DE3125281A1 - Elektrische bauelementekombination, insbesondere r-c-kombination - Google Patents

Description

• Elektrische BallelementelsombirLation, insbesondere
• R-C-Kombination Die Erfindung betrifft eine elektrische Bauelemente-Kornbination9 insbesondere eine R-C-Kombination, die aus einem elektrischen Kondensator mit einem scheibenförmigen keramischen Dielektrikum und einer auf einer großen Fläche (Deckfläche) dieser Scheibe aufgetragenenSchicht aus BSiderstandsmaterial besteht, wobei Kapazität des elektrischen Kondensators und elektrischer Widerstand der Tiderstandsschicht miteinander verschaltet sind.
• Für aktive Filter sind R-C-Kombinationen hoher Genauigkeit zur Bestimmung der Frequenz erforderlich. Die bisher hierfür bekannten Ausführungsformen sind in Schichttechnik ausgeführt, d.h. der die Kapazität liefernde Kondensator und das den Widerstand liefernde elektrische Widerstandselement sind in Form von separaten Schichten auf einem Substrat ausgeführt, wobei bei dem ohnehin erforderlichen Abgleich des elektrischen Widerstandswertes durch Materialabtrag, insbesondere durch Anwendung von Laserstrahlen, die Toleranz des zugehörigen Kondensators ausgeglichen wird.
• Auch bei einer gedruckten Schaltung, beispielsweise für einen Microkomputer mit integrierten Bauelementen, werden keramische Vielschichtkondensatoren und elektrische Widerstände als diskrete, einander zugeordnete und aufeinander abgestimmte Bauelemente eingesetzt.
• In der US-PS 2 966 608 sind eine R-C-Bauelementekombination mit Parallelschaltung von Kondensator und Widerstand und einer Überspannungsfunkenstrecke als Antennen-Eingangskreis, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Bauelementekombination beschrieben.
• Auf das keramische Dielektrikum, beispielsweise in Form eines Rohres oder einer Scheibe, eines Kondensators wird Widerstandsmaterial aufgedampft oder aufgestrichen und mit äußeren Stromzuführungsdrähten verbunden, die gleichzeitig die Stromzuführungsdrähte zum Kondensator sind, so daß Kondensator und Widerstand parallel miteinander verschaltet sind und eine Einheit bilden.
• Diese bekannte R-C-Kombination läßt nur die Parallelschaltung von Kapazität und Widerstand zu; ferner ist weder die Abstimmung des Widerstandes auf einen bestimmten Widerstandswert vorgesehen und in einfacher Weise möglich, wodurch aufeinander abgestimmte Parameter nicht erzielt werden können, noch können Kondensator und Widerstand je für sich ausgenutzt werden.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Bauelementekombination anzugeben, die in gedruckten Schaltungen, insbesondere in miniaturisierten Schichtschaltungen - dort vorzugsweise als Chip -als R-C-Kombination mit Reihen- oder Parallelschaltung von Kapazität und Widerstand mit aufeinander abgestimmten Parametern (Temperaturkoeffizienten, Widerstandswert, Zeitkonstante des R-C-Gliedes, Toleranz) eingesetzt werden kann, und die gegebenenfalls auch benutzt werden kann, um die Kapazität des Kondensators und/oder den Widerstand je für sich auszunutzen.
• Zur Lösung dieser Aufgabe ist die elektrische Bauelementekombination der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Kondensator ein keramischer Vielschichtkondensator ist, daß der elektrische Widerstand in Form einer Widerstandsbahn aufgetragen ist, daß Kapazität und Widerstand miteinander in Reihe oder parallel verschaltbar sind, indem neben den die äußeren Anschlüsse B und C darstellenden, auf die Stirnflächen des Vielschichtkondensators aufgebrachten und auf die angrenzenden Oberflächen übergreifenden Metallschichten ein weiterer äußerer Anschluß A in Form einer an der Längsseite angebrachten, von den Kondensatorbelägen isolierten und auf die Deckschichten des Vielschichtkondensators übergreifenden Metallschichten vorhanden ist, der mit der Widerstandsbahn in Kontakt ist, daß die Widerstandsbahn wenigstens eine durch Materialabtrag gebildete und eine Strompfad-Verjüngung ergebene Freifläche aufweist, durch die der gewünschte bestimmte Widerstandswert erzielt ist, und daß das keramische Dielektrikum und die Widerstandsbahn aus Materialien bestehen, deren Temperaturkoeffizienten der elektrischen Werte gegenläufig sind und hierdurch die Bauelementekombination in einem begrenzten Temperaturbereich eine gleichbleibende Zeitkonstante hat.
• Bevorzugte Anwendungsmöglichkeiten sind erfindungsgemäß durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
• Ein Chip im Sinne der Erfindung ist ein elektrisches Bauelement, das keine Stromzuführungsdrähte aufweist und das in einer gedruckten Schaltung, insbesondere in einer miniaturisierten Schichtschaltung, in der Weise verwendet wird, daß es auf Kontaktstellen der Schicht- schaltungen aufliegt und über als Metallschichten aufgebrachte Kontakte durch Lötung mit ihnen verbunden ist.
• Ein keramischer Vielschichtkondensator im Sinne der vorliegenden Erfindung enthält als dielektrisch wirksames Material Keramik, insbesondere auf der Basis von Titanaten mit hoher Dielektrizitätskonstante oder auf der Basis von Titandioxidmassen oder Silikatmassen mit niedriger Dielektrizitätskonstante. Derartiges keramisches Material läßt sich nach an sich bekannten Verfahren zu sehr dünnen Folien verarbeiten, die vorzugsweise mit Palladiumschichten versehen und gestapelt werden. Diese Stapel werden dem keramischen Sinterbrand unterworfen, so daß ein von Metallschichten durchsetzter monolithischer Block entsteht. Die Metallschichten reichen abwechselnd an gegenüberliegenden Seiten des Rechteckblockes bis in die schmalen Stirnflächen hinein und sind dort durch Metallschichten derart zusammengeschaltet, daß ein geschichtetes Dielektrikum entsteht, so daß ein Vielschichtkondensator in sehr kleinem Raum eine sehr hohe Kapazität gewährleistet. Kondensatoren dieser Art sind beispielsweise in der DE-PS 15 64 692 oder in den amerikanischen Patentschriften 2 736 080 oder 3 235 939 beschrieben.
• Derartige keramische Vielschichtkondensatoren haben eine von der Temperatur abhängige Kapazität, d.h. mit zunehmender Temperatur wird die Kapazität größer (positiver TK) oder sie wird kleiner (negativer TK). Von Interesse hierbei ist der Temperaturbereich, bei dem die R-C-Kombination eine möglichst gleichbleibende Zeitkonstante behält und in welchem die Bauelementekombination arbeiten soll. Beispielsweise reicht dieser begrenzte Temperaturbereich von -20 °C bis +800C.
• Es ist somit zu prüfen, welchem Temperaturkoeffizienten (TK) des keramischen Dierektrikums ein Widerstandsmaterial zuzuordnen ist, dessen Temperaturkoeffizient gegenläufig zum TK des Dielektrikums ist, so daß die TK-Kompensation erreicht wird Der Temperaturkoeffizient keramischer Dielektrika ist den Datenbüchern der Lieferfirmen ohne weiteres zu entnehmen; desgleichen gibt es Datenbücher für Widerstands materialien, aus denen die Widerstandsbahn bei einer Bauelementekombination gemäß der Erfindung hergestellt werden kann Das Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Bauelementekombination ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens eine große Deckfläche des zunächst hergestellten keramischen Vielschichtkondensators eine Schicht in Form einer Leiterbahn aus im Hinblick auf zum Temperaturkoeffizienten des Kondensators einen gegenläufigen Temperaturkoeffizienten aufweisenden Widerstandsmaterial zwischen einem Anschluß des Vielschichtkondensators und dem zusätzlich angebrachten Anschluß derart aufgetragen wird, daß ihr Widerstandswert kleiner ist als der später gewünschte Widerstandswert, und daß danach durch an sich bekannte Anwendung eines Materialabtrages zur Bildung wenigstens einer Freifläche der Strompfad der Widerstandsbahn in Längs- und/ oder in Querrichtung bis zum Erreichen des gewünschten Widerstandswertes verengt wird.
• Die Erfindung wird nachstehend an Hand der beigefügten Figuren erläutert.
• Es zeigen: Fig. 1 eine Bauelementekombination gemäß der Erfindung, teilweise geschnitten; Fig. 2 die Reihenschaltung der Bauelementekombination und Fig. 3 die Parallelschaltung der Bauelementekombination.
• In Fig. 1 ist mit 1 der keramische Vielschichtkondensator bezeichnet. Er besteht aus Schichten 10 aus dielektrischem Material und ist von Metallschichten 6 bzw. 7 durchsetzt, die alternierend zu gegenüberliegenden Stirnseiten des monolithischen Blockes geführt sind.
• Die Metallschichten 6 sind durch die Metallschicht 4 elektrisch miteinander verbunden und liegen auf gleichem Potential. In gleicher Weise sind die Metallschichten 7 durch die Metallschicht 3 an der gegenüberliegenden Stirnfläche elektrisch miteinander verbunden. Die Metallschichten 3 und 4 an den gegenüberliegenden Stirnflächen reichen über die Kanten hinweg auf die angrenzenden Flächen des monolithischen Blockes des Vielschichtkondensators.
• Auf der Deckfläche des Vielschichtkondensators ist eine Widerstandsbahn 2 angeordnet, die einerseits mit der Metallschicht 3 und andererseits mit einer zusätzlich angebrachten Metallschicht 5 verbunden ist. Diese Metallschicht 5 ist gegenüber den als Kondensatorbeläge dienenden Metallschichten 6 und 7 isoliert und an der Längsseite des monolithischen Blockes als weiterer Anschluß A angebracht.
• Die Metallschichten 3 und 4 stellen die Stromzuführun- gen zum elektrischen Kondensator dar und bilden die Anschlüsse B und C.
• Die Metallschicht für die Widerstandsbahn 2 wird zunächst ohne die Freifläche 9 aufgetragen. Die Freifläche 9 wird dann durch Materialabtrag, insbesondere mittels Laserstrahlen, gebildet und ergibt eine Strompfadverjüngung 8 Auf diese Weise kann der zunächst niedrige Widerstandswert der Widerstandsbahn 2 auf den gewünschten höheren Wlderstsndswert sehr genau eingestellt werden Die Widerstandsbahn 2 kann durch an sich bekanntes Aufdampfen von Metallen im Vakuum, durch Siebdruckverfahren mit für die Herstellung von Widerständen im Handel befindlichen Siebdruckpasten oder auch durch selektives Ätzen aus größeren Metallflächen in gewünschter Konfiguration für die Widerstandsbahn aufgebracht werden. In den Figuren 2 und 3 sind die Ersatzschaltbilder für die Reihenschaltung (Fig 2) und für die Parallelschaltung (Fig. 3) der Bauelementekombination unter Berücksichtigung der Anschlüsse A, B und C gezeigt Bei der Reihenschaltung gemäß Fig 2 wird der Anschluß B mit der gedruckten Schaltung nicht verbunden, sondern nur die Anschlüsse A und C.
• Bei Parallelschaltung gemäß Fig. 3 wird der Anschluß B und werden gemeinsam die Anschlüsse A und C mit der gedruckten Schaltung verbunden.
• Eine weitere Verwendung der Bauelementekombination besteht darin, nur die Kapazität des Vielschichtkonden- sators auszunutzen, indem die Bauelementekombination nur an den Anschlüssen 3 und C mit der gedruckten Schaltung verbunden wird; in entsprechender Weise kann auch der Widerstand nur für sich ausgenutzt werden, zumal er einen sehr genau abgeglichenen Widerstandswert aufweist.
• Hierfür werden nur die Anschlüsse A und B mit der gedruckten Schaltung verbunden.
• Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit, insbesondere bei Bauelementekombinationen in Chip-Form, die bekanntlich Abmessungen Länge x Breite x Höhe von-2 bis 6 mm x 1 bis 5 mm x 1 bis 3 mm haben, ein integriertes R-C-Glied, das einen Kondensator und einen Widerstand als Einheit aufweist, zu erhalten, wodurch neben den genau eingestellten Parametern bei weiterer Miniaturisierung eine Platzersparnis resultiert.
• 4 Patentansprüche, 3 Figuren.

Claims (4)

2. PatentansEruche 1. Elektrische Bauelementekombination, insbesondere R-C-Kombination, die aus einem elektrischen Kondensator mit einem scheibenförmigen keramischen Dielektrikum und einer auf einer großen Fläche (Deckfläche) dieser Scheibe aufgetrageneSchicht aus Widerstandsmaterial besteht, wobei Kapazität des elektrischen Kondensators und elektrischer Widerstand der Widerstandschicht miteinander verschaltet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der elektrische Kondensator ein keramischer Vielschichtkondensator (1) zu ) i ist, Baß der elektrische Widerstand in Form einer Widerstandsbahn (2) aufgetragen ist, daß Kapazität und Widerstand miteinander in Reihe oder parallel verschaltbar sind, indem neben den die äußeren Anschlüsse (B und C) darstellenden, auf die Stirnflächen des Vielschichtkondensators aufgebrachten und auf die angrenzenden Oberflächen übergreifenden Metallschichten (3, 4) ein weiterer äußerer Anschluß (A) in Form einer an der Längsseite angebrachten, von den Kondensatorbelägen (6, 7) isolierten und auf die Deckschichten des Vielschichtkondensators (1) übergreifenden Metallschicht (5) vorhanden ist, der mit der Widerstandsbahn (2) in Kontakt ist, daß die Widerstandsbahn (2) wenigstens eine durch Materialabtrag gebildete und eine Strompfadverjüngung (8) ergebende Freifläche (9) aufweist, durch die der gewnschte bestimmte Widerstandswert erzielt ist, und daß das keramische Dielektrikum (io) und die Widerstandsbahn (2) aus Materialien bestehen, deren Temperaturkoeffizienten der elektrischen Werte gegenläufig sind und hierdurch die Bauelementekombination in einem begrenzten Temperaturbereich eine gleichbleibende Zeitkonstante hat 2. Verwendung einer Bauelementekombination nach Anspruch 1 als R-C-Kombination mit Reihenschaltung von Kapazität (1) und Widerstand (2), die im Hinblick auf die Zeitkonstante genau abgeglichen ist, indem die Bauelementekombination an den Anschlüssen A und C mit der elektrischen Schaltung verbunden wird.
3. 3. Verwendung einer Bauelementekombination nach Anspruch 1 als R-C-Kombination mit Parallelschaltung von Kapazität (1) und Widerstand (2) mit genau abgestimmter Zeitkonstante, indem die Bauelementekombination an den Anschlüssen B sowie gemeinsam an den Anschlüssen A und C mit der elektrischen Schaltung verbunden ist.
4. 4. Verfahren zur Herstellung einer Bauelementekombination nach Anspruch 1, bei dem zunächst der keramische Vielschichtkondensator hergestellt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf wenigstens eine große Deckfläche des keramischen Vielschichtkondensators (1) eine Schicht in Form einer Leiterbahn (2) aus im Hinblick auf zum Temperaturkoeffizienten des Kondensators einen gegenläufigen Temperaturkoeffizient aufweisenden Widerstandsmaterial zwischen einem Anschluß (3) des Vielschichtkondensators (1) und dem zusätzlich angebrachten Anschluß (A) derart aufgetragen wird, daß ihr Widerstandswert kleiner ist als der später gewünschte Widerstandswert, und daß danach durch an sich bekannte Anwendung eines Materialabtrages zur Bildung wenigstens einer Freifläche (9) der Strompfad (8) der Widerstandsbahn (2) in Längs- und/oder in Querrichtung bis zum Erreichen des gewünschten Widerstandswertes verengt wird.