DE102014107040A1

DE102014107040A1 - Elektronisches Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102014107040A1
Application number: DE102014107040.2A
Authority: DE
Inventors: Franz Rinner; Yongli Wang
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2015-11-19
Also published as: EP3146536A1; EP3146536B1; US20170092394A1; US10204722B2; CN106463219A; WO2015177085A1; JP2017516315A; JP6850608B2

Abstract

Es wird ein elektronisches Bauelement (100) angegeben mit einem Funktionskörper (1) und einem Kontakt (4a, 4b), welcher elektrisch an eine erste Oberfläche (5) des Funktionskörpers (1) angebunden ist, wobei der Kontakt (4a, 4b) einen Randbereich (7) und einen Zentralbereich (8) aufweist, wobei der Funktionskörper (1) derart ausgebildet ist, dass der elektrische Widerstand des Funktionskörpers (1) zwischen der ersten Oberfläche (5) und einer von der ersten Oberfläche (5) abgewandten zweiten Oberfläche (6) des Funktionskörpers (1) in einem ersten Funktionskörperabschnitt (3), der in Aufsicht auf das elektronische Bauelement (100) betrachtet mit dem Randbereich (7) überlappt, größer ist als in einem zweiten Funktionskörperabschnitt (2), der mit dem Zentralbereich (8) des Kontakts (4a, 4b) überlappt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement, beispielsweise ein Varistorbauelement, und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Eine zu lösende Aufgabe ist es, Mittel für ein verbessertes elektronisches Bauelement, insbesondere ein flexibler einsetzbares und/oder robusteres elektronisches Bauelement, anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Ein vorgeschlagenes elektronisches Bauelement umfasst einen Funktionskörper. Der Funktionskörper stellt zweckmäßigerweise das funktionale Element des elektronischen Bauelements dar. Weiterhin umfasst das elektronische Bauelement einen Kontakt, welcher elektrisch an eine erste Oberfläche des Funktionskörpers angebunden ist oder diesen kontaktiert. Bei dem Kontakt kann es sich um eine elektrische Kontaktschicht und/oder um eine Metallisierung oder eine andere Kontaktierung handeln. Über den Kontakt wird der Funktionskörper zweckmäßigerweise kontaktiert und/oder elektrisch an weitere Anschlüsse, beispielsweise eine Außenelektrode des elektronischen Bauelements angebunden.
Bei der Oberfläche handelt es sich vorzugsweise um eine erste Oberfläche, beispielsweise eine erste Hauptoberfläche des Funktionskörpers. Der Kontakt weist einen Randbereich und einen Zentralbereich auf. Weiterhin ist der Funktionskörper derart ausgebildet, dass der elektrische Widerstand des Funktionskörpers zwischen der ersten Oberfläche und einer von der ersten Oberfläche abgewandten zweiten Oberfläche oder Hauptoberfläche des Funktionskörpers in einem ersten Funktionskörperabschnitt, der in Aufsicht auf das elektronische Bauelement, insbesondere auf die erste Oberfläche, betrachtet mit dem Randbereich überlappt, größer ist als in einem zweiten Funktionskörperabschnitt, der mit dem Zentralbereich des Kontakts überlappt. Der erste und der zweite Funktionskörperabschnitt sind vorzugsweise radiale Abschnitte des Funktionskörpers.
Der Zentralbereich des Kontakts bezeichnet vorzugsweise einen inneren und/oder mittleren Bereich des Kontakts, während der Randbereich vorzugsweise einen äußeren Rand des Kontakts bezeichnet oder definiert.
Vorzugsweise ist der Kontakt elektrisch sowohl an den ersten als auch an den zweiten Funktionskörperabschnitt angebunden. Der erste Funktionskörperabschnitt bezeichnet vorzugsweise einen äußeren oder Randabschnitt des Funktionskörpers. Der zweite Funktionskörperabschnitt bezeichnet hingegen vorzugsweise einen inneren oder zentralen Abschnitt des Funktionskörpers. Der zweite Funktionskörperabschnitt und der Zentralbereich sind – in Aufsicht auf das elektronische Bauelement betrachtet – vorzugsweise deckungsgleich.
Vorzugsweise ist der genannte Kontakt ein erster Kontakt. Zweckmäßigerweise umfasst das elektronische Bauelement zudem einen zweiten Kontakt, welcher elektrisch an der zweiten Oberfläche des Funktionskörpers angebunden ist oder diesen kontaktiert. Der zweite Kontakt ist vorzugsweise analog zu dem ersten Kontakt ausgebildet und in Bezug zu der zweiten Oberfläche so angeordnet wie der erste Kontakt in Bezug auf die erste Oberfläche. Der erste und der zweite Kontakt können beispielsweise bezüglich einer Längsachse des elektronischen Bauelements symmetrisch angeordnet sein. Vorzugsweise ist das elektronische Bauelement und/oder der Funktionskörper scheibenförmig und bezüglich der Längsachse zumindest weitgehend rotationssymmetrisch angeordnet.
Im Falle eines Scheibenvaristors als elektronisches Bauelement ist vorzugsweise je ein Kontakt an einer Oberseite und an einer Unterseite der Scheibe für die elektrische Anbindung oder Kontaktierung vorgesehen beziehungsweise angeordnet.
Vorzugsweise sind der erste und der zweite Kontakt beispielsweise in Aufsicht auf das elektronische Bauelement betrachtet deckungsgleich angeordnet.
Beispielsweise ist der Funktionskörper in einem Schnitt entlang der Längsachse betrachtet vorzugsweise direkt oder unmittelbar zwischen den Kontakten angeordnet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das elektronische Bauelement ein Varistorbauelement. Varistorbauelemente werden vorzugsweise als Überspannungsschutz eingesetzt. Gemäß dieser Ausgestaltung ist der Funktionskörper zweckmäßigerweise derart ausgestaltet, dass er das funktionale Element des Varistorbauelements darstellt. In dieser Hinsicht kann der Funktionskörper ein polykristallines, gesintertes, Material umfassen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das elektronische Bauelement ein Scheiben- oder Blockvaristor.
In einer Ausgestaltung umläuft der erste Funktionskörperabschnitt den zweiten Funktionskörperabschnitt in Aufsicht auf das elektronische Bauelement betrachtet zumindest teilweise. Vorzugsweise umschließt oder umläuft der erste Funktionskörperabschnitt den zweiten Funktionskörperabschnitt vollständig.
In einer Ausgestaltung ist der Funktionskörper derart ausgebildet, dass die elektrische Stromdichte in dem ersten Funktionskörperabschnitt, insbesondere an einer Kontaktstelle des ersten Funktionskörperabschnitts und des Randbereichs des Kontakts oder zwischen dem ersten Funktionskörperabschnitt und dem Randbereich, während des Betriebs des elektronischen Bauelements und/oder bei einem Stromfluss im Funktionskörper vermindert oder reduziert. Vorzugsweise ist die elektrische Stromdichte dabei im Vergleich zu einem konventionellen elektronischen Bauelements oder einem Bauelements des Standes der Technik vermindert oder reduziert.
Insbesondere an der genannten Kontaktstelle kann die elektrische Stromdichte und damit verbundene Temperaturbelastung beispielsweise während des Betriebs des elektronischen Bauelements besonders hoch sein. Die Ursache dafür kann ein Kanteneffekt sein, der sich im Betrieb des elektronischen Bauelements einstellt.
Durch das vorgestellte elektronische Bauelement kann während des Betriebs vorteilhafterweise die Wärmeentwicklung, beispielsweise durch entstehende Joule-Wärme, in dem ersten Funktionskörperabschnitt reduziert oder vermindert werden, da durch einen erhöhten elektrischen Widerstand und damit verminderte elektrische Stromdichte in der Regel weniger Wärme entsteht. Dadurch wird das elektronische Bauelement gleichzeitig temperaturbeständiger und vielseitiger einsetzbar. Weiterhin kann die Lebensdauer des elektronischen Bauelements mit Vorteil erhöht werden.
Durch hohe Temperaturen im funktionalen Element kann die Lebensdauer und/oder der Einsatzbereich des elektronischen Bauelements insbesondere im Falle eines Varistorbauelements, erheblich eingeschränkt werden. Die beschriebenen thermischen Belastungen können, insbesondere für Varistorbauelemente, bei längerem Anliegen einer Überspannung sogar zur Zerstörung des Bauteils führen. Dem kann durch die oben beschriebene Ausgestaltung des Funktionskörpers, dahingehend dass der erste Funktionskörperabschnitt einen größeren elektrischen Widerstand aufweist als der zweite Funktionskörperabschnitt entgegengewirkt werden, da dadurch der beschriebene Kanteneffekt abgeschwächt wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Flächeninhalt des zweiten Funktionskörperabschnitts in Aufsicht auf das elektronische Bauelement betrachtet größer als der Flächeninhalt des ersten Funktionskörperabschnitts. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere erreicht werden, dass der elektrischen Widerstand des Funktionskörpers des elektronischen Bauelements zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche insgesamt durch den zweiten Funktionskörperabschnitt definiert ist oder bleibt. Dadurch bleiben wiederum die elektrischen Eigenschaften, im Falle eines Varistorbauelements beispielsweise die Varistorspannung, im Wesentlichen unverändert. Beispielsweise ist der Flächeninhalt des zweiten Funktionskörperabschnitts doppelt so groß, dreimal so groß oder zehnmal so groß wie der Flächeninhalt des ersten Funktionskörperabschnitts.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Funktionskörper in dem ersten Funktionskörperabschnitt einen kontaktfreien Bereich auf. Der kontaktfreie Bereich ist vorzugsweise ein äußerer radialer Abschnitt des Funktionskörpers. Der kontaktfreie Bereich ist dementsprechend bezüglich des Funktionskörpers vorzugsweise randseitig angeordnet. In dem kontaktfreien Bereich ist vorzugsweise kein Kontakt vorhanden. Durch diese Ausgestaltung kann mit Vorteil eine verbesserte Kontaktierung des Funktionskörpers erreicht werden. Insbesondere können elektrische Überschläge an dem Rand, Randbereich oder an einer Kante des Funktionskörpers verhindert oder eingeschränkt werden. Vorzugsweise verläuft der kontaktfreie Bereich oder ein Rand desselben in Aufsicht auf das elektronische Bauelement knickfrei. Durch die knickfreie Ausgestaltung kann insbesondere wiederum eine Kantenlänge oder Kantenfläche der Kontaktierung verkleinert oder minimiert und somit die Entstehung von "Hotspots" (englisch für "heiße Stellen"), in denen besonders hohe elektrische Felder, thermomechanische Spannungen und/oder thermische, mechanische oder elektrische Belastungen auftreten, verhindert oder eingeschränkt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Dicke des Funktionskörpers in dem ersten Funktionskörperabschnitt größer als die Dicke des Funktionskörpers in dem zweiten Funktionskörperabschnitt. Vorzugsweise ist die Dicke des ersten Funktionskörperabschnitts als auch die Dicke des zweiten Funktionskörperabschnitts zumindest überwiegend konstant oder annähernd konstant. Durch diese Ausgestaltung kann vorteilhafterweise ein Mittel zur Vergrößerung des elektrischen Widerstands in dem ersten Funktionskörperabschnitt angegeben werden, wodurch die elektrische Stromdichte und damit die Temperaturbelastung in dem ersten Funktionskörperabschnitt während des Betriebs des elektronischen Bauelements vermindert werden kann. Mit anderen Worten ist der elektrische Widerstand des ersten Funktionskörperabschnitts durch den größeren Abstand der Kontakte oder Oberflächen in dem ersten Funktionskörperabschnitt, beziehungsweise durch die größere Weglänge entlang der Dicke, im Gegensatz zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt vergrößert, wobei bei beispielsweise gleicher an dem elektronischen Bauelement anliegender elektrischer Spannung, die Strombelastung und damit die Überhitzung oder Temperaturbelastung in dem ersten Funktionskörperabschnitt reduziert werden kann.
Die beschriebene Dicke erstreckt sich vorliegend vorzugsweise entlang der oben genannten Längsachse des elektronischen Bauelements.
Vorzugsweise ist die Dicke des Funktionskörpers lediglich an einer Seite oder Hauptoberfläche des elektronischen Bauelements und/oder des Funktionskörpers vergrößert, wohingegen an der anderen Seite des elektronischen Bauelements die Flächen des ersten Funktionskörperabschnitts und des zweiten Funktionskörperabschnitts des Funktionskörpers plan sind und/oder in einer Ebene liegen. Alternativ kann der Funktionskörper derart ausgestaltet sein, dass beispielsweise eine Ober- und eine Unterseite des ersten Funktionskörperabschnitts gegenüber einer Ober- beziehungsweise einer Unterseite des zweiten Funktionskörperabschnitts nicht in einer Ebene angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Dicke des Funktionskörpers in dem ersten Funktionskörperabschnitt 5 % bis 15 % größer als die Dicke des Funktionskörpers in dem zweiten Funktionskörperabschnitt. Besonders bevorzugt ist die Dicke des Funktionskörpers in dem ersten Funktionskörperabschnitt mindestens 10 % größer als die Dicke des zweiten Funktionskörperabschnitts. Alternativ kann die genannte Dicke beispielsweise auch mehr als 15 % vergrößert sein. Der Effekt der Vergrößerung der Dicke hinsichtlich des elektrischen Widerstands ist dabei qualitativ der gleiche.
In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt die radiale Ausdehnung des ersten Funktionskörperabschnitts zwischen der einfachen und der zweifachen Dicke des Funktionskörpers in dem ersten Funktionskörperabschnitt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Materialeigenschaften des Funktionskörpers in dem ersten Funktionskörperabschnitt von denjenigen in dem zweiten Funktionskörperabschnitt verschieden. Durch diese Ausgestaltung kann zweckmäßig erreicht werden, dass der elektrische Widerstand in dem erster Funktionskörperabschnitt im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt vergrößert ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Funktionskörper derart ausgebildet, dass der erste Funktionskörperabschnitt im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt einen größeren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist. Durch diese Ausgestaltung kann alternativ oder zusätzlich zu der Ausgestaltung, in der lediglich die Dicke des erster Funktionskörperabschnitts vergrößert ist, die Stromdichte in dem erster Funktionskörperabschnitt während des Betriebs des elektronischen Bauelements verringert oder vermindert werden. Entsprechende Unterschiede in den Materialeigenschaften können vorzugsweise während des Herstellungsverfahrens des elektronischen Bauelements und/oder während einer Sinterung des Funktionskörpers erzeugt oder ausgebildet werden (siehe unten). Durch den größeren spezifischen elektrischen Widerstand können, wie oben bereits angedeutet, in dem ersten Funktionskörperabschnitt bei gegebenen Strompulsen mit Vorteil die Stromdichten und damit die Temperaturbelastungen insbesondere in dem ersten Funktionskörperabschnitt verringert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Funktionskörper ein gesintertes Material auf.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Kontakt ein erster Kontakt, wobei das elektronische Bauelement zusätzlich einen zweiten Kontakt aufweist, welcher elektrisch an die zweite Oberfläche des Funktionskörpers angebunden ist, und wobei der Funktionskörper derart ausgebildet ist, dass die elektrische Strom- oder Stromdichteverteilung bei einem Stromfluss im Funktionskörper zwischen den Kontakten in dem ersten und dem zweiten Funktionskörperabschnitt homogenisiert ist. Dies kann bedeuten, dass Diskrepanzen oder die Streuung der elektrischen Stromdichten, die beispielsweise im Betrieb des elektronischen Bauelements und/oder oder bei einem Stromfluss im Funktionskörper vorliegen, verkleinert ist. Vorzugsweise weist der zweite Kontakt analog zu dem ersten Kontakt einen Randbereich und einen Zentralbereich auf.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Funktionskörper, vorzugsweise weitgehend, polykristallin. In diesem Sinne kann der Funktionskörper beispielsweise als Hauptbestandteil ein polykristallines Material aufweisen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Funktionskörper, beispielsweise als Hauptbestandteil, eine Keramik auf. Bei der Keramik handelt es sich vorzugsweise um eine gesinterte Keramik.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Funktionskörper derart ausgebildet, dass dieser nach dem Anlegen einer elektrischen Spannung oberhalb einer charakteristischen Schwelle, im Falle eines Varistorbauelements beispielsweise der Varistorspannung, zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche durchweg elektrisch leitet, ohne dass der Funktionskörper elektrisch isolierende Bereiche aufweist.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des Funktionskörpers für das oben beschriebene elektronische Bauelement angegeben. Der Funktionskörper und/oder das elektronische Bauelement ist vorzugsweise mittels des hier beschriebenen Verfahrens herstellbar oder hergestellt. Insbesondere können sich sämtliche für das Verfahren offenbarte Merkmale auch auf den Funktionskörper und/oder das elektronische Bauelement beziehen, und umgekehrt.
Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Grundmaterials für den Funktionskörper für das elektronische Bauelement und das Ausbilden des Funktionskörper unter Nutzung des Grundmaterials derart, dass der elektrische Widerstand des Funktionskörpers, zwischen zwei gegenüberliegenden Oberflächen, das heißt der oben genannten ersten und zweiten Oberfläche, gemessen, in dem ersten Funktionskörperabschnitt größer ist als in dem zweiten Funktionskörperabschnitt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens umfasst diese das Versehen des Funktionskörpers an den gegenüberliegenden Oberflächen jeweils mit einem Kontakt, wobei jeder Kontakt, beispielsweis der oben genannte erste und zweite Kontakt, elektrisch an den ersten und den zweiten Funktionskörperabschnitt angebunden wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens weist das Grundmaterial eine homogenere Materialzusammensetzung auf als der Funktionskörper. Die Materialzusammensetzung des Grundmaterials ist vorzugsweise weitgehend homogen, wohingegen die Materialzusammensetzung des Funktionskörpers, insbesondere unter einem Vergleich der Materialzusammensetzungen des ersten und des zweiten Funktionskörperabschnitts miteinander und bezüglich einzelner Materialbestandteile inhomogen ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das Grundmaterial in dem ersten Funktionskörperabschnitt im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt mit einer größeren Dicke ausgebildet. Diese Ausgestaltung ermöglicht mit Vorteil die Vergrößerung des elektrischen Widerstands des ersten Funktionskörperabschnitts im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das Grundmaterial zu dem Funktionskörper gesintert, derart, dass der spezifische elektrische Widerstand des Funktionskörpers in dem ersten Funktionskörperabschnitt größer ist als in dem zweiten Funktionskörperabschnitt. Beispielsweise, wird das Grundmaterial dazu derart gesintert, dass Kristallkörner beziehungsweise entsprechende Korngrößen in dem ersten Funktionskörperabschnitt des Funktionskörpers kleiner sind oder ausgebildet werden als in dem zweiten Funktionskörperabschnitt. Durch die kleineren Korngrößen beziehungsweise größere Dichte von Korngrenzen des ersten Funktionskörperabschnitts im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt wird zweckmäßigerweise der spezifische elektrische Widerstand des Funktionskörpers in dem ersten Funktionskörperabschnitt größer gestaltet als in dem zweiten Funktionskörperabschnitt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Materialzusammensetzung des Grundmaterials in einem ersten Abschnitt desselben während des Sinterns verändert, um den ersten Funktionskörperabschnitt zu bilden. Aus dem ersten Abschnitt des Grundmaterials wird vorzugsweise durch das Sintern der erste Funktionskörperabschnitt gebildet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das Grundmaterial während des Sinterns einem Temperaturgradienten ausgesetzt, wobei das Grundmaterial während des Sinterns und vorzugsweise ebenfalls vor dem Sintern nicht mit Materialzusätzen versehen wird. Vorzugsweise wird hier von außerhalb, beispielsweise von außerhalb des Sinterofens, während des Sinterns, dem Grundmaterial kein weiteres Material hinzugegeben. Vorzugsweise ändert sich die Materialzusammensetzung des Grundmaterials in dem ersten Funktionskörperabschnitt stattdessen durch Migrations- und/oder Diffusionsprozesse von originär im Grundmaterial enthaltenen Materialbestandteilen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Grundmaterial vor dem Sintern mit einem Dotierstoff versehen, welcher während des Sinterns in das Grundmaterial diffundiert, um den ersten Funktionskörperabschnitt zu bilden. Der Dotierstoff oder das Zusatzmaterial wird vorzugsweise auf das Grundmaterial aufgetragen oder das Grundmaterial wird vor dem Sintern in den Dotierstoff oder eine diesen aufweisende Lösung getaucht. Bei dem Dotierstoff kann es sich um Yttriumoxid, beispielsweise Y₂O₃, oder andere Metalle der Seltenen Erden oder deren Oxide handeln.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist der erste Funktionskörperabschnitt derart ausgebildet ist, dass die maximale Temperatur, welche in dem ersten Funktionskörperabschnitt unter einem elektrischen Testpuls mit einer Stromstärke von 30 A der Pulsform 8/20 auftritt, beispielsweise im Vergleich zu einem konventionellen elektronischen Bauelement, um mindestens 500 °C verringert ist.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements angegeben, welches die Verfahrensschritte des oben genannten Verfahrens zur Herstellung des Funktionskörpers umfasst.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines elektronischen Bauelements.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen elektronischen Bauelements.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen elektronischen Bauelements gemäß einer alternativen Ausführungsform.
4 zeigt eine beispielhafte Spannungs-Stromkennlinie des elektronischen Bauelements ausgeführt als Varistorbauelement.
Die 5A bis 5D zeigen Simulationsergebnisse des Betriebs des elektronischen Bauelements.
6 zeigt eine Tabelle mit Werten zu der Simulation des Betriebs des elektronischen Bauelements.
Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines elektronischen Bauelements 100. Das elektronische Bauelement 100 ist vorzugsweise ein Varistorbauelement, insbesondere ein Scheiben- oder Blockvaristor. Besonders bevorzugt ist das elektronische Bauelement 100 ein Scheibenvaristor.
Das elektronische Bauelement 100 ist gemäß 1 scheibenförmig ausgestaltet und weist eine Längsachse oder Symmetrieachse X auf, die durch das Zentrum der Scheibe verläuft. Bezüglich der Längsachse X ist das elektronische Bauelement vorzugsweise zumindest annähernd rotationssymmetrisch. Das elektronische Bauelement weist gemäß 1 weiterhin einen scheibenförmigen Funktionskörper 1 auf.
Der Funktionskörper 1 umfasst im Falle eines Varistorbauelements vorzugsweise ein Halbleitermaterial und/oder eine beispielsweise gesinterte Keramik. Demgemäß umfasst der Funktionskörper 1 weiterhin vorzugsweise polykristallines Material, bzw. Material welches Korngrenzen und oder Körner unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit umfasst. Als funktionale Komponente eines Varistorbauelements ist der Funktionskörper 1 vorzugsweise derart ausgebildet, dass dieser nach dem Anlegen einer elektrischen Spannung oberhalb der Varistorspannung, vom elektrisch isolierenden in den elektrisch leitenden Zustand geschaltet werden kann. Der Funktionskörper 1 umfasst einen ersten Funktionskörperabschnitt 3 und einen zweiten Funktionskörperabschnitt 2. Der erster Funktionskörperabschnitt 3 umläuft oder umschließt den Zweiter Funktionskörperabschnitt 2 in Aufsicht auf das elektronische Bauelement 100 betrachtet vorzugsweise an seinem äußeren Rand und ist vorzugsweise stoffschlüssig und/oder aus einem Stück mit diesem verbunden, um den Funktionskörper 1 zu bilden. Die Grenze der genannten Abschnitte ist durch die gestrichelte Linie angedeutet.
Das elektronische Bauelement, beziehungsweise der Scheiben- oder Blockvaristor hat beispielsweise einen Durchmesser von etwa 30 mm und eine Dicke von etwa 3 mm. Die genannte Dicke bezieht sich vorzugsweise auf die Dicke des zweiten Funktionskörperabschnitts 2 entlang der Längsachse.
In einer alternativen, nicht explizit dargestellten Ausgestaltung des elektronischen Bauelements weist dieses oder ein entsprechender Funktionskörper eine rechteckige Form Demgemäß kann das elektronische Bauelement erfindungsgemäß beispielsweise ein eckiger Blockvaristor sein.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des elektronischen Bauelements 100. 2 zeigt vorzugsweise einen Schnitt durch das elektronische Bauelement 100 gemäß 1 entlang der Längsachse X. Es ist weiterhin zu erkennen, dass der Funktionskörper 1 in seinem ersten Funktionskörperabschnitt 3 eine Dicke D1 aufweist. In dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2 weist der Funktionskörper 1 eine Dicke D2 auf. Die Dicke D2 ist kleiner als die Dicke D1. Die Dicke D1 kann beispielsweise 5 %, 10 % oder 15 % größer oder noch größer sein als die zweite Dicke.
Der Funktionskörper 1 weist weiterhin eine erste Oberfläche 5 und eine von der ersten Oberfläche 5 abgewandte zweite Oberfläche 6 auf. Die zweite Oberfläche 6 ist gemäß 1 eben ausgebildet, während die erste Oberfläche 5 durch die Vergrößerung der Dicke D1 im ersten Funktionskörperabschnitt 3 im Vergleich zu D2 nicht eben ist. Alternativ, kann die größere Dicke D1 des ersten Funktionskörperabschnitts 3 im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2 auch derart realisiert sein, dass beide Oberflächen 5, 6 im ersten Funktionskörperabschnitts 3 gegenüber dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2 erhaben, also insgesamt nicht eben sind.
Wie in 2 dargestellt, kann sich die Dicke des Funktionskörpers 1 beispielsweise vom ersten zum zweiten Funktionskörperabschnitt (von innen nach außen) über einen schrägen Verlauf vergrößern (vgl. ebenfalls die 5A bis 5D weiter unten). Alternativ ist ebenfalls eine abrupte Änderung der Dicke über eine Stufe im Verlauf der Dicke des Funktionskörpers 1 denkbar (in den Figuren nicht explizit dargestellt).
Durch die größere Dicke D1 des ersten Funktionskörperabschnitts 3 im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2 (vgl. D2 in 2) kann der elektrische Widerstand des Funktionskörpers 1 zwischen der ersten Oberfläche 5 und der zweiten Oberfläche 6 insbesondere durch die vergrößerte Wegstrecke in dem ersten Funktionskörperabschnitt 3 erfindungsgemäß größer ausgestaltet werden als in dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2.
Das elektronische Bauelement 100 weist weiterhin einen ersten Kontakt 4a auf, welcher elektrisch an die erste Oberfläche 5 angebunden ist. Der erste Kontakt 4a ist vorzugsweise sowohl an den ersten Funktionskörperabschnitt 3 als auch an den zweiten Funktionskörperabschnitt 2 angebunden. Der Kontakt 4a weist wiederum einen Randbereich 7 sowie einen Zentralbereich 8 auf. Vorzugsweise umschließt der Randbereich 7 den Zentralbereich 8.
Analog weist das elektronische Bauelement einen zweiten Kontakt 4b auf, welcher an der zweiten Oberfläche 6 an den ersten Funktionskörperabschnitt 3 und den zweiten Funktionskörperabschnitt 2 angebunden ist. Entsprechend dem ersten Kontakt weist der zweite Kontakt 4b vorzugsweise einen Randbereich 7 und einen Zentralbereich 8 auf. Vorzugsweise sind der erste und der zweite Kontakt 4a, 4b in Aufsicht auf das elektronische Bauelement 100 betrachtet deckungsgleich angeordnet.
Die Kontakte 4a, 4b kontaktieren vorzugsweise den Funktionskörper 1. Die Kontakte können beispielsweise aufmetallisierte Elektroden, insbesondere metallische Kontaktschichten sein. Weiterhin können die Kontakte 4a, 4b für eine elektrische Anbindung oder Kontaktierung einer Außenelektrode (nicht explizit dargestellt) an dem Funktionskörper 1 vorgesehen sein.
Wenn – im Falle eines Varistorbauelements – eine elektrische Spannung zwischen den Kontakten 4a, 4b angelegt wird, fließt, solange die Spannung kleiner ist als die charakteristische Varistorspannung zwischen den Kontakten 4a, 4b vorzugsweise nur ein geringer Leckstrom. Bei Anlegen einer Überspannung an oder zwischen den Kontakten 4a, 4b, wird der Funktionskörper 1 zweckmäßigerweise elektrisch leitend, um beispielsweise eine weitere elektrische Komponente vor einer Überspannung oder einer die Komponente schädigenden elektrischen Spannung zu schützen.
Der erste Funktionskörperabschnitt 3 überlappt in Aufsicht auf das elektronische Bauelement 100 betrachtet, also beispielsweise in Aufsicht auf die Oberfläche 5, vorzugsweise mit dem Randbereich 7. Der zweite Funktionskörperabschnitt 2 überlappt in Aufsicht auf das elektronische Bauelement 100 betrachtet, vorzugsweise mit dem Zentralbereich 8.
Durch die Ausgestaltung des größeren Widerstands des ersten Funktionskörperabschnitts 3 verglichen mit dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2 kann mit Vorteil der im Betrieb des elektronischen Bauelements 100 in dem zweiten Funktionskörperabschnitt 3 auftretende elektrische Strom oder insbesondere die elektrische Stromdichte vermindert oder reduziert werden. Durch die verminderte Strombelastung kann gleichzeitig die Wärmeentstehung und damit Temperaturbelastung im ersten Funktionskörperabschnitt reduziert werden.
Das erfindungsgemäße elektronische Bauelement 100 weist vorzugsweise bis auf die Dicke D1 des ersten Funktionskörperabschnitts 3 gegenüber einem konventionellen elektronischen Bauelement oder einem elektronischen Bauelement des Standes der Technik vergleichbare Abmessungen auf. Insbesondere sind auch die Kontaktflächen, das heißt die Flächen, in denen die Kontakte 4a, 4b an den Funktionskörper 1 angebunden sind, in dieser Hinsicht ähnlich oder vergleichbar bemessen oder ausgestaltet.
Insbesondere an der Grenze oder Kontaktstelle des oben genannten Randbereichs 7 oder Randes der Kontakte 4a, 4b zu dem ersten Funktionskörperabschnitt 3 kann die elektrische Stromdichte und damit verbundene Temperaturbelastung beispielsweise während des Betriebs des elektronischen Bauelements durch einen „Kanteneffekt“ besonders hoch sein. Der Kanteneffekt kann durch elektrische Felder, welche im Betrieb des Bauelements 100 an oder in dem Randbereich 7 größer ausfallen als beispielsweise in dem Zentralbereich 8, hervorgerufen werden.
Obwohl die elektrische Stromdichte durch den größeren Abstand der Kontakte im ersten Funktionskörperabschnitt 3 reduziert wird, bleiben weitere elektrische Eigenschaften des elektronischen Bauelements 100 vorzugsweise unverändert und/oder durch den zweiten Funktionskörperabschnitt 2 bestimmt.
Der Flächeninhalt des zweiten Funktionskörperabschnitts 2 ist vorzugsweise größer als derjenige des ersten Funktionskörperabschnitts 3. Beispielsweise ist der Flächeninhalt des zweiten Funktionskörperabschnitts 3 doppelt so groß, dreimal so groß oder zehnmal so groß wie der Flächeninhalt des ersten Funktionskörperabschnitts 3. Dadurch bleiben die elektrischen Eigenschaften, im Falle eines Varistorbauelements beispielsweise die Varistorspannung, des elektronischen Bauelements vorzugsweise unabhängig von der Ausgestaltung des ersten Funktionskörperabschnitts 3.
Eine radiale Ausdehnung des ersten Funktionskörperabschnitts 3 ist in 2 mit R1 gekennzeichnet. Weiterhin ist eine radiale Ausdehnung, insbesondere der Durchmesser des zweiten Funktionskörperabschnitts 2 mit R2 gekennzeichnet. Vorzugsweise beträgt die radiale Ausdehnung R1 zwischen der einfachen und der zweifachen Dicke D1 des Funktionskörpers 1 in dem ersten Funktionskörperabschnitt 3.
In 2 ist in dem ersten Funktionskörperabschnitt 3 weiterhin ein kontaktfreier Rand 9 des Funktionskörpers 1 dargestellt, in dem die Kontakte 4a, 4b nicht elektrisch an den Funktionskörper 1 angebunden sind. Der kontaktfreie Bereich 9 bezeichnet vorzugsweise einen radialen äußeren Abschnitt des Funktionskörpers 1. Mit anderen Worten schließen die Kontakte 4a, 4b am äußeren Rand des elektronischen Bauelements 100 nicht bündig mit dem Funktionskörpers 1 ab, sondern der Randbereich 7 der Kontakte 4a, 4b ist im Vergleich zu dem äußeren Rand des Bauelements nach innen versetzt. Die Kontakte 4a, 4b sind vorzugsweise derart angeordnet und ausgebildet, dass sie den Funktionskörper 1 bis auf den kontaktfreien Rand vollständig kontaktieren.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht des elektronischen Bauelements 100 gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung. Es ist in 3 zu erkennen, dass der Funktionsbereich 2 über seine gesamte Ausdehnung hinweg eine konstante Dicke, welche beispielsweise der Dicke D2 in 2 entspricht, aufweist. Für die erfindungsgemäße Ausgestaltung des größeren Widerstands des ersten Funktionskörperabschnitts 3 im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2 sind hier die Materialeigenschaften des ersten und des zweiten Funktionskörperabschnitts vorzugsweise verschieden gewählt.
Um die elektrische Stromstärke und/oder Stromdichte – bei gleicher entsprechender Fläche – in dem erster Funktionskörperabschnitt 3 während des Betriebs des elektronischen Bauelements 100 zu vermindern, weist der erste Funktionskörperabschnitt 3 einen größeren spezifischen elektrischen Widerstand auf als der zweite Funktionskörperabschnitt 2. Durch diese Ausgestaltung kann analog zu der obigen Ausführungsform mit der vergrößerten Dicke, durch den größeren Widerstand, eine Stromdichte und damit die Wärmeentwicklung im ersten Funktionskörperabschnitt 3, insbesondere in oder an der Kontaktstelle zu dem Randbereich 7 vermindert werden.
Der Funktionskörper 1 weist vorzugsweise ein gesintertes, polykristallines Material auf. Im Falle eines Varistorbauelements handelt es sich bei dem Material vorzugsweise um Siliziumkarbid, Zinkoxid oder ein anderes Metalloxid, wie Bismutoxid, Chromoxid oder Manganoxid. Gemäß der hierbeschriebenen Ausgestaltung ist der erster Funktionskörperabschnitt 3 vorzugsweise dadurch hergestellt oder erhalten, dass ein Ausgangsmaterial für den Funktionskörper 1 beispielsweise derart gesintert wurde oder die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials für den Funktionskörper bereits vor der Sinterung derart gewählt wurde, dass der erster Funktionskörperabschnitt 3 im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2 einen größeren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist. Dies kann vorliegend durch die Rezeptur des Ausgangsmaterials sowie die Sinterbedingungen, insbesondere die Prozessbedingungen während der Sinterung erreicht werden. Ein Herstellungsverfahren des Funktionskörpers 1 für das elektronische Bauelement 100 und/oder das elektronische Bauelement selbst umfasst vorzugsweise das Bereitstellen eines Grünlings oder Grundmaterials 1 für den Funktionskörper 1, das Ausbilden des Funktionskörper 1 unter Nutzung des Grundmaterials 1 derart, dass der elektrische Widerstand des Funktionskörpers 1 in dem ersten Funktionskörperabschnitt 3 größer ist als in dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2.
Wie oben beschrieben, wird dazu die Dicke D1 des ersten Funktionskörperabschnitts 3 größer ausgestaltet als die Dicke D2 des zweiten Funktionskörperabschnitts 2.
Alternativ oder zusätzlich kann das Grundmaterial 1 zu dem Funktionskörper 1 derart gesintert werden, dass der spezifische elektrische Widerstand des Funktionskörpers 1 in dem ersten Funktionskörperabschnitt 3 größer ist als in dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2. Dazu kann das Grundmaterial 1 während des Sinterns beispielsweise einem Temperaturgradienten ausgesetzt werden, ohne dass dem Grundmaterial 1 während des Sinterns weiteres Material zugesetzt wird. Die Eigenschaften des Funktionskörpers 1 bezüglich des spezifischen elektrischen Widerstands bilden sich stattdessen vorzugsweise allein durch die Rezeptur oder Zusammensetzung beispielsweise aufgrund von Migrations- und/oder Diffusionsprozessen von originär im Grundmaterial 1 enthaltenen Materialbestandteilen aus.
Die Zusammensetzung kann gemäß dieser Ausgestaltung beispielsweise Materialien umfassen, welche während des Sinterns durch den beschriebenen Temperaturgradienten vorzugsweise in den ersten Funktionskörperabschnitt 3 migrieren, diffundieren oder sich dort anreichern.
Alternativ oder zusätzlich können bestimmte Ursprungsmaterialien des Grundmaterials 1 durch ein Ausdampfen aus dem Grundmaterial 1 oder Abdampfen von einer Oberfläche des Grundmaterials 1 der Stöchiometrie des Grundmaterials 1 entzogen werden, um so im Funktionskörper 1 im Gegensatz zum Grundkörper eine inhomogenere Materialzusammensetzung hervorzurufen.
Die beschriebenen Effekte oder Vorgänge können zweckmäßigerweise dazu führen, dass Kristallkörner beziehungsweise deren Korngrößen in dem ersten Funktionskörperabschnitt 3 des Funktionskörpers 1 kleiner sind oder ausgebildet werden als in dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2 und somit der spezifische elektrische Widerstand in dem ersten Funktionskörperabschnitt 3 im Gegensatz zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2 vergrößert wird.
Alternativ kann das Grundmaterial 1 vor dem Sintern mit einem Dotierstoff versehen werden, welcher beispielsweise während des Sinterns in das Grundmaterial 1 diffundiert, um den ersten Funktionskörperabschnitt 3 zu bilden. Der Dotierstoff kann beispielsweise Yttriumoxid, insbesondere Y₂O₃, oder andere Metalle der Seltenen Erden oder deren Oxide umfassen oder daraus bestehen. Der Dotierstoff oder das Zusatzmaterial wird vorzugsweise auf das Grundmaterial aufgetragen oder das Grundmaterial wird vor dem Sintern in den Dotierstoff oder beispielsweise eine diesen enthaltene Lösung oder Verbindung getaucht.
Die Ausgestaltungen der 2 und 3 können beispielsweise mittels des beschriebenen Herstellungsverfahrens erfindungsgemäß auch dahingehend kombiniert werden, dass sowohl eine größere Dicke des erster Funktionskörperabschnitts 3 im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt, als auch eine veränderte Materialrezeptur oder Zusammensetzung vorliegen, wodurch sich die beschriebenen Effekte zur Reduktion oder Verminderung der elektrischen Stromdichte/Wärmeentwicklung im ersten Funktionskörperabschnitt 3 addieren oder verstärken.
4 zeigt eine beispielhafte Spannungs-Stromkennlinie eines erfindungsgemäßen elektronischen Bauelements (gestrichelte Linie) sowie eine beispielhafte Spannungs-Stromkennlinie eines konventionellen entsprechenden elektronischen Bauelements (durchgezogene Linie). Speziell ist die elektrische Feldstärke als Funktion der elektrischen Stromdichte in logarithmischen Skalen aufgetragen. Die Kennlinien beschreiben vorzugsweise einen Arbeitsbereich der betreffenden Bauelemente (vgl. insbesondere den Bereich oberhalb von 10 A/mm²).
Die gestrichelte Spannungs-Stromkennlinie beschreibt insbesondere das elektrische Verhalten eines erfindungsgemäßen Varistorbauelements, bei dem die Dicke des oben genannten ersten Funktionskörperabschnitts 3 (vgl. beispielsweise 2) gegenüber dem zweiten Funktionskörperabschnitt um 10% vergrößert ist. Das konventionelle Varistorbauelement ist hier vorzugsweise bis auf die beschriebene größere Dicke identisch oder ähnlich zu dem erfindungsgemäßen Bauelement ausgebildet.
Es ist beispielsweise in 4 zu erkennen, dass bei einer gegebenen elektrischen Feldstärke die elektrische Stromdichte des erfindungsgemäßen Bauteils in Anbetracht der logarithmischen Skala auf der X-Achse zumindest im mittleren, flach verlaufenden Kennlinienbereich deutlich kleiner ist als bei dem konventionellen Varistorbauelement.
Die 5A bis 5D zeigen Simulationsergebnisse des Betriebs von erfindungsgemäßen Varistorbauelementen sowie konventionellen Varistorbauelementen gemäß der/den Kennlinie(n) aus 4. Die Simulationen betreffen vorzugsweise „Finite-Elemente(FEM)-Simulationen. Insbesondere wurde die elektrische Stromdichte sowie die Temperatur der Bauelemente beziehungsweise die Temperaturverteilung in den Bauelementen jeweils unter einer elektrischen Belastung mit einem Standardtestpuls der Pulsform 8/20 (µs) mit einer Stromstärke von 30 Ampere bei 25° C simuliert.
Die 5A bis 5D beschreiben jeweils vier verschiedene Geometrien oder Teilfiguren von Scheibenvaristoren (vgl. Nummerierung (1) bis (4)), wobei zumindest in den 5A und 5B jeweils etwa die rechte Hälfte oder ein oberes rechtes Viertel einer Schnittansicht ähnlich oder entsprechend zu den 2 und 3 dargestellt ist. Die Ergebnisse betreffen Scheibenvaristoren mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Dicke eines entsprechenden zweiten Funktionskörperabschnitts (vgl. Bezugszeichen 2 oben) von 3 mm. Die vertikalen gestrichelten Linien in den 5A bis 5D definieren den oben beschriebenen ersten Funktionskörperabschnitt der jeweiligen Bauteile und grenzen diesen optisch von dem zweiten Funktionskörperabschnitt ab. Zumindest die Dicke des ersten Kontakts beträgt 10 µm. In den eingekreisten Bereichen ist jeweils der Randbereich 7 der Kontakte (vgl. Bezugszeichen 4a oben) zu erkennen.
Die Nummerierungen (2) bis (4) entsprechen jeweils erfindungsgemäßen Ausgestaltungen, wohingegen Nummer (1) jeweils die Simulation des konventionellen Bauelements, wie oben beschrieben, bezeichnet.
In den 5A und 5C sind jeweils Ergebnisse für die elektrische Stromdichte in A/mm² gezeigt. Die 5B und 5D zeigen jeweils Ergebnisse für die Temperatur in °C (vgl. die entsprechenden Farbskalen im unteren Bereich der jeweiligen Figur).
In den Teilfiguren (2) ist gemäß der vorliegenden Erfindung jeweils die Dicke (vgl. D1 in 2) des ersten Funktionskörperabschnitts gegenüber dem zweiten Funktionskörperabschnitt um 10 % vergrößert (siehe rechter Rand der Teilfiguren (2) der 5A bis 5D).
Die Teilfiguren (3) zeigen jeweils entsprechende Simulationsergebnisse für die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Bauteils, in der die Funktionskörperabschnitte zwar gleich dick sind, der erste Funktionskörperabschnitt aufgrund der Materialzusammensetzung jedoch einen größeren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist als der zweite Funktionskörperabschnitt (3 samt Beschreibung).
In den Teilfiguren (4) sind die Ausgestaltungen der Teilfiguren (2) und (3) kombiniert, wobei jeweils sowohl eine größere Dicke des ersten Funktionskörperabschnitts als auch ein durch die Materialzusammensetzung vergrößerter spezifischer elektrischer Widerstand desselben gezeigt und simuliert ist.
Es ist zumindest ansatzweise in den 5A bis 5D zu erkennen, dass die Temperaturen beziehungsweise auch die elektrischen Stromdichten entsprechend der jeweils unten gezeigten Farbskalen in den ersten Funktionskörperabschnitten 3 ungleichmäßiger verteilt sind als in den zweiten Funktionskörperabschnitten 2. Dies ist in den 5C und 5D durch die vergrößerte Darstellung im Gegensatz zu den 5A und 5B verdeutlicht.
Insbesondere an den Randbereichen 7 der Kontakte beziehungsweise den Kontaktstellen der genannten Randbereiche 7 an oder zu den Funktionskörpern beziehungsweise ersten Funktionskörperabschnitten (vgl. eingekreiste Bereiche) ist sowohl die Temperatur als auch die elektrische Stromdichte punktuell wesentlich höher als im entsprechenden übrigen Funktionskörper.
Unter den oben genannten Bedingungen kann die Temperatur des Varistorbauelements, welche als Reaktion auf den beschriebenen Testpuls in dem ersten Funktionskörperabschnitt, insbesondere in der Nähe des Randbereichs 7 des Kontakts, entsteht, erfindungsgemäß um bis zu 750°C reduziert werden. Entsprechende Ergebnisse der elektrischen Stromdichten am Pulsmaximum des Testpulses sowie der maximalen Temperatur am Pulsende anhand von Zahlenwerten sind in der Tabelle von 5 für alle Teilfiguren (1) bis (4) gezeigt. Weiterhin ist die elektrische Spannung des Varistors gezeigt. Während sich die Spannungswerte für alle simulierten Situationen (Teilfiguren) nur leicht unterscheiden, sind beispielsweise Temperatur als auch elektrische Stromdichte für die Teilfiguren (4), das heißt für die Kombination der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen aus 2 und 3 im Gegensatz zu den Teilfiguren (1) deutlich reduziert (vgl. ebenfalls die Zahlenwerte rechts in 6D).
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Funktionskörper / Grundmaterial
2: Zweiter Funktionskörperabschnitt
3: Erster Funktionskörperabschnitt / Abschnitt des Grundmaterials
4a: Erster Kontakt
4b: Zweiter Oberseite
5: Erste Oberfläche
6: Zweite Oberfläche
7: Randbereich
8: Zentralbereich
9: Kontaktfreier Bereich
100: Elektronisches Bauelement
D1, D2: Dicke
R1, R2: Radiale Ausdehnung

Claims

Elektronisches Bauelement (100) mit einem Funktionskörper (1) und einem Kontakt (4a, 4b), welcher elektrisch an eine erste Oberfläche (5) des Funktionskörpers (1) angebunden ist, wobei der Kontakt (4a, 4b) einen Randbereich (7) und einen Zentralbereich (8) aufweist, und wobei der Funktionskörper (1) derart ausgebildet ist, dass der elektrische Widerstand des Funktionskörpers (1) zwischen der ersten Oberfläche (5) und einer von der ersten Oberfläche (5) abgewandten zweiten Oberfläche (6) des Funktionskörpers (1) in einem ersten Funktionskörperabschnitt (3), der in Aufsicht auf das elektronische Bauelement (100) betrachtet mit dem Randbereich (7) überlappt, größer ist als in einem zweiten Funktionskörperabschnitt (2), der in Aufsicht auf das elektronische Bauelement (100) betrachtet mit dem Zentralbereich (8) des Kontakts (4a, 4b) überlappt.
Elektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 1, wobei der erste Funktionskörperabschnitt (3) den zweiten Funktionskörperabschnitt (2) in Aufsicht auf das elektronische Bauelement (100) betrachtet zumindest teilweise umläuft.
Elektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Flächeninhalt des zweiten Funktionskörperabschnitts (2) in Aufsicht auf das elektronische Bauelement (100) betrachtet größer ist als der Flächeninhalt des ersten Funktionskörperabschnitts (3).
Elektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Funktionskörper (1) in dem ersten Funktionskörperabschnitt (3) einen kontaktfreien Bereich (9) aufweist, in dem der Kontakt (4a, 4b) nicht elektrisch an den Funktionskörper (1) angebunden ist.
Elektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke (D1) des Funktionskörpers (1) in dem ersten Funktionskörperabschnitt (3) größer ist als die Dicke (D2) des Funktionskörpers (1) in dem zweiten Funktionskörperabschnitt (2).
Elektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 5, wobei die Dicke (D1) des Funktionskörpers (1) in dem ersten Funktionskörperabschnitt (3) 5 % bis 15 % größer ist als die Dicke (D2) des Funktionskörpers (1) in dem zweiten Funktionskörperabschnitt (2).
Elektronisches Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Funktionskörper (1) derart ausgebildet ist, dass der erste Funktionskörperabschnitt (3) im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitts (2) einen größeren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist.
Elektronisches Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kontakt ein erster Kontakt (4a) ist, wobei das elektronische Bauelement (100) einen zweiten Kontakt (4b) aufweist, welcher elektrisch an die zweite Oberfläche (6) des Funktionskörpers (1) angebunden ist, und wobei der Funktionskörper (1) derart ausgebildet ist, dass die Stromdichteverteilung bei einem Stromfluss im Funktionskörper (1) zwischen den Kontakten (4a, 4b) in dem ersten und dem zweiten Funktionskörperabschnitt (3, 2) homogenisiert ist.
Elektronisches Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, welches ein Varistorbauelement, beispielsweise ein Scheiben- oder Blockvaristor, ist.
Elektronisches Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Funktionskörper (1) polykristallin ist.
Verfahren zur Herstellung eines Funktionskörpers (1) für ein elektronisches Bauelements (100) umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Grundmaterials (1) für den Funktionskörper (1) für das elektronische Bauelement (100), – Ausbilden des Funktionskörpers (1) unter Nutzung des Grundmaterials (1) derart, dass der elektrische Widerstand des Funktionskörpers (1), zwischen zwei gegenüberliegenden Oberflächen (5, 6) gemessen, in einem ersten Funktionskörperabschnitt (3) größer ist als in einem zweiten Funktionskörperabschnitt (2).
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Grundmaterial (1) eine homogenere Materialzusammensetzung aufweist als der Funktionskörper (1).
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Grundmaterial (1) in dem ersten Funktionskörperabschnitt (3) im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt (2) mit einer größeren Dicke ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Grundmaterial (1) zu dem Funktionskörper (1) gesintert wird, derart, dass der spezifische elektrische Widerstand des Funktionskörpers (1) in dem ersten Funktionskörperabschnitt (3) größer ist als in dem zweiten Funktionskörperabschnitt (2).
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Materialzusammensetzung des Grundmaterials (1) in einem ersten Abschnitt (3) desselben während des Sinterns verändert wird, um den ersten Funktionskörperabschnitt (3) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Grundmaterial (1) während des Sinterns einem Temperaturgradienten ausgesetzt wird, und wobei das Grundmaterial (1) während des Sinterns nicht mit Materialzusätzen versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Grundmaterial (1) vor dem Sintern mit einem Dotierstoff versehen wird, welcher während des Sinterns in das Grundmaterial (1) diffundiert, um den ersten Funktionskörperabschnitt (3) zu bilden.