DE29914625U1

DE29914625U1 - Heißleiter-Bauelement

Info

Publication number: DE29914625U1
Application number: DE29914625U
Authority: DE
Original assignee: Siemens Matsushita Components GmbH and Co KG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2000-01-05
Anticipated expiration: 2009-08-21

Description

GR 98 G 2397 .··.

Beschreibung

Heißleiter-Bauelement
5

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heißleiter-Bauelement aus einem gesinterten Keramikkörper mit vorgegebenen Abmessungen, an dem beidseitig jeweils eine Elektrode vorgesehen ist.

Derartige Heißleiter-Bauelemente werden auch als NTC-Bauelemente (NTC = negativer Temperaturkoeffizient) bezeichnet und sind bevorzugt in SMD-Technologie (SMD = Surface Mounted Device bzw. oberflächenmontiertes Bauelement) hergestellt.

Heißleiter-Bauelemente sollen bei einer bestimmten Temperatur, beispielsweise Raumtemperatur, einen genau definierten Widerstandswert haben. Außerdem sollen sie eine bestimmte Widerstands-/Strom-Kennlinie besitzen.

Da nun aus praktischen Gründen die Bauformen der Heißleiter-Bauelemente in ihrer Anzahl nicht beliebig erhöht werden können, bedeuten obige Forderungen, daß die Keramikmischungen in einer großen Vielzahl erstellt werden müssen, um ein großes Widerstandsspektrum mit jeweils einer Bauform abdecken zu können. So gibt es derzeit beispielsweise in einer Bauform für Widerstände zwischen 470 Ohm und 680 kOhm vierzehn verschiedene Keramikmischungen, während in einer anderen Bauform für den Widerstandsbereich von 200 Ohm bis 220 kOhm elf verschiedene Keramikmischungen zum Einsatz kommen.

Die Zusammenstellung dieser unterschiedlichen Keramikmischungen ist aufwendig, zumal zur Gewährleistung reproduzierbarer Widerstandswerte und Kennlinie hohe Anforderungen an die Genauigkeit zu stellen sind.

GR 98 G 2397

Heißleiter-Bauelemente enthalten bekanntlich einen gesinterten Keramikkörper. Um solche gesinterten Keramikkörper zu erhalten, wird aus einem Massepulver ein Sprühgranulatpulver hergestellt, welches eine vom Sprühprozeß abhängige Korngrößenverteilung aufweist. Diese Korngrößenverteilung bewirkt oft nach dem eigentlichen Sinterprozeß eine nur eingeschränkte Oberflächengüte des Keramikkörpers des Heißleiter-Bauelements .

Um eine elektrische Anbindung bzw. Kontaktierung zu erhalten, werden die gesinterten und gescheuerten Bauteile beidseitig mit einer Metallisierungspaste versehen. Dies geschieht derzeit durch Eintauchen und anschließendes Trocknen, woran sich noch ein Einbrennen anschließt. Dabei kommt es oft zu GeometrieSchwankungen der so gebildeten kappenförmigen Elektroden, wie beispielsweise zu einem "Half Mooning-Effekt" (Halbmondeffekt) : Die als Elektroden dienenden Terminierungsabschlüsse sind nicht gerade, sondern hängen in der Mitte durch, was zu einer Aufweitung in der Widerstandstoleranz führt.

Bei Bauelementen mit kleinen Abmessungen besteht die Forderung, daß diese in der Dicke und in der Breite fast gleiche Abmessungen haben sollten, wobei Toleranzen von allenfalls 0,05 mm erlaubt sind. Bei der Preßtechnologie kann dieses Problem nur durch Einsatz einer Vielzahl von verschiedenen Preßwerkzeugen zur Bildung der verschiedenen Bauelemente gelöst werden.

Zur Lösung der oben aufgezeigten Probleme wurden schon die 0 verschiedensten Maßnahmen ergriffen: so wurde beispielsweise daran gedacht, die Oberflächengüte zu verbessern, indem die Sprühprozesse zur Bildung des Sprühgranulatpulvers optimiert werden oder indem die Fraktionen des Sprühgranulats zur Anwendung gelangen. Ähnliche Optimierungen wurden auch schon für Metallisierungspasten hinsichtlich Zusammensetzung, Rheologie, Trocknung und Einbrennen vorgenommen.

GR 98 G 2397

Trotz dieser verschiedenen Maßnahmen ist es bisher nicht gelungen, ein Heißleiter-Bauelement zu schaffen, das bei relativ wenigen Bauformen ein großes Widerstandsspektrum abzudekken vermag, das weiterhin eine hohe Oberflächengüte hat, bei dem außerdem gerade Terminierungsabschlüsse vorliegen und das keine Schwierigkeiten bereitet, wenn Dicke und Breite fast gleiche Abmessungen haben.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Heißleiter-Bauelement aus einem gesinterten Keramikkörper anzugeben, das ohne weiteres mit wenig Bauformen einen großen Widerstandsbereich abdecken kann, das sich durch eine hohe Oberflächengüte auszeichnet, das keine Geometrieschwankungen an den kappenförmigen Elektroden zeigt und das hinsichtlich seinen Abmessungen in Dicken- und Breitenrichtung keinen Einschränkungen unterliegt.

Diese Aufgabe wird bei einem Heißleiter-Bauelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der 0 Keramikkörper zwischen den beiden Elektroden aus wenigstens zwei parallel zueinander liegenden Keramikteilen besteht, die einen unterschiedlichen spezifischen Widerstand und/oder ein unterschiedliches Temperaturverhalten aufweisen.

Das erfindungsgemäße Heißleiter-Bauelement wendet so in nur einem Bauelement wenigstens zwei (oder auch mehr) verschiedene Keramikteile -an, die parallel zueinander liegen und unterschiedliche spezifische Widerstandswerte und/oder ein unterschiedliches Temperaturverhalten haben. Werden nämlich zwei im spezifischen Widerstandswert unterschiedliche Keramikteile übereinander gestapelt, so dient der Keramikteil mit dem höheren Widerstandswert eigentlich nur als Füllmaterial, um einerseits die geometrischen Abmessungen für eine bestimmte Bauform aufzuweisen und um andererseits den geforderten elektrischen Widerstandswert zu erzielen.

GR 98 G 2397

Ist beispielsweise der spezifische Widerstandswert eines Keramikteiles B viel größer als der spezifische Widerstandswert eines Keramikteiles A, dann kann durch eine Änderung der Schichtdicke des Keramikteiles A der Widerstandswert insgesamt variiert werden. In der Vielschichttechnologie kann das auf einfache Weise durch Übereinanderstapeln geeigneter Folien geschehen. So ist es beispielsweise möglich, mit nur zwei Keramikteilen, deren spezifisches Widerstandsverhältnis zwischen 10 und 1.000 liegt, Widerstandswerte zu erzielen, die zwischen etwa 500 und 10.000 Ohm liegen, wenn zwischen etwa und 34 Deckfolien eingesetzt werden.

Die durch die Preßtechnik eingeschränkte Oberflächengüte der bisherigen Heißleiter-Bauelemente kann durch Verwendung der Deckfolien in der Vielschichttechnologie vollständig vermieden werden.

Wird außerdem der Keramikteil mit einem hohen spezifischen Widerstand, also beispielsweise der obige Keramikteil B, als Deckfolie verwendet, so findet die elektrische Leitfähigkeit vorwiegend in dem niederohmigen Keramikteil A statt, und ein Auseinanderfließen der Metallisierung auf der Oberseite des Keramikteiles B spielt keine Rolle mehr. Dadurch ergibt sich eine Kompensation der Schwankung der kappenförmigen Elektroden, was eine Verkleinerung der Streuung der Widerstandswerte und damit eine Erhöhung der Ausbeute zur Folge hat.

Da der hochohmige Keramikteil als Füllkeramik eingesetzt werden kann, ist ein weiterer Aussteuerparameter zum genauen Erreichen der elektrischen Parameter vorhanden.

Schließlich ist es möglich, die übereinander gestapelten Keramikfolien nicht in ihrem spezifischen Widerstand, sondern in ihrem Temperaturverhalten unterschiedlich zu gestalten. 5 Auf diese Weise können zwischen Kennlinien hinsichtlich der Temperatur für die Bauelemente realisiert werden.

GR 98 G 2397

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Heißleiter-Bauelement,

Fig. 2 ein elektrisches Ersatzschaltbild für das

Heißleiter-Bauelement von Fig. 1,

Fig. 3 den Verlauf des Widerstandes bei 25⁰C in Abhängigkeit von der Anzahl der Deckfolien eines Keramikteiles B, wobei das Verhältnis des spezifischen Widerstandes des Keramikteiles B zum spezifischen Widerstand des Keramikteiles A als Parameter genommen ist und dieser Para

meter den Wert 10 (x) bzw. 1.000 (o) hat,

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein bestehendes Heißleiter-Bauelement und
20

Fig. 5 ein elektrisches Ersatzschaltbild für das bestehende Heißleiter-Bauelement von Fig. 4.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht eines Heißleiter-Bauelements mit einem Keramikteil 1 und zwei kappenförmigen Elektroden 2, die durch Auftragen einer Metallisierungspaste auf den gesinterten und gescheuerten Keramikteil 1 mittels Eintauchen, Trocknen und Einbrennen gebildet sind. Dieser Herstellungsprozeß für die Elektroden 2 führt zu nicht zu vermeidenden Geometrieschwankungen der kappenförmigen Elektroden, was eine Aufweitung der Widerstandstoleranz bedingt.

Fig. 5 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild des Heißleiter-Bauelementes von Fig. 4 mit einem elektrischen Widerstand R_T, der temperaturabhängig ist.

GR 98 G 2397

In Fig. 1 ist nun im Unterschied zu Fig. 4 eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Heißleiter-Bauelementes gezeigt. Hier besteht der Keramikkörper 1 aus zwei Keramikteilen 3 und 4, nämlich einer Keramik A für den Keramikteil 3 und einer Keramik B für den Keramikteil 4. Ist nun der spezifische Widerstand der Keramik B, also des Keramikteiles 4, viel größer als der spezifische Widerstand der Keramik A, also des Keramikteiles 3, dann kann durch eine Änderung der Schichtdicke der Keramik A der Widerstand ohne weiteres variiert werden. Dies kann mittels der Vielschichttechnologie durch Übereinanderstapeln der geeigneten Keramikfolien realisiert werden.

Fig. 2 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild für das Heißleiter-Bauelement von Fig. 1. Der durch den Keramikteil 3 gebildete Widerstand ist durch Rti angegeben, während R_T2 den durch den Keramikteil 4 gebildeten Widerstand repräsentiert. Ist nun, wie oben vorausgesetzt wurde, der spezifische Widerstand des Keramikteiles 4 viel größer als der spezifische Widerstand des Keramikteiles 3, so ist R_T2 viel größer als R_Ti, so daß durch Änderung des Widerstandes R_T1 ein großer Widerstandsbereich abgedeckt werden kann.

Hierzu ist in Fig. 3 ein Beispiel angegeben: auf der Abszisse der Fig. 3 ist die Anzahl &eegr; der Deckfolien des Keramikteiles 5 4 aufgetragen, während die Ordinate den Widerstandswert R in Ohm bei einer Temperatur von 25⁰C angibt. Eine erste Kurve 5, die durch Symbole (x) dargestellt ist, zeigt theoretische Werte für einen Wert 10 des Verhältnisses aus dem spezifischen Widerstand des Keramikteiles 4 zu dem spezifischen Widerstand des Keramikteiles 3, während eine zweite Kurve 6, die durch Symbole (o) dargestellt ist, theoretische Werte für die Größe 1.000 des Verhältnisses des spezifischen Widerstandes des Keramikteiles 4 zu dem Keramikteil 3 angibt. Tatsächlich gemessene Werte sind durch ein Symbol "*" angegeben.

Aus der Fig. 3 ist zu ersehen, daß mit steigender Anzahl der Deckfolien für den Keramikteil 4 der Widerstand insgesamt an-

GR 98 G 2397

steigt, da ja bei gleichbleibender Bauform dann der Querschnitt des Keramikteiles 3, der einen niedrigeren spezifischen Widerstand als der Keramikteil 4 hat, abnimmt. Mit den angegebenen Parameterwerten für das Widerstandsverhältnis von 10 bzw. 1.000 ist so ohne weiteres ein Widerstandsbereich zwischen etwa 500 Ohm und 10.000 Ohm in nur einer Bauform abzudecken.

Die Erfindung schafft so ein Heißleiter-Bauelement in "Sandwichtechnologie", das in gleichen Bauformen eine große Variation des zu erzielenden Widerstandes zuläßt und zugleich Probleme hinsichtlich Oberflächengüte, Einflüssen der Metallisierungsgeometrie der Elektroden auf Widerstandsschwankungen usw. vermeidet.
15

Claims

1. Heißleiter-Bauelement aus einem Keramikkörper mit vorgegebenen Abmessungen, an dem beidseitig jeweils eine Elektrode (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikkörper zwischen den beiden Elektroden aus wenigstens zwei parallel zueinander liegenden Keramikteilen (3, 4) besteht, die einen unterschiedlichen spezifischen Widerstand und/oder ein unterschiedliches Temperaturverhalten aufweisen.

2. Heißleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das spezifische Widerstandsverhältnis von zwei Keramikteilen (3, 4) im Bereich zwischen 10 und 1.000 liegt.

3. Heißleiter-Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2) aus kappenartig aufgetragenen Metallisierungspasten durch Trocknen und Einbrennen hergestellt sind.

4. Heißleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikteile (3, 4) jeweils durch Folientechnologie hergestellt sind.