DE3625265A1 - Umhuellte passive keramische bauelemente fuer die elektronik - Google Patents

Umhuellte passive keramische bauelemente fuer die elektronik

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    • H01G2/12Protection against corrosion
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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Description

Die Erfindung betrifft umhüllte passive keramische Bauelemente für die Elektronik mit verbesserten Eigenschaften.
Passive keramische Bauelemente für die Elektronik sind beispielsweise Widerstände, nichtlineare Widerstände wie Heißleiter, Kaltleiter oder Varistoren sowie keramische Mono- und Vielschichtkondensatoren, wohin­ gegen man unter aktiven Bauelementen beispielsweise Transistoren, Dioden oder Thyristoren versteht. Heißleiter und Kaltleiter ändern ihren Wider­ stand innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches sprunghaft, wohin­ gegen Varistoren spannungsabhängige Widerstände sind. Solche passiven Bauelemente sind stets scheiben-, zylinder- oder quaderförmig aufgebaut und enthalten mindestens zwei scheibenförmige Elektroden, zwischen denen sich das keramische Material, z.B. Metalloxide, Titanate oder Zirkonate, befindet.
Es sind passive Bauelemente bekannt. die zum Schutz vor schädigenden Um­ welteinflüssen, zur äußeren Kennzeichnung und/oder aus Gründen der Isola­ tion mit Kunststoffmassen umhüllt sind. Bei diesen Kunststoffmassen han­ delt es sich um Epoxidharz-Massen, die üblicherweise nach dem Wirbel­ sinterverfahren aufgebracht werden.
Solche Bauelemente weisen Nachteile auf: So ändern sich ihre elektrischen Werte in Abhängigkeit von ihrer Temperatur oftmals in unerwünschter Weise. Häufig tritt Temperaturalterung auf, d.h. nach einer gewissen An­ zahl von Temperaturwechseln kommt es zu einer irreversiblen Änderung des elektrischen Eigenschaftsprofils.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, neue umhüllte passive keramische Bauelemente für die Elektronik zu finden, deren elektrischen Werte sich bei Temperaturänderung nicht in unerwünschter Weise ändern und die keiner Temperaturalterung unterliegen.
Demgemäß wurden umhüllte passive keramische Bauelemente für die Elektro­ nik gefunden, welche Umhüllungen aus thermoplastisch verarbeitbaren flüssigkristallinen Polymeren aufweisen. Außerdem wurde gefunden, daß sich solche Umhüllungen in einfacher und für die Massenfertigung geeig­ neter Weise durch Spritzgießen herstellen lassen.
Im Rahmen der Erfindung bezeichnet der Begriff "thermoplastisch ver­ arbeitbares flüssigkristallines Polymer" ein durch beispielsweise Poly­ kondensation hergestelltes Polymer, das als Schmelze anisotrope optische Eigenschaften aufweist, welche mit Hilfe des in DE-AS 25 20 819 in Spal­ te 20 bis 24 beschriebenen thermooptischen Tests durch Polarisations­ mikroskopie an sehr dünnen Schichten nachgewiesen werden können. Dabei zeigen Schmelzen mit isotropen optischen Eigenschaften bei gekreuzten Polarisatoren im wesentlichen eine Löschung des im Test angewendeten Lichts, während optisch anisotrope Schmelzen doppelbrechende Texturen aufweisen, die mesomorphen, d.h. flüssigkristallinen Phasen zugeordnet werden können.
Geeignete erfindungsgemäß anzuwendende thermoplastisch verarbeitbare flüssigkristalline Polymere bilden eine flüssigkristalline Phase unter­ halb 400°C. vorzugsweise unterhalb 360°C. Gut geeignet sind voll- oder teilaromatische Polykondensate, wobei durch den Begriff "vollaromatisch" ausgedrückt wird, daß jede im Polykondensat vorkommende Monomereinheit wenigstens einen aromatischen Ring für den Aufbau der Polykondensatkette beisteuert, wohingegen der Begriff "teilaromatisch" darauf hinweist, daß ein Teil der im Polykondensat vorkommenden Monomereinheiten keine aroma­ tischen, sondern z.B. aliphatische oder cycloaliphatische Gruppen dar­ stellt.
Solche Polykondensate lassen sich in bekannter Weise aus entsprechenden aromatischen und gegebenenfalls aliphatischen bzw. cycloaliphatischen Verbindungen, welche jeweils mindestens zwei zu Kondensationsreaktionen befähigte funktionelle Gruppen enthalten, herstellen, wobei in diesen Verbindungen diese funktionellen Gruppen stets so mit den Grundgerüsten der Verbindungen verknüpft sind, daß bei den Polykondensationsreaktionen überwiegend weitgehend lineare oder angenähert lineare Polykondensate entstehen. Von diesen Verbindungen sind die aromatischen bevorzugt.
Beispiele geeigneter, zu Kondensationsreaktionen befähigter funktioneller Gruppen von bevorzugten Verbindungen sind Hydroxy-, Acyloxy-, Hydroxy­ lat-, Thiolo-, Thiolat-, Amino- oder Acylaminogruppen einerseits und Carboxyl-, Carboxylat-, Carbonsäureanhydrid-, Carboxylester- oder Carbonylhalogenidgruppen oder Halogenatome andererseits, die miteinander unter Bildung von Ester-, Thioester-, Carbonat-, Amid-, Imid-, Ether- oder Thioethergruppen reagieren können, wobei funktionelle Gruppen, die unter der Bildung von Estergruppen miteinander reagieren, bevorzugt sind.
Neben diesen funktionellen Gruppen können die Verbindungen Gruppen ent­ halten, die nicht oder nicht mehr zu der im Einzelfall durchzuführenden Kondensationsreaktion befähigt sind, wie Halogenatome oder Alkyl-, Alkylen-, Aryl-, Carbonyl-, Sulfon-, Ether-, Imid- oder Pseudohalogenid­ gruppen.
Beispiele für geeignete Grundgerüste von bevorzugten Verbindungen, die kondensierbare funktionelle Gruppen enthalten, sind einkernige Aromaten wie Benzol: lineare, direkt miteinander verknüpfte mehrkernige Aromaten wie Biphenyl, Terphenyl oder Quaterphenyl; lineare kata-anellierte Aromaten wie Naphthalin oder Anthracen oder lineare, indirekt miteinander verknüpfte mehrkernige Aromaten wie Diphenylsulfon, Diphenylether, Triphenylether, 2,2-Diphenylpropan, Diphenylketon, Bisphenoxiethan-1,2 oder Anthrachinon.
Beispiele für bevorzugte, bei der Herstellung der Polykondensate verwendete aromatische Verbindungen sind demnach Hydrochinon, 2,6-Dihydroxinaphthalin, 2,7-Dihydroxinaphthalin, 4,4′-Dihydroxibiphenyl, Bis-(4- hydroxiphenyl)sulfon, Bis-(4-hydroxiphenyl)keton, Bis-(4-hydroxiphenyl)propan-2,2, Bis-(4-hydroxiphenyl)ether, Bis-(4-hydroxiphenoxi)ethan-1,2, 2,6-Dihydroxianthracen oder 2,6-Dihydroxianthrachinon einerseits und Terephthalsäure und/oder Isophthalsäure sowie gegebenenfalls p-Hydroxi­ benzoesäure andererseits.
Mithin handelt es sich bei den erfindungsgemäß besonders gut geeigneten thermoplastisch verarbeitbaren flüssigkristallinen Polymeren um weit­ gehend lineare oder angenähert lineare vollaromatische Polykondensate wie Polyester, Polyesteramide, Polyesterether, Polyestercarbonate, Polyester­ amidimide oder Polyesterimide, von denen Polyester, welche aus den bevor­ zugten Verbindungen hergestellt worden sind, besonders bevorzugt zur An­ wendung gelangen.
Polyester dieser Art und ihre Herstellung sind beispielsweise aus der EP-A-01 39 303 bekannt.
Mit Vorteil erfolgt die Herstellung der Umhüllungen aus den thermo­ plastisch verarbeitbaren flüssigkristallinen Polymeren durch Spritz­ gießen. Dazu werden die nicht umhüllten Bauelemente in die Form einer Spritzgußmaschine geeigneter Bauart eingelegt, wobei die Form so gestal­ tet ist, daß die Fließrichtung der Polymerschmelze parallel zur Längs­ achse des Bauelements liegt. Die weiteren Verfahrensparameter richten sich nach den thermischen und rheologischen Eigenschaften der zu ver­ wendenden Polymeren und können durch einfache Vorversuche ermittelt werden.
Überraschenderweise verändern die erfindungsgemäßen umhüllten passiven keramischen Bauelemente ihre elektrischen Werte nicht in unerwünschter Weise und unterliegen auch keiner Temperaturalterung. Außerdem lassen sich die erfindungsgemäßen Bauelemente in einfacher, für die Massenferti­ gung geeigneter Weise herstellen, wobei als zusätzliche Vorteile noch eine Senkung des Energieaufwandes, eine erhebliche Materialersparnis und eine sehr kurze Taktzeit hinzukommen.
Beispiel Herstellung eines passiven keramischen Bauelementes für die Elektronik mit einer Umhüllung aus einem thermoplastisch verarbeitbaren flüssigkristallinen Polymeren a) Herstellung eines vollaromatischen thermoplastisch verarbeitbaren flüssigkristallinen Polyesters
Herstellvorschrift
2,75 kg ( 25 mol) Hydrochinon, 4,65 kg ( 25 mol), 4,4′-Dihydroxibiphenyl, 8 kg ( 50 mol), 2,7-Dihydroxinaphthalin, 17,25 kg ( 125 mol) 4-Hydroxibenzoesäure, 16,6 kg ( 100 mol) Terephthalsäure und 87,72 kg ( 860 mol) Essigsäureanhydrid wurden unter einer Stickstoffatmosphäre 30 Minuten bei 130°C gerührt und anschließend auf 150°C erhitzt. Danach wurde die Temperatur innerhalb von 2,3 Stunden auf 290°C gesteigert. Dabei wurden 93 kg Destillat erhalten.
Anschließend wurde bei 290°C über einen Zeitraum von 55 Minuten der Druck auf 5 mbar reduziert und dann weitere 45 Minuten bei 290°C gerührt. Man erhielt eine hochviskose fadenbildende Schmelze. Die Polyesterschmelze und der erkaltete Polyester zeigten einen perlmutterartigen Glanz. Die Glastemperatur TG wurde durch Differentialkalorimetrie (DSC) bestimmt und betrug 121°C. Die inhärente Viskosität (η) des Polyesters nach 14stündi­ ger Lagerung bei 200°C und einem Druck von 20 mbar war 3,5 dl/g (gemessen an einer 0,1 gew.%igen Lösung in Pentafluorphenol bei 60°C). Bei 290°C zeigte die Polyesterschmelze im Polarisationsmikroskop flüssigkristalline Eigenschaften.
b) Herstellung eines passiven keramischen Bauelementes für die Elektronik
Ein nicht umhüllter Kaltleiter (PTC-Element) mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Länge von 7 mm wurde in die Form einer Spritzgußmaschine so eingelegt, daß die Fließrichtung der einzuspritzenden Polymerschmelze parallel zu seiner Längsachse lag. Der Polyester wurde bei einer Masse­ temperatur von 300°C in die 80°C warme Form eingespritzt. Nach wenigen Sekunden konnte der umhüllte Kaltleiter der Form entnommen werden, und die Spritzgußmaschine stand sofort für den nächsten Herstellvorgang be­ reit.
Das umhüllte PTC-Element veränderte seine elektrischen Werte bei Tempera­ turwechsel nicht in unerwünschter Weise und unterlag auch keiner Tempera­ turalterung.

Claims (2)

1. Umhüllte passive keramische Bauelemente für die Elektronik, gekenn­ zeichnet durch eine Umhüllung aus thermoplastisch verarbeitbaren flüssigkristallinen Polymeren.
2. Umhüllte passive keramische Bauelemente für die Elektronik nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Umhüllung aus thermoplastisch verarbeitbaren flüssigkristallinen vollaromatischen, weitgehend linearen oder angenähert linearen Polyestern.
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