EP3146536B1 - Elektronisches bauelement und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Elektronisches bauelement und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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EP3146536B1
EP3146536B1 EP15727321.0A EP15727321A EP3146536B1 EP 3146536 B1 EP3146536 B1 EP 3146536B1 EP 15727321 A EP15727321 A EP 15727321A EP 3146536 B1 EP3146536 B1 EP 3146536B1
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EP
European Patent Office
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functional body
body section
body portion
functional
electronic device
Prior art date
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EP3146536A1 (de
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Franz Rinner
Yongli Wang
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TDK Electronics AG
Original Assignee
TDK Electronics AG
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Publication date
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    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/14—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors
    • H—ELECTRICITY
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    • H01C1/00—Details
    • H01C1/14—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors
    • H01C1/142—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors the terminals or tapping points being coated on the resistive element
    • H—ELECTRICITY
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    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/102—Varistor boundary, e.g. surface layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/105—Varistor cores

Definitions

  • the present invention relates to an electronic component, for example a varistor component, and a method for producing the same.
  • US 4,157,527 A. describes an electronic component with a varistor functional body, the varistor having a smaller thickness in a central region than in an edge region.
  • One problem to be solved is to provide means for an improved electronic component, in particular a more flexible and / or more robust electronic component.
  • This object is solved by the features of the independent claims.
  • Advantageous refinements and developments are the subject of the dependent claims.
  • a proposed electronic component comprises a functional body.
  • the functional body expediently represents the functional element of the electronic component.
  • the electronic component comprises a contact which is electrically connected to or contacts a first surface of the functional body.
  • the contact can be an electrical contact layer and / or a metallization or another contact.
  • the functional body Via the contact, the functional body is expediently contacted and / or electrically connected to further connections, for example an outer electrode of the electronic component.
  • the surface is preferably a first surface, for example a first main surface of the functional body.
  • the contact has an edge area and a central area.
  • the functional body is designed in such a way that the electrical resistance of the functional body between the first surface and a second surface or main surface of the functional body facing away from the first surface is viewed in a first functional body section, which is viewed from above in view of the electronic component, in particular the first surface overlaps with the edge area is larger than in a second functional body section that overlaps with the central area of the contact.
  • the first and the second functional body section are preferably radial sections of the functional body.
  • the central region of the contact preferably denotes an inner and / or middle region of the contact, while the edge region preferably denotes or defines an outer edge of the contact.
  • the contact is preferably electrically connected to both the first and the second functional body section.
  • the first functional body section preferably designates an outer or edge section of the functional body.
  • the second functional body section preferably designates an inner or central section of the functional body.
  • the second functional body section and the central area are — when viewed from the top of the electronic component — preferably congruent.
  • the said contact is preferably a first contact.
  • the electronic component also expediently comprises a second contact, which is electrically connected to the second surface of the functional body or contacts it.
  • the second contact is preferably configured analogously to the first contact and is arranged in relation to the second surface in the same way as the first contact in relation to the first surface.
  • the first and the second contact can, for example, be arranged symmetrically with respect to a longitudinal axis of the electronic component.
  • the electronic component and / or the functional body is preferably disk-shaped and at least largely rotationally symmetrical with respect to the longitudinal axis.
  • a contact is preferably provided or arranged on an upper side and on a lower side of the disk for the electrical connection or contacting.
  • the first and the second contact are preferably arranged congruently, for example when viewed from the top of the electronic component.
  • the functional body when viewed in a section along the longitudinal axis, is preferably arranged directly or immediately between the contacts.
  • the electronic component is a varistor component.
  • Varistor components are preferably used as overvoltage protection.
  • the functional body is expediently designed such that it represents the functional element of the varistor component.
  • the Functional body comprise a polycrystalline, sintered, material.
  • the electronic component is a disk or block varistor.
  • the first functional body section at least partially, runs around the second functional body section when viewed from the top of the electronic component.
  • the first functional body section preferably completely surrounds or surrounds the second functional body section.
  • the functional body is designed such that the electrical current density in the first functional body section, in particular at a contact point of the first functional body section and the edge region of the contact or between the first functional body section and the edge region, during operation of the electronic component and / or in the case of a Current flow in the functional body reduced or reduced.
  • the electrical current density is preferably reduced or reduced in comparison to a conventional electronic component or a component of the prior art.
  • the electrical current density and the associated temperature load can be particularly high, for example during operation of the electronic component.
  • the cause of this can be an edge effect that occurs during the operation of the electronic component.
  • the heat development in the first functional body section can advantageously be reduced or reduced during operation, for example because of increased electrical resistance and thus reduced electrical current density, as less heat is generated as a rule.
  • the lifespan of the electronic component can advantageously be increased.
  • High temperatures in the functional element can considerably limit the service life and / or the area of use of the electronic component, in particular in the case of a varistor component.
  • the thermal loads described, in particular for varistor components can even lead to the destruction of the component in the event of prolonged overvoltage. This can be counteracted by the above-described configuration of the functional body, in that the first functional body section has a greater electrical resistance than the second functional body section, since this weakens the edge effect described.
  • the surface area of the second functional body section when viewed from the top of the electronic component, is larger than the surface area of the first functional body section.
  • This configuration can in particular ensure that the electrical resistance of the functional body of the electronic component between the first and the second surface is or remains defined overall by the second functional body section.
  • the electrical properties, in the case of a varistor component, for example the varistor voltage remain essentially unchanged.
  • the area of the second functional body section is twice as large, three times as large or ten times as large as the area of the first functional body section.
  • the functional body has a contact-free area in the first functional body section.
  • the contact-free area is preferably an outer radial section of the functional body. Accordingly, the contact-free area is preferably arranged on the edge with respect to the functional body. There is preferably no contact in the non-contact area. With this configuration, improved contacting of the functional body can advantageously be achieved. In particular, electrical flashovers on the edge, edge area or on an edge of the functional body can be prevented or restricted.
  • the contact-free area or an edge thereof preferably runs without kinks when viewed from above on the electronic component.
  • an edge length or edge area of the contact can be reduced or minimized and thus the formation of "hot spots" (English for "hot spots") in which particularly high electrical fields, thermomechanical voltages and / or thermal, mechanical or electrical Stresses occur, are prevented or restricted.
  • the thickness of the functional body in the first functional body section is greater than the thickness of the functional body in the second functional body section.
  • the thickness of the first functional body section and the thickness of the second functional body section are at least predominantly constant or approximately constant. This configuration advantageously allows a means for increasing the electrical resistance in the first functional body section to be specified, as a result of which the electrical current density and thus the temperature load in the first functional body section can be reduced during the operation of the electronic component.
  • the electrical resistance of the first functional body section is increased by the greater distance of the contacts or surfaces in the first functional body section, or by the greater path length along the thickness, in contrast to the second functional body section, with, for example, the same electrical applied to the electronic component Voltage, the current load and thus the overheating or temperature load can be reduced in the first functional body section.
  • the thickness described here preferably extends along the above-mentioned longitudinal axis of the electronic component.
  • the thickness of the functional body is preferably increased only on one side or main surface of the electronic component and / or the functional body, whereas on the other side of the electronic component the surfaces of the first functional body section and the second functional body section of the functional body are flat and / or lie in one plane ,
  • the functional body can be designed such that, for example, an upper and a lower side of the first Functional body section is not arranged in one plane with respect to an upper or an underside of the second functional body section.
  • the thickness of the functional body in the first functional body section is 5% to 15% greater than the thickness of the functional body in the second functional body section.
  • the thickness of the functional body in the first functional body section is particularly preferably at least 10% greater than the thickness of the second functional body section.
  • the thickness mentioned can also be increased by more than 15%, for example.
  • the effect of increasing the thickness with regard to the electrical resistance is qualitatively the same.
  • the radial extent of the first functional body section is between the single and double the thickness of the functional body in the first functional body section.
  • the material properties of the functional body in the first functional body section are different from those in the second functional body section. This configuration can expediently achieve that the electrical resistance in the first functional body section is increased in comparison to the second functional body section.
  • the functional body is designed such that the first functional body section is one in comparison to the second functional body section has greater specific electrical resistance.
  • the current density in the first functional body section can be reduced or reduced during operation of the electronic component.
  • Corresponding differences in the material properties can preferably be generated or formed during the manufacturing process of the electronic component and / or during sintering of the functional body (see below).
  • the greater specific electrical resistance advantageously allows the current densities and thus the temperature loads in the first functional body section to be reduced in the first functional body section given the current pulses.
  • the functional body has a sintered material.
  • the contact is a first contact
  • the electronic component additionally having a second contact which is electrically connected to the second surface of the functional body
  • the functional body being designed such that the electrical current or current density distribution when a current flows is homogenized in the functional body between the contacts in the first and the second functional body section.
  • This can mean that discrepancies or the scatter of the electrical current densities, which are present, for example, during operation of the electronic component and / or when there is a current flow in the functional body, are reduced.
  • the second contact has an edge area and a central area.
  • the functional body is, preferably largely, polycrystalline.
  • the functional body can have a polycrystalline material, for example, as the main component.
  • the functional body has a ceramic, for example as the main component.
  • the ceramic is preferably a sintered ceramic.
  • the functional body is designed in such a way that, after the application of an electrical voltage above a characteristic threshold, in the case of a varistor component, for example the varistor voltage, it conducts electrically between the first and the second surface without the functional body having electrically insulating regions ,
  • a method for producing the functional body for the electronic component described above is also specified.
  • the functional body and / or the electronic component can preferably be produced or produced using the method described here.
  • all the features disclosed for the method can also relate to the functional body and / or the electronic component, and vice versa.
  • the method comprises providing a basic material for the functional body for the electronic component and forming the functional body using the Base material such that the electrical resistance of the functional body, measured between two opposite surfaces, that is to say the above-mentioned first and second surfaces, is greater in the first functional body section than in the second functional body section.
  • this comprises providing the functional body with a contact on the opposite surfaces, each contact, for example the above-mentioned first and second contact, being electrically connected to the first and second functional body sections.
  • the base material has a more homogeneous material composition than the functional body.
  • the material composition of the base material is preferably largely homogeneous, whereas the material composition of the functional body, in particular when comparing the material compositions of the first and second functional body sections with one another and with respect to individual material components, is inhomogeneous.
  • the base material is formed in the first functional body section with a greater thickness than the second functional body section. This configuration advantageously enables the electrical resistance of the first functional body section to be increased in comparison to the second functional body section.
  • the base material is sintered to form the functional body in such a way that the specific electrical resistance of the functional body is greater in the first functional body section than in the second functional body section.
  • the base material is sintered in such a way that crystal grains or corresponding grain sizes in the first functional body section of the functional body are smaller or are formed than in the second functional body section. Due to the smaller grain sizes or greater density of grain boundaries of the first functional body section in comparison to the second functional body section, the specific electrical resistance of the functional body in the first functional body section is advantageously made larger than in the second functional body section.
  • the material composition of the base material is changed in a first section thereof during the sintering in order to form the first functional body section.
  • the first functional body section is preferably formed from the first section of the base material by sintering.
  • the base material is exposed to a temperature gradient during the sintering, the base material not being provided with material additives during the sintering and preferably likewise before the sintering.
  • no further material is added to the base material from outside, for example from outside the sintering furnace, during sintering.
  • the material composition of the base material in the first functional body section preferably changes instead by migration and / or diffusion processes of material components originally contained in the base material.
  • the base material is provided with a dopant before sintering, which diffuses into the base material during sintering in order to form the first functional body section.
  • the dopant or the additional material is preferably applied to the base material or the base material is dipped into the dopant or a solution containing it before sintering.
  • the dopant can be yttrium oxide, for example Y 2 O 3 , or other rare earth metals or their oxides.
  • the first functional body section is designed such that the maximum temperature which occurs in the first functional body section under an electrical test pulse with a current strength of 30 A of pulse shape 8/20, for example in comparison to a conventional electronic component, is reduced by at least 500 ° C.
  • a method for producing an electronic component is furthermore specified which comprises the method steps of the above-mentioned method for producing the functional body.
  • the Figures 5A to 5D show simulation results of the operation of the electronic component.
  • Figure 6 shows a table with values for the simulation of the operation of the electronic component.
  • Figure 1 shows a schematic perspective view of an electronic component 100.
  • the electronic component 100 is preferably a varistor component, in particular a disk or block varistor.
  • the electronic component 100 is particularly preferably a disk varistor.
  • the electronic component 100 is in accordance with Figure 1 designed disc-shaped and has a longitudinal axis or axis of symmetry X, which runs through the center of the disc. With regard to the longitudinal axis X, the electronic component is preferably at least approximately rotationally symmetrical.
  • the electronic component points in accordance with Figure 1 furthermore a disc-shaped functional body 1.
  • the functional body 1 preferably comprises a semiconductor material and / or a sintered ceramic, for example. Accordingly, the functional body 1 preferably further comprises polycrystalline material, or material which comprises grain boundaries and or grains of different electrical conductivity.
  • the functional body 1 is preferably designed such that it can be switched from the electrically insulating to the electrically conductive state after the application of an electrical voltage above the varistor voltage.
  • the functional body 1 comprises a first functional body section 3 and a second functional body section 2.
  • the first functional body section 3 rotates or surrounds the second functional body section 2, as viewed from the top, preferably viewed at its outer edge, and is preferably cohesive and / or in one piece with it connected to form the functional body 1.
  • the boundary of the sections mentioned is indicated by the dashed line.
  • the electronic component, or the disk or block varistor for example, has a diameter of about 30 mm and a thickness of about 3 mm.
  • the thickness mentioned preferably relates to the thickness of the second functional body section 2 along the longitudinal axis.
  • this or a corresponding functional body has a rectangular shape. Accordingly, according to the invention, the electronic component can be, for example, an angular block varistor.
  • Figure 2 shows a schematic sectional view of an embodiment of the electronic component 100 according to the invention.
  • Figure 2 preferably shows a section through the electronic component 100 according to FIG Figure 1 along the longitudinal axis X.
  • the functional body 1 has a thickness D1 in its first functional body section 3.
  • the functional body 1 has a thickness D2.
  • the thickness D2 is smaller than the thickness D1.
  • the thickness D1 can for example be 5%, 10% or 15% larger or even larger than the second thickness.
  • the functional body 1 also has a first surface 5 and a second surface 6 facing away from the first surface 5.
  • the second surface 6 is in accordance with Figure 1 flat, while the first surface 5 is not flat due to the increase in the thickness D1 in the first functional body section 3 compared to D2.
  • the greater thickness D1 of the first functional body section 3 compared to the second functional body section 2 can also be realized in such a way that both surfaces 5, 6 in the first functional body section 3 compared to the second Functional body section 2 raised, that is, are not flat overall.
  • the thickness of the functional body 1 can increase, for example, from the first to the second functional body section (from the inside to the outside) over an oblique course (cf. also FIG Figures 5A to 5D further down).
  • an abrupt change in the thickness over a step in the course of the thickness of the functional body 1 is also conceivable (not explicitly shown in the figures).
  • the electrical resistance of the functional body 1 between the first surface 5 and the second surface 6 can be made larger than in the second functional body section 2, in particular due to the increased distance in the first functional body section 3.
  • the electronic component 100 also has a first contact 4a, which is electrically connected to the first surface 5.
  • the first contact 4a is preferably connected both to the first functional body section 3 and to the second functional body section 2.
  • the contact 4a in turn has an edge area 7 and a central area 8.
  • the edge region 7 preferably encloses the central region 8.
  • the electronic component has a second contact 4b, which on the second surface 6 to the first functional body section 3 and the second functional body section 2 is connected.
  • the second contact 4b preferably has an edge region 7 and a central region 8.
  • the first and the second contacts 4a, 4b are preferably congruently arranged when viewed from the top of the electronic component 100.
  • the contacts 4a, 4b preferably contact the functional body 1.
  • the contacts can, for example, be electrodes metallized, in particular metallic contact layers.
  • the contacts 4a, 4b can be provided for an electrical connection or contacting of an outer electrode (not explicitly shown) on the functional body 1.
  • the functional body 1 expediently becomes electrically conductive in order, for example, to protect a further electrical component from an overvoltage or an electrical voltage damaging the component.
  • the first functional body section 3 overlaps the electronic component 100, that is to say, for example, in the view of the surface 5, preferably with the edge region 7.
  • the second functional body section 2 overlaps when viewed from the top, preferably with the central region 8.
  • the electrical current occurring in the operation of the electronic component 100 in the second functional body section 3 or in particular the electrical current density can advantageously be reduced or reduced. Due to the reduced current load, the generation of heat and thus the temperature load in the first functional body section can be reduced at the same time.
  • the electronic component 100 preferably has dimensions comparable to the thickness D1 of the first functional body section 3 compared to a conventional electronic component or an electronic component of the prior art.
  • the contact areas that is to say the areas in which the contacts 4a, 4b are connected to the functional body 1, are dimensioned or configured similarly or comparably in this respect.
  • the electrical current density and the associated temperature load can be particularly high due to an "edge effect".
  • the edge effect can be caused by electrical fields which are larger in operation of the component 100 on or in the edge region 7 than, for example, in the central region 8.
  • the area of the second functional body section 2 is preferably larger than that of the first functional body section 3.
  • the area of the second functional body section 3 is twice as large, three times as large or ten times as large as the area of the first functional body section 3.
  • the electrical properties, im In the case of a varistor component, for example the varistor voltage, the electronic component is preferably independent of the configuration of the first functional body section 3.
  • a radial expansion of the first functional body section 3 is shown in FIG Figure 2 marked with R1. Furthermore, a radial extension, in particular the diameter of the second functional body section 2, is identified by R2. The radial extent R1 is preferably between the single and double the thickness D1 of the functional body 1 in the first functional body section 3.
  • a non-contact edge 9 of the functional body 1 is further shown in the first functional body section 3, in which the contacts 4a, 4b are not electrically connected to the functional body 1.
  • the contact-free area 9 preferably designates a radial outer section of the functional body 1.
  • the contacts 4a, 4b close at the outer edge of the Electronic component 100 is not flush with the functional body 1, but the edge region 7 of the contacts 4a, 4b is offset inwards in comparison to the outer edge of the component.
  • the contacts 4a, 4b are preferably arranged and designed such that they completely contact the functional body 1 except for the contact-free edge.
  • Figure 3 shows a schematic sectional view of the electronic component 100 according to a further embodiment of the invention. It is in Figure 3 It can be seen that the functional area 2 has a constant thickness over its entire extent, which for example corresponds to the thickness D2 in Figure 2 corresponds.
  • the material properties of the first and the second functional body section are preferably selected differently here.
  • the first functional body section 3 has a greater specific electrical resistance than the second functional body section 2 analogous to the above embodiment with the increased thickness, by the greater resistance, a current density and thus the heat development in the first functional body section 3, in particular in or at the contact point with the edge region 7.
  • the functional body 1 preferably has a sintered, polycrystalline material.
  • the material is preferably silicon carbide, zinc oxide or another metal oxide, such as bismuth oxide, chromium oxide or manganese oxide.
  • the first functional body section 3 is preferably produced or obtained by sintering a starting material for the functional body 1, for example, or by selecting the composition of the starting material for the functional body before the sintering such that the first functional body section 3 is compared to the second functional body section 2 has a greater specific electrical resistance. In the present case, this can be achieved by the formulation of the starting material and the sintering conditions, in particular the process conditions during the sintering.
  • a manufacturing method of the functional body 1 for the electronic component 100 and / or the electronic component itself preferably comprises the provision of a green compact or base material 1 for the functional body 1, the formation of the functional body 1 using the base material 1 such that the electrical resistance of the functional body 1 is larger in the first functional body section 3 than in the second functional body section 2.
  • the thickness D1 of the first functional body section 3 is made larger than the thickness D2 of the second functional body section 2.
  • the base material 1 can be sintered into the functional body 1 in such a way that the specific electrical resistance of the functional body 1 in the first functional body section 3 is larger than in the second functional body section 2.
  • the base material 1 can be exposed to a temperature gradient during the sintering, for example, without further material being added to the base material 1 during the sintering.
  • the properties of the functional body 1 with respect to the specific electrical resistance are preferably formed solely by the formulation or composition, for example on the basis of migration and / or diffusion processes of material components originally contained in the base material 1.
  • the composition can comprise, for example, materials which, during the sintering, preferably migrate, diffuse or accumulate in the first functional body section 3 due to the temperature gradient described.
  • certain original materials of the base material 1 can be removed from the stoichiometry of the base material 1 by evaporation from the base material 1 or evaporation from a surface of the base material 1, so as to produce a more inhomogeneous material composition in the functional body 1 in contrast to the base body.
  • the effects or processes described can expediently lead to crystal grains or their grain sizes in the first functional body section 3 of the functional body 1 being smaller or being formed than in the second functional body section 2 and thus the specific electrical resistance in the first functional body section 3 is enlarged in contrast to the second functional body section 2.
  • the base material 1 can be provided with a dopant before sintering, which diffuses into the base material 1, for example during the sintering, in order to form the first functional body section 3.
  • the dopant can comprise or consist of, for example, yttrium oxide, in particular Y 2 O 3 , or other rare earth metals or their oxides.
  • the dopant or the additional material is preferably applied to the base material or the base material is immersed in the dopant or, for example, a solution or compound contained therein before sintering.
  • Figure 4 shows an exemplary voltage-current characteristic of an electronic component according to the invention (dashed line) and an exemplary voltage-current characteristic of a conventional corresponding electronic component (solid line).
  • the electric field strength is plotted as a function of the electric current density in logarithmic scales.
  • Characteristic curves preferably describe a working range of the components in question (cf. in particular the range above 10 A / mm 2 ).
  • the dashed voltage-current characteristic curve describes in particular the electrical behavior of a varistor component according to the invention, in which the thickness of the above-mentioned first functional body section 3 (cf. for example Figure 2 ) is enlarged by 10% compared to the second functional body section.
  • the conventional varistor component here is preferably identical or similar to the component according to the invention, except for the greater thickness described.
  • the Figures 5A to 5D show simulation results of the operation of varistor components according to the invention and conventional varistor components according to the characteristic curve (s) Figure 4 ,
  • the simulations preferably relate to "finite element (FEM) simulations.
  • FEM finite element
  • the Figures 5A to 5D each describe four different geometries or partial figures of disk varistors (cf. numbering (1) to (4)), at least in the Figures 5A and 5B each about the right half or an upper right quarter of a sectional view similar or corresponding to that Figures 2 and 3 is shown.
  • the results relate to disk varistors with a diameter of 30 mm and a thickness of a corresponding second functional body section (cf. reference number 2 above) of 3 mm.
  • the vertical dashed lines in the Figures 5A to 5D define the first functional body section of the respective components described above and visually delimit this from the second functional body section. At least the thickness of the first contact is 10 ⁇ m. In the circled areas, the edge area 7 of the contacts can be seen (see reference number 4a above).
  • the partial figures (2) each show the thickness (cf. D1 in Figure 2 ) of the first functional body section compared to the second functional body section enlarged by 10% (see right edge of the partial figures (2) of the Figures 5A to 5D ).
  • the partial figures (3) each show corresponding simulation results for the configuration of the component according to the invention, in which the functional body sections are of the same thickness, but the first functional body section has a greater specific electrical resistance than the second functional body section due to the material composition ( Figure 3 including description).
  • the sub-figures (4) combine the configurations of the sub-figures (2) and (3), each showing and simulating both a greater thickness of the first functional body section and an increased specific electrical resistance due to the material composition.
  • both the temperature and the electrical current density are considerably higher at points than in the corresponding other functional body.
  • the temperature of the varistor component which arises in response to the test pulse described in the first functional body section, in particular in the vicinity of the edge region 7 of the contact, can be reduced by up to 750 ° C. according to the invention.
  • Corresponding results of the electrical current densities at the pulse maximum of the test pulse and the maximum temperature at the end of the pulse on the basis of numerical values are in the table of Figure 5 shown for all sub-figures (1) to (4).
  • the electrical voltage of the varistor is also shown.
  • the invention is not limited by the description based on the exemplary embodiments. Rather, the invention encompasses every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.

Description

  • Elektronisches Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement, beispielsweise ein Varistorbauelement, und ein Verfahren zur Herstellung desselben. US 4 157 527 A beschreibt ein elektronisches Bauelement mit einem Varistor-Funktionskörper, wobei der Varistor in einem Zentralbereich eine geringere Dicke aufweist als in einem Randbereich. Eine zu lösende Aufgabe ist es, Mittel für ein verbessertes elektronisches Bauelement, insbesondere ein flexibler einsetzbares und/oder robusteres elektronisches Bauelement, anzugeben.
    Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
    Ein vorgeschlagenes elektronisches Bauelement umfasst einen Funktionskörper. Der Funktionskörper stellt zweckmäßigerweise das funktionale Element des elektronischen Bauelements dar. Weiterhin umfasst das elektronische Bauelement einen Kontakt, welcher elektrisch an eine erste Oberfläche des Funktionskörpers angebunden ist oder diesen kontaktiert. Bei dem Kontakt kann es sich um eine elektrische Kontaktschicht und/oder um eine Metallisierung oder eine andere Kontaktierung handeln. Über den Kontakt wird der Funktionskörper zweckmäßigerweise kontaktiert und/oder elektrisch an weitere Anschlüsse, beispielsweise eine Außenelektrode des elektronischen Bauelements angebunden. Bei der Oberfläche handelt es sich vorzugsweise um eine erste Oberfläche, beispielsweise eine erste Hauptoberfläche des Funktionskörpers. Der Kontakt weist einen Randbereich und einen Zentralbereich auf. Weiterhin ist der Funktionskörper derart ausgebildet, dass der elektrische Widerstand des Funktionskörpers zwischen der ersten Oberfläche und einer von der ersten Oberfläche abgewandten zweiten Oberfläche oder Hauptoberfläche des Funktionskörpers in einem ersten Funktionskörperabschnitt, der in Aufsicht auf das elektronische Bauelement, insbesondere auf die erste Oberfläche, betrachtet mit dem Randbereich überlappt, größer ist als in einem zweiten Funktionskörperabschnitt, der mit dem Zentralbereich des Kontakts überlappt. Der erste und der zweite Funktionskörperabschnitt sind vorzugsweise radiale Abschnitte des Funktionskörpers.
  • Der Zentralbereich des Kontakts bezeichnet vorzugsweise einen inneren und/oder mittleren Bereich des Kontakts, während der Randbereich vorzugsweise einen äußeren Rand des Kontakts bezeichnet oder definiert.
  • Vorzugsweise ist der Kontakt elektrisch sowohl an den ersten als auch an den zweiten Funktionskörperabschnitt angebunden. Der erste Funktionskörperabschnitt bezeichnet vorzugsweise einen äußeren oder Randabschnitt des Funktionskörpers. Der zweite Funktionskörperabschnitt bezeichnet hingegen vorzugsweise einen inneren oder zentralen Abschnitt des Funktionskörpers. Der zweite Funktionskörperabschnitt und der Zentralbereich sind - in Aufsicht auf das elektronische Bauelement betrachtet - vorzugsweise deckungsgleich.
  • Vorzugsweise ist der genannte Kontakt ein erster Kontakt. Zweckmäßigerweise umfasst das elektronische Bauelement zudem einen zweiten Kontakt, welcher elektrisch an der zweiten Oberfläche des Funktionskörpers angebunden ist oder diesen kontaktiert. Der zweite Kontakt ist vorzugsweise analog zu dem ersten Kontakt ausgebildet und in Bezug zu der zweiten Oberfläche so angeordnet wie der erste Kontakt in Bezug auf die erste Oberfläche. Der erste und der zweite Kontakt können beispielsweise bezüglich einer Längsachse des elektronischen Bauelements symmetrisch angeordnet sein. Vorzugsweise ist das elektronische Bauelement und/oder der Funktionskörper scheibenförmig und bezüglich der Längsachse zumindest weitgehend rotationssymmetrisch angeordnet.
  • Im Falle eines Scheibenvaristors als elektronisches Bauelement ist vorzugsweise je ein Kontakt an einer Oberseite und an einer Unterseite der Scheibe für die elektrische Anbindung oder Kontaktierung vorgesehen beziehungsweise angeordnet.
  • Vorzugsweise sind der erste und der zweite Kontakt beispielsweise in Aufsicht auf das elektronische Bauelement betrachtet deckungsgleich angeordnet.
  • Beispielsweise ist der Funktionskörper in einem Schnitt entlang der Längsachse betrachtet vorzugsweise direkt oder unmittelbar zwischen den Kontakten angeordnet.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das elektronische Bauelement ein Varistorbauelement. Varistorbauelemente werden vorzugsweise als Überspannungsschutz eingesetzt. Gemäß dieser Ausgestaltung ist der Funktionskörper zweckmäßigerweise derart ausgestaltet, dass er das funktionale Element des Varistorbauelements darstellt. In dieser Hinsicht kann der Funktionskörper ein polykristallines, gesintertes, Material umfassen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das elektronische Bauelement ein Scheiben- oder Blockvaristor.
  • In einer Ausgestaltung umläuft der erste Funktionskörperabschnitt den zweiten Funktionskörperabschnitt in Aufsicht auf das elektronische Bauelement betrachtet zumindest teilweise. Vorzugsweise umschließt oder umläuft der erste Funktionskörperabschnitt den zweiten Funktionskörperabschnitt vollständig.
  • In einer Ausgestaltung ist der Funktionskörper derart ausgebildet, dass die elektrische Stromdichte in dem ersten Funktionskörperabschnitt, insbesondere an einer Kontaktstelle des ersten Funktionskörperabschnitts und des Randbereichs des Kontakts oder zwischen dem ersten Funktionskörperabschnitt und dem Randbereich, während des Betriebs des elektronischen Bauelements und/oder bei einem Stromfluss im Funktionskörper vermindert oder reduziert. Vorzugsweise ist die elektrische Stromdichte dabei im Vergleich zu einem konventionellen elektronischen Bauelements oder einem Bauelements des Standes der Technik vermindert oder reduziert.
  • Insbesondere an der genannten Kontaktstelle kann die elektrische Stromdichte und damit verbundene Temperaturbelastung beispielsweise während des Betriebs des elektronischen Bauelements besonders hoch sein. Die Ursache dafür kann ein Kanteneffekt sein, der sich im Betrieb des elektronischen Bauelements einstellt.
  • Durch das vorgestellte elektronische Bauelement kann während des Betriebs vorteilhafterweise die Wärmeentwicklung, beispielsweise durch entstehende Joule-Wärme, in dem ersten Funktionskörperabschnitt reduziert oder vermindert werden, da durch einen erhöhten elektrischen Widerstand und damit verminderte elektrische Stromdichte in der Regel weniger Wärme entsteht. Dadurch wird das elektronische Bauelement gleichzeitig temperaturbeständiger und vielseitiger einsetzbar. Weiterhin kann die Lebensdauer des elektronischen Bauelements mit Vorteil erhöht werden.
  • Durch hohe Temperaturen im funktionalen Element kann die Lebensdauer und/oder der Einsatzbereich des elektronischen Bauelements insbesondere im Falle eines Varistorbauelements, erheblich eingeschränkt werden. Die beschriebenen thermischen Belastungen können, insbesondere für Varistorbauelemente, bei längerem Anliegen einer Überspannung sogar zur Zerstörung des Bauteils führen. Dem kann durch die oben beschriebene Ausgestaltung des Funktionskörpers, dahingehend dass der erste Funktionskörperabschnitt einen größeren elektrischen Widerstand aufweist als der zweite Funktionskörperabschnitt entgegengewirkt werden, da dadurch der beschriebene Kanteneffekt abgeschwächt wird.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Flächeninhalt des zweiten Funktionskörperabschnitts in Aufsicht auf das elektronische Bauelement betrachtet größer als der Flächeninhalt des ersten Funktionskörperabschnitts. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere erreicht werden, dass der elektrischen Widerstand des Funktionskörpers des elektronischen Bauelements zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche insgesamt durch den zweiten Funktionskörperabschnitt definiert ist oder bleibt. Dadurch bleiben wiederum die elektrischen Eigenschaften, im Falle eines Varistorbauelements beispielsweise die Varistorspannung, im Wesentlichen unverändert. Beispielsweise ist der Flächeninhalt des zweiten Funktionskörperabschnitts doppelt so groß, dreimal so groß oder zehnmal so groß wie der Flächeninhalt des ersten Funktionskörperabschnitts.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Funktionskörper in dem ersten Funktionskörperabschnitt einen kontaktfreien Bereich auf. Der kontaktfreie Bereich ist vorzugsweise ein äußerer radialer Abschnitt des Funktionskörpers. Der kontaktfreie Bereich ist dementsprechend bezüglich des Funktionskörpers vorzugsweise randseitig angeordnet. In dem kontaktfreien Bereich ist vorzugsweise kein Kontakt vorhanden. Durch diese Ausgestaltung kann mit Vorteil eine verbesserte Kontaktierung des Funktionskörpers erreicht werden. Insbesondere können elektrische Überschläge an dem Rand, Randbereich oder an einer Kante des Funktionskörpers verhindert oder eingeschränkt werden. Vorzugsweise verläuft der kontaktfreie Bereich oder ein Rand desselben in Aufsicht auf das elektronische Bauelement knickfrei. Durch die knickfreie Ausgestaltung kann insbesondere wiederum eine Kantenlänge oder Kantenfläche der Kontaktierung verkleinert oder minimiert und somit die Entstehung von "Hotspots" (englisch für "heiße Stellen"), in denen besonders hohe elektrische Felder, thermomechanische Spannungen und/oder thermische, mechanische oder elektrische Belastungen auftreten, verhindert oder eingeschränkt werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Dicke des Funktionskörpers in dem ersten Funktionskörperabschnitt größer als die Dicke des Funktionskörpers in dem zweiten Funktionskörperabschnitt. Vorzugsweise ist die Dicke des ersten Funktionskörperabschnitts als auch die Dicke des zweiten Funktionskörperabschnitts zumindest überwiegend konstant oder annähernd konstant. Durch diese Ausgestaltung kann vorteilhafterweise ein Mittel zur Vergrößerung des elektrischen Widerstands in dem ersten Funktionskörperabschnitt angegeben werden, wodurch die elektrische Stromdichte und damit die Temperaturbelastung in dem ersten Funktionskörperabschnitt während des Betriebs des elektronischen Bauelements vermindert werden kann. Mit anderen Worten ist der elektrische Widerstand des ersten Funktionskörperabschnitts durch den größeren Abstand der Kontakte oder Oberflächen in dem ersten Funktionskörperabschnitt, beziehungsweise durch die größere Weglänge entlang der Dicke, im Gegensatz zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt vergrößert, wobei bei beispielsweise gleicher an dem elektronischen Bauelement anliegender elektrischer Spannung, die Strombelastung und damit die Überhitzung oder Temperaturbelastung in dem ersten Funktionskörperabschnitt reduziert werden kann.
  • Die beschriebene Dicke erstreckt sich vorliegend vorzugsweise entlang der oben genannten Längsachse des elektronischen Bauelements.
  • Vorzugsweise ist die Dicke des Funktionskörpers lediglich an einer Seite oder Hauptoberfläche des elektronischen Bauelements und/oder des Funktionskörpers vergrößert, wohingegen an der anderen Seite des elektronischen Bauelements die Flächen des ersten Funktionskörperabschnitts und des zweiten Funktionskörperabschnitts des Funktionskörpers plan sind und/oder in einer Ebene liegen. Alternativ kann der Funktionskörper derart ausgestaltet sein, dass beispielsweise eine Ober- und eine Unterseite des ersten Funktionskörperabschnitts gegenüber einer Oberbeziehungsweise einer Unterseite des zweiten Funktionskörperabschnitts nicht in einer Ebene angeordnet ist.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Dicke des Funktionskörpers in dem ersten Funktionskörperabschnitt 5 % bis 15 % größer als die Dicke des Funktionskörpers in dem zweiten Funktionskörperabschnitt. Besonders bevorzugt ist die Dicke des Funktionskörpers in dem ersten Funktionskörperabschnitt mindestens 10 % größer als die Dicke des zweiten Funktionskörperabschnitts. Alternativ kann die genannte Dicke beispielsweise auch mehr als 15 % vergrößert sein. Der Effekt der Vergrößerung der Dicke hinsichtlich des elektrischen Widerstands ist dabei qualitativ der gleiche.
    In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt die radiale Ausdehnung des ersten Funktionskörperabschnitts zwischen der einfachen und der zweifachen Dicke des Funktionskörpers in dem ersten Funktionskörperabschnitt.
    In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Materialeigenschaften des Funktionskörpers in dem ersten Funktionskörperabschnitt von denjenigen in dem zweiten Funktionskörperabschnitt verschieden. Durch diese Ausgestaltung kann zweckmäßig erreicht werden, dass der elektrische Widerstand in dem erster Funktionskörperabschnitt im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt vergrößert ist.
  • Gemäß der Erfindung ist der Funktionskörper derart ausgebildet, dass der erste Funktionskörperabschnitt im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt einen größeren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist. Dadurch kann die Stromdichte in dem erster Funktionskörperabschnitt während des Betriebs des elektronischen Bauelements verringert oder vermindert werden. Entsprechende Unterschiede in den Materialeigenschaften können vorzugsweise während des Herstellungsverfahrens des elektronischen Bauelements und/oder während einer Sinterung des Funktionskörpers erzeugt oder ausgebildet werden (siehe unten). Durch den größeren spezifischen elektrischen Widerstand können, wie oben bereits angedeutet, in dem ersten Funktionskörperabschnitt bei gegebenen Strompulsen mit Vorteil die Stromdichten und damit die Temperaturbelastungen insbesondere in dem ersten Funktionskörperabschnitt verringert werden.
    In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Funktionskörper ein gesintertes Material auf.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Kontakt ein erster Kontakt, wobei das elektronische Bauelement zusätzlich einen zweiten Kontakt aufweist, welcher elektrisch an die zweite Oberfläche des Funktionskörpers angebunden ist, und wobei der Funktionskörper derart ausgebildet ist, dass die elektrische Strom- oder Stromdichteverteilung bei einem Stromfluss im Funktionskörper zwischen den Kontakten in dem ersten und dem zweiten Funktionskörperabschnitt homogenisiert ist. Dies kann bedeuten, dass Diskrepanzen oder die Streuung der elektrischen Stromdichten, die beispielsweise im Betrieb des elektronischen Bauelements und/oder oder bei einem Stromfluss im Funktionskörper vorliegen, verkleinert ist. Vorzugsweise weist der zweite Kontakt analog zu dem ersten Kontakt einen Randbereich und einen Zentralbereich auf.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Funktionskörper, vorzugsweise weitgehend, polykristallin. In diesem Sinne kann der Funktionskörper beispielsweise als Hauptbestandteil ein polykristallines Material aufweisen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Funktionskörper, beispielsweise als Hauptbestandteil, eine Keramik auf. Bei der Keramik handelt es sich vorzugsweise um eine gesinterte Keramik.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Funktionskörper derart ausgebildet, dass dieser nach dem Anlegen einer elektrischen Spannung oberhalb einer charakteristischen Schwelle, im Falle eines Varistorbauelements beispielsweise der Varistorspannung, zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche durchweg elektrisch leitet, ohne dass der Funktionskörper elektrisch isolierende Bereiche aufweist.
  • Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des Funktionskörpers für das oben beschriebene elektronische Bauelement angegeben. Der Funktionskörper und/oder das elektronische Bauelement ist vorzugsweise mittels des hier beschriebenen Verfahrens herstellbar oder hergestellt. Insbesondere können sich sämtliche für das Verfahren offenbarte Merkmale auch auf den Funktionskörper und/oder das elektronische Bauelement beziehen, und umgekehrt.
  • Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Grundmaterials für den Funktionskörper für das elektronische Bauelement und das Ausbilden des Funktionskörper unter Nutzung des Grundmaterials derart, dass der elektrische Widerstand des Funktionskörpers, zwischen zwei gegenüberliegenden Oberflächen, das heißt der oben genannten ersten und zweiten Oberfläche, gemessen, in dem ersten Funktionskörperabschnitt größer ist als in dem zweiten Funktionskörperabschnitt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens umfasst diese das Versehen des Funktionskörpers an den gegenüberliegenden Oberflächen jeweils mit einem Kontakt, wobei jeder Kontakt, beispielsweis der oben genannte erste und zweite Kontakt, elektrisch an den ersten und den zweiten Funktionskörperabschnitt angebunden wird.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens weist das Grundmaterial eine homogenere Materialzusammensetzung auf als der Funktionskörper. Die Materialzusammensetzung des Grundmaterials ist vorzugsweise weitgehend homogen, wohingegen die Materialzusammensetzung des Funktionskörpers, insbesondere unter einem Vergleich der Materialzusammensetzungen des ersten und des zweiten Funktionskörperabschnitts miteinander und bezüglich einzelner Materialbestandteile inhomogen ist.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das Grundmaterial in dem ersten Funktionskörperabschnitt im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt mit einer größeren Dicke ausgebildet. Diese Ausgestaltung ermöglicht mit Vorteil die Vergrößerung des elektrischen Widerstands des ersten Funktionskörperabschnitts im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das Grundmaterial zu dem Funktionskörper gesintert, derart, dass der spezifische elektrische Widerstand des Funktionskörpers in dem ersten Funktionskörperabschnitt größer ist als in dem zweiten Funktionskörperabschnitt. Beispielsweise, wird das Grundmaterial dazu derart gesintert, dass Kristallkörner beziehungsweise entsprechende Korngrößen in dem ersten Funktionskörperabschnitt des Funktionskörpers kleiner sind oder ausgebildet werden als in dem zweiten Funktionskörperabschnitt. Durch die kleineren Korngrößen beziehungsweise größere Dichte von Korngrenzen des ersten Funktionskörperabschnitts im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt wird zweckmäßigerweise der spezifische elektrische Widerstand des Funktionskörpers in dem ersten Funktionskörperabschnitt größer gestaltet als in dem zweiten Funktionskörperabschnitt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Materialzusammensetzung des Grundmaterials in einem ersten Abschnitt desselben während des Sinterns verändert, um den ersten Funktionskörperabschnitt zu bilden. Aus dem ersten Abschnitt des Grundmaterials wird vorzugsweise durch das Sintern der erste Funktionskörperabschnitt gebildet.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das Grundmaterial während des Sinterns einem Temperaturgradienten ausgesetzt, wobei das Grundmaterial während des Sinterns und vorzugsweise ebenfalls vor dem Sintern nicht mit Materialzusätzen versehen wird. Vorzugsweise wird hier von außerhalb, beispielsweise von außerhalb des Sinterofens, während des Sinterns, dem Grundmaterial kein weiteres Material hinzugegeben. Vorzugsweise ändert sich die Materialzusammensetzung des Grundmaterials in dem ersten Funktionskörperabschnitt stattdessen durch Migrations- und/oder Diffusionsprozesse von originär im Grundmaterial enthaltenen Materialbestandteilen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Grundmaterial vor dem Sintern mit einem Dotierstoff versehen, welcher während des Sinterns in das Grundmaterial diffundiert, um den ersten Funktionskörperabschnitt zu bilden. Der Dotierstoff oder das Zusatzmaterial wird vorzugsweise auf das Grundmaterial aufgetragen oder das Grundmaterial wird vor dem Sintern in den Dotierstoff oder eine diesen aufweisende Lösung getaucht. Bei dem Dotierstoff kann es sich um Yttriumoxid, beispielsweise Y2O3, oder andere Metalle der Seltenen Erden oder deren Oxide handeln.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist der erste Funktionskörperabschnitt derart ausgebildet ist, dass die maximale Temperatur, welche in dem ersten Funktionskörperabschnitt unter einem elektrischen Testpuls mit einer Stromstärke von 30 A der Pulsform 8/20 auftritt, beispielsweise im Vergleich zu einem konventionellen elektronischen Bauelement, um mindestens 500 °C verringert ist.
  • Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements angegeben, welches die Verfahrensschritte des oben genannten Verfahrens zur Herstellung des Funktionskörpers umfasst.
  • Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
    • Figur 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines elektronischen Bauelements.
    • Figur 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen elektronischen Bauelements.
    • Figur 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen elektronischen Bauelements gemäß einer alternativen Ausführungsform.
    • Figur 4 zeigt eine beispielhafte Spannungs-Stromkennlinie des elektronischen Bauelements ausgeführt als Varistorbauelement.
  • Die Figuren 5A bis 5D zeigen Simulationsergebnisse des Betriebs des elektronischen Bauelements.
  • Figur 6 zeigt eine Tabelle mit Werten zu der Simulation des Betriebs des elektronischen Bauelements.
  • Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • Figur 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines elektronischen Bauelements 100. Das elektronische Bauelement 100 ist vorzugsweise ein Varistorbauelement, insbesondere ein Scheiben- oder Blockvaristor. Besonders bevorzugt ist das elektronische Bauelement 100 ein Scheibenvaristor.
  • Das elektronische Bauelement 100 ist gemäß Figur 1 scheibenförmig ausgestaltet und weist eine Längsachse oder Symmetrieachse X auf, die durch das Zentrum der Scheibe verläuft. Bezüglich der Längsachse X ist das elektronische Bauelement vorzugsweise zumindest annähernd rotationssymmetrisch. Das elektronische Bauelement weist gemäß Figur 1 weiterhin einen scheibenförmigen Funktionskörper 1 auf.
  • Der Funktionskörper 1 umfasst im Falle eines Varistorbauelements vorzugsweise ein Halbleitermaterial und/oder eine beispielsweise gesinterte Keramik. Demgemäß umfasst der Funktionskörper 1 weiterhin vorzugsweise polykristallines Material, bzw. Material welches Korngrenzen und oder Körner unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit umfasst. Als funktionale Komponente eines Varistorbauelements ist der Funktionskörper 1 vorzugsweise derart ausgebildet, dass dieser nach dem Anlegen einer elektrischen Spannung oberhalb der Varistorspannung, vom elektrisch isolierenden in den elektrisch leitenden Zustand geschaltet werden kann. Der Funktionskörper 1 umfasst einen ersten Funktionskörperabschnitt 3 und einen zweiten Funktionskörperabschnitt 2. Der erster Funktionskörperabschnitt 3 umläuft oder umschließt den Zweiter Funktionskörperabschnitt 2 in Aufsicht auf das elektronische Bauelement 100 betrachtet vorzugsweise an seinem äußeren Rand und ist vorzugsweise stoffschlüssig und/oder aus einem Stück mit diesem verbunden, um den Funktionskörper 1 zu bilden. Die Grenze der genannten Abschnitte ist durch die gestrichelte Linie angedeutet.
  • Das elektronische Bauelement, beziehungsweise der Scheiben- oder Blockvaristor hat beispielsweise einen Durchmesser von etwa 30 mm und eine Dicke von etwa 3 mm. Die genannte Dicke bezieht sich vorzugsweise auf die Dicke des zweiten Funktionskörperabschnitts 2 entlang der Längsachse.
  • In einer alternativen, nicht explizit dargestellten Ausgestaltung des elektronischen Bauelements weist dieses oder ein entsprechender Funktionskörper eine rechteckige Form Demgemäß kann das elektronische Bauelement erfindungsgemäß beispielsweise ein eckiger Blockvaristor sein.
  • Figur 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des elektronischen Bauelements 100. Figur 2 zeigt vorzugsweise einen Schnitt durch das elektronische Bauelement 100 gemäß Figur 1 entlang der Längsachse X. Es ist weiterhin zu erkennen, dass der Funktionskörper 1 in seinem ersten Funktionskörperabschnitt 3 eine Dicke D1 aufweist. In dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2 weist der Funktionskörper 1 eine Dicke D2 auf. Die Dicke D2 ist kleiner als die Dicke D1. Die Dicke D1 kann beispielsweise 5 %, 10 % oder 15 % größer oder noch größer sein als die zweite Dicke.
  • Der Funktionskörper 1 weist weiterhin eine erste Oberfläche 5 und eine von der ersten Oberfläche 5 abgewandte zweite Oberfläche 6 auf. Die zweite Oberfläche 6 ist gemäß Figur 1 eben ausgebildet, während die erste Oberfläche 5 durch die Vergrößerung der Dicke D1 im ersten Funktionskörperabschnitt 3 im Vergleich zu D2 nicht eben ist. Alternativ, kann die größere Dicke D1 des ersten Funktionskörperabschnitts 3 im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2 auch derart realisiert sein, dass beide Oberflächen 5, 6 im ersten Funktionskörperabschnitts 3 gegenüber dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2 erhaben, also insgesamt nicht eben sind.
  • Wie in Figur 2 dargestellt, kann sich die Dicke des Funktionskörpers 1 beispielsweise vom ersten zum zweiten Funktionskörperabschnitt (von innen nach außen) über einen schrägen Verlauf vergrößern (vgl. ebenfalls die Figuren 5A bis 5D weiter unten). Alternativ ist ebenfalls eine abrupte Änderung der Dicke über eine Stufe im Verlauf der Dicke des Funktionskörpers 1 denkbar (in den Figuren nicht explizit dargestellt).
  • Durch die größere Dicke D1 des ersten Funktionskörperabschnitts 3 im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2 (vgl. D2 in Figur 2) kann der elektrische Widerstand des Funktionskörpers 1 zwischen der ersten Oberfläche 5 und der zweiten Oberfläche 6 insbesondere durch die vergrößerte Wegstrecke in dem ersten Funktionskörperabschnitt 3 erfindungsgemäß größer ausgestaltet werden als in dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2.
  • Das elektronische Bauelement 100 weist weiterhin einen ersten Kontakt 4a auf, welcher elektrisch an die erste Oberfläche 5 angebunden ist. Der erste Kontakt 4a ist vorzugsweise sowohl an den ersten Funktionskörperabschnitt 3 als auch an den zweiten Funktionskörperabschnitt 2 angebunden. Der Kontakt 4a weist wiederum einen Randbereich 7 sowie einen Zentralbereich 8 auf. Vorzugsweise umschließt der Randbereich 7 den Zentralbereich 8.
  • Analog weist das elektronische Bauelement einen zweiten Kontakt 4b auf, welcher an der zweiten Oberfläche 6 an den ersten Funktionskörperabschnitt 3 und den zweiten Funktionskörperabschnitt 2 angebunden ist. Entsprechend dem ersten Kontakt weist der zweite Kontakt 4b vorzugsweise einen Randbereich 7 und einen Zentralbereich 8 auf. Vorzugsweise sind der erste und der zweite Kontakt 4a, 4b in Aufsicht auf das elektronische Bauelement 100 betrachtet deckungsgleich angeordnet.
  • Die Kontakte 4a, 4b kontaktieren vorzugsweise den Funktionskörper 1. Die Kontakte können beispielsweise aufmetallisierte Elektroden, insbesondere metallische Kontaktschichten sein. Weiterhin können die Kontakte 4a, 4b für eine elektrische Anbindung oder Kontaktierung einer Außenelektrode (nicht explizit dargestellt) an dem Funktionskörper 1 vorgesehen sein.
  • Wenn - im Falle eines Varistorbauelements - eine elektrische Spannung zwischen den Kontakten 4a, 4b angelegt wird, fließt, solange die Spannung kleiner ist als die charakteristische Varistorspannung zwischen den Kontakten 4a, 4b vorzugsweise nur ein geringer Leckstrom. Bei Anlegen einer Überspannung an oder zwischen den Kontakten 4a, 4b, wird der Funktionskörper 1 zweckmäßigerweise elektrisch leitend, um beispielsweise eine weitere elektrische Komponente vor einer Überspannung oder einer die Komponente schädigenden elektrischen Spannung zu schützen.
  • Der erste Funktionskörperabschnitt 3 überlappt in Aufsicht auf das elektronische Bauelement 100 betrachtet, also beispielsweise in Aufsicht auf die Oberfläche 5, vorzugsweise mit dem Randbereich 7. Der zweite Funktionskörperabschnitt 2 überlappt in Aufsicht auf das elektronische Bauelement 100 betrachtet, vorzugsweise mit dem Zentralbereich 8.
  • Durch die Ausgestaltung des größeren Widerstands des ersten Funktionskörperabschnitts 3 verglichen mit dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2 kann mit Vorteil der im Betrieb des elektronischen Bauelements 100 in dem zweiten Funktionskörperabschnitt 3 auftretende elektrische Strom oder insbesondere die elektrische Stromdichte vermindert oder reduziert werden. Durch die verminderte Strombelastung kann gleichzeitig die Wärmeentstehung und damit Temperaturbelastung im ersten Funktionskörperabschnitt reduziert werden.
  • Das erfindungsgemäße elektronische Bauelement 100 weist vorzugsweise bis auf die Dicke D1 des ersten Funktionskörperabschnitts 3 gegenüber einem konventionellen elektronischen Bauelement oder einem elektronischen Bauelement des Standes der Technik vergleichbare Abmessungen auf. Insbesondere sind auch die Kontaktflächen, das heißt die Flächen, in denen die Kontakte 4a, 4b an den Funktionskörper 1 angebunden sind, in dieser Hinsicht ähnlich oder vergleichbar bemessen oder ausgestaltet.
  • Insbesondere an der Grenze oder Kontaktstelle des oben genannten Randbereichs 7 oder Randes der Kontakte 4a, 4b zu dem ersten Funktionskörperabschnitt 3 kann die elektrische Stromdichte und damit verbundene Temperaturbelastung beispielsweise während des Betriebs des elektronischen Bauelements durch einen "Kanteneffekt" besonders hoch sein. Der Kanteneffekt kann durch elektrische Felder, welche im Betrieb des Bauelements 100 an oder in dem Randbereich 7 größer ausfallen als beispielsweise in dem Zentralbereich 8, hervorgerufen werden.
  • Obwohl die elektrische Stromdichte durch den größeren Abstand der Kontakte im ersten Funktionskörperabschnitt 3 reduziert wird, bleiben weitere elektrische Eigenschaften des elektronischen Bauelements 100 vorzugsweise unverändert und/oder durch den zweiten Funktionskörperabschnitt 2 bestimmt.
  • Der Flächeninhalt des zweiten Funktionskörperabschnitts 2 ist vorzugsweise größer als derjenige des ersten Funktionskörperabschnitts 3. Beispielsweise ist der Flächeninhalt des zweiten Funktionskörperabschnitts 3 doppelt so groß, dreimal so groß oder zehnmal so groß wie der Flächeninhalt des ersten Funktionskörperabschnitts 3. Dadurch bleiben die elektrischen Eigenschaften, im Falle eines Varistorbauelements beispielsweise die Varistorspannung, des elektronischen Bauelements vorzugsweise unabhängig von der Ausgestaltung des ersten Funktionskörperabschnitts 3.
  • Eine radiale Ausdehnung des ersten Funktionskörperabschnitts 3 ist in Figur 2 mit R1 gekennzeichnet. Weiterhin ist eine radiale Ausdehnung, insbesondere der Durchmesser des zweiten Funktionskörperabschnitts 2 mit R2 gekennzeichnet. Vorzugsweise beträgt die radiale Ausdehnung R1 zwischen der einfachen und der zweifachen Dicke D1 des Funktionskörpers 1 in dem ersten Funktionskörperabschnitt 3.
  • In Figur 2 ist in dem ersten Funktionskörperabschnitt 3 weiterhin ein kontaktfreier Rand 9 des Funktionskörpers 1 dargestellt, in dem die Kontakte 4a, 4b nicht elektrisch an den Funktionskörper 1 angebunden sind. Der kontaktfreie Bereich 9 bezeichnet vorzugsweise einen radialen äußeren Abschnitt des Funktionskörpers 1. Mit anderen Worten schließen die Kontakte 4a, 4b am äußeren Rand des elektronischen Bauelements 100 nicht bündig mit dem Funktionskörpers 1 ab, sondern der Randbereich 7 der Kontakte 4a, 4b ist im Vergleich zu dem äußeren Rand des Bauelements nach innen versetzt. Die Kontakte 4a, 4b sind vorzugsweise derart angeordnet und ausgebildet, dass sie den Funktionskörper 1 bis auf den kontaktfreien Rand vollständig kontaktieren.
  • Figur 3 zeigt eine schematische Schnittansicht des elektronischen Bauelements 100 gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung. Es ist in Figur 3 zu erkennen, dass der Funktionsbereich 2 über seine gesamte Ausdehnung hinweg eine konstante Dicke, welche beispielsweise der Dicke D2 in Figur 2 entspricht, aufweist. Für die erfindungsgemäße Ausgestaltung des größeren Widerstands des ersten Funktionskörperabschnitts 3 im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2 sind hier die Materialeigenschaften des ersten und des zweiten Funktionskörperabschnitts vorzugsweise verschieden gewählt.
  • Um die elektrische Stromstärke und/oder Stromdichte - bei gleicher entsprechender Fläche - in dem erster Funktionskörperabschnitt 3 während des Betriebs des elektronischen Bauelements 100 zu vermindern, weist der erste Funktionskörperabschnitt 3 einen größeren spezifischen elektrischen Widerstand auf als der zweite Funktionskörperabschnitt 2. Durch diese Ausgestaltung kann analog zu der obigen Ausführungsform mit der vergrößerten Dicke, durch den größeren Widerstand, eine Stromdichte und damit die Wärmeentwicklung im ersten Funktionskörperabschnitt 3, insbesondere in oder an der Kontaktstelle zu dem Randbereich 7 vermindert werden.
  • Der Funktionskörper 1 weist vorzugsweise ein gesintertes, polykristallines Material auf. Im Falle eines Varistorbauelements handelt es sich bei dem Material vorzugsweise um Siliziumkarbid, Zinkoxid oder ein anderes Metalloxid, wie Bismutoxid, Chromoxid oder Manganoxid. Gemäß der hierbeschriebenen Ausgestaltung ist der erster Funktionskörperabschnitt 3 vorzugsweise dadurch hergestellt oder erhalten, dass ein Ausgangsmaterial für den Funktionskörper 1 beispielsweise derart gesintert wurde oder die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials für den Funktionskörper bereits vor der Sinterung derart gewählt wurde, dass der erster Funktionskörperabschnitt 3 im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2 einen größeren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist. Dies kann vorliegend durch die Rezeptur des Ausgangsmaterials sowie die Sinterbedingungen, insbesondere die Prozessbedingungen während der Sinterung erreicht werden. Ein Herstellungsverfahren des Funktionskörpers 1 für das elektronische Bauelement 100 und/oder das elektronische Bauelement selbst umfasst vorzugsweise das Bereitstellen eines Grünlings oder Grundmaterials 1 für den Funktionskörper 1, das Ausbilden des Funktionskörper 1 unter Nutzung des Grundmaterials 1 derart, dass der elektrische Widerstand des Funktionskörpers 1 in dem ersten Funktionskörperabschnitt 3 größer ist als in dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2.
  • Wie oben beschrieben, wird dazu die Dicke D1 des ersten Funktionskörperabschnitts 3 größer ausgestaltet als die Dicke D2 des zweiten Funktionskörperabschnitts 2.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das Grundmaterial 1 zu dem Funktionskörper 1 derart gesintert werden, dass der spezifische elektrische Widerstand des Funktionskörpers 1 in dem ersten Funktionskörperabschnitt 3 größer ist als in dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2. Dazu kann das Grundmaterial 1 während des Sinterns beispielsweise einem Temperaturgradienten ausgesetzt werden, ohne dass dem Grundmaterial 1 während des Sinterns weiteres Material zugesetzt wird. Die Eigenschaften des Funktionskörpers 1 bezüglich des spezifischen elektrischen Widerstands bilden sich stattdessen vorzugsweise allein durch die Rezeptur oder Zusammensetzung beispielsweise aufgrund von Migrations- und/oder Diffusionsprozessen von originär im Grundmaterial 1 enthaltenen Materialbestandteilen aus.
  • Die Zusammensetzung kann gemäß dieser Ausgestaltung beispielsweise Materialien umfassen, welche während des Sinterns durch den beschriebenen Temperaturgradienten vorzugsweise in den ersten Funktionskörperabschnitt 3 migrieren, diffundieren oder sich dort anreichern.
  • Alternativ oder zusätzlich können bestimmte Ursprungsmaterialien des Grundmaterials 1 durch ein Ausdampfen aus dem Grundmaterial 1 oder Abdampfen von einer Oberfläche des Grundmaterials 1 der Stöchiometrie des Grundmaterials 1 entzogen werden, um so im Funktionskörper 1 im Gegensatz zum Grundkörper eine inhomogenere Materialzusammensetzung hervorzurufen.
  • Die beschriebenen Effekte oder Vorgänge können zweckmäßigerweise dazu führen, dass Kristallkörner beziehungsweise deren Korngrößen in dem ersten Funktionskörperabschnitt 3 des Funktionskörpers 1 kleiner sind oder ausgebildet werden als in dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2 und somit der spezifische elektrische Widerstand in dem ersten Funktionskörperabschnitt 3 im Gegensatz zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt 2 vergrößert wird.
  • Alternativ kann das Grundmaterial 1 vor dem Sintern mit einem Dotierstoff versehen werden, welcher beispielsweise während des Sinterns in das Grundmaterial 1 diffundiert, um den ersten Funktionskörperabschnitt 3 zu bilden. Der Dotierstoff kann beispielsweise Yttriumoxid, insbesondere Y2O3, oder andere Metalle der Seltenen Erden oder deren Oxide umfassen oder daraus bestehen. Der Dotierstoff oder das Zusatzmaterial wird vorzugsweise auf das Grundmaterial aufgetragen oder das Grundmaterial wird vor dem Sintern in den Dotierstoff oder beispielsweise eine diesen enthaltene Lösung oder Verbindung getaucht.
  • Die Ausgestaltungen der Figuren 2 und 3 können beispielsweise mittels des beschriebenen Herstellungsverfahrens erfindungsgemäß auch dahingehend kombiniert werden, dass sowohl eine größere Dicke des erster Funktionskörperabschnitts 3 im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt, als auch eine veränderte Materialrezeptur oder Zusammensetzung vorliegen, wodurch sich die beschriebenen Effekte zur Reduktion oder Verminderung der elektrischen Stromdichte/Wärmeentwicklung im ersten Funktionskörperabschnitt 3 addieren oder verstärken.
  • Figur 4 zeigt eine beispielhafte Spannungs-Stromkennlinie eines erfindungsgemäßen elektronischen Bauelements (gestrichelte Linie) sowie eine beispielhafte Spannungs-Stromkennlinie eines konventionellen entsprechenden elektronischen Bauelements (durchgezogene Linie). Speziell ist die elektrische Feldstärke als Funktion der elektrischen Stromdichte in logarithmischen Skalen aufgetragen. Die
  • Kennlinien beschreiben vorzugsweise einen Arbeitsbereich der betreffenden Bauelemente (vgl. insbesondere den Bereich oberhalb von 10 A/mm2).
  • Die gestrichelte Spannungs-Stromkennlinie beschreibt insbesondere das elektrische Verhalten eines erfindungsgemäßen Varistorbauelements, bei dem die Dicke des oben genannten ersten Funktionskörperabschnitts 3 (vgl. beispielsweise Figur 2) gegenüber dem zweiten Funktionskörperabschnitt um 10% vergrößert ist. Das konventionelle Varistorbauelement ist hier vorzugsweise bis auf die beschriebene größere Dicke identisch oder ähnlich zu dem erfindungsgemäßen Bauelement ausgebildet.
  • Es ist beispielsweise in Figur 4 zu erkennen, dass bei einer gegebenen elektrischen Feldstärke die elektrische Stromdichte des erfindungsgemäßen Bauteils in Anbetracht der logarithmischen Skala auf der X-Achse zumindest im mittleren, flach verlaufenden Kennlinienbereich deutlich kleiner ist als bei dem konventionellen Varistorbauelement.
  • Die Figuren 5A bis 5D zeigen Simulationsergebnisse des Betriebs von erfindungsgemäßen Varistorbauelementen sowie konventionellen Varistorbauelementen gemäß der/den Kennlinie(n) aus Figur 4. Die Simulationen betreffen vorzugsweise "Finite-Elemente (FEM) -Simulationen. Insbesondere wurde die elektrische Stromdichte sowie die Temperatur der Bauelemente beziehungsweise die Temperaturverteilung in den Bauelementen jeweils unter einer elektrischen Belastung mit einem Standardtestpuls der Pulsform 8/20 (µs) mit einer Stromstärke von 30 Ampere bei 25° C simuliert.
  • Die Figuren 5A bis 5D beschreiben jeweils vier verschiedene Geometrien oder Teilfiguren von Scheibenvaristoren (vgl. Nummerierung (1) bis (4)), wobei zumindest in den Figuren 5A und 5B jeweils etwa die rechte Hälfte oder ein oberes rechtes Viertel einer Schnittansicht ähnlich oder entsprechend zu den Figuren 2 und 3 dargestellt ist. Die Ergebnisse betreffen Scheibenvaristoren mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Dicke eines entsprechenden zweiten Funktionskörperabschnitts (vgl. Bezugszeichen 2 oben) von 3 mm. Die vertikalen gestrichelten Linien in den Figuren 5A bis 5D definieren den oben beschriebenen ersten Funktionskörperabschnitt der jeweiligen Bauteile und grenzen diesen optisch von dem zweiten Funktionskörperabschnitt ab. Zumindest die Dicke des ersten Kontakts beträgt 10 µm. In den eingekreisten Bereichen ist jeweils der Randbereich 7 der Kontakte (vgl. Bezugszeichen 4a oben) zu erkennen.
  • Die Nummerierungen (2) bis (4) entsprechen jeweils erfindungsgemäßen Ausgestaltungen, wohingegen Nummer (1) jeweils die Simulation des konventionellen Bauelements, wie oben beschrieben, bezeichnet.
  • In den Figuren 5A und 5C sind jeweils Ergebnisse für die elektrische Stromdichte in A/mm2 gezeigt. Die Figuren 5B und 5D zeigen jeweils Ergebnisse für die Temperatur in °C (vgl. die entsprechenden Farbskalen im unteren Bereich der jeweiligen Figur).
  • In den Teilfiguren (2) ist gemäß der vorliegenden Erfindung jeweils die Dicke (vgl. D1 in Figur 2) des ersten Funktionskörperabschnitts gegenüber dem zweiten Funktionskörperabschnitt um 10 % vergrößert (siehe rechter Rand der Teilfiguren (2) der Figuren 5A bis 5D).
  • Die Teilfiguren (3) zeigen jeweils entsprechende Simulationsergebnisse für die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Bauteils, in der die Funktionskörperabschnitte zwar gleich dick sind, der erste Funktionskörperabschnitt aufgrund der Materialzusammensetzung jedoch einen größeren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist als der zweite Funktionskörperabschnitt (Figur 3 samt Beschreibung).
  • In den Teilfiguren (4) sind die Ausgestaltungen der Teilfiguren (2) und (3) kombiniert, wobei jeweils sowohl eine größere Dicke des ersten Funktionskörperabschnitts als auch ein durch die Materialzusammensetzung vergrößerter spezifischer elektrischer Widerstand desselben gezeigt und simuliert ist.
  • Es ist zumindest ansatzweise in den Figuren 5A bis 5D zu erkennen, dass die Temperaturen beziehungsweise auch die elektrischen Stromdichten entsprechend der jeweils unten gezeigten Farbskalen in den ersten Funktionskörperabschnitten 3 ungleichmäßiger verteilt sind als in den zweiten Funktionskörperabschnitten 2. Dies ist in den Figuren 5C und 5D durch die vergrößerte Darstellung im Gegensatz zu den Figuren 5A und 5B verdeutlicht.
  • Insbesondere an den Randbereichen 7 der Kontakte beziehungsweise den Kontaktstellen der genannten Randbereiche 7 an oder zu den Funktionskörpern beziehungsweise ersten Funktionskörperabschnitten (vgl. eingekreiste Bereiche) ist sowohl die Temperatur als auch die elektrische Stromdichte punktuell wesentlich höher als im entsprechenden übrigen Funktionskörper.
  • Unter den oben genannten Bedingungen kann die Temperatur des Varistorbauelements, welche als Reaktion auf den beschriebenen Testpuls in dem ersten Funktionskörperabschnitt, insbesondere in der Nähe des Randbereichs 7 des Kontakts, entsteht, erfindungsgemäß um bis zu 750°C reduziert werden. Entsprechende Ergebnisse der elektrischen Stromdichten am Pulsmaximum des Testpulses sowie der maximalen Temperatur am Pulsende anhand von Zahlenwerten sind in der Tabelle von Figur 5 für alle Teilfiguren (1) bis (4) gezeigt. Weiterhin ist die elektrische Spannung des Varistors gezeigt. Während sich die Spannungswerte für alle simulierten Situationen (Teilfiguren) nur leicht unterscheiden, sind beispielsweise Temperatur als auch elektrische Stromdichte für die Teilfiguren (4), das heißt für die Kombination der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen aus Figur 2 und 3 im Gegensatz zu den Teilfiguren (1) deutlich reduziert (vgl. ebenfalls die Zahlenwerte rechts in Figur 6D).
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Funktionskörper / Grundmaterial
    2
    Zweiter Funktionskörperabschnitt
    3
    Erster Funktionskörperabschnitt / Abschnitt des Grundmaterials
    4a
    Erster Kontakt
    4b
    Zweiter Oberseite
    5
    Erste Oberfläche
    6
    Zweite Oberfläche
    7
    Randbereich
    8
    Zentralbereich
    9
    Kontaktfreier Bereich
    100
    Elektronisches Bauelement
    D1, D2
    Dicke
    R1, R2
    Radiale Ausdehnung

Claims (15)

  1. Elektronisches Bauelement (100) mit einem Funktionskörper (1) und einem Kontakt (4a), welcher elektrisch an eine erste Oberfläche (5) des Funktionskörpers (1) angebunden ist, wobei der Kontakt (4a) einen Randbereich (7) und einen Zentralbereich (8) aufweist, und wobei der Funktionskörper (1) derart ausgebildet ist, dass der elektrische Widerstand des Funktionskörpers (1) zwischen der ersten Oberfläche (5) und einer von der ersten Oberfläche (5) abgewandten zweiten Oberfläche (6) des Funktionskörpers (1) in einem ersten Funktionskörperabschnitt (3), der in Aufsicht auf das elektronische Bauelement (100) betrachtet mit dem Randbereich (7) überlappt, größer ist als in einem zweiten Funktionskörperabschnitt (2), der in Aufsicht auf das elektronische Bauelement (100) betrachtet mit dem Zentralbereich (8) des Kontakts (4a) überlappt, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionskörper (1) derart ausgebildet ist, dass der erste Funktionskörperabschnitt (3) im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitts (2) einen größeren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist.
  2. Elektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 1, wobei der erste Funktionskörperabschnitt (3) den zweiten Funktionskörperabschnitt (2) in Aufsicht auf das elektronische Bauelement (100) betrachtet zumindest teilweise umläuft.
  3. Elektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Flächeninhalt des zweiten Funktionskörperabschnitts (2) in Aufsicht auf das elektronische Bauelement (100) betrachtet größer ist als der Flächeninhalt des ersten Funktionskörperabschnitts (3).
  4. Elektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Funktionskörper (1) in dem ersten Funktionskörperabschnitt (3) einen kontaktfreien Bereich (9) aufweist, in dem der Kontakt (4a) nicht elektrisch an den Funktionskörper (1) angebunden ist.
  5. Elektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke (D1) des Funktionskörpers (1) in dem ersten Funktionskörperabschnitt (3) größer ist als die Dicke (D2) des Funktionskörpers (1) in dem zweiten Funktionskörperabschnitt (2).
  6. Elektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 5, wobei die Dicke (D1) des Funktionskörpers (1) in dem ersten Funktionskörperabschnitt (3) 5 % bis 15 % größer ist als die Dicke (D2) des Funktionskörpers (1) in dem zweiten Funktionskörperabschnitt (2).
  7. Elektronisches Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kontakt ein erster Kontakt (4a) ist, wobei das elektronische Bauelement (100) einen zweiten Kontakt (4b) aufweist, welcher elektrisch an die zweite Oberfläche (6) des Funktionskörpers (1) angebunden ist, und wobei der Funktionskörper (1) derart ausgebildet ist, dass die Stromdichteverteilung bei einem Stromfluss im Funktionskörper (1) zwischen den Kontakten (4a, 4b) in dem ersten und dem zweiten Funktionskörperabschnitt (3, 2) homogenisiert ist.
  8. Elektronisches Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, welches ein Varistorbauelement, beispielsweise ein Scheiben- oder Blockvaristor, ist.
  9. Elektronisches Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Funktionskörper (1) polykristallin ist.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Funktionskörpers (1) für ein elektronisches Bauelements (100) umfassend die folgenden Schritte:
    - Bereitstellen eines Grundmaterials für den Funktionskörper (1) für das elektronische Bauelement (100),
    - Ausbilden des Funktionskörpers (1) unter Nutzung des Grundmaterials derart, dass der elektrische Widerstand des Funktionskörpers (1), zwischen zwei gegenüberliegenden Oberflächen (5, 6) gemessen, in einem ersten Funktionskörperabschnitt (3) größer ist als in einem zweiten Funktionskörperabschnitt (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial zu dem Funktionskörper (1) gesintert wird, derart, dass der spezifische elektrische Widerstand des Funktionskörpers (1) in dem ersten Funktionskörperabschnitt (3) größer ist als in dem zweiten Funktionskörperabschnitt (2).
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Grundmaterial eine homogenere Materialzusammensetzung aufweist als der Funktionskörper (1).
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Grundmaterial in dem ersten Funktionskörperabschnitt (3) im Vergleich zu dem zweiten Funktionskörperabschnitt (2) mit einer größeren Dicke ausgebildet wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Materialzusammensetzung des Grundmaterials in einem ersten Abschnitt (3) desselben während des Sinterns verändert wird, um den ersten Funktionskörperabschnitt (3) zu bilden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Grundmaterial während des Sinterns einem Temperaturgradienten ausgesetzt wird, und wobei das Grundmaterial während des Sinterns nicht mit Materialzusätzen versehen wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Grundmaterial vor dem Sintern mit einem Dotierstoff versehen wird, welcher während des Sinterns in das Grundmaterial diffundiert, um den ersten Funktionskörperabschnitt (3) zu bilden.
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