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Verweis auf verwandte Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 25. April 2019 eingereichten provisorischen US-Patentanmeldung Nr.
62/838,410 , die hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Seit einiger Zeit wird das Design verschiedener elektrischer Komponenten von einem allgemeinen Trend in der Industrie hin zu einer Miniaturisierung sowie einer erhöhten Funktionalität angetrieben. Was dies betrifft, so besteht ein Bedarf an noch kleineren elektronischen Komponenten mit verbesserten Betriebseigenschaften. Manche Anwendungen würden von dem Äquivalent mehrerer Komponenten profitieren, sind aber hinsichtlich der Größe des Raumes, den solche elektronischen Komponenten, beispielsweise eine Leiterplatte, einnehmen könnten, sehr beschränkt.
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Mehrschichtige keramische Vorrichtungen, wie etwa mehrschichtige keramische Kondensatoren oder Varistoren, werden manchmal mit einer Mehrzahl von Schichten aus dielektrischen Elektroden, die in einem Stapel angeordnet sind, konstruiert. Bei der Herstellung können die Schichten zu einer monolithischen gestapelten Struktur gepresst und gebildet werden.
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Es wäre daher von Vorteil, wenn Vorrichtungen und ein entsprechendes Verfahren bereitgestellt werden könnten, die zu einer verbesserten Miniaturisierung sowie einer erhöhten Funktionalität und/oder verbesserten Betriebseigenschaften führen.
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ABRISS
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine integrierte Komponente, die eine Kondensator- und Varistorfunktionalität aufweist, einen mehrschichtigen Kondensator aufweisen, der einen ersten aktiven Abschluss, einen zweiten aktiven Abschluss, mindestens einen Masseabschluss und ein Paar Kondensatoren, die in Reihe zwischen den ersten aktiven Abschluss und den zweiten aktiven Abschluss geschaltet sind, aufweist. Die integrierte Komponente kann einen abgegrenzten bzw. eigenständigen Varistor aufweisen, der einen ersten, mit dem ersten aktiven Abschluss verbundenen externen Varistorabschluss und einen zweiten, mit dem zweiten aktiven Abschluss verbundenen externen Varistorabschluss des mehrschichtigen Kondensators aufweist.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Ausbilden einer integrierten Komponente mit Kondensator- und Varistorfunktionalität einschließen: Bereitstellen eines mehrschichtigen Kondensatorkörpers, der Elektroden aufweist, die ein Paar Kondensatoren bilden; Ausbilden eines ersten aktiven Abschlusses, eines zweiten aktiven Abschlusses und mindestens eines Masseabschlusses, der außerhalb des mehrschichtigen Kondensatorkörpers liegt, so dass das Paar Kondensatoren in Reihe zwischen den ersten aktiven Abschluss und den zweiten aktiven Abschluss geschaltet ist; und Stapeln eines mehrschichtigen Kondensatorkörpers mit dem eigenständigen Varistor, so dass ein Varistorabschluss des eigenständigen Varistors mit dem ersten aktiven Abschluss verbunden ist und ein zweiter Varistorabschluss mit dem zweiten aktiven Abschluss verbunden ist.
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Andere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nachstehend ausführlich erörtert.
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Figurenliste
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Die Beschreibung gibt eine volle und verständliche Offenbarung des vorliegend offenbarten Gegenstands, einschließlich der besten Ausführungsform davon, die sich an einen Durchschnittsfachmann wendet und in der auf die beigefügten Figuren Bezug genommen wird, in denen:
- 1A eine perspektive Außenansicht eines Ausführungsbeispiels einer mehrschichtigen Vorrichtung mit mehreren Anschlüssen gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand zur Verwendung etwa für eine SMD-Konfiguration ist.
- 1B eine erste Elektrodenschicht der Vorrichtung von 1A darstellt;
- 1C eine zweite Elektrodenschicht der Vorrichtung von 1A darstellt;
- 1D eine Stapelung von einander abwechselnden ersten und zweiten Elektrodenschichten der Vorrichtung von 1A darstellt;
- 1E die Vorrichtung von 1A darstellt, die ferner Leitungen aufweist, die mit jeweiligen externen Anschlüssen der Vorrichtung gekoppelt sind;
- 1F eine schematische Ansicht der Vorrichtung von 1A ist;
- die 2A und 2B alternative erste und zweite Elektrodenschichten für die Vorrichtung von 1A darstellen, in denen die zweite Elektrodenschicht T-Elektroden aufweist;
- 2C eine Stapelung von alternativen ersten und zweiten Elektrodenschichten wie in den 2A und 2B gezeigt darstellt;
- 3A eine integrierte Komponente darstellt, die einen mehrschichtigen Kondensator und einen eigenständigen Varistor in einer gestapelten Konfiguration gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand aufweist;
- 3B eine schematische Ansicht der Vorrichtung von 3A ist;
- 3C eine perspektivische Außenansicht einer anderen Ausführungsform einer integrierten Komponente gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand ist.
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Durch eine wiederholte Verwendung von Bezugszeichen in der gesamten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen sollen gleiche oder analoge Merkmale, Elemente oder Schritte davon wiedergegeben werden.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES GEGENSTANDS
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Nun wird ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von der ein oder mehrere Beispiele nachstehend angeführt werden. Jedes Beispiel wird zur Erläuterung der Erfindung, aber nicht zur Beschränkung der Erfindung bereitgestellt. In der Tat wird es für einen Fachmann naheliegen, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Bereich oder Gedanken der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben werden, an einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch andere Ausführungsform zu ergeben. Somit soll die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Variationen abdecken, die im Bereich der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente liegen.
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Allgemein gesprochen ist die vorliegende Erfindung auf eine integrierte Vorrichtung gerichtet, die einen mehrschichtigen Kondensator und einen eigenständigen Varistor aufweist. Ohne sich durch eine Theorie einschränken zu wollen, ist ein Kondensator eine elektrische Komponente, die elektrische Energie in einem elektrischen Feld speichert. Ohne sich durch eine Theorie einschränken zu wollen, ist ein Varistor eine elektrische Komponente, die einen elektrischen Widerstand aufweist, der mit der angelegten Spannung variieren kann, was sie zu einem spannungsabhängigen Widerstand macht.
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In Kombination können der Kondensator und der Varistor eine Filterung und einen EMI- und/oder EMI/ESD-Schaltkreisschutz in einem einzigen Gehäuse bereitstellen, was besonders von Nutzen sein kann, wenn der Platz beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung kann besonders gut für Automobilanwendungen, wie etwa Motorstart-/stoppanwendungen geeignet sein.
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Der mehrschichtige Kondensator der integrierten Komponente kann eine Konstruktion nach Art einer geteilte Durchführung aufweisen und kann einen ersten aktiven Abschluss, einen zweiten aktiven Abschluss und ein Paar Kondensatoren, die in Reihe zwischen den ersten aktiven Abschluss und den zweiten aktiven Abschluss geschaltet sind, aufweisen. Die Kondensatoren können von internen Elektroden gebildet werden, die durch dielektrische Schichten getrennt sind.
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Der eigenständige Varistor kann einen ersten, mit dem ersten aktiven Abschluss verbundenen externen Varistorabschluss und einen zweiten, mit dem zweiten aktiven Abschluss des mehrschichtigen Kondensators verbundenen externen Varistorabschluss aufweisen. Zum Beispiel kann der eigenständige Varistor kann der mehrschichtige Kondensator gestapelt sein, um eine einzige monolithische integrierte Komponente zu bilden. In manchen Ausführungsformen können Leitungen mit den externen Anschlüssen verbunden sein und/oder die integrierte Komponente kann überspritzt sein. Somit kann eine übergespritzte Schicht den eigenständigen Varistor und den mehrschichtigen Kondensator einkapseln.
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Der mehrschichtige Kondensator kann mindestens einen Masseabschluss aufweisen, der außerhalb des keramischen Körpers liegt. Eine erste Mehrzahl von Elektrodenschichten kann innerhalb des Körpers angeordnet und mit dem ersten aktiven Abschluss verbunden sein. Eine zweite Mehrzahl von Elektrodenschichten kann innerhalb des Körpers angeordnet und mit dem zweiten aktiven Abschluss verbunden sein. Eine dritte Mehrzahl von Elektrodenschichten kann mit dem (mindestens einen) Masseabschluss verbunden und kapazitiv mit jeder von der ersten Mehrzahl von Elektrodenschichten und der zweiten Mehrzahl von Elektrodenschichten gekoppelt sein, um die Konstruktion nach Art einer geteilten Durchführung zu bilden. Der erste Kondensator kann in einem ersten Überlappungsbereich zwischen der ersten und der dritten Mehrzahl von Elektrodenschichten ausgebildet sein. Der zweite Kondensator kann in einem zweiten Überlappungsbereich zwischen der zweiten und der dritten Mehrzahl von Elektrodenschichten ausgebildet sein.
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In einer Ausführungsform kann der erste Kondensator eine erste Kapazität aufweisen und der zweite Kondensator kann eine zweite Kapazität aufweisen. In manchen Ausführungsformen können der erste und der zweite Überlappungsbereich ungefähr gleich sein, so dass die zweite Kapazität der ersten Kapazität ungefähr gleich sein kann. In anderen Ausführungsformen können der erste und der zweite Überlappungsbereich jedoch verschieden sein, so dass die erste Kapazität größer oder kleiner sein kann als die zweite Kapazität.
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Zum Beispiel kann mindestens eine von der ersten Kapazität von der zweiten Kapazität in einem Bereich von etwa 10 nF bis etwa 3 µE, in manchen Ausführungsformen von etwa 200 nF bis etwa 2 µE, in manchen Ausführungsformen von etwa 400 nF bis etwa 1,5 µE liegen. Die zweite Kapazität kann in einem Bereich von etwa 5 % bis etwa 500 % der ersten Kapazität, in manchen Ausführungsformen von etwa 10 % bis etwa 300 %, in manchen Ausführungsformen von etwa 25 % bis etwa 200 % und in manchen Ausführungsformen von etwa 50 % bis etwa 150 % liegen.
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In manchen Ausführungsformen kann die dritte Mehrzahl von Elektrodenschichten allgemein kreuzförmig sein und kann mit einem Paar einander gegenüberliegender Masseanschlüsse verbunden sein. Zum Beispiel kann die dritte Mehrzahl von Elektrodenschichten ein Paar einander gegenüberliegender Ränder aufweisen. Einer von den einander gegenüberliegenden Rändern kann mit dem ersten Masseabschluss verbunden sein und der andere von den einander gegenüberliegenden Rändern kann mit dem zweiten Masseabschluss verbunden sein.
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Der monolithische Körper kann frei sein von jeglichen zusätzlichen Kondensatoren, die innerhalb des monolithischen Körpers ausgebildet sind. Zum Beispiel können die erste, die zweite und die dritte Mehrzahl von Elektroden in einem Elektrodenstapel angeordnet sein, der sich durch einen großen Abschnitt einer Dicke des monolithischen Körpers erstreckt. Zum Beispiel kann ein Verhältnis einer Dicke des Elektrodenstapels zu einer Dicke des monolithischen Körpers in einem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 0,97, in manchen Ausführungsformen von etwa 0,6 bis etwa 0,95 und in manchen Ausführungsformen von etwa 0,7 bis etwa 0,9 liegen.
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In manchen Ausführungsformen kann die Komponente eine oder Leitungen aufweisen, die mit den externen Anschlüssen verbunden sind. Zum Beispiel können eine erste und eine zweite Leitung mit dem ersten bzw. mit dem zweiten aktiven Abschluss gekoppelt sein. Eine dritte Leitung und/oder eine vierte Leitung kann/können mit dem (mindestens einen) Masseabschluss gekoppelt sein. Die Komponente kann so überspritzt sein, dass die Leitungen aus dem überspritzten Gehäuse vorstehen, um die Komponente verbinden zu können.
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In anderen Ausführungsformen kann mindestens einer von dem ersten aktiven Abschluss, dem zweiten aktiven Abschluss oder dem mindestens einen Masseabschluss für eine Oberflächenmontage der Komponente entlang einer Bodenfläche der integrierten Komponente freiliegen, beispielsweise als oberflächenmontierte Vorrichtung (surface mount device, SMD) oder unter Verwendung einer Montage nach Art einer Gitteranordnung (z.B. Kontaktflächengitteranordnung (Land Grid Array (LGA), Kugelgitteranordnung (Ball Grid Array (BGA) usw.).
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Aspekte der vorliegenden Offenbarung können einen Zusammenbau und/oder eine Montage von mit Leitungen versehenen SMD-Komponenten durch Ersetzen mehrerer eigenständiger Kondensatoren durch eine einzige integrative kapazitive Vorrichtung vereinfachen. Zum Beispiel werden in einer SMD-Konfiguration mehrere eigenständige Komponenten auf einer PCB vermieden, was Platz auf der PCB spart und in manchen Fällen eine Induktanz und/oder einen äquivalenten Serienwiderstand (Equivalent Series Resistance (ESR)) senkt. Außerdem kann die Zahl der Lötstellen verringert werden, wodurch die Zuverlässigkeit höher wird.
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Im Allgemeinen können die dielektrischen Schichten des mehrschichtigen Kondensators aus jedem Material gebildet werden, das allgemein in der Technik verwendet wird. Zum Beispiel kann die dielektrische Schicht aus einem keramischen Material gebildet werden, das Titanat als Hauptkomponente aufweist. Das Titanat kann unter anderem Bariumtitanat (BaTiO3) einschließen. Das keramische Material kann auch ein Oxid eines Seltenerdmetalls und/oder eine Verbindung eines akzeptorartigen Elements wie Mn, V, Cr, Mo, Fe, Ni, Cu, Co oder dergleichen enthalten. Das Titanat kann auch MgO, CaO, Mn3O4, Y2O3, V2O5, ZnO, ZrO2, Nb2O5, Cr2O3, Fe2O3, P2O5, SrO, Na2O, K2O, Li2O, SiO2, WO3 oder dergleichen enthalten. Das keramische Material kann auch andere Additive, organische Lösungsmittel, Weichmacher, Bindemittel, Dispergiermittel oder dergleichen zusätzlich zu keramischem Pulver aufweisen.
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Im Allgemeinen können die internen Elektroden des mehrschichtigen Kondensators aus jedem Material gebildet werden, das allgemein in der Technik verwendet wird. Zum Beispiel können die internen Elektroden durch Sintern einer leitfähigen Paste, deren Hauptkomponente ein Edelmetallmaterial ist, gebildet werden. Diese Materialien können unter anderem Palladium, Palladium-Silber-Legierung, Nickel und Kupfer einschließen. Zum Beispiel können die Elektroden in einer Ausführungsform aus Nickel oder einer Nickellegierung gefertigt sein. Die Legierung kann eines oder mehrere von Mn, Cr, Co, Al, W und dergleichen enthalten, und ein Ni-Gehalt der Legierung beträgt vorzugsweise 95 Gewichts% oder mehr. Das Ni oder die Ni-Legierung kann 0,1 Gewichts% oder weniger an verschiedenen in Mikromengen enthaltenen Komponenten wie P, C, Nb, Fe, Cl, B, Li, Na, K, F, S und dergleichen enthalten.
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Der keramische Körper des mehrschichtigen Kondensators kann anhand von jedem Verfahren gebildet werden, das allgemein in der Technik verwendet wird. Zum Beispiel kann der keramische Körper durch Bilden eines laminierten Körpers mit abwechselnd gestapelten keramischen Platten und strukturierten internen Elektroden, Entfernen eines Bindemittels aus dem laminierten Körper, Sintern des von Bindemittel befreiten laminierten Körpers in einer nicht-oxidativen Atmosphäre bei einer hohen Temperatur in einem Bereich von 1200 °C bis 1300 °C und reoxidieren des gesinterten laminierten Körpers in der oxidativen Atmosphäre gebildet werden.
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Im Allgemeinen kann der Varistor so konfiguriert sein, dass er elektrische Stromstöße in die Erde ableitet. Zum Beispiel kann der Varistor eine Klemmspannung aufweisen, die in einem Bereich von etwa 3 Volt bis etwa 150 Volt, in manchen Ausführungsformen von etwa 5 Volt bis etwa 100 Volt, in manchen Ausführungsformen von etwa 10 Volt bis etwa 50 Volt und in manchen Ausführungsformen von etwa 15 Volt bis etwa 30 Volt liegt.
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Der Varistor kann einen keramischen Körper mit externen Elektroden aufweisen. Der keramische Körper wird durch Sintern eines laminierten Körpers, der aus abwechselnd gestapelten keramischen Schichten und internen Elektroden gebildet ist, gefertigt. Jedes Paar von einander benachbarten internen Elektroden ist einander über eine dazwischen liegende keramische Schicht hinweg zugewandt und kann elektrisch mit jeweils verschiedenen externen Elektroden gekoppelt werden.
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Im Allgemeinen können die dielektrischen Schichten jedes geeignete dielektrische Material, wie etwa Bariumtitanat, Zinkoxid oder jedes andere geeignete dielektrische Material einschließen. Verschiedene Additive können beispielsweise in dem dielektrischen Material enthalten sein, die den spannungsabhängigen Widerstand des dielektrischen Materials hervorbringen oder verstärken. Zum Beispiel können die Additive in manchen Ausführungsformen Oxide von Cobalt, Bismut, Mangan oder eine Kombination davon einschließen. In manchen Ausführungsformen können die Additive Oxide von Gallium, Aluminium, Antimon, Chrom, Bor, Titan, Blei, Barium, Nickel, Vanadium, Zinn oder Kombinationen davon einschließen. Das dielektrische Material kann mit dem (mindestens einen) Additiv in einem Bereich von etwa 0,5 Molprozent bis etwa 3 Molprozent und in manchen Ausführungsformen von etwa 1 Molprozent bis etwa 2 Molprozent dotiert sein. Die durchschnittliche Korngröße des dielektrischen Materials kann zu den nicht-linearen Eigenschaften des dielektrischen Materials beitragen. In manchen Ausführungsformen kann die durchschnittliche Korngröße in einem Bereich von etwa 10 Mikrometer bis 100 Mikrometer, in manchen Ausführungsformen von etwa 20 Mikrometer bis 80 Mikrometer liegen. Der Varistor kann auch zwei Anschlüsse aufweisen, und jede Elektrode kann mit einem jeweiligen Abschluss verbunden sein. Elektroden können einen Widerstand entlang der Länge der Elektroden und/oder an der Verbindung zwischen den Elektroden und Anschlüssen bereitstellen.
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Im Allgemeinen können die internen Elektroden aus jedem Material gebildet werden, das allgemein in der Technik verwendet wird. Zum Beispiel können die internen Elektroden durch Sintern einer leitfähigen Paste, deren Hauptkomponente ein Edelmetallmaterial ist, gebildet werden. Diese Materialien können unter anderem Palladium, Palladium-Silber-Legierung, Silber, Nickel und Kupfer einschließen. Zum Beispiel können die Elektroden in einer Ausführungsform aus Nickel oder einer Nickellegierung gefertigt sein. Die Legierung kann eines oder mehrere von Mn, Cr, Co, Al, W und dergleichen enthalten, und ein Ni-Gehalt der Legierung beträgt vorzugsweise 95 Gewichts% oder mehr. Das Ni oder die Ni-Legierung kann 0,1 Gewichts% oder weniger an verschiedenen in Mikromengen enthaltenen Komponenten wie P, C, Nb, Fe, Cl, B, Li, Na, K, F, S und dergleichen enthalten.
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Die integrierte Komponente kann eine Reihe verschiedener Größen aufweisen. Zum Beispiel kann die integrierte Komponente eine Gehäusegröße im Bereich von EIA 0504 oder kleiner bis EIA 2920 oder größer aufweisen. Beispielsgehäusegrößen schließen 0805, 1206, 1806, 2020 usw. ein.
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Wie oben angegeben, kann die integrierte Komponente in manchen Ausführungsformen unter Verwendung einer Reihe verschiedener umspritzt werden. Beispiele schließen einen Silikonkautschuk, ein thermoplastisches Polymer oder ein anderes ähnliches Polymer ein.
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Nun werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. 1A stellt im Allgemeinen eine perspektivische Außenansicht eines Ausführungsbeispiels einer mehrschichtigen Vorrichtung 100 mit mehreren Anschlüssen gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand dar. Wie dargestellt, kann die Vorrichtung 100 einen Körper 102, etwa einen sechsseitigen Körper, aufweisen. Die Vorrichtung 100 kann einen ersten Endanschluss 104, einen zweiten Endanschluss 106, einen ersten Seitenanschluss 108 und einen zweiten Seitenanschluss 110 aufweisen. All diese externen Abschlüsse liegen im Allgemeinen auf einer dafür vorgesehenen Unterseite 112 der Vorrichtung 100 vor, zur Verwendung wie etwa in einer Konfiguration einer oberflächenmontierten Vorrichtung (SMD) .
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Die Vorrichtung 100 kann zwei ausgebildete Kondensatoren in Reihe zwischen den zwei von den ersten und zweiten Anschlüssen 104, 106 aufweisen. Wie der Durchschnittsfachmann erkennen wird, umfassen in Bezug auf alle hierin beschriebenen Ausführungsformen zusammenwirkende Schichten in den mehrschichtigen Konstruktionen, um die es hier geht, Elektrodenschichten, die ihrerseits integrierte kapazitive Strukturen bilden.
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1B stellt eine erste Elektrodenschicht 120 der Vorrichtung 100 von 1A dar. Die Elektrodenanordnung 120 kann eine kreuzförmige Elektrode 122 mit einem Paar einander gegenüberliegender Ränder 124, 126, die mit dem ersten bzw. dem zweiten Seitenanschluss 108, 110 (1A) verbunden sind, aufweisen. 1C stellt eine zweite Elektrodenschicht 128 dar, die eine erste Elektrode 130, die mit dem ersten Endanschluss 104 verbunden ist, und eine zweite Elektrode 132, die mit dem zweiten Endanschluss 106 verbunden ist, aufweist. 1D stellt eine Elektrodenstapelung 133 aus einander abwechselnden ersten und zweiten Elektrodenschichten 120, 128 dar. Man beachte, dass die Elektrodenstapelung 133 jede geeignete Zahl von Elektrodenschichten 120, 128 aufweisen kann.
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Es wird erneut auf 1B Bezug genommen, wo gezeigt ist, dass die kreuzförmige Elektrode 122 die erste Elektrode 130 entlang eines ersten Überlappungsbereichs 134 überlappen kann, um einen ersten Kondensator zu bilden, und die zweite Elektrode 132 entlang eines zweiten Überlappungsbereichs 136 überlappen kann, um einen zweiten Kondensator zu bilden.
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In manchen Ausführungsformen kann der monolithische Körper 102 (1A) frei sein von jeglichen zusätzlichen Kondensatoren (zusätzlich zu dem ersten und dem zweiten Kondensator) innerhalb des monolithischen Körpers 102 ( 1A). Zum Beispiel kann sich die Elektrodenstapelung 133, die oben unter Bezugnahme auf 1D beschrieben wurde, in einer Z-Richtung 140, die senkrecht ist zu den Elektroden 122, 130, 132, durch einen großen Teil einer Dicke 138 des monolithischen Körpers 102 (1A) erstrecken. Zum Beispiel kann ein Verhältnis einer Dicke 142 der Elektrodenstapelung 133 in der Z-Richtung 140 zu der Dicke 138 des monolithischen Körpers 102 in einem Bereich von etwa 0,4 bis etwa 0,97 liegen.
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1E stellt eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung 100 dar, gemäß Aspekten der vorliegenden Anwendungen. 1A mit hinzugefügter Leitungskonfiguration. Genauer sind Leitungen 148, 150 und 152 an externen Abschlüssen 104, 108 bzw. 106 angebracht. Die Leitungen 148 und 152 können eine erste und eine zweite Leitung bilden, die an dem ersten Paar von Abschlüssen 104 bzw. 106 angebracht sind, während die Leitung 150 eine dritte Leitung bilden kann, die an mindestens einem von dem zweiten Paar von Abschlüssen 108 und 110 angebracht ist. Der Durchschnittsfachmann wird außerdem verstehen, dass die Abschlüsse 108 und 110 beide mit der Schicht 122 verbunden sind, so dass die Leitung 150 mit jedem dieser Abschlüsse 108 oder 110 verbunden sein kann, woraus sich die gleiche elektrische Schaltung ergibt. Die resultierende Konfiguration der Anwendungsfigur 1C ist eine umspritzte Komponente mit drei Leitungen.
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1F stellt eine schematische Ansicht der Vorrichtung 100 der Anwendungsfigur 1A in ihrer Verbindungs-/Montagekonfiguration dar, die von der Anwendungsfigur 1C gezeigt ist. Genauer stehen die gezeigten Leitungen 148, 150 und 152 jeweils in Kontakt mit seriellen und parallelen Kondensatoren. Die angegebenen Kapazitätswerte sind nur als Beispiele, aber nicht als Beschränkung gemeint.
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Wie dargestellt, stellt die Vorrichtung 100 eine Einzelvorrichtungslösung für die Einbeziehung von seriellen und parallelen Kondensatoren bereit. Ein erster Kondensator 154 kann zwischen der kreuzförmigen Elektrode 122 und der ersten Elektrode 130 in dem ersten Überlappungsbereich 134 ausgebildet sein. Ein zweiter Kondensator 156 kann zwischen der kreuzförmigen Elektrode 122 und der zweiten Elektrode 132 in dem zweiten Überlappungsbereich 136 ausgebildet sein. Der erste Überlappungsbereich 134 kann dem zweiten Überlappungsbereich 136 ungefähr gleich sein, so dass der erste Kondensator und der zweite Kondensator ähnliche Kapazitäten zeigen. In anderen Ausführungsformen kann der erste Überlappungsbereich 134 jedoch größer oder kleiner sein als der zweite Überlappungsbereich 136, so dass die erste Kapazität größer oder kleiner sein kann als die zweite Kapazität. Eine oder beide von der ersten Kapazität und der zweiten Kapazität können in einem Bereich von etwa 10 nF bis etwa 3 µF liegen.
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Die 2A und 2B stellen eine Elektrodenkonfiguration einer anderen Ausführungsform gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung dar. Eine erste Elektrodenschicht 220 kann eine kreuzförmige Elektrode 222 mit einem Paar einander gegenüberliegender Ränder 224, 226, die mit dem ersten bzw. dem zweiten Seitenanschluss 108, 110 (1A) verbunden sein können, aufweisen. 1C stellt eine zweite Elektrodenschicht 228 dar, die eine erste Elektrode 230, die mit dem ersten Endanschluss 104 verbunden ist, und eine zweite Elektrode 232, die mit dem zweiten Endanschluss 106 verbunden ist, aufweist. Die erste Elektrode 230 und/oder die zweite Elektrode 232 kann/können eine T-Elektrode sein, so dass sich die (mindestens eine) Elektrode 230, 232 zu Seitenrändern 235, 237 der Elektrodenschicht 227 erstreckt und mit jeweiligen Endanschlüssen 104, 106 (1A) entlang mindestens einer Seitenfläche 239 des monolithischen Körpers 102 verbunden ist.
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2C stellt eine Elektrodenstapelung 233 aus einander abwechselnden ersten und zweiten Elektrodenschichten 220, 228 dar. Die Elektrodenstapelung 233 kann eine Dicke 242 in der Z-Richtung 140 aufweisen.
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Ein Verhältnis der Dicke 242 der Elektrodenstapelung 233 in der Z-Richtung 140 zu der Dicke 138 des monolithischen Körpers 102 (1A) kann in einem Bereich von etwa 0,4 bis etwa 0,97 liegen.
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Es wird erneut auf 2A Bezug genommen, wo gezeigt ist, dass die kreuzförmige Elektrode 222 die erste Elektrode 230 entlang eines ersten Überlappungsbereichs 234 überlappen kann und die zweite Elektrode 232 entlang eines zweiten Überlappungsbereichs 236 überlappen kann.
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3A stellt im Allgemeinen eine perspektivische Außenansicht eines Ausführungsbeispiels einer mehrschichtigen Vorrichtung 600 mit mehreren Anschlüssen dar, die dem vorliegend offenbarten Gegenstand entspricht, zur Verwendung in einer gestapelten Konfiguration mit einer Varistorvorrichtung 660 mit jeweiligen hinzugefügten Leitungen 648, 650 und 652, wie dargestellt. Wie hierin näher erörtert wird, stellt 3B eine schematische Ansicht des Ausführungsbeispiels 600 der Anwendungsfigur 3A dar.
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Ein Varistor 660 kann externe Varistorabschlüsse 662, 664 aufweisen. Eine Leitungskonfigurationsanordnung kann verwendet werden, um die Vorrichtung 600 und den Varistor 660 parallel in Bezug aufeinander zu platzieren. Genauer können Leitungen 648, 650 und 652 an externen (Kondensatorvorrichtungs-)Abschlüssen 604, 608 bzw. 606 der Vorrichtung 600 angebracht sein, während Leitungen 648 und 652 und wie gezeigt mit Außenseiten- (Varistor-)Abschlüssen 662 bzw. 664 des Varistors 660 verbunden sind. Die resultierende Konfiguration der Anwendungsfigur 3A kann umspritzt sein.
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3B stellt im Allgemeinen eine schematische Ansicht des Ausführungsbeispiels 600 der Anwendungsfigur 3A in ihrer Verbindungs-/Montagekonfiguration dar, wie von der Anwendungsfigur 3A gezeigt. Genauer stehen die gezeigten Leitungen 648, 650 und 652 jeweils in Kontakt mit seriellen und parallelen Kondensatoren. Die angegebenen Kapazitätswerte sind nur als Beispiele, aber nicht als Beschränkung gemeint. Der Varistor 660 steht ebenfalls in Kontakt mit Leitungen 648 und 652, wie dargestellt, so dass er mit der Vorrichtung 600 in paralleler Beziehung steht. Die angegebenen Varistoreigenschaften sind nur als Beispiele, aber nicht als Beschränkung gemeint.
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3C stellt eine perspektivische Ansicht einer integrierten Komponente mit Kondensator- und Varistorfunktionen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung dar. Im Allgemeinen stellt 3C die Vorrichtung von 3A in einer anderen Perspektive dar. Zum Beispiel stellt die Ausführungsform von 3C eine Vorrichtung 600, wie etwa eine mehrschichtige keramische Vorrichtung, unten mit dem Varistor 660 oben bereit. Eine solche Konfiguration kann die Verwendung als oberflächenmontierte Vorrichtung nach miteinander Kombinieren der Vorrichtung 600 und des Varistors 660, beispielsweise durch Löten, ermöglichen. Außerdem ist die in 3C dargestellte Ausführungsform ohne die in 3A dargestellten Leitungen dargestellt. Man beachte jedoch, dass Leitungen auch mit einer solchen Konfiguration verwendet werden können.
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Wie dargestellt, stellt die Vorrichtung 600 eine Einzelvorrichtungslösung für die Einbeziehung von seriellen und parallelen Kondensatoren bereit. Die Vorrichtung 600 zeigt zwei stellvertretende Kondensatoren 654 und 656, wie sie durch eine geteilte Durchführungskonfiguration mehrerer Schichten in einer isolierten Region der Vorrichtung 600 gebildet werden können.
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Auch wenn in der Praxis verschiedene Größen für jedes von den hierin offenbarten Ausführungsbeispielen genommen werden können, können die Vorrichtung 600 und der Varistor 660 als stellvertretend für eine Standard-MLC-Gehäusegröße, beispielsweise eine 1206-Gehäusegröße betrachtet werden. Natürlich können in der Praxis in verschiedenen Ausführungsformen verschiedene Größen genommen werden, je nachdem, was für eine bestimmte Anwendung benötigt oder gewünscht wird. All diese Variationen und Variationen von Beispielen für Kapazitätswerte sollen im Gedanken und Bereich des vorliegend offenbarten Gegenstands liegen.
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Wie von der Offenbarung hiermit gezeigt wird, kann der vorliegend offenbarte Gegenstand für manche Ausführungsformen, wo er in einer SMD-Anordnung verwendet wird, zu einer Ersetzung mehrerer eigenständiger Komponenten auf einer gedruckten Schaltung (PCB) führen, wodurch Platz gespart wird und in einigen Fällen eine Induktanz gesenkt wird. Sämtliche vorliegend offenbarten Ausführungsbeispiele können bei manchen ihrer Verwendungen als umspritzte Komponenten mit drei Leitungen konfektioniert werden. Gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand wird eine erhebliche Verkleinerung erreicht, was zu einer Verringerung der Zahl von Lötstellen führt, was dementsprechend die Zuverlässigkeit erhöht.
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4 ein Ablaufschema eines Verfahrens 400 zum Ausbilden einer integrierten Komponente, die Kondensator- und Varistorfunktionen aufweist, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Im Allgemeinen wird das Verfahren 400 hierin unter Bezugnahme auf die oben unter Bezugnahme auf 1A bis 3C beschriebenen integrierten Komponenten 100, 200 beschrieben. Man beachte jedoch, dass das offenbarte Verfahren 400 mit jeder geeigneten integrierten Komponente implementiert werden kann. Auch wenn in 4 um der Erläuterung und Erörterung willen Schritte abgebildet sind, die in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt werden, sind die hierin erörterten Verfahren nicht auf irgendeine bestimmte Reihenfolge oder Anordnung beschränkt. Anhand der hierin bereitgestellten Offenbarungen wird ein Fachmann erkennen, dass verschiedene Schritte der hierin offenbarten Verfahren auf verschiedene Weise weggelassen, umgestellt, kombiniert und/oder angepasst werden können, ohne vom Bereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Das Verfahren 400 kann bei (402) das Bereitstellen eines mehrschichtigen Kondensatorkörpers einschließen, der Elektroden aufweist, die eine Paar Kondensatoren mit einer Konstruktion nach Art einer geteilten Durchführung bilden, wie oben unter Bezugnahme auf 1A bis 3C beschrieben.
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Das Verfahren kann bei (404) das Ausbilden eines ersten aktiven Abschlusses und eines zweiten aktiven Abschlusses außerhalb des mehrschichtigen Kondensatorkörpers einschließen, so dass das Paar Kondensatoren in Reihe zwischen den ersten aktiven Abschluss und den zweiten aktiven Abschluss geschaltet wird, beispielsweise wie oben unter Bezugnahme auf 1A bis 3C beschrieben.
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Das Verfahren kann bei (406) das Stapeln eines eigenständigen Varistors mit dem mehrschichtigen Kondensatorkörper einschließen, so dass ein erster Varistorabschluss des eigenständigen Varistors mit dem ersten aktiven Abschluss verbunden wird und ein zweiter Varistorabschluss mit dem zweiten aktiven Abschluss verbunden wird.
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Man beachte, dass einzelne Schritte auf dem Weg zu den offenbarten Konfigurationen nur stellvertretend gemeint sind und keine erforderliche Nutzung anderer Aspekte über die allgemeine Natur der Offenbarung hinaus, die andernfalls angegeben sind, benennen. Zum Beispiel wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass ausgewählte Schritte praktiziert werden können, um ein bestimmtes Design hervorzubringen, das für eine bestimmte Anwendung des vorliegend offenbarten Gegenstands ausgewählt wird.
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Beispiele
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung weist eine integrierte Komponente einen ersten und einen zweiten Kondensator auf, die jeweils etwa 475 nF zeigen. Die integrierte Komponente weist einen eigenständigen Varistor mit einer Klemmspannung von etwa 22 Volt auf.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung weist eine integrierte Komponente einen ersten und einen zweiten Kondensator auf, die jeweils etwa 685 nF zeigen. Die integrierte Komponente weist einen eigenständigen Varistor mit einer Klemmspannung von etwa 22 Volt auf.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung weist eine integrierte Komponente einen ersten und einen zweiten Kondensator auf, die jeweils etwa 1 µF zeigen. Die integrierte Komponente weist einen eigenständigen Varistor mit einer Klemmspannung von etwa 22 Volt auf.
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Testverfahren
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Die folgenden Abschnitte stellen Beispielsverfahren zum Testen von Varistoren bereit, um verschiedene Eigenschaften des mehrschichtigen keramischen Kondensators, des eigenständigen Kondensators und/oder der integrierten Komponente zu bestimmen.
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Die Klemmspannung des Varistors kann unter Verwendung einer Keithley Source Measure Unit (SMU) der Reihe 2400, beispielsweise einer Keithley 2410-C SMU, gemessen werden. Der Varistor kann einer Stromwelle von 8/20 µs unterworfen werden, beispielsweise gemäß der ANSI-Norm C62.1 Die Stromwelle kann einen Spitzenstromwert von 1 mA aufweisen. Der Spitzenstromwert kann so ausgewählt werden, dass der Spitzenstrom bewirkt, dass der Varistor die Spannung „klemmt“. Der Strom kann auf den Spitzenstromwert steigen und dann abfallen. Eine „Anstiegs“-Zeitperiode kann vom Beginn des Stromimpulses bis dann, wenn der Strom 90 % des Spitzenstromwerts erreicht, gehen. Die „Anstiegs“-Zeit kann 8 µs betragen. Eine „Abfallzeit“ kann vom Beginn des Stromimpulses bis dann, wenn der Strom 50% des Spitzenstromwerts erreicht, gehen. Die „Abfallzeit“ kann 20 µs betragen. Die Klemmspannung bei der höchsten Spannung über dem Varistor während der Stromwelle gemessen.
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Die Kapazität(en) des mehrschichtigen Kondensators können unter Verwendung einer Keithley Source Measure Unit (SMU) der Reihe 2400, beispielsweise einer Keithley 2410-C SMU, gemessen werden. Zum Beispiel kann die erste Kapazität des ersten Kondensators zwischen Masse und dem ersten externen Anschluss des mehrschichtigen Kondensators gemessen werden. Die zweite Kapazität des zweiten Kondensators kann zwischen Masse und dem zweiten externen Anschluss des mehrschichtigen Kondensators gemessen werden.
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Auch wenn der vorliegend offenbarte Gegenstand ausführlich unter Bezugnahme auf konkrete Ausführungsformen davon beschrieben wurde, sei klargestellt, dass ein Fachmann, der die obigen Ausführungen verstanden hat, ohne Weiteres Änderungen an, Variationen von und Äquivalente zu solchen Ausführungsformen hervorbringen kann. Demgemäß ist der Bereich der vorliegenden Offenbarung anhand von Beispielen und nicht als Beschränkung gemeint, und der offenbarte Gegenstand schließt die Einbeziehung solcher Modifikationen, Variationen und/oder Hinzufügungen zu dem vorliegend offenbarten Gegenstand, wie sie einem Durchschnittsfachmann ohne Weiteres einfallen würden, nicht aus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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