DD151529A1

DD151529A1 - CERAMIC CONDENSER AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF

Info

Publication number: DD151529A1
Application number: DD22188380A
Authority: DD
Inventors: Renate Gesemann; Udo Bechtloff; Hansgeorg Hofmann; Dietrich Mehr; Hansjuergen Gesemann
Original assignee: Renate Gesemann; Udo Bechtloff; Hansgeorg Hofmann; Dietrich Mehr; Hansjuergen Gesemann
Priority date: 1980-06-17
Filing date: 1980-06-17
Publication date: 1981-10-21

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.The invention relates to an electrical capacitor with a ceramic dielectric. The invention aims to a to create an ieramic capacitor that is technologically and cheaply should be lerstellbar and its structure designed as a composite should. According to the invention the object is achieved in that individual film-like ceramic elements using known technologies, Sputtering, steaming or electroless plating, etc., on one Defined surface leaving border areas with one out insdlen metals existing base coating and an applied thereto Layer are provided from a low melting solder. Subsequently, these individual ceramic elements become a composite put together and contacted accordingly.

Description

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Keramischer Kondensator und Verfahren zu dessen HerstellungCeramic capacitor and process for its production

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

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«The invention relates to a ceramic capacitor and to a method for the production thereof. It is a capacitor assembled from individual ceramic elements into a composite.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the n-th bekan te chnical solutions

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 demCeramic capacitors exist in the types of wafer condenser, tube condenser, piach tube condenser, miniature foil condenser and as monoblock multilayer condensers. The traditional types in a simple design can be used to produce extremely cheap components due to the high number of units and a high degree of automation «. A disadvantage is the relatively low capacity range that can be realized. So owns a 100 nP Polienkondensator from the

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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 4x4x3,5Material E 10 «000 already 16 mm in diameter (thickness about 0.12 mm)«, The large diameter at low thickness of the dielectric leads to high fractions in production «In addition, such capacitors usually have a lower reliability and are due to their size limited use "In summary, it can be determined for the miniature film capacitor that can be manufactured a cheap device _though? but at high C-values, it becomes fragile and too large and loses reliability. "The aforementioned disadvantages should be overcome by the monobloc multilayer capacitor." A very thin dielectric (up to 0.05 mm) can be used to connect a large number of individual capacitors in parallel. " to realize high C-values with small dimensions »For example, a 100 nP capacitor made of E 10 * 000 only has the dimension 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 StufenHowever, the technological cost for such a capacitor is quite large. "The costs compared to the miniature film condenser are about 15» 1 · During production, the raw film is printed with Pd paste as contact surfaces «After stacking, the punching takes place to chips, sintering with complete inner electrodes as monobloc and subsequent external contacting "The technological effort is considerable and requires high investments" The steps are particularly critical

« Herstellung einer dünnen fehlerfreien Folie « Präzisionsdruck der Elektroden mit Pd-Paste » Ausstanzen der Chips aus der gestapelten Gesamtfolie ohne "Verquetschung" der Kanten«Producing a thin, defect-free film« Precision printing of the electrodes with Pd paste »Punching the chips out of the stacked film without" pinching "the edges

• Kontaktierung der Seiten• contacting the pages

• Einhaltung von C-Toleranzen kleiner 5 % (Typ I) + 20 % (Typ II)• Compliance with C-tolerances less than 5 % (Type I) + 20 % (Type II)

• Löten der Chips ohne Ablösung der Seitenkontakte• soldering the chips without detaching the side contacts

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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«It is therefore not surprising that patents exist to circumvent the difficulties, such as "B * the patent DE-AS 2 111 516j which provides a copper plating of the side edges"

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 darstellteIn summary, it can be stated that the monobloc «multilayer capacitor is a small component even for relatively high (MVerte, which is used especially as a hybrid device in microelectronics, but technologically and investment side is very expensive» In practice, there are many cases »in which the dimension of disc or disc film capacitors (example 100 NJP 16 mm 0) for the application is too large "the user eteht then face the question of whether to use the smaller but much more costly multilayer capacitor" interim ate two extremes big and cheap or kloin and consuming missing _s a compromise which represented the ideal solution, especially for the devices in the consumer goods industry

Ziel der Erfindung Object of the invention

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«The object of the invention is to produce a ceramic capacitor which is technologically simple and inexpensive to produce and corresponds in its electrical values to conventional ceramic capacitors. The design of the capacitor should be such that only a minimal amount of rejects would be produced given a high degree of automation In addition, an economic use of materials should take place «

des Wesens^ der,,,,Erfindungof the essence of the invention

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 eineThe invention has for its object to provide a ceramic capacitor which is made in a composite of individual elements and whose coverings are designed so that a

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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»It is also the object of the invention to find a method for producing such a capacitor, in which the coverings are applied in simple Yerfahrensschritten using base metals on the sintered ceramic tile »

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 , mitAccording to the invention the object is achieved in that the ceramic individual elements a a defined surface, with the release of edge zones of the covering and the circumferential surface, covering base of a base metal, ζ. Β _β Cu, or metal alloy of base metal, ζ «Β« Ni P, with

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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»a layer thickness of 0.03 to 0.07 / To have and on this base a preferably low melting lot, z. B, of Sn or PbSn, with a layer thickness of 1 to 10, is applied to and that at least two of these individual elements are joined together to form a solid composite · It can be inserted between the individual ceramic elements to achieve partial capacitances foil-like connecting elements _e The production of ceramic Individual elements are formed by coating a defined area of the sintered ceramic chips at low temperatures by means of known technologies, such as vapor deposition, sputtering or electroless deposition with a base metal or an alloy of base metals to obtain a base covering. The low melting point is uniformly applied to this base layer by electroless or electrochemical deposition. The individual elements coated in this way are intimately bonded together under the action of soldering temperatures and slight pressure.

Ausführmigsbeisj^el,Ausführmigsbeisj ^ el,

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden»The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment »

Die dazugehörigen Zeichnungen stellen im einzelnen folgendes dar:The accompanying drawings represent in detail the following:

Fig» 1«: eine gesinterte Keramikfolie mit aufgebrachten Belägen als Einzelelement -Fig »1«: a sintered ceramic foil with applied coverings as a single element -

Pig« 2*ί die Anordnung mehrerer Einzelelemente zu einem Verbund Figo 3cί eine stirnseitige Kontaktierung Fig© 4«: die Kontaktierung bei TeilkapazitätenPig «2 * ί the arrangement of several individual elements into a composite Fig. 3cί an end-side contacting Fig. 4«: the contacting with partial capacitances

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 2First of all, ceramic chips 1 are produced by known methods. »For these ceramics, a Ki P layer is used as the base covering of the layers 2 in the electroless deposition process

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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«with a layer thickness of 0 ₈ 05 / um applied as a diffusion barrier for the upcoming soldering process "This Ni P layer is the base electrode for the capacitor _e Subsequently, the application of an SnPb layer also takes place without current in a chemical bath."

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 verlöteteThe thickness of this layer is 3 / um · These chips 2 provided with such coverings 2 are stacked according to FIG. 2 by the action of heat vdrd the solder is melted and the ceramic parts are assembled under slight pressure. The contacting with the connecting elements 4 takes place at the side edges 3 by Lötungc the connecting elements 4 as films u _e a _e are also the ceramic zivischen individual elements In a further Ausführungebeispiel like "Fig. 4 is inserted and soldered

Die erfindungsgemäß hergestellten keramischen Kondensatoren sind in ihren elektrischen Werten den bekannten gleichwertig₉ Jedoch in ihren Kapazitätswerten sind sie enger tolerierbareThe ceramic capacitors according to the invention are in their electrical properties the known equivalent However ₉ in their capacitance values are close tolerable

Claims

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Ceramic condenser, consisting of a plurality of ceramic individual elements arranged in parallel and provided with metallic coverings, characterized in that the individual ceramic elements have a base covering of a non - precious surface covering a defined surface, leaving edge surfaces of the covering surface and the circumferential surface _t Metal or a metal alloy of base metal with a layer thickness of 0.03 to 0.07 / to have and on this base a preferably low melting solder is applied with a layer thickness of 1 to 10 / Um and that at least two of these individual elements into a solid composite are intimately joined together and this composite has connecting elements ·

3 «Ceramic capacitor according to item 1, characterized in that the low-melting solder consists of Sn or PbSn ·

4 * Ceramic condenser according to item 1, characterized in that the connecting elements can be included in the composite «

A method for producing a ceramic capacitor, characterized in that on the individual ceramic elements at low temperatures by means of known technologies, such as vapor deposition, sputtering or electroless plating, a structured base layer of a non-noble

Metal or a metal alloy and on this base by, electroless or electrochemical deposition, a preferably low-melting lot is applied and that then these ceramic elements together at a solder melting temperature combined into a composite and contacted v / earth,

6β method according to point 5 », characterized in that the contacting of the ceramic capacitors by inserting foil-like connection elements in the composite can be done ⁵

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