DE4021364C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen monolithischen keramischen Kondensator gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere befaßt sich die Erfindung
mit der Verbesserung der Struktur der Verbindung zwischen inneren
und äußeren Elektroden des Kondensators.
Ein aus DE 35 28 906 A1 bekannter monolithischer keramischer Kondensator
weist eine Mehrzahl dielektrischer Schichten, die übereinander zu einem
keramischen Schichtkörper zusammengefügt sind, und mehrere jeweils zwischen
benachbarten Keramikschichten angeordnete innere Elektroden sowie
äußere Elektroden auf, die an beiden Stirnflächen des Schichtkörpers angeordnet
und elektrisch mit den jeweils zugehörigen inneren Elektroden verbunden
sind.
Bei dem bekannten Kondensator werden die inneren Elektroden aus einem
Metall hergestellt, das bei der Sintertemperatur der dielektrischen Keramikschichten
nicht schmilzt und auch nicht oxidiert wird, obgleich der Sauerstoff-
Partialdruck beim Brennen der Keramikschichten so hoch ist, daß das
keramische Material nicht halbleitend wird. Die äußeren Elektroden werden
hergestellt, indem eine Silberpaste, die beispielsweise ein Silberpulver enthält,
auf die vorgesehenen Oberflächenbereiche des gebrannten keramischen
Schichtkörpers aufgetragen wird, in den die inneren Elektroden eingebettet
sind, und indem die Paste anschließend ausgeheizt wird.
Die äußeren Elektroden eines solchen monolithischen keramischen Kondensators
werden üblicherweise an einen Verdrahtungsträger angelötet, um den
Kondensator elektrisch mit dem Verdrahtungsträger zu verbinden. Es hat
sich jedoch gezeigt, daß ein die äußeren Elektroden bildendes Edelmetall
wie Silber beim Löten schmilzt und in das Lot übergeht. Dieses Phänomen,
das als Lötauslaugung bezeichnet wird, führt zu einer Beeinträchtigung der
Qualität des Kondensators. Die äußeren Elektroden werden deshalb zumeist
mit einem Überzug oder Schutzfilm mit einem Metall wie etwa Nickel oder
Kupfer versehen, der eine höhere Hitzebeständigkeit aufweist und kaum in
dem Lot geschmolzen wird. Außerdem ist in letzter Zeit versucht worden,
diese Schutzfilme mit Lot zu plattieren, um die Lötbarkeit zu verbessern.
Das Aufplattieren von Schutzfilmen aus Metallen wie Nickel oder Kupfer auf
die äußeren Elektroden hat somit den Effekt, die Lötauslaugung zu verhindern,
und durch das Aufplattieren von Lötmittelfilmen soll die Lötbarkeit verbessert
werden. Die elektrischen Eigenschaften des monolithischen keramischen
Kondensators werden jedoch durch diese Maßnahmen beeinträchtigt,
wie im folgenden näher erläutert werden soll. Die gebrannten Metallschichten,
die zur Bildung der äußeren Elektroden auf den beiden Stirnflächen des
keramischen Schichtkörpers ausgebildet werden, sind im allgemeinen porös
und weisen feine Hohlräume auf. Wenn diese gebrannten Metallschichten in
eine Galvanisierlösung eingetaucht werden, um die Metall-Überzüge zu bilden,
so dringt die Galvanisierlösung in die Hohlräume der gebrannten Metallschichten
ein. Die Lösung gelangt durch Diffusion an die Grenzschichten zwischen
den inneren Elektroden und den dielektrischen Keramikschichten.
Hierdurch wird die Festigkeit des Verbundes an den Grenzschichten beeinträchtigt,
und die Dielektrizitätskonstanten, Isolationswiderstände und dergleichen
der dielektrischen keramischen Schichten werden verändert. Hierdurch
werden die elektrischen Eigenschaften des monolithischen keramischen
Kondensators beeinträchtigt.
Bei dem keramischen Schichtkörper, aus dem der monolithische keramische
Kondensator hergestellt wird, sind in der Herstellungsstufe vor der Bildung
der äußeren Elektroden die Grenzschichten zwischen den inneren Elektroden
und den Keramikschichten der Umgebung ausgesetzt. In einem solchen
Schichtkörper entstehen leicht Risse längs der Grenzflächen, die eine geringere
mechanische Festigkeit als die übrigen Bereiche aufweisen. Wenn der
Schichtkörper Biegebeanspruchungen oder Stößen ausgesetzt wird, können
an den Grenzflächen im ungünstigsten Fall sogar Risse oder Sprünge auftreten,
die zu einer Ablösung der inneren Elektroden von den angrenzenden Keramikschichten
führen. Solchen Biegebeanspruchungen und Stößen wird der
keramische Schichtkörper häufig bei dem Herstellungsschritt ausgesetzt, in
dem die äußeren Elektroden mit Hilfe einer automatisch arbeitenden Maschine
aufgebracht werden. Die Risse oder Sprünge längs der Grenzflächen
verringern die Lebensdauer des Kondensators.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Entstehung von Rissen
oder Sprüngen an den Grenzflächen zwischen den inneren Elektroden und
den Keramikschichten des monolithischen keramischen Kondensators zu
verhindern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs
1.
Erfindungsgemäß weist jede der inneren Elektroden einen metallischen Teil
und einen mit diesem fluchtenden Halbleiterteil auf, über den der metallische
Teil elektrisch mit der zugehörigen äußeren Elektrode verbunden ist.
Die äußeren Elektroden weisen vorzugsweise gebrannte Metallschichten auf,
die ein leitendes Metallpulver enthalten und jeweils mit einem Schutzfilm
aus Metall versehen sind.
Die äußeren Elektroden können auch durch auf den Stirnflächen des
Schichtkörpers ausgebildete Halbleiterschichten gebildet sein, die jeweils auf
ihrer äußeren Oberfläche mit einem Metallfilm plattiert sind.
Die Halbleiterteile, durch die Teile der inneren Elektroden gebildet werden,
und die zur Bildung von Teilen der äußeren Elektroden dienenden Halbleiterschichten
werden beispielsweise hergestellt, indem keramisches Material
in einen halbleitenden Zustand überführt wird. In diesem Fall kann ein Verfahren
eingesetzt werden, bei dem ein die Umwandlung in einen Halbleiter
bewirkendes Agens auf vorgesehene Teile des keramischen Materials des
Schichtkörpers aufgetragen wird und indem die entsprechenden Bereiche
beim Brennen des keramischen Materials in den halbleitenden Zustand überführt
werden. Alternativ kann auf die vorgesehenen Bereiche des Schichtkörpers
auch eine Paste aufgetragen werden, die ein Pulver aus einem keramischen
Material enthält, das im wesentlichen mit dem in den Keramikschichten
enthaltenen Material identisch ist, und die außerdem das halbleitererzeugende
Agens enthält. Die Paste wird dann beim Brennen des keramischen
Schichtkörpers in den halbleitenden Zustand überführt.
Erfindungsgemäß sind die inneren Elektroden über ihre halbleitenden Teile
elektrisch mit den äußeren Elektroden verbunden. Die metallischen Teile
der inneren Elektroden sind somit durch die halbleitenden Teile von den äußeren
Elektroden getrennt. Die halbleitenden Teile können aus einem keramischen
Material hergestellt sein, das in einen halbleitenden Zustand überführt
wurde, so daß die Materialien der halbleitenden Teile und der dielektrischen
Keramikschichten einander im wesentlichen entsprechen.
Durch diese Maßnahmen wird ein Eindringen der zur Bildung der Schutzfilme
verwendeten Galvanisierlösung in das Innere des keramischen Schichtkörpers
verhindert. So kann eine Beeinträchtigung der elektrischen Eigenschaften
des monolithischen keramischen Kondensators vermieden werden,
da keine Reste der Lösung in das Innere des Schichtkörpers gelangen, und
die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Kondensators wird verbessert.
Durch die halbleitenden Teile der inneren Elektroden wird die Stärke der
Haftung oder des Verbundes an den Grenzflächen zwischen den inneren
Elektroden und den dielektrischen Keramikschichten verbessert. Da solche
halbleitenden Teile sich an den Endflächen des Schichtkörpers befinden, ergibt
sich insbesondere an diesen Endflächen ein besserer Verbund zwischen
den inneren Elektroden und den Keramikschichten. Infolgedessen werden
Risse oder Sprünge an den Grenzflächen zwischen den inneren Elektroden
und den Keramikschichten auch dann vermieden, wenn Biegebeanspruchungen
oder Stöße auf den Schichtkörper wirken. Somit wird eine Trennung
oder Ablösung der inneren Elektroden von den Keramikschichten wirksam
verhindert, und die Lebensdauer des monolithischen keramischen Kondensators
wird verlängert.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen 4 und
5 zu entnehmen.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen monolithischen keramischen
Kondensator;
Fig. 2 eine einzelne dielektrische Keramikschicht des Kondensators
gemäß Fig. 1 in der Draufsicht;
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung der dielektrischen Schichten eines
den Kondensator bildenden keramischen Schichtkörpers; und
Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen monolithischen keramischen
Kondensator gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.
Gemäß Fig. 1 umfaßt ein monolithischer keramischer Kondensator 10
einen keramischen Schichtkörper 1, der durch mehrere übereinandergestapelte
dielektrische Keramikschichten 2 und zwischengefügte innere Elektroden
2 gebildet wird. Äußere Elektroden 9 sind auf den beiden Stirnflächen
des Schichtkörpers 1 ausgebildet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel handelt
es sich bei dem keramischen Kondensator 10 um einen quaderförmigen
Kondensatorbaustein oder Chip.
Jede der inneren Elektroden 3 weist einen leitenden metallischen Teil 3a
und einen halbleitenden Teil 3b auf. Der metallische Teil und der halbleitende
Teil jeder Elektrode sind in einer Ebene miteinander ausgerichtet. Die
halbleitenden Teile 3b liegen an den Stirnflächen des Schichtkörpers 1 frei
und sind elektrisch mit den äußeren Elektroden 9 verbunden. Die äußeren
Elektroden 9 weisen gebrannte oder gesinterte Schichten 6 aus einem Metall
wie beispielsweise Silber auf, die auf die Stirnflächen des Schichtkörpers 1
aufgetragen sind. Aufplattierte Schutzfilme 7 aus einem Metall wie beispielsweise
Nickel oder Kupfer sind auf den äußeren Oberflächen der gebrannten
Metallschichten 6 angeordnet.
Nachfolgend sollen die Schritte zur Herstellung des monolithischen keramischen
Kondensators 10 im einzelnen erläutert werden.
Zunächst wird der keramische Schichtkörper 1 hergestellt. Wie aus Fig. 2
hervorgeht, enthält der Schichtkörper 1 eine dielektrische Keramikschicht
(Grünschicht) 2, die hergestellt wird, indem man pulverförmiges Material
aufschlämmt und den Schlamm zu einem Blatt zieht. Eine Paste, die ein Metall
wie beispielsweise Palladium enthält, wird auf eine Oberfläche der Keramikschicht
2 aufgetragen, um den metallisch leitenden Teil 3a der inneren
Elektrode zu bilden. Eine andere Paste, die durch Mischen eines Bindemittels
mit einem halbleiterbildenden Agens hergestellt wird, wird zur Bildung
des halbleitenden Teils 3b auf die gleiche Oberfläche der Keramikschicht aufgetragen.
Eine Vielzahl solcher dielektrischer Keramikschichten 2, die jeweils
mit einer durch den metallisch leitenden Teil 3a und den halbleitenden
Teil 3b gezeigten Weise übereinandergestapelt. Bei dem Stapelvorgang werden die
mit den inneren Elektroden 3 versehenen Keramikschichten 2 zwischen dielektrische
Keramikschichten 4 gelegt, die nicht mit inneren Elektroden versehen
sind. Der so erhaltene rohe Schichtkörper 1 wird in Stapelrichtung
gepreßt und anschließend gebrannt.
Wie oben erwähnt wurde, kann die zur Bildung des halbleitenden Teils 3b
der inneren Elektrode 3 verwendete Paste hergestellt werden, indem man
ein Bindemittel mit einem halbleiterbildenden Agens mischt, durch das bestimmte
Teile der dielektrischen Keramikschichten 2 in halbleitende Zustände
überführt werden, oder indem man ein Pulver eines Keramikmaterials,
das im wesentlichen mit dem in den Keramikschichten 2 enthaltenen
Material identisch ist, mit einem halbleiterbildenden Agens und einem Bindemittel
mischt.
Im nächsten Schritt werden die inneren Elektroden 9 auf den beiden Stirnflächen
des gebrannten Schichtkörpers 1 ausgebildet. Die gebrannten Metallschichten
6, die jeweils die erste Schicht der äußeren Elektrode 9 bilden,
werden hergestellt, indem man eine leitfähige Paste, die ein Pulver eines
Metalls wie beispielsweise Silber enthält, auf die Stirnflächen des Schichtkörpers
1 aufbringt und den Schichtkörper mit der aufgetragenen Paste ausheizt.
Die Schutzfilme 7, die jeweils eine zweite Schicht der äußeren Elektrode
9 bilden, werden hergestellt, indem man die gebrannten Metallschichten
6 mit einem Metall wie Nickel oder Kupfer plattiert. Die äußeren Elektroden
9 weisen darüber hinaus jeweils als dritte Schicht einen Lötfilm 8 auf,
der durch Aufplattieren eines Lötmittels oder eines Metalls wie etwa Zinn auf
den Schutzfilm 7 hergestellt wird.
Auf diese Weise erhält man schließlich den chipförmigen monolithischen Keramikkondensator 10.
Nachfolgend soll ein Versuchsbeispiel im einzelnen erläutert werden.
Ein Keramikmaterial zur Bildung der dielektrischen Keramikschichten 2
wurde aus einem Mischpulver hergestellt, indem man 0,07 Gewichtsprozent
MnCO₃ zu 100 Gewichtsprozent einer Mischung hinzugab, die ihrerseits aus
84,35 Molprozent BaTiO₃ und 15,65 Molprozent BaZrO₃ bestand. Ein Bindemittel
aus Polyvenylalkohol wurde dem Mischpulver zugegeben, und die Mischung
wurde unter Zugabe eines oberflächenaktiven Agens, eines Dispersionsmittels
und von Wasser zu Schlamm geknetet. Der Schlamm wurde mit einer
Messer-Aufstreichvorrichtung ausgezogen, so daß man eine Grünschicht
mit einer Dicke von 35 µm erhielt. Blätter zur Bildung der dielektrischen Keramikschichten 2 und 4 wurden aus dieser Grünschicht hergestellt. Auf die
die dielektrischen Keramikschichten 2 bildenden Blätter wurde jeweils auf
eine erste Oberfläche im Siebdruckverfahren eine Palladiumpaste aufgedruckt,
die zur Bildung der metallisch leitenden Teile 3a dient. Eine Paste,
die 10 Gewichtsprozent eines halbleiterbildenden Mittels aus La₂O₃ mit
Ethylzelluloseharz und ein Lösungsmittel aus Butyl-Cellosolve enthielt, wurde
im Siebdruckverfahren auf erste Endbereiche 2a (Fig. 2 und 3) der die
dielektrischen Keramikschichten 2 bildenden Blätter aufgetragen.
Anschließend wurden die dielektrischen Keramikschichten 2 in der in Fig. 3
gezeigten Weise mit den dielektrischen Keramikschichten 4 übereinandergestapelt.
Dabei wurden die Keramikschichten 2 so gestapelt, daß die ersten
Endabschnitte 2a, die mit der das halbleiterbildende Mittel enthaltenden Paste
bedruckt waren, und die zweiten Endabschnitte 2b, die diese Paste nicht
aufwiesen, einander abwechselten. Der so gebildete keramische Schichtkörper
1 wurde unter Wärmeeinwirkung gepreßt. In dem Schichtkörper 1 war
keines der metallisch leitenden Teile 3a an den Endbereichen 2 und 2b
freigelegt.
Der keramische Schichtkörper 1 wurde getrocknet und anschließend in
Luft bei 1300°C zwei Stunden lang gebrannt, so daß in einem Arbeitsgang die
dielektrischen keramischen Schichten und die halbleitenden Teile 3b fertiggestellt
wurden. Das halbleiterbildende Mittel diffundierte dabei in die vorgesehenen
Teile der Keramikschichten 2. Auf diese Weise erhielt man den keramischen
Schichtkörper 1 mit inneren Elektroden 3, die halbleitende Teile
3b sowie elektrisch hiermit verbundene metallische Teile 3a aufwiesen.
Anschließend wurden in folgender Weise die äußeren Elektroden 9 auf beide
Stirnflächen des Schichtkörpers 1 aufgebracht. Zunächst wurde Silberpaste
auf beide Stirnflächen des Schichtkörpers 1 aufgetragen und an Luft bei
800°C gebrannt, um die gebrannten Metallschichten 6 zu bilden. Danach wurden
auf den gebrannten Metallschichten 6 die Schutzfilme 7 ausgebildet. Die
Schutzfilme wurden durch Trommelgalvanisierung mit einer Nickel-Galvanisierlösung
hergestellt, die Nickelsulfat (ersetzbar durch Nickelchlorid) und
Borsäure enthielt. Schließlich wurden auf den Schutzfilmen 7 die Lötfilme 8
aufgetragen. Die Lötfilme 8 wurden durch Trommelgalvanisierung unter Verwendung
einer Lötmittel-Galvanisierlösung mit Alkohol-Sulfosäure als Lösungsmittel
hergestellt.
Der in der oben beschriebenen Weise hergestellte monolithische keramische
Kondensator 10 hatte den in Fig. 1 im Schritt gezeigten Aufbau und wies
die folgenden Abmessungen auf:
Außenabmessungen | |
Breite:|3,2 mm | |
Länge: | 1,6 mm |
Dicke: | 1,2 mm |
Dicke der dielektrischen Keramikschichten:|20 µm | |
Anzahl der wirksamen dielektrischen Keramikschichten: | 19 |
Überdeckungsfläche der einzelnen Paare innerer Elektroden: | 1,3 mm² |
Der monolithische keramische Kondensator 10 gemäß Beispiel 1 wurde
einem Vergleichstest mit einem Vergleichsbeispiel unterzogen, das sich von
dem erfindungsgemäßen Kondensator nur dadurch unterschied, daß die inneren
Elektroden ausschließlich aus metallisch leitenden Teilen bestanden.
Die elektrischen Eigenschaften der Kondensatoren wurden unter gleichen
Bedingungen ermittelt und bewertet. Um die durch das Vorhandensein oder
die Abwesenheit der halbleitenden Teile 3b hervorgerufenen Unterschiede
bestimmen zu können, wurden sowohl von Kondensatoren gemäß Beispiel 1
als auch von Kondensatoren gemäß dem Vergleichsbeispiel Prüflinge präpariert,
bei denen die äußeren Elektroden 9 nur aus den gebrannten Metallschichten
6 bestanden (Zwischenprodukt nach dem Ausheizen der Silberpaste).
Außerdem wurden Prüflinge präpariert, bei denen die äußeren Elektroden
9 mit den Schutzfilmen 7 und den Lötfilmen 8 versehen waren (Zustand
nach der Lötmittel-Galvanisierung).
Zur Messung der Kapazität (C) und des dielektrischen Verlustes (tan δ) wurde
eine automatische Brückenmeßschaltung verwendet, mit der Spannungen
von 1 kHz und 1 Vrms an jeden Prüfling angelegt wurden. Außerdem wurde
in einer Anordnung zur Messung des Isolationswiderstands eine Spannung
von 50 V zwei Minuten lang an jeden Prüfling angelegt, um den Isolationswiderstand
(R) zu messen. Das CR-Produkt wurde aus der so erhaltenen Kapazität
(C) und im Isolationswiderstand (R) berechnet.
Tabelle I zeigt die Ergebnisse der oben beschriebenen Messungen
Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, zeichnete sich das erfindungsgemäße Beispiel
insofern durch eine hohe Zuverlässigkeit aus, als die im Zustand nach dem
Ausheizen der Silberpaste gemessenen Eigenschaften auch nach der Lötmittel-
Galvanisierung erhalten blieben.
Vergleicht man die Meßergebnisse im Zustand nach der Lötmittel-Galvanisierung
mit denen nach dem Ausheizen der Silberpaste, so zeigt sich daß bei
dem Vergleichsbeispiel die Kapazität (C) von 0,16 µF auf 0,10 µF abgenommen
und der dielektrische Verlust (tan δ) von 1,6% auf 10% zugenommen
hat. Außerdem zeigt sich eine extreme Abnahme des CR-Produktes von 5000
ΩF auf 200 ΩF. Somit werden bei dem Vergleichsbeispiel die elektrischen Eigenschaften
in erheblichem Ausmaß durch die Herstellung der galvanischen
Filme 7 und 8 beeinträchtigt. Dies belegt, daß bei der Herstellung der galvanischen
Filme 7 und 8 die Galvanisierlösung durch die gebrannten Metallschichten
6 hindurch in das Innere des Schichtkörpers 1 diffundiert ist.
Bei den erfindungsgemäßen Beispielen wurde dagegen sowohl im Zustand
nach dem Ausheizen der Silberpaste als auch im Zustand nach der Lötmittel-
Galvanisierung eine Kapazität (C) von 0,16 µF, ein dielektrischer Verlust (tan
δ) von 1,7% und ein CR-Produkt von 5000 ΩF gemessen. Demnach ergibt
sich bei dem Beispiel 1 nicht der geringste Unterschied zwischen den elektrischen
Eigenschaften der Prüflinge vor und nach dem Galvanisieren. Auch
wenn die Galvanisierlösung in die gebrannten Metallschichten 6 eindringt,
verhindern die halbleitenden Teile 3b die Diffusion der Galvanisierlösung in
das Innere des Schichtkörpers 1.
Fig. 4 zeit einen monolithischen keramischen Kondensator 10a in einem
Schritt entsprechend Fig. 1. Der Kondensator 10a nach dem in Fig. 4 gezeigten
Beispiel 2 weist zahlreiche Einzelheiten auf, die mit denen in Fig. 1
übereinstimmen. Die übereinstimmenden Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen
wie in Fig. 1 bezeichnet und sollen nicht noch einmal beschrieben
werden.
Gemäß Fig. 4 unterscheidet sich der Kondensator 10a von dem in Fig. 1
gezeigten Aufbau des Kondensators 10 hinsichtlich der äußeren Elektroden,
die in Fig. 4 mit 9a bezeichnet sind. Die äußeren Elektroden 9a weisen anstelle
der gebrannten Metallschichten 6 in Fig. 1 halbleitende Schichten 5
auf. Diese halbleitenden Schichten 5 werden hergestellt, indem man eine
durch Mischen eines Bindemittels mit einem halbleiterbildenden Mittel erzeugte
Paste auf die beiden Stirnflächen des ungebrannten Keramikkörpers 1
aufträgt und den Keramikkörper 1 anschließend brennt.
Ähnlich wie in Beispiel 1 wurden Exemplare des monolithischen keramischen
Kondensators 10a gemäß Beispiel 2 zu Versuchszwecken hergestellt.
Die Herstellungsschritte entsprachen den in Verbindung mit Beispiel 1 beschriebenen
Schritten, mit folgender Ausnahme:
Nachdem der ungebrannte keramische Schichtkörper 1 hergestellt war,
wurde die gleiche Paste, die zur Bildung der halbleitenden Teile 3b verwendet
wurde und die das halbleiterbildene Mittel enthielt, auf die beiden
Stirnflächen des Schichtkörpers 1 aufgetragen und getrocknet. Der Schichtkörper
wurde an der Luft bei 1300°C zwei Stunden lang gebrannt, um die
dielektrischen Keramikschichten 2 zu brennen und um die halbleitenden
Teile 3b und gleichzeitig die halbleitenden Schichten 5 zu bilden. Auf diese
Weise wurde der Schichtkörper 1 in einen Zustand gebracht, in dem die
Halbleiterschichten 5 durch die halbleitenden Teile 3b der Elektroden mit
den metallisch leitenden Teilen 3a der inneren Elektroden verbunden waren.
Anschließend wurden ähnlich wie in Beispiel 1 die Filme 7 und 8 galvanisch
aufgebracht.
Um den Effekt der galvanischen Schritte bei der Herstellung der äußeren
Elektroden auf die Eigenschaften des Kondensators zu untersuchen, wurden
außer Prüflingen, bei denen die Filme 7 und 8 galvanisch auf die Halbleiterschichten
5 aufgebracht waren (Zustand nach der Lötmittel-Galvanisierung),
auch Prüflinge ohne galvanische Filme 7 und 8 präpariert (ungalvanisiert). Bei
den ungalvanisierten Prüflingen wurde Silberpaste auf die Halbleiterschichten
5 aufgetragen und anschließend ausgeheizt, um gebrannte Silberschichten zu
erzeugen, so daß die Eigenschaften gemessen werden konnten. Die Einzelheiten
und Meßbedingungen entsprachen denen aus Beispiel 1. Die Meßergebnisse
sind in Tabelle 2 angegeben.
Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, blieben bei dem Beispiel 2 ähnlich wie bei Beispiel
1 die nach dem Herstellen der galvanischen Schichten 5 gemessenen
elektrischen Eigenschaften auch nach der galvanischen Herstellung der Filme
7 und 8 erhalten. Hierin zeigt sich die hohe Zuverlässigkeit des Herstellungsverfahrens.
Ein Vergleich der an den ungalvanisierten Prüflingen erhaltenen
Meßergebnisse mit den Meßergebnissen nach dem Galvanisieren zeigt,
daß durch die galvanische Herstellung der Filme 7 und 8 nicht die geringsten
Änderungen der Kapazität (C), des dielektrischen Verlustes (tan δ) und des
CR-Produktes verursacht wurden.
Gemäß Beispiel 1 sind zumindest die halbleitenden Teile 3b der inneren
Elektroden zwischen den metallisch leitenden Teilen 3a der inneren Elektroden
3 und den galvanischen Lötmittelfilmen 8 angeordnet. Gemäß Beispiel
2 liegen zwischen den metallisch leitenden Teilen 3a und den galvanischen
Lötmittel-Filmen 8 sowohl die halbleitenden Teile 3b der inneren Elektroden
3 als auch die Halbleiterschichten 5. Durch das Vorhandensein der halbleitenden
Teile 3b und der Halbleiterschichten 5 ergeben sich die folgenden
Effekte.
Das Zinn, das die Hauptkomponente des Lötmittels in den galvanischen Lötmittelfilmen
8 bildet, neigt allgemein zur Bildung von Legierungen mit einer
Anzahl von Metallen. Diese Tendenz ist bei hohen Temperaturen besonders
ausgeprägt. Durch diese Legierungsbildung hat das Zinn die Tendenz, sich in
das Innere des keramischen Schichtkörpers auszubreiten, so daß die inneren
Elektroden beeinflußt werden. Hierdurch werden die elektrischen Eigenschaften
des Kondensators, insbesondere die Dielektrizitätskonstante und
die Kapazität erheblich beeinträchtigt. Diese Zinn-Legierungsbildung wird jedoch
durch die halbleitenden Teile 3b gemäß Beispiel 1 und durch die halbleitenden
Teile 3b und die Halbleiterschicht 5 gemäß Beispiel 2 wirksam unterdrückt,
so daß es nicht zu einem Vordringen der Zinnlegierungen in die
metallisch leitenden Teile 3a der inneren Elektroden 3 kommt. Hierdurch
werden stabile elektrische Eigenschaften der monolithischen keramischen
Kondensatoren 10 und 10a erreicht.
Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen der beschriebenen
Ausführungsbeispiele denkbar.
Beispielsweise kann als halbleiterbildendes Mittel zur Erzeugung der halbleitenden
Teile 3b und der Halbleiterschichten 5 auch ein anderes Material als
das oben erwähnte La₂O₃ verwendet werden. Auch bei dem keramischen Material
zur Bildung der dielektrischen Keramikschichten 2 kann es sich um
ein anderes Material handeln als oben beschrieben wurde.
Bei dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel 2 kann das halbleiterbildende Mittel
auch durch andere Verfahren auf die beiden Stirnflächen des Schichtkörpers
1 aufgebracht werden, beispielsweise durch Sputtern, Dampfniederschlag,
Sprühen, Tauchen oder dergleichen, um die Halbleiterschichten 5 zu bilden.
Entsprechende Verfahren können auch zur Bildung der den gebrannten Metallschichten
6 in Beispiel 1 entsprechenden leitenden Schichten eingesetzt
werden.
Claims (6)
1. Monolithischer keramischer Kondensator, umfassend eine Mehrzahl dielektrischer Schichten (2), die übereinander zu einem keramischen
Schichtkörper (1) zusammengefügt sind, sowie ersten und zweiten inneren Elektroden (3), die zwischen den
keramischen Schichten (2) im Inneren des Schichtkörpers angeordnet sind und sich alternierend
zu einer der beiden entgegengesetzten Stirnflächen des Schichtkörpers
erstrecken, und mit ersten und zweiten äußeren Elektroden (9; 9a), die
an den Stirnflächen des Schichtkörpers (1) angeordnet und elektrisch mit
den jeweils zugehörigen inneren Elektroden (3) verbunden sind, dadurch
gekennzeichnet, daß die inneren Elektroden (3) jeweils einen metallisch
leitenden Teil (3a) und einen halbleitenden Teil (3b) aufweisen und daß die
halbleitenden Teile (3b) derart an den stirnseitigen Enden der metallisch leitenden
Teile (3b) angeordnet sind, daß sie die elektrische Verbindung zwischen
den metallisch leitenden Teilen (3b) und den zugehörigen äußeren Elektroden
(9; 9a) herstellen.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren
Elektroden (9) jeweils eine gebrannte Metallschicht (6) aufweisen, und daß die gebrannten Metallschichten
ein leitendes Metallpulver enthalten und auf den Stirnflächen des Schichtkörpers
(1) aufgetragen sind.
3. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede äußere
Elektrode (9) wenigstens einen Metallfilm (7, 8) auf der Außenfläche
der gebrannten Metallschicht (6) aufweist.
4. Kondensator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die halbleitenden Teile (3b) der inneren Elektroden (3) aus
einem Keramikmaterial hergestellt sind, das in einen halbleitenden Zustand
überführt wurde.
5. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren
Elektroden (9a) jeweils eine Halbleiterschicht (5) auf der Stirnfläche des
Schichtkörpers (1) und wenigstens einen Metallfilm (7, 8) auf der Außenfläche
der Halbleiterschicht (5) aufweisen.
6. Kondensator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschichten (5) aus einem keramischen Material hergestellt sind, das in
einen halbleitenden Zustand überführt wurde.
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