DE3223736A1 - Keramisches dielektrikum und keramischer kondensator mit einem solchen dielektrikum - Google Patents
Keramisches dielektrikum und keramischer kondensator mit einem solchen dielektrikumInfo
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Description
J.M.WheeLer 1
Keramisches DieLektrikum und keramischer Kondensator mit einem solchen DieLektrikum.
Die Erfindung bezieht sich·auf ein keramisches DieLektrikum
und auf keramische Kondensatoren/ insbesondere Vielschicht-Keramik-Kondensatoren,
mit einem solchen Dielektrikum.
Ein keramischer VieLschicht-Kondensator besteht im Wesentlichen
aus einem Stapel mit mehreren dielektrischen Schichten,
die aus keramischem Material gebildet sind, und mit Elektroden,die
zwischen diesen Dielektrikumsschichten angeordnet
sind. Die Elektroden können durch Siebdruck auf das keramische Material aufgebracht sein, wenn es sich noch im ungebrannten
Zustand befindet, und zwar unter Verwendung von Leitenden Pasten oder Tinten, welche beispielsweise PLatin,
Palladium und/oder Gold enthalten. Aus den mittels Siebdruck bedruckten dielektrischen Schichten wird durch Aufeinanderschichten
ein Stapel gebildet, dieser zusammengepreßt und gegebenenfalls in einzelne Teile zerschnitten und dann gebrannt.
Bei den bisher verwendeten Dielektrika ist es erforderlich, die Kondensatoren bei Temperaturen in der Größenordnung
von 1200 bis 1400 C zu brennen, was bedeutet, daß die dazwischen Liegenden Elektroden aus einem Material
bestehen müssen, das solche Temperaturen aushält. Bisher mußten daher teure EdeLmetalLe, wie z.B. PLatin und Palladium
_ 4 J.M.Wheeler
1
aLs ELektrodenmateriaL verwendet werden. Die Kondensatoren
werden bei Temperaturen zwischen 1200 und 1400 0C gebrannt,
bis Sinterung eintritt, damit das keramische Material unporös
wird. Die dazwischenliegenden Elektroden können rechteckige
Form haben und die ganze Fläche oder einen Teil der Fläche der dielektrischen Schichten bedecken. Die Zwischenelektroden
der aufeinanderfolgenden Schichten können seitlich
gegeneinander abgestuft sein oder können längliche Teile haben, die einander überkreuzen.
Wie oben erwähnt wurde, benötigt das bekannte keramische
Dielektrikum hohe Brenntemperaturen (1200 bis 1400 C), was bedeutet, daß teure Edelmetalle für die Zwischenelektroden
verwendet werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein keramisches Dielektrikum,
insbesondere zur Verwendung bei keramischen Kondensatoren, wie Vielschichtkondensatoren, zu schaffen, das eine niedrigere
Brenntemperatur benötigt.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1
angegebene Zusammensetzung gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung können den Unteransprüchen
entnommen werden.
Da das Dielektrikum gemäß der Erfindung nur Brenntemperaturen
von 950 bis 1100 0C erfordert, w wesentlich weniger Energie benötigt.
ren von 950 bis 1100 0C erfordert, wird zu seiner Herstellung
Das Dielektrikum gemäß der Erfindung ermöglicht es weiter, keramische Vielschichtkondensatoren herzustellen, deren
Zwischenelektroden wesentlich weniger oder keine teuren
Edelmetalle mit hohem Schmelzpunkt, wie Platin, Palladium
- 5 J.M.WheeLer 1
und Gold, enthalten müssen. Vielschicht-Keramik-Kondensatoren
mit einem keramischen Dielektrikum gemäß der Erfindung können vorteilhaft mit Zwischenelektroden versehen sein, die
aus einem Material bestehen, das mindestens 50 Gewichtsprozent
Silber enthält.
Gemäß der Erfindung können Dielektrika unterschiedlicher
Zusammensetzungen erhalten werden, welche bei Temperaturen zwischen 950 und 1100 0C gebrannt werden können. Solche
Dielektrika eignen sich besonders für keramische Kondensatoren. Einige davon haben Dielektrizitätskonstanten von
7500 bis 10000. Bei keramischen Kondensatoren mit einem solchen Dielektrikum werden vorteilhaft Elektroden mit einem
sehr hohen Silbergehalt verwendet. Unter dem Ausdruck "sehr hoher Silbergehalt" wird ein Silbergehalt von 50 bis
100 Gewichtsprozent verstanden. Die Elektroden können beispielsweise
zu 70 Gewichtsprozent aus Silber und zu 30 Gewichtsprozent
aus Palladium bestehen. Die bisher verwendeten Keramiken, Cz.B. solche mit der US-amerikanischen Bezeichnung
Z 5 U), vertragen sich nicht mit Elektroden von hohem SiI-bergehalt
und haben üblicherweise Dielektrizitätskonstanten
unter 7500 bis 10000. In der Elektronikindustrie werden im
allgemeinen kleinere Bauelemente verlangt. Unter Verwendung von Dielektriken mit einer höheren Dielektrizitätskonstante
als der der bisher benutzten Keramiken, z.B. der oben genannten Z 5 U-Keramik, können kleinere Kondensatoren hergestellt
werden. Beispiele der keramischen Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung sind in der nachfolgenden
Tabe.lle I zusammengestellt. Die dielektrischen Zusammensetzungen
basieren auf Blei-Magnesium-Niobat (A) mit Zusätzen
einer oder mehrerer der Verbindungen: Bleititanat (B), Bleistannat
(C) und BLeizirkonat (D). Das Dielektrikum kann beispielsweise zwischen 60 und 99 Gewichtsprozent Blei-Magnesium-Niobat
enthalten. Aus diesen Massen werden keramische Körper
— 6 —
J.M.Wheeler 1
geformt und diese eine Stunde lang bei den oben genannten Temperaturen gebrannt. Die elektrischen Eigenschaften, wie
der Verlustwinkel (tan S) und die Dielektrizitätskonstante
CK) wurden gemessen. Durch Messungen wurden weiter die. Tempe· raturkoeffizienten der Kapazität ermittelt (nicht in der
Tabelle dargestellt) und es wurde gefunden, daß sie den gleichen Verlauf haben, wie die oben genannten Z 5 U-Keramiken,
d.h. daß insbesondere zwischen 10 und 85 0C die Kapazitätsänderung
innerhalb der Bandbreite + 22 % bis - 56 % des Wertes bei 25 C blieb. Obwohl besonders auf
Vielschicht-Keramik-Kondensatoren mit Zwischenelektroden
Bezug genommen wurde, kann das dielektrische Material auch
bei anderen Typen von Keramik-Kondensatoren verwendet werden,
wobei das Keramik-Material mit oder ohne Elektroden gebrannt werden kann. Dadurch ergeben sich Kosteneinsparungen
und ein kleineres Bauelement.
Obwohl Zwischenelektroden mit einem hohen Silbergehalt besonders
erwähnt wurden, können die genannten keramischen Stoffe auch mit anderen Elektrodenmaterialien, wie z.B.
Platin oder Palladium, verwendet werden.
Λ ■* A
J.M.
Zusammensetzung | B | C | D | K | tanv | Brenntem | |
CGewichtsprozent) | 0 | 11,1 | 0 | 8000 | 0,3 | peratur | |
A | 8500 | 0,1 | 0C | ||||
88,9 | 8000 | 0,2 | 950 | ||||
1 | 0 | 9,1 | 0 | 7500 | 0,4 | 1000 | |
8500 | 0,3 | 1050 | |||||
90,9 | 7700 | 0,25 | 950 | ||||
2 | 0 | 5,9 | 0 | 9000 | 1 | 1000 | |
9000 | 0,3 | 1050 | |||||
94,1 | 9000 | 0,15 | 950 | ||||
9000 | 0,5 | 1000 | |||||
3 | 0 | 0 | 11,1 | 10000 | 0,38 | 1050 | |
7750 | 2 | 1100 | |||||
88,r9 | 0 | 0 | 9,1 | 4000 | 1,9 | 1050 | |
4 | 0 | 0 | 5,9 | 9000 | 1,9 | 1100 | |
5 | 90,9 | 8000 | 1,2 | 1000 | |||
94/1 | .9500 | 0,95 | 950 | ||||
10000 | 0,5 | 1000 | |||||
6 | 8,3 | 8,3 | 0 | 6500 | 1,9 | 1050 | |
8000 | 0,9 | 1100 | |||||
8 3,>3 | 9000 | 1,1 | 950 | ||||
7 | 1000 | ||||||
1050 |
A B C D
- BLei^Plagnesium-Niobat Pb (Hg1 /2^1
- Bleititanat PbTiO7,
- BLeistannat PbSnO3
- Bleizirkonat PbZrO,
J.M.Wheeler 1
Vielschicht-Keramik-Kondensatoren unter Verwendung der beschriebenen
dielektrischen Zusammensetzungen können folgendermaßen
hergestellt werden:
Es werden mehrere Elektroden durch Siebdruck auf jede einer Mehrzahl von ungebrannten dielektrischen Schichten mittels
einer hochsilberhaltigen Paste aufgebracht.
Die mit Elektroden bedruckten dielektrischen Schichten
werden zu einem Stapel aufgeschichtet, wobei die abwechselnden
Schichten relativ zueinander so angeordnet sind, daß sich die gewünschte Anordnung ergibt, beispielsweise
seitlich versetzt oder kreuzweise überlappend. Danach werden auf der Oberseite und der Unterseite des Stapels
unbedruckte Keramik-Schichten aufgebracht. Der Stapel wird
zur Erzielung der gewünschten Spannungsfestigkeit zusammengepreßt
und gegebenenfalls in einzelne Kondensatorbauelemente zerteilt. Dann werden der Stapel oder die einzelnen Bauelemente
bei Temperaturen zwischen 950 und 1100 0C gebrannt.
Anschließend werden die einzelnen Elektroden jeder zweiten Schicht miteinander verbunden, beispielsweise durch eine
Leitpaste, die z.B. auf gegenüberliegenden Seiten des Stapels
aufgebracht wird.
Claims (12)
- INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC
CORPORATION, NEW YORKJ.M.Wheeler 1PatentansprücheKeramisches DieLektrikum, gekennzeichnet durch ein bei Temperaturen von 950 bis 11000C gebranntes Gemisch aus BLei-Magnesium-Niobat und einer oder mehreren der Verbindungen Bleititanat, BLeistannat und Bleizirkonat. - 2. Keramisches Dielektrikum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 60 bis 99 Gewichtsprozent Blei-Magnesium-Niobat enthält.
- 3. Keramisches Dielektrikum nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es 83,3 bis 94,1 Gewichtsprozent Blei-Hagnesium-Niobat enthält.
- 4. Keramisches Dielektrikum nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es 88,9 Gewichtsprozent Blei-Magnesium-Niobat und 11,1 Gewichtsprozent Bleistannat enthält.
- 5. Keramisches Dielektrikum nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es 90,9 Gewichtsprozent Blei-Hagnesium-Niobat und 9,1 Gewichtsprozent Bleistannat enthält.ZT/P21-Fr/rk
24.06.1982J.M.WheeLer 1 - 6. Keramisches Dielektrikum nach Anspruch 3/ dadurch gekennzeichnet/ daß es 94/1 Gewichtsprozent Blei-Magnesium-Niobat und 5/9 Gewichtsprozent BLeistannat enthält.
- 7. Keramisches Dielektrikum nach Anspruch 3/ dadurch gekennzeichnet/ daß es 88/9 Gewichtsprozent Blei-Magnesium-Niobat und 11/1 Gewichtsprozent Bleizirkonat enthält.
- 8. Keramisches Dielektrikum nach Anspruch 3V dadurch gekennzeichnet/ daß es 90/9 Gewichtsprozent Blei-Magnesium-Niobat und 9/1 Gewichtsprozent Bleizirkonat enthält.
- 9. Keramisches Dielektrikum nach Anspruch 3/ dadurch gekennzeichnet/ . daß es 94/1 Gewichtsprozent Blei-Magnesium-Niobat und 5/9 Gewichtsprozent Bleizirkonat enthält.
- 10. Keramisches Dielektrikum nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet/ daß es 83/3 Gewichtsprozent Blei-Magnesium-Niobat/ 8/3 Gewichtsprozent Bleititanat und 8/3 Gewichtsprozent Bleistannat enthält.
- 11. Keramischer Kondensator/ insbesondere keramischer Vielschi chtkondensatOT/ mit einem Dielektrikum nach einem der Ansprüche 1 bis 10/ dadurch gekennzeichnet/ daß mindestens ein Teil der Elektroden aus einem Material besteht/ das mindestens 50 Gewichtsprozent Silber enthält.
- 12. Keramischer Vielschichtkondensator nach Anspruch 11/ dadurch gekennzeichnet/ daß die zwischen zwei Dielektrikumsschichten angeordneten Zwischenelektroden aus einem Material mit mindestens 50 Gewichtsprozent Silber bestehen und zusammen mit den DieLektrikumsschichten gebrannt sind.
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