DE2162052A1 - Elektroden für keramische Körper - Google Patents
Elektroden für keramische KörperInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von lötbaren
ohmschen Elektroden auf die gegenüberliegenden Flächen von halbleitenden, keramischen Körpern.
Keramische Körper werden in· weitem Umfang in der Elektronik'
verwendet. Dielektrische keramische Körper werden als Kondensatoren und piezoelektrische Elemente verwendet, und halbleitende
keramische Körper werden als Gleichrichter und Thermistoren verwendet.. Bei der Verwendung solcher keramischer Körper ist
eines der ständigen Probleme ihr Einbau in elektrische Schaltkreise
und Geräte. Geeignete Elektroden sind in vielen Fällen aufwendig, da sie Metalle, wie Silber, Platin, Gold und Palladium,
erfordern. Darüberhinaus bilden in einigen Fällen, insbesondere
bei halbleitenden, keramischen Körpern, solche Metalle keine ohmachen Kontakte an den Körpern, d.h. der Wider -
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stand zwischen den Elektroden an den entgegengesetzten Flächen der Körper ist viel größer als der · Eigenwiderstand des Körpers,
wenn er z.B. mit Indium-Gällium-Elektroden gemessen wird.
In einigen Fällen kann der V/iderstand zwischen den aufgebrach- ·
ten Metallelektroden das 10 -fache des Eigenwiderstands der Körper "betragen. DiesesProblem kann durch die Verwendung von
Indium-Gallium-Elektroden auf den keramischen Körpern gelöst werden, aber es ist unmöglich, Zuführungsdrähte an solche Elektroden
zu löten, und die Yerwend"barkeit von keramischen Körpern
mit solchen Elektroden als Komponenten in elektrischen Schalt-φ
kreise ist daher sehr begrenzt. Es wurden andere Versuche unternommen,
dieses Problem zu lösen, aber die Lösungen waren im allgemeinen unvertretbar teuer oder aufgrund kleiner Herstellungsunterschiede
solchen Schwankungen unterworfen, daß sie unpraktisch waren.
Es wurde nun festgestellt, daß η-Typ halbleitende keramische
Körper, wie z.B. solche, die im wesentlichen aus mit Lanthan dotiertem Bariumtitanat bestehen, und halbleitende, keramische
Körper vom PTC-Typ (positiver Temperaturkoeffizient) mit anhaftenden
lötbaren ohm sehen Elektroden versehen werden können, die sehr billig sind. Solche Elektroden werden hergestellt,
& indem die gewünschten Oberflächen der keramischen Körper mit
einer flüssigen Zusammensetzung überzogen werden, die aus dem
Reaktionsprodukt von Aluminiumpulver und einem wäßrigen Träger besteht, der ein Phosphat-Chromat-Reaktionsprodukt enthält.
Nachdem der Überzug aufgebracht ist, was günstigerweise durch Bürsten oder Sprühen bewerkstelligt werden kann, wird er getrocknet
und in einer oxydierenden Atmosphäre, wie z.B. Luft, bei einer Temperatur im Bereich von etwa 59O°G bis etwa 95O°C
gebrannt. An die so erhaltenen Elektroden können mit beträchtlichen Schwierigkeiten Drähte mit einem Aluminiumlot angelötet
werden. Drähte können jedoch viel einfacher, auch durch solche automatischen Verfahren, wie Tauchlöten, angebracht werden, wobei
die Elektroden ihren ohm sehen Charakter behalten, wenn wenigstens eine kleine Fläche auf jeder Elektrode mit einer
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darüberliegenden Silberschicht versehen wird. Diese kann hergestellt
werden, indem auf die offen liegende Oberfläche der Elektroden eine herkömmliche Silberelektrodenpaste aufgebracht
wird,und die Körper wieder in einem Temperaturbereich von etwa 65O°C bis etwa 76O0C gebracht werden.
Im folgenden soll die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird, deren einzige Figur schematisch
einen Thermistor zeigt, der Elektroden und Drähte auf- λ
weist, die mit Hilfe von Silberflecken an die Elektroden gelötet sind.
Eine Scheibe von etwa 12,5 mm Durchmesser und etwa 1,6 mm Dicke
wird aus einer herkömmlichen Bariumtitanat-Zusammensetzung gebildet,
die 0,78 Viol-fo lanthan als Dotierung enthält. Ein halbleitender Körper wird hergestellt, wenn die Scheibe bei etwa
14000C in luft gebrannt und dann abgekühlt wird. Die einander
gegenüberliegenden ebenen Flächen der gebrannten Scheibe werden mit eigner Zusammensetzung bestrichen, die aus 80 Teilen
Aluminiumpulver besteht, das in einer wäßrigen Aufschlämmung ^ dispergiert ist, die 32,3 Teile H5PO4, 9,1 Teile OrO,,-7,1 Tei- ™
le MgO und ausreichend Wasser enthält, um eine Reaktion der Zugaben
zu ermöglichen und ein einfaches Aufbringen der Aufschlämmung auf den halbleitenden Körper zu erlauben.
Hach dem Trocknen wird die beschichtete Scheibe bei 7O5°C in
einer oxydierenden Atmosphäre gebrannt, um die Überzüge zu altern* und dann abgekühlt. Beim Testen wurde festgestellt, daß
die auf diese ¥eise auf den flachen Flächen der Scheibe gebildeten
Elektroden einen niedrigen Widerstand haben, d.h. ohmsch sind. Die Elektroden wurden dann leicht lötbar gemacht, indem
auf einen kleinen Fleck von etwa 6 mm Durchmesser auf jeder
Elektrodenfläche eine kleine Menge einer herkömmlichen Silber-
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elektrodenpaste aufgebracht wurde urüdie Scheiten in einer oxydierenden
Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 65O°O wieder
gebrannt wurden. Es wurde festgestellt, daß die auf diese Weise erhaltenen Elektroden immer noch ohm sehe Kontakteigenschaf
ten aufwiesen.
Es wurde festgestellt, daß die auf die oben beschriebene Weise
aufgebrachten Elektroden ausgezeichnet an den Körpern hafteten, und daß keine Schwierigkeiten damit auftraten, daß Drähte sich
von den Körpern lösten, an die sie über solche Elektroden angelötet waren. Im wesentlichen die gleichen Ergebnisse, wie sie
oben beschrieben wurden, wurden erhalten, wenn das beschriebene Verfahren zum Aufbringen der Elektroden bei anderen halbleitenden
Bariumtitanatkörpern angewendet wurde.
In der Zeichnung ist das Erzeugnis dargestellt, das in dem vorhergehenden
Beispiel erhalten wurde, nämlich der Bariumtitanatkörper 11, der an jeder Fläche 13 eine erfindungsgemäße Elektrode
^aufweist. Kleine Flecken von Silber 17 bilden an den jeweiligen
Elektroden Lötpunkte für die Drähte 19.
Das bei'der erfindungsgemäßen Herstellung der Elektroden verwendete
Phosphat-Chromat-Reaktionsprodukt kann in der Zusammen-Setzung beträchtlich variieren. In einer einfachen Form, wie in
dem vorhergehenden Beispiel, ist es aus MgO, H^PO. und CrO^ gebildet.
Wie in Beispiel 2 gezeigt wird, können anstelle der Verwendung von Phosphorsäure Metallphosphate, wie Aluminiumphosphat
und Eisenphosphat, ganz oder teilweise die Säuren ersetzen. Weiter können solche löslichen Chromate, wie ITatriumchroraat und
Natriumdichromat, anstelle des Chromoxyds verwendet werden. Weiter können Magnesiumhydroxyd und Magnesiumcarbonat und die
Oxyde, Hydroxyde und Carbonate der Erdalkalimetalle, von Aluminium
und Eisen das Magnesiumoxyd ersetzen .oder zusammen mit diesem verwendet werden. Die genaue Natur der gebildeten Reaktionsprodukte ist nicht bekannt, aber sie variiert offensicht-
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lieh stark, je nach den verwendeten reaktionsfähigen Zugaben.
Die relativen Mengen der reaktionsfähigen Zugaben der -Aufschlämmung
können ebenso in weitem Bereich variiert werden. Es ist jedoch erwünscht, das Atomverhältnis'von Chrom zu Phosphor in
der Aufschlämmung zwischen etwa 0,3:1 und etwa 0,75»1-, das
Atomverhältnis der Gesamtmenge von Magnesium und irgendeinem, dieses ersetzenden Bestandteil zu Phosphor zwischen etwa 0,5:1 .:
und etwa 1,1:1, und das Atomverhältnis der Gesamtmenge an Magnesium und irgendwelcher, dieses ersetzender Bestandteile zu
Chrom zwischen etwa 1,0:1 und etwa 2,5:1 zu halten. In den Patentansprüchen
ist daher der Einfachheit halber die Gesamtmenge an Magnesium und an irgendwelchen Bestandteilen, die dies*·- Magnesium
ersetzen, als Mg* bezeichnet.
Das verwendete Aluminiumpulver kann von handelsüblicher Reinheit sein und sollte ziemlich fein verteilt sein. Es sollte
vollständig durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,044 tnm
durchtreten und vorzugsweise eine Teilchengröße zwischen 5μ
und 20μ haben. Der Anteil des verwendeten Aluminiumpulvers kann innerhalb weiter Grenzen variieren. Torzugsweise wird jedoch
ein Gewichtsverhältnis von etwa 3,5:1 bis etwa 5,0:1 von Aluminium, bezogen auf die festen Bestandteile des Trägers, verwendet.
iiino Scheibe aus einem gebrannten Barium-Titanat-Halbleiterkörper
wird auf ihren gegenüberliegenden ebenen Flächen mit einer Zutsarimionsetzung
überzogen, die hergestellt ist durch Vermischen von 9,8 Teilen IUPO., 12,2.Teilen Aluminiumphosphat, 10 Teilen
Ct.'Ov und 70 Teilen Aluminiumpulver mit ausreichend Wasser, um
die Reaktion der Bestandteile zu ermöglichen und die entstehende ALii'nfihlämrnurig leicht aufbringbar zu machen. ITach dem Brennen
der überzogenen Scheibe bei 7000C wurde festgestellt, daß die
entaJbundeneri gealterten Elektroden keinen Widerstand zeigten,'
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wenn mit einem Ohmmeter gemessen wurde, und daß der Widerstand des mit Elektroden versehenen Körpers, über die Elektroden gemessen,
im wesentlichen der gleiche ist wie der Widerstand1des
Körpers vor dem Aufbringen der Elektroden, wie er mit Lithium-Gallium-Elektroden
bestimmt wurde.
Nachdem kleine Flecken auf dem mit Elektroden versehenen Flächen
mit einem Überzug aus einer herkömmlichen Silberelektrodenpaste
versehen waren, und der Körper noch einmal bei 65O°G gebrannt
war, konnten leicht Drähte an diese Flecken angelötet werden*
Es soll bemerkt werden, daß in dem vorhergehenden Beispiel das
verwendete Aluminiumphospjaat das Äquivalent eines Gemisches
aus Aluminiumhydroxyd und Phosphorsäure für die Zwecke der
Bestimmung der oben diskutierten Atomverhältnisse ist.
Die Elektroden-Zusammensetzung kann auf den keramischen Körper in irgendeiner geeigneten Weise ausgebracht werden, z.B. durch
Sprühen oder Aufstreichen. Die beim Aufbringen von Elektroden mit den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendete Brenntemperatur
kann von etwa, 59O°G bis etwa 9500C variieren, aber
sie liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 675°C bis etwa 8200C,
und das Brennen sollte in einer oxydierenden Atmosphäre, wie z.B. Luft, stattfinden.
Beim Schritt des Aufbringens der Schicht oder Lage von Silberelektrodenpaste
kann irgendein gewünschtes oder geeignetes Verfahren angewendet worden. Das Silber kann natürlich über die
gesamten, mit Elektroden versehenen Oberflächen des keramischen Körpers aufgebracht werden, aber, wie oben ausgeführt wurde,
es ist nur eine kleine,=mit Silber versehene Fläche erforderlich.
2 Im allgemeinen ist eine Fläche von etwa 25 mm ausreichend und
in einigen Fällen sind auch kleinere, mit Silber versehene Flächen möglich. Das Brennen des mit Silber versehenen Körpers kann
bei einer Temperatur durchgeführt werden, wie sie in herkömmli-
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eher Weise für das Brennen von Sirberelektroden verwendet
wird, d.h. von etwa 65O°C his etwa 71O°C. Die "besten Ergehnisse werden im allgemeinen jedoch erhalten, wenn dieses erneute Brennen hei einer Temperatur stattfindet, die niedriger ist als die Temperatur, hei der die Grundelektrode gehrannt
wurde. Wie ohen ausgeführt wurde, kann irgendeine herkömmliche Silherelektrodenpaste verwendet werden, von denen zahlreiche
im Handel erhältlich sind.
wird, d.h. von etwa 65O°C his etwa 71O°C. Die "besten Ergehnisse werden im allgemeinen jedoch erhalten, wenn dieses erneute Brennen hei einer Temperatur stattfindet, die niedriger ist als die Temperatur, hei der die Grundelektrode gehrannt
wurde. Wie ohen ausgeführt wurde, kann irgendeine herkömmliche Silherelektrodenpaste verwendet werden, von denen zahlreiche
im Handel erhältlich sind.
Aus der vorhergehenden Beschreibung ist zu ersehen, daß das ·
erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von η-Typ halhleiten- i
den Bariumtitanat-Erzeugnissen mit Elektroden ermöglicht, die nicht nur hillig, sondern auch löthar und ohmsch sind. Als
" ohnsche" Elektrode wird hier eine Elektrode hezeichnet, hei der der Widerstand durch den Körper, an welchem die Elektrode angehracht ist, im wesentlichen der gleiche ist, wenn er über die angebrachten Elektroden gemessen v/ird, wie wenn er ohne die Elektroden gemessen wird.
" ohnsche" Elektrode wird hier eine Elektrode hezeichnet, hei der der Widerstand durch den Körper, an welchem die Elektrode angehracht ist, im wesentlichen der gleiche ist, wenn er über die angebrachten Elektroden gemessen v/ird, wie wenn er ohne die Elektroden gemessen wird.
Die Teile hei den hier genannten Zusammensetzungen sind Gewichtsteile. -
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Claims (6)
- Patentan sprü.cheVerfahren zum Aufbringen von lötbaren, ohmschen Elektroden auf die gegenüberliegenden Flächen eines halbleitenden ke- = ramischen Körpers, dadurch gekennzeichn et , daß auf jede dieser Flächen eine Schicht einer flüssigen Zusammensetzung aufgebracht wird, die im wesent- -lichen aus dem Reaktionsprodukt von Aluminiumpulver und einem wäßrigen Träger, der ein Phosphat-Chromat-Reaktionsprodukt enthält, besteht, daß diese Schichten getrocknet werden, daß der beschichtete Körper in einer oxydierenden Atmosphäre auf eine Temperatur im Bereich von etwa 59-00C bis etwa 9500C erhitzt wird, wodurch diese Schichten gealtert werden und ein ohmscher Kontakt dieser Schichten mit dem Körper erzeugt wird, daß schließlich auf wenigstens einen Teil der Oberfläche dieser gealterten Schicht auf jeder Fläche des Körpers eine Schicht einer Silberelektrodenpaste aufgebracht wird, und der Körper noch einmal gebrannt wird., wodurch lötbare, ohmsche Elektroden auf demselben Körper erzeugt werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phosphat-Chromat-Reaktionsprodukt ein Atomverhältnis von Cr:P zwischen .etwa 0,3:1 und etwa 0,75:1, ein Atomverhältnis von Mg*:P zwischen etwa 0,5:1 und etwa 1,1:1 und ein Atomverhältnis von Mg*:Cr zwischen etwa 1,0:1 und etwa 2,5:1 aufweist, wobei Mg* die Gesamtmenge an· Magnesium und irgendwelchen dieses ersetzenden Bestandteilen ist. ·
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumpulver in einem Gew.-Verhältnis von etwa 3,5:1 bis etwa 5,0:1 bezogen auf die festen Bestandteile des Trägers vorhanden ist.
- 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper nach dem Aufbringen der209 8? .WlIiH 3Silberelektrodenpaste bei einer Temperatur gebrannt wird, die niedriger ist als die Temperatur, "bei der die Schicht der flüssigen Zusammensetzung gealtert wird.
- 5, Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzelohnet, daß die flüssige Zusammensetzung durch Er*» hitzen auf eine Temperatur von etwa 675 0Q bis etwa 8200Q gealtert
- 6. Halbleitend er, keramischer Körper mit lo'tbaren ohmschen Elektroden auf seinen gegenüberliegenden flächen, dadurch | gekennzeichnet, daß die Elektroden hergestellt sind, indem auf die Flächen Schichten einer flüssigen Zusammensetzung aufgebracht, werden, die im wesentlichen aus dem Reaktionsprodukt von Aluminiumpulver mit einem wäßrigen Träger bestehen, welcher ein Phosphat-Ghromat-ReaktiansprQdukt enthält, in^dem diese Schichten getrocknet werden, indem der so besQhiohtete Körper in einer oxydierenden Atmosphäre auf eine Temperatur im Bereich von etwa |39QOG bis etwa 95QPG gebrannt wird, um die Schichten zu altern, und indem anschließend wenigstens ein.Teil jeder der mit Elektroden beschichteten Oberfläche mit einer Silberschicht versehen wird. I209828/09^3Leerseite
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