DE102004016146B4

DE102004016146B4 - Elektrisches Vielschichtbauelement

Info

Publication number: DE102004016146B4
Application number: DE102004016146A
Authority: DE
Inventors: Thomas Feichtinger
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2024-04-02
Also published as: DE102004016146A1; US20060120016A1; US7359178B2

Abstract

Elektrisches Vielschichtbauelement
– mit einem Grundkörper (1) aus übereinander gestapelten keramischen Schichten (2) und zwischen diesen angeordneten elektrisch leitenden ersten und zweiten Zwischenschichten (51, 52),
– mit wenigstens einem auf der Oberfläche des Grundkörpers (1) angeordneten ersten Außenanschluss (31, 41),
– mit wenigstens einer im Grundkörper (1) angeordneten Vielschichtkapazität (61, 62), die einen ersten Stapel von leitend miteinander verbundenen ersten Zwischenschichten (541, 542, 543, 544) und einen zweiten Stapel von leitend miteinander verbundenen zweiten Zwischenschichten (531, 532, 533) umfasst,
– wobei wenigstens ein Stapel kapazitiv mit einem zugehörigen Außenanschluss (31, 41) gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Vielschichtbauelement mit einem Grundkörper aus übereinander gestapelten keramischen Schichten. An einer Außenseite des Grundkörpers ist eine Kontaktfläche angeordnet.

Aus den Druckschriften DE 10224566A1 und US 6,456,481 ist ein elektrisches Vielschichtbauelement bekannt, bei dem in einem Grundkörper gegenüberliegend angeordnete Vielschichtkondensatoren angeordnet sind. Diese sind mit einer gemeinsamen, auf einer Stirnseite des Grundkörpers herausgeführten Massenelektrode verschaltet.

Dabei sind innenliegende Elektrodenschichten direkt mit Kontakten an der Seitenfläche des Grundkörpers verbunden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Funktionseinheit anzugeben, bei der parasitäre Kapazitäten vermindert werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch elektrische Funktionseinheit nach Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Funktionseinheit sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Es wird eine elektrische Funktionseinheit angegeben, die einen Grundkörper aufweist. Der Grundkörper wird gebildet aus übereinander gestapelten keramischen Schichten.

In einer Ausführungsform der Funktionseinheit ist es vorgesehen, dass alle keramischen Schichten eine elektrische Funktionskeramik enthalten. Insbesondere kann es sich dabei um ein Vielschichtbauelement handeln. Unter dem Begriff „Elektrische Funktionskeramiken" sind Materialien zu verstehen, die z.B. bei der Realisierung von Kondensatoren eine hohe Dielektrizitätskonstante oder beispielsweise bei der Realisierung von Varistoren eine geeignete Spannungsabhängigkeit ihres Widerstandes zur Verfügung stellen. Funktionskeramiken haben im Sinne des hier beschriebenen Bauelements vor allem die Eigenschaft, dass sie neben der mechanischen Trägerfunktion, die dem Bauelement seine mechanische Stabilität verleiht und die darüber hinaus Elektrodenschichten oder andere elektrisch leitfähige Elemente trägt, noch zusätzlich wenigstens eine elektrische Funktion zur Verfügung stellen. Die Spannungsabhängigkeit des elektrischen Widerstandes oder die Dielektrizitätskonstante wurden bereits genannt.

Es kommen aber auch andere Materialeigenschaften in Betracht, die aus einem gewöhnlichen, als Träger verwendeten Keramikmaterial eine elektrische Funktionskeramik machen können. Insbesondere kommen in Betracht eine Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands, eine Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante oder weitere ähnliche Eigenschaften. Insbesondere sind für die vorliegende Funktionseinheit Materialien interessant, die für die Realisierung von Kondensatoren, Varistoren oder Induktivitäten benötigt werden.

Auf einer Oberfläche des Grundkörpers ist eine Kontaktfläche gebildet. Diese Kontaktfläche ist elektrisch leitend. Sie kann zur Weiterkontaktierung der elektrischen Funktionseinheit verwendet werden und dementsprechend einen Außenanschluss bilden. Eine solche Kontaktfläche kann beispielsweise gebildet werden durch eine Schicht aus einem elektrisch leitenden Material auf der Oberfläche des Grundkörpers. Die Kontaktfläche kann aber auch durch ein beliebig geformtes, elektrisch leitendes Material gebildet werden, beispielsweise auch durch eine Lotkugel. Entscheidend ist ledig 1ich, dass auf einem Teil der Oberfläche des Grundkörpers elektrisch leitfähiges Material vorhanden ist.

Es ist ferner zwischen zwei keramischen Schichten eine elektrisch leitfähige Zwischenschicht vorgesehen. Die leitfähige Zwischenschicht ist also zwischen zwei keramischen Schichten angeordnet. Die Kontaktfläche ist kapazitiv an die Zwischenschicht gekoppelt.

Unter kapazitiver Kopplung ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die Kontaktfläche und die Zwischenschicht einen Kondensator bilden. Das heißt, dass sie wenigstens teilweise einander überlappen, wobei zwischen der Kontaktfläche und der Zwischenschicht ein dielektrisches Material angeordnet ist, das dem Material der zwischen den beiden den Kondensator bildenden Elektroden liegenden keramischen Schichten entspricht.

Die hier beschriebene elektrische Funktionseinheit macht sich die Grundidee zunutze, wonach innenliegende Elektrodenschichten des Grundkörpers nicht direkt galvanisch mit dem zugehörigen Außenanschluss des Grundkörpers gekoppelt sind. Vielmehr erfolgt die Kopplung zwischen innenliegenden Elektrodenschichten bzw. zwischen keramischen Schichten liegenden Zwischenschichten und äußeren Kontaktflächen zumindest in der Hauptsache durch eine kapazitive Kopplung. Durch eine solche Vorgehensweise kann bei der Realisierung sehr kleiner Kapazitäten in einem Vielschichtbauelement vermieden werden, unerwünschte Streukapazitäten zwischen einer äußeren Elektrode und inneren Elektroden herzustellen. Darüber hinaus kann es auch vermieden werden, undefinierte oder zu große parasitäre Induktivitäten durch äußere Kontaktierung der innenliegenden Elektrodenschichten zu erhalten.

Indem die kapazitive Wirkung, die die äußere Kontaktfläche auf innere Elektrodenschichten hat, durch die kapazitive Kopplung mit hoher Genauigkeit definiert werden kann, können unerwünschte kapazitive Effekte vermieden werden.

In einer Ausführungsform der Funktionseinheit ist die Kontaktfläche von der Zwischenschicht galvanisch getrennt. Dies bedeutet, dass jeder elektrische Kontakt zwischen der Kontaktfläche und der Zwischenschicht weitgehend vermieden wird. Dadurch wird die Kopplung zwischen der Kontaktfläche und der Zwischenschicht zumindest zu einem sehr großen Teil durch die kapazitive Kopplung definiert. Diese kapazitive Kopplung wiederum lässt sich durch geometrische Parameter, also letztlich durch die Größe der Überlappfläche zwischen den beiden Elektrodenschichten, respektive durch den Abstand der Elektrodenschichten bestimmen. Dieser kann durch die Dicke der verwendeten keramischen Schichten bestimmt werden. Auch das Keramikmaterial zwischen den Elektroden kann v.a. wegen der Dielektrizitätskonstante ϵ die kapazitive Kopplung bestimmen.

In einer anderen Ausführungsform der Funktionseinheit sind weitere Kontaktflächen auf der Oberfläche des Grundkörpers angeordnet. Durch die Anordnung weiterer Kontaktflächen kann die Funktionseinheit dazu verwendet werden, beispielsweise ein Filter oder auch ein anderes, kapazitive Elemente enthaltendes Bauteil herzustellen.

In einer anderen Ausführungsform der Funktionseinheit ist die Zwischenschicht mit wenigstens einer weiteren Kontaktfläche kapazitiv gekoppelt. Daraus resultiert eine Ausführungsform der Funktionseinheit, bei der die Zwischenschicht mit zwei verschiedenen Kontaktflächen kapazitiv gekoppelt ist. Daraus resultiert eine Funktionseinheit, bei der eine Reihenschal tung zweier Kondensatoren realisiert ist. Der erste Kondensator wird definiert durch die kapazitive Kopplung zwischen der Zwischenschicht und der ersten Kontaktfläche. Der zweite Kondensator wird definiert durch die kapazitive Kopplung zwischen der Zwischenschicht und der zweiten Kontaktfläche. Die galvanische Verbindung zwischen den beiden Kapazitäten wird repräsentiert durch die Zwischenschicht selbst.

In einer anderen Ausführungsform der Funktionseinheit ist die Zwischenschicht mit einer Kontaktfläche galvanisch gekoppelt. Diese Ausführungsform der Funktionseinheit hat den Vorteil, dass die Herstellung von Vielschichtkondensatoren bzw. deren Integration in den Grundkörper der Funktionseinheit ermöglicht wird. Vielschichtkondensatoren können dann direkt galvanisch von außen durch eine dafür vorgesehene Kontaktfläche kontaktiert werden.

In einer anderen Ausführungsform der Funktionseinheit sind in den Grundkörper Stapel von übereinander liegenden Zwischenschichten vorgesehen, die wenigstens einen Vielschichtkondensator bilden. Das Vorsehen von Vielschichtkondensatoren im Grundkörper hat den Vorteil, dass mit Hilfe der Funktionseinheit größere Kapazitäten als durch einfaches Überlappen zweier einzelner Elektrodenschichten realisiert werden können.

In einer anderen Ausführungsform der Funktionseinheit sind wenigstens zwei elektrisch leitende Zwischenschichten vorgesehen, wobei jede Zwischenschicht mit zwei Kontaktflächen kapazitiv gekoppelt ist. Mit Hilfe einer solchen Ausführungsform gelingt die Integration mehrerer Kapazitäten in die Funktionseinheit.

In einer anderen Ausführungsform der Funktionseinheit sind Zwischenschichten eines Stapels mittels einer im Inneren des Grundkörpers verlaufenden Durchkontaktierung leitend miteinander verbunden. Diese Ausführungsform der Funktionseinheit hat den Vorteil, dass auf außen am Grundkörper aufgebrachte Elemente zur elektrisch leitenden Verbindung von Zwischenschichten verzichtet werden kann, wodurch der Platzbedarf der Funktionseinheit reduziert werden kann.

In einer anderen Ausführungsform der Funktionseinheit wird ein Vielschichtkondensator gebildet aus einem ersten Stapel von übereinander liegenden Zwischenschichten und einem zweiten Stapel von übereinander liegenden Zwischenschichten. Der erste Stapel von übereinander liegenden Zwischenschichten ist galvanisch mit einer Kontaktfläche verbunden. Der zweite Stapel von übereinander liegenden Zwischenschichten ist kapazitiv mit einer Kontaktfläche gekoppelt.

Diese Ausführungsform der Funktionseinheit hat den Vorteil, dass bei ein und demselben Kondensator das Konzept der galvanischen Kopplung mit dem Konzept der kapazitiven Kopplung des Kondensators mit Außenanschlüssen verbunden werden kann.

In einer anderen Ausführungsform der Funktionseinheit sind wenigstens zwei Zwischenschichten vorgesehen, die an eine gemeinsame Kontaktfläche kapazitiv gekoppelt sind. Mit Hilfe einer solchen Ausführungsform der Funktionseinheit gelingt die Realisierung eines Bauelements, das zwei Kapazitäten aufweist, wobei beide Kapazitäten auf ein und dieselbe Kontaktfläche bezogen sind, welche beispielsweise einen Massekontakt darstellen kann.

Somit wird also allein durch die Anordnung von Elektroden bereits eine Verschaltung von Bauelementen bzw. von Kapazitäten erreicht. Diese Verschaltung kann erreicht werden, ohne dass Verschaltungselemente in Form von Leitungen oder Drähten benötigt werden.

In einer anderen Ausführungsform der Funktionseinheit ist zwischen einer Kontaktfläche und einer kapazitiv dazu gekoppelten Zwischenschicht eine keramische Schicht vorgesehen. Die keramische Schicht enthält ein Varistormaterial. Dadurch wird zwischen der Kontaktfläche und der Zwischenschicht ein Varistor gebildet. Durch die Wahl des Abstands zwischen der Kontaktfläche und der Zwischenschicht kann die Schaltspannung des Varistors eingestellt werden. Vorteilhafterweise wird eine Schaltspannung zwischen 5 und 300 V, besonders bevorzugt eine Schaltspannung zwischen 10 und 100 V, eingestellt.

Diese Ausführungsform der Funktionseinheit hat den Vorteil, dass neben dem Kondensator, der gebildet wird durch die Kontaktfläche und die Zwischenschicht, auch noch ein spannungsabhängiger Widerstand, nämlich ein Varistor, in den Grundkörper integriert werden kann. Dadurch kann das Funktionsspektrum der Funktionseinheit erweitert werden.

In einer anderen Ausführungsform der Funktionseinheit beträgt die Grundfläche des Grundkörpers weniger als 1 mm², wobei mindestens zwei Zwischenschichten in dem Grundkörper integriert sind.

Diese Ausführungsform der Funktionseinheit hat den Vorteil, dass sie besonders wenig Platz beim Auflöten auf eine Platine beansprucht.

In einer anderen Ausführungsform der Funktionseinheit ist es vorgesehen, dass die zwischen den Zwischenschichten und den Kontaktflächen gebildeten Kapazitäten unterschiedliche Werte aufweisen. Dadurch gelingt die Realisierung von Filterbauelemente, die unterschiedliche Filterkapazitäten haben.

In einer anderen Ausführungsform der Funktionseinheit ist es vorgesehen, dass die zwischen den Zwischenschichten und den Kontaktflächen gebildeten Kapazitäten gleiche Kapazitätswerte haben. Dadurch gelingt die Realisierung von Filterbauelementen, bei denen für jeden zu filternden Zweig die gleiche Kapazität vorhanden ist.

In einer anderen Ausführungsform der Funktionseinheit enthält wenigstens eine der keramischen Schichten ein Kondensatormaterial, das ausgewählt ist aus einer Menge von Materialien, die die Bedingungen wenigstens einer der Normenklassen COG, X7R, Z5U, Y5V, HQM erfüllen.

In einer weiteren Ausführungsform der Funktionseinheit ist es vorgesehen, dass wenigstens eine der keramischen Schichten eine Varistorkeramik enthält, die ausgewählt ist aus der folgenden Menge von Varistorkeramiken: ZnO-Bi, ZnO-Pr.

In einer anderen Ausführungsform der Funktionseinheit ist es vorgesehen, dass eine leitende Fläche gebildet ist aus einem Material, das wenigstens eines der folgenden Materialien enthält: Silber, Silber-Palladium, Silber-Nickel-Zinn, Silber-Nickel-Palladium-Gold, Silber-Nickel-Vanadium-Kupfer.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert. Gleiche Elemente bzw. Elemente mit einer gleichen Wirkung bzw.

Elemente, die dem gleichen Zweck dienen, sind dabei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

1 zeigt eine Draufsicht auf eine erste beispielhafte Funktionseinheit.
2 zeigt einen Längsschnitt durch die Funktionseinheit aus 1 entlang der Linie I-I.
3 zeigt ein Ersatzschaltbild für die Funktionseinheit aus 1.
4 zeigt ein weiteres Ersatzschaltbild für die Funktionseinheit aus 1.
5 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere beispielhafte Funktionseinheit.
6 zeigt einen Längsschnitt durch die Funktionseinheit aus 5 entlang der Linie I-I.
7 zeigt einen Längsschnitt durch eine Funktionseinheit nach 5 entlang der Linie II-II.
8 zeigt einen Querschnitt durch die Funktionseinheit aus 5 entlang einer Ebene, die die Linie IV-IV in 6 und 7 enthält.
9 zeigt einen Querschnitt durch eine Funktionseinheit aus 5 in einer Ebene, die die Linie III-III aus 7 enthält.
10 zeigt die Anwendung einer Funktionseinheit in einer Verschaltung mit Leitungen.
1 zeigt eine Draufsicht auf eine Funktionseinheit. Auf der Oberseite eines Grundkörpers 1 sind drei Kontaktschichten 41, 42, 43 angeordnet. Die Oberseite des Grundkörpers ist dabei vorzugsweise definiert als die Oberseite der obersten der keramischen Schichten, die den Grundkörper 1 bilden. Die Kontaktschicht 42 bildet dabei einen Anschluss A2 der Funktionseinheit. Die Kontaktfläche 43 bildet einen Anschluss A1 der Funktionseinheit. Die Kontaktfläche 41 bildet einen Masseanschluss GND der Funktionseinheit.
Es sind ferner in 1 auch leitende Zwischenschichten 51, 52 angedeutet, die nicht auf der Oberseite des Bauelements liegen und die eigentlich in der Draufsicht nicht sichtbar sind. Zum besseren Verständnis sind sie daher durch gestrichelte Umrisse repräsentiert. Es ist gezeigt eine erste leitende Zwischenschicht 51 sowie eine zweite leitende Zwischenschicht 52. Wie der 2 zu entnehmen ist, sind die leitenden Zwischenschichten 51, 52 zwischen zwei keramischen Schichten 2 angeordnet. Durch den Überlapp der Kontaktschicht 43 mit der Zwischenschicht 52 wird ein Kondensator gebildet. Ebenso wird durch den Überlapp der Kontaktschicht 42 mit der Zwischenschicht 51 ein Kondensator gebildet. Dieser Kondensator 63 ist in 2 angedeutet. Weitere Kondensatoren werden gebildet durch den Überlapp der Kontaktschicht 41 mit der Zwischenschicht 52 bzw. mit der Zwischenschicht 51. Der durch den Überlapp mit der Zwischenschicht 51 gebildete Kondensator 64 ist in 2 schematisch angedeutet.
In 1 ist noch die Grundfläche a des Grundkörpers angegeben. Diese Grundfläche ist gegeben durch die Fläche des äu ßersten Rechtecks. Diese Grundfläche beträgt vorzugsweise weniger als 1 mm², besonders bevorzugt ungefähr 0,5 mm².
2 ist ferner zu entnehmen, dass die Kontaktschichten 42, 41 auf ihrer Unterseite, also an der Grenze zum Grundkörper der Funktionseinheit bzw. an der Grenze zur obersten keramischen Schicht 2 jeweils eine Kontaktfläche 31, 32 bilden. Diese Kontaktfläche wird für die Bildung eines Kondensators benötigt. Zur Bildung der Kontaktflächen 31, 32 ist es nicht unbedingt notwendig, Kontakte in Form von Schichtkontakten zu verwenden. Die äußeren Kontakte bzw. die äußeren Anschlüsse A1, A2, GND könnten auch durch andersartig geformte, elektrisch leitfähige Körper realisiert sein.
1 und 4 ist darüber hinaus noch zusätzlich zu entnehmen, dass es ein wichtiges Element sein kann, dass ein Überlapp zwischen verschiedenen Schichten nur innerhalb genau definierter Grenzen stattfindet. So findet beispielsweise kein Überlapp zwischen den Zwischenschichten 51, 52 statt. Diese beiden Zwischenschichten befinden sich in einer Ebene des Stapels von übereinander liegenden dielektrischen Schichten. Dadurch sind sie relativ gut kapazitiv voneinander entkoppelt. Parasitäre Kapazitäten zwischen den Zwischenschichten 51, 52 treten somit kaum auf. Ebenso sind die Kontaktschichten 41, 42, 43 sehr deutlich räumlich voneinander getrennt, sodass auch zwischen diesen Kontaktschichten die parasitären Kapazitäten reduziert sind. Ein Überlapp zwischen den Kontaktschichten 42 und der Zwischenschicht 52 und entsprechend vice versa zwischen der Kontaktschicht 43 und der Zwischenschicht 51 findet ebenfalls nicht statt. Wohl aber haben die Zwischenschichten 51, 52 in der Kontaktschicht 41 eine gemeinsame Gegenelektrode zur Bildung jeweils eines Kondensators, der die Zwischenschichten 51, 52 an die Kontakt schicht 41 kapazitiv ankoppelt. Diese beiden Kondensatoren sind aber, wie 1 deutlich zu entnehmen ist, räumlich deutlich voneinander beabstandet, da die Überlappflächen zwischen den Zwischenschichten 51 und der Kontaktschicht 41 bzw. zwischen der Zwischenschicht 52 und der Kontaktschicht 41 einen großen Abstand voneinander aufweisen.
Durch eine solche Gestaltung der Funktionseinheit können parasitäre, unerwünschte Kapazitäten drastisch reduziert werden, was insbesondere bei der Realisierung sehr kleiner Kapazitäten wichtig ist.
In 1 ist noch gezeigt, dass Überlappflächen zwischen Elektrodenschichten durch Schraffur gekennzeichnet sind. Daraus resultieren Überlappungsbereiche 10, die jeweils separat kenntlich gemacht worden sind. Bei der Betrachtung der Überlappungsbereiche 10 ist zu erkennen, dass diese jeweils weitgehend den maximal möglichen Abstand voneinander haben, wie er hauptsächlich durch die äußeren Abmessungen des Grundkörpers 1 gegeben ist.
Durch den weitgehenden oder sogar völligen Verzicht auf eine galvanische Kopplung zwischen den Außenelektroden und den innen liegenden Elektroden in 1 können auch parasitäre Induktivitäten sehr stark vermindert werden.
3 zeigt Ersatzschaltbild für die Funktionseinheit aus 1. Dabei wird durch die Kopplung der Kontaktschicht 42 mit der Zwischenschicht 51 ein Kondensator 63 gebildet, welcher in 3 als C3 gezeigt ist. Durch den in Reihe dazu geschalteten Kondensator 64 aus 2 wird die Kapazität C4 in 3 gebildet. Entsprechend bilden auch die Kontaktschicht 43, die Zwischenschicht 52 und die Kontaktschicht 41 zwei in Reihe geschaltete Kapazitäten, die in 3 als C1 und C2 gezeigt sind. Insgesamt resultiert also ein elektrisches Bauelement mit äußeren Anschlüssen A1, A2, GND, welches als Filterbauelement verwendet werden kann, indem der Anschluss GND mit einem Masseanschluss verbunden wird. Die Anschlüsse A1 und A2 können mit jeweils einer Leitung verbunden werden, wobei die in den Leitungen transportierten Signale mittels der Kapazitäten von hochfrequenten Störsignalen entstört werden können. Hohe Frequenzen werden nämlich durch die relativ geringen Kapazitäten C1, C2 und C3, C4 gegen Masse kurzgeschlossen.
3 gilt im Wesentlichen für keramische Schichten, die ein für Kondensatoren geeignetes Dielektrikum enthalten.
In einer anderen Ausführungsform der Funktionseinheit kann durch geeignete Wahl des Materials der keramischen Schichten noch ein Überspannungsschutz in Form eines Varistors integriert werden. Durch die Wahl einer Varistorkeramik, welche beispielsweise ZnO-Bi oder ZnO-Pr sein kann, können neben den Kondensatoren noch spannungsabhängige Widerstände bzw. Varistoren integriert werden. Die genannte Keramik hat ein geeignetes ϵ zur Bildung eines Kondensators und darüber hinaus die Varistoreigenschaft, d. h., dass der ohmsche Widerstand von der Spannung abhängt und ab einer gewissen Grenzspannung, bei der der Varistor schaltet, sehr geringe Werte annimmt. Der entsprechende Schaltplan ist 4 zu entnehmen. Man erkennt im Unterschied zu 3, dass parallel zu jeder Kapazität C1, C2, C3, C4 noch ein Varistor VDR1, VDR2, VDR3, VDR4 geschaltet ist. Auch jeder Varistor leitet also ein Überspannungssignal von einer Leitung, die an einem der Anschlüsse A1, A2 angeschlossen ist, gegen Masse ab, wobei die Masse an dem Anschluss GND angeschlossen sein kann.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Funktionseinheit, wobei das Muster der Kontaktschichten 41, 42, 43 dem aus 1 gleicht. Im Unterschied zu 1 sind keine Zwischenschichten angedeutet. Es sind jedoch Durchkontaktierungen 71, 72, 73, 74 angedeutet, die im Inneren des Grundkörpers 1 senkrecht zu den keramischen Schichten verlaufen.
Eine elektrische Funktionseinheit nach der 5 kann insbesondere dazu verwendet werden, ein Filterelement herzustellen, mit dem schnelle hochfrequente Signale gefiltert werden können bzw. schnelle, hochfrequente Störsignale aus einem Nutzsignal herausgefiltert werden können. Dies ist dargestellt in 10, wo die Anschlüsse A1 bzw. A2 mit Signalleitungen 91, 92 verbunden sind. Der Anschluss GND ist verbunden mit einer Masse. Mit Hilfe dieser Parallelschaltung von Kondensatoren C1, C2 bzw. C3, C4 gegen eine Masse können Störsignale gefiltert werden.
Im Übrigen gilt für das Ersatzschaltbild der Funktionseinheit nach 5 das gleiche wie für die Funktionseinheit nach 1, d. h. dass die Schaltbilder nach 3 und 4 Anwendung finden können, je nachdem, ob die keramischen Schichten ein Kondensatormaterial oder eine Varistorkeramik enthalten.
6 ist zu entnehmen, dass in dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 leitende Zwischenschichten 531, 532, 533 vorgesehen sind, die deckungsgleich übereinander gestapelt sind und die mittels der Durchkontaktierung 71, die senkrecht zu den Schichten verläuft, miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Die Durchkontaktierung 71 ist zum oberen Rand des Grundkörpers 1 hinaus verlängert und kontaktiert dort die Kontaktschicht 42.
Ferner sind elektrisch leitende Zwischenschichten 544, 543, 542, 541 vorgesehen, die ebenfalls einen Stapel von übereinander liegenden Schichten bzw. von übereinander liegenden Innenelektroden bilden. Auch diese Schichten sind durch eine Durchkontaktierung 72 elektrisch leitend miteinander verbunden. Im Unterschied zur Durchkontaktierung 71 ist jedoch die Durchkontaktierung 72 nicht bis zum oberen Rand des Grundkörpers 1 geführt, weswegen auch keine galvanische Verbindung zwischen der Durchkontaktierung 72 bzw. den dort angeschlossenen Innenelektroden und der Kontaktschicht 41 besteht. Die beiden Stapel von übereinander liegenden Schichtelektroden bilden einen Kondensator 61. Dieser Kondensator ist über die Kontaktschicht 42 galvanisch mit einem Anschluss A2 der Funktionseinheit verbunden. Über die kapazitive Kopplung zwischen der Kontaktschicht 41 und im Wesentlichen der leitenden Zwischenschicht 541 besteht auch eine Kopplung an den Anschluss GND der Funktionseinheit.
In 6 ist noch eine Begrenzungslinie 8 gezeigt, auf die die Ausdehnung der Kontaktschicht 42 gegebenenfalls zur rechten Seite hin beschränkt werden kann, um parasitäre Kapazitäten zwischen der Kontaktschicht 42 und der leitenden Zwischenschicht 541 noch besser zu verhindern.
In 6 ist noch die Dicke d der obersten keramischen Schicht 2 gezeigt, die die Kontaktschicht 41 von der darunter liegenden elektrisch leitenden Zwischenschicht 541 trennt. Bei Anordnung eines Varistormaterials zwischen den beiden Elektroden kann durch geeignete Wahl der Schichtdicke d die Schaltspannung des Varistors eingestellt werden. Beispiels weise gelingt bei einer Schichtdicke zwischen 20 und 200 μm eine Einstellung der Schaltspannung des Varistors auf einen Wert zwischen 10 und 100 V. Als Varistorkeramik wurde in diesem Fall ein ZnO-Bi-Material verwendet.
7 zeigt in ähnlicher Art und Weise wie 6 die Bildung eines Kondensators 62 aus den leitenden Zwischenschichten 551, 552, 553, die einen Stapel von übereinander liegenden Schichtelektroden bilden, welche mittels der Durchkontaktierung 74 elektrisch leitend miteinander und auch mit der Kontaktschicht 43 verbunden sind. Ebenso wie in 6 ist auch in 7 ein zweiter Stapel übereinander liegender Elektrodenschichten, gebildet durch die leitenden Zwischenschichten 561, 562, 563, 564, vorgesehen. Auch diese Schichten sind durch eine Durchkontaktierung, nämlich durch die Durchkontaktierung 73, elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Kontaktschicht 41 hat auch zu dieser Durchkontaktierung 73 keinen elektrisch leitenden Kontakt. Vielmehr findet auch hier eine kapazitive Kopplung zwischen der Kontaktfläche 31 und der leitenden Zwischenschicht 561 statt.
Wie aus Zusammenschau mit 8 hervorgeht, sind die leitenden Zwischenschichten 551, 552, 553, die der Durchkontaktierung 74 zugeordnet sind, kürzer ausgeführt als die leitenden Zwischenschichten 531, 532, 533. Daraus resultiert, dass die Kapazität des Kondensators 61 größer ist als die Kapazität des Kondensators 62, da die entsprechenden Gegenelektroden, gebildet aus den leitenden Zwischenschichten, die den Durchkontaktierungen 72 und 73 zugeordnet sind, die jeweils gleiche Flächen aufweisen. Dies geht auch hervor aus 9.
In 8 ist eine Ebene des Grundkörpers gezeigt, die durch die Oberseite einer keramischen Schicht gebildet wird. Auf der keramischen Schicht angeordnet sind zwei leitende Zwischenschichten 531, 551, die zu verschiedenen Vielschichtkondensatoren 61, 62 gehören und die durch die Durchkontaktierungen 71 bzw. 74 mit anderen leitenden Zwischenschichten und mit einer äußeren Kontaktfläche verbunden sind. Die leitenden Zwischenschichten 531 und 551 haben einen relativ großen Abstand voneinander, so dass parasitäre Kapazitäten gut vermieden werden können.
In 9 ist ein Querschnitt in einer anderen Ebene der Funktionseinheit gezeigt, wobei die dem Masseanschluss GND zugeordneten leitenden Zwischenschichten 561 und 541 in durchgezogenen Linien dargestellt sind. Darüber hinaus sind nicht in der Ebene liegende leitende Zwischenschichten 551 und 531 durch gestrichelte Linien dargestellt. Darüber hinaus ist schraffiert noch jeweils der Überlappungsbereich 10 dargestellt, der gebildet wird durch die Überlappung der elektrisch leitenden Schichten 561 und 551 bzw. 531 und 541 bzw. durch die Überlappung der elektrisch leitenden Schichten 541, 561 mit der Kontaktschicht 41. Die Kopplung der Kontaktschicht 41 an die leitenden Zwischenschichten 541 bzw. 561 erfolgt durch die Bildung eines Kondensators 63 bzw. 64, wie er den 6 bzw. 7 zu entnehmen ist.
10 zeigt einen den Einsatz der Funktionseinheit nach 5 zur Filterung von Signalleitungen 91, 92. Die Kapazität C1 wird dabei repräsentiert durch den Kondensator 62 in 7. Die Kapazität C2 wird gebildet durch den Kondensator 64 in 7. Die Kapazität C3 wird gebildet durch den Vielschichtkondensator 61 in 6. Die Kapazität C4 wird gebildet durch den Kondensator 63 in 6.
In einer Erweiterung des Ausführungsbeispiels nach 5 ist es zudem noch möglich, auch die in 6 und 7 galvanisch gekoppelten Stapel von übereinander liegenden Elektrodenschichten ebenfalls wie bei dem Anschluss GND auch kapazitiv anzukoppeln. In diesem Fall würde man oberhalb der leitenden Zwischenschicht 541 bzw. 561 noch eine weitere leitende Zwischenschicht, die der Durchkontaktierung 74 bzw. 71 zuzuordnen wäre, einfügen und darüber hinaus noch den Kontakt zwischen der Durchkontaktierung 71 bzw. 74 und der Kontaktfläche 32 bzw. 33 unterbrechen.
Mit einem Bauelement gemäß 5 gelingt die Einstellung von Kapazitäten, die zwischen dem Anschluss A1 und dem Anschluss GND bzw. dem Anschluss A1 und dem Anschluss GND wirksam sind und die zwischen 22 pF und 1 μF betragen.
Mit Hilfe der in den Grundkörper integrierten Varistoren kann zusätzlich zum Filtern hochfrequenter Signale noch die Funktion des Entstörens gegenüber Spannungsspitzen in die Funktionseinheit integriert werden.

1: Grundkörper
2: keramische Schicht
31,32,33: Kontaktfläche
41,42,43: Kontaktschicht
51,52,531,532,533;
541,542,543,544;
551,552,553;
561,562,563,564: leitende Zwischenschicht
61,62: Vielschichtkondensator
63,64: Kondensator
71,72,73,74: Durchkontaktierung
8: Begrenzungslinie
91,92: Leitungen
10: Überlappungsbereich
A1,A2,GND: Anschluss
d: Abstand
C1,C2,C3,C4: Kapazität
VDR1,VDR2,VDR3,VDR4: Varistor

Claims

Elektrisches Vielschichtbauelement – mit einem Grundkörper (1) aus übereinander gestapelten keramischen Schichten (2) und zwischen diesen angeordneten elektrisch leitenden ersten und zweiten Zwischenschichten (51, 52), – mit wenigstens einem auf der Oberfläche des Grundkörpers (1) angeordneten ersten Außenanschluss (31, 41), – mit wenigstens einer im Grundkörper (1) angeordneten Vielschichtkapazität (61, 62), die einen ersten Stapel von leitend miteinander verbundenen ersten Zwischenschichten (541, 542, 543, 544) und einen zweiten Stapel von leitend miteinander verbundenen zweiten Zwischenschichten (531, 532, 533) umfasst, – wobei wenigstens ein Stapel kapazitiv mit einem zugehörigen Außenanschluss (31, 41) gekoppelt ist.
Bauelement nach Anspruch 1, bei dem weitere Kontaktflächen (32, 33) auf der Oberfläche des Grundkörpers (1) angeordnet sind.
Bauelement nach Anspruch 2, bei dem die endständige leitende Zwischenschicht (541) des ersten Stapels mit wenigstens einem der weiteren Außenanschlüsse (32, 33) kapazitiv gekoppelt ist.
Bauelement nach Anspruch 2, bei dem die endständige leitende Zwischenschicht (541) des ersten Stapels mit wenigstens einem der weiteren Außenanschlüsse (32, 33) galvanisch gekoppelt ist.
Bauelement nach Anspruch 3, mit wenigstens einer weiteren elektrisch leitenden Zwischenschicht, die mit zwei Außenanschlüssen (31, 32, 33) kapazitiv gekoppelt ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, – wobei die Zwischenschichten (541, 542, 543, 544) des ersten Stapels mittels einer im Inneren des Grundkörpers (1) verlaufenden ersten Durchkontaktierung (72) elektrisch leitend miteinander verbunden sind, und – wobei die Zwischenschichten (531, 532, 533) des zweiten Stapels mittels einer im Inneren des Grundkörpers (1) verlaufenden zweiten Durchkontaktierung (71) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem zweiten Außenanschluss (32, 33), an den der zweite Stapel galvanisch gekoppelt ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit wenigstens zwei Zwischenschichten (51, 52), die an einen gemeinsamen Außenanschluss (31, 32, 33) kapazitiv gekoppelt sind.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem zwischen dem ersten Außenanschluss (31) und der kapazitiv damit gekoppelten Zwischenschicht (541) eine ein Material mit Varistoreigenschaften enthaltende keramische Schicht (2) angeordnet ist, wobei durch die Wahl des Abstands zwischen der ersten Kontaktfläche (31) und dieser Zwischenschicht (541) eine Schaltspannung des so gebildeten Varistors (VDR1, VDR2, VDR3, VDR4) auf einen Wert zwischen 5 und 300 V eingestellt ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Grundfläche (a) kleiner als 1 mm² ist und bei der mindestens zwei nebeneinander angeordnete Zwischenschichten (51, 52) im Grundkörper (1) integriert sind.
Bauelement nach Anspruch 10, bei dem die zwischen den Zwischenschichten (51, 52) und den Kontaktflächen (31, 32, 33) gebildeten Kapazitäten (C1, C2, C3, C4) unterschiedlich sind.
Bauelement nach Anspruch 10, bei dem die zwischen den Zwischenschichten (51, 52) und den Kontaktflächen (31, 32, 33) gebildeten Kapazitäten (C1, C2, C3, C4) gleich sind.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem wenigstens eine keramische Schicht (2) ein dielektrisches Material enthält.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem wenigstens eine keramische Schicht ein Material enthält, das die Bedingungen wenigstens einer der Normenklassen COG, X7R, Z5U, Y5V, HQM erfüllt.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem wenigstens eine keramische Schicht (2) ein Material mit Varistoreigenschaften auf der Basis von ZnO-Bi oder ZnO-Pr enthält.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem die erste Kontaktfläche (31) gebildet ist aus einem Material, das wenigstens eines der folgenden Materialien enthält: Silber-Palladium, Silber-Nickel-Zinn, Silber-Nickel-Palladium-Gold, Aluminium-Nickel-Vanadium-Gold, Aluminium-Nickel-Vanadium-Kupfer.