DD151529A1 - Keramischer kondensator und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Kondensator nit einem keramischen Dielektrikum. Die Erfindung hat zum Ziel, einen ieramischen Kondensator zu schaffen, der technologisch und billig lerstellbar sein soll und dessen Aufbau als Verbund gestaltet sein soll. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß folienartige keramische Einzelelemente mittels bekannter Technologien, <?ie Sputtern, Bedampfen oder stromloses Abscheiden usw., auf eine lefinierte Oberfläche unter Freilassung von Randzonen mit einem aus insdlen Metallen bestehenden Grundbelag und einer darauf aufgebrachten Schicht aus einem niedrigschmelzenden Lot versehen werden. Anschließend werden diese keramischen Einzelelemente zu einem Verbund zusammengefügt und entsprechend kontaktiert.

Description

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Keramischer Kondensator und Verfahren zu dessen Herstellung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen keramischen Kondensator sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung, Es handelt sich dabei um einen aus einzelnen keramischen Elementen zu einem Verbund zusammengefügten Kondensator«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Keramikkondensatoren existieren in den Typen Scheibenkonden~ eator, Rohrkondensator, Piachrohrkondensator, Miniaturfolienkondensator und als Monoblock-Vielschichtkondensatore Mit den traditionellen Typen in einfacher Bauweise können wegen der hohen Stückzahlen und eines hohen Automatisierungsgrades äußerst billige Bauelemente hergestellt werden«. Nachteilig ist der relativ niedrige Kapazitätsbereich, der realisiert werden kann. So besitzt ein 100 nP Polienkondensator aus dem

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Werkstoff E 10«000 bereits einen Durchmesser von 16 mm (Dicke etwa 0,12 mm)«, Der große Durchmesser bei niedriger Stärke des Dielektrikums führt in der Produktion zu hohen Bruchanteilen« Darüber hinaus besitzen solche Kondensatoren meist eine geringere Zuverlässigkeit und sind wegen ihrer Größe nur begrenzt einsetzbar« Zusammenfassend kann für den Miniaturfolienkondensator festgestellt werden, daß man zwar ein billiges Bauelement herstellen kann_? das aber bei hohen C-Werten bruchanfällig und zu groß wird und an Zuverlässigkeit einbüßt« Diese genannten Nachteile soll der Monoblock-Vielschichtkondensator überwinden» Bei äußerst dünnem Dielektrikum (bis 0,05 mm) wird eine Vielzahl von Einzelkondensatoren parallelgeschaltet« Dadurch wird es möglich, hohe C-Werte mit kleinen Abmessungen zu realisieren» So besitzt ein 100 nP Kondensator aus dem Werkstoff E 10*000 nur noch die Abmessung 4x4x3,5

mm , Allerdings ist der technologische Aufwand für einen solchen Kondensator recht groß« Die Kosten gegenüber dem Miniaturfolienkonensator verhalten sich etwa wie 15»1· Bei der Herstellung wird die Rohfolie mit Pd-Paste als Kontaktflächen bedruckt« Nach der Stapelung erfolgt das Ausstanzen zu Chips, das Sintern mit kompletten inneren Elektroden als Monoblock und anschließende Außenkontaktierung« Der technologische Aufwand ist erheblich und erfordert hohe Investitionen» Besonders kritisch sind die Stufen

« Herstellung einer dünnen fehlerfreien Folie « Präzisionsdruck der Elektroden mit Pd-Paste » Ausstanzen der Chips aus der gestapelten Gesamtfolie ohne "Verquetschung" der Kanten

• Kontaktierung der Seiten

• Einhaltung von C-Toleranzen kleiner 5 % (Typ I) + 20 % (Typ II)

• Löten der Chips ohne Ablösung der Seitenkontakte

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Es ist deshalb nicht verwunderlich^ daß zur Umgehung der Schwierigkeiten Patente existieren^ wie z« B* das Patent DE-AS 2 111 516j welches eine Verkupferung der Seitenkanten vorsieht«

Zusammenfassend kann festgestellt werdenj daß der Monoblock« Vielschichtkondensator ein kleines Bauelement auch für relativ hohe (MVerte darstellt, welches besonders als Hybridbauelement in der Mikroelektronik eingesetzt wird, aber technologisch und investitionsseitig sehr aufwendig ist» In der Praxis existieren viele Fälle» bei denen die Abmessung von Scheiben- oder Scheibenfolienkondensatoren (Beispiel 100 nPj 16 mm 0) für den Einsatz zu groß ist« Der Anwender eteht dann vor der Frage, ob er den kleineren aber wesentlich kostenaufwendigeren Vielschichtkondensator einsetzen soll« Zwischen aen beiden Extremen groß und billig oder kloin und aufwendig fehlt ein Kompromiß _s der gerade für die Geräte der Konsumgüterindustrie die Ideale Lösung darstellte

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat zum Ziel, einen keramischen Kondensator zu Schaffens der technologisch einfach und kostengünstig herstellbar ist und in seinen elektrischen Werten den herkömm~ liehen keramischen Kondensatoren entspricht* Der Aufbau des Kondensators soll so gestaltet sein, daß bei einem hohen Automationsgrad nur ein minimaler Ausschuß anfällte Darüber hinaus soll ein ökonomischer Materialeinsatz erfolgen«

des Wesens^ der,,,,Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen keramischen Kondensator zu schaffen, der im Verbund aus Einzelelementen hergestellt ist und dessen Beläge so gestaltet sind, daß eine

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einfache Stapelung zum Verbund erfolgen kann und eine Kontaktierung bei Teilkapazitäten möglich ist» Es ist weiterhin die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kondensators zu finden, bei dem die Beläge in einfachen Yerfahrensschritten unter Verwendung unedler Metalle auf die gesinterten Keramikplättchen aufgebracht werden»

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die keramischen Einzelelemente einen eine definierte Oberfläche, unter Freilassung von Randzonen der Belags- und der Umfangsflache, bedeckenden Grundbelag aus einem unedlen Metall, ζ. Β_β Cu, oder Metallegierung aus unedlen Metallen, ζ« Β« Ni P , mit

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einer Schichtdicke von 0,03 bis 0,07/Um aufweisen und auf diesen Grundbelag ein vorzugsweise niedrigschmelzendes lot, z. B, aus Sn oder PbSn, mit einer Schichtdicke von 1 bis 10,um aufgebracht ist und daß mindestens zwei dieser Einzelelemente zu einem festen Verbund zusammengefügt sind· Dabei können zwischen den keramischen Einzelelementen zur Erzielung von Teilkapazitäten folienartige Anschlußelemente eingefügt werden_e Die Herstellung der keramischen Einzelelemente erfolgt durch die Beschichtung einer definierten Fläche der gesinterten keramischen Chips bei niedrigen Temperaturen mittels bekannter Technologien, wie Bedampfen, Sputtern oder stromloses Abscheiden mit einem unedlen Metall oder einer Legierung unedler Metalle zur Erzielung eines Grundbelages. Auf diesen Grundbelag wird durch stromloses oder elektrochemisches Abscheiden das niedrigschmelzenda lot gleichmäßig aufgebracht· Die so beschichteten Einzelelemente werden unter Einwirkung von das Lot schmelzenden Temperaturen und leichten Druck innig miteinander zusammengefügt»

Ausführmigsbeisj^el,

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden»

Die dazugehörigen Zeichnungen stellen im einzelnen folgendes dar:

Fig» 1«: eine gesinterte Keramikfolie mit aufgebrachten Belägen als Einzelelement -

Pig« 2*ί die Anordnung mehrerer Einzelelemente zu einem Verbund Figo 3cί eine stirnseitige Kontaktierung Fig© 4«: die Kontaktierung bei Teilkapazitäten

Zunächst werden nach bekannten Verfahren Keramikchips 1 hergestellt» Auf diese Keramiken!ps 1 v/ird im stromlosen Abscheidungsverfahren eine Ki P -Schicht als Grundbelag der Beläge 2

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mit einer Schichtdicke von 0₈05 /um als Diffussionsbarriere für den bevorstehenden Lötprozeß aufgetragen« Diese Ni P -Schicht stellt die Grundelektrode für den Kondensator dar_e Anschließend erfolgt die Aufbringung einer SnPb-Schicht ebenfalls stromlos in einem chemischen Bad«

Die Stärke dieser Schicht beträgt 3/um· Diese mit derartigen Belägen 2 versehenen Chips 1 werden entsprechend Figur 2 versetzt gestapelte Durch Einwirkung von Wärme vdrd das Lot zum Schmelzen gebracht und die keramischen Einzelteile unter leichtem Druck zusammengefügte Die Kontaktierung mit den Anschlußelementen 4 erfolgt an den Seitenkanten 3 durch Lötungc In einem weiteren Ausführungebeispiel gern« Fig. 4 sind die Anschlußelemente 4 als Folien u_e a_e auch zivischen die keramischen Einzelelemente eingefügt und verlötete

Die erfindungsgemäß hergestellten keramischen Kondensatoren sind in ihren elektrischen Werten den bekannten gleichwertig₉ Jedoch in ihren Kapazitätswerten sind sie enger tolerierbare

Claims (5)

„ g .. <& <& § Ö Q *3 Erf indun^s anspruch

1* Keramischer Kondensator, bestehend aus mehreren,einander parallel zugeordneten und mit metallischen Belegungen ver~ sehenen keramischen Einzelelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen Einzelelemente einen, eine definierte Oberfläche, unter Freilassung von Randzonen der Belagfläche und der Umfangsflache _t bedeckenden Grundbelag aus einem unedlen Metall oder einer Metallegierung aus unedlen Metallen mit einer Schichtdicke von 0,03 bis 0,07 /um aufweisen und auf diesen Grundbelag ein vorzugsweise niedrigschmelzendes Lot mit einer Schichtdicke von 1 bis 10/Um aufgebracht ist und daß mindestens zwei dieser Einzelelemente zu einem festen Verbund innig miteinander zusammengefügt sind und dieser Verbund Anschlußelemente aufweist·

2© Keramischer Kondensator nach Punkt 1, daduroh gekennzeichnet j daß der strukturierte Grundbelag aus Cu oder Ki P besteht»

3« Keramischer Kondensator nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das niedrigschmslzende lot aus Sn oder PbSn besteht·

4* Keramischer Kondensator nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelemente in den Verbund mit einbezogen sein können«

5· Verfahren zur Herstellung eines keramischen Kondensators, dadurch gekennzeichnet, daß auf die keramischen Einzelelemente bei niedrigen Temperaturen mittels bekannter Technologien, wie Bedampfen, Sputtern oder stromloses Abscheiden ein strukturierter Grundbelag aus einem unedlen

Metall oder einer Metallegierung und auf diesen Grundbelag durch, stromloses oder elektrochemisches Abscheiden ein vorzugsweise niedrigschmelzendes lot aufgebracht wird und daß anschließend diese keramischen Einzelelemente bei einer das Lot schmelzenden Temperatur zu einem Verbund zusammengefügt und kontaktiert v/erden,

6β Verfahren nach Punkt 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierung der keramischen Kondensatoren durch Einfügen von folienartigen Anschluß elementen in den Verbund erfolgen kanne ⁵

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