EP1586099B1 - Verfahren zur herstellung eines elektronischen bauelements - Google Patents

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EP1586099B1
EP1586099B1 EP03815532.1A EP03815532A EP1586099B1 EP 1586099 B1 EP1586099 B1 EP 1586099B1 EP 03815532 A EP03815532 A EP 03815532A EP 1586099 B1 EP1586099 B1 EP 1586099B1
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EP
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resistance
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Christian Hesse
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Epcos AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
    • H01C17/22—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for trimming
    • H01C17/24—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for trimming by removing or adding resistive material
    • H01C17/2416—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for trimming by removing or adding resistive material by chemical etching

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electrical component, which has a main body and two opposing outer electrodes.
  • Electroceramic devices such as NTC thermistors are needed in large quantities with a very tight tolerance of the ohmic resistance.
  • Methods are known for producing such components, in which a large number of such components having different resistance values are produced. The lying within a given resistance tolerance components are determined by electrical measurement and then separated from the integrity of the components.
  • This method has the disadvantage that a relatively large scrap of components must be accepted.
  • NTC thermistors In order to reduce this committee, it is also known to produce NTC thermistors by the components are adjusted to a desired resistance by mechanical removal of parts of the ceramic body and possibly also the outer electrodes.
  • this method has the disadvantage that it is not possible or only with great effort in very small designs, for example in the design 0402 with dimensions of 1 mm x 0.5 mm x 0.5 mm.
  • the method described has the advantage that, dispensing with mechanical processing methods, for example, waiving loops, rasps or planing a simple and easy to implement equipment with little effort to produce the device is provided with a predetermined target value for the electrical resistance.
  • the said method also has the advantage that it is particularly suitable for the production of components with a very small volume, where a mechanical processing of the body would require a very high time and equipment expense.
  • the main body produced in process step a) have an actual resistance which is below the nominal resistance. Only in this case it is possible to achieve an adaptation of the actual resistance to the nominal resistance by etching away parts of the basic body.
  • a base body containing a ceramic material is used. This has the advantage that the required in a variety of applications electroceramic devices, surface mount NTC thermistors or similar devices can be easily and inexpensively manufactured.
  • nickel-manganese spinels of the formula Ni III 1-z [Mn III 2 Mn II z ] O 4 may be used as material for NTC thermistors, where 0 ⁇ z ⁇ 0.4.
  • This embodiment of the method has the advantage that it allows the processing or adjustment of the resistance value for very small components, where mechanical processing would be possible only with great effort.
  • the method can be carried out particularly advantageously by immersing the base body in a liquid which corroses the material of the base body.
  • This approach has the advantage that the removal of the material of the body is substantially uniform, so that massive damage to one or a few specific locations can be avoided.
  • the procedure described has the further advantage that several bodies can be treated simultaneously in a single process step.
  • sulfuric acid can be used as corrosive liquid.
  • the etching can also be carried out by dry etching.
  • the actual value of the resistance can be measured before step b).
  • This approach has the advantage that a control mechanism for the Weglegien can be provided. It is possible to draw conclusions about the etching process from the deviation between the desired value and the actual value of the resistance.
  • a duration for the etching process for example in a corrosive liquid, by determining the difference between the desired value of the resistor and the actual value of the resistor.
  • relationships between the etching time and the resistance increase thereby achieved for a type of component are measured by experiments.
  • a predetermined etching time can be determined on the basis of the measurement of the actual resistance and the resulting difference from the nominal resistance.
  • the resistance of the component will then be with sufficient accuracy in the vicinity of the desired value.
  • Measuring the resistance before initiating step b) of the method may be advantageous for determining whether an approximation of the resistance can occur at all with the aid of the etching. This would not be the case, for example, if such large tolerances occur in the manufacture of the base body that the resistance of the component is greater than the desired value already during production. By etching the body could be done in this case, no further adjustment to the target value, since by etching the body of the resistance can only be increased, but not lowered.
  • FIG. 1 shows an NTC thermistor with a base body 1, which consists of the ceramic material NiMn spinel or other similarly suitable material. On opposite side surfaces of the main body 1 external contacts 21, 22 are mounted. By etching away parts of the main body 1, the current path between the external contacts 21, 22 can be narrowed, as shown by the dashed lines. As a result, the resistance of the component increases. It is thus possible to increase the resistance of the device by etching of the base body 1 so that a desired resistance is achieved with sufficient accuracy.
  • the device off FIG. 1 corresponds to the design 0603, which means that the component has the following dimensions: 1.6 mm x 0.8 mm x 0.8 mm.
  • the height of the main body 1 is 0.8 mm.
  • the length, the depth, the width or the diameter of a component come into consideration. It's special advantageous for the method described here to use components whose smallest dimension is smaller than 3 mm.
  • the external contacts (21, 22) consist of a material which is not attacked by the etching solution or significantly less than the ceramic material is attacked, so that the solderability remains.
  • a 3-layer metallization with an Ag / Ni / Sn layer sequence or with a silver / palladium metallization.
  • FIG. 2 shows such a calibration curve for a device of the type 0603 with a resistance R25, measured at 25 ° C, of 6000 ⁇ . It is in FIG. 2 the resistance R25, measured in ⁇ , plotted over the etching time t, measured in minutes. As the etching solution, a 10% sulfuric acid was used. FIG. 2 shows measuring points at the measuring times 0, 1, 5 and 10 minutes. It can be clearly seen that the resistance R25 increases with increasing etching time.
  • the present invention is not limited to NTC thermistors, but can be applied to any electrical device whose resistance depends on the geometric dimensions of its body.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Bauelements, das einen Grundkörper sowie zwei gegenüberliegende Außenelektroden aufweist.
  • Elektrokeramische Bauelemente, beispielsweise NTC-Thermistoren werden in großen Stückzahlen mit einer sehr engen Toleranz des ohmschen Widerstandes benötigt. Es sind Verfahren zur Herstellung solcher Bauelemente bekannt, bei denen eine Vielzahl solcher Bauelemente mit unterschiedlichsten Widerstandswerten hergestellt werden. Die innerhalb einer vorgegebenen Widerstandstoleranz liegenden Bauelemente werden durch elektrische Messung ermittelt und anschließend aus der Ganzheit der Bauelemente abgesondert.
  • Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß ein relativ großer Ausschuß der Bauelemente in Kauf genommen werden muß.
  • Um diesen Ausschuß zu vermindern, ist es desweiteren bekannt, NTC-Thermistoren herzustellen, indem durch mechanisches Abtragen von Teilen des keramischen Grundkörpers sowie ggf. noch der Außenelektroden die Bauelemente auf einen Sollwiderstand hin abgeglichen werden. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß es bei sehr kleinen Bauformen, beispielsweise bei der Bauform 0402 mit den Abmessungen 1 mm x 0,5 mm x 0,5 mm nicht oder nur mit sehr großem Aufwand möglich ist.
  • Aus DE 100 05 800 A ist beispielsweise ein Thermistorchip sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben bekannt.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Bauelementen anzugeben, bei dem das Einhalten einer vorgegebenen Toleranz für den elektrischen Widerstand auch für kleinvolumige Bauelemente möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind den weiteren Patentansprüchen zu entnehmen.
  • Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements angegeben, das die folgenden Schritte umfaßt:
    1. a) Bilden eines Grundkörpers mit zwei gegenüberliegenden Außenelektroden
    2. b) Angleichen des zwischen den Außenelektroden zu messenden Widerstandes des Grundkörpers an einen vorgegebenen Sollwert durch chemisches Wegätzen von Teilen des Grundkörpers.
  • Das beschriebene Verfahren hat den Vorteil, daß unter Verzicht auf mechanische Bearbeitungsverfahren, beispielsweise unter Verzicht auf Schleifen, Raspeln oder Hobeln eine einfache und apparativ mit geringem Aufwand durchzuführende Methode zur Herstellung des Bauelements mit einem vorgegebenen Sollwert für den elektrischen Widerstand bereitgestellt wird. Das genannte Verfahren hat zudem den Vorteil, daß es insbesondere geeignet ist zur Herstellung von Bauelementen mit sehr kleinem Volumen, wo eine mechanische Bearbeitung des Grundkörpers einen sehr hohen zeitlichen und apparativen Aufwand erfordern würde.
  • Durch das chemische Wegätzen von Teilen des Grundkörpers wird der für den Stromfluß zwischen den gegenüberliegenden Außenelektroden zur Verfügung stehende Strompfad eingeengt, wodurch der elektrische Widerstand des Grundkörpers ansteigt.
  • Entsprechend diesem Verfahren ist es vorteilhaft, wenn die im Verfahrensschritt a) hergestellten Grundkörper einen Ist-Widerstand aufweisen, der unterhalb des Sollwiderstandes liegt. Nur in diesem Fall gelingt es, durch Wegätzen von Teilen des Grundkörpers eine Anpassung des Ist-Widerstandes an den Soll-Widerstand zu erreichen.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Grundkörper verwendet, der ein Keramikmaterial enthält. Dies hat den Vorteil, daß die in einer Vielzahl von Applikationen benötigten elektrokeramischen Bauelemente, oberflächenmontierbare NTC-Thermistoren oder ähnliche Bauelemente, einfach und billig hergestellt werden können.
  • In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens kann auch ein Keramikmaterial verwendet werden, dessen Widerstand einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist. Dadurch gelingt die Herstellung von NTC-Thermistoren.
  • Beispielsweise können für NTC-Thermistoren als Material Nikkel-Mangan-Spinelle der Formel NiIII 1-z[MnIII 2MnII z]O4, wobei gilt: 0 ≤ z ≤0,4.
  • Es ist darüber hinaus vorteilhaft, das Verfahren mit Grundkörpern durchzuführen, deren kleinste Abmessung unter 3 mm liegt. Diese Ausführungsform des Verfahrens hat den Vorteil, daß es die Bearbeitung bzw. die Anpassung des Widerstandswertes für sehr kleine Bauelemente ermöglicht, wo eine mechanische Bearbeitung nur unter einem großen Aufwand möglich wäre.
  • Besonders vorteilhaft kann das Verfahren ausgeführt werden, indem der Grundkörper in eine das Material des Grundkörpers ätzende Flüssigkeit eingetaucht wird. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß der Abtrag des Materials des Grundkörpers im wesentlichen gleichmäßig erfolgt, so daß eine massive Schädigung an einer oder wenigen speziellen Stellen vermieden werden kann. Darüber hinaus hat die beschriebene Vorgehensweise den weiteren Vorteil, daß mehrere Grundkörper gleichzeitig in einem einzigen Verfahrensschritt behandelt werden können.
  • Als ätzende Flüssigkeit kann beispielsweise Schwefelsäure verwendet werden.
  • In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das Ätzen auch durch Trockenätzen erfolgen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vor dem Schritt b) der Istwert des Widerstandes gemessen werden. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß ein Steuerungsmechanismus für das Wegätzen zur Verfügung gestellt werden kann. Aus der Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert des Widerstandes können nämlich Rückschlüsse auf den Ätzvorgang gezogen werden.
  • Beispielsweise ist es möglich, durch Ermittlung der Differenz zwischen dem Sollwert des Widerstandes und dem Istwert des Widerstandes eine Dauer für den Ätzvorgang, beispielsweise in einer ätzenden Flüssigkeit festzulegen. Hierzu werden durch Versuche Zusammenhänge zwischen der Ätzdauer und dem dadurch erzielten Widerstandsanstieg für einen Bauelementtyp gemessen. Anhand der so erhaltenen Daten kann aufgrund der Messung des Ist-Widerstandes und der sich daraus ergebenden Differenz zum Soll-Widerstand eine vorher festgesetzte Ätzdauer festgelegt werden.
  • Nach Ätzen des Grundkörpers für die vorher festgesetzte Ätzdauer wird dann der Widerstand des Bauelementes mit ausreichender Genauigkeit in der Nähe des Soll-Wertes liegen. Das Messen des Widerstandes vor Einleiten des Schrittes b) des Verfahrens kann vorteilhaft sein, um festzustellen, ob mit Hilfe des Ätzens überhaupt eine Angleichung des Widerstandes erfolgen kann. Dies wäre beispielsweise nicht gegeben, wenn bei der Herstellung des Grundkörpers so große Toleranzen auftreten, daß schon bei der Herstellung der Widerstand des Bauelementes größer ist als der Sollwert. Durch Ätzen des Grundkörpers könnte in diesem Fall keine weitere Anpassung an den Sollwert erfolgen, da durch Ätzen des Grundkörpers der Widerstand nur erhöht, nicht jedoch erniedrigt werden kann.
  • In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens kann es auch vorgesehen sein, während des Ätzens den Widerstand des Bauelementes bzw. des Grundkörpers zu messen, wodurch eine direkte Kontrolle des Ätzvorgangs erfolgen kann. Der Ätzvorgang wird dann abgebrochen, sobald der Widerstand des Grundkörpers den Soll-Wert erreicht hat.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
    • Figur 1
    zeigt ein elektrisches Bauelement in einem schematischen Querschnitt vor dem Ätzen und nach dem Ätzen.
    Figur 2
    zeigt für einen NTC-Termistor den Zusammenhang zwischen der Ätzdauer und dem dadurch erzielbaren Widerstandsanstieg
  • Figur 1 zeigt einen NTC-Thermistor mit einem Grundkörper 1, der aus dem Keramikmaterial NiMn-Spinell oder auch einem anderen ähnlich geeigneten Material besteht. An gegenüberliegenden Seitenflächen des Grundkörpers 1 sind Außenkontakte 21, 22 angebracht. Durch Wegätzen von Teilen des Grundkörpers 1 kann der Strompfad zwischen den Außenkontakten 21, 22 verschmälert werden, so wie es durch die gestrichelten Linien dargestellt ist. Dadurch steigt der Widerstand des Bauelementes an. Es ist somit möglich, durch Ätzen des Grundkörpers 1 den Widerstand des Bauelements so zu erhöhen, daß mit ausreichender Genauigkeit ein Soll-Widerstand erreicht wird. Das Bauelement aus Figur 1 entspricht der Bauform 0603, was bedeutet, daß das Bauelement folgende Abmessungen aufweist: 1,6 mm x 0,8 mm x 0,8 mm. Dabei ist die kleinste Abmessung d in dem Beispiel von Figur 1 die Höhe des Grundkörpers 1 und beträgt 0,8 mm. Als kleinste Abmessungen von Bauelementen kommen jedoch auch die Länge, die Tiefe, die Breite oder auch der Durchmesser eines Bauelements in Betracht. Es ist besonders vorteilhaft, für das hier beschriebene Verfahren Bauelemente zu verwenden, deren kleinste Abmessung kleiner als 3 mm ist.
  • Es kann während des Ätzens auf die Messung des Widerstandes verzichtet werden, indem durch eine Eichmessung der Zusammenhang zwischen dem Widerstand des Bauelements und der Ätzdauer festgelegt wird. Dann genügt die Feststellung des Ist-Widerstandes des Bauelementes und die Feststellung der Differenz zwischen dem Ist-Widerstand und dem Soll-Widerstand. Aus dieser Widerstandsdifferenz kann dann die Ätzdauer anhand der Eichkurve berechnet werden.
  • Erfindungsgemäß bestehen die Außenkontakte (21, 22) aus einem Material, das nicht durch die Ätzlösung angegriffen bzw. deutlich weniger als das Keramikmaterial angegriffen wird, so daß die Lötbarkeit gegeben bleibt. Es kommt beispielsweise in Betracht, eine 3-Schicht-Metallisierung mit einer Ag/Ni/Sn-Schichtenfolge oder mit einer Silber/Palladium-Metallisierung zu verwenden.
  • Figur 2 zeigt eine solche Eichkurve für ein Bauelement der Bauform 0603 mit einem Widerstand R25, gemessen bei 25° C, von 6000 Ω. Es ist in Figur 2 der Widerstand R25, gemessen in Ω, aufgetragen über der Ätzdauer t, gemessen in Minuten. Als Ätzlösung wurde eine 10 %ige Schwefelsäure verwendet. Figur 2 zeigt Meßpunkte bei den Meßzeiten 0, 1, 5 und 10 Minuten. Es ist deutlich zu erkennen, daß der Widerstand R25 mit zunehmender Ätzdauer ansteigt.
  • Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf NTC-Thermistoren, sondern kann für jedes beliebige elektrische Bauelement angewendet werden, dessen Widerstand von den geometrischen Abmessungen seines Grundkörpers abhängig ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Grundkörper
    21, 22
    Außenkontakte
    R25
    Widerstand gemessen bei 25° C
    t
    zeit
    d
    kleinste Abmessung

Claims (9)

  1. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Bauelements
    mit folgenden Schritten:
    a) Bilden eines Grundkörpers (1) mit zwei gegenüberliegenden Außenelektroden,
    b) Angleichen des zwischen den Außenelektroden zu messenden Widerstandes des Grundkörpers (1) an einen vorgegebenen Sollwert durch chemisches Ätzen von Teilen des Grundkörpers (1), dadurch gekennzeichnet dass die Außenelektroden aus einem Material bestehen, das durch die Ätzlösung deutlich weniger als das Keramikmaterial des Grundkörpers (1) angegriffen wird, so dass die Lötbarkeit gegeben bleibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    wobei ein Grundkörper (1) verwendet wird, der ein Keramikmaterial enthält.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    wobei ein Grundkörper (1) verwendet wird, dessen ohmscher Widerstand einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    wobei ein Grundkörper (1) verwendet wird, dessen kleinste Abmessung (d) kleiner als 3 mm ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    wobei das Ätzen durch Eintauchen des Grundkörpers (1) in eine das Material des Grundkörpers (1) ätzende Flüssigkeit erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    wobei als ätzende Flüssigkeit Schwefelsäure verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    wobei vor dem Schritt b) der Istwert des Widerstandes des Grundkörpers (1) gemessen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    wobei während des Ätzens der Widerstand (R25) des Grundkörpers (1) gemessen wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    - wobei vor dem Schritt b) die Differenz zwischen dem Sollwert und dem Istwert des Widerstandes (R25) ermittelt wird und daraus eine Zeitdauer (t) für den Ätzvorgang bestimmt wird und
    - wobei in Schritt b) mit der so bestimmten Zeitdauer (t) geätzt wird.
EP03815532.1A 2003-01-24 2003-12-23 Verfahren zur herstellung eines elektronischen bauelements Expired - Lifetime EP1586099B1 (de)

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