DE102018116221A1 - Vielschichtvaristor mit feldoptimiertem Mikrogefüge - Google Patents

Vielschichtvaristor mit feldoptimiertem Mikrogefüge Download PDF

Info

Publication number
DE102018116221A1
DE102018116221A1 DE102018116221.9A DE102018116221A DE102018116221A1 DE 102018116221 A1 DE102018116221 A1 DE 102018116221A1 DE 102018116221 A DE102018116221 A DE 102018116221A DE 102018116221 A1 DE102018116221 A1 DE 102018116221A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
varistor
regions
areas
grain size
multilayer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102018116221.9A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102018116221B4 (de
Inventor
Thomas Feichtinger
Michael Hofstätter
Hermann Grünbichler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Electronics AG
Original Assignee
TDK Electronics AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Electronics AG filed Critical TDK Electronics AG
Priority to DE102018116221.9A priority Critical patent/DE102018116221B4/de
Priority to JP2020569055A priority patent/JP2021526737A/ja
Priority to CN201980044926.1A priority patent/CN112384999B/zh
Priority to PCT/EP2019/067746 priority patent/WO2020007864A1/de
Priority to US17/254,707 priority patent/US11195643B2/en
Publication of DE102018116221A1 publication Critical patent/DE102018116221A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102018116221B4 publication Critical patent/DE102018116221B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/105—Varistor cores
    • H01C7/108—Metal oxide
    • H01C7/112—ZnO type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/16—Resistor networks not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/102—Varistor boundary, e.g. surface layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/18—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material comprising a plurality of layers stacked between terminals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

Vielschichtvaristor, umfassend einen Keramikkörper aus einem Varistormaterial, wobei der Keramikkörper mehrere Innenelektroden sowie erste Bereiche (A) und zweite Bereiche (B) umfasst und das Varistormaterial in den ersten Bereichen (A) eine erste mittlere Körngröße DA und in den zweiten Bereichen (B) eine zweite mittlere Körngröße DB aufweist, wobei gilt: DA < DB.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Vielschichtvaristor, der einen Keramikkörper umfasst.
  • Vielschichtvaristoren auf Basis von ZnO-Keramiken sind weitverbreitete Bauteile zum Schutz vor Überspannungen. Im Zuge immer weiter steigender Anforderungen im Bereich der Miniaturisierung und Leistungssteigerung solcher Bauteile ist es notwendig die Varistoreigenschaften immer weiter zu verbessern. Des Weiteren steigen auch ständig die Anforderung an die Stabilität solcher Bauteile wodurch es nötig ist beispielsweise die elektrische Isolationsfestigkeit, Pulsfestikeit und das Einschalt- und Klemmverhalten von Vielschichtvaristoren zu verbessern.
  • Bei einem typischen elektro-thermomechanischem Überlastfall im Zuge eines Stromstoßes, wie beispielsweise bei einem Blitzeinschlag oder einer elektrostatischen Entladung, kommt es zu einer inhomogenen Verteilung der Stromdichte entlang der Innenelektroden des Vielschichtvaristors, die zu einer ungleichmäßigen Erwärmung dieser führt. Dadurch wird ein mechanischer Stress in den Kermikörper des Vielschichtvaristors induziert, der zu Rissen in selbigen und dadurch zum Totalausfall des Vielschichtvaristors führen kann. Um dies zu Vermeiden wäre es z.B. notwendig, die Verteilung der Stromdichte entlang der Innenelektroden so zu optimieren, dass es nicht zu einer lokalen Überhitzung der Innenelektroden, welche zur Zerstörung des Keramikkörpers des Varistors führen kann, kommt.
  • Des Weiteren ist es, um den steigenden Anforderungen an die Leistungsfähigkeit und Miniatursierung von Varistoren gerecht zu werden, notwendig, die Varistoreigenschaften, insbesondere die spezifische Varistorspannung, immer weiter zu verbessern.
  • Da die spezifische Varistorspannung mit der Anzahl an seriell geschalteter Korngrenzen von ZnO-Körnern zwischen den Kontakten des Varistors zunimmt, besteht eine Möglichkeit die spezifische Varistorspannung in einem gegebenen Volumen zu erhöhen darin, die Größe der ZnO-Körner zu verringern und damit die Anzahl an seriell geschalteter Korngrenzen in einem gegeben Volumen zu erhöhen.
  • Aus der DE 19915661 B4 ist ein Vielschichtvaristor bekannt der ausgezeichnete Varistoreigenschaften aufweist und der einen Keramikkörper enthält, dessen mittlere Korngröße im Bereich zwischen einschließlich 0,9 µm und 3,0 µm liegt. Durch das Korngefüge des Kermikkörpers, ist es nicht möglich, lokal überhöhte Stromdichten effektiv zu vermeiden, was eine verringerte Stabilität des Varistors zur Folge hat.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher das Bereitstellen eines Vielschichtvaristors mit verbessertem Korngefüge.
  • Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch einen in Anspruch 1 beschriebenen Vielschichtvaristor gelöst. Weitere Ausführungsformen des Vielschichtvaristors sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Vielschichtvaristor bereitgestellt der eine Mehrzahl an Bereichen aufweist, wobei erste Bereiche eine erste mittlere Korngröße DA aufweisen und zweite Bereiche eine zweite mittlere Korngröße DB aufweisen, wobei DA kleiner als DB ist. Durch die Bildung solcher unterschiedlicher Bereiche in dem Keramikkörper des Vielschichtvaristors kann das Mikrogefüge des Kermikkörpers optimal an die unterschiedlichen Feldstärken in selbigem angepasst werden. Dadurch werden die auftretenden Stromdichten entlang der Innenelektroden homogenisiert und eine ungleichmäßige Erwärmung selbiger vermieden. Dies führt dazu, dass weniger mechanischer Stress in den Keramikkörper induziert und die Stabilität des Vielschichtvaristors erhöht wird.
  • Die Herstellung unterschiedlicher erster und zweiter Bereiche gelingt, indem die mittlere Korngröße gezielt in den ersten Bereichen reduziert wird. Alternativ kann auch die mittlere Korngröße gezielt in den zweiten Bereichen erhöht werden.
  • Des Weiteren kann der erfindungsgemäße Vielschichtvaristor einen Kermikkörper aus Varistormaterial umfassen, wobei die ersten und zweiten Bereiche so gewählt sind, dass die spezifischen Varistoreigenschaften verbessert werden. Dadurch kann die Einsatzspannung des Vielschichtvaristors erhöht oder bei gegebener Einsatzspannung die aktiven Zonen des Keramikkörpers verringert werden. Des Weiteren kann bei gegebenen Volumina der aktiven Zonen und gegebener Einsatzspannung des erfindungsgemäßen Vielschichtvaristors die Anzahl der Innenelektroden erhöht und dadurch die auftretenden Ströme besser abgeleitet werden, wodurch die Stromrobustheit des erfindungsgemäßen Vielschichtvaristors verbessert wird.
  • Als aktive Zonen werden hier und im Folgenden die Bereiche zwischen den unterschiedlichen Innenelektroden unterschiedlicher Polarität bezeichnet, die für den Stromfluss zwischen selbigen maßgeblich sind. Im Gegensatz dazu werden die Bereiche im Keramikkörper des Vielschichtvaristors, die nicht zum Stromfluss zwischen den unterschieldich kontaktierten Innenelektroden beitragen, im Folgenden als inaktive Zonen bezeichnet.
  • Weiterhin kann der erfindungsgemäße Vielschichtvaristor einen Keramikkörper umfassen, wobei die ersten und zweiten Bereiche so gewählt sind, dass die mittlere Korngröße in den inaktiven Zonen kleiner ist als in den aktiven Zonen, wodurch die Isolationsfestigkeit der inaktiven Zonen des Keramikkörpers erhöht wird und dadurch die inaktiven Zonen verkleinert werden können. Dies ermöglicht eine weitere Miniaturisierung des Vielschichtvaristors.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vielschichtvaristors können die zweiten Bereiche eine mittlere Korngröße von > 3 µm und die ersten Bereiche eine mittlere Korngröße von < 3 µm aufweisen. Obwohl bereits schon bei kleinen Unterschieden zwischen den mittleren Korngrößen der ersten und zweiten Bereiche eine Verbesserung der Varistoreigenschaften auftritt, kann dieser Effekt mit steigendem Unterschied der mittleren Konrgrößen zwischen den ersten und zweiten Bereichen verstärkt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vielschichtvaristors können die zweiten Bereiche eine mittlere Korngröße von > 0,9 µm und die ersten Bereiche eine mittlere Korngröße von < 0,9 µm aufweisen. Durch diese kleine Korngröße können bei gegebenen Volumen der aktiven Zone höhere Einsatzspannungen erreicht werden. Des Weiteren kann bei gegebener Einsatzspannung das Volumen der aktiven Zone reduziert werden, wodurch eine weitere Miniaturisierung des erfindungsgemäßen Vielschichtvaristors erreicht wird. Außerdem kann bei gegebener Einsatzspannung und gegebenen aktiven Volumen die Anzahl an Innenelektroden in der aktiven Zone erhöht werden, wodurch auftretende elektrische Ströme besser abgeleitet werden können. Dadurch wird die Stromrobustheit des erfindungsgemäßen Vielschichtvaristors verbessert.
  • In einer weiteren Ausführungsform können die ersten und zweiten Bereiche mit unterschiedlicher mittlerer Korngröße unabhängig voneinander jeweils eine Schicht oder einen Flächenbereich einer Teilschicht des erfindungsgemäßen Vielschichtvaristors umfassen, wobei mindestens ein zweiter Bereich und ein erster Bereich vorliegen.
  • In mindestens einer weiteren Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Vielschichtvaristor einen Keramikkörper, in dem sich erste und zweite unterschiedlich kontaktierte Innenelektroden überlappen. Dabei können die aktiven Zonen zwischen den ersten und zweiten unterschiedlich kontaktierten, sich überlappenden Innenenelektroden die ersten Bereiche und die inaktiven Zonen des Kermikkörpers die zweiten Bereiche umfassen. Dadurch kann bei gegebenem aktiven Volumen die Einsatzspannung des erfindungsgemäßen Vielschichtvaristors erhöht oder bei gegebener Einsatzspannung das Volumen der aktiven Zonen des Kermikkörpers verkleinert werden, wodurch eine weitere Miniaturisierung des erfindungsgemäßen Vielschichtvaristors erreicht werden kann. Des Weiteren können bei gegebenen Volumina der aktiven Zonen und gegebener Einsatzspannung mehr Innenelektroden in die aktiven Zonen eingebracht werden, die die auftretenden elektrischen Ströme besser ableiten können, wodurch die Stromrobustheit des erfindungsgemäßen Vielschichtvaristors erhöht werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Vielschichtvaristor einen Kermikkörper, in dem die aktiven Zonen um die Bereiche der Enden der ersten und zweiten Innenelektroden die ersten Bereiche umfassen können und die übrigen aktiven Zonen und die inaktiven Zonen die zweiten Bereiche umfassen. Dadurch kann eine lokale Überhöhung der Stromdichte in diesen Zonen verhindert werden, wodurch es zu einer verringerten lokalen Erwärmung der Innenelektroden und damit zu einer Reduzierung der mechanischen Belastung des Keramikkörpers kommen kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann der Keramikörper des erfindungsgemäßen Vielschichtvaristors mehrere seriell geschaltete Varistoren umfassen, wobei die aktiven Zonen um die Bereiche der Enden der unterschiedlich kontaktierten ersten und zweiten Innenelektroden erste Bereiche umfassen. Ferner können auch die Bereiche um die Enden von verbindenden Innenlektroden, die die erfindungsgemäßen Vielschichtvaristoren mit den unterschiedlich kontaktierten ersten und zweiten Innenelektroden miteinander verschalten, erste Bereiche umfassen. Die übrigen aktiven Zonen und die inaktiven Zonen können dann die zweiten Bereiche umfassen.
  • In mindestens einer weiteren Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Vielschichtvaristor einen Keramikkörper, wobei sich die ersten und zweiten unterschiedlich kontaktierten Innenelektroden in einer Schichtebene frontal gegenüberstehen können und die aktive Zone zwischen den unterschiedlich kontaktierten Innenelektroden die ersten Bereiche umfasst und die inaktiven Zonen die zweiten Bereiche umfassen. Dadurch kann die Feldstärke an den Spitzen der Innenelktroden optimiert werden, wodurch die Stabilität des erfindungsgemäßen Vielschichtvaristors verbessert werden kann. Außerdem kann dadurch die Einsatzspannung des Vielschichtvaristors erhöht werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Vielschichtvaristor einen Keramikkörper, wobei die inaktiven Zonen die ersten Bereiche und die aktiven Zonen die zweiten Bereiche umfassen können. Durch die kleinere mittlere Korngröße in den inaktiven Zonen kann die Anzahl an Körnern pro Volumeneinheit erhöht werden, wodurch die spezifische Varistorspannung in diesen Zonen erhöht werden kann. Dadurch kann die notwendige Spannung, die für einen unerwünschten Spannungsdurchschlag von beispielsweise den Innenelektroden zu den äußeren Bereichen des erfindungsgemäßen Vielschichtvaristors erhöht werden, wodurch die elektrische Isolationsfestigkeit des erfindungsgemäßen Vielschichtvaristors verbessert werden kann. Außerdem kann bei gegebener Isolationsfestigkeit das Volumen der inaktiven Zonen verringert werden, wodurch der erfindungsgemäße Vielschichtvaristor kleiner konstruiert werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird ein Modul angegeben, das einen Keramikkörper umfasst, in dem mehrere erfindungsgemäße Vielschichtvaristoren zusammengefasst und in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind. Ferner kann ein Innenelektroden beinhaltender Volumenbereich, der die Innenelektroden der unterschiedlichen Varistoren des Moduls enhält, die ersten Bereiche umfassen und die Volumenbereiche, die keine Innenelektroden beinhalten, die zweiten Bereiche umfassen. Durch die erhöhte spezifische Varistorspannung, aufgrund der kleineren mittleren Korngröße, kann die Isolationsfestigkeit zwischen den Innenelektroden der in einem bestimmten Abstand zueinander angeordneter Varistoren, erhöht werden. Dadurch kann ein Spannungsdurchschlag zwischen den Innenelektroden der in einem bestimmten Abstand zueinander angeordneten Varistoren verhindert werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Vielschichtvaristor einen Keramikkörper, in dem mehrere Varistoren zu einem Modul zusammengefasst sind. Ferner können sich an dem Modul Kontakte für weitere Bauteile, wie beispielsweise äußere Leitungen, Leistungshalbleiter oder Kühlkörper befinden. Zur Verbesserung der Isolationsfestigkeit zwischen den Innenelektroden und den weiteren Bauteilen können Innenelektroden beinhaltende Volumenbereiche und Volumenbereiche, die an die Kontakte für die weiteren Bauteile angrenzen, die ersten Bereiche umfassen und Volumenbereiche, die keine Innenelektroden beinhalten, und Volumenbereiche, die nicht an die Kontakte für weitere Bauteile angrenzen, die zweiten Bereiche umfassen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und dazugehörigen Figuren näher beschrieben.
    • 1 zeigt im schematischen Querschnitt eine Ausführungsform eines Vielschichtvaristors mit einer reduzierten mittleren Korngröße in den aktiven Zonen.
    • 2 zeigt im schematischen Querschnitt eine Ausführungform eines Vielschichtvaristor mit einer reduzierten mittleren Korngröße in den aktiven Zonen im Bereich um die Enden der Innenelektroden.
    • 3 zeigt im schematischen Querschnitt eine Ausführungsform eines Vielschichtvaristors mit seriell geschalteten Varistoren und einer reduzierten mittleren Korngröße in den aktiven Zonen im Bereich um die Enden der Innenelektroden.
    • 4 zeigt im schematischen Querschnitt eine Ausführungsform eines Vielschichtvaristors mit gegensätzlich kontaktierten, frontal einander gegenüberstehenden Enden der Innenelektroden und reduzierter mittlerer Korngröße in der aktiven Zone zwischen den gegensätzlich kontaktierten Innenelektroden.
    • 5 zeigt im schematischen Querschnitt eine Ausführungsform eines Vielschichtvaristors mit reduzierter mittlere Korngröße in den inaktiven Zonen.
    • 6 zeigt im schematischen Querschnitt und einer Draufsicht eine Ausführungsform eines Vielschichtvaristor-Moduls mit reduzierter mittlerer Korngröße in dem Innenelektroden beinhaltenden Volumenbereich.
    • 7 zeigt im schematischen Querschnitt eine Ausführungsform eines Vielschichtvaristors-Moduls mit Kontakten für weitere Bauteile und mit reduzierter mittlere Korngröße in den Innenelektroden beinhaltenden Volumenbereichen und den Volumenbereichen die an die außenliegenden Kontakte angrenzen.
  • Gleiche Elemente, ähnliche oder augenscheinlich gleiche Elemente in den Figuren sind mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse in den Figuren sind nicht maßstabsgetreu. Die schraffiert dargestellten Bereiche in den 1 bis 7 sind Bereiche mit relativ kleiner mittlerer Korngröße und nicht schraffierte Bereiche sind Bereiche mit demgegenüber relativ größerer mittlerer Korngröße.
  • 1 zeigt im schematischen Querschnitt eine Ausführungsform eines Vielschichtvaristors, der einen Keramikkörper umfasst, wobei aktiven Zonen 3 zwischen ersten und zweiten unterschiedlich kontaktierten Innenelektroden 1 und 2 erste Bereiche A und inaktive Zonen 4 zweite Bereiche B umfassen. Dabei weisen die ersten Bereiche A eine mittlere Korngröße von < 3 µm und die zweiten Bereiche B eine mittlere Korngröße von > 3 µm auf. Durch die reduzierte mittlerer Korngröße in den aktiven Zonen wird es möglich, bei gegebenen Volumina der aktiven Zonen höhere Einsatzspannungen zu erreichen. Des Weiteren wird es möglich, bei gegebener Einsatzspannung das Volumen der aktiven Zone zu reduzieren, wodurch eine weitere Miniaturisierung des Vielschichtvaristors erreicht wird. Außerdem wird es möglich bei gegebener Einsatzspannung und gegebenen aktiven Volumen die Anzahl an Innenelektroden im aktiven Volumen zu erhöhen, wodurch auftretende elektrische Ströme besser abgeleitet werden. Dadurch wird die Stromrobustheit des Vielschichtvaristors verbessert.
  • 2 zeigt im schematischen Querschnitt eine Ausführungsform eines Vielschichtvaristors, der einen Keramikkörper umfasst, wobei aktiven Zonen 3' um die Bereiche der Enden der unterschiedlich kontaktierten ersten und zweiten Innenelektroden 1 und 2 die ersten Bereiche A umfassen und die übrigen aktiven Zonen 3 und die inaktiven Zonen 4 die zweiten Bereiche B umfassen. Dabei weisen die ersten Bereiche A eine mittlere Korngröße von < 3 µm und die zweiten Bereiche (B) eine mittlere Korngröße von > 3 µm auf. Durch die reduzierte Korngröße in den aktiven Zonen 3' um die Bereiche der Enden der unterschiedlich kontaktierten ersten und zweiten Innenelektroden 1 und 2 wird die Stromdichte entlang dieser homogenisiert und eine lokale Erwärmung selbiger verhindert. Da dadurch eine geringere machanische Belastung auf den Keramikkörper ausgeübt wird, wird die Stabilität das Vielschichtvaristors verbessert.
  • 3 zeigt im schematischen Querschnitt eine Ausführungsform eines Vielschichtvaristors, der einen Keramikkörper umfasst, der zwei seriell geschaltete Varistoren enthält, wobei die aktiven Zonen 3' um die Bereiche der Enden der verbindenden Innenelektrode 12 die ersten Bereiche umfassen A umfassen und die übrigen aktiven Zonen 3 und die inaktiven Zonen 4 die zweiten Bereiche B umfassen. Dabei weisen die ersten Bereiche A eine mittlere Korngröße von < 3 µm und die zweiten Bereiche B eine mittlere Korngröße von > 3 µm auf. Durch die reduzierte Korngröße in den aktiven Zonen 3' um die Bereiche der Enden der verbindenden Innenelektrode 12 wird die Stromdichte in diesen Zonen verringert und eine lokale Erwärmung der Innenelektroden verhindert. Da dadurch eine geringere machanische Belastung auf den Keramikkörper ausgeübt wird, wird die Stabilität das Vielschichtvaristors verbessert.
  • 4 zeigt im schematischen Querschnitt eine Ausführungsform eines Vielschichtvaristors, der einen Keramikkörper umfasst, bei dem sich die unterschiedlich kontaktierten ersten und zweiten Innenelektroden 1 und 2 in einer Schichtebene frontal gegenüberstehen, wobei die aktive Zone 3 zwischen den unterschiedlich kontaktierten ersten und zweiten Innenelektroden 1 und 2 die ersten Bereiche A umfasst und die inaktiven Zonen 4 die zweiten Bereiche B umfassen. Dabei weisen die ersten Bereiche A eine mittlere Korngröße von < 3 µm und die zweiten Bereiche B eine mittlere Korngröße von > 3 µm auf. Durch die reduzierte Korngröße in der aktiven Zone 3 wird die Einsatzspannung des Vielschichtvaristors erhöht und Stromdichte an den Enden der unterschiedlich kontaktierten ersten und zweiten Innenelektroden 1 und 2 optimiert, wodurch die Stabilität und die Varistoreigenschaften des Vielschichtvaristors verbessert werden.
  • 5 zeigt im schematischen Querschnitt eine Ausführungsform eines Vielschichtvaristors, der einen Keramikkörper umfasst, wobei die aktiven Zonen 3 zwischen den unterschiedlich konaktierten ersten und zweiten Innenelektroden 1 und 2 die zweiten Bereiche B und die inaktiven Zonen 4 die ersten Bereiche A umfassen. Dabei weisen die ersten Bereiche A eine mittlere Korngröße von < 3 µm und die zweiten Bereiche (B) eine mittlere Korngröße von > 3 µm auf. Durch die reduzierte mittlere Korngröße in den inaktiven Zonen 4 wird die elektrische Isolationsfestigkeit dieser Zonen erhöht.
  • 6 zeigt in einer Draufsicht A und einem schematischen Querschnitt B eine Ausführungsform eines Vielschichtvaristor-Moduls, das einen Keramikkörper umfasst, in dem ein erster und zweiter erfindungsgemäßer Varistor zusammengefasst und in einem bestimmten Abstand d zueinander angeordnet sind. Dabei umfasst der erste erfindungsgemäße Varistor die unterschiedlich kontaktierten ersten und zweiten Innenelektroden 1 und 2 und der zweite erfindungsgemäße Varistor die unterschiedlich kontaktierten dritten und vierten Innenelektroden 6 und 7. Ein Innenelektroden beinhaltender Volumenbereich 5, der die Innenelektroden 1, 2, 6 und 7 enthält, umfasst die ersten Bereiche A, und die Volumenbereiche 8, die keine Innenelektroden beinhalten, umfassen die zweiten Bereiche B. Dabei weisen die ersten Bereiche A eine mittlere Korngröße von < 3 µm und die zweiten Bereiche B eine mittlere Korngröße von > 3 µm auf. Durch die reduzierte mittlere Korngröße, insbesondere in den Bereichen des Abstands d zwischen Innenelektroden des ersten und zweiten Varistors, wird die Isolationsfestigkeit in diesen Bereichen erhöht. Dadurch wird eine gegenseitige negative Beeinflussung des ersten und des zweiten Varistors durch unerwünschte Spannungsdurchbrüche über den Abstand d verhindert.
  • 7 zeigt in einem schematischen Querschnitt A eine Ausführungsform eines Vielschichtvaristor-Moduls, das einen Keramikkörper umfasst, in dem der erste und der zweite erfindungsgemäße Varistor zusammengefasst und in einem bestimmten Abstand d zueinander angeordnet sind. Außerdem umfasst der Keramikkörper des Vielschichtvaristor-Moduls innenliegende Kontakte 10 und außenliegende Kontakte 11 und 12 über die weitere Bauteile (nicht abgebildet) auf dem Modul angebracht werden können. Ferner weisen der Innenelektroden beinhaltende Volumenbereich 5 und die Volumenbereiche 9 die an die außenliegenden Kontakte 11 und 12 angrenzen, die ersten Bereiche A mit einer mittleren Korngröße < 3 µm auf. Die Volumenbereiche 13 die keine Innenelektroden beinhalten und nicht an die Kontakte 11 und 12 angrenzen weisen die zweiten Bereiche B mit einer mittleren Korngröße von > 3 µm auf. Durch die gegenüber den Volumenbereichen 13 reduzierte mittlere Korngröße in den Volumenbereichen 5 und 9 wird einerseits die Isolationsfestigkeit im Abstand d zwischen, z. B. der zweiten Innenelektrode 2 des ersten Varistors und der vierten Innenelektrode 7 des zweiten Varistores erhöht aber auch die Isolationfestigkeit zwischen der zweiten Innenelektrode 2 des ersten Varistors und der vierten Innenelektrode 7 des zweiten Varistors und den äußeren Kontakten 11 und 12 verbessert. Dadurch wird eine nagative Interaktion zwischen den Varistoren und beispielsweise einem Leistungshalbleiter, wie einer LED verhindert.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    erste Innenelektrode
    2
    zweite Innenelektrode
    1'
    Außenkontakt, vebunden mit den ersten Innenlektroden
    2'
    Außenkontakt, verbunden mit den zweiten Innenelektroden
    3
    aktive Zone
    4
    inaktive Zone
    5
    Innenelektroden beinhaltender Volumenbereich
    6
    dritte Innenelektrode
    7
    vierte Innenelektrode
    6'
    Außenkontakt, verbunden mit den dritten Innenelektroden
    7'
    Außenkontakt, verbunden mit den vierten Innenelektroden
    8
    Volumenbereich der keine Innenelektroden beinhaltet
    9
    Volumenbereich der keine Innenelektroden beinhaltet und an Kontakte für weitere Bauteile angrenzt
    10
    Innenliegender Kontakt
    11
    Außenliegender Kontakt an der Oberfläche des Moduls
    12
    verbindende Innenelektrode
    13
    Außenliegender Kontakt an der Unterseite des Moduls
    A
    erster Bereich
    B
    zweiter Bereich
  • 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 19915661 B4 [0006]

Claims (11)

  1. Vielschichtvaristor, umfassend einen Keramikkörper aus einem Varistormaterial - wobei der Keramikkörper mehrere Innenelektroden sowie erste Bereiche (A) und zweite Bereiche (B) umfasst, - wobei das Varistormaterial in den ersten Bereichen (A) eine erste mittlere Körngröße DA aufweist - wobei das Varistomaterial in den zweiten Bereichen (B) eine zweite mittlere Körngröße DB aufweist - wobei DA < DB.
  2. Vielschichtvaristor nach Anspruch 1, wobei die ersten Bereiche (A) eine mittlere Korngröße DA < 3 µm und die zweiten Bereiche (B) eine mittlere Korngröße DB > 3 µm aufweisen.
  3. Vielschichtvaristor nach Anspruch 1, wobei die ersten Bereiche (A) eine mittlere Korngröße DA < 0,9 µm und die zweiten Bereiche (B) eine mittlere Korngröße DB > 0,9 µm aufweisen.
  4. Vielschichtvaristor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Bereich jeweils zumindest eine Teilschicht oder einen Flächenbereich einer Teilschicht des Keramikkörpers umfasst.
  5. Vielschichtvaristor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die ersten Bereiche (A) in aktiven Zonen (3) des Varistors und die zweiten Bereiche (B) in inaktiven Zonen (4) des Varistors angeordnet sind.
  6. Vielschichtvaristor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei aktive Zonen (3') in den Bereichen um die Enden unterschiedlich kontaktierter erster und zweiter Innenelektroden (1,2) ausgebildet sind und die ersten Bereiche umfassen, wobei in den weiteren aktiven Zonen (3) und inaktiven Zonen (4) die zweiten Bereiche ausgebildet sind.
  7. Vielschichtvaristor nach Anspruch 6, wobei mehrere Varistoren in einem Keramikkörper miteinander seriell verschaltet sind.
  8. Vielschichtvaristor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei sich die Enden der unterschiedlich kontaktierten ersten und zweiten Innenelektroden (1,2) des Vielschichtvaristors jeweils frontal gegenüberstehen, und in der aktive Zone (3) zwischen den unterschiedlich kontaktierten ersten und zweiten Innenelektroden (1,2) die ersten Bereiche (A) und in den inaktiven Zonen (4) die zweiten Bereiche (B) ausgebildet sind.
  9. Vielschichtvaristor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die inaktiven Zonen (4) des Keramikörpers die ersten Bereiche (A) und die aktiven Zonen (3) die zweiten Bereiche (B) umfassen.
  10. Modul, umfassend mehrere zusammengefasste Vielschichtvaristoren nach Anspruch 1 bis 9, wobei ein Innenelektroden beinhaltender Volumenbereich (5), die ersten Bereiche (A) umfasst und Volumenbereiche (8), die keine Innenelektroden beinhalten, die zweiten Bereiche (B) umfassen.
  11. Modul, umfassend mehrere zusammengefasste Vielschichtvaristoren nach Anspruch 1 bis 9, wobei der Keramikkörper innenliegende Kontakte (10) und außenliegende Kontakte (11) und (12) aufweist, die zum Anschluss weiterer Bauteile vorgesehen sind, wobei der Innenelektroden beinhaltende Volumenbereich (5) und die Volumenbereiche (9), die an die außenliegenden Kontakte (10,11) angrenzen, die ersten Bereiche (A) umfassen und Volumenbereiche (13), die keine Innenelektroden beinhalten und nicht an die außenliegenden Kontakte (11,12) angrenzen, die zweiten Bereiche (B) umfassen.
DE102018116221.9A 2018-07-04 2018-07-04 Vielschichtvaristor mit feldoptimiertem Mikrogefüge und Modul aufweisend den Vielschichtvaristor Active DE102018116221B4 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018116221.9A DE102018116221B4 (de) 2018-07-04 2018-07-04 Vielschichtvaristor mit feldoptimiertem Mikrogefüge und Modul aufweisend den Vielschichtvaristor
JP2020569055A JP2021526737A (ja) 2018-07-04 2019-07-02 フィールド最適化された微細構造を備える多層バリスタ
CN201980044926.1A CN112384999B (zh) 2018-07-04 2019-07-02 具有场优化的微观结构的多层压敏电阻
PCT/EP2019/067746 WO2020007864A1 (de) 2018-07-04 2019-07-02 Vielschichtvaristor mit feldoptimiertem mikrogefüge
US17/254,707 US11195643B2 (en) 2018-07-04 2019-07-02 Multilayer varistor having a field-optimized microstructure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018116221.9A DE102018116221B4 (de) 2018-07-04 2018-07-04 Vielschichtvaristor mit feldoptimiertem Mikrogefüge und Modul aufweisend den Vielschichtvaristor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102018116221A1 true DE102018116221A1 (de) 2020-01-09
DE102018116221B4 DE102018116221B4 (de) 2022-03-10

Family

ID=67145807

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018116221.9A Active DE102018116221B4 (de) 2018-07-04 2018-07-04 Vielschichtvaristor mit feldoptimiertem Mikrogefüge und Modul aufweisend den Vielschichtvaristor

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11195643B2 (de)
JP (1) JP2021526737A (de)
CN (1) CN112384999B (de)
DE (1) DE102018116221B4 (de)
WO (1) WO2020007864A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020122299B3 (de) 2020-08-26 2022-02-03 Tdk Electronics Ag Vielschichtvaristor und Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtvaristors

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114641837A (zh) * 2019-11-12 2022-06-17 松下知识产权经营株式会社 层叠可变电阻

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19915661B4 (de) 1998-04-07 2008-06-26 Murata Mfg. Co., Ltd., Nagaokakyo Monolithischer Varistor
DE102007020783A1 (de) * 2007-05-03 2008-11-06 Epcos Ag Elektrisches Vielschichtbauelement
DE102014107040A1 (de) * 2014-05-19 2015-11-19 Epcos Ag Elektronisches Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102017105673A1 (de) * 2017-03-16 2018-09-20 Epcos Ag Varistor-Bauelement mit erhöhtem Stoßstromaufnahmevermögen

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5973588A (en) * 1990-06-26 1999-10-26 Ecco Limited Multilayer varistor with pin receiving apertures
TW394961B (en) * 1997-03-20 2000-06-21 Ceratech Corp Low capacitance chip varistor and fabrication method thereof
JPH11204309A (ja) * 1998-01-09 1999-07-30 Tdk Corp 積層型バリスタ
JP3945010B2 (ja) * 1998-04-21 2007-07-18 株式会社村田製作所 積層型バリスタおよびその製造方法
DE10313891A1 (de) * 2003-03-27 2004-10-14 Epcos Ag Elektrisches Vielschichtbauelement
JP4262141B2 (ja) * 2004-06-10 2009-05-13 Ｔｄｋ株式会社 積層型チップバリスタ及びその製造方法
US7167352B2 (en) 2004-06-10 2007-01-23 Tdk Corporation Multilayer chip varistor
CN101239819B (zh) * 2007-09-14 2012-05-16 深圳顺络电子股份有限公司 片式多层氧化锌压敏电阻陶瓷粉料制备方法
KR101483259B1 (ko) * 2012-08-28 2015-01-14 주식회사 아모센스 무수축 바리스타 기판 및 그 제조 방법
JP5782646B2 (ja) 2012-12-13 2015-09-24 Tdk株式会社 電圧非直線性抵抗体磁器組成物および電子部品

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19915661B4 (de) 1998-04-07 2008-06-26 Murata Mfg. Co., Ltd., Nagaokakyo Monolithischer Varistor
DE102007020783A1 (de) * 2007-05-03 2008-11-06 Epcos Ag Elektrisches Vielschichtbauelement
DE102014107040A1 (de) * 2014-05-19 2015-11-19 Epcos Ag Elektronisches Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102017105673A1 (de) * 2017-03-16 2018-09-20 Epcos Ag Varistor-Bauelement mit erhöhtem Stoßstromaufnahmevermögen

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020122299B3 (de) 2020-08-26 2022-02-03 Tdk Electronics Ag Vielschichtvaristor und Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtvaristors
WO2022042971A1 (de) 2020-08-26 2022-03-03 Tdk Electronics Ag Vielschichtvaristor und verfahren zur herstellung eines vielschichtvaristors
US11901100B2 (en) 2020-08-26 2024-02-13 Tdk Electronics Ag Multilayer varistor and method for manufacturing a multilayer varistor

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020007864A1 (de) 2020-01-09
DE102018116221B4 (de) 2022-03-10
US20210217545A1 (en) 2021-07-15
CN112384999B (zh) 2022-05-17
CN112384999A (zh) 2021-02-19
US11195643B2 (en) 2021-12-07
JP2021526737A (ja) 2021-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0103748B1 (de) Kombinierte Schaltung mit Varistor
EP2399265B1 (de) Elektrisches vielschichtbauelement
EP2143117A1 (de) Elektrisches vielschichtbauelement mit elektrisch nicht kontaktierter abschirmstruktur
EP2673787B1 (de) Elektrisches keramikbauelement mit elektrischer abschirmung
EP2614508A2 (de) Widerstandsbauelement und verfahren zur herstellung eines widerstandsbauelements
DE102018116221B4 (de) Vielschichtvaristor mit feldoptimiertem Mikrogefüge und Modul aufweisend den Vielschichtvaristor
EP1710849A2 (de) Piezoelektrischer Transformator
DE102020101535A1 (de) Hochspannungsvorrichtung
EP2612333B1 (de) Keramisches bauelement und verfahren zur herstellung eines keramischen bauelements
EP1818980A2 (de) Substrat für Hochspannungsmodule
DE10252609B4 (de) Abschluß für ein Halbleiterbauteil mit MOS-Gatesteuerung mit Schutzringen
DE102013102686A1 (de) Elektronisches Bauelement
EP1870938A1 (de) Halbleiterschutzstruktur für eine elektrostatische Entladung
DE19906841B4 (de) Funkenstreckenanordnung und Verfahren zur Herstellung einer vertikalen Funkenstrecke
DE112020006511T5 (de) Schottky-Barrierendiode
DE102016202393B4 (de) Mit elektrostatischen Entladungsschutz gebildete Transistoren und Herstellungsverfahren
DE102017130330B3 (de) Thyristor mit einem Halbleiterkörper
DE102006025955B4 (de) Piezoelektrischer Aktor mit Isolationsabsicherung
EP2191483B1 (de) Elektrisches vielschichtbauelement
DE10134751C1 (de) Elektrokeramisches Bauelement
DE102004029411B4 (de) Keramischer Mehrschichtkondensator
EP3387677B1 (de) Halbleitertransistor mit superlattice-strukturen
DE102016118748B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE102015116332B4 (de) Ableiter, Verfahren zur Herstellung des Ableiters und Verfahren zum Betrieb des Ableiters
DE112020005494T5 (de) Varistor

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: EPPING HERMANN FISCHER PATENTANWALTSGESELLSCHA, DE

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final