DE19523798C2 - Verfahren zur Herstellung keramischer Elektronikteile - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung keramischer Elektronikteile, die von einer Mehrzahl von externen Elektroden ummantelt sind.

Keramische Elektronikteile, beispielsweise monolithische Ke­ ramikkondensatoren werden über die Schritte des Stapelns und Unterdrucksetzens einer benötigten Anzahl keramischer Rohlinge hergestellt, die mit internen Elektroden ummantelt sind, sowie über das Schneiden und Hartbrennen der gestapel­ ten Rohlinge, und das Auftragen und Backen externer Elektro­ den.

Der Prozeß des Backens externer Elektroden ist bis dato in der folgenden Art und Weise durchgeführt worden. Wie in Fig. 6A gezeigt, wird ein Alumina- oder Zirkoniapulver 2 in einer bestimmten Dicke auf die Oberfläche eines hitzebeständigen Brennelementes 1 aufgetragen, das im wesentlichen nicht mit der externen Elektrode reagiert. Auf diesem Pulver 2 wird eine Vielzahl von elektronischen Teilen 3 plaziert, die mit einer externen Elektrode ummantelt sind, wobei diese gesamte Anordnung weiter getrocknet wird. Das Brennelement 1 wird in einen Hartbrennofen eingeführt und bei einer Temperatur unter 1000°C beheizt, wobei die externe Elektrode gebacken wird.

Andererseits kann anstelle des Pulvers 2 auch ein Trennmittel in der Form einer dünnen Schicht, die Alumina- oder Zirko­ niumpulver enthält, eingesetzt werden. Das Pulver 2 oder das Trennmittel wird eingesetzt, damit das Brennelement 1 und die elektronischen Teile 3 nicht in Kontakt kommen. Es gibt je­ doch Fälle, in denen das Pulver während des Backprozesses an der externen Elektrode festklebt, da die externe Elektrode Glaskomponenten enthält. Dies macht ein Verfahren zur Entfer­ nung des Pulvers notwendig, was wiederum zu erhöhten Kosten führt.

Ebenso können die auf dem Brennelement 1 angeordneten elek­ tronischen Teile 3 nicht immobilisiert werden (d. h., die elektronischen Teile können nicht davon abgehalten werden, sich auf dem Brennelement 1 zu bewegen). Aus diesem Grunde können die elektronischen Teile nicht davon abgehalten wer­ den, einander wie in Fig. 6B gezeigt, während der Handhabung zu kontaktieren, so daß die Teile in Bereichen der externen Elektroden 4 nach dem Backprozeß miteinander in Kontakt ste­ hen können.

Weiterhin führt die Benutzung von Pulver zur Erzeugung von Staub, was die Arbeitsumgebung für den Herstellungsprozeß elektronischer Teile als weiteres Problem verschlechtert.

Eine druckschriftliche Belegung des obengenannten Standes der Technik ist teilweise in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 4-164 306 wiedergege­ ben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung keramischer Elektronikbauteile, die von einer Mehrzahl von externen Elektroden ummantelt sind, anzugeben, das das Problem der Pulveradhäsion an den externen Elektroden löst, so daß kein Bedarf zur Entfernung des Pulvers besteht, und daß die Probleme des Aneinanderklebens externer Elektro­ den sowie der Stauberzeugung durch Pulver lösen kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa­ tentanspruches 1 gelöst.

Keramische elektronische Bauteile, die mit externen Elektronen ummantelt und dann getrocknet sind, sind auf einer adhäsiven Material­ schicht, die auf der Oberfläche eines Brennelements vorgese­ hen ist, angeordnet und durch die Adhäsion befestigt, so daß die elektronischen Teile einander nicht kontaktieren. Das Brennelement wird dann in einen Hartbrennofen eingeführt, wo die externen Elektroden gebacken werden.

Die adhäsive Materialschicht dient zur Immobilisierung der elektronischen Teile bis zur Hälfte des Backprozesses, so daß die elektronischen Teile vor Bewegung und daher vor einer Kontaktierung untereinander geschützt sind. Als Resultat des­ sen können die externen Elektroden vor einer Verbindung un­ tereinander geschützt werden. Darüber hinaus können die elektroni­ schen Bauteile gebacken werden, ohne daß Pulver eingesetzt wird, so daß das Problem des Klebens von Pulver an den exter­ nen Elektroden nicht auftritt. Infolgedessen vermeidet man die Notwendigkeit, das Pulver nach dem Backen zu entfernen, wobei gleichzeitig die Verschlechterung der Umgebungsbedin­ gungen aufgrund der Staubbildung aus dem Pulver entfällt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird im folgenden mit Be­ zug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1A und 1B eine Vorderansicht, die die Struktur eines Brennelementes zeigt, das einge­ setzt wird, um das Verfahren nach der Erfindung durchzuführen;

Fig. 2A, 2B, 2C sind Vorderansichten, die die Schritte der Ummantelung mit den externen Elektro­ den durch Benutzung des Brennelementes in ihrer Reihenfolge zeigt;

Fig. 3 ist eine Vorderansicht, die eine zweite Ausführungsform des Brennelementes zeigt; und

Fig. 4A ist eine perspektivische Ansicht, die eine dritte Ausführungsform des Brennele­ mentes zeigt;

Fig. 4B ist eine Schnittansicht desselben;

Fig. 5A ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel der dritten Ausfüh­ rungsform des Brennelements zeigt;

Fig. 5B ist eine Schnittansicht desselben;

Fig. 6A ist eine Vorderansicht, die ein herkömm­ liches Brennelement zeigt; und

Fig. 6B ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem die externen Elektroden von elektronischen Bauteilen miteinander ver­ bunden sind.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 1A und 1B gezeigt, wobei ein Brennelement 11, das für das Backen von elektronischen Bauteilen 3 eingesetzt wird, aus einem Material gemacht ist, das im we­ sentlichen nicht mit den externen Elektroden reagiert. Auf der Oberfläche des Brennelementes 11 ist eine adhäsive Mate­ rialschicht 12 vorgesehen, auf der die elektronischen Bau­ teile 3 plaziert sind. Auf diese Weise sind die elektroni­ schen Teile 3 durch Adhäsion fixiert.

Die adhäsive Materialschicht 12 wird durch Beschichtung mit einem adhäsiven Material gebildet, oder durch das Auftragen eines doppelseitigen Klebebandes. Die elektronischen Teile 3, die durch die adhäsive Materialschicht 12 immobilisiert wer­ den sollen, können entweder in aufrechter Position, wie in Fig. 1A gezeigt, oder in liegender Position, wie in Fig. 1B gezeigt, fixiert sein. Das Material der adhäsiven Material­ schicht 12 kann so ausgewählt werden, daß es bei relativ ge­ ringen Temperaturen verbrennt und daß es die elektronischen Teile 3 andererseits während des Hartbrennprozesses nicht beeinflußt.

Wie in Fig. 2A gezeigt, ist ein Chiphalter 14, der mit einem Halteteil 13 versehen ist, der an seiner Oberfläche mit einem adhäsiven Material beschichtet ist, separat vorbereitet. Auf dem Haltebereich 13 des Halters 14 ist eine Vielzahl von elektronischen Chipteilen 3 in einer bestimmten Anordnung und in aufrechter Position befestigt. Daraufhin wird ein Endbereich der Chipteile in eine Paste des externen Elektrodenmaterials (nicht gezeigt) getaucht, wodurch die elektronischen Teile 3 auf der einen Seite mit einer externen Elektrode ummantelt werden.

Wenn die externe Elektrode getrocknet ist, wird das Brennele­ ment 11 gegenüberliegend über dem Chiphalter 14 plaziert und in die Nähe des Chiphalters 14 gebracht. Die adhäsive Mate­ rialschicht 12 wird gegen die Chipteile wie in Fig. 2B ge­ preßt, woraufhin das Brennelement 11 hochgenommen wird. Dar­ aufhin werden die elektronischen Teile 3 wie in Fig. 2C ge­ zeigt, auf das Brennelement 11 gebracht. Zur Durchführung dieser Operation ist die adhäsive Materialschicht 12 auf dem Brennelement 11 derart eingestellt, daß sie eine größere ad­ häsive Kraft als die Haltekraft auf dem Haltebereich 13 des Chiphalters 14 hat.

Nachdem die elektronischen Teile 3 auf die adhäsive Material­ schicht 12 des Brennelementes 11 gebracht worden sind, wird das andere Ende der elektronischen Teile 3 in die Paste des externen Elektrodenmaterials getaucht. Die elektronischen Teile 3 werden hierdurch auf der anderen Seite mit externer Elektrode ummantelt und dann getrocknet.

Auf diese Weise werden die elektronischen Teile 3 in beiden Endbereichen mit externen Elektroden ummantelt und auf der ad­ häsiven Materialschicht 12 des Brennelementes 11 angeordnet und fixiert, wie in Fig. 1A gezeigt. In diesem Zustand werden die elektronischen Bauteile in den Backprozeß gebracht, indem das Brennelement 11, so wie es ist, in einen Hartbrennofen eingeführt wird.

Während des Backprozesses sind die elektronischen Teile 3 durch die adhäsive Materialschicht 12 immobilisiert, so daß sich die elektronischen Teile 3 nicht bewegen oder während des Handlings in Kontakt miteinander kommen. Auf diese Weise werden die Elektroden vor einer Verbindung untereinander ge­ schützt. Darüberhinaus wird auf diese Art und Weise die adhä­ sive Materialschicht 12 verfeuert. Derart können die elektro­ nischen Teile 3 nach dem Backen der externen Elektroden von dem Brennelement 11 heruntergenommen werden.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Brennelement 11, das eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, ist auf der Oberfläche des Brennelementes 11 eine Pulvermantelschicht 15 vorgesehen, auf der elektronische Teile 3 angeordnet sind. Auf der Mantelschicht 15 ist darüberhinaus eine adhäsive Ma­ terialschicht 12 gebildet.

Die Pulvermantelschicht 15 wird mit einem Material herge­ stellt, das während des Pulverbackprozesses kaum mit Keramik reagiert, wobei mit diesem eine Keramik als symbiotische Ba­ sis gemischt wird, die derjenigen der elektronischen Teile 3 ähnelt, wobei die Mischung beispielsweise durch Spritzbe­ schichtung auf das Brennelement 11 aufgebracht wird, worauf­ hin die resultierende Mantelschicht hartgebrannt wird.

Die entstandene Pulvermantelschicht 15 kann derart ausgebil­ det sein, daß ihre Oberfläche eine Ungleichmäßigkeit von we­ niger als 100 µm, vorzugsweise ungefähr einige Zehntel µm hat. Dies erlaubt es, die Bindungskraft der Pulvermantel­ schicht 15 mit den elektronischen Teilen 3 zu reduzieren, nachdem die adhäsive Materialschicht 12 während des Backpro­ zesses der externen Elektroden verfeuert wurde.

Die Vorteile dieser Verfahren liegen darin, daß die elektro­ nischen Teile 3 von der Mantelschicht 15 ohne Schwierigkeiten heruntergenommen werden können, sogar wenn die elektronischen Teile 3 in direkten Kontakt mit der Pulvermantelschicht 15 kommen, nachdem die adhesive Materialschicht 12 während des Backprozesses verfeuert worden ist.

Die Fig. 4A und 4B sowie die Fig. 5A und 5B zeigen eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In der vorliegenden Erfindung ist auf der Oberfläche eines Brennelementes 11 in der Form einer Platte eine adhäsive Ma­ terialschicht 12 vorgesehen, wobei die adhäsive Material­ schicht 12 ein elektronisches Teil 3 hält und wobei eine ex­ terne Elektrode gebacken wird.

Währenddessen wird in der externen Elektrode des elektroni­ schen Teiles 3 Glasmasse und Überzug, wie auch Metallpulver verbunden.

Was die Materialien der adhäsiven Materialschicht 12 auf dem Brennelement 11 angeht, werden Materialien mit guter Brenn­ barkeit und Hitzelösbarkeit ausgewählt. In einigen Fällen wird auf Teilen, an denen die externe Elektrode in Kontakt mit der adhäsiven Materialschicht 12 steht, aufgrund der Überzugskomponente und deren Rate bezüglich der externen Elektrode, plötzliche Verbrennung und Hitzebildung erzeugt, was im Resultat zu unvorteilhaften Fehlern im Hinblick auf Erscheinung und Charakteristika der externen Elektrode führen kann.

In Fällen wie diesen verringert sich der Kontaktbereich zwi­ schen der adhäsiven Materialschicht 12 und der externen Elek­ trode, indem eine Brennelementform wie in Fig. 4 und 5 ge­ zeigt, eingesetzt wird, wodurch es möglich ist, das Auftreten unvorteilhafter Defekte im Hinblick auf Erscheinung und Cha­ rakteristika der externen Elektrode zu vermeiden.

Für das Brennelement werden Materialien wie Zirkonia, Mullit, Magnesiumoxid, Cordierit oder ähnliches, die eine geringe Re­ aktivität mit der externen Elektrode zeigen. Um die Probleme der mechanischen Stabilität, der Hitzebeständigkeit und der Wärmekapazität zu verbessern, können die Basismaterialien, wie z. B. Alumina, Nickel oder ähnliches einer Ummantelung mit den oben genannten Materialien in einer Dicke von 100 bis 200 µm unterzogen werden.

Das erste und zweite Ausführungsbeispiel wurde durch Fälle verdeutlicht, in denen elektronische Teile 3 adhäsiv auf der adhäsiven Materialschicht 12 fixiert wurden, indem man im Prozeß der Ummantelung mit externen Elektroden das Brennele­ ment 11 einsetzt. Die elektronischen Teile 3 können jedoch ebensogut auf der adhäsiven Materialschicht 12 des Brennele­ mentes 11 angeordnet und befestigt werden, nachdem der Umman­ telungsprozeß der externen Elektroden getrennt durchgeführt wurde.

Die keramischen Elektronikteile, auf die externe Elektroden gebacken werden, können Widerstandschips, EMI-Chipfilter, Mehrschichtteile und ähnliches, abgesehen von monolithischen Keramikkondensatoren umfassen.

Wie oben beschrieben, besteht gemäß der vorliegenden Erfin­ dung keine Notwendigkeit, während des Verfahrens des Backens externer Elektroden keramischer Elektronikbauteile Pulver einzusetzen, so daß es nicht zum Kleben von Pulver an den ex­ ternen Elektroden nach dem Backen der externen Elektroden kommt. Auf diese Weise entfällt der Prozeß des Pulverentfer­ nens.

Da die elektronischen Teile weiterhin durch die adhäsive Ma­ terialschicht gehalten werden, kommen die elektronischen Teile während des Backprozesses nicht in Kontakt miteinander. Auf diese Weise können die externen Elektroden vor einer Ver­ bindung untereinander bewahrt werden.

Darüberhinaus ist es nicht mehr notwendig, das Brennelement mit Pulver zu überziehen. Dies vermeidet wiederum eine Ver­ schlechterung der Umgebungsbedingungen aufgrund der Zerstäu­ bung des Pulvers. Auf diese Art und Weise wird es möglich, das Verfahren von der Ummantelung externer Elektroden bis zum Backen externer Elektroden kontinuierlich durchzuführen.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung keramischer Elektronikbauteile (3), die von einer Mehrzahl von externen Elektroden ummantelt sind, gekennzeichnet durch die Schritte
   des Vorsehens einer adhäsiven Materialschicht (12) auf der Oberfläche eines Brennelementes (11),
   des Anordnens der keramischen Elektronikbauteile (3) auf dem Brennele­ ment (11),
   wobei der Körper der keramischen Elektronikbauteile (3) adhäsiv durch die adhäsive Materialschicht (12) gehalten wird,
   sowie des Brennens der keramischen Elektronikbauteile.