DE4030479A1

DE4030479A1 - Nichtlinearer spannungs- oder temperaturabhaengiger elektrischer widerstand in chip-bauform

Info

Publication number: DE4030479A1
Application number: DE19904030479
Authority: DE
Inventors: Georg Fritsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-09-26
Filing date: 1990-09-26
Publication date: 1992-04-02
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: DE4030479C2

Description

Die Erfindung betrifft einen nichtlinearen Spannungs- oder temperaturabhängigen elektrischen Widerstand, insbesondere einen Heißleiter, in Chip-Bauform.

In den letzten Jahren sind zunehmend Versuche bekannt geworden, die bei der Herstellung von keramischen Vielschichtkondensatoren seit langem bekannte und bewährte Vielschicht(VS)-Technologie auch auf nichtlineare keramische Widerstände zu übertragen. Bis her sind Varistoren in VS-Technologie (EP-PS 01 89 087) und PTC-Thermistoren, also Kaltleiter, in einer abgewandelten Vari ante der VS-Technik (US-PS 47 66 409) bekannt, nicht jedoch Heiß leiter. Nach wie vor am meisten verbreitet sind keramische Kon densatoren in konventioneller VS-Technik, bei denen der Konden sator aus dünnen Schichten elektrischen Keramikmaterials mit da zwischenliegenden Edelmetallelektroden aufgebaut ist. Die Edel metallelektroden sind alternierend von Schicht zu Schicht zu ge genüberliegenden Seitenflächen des quaderförmigen Kondensator körpers geführt und mit einer jeweils dort angebrachten lötbaren Metallisierung elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Edelmetallelektroden werden bei dieser Variante der VS-Technik vor dem Sinterprozeß mittels Siebdruck auf die dünnen Keramik schichten aufgebracht.

Derartige keramische VS-Kondensatoren werden häufig mit einer Einbrennmetallisierung versehen. Diese besteht typischerweise aus Silber- und/oder Palladiumpulver, speziellen Glasflüssen und organischen Zusätzen und kann im Siebdruck-, Tauch- oder Spritz verfahren auf die keramischen Bauelemente aufgebracht werden. Es hat sich herausgestellt (vgl. K. Oitzl, "Keramische Vielschicht kondensatoren mit ablegierbeständigen Lötflächen", Siemens Com ponents 21 (1983) Heft 5, Seite 191 bis 193), daß im Hinblick auf Ablegierbeständigkeit und Lötbarkeit ein Aufbau der Metalli sierung aus einer als Diffusionssperre wirkenden, galvanisch aufgebrachten Nickelschicht und einer darüber auf die gleiche Weise aufgebrachten Lötschicht aus Zinn optimal ist.

Der Versuch, in analoger Weise einen NTC-Thermistor (Heißleiter) in konventioneller VS-Technik mit galvanisierten Lötflächen zu konstruieren, führt nicht zum Erfolg. Der Hauptgrund hierfür be steht darin, daß der technische Galvanisierungsprozeß ein Ein tauchen des Thermistorkörpers in verschiedene Bäder (z. B. Rei nigungs- und Spülbad) mit sich bringt, die ein chemisch saures Milieu aufweisen. Wie sich gezeigt hat, ist speziell Heißlei terkeramik zu säureempfindlich, um mit den technisch üblichen Verfahren galvanisiert zu werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten nichtlinearen spannungs- oder temperatur abhängigen elektrischen Widerstand, insbesondere einen Heiß leiter, in Chip-Bauform anzugeben, der einfach aufgebaut und vereinfacht herstellbar ist und der gute Lötbarkeitseigenschaf ten hat.

Zur Lösung dieser Aufgabe besitzt ein erfindungsgemäßer nichtlinearer spannungs-oder temperaturabhängiger elektrischer Widerstand der eingangs genannten Art die Merkmale:

a) ein quaderförmiger, aus einer Vielzahl von Schichten aus elektrisch aktivem Keramikmaterial gesinterter monolithischer Körper,
b) bei dem an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Körpers eine Metallisierung galvanisch aufgetragen ist,
c) wobei die Keramikschichten als Innenelektroden die gegenüber liegenden Metallisierungen verbinden, die ihrerseits zum Ver löten des Chips mit Kontaktstellen einer gedruckten Schaltung vorgesehen sind,
d) mit einer Vielzahl von galvanikverträglichen Isolationsschich ten zwischen denen die Keramikschichten angeordnet sind,
e) wobei die Keramikschichten durch Bedrucken (Siebdruck) auf die Isolationsschichten aufgetragen sind.

Durch den erfindungsgemäßen Aufbau wird eine neue Variante von keramischen VS-Bauelementen geschaffen, die die Vorteile der VS-Technik mit einem Schutz der empfindlichen Keramikschichten verbindet.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Vorteile des Gegenstandes der Erfindung werden anhand des folgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die dazugehörige einzige Figur zeigt schematisch und im Schnitt einen erfindungsgemäßen NTC-Thermistor.

In der Fig. ist ein aus mehreren (bis etwa 50) Keramikschichten 1, 2, 3, 4 und 5 aufgebauter Heißleiter dargestellt. Die Kera mikschichten 1 bis 5 sind zwischen Isolationsschichten 6 bis 11 eingebettet, wobei insbesondere auch die unterste 1 und oberste 5 Keramikschicht von den Isolationsschichten 6 und 11 abgedeckt sind. Die gegenüberliegenden Seitenflächen 12 und 13 sind je weils mit einer Grundmetallisierung 14 und einer darüberliegen den aus den Schichten 15 und 16 bestehenden Metallisierung be deckt.

Die Herstellung des in der Fig. dargestellten erfindungsgemäßen Heißleiters erfolgt, indem zunächst auf eine einzelne ca. 10-50 µm dicke Isolationsschicht mittels der an sich bekannten Siebdrucktechnik eine etwa 2 bis 7 µm dicke Schicht aus Heiß leiterkeramik aufgebracht wird. Danach wird eine beliebige An zahl bedruckter Isolationsschichten übereinander gestapelt, verpreßt und den üblichen Hochtemperaturprozessen unterworfen.

Um eine unerwünschte Diffusion aus den im wesentlichen Mangan oxid enthaltenden Keramikschichten in die Isolationsschichten während des Sinterns zu vermeiden, ist es zweckmäßig, daß Ke ramikschicht und Isolationsschicht chemisch kompatibel sind. Als besonders vorteilhaft haben sich aus AlO₂-Pulver aufgebaute Isolationsschichten erwiesen, bei denen es, anders als bei den bei Keramikkondensatoren üblichen dielektrischen Isolations schichten, nicht zu einer Diffusion von Manganatomen in das Isolatormaterial hinein kommt. Dieses Isolationsmaterial ist gegenüber dem Keramikmaterial chemisch weitgehend inert.

Da bei dem erfindungsgemäßen Aufbau die Keramikschichten nur geschützt im Inneren des Chip-Körpers als Innenelektrode zwi schen den für die Kontaktierung vorgesehenen Metallisierungen 14, 15 und 16 verlaufen, können die Seitenflächen 12 und 13 galvanisiert werden, ohne die säureempfindliche Keramik zu be schädigen, vorausgesetzt, die Isolationsschichten selbst halten den physikalischen und chemischen Bedingungen beim Galvanisie ren stand.

Als günstig für den Bauelementeanwender hat sich eine Metalli sierung herausgestellt, bei der eine erste Schicht 15 aus Nickel, die dicht und porenfrei ist, und darüber eine zweite, lötbare Schicht 16 aus Zinn jeweils galvanisch aufgetragen ist. Zuvor wird eine an sich bekannte Grundmetallisierung 14 aufge tragen, die aus einem modifizierten Einbrennsilberpräparat be steht. Der allgemeine Vorteil derartiger galvanisierter Lötflä chen gegenüber den bekannten Einbrennmetallisierungen liegt hauptsächlich in der besseren Benetzbarkeit und der verbesserten Ablegierbeständigkeit. Galvanisierte Metallisierungen vertragen längere Lötzeiten und höhere Löttemperaturen.

Claims

1. Nichtlinearer spannungs- oder temperaturabhängiger elektri scher Widerstand, insbesondere Heißleiter, in Chip-Bauform mit den Merkmalen:

a) ein quaderförmiger, aus einer Vielzahl von Schichten (1, 2, 3, 4, 5) aus elektrisch aktivem Keramikmaterial gesinterter monolithischer Körper,
b) bei dem an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen (12, 13) des Körpers eine Metallisierung (15, 16) galvanisch aufgetragen ist,
c) wobei die Keramikschichten (1, 2, 3, 4, 5) als Innenelektro den die gegenüberliegenden Metallisierungen (14, 15, 16) verbinden, die ihrerseits zum Verlöten des Chips mit Kontakt stellen einer gedruckten Schaltung vorgesehen sind,
d) mit einer Vielzahl von galvanikverträglichen Isolationsschich ten (6, 7, 8, 9, 10, 11) zwischen denen die Keramikschichten (1, 2, 3, 4, 5) angeordnet sind,
e) wobei die Keramikschichten (1, 2, 3, 4, 5) durch Bedrucken (Siebdruck) auf die Isolationsschichten (6, 7, 8, 9, 10, 11) aufgetragen sind.

2. Nichtlinearer spannungs- oder temperaturabhängiger elektri scher Widerstand, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschichten (6, 7, 8, 9, 10, 11) gegenüber dem Keramikmaterial chemisch weitgehend inert sind.

3. Nichtlinearer spannungs- oder temperaturabhängiger elektri scher Widerstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschichten (6, 7, 8, 9, 10, 11) im wesentlichen AlO₂ enthalten.

4. Nichtlinearer spannungs- oder temperaturabhängiger elektri scher Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallisierung eine erste Schicht (15) aus Nickel und darüber eine zweite, lötbare Schicht (16), insbesondere aus Zinn, galvanisch aufgetragen ist.

5. Nichtlinearer spannungs- oder temperaturabhängiger elektri scher Widerstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Grundmetallisierung (14) vorgesehen ist, die insbesondere als Einbrennsilberpräparat aufgetragen ist und daß darüber die Nickelschicht (15) und darüber die Zinnschicht (16) aufgetragen ist.