DE19946199B4

DE19946199B4 - Elektrisches Bauelement mit variablem elektrischem Widerstand

Info

Publication number: DE19946199B4
Application number: DE1999146199
Authority: DE
Inventors: Christian Dr. Faistauer; Reinhold Flaschberger; Thomas Dr. Trenkler; Harald Dr. Schöpf
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 1999-09-27
Filing date: 1999-09-27
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2019-09-28
Also published as: DE19946199A1

Abstract

Elektrisches Bauelement mit variablem elektrischem Widerstand mit einem Bauelementekörper (1, 2; 1', 2) aus das Widerstandsverhalten bestimmendem Material und mit auf dem Bauelementekörper (1, 2; 1', 2) vorgesehenen Elektroden (5, 6) für elektrische Bauelementeanschlüsse, bei dem der Bauelementekörper (1, 2; 1', 2) als Hohlkörper ausgebildet ist, dessen Innenhohlraum einen Tunnel ausbildet,
bei dem eine Außenelektrode (4) auf der Hohlkörperaußenfläche und eine Innenelektrode (5) auf der Hohlkörperinnenfläche vorgesehen ist,
bei dem die Außenelektrode (4) als ein zur Oberflächenmontage geeigneter Außenanschluß des Bauelements ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement mit variablem elektrischem Widerstand.
Unter Bauelementen mit variablem elektrischem Widerstand werden hier Bauelemente mit temperaturabhängigem Widerstand, insbesondere Kaltleiter, und Bauelemente mit spannungsabhängigem Widerstand, d.h., Varistoren, verstanden.
Bekannte Bauformen derartiger Bauelemente bestehen aus einem Bauelementekörper in Form eines scheibenförmigen Kreiszylinders aus das Widerstandsverhalten bestimmendem Material, Elektroden auf sich gegenüberliegenden Seiten des Bauelementekörpers sowie an den Elektroden angelöteten radialen Anschlußdrähten.
Die meisten neuen Anwendungen derartiger Bauelemente erfordern eine deutliche Reduzierung der Bauelementegeometrie und zur Erleichterung der Verarbeitbarkeit eine oberflächenmontierbare Form (SMD – Bauform, SMD = Surface Mounted Design). Dabei sollen die elektrischen Parameter, wie beispielsweise der Kippstrom und die Spannungsfestigkeit von Kaltleitern, im Vergleich zu bekannten Bauformen der vorgenannten Art zumindest gleich bleiben. Mit den bekannten Bauformen als radial bedrahtete Scheibe sind diese Forderungen nicht zu erfüllen.

Aus der Druckschrift DE 2608109 A1 ist ein keramischer Kaltleiter bekannt, der einen als Hohlzylinder ausgebildeten Keramikkörper mit einem Außen- und Innenbelag aufweist. An den gegenüberliegenden schmalen Seiten des im Querschnitt annähernd rechteckförmigen Keramikkörpers sind Anschlußdrähte angebracht.

Aus der Druckschrift DE 2348946 B2 ist ein weiterer Kaltleiter mit einem rohrförmigen Körper bekannt. Die innere und äußere Mantelfläche des Körpers ist metallisiert und an Anschlußverbindungen (Anschlußdrähte) des Kaltleiters anschließbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zur Oberflächenmontage geeignetes elektrisches Bauelement der in Rede stehenden Art mit kleiner Bauelementegeometrie anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement mit variablem elektrischen Widerstand, mit einem Bauelementekörper aus das Widerstandsverhalten bestimmendem Material und mit auf dem Bauelementekörper vorgesehenen Elektroden für elektrische Bauelementeanschlüsse, bei dem der Bauelementekörper als Hohlkörper ausgebildet ist, dessen Innenhohlraum einen Tunnel ausbildet. Dabei ist eine Innenelektrode auf der Hohlkörperinnenfläche vorgesehen.

Gemäß Erfindung weist eine Seite der Hohlkörperaußenfläche eine Metallisierung auf, die als eine zur Oberflächenmontage geeignete Außenelektrode bzw. als Außenanschluß des Bauelements ausgebildet und daher direkt mit einer Platine verlötbar ist. Beim Verlöten ist die entsprechende Seite der Hohlkörperaußenfläche zur Platine gewandt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine erste Ausführungsform eines für eine SMD-Montage geeigneten erfindungsgemäßen Bauelementes;
2 die Art der Montage eines Bauelementes nach 1 als liegendes Element;
3 die Art der Montage eines Bauelementes nach 1 als stehendes Element;
4 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelementes; und
5 eine Ausführungsform einer integrierten Anschlußfahne für eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelementes entsprechend 1.
Das elektrische Bauelement mit variablem elektrischem Widerstand nach 1 besitzt einen Bauelementekörper 1 aus das Widerstandsverhalten bestimmendem Material. Es kann sich beispielsweise bei dem Bauelement um einen Kaltleiter handeln, dessen Bauelementekörper 1 aus einer Kaltleiterkeramik besteht.
Der Bauelementekörper 1 ist als quaderförmiger Hohlkörper mit einem Innenhohlraum 2 ausgebildet. Die gesamten Flächen des Hohlkörpers 1, 2 sind metallisiert, wobei lediglich Stirnflächen 3 von der Metallisierung freigeschliffen sind, so daß auf den Außenflächen des Bauelementekörpers 1, 2 eine Außenelektrode 4 und auf der Innenfläche des Innenhohlraums 2 eine Innenelektrode 5 ausgebildet ist. Zur Vereinfachung der Darstellung sind diese Elektroden nicht eigens dargestellt.
Die Elektroden 4 und 5 können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mehrschichtig ausgebildet sein, wobei auf den Flächen für die Elektroden 4, 5 eine sperrschichtabbauende Schicht, beispielsweise aus Indium oder Zink, darauf eine Metallschicht, beispielsweise aus Silber und auf dieser eine ablegierbeständige Schicht, beispielsweise aus Nickel liegt.
An die Innenelektrode 5 ist eine Anschlußfahne 6 für einen elektrischen Außenanschluß vorgesehen.
Aus den 1 und 2 ist ersichtlich, wie ein Bauelement der vorstehend erläuterten Art in SMD-Technik auf einer schematisch dargestellten Platine 7 montiert werden kann. Dabei ist das Bauelement mit der Außenelektrode 4 direkt auf der Platine montiert, während die Anschlußfahne 6 mit einem – vom Verbindungsbereich mit der Außenelektrode 4 isolierten – Anschlußbereich auf der Platine 7 elektrisch verbunden ist. Die Verbindung der Anschlußfahne 6 stellt dabei also eine erste Lötstelle und die Verbindung zwischen der Außenelektrode 5 und dem darunterliegenden Platinenbereich eine zweite Lötstelle dar.
Während die 1 und 2 eine liegende SMD-Montage des Bauelementes zeigen, zeigt 3 eine stehende Montage. Die Ausführungen zur Montage nach den 1 und 2 gelten dabei entsprechend, so daß sie nicht wiederholt zu werden brauchen.
4, in der gleiche Elemente wie in den 1 bis 3 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelementes in einer mäanderförmigen Faltung unter Bildung eines Bauelementekörpers 1'. Die Entstehung eines derartigen gefalteten Bauelementes kann so verstanden werden, daß der Bauelementekörper 1, 2 mit den Elektroden 4, 5 nach 1 um 180° gefaltet ist. Daraus ergibt sich der Vorteil einer Flächenvergrößerung des Bauelementes, ohne daß dabei die Geometrieabmessungen vergrößert werden.
5, in der gleiche Elemente wie in den 1 bis 4 ebenfalls mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelementes mit einer integrierten Anschlußfahne an Stelle der angelöteten Anschlußfahne 6 nach den 1 bis 3. Dabei ist in einer Stirnfläche 3 des Bauelementekörpers 1 ein eingeschliffener Bereich 8 vorgesehen, von dem eine Innenfläche 9 ebenfalls metallisiert ist und mit der Innenelektrode 5 elektrisch verbunden ist. Auf der Unterseite des Bauelementekörpers 1, 2 setzt sich die Metallisierung der Fläche 9 unter Bildung einer gestrichelt dargestellten Anschlußfahne 10 fort. Um diese Anschlußfahne 10 von der Außenmetallisierung elektrisch zu trennen, ist in einem Bereich 11 die Metallisierung der Außenelektrode 5 weggeschliffen.
Im Falle eines als Kaltleiter ausgebildeten erfindungsgemäßen Bauelementes werden bei einer Anwendung als Überstromsteuerung dessen Eigenschaften durch den Nennstrom, bei dem das Bauelement nicht in den hochohmigen Zustand übergehen darf, und den Schaltstrom, wobei das Bauelement den Strom innerhalb einer vorgegebenen Zeit abregeln muß, beschrieben. Diese Eigenschaften sind im wesentlichen durch die Kombination aus dem Widerstand, und der Möglichkeit, thermische Energie an die Umgebung abzugeben, gegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Bauelement ist der Vorteil gegeben, daß durch zwei äußere Oberflächen, nämlich die Fläche der Außenelektrode 4 und die Fläche der Innenelektrode 5, thermische Energie an die umgebende Luft abgegeben werden kann. Der einen Tunnel bildende Innenhohlraum 2 bewirkt einen Kamin-Effekt, wobei strömende Luft für konvektive Kühlung sorgt. Darüberhinaus ergibt sich durch die direkte Oberflächenmontage eine erhöhte Dissipation über die Platine 7 selbst.
Schließlich sind aufgrund der Symmetrieeigenschaften des Bauelementes bessere Schalteigenschaften zu erwarten.

Claims

Elektrisches Bauelement mit variablem elektrischem Widerstand mit einem Bauelementekörper (1, 2; 1', 2) aus das Widerstandsverhalten bestimmendem Material und mit auf dem Bauelementekörper (1, 2; 1', 2) vorgesehenen Elektroden (5, 6) für elektrische Bauelementeanschlüsse, bei dem der Bauelementekörper (1, 2; 1', 2) als Hohlkörper ausgebildet ist, dessen Innenhohlraum einen Tunnel ausbildet, bei dem eine Außenelektrode (4) auf der Hohlkörperaußenfläche und eine Innenelektrode (5) auf der Hohlkörperinnenfläche vorgesehen ist, bei dem die Außenelektrode (4) als ein zur Oberflächenmontage geeigneter Außenanschluß des Bauelements ausgebildet ist.
Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1, bei dem der Bauelementekörper (1, 2; 1', 2) quaderförmig ausgebildet ist.
Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1 und 2, bei dem der Bauelementekörper (1', 2) mäanderförmig gefaltet ist.
Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das das Widerstandsverhalten bestimmende Material ein Kaltleitermaterial ist.
Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das das Widerstandsverhalten bestimmende Material ein Varistormaterial ist.
Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Innenelektrode (5) und die Außenelektrode (4) mehrschichtig ausgebildet sind.
Elektrisches Bauelement nach Anspruch 6, bei dem die Innenelektrode (5) und die Außenelektrode (4) aus einer auf dem Bauelementekörper (1, 2; 1', 2) liegenden sperrschichtabbauenden Schicht, einer daraufliegenden Metallschicht sowie einer auf dieser liegenden ablegierbeständigen Schicht bestehen.
Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Innenelektrode (5) auf der Hohlkörperinnenseite mit einer Anschlußlötfahne (6) versehen ist.
Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Innenelektrode (5) auf der Hohlkörperinnenseite mit einer auf einer Außenseite des Bauelementekörper (1, 2) liegenden, von der Außenelektrode (4) elektrisch getrennten integrierten Anschlußfahne (10) versehen ist.
Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Außenelektrode (4) direkt mit einer Platine (7) verlötet ist.