DE19634496C1 - Surface-mounted multi-layer electro-ceramic component e.g. varistor or capacitor - Google Patents

Surface-mounted multi-layer electro-ceramic component e.g. varistor or capacitor

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Abstract

The electro-ceramic component has a ceramic body (1) defining the component function containing alternating inner electrodes (2,3) extending to the opposite end faces of the component body at which they are contacted by applied metallisation layers (4,5). The outer surfaces of the ceramic body are covered by a high-ohmic layer (6), with a greater resistance between the inner electrodes and the metallisation layers than the resistance between the opposing inner electrodes.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein für SMD-Montage ausge­ bildetes elektro-keramisches Vielschichtbauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu sei­ ner Herstellung nach Patentanspruch 4 bzw. 8.The present invention relates to a for SMD assembly formed electro-ceramic multilayer component after The preamble of claim 1 and a method ner production according to claim 4 or 8.

Bauelemente der gattungsgemäßen Art sind beispielsweise aus dem Lieferprogramm 1996 der Anmelderin "SIOV-Metalloxid- Varistoren" bekannt. Weiterhin sind derartige Bauelemente aus dem Datenbuch der Anmelderin "Keramik-Kondensatoren", Ausgabe 1994, Seite 77 bekannt geworden.Components of the generic type are, for example, from the 1996 delivery program of the applicant "SIOV metal oxide Varistors "are known. Furthermore, such components are made of the data book of the applicant "Ceramic Capacitors", edition 1994, page 77 became known.

Fig. 1 zeigt schematisch den generellen Aufbau eines derar­ tigen für eine SMD-Montage ausgebildeten elektro-keramischen Vielschichtbauelementes. Danach bestehen derartige elektro- keramische Bauelemente aus einem die Bauelementefunktion de­ finierenden Bauelementekörper 1 aus Funktionskeramik, Innene­ lektroden 2, 3, welche sich alternierend bis zu jeweils einer Stirnseite des Bauelementekörpers 1 erstrecken, sowie An­ schlußmetallisierungen 4, 5 an den Stirnseiten des Bauelemen­ tekörpers 1, an denen die Innenelektroden 2, 3 an die Ober­ fläche treten. In Fig. 1 ist der Abstand der Innenelektroden 2, 3 voneinander mit a, die Länge des Bereiches, in dem sich die Innene­ lektroden 2, 3 überlappen, mit b, der Abstand der Innenelek­ troden 2, 3 von den oben definierten Stirnseiten, an die sie nicht heranreichen mit c, der Abstand der Innenelektroden 2, 3 von den Außenseiten des Bauelementekörpers 1, die auf den genannten Stirnseiten senkrecht stehen mit d und die Höhe des Bauelementekörpers 1 mit h bezeichnet. Fig. 1 shows schematically the general structure of such a trained for an SMD assembly electro-ceramic multilayer component. According to this, such electro-ceramic components consist of a component body 1 that defines the component function and is made of functional ceramic, internal electrodes 2 , 3 , which alternately extend to one end face of the component body 1 , as well as connection metallizations 4 , 5 on the end faces of the component body 1 , where the inner electrodes 2 , 3 come to the upper surface. In Fig. 1, the distance between the inner electrodes 2 , 3 from each other with a, the length of the area in which the inner electrodes 2 , 3 overlap, with b, the distance between the inner electrodes 2 , 3 from the end faces defined above, at which they do not reach with c, the distance between the inner electrodes 2 , 3 from the outer sides of the component body 1 , which are perpendicular to the end faces mentioned with d and the height of the component body 1 with h.

Der Abstand a der Innenelektroden 2, 3 voneinander bestimmt die Betriebsspannung des Bauelementes. Die eigentliche Bau­ elementefunktion wird durch den Volumenanteil des Bauelemen­ tekörpers 1 bestimmt, welcher durch den sich überlappenden Bereich der Innenelektroden 2, 3 festgelegt ist. Für diesen Volumenbereich sind die beiden Längenabmessungen a und b be­ stimmend.The distance a between the internal electrodes 2 , 3 determines the operating voltage of the component. The actual construction element function is determined by the volume fraction of the component body 1 , which is determined by the overlapping area of the internal electrodes 2 , 3 . The two length dimensions a and b are suitable for this volume range.

Bei einer vorgegebenen maximalen Betriebsspannung des Bauele­ mentes müssen für die Größen c und d bestimmte Mindestmaße eingehalten werden, damit die elektrische Funktion des Bau­ elementes tatsächlich nur im Volumenbereich zwischen den sich überlappenden Innenelektroden 2, 3 zustande kommt. Sind die Größen c und d zu gering bemessen, so ergeben sich elektri­ sche Wege in Richtung dieser Größen zu den Anschlußmetalli­ sierungen 4, 5, welche elektrische Nebenschlüsse zu dem für die vorgegebene Funktion des Bauelementes gewollten Volumen­ bereich zwischen den sich überlappenden Teilen der Innenelek­ troden 2, 3 darstellen.For a given maximum operating voltage of the component, certain minimum dimensions must be observed for sizes c and d so that the electrical function of the component actually only occurs in the volume range between the overlapping internal electrodes 2 , 3 . Are the sizes c and d dimensioned too small, so there are electrical paths in the direction of these sizes to the connection metallizations 4 , 5 , which electrical shunts to the desired volume for the specified function of the component area between the overlapping parts of the inner electrodes 2 , 3 represent.

Mit zunehmender vorgegebener maximaler Betriebsspannung des Bauelementes werden bei vorgegebenem Abstand a der Innenelek­ troden 2, 3 die Maße c und d immer größer. Das bedeutet zum einen, daß das Maß b mit zunehmendem Maß c immer kleiner und zum anderen das Maß h mit zunehmendem Maß d immer größer wird. Mit abnehmenden Maß b wird der für die Bauelementefunk­ tion wirksame Volumenanteil zwischen den Innenelektroden 2, 3 immer kleiner. Soll ein vorgegeben großer Volumenanteil zwi­ schen den sich überlappenden Teilen der Innenelektroden 2, 3 erhalten bleiben, so müßte die Gesamtlänge des Bauelemente­ körpers - das ist die Summe aus dem Maß b und dem zweifachen Maß c - und ebenso die Höhe h - das ist die Summe aus dem Maß a und dem zweifachen Maß d - immer größer werden. Mit zu­ nehmender Höhe h und Länge des Bauelementekörpers 1 wird aber die SMD-Montagefähigkeit des Bauelementes immer schlechter.With increasing predetermined maximum operating voltage of the component at a predetermined distance a of the internal electrodes 2 , 3, the dimensions c and d are always larger. This means on the one hand that dimension b becomes smaller and smaller with increasing dimension c and secondly dimension h increases with increasing dimension d. With decreasing dimension b, the volume fraction effective for the component function between the internal electrodes 2 , 3 becomes smaller and smaller. If a predetermined large volume proportion between the overlapping parts of the internal electrodes 2 , 3 is to be retained, the total length of the component body would have to be - that is the sum of the dimension b and twice the dimension c - and also the height h - that is Sum of dimension a and twice the dimension d - get bigger and bigger. With increasing height h and length of the component body 1 , however, the SMD mounting ability of the component is getting worse.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, mit der für die SMD-Montagefähigkeit vereinbare Abmessungen im obengenannten Sinne realisierbar sind. The present invention has for its object a Possibility to specify with the for the SMD mounting ability compatible dimensions in the above sense can be realized are.  

Diese Aufgabe wird bei einem elektro-keramischen Bauelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Maßnah­ men des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is done with an electro-ceramic component of the type mentioned at the outset according to the invention by the measure men of the characterizing part of claim 1 solved.

Ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen elektro-keramischen Bauele­ mente ist durch die Merkmale der Patentansprüche 4 und 8 gekennzeichnet.A method for producing the electro-ceramic components according to the invention is characterized by the characteristics of the Claims 4 and 8 characterized.

Weiterbildungen der Erfindung sowohl hinsichtlich des elek­ tro-keramischen Bauelementes als auch der Verfahren zu seiner Herstellung sind Gegenstand entsprechender Unteransprüche.Developments of the invention both with regard to the elec tro-ceramic component and the method for its Production are the subject of corresponding subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels gemäß den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:The invention is illustrated below with the aid of an embodiment game explained in more detail according to the figures of the drawing. It shows:

Fig. 1 die bereits erläuterte schematische Darstellung eines für eine SMD-Montage geeigneten elektro-keramischen Vielschichtbauelementes; und FIG. 1 shows the already explained schematic representation of a form suitable for SMD mounting electro-ceramic multi-layer component; and

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung eines er­ findungsgemäß ausgebildeten elektro-keramischen Bau­ elementes. Fig. 2 is a corresponding to FIG. 1 representation of an electro-ceramic construction element designed according to the invention.

Bei dem elektro-keramischen Bauelement nach Fig. 2, in der gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen ver­ sehen sind, ist auf der Außenseite des Bauelementekörpers ei­ ne so hochohmige Schicht 6 ausgebildet, daß der Widerstand zwischen den Innenelektroden 2, 3 und den äußeren gegenpoli­ gen Anschlußmetallisierungen 4, 5 größer als der Widerstand zwischen den gegenpoligen Innenelektroden 2, 3 ist. Es sei hier insbesondere darauf hingewiesen, daß die Anzahl 2 der Innenelektroden lediglich aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung gewählt ist; in der Praxis kann eine Vielzahl von Innenelektroden 2, 3 vorhanden sein, was in aller Regel auch für die Mehrzahl von Bauelemente-Typen der Fall ist. In the electro-ceramic component according to FIG. 2, in the same parts as in FIG. 1 are shown with the same reference numerals, egg ne ne so high-resistance layer 6 is formed on the outside of the component body that the resistance between the inner electrodes 2 , 3rd and the outer Gegenpoli gene connection metallizations 4 , 5 is greater than the resistance between the opposite-pole inner electrodes 2 , 3 . It should be pointed out here in particular that the number 2 of the internal electrodes is selected only for the sake of simplifying the illustration; in practice, there can be a large number of internal electrodes 2 , 3 , which is generally also the case for the majority of component types.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Widerstand der hochohmigen Schicht insbesondere so gewählt, daß ihr spezi­ fischer Widerstand wenigstens gleich dem 1,1-fachen spezifi­ schen Widerstand des Bauelementkörpers ist.In a further development of the invention, the resistance is high-resistance layer in particular chosen so that you spec Fischer resistance at least equal to 1.1 times the speci is the resistance of the component body.

Die hochohmige Schicht 6 ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise eine dotierte oberflächennahe Schicht, die durch Dotierung mit Stoffen gebildet ist, welche teilwei­ se auch zur Einstellung des Widerstandswertes des Bauelemen­ tekörpers 1 Verwendung finden.In a further embodiment of the invention, the high-resistance layer 6 is preferably a doped layer close to the surface, which is formed by doping with substances, some of which are used for adjusting the resistance value of the component body 1 .

In Fig. 2 sind die den Maßen b bis d und h entsprechenden Maße mit b′ bis d′ und h′ bezeichnet. Durch die hochohmige Schicht 6 wird erreicht, daß bei im Vergleich zum Bauelement nach Fig. 1 gleichbleibendem Abstand a zwischen den Innene­ lektroden 2, 3 und gleichbleibender spezifischer Bauelemente­ spannung die übrigen Maße vergrößert - Überlappungslänge b′ - bzw. verringert - Abstände c′, d′; Höhe h′ - werden können, weil durch die Maße c′, d′ bestimmte elektrisch aktive Wege zwischen den Innenelektroden 2, 3 und den Anschlußmetallisie­ rungen 4, 5 unterbunden werden.In Fig. 2, the dimensions b to d and h corresponding dimensions are denoted by b 'to d' and h '. Through the high-resistance layer 6 it is achieved that with a constant distance a between the inner electrodes 2 , 3 and constant specific components voltage compared to the component according to FIG. 1, the remaining dimensions are increased - overlap length b '- or reduced - distances c', d ′; Height h '- can be because of the dimensions c', d 'certain electrically active paths between the internal electrodes 2 , 3 and the connection metallizations 4 , 5 are prevented.

Erfindungsgemäße elektro-keramische Bauelemente der vorste­ hend erläuterten Art können gemäß einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Verfahrens folgendermaßen hergestellt werden.Electro-ceramic components according to the present invention The type explained can be according to an embodiment variant of a method according to the invention produced as follows will.

Ein Innenelektroden 2, 3 enthaltender Grünkörper wird ent­ kohlt und auf einen vorgegebenen Prozentsatz seiner Enddichte vorgesintert. Sodann wird eine hochohmige Schicht 6 durch Do­ tierung derart hergestellt, daß der vorgesinterte Körper mit­ tels eines den Dotierungsstoff enthaltenden Imprägniermittels imprägniert wird. Das Imprägniermittel kann eine den Dotie­ rungsstoff enthaltende Lösung bzw. Suspension sein.A green body containing internal electrodes 2 , 3 is decarburized and presintered to a predetermined percentage of its final density. A high-resistance layer 6 is then produced by doping in such a way that the presintered body is impregnated with an impregnating agent containing the dopant. The impregnating agent can be a solution or suspension containing the dopant.

Die sich durch die Vorsinterung ergebende Dichte und die Kon­ zentration des im Imprägniermittel enthaltenden Dotierungs­ stoffes werden so gewählt, daß sich eine vorgegebene Ein­ dringtiefe und ein vorgegebener Widerstandswert der hochohmi­ gen oberflächennahen Schicht 6 ergibt.The resulting from the pre-sintering density and the concentration of the dopant contained in the impregnating agent are chosen so that there is a predetermined penetration depth and a predetermined resistance value of the high-resistance layer 6 near the surface.

Sodann wird der so erhaltene Bauelementekörper auf seine End­ dichte gesintert und es werden die Anschlußmetallisierungen 4, 5 mittels an sich bekannter Verfahren und ebenfalls an sich bekanntem Aufbau hergestellt. Zu den letztgenannten An­ schlußmetallisierungen kann beispielsweise auf das eingangs genannte Lieferprogramm bzw. Datenbuch der Anmelderin hinge­ wiesen werden.Then the component body obtained in this way is sintered to its final density and the connection metallizations 4 , 5 are produced by methods known per se and also known per se. For the latter to final metallizations, reference can be made, for example, to the delivery program or data book of the applicant mentioned at the outset.

Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante kann ein erfindungs­ gemäßes elektro-keramisches Bauelement folgendermaßen herge­ stellt werden.According to a second embodiment, a fiction according to the electro-ceramic component as follows be put.

Ein vorgefertigter, die Innenelektroden 2, 3 enthaltender Grünkörper wird entkohlt und auf seine Enddichte gesintert. Sodann wird zur Herstellung der oberflächennahen hochohmigen Schicht 6 eine einen Dotierungsstoff enthaltende Suspension oder Paste auf den gesinterten Bauelementekörper unter sol­ chen Bedingungen aufgetragen und eingebrannt, daß sich ein vorgegebener Widerstandswert und eine vorgegebene Eindring­ tiefe dieser Schicht ergibt. Schließlich werden wiederum die Anschlußmetallisierungen 4, 5 im vorstehend beschriebenen Sinne hergestellt.A prefabricated green body containing the internal electrodes 2 , 3 is decarburized and sintered to its final density. Then, to produce the near-surface high-resistance layer 6, a suspension or paste containing a dopant is applied to the sintered component body under such conditions and baked so that a predetermined resistance value and a predetermined penetration depth of this layer results. Finally, the connection metallizations 4 , 5 are again produced in the sense described above.

Als Dotierungsstoff kommt beispielsweise mindestens ein Ele­ ment aus der Elementegruppe Al, Bi, Mn, Sb, Si in Betracht.At least one ele comes as dopant, for example ment from the element group Al, Bi, Mn, Sb, Si.

Claims (10)

1. Für SMD-Montage ausgebildetes elektro-keramisches Viel­ schichtbauelement mit einem die Bauelementefunktion definie­ renden keramischen Bauelementekörper (1), in diesem befindli­ chen sich alternierend bis zu jeweils einer Stirnseite er­ streckenden Innenelektroden (2, 3) sowie an den Stirnseiten vorgesehenen die Innenelektroden (2, 3) elektrisch kontaktie­ renden Anschlußmetallisierungen (4, 5), dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenseite des Bauelementekörpers (1) eine so hochohmige Schicht (6) ausgebildet ist, daß der Widerstand zwischen den Innenelektroden (2, 3) und den äußeren gegenpo­ ligen Anschlußmetallisierungen (4, 5) größer als der Wider­ stand zwischen den gegenpoligen Innenelektroden (2, 3) ist.1. Electro-ceramic multilayer component designed for SMD assembly with a ceramic component body ( 1 ) defining the component function, in which there are alternating internal electrodes ( 2 , 3 ) each extending up to one end face and the inner electrodes provided on the end faces ( 2 , 3 ) electrically contacting connecting metallizations ( 4 , 5 ), characterized in that on the outside of the component body ( 1 ) such a high-resistance layer ( 6 ) is formed that the resistance between the internal electrodes ( 2 , 3 ) and the outer Gegenpo term connection metallizations ( 4 , 5 ) is greater than the resistance between the opposing internal electrodes ( 2 , 3 ). 2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der hochohmigen Schicht (6) so gewählt ist, daß der spezifische Widerstand wenigstens gleich dem 1,1-fachen spezifischen Widerstand des Bauelementekörpers ist.2. Component according to claim 1, characterized in that the resistance of the high-resistance layer ( 6 ) is selected so that the specific resistance is at least equal to 1.1 times the specific resistance of the component body. 3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hochohmige Schicht (6) eine dotierte oberflächennahe Schicht ist, die durch Dotierung mit Stoffen gebildet ist, welche mindestens teilweise auch zur Einstellung des Wider­ standswertes des Bauelementekörpers (1) Verwendung finden.3. Component according to claim 1 or 2, characterized in that the high-resistance layer ( 6 ) is a doped layer close to the surface, which is formed by doping with substances which are at least partially used for setting the resistance value of the component body ( 1 ). 4. Verfahren zur Herstellung eines elektro-keramischen Bau­ elementes nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Innenelektroden (2, 3) enthaltender Grünkörper zur Bildung der hochohmigen Schicht (6) durch Imprägnieren mittels eines einen Dotierungsstoff enthaltenden Mittels do­ tiert wird. 4. A method for producing an electro-ceramic construction element according to one of claims 1 to 3, characterized in that an inner electrode ( 2 , 3 ) containing green body to form the high-resistance layer ( 6 ) by impregnation by means of a dopant-containing agent do is tiert. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein ungesinterter Grünkörper auf eine solche Dichte vorgesintert wird, daß das Imprägniermittel anschließend bis zu ei­ ner für die Dicke der oberflächennahen hochohmigen Schicht (6) vorgesehenen Eindringtiefe eindringen kann, und der Do­ tierungsstoff in einer solchen Konzentration im Imprägnier­ mittel enthalten ist, daß sich ein vorgegebener Widerstands­ wert der oberflächennahen hochohmigen Schicht (6) ergibt.5. The method according to claim 4, characterized in that first an unsintered green body is pre-sintered to such a density that the impregnating agent can then penetrate down to egg ner provided for the thickness of the near-surface high-resistance layer ( 6 ), and the doping substance in such a concentration is contained in the impregnating agent that there is a predetermined resistance value of the near-surface high-resistance layer ( 6 ). 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgesinterte und durch Imprägnieren dotierte Grün­ körper auf die für den Bauelementekörper (1) vorgesehene End­ dichte gesintert wird.6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the presintered and doped by impregnating green body is sintered to the end density provided for the component body ( 1 ). 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägniermittel eine den Dotierungsstoff enthaltende Lösung oder Suspension ist.7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized, that the impregnating agent contains a dopant Solution or suspension. 8. Verfahren zur Herstellung eines elektro-keramischen Bau­ elementes nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Innenelektroden (2, 3) enthaltender Grünkörper auf seine für den Bauelementekörper (1) vorgesehene Enddichte gesintert wird und auf den gesinterten Körper ein Dotierungs­ mittel aufgetragen und eingebrannt wird.8. A method for producing an electro-ceramic construction element according to one of claims 1 to 3, characterized in that a green body containing the internal electrodes ( 2 , 3 ) is sintered onto its final density provided for the component body ( 1 ) and onto the sintered body a dopant is applied and baked. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dotierungsmittel eine den Dotierungsstoff enthaltende Suspension oder Paste ist.9. The method according to claim 8, characterized, that the dopant contains a dopant Suspension or paste. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierungsstoff mindestens ein Element aus der Ele­ mentegruppe Al, Bi, Mn, Sb, Si ist.10. The method according to any one of claims 4 to 9, characterized,  that the dopant at least one element from the Ele ment group Al, Bi, Mn, Sb, Si.
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