DE3425232A1

DE3425232A1 - Mehrschicht-keramikkondensator

Info

Publication number: DE3425232A1
Application number: DE19843425232
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Fukui Chigodo; Yukio Tsuruga Fukui Tanaka
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1983-07-08
Filing date: 1984-07-09
Publication date: 1985-02-07
Also published as: JPS6016411A; US4556929A

Description

Mehrschicht-Keramikkondensator

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Mehrschicht-Keramikkondensator, der eine hohe dielektrische Festigkeit gegen Hochspannung aufweisen soll.

Ein bekannter, in Fig. 1 dargestellter Mehrschicht-Keramikkondensator hat einen Keramikkörper 1, ein Paar von Anschlußelektroden 2, 3 an den Endflächen des Keramikkörpers 1, und innere Elektroden 4, die sich von den Anschlußelektroden 2, 3 aus in den Körper 1 hineinerstrecken und kammartig ineinandergreifen. Ein solcher Aufbau eines Mehrschicht-Keramikkondensators ist für Kondensatoren mit hoher und niedriger Kapazität anwendbar.

— 1 —

•~ ·Γ>/5 λ n*n44B (Bl 7 20080000) · POSTSC"¹™· "-WIBURG T47607-200 (BU 20010020) ■ TFl PRRAMM: SPECHTZIES

Wenn eine hohe Spannung an den Anschlußelektroden 2 und 3 angelegt wird, stellt sich an den Endkanten jeder inneren Elektrode 4 ein sehr steiler Potentialgradient ein. D. h., wenn eine hohe Spannung an den ineinandergreifenden Elektroden 4 anliegt, ergibt sich im Bereich der Endkante der Elektrode 4 eine Verdichtung der Equipotentiallinien,die in Fig. 2 eingezeichnet sind. Ein solcher Kondensator hat deshalb keine optimale Durchschlagfestigkeit gegen hohe Spannungen.

Die Erfindung hat es sich zum Ziel gesetzt, diesen Nachteil zu beseitigen. Ihr liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Mehrschicht-Keramikkondensator zu schaffen, der eine hohe dielektrische Festigkeit gegen hohe Spannung aufweist. Dabei soll der Kondensator einfach und ohne wesentliche Mehrkosten herstellbar sein.

Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung einen Mehrschicht-Keramikkondensator vor, mit einem Keramikkörper, an dessen Endflächen vorgesehenen Anschlußelektroden und inneren Elektroden, der dadurch gekennzeichnet ist, daß von jeder Anschlußelektrode aus mindestens eine Gruppe von zwei oder mehr benachbarten inneren Elektroden in den Keramikkörper hinein erstreckt, wobei in jeder Gruppe die End- und/oder Seitenkanten der benachbarten Elektro-

den nicht fluchtend, sondern gegeneinander versetzt angeordnet sind, so daß jeweils eine Elektrode balkonartig gegenüber der benachbarten Elektrode vorspringt. Aufgrund dieser Anordnung der Kanten der Elektroden ergibt sich ein gleichmäßigerer Verlauf der Equipotentiallinien, und die lokale Verdichtung von Equipotentiallinien an den Elektrodenkanten wird vermieden.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Schnitt einen bekannten Mehrschicht-Keramikkondensator .

Fig. 2 zeigt den Verlauf der Equipotentiallinien an der Kante einer Elektrode für den Kondensator nach Fig.

Fig. 3 zeigt im Schnitt einen Mehrschicht-Keramikkondensator gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 4a veranschaulichen in Draufsicht Herstellungsund 4b

schritte für den Kondensator nach Fig. 3.

Fig. 5 ist eine Darstellung der Equipotentiallinien im Bereich der Kanten der Elektroden des Kondensators nach Fig. 3.

Fig. 6a und 6b zeigen ähnlich wie Fig. 4a und 4b Herstellungsschritte für den Kondensator gemäß einer modifizierten Ausführungsform.

Fig. 7 zeigt in Draufsicht eine andere Möglichkeit für die Elektrodenbeschichtung.

Fig. 8 zeigt im Schnitt eine zweite Ausführungsform des Mehrschicht-Keramikkondensators gemäß der Erfindung.

Fig. 9 zeigt im Schnitte eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensators.

Fig. 10 zeigt in Draufsicht eine weitere Möglichkeit für die Aufbringung einer inneren Elektrode.

Fig. 11, 12 und 13 zeigen im Schnitt weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kondensators.

Der in Fig. 3 im Schnitt dargestellte Mehrschicht-Keramikkondensator gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung umfaßt einen Keramikkörper 1, ein Paar von Anschlußelektroden 2, 3 an den Endflächen des Keramikkörpers 1, und innere Elektrodenschichten 12a, 12b und 12c (jeweils gemeinsam als eine Elektrode 12 bezeichnet), die sich von

der Anschlußelektrode 2 in den Keramikkörper 1 hineinerstrecken. Ferner umfaßt der Kondensator innere Elektrodenschichten 13a, 13b, 13c ( gemeinsam als Elektrode 13 bezeichnet),die sich von der Anschlußelektrode 3 oberhalb der Elektrode 12 und parallel zu dieser erstrecken, sowie Elektrodenschichten 14a, 14b und 14c (gemeinsam als Elektrode 14 bezeichnet), die sich von der Anschlußelektrode 3 aus unterhalb der Elektrode und parallel zu dieser erstreckten. Die Elektroden 11, und 13 haben eine einander überlappende bzw. kammartig ineinandergreifende Anordnung und werden deshalb als Kammelektroden bezeichnet.

Die Elektrode 4 ist in folgender Weise ausgebildet. Gemäß Fig. 4a wird eine Elektrodenschicht 11a durch einen rechteckigen Film aus elektrisch leitfähigem Material gebildet, der auf einer Keramikscheibe aufgebracht wird, wobei die eine Kante des Films mit der Kante der Keramikscheibe bündig abschließt. In ähnlicher Weise wird, wie in Fig. 4b gezeigt, die Elektrodenschicht 11b gebildet durch einen rechteckigen Film aus leitfähigem Material, der auf einer anderen Keramikscheibe aufgebracht wird. Schließlich wird auch die Elektrodenschicht lic in der gleichen Weise wie die Elektrodenschicht 11a, jedoch auf einer weiteren Keramikscheibe aufgebracht, Wie man aus Fig. 4a und 4b sieht, ist die Länge L2 der mittle-

ren Elektrodenschicht lib größer als die Länge Ll der äußeren Elektrodenschichten 11a und lic.

Die Elektroden 12 und 13 werden in entsprechender Weise wie Elektrode 11 hergestellt. Die mit den Elektroden beschichteten Keramikscheiben werden aufeinandergeschichtet, um die inneren Elektroden in die in Fig. 3 gezeigte Anordnung zu bringen, und anschließend werden die Keramikscheiben unter Druck gesetzt und gebrannt, um einen festen Keramikkörper 1 mit einer Vielzahl von darin eingebetteten Elektroden zu bilden. Die Anschlußelektroden 2 und 3 können vor oder nach dem Brennen aufgebracht werden. Die gewünschte Kapazität zwischen den Anschlußelektroden 2 und 3 ergibt sich durch die Summe der parallel zwischen den Anschlußelektroden 2 und 3 geschalteten Kapazitäten zwischen den Elektroden 11 und 12 bzw. den Elektroden 12 und 13.

Da erfindungsgemäß, wie in Fig. 5 gezeigt, die Elektrodenschichten mit ihren Kanten balkonartig übereinander vorspringen, d.h. die Endkante der mittleren Elektrode 12b außerhalb des zwischen den Elektrodenschichten 12a und 12c begrezten Bereiches liegt, werden die um die Kante der Elektrodenschicht 12b verlaufenden Equipotentiallinien stärker verteilt, d.h., die Equipotentiallinien bzw. -flächen verlaufen weniger eng benachbart als oben im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben. Das gleiche gilt auch für die anderen

Elektroden 11 und 13.

Gemäß Fig. 6a und 6b kann die mittlere Elektrodenschicht 11b nicht nur langer, sondern auch breiter als die äußeren Elektrodenschichten 11a und lic ausgebildet werden. Durch eine solche Anordnung können auch die Equipotentialflächen um die Seitenkanten der mittleren Elektrodenschicht 11b vergleichmäßigt bzw. verdünnt werden. Jede der Elektrodenschichten kann anstatt einer rechteckigen Form auch z.B. eine Form mit gerundetet Endkante gemäß Fig. 7 haben.

Fig. 8 zeigt im Schnitt eine zweite Ausführungsform des Kondensators, bei der zwei Elektroden 14, 15 in gleicher Höhe gegeneinander gerichtet sind. Genauer gesagt, sind die Elektrodenschichten 14a, 14b und 14c der Elektrode 14 in jeweils gleicher Höhe wie die Elektrodenschichten 15a, 15b und 15c der Elektrode 15 angeordnet. Diese Elektroden sind daher nicht als Kammelektroden, sondern als Spitzenelektroden zu bezeichnen. Die gewünschte Kapazität des Kondensators wird zwischen den Elektroden 14 und 15, und zwar insbesondere zwischen ihren Endkanten erhalten. Wie aus Fig. 8 ersichtlich, ist die Endkante der mittleren Elektrodenschicht 14b (bzw. 15b) außerhalb des Zwischenraums zwischen den seitlichen Elektrodenschichten 14a und 14c (bzw, 15a und 15c) angeordnet. Deshalb haben die um die Endkante

der Elektrodenschicht 14b (bzw. 15b) verlaufenden Equipotentialflachen einen weniger verdichteten Verlauf.

Statt einem Paar von einander entgegengerichteten Elektroden 14 und 15, wie in Fig. 8, können auch mehrere jeweils. einander gegenüberstehende Paare von Elektroden vorgesehen sein.

Bei der in Fig. 9 im Schnitt gezeigten dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensators sind zwei Paare von gegeneinander gerichteten Elektroden 14, 15 und 16, 17 vorgesehen. Jede dieser Spitzenelektroden 14, 15, 16 bzw. 17 wird gebildet durch drei Elektrodenschichten 14a, 14b und 14c bzw. 15a, 15b, 15c bzw. 16a, 16b, 16c bzw. 17a, 17b, 17c. Zwischen diesen beiden Paaren von Elektroden ist eine Zwischenelektrode 18 mit drei Elektrodenschichten 18a, 18b und 18c vorgesehen, die völlig innerhalb des Keramikkörpers 1 liegt, Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 wird eine Kapazität zwischen den Elektroden ,14 und 18 und eine weitere Kapazität zwischen den Elektroden 18 und 15 gebildet. Entsprechend ergibt sich eine Kapazität zwischen den Elektroden 16 und 18 und eine weitere Kapazität zwischen den Elektroden 18 und 17. Somit sind jeweils zwei Kapazitäten parallel geschaltet, und zwei Gruppen von parallel geschalteten Kapazitäten liegen in Serie zwischen den Anschlußelektroden 2 und 3.

Bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen steht jeweils die mittlere Elektrodenschicht 11b, 12b, 13b, 14b, 15b, 16b, 17b bzw. 18b nicht direkt einer Gegenelektrode gegenüber, und deshalb sammeln sich auf ihr nicht so viele Ladungen an wie auf den seitlichen Elektrodenschichten. Deshalb· kann zur Materialeinsparung die mittlere Elektrodenschicht auch so ausgebildet sein, daß der mittlere Bereich entfernt wird, so daß die mittlere Elektrode z. B. die Form eines U-förmigen Streifens hat, wie in Fig. 10 gezeigt, mit einem Bereich S wo kein Elektrodenmaterial aufgebracht ist. Die Breite des Streifens sollte groß genug gewählt werden, um den Effekt der Vergleichmäßigung oder Verdünnung der um die Kanten der mittleren Elektrodenschicht verlaufenden Equxpotentialflachen zu erreichen.

Falls alle Elektroden des Kondensators nur "Spitzenelektroden" sind, die mit ihren Kanten gegeneinander gerichtet sind, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 8, können auch alle Elektrodenschichten als U-förmige Streifen ausgebildet sein.

Die in Fig. 11 im Schnitt gezeigte vierte Ausführungsform der Erfindung hat eine ähnliche Gestaltung wie die -Ausführungsform nach Fig. 3, wobei jedoch zwei mittlere

Elektrodenschichten 12b und 12c vorgesehen sind. Die beiden mittleren Elektrodenschichten 12b und 12c haben die gleiche Größe und Form und sind größer als die jeweils benachbarten äußeren Elektrodenschichten 12a und 12d.Die übrigen Elektroden 11 und 13 haben die gleiche Anordnung wie die Elektrode 12. Durch die Verwendung von zwei mittleren Elektrodenschichten können die um die Kanten der Elektrodenschichten verlaufenden Equipotentialflachen noch weiter vergleichmäßigt bzw. verdünnt werden als bei der Ausführungsform nach Fig. 3.

Die in Fig. 12 im Schnitt gezeigte fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensators unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 11 dadurch, daß zwischen die beiden mittleren Elektrodenschichten 12b und 12d noch eine zentrale Elektrodenschicht 12c eingefügt ist, die größere Abmessungen als die beiden mittleren Elektrodenschichten 12b und 12d hat, die wiederum größer sind als die beiden äußeren Elektrodenschichten 12a und 12e. Die beiden anderen Elektroden 11 und 13 haben die gleiche Anordnung wie die Elektrode 12. Durch diese Anordnung einer noch weiter vorspringenden zentralen Elektrodenschicht können die um die Kanten der Elektrodenschichten verlaufenden Equipotentialf lachen noch besser verteilt bzw. verdünnt werden als bei der Ausführungsform nach Fig. 11.

- 10 -

Wie man aus den Ausführungsformen erkennt, kann im Prinzip jede Anzahl von Elektrodenschichten in einer Elektrode verwendet werden, vorausgesetzt, daß die Länge und/oder Breite der benachbarten Elektrodenschichten in Richtung auf die jeweils gegenüberstehende andere Elektrode abnimmt.

Bei den Ausführungsformen nach Fig. 11 und 12 können die jeweils innen liegenden Elektrodenschichten, d.h. mit Ausnahme der jeweils äußeren Elektrodenschichten, in der Form von U-förmigen Streifen gemäß Fig. 10 ausgebildet sein.

Die in Fig. 13 im Schnitt gezeigte sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensators hat eine ähnliche Anordnung wie die Ausführungsform nach Fig. 3, wobei jedoch nur zwei Elektrodenschichten in jeder Elektrode vorgesehen sind, nämlich eine größere und eine kleinere Elektrodenschicht. Bei den beiden äußeren Elektroden 11 und ist jeweils die kleinere Elektrodenschicht lic bzw. 13a auf der der mittleren Elektrode 12 zugewandten Innenseite angeordnet, während die größere Elektrodenschicht 11b bzw. 13b außen liegt.

Wenn eine solche Anordnung mit nur zwei Elektrodenschichten bei der Ausführungsform nach Fig. 8 angewendet wird,

- 11 -

ist es vorteilhaft, wenn die kleinere Elektrodenschicht der Elektrode 14 und die größere Elektrodenschicht der Elektrode 15 auf gleicher Höhe angeordnet sind, und ebenso die größere Elektrodenschicht der Elektrode 14 und die kleinere Elektrodenschicht der Elektrode 15 auf gleicher Höhe liegen.

Da bei dem erfindungsgemäßen Mehrschicht-Keramikkondensator die um die Kanten der Elektrodenschichten verlaufenden Equipotentialflachen besser verteilt werden, d.h.mit geringerer Dichte verlaufen, ergibt sich eine hohe dielektrische Festigkeit gegen hohe Spannung. Gleichzeitig wird auch das Frequenzverhalten verbessert.

- 12 -

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

jlJ Keramischer Mehrschichtkondensator mit einem Keramikkörper (1), an dessen gegenüberliegenden Endflächen ausgebildeten Anschlußelektroden und von diesen ausgehenden, sich im wesentlichen parallel zueinander im Innern des Keramikkörpers erstreckenden Elektroden, dadurch gekennzeichnet , daß jede Elektrode (11, 12, 13) aus zwei oder mehr parallel zueinander verlaufenden Elektrodenschichten (11a, 11b, lic; 12a, 12b, 12c; 13a, 13b, 13c) besteht, die so angeordnet sind, daß ihre End- und/oder Seitenkanten nicht miteinander fluchten, sondern balkonartig übereinander vorspringen.

— 1 —

BANK: DRESDNE" BANK. HAMBURG, 4030448 (BLZ 20080000) ■ POSTSCHECK: HAMBURG 147607-200 (BLZ 20010020) - TELERRAMM: SPECHTZIES
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede Elektrode (11 , 12, 13) aus zwei Elektrodenschichten besteht, von denen die eine in der Länge und/oder Breite größer als die andere ist, wobei die jeweils größere Elektrodenschicht (11b, 13b) auf der von der jeweils gegenüberliegenden Elektrode abgewandten Seite liegt (Fig. 13).
3. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß jede Elektrode (11,12,13) aus drei Elektrodenschichten besteht, wobei die jeweils in der Mitte liegende Elektrodenschicht (lib, 12b, 13b) mindestens mit ihrer Endkante über den von den äußeren Elektrodenschichten (11a, lic; 12a, 12c; 13a, 13c) begrenzten Bereich hinausragt.
4. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die jeweils mittlere Elektrodenschicht (11b, 12b, 13c) einen freigelassenen inneren Bereich (S) aufweist.
5. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die jeweils mittlere Elektrodenschicht (11b, 12b, 13b) in Form eines U-förmigen Streifens ausgebildet ist.
6. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die jeweils mittlere Elektrode (lib, 12b, 13b) mit ihren Seitenkanten über den von den jeweils äußeren Elektroden (11a, lic, 12a, 12c, 13a, 13c) eingeschlossenen Bereich hinausragt.
7: Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede Elektrode (12, 13, 14) jeweils vier Elektrodenschichten aufweist, wobei jeweils die beiden in der Mitte liegenden Elektrodenschichten (11b, lic, 12b, 12c, 13b, 13c) mindestens mit ihren Endkanten über den von den jeweils äußeren Elektrodenschichten (11a, lld, 12a, 12d, 13a, 13d) begrenzten Bereich hinausragen (Fig. 11).
8. Kondensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die jeweils in der Mitte liegenden Elektroden (11b, lic, 12b, 12c, 13b, 13c) einen ausgesparten inneren Bereich (S) haben.
9. Kondensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die jeweils in der Mitte liegenden Elektroden (11b, lic, 12b, 12c, 13b, 13c) in Form eines U-förmigen Streifens ausgebildet sind.

— 3 —
10. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede Elektrode fünf Elektrodenschichten aufweist, wobei die jeweils in der Mitte liegende Elektrodenschicht (lic, 12c, 13c) mindestens mit ihrer Endkante über die beiden jeweils benachbarten Elektrodenschichten (lib, lld, 12b, 12d, 13b, 13d), und diese wieder mit mindestens ihrer Endkante über die beiden äußeren Elektrodenschichten (11a, He, 12a, 12e, 13a, 13e) vorspringen (Fig. 12).
11. Kondensator nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Elektrodenschichten, mit Ausnahme der jeweils äußeren Schichten jeder Elektrode, ausgesparte innere Bereiche (S) aufweisen.
12. Kondensator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektrodenschichten jeder Elektrode, mit Ausnahme der jeweils äußeren Schichten, in Form von U-förmigen Streifen ausgebildet sind.
13. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß die jeweils aus mehreren Schichten bestehenden Elektroden einander kammartig überlappen.
14. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 12,

-A-

■·■■*'

dadurch gekennzeichnet , daß die jeweils aus mehreren Schichten bestehenden Elektroden einander mit ihren Endkanten gegenüberstehen, wobei die einzelnen Elektrodenschichten jeweils paarweise auf etwa gleicher Höhe liegen (Fig. 8).
15. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß er außer den mit den Anschlußelektroden verbundenen Elektroden (11, 12, 13 bzw. 14, 15, 16, 17) eine weitere Elektrode aufweist, die im Innern des Keramikkörpers (1) eingebettet ist und aus einer Anzahl von parallel verlaufenden Elektrodenschichten (18a, 18b, 18c) besteht, die an ihren End- und/oder Seitenkanten balkonartig gegeneinander vorspringen.
16. Kondensator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß von der einen Anschlußelektrode (2) eine erste und zweite Elektrode (14, 16) sich in den Keramikkörper (1) hineinerstreckt, daß von der zweiten Anschlußelektrode (3) sich eine dritte und vierte Elektrode (15, 17) in den Keramikkörper (1) hineinerstreckt, und daß eine fünfte, im Innern des Kondensatorkörpers (1) eingebettete Elektrode (18) in einer Höhe zwischen der ersten und zweiten bzw. der dritten und vierten Elektrode angeordnet und von allen

3A25232

Elektroden (14, 15, 16, 17) elektrisch isoliert ist und sich mit jeder der Elektroden (14, 15, 16, 17) flächig überlappt, wobei sämtliche Elektroden (14, 15, 16, 17, 18) jeweils aus mehreren Elektrodenschichten bestehen, die mit ihren End- und/oder Seitenkanten balkonartig gegeneinander vorspringen.