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Hintergrund
der Erfindung
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf elektronische Komponenten
und insbesondere auf kapazitive Elemente, die eine Mehrschichtlaminierungsstruktur
aufweisen. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf Verbesserungen in
derartigen Mehrschichtkondensatoren zum Verhindern oder zumindest
weitgehenden Unterdrücken
des Auftretens eines dielektrischen Oberflächendurchbruchs in denselben.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Herkömmlicherweise
umfassen kapazitive Mehrschichtelemente Mehrschichtkeramikkondensatoren, die
Fähigkeiten
eines Bereitstellens eines erhöhten
Werts einer statischen Kapazität,
während
die Größe reduziert
oder minimiert ist, bieten könnten.
Dies macht derartige Kondensatoren gut anpassbar zur Verwendung mit
einem elektrischen Schaltungsaufbau, der in der Lage ist, relativ
niedrigen Spannungen standzuhalten, oder der relativ niedrige Nennspannungscharakteristika
aufweist. Leider bleiben die Mehrschichtkeramikkondensatoren ungeeignet
zur Verwendung als sogenannte „Mittel-
oder Hochspannungs"-Kondensatoren
mit einer Nennspannung von mehreren hundert Volt oder mehr. Wenn
diese Mittel- oder Hochspannungskondensatoren entworfen werden,
könnte
ein Erhöhen
des Pegels einer Nennstehspannung dielektrischer Schichten, die
zwischen innere Kondensatorelektroden gelegt sind, durch ein entsprechendes
Erhöhen
der Dicke dielektrischer Schichten erzielt werden. Ein derartiger
Anstieg bleibt jedoch nicht ohne einen begleitenden „Kompromiss"-Nachteil, mit zunehmender Dicke der
dielektrischen Schicht nämlich
nimmt die resultierende Kapazität ab.
Selbst wenn eine derartige Kapazitätsreduzierung durch einen geeigneten
Entwurf eines elektronischen Schaltungsaufbaus kompensiert werden
könnte,
sehen sich die bekannten Kondensatoren einem weiteren, schwerwiegenderen
Problem gegenüber;
es bleibt nämlich
schwierig, einen dielektrischen Durchbruch einer oberirdischen Oberfläche zu verhindern,
wie dies zwischen einer äußeren Elektrode
und einer inneren Elektrode an der obersten Schicht auftreten kann,
an die eine Spannung mit umgekehrter Polarität relativ zu derjenigen der äußeren Elektrode
angelegt werden soll.
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Ein
früherer
Ansatz zum Ermöglichen
einer Hemmung eines derartigen dielektrischen Durchbruchs einer
oberirdischen oder „In-der-Luft"-Oberfläche ist
z. B. in der veröffentlichten
ungeprüften
japanischen Patentanmeldung (PUJPA) Nr. 57-17615 offenbart. Dieser
Stand der Technik wird nachfolgend in Verbindung mit 5 beschrieben.
Wie in 5 gezeigt ist, weist eine Mehrschichtkondensatorstruktur 1 einen
Kondensatorhauptkörper 2 und
ein Paar einer ersten und einer zweiten äußeren Elektrode 3 und 4 auf,
die an bestimmten gegenüberliegenden
Orten auf den äußeren Oberflächen des
Kondensatorhauptkörpers 2 gebildet
sind. Der Hauptkörper 2 besteht
aus einer abwechselnden Laminierung einer Mehrzahl innerer Elektroden 5, 6 und
mehrerer dielektrischer Schichten 7. Diese inneren Elektroden 5, 6 könnten in
zwei Gruppen klassifiziert werden: eine Gruppe besteht aus den ersten
inneren Elektroden 5 und die andere besteht aus den zweiten
inneren Elektroden 6. Eine jeweilige der ersten inneren
Elektroden 5 bildet ein Paar mit einer entsprechenden benachbarten
der zweiten inneren Elektroden 6, wobei eine dielektrische
Schicht 7 zwischen denselben liegt, wobei so eine bestimmte
statische Kapazität
zwischen denselben definiert ist. Die ersten inneren Elektroden 5 sind elektrisch
mit einer ersten äußeren Elektrode 3 verbunden,
wohingegen die zweiten inneren Elektroden 6 elektrisch
mit einer zweiten äußeren Elektrode 4 gekoppelt
sind. Die obige Mehrschichtkondensatorstruktur an sich wird weit
verbreitet in gegenwärtig
verfügbaren
Standardkondensatoren eingesetzt.
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In
dem Mehrschichtkondensator 1 sind, um den dielektrischen
Durchbruch einer Oberfläche
in der Luft zu verhindern, die inneren Elektroden 5, 6 auf
eine derartige Art und Weise entworfen, dass ihre äußersten 5a, 6a,
die an der obersten und der untersten Position der Mehrschichtstruktur
platziert sind, längenmäßig gekürzt sind,
um sicherzustellen, dass diese Elektroden 5a, 6a nahezu
eine Hälfte
der Länge
der verbleibenden der inneren Elektroden 5, 6 aufweisen.
Dies könnte
dazu dienen, eine Erhöhung
der Nettoentfernung zwischen einer äußeren Elektrode 3 und
dem gegenüberliegenden
Ende ihrer zugeordneten obersten inneren Elektrode 6a,
die sich auf einem Potential befindet, das in der Polarität entgegengesetzt
zu derjenigen der äußeren Elektrode 3 ist,
zu ermöglichen.
Dasselbe gilt für
das Paar, das aus der anderen äußeren Elektrode 4 und
ihrer zugeordneten untersten inneren Elektrode 5a besteht.
Dies wiederum führt
dazu, dass das zwischen denselben erzeugte elektrische Feld intensitätsmäßig abnimmt,
um dadurch das Auftreten eines dielektrischen Durchbruchs einer
Oberfläche
in der Luft zu beseitigen.
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Leider
sieht sich der Kondensator des Stands der Technik noch mehreren
ernsten Problemen, wie unten dargelegt wird, gegenüber.
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Ein
Problem des Mehrschichtkondensators 1 des Stands der Technik,
wie durch die PUJPA Nr. 57-17615 gelehrt wird, besteht darin, dass
die statische Kapazität
desselben stark im Wert sinkt und nur noch die Hälfte der statischen Kapazität betragen
könnte,
die von Standardmehrschichtkondensatoren verfügbar ist. Dies ist aufgrund
der Tatsache so, dass der Kondensator 1 eine Flächenminderung
der äußersten
inneren Elektroden 5a, 6a verglichen mit den verbleibenden
der inneren Elektroden 5, 6 aufweist, was aus
der Verwen dung der verkürzten äußersten
Elektroden 5a, 6a, wie oben erwähnt wurde,
resultiert.
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Ein
weiteres Problem des Kondensators 1 des Stands der Technik
besteht darin, dass die Komplexität bei der Herstellung desselben
erhöht
ist. Dies ist aufgrund der Tatsache so, dass es während Laminierungsschritten
von Keramiklagen für
die Herstellung der beabsichtigten Mehrschichtstruktur nötig ist,
eine erhöhte Anzahl
unterschiedlich strukturierter Lagen herzustellen und zu behandeln.
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Wiederum
ein anderes Problem besteht darin, dass die resultierenden Charakteristika
eines dielektrischen Durchbruchs der Oberfläche unter den hergestellten
Kondensatoren variieren oder abweichen können. Dies tritt aufgrund der
Tatsache auf, dass, während
die Charakteristika eines dielektrischen Durchbruchs einer Oberfläche in der
Luft abhängig
von der tatsächlichen
Entfernung zwischen jeder äußersten
inneren Elektrode 5a, 6a und ihrer zugeordneten äußeren Elektrode 4, 3 inhärent variabel
bleiben, eine derartige Entfernung dazu neigt, während des Schritts eines Laminierens
mehrerer Elektrodenlagen, wobei ein isolierender Film zwischen benachbarten
derselben angeordnet ist, zu variieren.
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Ein
weiteres Problem besteht darin, dass selbst dann, wenn die äußersten
inneren Elektroden 5a, 6a längenmäßig gekürzt sind, der Pegel eines dielektrischen
Durchbruchs der Oberfläche
in einigen Fällen
noch abnehmen kann. Insbesondere wird, selbst wenn die äußersten – z. B. „obere" und „untere" – inneren Elektroden 6a, 5a längenmäßig gekürzt sind,
was die Nettoentfernung zwischen jeder derselben und der jeweiligen elektrisch
gekoppelten äußeren Elektrode 3 oder 4 erhöht, wenn
der Mehrschichtkondensator 1 an einer gedruckten Verdrahtungsplatine
(PWB) angebracht ist, es möglicherweise
stattfinden, dass eine dieser Elektroden 5a, 6a unbeabsichtigt
näher an
eine zugeordnete leitfähige „Anschlussflächen"-Anschlussfläche auf
der PWB kommt. Diese ungewollte positionsmäßige Nachbarschaft – oder in
dem ungünstigsten
Fall ein Teilkontakt zueinander – kann resultierende Charakteristika
eines dielektrischen Durchbruchs der Oberfläche negativ beeinflussen, wobei
so der Durchbruchpegel reduziert wird.
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Die
FR-A-2,555,355 beschreibt eine Mehrschichtkondensatorstruktur, die
einen Kapazitätsbildungsabschnitt
mit einer abwechselnden Laminierung einer Mehrzahl innerer Elektroden
und einer Mehrzahl dielektrischer Schichten, und äußere Schichtabschnitte
aufweist, die dielektrische Materialien umfassen, die auf die obere
und die untere Oberfläche
des Kapazitätsbildungsabschnitts
gestapelt sind. Äußere Elektroden
sind an den Seiten der Kondensatorstruktur vorgesehen. Auf zumindest
einer der äußeren Oberflächen der äußeren Schichtabschnitte
gibt es einen Schutzschild, der entworfen ist, um den Kondensator
vor schädlichen
Wirkungen einer Strahlung zu schützen.
Dieser Schutzschild ist aus einem zweiten Typ Keramikmaterial gebildet,
das eine niedrigere relative Dielektrizitätskonstante als diejenige des
Hauptkörpers
des Kondensators aufweist. Dieser Schutzschild ist üblicherweise
100–300 μm dick und
weist bei einem Beispiel eine relative Dielektrizitätskonstante
von 25 auf.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Deshalb
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine kapazitive
Mehrschichtvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die
Probleme zu vermeiden, denen sich der Stand der Technik gegenüber sieht.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten
Mehrschichtkondensator zu schaffen, der in der Lage ist, die Intensität eines
elektrischen Feldes an Kannten äußerer Elektroden
zu reduzieren, während
das Auftreten eines dielektrischen Durchbruchs einer Oberfläche unterdrückt oder
beseitigt wird.
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Um
die vorangegangenen Aufgaben zu erzielen, schafft die vorliegende
Erfindung eine Mehrschichtkondensatorstruktur, die einen Kondensatorhauptkörper aufweist,
der einen Kapazitätsbildungsabschnitt
mit einer abwechselnden Laminierung einer Mehrzahl innerer Elektroden
und einer Mehrzahl dielektrischer Schichten und äußere Schichtabschnitte umfasst,
die dielektrische Materialien umfassen, die auf der oberen bzw.
unteren Oberfläche
des Kapazitätsbildungsabschnitts
gestapelt sind. Eine innere Elektrode definiert die Außenoberfläche des
Kapazitätsbildungsabschnitts.
Die Kondensatorstruktur umfasst außerdem eine erste und eine
zweite äußere Elektrode,
wie an zueinander unterschiedlichen Positionen auf der Außenoberfläche des
Kondensatorhauptkörpers
gebildet. Die Mehrzahl innerer Elektroden ist in erste innere Elektroden
und zweite innere Elektroden klassifiziert, die angeordnet sind,
um eine statische Kapazität
zwischen benachbarten jedes Paars derselben zu bilden. Die ersten
inneren Elektroden sind elektrisch mit der ersten äußeren Elektrode
verbunden, während
die zweiten inneren Elektroden elektrisch mit den zweiten äußeren Elektroden
verbunden sind. Die Struktur ist dadurch gekennzeichnet, dass jede
der äußeren Schichten
eine dielektrische Durchbruchverhinderungsschicht aufweist, die
entweder die gesamte Außenschicht
bildet oder einen Teil der Außenschicht,
der sich an einer Innenoberfläche
derselben befindet, bildet. Diese Schicht weist eine spezifisch
ausgewählte
relative Dielektrizitätskonstante ε auf, die
wertemäßig kleiner
ist als diejenige der dielektrischen Schichten des Kapazitätsbildungsabschnitts
und ebenso nicht größer als
300 ist. Die dielektrische Durchbruchverhinderungsschicht weist
außerdem
eine Dicke d [μm]
auf, die eine spezifische Beziehung erfüllt, die gegeben ist durch:
d > (0,2 × ε) + 20, und
steht in Kontakt mit der Außenoberfläche des
Kapazitätsbildungsabschnitts.
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Diese
und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden
aus der folgenden bestimmteren Beschreibung be vorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung, wie in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt ist, ersichtlich werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines Mehrschichtkondensators
gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
eine schematische Darstellung des Mehrschichtkondensators aus 1,
an einer PWB befestigt.
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3 und 4 stellen
im Querschnitt Mehrschichtkondensatoren dar, die hilfreich für ein Verständnis weiterer
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind.
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5 stellt
im Querschnitt einen Mehrschichtkondensator des Stands der Technik
dar.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Bezug
nehmend auf 1 ist ein Kondensator mit Mehrschichtlaminierungsstruktur
gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung allgemein durch ein Bezugszeichen 11 bezeichnet.
Dieser Mehrschichtkondensator 11 ist aus einem Kondensatorhauptkörper 12 und
einem Paar einer ersten und einer zweiten äußeren Elektrode 13, 14,
die an gegenüberliegenden
Abschnitten der Außenwandoberflächen des
Kondensatorhauptkörpers 12 gebildet
sind, gebildet. Der Kondensatorhauptkörper 12 umfasst einen
Kapazitätsbildungsabschnitt 18,
der aus einer abwechselnden Laminierung einer Mehrzahl innerer Elektroden 15, 16 und mehrerer
dielektrischer Schichten 17 auf eine derartige Art und
Weise, dass eine dielektrische Schicht 17 zwischen gewissen
der inneren Elektroden 15, 16 angeordnet ist,
strukturiert ist. Der Kondensatorhauptkörper 12 umfasst außerdem einen äußersten
isolierenden oder dielektrischen Schichtabschnitt 19 auf
der oberen Oberfläche
des Kapazitätsbildungsabschnitts 18 und
einen äußersten
dielektrischen Schichtabschnitt 20 auf der unteren Oberfläche desselben.
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Jede
der ersten inneren Elektroden 15 und eine benachbarte der
zweiten inneren Elektroden 16 bilden zur Erzeugung einer
statistischen Kapazität
darin, wobei eine dielektrische Schicht 17 zwischen dieselben liegt,
ein Paar. Die ersten inneren Elektroden 15 sind elektrisch
mit der ersten äußeren Elektrode 13 verbunden,
während
die zweiten inneren Elektroden 16 elektrisch mit der zweiten äußeren Elektrode 14 verbunden sind.
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Die
oben erwähnten
Merkmale der Strukturanordnung an sich könnten Fachleuten auf dem Gebiet,
zu dem die Erfindung gehört,
bekannt sein. Einige charakterisierende Merkmale dieses Ausführungsbeispiels sind
unten dargelegt.
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Wie
durch die Verwendung einer Schraffierung in 1 gezeigt
ist, weist der „obere" äußere dielektrische Schichtabschnitt 19 eine
dielektrische Durchbruchverhinderungsschicht 21 auf, die
auf der oberen inneren Elektrode gebildet ist; ähnlich weist der „untere" äußere Schichtabschnitt 20 eine
dielektrische Durchbruchverhinderungsschicht 22 auf der
unteren inneren Elektrode auf. Diese dielektrischen Durchbruchverhinderungsschichten 21, 22 sind
aus einem ausgewählten
isolierenden oder dielektrischen Material hergestellt, das eine
spezifische relative Dielektrizitätskonstante ε aufweist,
die kleiner ist als diejenige der dielektrischen Schichten 17 in
dem Kapazitätsbildungsabschnitt 18 und
gleichzeitig kleiner oder gleich 300 ist. Die Dicke d [μm] einer
jeweiligen der dielektrischen Durchbruchverhinderungsschichten 21, 22 wird
wertemäßig sorgfältig ausgewählt, um
eine spezifische Formel zu erfüllen:
d > (0,2 × ε) + 20. Der
Grund für
ein Anwenden dieser Kriterien einer dielektrischen Durchbruchverhinderung
in Bezug auf das Material und Abmessungen wird aus der Erläuterung
weiterer Ausführungsbeispiele
später
in der Beschreibung ersichtlich.
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Durch
ein Bereitstellen der dielektrischen Durchbruchverhinderungsschichten 21, 22 mit
einer spezifisch entworfenen relativen Dielektrizitätskonstante
und Dicke in den gegenüberliegenden äußeren Schichtabschnitten 19, 20,
wie oben erwähnt
wurde, wird es möglich,
die Intensität
eines elektrischen Feldes dazu zu treiben, an den Kantenabschnitten
der äußeren Elektroden 13, 14 gesenkt
zu bleiben. Dies wiederum ermöglicht
eine erfolgreiche Verhinderung des Auftretens eines dielektrischen
Durchbruchs einer Oberfläche
in der Luft darin.
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Diese
Erfindung könnte
typischerweise nicht nur auf Keramikkondensatorvorrichtungen angewendet werden,
sondern auch auf andere Typen von Mehrschichtkondensatoren, die
andere dielektrische Materialien als Keramiken verwenden.
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Ein
exemplarischer Anordnungszustand des Mehrschichtkondensators 11 aus 1 ist
in 2 gezeigt, wo der Kondensator 11 auf
einer gedruckten Schaltungsplatine (PCB) oder einer gedruckten Verdrahtungsplatine
(PWB) 23 angebracht ist.
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Wie
in 2 gezeigt ist, ist der Mehrschichtkondensator 11 starr
auf der PWB 23 platziert und elektrisch an äußeren Elektroden 13, 14 mit
zugeordneten leitfähigen
Verbindungsanschlussflächen
oder „Anschlussbereichen" 24, 25 auf
der PWB 23 über
Lötmittel 26, 27,
das darauf aufgebracht wird, gekoppelt.
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Üblicherweise
würde der
Pegel eines dielektrischen Durchbruchs einer Oberfläche des
Mehrschichtkondensators 11 nach einer Befestigung auf der
PWB 23 niedriger geworden sein als zuvor. Dies kann ausgesagt
werden, da in dem befestigten Zustand die Entfernung z. B. zwischen
einer Abschlusskante 28 eines leitfähigen Anschlussbereichs 25 und
einem entfernten Ende 29 der untersten inneren Elektrode 15a – diese
innere Elektrode 15a ist potentiell in ihrer Polarität entgegengesetzt
zu dem Anschlussbereich 25 – kleiner ist als die Entfernung
zwischen der entsprechenden Abschlusskante 30 der äußeren Elektrode 14 und
dem entfernten Ende 29 einer derartigen inneren Elektrode 15a,
was bewirkt, dass das elektrische Feld an der Abschlusskante 28 des
leitfähigen
Anschlussbereichs 25 stärker
wird.
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Diesbezüglich jedoch
sind bei dem in 1 gezeigten Mehrschichtkondensator 11 die äußeren Schichtabschnitte 19, 20 des
Kondensatorhauptkörpers 12 insbesondere
mit den dielektrischen Durchbruchverhinderungsschichten 21 bzw. 22 versehen.
Mit einer derartigen Anordnung wirkt bei Befestigung auf der PWB 23,
wie in 2 gezeigt ist, da die dielektrische Durchbruchverhinderungsschicht 22,
die auf der Seite der PWB 23 platziert ist, eine reduzierte
relative Dielektrizitätskonstante
aufweist, wie zuvor erwähnt
wurde, dies, um die Intensität
eines elektrischen Feldes, wie es zwischen der Abschlusskante 28 des
leitfähigen
Anschlussbereichs 25 und dem entfernten Ende 29 der
untersten inneren Elektrode 15a erzeugt wird, zu senken, wobei
so eine Unterdrückung
oder Beseitigung des Auftretens eines dielektrischen Durchbruchs
einer Oberfläche
ermöglicht
wird.
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Ein
Mehrschichtkondensator 11a, der hilfreich für ein Verständnis eines
anderen Ausführungsbeispiels der
Erfindung ist, ist in 3 gezeigt, wobei gleiche Teile
oder Komponenten wie diejenigen in den 1 und 2 lediglich
zu Zwecken einer Erläuterungsbequemlichkeit
durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind.
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Dieser
Mehrschichtkondensator 11a aus 3 ähnelt dem
(11), der in 1 gezeigt ist, wobei die dielektrischen Durchbruchverhinderungsschichten 21, 22 modifiziert
sind, um einen Teil jeweiliger äußerer Schichtabschnitte 19, 20 des
Kondensatorhauptkörpers 12 zu
bilden, und nicht die gesamte Region derselben. Insbesondere besteht
der obere äußere Schichtabschnitt 19 aus
zwei Teilen: einem Abschnitt einer oberen Hälfte, der aus der dielektrischen
Durchbruchverhinderungsschicht 21 gebildet ist, und einem
Abschnitt einer unteren Hälfte,
der eine ungültige
oder „Null"-Schicht 31 aufweist. Ähnlich besteht
der untere äußere Schichtabschnitt 20 aus
einem Abschnitt einer oberen Hälfte,
der aus einer Null-Schicht 32 gebildet ist, und einem Abschnitt
einer unteren Hälfte
der dielektrischen Durchbruchverhinderungsschicht 22, wie
gezeigt. Diese Null-Schichten 31, 32 könnten aus
dem gleichen Material wie demjenigen der dielektrischen Schichten 17 in dem
Kapazitätsbildungsabschnitt 18 hergestellt
sein.
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Mit
einer derartigen Konfiguration, die die „Teilverwendung" der dielektrischen
Durchbruchverhinderungsschichten 21, 22 in den äußeren Schichtabschnitten 19, 20 verwendet,
sind auch ähnliche
Vorteile einer „dielektrischen
Durchbruchverhinderung einer Oberfläche" erzielbar, dahingehend, dass das Dickeneinstellungskriterium
erfüllt
ist.
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Es
wird in 3 angemerkt, dass, während die
inneren Elektroden 15, 16 und ihre zugeordneten
dielektrischen Schichten 17 in dem Kapazitätsbildungsabschnitt 18 zahlenmäßig größer sind
als diejenigen des Ausführungsbeispiels
aus 1, dies keinen wesentlichen Unterschied zu demselben
bildet.
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Es
wird ebenso angemerkt, dass in 3, während die
dielektrischen Durchbruchverhinderungsschichten 21, 22 an
den gegenüberliegenden
Peripherieoberflächen
der äußeren Schichtabschnitte 19, 20 angeordnet
sind, gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung diese alternativ an inneren Peripherieoberflächen derselben
gebildet sein könnten.
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Ein
Mehrschichtkondensator 11b, der hilfreich für ein Verständnis eines
weiteren Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist, ist in 4 gezeigt,
wobei zu Klarheitszwecken gleiche Bezugszeichen verwendet werden,
um gleiche Teile zu identifizieren.
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Der
Mehrschichtkondensator 11b aus 4 könnte dem 11a,
der in 3 gezeigt ist, ähneln, wobei die inneren Elektroden 15, 16 durch
eine Gruppe erster innerer „Anschlussleitungs"-Elektroden 33,
die elektrisch mit der ersten äußeren Elektrode 13 verbunden
sind, zweiter innerer Anschlussleitungselektroden 34, die
elektrisch mit der zweiten äußeren Elektrode 14 verbunden
sind, und einer Mehrzahl isolierter oder „elektrisch schwebender" innerer Elektrodenabschnitte 35 ersetzt
sind, wie in 4 gezeigt ist. Der Ausdruck „Anschlussleitung", wie er hierin verwendet
wird, könnte
sich auf jeden Leiter zur Verwendung beim elektrischen Koppeln der
inneren Elektrodensegmente mit einer der ersten und der zweiten äußeren Elektrode 13, 14 beziehen.
Die schwebenden bzw. floatenden inneren Elektroden 35 sind
zwischen den ersten und den zweiten inneren Anschlussleitungselektroden 33, 34 zum
Erzeugen einer Serienkombination mehrerer Kapazitäten im Inneren
des Kapazitätsbildungsabschnitts 18 angeordnet.
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Allgemein
weist dieser Mehrschichtkondensator eine Laminierung einer Mehrzahl übereinandergelegter
Schichten auf, wobei einige oder alle derselben innere Elektroden
oder innere Elektrodenabschnitte umfassen könnten. So könnte z. B. die Laminierung
aus einer Anzahl von Schichten bestehen, wobei jede eine innere
Elektrode umfasst, oder einer Anzahl von Schichten, wobei jede eine
Mehrzahl innerer Elektroden umfasst, oder aus einer Anzahl von Schichten,
von denen einige keine inneren Elektroden umfassen.
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Bei
der Struktur aus 4 ist ein Array sieben floatender
innerer Elektrodenabschnitte 35 zwischen einem Paar gegenü berliegender
erster und zweiter innerer Anschlussleitungselektroden 33, 34 angeordnet, wodurch
eine Folge von acht in Serie geschalteten Kapazitätskomponenten,
die dem zugeordnet sind, gebildet wird. Wie jedoch für Fachleute
auf diesem Gebiet zu erkennen ist, ist die Erfindung nicht ausschließlich auf diese
genaue Anzahl eingeschränkt.
Die inneren in Serie geschalteten Kapazitätskomponenten könnten zahlenmäßig frei
wie erforderlich modifiziert werden, wie z. B. zwei, drei, vier,
fünf, sechs,
usw.
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Ein
wesentlicher Vorteil der Mehrschichtkondensatorstruktur 11a aus 4 besteht
darin, dass sie den „Kapazitätsunterteilungs"-Effekt liefert,
der wiederum dazu dient, den Pegel von Hochspannungs-Standhaltecharakteristika
derselben weiter zu verbessern.
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Der
Rest dieser Beschreibung ist einer Erklärung einiger praktischer Beispiele,
die die Prinzipien der Erfindung einsetzen, gewidmet. Zuerst wird
eine exemplarische Vorrichtung betrachtet, die die Struktur des Ausführungsbeispiels
aus 1 aufweist, die in einer Weise, die unten dargelegt
wird, hergestellt ist.
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Ein
Kapazitätsbildungsabschnitt 18 wurde
durch ein aufeinander folgendes Laminieren dielektrischer Schichten 17 mit
einer Dicke von 100 μm
mit einer relativen Dielektrizitätskonstante
von 2.500 gemeinsam mit zwei inneren Elektroden 15 und
zwei Elektroden 16 hergestellt, um die in 1 gezeigte
Mehrschichtstruktur bereitzustellen. Dann wurde eine Vielzahl von
Proben hergestellt, bei denen die relative Dielektrizitätskonstante
dielektrischer Durchbruchverhinderungsschichten 21, 22 zwischen
Proben auf eine derartige Art und Weise variiert wurde, um Werte
von 100, 200 und 300 zu zeigen, während gleichzeitig bewirkt
wurde, dass sich die Dicke unter Werten von 20, 40, 60, 80, 100,
120 und 140 μm
veränderte.
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Die
resultierenden Mehrschichtkeramikkondensatorproben wurden dem AC-BVD-Test
zur Identifizierung eines Vorliegens oder Nicht-Vorliegens einer
oberirdischen Entladung unterzogen, um den resultierenden Pegel
eines dielektrischen Durchbruchs einer Oberfläche in Bezug auf jede Probe
zu analysieren und zu bewerten. Während dieser Testprozedur wurde
sich des dielektrischen Durchbruchs einer Oberfläche vergewissert, indem beobachtet
wurde, ob eine oberirdische Entladung auf das Anlegen einer Wechselspannung,
deren Potential mit einer Rate von 200 V pro Sekunde anstieg, zwischen
die äußeren Elektroden 13, 14,
während sich
jede Probe in der Luft befand, hin stattfand.
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Tabelle
1 unten zeigt gut die Korrelation der relativen Dielektrizitätskonstante
und der Dicke der dielektrischen Durchbruchverhinderungsschichten 21, 22 gegenüber der
Rate eines Auftretens (Anzahl eines Auftretens geteilt durch Gesamtprobeanzahl)
eines dielektrischen Durchbruchs einer Oberfläche.
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Wie
für Fachleute
auf diesem Gebiet aus der vorstehenden Tabelle 1 zu sehen ist, könnte die
Verhinderung eines dielektrischen Durchbruchs einer Oberfläche erfolgreich
unter spezifischen Bedingungen erzielt werden, dass die dielektrischen
Durchbruchverhinderungsschichten 21, 22 eine relative
Dielektrizitätskonstante
von kleiner oder gleich 300 aufweisen und gleichzeitig deren Dicke
folgende Gleichung erfüllt: d > (0,2 × ε) + 20,wobei
d die Dicke der Schichten 21, 22, gemessen in
Mikrometern (μm)
ist.
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Als
Nächstes
wurden einige tatsächliche
Arbeitsproben des Mehrschichtkeramikkondensators 11b, der
in 4 gezeigt ist, ebenso auf eine Art und Weise,
wie unten erklärt
ist, hergestellt.
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Ein
Kapazitätsbildungsabschnitt 18 wurde
durch ein sequentielles Laminieren dielektrischer Schichten 17,
die 30 μm
dick sind, mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 2.500 gemeinsam
mit inneren Anschlussleitungselektroden 33, 34 und
elektrisch floatenden inneren Elektrodensegmenten 35, derart,
dass diese inneren Elektroden eine Laminierungsanzahl von vierzig
(40) aufwiesen, hergestellt. Das gleiche dielektrische Material
wurde für
dielektrische Schichten 17 und Null-Schichten 31, 32 verwendet,
die beide eine Dicke von 50 μm
aufwiesen. So wurden mehrere Proben hergestellt, einschließlich (1)
einer Kondensatorstruktur, die dielektrische Durchbruchverhinderungsschichten 21, 22,
die 300 μm
dick sind, mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 2.500 aufweist,
(2) eines Kondensators, der dielektrische Durchbruchverhinderungsschichten 21, 22,
die 50 μm
dick sind, mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 300 aufweist,
und (3) eines Kondensators, der dielektrische Durchbruchverhinderungsschichten 21, 22,
die 100 μm
dick sind, mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 300 aufweist.
Diese drei Typen von Proben werden im Folgenden zu Klarheitszwecken
durch Bezeichnungen „SPL1" bis „SPL3" identifiziert.
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Wie
im vorherigen Fall wurden resultierende Mehrschichtkeramikkondensatorproben
dem AC-BVD-Test zur Identifizierung eines Vorliegens oder Nicht-Vorliegens
einer oberirdischen Entladung unterzogen, um einen resultierenden
Pegel eines dielektrischen Durchbruchs einer Oberfläche in Bezug
auf jede Probe zu bewerten. Tabelle 2, die unten gezeigt ist, stellt
die Beziehung eines Durchschnittswerts (X), eines maximalen Werts
(MAX), eines minimalen Werts (MIN) und einer Abweichung (σ) des Pegels
eines dielektrischen Durchbruchs einer Oberfläche (AC-BVD) in Bezug auf 20
hergestellte Testproben dar.
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Es
ist für
Experten auf diesem Gebiet zu sehen, dass in der Tabelle 2 oben
das Verhalten der Probe SPL1 gleichwertig zum Stand der Technik
sein könnte,
wohingegen SPL3, die die Kriterien „relative Dielektrizitätskonstante/Dicke", wie durch die oben
vorgelegte Formel gegeben, erfüllt,
bei Gesamtcharakteristika eines dielektrischen Durchbruchs herausragender
ist als die Früheren.
Dies zeigt die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung selbst zur
Verwendung mit Mehrschichtkondensatoren des Typs, die in Serie geschaltete
Kapazitätskomponenten
aufweisen, die darin gebildet sind.
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Es
sollte angemerkt werden, dass, wie durch ein Vergleichen der Proben
SPL1 und SPL2 zu sehen ist, wenn die relative Dielektrizitätskonstante
der dielektrischen Durchbruchverhinderungsschichten 21, 22 wertemäßig von
2.500 auf 300 reduziert wird, der resultierende Pegel eines dielektrischen
Durchbruchs einer Oberfläche
im Wesentlichen identisch blieb, und zwar unabhängig von der Tatsache, dass
die Dicke derselben von 300 auf 500 μm abnahm. Man glaubt, dass dies
von dem Vorliegen einer Serienkombination von Kapazitätskomponenten
in dem Kapazitätsbildungsabschnitt 18 aus 4 herrührt, die
erfolgreich funktioniert, um einen derartigen möglichen Rückgang des Pegels eines dielektrischen
Durchbruchs der Oberfläche
zu „kompensieren".
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Wie
oben beschrieben wurde, ist gemäß der vorliegenden
Erfindung der einzelne der äußeren Schichtabschnitte
des Kondensatorhauptkörpers
insbesondere konfiguriert, um seine ausschließliche dielektrische Durchbruchverhinderungsschicht
aufzuweisen. Diese dielektrische Durchbruchverhinderungsschicht
ist derart, dass ihre relative Dielektrizitätskonstante ε wertemäßig kleiner
ist als diejenige von dielektrischen Schichten des Kapazitätsbildungsabschnitts
und ebenso nicht mehr als 300 beträgt, während die Dicke d [μm] derselben
insbesondere so ausgewählt
ist, um die folgende Formel zu erfüllen: d > (0,2 × ε) + 20. Bei einer derartigen
Anordnung könnten,
wie für
Fachleute auf diesem Gebiet angesichts der vorangegangen Beschreibung
in Verbindung mit einigen Ausführungsbeispielen
zu erkennen ist, die äußeren Elektroden
in der Intensität
eines elektrischen Feldes an Kantenabschnitten derselben gesenkt
bleiben, was wiederum vorzugsweise dazu dient, einen dielektrischen
Durchbruch einer Oberfläche
in der Luft zu beseitigen oder zumindest stark zu unterdrücken, was
anderweitig aufgrund eines Spannungsanlegens auftritt, während gleichzeitig
verhindert wird, dass ein derartiger dielektrischer Durchbruch einer
Oberfläche
versucht, während
einer Anordnung auf PWBs zu entstehen. Folglich kann ein Verwenden
der Prinzipien der Erfindung ein Erzielen verbesserter Mehrschichtkondensatoren,
die zur Verwendung mit einem Mittel- oder Hochspannungs-Standhalteschaltungsaufbau
anpassbar sind, erlauben. Es. sollte angemerkt werden, dass bei
dieser Erfindung ein Setzen des Werts der relativen Dielektrizitätskonstante
der dielektrischen Durchbruchverhinderungsschichten auf 300 oder
weniger auf der Tatsache basiert, dass, wenn dieser andernfalls über diesen
Wert hinaus ansteigt, die resultierende für die dielektrische Durchbruchverhinderungsschich ten
erforderliche Dicke zunimmt, was bewirkt, dass die Gesamtdicke von
Mehrschichtkondensatoren unerwünschterweise
entsprechend ansteigt, wenn die vorliegende Erfindung in der Praxis
angewendet wird.
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Während die
Erfindung Bezug nehmend auf bevorzugte Ausführungsbeispiele derselben gezeigt
und beschrieben wurde, ist für
Fachleute auf diesem Gebiet zu erkennen, dass die vorstehenden und
andere Veränderungen
an Form und Details hierin vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich
der Erfindung, wie in den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist, abzuweichen.
