EP3053174A1 - Keramischer vielschichtkondensator basierend auf bati(1-y)zry03 - Google Patents

Keramischer vielschichtkondensator basierend auf bati(1-y)zry03

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Publication number
EP3053174A1
EP3053174A1 EP14758394.2A EP14758394A EP3053174A1 EP 3053174 A1 EP3053174 A1 EP 3053174A1 EP 14758394 A EP14758394 A EP 14758394A EP 3053174 A1 EP3053174 A1 EP 3053174A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
multilayer capacitor
electrode layers
ceramic
layers
base body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14758394.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andrea Testino
Michael Schossmann
Markus Koini
Markus Ortner
Günter Engel
Christian Hoffmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Electronics AG
Original Assignee
Epcos AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Epcos AG filed Critical Epcos AG
Publication of EP3053174A1 publication Critical patent/EP3053174A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/30—Stacked capacitors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
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    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
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    • C04B2235/3215—Barium oxides or oxide-forming salts thereof
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    • H01G4/1209—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material
    • H01G4/1236—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material based on zirconium oxides or zirconates
    • H01G4/1245—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material based on zirconium oxides or zirconates containing also titanates

Definitions

  • a ceramic multilayer capacitor is specified, which is preferably suitable for high performance applications.
  • the multilayer capacitor can be used for example as a filter element in an AC / DC or DC / DC converter with high power density.
  • Multilayer capacitors has improved properties.
  • a ceramic multilayer capacitor has a main body.
  • the base body has a cuboid shape.
  • the main body comprises dielectric layers that run along one
  • Stacking direction are arranged in a stack.
  • Dielectric layers are preferably formed as ceramic layers. Furthermore, the base body has first and second electrode layers, which between the
  • ceramic layers are arranged. For example, each of a first and a second electrode layer in a same layer plane spaced from each other be. Furthermore, the first and second electrode layers can each be arranged in different layer planes of the stack.
  • Electrode layers are thus arranged along the stacking direction, wherein between each two directly in
  • Electrode layers at least one ceramic layer is arranged.
  • the ceramic layers and the electrode layers arranged therebetween form a sintered body which is obtained by sintering ceramic
  • Green films can be produced on which the
  • Electrode layers are applied in the form of pastes and are stacked on each other before sintering.
  • the base body In the stacking direction, the base body is bounded by outer surfaces, which have a lower side and an upper side of the
  • Form body and their distance from one another defines a height of the body.
  • the basic body has two outer sides lying opposite one another, which connect the upper side and the lower side of the basic body to one another. The distance between the outer sides defines a length of the main body.
  • the main body has on the first outer side a first contact layer, which is in electrical contact with the first electrode layers, while on the second outer side a second contact layer
  • Electrode layers is in electrical contact.
  • first electrode layers are electrically contacted by the first contact layer, while the second electrode layers are electrically contacted by the second contact layer on the second outer side opposite the first outer side.
  • Electrode layers thus border directly on the first one
  • the first electrode layers therefore extend to the first outer side and are preferably spaced from the second outer side, while the second
  • Electrode layers extend to the second outer side and are preferably spaced from the first outer side.
  • the first and second contact layers may comprise one or more individual layers, for example one or more
  • Metal layers for example, chromium, copper, gold
  • Contact layers can be applied for example by means of sputtering on the outer sides of the base body.
  • the first and the second contact layer each have at least one first sputtering layer, wherein the first sputtering layer is respectively in direct contact with the first and second electrode layers.
  • the first sputtering layers comprise chromium or consist of chromium.
  • the second sputter layers preferably comprise copper or consist of copper. Furthermore, the first and the second
  • the third sputter layers are preferably gold or gold.
  • the third sputter layers may also comprise silver or consist of silver.
  • Sputter layers for example, have a layer thickness between 0.1 ⁇ and 1.5 ⁇ .
  • the electrode layers each have a length along the length of the base body, a width along the width of the base body and a thickness along the height of the base body.
  • the ceramic multilayer capacitor has a pronounced anomaly of
  • Capacity anomaly and thus the maximum capacitance is preferably in the range of the operating temperature of the ceramic multilayer capacitor, that is approximately in the range of greater than or equal to 25 ° C and less than or equal to 150 ° C.
  • the capacity anomaly and thus the
  • Capacity maximum in the range of greater than or equal to 60 ° C and less than or equal to 120 ° C.
  • Capacitance has its maximum, the operating temperature of the ceramic multilayer capacitor can be monitored and adjusted for example by an external temperature controller. Furthermore, it may for example also be possible to operate the ceramic multilayer capacitor near another electrical or electronic component which is operated at a defined temperature which corresponds to the desired operating temperature of the ceramic
  • Multilayer capacitor corresponds.
  • the ceramic layers have a ceramic material based on BaTii_ y Zr y 0 3 with 0 ⁇ ⁇ 1. It has been found that such a material is a temperature-dependent
  • Capacity anomaly may have in the desired temperature range.
  • the ceramic material may persist for example, from the said material, ie from BaTii_ y Zr y 0 3 0 ⁇ ⁇ 1.
  • a ceramic material for the ceramic layers in this case only pure
  • BaTii_ y Zr y 0 is used. 3 Furthermore, it may also be possible that the ceramic material BaTii_ y Zr y 0 3 0 ⁇ y ⁇ 1, and preferably y with 0 ⁇ 0.3 comprises or consists thereof.
  • the ceramic material of the ceramic layers may have one or more additives, for example in the form of dopants.
  • additives can be any additives, for example in the form of dopants.
  • Ceramic material one or more metals selected from Pb, Ca, Sn, Sr, Bi, Hf and Nb have. Such metals may be contained as doping in BaTii_ y Zr y 0 3 and cause a temperature shift of the capacitance abnormality particularly.
  • the ceramic material of the ceramic layers may comprise one or more metals selected from Ni, Al, Mg, Fe, Cr and Mn.
  • these metals can be considered as
  • the ceramic material may comprise one or more metals selected from Si, Al, B, Cu and Zn. These metals can also be present in particular as a dopant in BaTii_ y Zr y 0 3 and can lead to an improvement in the density
  • Ceramic material is a solid solution or a mixture
  • Oxides of rare earths in particular with one or more selected from Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd,
  • Group IA metal oxides Group 2A metal oxides
  • refractory oxides in particular refractory metal oxides, for example with Ti, V, Cr, Mn, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W,
  • configurations of the electrode layers may be advantageous as they are for ceramic
  • Multilayer capacitors (MLCC: "multilayer ceramic
  • Electrode layers may be arranged alternately one above the other in the base body.
  • the first and second electrode layers may preferably be the only electrode layers in the main body.
  • Electrode layers in the region of the contact layer contacted in each case have a greater width than in a further remote from the respective contoured contact layers area.
  • the electrode layers in a plan view along the stacking direction of the base body have a hammer-like or T-like shape, wherein the wider part of the electrode layers, the respective
  • the ceramic multilayer capacitor in the main body has a plurality of third electrode layers, which none of
  • Such electrodes are also referred to as "floating" electrodes, in German “floating” electrodes.
  • the third electrode layers can with the first and / or the second
  • the third electrode layers overlap with the first and second electrode layers. “Overlapping” here means that the third electrode layers each have at least one
  • Part of the first electrode layers and / or the second electrode layers could be made to coincide.
  • first and second electrode layers are each in pairs in a plane
  • third electrode layers are present in the base body, which are not contacted from the outside and those from the outside and side surfaces
  • all the electrode layers may be narrower than the base body, in which case the third and third electrode layers may also be spaced
  • Electrode layers have a greater width than the first and second electrode layers.
  • the third electrode layers can be up to the
  • Electrode layers are spaced from the side surfaces of the body.
  • the first and second electrode layers have a smaller width than the main body, while the third electrode layers are just as wide as the main body.
  • Electrode layer configuration may be advantageous in The use of electrode materials with or from base metals, since the outwardly exposed on the side surfaces electrode layers allow better reoxidation, which manifests itself in a higher insulation resistance.
  • the ceramic layers have a layer thickness of greater than or equal to 1 ⁇ m or greater than or equal to 5 ⁇ m or greater than or equal to 10 ⁇ m or greater than or equal to 20 ⁇ m and of less than or equal to 200 ⁇ m or less than or equal to 100% or less 50 yards up.
  • the ceramic layers have a layer thickness between 10 ym and 50 ym.
  • the ceramic layers particularly preferably have a layer thickness of approximately 25 ⁇ m.
  • Electrode layers have a layer thickness of greater than or equal to 0.5 ym and less than or equal to 2 ym on.
  • Electrode layers between the ceramic layers can, for example, have or consist of a non-noble metal.
  • the electrode layers may comprise a Ni- and / or Cu-based metal, ie consist of Ni or Cu or an alloy with Ni and / or Cu or at least a substantial proportion of Ni and / or Cu
  • the base body has at least 100 or at least 1000 ceramic layers with electrode layers arranged therebetween.
  • the base body has a volume of greater than or equal to 1 cm 3 or greater than or equal to 2 cm 3 or greater than or equal to 5 cm 3 or greater or equal to 10 cm 3 .
  • the main body a Have volumes of a few cubic centimeters or of some 10 cubic centimeters.
  • the main body a Have volumes of a few cubic centimeters or of some 10 cubic centimeters.
  • ceramic multilayer capacitor also have a plurality of basic bodies, which are connected in series and / or parallel to each other.
  • a ceramic multilayer capacitor described here can be produced, in particular, by a combination of a high capacitance, a high energy density, a high energy density and a high energy density
  • Breakdown voltage a low ESR value and a low ESL value.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a ceramic
  • FIGS 2 to 4 are schematic three-dimensional representations of electrode layer configurations according to further embodiments.
  • FIG. 1 shows a ceramic multilayer capacitor 100 according to one exemplary embodiment.
  • the ceramic multilayer capacitor 100 has a
  • Base body 1 with ceramic layers 2 and disposed therebetween first and second electrode layers 3, 4.
  • the ceramic layers 2 are indicated in the upper part of the base body 1 by means of the dashed lines.
  • the main body 1 forms a sintered body, in which the ceramic layers 2 before sintering in the form of
  • Green films are printed with the electrode layers 3, 4 and stacked on top of each other. The shown
  • Electrode layer configuration corresponds to one
  • the ceramic multilayer capacitor 100 On a first outer side 11 of the main body 1, the ceramic multilayer capacitor 100 has a first
  • Electrode layers 3 can be electrically contacted by the first contact layer 5 from the outside. Accordingly, a second contact layer 6 is applied to one of the first outer side 5 opposite the second outer side 12, which contacts the second electrode layers 4 electrically.
  • the base body 1 is bounded by an underside 13 and an upper side 14, which are interconnected by the outer sides 11, 12.
  • the base body 1 has a cuboid shape with a length, a width and a height.
  • the length is given by the distance of the first to the second outer side 11, 12, the height by the distance of the bottom 13 to the top 14 and the width by the distance from opposite side surfaces of the body 1, the outer sides 11, 12 and the top Connect 14 and the bottom 13 of the base body 1 and lie in the representation shown parallel to the drawing plane.
  • the ceramic layers 2 comprise a ceramic material
  • the capacity anomaly may be in a temperature range of greater than or equal to 25 ° C and less than or equal to 150 ° C, and preferably greater than or equal to 60 ° C and less than or equal to 120 ° C.
  • the capacity anomaly may be in a temperature range of greater than or equal to 25 ° C and less than or equal to 150 ° C, and preferably greater than or equal to 60 ° C and less than or equal to 120 ° C.
  • Capacity anomaly is as pronounced as possible, in which therefore the temperature-dependent capacity of the ceramic material is in the range of a maximum or even has a maximum.
  • Multilayer capacitor can change the operating temperature
  • Multi-layer capacitor 100 for example, in the vicinity or close to another component to work, which operates at a suitable temperature.
  • the ceramic material BaTii_ y Zr y 0 3 may be in the ceramic
  • Layers are pure, i. possibly without contamination and in particular without dopants, or doped with
  • the ceramic material of the ceramic layers of BaTii_ y Zr y 0 3 with 0 ⁇ ⁇ 1, wherein preferably also 0 ⁇ y ⁇ 1 and particularly preferably 0 ⁇ y ⁇ 0.3 may apply.
  • the ceramic material materials, in particular metals, which have the capacity anomaly, ie the maximum capacity, in the direction of higher or lower
  • the ceramic material may also contain elements that can improve the loss factor, such as Ni, Al, Mg, Fe, Cr, Mn or the like, or combinations thereof.
  • the coefficient of expansion can be modified
  • Ceramic material also elements such as Si, Al, B, Cu, Zn or the like or combinations thereof.
  • the materials mentioned can be present in particular in the form of dopants in the ceramic material of the ceramic layers.
  • Layers 2 a solid solution or a Mixture of different ceramic phases with one or more of the following materials:
  • Group IA metal oxides Group 2A metal oxides
  • Refractory oxides for example refractory metal oxides, in particular with Ti, V, Cr, Mn, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, metal oxides with Al, Si, Sn, Pb, Bi.
  • the electrode layers 3, 4 have Ni-based and / or Cu-based metals and a thickness in the range of greater than or equal to 0.5 ym and less than or equal to 2 ym.
  • Ceramic layers 2 preferably have a thickness in the
  • the ceramic multilayer capacitor 100 has at least 100 and preferably at least 1000 ceramic layers 2 as base body 1 with electrode layers arranged therebetween.
  • the ceramic multilayer capacitor 100 may have a base body 1 having a volume of a few cubic centimeters. It may also be possible for the ceramic multilayer capacitor 100 to have a plurality of the described basic bodies 1, which are in series or in parallel or in a combination with one another
  • FIG. 2 in a three-dimensional schematic drawing is shown.
  • the first electrode layers 3 in this case have a wide part in contact with the first outer side 11 and thus with the first contact layer 5, not shown, wherein the width in a direction away from the first contact layer 5 in a direction symmetrical in a step
  • the broad part of the first electrode layers 3 has the width of the base body 1 and thus adjoins the side faces 15, 16 of the base body 1.
  • the second electrode layers 4 are formed correspondingly and have a wide part in contact with the second outer side 12 and thus in contact with the not-shown second contact layer 6, while the width tapers symmetrically in a direction away from the second contact layer 6 in a step.
  • the multilayer ceramic capacitor 100 may also have an electrode layer configuration consisting of
  • Electrode layers 3, 4 form. Such configurations are shown in FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 3 shows a configuration in which the first and second electrode layers 3, 4 are each arranged in pairs in a plane, while between the planes third electrode layers 7 are present in the base body which are not contacted from the outside and those of the
  • the third electrode layers 7 are thus designed as "floating" electrodes first and second electrode layers 3, 4 of the
  • the third electrode layers 7 have a greater width than the first and second electrode layers 3, 4 and in particular in comparison to the first and second
  • Electrode layers 3, 4, which are spaced from the side surfaces 15, 16, to the side surfaces 15, 16 extend.
  • base electrode materials based on base metals such as
  • Electrode layer configuration allow better reoxidation, which manifests itself in a higher insulation resistance.
  • FIGS. 5 and 6 show electrical properties of a ceramic multilayer capacitor according to the previous description, which has a size of 6 ⁇ 32 ⁇ 36 mm 3 .
  • the ceramic layers in this case have a thickness of 26 ym.
  • the main body is from 1200
  • the contact layers that form the external electrodes of the multilayer capacitor are as described in the general part by means of sputtering
  • Capacitance was at a voltage of 0.1 V and a
  • Multilayer capacitor in about 80 ° C.
  • the impedance of the multilayer capacitor is dependent on the Frequency F in Hz, wherein the amount of complex resistance Z and the real part R are shown in ⁇ , respectively.
  • FIGS. 3 may alternatively or additionally comprise further features according to FIG.
  • the invention is not limited by the description based on the embodiments of these, but includes each new feature and any combination of features. This includes in particular any combination of features in the claims, even if this feature or these

Abstract

Es wird ein keramischer Vielschichtkondensator mit einem Grundkörper (1) mit keramischen Schichten (2) und dazwischen angeordneten ersten und zweiten Elektrodenschichten (3, 4) angegeben, wobei die keramischen Schichten (2) ein Keramikmaterial auf Basis von BaTi1_yZryO3 mit 0 ≤ y ≤ 1 aufweisen, das eine temperaturabhängige Kapazitätsanomalie aufweist.

Description

Beschreibung
KERAMISCHER VIELSCHICHTKONDENSATOR BASIEREND AUF BATI(1-Y)ZRY03 Es wird ein keramischer Vielschichtkondensator angegeben, der vorzugsweise für Hochleistungsanwendungen geeignet ist. Der Vielschichtkondensator kann beispielsweise als Filterelement bei einem AC/DC- oder DC/DC-Wandler mit hoher Leistungsdichte eingesetzt werden.
Es ist eine zu lösende Aufgabe zumindest einiger
Ausführungsformen, einen keramischen Vielschichtkondensator anzugeben, der im Vergleich zu bekannten
Vielschichtkondensatoren verbesserte Eigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem
unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein keramischer Vielschichtkondensator einen Grundkörper auf. Vorzugsweise weist der Grundkörper eine Quaderform auf. Der Grundkörper umfasst dielektrische Schichten, die entlang einer
Stapelrichtung zu einem Stapel angeordnet sind. Die
dielektrischen Schichten sind vorzugsweise als keramische Schichten ausgebildet. Weiterhin weist der Grundkörper erste und zweite Elektrodenschichten auf, die zwischen den
keramischen Schichten angeordnet sind. Beispielsweise kann jeweils eine erste und eine zweite Elektrodenschicht in einer gleichen Schichtebene voneinander beabstandet angeordnet sein. Weiterhin können die ersten und zweiten Elektrodenschichten jeweils in verschiedenen Schichtebenen des Stapels angeordnet sein. Die keramischen Schichten und die
Elektrodenschichten sind somit entlang der Stapelrichtung angeordnet, wobei zwischen jeweils zwei unmittelbar in
Stapelrichtung benachbarten ersten bzw. zweiten
Elektrodenschichten zumindest eine keramische Schicht angeordnet ist. Bevorzugt bilden die keramischen Schichten und die dazwischen angeordneten Elektrodenschichten einen Sinterkörper, der durch Versinterung von keramischen
Grünfolien hergestellt werden kann, auf die die
Elektrodenschichten in Form von Pasten aufbracht werden und die vor dem Versintern übereinander gestapelt werden. In Stapelrichtung wird der Grundkörper durch Außenflächen begrenzt, die eine Unterseite und eine Oberseite des
Grundkörpers bilden und deren Abstand zueinander eine Höhe des Grundkörpers definiert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Grundkörper zwei einander gegenüber liegende Außenseiten auf, die die Oberseite und die Unterseite des Grundkörpers miteinander verbinden. Der Abstand zwischen den Außenseiten definiert eine Länge des Grundkörpers.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Grundkörper auf der ersten Außenseite eine erste Kontaktschicht auf, die mit den ersten Elektrodenschichten in elektrischem Kontakt steht, während auf der zweiten Außenseite eine zweite
Kontaktschicht aufgebracht ist, die mit den zweiten
Elektrodenschichten in elektrischem Kontakt steht.
Insbesondere werden die ersten Elektrodenschichten durch die erste Kontaktschicht elektrisch kontaktiert, während die zweiten Elektrodenschichten durch die zweite Kontaktschicht auf der der ersten Außenseite gegenüber liegenden zweiten Außenseite elektrisch kontaktiert werden. Die ersten
Elektrodenschichten grenzen somit direkt an die erste
Kontaktschicht an und sind unmittelbar mit der ersten
Kontaktschicht verbunden, während die zweiten
Elektrodenschichten direkt an die zweite Kontaktschicht angrenzen und unmittelbar mit der zweiten Kontaktschicht verbunden sind. Die ersten Elektrodenschichten reichen daher bis zur ersten Außenseite und sind bevorzugt von der zweiten Außenseite beabstandet, während die zweiten
Elektrodenschichten bis zur zweiten Außenseite reichen und bevorzugt von der ersten Außenseite beabstandet sind. Die erste und zweite Kontaktschicht können eine oder mehrere Einzelschichten, beispielsweise eine oder mehrere
Metallschichten, die zum Beispiel Chrom, Kupfer, Gold
und/oder Silber aufweisen können, umfassen. Die
Kontaktschichten können beispielsweise mittels Sputtern auf den Außenseiten des Grundkörpers aufgebracht sein.
Beispielsweise weisen die erste und die zweite Kontaktschicht jeweils zumindest eine erste Sputterschicht auf, wobei die erste Sputterschicht jeweils in direktem Kontakt mit den ersten bzw. zweiten Elektrodenschichten steht. Vorzugsweise weisen die ersten Sputterschichten Chrom auf oder bestehen aus Chrom. Weiterhin können die erste und die zweite
Kontaktschicht jeweils eine zweite Sputterschicht aufweisen, wobei die zweiten Sputterschichten vorzugsweise direkt auf den ersten Sputterschichten aufgebracht sind. Die zweiten Sputterschichten weisen vorzugsweise Kupfer auf oder bestehen aus Kupfer. Weiterhin können die erste und die zweite
Kontaktschicht jeweils eine dritte Sputterschicht aufweisen, wobei die dritten Sputterschichten vorzugsweise direkt auf den zweiten Sputterschichten aufgebracht sind. Die dritten Sputterschichten weisen vorzugsweise Gold auf oder bestehen aus Gold. Alternativ können die dritten Sputterschichten auch Silber aufweisen oder aus Silber bestehen. Die
Sputterschichten können beispielsweise eine Schichtdicke zwischen 0,1 μιη und 1,5 μιη aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Grundkörper von den Außenseiten, der Oberseite und der Unterseite
verschiedene Seitenflächen auf, die die Oberseite und die
Unterseite sowie die Außenseiten miteinander verbinden. Der Abstand zwischen den Seitenflächen definiert eine Breite des Grundkörpers . Die Elektrodenschichten weisen jeweils eine Länge entlang der Länge des Grundkörpers, eine Breite entlang der Breite des Grundkörpers und eine Dicke entlang der Höhe des Grundkörpers auf . Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der keramische Vielschichtkondensator eine ausgeprägte Anomalie der
Kapazität in Abhängigkeit von der Temperatur auf. Als
temperaturabhängige Kapazitätsanomalie wird hier und im
Folgenden die Eigenschaft des keramischen Materials des
Grundkörpers bezeichnet, dass die Kapazität in einem
bestimmten Temperaturbereich ein Maximum aufweist. Die
Kapazitätsanomalie und damit das Kapazitätsmaximum liegt bevorzugt im Bereich der Betriebstemperatur des keramischen Vielschichtkondensators , also etwa im Bereich von größer oder gleich 25°C und kleiner oder gleich 150°C. Besonders
bevorzugt liegt die Kapazitätsanomalie und damit das
Kapazitätsmaximum im Bereich von größer oder gleich 60 °C und kleiner oder gleich 120°C. Um die Kapazitätsanomalie auszunutzen und den keramischen Vielschichtkondensator bei einer Temperatur zu betreiben, die möglichst nahe bei der Temperatur liegt, bei der die
Kapazität ihr Maximum aufweist, kann die Betriebstemperatur des keramischen Vielschichtkondensators beispielsweise durch einen externen Temperaturkontroller überwacht und eingestellt werden. Weiterhin kann es beispielsweise auch möglich sein, den keramischen Vielschichtkondensator nahe eines anderen elektrischen oder elektronischen Bauteils zu betreiben, das bei einer definierten Temperatur betrieben wird, die der gewünschten Betriebstemperatur des keramischen
Vielschichtkondensators entspricht .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die keramische Schichten ein Keramikmaterial auf Basis von BaTii_yZry03 mit 0 < γ < 1 auf. Es hat sich gezeigt, dass ein solches Material eine vorab beschriebene temperaturabhängige
Kapazitätsanomalie im gewünschten Temperaturbereich aufweisen kann. Das Keramikmaterial kann weiterhin beispielsweise auch aus dem genannten Material bestehen, also aus BaTii_yZry03 mit 0 < γ < 1. Mit anderen Worten wird als Keramikmaterial für die keramischen Schichten in diesem Fall nur reines
BaTii_yZry03 verwendet. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass das Keramikmaterial BaTii_yZry03 mit 0 < y < 1 und bevorzugt mit 0 < y < 0,3 aufweist oder daraus besteht.
Zusätzlich kann das Keramikmaterial der keramischen Schichten einen oder mehrere Zusatzstoffe, beispielsweise in Form von Dotierungen, aufweisen. Derartige Zusatzstoffe können
vorzugsweise geeignet sein, die Kapazitätsanomalie und damit das Kapazitätsmaximum zu höheren oder niedrigeren
Temperaturen zu verschieben. Beispielsweise kann das Keramikmaterial eines oder mehrere Metalle ausgewählt aus Pb, Ca, Sn, Sr, Bi, Hf und Nb aufweisen. Derartige Metalle können insbesondere als Dotierung im BaTii_yZry03 enthalten sein und eine Temperaturverschiebung der Kapazitätsanomalie bewirken.
Weiterhin kann das Keramikmaterial der keramischen Schichten eines oder mehrere Metalle ausgewählt aus Ni, AI, Mg, Fe, Cr und Mn aufweisen. Insbesondere können diese Metalle als
Dotierung im BaTii_yZry03-basierten Keramikmaterial vorliegen und insbesondere eine Verbesserung des Verlustfaktors
bewirken .
Weiterhin kann das Keramikmaterial eines oder mehrere Metalle ausgewählt aus Si, AI, B, Cu und Zn aufweisen. Auch diese Metalle können insbesondere als Dotierung im BaTii_yZry03 vorliegen und können zu einer Verbesserung der Dichte
und/oder zu einer Modifikation der Sintertemperatur, des SchrumpfVerhaltens und/oder des thermischen
Ausdehnungskoeffizienten der keramischen Schichten führen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das
Keramikmaterial eine feste Lösung oder eine Mischung
verschiedener keramischen Phasen zusätzlich mit einem oder mehreren der folgenden Materialien auf:
- Zirkonate, Silikate, Titanate, Aluminate, Stannate,
Niobate, Tantalate,
- Oxide der Seltenen Erden, insbesondere mit einem oder mehreren ausgewählt aus Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd,
- Gruppe-IA-Metalloxide, Gruppe-2A-Metalloxide
- feuerfeste Oxide, insbesondere feuerfeste Metalloxide, beispielsweise mit Ti, V, Cr, Mn, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W,
- Metalloxide mit AI, Si, Sn, Pb, Bi . Zusätzlich zur Wahl eines geeigneten Keramikmaterials gemäß der vorherigen Beschreibung kann sich die Wahl einer
geeigneten Elektrodenschichtenkonfiguration als vorteilhaft für den keramischen Vielschichtkondensator erweisen.
Insbesondere können Konfigurationen der Elektrodenschichten vorteilhaft sein, wie sie für keramische
Vielschichtkondensatoren (MLCC: „multilayer ceramic
capacitor") oder keramische Vielschichtserienkondensatoren (MLSC: „multilayer serial capacitor") bekannt sind.
Beispielsweise können die ersten und zweiten
Elektrodenschichten abwechselnd übereinander im Grundkörper angeordnet sein. Bevorzugt können die ersten und zweiten Elektrodenschichten hierbei die einzigen Elektrodenschichten im Grundkörper sein. Als besonders vorteilhaft hat sich ein sogenanntes „Hammer-Design" erwiesen, bei dem die
Elektrodenschichten im Bereich der jeweils kontaktierten Kontaktschicht eine größere Breite aufweisen als in einem weiter von der jeweils kontierten Kontaktschichten entfernten Bereich. Insbesondere kann sich die Breite der
Elektrodenschichten hierbei beidseitig in einer Stufe
symmetrisch verjüngen, so dass die Elektrodenschichten in einer Aufsicht entlang der Stapelrichtung des Grundkörpers eine Hammer-artige bzw. T-artige Form aufweisen, wobei der breitere Teil der Elektrodenschichten die jeweilige
Kontaktschicht kontaktiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der keramische Vielschichtkondensator im Grundkörper eine Mehrzahl von dritten Elektrodenschichten auf, die von keiner
Kontaktschicht kontaktiert werden. Derartige Elektroden werden auch als "floating" Elektroden bezeichnet, auf Deutsch "schwebende" Elektroden. Die dritten Elektrodenschichten können mit den ersten und/oder den zweiten
Elektrodenschichten überlappen. Vorzugsweise überlappen die dritten Elektrodenschichten mit den ersten und den zweiten Elektrodenschichten. „Überlappen" bedeutet hierbei, dass die dritten Elektrodenschichten jeweils zumindest einen
Teilbereich aufweisen, der bei einer gedanklichen Projektion in Stapelrichtung des Grundkörpers mit zumindest einem
Teilbereich der ersten Elektrodenschichten und/oder der zweiten Elektrodenschichten zur Deckung gebracht werden könnte.
In einer weiteren Ausführungsform sind die ersten und zweiten Elektrodenschichten jeweils paarweise in einer Ebene
angeordnet. Zwischen den Ebenen mit jeweils einer ersten und einer zweiten Elektrodenschicht sind dritte Elektrodenschicht im Grundkörper vorhanden, die nicht von außen kontaktiert sind und die von den Außenseiten und Seitenflächen
beanstandet und damit „floating" sind. Hierbei können auch die ersten und zweiten Elektrodenschichten beanstandet von den Seitenflächen des Grundkörpers sein. Mit andern Worten sind in dieser Ausführungsform alle Elektrodenschichten schmäler als der Grundkörper ausgebildet. Alternativ hierzu kann es auch möglich sein, dass die dritten
Elektrodenschichten eine größere Breite als die ersten und zweiten Elektrodenschichten aufweisen. Insbesondere können die dritten Elektrodenschichten hierbei bis zu den
Seitenflächen reichen, während die ersten und zweiten
Elektrodenschichten von den Seitenflächen des Grundkörpers beabstandet sind. Mit andern Worten weisen hierbei die ersten und zweiten Elektrodenschichten eine geringere Breite als der Grundkörper auf, während die dritten Elektrodenschichten genauso breit wie der Grundkörper sind. Eine solche
Elektrodenschichtenkonfiguration kann vorteilhaft sein bei der Verwendung von Elektrodenmaterialien mit oder aus unedlen Metallen, da die an den Seitenflächen nach außen exponierten Elektrodenschichten eine bessere Reoxidation erlauben, die sich in einem höheren Isolationswiderstand äußert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die keramischen Schichten eine Schichtdicke von größer oder gleich 1 ym oder größer oder gleich 5 ym oder größer oder gleich 10 ym oder größer oder gleich 20 ym und von kleiner oder gleich 200 ym oder kleiner oder gleich 100 oder kleiner oder gleich 50 ym auf. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die keramischen Schichten eine Schichtdicke zwischen 10 ym und 50 ym auf. Besonders bevorzugt weisen die keramischen Schichten eine Schichtdicke von in etwa 25 ym auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die
Elektrodenschichten eine Schichtdicke von größer oder gleich 0,5 ym und kleiner oder gleich 2 ym auf. Die
Elektrodenschichten zwischen den keramischen Schichten können beispielsweise ein unedles Metall aufweisen oder daraus sein. Beispielsweise können die Elektrodenschichten ein Ni- und/oder Cu-basiertes Metall aufweisen, also aus Ni oder Cu oder einer Legierung mit Ni und/oder mit Cu bestehen oder zumindest einen wesentlichen Anteil an Ni und/oder Cu
aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Grundkörper zumindest 100 oder zumindest 1000 keramische Schichten mit dazwischen angeordneten Elektrodenschichten auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Grundkörper ein Volumen von größer oder gleich 1 cm3 oder größer oder gleich 2 cm3 oder größer oder gleich 5 cm3 oder größer oder gleich 10 cm3 auf. Insbesondere kann der Grundkörper ein Volumen von einigen Kubikzentimetern oder von einigen 10 Kubikzentimetern aufweisen. Darüber hinaus kann der
keramische Vielschichtkondensator auch eine Mehrzahl von Grundkörpern aufweisen, die in Serie und/oder parallel zueinander verschaltet sind.
Ein hier beschriebener keramischer Vielschichtkondensator kann sich insbesondere durch eine Kombination einer hohen Kapazität, einer hohen Energiedichte, einer hohen
Durchbruchspannung, eines geringen ESR-Werts und eines geringen ESL-Werts auszeichnen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des keramischen Vielschichtkondensators ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsformen .
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines keramischen
Vielschichtkondensators gemäß einem
Ausführungsbeispiel ,
Figuren 2 bis 4 schematische dreidimensionale Darstellungen von Elektrodenschichtenkonfigurationen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen und
Figuren 5 und 6 elektrische Eigenschaften eines keramischen
Vielschichtkondensator gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel . In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen
Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren
Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert
dargestellt sein.
In Figur 1 ist ein keramischer Vielschichtkondensator 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Der keramische Vielschichtkondensator 100 weist einen
Grundkörper 1 mit keramischen Schichten 2 und dazwischen angeordneten ersten und zweiten Elektrodenschichten 3, 4 auf. Die keramischen Schichten 2 sind im oberen Teilbereich des Grundkörpers 1 mit Hilfe der gestrichelten Linien angedeutet. Der Grundkörper 1 bildet einen Sinterkörper, bei dem die keramischen Schichten 2 vor dem Sintern in Form von
Grünfolien mit den Elektrodenschichten 3, 4 bedruckt und übereinander gestapelt werden. Die gezeigte
Elektrodenschichtenkonfiguration entspricht der eines
üblichen Vielschichtkondensators mit abwechselnd übereinander geschichteten ersten und zweiten Elektrodenschichten 3, 4, die sich bevorzugt, wie im Figur 1 gezeigt ist, überlappen.
Auf einer ersten Außenseite 11 des Grundkörpers 1 weist der keramische Vielschichtkondensator 100 eine erste
Kontaktschicht 5 auf, die in elektrischem Kontakt mit den ersten Elektrodenschichten 3 steht, so dass die ersten
Elektrodenschichten 3 durch die erste Kontaktschicht 5 von außen elektrisch kontaktiert werden können. Entsprechend ist auf einer der ersten Außenseite 5 gegenüber liegenden zweiten Außenseite 12 eine zweite Kontaktschicht 6 aufgebracht, die die zweiten Elektrodenschichten 4 elektrisch kontaktiert. Entlang der Stapelrichtung der keramischen Schichten 2 und der Elektrodenschichten 3, 4 wird der Grundkörper 1 durch eine Unterseite 13 und eine Oberseite 14 begrenzt, die durch die Außenseiten 11, 12 miteinander verbunden sind. Der Grundkörper 1 weist eine Quaderform mit einer Länge, einer Breite und einer Höhe auf. Die Länge ist durch den Abstand der ersten zur zweiten Außenseite 11, 12 gegeben, die Höhe durch den Abstand der Unterseite 13 zur Oberseite 14 und die Breite durch den Abstand von sich gegenüberliegenden Seitenflächen des Grundkörpers 1, die die Außenseiten 11, 12 sowie die Oberseite 14 und die Unterseite 13 des Grundkörpers 1 verbinden und die in der gezeigten Darstellung parallel zur Zeichenebene liegen. Die keramische Schichten 2 weisen ein Keramikmaterial auf
Basis von BaTii_yZry03 mit 0 ^ y ^ 1, bevorzugt mit 0 < y < 1 und besonders bevorzugt mit 0 < y < 0,3 auf. Ein solches Material kann eine ausgeprägte Kapazitätsanomalie in
Abhängigkeit von der Betriebstemperatur des keramischen
Vielschichtkondensators 100 aufweisen. Insbesondere kann die Kapazitätsanomalie in einem Temperaturbereich von größer oder gleich 25°C und kleiner oder gleich 150°C und bevorzugt von größer oder gleich 60°C und kleiner oder gleich 120°C liegen. Um den keramischen Vielschichtkondensator 100 mit einer möglichst hohen Kapazität betreiben zu können, wird die
Betriebstemperatur des Vielschichtkondensators 100
entsprechend auf einen Wert eingestellt, bei die
Kapazitätsanomalie möglichst ausgeprägt ist, bei dem also die temperaturabhängige Kapazität des keramischen Materials im Bereich eines Maximums liegt oder sogar ein Maximum aufweist. Zur Einstellung der Temperatur des keramischen
Vielschichtkondensators kann die Betriebstemperatur
beispielsweise mit Hilfe eines externen Temperaturkontrollers geregelt werden. Es ist auch möglich, den
Vielschichtkondensator 100 beispielsweise in der Nähe oder nahe eines anderen Bauteils zu montieren, das bei einer geeigneten Temperatur arbeitet.
Das Keramikmaterial BaTii_yZry03 kann in den keramischen
Schichten rein, d.h. möglichst ohne Verunreinigung und insbesondere auch ohne Dotierstoffe, oder dotiert mit
weiteren Elementen vorliegen. Insbesondere kann somit das Keramikmaterial der keramischen Schichten aus BaTii_yZry03 mit 0 < γ < 1 bestehen, wobei vorzugsweise auch 0 < y < 1 und besonders bevorzugt 0 < y < 0,3 gelten kann.
Weiterhin kann das Keramikmaterial Materialien, insbesondere Metalle, aufweisen, die die Kapazitätsanomalie, also das Kapazitätsmaximum, in Richtung höhere oder niedrige
Temperaturen verschieben können, wie beispielsweise Pb, Ca, Sn, Sr, Bi, Hf, Nb oder ähnliche oder Kombinationen hiermit. Darüber hinaus kann das Keramikmaterial auch Elementen enthalten, die den Verlustfaktor verbessern können, wie beispielsweise Ni, AI, Mg, Fe, Cr, Mn oder ähnliche oder Kombinationen hieraus. Um die Dichte der keramischen
Schichten zu verbessern und/oder um die Sintertemperatur, das Schrumpfverhalten und/oder den thermischen
Ausdehnungskoeffizienten zu modifizieren, kann das
Keramikmaterial auch Elemente wie beispielsweise Si, AI, B, Cu, Zn oder ähnliche oder Kombinationen hieraus aufweisen. Die genannten Materialien können insbesondere in Form von Dotierstoffen im Keramikmaterial der keramischen Schichten vorliegen.
Weiterhin kann das keramische Material der keramischen
Schichten 2 eine feste Lösung („solid Solution") oder eine Mischung verschiedener keramischer Phasen mit einem oder mehreren der folgenden Materialien aufweisen:
- Zirkonate, Silikate, Titanate, Aluminate, Stannate,
Niobate, Tantalate,
- Oxide der Seltenen Erden, insbesondere mit Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd,
- Gruppe-IA-Metalloxide, Gruppe-2A-Metalloxide,
- feuerfeste Oxide, beispielsweise feuerfeste Metalloxide, insbesondere mit Ti, V, Cr, Mn, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, - Metalloxide mit AI, Si, Sn, Pb, Bi .
Die Elektrodenschichten 3, 4 weisen Ni-basierte und/oder Cu- basierte Metalle auf sowie eine Dicke im Bereich von größer oder gleich 0,5 ym und kleiner oder gleich 2 ym. Die
keramischen Schichten 2 weisen bevorzugt eine Dicke im
Bereich von größer oder gleich 1 ym und kleiner oder gleich 2 ym auf. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der keramische Vielschichtkondensator 100 als Grundkörper 1 zumindest 100 und bevorzugt zumindest 1000 keramische Schichten 2 mit dazwischen angeordneten Elektrodenschichten aufweist.
Insbesondere kann der keramische Vielschichtkondensator 100 einen Grundkörper 1 aufweisen, der ein Volumen von einigen Kubikzentimetern aufweist. Es kann auch möglich sein, dass der keramische Vielschichtkondensator 100 eine Mehrzahl der beschriebenen Grundkörper 1 aufweist, die in Serie oder parallel oder einer Kombination heraus miteinander
verschaltet sind.
Bei der in Figur 1 gezeigten Elektrodenschichtenkonfiguration mit abwechselnd übereinander angeordneten, miteinander überlappenden ersten und zweiten Elektrodenschichten 3 und 4 ist insbesondere ein sogenanntes Hammer-Design vorteilhaft, wie es in Figur 2 in einer dreidimensionalen Schemazeichnung gezeigt ist. Die ersten Elektrodenschichten 3 weisen hierbei einen breiten Teil in Kontakt mit der ersten Außenseite 11 und damit mit der nicht gezeigten ersten Kontaktschicht 5 auf wobei sich die Breite in einer von der ersten Kontaktschicht 5 weggerichteten Richtung in einer Stufe symmetrisch
verjüngt. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn der breite Teil der ersten Elektrodenschichten 3 die Breite des Grundkörpers 1 aufweist und somit an die Seitenflächen 15, 16 des Grundkörpers 1 angrenzt. Die zweiten Elektrodenschichten 4 sind entsprechend ausgebildet und weisen einen breiten Teil in Kontakt mit der zweiten Außenseite 12 und damit in Kontakt mit der nichtgezeigten zweiten Kontaktschicht 6 auf, während sich die Breite in einer von der zweiten Kontaktschicht 6 weggerichteten Richtung in einer Stufe symmetrisch verjüngt.
Alternativ zu einer solchen Elektrodenschichtenkonfiguration kann der keramische Vielschichtkondensator 100 auch eine Elektrodenschichtenkonfiguration aufweisen, die aus
keramischen Vielschichtserienkondensatoren bekannt ist und die vergrabene dritte Elektrodenschichten 7 innerhalb des Grundkörpers 1 aufweist, die eine serielle Verbindung
zwischen einzeln Einheiten mit ersten und zweiten
Elektrodenschichten 3, 4 bilden. Derartige Konfigurationen sind in Figuren 3 und 4 gezeigt.
In Figur 3 ist eine Konfiguration gezeigt, bei der die ersten und zweiten Elektrodenschichten 3, 4 jeweils paarweise in einer Ebene angeordnet sind, während zwischen den Ebenen dritte Elektrodenschichten 7 im Grundkörper vorhanden sind, die nicht von außen kontaktiert sind und die von den
Außenseiten 11, 12 und den Seitenflächen 15, 16 beabstandet sind. Die dritten Elektrodenschichten 7 sind somit als „floating" Elektroden ausgebildet. Weiterhin können auch die ersten und zweiten Elektrodenschichten 3, 4 von den
Seitenflächen 15, 16 beabstandet sein.
Alternativ hierzu kann es auch vorteilhaft sein, wenn die dritten Elektrodenschichten 7 eine größere Breite als die ersten und zweiten Elektrodenschichten 3, 4 aufweisen und insbesondere im Vergleich zu dem ersten und zweiten
Elektrodenschichten 3, 4, die von den Seitenflächen 15, 16 beabstandet sind, bis zu den Seitenflächen 15, 16 reichen. Insbesondere in Verbindung mit Elektrodenschichtmaterialien auf Basis unedler Metalle kann eine solche
Elektrodenschichtenkonfiguration eine bessere Reoxidierung erlauben, die sich in einem höheren Isolationswiderstand äußert .
In den Figuren 5 und 6 sind elektrische Eigenschaften eines keramischen Vielschichtkondensators gemäß der vorherigen Beschreibung gezeigt, der eine Größe von 6 x 32 x 36 mm3 aufweist. Die keramischen Schichten weisen hierbei eine Dickte von 26 ym auf. Der Grundkörper ist aus 1200
keramischen Schichten und dazwischen angeordneten Nickel- Elektrodenschichten gebildet. Die Kontaktschichten, die die externen Elektroden des Vielschichtkondensators bilden, sind wie im allgemeinen Teil beschrieben mittels Sputtern
aufgebracht. In Figur 5 ist die Kapazität C in F in
Abhängigkeit von der Temperatur T in °C gezeigt. Die
Kapazität wurde bei einer Spannung von 0,1 V und einer
Frequenz von 100 Hz gemessen. Es ist leicht erkennbar, dass die Kapazität C eine ausgeprägte Kapazitätsanomalie mit einem Kapazitätsmaximum im Bereich von 80 °C aufweist. Damit beträgt die bevorzugte Betriebstemperatur des
Vielschichtkondensators in etwa 80 °C. In Figur 6 ist die Impedanz des Vielschichtkondensators in Abhängigkeit von der Frequenz F in Hz abgebildet, wobei der Betrag des komplexen Widerstands Z sowie der Realteil R jeweils in Ω gezeigt sind. Weiterhin weist der beschriebene Vielschichtkondensator bei Raumtemperatur die vorliegenden elektrischen
Eigenschaften auf:
ESR: 1,11 mQ
ESL: 3,5 nH
R, min : 0,12 mQ
C (bei 1 kHz) : 26,0 yF
Verlustfaktor (bei 1 kHz): 0,07 %
Durchbruchspannung : 1,2 kV
Energiedichte (bei 500 V und 80°C): 0,7 J cm"3
Kapazitätsdichte (bei 80 °C) : 13,4 yF cm-3
Somit weist der hier beschriebene keramische
Vielschichtkondensator ausgezeichnete Eigenschaften aufgrund einer Kombination einer hohen Kapazität und hohen
Energiedichte, einer hohen Durchbruchsspannung, geringem ESR und geringem ESL auf.
Die in Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele können alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der
Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen, auch wenn diese nicht explizit in Verbindung mit den Figuren beschrieben sind .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen. Dies beinhaltet insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, auch wenn dieses Merkmal oder diese
Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Keramischer Vielschichtkondensator mit einem Grundkörper (1) mit keramischen Schichten (2) und dazwischen
angeordneten ersten und zweiten Elektrodenschichten (3, 4), wobei die keramischen Schichten (2) ein
Keramikmaterial auf Basis von BaTii_yZry03 mit 0 ^ y ^ 1 aufweisen, das eine temperaturabhängige
Kapazitätsanomalie aufweist.
2. Vielschichtkondensator nach Anspruch 1, wobei das
Keramikmaterial BaTii_yZry03 mit 0 < y < 1 aufweist.
3. Vielschichtkondensator nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Keramikmaterial BaTii_yZry03 mit 0 < y < 0,3 aufweist.
4. Vielschichtkondensator nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei das Keramikmaterial eines oder mehrere Metalle ausgewählt aus Pb, Ca, Sn, Sr, Bi, Hf und Nb aufweist .
5. Vielschichtkondensator nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei das Keramikmaterial eines oder mehrere Metalle ausgewählt aus Ni, AI, Mg, Fe, Cr und Mn
aufweist .
6. Vielschichtkondensator nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei das Keramikmaterial eines oder mehrere Metalle ausgewählt aus Si, AI, B, Cu und Zn aufweist.
7. Vielschichtkondensator nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei das Keramikmaterial eine feste Lösung oder eine Mischung verschiedener keramischen Phasen zusätzlich mit einem oder mehreren der folgenden
Materialien aufweist:
- Zirkonate, Silikate, Titanate, Aluminate, Stannate,
Niobate, Tantalate,
- Oxide der Seltenen Erden, insbesondere mit Sc, Y, La, Ce,
Pr, Nd,
- Gruppe-IA-Metalloxide, Gruppe-2A-Metalloxide,
- feuerfeste Metalloxide, insbesondere mit Ti, V, Cr, Mn, Zr
Nb, Mo, Hf, Ta, W,
- Metalloxide mit AI, Si, Sn, Pb, Bi .
8. Vielschichtkondensator nach Anspruch 1, wobei das
Keramikmaterial aus BaTii_yZry03 mit 0 ^ y ^ 1 besteht.
9. Vielschichtkondensator nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Kapazitätsanomalie in einem
Temperaturbereich von größer oder gleich 25°C und kleiner oder gleich 150°C und bevorzugt von größer oder gleich 60°C und kleiner oder gleich 120°C liegt.
10. Vielschichtkondensator nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Elektrodenschichten (3, 4, 7) ein unedles Metall aufweisen.
11. Vielschichtkondensator nach Anspruch 10, wobei die
Elektrodenschichten (3, 4, 7) ein Ni-basiertes oder ein Cu-basiertes Metall aufweisen.
12. Vielschichtkondensator nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der Grundkörper (1) ein Volumen von größer oder gleich 1 cm3 aufweist. Vielschichtkondensator nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die keramischen Schichten (2) eine Dicke von größer oder gleich 1 ym und kleiner oder gleich 200 ym aufweisen.
Vielschichtkondensator nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Elektrodenschichten (3, 4, 7) eine Dicke von größer oder gleich 0,5 ym und kleiner oder gleich 2 ym aufweisen.
Vielschichtkondensator nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der Grundkörper (1) zumindest 1000 keramische Schichten (2) mit dazwischen angeordneten Elektrodenschichten (3, 4, 7) aufweist.
Vielschichtkondensator nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die ersten Elektrodenschichten (3) durch eine erste Kontaktschicht (5) auf einer ersten Außenseite (11) des Grundkörpers (1) und die zweiten Elektrodenschichten (4) durch eine zweite Kontaktschicht (6) auf einer zweiten, der ersten Außenseite (11) gegenüber liegenden Außenseite (12) des Grundkörpers (1) elektrisch kontaktiert werden, wobei der Grundkörper (1) eine Länge, eine Breite und eine Höhe aufweist und die Länge durch den Abstand der ersten zur zweiten
Außenseite (11, 12) gegeben ist, die Höhe durch den Abstand einer Unterseite (13) des Grundkörpers (1) zu einer Oberseite (14) des Grundkörpers (1) entlang einer Stapelrichtung der keramischen Schichten (2) und der Elektrodenschichten (3, 4, 7) gegeben ist und die Breite durch den Abstand von sich gegenüber liegenden
Seitenflächen (15, 16) des Grundkörpers (1) gegeben ist, die die Außenseiten (11, 12) sowie die Oberseite (14) und die Unterseite (13) des Grundkörpers (1) verbinden.
17. Vielschichtkondensator nach Anspruch 15, wobei die
ersten und zweiten Elektrodenschichten (3, 4)
abwechselnd übereinander im Grundkörper (1) angeordnet sind und jeweils eine Breite aufweisen, die sich in einer von der jeweiligen Kontaktschicht (5, 6)
weggerichteten Richtung in einer Stufe symmetrisch verjüngt.
18. Vielschichtkondensator nach Anspruch 16, wobei die
ersten und zweiten Elektrodenschichten (3, 4) jeweils paarweise in einer Ebene angeordnet sind und zwischen den Ebenen dritte Elektrodenschichten (7) im Grundkörper
(1) vorhanden sind, die nicht von außen kontaktierbar sind und die von den Außenseiten (11, 12) und
Seitenflächen (15, 16) jeweils beabstandet sind. 19. Vielschichtkondensator nach Anspruch 16, wobei die
ersten und zweiten Elektrodenschichten (3, 4) jeweils paarweise in einer Ebene angeordnet sind und zwischen den Ebenen dritte Elektrodenschichten (7) im Grundkörper (1) vorhanden sind, die nicht von außen kontaktierbar sind, die von den Außenseiten (11, 12) beabstandet sind und die eine größere Breite als die ersten und zweiten Elektrodenschichten (3, 4) aufweisen.
20. Vielschichtkondensator nach Anspruch 19, wobei die
ersten und zweiten Elektrodenschichten (3, 4) von den
Seitenflächen (15, 16) beabstandet sind und die dritten Elektrodenschichten (7) bis zu den Seitenflächen (15, 16) reichen.
EP14758394.2A 2013-10-02 2014-09-01 Keramischer vielschichtkondensator basierend auf bati(1-y)zry03 Withdrawn EP3053174A1 (de)

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