DE1950184A1 - Capacitor and process for its manufacture - Google Patents
Capacitor and process for its manufactureInfo
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Description
Anmelderin: Firma ERIE TECHNOLOGICAL PRODUCTS LIMITEDApplicant: ERIE TECHNOLOGICAL PRODUCTS LIMITED
Titel:Title:
Kondensator und Verfahren zu seiner Herstellung«Capacitor and process for its manufacture «
Die Erfindung betrifft einen keramischen Kondensator und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Sie bezieht sich auf die Herstellung von keramischen Kondensatoren mit einer gegenüber ihrer Größe hohen Kapazität.The invention relates to a ceramic capacitor and a method for its production. It relates to manufacturing of ceramic capacitors with a large capacity compared to their size.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Kondensatoren» die auf der sogenannten operrschicht-Keramik beruhen. Es ist bezüglich der Herstellung solcher Keramiken allgemein bekannt, einen keramischen Körper, z.B. einen solchen, der Bariumtita— nat enthält, vorzubereiten und diesen Körper in einer reduzierenden Atmosphäre bei einer hohen Temperatur von z.B. 1260C (genau 23000F) bis 153°C (genau 2800° F) zu brennen. Dies bringt das keramische Material in einen reduzierten Zustand, in dem es sich wie ein Halbleiter verhält. Nach dieser Behandlung werden metallische Elektrodenzusammenstellungen vorgesehen und werden zwecks Herstellung der Elektroden, die im allgemeinen auf Silber beruhen, die behandelten Körper., dann in einer oxydierenden Atmosphäre gebrannt. Im Verlauf dieser relativ kurzenThe invention relates in particular to capacitors which are based on what is known as the operative layer ceramic. It is with respect to well-known the manufacture of such ceramics, a ceramic body, for example, contains one which Bariumtita- nat prepare and this body in a reducing atmosphere at a high temperature of, for example, 126 0 C (exactly 2300 0 F) to 153 ° C (exactly 2800 ° F) to burn. This brings the ceramic material into a reduced state in which it behaves like a semiconductor. After this treatment, metallic electrode assemblies are provided and , for the purpose of producing the electrodes, which are generally based on silver, the treated bodies are then fired in an oxidizing atmosphere. In the course of this relatively short
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Behandlung erfolgt In einem kontrollier ten. Umfang eine Se Oxydation an der Oberfläche des keramischen Körpers, woTsel die Bildung einer relativ nicht leitenden Sperrschicht unmittelbar unterhalb der Silberelektroden resultiert* Biese Sperrschichten wurden dem Keramikkörper prima facie Dioden—Eigenschaften "vermitteln, aber diese Eigenschaften heben sich natürlich auf, da unter Jeder Elektrode ähnliche Sperrschichten' existieren,,Treatment is carried out to a controlled extent, a Se oxidation on the surface of the ceramic body, where the Formation of a relatively non-conductive barrier layer immediately below the silver electrodes results in * these barrier layers the ceramic body was given prima facie diode properties ", but these properties of course cancel each other out there similar barriers exist under each electrode,
In der britischen Patentschrift Fr. 832 063 wird bereits vorgeschlagen, solch einen keramischen Körper mit einen Paar von Elektroden zn versehen, wobei die nichtohmlsche Sperrschicht unter einer der Elektroden im wesentlichenJbirzgeseiilossen ist, und erklärt, daß diese Anordnung die Kapazität des Schaltelementes im wesentlichen verdoppelt. Weiterhin macht dieser Kurzschluß das Schaltelement zu einem Gleichrichter, a'»iio. das Element offenbart nun die vorher erwähnte Diodenftoilctlon..In British Patent Specification Fr 832,063 such a ceramic body is already proposed, provided zn with a pair of electrodes, wherein the nichtohmlsche barrier layer is below one of the electrodes in the wesentlichenJbirzgeseiilossen, and declares that this arrangement doubles the capacity of the switching element substantially. Furthermore, this short circuit turns the switching element into a rectifier, a '»ii o . the element now reveals the previously mentioned Diodenftoilctlon ..
Die Erfindung besteht nun in einem keramischen Kondensator, der dadurch gekennzeichnet Ist, daß er einen Körper aus halbleitender Keramik aufweist, der eine Ohmsehe Sperrschicht an seiner Oberfläche aufweist, die zumindest teilweise voinr einer ersten Elektrodensehient bedeckt ist, und daß innerhalb dieses Körpers eine zweite Klektrodenschieht in direktem elektrischen Kontakt mit der halbleitenden Keramik und mit elektrischen Kontakt-.mitteln außerhalb des Körpers vorgesehen ist»The invention now consists in a ceramic capacitor which Is characterized in that it has a body made of semiconducting Has ceramic that has an ohmic barrier layer on its Has surface that is at least partially in front of a first Electrodeshient is covered, and that within this body a second electrode makes direct electrical contact with the semiconducting ceramic and with electrical contact means is intended outside the body »
Es ist nämlich entdeckt worden» daß es durch Einfügen einerFor it has been discovered 'that by inserting a
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Edelmetallelektrode möglich ist, einen "grünen" Keramikkörper in Form eines Sandwiches, bei dem die Elektrode die innere Schicht darstellt, so aufzubauen, daß nach dem Brennen, Reduzieren und Bilden eines Sperrschicht-Keramikkörpers mit einer oder mehreren äußeren Elektroden elektrische Verbindung zu der inneren Elektrodensehicht hergestellt werden kann, indem direkter Kontakt mit dem inneren halbleitenden Körper der Keramik hergestellt wird.Precious metal electrode is possible a "green" ceramic body in the form of a sandwich, in which the electrode represents the inner layer, to be built up in such a way that after firing, reducing and forming a barrier ceramic body having one or more external electrodes in electrical connection to the inner electrode layer can be made by making direct contact with the inner semiconducting body of the ceramic will be produced.
Es ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, daß dieser direkte Kontakt mit dem inneren Körper der Keramik es ermöglicht, die Fennkapazität des Schaltelementes beträchtlich zu erhöhen, gleichgültig, ob es ein Kondensator oder eine Diode isto So ist z.Bο bei einem Keramikblock mit einer Silberelektrode an jeder von zwei einander gegenüberliegenden Flächen diejenige Kapazität, die durch Parallelschaltung dieser Elektroden mit einer zweiten Verbindung zu der inneren, symmetrisch angeordneten Elektrode erreicht wird, ungefähr viermal größer als diejenige, die zwischen den beiden Silberelektroden erreicht wird. In ähnlicher Weise ist der Stromnennwert als Diode annähernd das Doppelte von dem, der ohne die zentrale Elektrode erreicht würde, indem eine der äußeren Elektroden zu dem halbleitenden inneren kurzgeschlossen wird.It is an essential advantage of the invention that this direct contact with the inner body of ceramics makes it possible to increase the Fennkapazität of the switching element considerably, regardless of whether it is a capacitor or a diode o Thus, for example ο in a ceramic block with a silver electrode on each of two opposing surfaces the capacitance that is achieved by connecting these electrodes in parallel with a second connection to the inner, symmetrically arranged electrode, approximately four times greater than that which is achieved between the two silver electrodes. Similarly, the current rating as a diode is approximately twice that which would be achieved without the central electrode by shorting one of the outer electrodes to the semiconducting inner one.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist der Keramikkörper als Scheibe mit einem zentralen Durchbruch aufgebaut, bedeckt eine Silberelektrode den größeren Teil ßev äußeren Flächen der Scheibe und einen Rand} und erstreckt sich eine Edelmetall-In an expedient embodiment, the ceramic body is constructed as a disk with a central opening , a silver electrode covers the larger part ßev outer surfaces of the disk and an edge } and extends a noble metal
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• elektrode durch einen größeren Teil der Mittelebene der Scheibe. In einem fall ist der von der .Silberelektrode bedeckte Rand der äußere Rand, wobei zentrale Verbindung zu der Edelmetallelektrode besteht; in dem anderen Fall ist der von der Silberelektrode bedeckte Rand der innere Rand und .der Kontakt zu der Edelmetallelektrode ist beim äußeren Rand der Scheibe hergestellt. Im ersteren Fall ist die zentrale Elektrode bei Verb wendung von Bariumtitanat-Keramik positiv, im letzteren Fall ist sie negativ.• electrode through a larger part of the center plane of the disc. In one case, the one covered by the silver electrode Edge the outer edge, with a central connection to the noble metal electrode; in the other case the edge covered by the silver electrode is the inner edge and the contact to the noble metal electrode is made at the outer edge of the disc. In the former case the central electrode is at Verb use of barium titanate ceramic positive, in the latter case is it negative.
Zur Herstellung von Randkontakt mit der Edelmetallelektrode können die Yizinalflachen des Keramikkörpers mit einer geeigneten metallischen Kontaktschicht überzogen sein. Bezüglich der '■ "inneren" Edelmetallelektrode kann die Keramik, wenn es erwünscht ist, auf beide Seiten einer Folie aus Platin oder einem anderen Edelmetall gepreßt sein. Aus Festigkeitsgründen wird dies normalerweise so durchgeführt, daß die Folie nur hervor« ™ tritt zu oder bei einem Rand des fertigen Keramikkörpers, wenn dieser die Form eines Blockes aufweist, oder dem inneren oder äußeren herumlaufenden Rand im Falle,einer mit Durchbruch versehenen Scheibe. In der Praxis jedoch wird normalerweise Gebrauch gemacht von einer Edelmetallelektrodenfarbe. Das Edelmetall wird, gewählt, weil es der auf die Keramik angewendeten Brenntemperatur widersteht0 Diese Farbe kann sich bis zu einem Rand des fertigen Keramikkörpers erstrecken und der Kontakt mit ihr kann, nachdem der Körper'.gebrannt worden ist, hergestellt werden mittelsTo make edge contact with the noble metal electrode, the Yizinal surfaces of the ceramic body can be coated with a suitable metallic contact layer. With regard to the "inner" noble metal electrode, the ceramic can, if so desired, be pressed onto both sides of a foil of platinum or another noble metal. For reasons of strength, this is normally carried out in such a way that the film only protrudes towards or near an edge of the finished ceramic body, if it is in the form of a block, or the inner or outer circumferential edge in the case of a disc with a perforation. In practice, however, use is usually made of a noble metal electrode paint. The noble metal is chosen because it is the applied to the ceramic firing temperature resists 0 This color may extend to an edge of the finished ceramic body and the contact with it may, after the Körper'.gebrannt has been be prepared by
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einer Silberelektrodenfarbe, an die wiederum eine ■Elektrodenleitung gelötet werden kann. ·a silver electrode color, to which in turn an electrode line can be soldered. ·
Die nachfolgende Beschreibung illustriert, wie der Kondensator gemäß Erfindung aufgebaut sein kann. Ein dünnes Stück von ge~ eigneter grüner Keramik wird an einer Fläche mit Platin- oder Paladiumfarbe metallisiert, wobei ein Randstreifen bei den drei Randkanten belassen wird, während sich die Farbe bis zu der vierten Kante hin erstreckt«, Sodann läßt man die Farbe trocknen und legt ein ähnliches Blech aus grüner Keramik .obenauf» Der sich ergebende Sandwich wird gepreßt, um guten Kontakt zwischen den inneren Oberflächen herzustellen, und der sich ergebende Körper wird dann in einem normalen Keramikbrennofen erhitzt.The following description illustrates how the capacitor according to the invention can be constructed. A thin piece of ge ~ Appropriate green ceramic is metallized on one surface with platinum or palladium color, with an edge strip on the three Marginal edges are left while the paint extends to the fourth edge ", then the paint is allowed to dry and lays a similar sheet of green ceramic. on top of “Der resulting sandwich is pressed to ensure good contact between the inner surfaces, and the resulting body is then heated in a standard ceramic furnace.
Entsprechend den zur Herstellung eines Sperrschicht-Kondensators bekannten Verfahren wird das so hergestellte Keramikstück dann in einem Reduzierofen erhitzt, um die Keramik in den halbleitenden Zustand zu bringen. Die obere und die untere Oberfläche werden dann mit Silberfarbe überzogen, womit man kurz vor dem Ende aufhört, bis zu welchem sich die innere Elektrode erstreckt. Diese beiden Überzüge werden verbunden, indem die SiL-berfarbe über den von der inneren Elektrode entfernten Rand erstreckt wird; auch wird Silberfarbe an dem Rand vorgesehen, zu dem sich die innere Elektrode erstreckt.Corresponding to the production of a junction capacitor known method, the ceramic piece produced in this way is then heated in a reducing furnace in order to convert the ceramic into the semiconducting To bring state. The top and bottom surfaces are then coated with silver paint, which is just before the End ends up to which the inner electrode extends. These two coatings are connected by applying the SiL over paint extending beyond the edge remote from the inner electrode; silver paint is also provided on the edge, too which the inner electrode extends.
Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Sperrschicht-Kondensatoren fortsetzend wird der sich ergebende Körper gebrannt, um uie Farbe zu Silber zu reduzieren und um in einem kontrol-The known methods of making junction capacitors the resulting body is then fired to reduce its color to silver and
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Iierten Umfang eine. ReOxydation der Keramikkö'rper-Oberfläche zu erreichen. Schließlich werden Drähte an die beiden Silberränder gelötet.Iated scope a. Re-oxidation of the ceramic body surface to reach. Finally, wires will be attached to the two silver edges soldered.
Die Erfindung wird nun weiterhin unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt Fig. T eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel, Pig. 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II in Pig. 1, Pig. 3 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel, Pig. 4 einen Schnitt entlang linie IV-IIf in Pig» 3 und Pig. 5 einen Schnitt eines dritten Ausführungsbeispieles.The invention will now be further described with reference to the drawing. In the drawing shows Fig. T is a plan view of an embodiment, Pig. 2 shows a section along line II-II in Pig. 1, Pig. 3 is a plan view of a second embodiment, Pig. 4 shows a section along line IV-IIf in Pig »3 and Pig. 5 shows a section of a third embodiment.
Gemäß Pig. 1 und 2 besitzt ein Kondensator eine Scheibe 1, die
aus halbleitender, hauptsächlich Bariumtitanat enthaltender Keramik besteht und einen zentralen Durchbruch 2 aufweist..Inder
Mittelebene der Scheibe 1 ist eine aus Edelmetall bestehen-»
de Schicht 3 angeordnet, die sich bis zu dem Durchbruch 2 hin erstreckt, aber kurz vor dem äußeren Rand der Scheibe endet«,
^ Das äußere Ende der Schicht 3 ist in Pig. 1 in gestrichelten Linien angezeigt. Die äußere Oberfläche der Scheibe 1 einschließlich
dem radialen äußeren Rand ist mit einer Silberschicht 4 ' überzogen, die kurz vor der inneren Kante 5 der Scheibe 1 endet.
Die innenliegende Oberfläche der Scheibe 1 ist mit einer um den Umfang herum laufenden Silberschicht 6 bedeckt, die kurz vor
den Kanten dieser Oberfläche endet, so daß sich zwischen der ,
inneren Kante 5 und der Schicht 6 ein nicht überzogener Bereich
der Scheibe erstreckte
. '■■ ' - -■■..■■ ■' . ; - 7 -According to Pig. 1 and 2, a capacitor has a disk 1, which consists of semiconducting, mainly barium titanate-containing ceramic and has a central opening 2. In the center plane of the disk 1 is a layer 3 consisting of noble metal, which extends up to the opening 2 extends towards, but ends just before the outer edge of the disc «, ^ The outer end of layer 3 is in Pig. 1 shown in dashed lines. The outer surface of the disk 1 including the radial outer edge is coated with a silver layer 4 ′ which ends shortly before the inner edge 5 of the disk 1. The inner surface of the disc 1 is covered with a circumferential silver layer 6 which ends shortly before the edges of this surface, so that between the inner edge 5 and the layer 6 an uncoated area of the disc extended
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Die Scheibe wird gemäß dem bereits beschriebenen Verfahren hergestellt, wobei für die Schicht 3 eine Gold-, Paladium-, Platinfarbe und für die Schichten 4"und 6 eine Silberfarbe verwendet wird. Die Silberschicht 6 hat direkten elektrischen Kontakt mit der Schicht 3 aus Edelmetall, die ihrerseits wieder in direktem elektrischen Kontakt mit dem halbleitenden Keramikkörper 1 steht. Die Keramik unmittelbar unter den Silberschichten 4 und 6 besitzt jedoch einen viel höheren Widerstand, da sie während des Aufbrennens der Silberfarbe einer gewissen Oxydation unterworfen worden ist.The disc is manufactured according to the method already described, A gold, palladium, platinum color is used for layer 3 and a silver color is used for layers 4 ″ and 6 will. The silver layer 6 has direct electrical contact with the layer 3 made of noble metal, which in turn again is in direct electrical contact with the semiconducting ceramic body 1. The ceramic immediately under the layers of silver However, 4 and 6 has a much higher resistance since it has been subjected to a certain degree of oxidation during the firing of the silver paint.
Das Ausführungsbeispiel in Fig. 3 und 4 entspricht im wesentlichen dem in Fig., 1 und 2 gezeigten. Jedoch reicht die Edelmetallschicht 3 zu dem äußeren Rand der Scheibe und nicht zu dem inneren Rand und die Silberschicht 6 ist entsprechend um den äußeren Rand der Scheibe herumlaufend vorgesehen.The embodiment in FIGS. 3 and 4 corresponds essentially that shown in Figs. However, the noble metal layer 3 extends to the outer edge of the disk and not too the inner edge and the silver layer 6 is provided accordingly running around the outer edge of the disc.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Pig. 5 besitzt die Form eines Blockes und einen Aufbau, der im wesentlichen dem auf der rechten Seite in £'ig. 4 gezeigten entspricht. Die innere Edelmetallschicht 3 steht in elektrischem Kontakt mit der äußeren Silberschicht 6, die sich mittig über eine Endfläche des Blockes erstreckt, während die übrigen Flächen mit der Silberschicht 4 bedeckt sind«The embodiment according to Pig. 5 is in the form of a block and has a structure essentially similar to that shown on the right in FIG. 4 corresponds to that shown. The inner noble metal layer 3 is in electrical contact with the outer silver layer 6, which extends centrally over one end surface of the block, while the other surfaces are covered with the silver layer 4 «
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