DE2150173A1 - Monolithischer kondensator - Google Patents
Monolithischer kondensatorInfo
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Description
- Monolithischer Kondensator Die Erfindung betrifft allgemein Kondensatoren und insbesondere keramische Mehrschichten-Kondensatoren von der Art, die üblicherweise monolithische Kondensatoren genannt werden.
- Solche Kondensatoren sind seit einer Reihe von Jahren bekannt und das allgemeine Verfahren ihrer Herstellung ist bekannt (siehe z.B. britische Patentschrift 693 455; Ceramic Industry Magazine, Juli 1969, Seite 49 bis 58 und 68 bis 70; EDN, 15.
- März 1969, Seite 81 bis 84). Grob gesagt umfaßt das bekannte Verfahren die folgenden Schritte: Das Bilden von Filmen von organisch gebundenem dielektrischem keramischen Material, das Siebdrucken von Edelmetallelektroden wie z.B. Platin, Palladium oder Gold auf Streifen des Films von ungebranntem dielektrischem keramischem Material, das Aufeinanderstapeln der Streifen, so daß die Elektroden abwechselnd an den entgegengesetzten Enden der Streifen erscheinen, das Zusammenpressen des Stapels und das Brennen des zusammengepreßten Stapels bei der Temperatur, die erforderlich ist, um das keramische Material zu altern und die gesamte Anordnung in eine feste, monolithische Einheit zu verfestigen. Anschließend ist es üblich, di entgegengesetzten Enden der Einheiten, wo die alternierenden Elektroden erscheinen, mit Metall zu beschichten, wodurch ein monolithischer Kondensator erhalten wird, an welchen Zuführungen gelötet werden können.
- Im Kapazitätsbereich von etwa lOOOpF bis 1 pF besitzen monolithische Kondensatoren eine bemerkenswerte Brauchbarkeit bei Hybridschaltungen. Die größten Vorteile der keramischen monolithischen Kondensatoren werden jedoch erhalten, wenn die Dielektri7!itätskonstante hoch und die Änderung der Dielektrizitätskonstante mit der Temperatur klein ist Für viele Anwendungen ist es wünschenswert, eine temperaturabhängige Änderung von nicht mehr als etwa + 17; der Dielektrizitätskonstante bei 25 0C über den Temperaturbereich von -500C bis 1300C bei einer Frequenz von 1 kEz zu haben. Ein solch niedriger Temperaturkoeffizient war erreichbar, aber im allgemeinen nur durch die Verwendung eines Keramikkörpers, der ziemlich große Mengen von Wismut enthält. Dies ergab eine Schwierigkeit mit den Elektroden, da Palladium, das billigste der für die Elektroden in monolithischen Kondensatoren verwendeten Edelmetalle, bisher für ungeeignet für die Verwendung mit dielektrischen Materialien, welche wesentliche Mengen von Wismut enthalten, gefunden wurde, da Reaktionen zwischen den Palladium-und den WismuL verbindungen bei der Alterungstemperatur des monolithischen Körpers auftraten. Platin oder Legierungen, die sehr große Mengen von Platin enthalten, mußten verwendet werden.
- Ziel der Erfindung ist ein relativ wenig aufwezrldiger monollthischer Kondensator, der eine sehr gliedrige Änderung der Dielektrizitätskonstanten bei Änderungen der Temperatur über einen weiten Bereich aufweist. Erfindungsgemäß wird dies durch einen Kondensator erreicht, der übereinander angeordnet alternierende Lagen einer gebrannten Wismut enthaltenden dielektrischen keramischen Bariumtitanat-Zusammensetzung und Palladium enthaltellderElektroden umfaßt, die zu einem einheitlichen Körper miteinander verbunden sind, und der dadurch gekennzeichnet ist, daß der metallische Teil dieser Elektroden des Körpers aus bis zu 90% Palladium besteht, wobei der Rest Gold oder Platin umfaßt, wobei der Körper keine merkliche Reaktion zwischen dem Wismut in der Zusammensetzung und dem Palladium in de;i Elektroden zeigt. Obwohl die keramische dielektrische Bariumtitanat-Zusammensetzung Wismut -oxyd enthält, kann sie bei so niedrigen Temperaturen (1080°C bis 1100°C) gealtert werden, daß, wenn sie zum Bilden monolithischer Kondensatoren mit Elektroden, die Palladium in wesentlichen Mengen enthalten, verwendet wird, keine merkliche Reaktion zwischen dem Wismut in der Zusammensetzung und dem Palladium in den Elektroden stattfindet. Elektroden, die bis zu etwa 90% Palladium enthalten, wobei der Rest Gold und/oder Platin ist, können wie vorher angegeben verwendet werden. Die keramische dielektrische Zusammen setzung, die zur Herstellung des erfindungsgemäßen monolithischen Kondensators verwendet wird, ist in der gleichzeitig eingereichten Patentai0mcldung der Anmelderin (Case A-65) beschrieben.
- Im folgenden soll die Erfindung und ihre Vorteile anhand einet Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden, wobei auf die einzige Figur der Zeichnung Bezug genommen wird, welche schematisch in vergrößertem Maßstab einen erfindungsgemäßen monolithischen Kondensator zeigt, wobei mit 11 die Schichten von keramischem dielektrischem Material, mit 12 die inneren metallischen Elektrodenschichten und mit 13 und 14 die Elektro denverbindungen bezeichnet sind, die die alternierenden inneren Elektroden längs der entgegengesetzten Seiten des Kondensators elektrisch verbinden.
- Das Herstellungsverfahren, das zur Bildung der erfindungsgemäßen monolithischen Kondensatoren verwendet wird, ist für die Erfindung nicht entscheidend und ist auch kein Teil der Erfindung. Die Erfindung besteht darin, in monolithischen Kondensatoren bestimmte keramische dielektrische Zusammensetzungen mit Elektrodenzusammen setzungen, die wesentliche Mengen von Palladium enthalten, zusammenzubringen, wobei die Alterungstemperatur der dielektrischen Zusammensetzung ausreichend niedrig ist, so daß keine merkbare Reaktion zwischen den Wismut. verbindungen in dieser Zusammensetzung und dem Palladium auftritt, wenn die monolithischen Kondensatoren gebrannt werden.
- Demgemäß können bekannte Verfahren verwendet werden, um die alternierenden Schichten der dielektrischen Zusammensetzung und der Elektrodenzusammensetzung zu bilden, um die Anordnung zusammenzupressen und zu brennen und um die Elektrodenverbindungen an den Randoberflächen vorzusehen, die die inneren Elektroden in den geformten und gebrannten Körper elektrisch verbinden.
- Dielektrische Zusammensetzungen, wie sie in der oben genannten Anmeldung beschrieben sind, können verwendet werden. Diese Anmeldung betrifft keramische dielektrische Zusamrnensetzungen, die aus Bariumtitanat (BaTiO3), Oxiden von Titan, Blei und Wismut in Verhältnissen, die der Verbindung Blei-Wismut -Titanat (PbBi4Ti4015) entsprechen, und aus einem oder mehreren Zusätzen bestehen, die aus der Gruppe Bariumniobat (BaO.Nb205), Bariumtantalat (BaOOTa205), Bleiniobat (PbO.Nt205) und Bleitantalat (PbO,Ta205) ausgewählt sind Solche Zusammensetzungen die von etwa 93 Mol-% bis etwa 96 Mol-% EaTiO3, von etwa 2,5 Mol % bis etwa 4,75 Mol % PbBi4Ti4015 (oder das Äquivalent an Oxiden oder oxidbildenden VerbindullgeI und von etwa 1.0 Mol % bis etwa 2,25 Mol % der Zusätze enthalten, ergeben, wenn sie für etwa 1 Stunde in einem Temperaturbereich von 10800C bis 11000C gebrannt werden, keramische dielektrische Körper, welche Dielektrizitätskonstanten (#) von 1200 bis 1800, bei 25°C und eine Frequenz von 1 kHz gemessen, und eine Änderung der Dielektrizitätskonstanten von nicht mehr als + 17% im Temperaturbereich zwischen -500C und l300C besitzen Die Zusammensetzungen können gebildet werden, indem die Oxidbestandteile als solche oder als geeignete Kombinationen, z.B.
- PbBi4Ti4015, miteinander zusammengemischt werden. Wenn es erwünscht ist, können ein oder mehrere der Oxidbestandteile zu dem Gemisch als eine Verbindung mit anderen Elementen zugegeben werden, welche sich bei oder unter der Al-erungstemperatur der Zusammensetzung zersetzt, um die gewünschten Oxide freizusetzen, und welche keinen anderen Rückstand als den des gewünschten Oxids oder der Oxide zurückläßt.
- Eine typische dielektrische Zusammensetzung der gewünschten Art ist aus 77,3 Mol % BaTiO3, 3,00 Mol % PbO, 0,86 Mol % BaO, 6,00 Mol X Bi203, 12,0 Mol % Ti02 und 0,86 Mol % Nb2q5 zusammengesetzt. Dies entspricht 95,3 Mol % BaTi03, 3,70 Mol % Pbpi4Ti4015 und 1,05 Mol % BaO.Nb2O5. Keramische dielektrische Körper, die aus dem Gemisch gepreßt und bei etwa 1090°C in einer oxidierenden Atmosphäre für etwa 1 Stunde gebrannt sind, zeigten beim Testen bei 25 0C und mit einer Frequenz von 1 kHz eine Dielektrizitätskonstante (£) von 1565 und eine Änderung von 6 zwischen -500C und 1300C von -13,3% und +5,1%.
- Eine andere typische Zusammensetzung ist im Beispiel 1 unten beschrieben. Sie ist das Äquivalent von 95,5 Mol % BaTiO3, 2,77 Mol % PbBi<Ti4015 und 1,73 Mol % Pb0.Nb205.
- Das Leitermetall der Icktroenzusammensetzung kann bis zu etwa 90% Palladium enthalten, wobei der Rest Gold und/oder Platin zusammen mit einem herkömmlichen Grundbestandteil ist.
- Die Vorteile der Erfindung bei der Verringerung der Elektrodenkosten sind am deutlischsten, wenn relativ große Mengen von Palladium verwendet werden. Auch wenn die Einsparungen merkbarer sind, wenn der Palladiumgehalt von etwa 50% bis 90°h beträgt, werden Materialersparnisse auch erhalten, wenn der Palladiumgehalt weniger als etwa 25% beträgt. Elektroden'mit Palladiumgehalten über 90% sind nicht zu bevorzugen, da eine Möglichkeit für Wechselwirkungen mit der dielektrischen Zusammensetzung besteht.
- Beispiel 1 Es wird eine keramische dielektrische Zusammensetzung verwendet, die aus 8077 Mol % Bariumtitanat, 3,81 Mol % Bleioxid (EbO), 4,68 Mol % Wismut oxid, 1,47 Mol % Niobpentoxid und 9,35 ol % Titandioxid besteht. Die Zusammensotzung wird im wesentlichen entsprechend der oben genannten satentanmelduXg hergestellt. Unter Verwendung von Äthyl zellulose als Bindemittel werden 0,1 mm dicke Filme aus der dielektrischen Zusammensetzung gebildet. Eine Elektrodenpaste, die (als metallische Grundlage) 85,48% Palladium, 11,04% Gold und 3,48% Platin enthält, wird durch Sieb druck auf die Filme gebracht und über einander gestapelte Bahnen werden mit 210 kg/cm² (300 psi) gepreßt, bevor sie zuerst bei 970°C in einer oxidierenden Atmosphäre, um das organische Material zu verbrennen, und dann bei 1090°C für zwei Stunden gebrannt werden, um den Körper zu altern. Elektrodenverbindungen werden an den entgegengesetzten Enden des entstandenen monolithischen Körpers aufgebracht, um die frei liegenden inneren Elektroden zu verbinden.
- Beim Testen des in der oben beschriebenen Weise hergestellten Kondensators bei 25°C und 1 kHz wurde festgestellt, daß er eine Kapazität besitzt, die mit der hohen Dielektrizitätskonstanten der verwendeten dielektrischen Zusammensetzung übereinstimmt, und daß sich die Kapazität über den Temperaturbereich von -500C bis 1300C nicht mehr als 15% von dem bestimmten Wert ändert.
- Beispiel 2 Ein monolithischer Kondensator, der im wesentlichen in der gleichen Weise hergestellt wurde wie der von Beispiel 1, wobei jedoch anstelle der Palladium-Gold-Platin-Elektrodenpaste eine verwendet wurde, bei welcher das Metall 73,5% Palladium und 26,5% Gold ist, zeigt ebenfalls eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegen Kapazitätsänderungen über dem Temperaturbereich von -50°C bis 130°C.
- Wie oben gezeigt wurde, macht die Erfindung Materialeinsparungen bei den Herstellungskosten von monolithischen Kondensatoren mit niedrigem Temperaturkoeffizient möglich, indem mit Elektroden, die eine grobe Menge von Palladium enthalten, eine Wismut enthaltende keramische dielektrische Zusammensetzung verwendet wird, welche bei 10800C bis 11000C altert.
- Wegen der erforderlichen niedrigen Brenntemperatur sind zusätzliche Einsparungen möglich, indem das Brennen auf Kettenförderern ausgeführt wird, wodurch die Massenproduktion vereinfacht wird.
- enn es nicht anders angegeben ist, sind die hier angegebenen %-Zahl en Gewiehts-%.
Claims (4)
1. Monolithischer Kondensator mit übereinander angeordneten alternierenden
Lagen einer gebranntes Wismut enthaltenden keramischen dielektrischen Bariumtitanat-Zusammensetzung
und Palladium enthaltender Elektroden, die zur einem einheitlichen Körper miteinander
verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Anteil der Elektroden
des Körpers aus bis zu 90% Palladium besteht, wobei der Rest Gold oder Platin umfaßt,
und wobei der Körper keine merkbare Reaktion zwischen dem Wismut in der Zusammensetzung
und dem Palladium in de;l Elektroden zeigt.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper
Ba0.Nb205, Ba0. Ta205, Pb0 .Nb205 oder PbOeTa205 zusätzlich zu dem an sich bekannten
BaTiO3 und PbBi4Ti4015 enthält.
3. Kondensator nach Anspruch 1 odr 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der metallische Anteil der Elektroden von etwa 50% bis etwa 90% Palladium enthält.
4. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der metallische Anteil der Elektroden von etwa 25 bis 90% Palladium enthält.
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| Country | Link |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0103338A2 (de) * | 1982-09-13 | 1984-03-21 | North American Philips Corporation | Keramisches Dielektrikum mit niedriger Sintertemperatur |
-
1971
- 1971-10-07 DE DE19712150173 patent/DE2150173A1/de active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0103338A2 (de) * | 1982-09-13 | 1984-03-21 | North American Philips Corporation | Keramisches Dielektrikum mit niedriger Sintertemperatur |
| EP0103338A3 (en) * | 1982-09-13 | 1984-10-31 | North American Philips Corporation | Low-fire ceramic dielectric compositions |
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