CN111508707A - 陶瓷器件、器件装置和制造陶瓷器件的方法 - Google Patents

陶瓷器件、器件装置和制造陶瓷器件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及陶瓷器件、器件装置和制造方法。所述陶瓷器件包括多个子体(20)和电的联接接触件(5)，所述联接接触件固定在所述子体(20)上，其中所述陶瓷器件(2)可分割成更小的器件，其中所述联接接触件(5)包括多个子端子(22)，其中所述每个子端子(22)接触所述子体(20)之一，其中所述子端子(22)通过至少一个薄的接片彼此连接，其中所述薄的接片能折断以将陶瓷器件(2)分割成更小的器件。

Description

陶瓷器件、器件装置和制造陶瓷器件的方法
本申请是申请号为201680012634.6、申请日为2016年2月25日、发明名称为“用于陶瓷器件的电的联接接触件、陶瓷器件和器件装置”的专利申请的分案申请。
技术领域
提出一种用于陶瓷器件的联接接触件。所述联接接触件例如由板材形成。特别地，所述联接接触件能够构成为引线框或联接角形件。
背景技术
陶瓷器件为了借助于电路板在电子系统中布线而需要电接触装置。典型地，陶瓷器件的外部接触件通过焊料材料与电路板的接触部位连接。在功率电子装置中，存在对于实现热机械稳定的接合的特殊的技术需求，所述联接同时提供尽可能良好的热导率和导电率以及良好的高频性能。
在DE 10 2013 108 753 A1中描述具有联接元件的陶瓷器件。
发明内容
本发明的目的是：提供一种用于陶瓷器件的改进的联接接触件。
根据本发明的第一方面，提出一种用于陶瓷器件的电的联接接触件。所述联接接触件优选用于将器件电联接在载体上。例如，联接接触件用于将电压和电信号输送至器件。此外，联接接触件也能够用于建立机械固定并且必要时用于建立与载体的热学连接。
陶瓷器件优选构成为多层器件。例如，所述器件具有基本体，所述基本体具有彼此叠加设置的陶瓷层和电极层。所述层优选一起被烧结。特别地，所述器件能够为电容器、优选为功率电容器。
联接接触件构成用于固定在器件上。优选的是，联接接触件由板材形成。在此，例如由扁平的板材首先例如通过冲压形成具有联接接触件的尺寸的扁平件。随后，联接接触件优选成弯曲形状。例如，联接接触件具有弯折的形状。联接接触件也能够为引线框。
例如，联接接触件具有用于将联接接触件固定在陶瓷器件的基本体上的至少一个接触区域。此外，联接接触件例如具有用于固定在载体上的、尤其固定在电路板上的至少一个联接区域。联接区域优选相对于接触区域成一定角度地设置。例如，联接区域向外或向内弯曲。
在一个实施方式中，联接接触件具有两个联接元件。联接元件优选构成为用于固定在基本体的相对置的侧上。联接接触件的特性优选相应地适用于每个单独的联接元件。
联接接触件优选具有材料复合件。在此，材料例如以层的形式彼此叠加地设置。在一个实施方式中，联接接触件具有第一材料和设置在所述第一材料上的第二材料。第一材料优选构成为第一层，并且第二材料构成为第二层。
第一材料具有大的电导率。大的电导率例如为至少40m/(Ω·mm2)，优选为至少50m/(Ω·mm2)。优选地，第一材料也具有大的热导率。大的热导率例如为至少250W/(m·K)、优选为至少350W/(m·K)。
第二材料优选具有尤其良好的机械和热机械特性。特别地，第二材料具有小的热膨胀系数。小的热膨胀系数例如最高为5ppm/K、优选为最高2.5ppm/K。膨胀系数优选尽可能接近陶瓷的膨胀系数。以该方式能够实现对陶瓷的良好的热适用性。由此，能够绝大部分地避免在温度变换时构建应力，并且大范围地防止在器件中形成裂纹。
在一个优选的实施方式中，第一材料具有铜或由铜构成。铜具有尤其良好的热导率和电导率。
例如，第二材料具有含铁的合金。优选地，第二材料具有因瓦合金或由因瓦合金构成。具有大约1/3镍和2/3铁的铁镍合金称作为因瓦合金。该材料具有尤其低的热膨胀系数。特别地，热膨胀系数接近陶瓷的膨胀系数。由于与第一材料组合，即使在第二材料的电导率低的情况下也能够确保对于联接接触件的充分的导电性。
在一个实施方式中，联接接触件还具有第三材料。所述第三材料设置在第二材料上，使得所述第二材料设置在第一材料和第三材料之间。第三材料优选构成为第三层。优选地，第三材料与第一材料相同。优选地，第三层具有与第一层相同的厚度。通过第三材料的构成方案优选能够防止联接接触件在温度变化时弯曲。
特别地，联接接触件能够具有由铜-因瓦合金-铜构成的材料复合件。这种复合件也能够称作为CIC复合件。
根据本发明的另一方面，提出一种具有电的联接接触件的陶瓷器件。联接接触件和陶瓷器件能够如上面描述的那样构成。特别地，联接接触件固定在器件的基本体上。陶瓷器件例如是陶瓷的多层电容器。
联接接触件优选固定在器件的基本体上。例如，联接接触件具有两个接触元件，所述接触元件设置在基本体的相对置的侧上。基本体例如具有外部接触件，将联接接触件固定在所述外部接触件上。外部接触件例如构成为金属层、尤其构成为溅射的金属层。
在一个实施方式中，联接接触件通过接触材料固定在基本体上。接触材料例如是烧结材料、尤其烧结银。为了将联接接触件固定在基本体上，接触材料例如涂覆到基本体和/或联接接触件上。随后，联接接触件设置在基本体上并且所述接触材料被烧结。以该方式能够实现基本体和联接接触件之间的抗高温的且低欧姆的连接。
在一个实施方式中，器件构成为，使得在将联接接触件固定在载体上时基本体与载体间隔开。以该方式，能够实现基本体与载体的热脱耦和机械脱耦。例如，基本体在高度方向上非居中地设置在联接接触件上，使得构成相对于载体的气隙。
根据本发明的另一方面，提出一种具有陶瓷器件和载体的器件装置，所述器件固定在所述载体上。器件优选如上面描述的那样构成并且尤其具有联接接触件。载体例如构成为电路板。器件也能够为陶瓷载体。
联接接触件与载体例如通过连接材料连接。连接材料例如是焊料或烧结材料。特别地，联接接触件能够通过对烧结材料进行烧结与载体连接。例如，以压力烧结方法或无压烧结方法进行烧结。
根据本发明的另一方面，提出一种用于制造陶瓷器件的联接接触件的方法。联接接触件优选如上文描述的那样构成。
在制造联接接触件时，提供具有第二材料的板材。第二材料优选具有因瓦合金或由因瓦合金构成。随后将第一材料施加、例如滚压到第二材料上。第二材料优选具有铜或由铜构成。随后，将第三材料施加、尤其滚压到板材的相对置的侧上。第三材料优选与第一材料相同。
此后，联接接触件能够被置于期望的形状中。例如，在冲压工艺中确定联接接触件的外部尺寸。随后，将冲压件弯曲成期望的形状。特别地，由此能够形成联接接触件的弯折的形状。
根据本发明的另一方面，描述一种用于制造具有联接接触件的陶瓷器件的方法。在此，提供联接接触件和器件的基本体。基本体和联接接触件优选如上面描述的那样构成。随后，将联接接触件固定在基本体上。对此，例如将接触材料施加到基本体和/或联接接触件上。特别地，接触材料构成为烧结材料。随后，将联接接触件设置在基本体上并且执行烧结方法。
在当前的公开文献中描述了本发明的多个方面。关于联接接触件、器件、器件装置和/或方法之一所公开的全部特性也相应的关于各其他的方面来公开并且反之亦然，即使在相应的方面的上下文中没有明确地提及相应的特性时也如此。
附图说明
在下文中，根据示意的且不遵守比例的实施例详细阐述在此描述的主题。
附图示出：
图1A示出器件装置的一个实施方式的示意剖面图，
图1B和1C示出图1A中的器件装置的细节图，
图2至5示出器件的不同的实施方式的立体图。
优选地，在下面的附图中，相同的附图标记参考不同实施方式的在功能或结构上的相对应的部件。
具体实施方式
图1A示出具有电器件2和载体3的器件装置1，在所述载体上设置有器件2。
电器件2具有基本体4。优选地，基本体4具有陶瓷材料。在该情况下，器件2称作陶瓷器件。器件2例如构成为多层器件。特别地，基本体4能够具有带有陶瓷层的层堆和设置在所述陶瓷层之间的电极层。全部层优选被一起烧结。例如，电极层具有铜。例如，器件2构成为电容器，尤其构成为陶瓷的多层电容器。其例如能够为功率电容器。
器件2具有用于电联接器件2的联接接触件5。例如，联接接触件5具有两个联接元件18、19。联接元件18、19例如设置在基本体4的相对置的侧上。也能够将联接元件18、19中的仅一个称作为联接接触件5。
联接接触件5将器件2与载体3电连接。此外，联接接触件5也能够用于将器件2机械地固定在载体3上。联接接触件5也能够确保热接合到载体3上。
联接接触件5优选与基本体4分开地制造并且随后固定在基本体4上。优选的是，联接接触件5由板材形成。特别地，联接接触件5能够为联接角形件或引线框。联接接触件5优选除了高的热导率和电导率之外具有尽可能小的热膨胀系数。该不同的特性优选通过材料复合件、尤其通过联接接触件5的多层结构来保证。联接接触件5的结构在图1B的上下文中详细描述。
联接接触件5具有用于固定在基本体4上的接触区域6和用于固定在载体3上的联接区域7。接触区域6例如借助于接触材料8固定在基本体4上。例如，接触材料8层状地设置。例如，接触材料8为烧结材料。联接接触件5优选通过对烧结材料8进行烧结来固定在基本体4上。例如，在此执行低温烧结工艺，尤其在250℃范围中的温度下执行低温烧结工艺。
联接区域7相对于接触区域6成一定角度地设置。例如，联接区域7相对于接触区域6以90°的角度定向。联接区域7能够向外或向内弯曲。在联接区域7向内弯曲的情况下，联接区域7优选位于基本体4下方。在联接区域7向外弯曲的情况下，联接区域7优选位于基本体4旁边。联接接触件5优选构成为，使得基本体4距载体3一定间距地设置。特别地，在基本体4和载体3之间存在气隙9。
载体3例如为电路板。例如，电路板构成为FR4印刷电路板。其也能够为陶瓷基板。例如，载体3构成为DCB(直接铜键合)基板，其中铜施加到陶瓷上。
载体3具有至少一个接触部位10，将联接接触件5的联接区域7固定在所述接触部位上。例如，接触部位10为焊盘或铜接触件。例如，联接区域7与接触部位10焊接或烧结。对此，例如设有呈焊料或烧结材料形式的连接材料11。
图1B示出图1A的放大的局部图，所述局部的位置用“1B”在图1A中绘出。特别地，可见联接接触件5的多层的结构。联接接触件5具有至少一种第一材料M1和设置在所述第一材料上的第二材料M2。第一材料M1与第二材料M2不同。特别地，材料M1、M2构成为第一层12和设置在所述第一层上的第二层13。第一层12与第二层13相比距基本体4更近地设置。
第一材料M1进而第一层12优选具有尤其良好的热导率和电导率。第一层12具有第一材料M1或者由第一材料M1构成。优选地，第一材料M1为铜。铜具有大约58m/(Ω·mm2)的比电导、大约400W/(m·K)的热导率和大约18ppm/K的热膨胀系数。
第二材料M2进而第二层13优选具有小的热膨胀系数。此外，第二层13例如确保联接接触件5的机械强度。第二层13具有第二材料M2或由第二材料M2构成。在此，所述第二材料例如为因瓦合金。因瓦合金具有大约1.2m/(Ω·mm2)的比电导、大约13W/(m·K)的热导率和<2ppm/K的热膨胀系数。
因此，第一材料M1具有比第二材料M2显著更大的热导率和电导率。第二材料M1具有比第一材料M1显著更小的热膨胀系数。
此外，联接接触件5能够具有第三材料M3。第三材料M3能够具有与第一材料M1相同的材料。第三材料M3形成第三层14，其中第三层14设置在第二层13上。第二层13设置在第一层12和第三层14之间。优选地，第三层14具有与第一层12相同的厚度。通过第三层14能够防止联接接触件5的双金属特性。
例如，联接接触件5具有位于0.1mm和1mm之间的范围内的厚度。特别地，厚度能够为0.15mm。例如，第二层13的厚度与第一层12的厚度的比能够为如1:1至5:1。特别地，所述厚度的比为如3:1。在构成第三层14时，第三层14的厚度与第二层13的厚度与第一层12的厚度的比例如为1:1:1至1:5:1。特别地，所述厚度的比为如1:3:1。例如，第二层13具有厚度为90μm的因瓦合金，第一层12具有厚度为30μm的铜，并且第三层14具有厚度为30μm的铜。这种CIC联接接触件的热膨胀系数根据所选择的厚度比例如位于大约5ppm/K-7ppm/K的范围中。
此外，联接接触件5能够具有一个或多个另外的层15、16。另外的层15、16例如形成联接接触件5的外侧。例如，其为电镀层15、16，尤其为银层。电镀层例如分别具有位于5μm至10μm范围中的厚度。另外的层例如用于将第一或第三层12、14钝化。特别地，这些层能够提供防止失去光泽的保护。此外，所述层能够提供可焊接的表面或者改进与烧结材料的连接。
为了制造联接接触件5，例如提供第二层13并且随后在其上设置第一层12和必要时设置第三层14。第二层13尤其作为板材提供。例如，第一和第三层12、14滚压到第二层13上。随后，例如在两侧施加电镀层15、16。随后从多层的板材中冲压出一个件并且将其弯曲成期望的形状。
联接接触件5优选固定在基本体4的外部接触件17上。外部接触件17与基本体4的电极层电接触。外部接触件17例如具有至少一个溅射的层。外部接触件17能够具有多个彼此叠加设置的层、尤其多个溅射的层。例如，外部接触件17具有用于促进增附的、用于阻挡扩散的和用于进一步接触的组分。在一个实施方式中，所述组分为Cr/Ni/Ag层结构。例如，外部接触件17具有1μm范围中的厚度。
联接接触件5通过接触材料8与外部接触件17连接。接触材料8优选具有高的电导率和热导率。此外，接触材料8优选具有相对于温度变换负荷的高的鲁棒性和高的附着力。例如，接触材料8具有烧结材料、尤其烧结银。于是，联接接触件5与基本体4通过烧结所述接触材料8来固定。例如，接触材料8具有在20μm范围中的厚度。接触材料8例如如DE102013108753A1中描述的接触层那样构成。
为了将联接接触件5固定在基本体4上，例如将接触材料8施加到基本体4和/或联接接触件5上。联接接触件5、尤其联接元件18、19于是设置在基本体4上并且以烧结法固定。例如，在此也执行低温烧结方法。
图1C示出图1A的放大的局部图，所述局部的位置用“1C”在图1A中绘出。特别地，在此，可见联接接触件5与载体3的接触部位10的连接。载体3与接触部位10例如构成为具有接触焊盘的电路板或构成为具有接触面的陶瓷基板、尤其构成为DCB基板。
在一个实施方式中，通过焊接实现固定。例如，对此，将无铅的SAC焊料用作为连接材料11。在一个替选的实施方式中，通过烧结实现固定。对此，例如将烧结银材料用作为连接材料11。在此，能够无压地进行烧结或进行压力烧结。在此，向外弯曲的连接区域7实现在压力烧结工艺中的尤其良好的连接，因为能够将压力直接地施加到联接区域7上，而不存在外部接触件17的或基本体4的预先损坏的危险。
联接接触件5在其联接区域7中的结构对应于在其接触区域6中的结构。特别地，联接接触件5具有多层的结构，例如具有双侧施加的电镀层的CIC结构。
在图2至5中示出具有联接接触件5的器件2和联接接触件5的不同的实施方式。联接接触件5分别具有针对图1A-1C描述的材料复合件。全部器件2能够以SMD安装、即表面安装固定在载体上。
在图2中示出联接接触件5的与图1A-1C中的联接接触件5相同的实施方式。
特别地，联接接触件5具有两个联接元件18、19，所述联接元件设置在器件2的基本体4的相对置的侧上。联接元件18、19分别具有接触区域6和向外弯曲的联接区域7。因此，联接区域7引导远离基本体4。在这种几何形状中，联接接触件5尤其能够良好地以压力烧结工艺固定在载体3上。
基本体4具有方形形状。联接接触件5完全地在基本体4的两个长边之上延伸。联接接触件4也能够仅部分地在基本体的外侧之上延伸。在基本体4的下侧和联接区域7的下侧之间存在显著的高度差，使得基本体4能够以距载体3一定间距地设置。
在图3中示出具有联接接触件5的器件2和联接接触件5的另一实施方式。与图2中的联接接触件5不同，联接区域7在此向内弯曲。联接区域7设置在基本体4下方。在此，在基本体4的下侧和联接区域7的下侧之间也存在气隙9。因此，基本体4在高度方向上不相对于联接接触件5定心地设置。
在图4中示出具有联接接触件5的器件2和联接接触件5的另一实施方式。器件2具有基本体4，所述基本体具有多个子体20。例如，设有五个子体20。联接接触件5具有两个联接元件18、19。经由联接接触件5，为全部子体20建立共同的电接触。因此，子体20并联连接。
联接元件18、19分别具有用于固定在载体上的多个联接区域7。这也在结构形状较大的情况下实现稳定的固定。联接区域7向外弯曲。
在接触区域6中设有留空部21。接触区域6在基本体4的整个长边之上延伸。
在图5中示出具有联接接触件5的器件2和联接接触件5的另一实施方式。器件2如在图4中那样具有基本体4，所述基本体具有多个子体20。
器件2以可变的“无尽”设计的形式构成。特别地，器件2能够具有任意多的子体20并且随后被分解成较小的器件2。对此，联接接触件5例如具有可分离的形状。特别地，联接接触件5具有多个子端子22，所述子端子分别接触子体20。每个子端子22具有用于接触子体的接触区域6。接触区域6分别具有两个接触臂，所述接触臂贴靠在子体20上。联接接触件5例如弹性地构成。子端子22能够通过薄的接片(未示出)彼此连接。通过折断所述接片能够分割子端子22。
为了提高机械稳定性，器件2具有底座23、例如塑料底座，基本体4设置在所述底座上。联接接触件5引导穿过底座23。替选地，联接接触件5也能够围绕底座23的窄边引导。
根据上述描述可知，本发明的实施例涵盖但不限于以下技术方案：
方案1.一种用于陶瓷器件的电的联接接触件，所述联接接触件具有第一材料(M1)和设置在所述第一材料上的第二材料(M2)，其中所述第一材料(M1)具有大的电导率，并且所述第二材料(M2)具有小的热膨胀系数。
方案2.根据方案1所述的电的联接接触件，其中所述第一材料(M1)是铜，并且所述第二材料(M2)是因瓦合金。
方案3.根据上述方案中任一项所述的电的联接接触件，其中所述联接接触件由板材形成。
方案4.根据上述方案中任一项所述的电的联接接触件，其中所述联接接触件具有第三材料(M3)，所述第三材料设置在所述第二材料(M2)上，其中所述第二材料(M2)设置在所述第一材料和所述第三材料(M3)之间。
方案5.根据方案4所述的电的联接接触件，其中材料(M1，M2，M3)作为第一层、第二层和第三层(12，13，14)彼此叠加地设置，其中所述第三材料(M3)与所述第一材料(M1)相同，并且其中所述第三层(14)具有与所述第一层(13)相同的厚度。
方案6.根据上述方案中任一项所述的电的联接接触件，所述联接接触件具有用于将所述联接接触件(5)固定在陶瓷器件(2)上的至少一个接触区域(6)，和用于将所述联接接触件(5)固定在载体(3)上的至少一个联接区域(7)，其中所述联接区域(7)相对于所述接触区域(6)成一定角度地设置。
方案7.一种陶瓷器件，其具有根据上述方案中任一项所述的电的联接接触件(5)和基本体(4)，在所述基本体上固定有所述联接接触件(5)。
方案8.根据方案7所述的陶瓷器件，其中所述联接接触件(5)通过接触材料(8)固定在所述基本体(4)上，其中所述接触材料(8)是烧结材料。
方案9.根据方案7或8所述的陶瓷器件，所述陶瓷器件构成为，使得在将所述联接接触件(5)固定在载体(3)上时，所述基本体(4)与所述载体(3)间隔开。
方案10.根据方案7至9中任一项所述的陶瓷器件，所述陶瓷器件构成为多层电容器。
方案11.一种器件装置，其具有根据方案7至10中任一项所述的陶瓷器件(2)和载体(3)，所述器件(2)固定在所述载体上。
方案12.根据方案11所述的器件装置，其中所述联接接触件(5)与所述载体(3)通过连接材料(11)连接，其中所述连接材料(11)是焊料或烧结材料。
方案13.一种用于制造根据方案1至6中任一项所述的联接接触件的方法，所述方法具有如下步骤：
A)提供具有所述第二材料(M2)的板材，
B)将所述第一材料(M1)滚压到所述第二材料(M2)上。
方案14.一种用于制造根据方案7至9中任一项所述的陶瓷器件的方法，所述方法具有如下步骤：
A)提供所述联接接触件(5)和所述器件(2)的基本体(4)，
B)将所述联接接触件(5)固定在所述基本体(4)上。
方案15.根据方案14所述的方法，其中为了固定所述联接接触件(5)，将接触材料(8)施加到所述基本体(4)和/或所述联接接触件(5)上，随后将所述联接接触件(5)设置在所述基本体(4)上，并且随后烧结所述接触材料(8)
附图标记列表
1 器件装置
2 器件
3 载体
4 基本体
5 联接接触件
6 接触区域
7 联接区域
8 接触材料
9 气隙
10 接触部位
11 连接材料
12 第一层
13 第二层
14 第三层
15 另一层
16 另一层
17 外部接触件
18 联接元件
19 联接元件
20 子体
21 留空部
22 子端子
23 底座
M1 第一材料
M2 第二材料
M3 第三材料

Claims (11)

1.一种陶瓷器件，所述陶瓷器件包括多个子体(20)和电的联接接触件(5)，所述联接接触件固定在所述子体(20)上，其中所述陶瓷器件(2)可分割成更小的器件，
其中所述联接接触件(5)包括多个子端子(22)，其中所述每个子端子(22)接触所述子体(20)之一，其中所述子端子(22)通过至少一个薄的接片彼此连接，其中所述薄的接片能折断以将陶瓷器件(2)分割成更小的器件。
2.根据权利要求1所述的陶瓷器件，
其中所述联接接触件(5)由金属板形成。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷器件，其中所述联接接触件(5)包括至少一个联接区域(7)，用于固定在接线板上。
4.根据权利要求3所述的陶瓷器件，其中所述联接区域向内或向外弯曲。
5.根据权利要求1或2所述的陶瓷器件，
其中所述联接接触件(5)包括第一材料(M1)和设置在其上的第二材料(M2)，其中所述第一材料(M1)具有大的电导率，而所述第二材料(M2)具有小的热膨胀系数。
6.根据权利要求5所述陶瓷器件，
其中所述第一材料(M1)是铜，并且所述第二材料(M2)是因瓦合金。
7.根据权利要求1或2所述的陶瓷器件，
所述陶瓷器件包括烧结材料(8)，所述烧结材料将所述联接接触件(5)固定在所述子体(20)上。
8.根据权利要求1或2所述的陶瓷器件，
其中每个所述子端子(22)从所述子体(20)中的一个子体的第一边缘沿着烧结的子体(20)的侧面延伸，但不延伸到所述烧结的子体(20)的第二边缘，所述第二边缘与第一边缘相对置。
9.根据权利要求1或2所述的陶瓷器件，
其中在所述子体(20)之间存在气隙。
10.一种器件装置，其包括根据权利要求1或2所述的陶瓷器件(2)和载体(3)，所述陶瓷器件(2)固定在所述载体上。
11.一种用于制造陶瓷器件的方法，其中在所述子体(20)中的两个子体之间设置并且分割根据权利要求1或2所述的陶瓷器件(2)，其中将在所述子体(20)之间的联接接触件(5)的薄的接片折断。
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