DE102008019127A1 - Vielschichtbauelement - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Vielschichtbauelement angegeben, das wenigstens einen induktiven Bereich (1) aufweist, wobei der induktive Bereich (1) eine Ferrit-Keramik umfasst. Der induktive Bereich (1) weist Elektrodenstrukturen auf, die wenigstens eine Induktivität (3) bildet. Das Vielschichtbauelement weist wenigstens einen kapazitiven Bereich (2) auf, wobei wenigstens ein kapazitiver Bereich (2) eine Varistorkeramik umfasst. Der kapazitive Bereich (2) bildet wenigstens eine Kapazität (4). Wenigstens ein induktiver Bereich (1) und wenigstens ein kapazitiver Bereich (2) bilden wenigstens einen LC-Filter (6).
Description
- Aus der Druckschrift
DE 10 2005 025 680 A1 ist ein Vielschichtbauelement mit einem Varistor und einem LC-Filter bekannt. - Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Vielschichtbauelement anzugeben, das ein weites Spektrum an möglichen LC-Filterdesigns ermöglicht.
- Die Aufgabe wird durch ein Vielschichtbauelement nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Vielschichtbauelements sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Es wird ein Vielschichtbauelement angegeben, das wenigstens einen induktiven Bereich aufweist. Der induktive Bereich umfasst eine Ferritkeramik, die Elektrodenstrukturen aufweist. Durch die Elektrodenstrukturen wird in dem induktiven Bereich wenigstens eine Induktivität gebildet. Vorzugsweise umfasst die Induktivität eine Spulenstruktur.
- Das Vielschichtbauelement weist zudem wenigstens einen kapazitiven Bereich auf. Der kapazitive Bereich des Vielschichtbauelements umfasst wenigstens eine Varistorkeramik. Durch Innenelektroden des kapazitiven Bereichs wird wenigstens eine Kapazität gebildet.
- Durch den wenigstens einen induktiven Bereich und den wenigstens einen kapazitiven Bereich des Vielschichtbauelements wird wenigstens ein LC-Filter gebildet.
- Die Elektrodenstrukturen umfassen Leiterbahnen und Durchkontaktierungen.
- In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Durchkontaktierungen eine konische Form auf. Konische Durchkontaktierungen können beispielsweise mittels konischer Nadeln oder mittels eines Lasers in den Grünfolien eines Vielschichtbauelements erzeugt werden.
- Durch konische Durchkontaktierungen ist es beispielsweise möglich, dass breite Leiterbahnen auf einer ersten Seite einer Schicht des Vielschichtbauelements mit relativ schmalen nahe beieinander liegenden Leiterbahnen auf einer zweiten Seite der Schicht kontaktiert werden können. Dadurch ist beim Design der Leiterbahnen eine größere Gestaltungsfreiheit möglich.
- In einer weiteren Ausführungsform können beispielsweise die konusförmigen Durchkontaktierungen zweier übereinander liegender Schichten mit den Spitzen zueinander gerichtet sein. Dadurch kann beispielsweise eine Kontaktierung von einer breiten über eine relativ schmale Leiterbahn hin zu einer breiten Leiterbahn erfolgen.
- In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Varistorkeramik eine ESD(electrostatic discharge)-Schutzfunktion auf.
- Die Ferritkeramik kann Nickelzink(NiZn)-Ferrite umfassen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Ferritkeramik Nickelkupferzink(NiCuZn)-Ferrite umfasst. In einer weiteren Ausführungsform kann die Ferritkeramik auch Nickelzinkkobalt(NiZnCo)-Ferrite umfassen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Ferritkeramik hexagonale Ferrite enthält. In möglichen Ausführungsformen umfasst die Ferritkeramik beispielsweise Bariumhexaferrit, Manganzinkferrit oder Nickelzinkferrit. Bariumhexaferrit weist in einer Ausführungsform beispielsweise eine Permeabilität von vorzugsweise zwischen 1 und 20 auf. Die Permeabilität von Nickelzinkferrit weist in einer weiteren Ausführungsform beispielsweise einen Wert zwischen 10 und 1000 auf. Manganzinkferrit weist in einer weiteren Ausführungsform beispielsweise eine Permeabilität von vorzugsweise zwischen 2000 und 20000 auf.
- Die Varistorkeramik des Vielschichtbauelements kann in einer Ausführungsform eine Zinkoxidwismutantimon(ZnO-BiSb)-Keramik umfassen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Varistorkeramik eine Zinkoxidpraseodym(ZnOPr)-Keramik umfasst.
- Der induktive Bereich des Vielschichtbauelements weist vorzugsweise in mehreren Ebenen verlaufende Leiterbahnen und Leiterbahnen miteinander verbindende Durchkontaktierungen auf.
- Der Aufbau des Vielschichtbauelements ist vorzugsweise hinsichtlich der Anordnung von kapazitiven und induktiven Bereichen in Bezug auf eine Ebene, die parallel zu den Schichten des Vielschichtbauelements angeordnet ist, symmetrisch. Ein symmetrischer Aufbau weist insbesondere Vorteile hinsichtlich der Charakteristik des Filters auf. Des Weiteren hat ein symmetrischer Aufbau Vorteil bei der Herstellung des Vielschichtbauelements.
- In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Aufbau des Vielschichtbauelements folgende Abfolge der Keramikbereiche auf: Eine Anzahl von n Bereichen einer Varistorkeramik werden gefolgt von m Bereichen einer Ferritkeramik die wiederum gefolgt werden von n Bereichen einer Varistorkeramik, wobei n ≥ 1 und m ≥ 1 ist.
- In einer weiteren Ausführungsform weist das Vielschichtbauelement einen Aufbau der Keramikbereiche auf, der mittels n Bereichen einer Ferritkeramik, gefolgt von m Bereichen einer Varistorkeramik die von n Bereichen einer Ferritkeramik gefolgt sind, aufgebaut ist, wobei n ≥ 1 und m ≥ 1 ist.
- Das Vielschichtbauelement kann zwischen dem kapazitiven Bereich und dem induktiven Bereich eine metallhaltige Zwischenschicht umfassen. Die metallhaltige Zwischenschicht dient vorzugsweise als Diffusionssperre zwischen einem kapazitiven und einem induktiven Bereich des Vielschichtbauelements. Durch die metallhaltige Zwischenschicht wird die Diffusion von Dotierstoffen zwischen den beiden Bereichen annähernd vollständig unterbunden. Ohne einer metallhaltigen Zwischenschicht könnten beispielsweise Dotierstoffe aus der Varistorkeramik in die Ferritkeramik diffundieren oder Dotierstoffe der Ferritkeramik in die Varistorkeramik.
- In einer weiteren Ausführungsform kann ein kapazitiver Bereich die Eigenschaften eines Vielschicht-Keramik-Kondensators (MLCC) aufweisen, der keine Varistorfunktion aufweist, wobei das Vielschichtbauelement wenigstens einen weiteren kapazitiven Bereich aufweist, der eine Varistorkeramik umfasst.
- Der LC-Filter, der durch den induktiven und kapazitiven Bereich des Vielschichtbauelements gebildet ist, weist in einer Ausführungsform eine Pi-Struktur auf. Es ist jedoch auch möglich, dass der LC-Filter eine T-Struktur aufweist.
- In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, dass auf der Oberfläche des Vielschichtbauelements eine Widerstandsstruktur aufgebracht ist. Eine Widerstandstruktur kann beispielsweise mittels eines Siebdruckverfahrens auf der Oberfläche des Vielschichtbauelements aufgebracht sein. Durch einen derartigen zusätzlichen Widerstand ist es beispielsweise möglich, dass das Vielschichtbauelement die Eigenschaften eines RLC-Filters aufweist.
- Das Vielschichtbauelement umfasst zur Kontaktierung der Elektrodenstrukturen im Inneren des Vielschichtbauelements mehrere Außenkontakte. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Außenkontakte in Arrayform ausgeführt. Hierbei kann es sich um ein Land Grid Array (LGA) oder auch um ein Ball Grid Array (BGA) handeln.
- Durch die Verwendung einer Ferritkeramik für den Aufbau der Induktivität können sehr hohe Induktivitäten erreicht werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Vielschichtbauelementen weisen Ferritkeramiken eine wesentlich höhere Permeabilität auf. Die Ferritkeramiken des Vielschichtbauelements weisen vorzugsweise eine Permeabilität auf, die größer als 1 ist. Vorzugsweise weist die Ferritkeramik eine Permeabilität zwischen 1 und 20000 auf.
- Durch die Verwendung einer Varistorkeramik im kapazitiven Bereich können aufgrund der hohen Dielektrizitätskonstante der Varistorkeramik hohe Kapazitäten erreicht werden. Dadurch kann ein weites Spektrum an möglichen LC-Filterdesigns realisiert werden.
- Durch den Aufbau des Vielschichtbauelements aus Varistorkeramik und Ferritkeramik können ESD-Schutzfunktion und Filterfunktion in einem Bauteil integriert werden. Dabei wird die ESD-Schutzfunktion durch die Verwendung einer Varistorkeramik und die Filterfunktion durch die Verwendung einer Ferritkeramik erreicht.
- Es ist möglich mehrere LC-Filter in einem Bauelement als Array anzuordnen. Dazu werden mehrere LC-Filter beispielsweise nebeneinander in einem gemeinsamen Bauelement angeordnet.
- Die oben beschriebenen Gegenstände werden anhand der folgenden Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert.
- Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als maßstabsgetreu aufzufassen. Vielmehr können zur besseren Darstellung einzelne Dimensionen vergrößert, verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein. Elemente die einander gleichen oder die die gleichen Funktionen übernehmen sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
-
1 zeigt einen schematischen Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels eines Vielschichtbauelements, das einen induktiven und einen kapazitiven Bereich umfasst, -
2 zeigt einen schematischen Aufbau eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Vielschichtbauelements, das einen induktive und zwei kapazitive Bereiche umfasst, -
3 zeigt einen schematischen Aufbau eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Vielschichtbauelements, bei dem zwischen einem induktiven und einem kapazitiven Bereich eine Zwischenschicht angeordnet ist, -
4 zeigt einen schematischen Aufbau eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Vielschichtbauelements, das einen induktiven und zwei kapazitive Bereiche umfasst, -
5 zeigt ein Ersatzschaltbild eines LC-Filters, -
6 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Pi-Typ LC-Filters, -
7 zeigt einen schematischen Aufbau eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Vielschichtbauelements, bei dem auf der Oberfläche ein Widerstand angeordnet ist, -
8 zeigt ein Ersatzschaltbild eines LC-Filters mit einem Widerstand der in Reihe mit Induktivität geschaltet ist, -
9 zeigt ein Ersatzschaltbild eines LC-Filters mit T-Struktur. - In
1 ist ein schematischer Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels eines Vielschichtbauelements gezeigt. Das Vielschichtbauelement umfasst einen induktiven Bereich (1 ) und einen kapazitiven Bereich (2 ). Der induktive Bereich (1 ) umfasst in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Ferritkeramik, die Elektrodenstrukturen, bestehend aus Leiterbahnen und Durchkontaktierungen, enthält. Die Elektrodenstrukturen des induktiven Bereichs (1 ) bilden wenigstens eine Spulenstruktur und wenigstens eine Induktivität. Der kapazitive Bereich (2 ) umfasst vorzugsweise eine Varistorkeramik, wobei der kapazitive Bereich (2 ) wenigstens eine Kapazität und wenigstens einen Widerstand bildet. Der induktive Bereich (1 ) und der kapazitive Bereich (2 ) bilden zusammen wenigstens einen LC-Filter. Die elektrischen Elemente des induktiven (1 ) und kapazitiven (2 ) Bereichs sind als Ersatzschaltbild in den5 und6 dargestellt. Das Vielschichtbauelement ist zum Anschluss der Elemente nach Außen mit mehreren Außenkontakten (8 ) versehen. - Die
2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Vielschichtbauelements, wobei das Vielschichtbauelement einen induktiven Bereich (1 ) aufweist, der zwischen zwei kapazitiven Bereichen (2 ) angeordnet ist. Der erste kapazitive Bereich (2 ) kann beispielsweise die Funktion eines Varistors aufweisen. Der zweite kapazitive Bereich (2 ) kann hierbei beispielsweise eine rein kapazitive Funktion aufweisen. Durch den symmetrischen Aufbau des Vielschichtbauelements wird die Herstellung vereinfacht. Des Weiteren weist ein symmetrischer Aufbau beispielsweise Vorteile bzgl. der Volumenausdehnung der einzelnen Keramiken im Sinterschritt auf. - In der
3 ist eine weitere Ausführungsform des Vielschichtbauelements nach einem vergleichbaren Aufbau wie in1 dargestellt, bei dem zwischen dem induktiven Bereich (1 ) und dem kapazitiven Bereich (2 ) eine metallhaltige Zwischenschicht (7 ) angeordnet ist. Die Zwischenschicht (7 ) dient vorzugsweise als Diffusionssperre zwischen dem induktiven Bereich (1 ) und dem kapazitiven Bereich (2 ). - Die
4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Vielschichtbauelements, wobei das Vielschichtbauelement einen induktiven Bereich (1 ) aufweist, der zwischen zwei kapazitiven Bereichen (2 ) angeordnet ist. Ein erster kapazitiver Bereich (2 ) umfasst eine Varistorkeramik. Ein zweiter kapazitiver Bereich (2' ) umfasst einen Vielschichtkeramikkondensator (Multilager Ceramic Capacitor = MLCC). - In der
5 ist ein Ersatzschaltbild eines LC-Filters eines Ausführungsbeispiels des Vielschichtbauelements dargestellt. Das Schaltbild zeigt einen LC-Filter (6 ) zu dem zwei Varistoren (9 ) parallel geschaltet sind. Der LC-Filter (6 ) bestehend aus einer Induktivität (3 ) und einer Kapazität (4 ), die parallel zueinander verschaltet sind. Die Induktivität (3 ) ist in Leitungsrichtung geschaltet. Die Kapazität (4 ) ist zwischen zwei Leitungen des LC-Filters (6 ) geschaltet. - Die
6 zeigt ein Ersatzschaltbild eines LC-Filters eines weiteren Ausführungsbeispiels des Vielschichtbauelements. Der LC-Filter (6 ) hat die Gestalt eines Pi-Typ LC-Filters. Der LC-Filter (6 ) umfasst eine Induktivität (3 ) und zwei parallel zur Induktivität (3 ) geschaltete Kapazitäten (4 ). Parallel zu dem LC-Filter (6 ) sind zwei Varistoren (9 ) geschaltet, die als ESD-Schutzelemente für den LC-Filter (6 ) dienen. - In
7 ist eine weitere Ausführungsform des Vielschichtbauelements nach einem vergleichbaren Aufbau wie in1 dargestellt, bei dem auf der Oberfläche des Vielschichtbauelements ein Widerstand (5 ) angeordnet ist. Der Widerstand (5 ) kann beispielsweise mittels eines Siebdruckverfahrens aus der Oberfläche des Vielschichtbauelements aufgebracht sein. Vorzugsweise ist der Widerstand (5 ) in Reihe zu wenigstens einer Induktivität geschaltet. Die elektrische Kontaktierung des Widerstands (5 ) zu der Induktivität kann beispielsweise mittels Durchkontaktierungen oder auf der Oberfläche des Vielschichtbauelements aufgebrachten Leiterbahnen erfolgen. Eine derartige Anordnung bildet beispielsweise einen RLC-Filter, der in der8 als Ersatzschaltbild dargestellt ist. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform ist es auch möglich, dass weitere Widerstände oder andere elektronische Bauelemente auf der Oberfläche des Vielschichtbauelements aufgebracht sein können, die mit dem LC-Filter verschaltet sind. Es ist auch möglich, den Widerstand (5 ) oder weitere elektrische Bauelement mit LC-Filtern zu kombinieren, die in den5 ,6 und9 dargestellt sind. - Die
8 zeigt ein Ersatzschaltbild eines RLC-Filters eines Ausführungsbeispiels des Vielschichtbauelements. Das Schaltbild zeigt einen RLC-Filter (10 ), zu dem zwei Varistoren (9 ) parallel geschaltet sind. Der RLC-Filter (10 ) bestehend aus einer Induktivität (3 ) und einem Widerstand (5 ), die seriell geschaltet sind. Zu der Induktivität (3 ) und dem Widerstand (5 ) ist eine Kapazität (4 ) parallel. geschaltet. Die Induktivität (3 ) und der Widerstand (5 ) sind in Leitungsrichtung geschaltet. Die Kapazität (4 ) ist zwischen zwei Leitungen des RLC-Filters (10 ) geschaltet. - In
9 ist Ersatzschaltbild eines LC-Filters eines weiteren Ausführungsbeispiels des Vielschichtbauelements dargestellt. Der LC-Filter (6 ) hat die Gestalt eines T-Typ LC-Filters. Der LC-Filter (6 ) umfasst zwei Induktivitäten (3 ) und eine parallel zu Induktivitäten (3 ) geschaltete Kapazität (4 ). Parallel zu dem LC-Filter (6 ) sind zwei Varistoren (9 ) geschaltet. - Obwohl in den Ausführungsbeispielen nur eine beschränkte Anzahl möglicher Weiterbildung der Erfindung beschrieben werden konnte ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt. Es ist prinzipiell möglich, dass das Vielschichtbauelement eine höhere Anzahl an Keramikbereichen aufweist.
- Die Erfindung ist nicht auf die Anzahl der dargestellten Elemente beschränkt.
- Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen soweit technisch sinnvoll beliebig miteinander kombiniert werden.
-
- 1
- induktiver Bereich
- 2, 2'
- kapazitiver Bereich
- 3
- Induktivität
- 4
- Kapazität
- 5
- Widerstand
- 6
- LC-Filter
- 7
- Zwischenschicht
- 8
- Außenkontakte
- 9
- Varistor
- 10
- RLC-Filter
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005025680 A1 [0001]
Claims (26)
- Vielschichtbauelement, aufweisend, – wenigstens einen induktiven Bereich (
1 ), – wobei der induktive Bereich (1 ) eine Ferrit-Keramik umfasst, – wobei der induktive Bereich (1 ) Elektrodenstrukturen aufweist, die wenigstens eine Induktivität (3 ) bildet, – wenigstens einen kapazitiven Bereich (2 ), – wobei wenigstens ein kapazitiver Bereich (2 ) eine Varistorkeramik umfasst, – wobei der kapazitive Bereich (2 ) wenigstens eine Kapazität (4 ) bildet, – wobei wenigstens ein induktiver Bereich (1 ) und wenigstens ein kapazitiver Bereich (2 ) wenigstens einen LC-Filter (6 ) bilden. - Vielschichtbauelement nach Anspruch 1, wobei die Varistorkeramik eine ESD-Schutzfunktion aufweist.
- Vielschichtbauelement nach Anspruch 1, wobei die Ferritkeramik NiZn-Ferrite umfasst.
- Vielschichtbauelement nach Anspruch 1, wobei die Ferritkeramik NiCuZn-Ferrite umfasst.
- Vielschichtbauelement nach Anspruch 1, wobei die Ferritkeramik NiZnCo-Ferrite umfasst.
- Vielschichtbauelement nach Anspruch 1, wobei die Ferritkeramik hexagonale Ferrite umfasst.
- Vielschichtbauelement nach Anspruch 1, wobei die Varistorkeramik eine ZnO-Bi-Sb Keramik umfasst.
- Vielschichtbauelement nach Anspruch 1, wobei die Varistorkeramik eine ZnO-Pr Keramik umfasst.
- Vielschichtbauelement nach Anspruch 1, wobei der induktive Bereich (
1 ) wenigstens eine Durchkontaktierung aufweist. - Vielschichtbauelement nach Anspruch 9, wobei die Durchkontaktierungen eine konische Form aufweisen.
- Vielschichtbauelement nach Anspruch 1, wobei eine Anordnung von kapazitiven Bereichen (
2 ) und induktiven Bereichen (1 ) hinsichtlich der Abfolge der Bereiche in Bezug auf die Bereiche symmetrisch ist. - Vielschichtbauelement nach Anspruch 11, wobei der Aufbau folgende Schichten aufweist: Eine Anzahl n Schichten Varistorkeramik, gefolgt von m Schichten Ferritkeramik, gefolgt von n Schichten Varistorkeramik, wobei n > = 1 und m > = 1 ist.
- Vielschichtbauelement nach Anspruch 11, wobei der Aufbau folgende Schichten aufweist: Eine Anzahl n Schichten Ferritkeramik, gefolgt von m Schichten Varistorkeramik, gefolgt von n Schichten Ferritkeramik, wobei n > = 1 und m > = 1 ist.
- Vielschichtbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem kapazitiven Bereich (
2 ) und dem induktiven Bereich (1 ) eine metallhaltige Zwischenschicht (7 ) angeordnet ist. - Vielschichtbauelement nach Anspruch 14, wobei die Zwischenschicht (
7 ) eine Diffusion von Dotierstoffen zwischen dem kapazitiven Bereich (2 ) und dem induktiven Bereich (1 ) annähernd vollständig unterbindet. - Vielschichtbauelement nach Anspruch 1, wobei der LC-Filter (
6 ) eine PI-Struktur aufweist. - Vielschichtbauelement nach Anspruch 1, wobei der LC-Filter (
6 ) eine T-Struktur aufweist. - Vielschichtbauelement nach Anspruch 1, wobei auf der Oberfläche des Vielschichtbauelements ein Widerstand (
5 ) angeordnet ist. - Vielschichtbauelement nach Anspruch 1, wobei der Widerstand (
5 ) lineare Eigenschaften aufweist. - Vielschichtbauelement nach Anspruch 1, das mehrere Außenkontakte (
8 ) aufweist. - Vielschichtbauelement nach Anspruch 20, wobei die Außenkontakte (
8 ) in Array-Form ausgeführt sind. - Vielschichtbauelement nach Anspruch 21, wobei die Außenkontakte (
8 ) in Land Grid Array(LGA)-Form ausgeführt sind. - Vielschichtbauelement nach Anspruch 21, wobei die Außenkontakte (
8 ) in Ball Grid Array(BGA)-Form ausgeführt sind. - Vielschichtbauelement nach Anspruch 1, wobei ein kapazitiver Bereich (
2 ) einen Vielschicht-Keramik-Kondensator aufweist. - Vielschichtbauelement nach Anspruch 1, wobei die Induktivität (
3 ) eine Spulenstruktur umfasst. - Vielschichtbauelement nach Anspruch 25, deren Durchkontaktierungen eine konische Form aufweisen.
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