CN113906527A - 器件和器件的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种器件，所述器件具有作用体积(A)，其中作用体积(A)在器件的高度H上非居中地设置，和/或其中作用体积(A)在器件的宽度B上非居中地设置。另一方面涉及一种器件的应用，其中器件为热敏电阻，尤其为NTC热敏电阻或PTC热敏电阻，或者为温度测量元件。一种器件用于监控电池的温度或者车辆中的温度的应用。

Description

器件和器件的应用

技术领域

本发明涉及一种器件，尤其是陶瓷多层器件，例如用于表面安装的NTC热敏电阻。另一方面涉及一种器件的应用。

背景技术

这种器件例如可以在温度传感器中用作为温度敏感的元件。在此，环境温度作用于器件，例如作为从上部的辐射热量或者从下部经由电路板作用于器件。环境温度在此可以改变器件的温度。所述器件可以引起器件、例如电阻的电特性的改变，其中改变可以通过适合的电子装置测量。

对于多种应用，传感器的尽可能快的响应是期望的或必需的。传感器的响应速度通过传感器的热时间常数来描述。热时间常数说明，在何种时间之后，传感器已达到新温度的63％(1-1/e)。热时间常数与外部因素相关，例如在其上构建有传感器的材料，所使用的焊料，焊料量和周围环境。传感器特性、如构件大小或传感器的材料的类型影响热时间常数。

发明内容

本发明的目的现在是，提出一种改进的器件，尤其是如下器件，所述器件能够实现，在其电特性方面在环境温度变化时尽可能快地受到影响。

所述目的通过根据权利要求1的器件来实现。有利的设计方案是从属权利要求的主题。

提出一种器件，其中器件的作用体积在器件的高度上非居中地设置。替选地或补充地，作用体积在器件的宽度上非居中地设置。

作用体积可以通过相反极性的相邻的内电极的重叠区域来形成。替选地，作用体积可以通过处于相反极性的两个内电极之间的区域形成，其中这两个内电极设置在相同的平面中并且不彼此接触。

作用体积可以由多个子区域组成，在所述子区域中分别沿堆叠方向相邻的内电极重叠或者在所述子区域中在相同的平面中的内电极形成作用体积。彼此重叠的内电极在此可以沿堆叠方向直接彼此相邻。

因为作用体积在器件的宽度和/或高度上非居中地设置，所有作用体积靠近器件的外面设置。环境温度变化引起器件的温度的变化，所述器件暴露于所述周围环境。这种温度变化可以不均匀地伸展。尤其地，器件的温度变化可以从外向内进行。与此相应地，器件的外面和靠近外面的区域的温度比器件的中间区域更快地改变。通过作用体积在这种区域中设置，作用体积可以快速地被温度变化影响。作用体积对于器件的电特性、例如器件的电阻是决定性的。通过非居中地设置作用体积，因此可以降低器件的热时间常数。

器件的高度可以是器件沿堆叠方向的扩展，沿所述堆叠方向，内电极和陶瓷层上下相叠地设置。内电极可以是面状的并且沿长度方向和宽度方向延伸。高度可以是器件沿垂直于长度方向和宽度方向的方向的扩展。

器件的宽度可以是器件从器件的第一侧面至第二侧面的扩展，其中器件的外电极不设置在第一或第二侧面上。宽度在此可以说明构件沿宽度方向的扩展。

尤其地，作用体积可以靠近器件的侧面、靠近器件的下侧和/或靠近器件的上侧设置。

器件可以具有内电极，其中沿堆叠方向彼此相邻的内电极在至少一个重叠区域中彼此重叠，其中器件的作用体积通过内电极的至少一个重叠区域形成。

替选地，器件可以具有两个内电极，所述内电极在一个平面中设置并且不彼此接触，其中在内电极之间的区域形成器件的作用体积。在此，内电极中的一个内电极可以与第一外电极连接并且内电极中的另一个内电极可以与第二外电极连接。

器件的高度可以从器件的下侧延伸至器件的上侧。作用体积可以在下部区域中设置在下侧和30％的高度的高度之间和/或在上部区域中设置在70％的高度的高度和上侧之间。优选地，作用体积在下部区域中设置在下侧和20％的高度H的高度之间和/或在上部区域中设置在80％的高度H的高度和上侧之间。

如果作用体积不仅在上部区域中而且也在下部区域中设置，那么得出对称的器件，所述器件在表面安装中可以借助上侧朝向电路板和借助下侧朝向电路板安装，而不改变器件的电特性。这种器件通常作为散装件生产，使得关于上侧和下侧的对称性是有利的。

器件的宽度可以从器件的第一侧面延伸至第二侧面。作用体积可以在左边区域中在第一侧面和30％的宽度B的宽度之间和/或在右边区域中在70％的宽度B的宽度和第二侧面之间设置。在此，作用体积可以在从第一侧面延伸至不大于30％的宽度B的宽度的左边区域中和/或在从第二侧面延伸到至少70％的宽度B的宽度的右边区域中设置，其中沿宽度方向，不具有内电极的中间区域在左边区域和右边区域之间设置并且分别直接连接于左边区域和右边区域。

优选地，作用体积可以在左边区域中在第一侧面和20％的宽度B的宽度之间和/或在右边区域中在80％的宽度B的宽度和第二侧面之间设置。由此可以确保，作用体积靠近侧面设置。在器件之上从外向内伸展的温度变化因此可以快速到达作用体积。由此可以引起降低的时间常数。

器件的内电极中的至少一个内电极可以是浮动电极。器件的其他内电极可以与器件的外电极中的一个外电极连接。浮动内电极不与外电极电接触。

作用体积可以具有多个子体积，所述子体积彼此对称地设置。通过子体积的对称设置能够实现，器件在任意位置装入。

至少一个内电极可以具有两个部分，这两个部分通过间隙彼此分开，所述间隙垂直于器件的高度和宽度伸展。在此，内电极的两个部分可以分别与外电极连接，尤其与相同的外电极连接。替选地，内电极也可以是浮动电极，其中两个部分是浮动的。间隙可以沿宽度方向居中地设置。通过在内电极的两个部分之间构成间隙，作用体积可以错开，使得作用体积靠近器件的侧面。与此相应地，作用体积可以快速地受侧面的温度变化影响。

作用体积可以小于器件的总体积的30％。优选地，作用体积可以小于总体积的20％或小于10％。通过这样小的作用体积可以实现，作用体积可以在其温度上更快被改变。以所述方式，可以在环境温度变化时确保快速的传感器响应。

器件可以具有高热导率的陶瓷材料。陶瓷材料的高热导率可以有助于，温度变化快速到达作用体积。

器件可以具有外电极，所述外电极设置在器件的第三侧面上。内电极中的至少一个内电极可以与外电极连接。外电极可以与同外电极连接的内电极部分地重叠，其中与外电极连接的内电极伸出与外电极重叠的区域。外电极例如可以与上侧和/或下侧部分地重叠。如果内电极伸出外电极，那么外电极的长度仅对器件的电阻分布有小的影响。尤其地，因此可以避免在外电极之间的电流流动。

器件可以为陶瓷器件。器件可以为电气器件或电子器件。器件可以为多层器件。器件可以为热敏电阻。器件可以为NTC热敏电阻或PTC热敏电阻。器件可以为压敏电阻。器件可以为温度测量元件。器件可以构成用于表面安装。

根据本发明的另一方面，在上文中描述的器件可以用于监控电池的温度。在电池中决定性的是，在电池过热之前中断电池的充电过程，因为否则会出现电池的损坏。如果根据本发明的器件用于监控电池的温度，可以快速地识别到电池的过热，因为器件由于作用体积的设置具有小的热时间常数。与此对应地，器件特别好地适合于监控电池的温度。

根据另一方面，器件用于监控车辆中的温度。在车辆中存在大量在其中温度监控重要的区域。例如，在电动车中必须不断地监控电池的温度。

附图说明

下面根据附图详细阐述本发明的优选的实施例。

图1示出贯穿根据第一实施例的器件的示意横截面，

图2示出图1中的器件，其中绘制在其中可以设置有作用体积的区域，

图3示出贯穿根据第二实施例的器件的横截面，

图4示出贯穿根据第二实施例的器件的另一横截面，

图5示出器件的第三实施例。

具体实施方式

图1示出贯穿器件的横截面的示意图。器件为陶瓷多层元件。尤其地，器件为NTC热敏电阻(NTC＝负温度系数)。器件设为用于表面安装(SMD器件，SMD＝surface mounteddevice)。

器件具有内电极和陶瓷材料1的层。内电极和陶瓷层1沿堆叠方向S上下相叠地设置。器件沿堆叠方向S的扩展也称作为器件的高度H。高度H从器件的下侧2延伸至上侧2。下侧2的和上侧3的面法线分别指向堆叠方向S。内电极面状地构成并且平行于器件的下侧2和平行于器件的上侧3设置。

器件是方形的。器件具有第一侧面4、第二侧面5、第三侧面6和第四侧面7，这些侧面分别垂直于上侧3和下侧2。第一侧面4和第二侧面5不具有外电极。

器件还具有第一外电极8和第二外电极9。第一外电极8设置在器件的第三侧面6上。第一外电极8与器件的上侧3和下侧2分别部分地重叠。第二外电极9设置在器件的第四外面7上。第二外电极9与器件的上侧3和下侧2部分地重叠。

器件从第三侧面6朝向第四侧面7的扩展称作为器件的长度L。

第一和第二侧面4、5彼此平行。第一侧面4和第二侧面5分别垂直于上侧3和下侧2以及第三侧面6和第四侧面7设置。器件从第一侧面4至第二侧面5的扩展称作为器件的宽度B。

器件的内电极具有第一内电极10、第二内电极11和第三内电极12。第一内电极10分别与第一外电极8电接触。第二内电极11分别与第二外电极9电接触。各一个第一内电极10和第二内电极11在共同的层中以堆叠构造设置。在此，第一和第二内电极10、11彼此不接触。

第三内电极12是浮动内电极。与此相应地，第三内电极12不与外电极8、9之一直接电连接。各一个第三内电极12设置在电极层中，所述电极层与设置有第一内电极10和第二内电极11的电极层相邻。

第三内电极12在此在第一重叠区域13中与第一内电极10重叠。此外，第三内电极12在第二重叠区域14中与第二内电极11重叠。彼此相邻的内电极彼此重叠的两个重叠区域13、14形成器件的作用体积A。

器件的作用体积A非居中地设置在器件中。更确切地说，作用体积A在器件的靠近上侧3的上部区域中和在器件的靠近下侧2的下部区域中设置。作用体积A在此由子体积组成。位于上部区域15和下部区域16之间的沿高度方向的中间区域17不具有作用体积。

因为器件的作用体积A因此靠近器件的外面设置，周围环境的温度变化非常快地到达作用体积A。与此相应地，器件的对于热时间常数决定性的区域、即作用体积A非常快地受环境温度的变化影响。

构件的温度变化不均匀地进行。更确切地说，在温度变化时，首先外面、即上侧和下侧3、2，以及侧面4、5、6、7和器件的靠近外面的区域改变其温度。温度变化于是越来越接近器件的内部，直至整个器件匹配于改变的温度。环境温度的变化因此始终首先作用于器件的上部区域和下部区域15、16并且随后才作用于器件的中间区域17。器件的温度变化沿高度方向从外部区域、即温度首先变化的上部区域和下部区域15、16伸展至中间区域17，所述中间区域的温度略微稍晚改变。

在图1中示出的器件中，因此作用体积A置于器件的区域15、16中，所述区域由温度变化首先涉及。器件因此非常快地在其电特性方面受温度变化影响。

器件关于虚线绘制的对称平面是对称的。器件通常作为散装件生产，其中事先不确定，器件如何关于上侧和下侧3、2装入。因此，构件关于对称平面的对称构造是有利的。

图2示出在图1中示出的器件，其中标记构成有作用体积A的子体积的下部区域15和上部区域16和作用体积A。下部区域15从下侧2延伸至最大30％的高度H的高度。上部区域16从上侧3延伸直至至少70％的高度H的高度。位于所述区域15、16之间的沿高度方向的中间区域17不具有器件的作用体积A。中间区域17在环境温度变化时最后匹配于改变的环境温度。通过作用体积A的子体积移置到下部区域和上部区域15、16中，能够实现，作用体积A特别快地匹配于改变的温度并从而例如引起器件的电阻变化。

图3示出贯穿根据第二实施例的器件的横截面，其中横截面是垂直于堆叠方向S剖切的。横截面示出电极层，在所述电极层中设置有第一内电极10和第二内电极11。

第一内电极10具有第一部分18和第二部分19。在第一部分18和第二部分19之间设置有间隙20。间隙20沿器件的纵向方向延伸。间隙20因此垂直于外电极8、9并且平行于第一内电极10的第一部分和第二部分18、19伸展。与此相应地，沿宽度方向的中间区域21不具有第一内电极。第二内电极11也具有两个部分，这两个部分通过间隙20分开。沿宽度方向的中间区域21不具有第二内电极11。与此相应地，第一和第二内电极11、12因此设置在靠近第一侧面4的左边区域22中和在靠近第二侧面5的右边区域23中。在沿宽度方向的中间区域21中，器件不具有内电极，所述中间区域远离第一侧面4和第二侧面5。

沿宽度方向，器件的温度变化也不均匀地伸展。更确切地说，首先右边区域和左边区域23、22的温度改变并且沿宽度方向的中间区域21的温度略微稍晚才改变。

图4示出根据第二实施例的器件的另一电极层的垂直于堆叠方向S的横截面，其中在该层中设置有第三电极层12。第三内电极12是浮动内电极，所述浮动内电极同样由两部分构成。这两部分通过间隙20彼此分开，所述间隙设置在沿宽度方向的中间区域21中。构成器件的作用体积A的子体积因此在第二实施例中靠近第一侧面或第二侧面4、5构成。远离第一侧面和第二侧面4、5的沿宽度方向的中间区域21不具有作用体积A。

第一实施例和第二实施例可以彼此组合。与此相应地，在图1中示出的内电极10、11、12分别两件式地形成。由此，可以实现作用体积A，所述作用体积靠近上侧3或下侧2和靠近第一侧面4或第二侧面5。以所述方式可以构造器件，在所述器件中作用体积A特别快地受环境温度的温度变化影响。

在此描述的构思不限于具有浮动内电极的器件。作用体积A也可以通过与第一外电极8连接的第一内电极10和与第二外电极9连接的第二内电极11的重叠形成。在此，作用体积A的子体积又可以设置在器件的外面附近。

图5示出第三实施例。第三实施例基于第一实施例，其中在器件的第三实施例中未设有浮动内电极。第一内电极10与第一外电极8连接。第二内电极11与第二外电极9连接。在第一内电极10和第二内电极11之间可以施加电压。第一内电极10和第二内电极11设置在相同的平面中并且不彼此接触。与此相应地，在两个内电极之间的区域中构成作用体积A。作用体积A绘制在图5中。内电极10、11和从而作用体积靠近器件的上侧3设置。此外，作用体积A的第二子体积靠近器件的下侧2在两个另外的内电极之间形成，所述内电极同样设置在相同的平面中并且彼此不接触。如在第一和第二实施例中那样，温度变化由于作用体积靠近外侧设置而快速到达作用体积。

附图标记列表：

1 陶瓷材料

2 下侧

3 上侧

4 第一侧面

5 第二侧面

6 第三侧面

7 第四侧面

8 第一外电极

9 第二外电极

10 第一内电极

11 第二内电极

12 第三内电极

13 第一重叠区域

14 第二重叠区域

15 上部区域

16 下部区域

17 (沿高度方向的)中间区域

18 第一部分

19 第二部分

20 间隙

21 沿宽度方向的中间区域

22 左边区域

23 右边区域

S 堆叠方向

H 高度

L 长度

B 宽度

A 作用体积

Claims (16)

1.一种器件，

其中所述器件的作用体积(A)在所述器件的高度H上非居中地设置，

和/或

其中所述作用体积(A)在所述器件的宽度B上非居中地设置。

2.根据权利要求1所述的器件，

其中所述作用体积(A)靠近所述器件的侧面(4、5、6、7)设置，

和/或

其中所述作用体积(A)靠近所述器件的下侧(2)设置，

和/或

其中所述作用体积(A)靠近所述器件的上侧(3)设置。

3.根据上述权利要求中任一项所述的器件，

其中所述器件具有内电极(10、11、12)，其中在堆叠方向(S)上彼此相邻的内电极(10、11、12)在至少一个重叠区域(13、14)中彼此重叠，

其中所述器件的所述作用体积(A)通过所述内电极(10、11、12)的所述至少一个重叠区域(13、14)形成。

4.根据权利要求1或2所述的器件，

其中所述器件具有两个内电极(10、11)，所述内电极设置在一个平面中并且不彼此接触，

其中在所述内电极之间的区域形成在所述器件的所述作用体积(A)。

5.根据上述权利要求中任一项所述的器件，

其中所述器件的高度H从所述器件的下侧(2)延伸至上侧(3)，

其中所述作用体积(A)在下部区域(16)中设置在所述下侧(2)和30％的高度H的高度之间和/或在上部区域(15)中设置在70％的高度H的高度和所述上侧(3)之间。

6.根据上述权利要求中任一项所述的器件，

其中所述器件的宽度B从所述器件的第一侧面(2)延伸至第二侧面(3)，

其中所述作用体积(A)在从所述第一侧面延伸至不大于30％的宽度B的宽度的左边区域中和/或在从所述第二侧面延伸到至少70％的宽度B的宽度的右边区域中设置，和

其中在宽度方向上，不具有内电极的中间区域设置在所述左边区域和所述右边区域之间并且分别直接连接于所述左边区域和所述右边区域。

7.根据上述权利要求中任一项所述的器件，

其中所述器件的所述内电极(12)中的至少一个内电极是浮动电极。

8.根据上述权利要求中任一项所述的器件，

其中所述作用体积(A)具有多个子体积，所述子体积对称地设置。

9.根据上述权利要求中任一项所述的器件，

其中至少一个内电极(10、11、12)具有两个部分(18、19)，这两个部分通过间隙(20)彼此分开，所述间隙垂直于所述器件的高度H和宽度B伸展。

10.根据上述权利要求中任一项所述的器件，

其中所述作用体积(A)小于所述器件的总体积的30％。

11.根据上述权利要求中任一项所述的器件，

其中所述器件具有外电极(8)，所述外电极设置在所述器件的第三侧面(6)上，

其中所述内电极(10)中的至少一个内电极与所述外电极(8)连接，

其中所述外电极(8)和与所述外电极(8)连接的内电极(10)部分地重叠，并且与所述外电极(8)连接的内电极(10)伸出与所述外电极(8)重叠的区域。

12.根据上述权利要求中任一项所述的器件，

其中所述器件为陶瓷器件，

和/或

其中所述器件为多层器件，

和/或

其中所述器件构成用于表面安装。

13.根据上述权利要求中任一项所述的器件，

其中所述器件为热敏电阻，尤其是NTC热敏电阻或PTC热敏电阻。

14.根据上述权利要求中任一项所述的器件，

其中所述器件为温度测量元件。

15.一种根据上述权利要求中任一项所述的器件的应用，所述器件用于监控电池的温度。

16.一种根据权利要求1至14中任一项所述的器件的应用，所述器件用于监控车辆中的温度。

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