DE2638073A1

DE2638073A1 - Fritless electrodes for monolithic ceramic capacitor - prepd. from noble metal coated, pigment sized base metal particles

Info

Publication number: DE2638073A1
Application number: DE19762638073
Authority: DE
Inventors: Jerome Jay Hertz
Original assignee: Erie Technological Products Inc
Current assignee: Erie Technological Products Inc
Priority date: 1976-08-24
Filing date: 1976-08-24
Publication date: 1978-03-02

Abstract

The electrodes for a ceramic capacitor comprise fritless patterns of pigment-sized base metal particles coated with a minor wt.% noble metal spaced through a sintered ceramic monolith in capacitative relationship and margined inwards from its edges, the particles being compressed against each other and against the ceramic. The capacitor is made by (a) stacking green, binder-contg. ceramic sheets with fritless electrode patterns of the particles in an adherent vehicle painted on and (b) ceramically firing in a reducing atmos. to remove binder and vehicle, sinter the ceramic into a monolith with the margined edges sintered together and compress the particles against each other and the body by ceramic shrinkage during firing. The absence of frit improves capacity as the metal particles are directly embedded in the ceramic, the intimate contact between the compressed particles and ceramic minimising resistance. The coating provides sufficient oxidn. protection to the particles to allow subsequent firing in air during terminal mfr.

Description

Einstückiger Keramikkondensator One-piece ceramic capacitor

und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft einen einstückigen keramischen dielektrischen Kondensator mit frittefreien Elektroden aus Nickel oder anderen Teilchen aus unedlem Metall mit für Pigmente üblichen Teilchengrößen, wobei diese Teilchen aus dem unedlen Metall mit dünnen ueberzügen aus Platin, Palladium usw. versehen sind. and method of making it. The invention relates to a one-piece ceramic dielectric capacitor with frit-free electrodes made of nickel or other particles of base metal with particle sizes customary for pigments, These particles are made of the base metal with thin coatings of platinum, palladium etc. are provided.

Dieser Überzug auf den Teilchen aus unedlem Metall ist nicht dicht genug, um das unedle Metall vor einer Oxidation zu schützen, wenn die Kondensatoren in Luft oberhalb 10000C gesintert werden, so daß das Sintern in einer leicht reduzierenden Atmosphäre erfolgt. Der Uberzug schützt jedoch die Teilchen aus unedlem Metall beim anschließenden Brennen der Kondensatoren in Luft unterhalb i0000C zum Anschmelzen der Silberanschlüsse und zur vollständigen Oxidation des Dielektrikums.This coating on the base metal particles is not dense enough to protect the base metal from oxidation when the capacitors be sintered in air above 10000C, so that the sintering in a slightly reducing Atmosphere takes place. However, the coating protects the base metal particles at the subsequent burning of the capacitors in air below 10000C to melt them the silver connections and for complete oxidation of the dielectric.

In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf die Schicht aus ungebrannter Keramik, auf welche ein Elektrodenmuster aufgestrichen wurde, Fig. 2 einen Querschnitt durch mehrere solche, unter Bildung eines Kondensators gestapelte Schichten, und Fig. 3 eine Ansicht von Fig. 2 nach dem Brennen und Fig. 4 eine schematische Darstellung.The drawings show: FIG. 1 a plan view of the layer from FIG unfired ceramic on which an electrode pattern has been painted, Fig. 2 shows a cross section through several such, stacked to form a capacitor Layers, and FIG. 3 is a view of FIG. 2 after firing and FIG. 4 is a schematic Depiction.

Die Herstellung des Kondensators beginnt mit einer Schicht aus ungebranntem keramischem Dielektrikum, z.B.The manufacture of the capacitor begins with a layer of unfired ceramic dielectric, e.g.

einem K-Titanat. Solche Keramiken bestehen aus einem Gemisch von Bariumtitanat mit anderen Oxiden, Titanaten, Zirkonaten, Stannaten usw. oder Vorstufen davon. Die Schicht enthält auch temporäre Binder und andere Bestandteile, die ihre Bearbeitung erleichtern und während des Brennens verschwinden. Diese Keramiken sind dem Fachmann bekannt und viele Variationen davon sind in der Patentliteratur beschrieben. Auf die Schicht 1 ist ein Elektrodenmuster 2 aufgestrichen, das bis an einen Rand 3 verläuft und von den anderen Rändern nach innen einen Abstand besitzt, um so einen Isolierrand zu ergeben. Die Schichten 1 werden, wie in Fig. 2 dargestellt, aufeinandergestapelt, wobei bei abwechselnden Schichten die Enden jeweils umgekehrt sind. Die aufeinandergestapelten Schichten werden dann zusammengepreßt und, wie in Fig. 3 dargestellt, zu einem einstückigen Gebilde gebrannt oder gesintert. Die Brenntemperaturen sind hoch und betragen 1000 bis 14000C. Die Brennatmosphäre ist reduzierend, z.B. ein geringer Sauerstoffpartialdruck (1 bis 1000 Mikron), wie man ihn mittels eines C02/CO-Gemischs erhält. Die Dicke der Schicht 1 hängt von dem Spannungsbereich ab und kann 1 bis 3 Mil oder mehr betragen. Anstelle der hochtemperaturbeständigen Edelmetalle bestehen die Elektrodenmuster 2 aus Nickelteilchen mit Pigmentgröße, die einen dünnen Überzug aus Platin, Palladium usw. tragen. Das Muster 2 wird als Anstrich aufgebracht, in welchem die überzogenen Teilchen in einem frittefreien Träger suspendiert sind, der schon zu Beginn des Keramikbrennzyklus vollständig verschwindet. Der einzige Zweck des Trägers besteht darin, den Anstrich an der ungebrannten Keramik haften zu machen und zu diesem Zweck sind viele Harze und Verdünnungsmittel bekannt. Das Schrumpfen der Keramik während des Brennens bewirkt ein mechanisehes Zusammenpressen der überzogenen Nickelteilchen zwischen Schichten aus keramischem Dielektrikum, wodurch die Teilchen in innigen Kontakt mit dem Dielektrikum unter Erhöhung der Kapazität auf ein Maximum und auch in innigen Kontakt der Teilchen miteinander gebracht werden, wodurch der Widerstand auf einem Minimum gehalten wird. Diese beiden Faktoren verbessern den Kondensator.a K-titanate. Such ceramics consist of a mixture of barium titanate with other oxides, titanates, zirconates, stannates, etc. or precursors thereof. The layer also contains temporary binders and other ingredients that make it work ease and disappear while burning. These ceramics are known to those skilled in the art are known and many variations thereof are described in the patent literature. on the layer 1 is coated with an electrode pattern 2 that extends up to an edge 3 and is at a distance inward from the other edges, so one To yield insulating edge. The layers 1 are, as shown in Fig. 2, stacked on top of one another, whereby with alternating layers the ends are reversed. The stacked ones Layers are then pressed together and, as shown in Figure 3, into one piece Fired or sintered structure. The firing temperatures are high and amount to 1000 up to 14000C. The firing atmosphere is reducing, e.g. a low oxygen partial pressure (1 to 1000 microns) as obtained by means of a CO 2 / CO mixture. The fat layer 1 depends on the voltage range and can be 1 to 3 mils or more. Instead of the high-temperature-resistant precious metals, there are electrode patterns 2 made of pigment-sized nickel particles that have a thin coating of platinum, palladium etc. wear. The pattern 2 is applied as a paint in which the coated Particles are suspended in a frit-free carrier that is available at the beginning of the Ceramic firing cycle completely disappears. The only purpose of the carrier is in making the paint adhere to the unfired ceramic and for this purpose many resins and thinners are known. The shrinking of the ceramic during The firing causes a mechanical compression of the coated nickel particles between layers of ceramic dielectric, making the particles intimate Contact with the dielectric while increasing the capacity to a maximum and also The particles are brought into intimate contact with one another, thereby reducing the resistance is kept to a minimum. These two factors improve the capacitor.

Nach dem Brennen sind die Schichten zu einem Stück zusammengesintert, wobei die aneinander anliegenden Oberflächen der Keramik so zusammengesintert sind, daß die einzelnen Keramikschichten nicht mehr unterscheidbar sind, wie dies im ungebrannten, in Fig. 2 dargestellten Zustand der Fall war. Der Kondensator wird durch Anbringung von Anschlüssen an die freiliegenden Kanten der Elektrode 2 in üblicher Weise fertiggestellt; z.B.After firing, the layers are sintered together into one piece, the adjacent surfaces of the ceramic being sintered together in such a way that that the individual ceramic layers can no longer be distinguished, as was the case in the unfired state shown in FIG. The condenser is made by attaching leads to the exposed edges of the electrode 2 completed in the usual way; e.g.

werden die Anschlüsse aus einer in Luft gebrannten Anstrichmasse aus Silberpigment, Fritte und einem Träger aufgebracht.the connections are made from an air-fired paint Silver pigment, frit and a carrier applied.

In Fig. 4 sind die Nickelteilchen 4 mit der für Pigmente üblichen Größe von Mikron oder Submikron jeweils mit einer dünnen Schicht 5 aus aufplattiertem Platin oder Palladium dargestellt. Auf Gewichtsbasis besteht der ueberzug 5 aus 2 bis 40 % des Gesamtgewichts der Teilchen. Das bedeutet eine wesentliche Einsparung in Bezug auf die Kosten des Edelmetalls. Die Dicke des Überzugs 5 ist nur ein geringer Bruchteil des Durchmessers der Teilchen 4.In Fig. 4, the nickel particles 4 are those common to pigments Micron or submicron size each with a thin layer 5 of plated Platinum or palladium shown. On a weight basis, the cover 5 consists of 2 to 40% of the total weight of the particles. That means a substantial saving in terms of the cost of the precious metal. The thickness of the coating 5 is only a small one Fraction of the diameter of the particles 4.

Würden die Uberzüge 5 weggelassen, würden die Nickelteilchen während des Brennens des Silberanstrichs an der Luft oxidieren und den Widerstand der Elektroden über den für Kondensatoren erforderlichen Wert erhöhen.If the coatings 5 were omitted, the nickel particles would during the burning of the silver paint in the air will oxidize and the resistance of the electrodes increase above the value required for capacitors.

Die Abwesenheit von Fritte in den Elektroden verbessert die Kapazität, da die Pigmentteilchen teilweise in die Keramik eingebettet sind, wie dies mit 6 in Fig. 4 angezeigt ist, so daß sich zwischen den Teilchen keine Fritte oder kein Luftspalt befindet, was die Kapazität herabsetzen würde.The absence of frit in the electrodes improves the capacity, since the pigment particles are partially embedded in the ceramic, as shown in 6 is indicated in Fig. 4 so that there is no frit or no frit between the particles There is an air gap, which would reduce the capacity.

Der Überzug kann in typischer Weise stromlos, d.h.The coating can typically be electroless, i.

chemisch, oder durch Elektroplattieren aufgebracht werden. Die Pigmentteilchen für die Elektroden können aus einem Material bestehen oder Mischungen mit anderen verträglichen Pigmentteilchen sein. Leerseitechemically or by electroplating. The pigment particles for the electrodes can consist of one material or mixtures with other compatible pigment particles. Blank page

Claims

Claims 1) Sintered one-piece ceramic capacitor whose Electrodes are held by parts of the ceramic so that they form a capacitance, characterized in that the electrodes consist of patterns of frit-free particles consist of base metal of pigment size, individually coated with precious metal are, whereby these coatings form a smaller proportion of the weight of the particles, and wherein the electrode patterns inwardly from edges of the one-piece ceramic Have spacing, and the particles pressed against the one-piece ceramic and one another are.

2) capacitor according to claim 1, characterized in that the base Metal is nickel.

3) capacitor according to claim 1, characterized in that the ceramic Is barium titanate.

4) capacitor according to claim 1, characterized in that the coatings contain platinum on the particles.

5) capacitor according to claim 1, characterized in that the coating contains palladium on the particles.

6) capacitor according to claim 1, 4 or 5, characterized in that that he connections made of a silver paint fired in an oxidizing atmosphere owns, wherein the precious metal is an oxidation of the base metal delayed during the firing of the connectors from silver paint.

7) A method for producing the capacitor according to claim 1, characterized characterized in that one contains sheets of unfired ceramic containing binders with frit-free electrode patterns painted on it, from the edges of the plates have a distance to the inside, stacked on top of one another, whereby these are frit-free Electrode pattern pigment-sized particles of base metal dispersed in a carrier contained and adhere to the unfired ceramic, whereupon the stacked plates in a reducing atmosphere fires ceramic to one piece, with the binder and the carrier disappear and the unfired ceramic becomes one piece by the sintering together free ceramic edges, while the electrode particles opposite the Rest of the one-piece ceramic body and the coatings indifferent during firing remain and the shrinkage of the ceramic during firing the particles to the Ceramic and pressing against each other.