DE10134751C1 - Electrical component used as a varistor has a base body with regions of ceramic material and contact layers - Google Patents
Electrical component used as a varistor has a base body with regions of ceramic material and contact layersInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrokeramisches Bauelement mit niedriger Kapazität und wenigstens zwei auf der Oberfläche eines keramischen Grundkörpers vorgesehenen Kontaktschichten.The present invention relates to an electroceramic Low capacity device and at least two provided the surface of a ceramic base body Contact layers.
Zu Bauelementen der eingangs genannten Art gehören z. B. Vari storen. Der Grundkörper solcher bekannter Bauelemente ist häufig aus einer Mischung verschiedener Metalloxide, zum Bei spiel auf der Basis von Zinkoxid, hergestellt. Varistoren weisen eine nicht-lineare spannungsabhängige Widerstandsände rung auf, die zum Schutz eines elektrischen Schaltkreises vor Überspannung benutzt wird. Der Widerstandswert von Varistoren sinkt dabei mit steigender anliegender Spannung.Components of the type mentioned include z. B. Vari to disturb. The basic body of such known components is often from a mixture of different metal oxides game made on the basis of zinc oxide. varistors exhibit a non-linear voltage dependent resistance sands tion to protect an electrical circuit from Overvoltage is used. The resistance value of varistors decreases with increasing voltage.
Dennoch werden Vielschichtvaristoren bisher nicht zum Über spannungsschutz von Hochfrequenzschaltungen, wie beispiels weise hochfrequente Eingangsschaltungen bei Antenneneingän gen, eingesetzt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der la minare Aufbau der Vielschichtvaristoren und der Korngren zeneffekt der Varistorkeramik eine zu hohe Kapazität der Va ristoren bedingen. Dies hat zur Folge, daß in der Regel das hochfrequente Signal durch die hohe Kapazität des Varistors nachteiligerweise gedämpft wird.However, multilayer varistors have not yet become an over voltage protection of high-frequency circuits, such as as high-frequency input circuits with antenna inputs gene, used. This is due to the fact that the la Minare structure of the multilayer varistors and the grain size zeneffekt of the varistor ceramic an excessive capacity of the Va condition transistor. The result of this is that the high-frequency signal due to the high capacitance of the varistor disadvantageously is damped.
Aus der Druckschrift DE 199 31 056 A1 ist bekannt, die Kapa zität von Varistoren dadurch zu senken, daß im Varistorgrund körper mehrere Schichten von nicht überlappenden Innenelek troden angeordnet werden. Die Elektroden kontaktieren jeweils nur eine Kontaktschicht so, daß sie einen gewissen Abstand zu den anderen Elektroden aufweisen, die mit der zweiten Kon taktschicht verbunden sind, und mit diesen nicht überlappen. Offenbart wird auch die Möglichkeit, eine elektrisch isolie rende Passivschicht auf den Varistorgrundkörper aufzubringen, um die Kapazität zu senken. Der Nachteil dieser Methode be steht darin, daß der kapazitätssteigernde Effekt des Vari storgrundkörpers nach wie vor vorhanden ist. So weist bei spielsweise eine auf Zinkoxid basierende Varistorkeramik eine Dielektrizitätskonstante im Bereich von 400 bis 800 auf. Des halb lassen sich mit diesem Verfahren nur Varistoren reali sieren, die eine Kapazität im Bereich von etwa 1,5 bis 10 pF aufweisen. Für den Überspannungsschutz von Hochfrequenzschal tungen werden häufig jedoch Varistoren mit einer niedrigeren Kapazität gesucht.The Kapa is known from the publication DE 199 31 056 A1 to reduce the frequency of varistors in that in the varistor base body several layers of non-overlapping inner elec treads are arranged. The electrodes make contact just a contact layer so that it is a certain distance away have the other electrodes, which with the second con clock layer are connected, and do not overlap with them. The possibility of an electrical insulation is also disclosed Applying passive layer on the varistor base, to reduce capacity. The disadvantage of this method be is that the capacity-increasing effect of the Vari stor basic body is still present. So demonstrates for example a varistor ceramic based on zinc oxide Dielectric constant in the range from 400 to 800. of half can only be real with this method that have a capacitance in the range of about 1.5 to 10 pF exhibit. For surge protection of high-frequency scarf However, varistors are often used with a lower Capacity wanted.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrokerami sches Bauelement anzugeben, das die genannten Nachteile ver meidet.The object of the present invention is an electrokerami Specify cal component that ver the disadvantages mentioned avoids.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein elektrisches Bauelement nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun gen des Bauelements sind Gegenstand weiterer Ansprüche.This object is achieved by an electrical Component according to claim 1 solved. Advantageous design gene of the component are the subject of further claims.
Die Erfindung beschreibt ein elektrisches Bauelement mit ei nem Grundkörper, bestehend aus zumindest einem ersten und ei nem zweiten Keramikmaterial und wenigstens zwei auf der Ober fläche des Grundkörpers aufgebrachten Kontaktflächen. Die Ka pazität des Bauelements wird dadurch erniedrigt, daß das zweite Keramikmaterial eine niedrigere Dielektrizitätskon stante als das erste Keramikmaterial aufweist. Das zweite Ke ramikmaterial dient in erster Linie dazu, die Kapazität des gesamten elektrischen Bauelements zu senken, während das er ste Keramikmaterial, abgesehen von der Kapazität, die elek trischen Eigenschaften des Bauelements definiert. Um einen kapazitätssenkenden Einfluß auf das gesamte Bauelement aus üben zu können, sollte das zweite Keramikmaterial zumindest teilweise zwischen den Kontaktschichten angeordnet sein, muß diese aber nicht notwendigerweise kontaktieren.The invention describes an electrical component with egg Nem body, consisting of at least a first and egg nem second ceramic material and at least two on the upper surface of the base body applied contact surfaces. The Ka capacity of the device is reduced by the fact that second ceramic material has a lower dielectric con constant than the first ceramic material. The second ke Ceramic material primarily serves to increase the capacity of the entire electrical component while he most ceramic material, apart from the capacity, the elec tric properties of the component defined. To one capacity-reducing influence on the entire component The second ceramic material should at least be able to practice must be partially arranged between the contact layers but do not necessarily contact them.
Das erfindungsgemäße elektrische Bauelement kann beispiels weise als Varistor eingesetzt werden. In diesem Falle umfaßt die erste Keramik eine Varistorkeramik, beispielsweise auf der Basis von Zinkoxid. Um die elektrischen Eigenschaften des Bauelemts zum definieren, kontaktieren vorteilhafterweise zu mindest einige Bereiche des ersten Keramikmaterials beide Kontaktschichten und definieren einen Strompfad zwischen die sen Kontaktschichten.The electrical component according to the invention can, for example be used as a varistor. In this case includes the first ceramic is a varistor ceramic, for example the base of zinc oxide. To the electrical properties of the Components to define, contact advantageously to at least some areas of the first ceramic both Contact layers and define a current path between the contact layers.
Die Vorteile der Erfindung gegenüber herkömmlichen Varisto ren, deren Grundkörper nur aus einem einzigen Keramikmaterial aufgebaut ist, bestehen darin, daß durch das zweite Material eine zum Teil erhebliche Erniedrigung der Kapazität ermög licht wird, ohne die Varistoreigenschaften des Bauelements zu beeinträchtigen. Dadurch wird der Einsatz der erfindungsgemä ßen Varistoren in hochsensiblen Hochfrequenzschaltungen erst ermöglicht.The advantages of the invention over conventional Varisto ren, whose basic body only from a single ceramic material is built up by the second material a partially significant reduction in capacity light without the varistor properties of the component affect. As a result, the use of the varistors in highly sensitive high-frequency circuits allows.
Das zweite Material ist vorteilhafterweise eine Keramik auf der Basis von Spinellen mit der allgemeinen Formel AB2O4, wo bei A zweiwertige Metalle und B drei- oder vierwertige Metal le darstellt, beispielsweise ZnMn2O4. Die A- und B-Plätze können dabei vorteilhafterweise mit den Elementen Magnesium, Mangan, Selen, Kobalt, Nickel, Zink, Aluminium oder Eisen be setzt sein. Der Zinkmanganspinell beispielsweise weist eine Dielektrizitätskonstante im Bereich von etwa 10 bis 20 auf und liegt damit erheblich unterhalb der Dielektrizitätskon stante des Varistormaterials (in etwa 400 bis 800). Möglich ist auch der Einsatz von Phasengemischen, beispielsweise auf der Basis von Zinkoxid und Wismutoxid als zweites Keramikma terial. Gegebenenfalls können dem zweiten Material Sinter hilfsmittel, wie beispielsweise Wismutoxid oder ein bei ge eigneter Temperatur schmelzendes Glas zugesetzt werden. Die Vorteile der genannten Materialien bestehen auch darin, daß das erste und zweite Keramikmaterial zusammen sinterbar sind, so daß die Herstellung des elektrischen Bauelements stark vereinfacht wird.The second material is advantageously a ceramic based on spinels with the general formula AB 2 O 4 , where A is divalent metals and B is trivalent or tetravalent metals, for example ZnMn 2 O 4 . The A and B places can advantageously be set with the elements magnesium, manganese, selenium, cobalt, nickel, zinc, aluminum or iron. The zinc manganese spinel, for example, has a dielectric constant in the range of approximately 10 to 20 and is thus considerably below the dielectric constant of the varistor material (approximately 400 to 800). It is also possible to use phase mixtures, for example based on zinc oxide and bismuth oxide as the second ceramic material. Optionally, sintering aids such as bismuth oxide or a glass melting at a suitable temperature can be added to the second material. The advantages of the materials mentioned are also that the first and second ceramic materials can be sintered together, so that the manufacture of the electrical component is greatly simplified.
Im folgenden soll die Erfindung sowie einige ihrer Ausgestal tungen anhand von Figuren und einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.In the following, the invention and some of its features tion based on figures and an embodiment are explained.
Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Varistor. Fig. 1 shows a conventional varistor.
Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Varistor mit zwei Ke ramikmaterialien. Fig. 2 shows a varistor according to the invention with two ceramic materials.
Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Varistor mit zwei Ke ramikmaterialien, wobei das zweite Keramikmaterial nicht die Kontaktschichten kontaktiert. Fig. 3 shows a varistor according to the invention with two ceramic materials, the second ceramic material not contacting the contact layers.
Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Varistor, der aus al ternierenden übereinanderliegenden Lagen des ersten und des zweiten Keramikmaterials aufgebaut ist. Fig. 4 shows a varistor according to the invention, which is constructed from al terning superimposed layers of the first and the second ceramic material.
Fig. 5 zeigt einen erfindungsgemäßen Varistor mit Innene lektroden, die kammartig ineinander greifen. Fig. 5 shows a varistor according to the invention with internal electrodes that intermesh like a comb.
Fig. 6 zeigt einen erfindungsgemäßen Varistor mit Innene lektroden, die sich mit einem Abstand gegenüber stehen. Fig. 6 shows a varistor according to the invention with internal electrodes, which are at a distance from each other.
In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßer Varistor zu sehen, des sen Grundkörper aus Bereichen 1 eines ersten Keramikmaterials und Bereichen 5 eines zweiten Keramikmaterials besteht. Die beiden Kontaktierungsschichten 10 und 15 kontaktieren in die sem Fall die beiden Keramikmaterialien. Im Vergleich zum Stand der Technik (Fig. 1) ist also ein Teil des Varistor grundkörpers durch eine zweite Keramik ersetzt, die eine niedrigere Dielektrizitätskonstante aufweist. Da der kapazi tätssenkende Einfluß des zweiten Keramikmaterials auf den Va ristor auch möglich ist, wenn das zweite Keramikmaterial nicht die Kontaktflächen 10 und 15 kontaktiert, ist auch eine in Fig. 3 gezeigte Ausführung möglich. Dabei ist das zweite Keramikmaterial auf dem ersten Keramikmaterial, der Varistorkeramik, aufgebracht, ohne die Kontaktschichten zu kontaktie ren.In FIG. 2, an inventive varistor can be seen, the basic body sen from regions 1 of a first ceramic material and regions 5 is composed of a second ceramic material. In this case, the two contacting layers 10 and 15 contact the two ceramic materials. In comparison to the prior art ( FIG. 1), a part of the varistor base body is therefore replaced by a second ceramic which has a lower dielectric constant. Since the capacity-reducing influence of the second ceramic material on the Va ristor is also possible if the second ceramic material does not contact the contact surfaces 10 and 15 , an embodiment shown in FIG. 3 is also possible. The second ceramic material is applied to the first ceramic material, the varistor ceramic, without contacting the contact layers.
Möglich ist auch ein Aufbau aus alternierenden übereinander liegenden Schichten des ersten und zweiten Keramikmaterials wie in Fig. 4 gezeigt.A construction from alternating layers of the first and second ceramic material lying one above the other is also possible, as shown in FIG. 4.
In einer alternativen Ausführungsform des Bauelements lassen sich auch Vielschichtvaristoren mit Innenelektroden 25 reali sieren, bei denen jede Innenelektrode jeweils nur eine Kon taktschicht 10 oder 15 kontaktiert, so daß Elektrodenstapel 30, 35 gebildet werden, die jeweils nur mit einer Kontakts schicht verbunden sind. Vorteilhafterweise werden diese Elek troden nur im ersten Keramikmaterial, der Varistorkeramik an geordnet und nicht im zweiten Keramikmaterial.In an alternative embodiment of the component, multilayer varistors with inner electrodes 25 can also be realized, in which each inner electrode contacts only one contact layer 10 or 15 , so that electrode stacks 30 , 35 are formed, which are each connected to only one contact layer. These electrodes are advantageously arranged only in the first ceramic material, the varistor ceramic, and not in the second ceramic material.
Fig. 6 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der die Innenelektroden nicht kammartig ineinander greifen, sondern bei der sich kammartige Elektrodenstapel in einem Abstand ge genüberstehen, wobei der Bereich 40 zwischen den Elektroden stapeln 30, 35 aus dem Keramikmaterial 1 besteht. Fig. 6 shows an alternative embodiment in which the inner electrodes do not intermesh like a comb, but in which comb-like electrode stacks are at a distance from one another, the region 40 between the electrodes stacking 30 , 35 consisting of the ceramic material 1 .
Vergleichende Kapazitätsmessungen zwischen einem erfindungs gemäßen, nach Fig. 6 aufgebauten Varistor und einem herkömm lichen Varistor mit Innenelektroden, bei dem der Grundkörper nur aus einem Material aufgebaut ist, ergaben, daß bei etwa 1 MHz die Kapazität eines erfindungsgemäßen Varistors etwa 0,3 pF beträgt im Vergleich zu einer Kapazität von 1,5 pF bei herkömmlichen Varistoren. Die Varistorspannung betrug zirka 370 V. Als erstes Keramikmaterial wurde dabei für beide Vari stortypen eine Varistorkeramik auf der Basis von Zinkoxid verwendet, während für den erfindungsmäßigen Varistor zusätz lich als zweites Material ZnMn2O4 eingesetzt wurde.Comparative capacitance measurements between an inventive, according to Fig. 6 constructed varistor and a conven union varistor with internal electrodes, in which the base body is made of only one material, showed that at about 1 MHz, the capacitance of a varistor according to the invention is about 0.3 pF compared to a capacitance of 1.5 pF with conventional varistors. The varistor voltage was approximately 370 V. As the first ceramic material, a varistor ceramic based on zinc oxide was used for both varistor types, while ZnMn 2 O 4 was additionally used as the second material for the varistor according to the invention.
Mit Hilfe von erfindungsgemäßen Varistoren lassen sich nied rige Kapazitäten von etwa 0,1 pF erreichen. In Versuchen zeigte sich, daß bis zu 2/3 des Varistorgrundkörpers aus dem zweiten Keramikmaterial hergestellt werden können, ohne die Varistoreigenschaften des Bauelements nachteilig zu beein flussen.With the help of varistors according to the invention can be low capacities of around 0.1 pF. In attempts showed that up to 2/3 of the varistor body from the second ceramic material can be made without the To adversely affect varistor properties of the component influence.
Die Erfindung ist nicht auf die konkret beschriebenen Ausfüh rungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen der Erfindung liegen selbstverständlich auch weitere Variationen, insbesondere be züglich der Bauform des elektrischen Bauelements, der Anzahl und Anordnung der verwendeten Keramikmaterialien sowie der Art und Eigenschaften des zweiten keramischen Materials. The invention is not based on the concretely described limited examples. Within the scope of the invention of course also other variations, especially be regarding the design of the electrical component, the number and arrangement of the ceramic materials used and the Type and properties of the second ceramic material.
11
erstes keramisches Material
first ceramic material
55
zweites keramisches Material
second ceramic material
1010
erste Kontaktschicht
first contact layer
1515
zweite Kontaktschicht
second contact layer
2020
Bereiche des ersten Keramikmaterials zwischen den
Elektrodenstreifen
Areas of the first ceramic material between the electrode strips
2525
Elektrodenstreifen
electrode strips
3030
erster Elektrodenstapel
first electrode stack
3535
zweiter Elektrodenstapel
second electrode stack
4040
Bereich des ersten keramischen Materials zwischen den beiden Elektrodenstapeln Area of the first ceramic material between the two electrode stacks
3030
und and
3535
Claims (11)
mit einem Grundkörper, der Bereiche zumindest eines ersten Keramikmaterials (1) und Bereiche eines zweiten Keramikma terials (5) umfaßt.
bei dem das zweite Keramikmaterial (5) eine geringere Die lektrizitätskonstante aufweist, als das erste Keramikmate rial (1),
bei dem wenigstens eine erste (10) und eine zweite (15) Kontaktschicht auf der Oberfläche des Grundkörpers vorge sehen sind,
bei dem das zweite Keramikmaterial zumindest teilweise zwischen der ersten und zweiten Kontaktschicht angeordnet ist,
bei dem das erste Keramikmaterial (1), abgesehen von der Kapazität, die elektrischen Eigenschaften des Bauelements definiert.1. Electrical component with reduced electrical capacitance,
with a base body which comprises areas of at least a first ceramic material ( 1 ) and areas of a second ceramic material ( 5 ).
in which the second ceramic material ( 5 ) has a lower dielectric constant than the first ceramic material ( 1 ),
in which at least a first ( 10 ) and a second ( 15 ) contact layer are provided on the surface of the base body,
in which the second ceramic material is at least partially arranged between the first and second contact layers,
in which the first ceramic material ( 1 ), apart from the capacitance, defines the electrical properties of the component.
bei dem im Grundkörper mehrere in den Bereichen des ersten Keramikmaterials (1) übereinander angeordnete durch Berei che (20) des ersten Keramikmaterials voneinander abge trennte elektrisch leitende Elektrodenschichten (25) vor handen sind, die jeweils mit einer der Kontaktschichten (10, 15) elektrisch leitend verbunden sind, so daß zwei Elektrodenstapel (30, 35) angeordnet sind, die jeweils eine Kontaktschicht kontaktieren,
bei dem zwischen den zwei Elektrodenstapeln (30, 35) ein Bereich(40), bestehend aus dem ersten Keramikmaterial (1) vorhanden ist.4. Electrical component according to claim 1,
in which several in the areas of the first ceramic material ( 1 ) one above the other by areas ( 20 ) of the first ceramic material separated from each other electrically conductive electrode layers ( 25 ) are present, each with one of the contact layers ( 10 , 15 ) electrically are conductively connected, so that two electrode stacks ( 30 , 35 ) are arranged, each of which contacts a contact layer,
in which an area ( 40 ) consisting of the first ceramic material ( 1 ) is present between the two electrode stacks ( 30 , 35 ).
bei dem mehrere im ersten Keramikmaterial (1) des Grund körpers übereinander angeordnete durch Bereiche (20) des ersten Keramikmaterials voneinander abgetrennte elektrisch leitende Elektrodenschichten (25) vorhanden sind, die al ternierend mit einem der beiden Kontaktschichten (10, 15) elektrisch verbunden sind,
bei dem die Elektrodenschichten (25), die jeweils von der gleichen Kontaktschicht (10 oder 15) kontaktiert werden einen Elektrodenstapel (30, 35) bilden.5. Electrical component according to one of claims 1 or 2,
in which there are several electrically conductive electrode layers ( 25 ) which are arranged one above the other in the first ceramic material ( 1 ) of the base body and are separated by regions ( 20 ) of the first ceramic material and which are alternately electrically connected to one of the two contact layers ( 10 , 15 ),
in which the electrode layers ( 25 ), which are each contacted by the same contact layer ( 10 or 15 ), form an electrode stack ( 30 , 35 ).
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