DE2616563A1

DE2616563A1 - Kondensator und dergleichen bauelement sowie deren herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE2616563A1
Application number: DE19762616563
Authority: DE
Inventors: James Albert Stynes
Original assignee: NL Industries Inc
Current assignee: NL Industries Inc
Priority date: 1976-04-14
Filing date: 1976-04-14
Publication date: 1977-10-27
Also published as: DE2616563C2

Description

Kondensator und dergleichen Bauelement sowie deren Herstellungs-
verfahren Mehrlagen-Kondensatoren werden in großem Umfang in elektrischen Schaltungen verwendet. Derartige Kondensatoren, die mehrere aufeinanderfolgende dielektrische Schichten und leitende Schichten aufweisen, wobei die letzteren als innere Elektroden dienen, können als robuste monolithische Einheiten mit sehr hohem Kapazitätswert pro Volumeneinheit gefertigt werden.
Ein übliches Herstellungsverfahren umfaßt das Vergießen dünner Folien der gewünschten dielektrischen keramischen Zusammensetzung in feinverteilter Form unter Verwendung eines Harzes als vorübergehendes Bindemittel. Anschließend wird eine metallhaltige Elektrodenpaste, häufig durch ein Siebdruckverfahren, auf vorbestimmte Flächen auf einerAnzahl der Folien aufgetragen, so daß eine Anzahl von Elektrodenflächen auf jeder Folie erzeugt wird.
Die so beschichteten Folien werden nach geeigneter Ausrichtung und Stapelung durch Druck verdichtet. Einzelne Einheiten werden durch geeignetes Zerschneiden des ungebrannten Keramikblocks von verdichteten Folien erhalten. Diese Einheiten werden einem Erhitzen und Brennen unterworfen, um die verbrennbaren Bindemittel in den Folien und den Elektrodenschichten wegzubrennen und das keramische Material zu sintern, so daß einstückige, dichte, Keramik-Metall-Körper erhalten werden. Wenn die Folien richtig bedruckt, ausgerichtet, gestapelt und zerschnitten sind, sind die einzelnen Elektrodenschichten in jeder Einheit so angeordnet, daß jede Schicht nur an einer Kantenfläche der Einheit freiliegt und die unmittelbar benachbarten Elektrodenschichten an den entgegengesetzten Kantenflächen der Einheit freiliegen, so daß zwei Sätze von unverbundenen inneren Elektroden gebildet werden.
Endverschlußelektroden werden dann an den Kantenflächen angebracht, an denen die Elektroden freiliegen, um die abwechselnden inneren Elektroden elektrisch miteinander zu verbinden.
Da beim oben beschriebenen Verfahren das keramische Material und die inneren Elektroden gleichzeitig gebrannt werden, müssen das Metall der inneren Elektroden und das keramische Material bei hohen Temperaturen von z.B. 1100 bis 1400 OC verträglich sein, und das Metall muß bei diesen Temperaturen oxidationsfest sein, da die besten dielektrischen Eigenschaften des keramischen Materials erhalten werden, wenn das Brennen in einer oxidierenden Atmosphäre durchgeführt wird. Entsprechend sind die Herstellungkosten derartiger Mehrlagen-Kondensatoren hoch, da hochschmelzende Edelmetalle, wie Palladium, Platin und deren Legierungen mit Gold ,für die inneren Elektroden verwendet werden müssen.
Die US-PS 2 919 483 vom 5.1.1960 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Mehrlagen-Kondensatoren, das nicht das Vorhandensein von inneren metallischen Elektroden erfordert, während das keramische Material zu seiner überführung in den Endzustand gebrannt wird. Ferner ist in jüngerer Zeit ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Mehrlagen-Kondensatoren und keramischen Mehrlagen-Leiterkarten bekannt geworden, das verhältnismäßig billige Metalle für die inneren Elektroden benutzt, vgl. US-PS 3 679 950 vom 25.7.1972. Das dort beschriebene Verfahren umfaßt das Formen gesinterter keramischer Einheiten oder Chips mit porösen inneren Schichten oder Lagen, die sich mit dielektrischen Schichten abwechseln, wobei die porösen Schichten dieselbe Größe und Form wie die herkömmlichen Edelmetall-Elektroden haben und genauso ausgerichtet sind, d.h. unmittelbar benachbarte zeigen offene Enden an entgegengesetzten Kantenflächen der Chips.
Metall wird dann in die porösen keramischen Schichten eingeführt, und Endverschlußelektroden werden angebracht, um Mehrlagen-Kondensatoren zu bilden. Dieses Verfahren gestattet die Verwendung von Metallen wie Blei, Zinn oder Silber für die inneren Elektroden. Ein ähnliches Verfahren wird verwendet,um keramische Mehrlagen-Leiterkarten mit inneren Leitern herzustellen.
Als besonders zweckmäßig hat sich herausgestellt, Metall in die porösen Schichten oder Lagen von keramischen Einheiten einzuführen, die gemäß der US-PS 3 679 950 hergestellt worden sind, indem die inneren Elektroden durch Einführen des Metalls unter Druck hergestellt werden. Jedoch tritt manchmal die Schwierigkeit auf, daß das gekühlte Metall aus den verwendeten Metallbad an zwei oder mehr Einheiten anhaften kann. Es ist daher wünschenswert, die Einheiten getrennt zu halten, während das Metall eingeführt wird, was bisher jedoch nicht befriedigend gelungen ist.
Bei der Herstellung von keramischen Mehrlagen-Kondensatoren nach bekannten Verfahren ist ferner das Vorsehen von Endverschlußelektroden schwierig, da ein zusätzlicher Brennschritt erforderlich ist und die elektrodenbi ldenden bzw. Elektroden- Zusammensetzungen dafür teuer sind.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Einführung von Metall zur Herstellung von inneren Elektroden in keramischen Körpern, die nach der US-PS 3 679 950 gefertigt sind, und in ähnlichen Körpern einfacher, billiger und wirksamer vorzunehmen, ferner auch ohne Endverschlußelektroden für Mehrlagen-Kondensatoren auszukommen.
Erfindungsgemäß wird jede derartige keramische Einheit mit einer oder mehreren Zuleitungen vor dem Einführen von Metall zur Herstellung der Elektroden versehen. Normalerweise werden bei der Herstellung eines Kondensators zwei Löcher in jeder Einheit vorgesehen, die sich durch die obere und/oder untere keramische Schicht erstrecken und eine Verbindung zwischen außerhalb der Einheit oder des Körpers und einer oder mehrerer der Elektrodenzonen zwischen den dielektrischen Schichten herstellen, die mit Metall zu füllen sind, wobei jedes derartige Loch so angeordnet ist, daß es nur mit abwechselnden dieser Elektrodenzonen in Verbindung kommt. Die Drähte und/oder Stäbe zur Ausbildung der Zuleitungen erstrecken sich in die Löcher, die einen etwas größeren Querschnitt als die Drähte oder Stäbe haben,die vorzugsweise aus den Löchern nur mit einigem Kraftaufwand herausgezogen werden können. Auf diese Weise kann die keramische Einheit durch eine oder beide Zuleitungen in ein Metallbad gehängt und aus diesem herausgezogen werden. Das Metall des' Metallbads füllt nicht nur die Elektrodenzonen zwischen den dielektrischen Schichten wie gemäß der US-PS 3 679 950, so daß die inneren Elektroden gebildet werden, sondern auch den Zwischenraum um die Zuleitungen in den Löchern. Infolgedessen können die in die Löcher eingesetzten Drähte als Zuleitungen für die metallgefüllten Einheiten dienen, da jeder Draht elektrisch mit einem und nur einem der beiden Sätze der inneren Metallelektroden verbunden ist.
Da ein Zugang zu den Elektrodenzonen zwischen den dielektrischen Schichten erfindungsgemäß durch die Löcher in den keramischen Einheiten wie oben beschrieben möglich ist, können die Einheiten hergestellt werden, ohne daß sich diese Zonen wie bisher üblich, an den Kantenflächen der Einheiten öffnen. D.h.,die Löcher können den einzigen Zugang zu den Elektrodenzonen für das geschmolzene Metall vorsehen. Auf Wunsch können jedoch Löcher für die Zuleitungen in den keramischen Einheiten vorgesehen sein, die Öffnungen zu den Zonen in den Kantenflächen der Einheiten haben.
Es versteht sich, daß der Begriff "Elektrodenzone",wie hier verwendet, ganz allgemein zur Bezeichnung einer Zone in einem keramischenGrundkörper dient, der für einen Leiter oder einen Pseudoleiter wie eine Elektrode oder eine Pseudoelektrode vorgesehen ist und/ocer diesen bzw. diese enthält. Dieser Begriff soll nicht nur eine poröse keramische Schicht mit einem Netzwerk von untereinander verbunden Poren zwischen dielektrischen keramischen Schichten wie gemäß der US-PS 3 679 950 einschließen, sondern auch einen im wesentlichen ununterbrochenen planaren Raum zwischen derartigen Schichten (siehe DT-OS 2 445 086) und einen planaren Raum mit einem oder mehreren Stegen bzw. Säulen zwischen derartigen Schichten (wie es in der DT-OS 2 445 087 beschrieben ist).
Die Erfindung gibt also einen monolithischen, mehrlagigen, keramischen Kondensator an, der durch Einführen von geschmolzenem Metall in einen Grundkörper mit dünnen Elektrodenzonen zwischen dielektrischen Schichten über Löcher erzeugt wird, deren jedes sich durch eine Fläche des Grundkörpers erstreckt und eine Verbindung zwischen außerhalb des Grundkörpers und mindestens einer der Zonen herstellt-um Drähte oder Stäbe, die in die Löcher eingesetzt sind, so daß äußere Zuleitungen zu dem Kondensator gebildet werden. In ähnlicher Weise können innere und äußere Anschlüsse für mehrlagige, keramische Leiterplatten hergestellt werden.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Mehrlagen-Kondensators gemäß der Erfindung; Fig. 2 eine Draufsicht eines abgewandelten Mehrlagen-Kondensators gemäß der Erfindung; Fig. 3 einen Vertikalschnitt 3-3 von Fig. 2; Fig. 4 einen unvollständigen ertIka-len Schnitt 4-4 von Fig. 1; Fig. 5 einen unvollständigen vertikalen Schnitt ähnlich Fig. 4 durch eine abgewandelte Zuleitungsdraht-Anordnung; Fig. 6 einen unvollständigen vertikalen Schnitt durch einen Keramikkörper, der zur Herstellung eines Mehrlagen-Kondensators geeignet ist,vor dem Einsetzen der Zuleitungsdrähte in den Körper und dem Einführen von Metall; Fig. 7 einen unvollständigen vertikalen Schnitt ähnlich Fig. 6 durch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei dem Endverschlüsse benutzt werden; Fig. 8 einen vertikalen Schnitt ähnlich Fig. 6 mit einer abgewandelten Anordnung der Löcher für die Zuleitungsdrähte; Fig. 9 einen unvollständigen vertikalen Schnitt mit einer anderen Anordnung zum Befestigen eines Zuleitungsdrahts an einem Kondensator; Fig. 10 einen unvollständigen seitlichen Schnitt 10-10 von Fig. 9, wobei der Zuleitungsdraht entfernt ist; Fig. 11 schematisch, wie die Keramikkörper gemäß der Erfindung gehaltert werden können, um in ihre Elektrodenzonen Metall einzuführen; Fig. 12 eine Seitenansicht eines Mehrlagen-Kondensators gemäß der Erfindung, der an Lötstützpunkten einer (abgebrochen) gezeigten Leiterplatte befestigt ist; Fig. 13 eine Draufsicht auf die Anordnung von Fig. 12; Fig. 14 eine Seitenansicht eines Mehrlagen-Kondensators gemäß der Erfindung, der durch seine Zuleitungen gehaltert ist, die durch Löcher in einer (abgebrochen) gezeigten Leiterplatte geführt sind; Fig. 15 eine Einzelheit, teilweise im Schnitt, nämlich wie die Zuleitungsdrähte eines Kondensators gemäß der Erfindung eingebettet werden können; Fig. 16 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, eines ganz gekapselten Mehrlagen-Kondensators gemäß der Erfindung; Fig. 17 eine perspektivische Explosionsansicht eines abgewandelten Aus führungsbeispiels der Erfindung; Fig. 18 einen vertikalen Schnitt 18-18 von Fig. 17 durch einen Mehrlagen-Konde ns ator, der aus den Einzelteilen von Fig. 17 gefertigt ist; Fig. 19 einen vertikalen Schnitt 19-19 von Fig. 18; Fig. 20 einen vertikalen Schnitt 20-20 von Fig. 21 durch eine Mehrlagen-Leiterkarte in erfindungs gemäßer Ausführung; und Fig. 21 einen vertikalen Schnitt 21-21 von Fig. 20.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung in stark vergrößertem Maßstab dargestellt, der jedoch von Figur zu Figur variiert. Es sei darauf hingewiesen, daß die Figuren schematische Darstellungen sind, zumindest in bezug auf die Anzahl und die Dicke der verschienen Lagen oder Schichten und die Größe der Zuleitungen. Die Begriffe "oben", "unten", "Oberseite", "Boden", "rechts", "links", "oberhalb", "vertikal" und horizontal" sowie ähnliche Orts- und/oder Richtungs-Bezeichnungen, wie sie für die einzelnen Figuren verwendet werden, dienen nur zur leichteren Erläuterung oder Bezugnahme.
Diese Begriffe dürfen daher nicht dahingehend ausgelegt werden, daß sie eine bestimmte Positionierung der Anordnung oder Teilen davon bedeuten oder sonstwie den sachlichen Schutzbereich der Erfindung einengen.
Fig. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel einen monolithischen keramischen Mehrlagen-Kondensator gemäß der Erfindung. Dieser hat einen Sinterkeramik-Grundkörper mit vertikal voneinander getrennten, horizontalen Metall-Lagen oder Innen-Elektroden 21 und 22. Die Elektroden 21 wechseln sich mit den Elektroden 22 ab, wobei die Elektroden 21 sich iiber die Elektroden 22 an der einen Seite, nämlich 23, des Kondensators hinaus erstrecken, während die Elektroden22 sich über die Elektroden 21 an der anderen Seite, nämlich 24, des Kondensators hinaus erstrecken. Auf diese Weise ist, wie deutlicher aus Fig. 4 ersichtlich ist, ein Zuleitungsdraht 25, der vertikal an der Seite 23 durch fluchtende Löcher in Dielektrikum-Schichten 27 des keramischen Grundkörpers verläuft, die oberhalb und unterhalb der Innen-Elektroden 21 liegen, nur mit den zuletzt erwähnten Elektroden elektrisch verbunden.
In gleicher Weise ist ain Zuleitungsdraht 26, der vertikal an der Seite 24 -durch einen ähnlichen Satz von fluchtenden Löchern in den Dielektrikum-Schichten 27 verläuft, elektrisch nur mit den Innen-Elektroden 22 verbunden. Die Zuleitungsdrähte 25 und 26, die als elektrische Zuleitungen des Kondensators dienen, werden vor der Herstellung der Innen-Elektroden im Kondensator ortsfest gehalten, wie im folgenden beschrieben werden wird, nämlich durch Kröpfungen oder Biegungen 28, wo sie aus der Oberseite des Körpers austreten, und sie können mit ähnlichen Biegungen 28 an den Drahtenden versehen sein, wo sie aus der Unterseite des Körpers austreten. Wahlweise können die freien unteren Enden der Drähte mit Knoten 29 gemäß Fig. 5 versehen sein. Fig. 5 ist im wesentlichen ähnlich Fig. 4 und zeigt unvollständig einen Schnitt durch einen ähnlichen, jedoch kleineren Kondensator gemäß der Erfindung. Auf Wunsch können die Knoten auch anstelle der Krümmungen verwendet werden, um die Zuleitungsdrähte an der Oberseite der keramischen Grundkörper festzuhalten.
Zur Herstellung eines Kondensators ähnlich dem von Fig. 1 kann ein Verfahren benutzt werden, das im wesentlichen in der US-PS 3 679 950 beschrieben ist, um einen monolithischen gesinterten Grundkörper, d.h. ein Chip bzw. Plättchen, oder einen kleinen Block mit einer Anzahl übereinanderliegender Schichten aus einem keramischen Dielektrikum mit zwischenliegenden Elektrodenzonen cheraustreten.Die letzteren sind (vgl. die besagte US-PS) poröse keramische Schichten, deren jede ein Netzwerk von untereinander verbundenen Poren aufweist. Diese porösen Schichten haben vorzugsweise im wesentlichen dieselbe Größe, jedoch ist jede folgende im Chip versetzt, so daß sie zu einer Kantenzone des Chips vorslVringt, wobei jede zweite Schicht zur selben Kantenzone vorspringt. Auf diese Weise sind im Grundkörper zwei Sätze von porösen Schichten vorgesehen, deren einer zur einen Kantenzone und deren anderer zur anderen Kantenzone vorspringt. Jedoch ist es im Gegensatz zu den nach der besagten US-PS hergestellten keramischen Chips oder Blöcken nicht erforderlich, daß die Elektrodenzonen sich bis zu den Kantenzonen der Chips erstrecken und dort offen sind. Daher erfolgt eine kleineÄnderung im aus dieser US-PS bekannten Verfahren zur Herstellung von keramischen Grundkörpern. Diese Änderung besteht im wesentlichen in einem solchen Formen und/oder Anordnen der Lagen oder Schichten von Material, das auf die Schichten von vorübergehend verhaftetern keramischem Dielektrikum aufgetragen wird, um die Elektrodenzonen zu erzeugen, daß sich aufeinanderfolgende uizerlappen und zu verschiedenen Kanten der dielektrischen Schichten vorspringen, jedoch.
de Lage oder Schicht für eine Elektrodenzone vollständig von einem Rand einer dielektrischen Schicht umgeben ist. Somit werden nach Verdichten und Brennen der Einheiten, z.B. durch das Verfahren der besagten US-PS, vollständig dichte, gesintere keramische Chips erhalten, die zwei Sätze von dünnen Elektrodenzonen enthalten, in die ein Leiter, wie ein Metall,eingeführt werden kann.
Um die Einführung von Metall in die Elektrodenzonen der gesinterten Chips wie oben beschrieben zu ermöglichen, werden Löcher in den Chips vorgesehen. Die Löcher in jedem Chip sind so angeordnet, daß jedes sich in oder durch abwechselnde Elektrodenzonen darin erstreckt, jedoch ein bestimmtes Loch sich nicht in oder durch aufeinanderfolgende Elektrodenzonen darin erstreckt. Auf diese Weise sind die porösen Schichten von der Ober- und/oder Unterseite der gebrannten Chips zugänglich. Dies ist in Fig. 6 dargestellt. Fig. 6 zeigt im Schnitt einen Teil eines keramischen Grundkörpers oder eines keramischen Chips, in dem ein vertikales Loch 31 mit abwechselnden Elektrodenzonen 33 in Verbindung steht, während der andere Satz von Elektrodenzonen 35 am (nicht gezeigten) entgegengesetzten Ende des Chips durch ein anderes vertikales Loch (nicht gezeigt) verbunden ist.
Die Löcher in den Chips, die mit den Elektrodenzonen verbunden sind, können gebohrt oder gestanzt sein. Obwohl die Löcher in den Chips nach deren Brennen zum Sintern des keramischen Metalls hergestellt werden können, werden sie vorzugsweise in den- ungebrannten keramischen Chips vorgesehen. Vor dem Einführen von Metall in die Elektrodenzonen der gebrannten Chips wird eine Zuleitung wie ein Stab oder ein Draht in oder durch jedes Loch geführt und geeignet daran gesichert, wie oben beschrieben. Die verwendeten Drähte oder Stäbe haben einen ausreichend kleineren Durchmesser als die Löcher, in die sie einzusetzen sind, so daß genug Zwischenraum um sie herum ist, damit geschmolzenes Metall in die Elektrodenzonen der Chips eintreten kann, um die gewünschten inneren Elektroden zu bilden.
Beim Einführen von Metallic die dGnnenElektrodenzonen der gesinterten keramischen Chips zur Bildung der inneren Elektroden kann irgendein geeignetes Verfahren benutzt werden. Z.B. können die gesinterten Chips mit daran befestigten Zuleitungen wie oben beschrieben, in einem Bad von geschmolzenem Blei bei einer Temperatur von ca 350 bis ca. 500 OC in einem geeigneten Gefäß eingetaucht gehalten werden. Das Gefäß befindet sich vorzugsweise in einem Gehäuse, in welchem der Druck variiert werden kann, da das Eindringen von geschmolzenem Metall um die Drähte herum in die Elektrodenzonen der Chips durch Verringern des Drucks im Gehäuse auf z.B. 76,5 mm Hg und anschließendes Erhöhen des Drucks, nachdem die Chips im geschmolzenen Metall eingetaucht sind, erleichtert werden kann.
Das Metall wird auf diese Weise in die Chips gedrückt. Ein Druck von ca. 14 kg/cm2 hat sich dafür als geeignet erwiesen. Nach dem Einführen des Metalls können die Chips aus dem Metallbad herausgenommen und abgekühlt werden, worauf der Druck gesenkt werden kann. Kondensatoren mit daran befestigten Zuleitungen, wie in Fig. 1 gezeigt, können so ohne irgendwelche Endverschlußelektroden und ohne irgendein zusätzliches Löten, um diese Zuleitungen zu befestigen, hergestellt werden.
Es versteht sich, daß außer Blei auch viele andere Metalle erfindungsgemäß verwendet werden können, um die inneren Elektroden in den keramischen Chips herzustellen. Z.B.: Zinn, Aluminium, Kupfer und LegierungeI1 mit derartigen Metallen. Offensichtlich sollten die vorzugsweise verwendeten Metalle oder Legierungen einen Schmelzpunkt haben, der niedrig genug liegt, um ihre Einführung in die Chips bei mäßigen Temperaturen zu ermöglichen, und ferner weder eincii beträchtlichen Dampfdruck bei der verwendeten Temperatur noch nachteilige Auswirkungen auf das keramische Dielektrikum haben. 1er Mindestdruck, der zum Injizieren von geschmolzenem MetalL in die Chips verwendet wird, hängt offensichtlich von der Cirw. X der Löcher und der Elektrodenzonen, der Viskosität des geschmolzenen Metalls und der Oberflächenenergie bzw. Oberflächenspannung des geschmolzenen Metalls in bezug auf das gesinterte keramische Material der Chips ab.
Grundsätzlich solite das in die Elektrodenzonen der gesinterten Chips eingeführte Metall einen Schmelzpunkt haben, der niedriger als die zum Sintern der Chips verv,endete Temperatur liegt.
Es ist ersichtlich, daß die inneren Elektroden und das Metall (aber nicht der Zuleitungen) zum Füllen der Löcher aus dem geschmolzenem Zustand erstarren und so die Eigenschaften von Metallguß haben.
Fig. 11 zeigt schematisch eine der zahlreichen Möylichkeiten zur Herstellung der metallischen inneren Elektroden. In dieser Fig. ist ein geeigneter Behälter oder geeignetes Gehäuse 3g vorgesehen. In diesem befindet sich ein Gefäß 40 aus einem geeigneten Werkstoff mit einem Bad 41 von zu verwendendem geschmolzenem Metall. Das Metallbad wird geeignet durch eine (nicht gezeigte) Einrichtung erhitzt, um das Metall auf der richtigen Temperatur zu halten. Im Gehäuse 39 befindet sich auch eine Halterung. Der Aufbau der Halterung ist nicht kritisch, jedoch hat diese vorzugsweise eine Haltestange 42, die vertikal hin- und herbeweglich ist. An der Stange 42 ist an deren unterem Ende eine Federklemme 43 befestigt, die lösbar eine oder beide Zuleitungen 44 hält, die mit einen gesintertem keramischen Grundkörper oder Chip 45,wie oben beschrieben, verbunden sind.
Nachdem das Chip 45 so im Behälter 39 aufgehängt- ist, wird der Druck im Behälter durch eine (nicht gezeigte) Vakuunyumpe, die geeignet angeschlossen ist, verringert, und das Chip wird dann durch die Stange 42 in das Bad 41 geschmolzenen Metalls abgesenkt. Der Druck im Behälter wird dann durch eine (nicht gezeigte) geeignete Einrichtung erhöht, um das geschmolzene Metall um die Zuleitungen 44 in die Elektrodenzonen im Chip zu drücken. Druckgas von einer geeigneten Quelle kann als Druck mittel verwendet werden. Die Stange 42 wird dann angehoben, um das Chip 45 aus dem Metallbad herauszuziehen, und das Chip kann sich hinreichend abkühlen, damit das in ihm enthaltene Metall erstarrt, wonach der Druck abgesenkt wird. Der entstehende Kondensator kann dann entfernt und durch ein anderes Chip ersetzt werden, wobei das Metallfüllen bei diesem wiederholt wird. Es versteht sich; daß auch irgendeine andere Einrichtung zum Einführen von geschmolzenem Metall in die gesinterten keramischen Chips verwendet werden kann, und daß Abänderungen der schematisch gezeigten Einrichtung und/oder deren Gebrauchs vorgenommen werden können.
Z .B. kann unter bestimmten Bedingungen das Evakuieren des Behälters nach dem Eintauchen des Chips in das Bad geschmolzenen Metalls, also nicht vorher, erfolgen. Auch können -mehrlter verwendet werden und es können mehrere Chips in das Metallbad gleichzeitig eingesetzt werden. Auf Wunsch kann die Einrichtung zum Einführen von Metall automatisch betrieben werden, so daß fertige Kondensatoren kontinuierlich hergestellt werden.
Fig. 8 bis 10 zeigen weitere Anordnungen, die benutzt werden können, um Zuleitungen für Mehrlagen-Kondensatoren gemäß der Erfindung herzustellen, bevor Metall in die Elektrodenzonen zwischen den dielektrischen Schichten eingeführt wird. Im Grundkörper oder Chip 46 von Fig. 8, das ähnlich dem Chip von Fig. 6, jedoch horizontal um 90 ° gedreht ist, sind Löcher 47 und 48 im Chip, die durch die beiden Sätze von Elektrodenzonen 49 bzw. 50 zwischen dielektrischen Schichten 51 sich erstrecken, größer und geneigt, also nicht vertikal verlaufend. Auf diese Weise wird, nachdem Drähte oder Stäbe (nicht gezeigt) für die Zuleitungen in die Löcher 47 und 48 eingesetzt worden sind, geschmolzenes Metall in die Zonen 49 und 50 durch die Löcher und um die Zuleitungen herum eingeführt, so daß etwas größere Kontaktflächen zwischen den Drähten oder Stäben und in den inneren Elektroden entstehen, die durch das Metall in den Elektrodenzonen erzeugt werden.
Fig. 9 und 10 zeigen eine weitere Abwandlung,gemäß der Hohlräume in den Seiten eines ungebrannten Chips vor dem Brennen und Füllen von deren Elektrodenzonen mit Metall erzeugt werden.
Jeder derartige Hohlraum im gesinterten Chip 52 - ein Hohlraum 54 ist in Fig. 10 gezeigt - ist mit einem Satz von Elektrodenzonen 55 und 56 verbunden, die sich zwischen den dielektrischen keramischen Schichten 53 befinden. Auf diese Weise steht der Hohlraum 54 mit den Elektrodenzonen 55 in Verbindung und verbindet diese, während ein ähnlicher Hohlraum (nicht gezeigt) am entgegengesetzten Ende des Chips mit den abwechselnden Elektrodenzonen 56 verbunden ist. Nach dem Brennen und vor dem Einführen von geschmolzenem Metall in die Elektrodenzonen 55 und 56 wird das abgeflachte Ende 57 eines Stabs oder Drahts 58 in den irgendwie rechtwinkligen Hohlraum 54 gedrückt, und ein ähnlich abgeflachter Stab oder Draht (nicht gezeigt) wird in den entsprechenden (nicht gezeigten) Hohlraum am entgegengesetzten Ende des Chips eingesetzt.
Die Draht- oder Stabenden sind so eng in die Hohlräume eingepaßt, so daß sie infolge Reibung gegen leichtes Entfernen gesichert sind. . Gleichzeitig ist jedoch der Sitz nicht so fest, daß ein Einbringen von geschmolzenem Metall in die Hohlraume um die abgeflachten Enden und in die entsprechenden Elektrodenzonen, die damit in Verbindung stehen, verhindert wird, wenn die Chips in ein Bad geschmolzenen Metalls eingesetzt werden. Nachdem die mit Metall gefüllten Einheiten aus dem Metallbad entfernt und gekühlt worden sind, sind die abgeflachten Draht- oder Stabenden sicher in den Hohlräumen festgehalten, so daß eine gute elektrische Kontaktgabe der Zuleitungen mit den inneren,daran ausgebildeten Elektroden, erreicht wird.
Fig. 2 und 3 zeigen eine weitere Abwandlung der Erfindung.
Bei dieser Abwandlung ist ein keramischer Mehrlagen-Kondensator 39 mit zwei Sätzen von sich überlappenden und abwechselnden inneren Metallelektroden 60 und 61 versehen. Jede Elektrode 60 erstreckt sich zur Stirnseite des Kondensators über die Elektroden 61 hinaus,und jede Elektrode 61 erstreckt sich zur Rückseite des Kondensators über die Elektroden 60 hinaus; jedoch erstreckt sich keine Elektrode aus dem Kondensator nach außen. Nahe der Stirnseite des Kondensators 59 (Fig. 2)befindetsich ein Zuleitungsdraht 62, der sich in voneinander getrennte Löcher durch die gesinterten keramischen Schichten oder Lagen 63 und Elektroden 60 und über die Bodenseite des Kondensators erstreckt, wobei die freien Enden der Zuleitung aus der Oberseite des Kondensators vorstehen. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß die Löcher für die Zuleitung 62 so angeordnet sind, daß die Zuleitung die inneren Elektroden 60 nahe den Kanten ihrer nach vorn springenden Teile berührt, jedoch nicht die Elektroden 61. Ein Zuleitungsdraht 64 ähnlich der Zuleitung 62 ist nahe der Hinterseite des Kondensators vorgesehen und verläuft durch fluchtende Löcher in den keramischen Schichten 63, die so liegen, daß die Zuleitung 64 die inneren Elektroden 61, jedoch nicht die Elektroden 60 berührt. Die Zuleitungen 62 und 64 werden in die keramischen Chips eingesetzt, bevor in diese Metall eingeführt wird,und Kröpfungen 66 oder Knoten, wie in Fig. 5 gezeigt, sind an den freien Enden der Zuleitungen vorhanden, damit sie nicht vor dem Einführen des Metalls verschoben werden.
Zur Herstellung von Kondensatoren wie denen von Fig. 2 und 3 können Verfahren ähnlich den in der besagten US-PS beschriebenen verwendet werden. Ein ungebranntes keramisches Chip wird aus abwechselnden Schichten von vorübergehend gebundenem keramischem Dielektrikum und pseudoleitenden Schichten kleinerer Fläche hergestellt. Löcher werden dann durch Bohren oder anderweitig in den Lagen oder Schichten an den gewünschten Stellen vor dem Brennen des Chips erzeugt, um die Schichten des keramischen Dielektrikums zusammenzusintern und die Ausbildung von dünnen, offenen Elektrodenzonen zu bewirken, in die Metall eingeführt werden kann, um innere Elektroden zwischen den dielektrischen Schichten des gesinterten Grundkörpers vorzusehen. Die pseudoleitenden Schichten haben Ränder aus einem Dielektrikum, das diese umgibt und so angeordnet ist, daß die gegenüberliegenden Kanten von aufeinanderfolgenden pseudoleitenden Schichten versetzt sind, um so beim Brennen zwei Sätze von offenen Elektrodenzonen zu bilden, wobei die Glieder jedes Satzes vertikal im gebrannten Chip, wie in Fig. 1 und Fig. 4, alternieren. Im Ausführungsbeispiel von Fig.
2 und 3 sind die Löcher für die Zuleitungen in fluchtenden Paaren nahe gegenüberliegenden Kanten der Chips vorgesehen, wobei ein Paar von Löchern sich durch einen der Sätze von Elektrodenzonen erstreckt und diese verbindet, während das andere Paar sich durch den zweiten Satz von Elektrodenenzonen erstreckt und diese verbindet. Offensichtlich wird kein Loch so angeordnet, daß es durch aufeinanderfolgende Elektrodenzonen verläuft, da dies zu einem kurzgeschlossenem Kondensator führen würde. Nach Brennen der Chips wird ein Draht mit etwas kleinerem Durchmesser als die Löcher durch jedes Paar von Löchern geführt, wobei die freien Enden jedes Paars aus der Oberseite des gebrannten Chipsvorspringen und ein Teil ihres Drahts sich über die Bodenseite des Chips von einem Loch jedes Paars zum anderen Loch jedes Paars erstreckt.
Unter Verwendung von einem oder beiden Enden von einem oder beiden Drähten zum Haltern oder Tragen des Chips wird in dieses Metall -wie oben beschrieben - eingeführt, um innere Elektroden in den Elektrodenzonen vorzusehen. Die Drähte dienen - als Zuleitungen für den fertigen Kondensator, da jeder Draht in elektrischem Kontakt mit einem Satz von inneren Elektroden steht.
Der Kondensator gemäß Fig. 2 und 3 ist besonders zweckmäßig, wenn der Kondensator an einer Leiterplatte oder einer Unterlage mittels Lötstützpunkten anzubringen ist. Eine derartige Anwendung ist in Fig. 12 und 13 gezeigt, wo eine Unterlage 69 aus geeignetem Isolierstoff mit getrennnten metallischen Lötstützpunkten 70 und 71 auf einer Seite versehen ist, die mit Leitern 72 bzw. 73 verbunden sind. Der Kondensator 74, der im wesentlichen den Aufbau des Kondensators 59 von Fig. 2 und 3 hat, wird an den Lötstützpunkten 70 und 71 durch Teile der Zuleitungen 75 bzw. 76 angelötet, die sich über die Bodenseite des Kondensators erstrecken. Auf diese Weise werden beträchtliche, stabile Kontaktflächen erreicht.
In Fig. 14 ist eine von verschiedenen Möglichkeiten abgebildet, wie die Zuleitungsdrähte von Kondensatoren gemäß der Erfindung, z.B. eines Kondensators, wie in Fig. 1, verwendet werden können.
Gemäß Fig. 14 sind Zuleitungsdrähte 83 und 84 ei: k2ndensators 81, die mit sich abwechselnden inneren Elektroden; (nicht gezeigt) im Kondensator verbunden sind, durch Löcher 85 bzw. 86 geführt, die in einer Leiterplatte 82 aus geeignetem Isolierstoff vorhanden sind, und durch entsprechende Löcher in Leitern 87 und 88 an der Unterseite der Leiterplatte. Die Zuleitungen halten den Kondensator 81 in seiner Lage fest, und ein guter elektrischer Kontakt mit den Leitern 87 und 88 kann durch Anlöten der Zuleitungen an diese, wie bei 89, gesichert werden.
Obwohl die erfindungsgemäß hergestellten Kondensatoren im wesentlichen hermetisch dicht sind, indem sie in gesintertem keramischen Material und durch das in die Löcher für die Zuleitungsdrähte eingeleitete Metall, das den Zwischenraum um die Drähte herum füllt, eingeschlossen sind, können sie auf Wunsch weiter abgedichtet werden. So wird in Fig. 15 eine geeignete Dichtmasse 91 um die vorspringenden Teile der Zuleitung 92 des Kondensators 93 aufgetragen. Ähnlich kann in Fig. 16 der gesamte Kondensator 95 durch eine Hülle 96 aus geeignetem Material gekapselt werden, um den Kondensator und die Abdichtungen um die Zuleitungen 97 und 98 zu beschichten. Ein bekanntes Polyurethan oder Epoxyharz zum Kapseln elektrischer Bauelemente kann verwendet werden. Diese und andere geeignete Dicht- und Kapselmassen sind im Handel erhältlich. Es versteht sich, daß Kondensatoren der Bauart von Fig. 1, 2, 5 und 18 und die durch Vorsehen von inneren metallischen Elektroden in Chips der Bauart von Fig. 6 bis 9 entstandenen ähnlich abgedichtet werden können.
Wie oben erläutert wurde, brauchen die Kondensatoren gemäß der Erfindung keine Endverschlußelektroden, da das Metall, das die inneren Elektroden bildet durch die Löcher in den gesinterten keramischen Chips für die Draht- oder Stab-Zuleitungen eingeführt werden kann. Die Zuleitungen selbstergeben daher elektrische Verbindungen mit den beiden Sätzen von inneren Elektroden.
Entsprechend brauchen die Elektrodenzonen zwischen den keramischen Schichten sich nicht bis zu einem Aussenflächenteil der Chips zu erstrecken und dort zu öffnen. Auf Wunsch können sie dies jedoch tun, in welchem Fall. dann Endverschlüsse verwendet werden können, wie noch erläutert werden wird, um die Öffnungen in diesen Zonen an den Aussenkantenflächen der Chips zu bedecken oder zu verschließen.
In Fig. 7 ist in unvollständigem Schnitt ein keramischer Grundkörper 103 ähnlich dem Grundkörper von Fig. 6 gezeigt, wobei dielektrische gesinterte keramische Schichten 104 sich mit offenen oder leeren Elektrodenzonen 105 oder 106 von kleinerer Fläche als die keramischen Schichten abwechseln, in die Metall eingeführt werden kann. Die Zonen 105, die sich mit den Zonen 106 abwechseln, erstrecken sich bis zu einer Kantenfläche 107 des Grundkörpers und sind dort off ein . Die Zonen 106 erstrecken sich ähnlich zur (nicht gezeigten) entgegengesetzten Kantenfläche des Grundkörpers 103 und sind dort offen. Beide Sätze von Elek trodenzonen sind durch keramisches Material an drei Seiten umgeben. Endverschlüsse 109 sind an der Fläche 107 und an der entgegengesetzten Kantenfläche vorhanden. Sie können zweckmäßigerweise aus keramischem Material, wie niedrigschmelzendem Glas, und undurchlässig sein, damit Metall zum Herstellen der Elektroden in den offenen oder leeren Zonen 105 oder 106 in den Grundkörper 103 durch Löcher geführt werden kann, die Zuleitungsdrähte (nicht gezeigt) enthalten, die sich durch den Grundkörper senkrecht zu diesen Zonen erstrecken. Ein derartiges Loch 111 nahe der Kantenfläche 107 des Grundkörpers oder Chips 103 gestattet einen Zugang zu den offenen Elektrodenzonen 105, und ein anderes, im wesentlichen identisches Loch (nicht gezeigt) ist nahe der entgegengesetzten Kantenfläche der Chips 103 vorhanden, um einen Zugang zu den offenen Elektrodenzonen 106 zu ermöglichen.
Auf Wunsch können jedoch die Endverschlüsse 109 durchlässig sein.
Durchlässige Endverschlüsse können hergestellt werden, indem auf der Kantenfläche 107 des Chips 103 und der entgegengesetzten {nicht gezeigt) Beschichtungen aus einer metallischen Elektrodenpaste, wie einer handelsüblichen Silber-Palladium-Paste,aufgebrannt werden oder auf diese Kantenflächen eine geeignete keramische Paste aufgetragen wird, die beim Brennen eine poröse keramische Beschichtung ergibt, die auf den keramischen Grundkörper gesintert ist. Geschmolzenes Metall kann in-:.die Elektrodenzonen 105 und 106 durch derartige durchlässige Endverschlüsse ein-.
geführt werden und zwar ebenso wie um Zuleitungsdrähte (nicht gezeigt), die in den Löchern 111 gesichert sind, und das entsprechende Loch (nicht gezeigt),das mit den Elektrodenzonen 106 in Verbindung steht, durch das oben beschriebene Einführen von Metall. Bei durchlässigen metallischen Endverschlüssen, die leitend sind, können elektrische Verbindungen auf Wunsch durch diese hindurch zu den inneren metallischen Elektroden in den Elektrodenzonen 105 und 106 hergestellt werden..
Fig. 17 bis 19 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. In Fig. 18 und 19 ist ein Mehrlagen-Kondensator 119 abgebildet, der vertikal verlaufende Draht- oder Stab-Zuleitungen 121 und 122 hat, die durch vertikale Löcher 120 darin verlaufen, wobei die Zuleitungen oberhalb und unterhalb des Kondensators wie bei 123 abgebogen sind, damit sie nicht leicht verschoben werden können.
Aus der Explosionsansicht von Fig. 17 ist leicht ersichtlich, wie ein derartiger Kondensator hergestellt wird. Folien oder Filme 125 aus feinverteiltem keramischen Dielektrikum, z.B.
Bariumtitanat werden vorrübergdhend mit einem wärreaustreiOn Bindet mittel, wie einem Harzsverhaftet. Auf jeder der unteren vier der Folien 125 wird eine Pseudoelektrodenschicht 126 niedergeschlagen, die vollständig aus wärneplstreibbarem Material bestehen oder anorganische Teilchen oder ein mit solchem Material gemischtes Granulat enthalten kann. Die Schichten 126 werden vorzugsweise ebenfalls mit einem wärIreaustreiharem Bindemittel vorübergehend verhaftet.
Die pseudoleitenden oder Pseudoelektroden-Schichten 126 und die dielektrischen keramischen Folien 125 können im wesentlichen nach der oben angegebenen US-PS hergestellt und zusammengesetzt werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß beim vorliegenden Ausführungsbeispiel es nicht nur unnötig ist, daß sich jede pseudoleitende Schicht bis zu einer Kante der tragenden dielektrischen keramischen Schicht erstreckt, sondern daß es ebenfalls unnötig ist, daß aufeinanderfolgende pseudoleitende Schichten Teile aufweisen, die gegen die benachbarten pseudoleitenden Schichten versetzt sind.
Das ergibt sich daraus, daß in jeder Pseudoelektroden-Schicht 126 ein leerer Bereich vorgesehen ist, der durch die relativ große Öffnung t27 gebildet ist. Wenn die verschiedenen Folien 125 und Schichten 126 von Fig 1:1 zusammengesetzt werden, wobei die Öffnungen 127 in benachbarten Schichten 126 versetzt und diejenigen in abwechselnden Schichten 126 vertikal ausgerichtet und durch Druck verdichtet werden, z.B. wie in der besagten US-PS beschrieben, wird Material von den benachbarten Folien 125 in die Öffnungen 127 extrudiert und dort verschmolzen. Wenn der zusammengedrückte Körper auf Sintertemperatur erhitzt und gebrannt wird, wird das wärmeaustreibbare Material in den Folien 125 und den pseudoleitenden Schichten 126 entfernt und das keramische Material in den Folien 125 gesintert, um einen monolithischen keramischen Grundkörper zu ergeben, der gemäß Fig. 18 und 19 eine Anzahl dielektrischer keramischer Schichten 129 aufweist, die einstückig miteinander an ihren Kanten und durch das keramische Material, das in die Öffnungen 127 extrudiert wurde, verbunden sind. Dieses extrudierte keramische Material bildet nach dem Brennen nichtleitende Inseln oder Diskontinuitätsbereiche 132 in den offenen Elektrodenzonen, die zwischen dielektrischen Schichten 129 und in den Elektroden 130 und 131 liegen, die in diesen Zonen durch Einführen von Metall in diese erzeugt werden.
Die Größe der öffnungen 127 in den Schichten 126 kann variieren.
Im allgemeinen sollten sie nicht größer als notwendig sein, um ihre Funktion zu erfüllen, d.h. das Verschmelzen und Zusammensintern der keramischen Folien oberhalb und unterhalb von ihnen zu erlauben, so daß Isolierinseln in den Elektrodenzonen entstehen, durch die Zuleitungen hindurchgeführt werden können, ohne Kontakt mit der die Insel umgebenden Elektrode zu ergeben. Sind die Löcher - größer als notwendig, senkt sich der Kapazitätswert. Die Elektroden 130 und 1 3i bestehen vorzugsweise aus Metall und können durch Einführen von geschmolzenem Metall über die Löcher 120 um die Zuleitungen 121 und 122 in die Elektrodenzonen erzeugE werden, die durch das Entfernen der wärmeaustreibbaren Komponenten der pseudoleitenden Schichten 126 während des Erhitzens entstehen. Das Einführen von Metall in derartige Elektrodenzonen kann z.B. durch das oben in Verbindung mit Fig. II erläuterte Verfahren erfolgen.
Der Kondensator 119 hat also eine Anzahl dichter, gesinterter, keramischer, dielektrischer Schichten 129 mit zwischenliegenden Schichten oder Lagen 130 und 131 aus Metall, die innere Elektroden bilden. Es ist ersichtlich, daß die Isolierinseln oder Diskontinuitätsbereiche 132 in den Elektroden 130 vertikal fluchten, während die Isolierinsein in den Elektroden 131 auch fluchten, jedoch seitlich von den Inseln in den Elektroden 130 getrennt sind.
Die Löcher 120 sind so angeordnet, daß sie sich durch die Diskontinuitätsbereiche erstrecken. Auf diese Weise ist die Zuleitung 121 elektrisch mit den Elektroden 130 im Innern des Kondensators verbunden, jedoch nicht mit den Elektroden 131, die sich mit den Elektroden 130 abwechseln. Auf dieselbe Weise hat die Zuleitung 122 innere elektrische Verbindungen nur mit den Elektroden 131.
Die Löcher 120 werden vorzugsweise im feuchten Körper vor dem Brennen durch Bohren oder Stanzen erzeugt, sie können jedoch auch nach dem Brennen des Körpers gebohrt werden. Obwohl normalerweise in den Folien 125 und den Schichten 126 vor derenZusanrmensetzen und Verdichten nicht vorhanden,sind die Orte der Löcher 120 zur Erläuterung dort in Fig 17 mit 12Oa angedeutet Monolithische Kondensatoren gemäß der Erfindung können beträchtlich in ihren Abmessungen variieren. Nicht nur die Abmessungen des Kondensators können variiert werden, sondern auch die Anzahl und Dicke sowohl der dielektrischen Schichten als auch der darin vorgesehenen Elektroden. Obwohl in den meisten Fällen vorzugsweise die dielektrischen Schichten dicker als die leitenden Schichten oder Elektroden gemacht werden, kann dies auf Wunsch auch geändert werden. Kondensatoren mit Abmessungen von nur 2,0 mm x 3,0 mm x 0,9 mm und 20 dielektrischen Schichten sowie einer Dicke von ca. nur 0,03 mm und 19 inneren Elektroden mit einer Dicke von ca. nur 0,0025 mm können leicht hergestellt werden, selbstverständlich auch größere. Kondensatoren mit irgendeinem gewünschten Kapazitätswert können gemäß der Erfindung durch geeignete Auswahl von Dielektrikum sowie Größe, Dicke und Anzahl der Schichten und Elektroden hergestellt werden. Es versteht sich, daß die Kondensatoren gemäß der Erfindung in Dicke und/oder vorgegebener zusätzlicher mechanischer Festigkeit durch gesonderte oder zusätzliche dielektrische Folien oder Schichten auf der Oberseite und/oder der Unterseite der feuchten Chips eingestellt werden können. Unbedruckte Schichten aus einer dielektrischen keramischen Zusammensetzung können für einen derartigen Zweck benutzt werden. Jedoch ist das Vorhandensein eines wärmeaustreiXbaren Niederschlags auf dem oberen dielektrischen Film (Schicht) eines derartigen Stapels normalerweise nicht nachteilig.
Im allgemeinen ist es wünschenswert, die dielektrischen Schichten und Elektroden so dünn wie möglich herzustellen, da eine kleinere Menge von teurem Dielektrikum verwendet wird und der Kapazitätswert pro Volumeneinheit der Kondensatoren erhöht wird, so daß der in den Schaltungen erforderliche Raum verringert wird. Es versteht sich, daß die kleinste Dicke der dielektrischen Schichten dadurch begrenzt ist, daß diese Schichten fest und nicht porös sein und eine solche Dicke haben müssen, daß sie die Betriebsspannung aushalten. Obwohl Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche oder Dicke der Schichten aus Dielektrikum zu Schwierigkeiten bei der Herstellung von Kondensatoren führen können, wenn äußerst dünne Schichten oder Filme von pseudoleitendem Material aufgetragen werden, da ein oder mehrere Hohlräume zwischen derartigen unregelmäßigen Schichten nach dem Brennen gesperrt sein können, wird es im allgemeinen vorgezogen, die Elektroden oder leitenden Schichten dünner als die dielektrischen Schichten zu machen.
Die Größe der Zuleitungen für die Mehrlagen-Kondensatoren gemäß der Erfindung kann beträchtlich variieren. Grundsätzlich wird vorzugsweise ein Draht von ca. 0,25 mm bis ca. 0,65 mm Durchmesser für die Zuleitungen verwendet. Jedoch können auch dickere oder dünnere Drähte verwendet werden, wenn es zweckmäßig oder notwendig ist. So sind bei den Kondensatoren, die aus keramischen Grundkörpern gemäß Fig. 9 und 10 hergestellt werden, die Zuleitungen grundsätzlich dicker, da ihre Enden abgeflacht werden, um einen größeren Kontakt mit den Metallschichten im Kondensator zu ergeben. In großen Kondensatoren können die Zuleitungen Stäbe oder dergleichen sein, wenn es gewünscht ist. Die Löcher für die Zuleitungen in den gebrannten Chips werden vorzugsweise nur etwas größer im Durchmesser als die Zuleitungen ausgebildet. Im allgemeinen ist es für eine gute Kontaktgabe zwischen den Zuleitungen und dem die inneren Elektroden bildenden Metall wünschenswert, daß die Zuleitungen durch das geschmolzene Elektrodenmetall benetzt werden.
Kupferdraht hat sich in den meisten Fällen als befriedigend erwiesen, obwohl auch viele andere Metalldrähte verwendet werden können. Es versteht sich, daß die Löcher in den Grundkörpern gemäß der Erfindung nur eine Verbindung mit einer Elektrodenzone herstellen dürfen, also sich nicht in die nachfolgende dielektrische Schicht erstrecken dürfen.Die Kondensatoren und die Grundkörper von ihhen, die hier beschrieben und gezeigt wurden, sind rechtwinklig. Die Erfindung gestattet jedoch auch die Herstellung von Kondensatoren anderer Form. So kann die Form auf Wunsch dreieckig, hexagonal und oval oder sonstwie sein, vorausgesetzt, daß eine Anzahl von Sätzen von verschiedenen Elektroden in ihnen vorgesehen ist, wobei jeder Satz davon mit einer oder mehreren vorspringenden Zuleitungen in elektrischem Kontakt mit den Elektroden des Satzes ist.
Es versteht sich, daß Mehrlagen-Kondensatoren gemäß der Erfindung hergestellt werden können,indem fürdiedielektrischen Schichten irgendeine. der keramischen Zusammensetzungen gemäß der oben genannten US-PS als geeignet für die Herstellung derartiger Schichten benutzt wird, und daß die Elektrodenzonen darin hergestellt werden können, indem irgendeine der geeigneten Zusammensetzungen gemäß dieser US-PS verwendet wird. Jedoch kommen auf Wunsch auch andere geeignete Zusammensetzungen infrage. Vorzugsweise werden diejenigen Zusammensetzungen für die Herstellung der di elektrischen Schichten verwendet, die ein feinverteiltes keramisches Material aufweisen, das zu einem dichten keramischen Körper zusammengesintert werden kann. Dazu gehört vorzugsweise ein wärmeaustreibbares Bindemittel. Die Schichten oder Niederschlage, die zur Herstellung der Pseudoleiter oder Pseudoelektroden in den ungebrannten Körpern verwendet werden, können - wie bereits gesagt - aus irgendeiner der Zusammensetzungen gemäß der oben genannten US-PS hergestellt werden, die dafür geeignet sind,oder aus anderen geeigneten Zusammensetzungen. Vorzugsweise enthalten derartige pseudoleitende Schichten ein wärmeaustreibbares Material. Auf jeden Fall sollte der von Pseudoleitern eingenommene Raum nach Brennen des Körpers eine leere oder offene Zone einnehmen, d.h. mit einer Porosität von mindestens 40 Vol.-%, die mit geschmolzenem Metall gefüllt werden kann, um Elektroden herzustellen.
Unter "dicht" wird hier verstanden, daß das Material im wesentlichen kein Wasser bei Eintauchen in dieses absorbiert, während "dünn" ein relativer Begriff ist, der z.B. für die keramischen Schichten eine Dicke von größenordnungsmäßig 0,5 mm oder weniger bedeutet.
Derartige Schichten können jedoch für bestimmte Zwecke dicker sein. Ein"wä;rmeaustreihEares" Material ist ein Material, das unter den hier beschriebenen Verfahrensbedingungen sich unmittelbar verflüchtigt oder vollständig, mit oder ohne Oxidation, in Produkte umgesetzt wird, die sich verflüchtigen.
Wie bereits betont wurde, kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von keramischen Mehrlagen-Kondensatoren leicht zur Herstellung von keramischen Mehrleiter-Platten oder -Strukturen angepaßt werden. Derartige Leiterplatten für hybride integrierte Schaltungen,die weit verbreitet sind, haben Leiter zum Anschluß von Bauelementen auf einer Anzahl von Niveaus in einem keramischen Substrat oder Grundkörper.
Fig. 20 und 21 zeigen eine keramische Mehrlagen-Leiterkarte gemäß der Erfindung. Die Leiterkarte 135 hat drei Schichten 136 aus dielektrischem oder isolierendem keramischem'Werkstoff, die einstückig zusammengesintert sind, um einen keramischen Grundkörper zu ergeben. In diesem sind drei innere Leiter 137, 138 und 139 vorhanden, die vorzugsweise aus Metall hergestellt sind.
Zuleitungen 140 bis 144 erstrecken sich von außerhalb der Leiterkarte zu einem oder mehreren der inneren Leiter, die - wie gezeigt - auf zwei Höhen liegen und keramische Schichten 136 oberhalb und unterhalb von sich haben. Die Schichten 136 sind nicht nur um ihre Kanten zusammengesintert, sondern auch um und zwischen den Leitern.
Zur Herstellung der Leiterkarte 135 wird im wesentlichen dasselbe Verfahren wie oben zur Herstellung der Kondensatoren beschrieben verwendet. Drei Folien aus vorübergehend verhaftetem, z.B. mit einem Harz, fein verteiltem dielektrischen oder isolierendem keramischem Material werden mit pseudoleitenden Schichten dazwischen zusammengesetzt, wobei die Folien an den Stellen liegen, wo innere Leiter erwünscht sind,und verdichtet. Derartige Pseudoleiter oder pseudoleitende Schichten können wie bei der oben beschriebenen Herstellung von Kondensatoren erzeugt werden und haben vorzugsweise einen beträchtlichen Gehalt an wärmeaustreibbarem Material.
Löcher für Zuleitungen und die Einführung von Metall werden z.B.
durch Bohren oder Stanzen im zusammengesetzten ungebrannten Körper vorgesehen. Derartige Löcher erstrecken sich durch die obere und/oder die untere keramische Schicht 136 und treten in eine oder mehrere der pseudoelektrischen Schichten ein oder durchsetzen diese. Beim Brennen der verdichteten Anordnung verschwinden das wärmeaustreibbare Bindemittel für das dielektrische oder isolierende keramische Material und die wärmeaustreibbaren Komponenten der pseudoleitenden Schichten, und das keramische Material der Folien wird gesintert, um einen einheitlichen keramischen Grundkörper zu ergeben, in dem Zonen wie die Elektrodenzonen bei der entsprechenden Herstellung von Kondensatoren, die mit geschmolzenem Metall gefüllt werden können, um innere Leiter zu erhalten, die pseudoleitenden Schichten ersetzen. Geschmolzenes Metall kann in diese Zonen in derselben Weise wie oben beschrieben durch die Löcher eingeführt werden, die die obere und/oder untere keramische Schicht durchsetzen.Wie bei der Kondensatorherstellung nach der obigen Beschreibung werden Zuleitungen, die Drähte oder Stäbe sein können, in die Löcher vor dem Einführen des geschmolzenen Metalls eingesetzt, und dieses Einführen kann mit der Einrichtung vorgenommen werden, die schematisch in Fig. 11 abgebildet ist. Es versteht sich, daß die Zuleitungen verschiedene Formen annehmen und sich durch oder nur in einen oder mehrere innere Leiter erstrecken können. Die Zuleitungen können gebogen oder wie bei 146 gezeigt innerhalb der Leiterkarte dünner gemacht sein. Wie bei der Herstellung von Kondensatoren können die Drähte oder Stäbe, die für die Zuleitungen benutzt werden, einen etwas kleineren Querschnitt als die Löcher haben, in'die sie eingesetzt werden, so daß'das Eindringen des geschmolzenen Metalls um sie herum möglich ist, um die inneren Leiter zu bilden. Verschiedene Metalle und Metallegierungen können verwendet werden, jedoch vorzugsweise mit einem Schmelzpunkt, der unter der Temperatur liegt, die zum Sintern des Grundkörpers verwendet wird, und unterhalb des Schmelzpunkts der Zuleitungen.

Claims

Pate ntansp rüch e ö)i. Ungebrannter keramischer Körper, aus dem durch Brennen ein monolithischer, gesinterter keramischer Grundkörper mit einer Anzahl dünner Elektrodenzonen herstellbar ist, gekennzeichnet durch einen verdichteten Stapel von übereinander liegenden dünnen Folien (125) aus sinterbarem, fein verteiltem, keramischem Material, das mit einem wärmeaustreibbaren Bindemittel verhaftet ist,und mindestens zwei Pseudoleiter (126), die eine andere Zusammensetzung als die Folien haben, jeweils zwischen einer der Folien und der zu dieser einen Folie im Stapel nächsthenachbarten Folie liegen sowie eine vorbestimmte Größe und Form aufweisen, die eine kleinere Fläche als die Folien einnimmt, jedoch im wesentlichen die Größenordnung der Dicke der Folien hat, und die mindestens zu einem beträchtlichen. Teil aus wärmeaustreibbarem Material besteheni-wobei der Stapel zwei getrennte Löcher (120a) aufweist, die sich in ihn durch die obere oder untere Folie erstrecken und von außerhalb des Stapels einen Zugang zu den Pseudoleitern (126) erlauben, jedoch keines der Löcher gleichzeitig einen Zugang zu. unmittelbar benachbarten Pseudoleitern gestattet (Fig. 17).
2. Ungebrannter keramischer Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pseudoleiter (126) dünner als die dazu benachbarten Folien(125) sind.
3. Ungebrannter keramischer Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pseudoleiter (126) an ihren Randkanten vom keramischen Material umgeben sind.
4. Ungebrannter keramischer Körper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Löcher (120a) einen Zugang zu mindestens einem einerAnzahl von Pseudoleitern (126) gestattet.
5. Ungebrannter keramischer Körper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Löcher (120a) einen Zugang nur zu einem Satz einer Anzahl von Sätzen von Pseudoleitern (126) gestattet, wobei die Sätze aus abwechselnden Pseudoleitern bestehen.
6. Ungebrannter keramischer Körper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Pseudoleiter (126) eine Insel (127) aus Material mit derselben Zusammensetzung wie für die Folien (125) vorgesehen ist, daß eines der Löcher (120a) sich durch die Insel erstreckt, und daß die Inseinwesentlich größer als die Löcher und so angeordnet sind, daß die Inseln in aufeinander-r folgenden Pseudoleitern nicht fluchten, sondern nur die Inseln aller Pseudoleiter eines Satzes fluchten.
7. Ungebrannter keramischer Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (120a) im wesentlichen senk-; recht zur Dicke der Fo1ic-n ( 125)verlquSen undein erstes Loch durch mindestens einen der Pseudoleiter hindurch und ein zweites Loch durch mindestens einen anderen der Pseudoleiter hindurch, ohne den einen Pseudoleiter zu berühren, aufweisen.
8. Einheitlicher, gesinterter keramischer Körper zur Herstellung von elektrischen Bauel w ntennot inneren leitenden Lagen, gekennzeichnet durch eine Anzahl von übereinander liegenden dünnen Schichten (t29) aus dichtem, keramischem, dielektrischem oder isolierendem Material, die an ihren Rändern einstückig verbunden sind, um einen monolithischen Körper zu bilden, wobei größere Abschnitte einer Anzahl der Schichten(129)voneinander getrennt sind,um zwischen sich dünne, leere Elektrodenzonen (130, 131) auszubilden, die mit Metall füllbar sind,und durch zwei seitlich voneinander getrennte Löcher (120 ) durch die obere oder untere Schicht (129) und mit den erstgenannten Löcher fluchtende Löcher durch mindestens eine andere der Schichten hindurch, um die leeren Elektrodenzonen von außerhalb des Körpers zugänglich zu machen (Fig. 18).
9. Gesinterter keramischer Körper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß von jedem der zuerst genannten Löcher (120 ) nur jeweils eine von unmittelbar zueinander benachbarten leeren Elektrodenzonen (330,131) zugänglich ist.
10. Gesinterter keramischer Körper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenzonen (130131)dünner als die dazu benachbarten keranischen Schichten (129) sind.
11. Gesinterter keramischer Körper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der zuerst genannten Löcher und der fluchtenden Löcher (120 ) jeweils nur einen Zugang zu einem Satz einer Anzahl von Sätzen von leeren E lektrodenzonen (1-30,131) gestattet,deren jeder aus abwechselnden leeren E lektrodenzonen besteht.
12. Gesinterter keramischer Körper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen, leeren Elektrodenzonen (130,131) eine Dicke von ca. 0,0025 mm bis ca. 0,025 mm haben.
13. Gesinterter keramischer Körper nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiter (121, 122) in jedem der Löcher (120 ) gesichert ist.
14. Gesinterter keramischer Körper nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (121, 122) aus dem Körper (119)nach außen vorspringt.
15. Gesinterter keramischer Körper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein leitender Draht oder Stab (121, 122) von jedem der zuerst genannten Löcher -un-d der damit fluchtenden Löcher (120 ) getragen ist, und daß die Drähte oder Stäbe einen etwas kleineren Querschnitt als die Löcher haben.
16. Gesinterter keramischer Körper nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Drähte oder Stäbe (121, 122) aus dem Körper (119) nach außen vorspringt.
17. Gesinterter keramischer Körper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der Elektrodenzonen (130, 131) eine Insel (132) aus dem dichten keramischen Material vorgesehen ist, die mit der benachbarten Schicht (129) einstückig ist und jeweils ein durchgehendes Loch aufweist, das mit einem der zuerst genannten Löcher fluchtet.
18. Gesinterter kerarvischer Körper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ElektrodenzonenCS3O,131)mit ihren Randkanten vollständig innerhalb des Grundkörpers liegen.
19. Kondensator, gekennzeichnet durch einen Körper mit einer Anzahl übereinanderliegender dielektrischer Schichten (129) und einer Anzahl metallischer Elektrodenlagen (130, 131),' wobei die Schichten aus dichtem, gesintertem keramischem Material geformt und einstückig an ihren Rändern miteinander verbunden sind, um einen monolithischen keramischen Grundkörper zu bilden; wobei die metallischen Elektrodenlagen eine kleinere Fläche als die Schichten einnehmen und jeweils zwischen zwei der Schichten liegen, und wobei das Metall der Lagen einen Schmelzpunkt unterhalb der Temperatur hat , bei der die keramischen Schichten gesintert sind; und wobei zwei Leiter (121, 122) sich durch mindestens einen Teil des Körpers einschließlich mindestens einer der Schichten und mindestens einer der metallischen Elektrodenlagen erstrecken und innerhalb des Körpers keinen elektrischen Kontakt haben, sondern jeweils in elektrischem Kontakt mit einer getrennten der metallischen Lagen sehen und mindestens teilweise, wo sie sich durch die Schichten erstrecken, von Metall umgeben sind, das einstückig mit der metallischen Lage ist (Fig. 18).
20. Kondensator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenlagen (130, 131) mit ihren Randkanten vollständig im Körper(119) eingebettet sind.
21. Kondensator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (121, 122) aus dem Körper nach außen vorstehen.
22. Kondensator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (119)in jeder der metallischen Lagen (130, 131) eine keramische Insel (132) aufweist, die einstückig mit den benachbarten keramischen Schichten (129) ist, wobei abwechselnde Inseln vertikal fluchten, um so zwei Sätze zu bilden, und wobei jeder der Leiter (121, 122) sich nur durch einen Satz der Inseln erstreckt.
23. Kondensator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Lagen (130, 131) dünner als die dazu benachbarten Schichten (129) sind.
24. Kondensator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Lagen (130, 131) eine Dicke von ca. 0,0025 mm bis ca. 0,025 mm haben.
25. Kondensator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Leiter (121, 122) sich in nur einen Satz einer Anzahl von Sätzen von metallischen Lagen (130, 131) erstreckt, wobei jeder Satz aus abwechselnden metallischen Lagen besteht.
26. Kondensator nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (121, 122) aus dem Körper (119) nach außen vorstehen.
27. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagen-Kondensators, gekennzeichnet durch Fertigen eines einheitlichen, gesinterten, keramischen Grundkörpers mit einer Anzahl übereinanderliegender dünner Schichten aus dichtem dielektrischem Material, die an ihren Rändern einstückig miteinander verbunden sind, um einen monolithischen Körper zu bilden,bei gröC?e Abschnitte einer Anzahl der Schichten voneinander getrennt sind, um dazwischen leere Elektrodenzonen zu ergeben, die mit Metall füllbar sind, und wobei der Grundkörper zwei seitlich voneinander getrennte erste Löcher durch die obere oder die untere Schicht und zweite Löcher hat, die mit den ersten Löchern fluchten und durch die anderen Schichten hindurchgehen, um von außerhalb des Grundkörpers einen Zugang zu den leeren Elektrodenzonen zu erlauben; durch Sichern von Zuleitungen in den Löchern, wobei ein Ende jedes Zuleitungsdraht aus dem Körper vorstehen; durch Herstellen von Elektroden in den Elektrodenzonen mEtelEiSinEühren von geschmolzenem Metall in die Elektrodenzonen über die Löcher und um die Zuleitungen herum und Erstarrenlassen -des Metallsin elektrischem Kontakt mit den Zuleitungen, wobei das Metall einen Schmelzpunkt unterhalb der für das Sintern des Grundkörpers benutzten Temperatur und unterhalb des desSchmelzpunkder Zuleitungen hat.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten Löcher und der zugehörigen damit fluchtenden Löcher Zugang nur zu einem Satz einer Anzahl von Sätzen von Elektrodenzonen gestattet;,, wobei jeder Satz aus abwechselnden Elektrodenzonen besteht.
29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der Elektrodenzonen eine Insel aus dem dichten keramischen Material vorgesehen ist, das mit den angrenzenden Schichten einstückig ist, und daß jede Insel ein zweites Loch aufweist, das mit einem der ersten Löcher fluchtet.
30. Keramische Mehrlagen-Leiterkarte, gekennzeichnet durch eine Anzahl von keramischen Schichten (136)> die zu einem keramischen Grundkörper zusammengesintert sind, durch eine Anzahl von leitenden Lagen (137 bis 139) zwischen den Schichten, die aus vergossenem Metall mit einem Schmelzpunkt unterhalb der Sintertemperatur des keramischen Materials bestehen, und durch Zuleitungen (140 bis 144), die sich in den Grundkörper und in mindestens eine der Schichten erstrecken sowie mindestens teilweise im Grundkörper durch mit den Schichten einstückiges Metall umgeben sind (Fig. 20, 21).