DE10224565A1

DE10224565A1 - Elektrisches Vielschichtbauelement und Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE10224565A1
Application number: DE2002124565
Authority: DE
Inventors: Thomas Feichtinger; Robert Krumphals
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2003-12-18
Also published as: EP1369880B1; DE50308479D1; EP1369880A3; EP1369880A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Vielschichtbauelement, bei dem in einem Grundkörper (1) gegenüberliegend angeordnete Vielschichtkondensatoren (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8) mit einer gemeinsamen, auf einer Stirnseite (71, 72) des Grundkörpers (1) herausgeführten Massenelektrode (9) verschaltet sind. Ferner enthält das Vielschichtbauelement (10) eine Widerstandsstruktur (101, 102).

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Vielschichtbauelement mit einem Grundkörper enthaltend einen Stapel aus übereinanderliegenden Dielektrikumsschichten mit dazwischenliegenden Elektrodenschichten.
Aus der Druckschrift DE 196 39 947 A1 ist ein Vielschichtbauelement der eingangs genannten Art bekannt, bei dem der Grundkörper zwei entlang einer Längsrichtung verlaufende, gegenüberliegende Seitenflächen und mindestens eine Stirnfläche aufweist. Es sind in Längsrichtung des Bauelements nebeneinander angeordnete Vielschichtkondensatoren gebildet. Die Vielschichtkondensatoren haben eine gemeinsame Gegenelektrode, die ihrerseits wieder aus einem Stapel von übereinanderliegenden Elektrodenschichten gebildet sein kann und welche auf der Stirnseite des Bauelements aus dem Bauelement herausgeführt ist. Ferner sind die Vielschichtkondensatoren jeweils mit einer Widerstandsstruktur verbunden, die auf der Oberseite des Bauelements angeordnet ist.
Das bekannte Bauelement hat den Nachteil, daß es eine relativ kleine Integrationsdichte aufweist, das heißt, daß nur sehr wenige Kondensatoren bezogen auf die von dem Grundkörper in Anspruch genommene Grundfläche in dem Bauelement integriert sind. Ferner hat das bekannte Bauelement den Nachteil, daß nur einfache Verschaltungen der Kondensatoren mit den Widerstandsstrukturen realisiert werden können.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisches Vielschichtbauelement anzugeben, das eine hohe Integrationsdichte aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektrisches Vielschichtbauelement nach Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Es wird ein elektrisches Vielschichtbauelement angegeben mit einem Grundkörper enthaltend einen Stapel aus übereinanderliegenden Dielektrikumsschichten. Zwischen Dielektrikumsschichten sind Elektrodenschichten angeordnet, welche elektrisch leitfähig sind. Der Grundkörper weist zwei entlang einer Längsrichtung verlaufende, gegenüberliegende Seitenflächen und mindestens eine Stirnfläche auf.
Ferner weist das Bauelement einen ersten Vielschichtkondensator auf, dessen erster Anschluß auf der ersten Seitenfläche liegt und dessen zweiter Anschluß auf einer Stirnfläche liegt. Ferner weist das Bauelement noch einen zweiten Vielschichtkondensator auf, dessen erster Anschluß auf der zweiten Seitenfläche angeordnet ist und dessen zweiter Anschluß auf einer Stirnfläche des Grundkörpers angeordnet ist.
Der zweite Anschluß ist vorzugsweise dem ersten Anschluß gegenüberliegend angeordnet.
Ferner ist in das Vielschichtbauelement zusätzlich eine Widerstandsstruktur integriert.
Die Widerstandsstruktur kann vorteilhafterweise zwei Kontakte von Vielschichtkondensatoren miteinander verbinden, wodurch eine Verschaltung der in dem Vielschichtbauelement enthaltenen Komponenten realisiert wird.
Die Widerstandsstruktur kann in einer Ausführungsform im Innern des Grundkörpers zwischen zwei Dielektrikumsschichten angeordnet sein.
In einer anderen Ausführungsform kann die Widerstandsstruktur auch auf einer Oberfläche des Bauelements angeordnet sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Widerstandsstruktur mittels Siebdrucken einer Siebdruckpaste hergestellt sein.
Die Widerstandsstruktur kann geeignete Materialien, wie beispielsweise RuO₂, Bi₂Ru₂O₇, C, Ti₂N oder LaB₆ enthalten. Diese Materialien ermöglichen die Einstellung sowohl großer als auch kleiner Widerstandswerte für die Widerstandsstruktur. Die Widerstandsstruktur kann ferner Ag, Pd, Pt, Cu, Ni oder eine Legierung aus Ag und Pd oder aus Ag und Pt enthalten bzw. aus einem oder mehreren der genannten Materialien bestehen. Diese Materialien sind insbesondere zur Einstellung sehr kleiner Widerstandswerte geeignet.
Es können mehrere Widerstandsstrukturen in dem Bauelement enthalten sein, die Widerstände realisieren die gleich groß sind oder aber auch die Widerstände realisieren, welche verschieden große Werte aufweisen.
Eine Widerstandsstruktur kann in einer vorteilhaften Ausführungsform gegenüberliegende Kontakte miteinander verbinden. Dadurch wird das Bauelement kompakt, da Überschneidungen verschiedener Widerstandsstrukturen so vermieden werden können.
Die Widerstandsstruktur kann geradlinig verlaufen oder auch mäanderförmig, je nachdem, welcher Widerstandswert eingestellt werden soll.
Besonders vorteilhaft ist darüber hinaus ein Vielschichtbauelement enthaltend mehrere Vielschichtkondensatoren, bei dem jeweils gegenüberliegende Vielschichtkondensatoren mit jeweils einer Widerstandsstruktur eine Anzahl Π-Filter bilden. Zudem kann das Vielschichtbauelement vorteilhaft Dielektrikumsschichten aus einer Varistorkeramik enthalten. Dadurch kann eine Anordnung von zwei Π-Filtern gebildet werden, welche zusätzlich einen Varistoreffekt aufweisen und welche alle zusammen in einem einzigen Bauelement integriert sind.
Es wird ferner eine Schaltungsanordnung mit dem Vielschichtbauelement angegeben, wobei ein Gerät, das wenigstens zwei Zuleitungen aufweist, mit dem Vielschichtbauelement verbunden ist. Diese Verbindung ist so gestaltet, daß jede Zuleitung an ein Π-Filter angeschlossen ist. Dadurch wird die Ableitung hochfrequenter Störungen in jeder Zuleitung zu einer Erde ermöglicht, welche an einer Stirnfläche des Vielschichtbauelements anschließbar ist.
Diese Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß mit einem einzigen Bauelement zwei Zuleitungen zu einem störungsempfindlichen Gerät entstört werden können. Die Störungen werden über die Π-Filter zur Erde abgeleitet. Für den Fall, daß das Vielschichtbauelement zusätzlich Varistorkeramik enthält, können sogar zwei Entstörungsmechanismen in das einzige Bauelement integriert werden. Der erste Entstörungsmechanismus betrifft die hochfrequenten Signale, die als Rauschen das Nutzsignal überlagern. Mittels des Varistoreffekts können zusätzlich noch elektrostatische Entladungen (bekannt auch unter engl. ESD = electrostatic discharge) gegen Erde abgeleitet werden, womit ein umfassender Schutz des störungsempfindlichen Geräts realisiert werden kann.
Das Vielschichtbauelement hat gegenüber den bekannten Vielschichtbauelementen ferner den Vorteil, daß es eine um den Faktor zwei höhere Integrationsdichte aufweist, da entlang einer Längsrichtung des Bauelements immer zwei einander gegenüberliegende Kondensatoren in das Bauelement integriert sind.
Das Vielschichtbauelement hat ferner den Vorteil, daß mit Hilfe der stirnflächenseitig aus dem Grundkörper herausgeführten Kontakte eine interne Verschaltung mehrerer Vielschichtkondensatoren realisiert werden kann. Dadurch reduziert sich der später auf der mit dem Vielschichtbauelement zu bestückenden Platine der Verschaltungs- und Verdrahtungsaufwand, was wiederum Platz auf der Platine einspart.
In einer Ausführungsform ist im Grundkörper ein erster Stapel von übereinanderliegenden Elektrodenschichten angeordnet, die an einem ersten Kontakt auf einer ersten Seitenfläche aus dem Grundkörper herausgeführt sind. Dieser erste Stapel bildet zusammen mit einem weiteren Stapel aus übereinanderliegenden Elektrodenschichten, die auf einer Stirnfläche aus dem Grundkörper herausgeführt sind, einen ersten Vielschichtkondensator.
Es ist ferner im Grundkörper ein zweiter Stapel von übereinanderliegenden Elektrodenschichten angeordnet, die an einem zweiten Kontakt aus dem Grundkörper herausgeführt sind. Der zweite Kontakt auf der zweiten Seitenfläche des Grundkörpers angeordnet. Der zweite Stapel bildet zusammen mit einem Stapel von Elektrodenschichten, die auf einer Stirnfläche aus dem Grundkörper herausgeführt sind, einen zweiten Vielschichtkondensator.
Zur weiteren Erhöhung der Integrationsdichte ist es vorteilhaft, wenn weitere Vielschichtkondensatoren gebildet sind. Diese weiteren Vielschichtkondensator können vorteilhafterweise entlang der gegenüberliegenden Seitenflächen angeordnet sein, wobei die Kontakte jeweils auf gegenüberliegenden Seitenflächen liegen. Die zweiten Kontakte der weiteren Vielschichtkondensatoren können auf einer Stirnfläche des Grundkörpers liegen. Vorteilhafterweise sind die weiteren Vielschichtkondensatoren gebildet aus weiteren Stapeln von übereinanderliegenden Elektrodenschichten. Die weiteren Stapel sind dabei neben dem ersten beziehungsweise neben dem zweiten Stapel von Elektrodenschichten angeordnet und die Elektrodenschichten dieser Stapel sind wiederum auf gegenüberliegenden Seitenflächen des Grundkörpers aus diesem herausgeführt.
Desweiteren ist es vorteilhaft, wenn der zweite Kontakt eines Vielschichtkondensators von beiden Stirnflächen her kontaktiert werden kann. Dadurch können besondere Schaltungsvarianten realisiert werden, wobei ein Vielschichtkondensator von beiden Seiten her kontaktiert werden kann, beispielsweise zur Bildung einer gemeinsamen Erde mit weiteren Vielschichtkondensatoren.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist jeder im Vielschichtbauelement enthaltene Vielschichtkondensator gebildet mittels eines Stapels von Elektrodenschichten, die beiderseits auf zwei gegenüberliegenden Stirnseiten des Grundkörpers herausgeführt sind.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß ein Kondensatoranschluß, der allen Kondensatoren gemeinsam ist in Richtung des Grundkörpers durch das Vielschichtbauelement durchgeführt werden kann, was wiederum den Aufwand für die äußere Beschaltung des Vielschichtbauelements reduziert.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zwei Vielschichtkondensatoren Kontakte aufweisen, die auf gegenüberliegenden Stirnflächen liegen, wodurch beispielsweise eine Erdung nebeneinander liegender Kondensatoren mit einer Stirnfläche und gleichzeitig eine Erdung der auf der gegenüberliegenden Seite angeordneten Vielschichtkondensatoren mit der gegenüberliegenden Stirnfläche möglich wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Grundkörper zwei verschiedene Stapel von übereinanderliegenden Elektrodenschichten auf, die auf gegenüberliegenden Stirnseiten aus dem Grundkörper herausgeführt sind. Die beiden Stapel sind elektrisch gegeneinander isoliert. Mit Hilfe dieser Ausführungsform gelingt es, im Vielschichtbauelement integrierte Vielschichtkondensatoren zu Gruppen zusammenzufassen, die jeweils über einen gemeinsamen Kontakt intern miteinander verschaltet sind.
Beispielsweise können diejenigen Vielschichtkondensatoren einen gemeinsamen Kontakt aufweisen, welche entlang einer Seitenfläche nebeneinander angeordnet sind. Dann enthalten entlang einer Seitenfläche nebeneinander angeordnete Vielschichtkondensatoren einen Stapel von übereinanderliegenden Elektrodenschichten, die nur auf einer Stirnseite aus dem Grundkörper herausgeführt sind.
Ebenso können auch die entlang der gegenüberliegenden Seitenfläche nebeneinander angeordneten Vielschichtkondensatoren einen Stapel von übereinanderliegenden Elektrodenschichten enthalten, die nur auf der gegenüberliegenden Stirnfläche aus dem Grundkörper herausgeführt sind.
Die entlang jeweils einer Seitenfläche angeordneten Vielschichtkondensatoren können jeweils die gleiche Kapazität aufweisen. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung können die Vielschichtkondensatoren auch unterschiedliche Kapazitäten aufweisen. Falls einander gegenüberliegende Kondensatoren die gleiche Kapazität aufweisen, ist es möglich, ein symmetrisches Bauelement zu realisieren.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weisen die entlang der ersten Seitenfläche angeordneten Vielschichtkondensatoren eine größere Kapazität auf, als die entlang der zweiten Seitenfläche angeordneten Vielschichtkapazitäten. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung steigt die Kapazität von entlang einer Seitenfläche angeordneten Kondensatoren in Längsrichtung des Grundkörpers monoton an oder sie fällt monoton ab.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung enthalten die Dielektrikumsschichten ein Keramikmaterial mit Varistoreffekt. In Betracht kommen beispielsweise Keramikmaterialien, die ZnO-Bi oder ZnO-Pr enthalten. Solche Dielektrikumsschichten haben den Vorteil, daß sie neben dem Kondensator noch als weiteres Bauelement einen Varistor in das Vielschichtbauelement integrieren.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung können die Dielektrikumsschichten eine Kondensatorkeramik auf der Basis von Bariumtitanat enthalten. Als Dielektrikumsschicht kommt beispielsweise eine sogenannte "COG"-Keramik in Betracht. Ein solches Material wäre beispielsweise eine (Sm, Pa) NdCiO₃- Keramik. Es kommt aber auch eine "X7R"-Keramik in Betracht, beispielsweise dotiertes Bariumtitanat.
Der Grundkörper kann eine Grundfläche aufweisen, die kleiner als 2,5 mm² ist und dabei mindestens vier Vielschichtkondensatoren und mindestens zwei Widerstandsstrukturen enthalten.
Es ist auch möglich, den Grundkörper so auszubilden, daß seine Grundfläche eine Fläche von maximal 5,2 mm² mißt. Dann enthält das Vielschichtbauelement mindestens acht Vielschichtkondensatoren und mindestens vier Widerstandsstrukturen.
Es ist darüber hinaus auch möglich, die Grundfläche des Grundkörpers so auszubilden, daß sie kleiner als 8 mm² ist. Dann können mindestens acht, zehn oder sogar zwölf Vielschichtkondensatoren und mindestens vier Widerstandsstrukturen in das Bauelement integriert werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein beispielhaftes elektrisches Vielschichtbauelement in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie II-II des Bauelement aus Fig. 1.
Fig. 3 zeigt ein Ersatzschaltbild für das Bauelement aus Fig. 1.
Fig. 4 zeigt ein weiteres beispielhaftes elektrisches Vielschichtbauelement in einem schematischen Längsschnitt.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch das Bauelement aus Fig. 4 entlang der Linie V-V.
Fig. 6 zeigt ein weiteres beispielhaftes elektrisches Vielschichtbauelement in einem schematischen Längsschnitt.
Fig. 7 zeigt einen Querschnitt des Bauelements aus Fig. 6 entlang der Linie VII-VII.
Fig. 8 zeigt beispielhaft ein weiteres elektrisches Vielschichtbauelement in einem schematischen Längsschnitt.
Fig. 9 zeigt einen Querschnitt durch das Bauelement aus Fig. 8 entlang der Linie IX-IX.
Fig. 10 zeigt ein weiteres beispielhaftes elektrisches Vielschichtbauelement in einem schematischen Längsschnitt.
Fig. 11 zeigt einen Querschnitt durch das Bauelement aus Fig. 10 entlang der Linie XI-XI.
Fig. 12 zeigt ein weiteres elektrisches Vielschichtbauelement in einem schematischen Längsschnitt.
Fig. 13 zeigt ein weiteres beispielhaftes elektrisches Vielschichtbauelement in einem schematischen Längsschnitt.
Fig. 14 zeigt ein Ersatzschaltbild für ein elektrisches Vielschichtbauelement gemäß Fig. 13 für den Fall, daß für die Dielektrikumsschichten eine Varistorkeramik verwendet wird.
Fig. 15 zeigt beispielhaft einen Längsschnitt durch ein elektrisches Vielschichtbauelement in einer schematischen nicht maßstabsgetreuen Darstellung.
Fig. 16 zeigt ein Ersatzschaltbild zusammen mit der Zuordnung der Kontakte für das Bauelement nach Fig. 15.
Fig. 17 zeigt ein weiteres Bauelement in einer Ansicht entsprechend der Ansicht von Fig. 15.
Fig. 18 zeigt eine Schaltungsanordnung mit dem Bauelement.
Fig. 1 zeigt den Grundkörper 1 eines elektrischen Vielschichtbauelements. Das Bauelement ist dabei längs durchgeschnitten und es ist die Draufsicht auf Elektrodenschichten 4 zu sehen, die teils in einer Ebene liegen (markiert mit 51, 52, 53, 54) beziehungsweise teils in einer darunterliegenden, im wesentlichen parallelen Ebene angeordnet sind (markiert mit 50). Die Elektrodenschichten 4 können z. B. aus Ag, Pd, Pt oder auch aus einer Legierung aus Ag und Pt bzw. aus Ag und Pd bestehen bzw. solche Metalle enthalten. Sie können aber auch Cu oder Ni enthalten.
Es sind Stapel 50, 51, 52, 53, 54 von übereinanderliegenden Elektrodenschichten 4 in einer Draufsicht gezeigt. Die Elektrodenschichten 4 des Stapels 51 sind an der ersten Seitenfläche 61 am ersten Kontakt 81 aus dem Grundkörper 1 herausgeführt. Der Grundkörper 1 weist eine Grundfläche A auf. Die Elektrodenschichten 4 des Stapels 52 sind an einem Kontakt 82 auf der der Seitenfläche 61 gegenüberliegenden Seitenfläche 62 aus dem Grundkörper 1 herausgeführt. Dadurch sind einander gegenüberliegende Vielschichtkondensatoren C1, C2 realisiert. Die Gegenelektroden der Vielschichtkondensatoren C1, C2 werden dabei gebildet durch Elektrodenschichten 4, welche als Stapel 50 übereinanderliegen und welche zu beiden Seiten auf jeder Stirnseite 71, 72 aus dem Grundkörper 1 des Bauelements herausgeführt sind. Die Elektrodenschichten 4 des Stapels 50 sind dabei mit auf den Stirnflächen 71, 72 angeordneten Kontakten 80, 89 elektrisch kontaktiert. Es sind in Längsrichtung neben den Vielschichtkondensatoren C1 und C2 noch die Vielschichtkondensatoren C3 beziehungsweise C4 angeordnet. Die Vielschichtkondensatoren C3 und C4 sind ebenso wie die Vielschichtkondensatoren C1 und C2 gebildet aus Stapeln 53, 54 von übereinanderliegenden Elektrodenschichten 4, die jeweils auf gegenüberliegenden Seitenflächen 61, 62 aus dem Grundkörper 1 herausgeführt sind. Im einzelnen sind die Elektrodenschichten 4 des Stapels 53 mit dem Kontakt 83 auf der ersten Seitenfläche 61 des Grundkörpers 1 kontaktiert. Die Elektrodenschichten 4 des Stapels 54 sind mit dem Kontakt 84 auf der der ersten Seitenfläche 61 gegenüberliegenden Seitenfläche 62 verbunden. Indem die Elektrodenschichten 4 des Schichtstapels 50 eine gemeinsame Gegenelektrode für alle Vielschichtkondensatoren C1, C2, C3, C4 bilden, kann ein Bauelement realisiert werden, für das das in Fig. 3 gezeigte Ersatzschaltbild gilt. Die Vielschichtkondensatoren sind also bereits intern miteinander verschaltet.
Desweiteren ist eine Widerstandsstruktur 101 vorgesehen, die aus Siebdruckpaste gebildet im Innern des Grundkörpers 1 verläuft und die die Kontakte 81, 82 miteinander verbindet.
Die Seitenflächen 61, 62 verlaufen entlang einer Längsrichtung. Die Längsrichtung ist durch den Pfeil angegeben.
In Fig. 2 sind die Schichtstapel 50, 51, 52 in einem Querschnitt zu sehen. Die Elektrodenschichten 4 sind dabei zwischen Dielektrikumsschichten 3 angeordnet. Das erfindungsgemäße Vielschichtbauelement kann vorteilhafterweise hergestellt werden durch Übereinanderstapeln von keramischen Grünfolien und geeigneten Elektrodenschichten, anschließendem Verpressen und Sintern des Schichtstapels. Durch Gemeinsamsinterung wird sowohl eine hohe mechanische Stabilität als auch gute elektrische Eigenschaften realisiert. Die Außenkontakte 81, 82 können beispielsweise mittels Silbereinbrennpaste an den Außenflächen des Grundkörpers 1 realisiert werden. Indem die Kontakte 81, 82 kappenartig über die Seitenflächen 61, 62 greifen, kann ein SMD-fähiges Bauelement realisiert werden. Aus Fig. 2 geht auch hervor, daß die Elektrodenschichten 4 der Schichtstapel 51 und 52 innerhalb des Bauelements elektrisch voneinander isoliert sind. Daher werden zwei verschiedene Vielschichtkondensatoren durch die Schichtstapel 51, 52 gebildet.
Ferner ist aus Fig. 2 auch die Widerstandsstruktur 101 ersichtlich.
Fig. 4 zeigt ein elektrisches Vielschichtbauelement entsprechend Fig. 1, jedoch mit dem Unterschied, daß die als Gegenelektrode ausgeführten Elektrodenschichten in zwei verschiedenen Schichtstapeln 50, 59 angeordnet sind. Die Elektrodenschichten des Schichtstapels 50 sind dabei auf der ersten Stirnfläche mit einem Kontakt 80 aus dem Grundkörper herausgeführt. Die Elektrodenschichten des zweiten Schichtstapels 59 sind auf der gegenüberliegenden Stirnfläche mit Hilfe des Kontakts 89 aus dem Grundkörper herausgeführt. In Längsrichtung des Bauelements sind die Elektrodenschichten der Stapel 50 und 59 innerhalb des Bauelements elektrisch voneinander isoliert.
Indem die Vielschichtkondensatoren C1, C2, C3, C4 mit Hilfe von verschiedenen Stapeln 50, 59 aus Elektrodenschichten gebildet werden, kann eine von Fig. 3 verschiedene Verschaltung der Vielschichtkondensatoren C1, C2, C3, C4 realisiert werden, was je nach Anwendungsfall zweckmäßig ist.
Ferner ist aus Fig. 4 ersichtlich, daß die Widerstandsstruktur 101 innerhalb des Grundkörpers verlaufen kann (untere Position). Die Widerstandsstruktur 101 kann aber auch auf der Oberseite des Bauelements als Verbindung zwischen den beiden äußeren Kontakten angeordnet sein.
Fig. 5 zeigt den Querschnitt von Fig. 4 in analoger Weise zu Fig. 2. Es sind die Stapel 50, 51, 52 von übereinanderliegenden Elektrodenschichten dargestellt.
Fig. 6 zeigt ein Vielschichtbauelement entsprechend Fig. 1 mit dem Unterschied, daß die Elektrodenschichten der Schichtstapel 51, 53 in der Fläche größer ausgeführt sind, als die analogen Schichtstapel in Fig. 1. Demgegenüber sind die Elektrodenschichten der Schichtstapel 52 und 54 kleiner ausgeführt als die entsprechenden Elektrodenschichten in Fig. 1. Dadurch kann es erreicht werden, daß die Vielschichtkondensatoren C1 und C3 eine größere Kapazität aufweisen, als die Vielschichtkondensatoren C2 und C4, was je nach Anwendungsfall für das Vielschichtbauelement von Vorteil ist.
Fig. 7 zeigt den Querschnitt zu Fig. 6, wobei die Stapel 50, 51, 52 dargestellt sind.
Fig. 8 zeigt ein Vielschichtbauelement entsprechend Fig. 4 mit dem Unterschied, daß die mit dem gemeinsamen Schichtstapel 50 gebildeten Vielschichtkondensatoren C1, C3 nicht einander gegenüberliegend sondern entlang einer ersten Seitenfläche 61 nebeneinander angeordnet sind. Dementsprechend sind die mit dem Schichtstapel 59 gebildeten Vielschichtkondensatoren C2 und C4 entlang der zweiten Seitenfläche 62 nebeneinander angeordnet. Dies wird realisiert, indem entsprechend gestaltete Vielschichtelektroden einen Stapel 50 bilden, wobei die Elektrodenschichten an der ersten Stirnfläche 71 aus dem Grundkörper 1 herausgeführt sind. In analoger Weise sind Elektrodenschichten, die einen Stapel 59 von Elektrodenschichten bilden, auf der gegenüberliegenden Stirnfläche 72 aus dem Grundkörper 1 herausgeführt. Die Elektrodenschichten der Stapel 50 und 59 sind innerhalb des Vielschichtbauelements allseitig gegeneinander isoliert. Dies geht auch hervor aus Fig. 9, welche einen entsprechenden Querschnitt zeigt, und wo zu erkennen ist, daß die Elektrodenschichten der Stapel 50 und 59 voneinander isoliert sind, das heißt, daß die Elektrodenschichten in der Mitte des Bauelements unterbrochen sind.
Fig. 10 zeigt ein Vielschichtbauelement entsprechend Fig. 8, mit dem Unterschied, daß die Elektrodenschichten der Stapel 51 und 53 größer ausgeführt sind, als die entsprechenden Elektrodenschichten in Fig. 8. Weiterhin sind die Elektrodenschichten der Stapel 52 und 54 kleiner ausgeführt als die entsprechenden Elektrodenschichten in Fig. 8. Dadurch wird es erreicht, ein Vielschichtbauelement zu realisieren, bei dem die Kapazitäten der Vielschichtkondensatoren C1 und C3 größer sind als die Kapazitäten der Vielschichtkondensatoren C2 und C4.
Fig. 11 zeigt entsprechend Fig. 9 wieder den dazugehörigen Querschnitt.
Fig. 12 zeigt ein weiteres Vielschichtbauelement, das entsprechend Fig. 1 ausgeführt ist, jedoch mit dem Unterschied, daß nicht vier Vielschichtkondensatoren sondern acht Vielschichtkondensatoren C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 innerhalb des Bauelements angeordnet sind. Die Vielschichtkondensatoren C1 bis C8 sind mit entsprechenden Kontakten 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88 an den Außenflächen des Grundkörpers verbunden. Die Kondensatoren C1 bis C8 sind gebildet mit Hilfe eines Stapels 50 von übereinanderliegenden Elektrodenschichten, die allen Vielschichtkondensatoren C1 bis C8 gemeinsam sind. Die Elektrodenschichten des Stapels 50 sind auf beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Grundkörpers 1 mit Kontakten 80, 89 aus diesem herausgeführt.
Fig. 13 zeigt ein Vielschichtbauelement entsprechend Fig. 12 mit dem Unterschied, daß die Kapazität der Vielschichtkondensatoren C7, C5, C3, C1 in dieser Reihenfolge stetig abnimmt. Entsprechend nimmt die Kapazität der Vielschichtkondensatoren C8, C6, C4, C2 in Längsrichtung des Bauelements zu.
Fig. 14 zeigt ein Ersatzschaltbild für ein Vielschichtbauelement nach Fig. 12 für den Fall, daß für die Dielektrikumsschichten eine Varistorkeramik verwendet wird. Dann entsteht gemäß Fig. 14 ein Bauelement mit Varistoren V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, welche durch eine gemeinsame Mittelelektrode 9 miteinander verschaltet sind.
Fig. 15 zeigt eine Ansicht eines Bauelements entsprechend Fig. 1. Zusätzlich sind dargestellt zwei Widerstandsstrukturen 101, 102, die mäanderförmig zwischen den Kontakten 81, 82 beziehungsweise 83, 84 verlaufen. Unter Verwendung einer Varistorkeramik für die Dielektrikumsschichten des Bauelements aus Fig. 15 können die in Fig. 16 unter Bezugnahme auf die Außenkontakte 80, 81, 82, 83, 84, 89 im rechten Teil der Fig. 16 dargestellten Π-Filter realisiert werden. Dabei sind jeweils die Kontakte 83, 84 verbunden durch den Widerstand R2, die Kontakte 81, 82 sind verbunden durch den Widerstand R1. Die Widerstände R1, R2 sind gebildet durch die Widerstandsstrukturen 101, 102. Ferner sind die Kontakte 83, 84 beziehungsweise die Kontakte 81, 82 durch parallel geschaltete Vielschichtvaristoren V3, V4 beziehungsweise V1, V2 mit den jeweiligen an der Stirnseite angeordneten Kontakten 80, 89 verbunden. Die Vielschichtvaristoren V1, V2, V3, V4 bilden dabei einerseits eine Kapazität C1, C2, C3, C4, die aus den dielektrischen Eigenschaften der Varistorkeramik resultiert. Darüber hinaus ist parallel zu der jeweiligen Kapazität C1, C2, C3, C4 eine bidirektionale Z-Diode dargestellt, die den reinen Varistoreffekt repräsentiert.
Für die Kapazitäten aller hier beschriebenen Bauelemente kommen insbesondere Werte zwischen 3 und 300 pF in Betracht. Für die Widerstände in den hier beschriebenen Bauelementen kommen Werte zwischen 0,1 und 100 Ohm in Betracht.
Für das in Fig. 15 und Fig. 16 beschriebene Ausführungsbeispiel gelten folgende Werte:
C1 = C3 = 30 pF
C2 = C4 = 60 pF
R1 = R2 = 2 Ohm
Fig. 17 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 15 mit dem Unterschied, daß die Widerstandsstrukturen 101, 102 unterschiedliche Länge und somit einen unterschiedlichen Wert des elektrischen Widerstands aufweisen.
Es wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß die in den Fig. 1 bis 17 gezeigten Variationen für die Schichten der Schichtstapel 50, 59, die Variationen für die Schichtstapel 51 bis 58 sowie die Variationen bezüglich der Widerstandsstrukturen 101, 102 miteinander kombiniert werden können und die Erfindung nicht auf die einzelnen Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
Fig. 18 zeigt eine Schaltung mit dem Vielschichtbauelement 10, wobei ein Verstärker 14 verbunden ist mit einem störungsempfindlichen Gerät 11, welches beispielsweise ein Lautsprecher sein kann. Verstärker 14 und Gerät 11 sind verbunden über Zuleitungen 12, 13. In die Zuleitungen 12, 13 ist ein Bauelement 10 geschaltet, das dem Bauelement wie es in Fig. 15 beziehungsweise in Fig. 16 dargestellt ist, entspricht. Auch die Anschlüsse der Zuleitungen 12, 13 sind durch die Bezugnahmen auf die Kontakte 81, 82, 83, 84, 80, 89 in Fig. 16 definiert. Der Kontakt 80 ist mit der Erde verbunden. Sowohl hochfrequente Störungen, wie sie beispielsweise in Mobilfunkgeräten über die Trägerfrequenz von einigen 100 bis 1000 MHz auftreten, als auch elektrostatische Entladungen, welche kurzzeitige Pulse mit hohen Spannungen generieren, können durch das Bauelement 10 sicher vor dem Gerät 11 zur Erde abgeleitet werden, wobei die Nutzsignale, im Beispiel aus Fig. 18 Sprachsignale mit einigen kHz, ungehindert vom Verstärker 14 zum Gerät 11 durchlaufen können.
Durch Verwenden eines geeigneten Keramikmaterials für die Dielektrikumsschichten wird aus dem Vielschichtkondensator ein Vielschichtvaristor. Ebenso können durch Auswahl geeigneter Keramikmaterialien für die Dielektrikumsschichten noch weitere Vielschichtbauelemente realisiert werden, so daß die vorliegende Erfindung nicht beschränkt ist auf Vielschichtkondensatoren im strengen Sinne, sondern lediglich darauf, daß ein keramisches Vielschichtbauelement nach der Bauweise der Vielschichtkondensatoren, das heißt also durch kammartig ineinandergreifende flächenartige Elektrodenstrukturen gebildet ist. Bezugszeichenliste 1 Grundkörper
2 Stapel
3 Dielektrikumsschicht
4 Elektrodenschicht
50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59 Stapel
61, 62 Seitenfläche
71, 72 Stirnfläche
80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89 Kontakt
C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 Vielschichtkondensator
V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8 Vielschichtvaristor
A Grundfläche
9 Mittelelektrode
R1, R2 Widerstand
101, 102 Widerstandsstruktur
10 Bauelement
11 Gerät
12, 13 Zuleitung
14 Verstärker

Claims

1. Vielschichtbauelement

- mit einem Grundkörper (1) enthaltend einen Stapel (2) aus übereinanderliegenden Dielektrikumsschichten (3) mit dazwischenliegenden Elektrodenschichten (4),

- bei dem der Grundkörper (1) entlang einer Längsrichtung verlaufende, gegenüberliegende Seitenflächen (61, 62) und mindestens eine Stirnfläche (71, 72) aufweist,

- mit einem ersten Vielschichtkondensator (C1), dessen erster Kontakt (81) auf der ersten Seitenfläche (61) angeordnet ist und dessen zweiter Kontakt (80) auf einer Stirnfläche (71) angeordnet ist,

- mit einem zweiten Vielschichtkondensator (C2), dessen erster Kontakt (82) auf der zweiten Seitenfläche (62) angeordnet ist und dessen zweiter Kontakt (80) auf einer Stirnfläche (71) angeordnet ist

- und in das zusätzlich eine Widerstandsstruktur (101, 102) integriert ist.

2. Vielschichtbauelement nach Anspruch 1, bei dem weitere Vielschichtkondensatoren (C3, C4) entlang der Seitenflächen (61, 62) angeordnet sind, deren erste Kontakte (83, 84) auf gegenüberliegenden Seitenflächen (61, 62) liegen und deren zweite Kontakte (80, 89) auf einer Stirnfläche (71, 72) liegen.

3. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem der zweite Kontakt eines Vielschichtkondensators (C1, C2, C3, C4) von beiden Stirnflächen (71, 72) her kontaktiert werden kann.

4. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem zwei Vielschichtkondensatoren (C1, C2) zweite Kontakte (81, 89) aufweisen, die auf gegenüberliegenden Stirnflächen (71, 72) angeordnet sind.

5. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

- bei dem die Widerstandsstruktur (101, 102) Kontakte (81, 82) von Vielschichtkondensatoren (C1, C2) miteinander verbindet.

6. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Widerstandsstruktur (101, 102) im Innern des Grundkörpers (1) zwischen zwei Dielektrikumsschichten (3) angeordnet ist.

7. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Widerstandsstruktur (101, 102) auf der Oberfläche des Grundkörpers (1) angeordnet ist.

8. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Widerstandsstruktur (101, 102) hergestellt ist mittels einer Siebdruckpaste.

9. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Widerstandsstruktur (101, 102) RuO₂, Bi₂Ru₂O₇, C, Ti₂N oder LaB₆ enthält.

10. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das mehrere Widerstandsstrukturen (101, 102) enthält, die gleich große oder verschieden große Widerstände (R1, R2) bilden.

11. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem eine Widerstandsstruktur (101, 102) gegenüberliegende Kontakte (81, 82) verbindet.

12. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Widerstandsstruktur (101, 102) geradlinig verläuft.

13. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Widerstandsstruktur (101, 102) mäanderförmig verläuft.

14. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 13, bei dem die entlang jeweils einer Seitenfläche (61, 62) angeordneten Vielschichtkondensatoren (C1, C3; C2, C4) die gleiche Kapazität aufweisen.

15. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 14, bei dem die entlang der ersten Seitenfläche (61) angeordneten Kondensatoren (C1, C3) eine größere Kapazität aufweisen, als die entlang der zweiten Seitenfläche (62) angeordneten Kondensatoren (C2, C4).

16. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 15, bei dem die Kapazität von entlang einer Seitenfläche (61) angeordneten Vielschichtkondensatoren (C1, C3, C5, C7) in Längsrichtung des Grundkörpers (1) monoton steigt oder fällt.

17. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem die Dielektrikumsschichten (3) ein Keramikmaterial mit Varistoreffekt enthalten.

18. Vielschichtbauelement nach Anspruch 17, bei dem die Dielektrikumsschichten 3 ZnO-Bi oder ZnO-Pr enthalten.

19. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem die Dielektrikumsschichten (3) eine Kondensatorkeramik auf der Basis von Bariumtitanat enthalten.

20. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem der Grundkörper (1) eine Grundfläche (A) aufweist, die kleiner ist als 2,5 mm² und der mindestens vier Vielschichtkondensatoren und mindestens zwei Widerstandsstrukturen (101, 102) enthält.

21. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem der Grundkörper (1) eine Grundfläche (A) aufweist, die kleiner als 5,2 mm² ist und der mindestens acht Vielschichtkondensatoren und mindestens vier Widerstandsstrukturen (101, 102) enthält.

22. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem der Grundkörper (1) eine Grundfläche (A) aufweist, die kleiner als 8 mm² ist und der mindestens acht, zehn oder zwölf Vielschichtkondensatoren und mindestens vier Widerstandsstrukturen (101, 102) enthält.

23. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 22, bei dem die Elektrodenschichten (4) Ag, Pd, Pt, Cu, Ni oder eine Legierung aus Ag und Pd oder aus Ag und Pt enthalten.

24. Vielschichtbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 23, bei dem zwei Paare von jeweils gegenüberliegenden Vielschichtkondensatoren (C1, C2; C3, C4) mit jeweils einer Widerstandsstruktur (101, 102) zwei Π-Filter bilden und bei dem die Dielektrikumsschichten (3) eine Varistorkeramik enthalten.

25. Schaltungsanordnung, enthaltend ein Vielschichtbauelement nach Anspruch 24, mit einem Gerät (11), das wenigstens zwei Zuleitungen (12, 13) aufweist, die so mit einem Vielschichtbauelement nach Anspruch 24 verbunden sind, daß jede Zuleitung (12, 13) an ein Π-Filter angeschlossen ist zur Ableitung hochfrequenter Störungen zu einer an einer Stirnfläche (71, 72) des Vielschichtbauelements (10) anschließbaren Erde.