DE2437925A1 - Verfahren zum sperrschichtfreien kontaktieren eines keramischen kondensators - Google Patents
Verfahren zum sperrschichtfreien kontaktieren eines keramischen kondensatorsInfo
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Description
CRL Electronic 8672 Selb, den 28. Juni 1974
Bauelemente GmbH ZP-fi/es
VERFAHREN ZUM SPERRSCHICHTFREIEN KONTAKTIEREN EINES KERAMISCHEN KONDENSATORS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum sperrschichtfreien
Kontaktieren eines keramischen Kondensators, der aus einem Körper beliebiger, vorzugsweise rechteckiger Grundflächengestalt
besteht, dessen reduzierter Kern von einer reoxidierten Schicht endlicher Dicke oberflächenseitig allseitig umgeben
ist, wobei die Reoxidationsschicht vermittels des, oxidierenden Einbrandes eines als erster Elektrodenbelag dienenden
Silberbelages gebildet wird.
Es ist bekannt, ein aus Oxidkeramik bestehendes Halbleiterbauelement,
z.B. Bariumtitanat mit Silberelektroden zu versehen. Zu diesem Zwecke wird auf eine Kontaktfläche das Element
Silber, z.B. in Pastenform aufgetragen und dann eingebrannt. Statt reinen Silbers kann auch eine Silber abgebende
Verbindung aufgetragen v/erden.
Hierbei entsteht aber beim Einbrennen an der Kontaktfläche
eine Oxidationssperrschicht, die einerseits einen hohen Übergangswiderstand zwischen Elektrode und Halbleitermaterial
hervorruft und -deren Widerstand andererseits häufig noch sti ömrleitungsabhängig ist.
809BO9/0V8 1
Zur Beseitigung dieser Oxidationssperrschicht ist es bekannt,
auf die aufgebrannte Elektrode eine Zink- oder Zinnschicht aufzubringen und einer solchen Erwärmung auszusetzen, daß
Zink oder Zinn durch die Elektrode hindurch diffundiert
und daß Oxidmaterial in der Sperrschicht so weit reduziert, daß die störenden Eigenschaften der Sperrschicht ganz oder teilweise beseitigt werden. Hierbei muß an das Einbrennen ein Diffusions-Arbeitsschritt und eine Nachbehandlung bei erhöhter Temperatur anschließen. Der verbleibende Übergangswiderstand ist für viele Fälle zu hoch und steigt mit der Zeit irreversibel bis zu 40 % an (britische Patentschrift Nr. 973 990).
und daß Oxidmaterial in der Sperrschicht so weit reduziert, daß die störenden Eigenschaften der Sperrschicht ganz oder teilweise beseitigt werden. Hierbei muß an das Einbrennen ein Diffusions-Arbeitsschritt und eine Nachbehandlung bei erhöhter Temperatur anschließen. Der verbleibende Übergangswiderstand ist für viele Fälle zu hoch und steigt mit der Zeit irreversibel bis zu 40 % an (britische Patentschrift Nr. 973 990).
Zur Vermeidung einer Sperrschicht beim Kontaktieren eines aus Oxidkeramik bestehenden Halblei'ereiements is,t es bekannt,
auf die Kontaktfläche Aluminium oder Zink aufzudampfen, auf diese Schicht ein Silber enthaltendes Kontaktmaterial
aufzutragen und dieses anschließend einzubrennen. Durch Anv/endung verhältnismäßig niedriger Einbrenntemperaturen
soll verhindert v/erden, daß das Silber sich mit dem aufgedampften Metall legiert (USA-Patentschrift Nr. 3 027 529)
Statt Aluminium oder' Zink ist auch schon metallisches Indium oder eine metallische Indium-Gallium-Legierung auf den Oxidkeramikkörper
aufgetragen v/orden, bevor das Silber aufgebracht und eingebrannt wurde (belgische Patentschrift
Nr. 673 266).
Nr. 673 266).
Ferner ist es zur Kontaktierung eines aus Oxidkeramik bestehenden
Halbleiterbauelements bekannt, dessen Oberfläche zunächst zu reduzieren, bevor das Silber enthaltende Kontaktmaterial
aufgetragen und eingebrannt wird. Diese Reduzierung kann beispielsweise in einer Säure bei Anwesenheit eines unedlen
Metalls, wie Zink oder Aluminium, vorgenommen werden (deutsche Patentschrift Nr. 859 916). Die Reduktion kann aber auch
elektrolytisch oder durch ein Beglimmen vorgenommen werden (deutsche Offenlegungsschrift 1 490 268).
Zur Kontaktierung der genannten Halbleiterkörper ist es ferner bekannt, eine Paste aus gepulvertem Zinn, einer niedrig
schmelzenden Glasfritte und einem flüchtigen organischen Träger aufzubringen und so stark zu erwärmen, bis sich der
organische Träger verflüchtigt und die Glasbildung' eintritt (deutsche Patentschrift 1 123 019.)
Alle diese bekannten Verfahren beziehen sich auf das sperrschichtfreie
Kontaktieren eines aus Oxidkeramik bestehenden Halbleiter-Bauelementes, beispielsweise in Form eines Kaltleiter-Widerstandskörpers.
Bei den bekannten Sperrschichtkondensatoren mit zwei gegenüberliegenden
Elektrodenflächen und zentraler, nicht an die Oberfläche des Keramikkörpers herausgeführter Reduktionsschicht ist von Nachteil, daß ihr Dielektrikum in Bezug auf
hohe Volumenkapazität nicht ausgenutzt wird, weil es sich
9 8 0 0/04
• f.
bei herkömmlichen Sperrschichtkondensatoren um eine Serienschaltung
der beiden Teilkapazitäten handelt. Die Kapazität pro reoxidierter Dielektrikumschicht ist doppelt so groß,
als der an den Kondensatoranschlüssen gemessene Kapazitätswert. ·
Aus der US-Patentschrift Nr. 2 520 376 ist ein Verfahren zur
Herstellung eines Kondensatorkörpers in Schichtform mit hoher Dielektrizitätskonstante bekannt, der nach dem Prinzip eines
Sperrschichtkondensators aufgebaut ist. Dabei besteht das keramische Dielektrikum aus einer Mischung aus Erdalkalititanaten
mit einem Oxidzusatz seltener Erden, welcher als Reduktionskatalysator wirkt und ein Teil des" Kondensatorkörpers in' oxi- ·
dierender Atmosphäre und ein anderer Teil in reduzierender Atmosphäre gebrannt wird. · , ·
Die deutsche Patentschrift 879 920 beansprucht· ein Verfahren
zur Herstellung eines bimorphen Titanates, bei dem zunächst ein Keramikstreifen aus Metalltitanaten, TiOp öder Mischungen
von solchen geformt und so behandelt wird, daß der Keramikkörper teilweise reduziert und sein elektrischer Widerstand
verringert wird, wonach man nur einen Teil des Streifens in der Weise einer Oxidationsbehandlung unterwirft, daß im Ergebnis
wenigstens zwei Schichten verschiedener elektrischer Leitfähigkeit entstehen. Dieses Verfahren bezieht sich auf
die Herstellung bimorpher Übertragerelemente und nicht auf Sperrschichtkondensatoren, obwohl das beanspruchte Verfahren
prinzipiell auf die Herstellung von Sperrschichtkondensatoren anwendbar wäre. ·
609809/0481
2437325
Desgleichen ist auch aus der DT-AS 1 097 568 ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem gleichmäßig
gesinterten Körper aus Erdalkalititanaten, z.B. Gleichrichter
oder Kondensatoren bekannt, wobei der gesinterte Körper durch allseitige Reduktion in einer reduzierenden
Atmosphäre zu einem η-leitenden Halbleiterkörper mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 6000 umgewandelt wird,
daß auf diesem Halbleiterkörper 2 Elektroden aus Silber, Platin, Zink oder Graphit so aufgebracht werden, daß zwischen
mindestens einer Elektrode und dem Halbleiterkörper eine isolierende Grenzschicht von etwa 0,0025 mm Dicke entsteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine sperrschichtfreie Kontaktierung für elektrische Kondensatoren
anzugeben, deren Widerstandswert in der Größenordnung des Durchgangswiderstandes der reduzierten Keramik liegt und
die in Bezug auf mechanische und Ablegierfestigkeit des Kontaktbelages den in einer Kondensatorfertigung gestellten Anforderungen
gerecht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte gelöst: · '
Vollständiges Abdecken des ersten Elektrodenbelages mit Ätzreservelack
,
chemische Behandlung des Kondensatorkörpers in einer Säure, chemische Behandlungsdes Kondensatorkörpers in einer Lauge,
stromlose Vernickelung,
609809/0481
Abdecken der stromlos abgeschiedenen Metallschicht im Bereich der zweiten Kondensatorelektrode mit Ätzreservelack,
Ätzen in einer Säure und
Ablösen des Ätzreservelackes.
Ablösen des Ätzreservelackes.
Das Abdecken des ersten und des zweiten Elektrodenbelages kann dabei im Pinsel- oder Spritzverfahren, bevorzugt mittels
Siebdruckverfahren geschehen. Bei räumlichen Kondensatorbauformen ist die Abdeckung beispielsweise auch im Tauchverfahren
durchführbar. In allen Fällen wird der Ätzreservelack bdl
Temperaturen zwischen 20 C und 120 C getrocknet.
Um die beim oxidierenden Einbrand der ersten Kondensatorelektrode auch auf der, dieser Fläche gegenüberliegenden
Keramikoberfläche entstehende' Oxidschicht, welche' einen richtungs— und zeitabhängigen Widerstand besitzt, zu entfernen,
wird der Kondensatorkörper vor der stromlosen Metallisierung vorzugsweise mit 8-prozentiger Flußsäure
und daran anschließend mit 20-prozentiger Kalilauge bei der Zimmertemperatur entsprechender Badtemperatur behandelt.
Die Behandlung im Säurebad beträgt bevorzugt 10 Minuten und im basischen Bad 3 Minuten. Die stromlos abgeschiedene Metallschicht
kann aus einer Nickelschicht allein, vorzugsweise aus einer kupferverstärkten Nickelschicht bestehen, die
bessere Lotbenetzungseigenschaften besitzt.
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Zwischen den einzelnen chemischen Verfahrensschritten wird
der Kondensatorkörper in reinem Wasser gespült um Rückstände zu beseitigen.
In einem letzten Arbeitsschritt wird die Oberflächenschicht
aus Ätzreservelack beispielsweise mit Toluol oder Xylol abgelöst, so daß ein elektrischer Kondensator zur Verfügung
steht, der aus einer Sperrschicht-Dielektrikumschicht, einer Silber- und einer kupferverstärkten Nickelelektrode besteht.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,, ein Verfahren zur sperrschichtfrei'en Kontaktierung
bei elektrischen Kondensatoren zur Verfügung zu stellen·, bei dem die entstehende Elektrodenfläche sehr ablegierfest ist,
so daß derartige Kondensatorer) direkt in Hybridschaltungen eingelötet werden können. Vorteilhafterweise wird ein solcher
Sperrschichtkondensator mit der Kupfer/Nickel-Elektrodenfläche
auf der Schaltungsstruktur der Hybridschaltung angeordnet •und festgelötet. Die zweite Elektrode in Form einer Silberschicht
wird mit einer Drahtbrücke mit einem weiteren Leitungszug der Schaltung elektrisch leitend und mechanisch fest
verbunden. Diese Lötung wird bevorzugt mit einem Lötkolben
durchgeführt.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß kontaktierten Sperrschichtkondensatoren
besteht in der verdoppelten Kapazität .pro Volurneneinheit gegenüber herkömmlichen Sperrschichtkondensatoren.
Es ist auch möglich, eine größere ebene keramische Platte erfindungsgemäß sperrschichtfrei zu kontaktieren und anschließend
in Einzelkondensatoren auseinander zu schneiden.
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Die Figuren verdeutlichen in chronologischer Reihenfolge die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung einer
sperrschichtfreien Kontaktierung eines keramischen Kondensators.
Fig. 1 zeigt ein keramisches Plättchen 1, das in reduzieren der Atmosphäre gebrannt wurde.
Fig. 2 zeigt das vollständig durchreduzierte Keramikplättchen 1 mit einem ersten Elektrodenbelag 2, der im
Siebdruckverfahren aufgebracht werden kann.
Fig. 3 verdeutlicht schematisch den Einbrand der ersten Kondensatorelektrode 2. Durch den oxidierenden Einbrand
der Elektrode 2 bildet sich an der Oberfläche des Keramikplättchens 1 eine Reoxidationsschicht 3
aus, die als Dielektrikum Anwendung findet; der Kern 1 bleibt bei entsprechender Führung des Einbrandes
reduziert und damit niederohmig.
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Fig. 4 stellt die vollständige Abdeckung 4 der Elektrode 2 dar, die beispielsweise im Siebdruck—, Pinsel-, Walzen— oder
Spritzverfahren aufgebracht werden kann und aus einem ätzresistenten Material besteht.
Nach einer Behandlung des Keramikkörpers in einer sauren
und in einer basischen Lösung liegt der reduzierte Kern mindestens an der der ersten Elektrodenfläche 2 gegenüberliegenden
Hauptfläche 5 frei (siehe Fig. 5).
Daran anschließend wird der Keramikkörper, wie in Fig. 6 dargestellt, allseitig stromlos metallisiert.
Die Nickelschicht 6 kann mit einer Kupferschlicht verstärkt
sein.
Fig. 7 zeigt die Abdeckschicht 7 aus Ätzreservelack, die der ersten Elektrodenfläche 2 gegenüberliegt.
Im nachfolgenden Ätzschritt wird die Metallschicht 6 überall dort wieder weggeätzt, wo sie nicht von Ätzreservelack
bedeckt ist (Fig. 8).
Fig. 9 zeigt den fertigen Kondensator nach dem Ablösen des Ätz—
resistlackes, bestehend aus dem Keramikkörper mit reduziertem Kern 1 und .Reoxidationsschicht 3, der ersten
Kondensatorelektrode 2 und der sperrschichtfreien Kondensatorelektrode
6.
PATENTANSPRÜCHE
80980970481
Claims (5)
- CRL Electronic 8672 Selb, den 28. Juni 1974Bauelemente GmbH ZP-Fi/esPATENTANSPRÜCHE :Ί.)Verfahren zum sperrschichtfreien Kontaktieren eines keramischen Kondensators, bestehend aus einem Körper beliebiger, vorzugsweise rechteckiger Grundflächengestalt, dessen reduzierter Kern von einer reoxidierten Schicht endlicher Dicke oberflächenseitig allseitig umgeben ist, wobei die Reoxidationsschicht vermittels des oxidierenden Einbrandes eines als erster Elektrodenbelag dienenden Silberbelages gebildet wird, gekennzeichnet durch die Verfahrens— schritteίVollständiges Abdecken des ersten Elektrodenbelages mit Ätzreservelack,chemische Behandlung des Kondensatorkörpers in einer Säure,•chemische Behandlung des Kondensatorkörpers in einer Lauge,stromlose Vernickelung,Abdecken der stromlos abgeschiedenen Metallschicht im Bereich der zweiten Kondensatorelektrode mit Ätz— reservelack,609809/0481Ätzen- in einer Säure und
Ablösen des Ätzreservelackes. - 2. Verfahren zum sperrschichtfreien Kontaktieren eines keramischen Kondensators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdecken des ersten und des zweiten Elektrodenbelages im Siebdruck-, Pinsel-, Tauch- oder Spritzverfahren geschieht, die beiden Abdeckflächen gleich groß sind und der Ätzreserve— lack bei Temperaturen zwischen 20 C und 120 C getrocknet wird.
- 3. Verfahren zum sperrschichtfreien Kontaktieren eines keramischen Kondensators nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatorkörper vor der stromlosen Metallisierung mit Flußsäure und daran anschließend mit Kalilauge, jeweils bei einer Badtemperatur von 25 C behandelt wird. - .
- 4. Verfahren zum sperrschichtfreien Kontaktieren eines keramischen Kondensators nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die stromlos niedergeschlagene Nickelschicht mit einer stromlos niedergeschlagenen ' Kupferschicht verstärkt wird.
- 5. Verfahren zum sperrschichtfreien Kontaktieren eines keramischen Kondensators nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen ■chemischen Verfahrensschritten der Kondensatorkörper in reinem Wasser gespült wird.80980 9/0481Leerseite
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1974
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1975
- 1975-08-05 FR FR7524353A patent/FR2281638A1/fr active Granted
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE3125802A1 (de) * | 1981-06-30 | 1983-01-13 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zur herstellung flaechenmaessig begrenzter, loetfaehiger metallschichten auf elektrischen bauelementen |
| DE3825024A1 (de) * | 1987-07-23 | 1989-02-02 | Murata Manufacturing Co | Verfahren zur herstellung eines keramikkondensators |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2281638A1 (fr) | 1976-03-05 |
| FR2281638B3 (de) | 1978-03-24 |
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