DE1614429C

DE1614429C - Stacked capacitor that can be adjusted to a desired nominal value of its capacitance

Info

Publication number: DE1614429C
Authority: DE
Inventors: Viktor Dipl.-Phys. 8000 München Wenkowitsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1972-09-14

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stapelkondensator, der auf einen gewünschten Wert seiner Kapazität abgleichbar ist. Stapelkondensatoren im Sinne der vorliegenden Erfindung bestehen aus übereinandergestapelten Schichten aus dielektrischem Material und zwischen den Schichten befindlichen, als Kondensatorbeläge dienenden Metallschichten. die abwechselnd von Schicht zu Schicht an verschiedenen Seiten des Stapels aus diesem herausgeführt und dort miteinander elektrisch verschaltet sind. Miteinander elektrisch verschaltete Schichten gen dar. Es ist möglich, an die Verschaltungsfläche dieser Schichten zusätzlich eine äußere Stromzuführung anzubringen, z. B. anzulöten, um die Stapelkondensatoren mit anderen elektrischen Bauelementen zu verbinden. Die Stapelkondensatoren können auch steckbar sein, wobei zusätzliche äußere Stromzuführungen nicht erforderlich sind.The invention relates to a stacked capacitor, which is to a desired value of its Capacity is adjustable. Stacked capacitors in the context of the present invention consist of stacked capacitors Layers of dielectric material and metal layers that are located between the layers and serve as capacitor layers. which alternately from layer to layer on different sides of the stack out of this and are electrically connected to one another there. Layers electrically interconnected with one another It is possible to additionally connect an external power supply to the interconnection surface of these layers to attach, e.g. B. to solder the stacked capacitors with other electrical components connect to. The stacked capacitors can also be pluggable, with additional external power supply lines are not required.

Stapelkondensatoren der geschilderten Art sind z. B. durch die USA.-Patentschrift 3 235 939 bekannt; dort sind auch sogenannte Mehrfachkondensatoren in Stapelbauweise beschrieben, bei denen zwischen mehrere Hauptbeläge, die zu einer Verschaltungsseite geführt sind, jeweils mehrere, z. B. drei, Nebenbeläge als Gegenelektroden eingefügt, zu einer anderen Verschaltungsseite geführt und dort mit der entsprechenden Zahl von Stromzuführungen versehen sind. Bei den bekannten Stapelkondensatoren bereitet die Erzielung einer gewünschten Kapazität insofern Schwierigkeiten, als die Kondensatorbelegungen in ihrer Größe in der Regel vorgegeben sind, so daß die Kapazität, neben anderen Bedingungen, von der Summe der einander gegenüberstehenden Flächenteile der metallischen Schichten abhängig ist. Bei genügend großer Sorgfalt läßt es sich einrichten, daß die gewünschte Größe der die Kapazität mitbestimmenden Fläche der gegenüberliegenden Metallschichtenteile erreicht wird; jedoch ist der gewünschte Kapazitätswert des Stapelkondensator dann immer noch nicht mit genügender Sicherheit zu erreichen, denn, wie allgemein bekannt, beeinflußt auch die Dicke der dielektrisch wirksamen Schichten die Kapazität. Insbesondere bei Stapelkondensatoren mit äußerst dünnen dielektrischen Schichten wirken sich herstellungsbedingte Schwankungcn der Schichtdicke in meist erheblichen und kaum beeinflußbaren Streuungen der Kapazität des fertigen Kondensators bis zu 2O¹Vo aus. Ein Abgleich ist durch Abschleifen möglich.Stack capacitors of the type described are z. Known from U.S. Patent 3,235,939; there also so-called multiple capacitors in a stacked construction are described, in which between several main coverings, which are led to an interconnection side, several, z. B. three, secondary coatings inserted as counter-electrodes, led to another interconnection side and provided there with the corresponding number of power leads. In the case of the known stacked capacitors, the achievement of a desired capacitance causes difficulties in that the size of the capacitors is usually predetermined, so that the capacitance, among other conditions, depends on the sum of the opposing surface parts of the metallic layers. With sufficient care it can be arranged that the desired size of the area of the opposing metal layer parts, which co-determines the capacitance, is achieved; however, the desired capacitance value of the stacked capacitor cannot then still be achieved with sufficient certainty because, as is generally known, the thickness of the dielectrically effective layers also influences the capacitance. Particularly in the case of stacked capacitors with extremely thin dielectric layers, production-related fluctuations in the layer thickness result in mostly considerable and hardly influenceable variations in the capacitance of the finished capacitor of up to 20 ¹ Vo. An adjustment is possible by grinding.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, Mittel und Wege anzugeben, mit deren Hilfe diese herstellungsbedingten Streuungen der Endkapazität des Kondensators ausgeglichen werden können.The present invention is based on the object To indicate ways and means with the help of which these manufacturing-related spreads of the final capacity of the capacitor can be compensated.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der eingangs geschilderte Stapelkondensator erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens einer der beiden außenliegenden dielektrischen Schichten zur Ausfüllung mit leitfähigem Material freie Felder bildende, gitterartig einander zugeordnete Leiterbahneu aufgebracht sind, die miteinander elektrisch leitend verbunden und zu einer Verschaltungsseite des Stapels geführt sind.In order to achieve this object, the stack capacitor described at the beginning is characterized according to the invention characterized in that on at least one of the two outer dielectric layers for Filled with conductive material forming free fields, lattice-like interconnected conductor trackseu are applied, which are electrically conductively connected to one another and to an interconnection side of the stack are guided.

Man erhält damit die Möglichkeit, bei einem Stapelkondensator auf wenigstens einer der außenliegenden dielektrisch wirksamen Schicht durch Ausfüllen der zwischen den Leiterbahnen vorhandenen freien Flächen die Kapazität um eine Reihe kleiner Beträge dein gewünschten Sollwert anzunähern. Die Kapazität des noch nicht abgeglichenen Stapelkondensator muß dabei selbstverständlich einen unter dem gewünschten Sollwert liegenden Betrag haben. Es bereitet aber keine Schwierigkeiten, Kondensatorstapel mit einer geringeren als der gewünschten Kapazität herzustellen.This gives you the option of using a stacked capacitor on at least one of the external capacitors dielectrically effective layer by filling in the existing between the conductor tracks Free areas increase the capacity by a number of small amounts to approximate your desired target value. the Capacity of the stack capacitor that has not yet been balanced must, of course, be an amount below the desired value to have. But it does not cause any difficulties, capacitor stacks with a smaller than the desired To create capacity.

Der Vorteil des Ausgleichens auf diese Weise wirkt sich besonders bei Stapelkondensatoren aus. bei denen die dielektrische Schicht aus Keramik und insbesondere aus sogenannter NDK-Kcramik besieht.The advantage of balancing in this way is particularly evident with stacked capacitors. in which the dielectric layer consists of ceramic and in particular of so-called NDK ceramic.

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Unter »NDK-Keramik« in diesem Sinne ist ein Ma- und Kondensatoren, die einen Ausgangswert von
terial zu verstehen, dessen Dielektrizitätskonstante 7300 bis 7840 pF haben, auf einer Außenfläche mit
höchstens einige Hundert beträgt, vorzugsweise unter Rastergittern versehen. Diese werden dann mit der
100 liegt. Diese NDK-Massen zeichnen sich beson- entsprechenden Elektrode verbunden, die Tinktur
ders dadurch aus, daß sie eine geringe Abhängigkeit 5 wird eingebrannt, und die Kapazität wird erneut
der Dielektrizitätskonstante von der Temperatur gemessen. Die durch den Aufdruck eines Rasterhaben und/oder deren Abhängigkeit von der Tem- gitters (Fig. 3) hinzukommende Kapazität beträgt
peratur nahezu linear ist. etwa 350 pF. Nun können die zwölf bzw. sechs un-Under "NDK ceramic" in this sense is a measure and capacitors that have an output value of
to understand material, whose dielectric constant have 7300 to 7840 pF, on an outer surface with
is at most a few hundred, preferably provided under grid grids. These are then with the
100 lies. These NDK masses are connected to a special electrode, the tincture
this is characterized by the fact that it has a low dependency 5 being burned in, and the capacity is again
the dielectric constant measured from the temperature. The additional capacity due to the printing of a grid and / or its dependence on the template (FIG. 3) is
temperature is almost linear. about 350 pF. Now the twelve or six un-

Es ist deshalb besonders vorteilhaft, die durch bedruckten Felder in den Rastergittern je nachIt is therefore particularly advantageous to use the printed fields in the grid grids depending on

die Erfindung vorgeschlagene Ausgleichsmöglichkeit io Differenz zur Nennkapazität mit Silbersuspensionthe invention proposed compensation possibility io difference to the nominal capacity with silver suspension

bei Stapelkondensatoren aus NDK-Keramik anzu- ausgefüllt werden. Jedes Feld steigert die Kapazitätin the case of stacked capacitors made of NDK ceramics, this must be filled out. Each field increases the capacity

wenden. Die als Kondensatorbelegungen dienenden um etwa 50 pF. Damit kann der Sollwert hinreichendturn. The ones used as capacitors are around 50 pF. The setpoint can thus be sufficient

Metallschichten bestehen, wie an sich bekannt, aus genau eingestellt werden.As is known per se, metal layers consist of precisely adjusted.

Palladium und werden vor dem Sintern des kerami- An Hand der Zeichnungen soll die Erfindung undPalladium and are used before the sintering of the ceramic. The invention and

sehen Stapelkondensators auf die in Folienform vor- 15 sollen weitere Einzelheiten derselben näher erläutertsee stacked capacitor on the provided in foil form. Further details of the same are to be explained in more detail

liegende keramische Masse aufgetragen. werden.applied lying ceramic mass. will.

Das Rastergitter aus den Leiterbahnen besteht vor- Fig. 1 zeigt einen Stapelkondensator im SchnittThe grid from the conductor tracks consists of Fig. 1 shows a stacked capacitor in section

teilhafterweise aus Einbrennsilber. Einbrennsilber ist längs der Linie I-I in Fi g. 2;partly made of stoved silver. Burn-in silver is shown along the line I-I in FIG. 2;

eine nach dem Einbrennvorgang verbleibende, über- F i g. 2 zeigt den Stapelkondensator in Draufsicht;one remaining after the baking process, over- F i g. 2 shows the stacked capacitor in plan view;

wiegend aus Silber bestehende Schicht, die dadurch 20 * Fig. 3 zeigt einen gitterförmigen Leiterbahn- ||Layer consisting predominantly of silver, which thereby 20 * Fig. 3 shows a lattice-shaped conductor track - ||

entsteht, daß auf den keramischen Körper ein Belag auftrag etwa in natürlicher Größe, während in den jfarises that on the ceramic body a coating order approximately natural size, while in the jf

in Form einer an sich bekannten, Silberteilchen, Fig. 1 und 2 die Größenverhältnisse aus Gründen ||in the form of a per se known, silver particle, Fig. 1 and 2 the size ratios for reasons ||

Haftoxide und Glaspulver enthaltenden Suspension der Erläuterung verzerrt wiedergegeben sind. Der jl;Adhesive oxides and suspensions containing glass powder are shown distorted for the explanation. The jl;

mit organischen Bestandteilen (Nitrozellulose, gelöst Stapelkondensator ist gegenüber seiner Länge L und |with organic components (nitrocellulose, dissolved stack capacitor is opposite its length L and |

in Äthylenglykolmonoäthyläther) als Suspensions- 25 seiner Breite B (Fig. 2) nur von geringer Dicke D J];in ethylene glycol monoethyl ether) as a suspension- 25 its width B (Fig. 2) only of small thickness DJ];

mittel aufgetragen (Siebdruck, Spritzen usw.) und bei (Fig. 1). Die Abmessungen betragen in der Wirk- jfmedium applied (screen printing, spraying, etc.) and at (Fig. 1). The dimensions are in effect

Temperaturen zwischen 500 und 850° C eingebrannt lichkeit beispielsweise L = 15 mm, B = 10 mm und |Temperatures between 500 and 850 ° C burn-in, for example L = 15 mm, B = 10 mm and |

wird. Meist wird auch die genannte Suspension be- D = I mm. jfwill. The suspension mentioned is usually also D = 1 mm. jf

reits als »Einbrennsilber« bezeichnet. Der Stapelkondensator gemäß F i g. 1 besteht aus jjalready referred to as "burn-in silver". The stack capacitor according to FIG. 1 consists of yy

Zur Herstellung eines Keramik-Stapelkonden- 30 mehreren Schichten 1 aus dielektrisch wirksamem |To produce a ceramic stacked capacitor 30 several layers 1 made of dielectrically effective |

sators nach der Erfindung werden noch ungebrannte, Material. Der Körper ist von Metallschichten 2 und 3 [gSators according to the invention are still unfired, material. The body is made of metal layers 2 and 3 [g

mit Palladium bedeckte dünne Schichten aus mit durchsetzt, wobei die Metallschichten 2 an der einen pthin layers covered with palladium and interspersed with, the metal layers 2 at one p

keramischer Masse gefüllten, folienbildenden Kunst- schmalen Stirnfläche mit der Silberschicht 4 und die sceramic mass filled, film-forming artificial narrow face with the silver layer 4 and the s

Stoffen zur Erzielung der gewünschten Anordnung Metallschichten 3 an der anderen schmalen Stirn- |Substances to achieve the desired arrangement of metal layers 3 on the other narrow face |

der Kondensatorbeläge übereinandergestapelt, und 35 fläche mit der Silberschicht 5 zu den die Konden- pof the capacitor layers stacked on top of each other, and 35 surface with the silver layer 5 to which the condensers p

die Leiterbahnen (das Rastergitter) werden auf die satorbeläge darstellenden Teilen zusammengeschaltet jthe conductor tracks (the grid) are interconnected on the parts representing the sensor linings j

äußere Schicht vor dem Sintern des Stapels auf- sind. An den Silberschichten 4 und 5 können Strom- ';outer layer are on before sintering the stack. On the silver layers 4 and 5 current ';

getragen. Zuführungen angelötet sein. Auf den außenliegenden jjcarried. Feeds to be soldered. On the outer jj

Vorteilhafterweise werden jedoch die Leiterbahnen dielektrischen Schichten (oben und unten) sind |Advantageously, however, the conductor tracks will be dielectric layers (top and bottom)

auf den fertiggesinterten Kondensatorstapel aufge- 40 Rastergitter 6 und 7 aufgebracht. |40 grid grids 6 and 7 are applied to the fully sintered capacitor stack. |

tragen. In F i g. 2 zeigt die Draufsicht die obere di- jcarry. In Fig. 2 shows the top view of the upper di- j

elektrische Schicht 1, die mit dem Rastergitter 6 ver- jelectrical layer 1, which with the grid 6 ver j

Ausführungsbeispiel sehen ist, welches elektrisch an der Silberschicht 5 |Embodiment can be seen, which is electrically connected to the silver layer 5 |

angeschlossen ist. Die freien Felder 8, die vom ρconnected. The free fields 8, which are from ρ

Für Kondensatoren aus einer Masse mit einem 45 Rastergitter 6 gebildet werden, dienen zum Er- :For capacitors formed from a mass with a 45 grid grid 6 are used to create:

ε-Wert von etwa 50 mit 8000 pF Nennkapazität wer- höhen der Kapazität, bis der Sollwert erreicht ist. Dieε value of around 50 with a nominal capacity of 8000 pF will increase the capacity until the target value is reached. the

den vierzehn Keramikschichten von etwa 70 μΐη Strichelung in den linken beiden Feldern soll an- !the fourteen ceramic layers of about 70 μm dashed lines in the two left fields should be!

Dicke verwendet. Die daraus gefertigten Stapel haben deuten, daß dort Metall aufgetragen ist, wodurch die j:Thickness used. The stacks made from it indicate that metal is applied there, whereby the j:

die Abmessungen von etwa 15 X 10 X 1 mm³. Die nach der Herstellung des Stapelkondensators vor- j the dimensions of about 15 X 10 X 1 mm ³ . The j

Kapazitätswerte streuen dann zunächst infolge unter- 50 handene Kapazität auf einen gewünschten Wert ge- |Capacity values then initially spread to a desired value as a result of the underlying capacity

schiedlicher Dicke der Folien und ungenauer Stape- bracht ist. Die von Leiterbahnen bedeckte Fläche jdifferent thickness of the foils and imprecise stacking. The area covered by conductor tracks j

lung von 6800 bis 8000 pF. Ist nun eine Kapazitäts- einer äußeren dielektrischen Schicht entspricht etwafrom 6800 to 8000 pF. A capacitance is roughly equivalent to an outer dielectric layer

toleranz von ±2% gefordert, so wird den Konden- der Gesamtfläche der von Leiterbahnen freien Ab- IIf a tolerance of ± 2% is required, the condensate is the total area of the conductors free from I

satoren mit zu niedrigen Kapazitätswerten ein Rast- gleichfläche dieser Schicht. Dadurch ist gewährleistet, jSators with capacitance values that are too low create a locking surface of this layer. This ensures that j

gitter — wie es die Fig. 3 zeigt — aus Silber- 55 sowohl daß noch genügend offene Abgleichflächen j;grid - as shown in FIG. 3 - made of silver 55 both that there are still enough open adjustment surfaces j;

Suspension (Einbrennsilber = in organischen Sus- vorhanden sind als auch daß von der Kontaktseite !Suspension (stoving silver = in organic sus- are present as well as that from the contact side!

pensionsmitteln verteilte Teilchen aus Silber, Haft- entferntere Leiterbahnteile niederohmig ange- jparticles of silver distributed as a retardant, conductive track parts more distant from adhesion, low-resistance, j

oxiden und Blei-Bor-Silikatglas) aufgedruckt. Es schlossen sind, wodurch der Verlustwinkel des Kon- joxides and lead-boron-silicate glass). They are closed, whereby the loss angle of the conj

werden dabei Kondensatoren, die einen Ausgangs- densators nicht beeinträchtigt wird. ιbecome capacitors, which an output capacitor is not impaired. ι

wert von 6800 bis 7300 pF haben, auf beiden Seiten 60 Fig. 3 zeigt ein Rastergitter in natürlicher Größe. ivalue of 6800 to 7300 pF, on both sides 60 Fig. 3 shows a grid in natural size. i

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Stacked capacitor, which can be adjusted to a desired setpoint of its capacitance, consisting of stacked layers of dielectric material and between the Layers located, serving as capacitor layers metal layers, which alternate from Layer to layer on different sides of the stack led out of this and there with one another are electrically connected, characterized in that at least one the two outer dielectric layers (1) to be filled with conductive material Free fields (8) forming, grid-like associated conductor tracks (grid 6. 7) are applied which are connected to one another in an electrically conductive manner and to a connection side (4, 5) of the stack are guided.

2. Stacked capacitor according to claim 1, characterized in that the dielectric layers (1) are made of ceramic.

3. Stacked capacitor according to claim 2, characterized in that the dielectric layers (1) consist of ceramics with a low dielectric constant, their change depending on on the temperature is low and / or is linear.

4. Stacked capacitor according to one of the preceding claims, characterized in that that the on at least one outer, dielectric Layer (1) attached conductor tracks (6,7) consist of burn-in silver.

5. A method for producing a stacked capacitor according to any one of the preceding claims, in the still unfired thin layers covered with palladium as coverings made of film-forming plastics filled with ceramic mass to achieve the desired Arrangement of the capacitor plates are stacked on top of each other and this stack of sintering is subjected, characterized in that the conductor tracks (the grid 6. 7) on the outer layer (1) are applied before sintering the stack.

6. A method for producing a stacked capacitor according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the conductor tracks (6,7) are applied to the fully sintered capacitor stack will.