DE69733863T2 - Elektronische bauteile und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektronische Bauteile wie etwa einen Vielschicht-Varistor, etc. und Verfahren zur Herstellung derselben.
  • Ein herkömmliches elektronisches Bauteil, welches mindestens ein Paar von Elektroden auf der Oberfläche des Bauteilekörpers aufweist, wird mit Harz ausschließlich in einem Bereich beschichtet, in welchem die Elektroden nicht ausgebildet sind.
  • Die Wasserwiderstandsfähigkeit kann durch Harz verbessert werden, welches in den Körper imprägniert ist. Es besteht jedoch ein Problem für die vorstehend beschriebene Struktur in der Weise, dass Wasser, etc. an dem Rand der Elektrode eindringt und eine Verschlechterung der Eigenschaften bewirkt.
  • JP-A-01009607 bezieht sich auf ein chipförmiges elektronisches Bauteil, welches einen Körper, mindestens ein Paar von Elektroden, welche auf der Oberfläche des Körpers ausgebildet sind, und eine Isolationsschicht umfasst, welche auf der Oberfläche des Körpers ausgebildet ist und welche einen Bereich bedeckt, in welchem das Paar von Elektroden nicht ausgebildet ist, und weil die Elektrodenschicht porös ist, werden die Feuerlöcher beim Imprägnieren mit einem Harz gefüllt.
  • Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein elektronisches Bauteil bereitzustellen, bei welchem das Eindringen von Wasser, etc. durch die Elektrodenkante durch Abdecken der Elektrodenkante mit einer isolierenden Schicht verhindert wird.
  • Ein elektronisches Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 festgelegt.
  • Da die beanspruchte Struktur, in welcher eine Isolationsschicht auf der Oberfläche bereitgestellt wird, die Kanten der Elektroden bedeckt, wird ein Ablösen an den Kanten der Elektrode verhindert und gleichzeitig ein Eindringen von Wasser durch die Elektrodenkante ebenso vermieden.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß der Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 7 festgelegt.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht und zeigt einen Vielschicht-Varistor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein Ablaufdiagramm und zeigt die Schritte des Herstellungsprozesses eines Vielschicht-Varistors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht und zeigt einen Varistor nach der Siliconlackimprägnierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht und zeigt einen Varistor nach zentrifugaler Bearbeitung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht und zeigt einen Varistor nach Toluolabdichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist eine Querschnittsansicht und zeigt einen Varistor nach der Siliconharzaushärtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht und zeigt einen Varistor nach dem Schleifen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Nachfolgend wird ein elektronisches Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung und ein Verfahren zur Herstellung desselben mit Bezug auf die Zeichnungen eingehend beschrieben.
  • Gemäß 1 sind mehrere interne Elektroden 2, welche hauptsächlich aus Nickel (Ni) hergestellt sind, innerhalb des Varistors 1 vorhanden. Diese internen Elektroden 2 sind abwechselnd aus den jeweiligen Enden des Varistors 1 herausgezogen, um sie mit den externen Elektroden 3 elektrisch zu verbinden. Die externe Elektrode 3 besteht mindestens aus zwei Schichten: eine innere Schicht 3a ist hauptsächlich aus Nickel hergestellt, eine äußere Schicht 3b ist hauptsächlich aus Silber (Ag) hergestellt. Eine keramische Schicht 1a, welche zwischen und außerhalb der internen Elektroden 2a vorhanden ist, ist hauptsächlich aus SrTiO2 hergestellt, welches Nb2 O5, SiO2, etc. als untergeordnete Komponenten enthält. Eine innerhalb der Oberfläche bestehende Isolationsschicht 30 besteht aus einer Schicht, welche durch Bedecken der porösen Oberfläche innerhalb des Varistors 1 oder durch Auffüllen der Poren mit Siliconharz ausgebildet wird. Eine außerhalb der Oberfläche befindliche Isolationsschicht 31 besteht aus einer Schicht von Siliconharz, welche die Kante der externen Elektrode 3 abdeckt. Auf der Oberfläche der externen Elektrode 3 ist eine Plattierungsschicht 4 aufgebracht, welche aus einer Nickelschicht 4a und einer Lotschicht 4b besteht.
  • Gemäß 2 wird die keramische Schicht 1a mittels Prozess (11) hergestellt: Mischen des Rohmaterials, Kalzinierung, Zerkleinerung, Aufschlämmen und Ausbildung in Plattenform. Die keramische Platte 1a und die internen Elektroden 2 werden im Schritt (12) laminiert, im Schritt (13) geschnitten, im Schritt (14) wird Binder entfernt, im Schritt (15) wird engratet und die Kante gerundet. Die innere Schicht 3a der externen Elektrode 3 wird durch Beschichten (16) und Sintern (17) bei 1200 bis 1300°C in reduzierender Atmosphäre ausgebildet. Nachfolgend wird die äußere Schicht 3b durch Beschichtung (18) und Heizen (19) bei 800 bis 850°C zum Wiederaufoxidieren ausgebildet. Ein vollständig getrockneter Varistor 1 wird in einen Siliconlack eingetaucht (20), welcher 75% Toluol als Wiederlösungsmittel enthält, um den Varistor 1 mit Siliconlack zu imprägnieren.
  • Der Varistor 1 wird mit 6 bis 1500 kg/cm2 für beispielsweise 2 Minuten mit Druck beaufschlagt (21), während derselbe in den Siliconlack eingetaucht ist, um den Varistor weiterhin mit dem Siliconlack zu imprägnieren und derselbe wird daraufhin in normalen atmosphärischen Druck zurückgebracht, bei welchem der vielschichtige Varistor in Betrieb genommen wird. Der Varistor 1 ist in diesem Zustand über die gesamte Oberfläche mit Siliconlack 5 dick bedeckt, wobei der Varistor 1 und die externen Elektroden 3 mit Siliconlack 5 gemäß 3 bedeckt sind. Die Druckkraft kann entsprechend der Dichte des Varistors 1 festgelegt werden: der Varistor 1 von einer höheren Dichte kann bei einer höheren Kraft für eine einfachere Imprägnierung mit Druck beaufschlagt werden. Im Fall eines Varistors, dessen Hauptkomponente aus ZnO besteht, dessen Dichte hoch ist, kann die Druckkraft auf 500 bis 1500 kg/cm2 erhöht werden.
  • Der Varistor 1 wird aus dem Siliconlack herausgenommen und in einen Metallkorb (oder Metallnetz, etc.) gelegt, welcher auf eine Zentrifugaltrennvorrichtung gegeben wird, welche einen inneren Durchmesser von beispielsweise 60 cm aufweist und bei 500 bis 1500 r/min läuft (22 in 2) zum Entfernen des größten Teils von nicht notwendigem Siliconlack, welcher auf der Oberfläche des Varistors 1 anhaftet, wie in 4 gezeigt. Nachfolgend wird der Metallkorb, welcher den Varistor enthält, in Toluol (23) eingetaucht, für 5 bis 60 Sekunden einer Vibration ausgesetzt, herausgenommen und schnell auf beispielsweise 60°C erwärmt, um das Toluol, welches an der Oberfläche des Varistors 1 anhaftet, gemäß 5 zu entfernen. Anstelle des Eintauchens in Toluol kann der Varistor 1 aus dem Metallkorb herausgenommen werden und in SiO2-Pulver gelegt werden, welches inert in Bezug auf den Siliconlack ist, um nicht notwendigen Siliconlack 5, welcher an der Oberfläche des Varistors 1 anhaftet, zu absorbieren und daraufhin den Varistor 1 unter Verwendung eines Siebes oder einer anderen Einrichtung zu separieren. Durch den vorstehend beschriebenen Vorgang wird der nicht notwendige Anteil von Siliconlack 5, welcher an der Oberfläche des Varistors 1 anhaftet, entfernt.
  • Daraufhin wird der Varistor 1 zum Aushärten (24) des Siliconharzes auf ein Metallnetz aufgesetzt, um auf eine höhere Temperatur (ungefähr 125 bis 200°C) als die Aushärtetemperatur des Siliconharzes erhitzt zu werden, welches in dem Siliconlack 5 enthalten ist. Wenn, ein Teil des Siliconharzes, welches in die ersten Elektroden 3 und innerhalb des Varistors 1 eingedrungen ist, herausdringt, um die Oberfläche zu bedecken, wird ein Varistor 1 gemäß 6 erhalten. Danach wird der Varistor 1 in einen Behälter aus beispielsweise Polyethylen zusammen mit einem Schleifmittel aus SiC und Wasser gegeben, der Behälter geschlossen und unter mechanische Bewegung wie etwa Drehung, Vibration, etc. gesetzt, um die Oberfläche zu schleifen 25, um das Siliconharz, welches die Oberfläche der externen Elektroden 3 bedeckt, bis zu einem Ausmaß zu entfernen, sodass Aufbringen einer Metallschicht oder andere nachfolgende Prozessschritte nicht ungünstig beeinflusst werden. Während des Schleifens 25 der Oberfläche wird das Siliconharz auf der Oberfläche der externen Elektroden durch mechanischen Stress selektiv entfernt, welcher auf den Varistor 1 aufgrund der Tatsache aufgebracht wird, dass die Adhäsionskraft des Siliconharzes nach dem Aushärten in Bezug auf den Varistor 1 größer ist als mit der Oberfläche der externen Elektroden 3. Etwas Siliconharz kann an der inneren Oberfläche der externen Elektroden 3 verbleiben, wobei der elektrische Kontakt der externen Elektroden 3 durch das Siliconharz nicht beeinträchtigt wird.
  • Die Oberfläche der externen Elektrode des Varistors 1 wird metallisiert 26, um einen Vielschicht-Varistor, wie in 1 veranschaulicht, zu erhalten.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird ein Vielschichten-Varistor mit verbesserter Wasserwiderstandsfähigkeit durch die Ausbildung einer Isolationsschicht 30 mit innerhalb der Oberfläche imprägniertem Siliconharz innerhalb des Varistors 1 implementiert, wobei bei diesem Vielschicht-Varistor das Ablösen an der Kante der externen Elektrode 3 durch die Ausbildung einer außerhalb der Oberfläche befindlichen Isolationsschicht 31 ebenso verhindert wird und die externe Elektrode 3 die Metallisierung 26 oder andere nachfolgende Prozessschritte nicht ungünstig beeinflusst.
  • Nachfolgend werden einige wesentliche Punkte in Bezug auf einen Vielschicht-Varistor gemäß der vorliegenden Ausführungsform und dessen Herstellungsverfahren beschrieben.
  • Mit Bezug auf 1 wird durch Ausbilden einer außerhalb der Oberfläche befindlichen Isolationsschicht 31, so dass dieselbe die Kante der externen Elektroden 3 bedeckt, welche an den Enden des Varistors 1 ausgebildet sind und einen Teil der Seitenoberflächen abdeckt, das Eindringen von Metallisierungsflüssigkeit, Wasser, etc. in den Varistor 1 durch die Grenzschicht zwischen der externen Elektrode 3 und dem Varistor 1 verhindert.
  • Ob eine innerhalb der Oberfläche befindliche Isolationsschicht 30 und eine außerhalb der Oberfläche befindliche Isolationsschicht 31 ausgebildet sind, kann dies durch visuelle Inspektion der Oberfläche des Vielfach-Varistors identifiziert werden, da eine auf der Außenseite befindliche Isolationsschicht 31 und eine innerhalb der Oberfläche befindliche Isolationsschicht 30 eine glänzende Oberfläche aufweisen. Dies macht die Auswahlarbeit einfacher.
  • Wenngleich Siliconharz beispielhaft als Isolationsmaterial zur Ausbildung der außerhalb der Oberfläche befindlichen Isolationsschicht 31 und der innerhalb der Oberfläche be findlichen Isolationsschicht 30 verwendet wurde, können andere Harze selbstverständlich verwendet werden, vorausgesetzt, dass dieselben eine bestimmte Hitzebeständigkeit, isolierende Eigenschaft, wasserabweisende Eigenschaft und geringe wasserabsorbierende Eigenschaft aufweisen; entweder eines oder mehr als eines aus der Gruppe von Epoxyharz, Acrylharz, Polybutadienharz, Phenolharz, etc. können für den Zweck verwendet werden, neben dem Siliconharz.
  • Anstelle des Harzes oder in Mischung mit dem Harz kann mindestens eine Art von Metallalkoxid ausgewählt aus der Gruppe von Silicium, Titan, Aluminium, Zirkon, Yttrium und Magnesium verwendet werden, um denselben Effekt zu erzielen.
  • Wenn das Metallalkoxid verwendet wird, wird die Imprägnierlösung mit Alkohol oder anderen ähnlichen Lösungsmitteln hergestellt, welche Metallalkoxide lösen.
  • Die innerhalb der Oberfläche befindliche Isolationsschicht 30 weist vorzugsweise eine größtmögliche Dicke soweit die Eigenschaften eines Vielschicht-Varistors nicht beeinträchtigt werden, wobei gleichzeitig der dünnste Teil der innerhalb der Oberfläche befindlichen Isolationsschicht 30 aus Siliconharz nach dem Aushärten vorzugsweise gleich oder dicker als 10 μm ist. Dies ist durch die Auswahl der Viskosität des Siliconlacks 5, den Anteil des Lösungsmittels und durch die Druckkraft einstellbar.
  • Die Wirkung des Druckes wird durch Bereitstellen eines Zustandes verbessert, in welchem der Druck vor dem Schritt der Druckbeaufschlagung für die Imprägnierung des Siliconlacks 5 in den Varistor 1 geringer ist als der normale atmosphärische Druck.
  • Neben SiO2 das beispielhaft als Pulver angeführt wurde, welches inert gegenüber dem Siliconlack 5 ist, können andere Pulver ebenso verwendet werden, vorausgesetzt, dass dieselben nicht mit der Imprägnierlösung, welche in den Varistor 1 imprägniert werden soll, reagiert: entweder eines oder eine Mischung von ZrO2, Al2O3, MgO können für den gleichen Zweck dienen.
  • Eine härtere, außerhalb der Oberfläche befindliche Isolationsschicht 31 wird durch gründliches Entfernen eines Lösungsmittels ausgebildet, welches in dem Siliconlack 5 vorhanden ist, welcher in den Varistor 1 durch Wärme, vor der Aushärtung bei einer Temperatur niedriger als der Siedepunkt, imprägniert wird.
  • Die Eigenschaft der Feuchtigkeitsresistenz kann durch mehrmaliges Wiederholen der Prozessschritte vom Eintauchen in den Siliconlack 5 bis zu dem Oberflächenschleifen verbessert werden, vorzugsweise zweimal. Hierdurch wird das Siliconharz weiterhin innerhalb des Varistors 1 imprägniert.
  • Es ist weiterhin vorzuziehen, dass die Kante des Körpers eine gerundete Form aufweist. Diese Form mindert die Konzentration von Beanspruchung auf einen Teil der externen Elektrode aus, wenn die organische Substanz auf der Elektrode 3 durch Schleifen entfernt wird.
  • Wenngleich in der vorliegenden Ausführungsform ein Vielschicht-Varistor, welcher Strontiumtitanoxid als eine Hauptkomponente verwendet, beispielhaft dargestellt wurde, werden die gleichen Wirkungen ebenso mit einem Vielschicht-Varistor, welcher Zinkoxid als Hauptkomponente verwendet, erreicht, ebenso bei keramischen Thermistoren, Kondensatoren, Widerständen oder anderen elektronischen Bauteilen im Allgemeinen. Die vorliegende Erfindung erbringt die gleichen Wirkungen nicht nur in elektronischen Komponenten vom Vielschichttyp, sondern auch in elektronischen Komponenten jedweder Form, beispielsweise plattenförmige elektronische Komponenten.
  • Die Isolationsschicht, welche durch Imprägnieren in die Oberfläche hinein ausgebildet wird, verhindert Verschlechterung der Eigenschaft der Feuchtigkeitsresistenz, und die Isolationsschicht, welche auf der Oberfäche ausgebildet ist, verbessert die Festigkeit der Elektrode, wodurch das Ablösen an der Kante der Elektrode verhindert wird. Weiterhin trägt dies dazu bei, das Eindringen von Feuchtigkeit, etc. durch die Kanten der Elektroden in den Innenbereich zu verhindern. Die Eigenschaft der Feuchtigkeitsresistenz wird um einen weiteren Schritt erhöht.

Claims (16)

  1. Ein elektronisches Bauteil, welches umfasst: einen Körper (1), mindestens ein Paar von Elektroden (3), welche auf einer Oberfläche des Körpers (1) mit einem festgelegten Abstand ausgebildet sind; eine Isolationsschicht (30, 31), welche auf der Oberfläche des Körpers (1) ausgebildet ist und einen Abschnitt bedeckt, in welchem das Paar der Elektroden (3) nicht ausgebildet ist, und an einem Randabschnitt des Paars von Elektroden (3) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (30, 31) eine innerhalb der Oberfläche befindliche Isolationsschicht (30) und eine außerhalb der Oberfläche befindliche Isolationsschicht (31) umfasst, welche durch Imprägnieren des Körpers (1) mit einem Isolationsmaterial ausgebildet wird; und die Isolationsschicht (30, 31) mit einem Metall-Alkoxid ausgebildet ist, welches mindestens ein Bestandteil aus der Gruppe bestehend aus Siliciumalkoxid, Titanalkoxid, Aluminiumalkoxid, Zirkonalkoxid, Yttriumalkoxid und Magnesiumalkoxid umfasst.
  2. Das elektronische Bauteil gemäß Anspruch 1, wobei die Isolationsschicht (30, 31) weiterhin ein Harz umfasst.
  3. Das elektronische Bauteil gemäß Anspruch 2, wobei das Harz mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliconharz, Epoxidharz, Acrylharz, Polybutadienharz und Phenolharz ist.
  4. Das elektronische Bauteil gemäß Anspruch 1, wobei eine Dicke der innerhalb der Oberfläche befindlichen Isolationsschicht (30) nicht geringer als 10 μm ist.
  5. Das elektronische Bauteil gemäß Anspruch 1, wobei ein Ende des Körpers (1) eine gerundete Form aufweist.
  6. Das elektronische Bauteil gemäß Anspruch 1, wobei die auf der Außenseite befindliche Isolationsschicht (31) glänzend ist.
  7. Ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils, welches die Schritte umfasst: Ausbilden von mindestens einem Paar von Elektroden (3) auf einer Oberfläche eines Körpers (1) mit einem festgelegten Abstand; und Ausbilden einer Isolationsschicht (30, 31) auf der Oberfläche des Körpers (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Ausbilden der Isolationsschicht (30, 31) die Schritte umfasst: Inberührungbringen einer Oberfläche des Körpers (1) mit einer Imprägnierlösung (5), welche mindestens eine organische Substanz enthält zur Bedeckung der Oberfläche des Körpers (1) mit der Imprägnierlösung (5), wobei ein Teil der Imprägnierlösung (5) in den Körper (1) einimprägniert wird; Entfernen der Imprägnierlösung (5), welche die Oberfläche des Körpers (1) bedeckt; Aushärten der organischen Substanz, welche in der Imprägnierlösung (5) enthalten ist, derart, dass ein Teil des Anteils der Imprägnierlösung (5) aus dem Körper (1) herausgetrennt wird, wodurch eine innerhalb der Oberfläche befindliche Isolations schicht (30) und eine außerhalb der Oberfläche befindliche Isolationsschicht (31) ausgebildet wird; und Entfernen eines Teiles der außerhalb der Oberfläche befindlichen Isolationsschicht (31), welche auf einer Oberfläche des Paares von Elektroden (3) ausgebildet ist, durch Schleifen.
  8. Das Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß Anspruch 7, wobei der Schritt zum Inberührungbringen einer Oberfläche des Körpers (1) mit einer Imprägnierlösung (5) mehrere Male wiederholt wird.
  9. Das Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß Anspruch 7, wobei die organische Substanz mindestens eines enthält, ein Metall-Alkoxid und ein Harz.
  10. Das Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß Anspruch 7, wobei die organische Substanz Metall-Alkoxid enthält, wobei das Metall-Alkoxid mindestens eines umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliciumalkoxid, Titanalkoxid, Aluminiumalkoxid, Zirkonalkoxid, Yttriumalkoxid und Magnesiumalkoxid.
  11. Das Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß Anspruch 7, wobei die organische Substanz Harz enthält, wobei das Harz mindestens eines ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliconharz, Epoxidharz, Acrylharz, Polybutadienharz und Phenolharz.
  12. Das Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß Anspruch 7, wobei der Körper (1) bei dem Schritt des Inberührungbringens einer Oberfläche des Körpers (1) mit einer Imprägnierlösung (5) mit Druck beaufschlagt wird.
  13. Das Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß Anspruch 7, wobei der Schritt des Entfernens der Imprägnierlösung (5) durch mindestens einen Vorgang aus zentrifugalem Trennen, Waschen mit einer organisch lösenden Flüs sigkeit und Inberührungbringen mit einem Pulver, welches in Bezug auf die Imprägnierlösung inert ist, durchgeführt wird.
  14. Das Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß Anspruch 13, wobei das Pulver mindestens eines ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SiO2, ZrO2, Al2O3 und MgO.
  15. Das Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß Anspruch 7, wobei das Schleifen durchgeführt wird mindestens durch Bewegen eines Behälters, in welchem der Körper (1) und eine Flüssigkeit vorhanden ist.
  16. Das Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils gemäß Anspruch 7, wobei das Paar von Elektroden (3) ausgebildet wird, nachdem eine Kante des Körpers (1) mit einer gerundeten Form versehen wurde.
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