（Curie-Temperatur）之上，铁电性的特征消失。该过渡被称为相过渡。在所述温度之上，极化消失，并且因此所述物质被称为顺电体。在铁电状态下，正电荷和负电荷的中央，例如阴离子和阳离子，相对于彼此移动。在钛酸钡的情况下，例如Ti4+相对于氧离子O2-移动。在120°C之上，钛酸钡的铁电性消失，并且钛酸钡表现为如顺电的电介质。
在钛酸锶钡（BST）的情况下，在居里温度TC的范围内发生从四边形的、铁电相到立方形的、顺电相的相过渡。准确的居里温度TC在此与钛酸锶钡的准确的成分，即掺杂相关。
在本发明的又一实施形式中，介电层作为掺杂材料包括下面的离子或其组合：Pb、Ca、Sn、Zr、Sr、Bi、Hf。
通过介电层的掺杂，居里温度TC能够移动，在所述居里温度下出现相过渡。居里温度TC能够因此移动到在介电层中通过来自加热元件的供热来达到的温度范围，。因此，通过在加热元件上施加电压和由此产生的传输到带电层上的热，能够在所述带电层中引起相转变。经由相转变，能够改变铁电的或者顺电的特征，例如介电层的介电常数ε。
在本发明的又一实施形式中，介电层包括下面的掺杂材料之一或者其组合：Ni、Al、Mg、Fe、Cr、Mn。
通过介电层的借助于所述掺杂材料的掺杂，能够减少电容器区域的介电损耗。
在本发明的又一实施形式中，介电层包括下面的掺杂材料之一或者其组合：Si、Al、B、Cu、Zn。
通过借助于所述掺杂材料的介电层的掺杂，能够对介电层的烧结特性，例如收缩特性或热膨胀系数产生影响。优选地，电容器的所有介电层具有类似的烧结特性。
介电层能够也由不同的陶瓷相的混合物制成，即例如由钙钛矿相和具有较小的介电常数的另一介电陶瓷，例如锆酸盐、硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、锡酸盐、铌酸盐、钽酸盐或稀土金属氧化物制成。此外，介电层能够包括1A族和2A族的元素。介电层能够也包括下面的元素或者其氧化物：Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W。介电层能够包括稀土金属元素或氧化物，例如Sc、Y、La、Ce、Pr和Nd以及所述材料的混合物。
根据又一实施形式，介电层能够具有反铁电的材料。这样的材料除了其介电常数的温度相关性，在所谓的转换场强度之上具有随着电场的增大而提高的介电常数（反铁电效应）。这样的材料的温度相关性具有两级：当反铁电耦合变弱时，随着温度的升高，在相图中反铁电相接近过渡为铁电相，由此反铁电迟滞曲线也发生变化。如果温度继续升高，那么迟滞曲线变得更窄和更平，这样导致了更小的微分介电常数，这就是说在作为温度的函数的预设电压下介电常数的更小的变化。
因此，在一定的温度下，即在热稳定的情况下，借助于适合的反铁电的材料，能够确定如下工作范围，在所述工作范围中提供反铁电效应的尽可能好的利用，并且同时提供对于过渡为铁电相的安全性。超过所述温度，也能够预先确定在给出的电压下介电常数的变化。对于所述效应的利用不必在电容器的设计中采取安全预防措施。
例如，介电层的反铁电的材料能够由下面的一组材料中选择：
Pb0.925La0.06(Zr0.86Ti0.14)O3、Pb0.895La0.08(Zr0.80Ti0.20)O3、
Pb0.880La0.09(Zr0.80Ti0.20)O3、
[0.92(Bi0.5Na0.5)TiO3]-[0.06BaTiO3]-[0.02(K0.5Na0.5)NbO3]、
[0.885(Bi0.5Na0.5)TiO3]-[0.05(Bi0.5K0.5)TiO3]-[0.015(Bi0.5Li0.5)TiO3]-[0.05BaTiO3]、[0.71(Bi0.5Na0.5)TiO3]-[0.18BaTiO3]-[0.11Bi(Mg0.5Ti0.5)O3]和[0.77(Bi0.5Na0.5)TiO3]-[0.20(Bi0.5K0.5)TiO3]-[0.03NaNbO3]。
在本发明的又一实施形式中，第一加热元件是PTC（正温度系数）元件，其包括具有在电阻方面正温度系数的陶瓷材料。
通过在所述PTC元件上施加电压能够将所述PTC元件加热，并且因此产生的热能传输到电容器区域的介电层上。PTC元件能够在此包括陶瓷材料，所述陶瓷材料被掺杂为，使得其能够被加热到希望的温度。
在本发明的又一实施形式中，PTC元件包括Ba1-xSrxTi1-yZryO3，其中适用：0<x<1；0≤y<1。
在本发明的又一实施形式中，PTC元件具有掺杂材料。
掺杂材料例如能够是Pb、Ca、Sn、Zr、Sr、Bi、Hf或所述离子的组合。通过借助于PTC元件掺杂有所述元素，能够改变可通过施加的电压达到的温度范围。因此，例如能够通过掺杂提高温度范围，从而能够产生更多的能够传输到电容器区域或者介电层上的热。
掺杂材料例如还能够是Si、Al、B、Cu、Zn和所述元素的组合。通过借助于掺杂有所述元素，例如能够对烧结特性，如收缩特性或热膨胀系数产生影响。有利的是，PTC元件的烧结特性在此与电容器区域的烧结特性相一致。
此外PTC元件也能够掺杂有过渡金属/过渡金属氧化物或稀土金属/稀土金属氧化物和上述材料的组合。
在本发明的又一实施形式中，第一加热元件是珀耳帖元件（Peltier-Element）。
珀耳帖效应的基础是例如两个半导体的接触，所述两个半导体具有导带的不同能量水平（p型或者n型）。如果通过所述材料的两个连续放置的接触部位输送电流，那么必须在所述一个接触部位上吸收热能，因此电子到达相邻的半导体材料的在能量上更高的导带内，所以造成冷却。在所述另一接触部位上电子从较高的能量水平下降到较低的能量水平，以至于能量在此以热的形式放出。
珀耳帖元件例如能够由两个或多个小的立方体组成，例如碲化铋或者锗硅，每个立方体由p掺杂和n掺杂的半导体材料制成。例如，总有两个不同的立方体能够彼此连接成，使得其得到串联电路。那么，供给的电流依次流过所有立方体。依据电流强度和电流方向，其中一个连接部位变冷，而其他部位变热。因此，电流将热从一侧泵到另一侧上。
珀耳帖元件例如能够由两个由氧化铝陶瓷制成的正方形板组成，在所述两个正方形板之间焊入半导体立方体。
这样的珀耳帖元件也能够由其功率数据匹配成，使得通过施加相应的电压，能够将所述珀耳帖元件加热到希望的温度。
在本发明的又一实施形式中，电容器附加地包括第二电容器区域，其中第二电容器区域和第一加热元件导热地彼此连接。
因此可能的是，经由第一加热元件不仅为第一电容器区域供热，而且同时也为另一电容器区域供热，这在第二电容器区域中也相应地引起如之前结合第一电容器区域所说明的功率提高。
在本发明的又一实施形式中，第一加热元件设置在第二电容器区域和第一电容器区域之间。
由于第一和第二电容器区域设置在第一加热元件的两个相对置的侧上，因此将两个电容器区域设置到第一加热元件的两个主面上是可能的。因此可能的，不仅第一电容器区域而且还有第二电容器区域大面积地与第一加热元件连接，从而能够实现从第一加热元件到两个电容器区域中的非常好的热传输。此外，所述对称的设置保证了通过第一加热元件能够分别供给两个电容器区域相同的热量，这又导致，在第一电容器区域和第二电容器区域结构相同的情况下，所述第一和第二电容器区域也通过供热获得相同的功率提高，并且因此能够产生相同提高了的功率。
在本发明的又一实施形式中，电容器附加地包括：第一导热层，所述第一导热层设置在第一加热元件和第一电容器区域之间；和/或第二导热层，所述第二导热层设置在第一加热元件和第二电容器区域之间。
因此，电容器不仅能够包括第一导热层或第二导热层，或者也能够包括第一和第二导热层。导热层例如能够是粘合层。在此能够是有利于从加热元件到电容器区域中的热传输的层。这例如能够由此实现，即，将热量非常顺利地由加热元件引出，使得不引起在加热元件和电容器区域之间的边界面上的蓄热。优选地，第一导热层和第二导热层具有高于加热元件的导热性的导热性。第一导热层也能够以只包括第一电容器区域并且不包括第二电容器区域的实施形式存在。
在本发明的又一实施形式中，电容器包括接触部，所述接触部导电地与第一加热元件连接，以至于能够将电压施加在第一加热元件上。
由于第一加热元件具有自身的接触部，因此加热元件能够与电容器的工作电压无关地被供给有电压，并且因此也能够与电容器的工作电压无关地被加热到所希望的温度。
在本发明的又一实施形式中，电容器附加地包括第二加热元件，其中第一电容器区域设置在第一加热元件和第二加热元件之间。
由于第一电容器区域设置在第一加热元件和第二加热元件之间，因此可能的是，从相对置的两侧为第一电容器区域供热。通过两个加热元件相对于电容器区域对称地设置，可能的是，因此也相对于中间平面均匀地对称地加热电容器区域。这具有的优点是，从电容器区域的一端到另一端不存在连续的温度梯度，所述温度梯度也可能造成介电常数的相应的下降。
在根据本发明的又一实施形式中，电容器附加地包括第一金属化层和第二金属化层，其中第一金属化层设置在第一加热元件的主表面上，并且第二金属化层设置在第一加热元件的相对置的第二主表面上。
通过电接触部，——所述电接触部不仅导电地与第一加热元件自身连接，而且也导电地与金属化层中的一个连接——，可能的是，第一加热元件不仅直接地通过接触部供给有电压，而且也间接地通过第一或者第二金属化层供给有电压。优选地，第一金属化层和第二金属化层大面积地形成在第一加热元件上。因此，第一加热元件能够也大面积地供给有电压，并且例如不只是通过窄的侧面。大面积的电压供给具有的优点是，一方面第一加热元件能够非常快地被加热，另一方面所述第一加热元件通过其整个面均匀地加热。另一方面，均匀的加热具有的优点是，紧接的导热层或直接紧接的电容器区域能够同样均匀地，即通过整个面，供给有相同的热量。
在本发明的又一实施形式中，第二加热元件相应地具有第三金属化层或者第四金属化层，之前结合第一或者第二金属化层所说明的也相应适用于所述第三金属化层和所述第四金属化层。
在本发明的又一实施形式中，电容器包括封装件，所述封装件将第一加热元件和第一电容器区域相对于环境热绝缘。
通过相对于环境的热绝缘能够确保，在第一或者第二加热元件中产生的热的大部分被传输到一个邻接的电容器区域或者多个邻接的电容器区域上，并且不释放给环境。因此，提高与施加的电压相关的加热元件的效率。此外，封装件也能够将附加的层，例如导热层或金属化（层）封装。
在本发明的又一实施形式中，电容器包括温度传感器，所述温度传感器传输有关在第一电容器区域中的温度的信号。
在此，温度传感器例如能够直接地设置在电容器区域中，但是所述温度传感器也例如能够设置在其紧邻的环境中。
电容器能够包括唯一的温度传感器，但是所述电容器也能够包括多个温度传感器，其中在此每个电容器区域能够具有其自身的温度传感器。因此，能够单独地监控每个单独的电容器区域的温度。
除了电容器，也要求保护一种电容器模块。
在根据本发明的电容器模块的一个实施形式中，所述电容器模块包括分别相应于之前所说明的实施形式之一的第一电容器和第二电容器，其中第一电容器和第二电容器通过共同的封装件相对于环境热绝缘。
优选地，整个电容器模块通过相同的整个封装件相对于环境热绝缘。此外，电容器模块也能够包括多个附加的电容器，那么所述附加的电容器同样相对于环境热绝缘。通过热绝缘提高与施加的电压相关的存在于各个电容器中的加热元件的效率、由此产生的热的效率和传输到各个电容器区域上的热部分的效率。
在电容器模块的另一实施形式中，第一电容器和第二电容器具有共同的第一加热元件。附加地，两个电容器也能够还具有共同的第二加热元件。在电容器模块中存在两个以上的电容器的情况下，所有所述电容器能够例如在相对置的侧上，通过相应共同的加热元件加热。
附图说明
接下来，借助于附图详细阐述本发明的实施例。
图1示出具有一个加热元件和一个电容器区域的根据本发明的实施例的示意性横截面，
图2示出具有一个加热元件和两个电容器区域的根据本发明的实施例的示意性横截面，
图3示出具有两个加热元件和一个电容器区域的根据本发明的实施例的示意性横截面，
图4示出具有导热层的根据本发明的实施例，
图5示出具有金属化层的根据本发明的实施例，
图6a和6b示出具有接触部的根据本发明的实施例的两个不同的视图，
图7示出被封装的根据本发明的实施例的示意性横截面，
图8a和8b分别示出根据本发明的电容器模块的实施例，
图9示出具有内部的串联连接的根据本发明的电容器区域。
图10示出不同的反铁电材料的与场相关的极化（a）和与温度相关的电容量（b）。
图11示出示例的反铁电材料的微分介电常数（a）的和转换场强度（b）的温度相关性。
具体实施方式
在图1中示出实施例，其包括第一加热元件1，在所述第一加热元件上设置有第一电容器区域2。第一电容器区域2包括介电层3，在所述介电层之间设置有内部电极4。通过第一加热元件1的和第一电容器区域2的直接接触能够将在第一加热元件1中产生的热直接传输到第一电容器区域2上，因此例如能够提高介电层3的介电常数，这导致电容器的功率增加。在此，对于介电层3使用具有随着温度升高而提高的介电常数的材料。这至少适用于能够将第一加热元件1加热到的温度范围。用于介电层的材料能够包括铁电的或反铁电的材料。这也适用于下面附图的介电层。对于内部电极4例如能够使用下面的金属/合金中的一个：Ni、Cu、Ag、AgPd、Pd。
在图2中以示意性横截面示出的实施例包括第一加热元件1，在所述第一加热元件上侧上设置有第一电容器区域2，并且在所述第一加热元件的下侧上设置有第二电容器区域5。两个电容器区域中的每个分别包括介电层3以及设置在介电层之间的内部电极4。因此，通过第一加热元件1，能够同时地为第一电容器区域2和第二电容器区域5供热，并且能够由此将第一电容器区域和第二电容器区域加热到希望的温度。
图3示出实施例的示意性横截面，所述实施例具有第一电容器区域2，在所述第一电容器区域的上侧设置有第一加热元件1，并且在所述第一电容器区域的下侧上设置有第二加热元件9。第一电容器区域2还包括介电层3和内部电极4。通过所述相对于第一电容器区域2对称设置的加热元件，能够由两个相对置的侧供给第一电容器区域2相同的热量。因此，将第一电容器区域2均匀地加热，这引起介电层3的介电常数也更均匀地变化。
图4示出实施例的示意性横截面，所述实施例相应于如在图2中示出的实施例，所述实施例还附加地具有在第一加热元件1和第一电容器区域2之间的第一导热层6，以及在第一加热元件1和第二电容器区域5之间的第二导热层7。第一导热层6或者第二导热层7例如能够为粘合层，所述粘合层将第一加热元件1导热地和机械地与邻接的电容器区域连接。两个导热层也能够由于其非常好的导热性而有助于使热能够由第一加热元件1传输到邻接的电容器区域上。通过导热层例如能够防止可能出现在加热元件和电容器区域之间的直接的接触面上的蓄热。
图5示出实施例，所述实施例相应于在图2中示出的实施例，并且在第一加热元件1的上侧上附加地具有第一金属化层10，并且在第一加热元件1的下侧上具有第二金属化层11。附加地，所述实施例也还具有第一金属化层的接触部12，所述接触部不仅将第一金属化层10而且也将第一加热元件1导电地接触。同样地，第二金属化层11也经由第二金属化层的接触部13导电地接触，以及另一方面第一加热元件1也直接导电地接触。通过这样的结构，第一加热元件1不仅能够由窄的侧面供给有电压，而是也大面积地由整个上侧或者下侧供给有电压。这引起第一加热元件迅速地并且均匀地被加热。
在具有多余一个加热元件的实施例中，相应地所有加热元件能够具有这样的金属化层和相应的接触部。
在图6a和6b中分别示出实施例的两个不同的示意性侧视图。在图6中示出的实施例，与图4中的实施例相比，附加地包括第一加热元件的接触部8以及在两个侧上延伸的导电的接口17。在两个侧面上，第一加热元件1分别具有绝缘部16。第一电容器区域2以及第二电容器区域5在其侧面上分别具有电容器接口15。在第二电容器区域5的右下角示意性示出介电层3以及内部电极4。
在图6b中示出与图6a中相同的实施例，只是现在以示意性侧视图由另一侧示出。在此可以看出，第一加热元件1在两个侧面上分别具有第一加热元件的接触部8。在所述实施例中，电容器包括大量导电的接口17，所述接口彼此并排地设置。
在另一实施例（未示出）中，在图6a和6b中示出的实施例附加地还包括结合图5的实施例阐述的第一金属化层10和第二金属化层11。
图7示出另一根据本发明的实施例。所述实施例包括第一电容器区域2，在所述第一电容器区域的上侧上设置有第一导热层6，并且在所述第一电容器区域的下侧上设置有第二导热层7。在两个侧面的每个上分别设置有电容器接口15，所述电容器接口分别具有导电的接口17。在第一电容器区域2的右下区域示意性示出介电层3和位于所述介电层之间的内部电极4。在第一导热层6上设置有第一加热元件1，所述第一加热元件设有第一加热元件的接触部8。与此形成镜像的是，相应地在第二导热层7上设置有第二加热元件9，所述第二加热元件就其而言与第二加热元件的接触部18接触。整个电容器经由封装件14相对于环境热绝缘。封装件14只通过电接触部中断。
图8a示出用于电容器模块的实施例的示意性侧视图。所述电容器模块包括第一电容器以及并排地设置的三个其他电容器19。在第一电容器上，第一导热层6设置在上侧上，并且第二导热层7设置在下侧上。三个其他电容器19在其上侧或者下侧上也分别包括所述两个导热层。电容器模块包括第一加热元件1和第二加热元件9，所述第一和第二加热元件分别导热地与各个电容器在相对置的侧上连接。导电接口17在侧向上沿着电容器模块延伸。电容器以及加热元件由封装14导热地相对于环境绝缘。
在图8b中示出的电容器模块与在图8a中示出的电容器模块的区别在于，各个电容器分别具有自身的、单独的加热元件1和9。
图9示出电容器，其中内部电极4在介电层3中设置成，使得存在内部的串联连接。内部电极4的所述设置也能够存在于所有之前描述的实施例中。此外，电容器在其两个侧面上具有电容器接口15。
通过内部的串联连接例如能够同时显著提高电压额定值和相对于故障功能的耐用性，因为在陶瓷体中的各个故障部位因此不能造成高的泄漏电流。内部电极4能够与其设置无关地例如经由穿通接触部（过孔）与外部的接触面或接触部导电地连接。
图10示出不同的反铁电材料的与故障相关的极化（a）和与温度相关的电容量（b）。材料R05是Pb0.925La0.06(Zr0.86Ti0.14)O3，材料R07是Pb0.895La0.08(Zr0.80Ti0.20)O3和材料R08是Pb0.880La0.09(Zr0.80Ti0.20)O3。在图10a中示出所述材料的迟滞曲线，其形成与以kV/mm为单位的场F相关的以μC/cm2为单位的极化P，所述迟滞曲线基于其特性能够良好地用作用于介电层（3）的材料。在图10b中示出与以°C为单位的温度T相关的以F为单位的电容C。
图11a示出示例的反铁电材料的微分介电常数dε的温度相关性。随着温度T的提高，在0至5kV的预设的场强度F中，材料的介电常数作为温度的函数变化。能够看出的是，在预设的电压下作为温度的函数的介电常数的变化变得更小。
图11b示出以kV/mm为单位的转换场强度F作为在预设的配方下示例的反铁电材料的以°C为单位的温度T的函数。因此，借助于材料的配方和温度选择，能够预先确定一个工作范围，所述工作范围提供在介电层中反铁电效应的尽可能最好的利用。
本发明不局限于借助于所述实施例的说明。相反，本发明包括每个新的特征以及特征的每个组合，这特别是包括在权利要求中的特征的每个组合，即使所述特征或者所述组合本身在权利要求中或实施例中没有明确地说明。
附图标记列表
1）第一加热元件
2）第一电容器区域
3）介电层
4）内部电极
5）第二电容器区域
6）第一导热层
7）第二导热层
8）第一加热元件的接触部
9）第二加热元件
10）第一金属化层
11）第二金属化层
12）第一金属化层的接触部
13）第二金属化层的接触部
14）封装件
15）电容器接口
16）绝缘部
17）导电的接口
18）第二加热元件的接触部
19）其他电容器
F场
P极化
C电容
T温度
dε微分介电常数
Claims (17)
1.电容器，包括下面的组成部分：
-第一加热元件(1)，
-第一电容器区域(2)，所述第一电容器区域包括：
--介电层(3)，
--内部电极(4)，所述内部电极设置在所述介电层(3)之间，
其中所述第一加热元件(1)和所述第一电容器区域(2)导热地彼此连接，并且
其中介电层具有反铁电的材料。
2.根据权利要求1所述的电容器，
其中所述介电层(3)包括一种材料，所述材料的介电常数与温度有关。
3.根据权利要求2所述的电容器，
其中所述第一加热元件(1)设计为，使得其能够被加热到如下温度，在所述温度下，所述材料的所述介电常数达到在平均值之上的值，所述平均值由用于在室温下的介电常数的值和对于所述材料而言最大可能的介电常数的值获得。
4.根据权利要求1至3之一所述的电容器，
其中所述第一加热元件(1)是PTC元件，所述PTC元件包括具有在电阻方面正温度系数的陶瓷材料。
5.根据权利要求1至3之一所述的电容器，
其中所述第一加热元件(1)是珀耳帖元件。
6.根据权利要求1至3之一所述的电容器，附加地包括：
-第二电容器区域(5)，
其中所述第二电容器区域(5)和所述第一加热元件(1)导热地彼此连接。
7.根据权利要求6所述的电容器，
其中所述第一加热元件(1)设置在所述第二电容器区域(5)和所述第一电容器区域(2)之间。
8.根据权利要求6所述的电容器，附加地包括：
-导热层(6)，所述导热层设置在所述第一加热元件(1)和所述第一电容器区域(2)之间。
9.根据权利要求6所述的电容器，附加地包括：
-导热层(7)，所述导热层设置在所述第一加热元件(1)和所述第二电容器区域(5)之间。
10.根据权利要求7所述的电容器，附加地包括：
-导热层(7)，所述导热层设置在所述第一加热元件(1)和所述第二电容器区域(5)之间。
11.根据权利要求1至3之一所述的电容器，附加地包括：
-接触部(8)，所述接触部导电地与所述第一加热元件(1)连接，以至于能够将电压施加在所述第一加热元件(1)上。
12.根据权利要求1至3之一所述的电容器，附加地包括：
-第二加热元件(9)，
其中所述第一电容器区域(2)设置在所述第一加热元件(1)和所述第二加热元件(9)之间。
13.根据权利要求1至3之一所述的电容器，附加地包括：
-第一金属化层(10)和第二金属化层(11)，
其中所述第一金属化层(10)设置在所述第一加热元件(1)的第一主表面上，并且所述第二金属化层(11)设置在所述第一加热元件(1)的相对置的第二主表面上。
14.根据权利要求1至3之一所述的电容器，附加地包括：
-封装件(14)，所述封装件将所述第一加热元件(1)和所述第一电容器区域(2)相对于环境热绝缘。
15.根据权利要求1至3之一所述的电容器，附加地包括：
-温度传感器，所述温度传感器传输有关于在所述第一电容器区域(2)中的温度的信号。
16.电容器模块，包括：
-两个根据权利要求1至15之一所述的电容器，
其中所述电容器中的第一电容器和所述电容器中的第二电容器通过共同的封装件(14)相对于环境热绝缘。
17.根据权利要求16所述的电容器模块，
其中所述第一电容器和所述第二电容器配设有共同的第一加热元件。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102009059879 | 2009-12-21 | ||
| DE102009059879.0 | 2009-12-21 | ||
| PCT/EP2010/070426 WO2011085932A1 (de) | 2009-12-21 | 2010-12-21 | Temperaturunabhängiger kondensator und kondensatormodul |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102667979A CN102667979A (zh) | 2012-09-12 |
| CN102667979B true CN102667979B (zh) | 2016-01-13 |
Family
ID=43778503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201080058797.0A Active CN102667979B (zh) | 2009-12-21 | 2010-12-21 | 与温度有关的电容器和电容器模块 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20120281335A1 (zh) |
| EP (1) | EP2517217B1 (zh) |
| JP (1) | JP5902627B2 (zh) |
| CN (1) | CN102667979B (zh) |
| WO (1) | WO2011085932A1 (zh) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2837044B1 (de) | 2012-04-10 | 2017-11-15 | Epcos AG | Keramisches material und kondensator umfassend das keramische material |
| DE102012104033A1 (de) | 2012-05-08 | 2013-11-14 | Epcos Ag | Keramischer Vielschichtkondensator |
| DE102012106425A1 (de) * | 2012-07-17 | 2014-01-23 | Epcos Ag | Bauelement |
| DE102012111023A1 (de) * | 2012-11-15 | 2014-05-15 | Epcos Ag | Vielschichtkondensator und Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtkondensators |
| DE102013102278A1 (de) * | 2013-03-07 | 2014-09-11 | Epcos Ag | Kondensatoranordnung |
| DE102013110978A1 (de) * | 2013-10-02 | 2015-04-16 | Epcos Ag | Keramischer Vielschichtkondensator |
| DE102013019839B4 (de) * | 2013-11-27 | 2016-10-06 | Karlsruher Institut für Technologie | Passiver Temperatursensor, Betrieb und Herstellung des Sensors |
| DE102014200091A1 (de) * | 2014-01-08 | 2015-07-09 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Beheizen einer Endstufe eines Steuergerätes eines Kraftfahrzeugs |
| US9293254B2 (en) * | 2014-05-28 | 2016-03-22 | Texas Instruments Incorporated | Heated capacitor and method of forming the heated capacitor |
| DE102014211206B3 (de) * | 2014-06-12 | 2015-09-10 | Continental Automotive Gmbh | Vorrichtung mit einer Leiterplatte und einer darauf angeordneten elektronischen Schaltung, die einen Elektrolytkondensator aufweist, dessen Betriebstemperatur mittels der elektronischen Schaltung regelbar ist |
| US10578572B2 (en) * | 2016-01-19 | 2020-03-03 | Invensense, Inc. | CMOS integrated microheater for a gas sensor device |
| US9774174B1 (en) | 2016-03-23 | 2017-09-26 | Eaton Corporation | Dielectric heat transfer windows, and systems and methods using the same |
| US10283945B2 (en) | 2016-03-23 | 2019-05-07 | Eaton Intelligent Power Limited | Load center thermally conductive component |
| US10115657B2 (en) | 2016-03-23 | 2018-10-30 | Eaton Intelligent Power Limited | Dielectric heat path devices, and systems and methods using the same |
| DE102016106284A1 (de) * | 2016-04-06 | 2017-10-12 | Epcos Ag | Modul |
| WO2020004670A1 (ja) * | 2018-06-29 | 2020-01-02 | 国立大学法人 東京大学 | 分極ツイストを示す誘電体材料、分極を制御可能な誘電体構造体、並びにこれを使用したキャパシタ及び圧電素子、並びにセラミックス、並びにこれを使用したキャパシタ及び圧電素子 |
| US20220301785A1 (en) * | 2021-03-18 | 2022-09-22 | Hermes-Epitek Corporation | Antiferroelectric capacitor |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE926925C (de) * | 1934-03-06 | 1955-04-25 | Porzellanfabrik Kahla | Regelbarer elektrischer Kondensator, dessen Kapazitaet temperatur-unabhaengig ist oder sich mit der Temperatur nach einer bestimmten Gesetzmaessigkeit aendert |
| FR1426596A (fr) * | 1964-03-16 | 1966-01-28 | Dispositif de détection et de contrôle de la température | |
| CN1572007A (zh) * | 2001-10-19 | 2005-01-26 | 微涂技术股份有限公司 | 基于流体介电质的可变电容器 |
| CN101516980A (zh) * | 2006-07-10 | 2009-08-26 | 沙伯基础创新塑料知识产权有限公司 | 正温度系数的组合物和相关方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR891943A (fr) * | 1941-06-11 | 1944-03-23 | Fides Gmbh | Condensateur électrique variable par l'action de la température |
| JPH04364014A (ja) * | 1991-06-11 | 1992-12-16 | Rohm Co Ltd | 積層セラミックコンデンサ |
| JPH056826U (ja) * | 1991-07-11 | 1993-01-29 | 住友金属工業株式会社 | コンデンサ |
| JPH08213278A (ja) * | 1995-02-03 | 1996-08-20 | Murata Mfg Co Ltd | 高周波電力用積層セラミックコンデンサブロック |
| DE19653792A1 (de) * | 1996-12-21 | 1998-06-25 | Philips Patentverwaltung | Bauteil mit flacher Temperaturcharakteristik |
| JP4394567B2 (ja) * | 2004-12-20 | 2010-01-06 | 京セラ株式会社 | 液晶部品モジュールおよび誘電率制御方法 |
| JP4579762B2 (ja) * | 2005-05-09 | 2010-11-10 | 日本電信電話株式会社 | 光デバイス |
| JP4548466B2 (ja) * | 2007-09-21 | 2010-09-22 | Ｔｄｋ株式会社 | 積層型セラミック素子及びその実装構造 |
| WO2009136320A1 (en) * | 2008-05-08 | 2009-11-12 | Nxp B.V. | Tunable capacitor |
-
2010
- 2010-12-21 JP JP2012543848A patent/JP5902627B2/ja active Active
- 2010-12-21 EP EP10801581.9A patent/EP2517217B1/de active Active
- 2010-12-21 WO PCT/EP2010/070426 patent/WO2011085932A1/de active Application Filing
- 2010-12-21 US US13/515,212 patent/US20120281335A1/en not_active Abandoned
- 2010-12-21 CN CN201080058797.0A patent/CN102667979B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE926925C (de) * | 1934-03-06 | 1955-04-25 | Porzellanfabrik Kahla | Regelbarer elektrischer Kondensator, dessen Kapazitaet temperatur-unabhaengig ist oder sich mit der Temperatur nach einer bestimmten Gesetzmaessigkeit aendert |
| FR1426596A (fr) * | 1964-03-16 | 1966-01-28 | Dispositif de détection et de contrôle de la température | |
| CN1572007A (zh) * | 2001-10-19 | 2005-01-26 | 微涂技术股份有限公司 | 基于流体介电质的可变电容器 |
| CN101516980A (zh) * | 2006-07-10 | 2009-08-26 | 沙伯基础创新塑料知识产权有限公司 | 正温度系数的组合物和相关方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20120281335A1 (en) | 2012-11-08 |
| CN102667979A (zh) | 2012-09-12 |
| WO2011085932A1 (de) | 2011-07-21 |
| EP2517217B1 (de) | 2020-08-19 |
| JP5902627B2 (ja) | 2016-04-13 |
| JP2013515353A (ja) | 2013-05-02 |
| EP2517217A1 (de) | 2012-10-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102667979B (zh) | 与温度有关的电容器和电容器模块 | |
| CN101952917B (zh) | 可变电容器及其控制方法、电子装置和通信移动装置 | |
| JP7124031B2 (ja) | コンデンサ構造体 | |
| KR101933419B1 (ko) | 커패시터 및 그 제조 방법 | |
| US10217566B2 (en) | Ceramic material and capacitor comprising the ceramic material | |
| JP2019102798A (ja) | 積層セラミックキャパシタ | |
| CN106029606B (zh) | 陶瓷材料和包含所述陶瓷材料的电容器 | |
| KR20170012686A (ko) | 적층 세라믹 전자부품 | |
| CN103229409A (zh) | 使用可极化材料及内部产生的极化场将热量转换为电能的方法及装置 | |
| JP2013515369A (ja) | バラクタ、およびバラクタを製造する方法 | |
| CN101005045A (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| KR101761459B1 (ko) | 에너지 하베스팅 소자, 전기열량 냉각 소자, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 모놀리식 소자 | |
| CN102714096A (zh) | 陶瓷多层电容器 | |
| KR100746518B1 (ko) | 반도체 장치 | |
| JP2012156386A (ja) | 可変容量コンデンサ | |
| CN102047458B (zh) | 热发电器件和使用该器件的发电方法 | |
| JPH0729764A (ja) | コンデンサ材料及び多層アルミナ質配線基板並びに半導体素子収納用パッケージ | |
| Kumari et al. | High dielectric materials for supercapacitors | |
| CN104779250B (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| JP2000503814A (ja) | 埋め込みプレート電極を備えた集積半導体メモリ装置 | |
| EP4329183A1 (en) | Electricity generation method, and electricity generating system | |
| KR20240047668A (ko) | 펠티어 소자 | |
| Newnham | Structure‐Property Relationships in Perovskite Electroceramics | |
| JPH01183863A (ja) | 積層熱電素子 | |
| KR20180028157A (ko) | 열전소자 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Munich, Germany Patentee after: TDK Electronics Co.,Ltd. Address before: Munich, Germany Patentee before: EPCOS AG |