DE3825024A1 - Verfahren zur herstellung eines keramikkondensators - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines keramikkondensatorsInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her
stellung eines Keramikkondensators, beispielsweise für mitt
lere oder höhere Spannung, insbesondere ein Verfahren zur
Herstellung eines Keramikkondensators mit hoher Durch
schlagsfestigkeit.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Keramikkondensa
tors für mittlere oder höhere Spannung, beispielsweise für
mehrere hundert KV Nennspannung.
Der Keramikkondensator 2 ist ein sogenannter Einplattenkon
densator, bei welchem ein scheibenförmiges keramisches Di
elektrikum 3 an den beiden gegenüberliegenden Stirnflächen
mit Elektroden 4 a, 4 b versehen ist. Gewöhnlich wird ein
hauptsächlich aus Silber bestehendes Elektrodenmaterial
(Silberpaste) mittels Siebdruck oder dergleichen mit Aus
nahme des ringförmigen Außenumfangteils, mit Abstand G zwi
schen dem Außenumfang und den Elektroden an den beiden
Stirnflächen aufgebracht und dann aufgebrannt, wobei die
beiden gegenüberliegenden Elektroden 4 a, 4 b bei Bedarf je
weils mit Anschlußleitern versehen werden.
Das Verhältnis zwischen der Größe jedes Abstands G an dem
Keramikkondensator 2 und der Durchschlagspannung (BDV) ist
in Fig. 4 beispielhaft dargestellt.
Ist hierbei die Größe des Abstands G theoretisch null, dann
ist die Durchschlagsfestigkeit maximal, wie durch die ge
strichelte Linie dargestellt. In Wirklichkeit ist es jedoch
nicht ideal, die Enden des keramischen Dielektrikums 3 zu
bearbeiten (da beispielsweise das keramische Dielektrikum 3
am Ende zerspant wird oder da das Elektrodenmaterial an der
Seitenfläche des keramischen Dielektrikums herabfällt), wo
durch die Durchschlagspannung abnimmt, wie durch die durch
gehende Linie dargestellt ist, und ihre Abweichung zunimmt.
Beim Auftragen des Elektrodenmaterials mittels Siebdruck ist
es schwierig, den Abstand G wegzulassen.
Dementsprechend sind die gegenüberliegenden Elektroden 4 a, 4 b
gewöhnlich so gebildet, daß ein Abstand von einer bestimmten
Größe ausgespart bleibt, wodurch aber die Durchschlagsfe
stigkeit nicht optimal ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Herstellung eines Keramikkondensators mit ge
gegenüber den herkömmlichen Keramikkondensatoren höherer
Durchschlagsfestigkeit zu schaffen.
Der vorliegenden Erfindung liegt weiter die Aufgabe zu
grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikkondensa
tors zu schaffen, nach welchem der Keramikkondensator minia
turisiert werden kann, anstatt daß die Durchschlagsfestig
keit verbessert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt schließlich die Aufgabe zu
grunde, ein einfaches und wirkungsvolles Verfahren zur Ver
besserung der Durchschlagsfestigkeit zu schaffen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Patentanspruches 1.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt eines nach dem erfindungsgemäßen Ver
fahren hergestellten Keramikkondensators;
Fig. 2 eine Draufsicht des Keramikkondensators nach Fig. 1;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Ke
ramikkondensators und
Fig. 4 ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der
Länge des Abstandes des Keramikkondensators und der
Durchschlagspannung darstellt.
Gemäß Fig. 1 und 2 ist ein Keramikkondensator 12 nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren so hergestellt, daß ein haupt
sächlich aus Metalloxid, wie zum Beispiel der Strontiumtita
nat-Reihe (SrTiO3 Reihe) oder Bariumtitanat-Reihe (BaTiO3
Reihe) bestehendes, scheibenförmiges keramisches Dielektri
kum 13 erzeugt wird, und daß an den beiden gegenüberliegen
den Hauptflächen des keramischen Dielektrikums 13 mittels
Siebdruck oder dergleichen eine hauptsächlich aus Aluminium
pulver bestehende und Glaspulver enthaltende leitfähige
Masse aufgebracht wird. In diesem Fall wird der Abstand, wie
oben ausgeführt, zwischen den Elektroden und dem Rand des
keramischen Dielektrikums 13 vorgesehen.
Der gesamte Keramikkondensator wird in einem Ofen circa zwei
Stunden lang beispielsweise bei einer Maximaltemperatur von
circa 800°C erhitzt. Das Elektrodenmaterial wird auf die
Flächen des keramischen Dielektrikums 13 aufgebrannt und
bildet dann die einander gegenüberliegenden Elektroden
14 a, 14 b.
Daraufhin werden die beispielsweise vor allem aus Bleioxid
oder Siliziumoxid bestehenden glasartigen Isolierschichten
15 a, 15 b zum Luftabschluß ringförmig gebildet, so daß sie
sich über die Ränder der einander gegenüberliegenden Elek
troden 14 a, 14 b und das Außenumfangsteil des keramischen Di
elektrikums 13 legen (mit anderen Worten, der Außendurchmes
ser des Rings ist größer als der Durchmesser der Elektrode
14 a oder 14 b und der Innendurchmesser ist kleiner als der
der Elektroden 14 a oder 14 b). Dann werden diese Isolier
schichten mittels Siebdruck oder dergleichen aufgebracht.
Die Isolierschichten 15 a, 15 b werden auf das keramische di
elektrische Material 13 beispielsweise unter etwa denselben
Bedingungen aufgebrannt wie die einander gegenüberliegenden
Elektroden 14 a, 14 b. Bei dem oben genannten Verfahren ist die
Oxidationsreaktion des die gegenüberliegenden Elektroden
14 a,14 b bildenden Alumimiums stärker als die des bei einer
herkömmlichen Elektrode Anwendung findenden Silbers, und
seine Oxidationseigenschaften sind besser als die des das
keramische Dielektrikum 13 bildenden Metalloxids, wodurch
beim Aufbrennen der gegenüberliegenden Elektroden 14 a, 14 b
die unterhalb der Elektroden 14 a, 14 b liegenden Abschnitte
des keramischen Dielektrikums 13 etwas reduziert werden.
Weiterhin werden die von den Isolierschichten 15 a, 15 b über
zogenen Abschnitte des keramischen Dielektrikums 13 von der
Atmosphäre abgeschlossen, wodurch dem keramischen Dielektri
kum 13 direkt unterhalb der Elektroden 14 a, 14 b beim Aufbren
nen der Isolierschichten 15 a, 15 b der Sauerstoff insbesondere
durch das Aluminium der einander gegenüberliegenden Elektro
den 14 a, 14 b entzogen und dieses stark reduziert wird.
Die stark reduzierten Bereiche 16 sind jeweils entlang dem
Außenumfang der einander gegenüberliegenden Elektroden
14 a, 14 b ringförmig angeordnet. Sie werden zu Halbleitern und
weisen einen Isolationswiderstand von beispielsweise circa
108 Ω auf, welcher dadurch im Vergleich zu dem vor
genannten normalen Isolationswiderstandswert von 1012 bis
1014 Ω des keramischen Dielektrikums 13 beträchtlich ver
ringert ist.
Bei dem herkömmlichen scheibenförmigen Kondensator nach Fig.
3 bildet sich der Spannungsgradient am Rand jeder der einan
der gegenüberliegenden Elektroden, wobei an diesem Rand
leicht ein Spannungsüberschlag auftritt, wodurch die Über
schlagsfestigkeit verringert wird. Der Keramikkondensator 12
ist dagegen in den Bereichen des erhöhten Spannungsgradien
ten, d.h. den Bereichen 16 an den Rändern der einander ge
genüberliegenden Elektroden 14 a, 14 b, halbleitend und diese
Bereiche sind in etwa über ihre Stärke abgerundet, wodurch
der Spannungsgradient abnimmt. Die Durchschlagsfestigkeit
wird dadurch verbessert.
So ist beispielsweise die Durchschlagspannung eines solchen
Keramikkondensators 12 bei der Gleichstromdurchschlagspan
nung 1,4 bis 2,2 mal so groß wie die Durchschlagspannung des
herkömmlichen Keramikkondensators mit Silberelektroden, wel
cher dieselbe Größe und Kapazität aufweist, bei der Wechsel
stromdurchschlagspannung 1,4 bis 2,2 mal so groß und bei der
Stoßdurchschlagspannung 1,4 bis 1,6 mal so groß.
Wird ein Keramikkondensator 12 mit gleicher Kapazität und
Durchschlagspannung wie ein herkömmlicher Kondensator 2 her
gestellt, kann sein Volumen auf etwa 70% verringert werden,
wodurch eine Verkleinerung des Kondensators erreicht wird.
Da bei dem herkömmlichen Keramikkondensator 2 ein Wandern
des Silbers zwischen den einander gegenüberliegenden Elek
troden 4 a, 4 b auftritt, entsteht das Problem, daß die Kriech
strecke zwischen den beiden gegenüberliegenden Elektroden
4 a, 4 b mit Gebrauchsdauer geringer wird, wodurch ein dielek
trischer Durchschlag über die Kriechstrecke erfolgt. Bei den
einander gegenüberliegenden Elektroden 14 a, 14 b des Keramik
kondensators 12 wird jedoch kein Silber verwendet, wodurch
das genannte Problem vermieden wird.
Außerdem können die ringförmigen Isolierschichten 15 a, 15 b
von den Rändern der einander gegenüberliegenden Elektroden
14 a, 14 b radial nach einwärts ausgebildet sein, im äußersten
Fall können diese auch in etwa auf der gesamten Fläche aus
gebildet sein, mit Ausnahme der Abschnitte, wo die Anschluß
leiter mit den Elektroden 14 a, 14 b verbunden sind. In diesem
Fall erstreckt sich der stark reduzierte Bereich 16 in etwa
auf die gesamte Fläche unterhalb der Elektroden 14 a, 14 b, wo
bei sich jedoch der verminderte Spannungsgradient an dem
Rand jeder der beiden Elektroden 14 a oder 14 b nicht ändert.
Wahlweise können die Isolierschichten 15 a, 15 b nach dem Auf
bringen des Elektrodenmaterials auf das keramische Dielek
trikum 13 so auf dieses aufgebracht werden, daß sie sich
über den Rand hinweg erstrecken. Dadurch können sowohl das
Elektrodenmaterial als auch die Isolierschichten gleichzei
tig aufgebrannt werden. Selbst in diesem Fall werden die Be
reiche 16 auch unterhalb der Ränder der gegenüberliegenden
Elektroden 14 a, 14 b gebildet, wodurch die Durchschlagsfestig
keit erwartungsgemäß ebenso verbessert wird wie bei dem vor
herigen Beispiel.
Weiterhin ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, einen
Abstand zwischen den Rändern der einander gegenüberliegenden
Elektroden und dem Rand des keramischen Dielektrikumszu bil
den. Die gegenüberliegenden Elektroden können durchgehend
auch bis zu dem Rand des keramischen Dielektrikums ausgebil
det werden.
Anstatt den Keramikkondensator an den zwei Hauptflächen mit
einander gegenüberliegenden Elektroden zu versehen, kann
auch ein Keramikkondensator mit zwei Elektroden auf einer
Fläche gebildet werden. Im konkreten Fall brauchen die Iso
lierschichten zumindest nur auf die gegenüberliegenden Rän
der der in einem Abstand voneinander angeordneten gegenüber
liegenden Elektroden aufgebrannt werden, wodurch eine Ver
besserung der Durchschlagsfestigkeit eines derartigen Kera
mikkondensators zu erwarten ist.
Auch brauchen die Isolierschichten nicht über den Rand der
Elektrode und des keramischen Dielektrikums hinaus gebildet
werden, sondern zumindest nur am Rand der Elektrode.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung eines Keramikkondensators, da
durch gekennzeichnet, daß auf einem hauptsächlich aus Me
talloxid bestehenden keramischen Dielektrikum (13) ein
aus einem Metall bestehendes Elektrodenmaterial zur Bil
dung von einander gegenüberliegenden Elektroden (14 a, 14 b)
aufgebrannt wird, dessen Oxidationsfähigkeit größer ist
als die des Metalloxids, und daß währenddessen oder da
nach Isolierschichten (15 a, 15 b) zum Abschluß der Ränder
des Elektrodenmaterials oder den einander gegenüberlie
genden Elektroden (14 a, 14 b) aufgebrannt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Hauptbestandteil des keramischen Dielektrikums (13)
ein Metalloxid der Strontiumtitanat-Reihe oder der Bari
umtitanat-Reihe ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das die gegenüberliegenden Elektroden (14 a, 14 b) bildende
Elektrodenmaterial eine hauptsächlich aus Aluminiumpulver
bestehende und Glaspulver enthaltende leitfähige Masse
ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die einander gegenüberliegenden Elektroden (14 a, 14 b) auf
die zwei einander gegenüberliegenden Seiten des kerami
schen Dielektrikums (13) aufgebrannt werden.
5. Verfahren zur Herstellung eines Keramikkondensators, da
durch gekennzeichnet, daß die Elektroden (14 a, 14 b) auf
eine Fläche des keramischen Dielektrikums (13) aufge
brannt werden.
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