-
-
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.