EP4205148A1 - Multi-layer varistor and method for producing a multi-layer varistor - Google Patents

Multi-layer varistor and method for producing a multi-layer varistor

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EP4205148A1
EP4205148A1 EP21749584.5A EP21749584A EP4205148A1 EP 4205148 A1 EP4205148 A1 EP 4205148A1 EP 21749584 A EP21749584 A EP 21749584A EP 4205148 A1 EP4205148 A1 EP 4205148A1
Authority
EP
European Patent Office
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ceramic
ceramic material
varistor
concentration
layer
Prior art date
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Pending
Application number
EP21749584.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hermann GRÜNBICHLER
Jaromir Kotzurek
Franz Rinner
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TDK Electronics AG
Original Assignee
TDK Electronics AG
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01C7/00Non-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
    • H01C7/10Non-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
    • H01C7/1006Thick film varistors
    • HELECTRICITY
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    • H01C7/10Non-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
    • H01C7/102Varistor boundary, e.g. surface layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C7/00Non-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
    • H01C7/10Non-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
    • H01C7/105Varistor cores
    • H01C7/108Metal oxide
    • H01C7/112ZnO type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C17/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
    • H01C17/06Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base
    • H01C17/065Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base by thick film techniques, e.g. serigraphy
    • H01C17/06506Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits
    • H01C17/06513Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits characterised by the resistive component
    • H01C17/06533Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits characterised by the resistive component composed of oxides
    • H01C17/06546Oxides of zinc or cadmium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C7/00Non-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
    • H01C7/18Non-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 comprising a plurality of layers stacked between terminals

Definitions

  • the present invention relates to a multilayer varistor.
  • the present invention also relates to a method for producing a multilayer varistor.
  • Multilayer varistors are used as effective protective elements against temporary overvoltages (such as ESD - "Electrostatic Discharge”; electrostatic discharge) .
  • ESD electrostatic Discharge
  • electrostatic discharge electrostatic discharge
  • the material used for multilayer varistors consists of doped zinc oxide (ZnO).
  • ZnO doped zinc oxide
  • the series and parallel connection of the individual barrier layers results in the capacity - but also the Breakdown voltage of the active area. Since the breakdown voltage is specified in the design of the component, this also results in the capacitance of the active area.
  • the DK of the ZnO ceramic is largely coupled with the breakdown voltage and therefore cannot be used as a degree of freedom to lower the capacitance.
  • the stray capacitance of the ceramic component outside the active volume also contributes to the capacitance of a varistor.
  • the proportion of the stray capacitance in the total capacitance increases more and more and thus limits the achievable effect by a design with a minimal overlapping area of the electrodes. Therefore, in order to efficiently reduce the capacitance of a varistor, it is necessary to reduce this stray capacitance as much as possible.
  • the document JP 3735151 B2 describes a method in which the outermost areas of the ceramic are chemically modified after sintering. During an additional heat treatment, lithium or sodium is diffused into the surface of the ceramic body. Doping with acceptors reduces the leakage current and the dielectric constant of the outermost layer. The capacitance of the multilayer varistor can be significantly reduced in this way. The disadvantage of this method is that this subsequent modification requires considerable effort. Further heat treatment would also be required to apply an additional layer of glass on the outside, which is extremely difficult due to the high diffusion rates of sodium and lithium.
  • the document JP H-113809 A describes a multilayer varistor consisting of an insulating support layer with a low dielectric constant, onto which the actual varistor ceramic is laminated.
  • the carrier layer itself is also made from a ceramic with a low dielectric constant using the layer process.
  • a disadvantage of this multilayer varistor is the costly production of the same: instead of a uniform ceramic, two different ceramics with very different properties are required. This can be due to a different marriage Mixed composition can be achieved, resulting in a weak bond between the carrier layer and the varistor ceramic.
  • the document DE 10 2018 116 221 A1 describes a multi-layer varistor that consists of two chemically very different materials that differ in the ZnO grain size after the sintering process.
  • the aim of this construction of a multilayer varistor is to keep the current flow in the component away from thermo-mechanical weak points and thus increase the impulse strength of the protective element.
  • the focus here is not on the effect of the chemically very different materials, which are both used in the active area, for example, on the capacitance of the multilayer varistor.
  • the document DE 10 2017 105 673 A1 describes the combination of two different ZnO ceramics in order to increase the pulse strength of the component.
  • the two materials must be bonded to the electrodes in order to show the effect.
  • the effects in near-surface areas as well as the impact on capacity are not addressed.
  • the object of the present invention is to describe a multilayer varistor and a method for producing a multilayer varistor which solve the above problems. This object is achieved by a multilayer varistor and a method for producing a multilayer varistor according to the independent claims.
  • a multilayer varistor has a ceramic body.
  • the ceramic body has a plurality of layers.
  • a plurality of internal electrodes are formed in the ceramic body.
  • the inner electrodes have, for example, silver, palladium, platinum or an alloy of these metals.
  • the ceramic body has an active area.
  • the ceramic body also has an inactive area.
  • the areas between the different inner electrodes of different polarity, which are decisive for the current flow between the same, are to be understood as the active area.
  • the areas in the ceramic body of the multilayer varistor that do not (or not significantly) contribute to the flow of current between the differently contacted internal electrodes are referred to as the inactive area.
  • the ceramic body has an area close to the surface.
  • the area close to the surface in each case borders on an upper side and an underside of the multilayer varistor.
  • the area close to the surface only has minimal electrical conductivity.
  • the area close to the surface is designed to be essentially electrically insulating.
  • the area close to the surface comprises a cover layer and/or an isolation zone of the multilayer varistor.
  • the ceramic body has at least a first or primary ceramic material on .
  • the multi-layer varistor has exactly a first or primary ceramic material on .
  • the Ceramic body at least one second or modified ceramic material.
  • the main component of the two ceramic materials is zinc oxide (ZnO).
  • the two ceramic materials are based on ZnO.
  • the first and the second ceramic material differ in a concentration of monovalent elements X + or elements with a stable oxidation state +1.
  • X+ is selected from Li + , Na + , K + or Ag + .
  • the monovalent elements preferably have a low diffusion constant.
  • the multilayer varistor is manufactured by a method which will be described later in detail.
  • the second or modified ceramic material is doped with the monovalent elements.
  • the second ceramic material is doped with potassium oxide.
  • the first or primary ceramic material may be free from doping with monovalent elements. Alternatively, however, the first ceramic material can also be slightly doped with monovalent elements.
  • the dopants that distinguish the ceramic materials occur in low concentrations. Due to the doping with monovalent elements, the electrical properties of the second/modified ceramic material differ greatly from those of the first/primary ceramic material. However, chemically there is no significant difference between the ceramic materials. Notably, the two materials are otherwise nearly identical.
  • Ceramic material has a lower dielectric constant as the first or primary ceramic material.
  • a multilayer varistor with a reduced stray capacitance and consequently a reduced total capacitance can thus be provided.
  • the highest concentration of monovalent elements X + is in the area close to the surface.
  • the lowest concentration of monovalent elements X + is in the active region.
  • the concentration of monovalent elements consequently decreases, starting from the surface towards the inner area/active area of the multilayer varistor. Accordingly, the value for the dielectric constant increases, starting from the surface towards the interior of the multilayer varistor. This reduces the stray capacitance of the varistor. The total capacitance of the varistor is consequently effectively reduced.
  • the ceramic materials differ chemically from one another by ⁇ 1%.
  • the ceramic materials are nearly identical chemically. This means that both materials can be excellently processed together.
  • the layers of modified materials can be sintered together without defects. A particularly reliable multilayer varistor is thus made available.
  • the dielectric constants sr of the first and second ceramic material differ from one another by a factor of >5.
  • the stray capacitance of the varistor can consequently be significantly reduced in a simple manner by the only slight doping with monovalent elements.
  • the first/primary ceramic material is arranged in the active area.
  • the second/modified ceramic material forms an insulating cover layer of the ceramic body.
  • the second ceramic material is arranged on the top and on the bottom of the multilayer varistor. Consequently, the multi-layer varistor has an insulating cover layer or low-dielectric cladding on . The stray capacitance of the multilayer varistor is thus significantly reduced in comparison to conventional multilayer varistors.
  • the ceramic materials differ from one another in the concentration of monovalent elements X + by a maximum of 50 ppm ⁇ Ac(X + ) ⁇ 5000 ppm.
  • Ac denotes the maximum concentration difference that occurs between the active area and the area near the surface.
  • the concentration of acceptors in the second ceramic material is at most between 50 ppm and 5000 ppm higher than in the first ceramic material.
  • the ceramic materials of the multilayer varistor preferably differ from one another by 100 ppm ⁇ Ac(X + ) ⁇ 1000 ppm.
  • the concentration of monovalent elements X + in the active area is preferably ⁇ 100 ppm, preferably ⁇ 50 ppm.
  • the first ceramic material is consequently almost free from monovalent elements.
  • the proportion of monovalent elements is due in particular to their diffusion from the second ceramic material during production of the multilayer varistor.
  • the cover layers can therefore be dimensioned with sufficiently high thicknesses, as a result of which the shielding effect is enhanced.
  • the ceramic body has at least three ceramic materials.
  • the ceramic body has the first/primary ceramic material, the second/modified ceramic material and a third/modified ceramic material.
  • the ceramic body can also have more than three ceramic materials.
  • the ceramic body can also have a fourth or modified ceramic material.
  • the third ceramic material is interposed between the first ceramic material and the second ceramic material.
  • the third ceramic material is arranged in the inactive area and in particular in the area close to the surface of the multilayer varistor.
  • the third ceramic material forms a near-surface insulation zone.
  • the three ceramic materials differ chemically by ⁇ 1%.
  • the three ceramic materials differ in the concentration of monovalent elements.
  • the first ceramic material active area
  • the second ceramic material outer insulating cover layer
  • the third material near-surface isolation zone
  • the concentration of monovalents decreases
  • a thickness of the second and/or the third ceramic material is adapted to a diffusion behavior of the monovalent element.
  • the thickness is chosen such that there is as little diffusion of the acceptors into the active region as possible.
  • the thickness of the cover layers is thus adapted to the diffusion constant of the monovalent element.
  • the thickness reduces as the diffusion constant increases. Due to the reduced diffusion, a defined concentration gradient of monovalent elements occurs and, associated with this, a defined gradient of the electrical properties, above all the dielectric constant.
  • the thickness of the second and third ceramic material is based on the overall height of the component and its internal structure.
  • the design principle is that the effectiveness increases the higher the proportion of the second and third ceramic material in the inactive cover layers. On the other hand, this increases the risk that the monovalent element can diffuse into the active area during sintering. For example, a safety distance of 100 pm can be useful. In other words, after the last printed laminate, there are still another 100 ⁇ m from the first ceramic material as “diffusion buffer”. But also a smaller one
  • a method for producing a multilayer varistor is described.
  • the multilayer varistor described above is preferably produced by the method. All properties that are disclosed in relation to the multilayer varistor or the method are also disclosed correspondingly in relation to the respective other aspect and vice versa, even if the respective property is not explicitly mentioned in the context of the respective aspect.
  • the procedure consists of the following steps :
  • the ceramic powders essentially contain ZnO.
  • the second ceramic powder is doped, in particular slightly doped, with monovalent elements X + , for example Li + , Na + , K + or Ag + .
  • the first ceramic powder may be free from monovalent element doping or may have a small amount of monovalent element doping.
  • the concentration of monovalent elements in the first ceramic powder is many times lower than the concentration of monovalent elements in the second ceramic powder.
  • the dopant has a low diffusion constant.
  • a doping with potassium for example K2O, KC4H5O6 or K2C03
  • potassium for example K2O, KC4H5O6 or K2C03
  • the latter is characterized in that - due to a high Melting point and a high decomposition temperature - few losses occur during sintering.
  • Li or Na can also be used as doping. Na and Li are hardly or not at all susceptible to peroxide formation in air and the melting points of the metals are very high. The losses during sintering can thus be kept low.
  • the dopant only occurs in a low concentration.
  • the ceramic powders differ in the concentration of monovalent elements X + by 50 ppm ⁇ Ac (X + ) ⁇ 5000 ppm.
  • Ac denotes the maximum concentration difference that occurs between an active area and an area close to the surface of the finished multilayer varistor.
  • a third ceramic powder can additionally be provided for the production of a third ceramic material.
  • the concentration of monovalent elements X + in the third ceramic powder is lower than in the second ceramic powder but higher than in the first ceramic powder.
  • the third ceramic powder therefore has an average concentration of monovalent elements.
  • green tapes with the lowest or medium concentration of monovalent elements can be printed with metal paste to form Faraday or guard electrodes .
  • the green films are stacked in such a way that the second ceramic material forms a cover layer of the multilayer varistor. If a third ceramic material is present, the green sheets are stacked in such a way that the green sheets made of the third ceramic material are arranged between the green sheets made of the first and the third ceramic material.
  • the green sheets are in particular stacked in such a way that a defined concentration gradient of monovalent elements X + is formed, with the concentration decreasing starting from the second ceramic material (cover layer) down to the first ceramic material (active area).
  • the green sheets are preferably sintered at 1100° C.
  • the outer electrodes can be single-layered (CN type) or multi-layered.
  • the component Before electroplating, the component must be provided with a protective layer (glazing).
  • the modified ceramic materials are of particular importance in the process. Since the modified ceramic materials are to be manufactured using the same process as the primary ceramic material, and the various ceramic materials are to be processed together in the stacking, laminating and sintering steps, it is important that the mechanical and thermal properties of the materials are well matched are . At the same time, the electrical properties have to be adapted to the very different requirements.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a multilayer varistor according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a sectional view of a multilayer varistor according to a further exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a sectional view of a multilayer varistor according to the third exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a multilayer varistor 1 .
  • the multilayer varistor 1 has a ceramic body 2 .
  • a large number of internal electrodes 5 are formed in the ceramic body 2 .
  • Figure 1 are only two internal electrodes 5 shown.
  • the multilayer varistor 1 can have more than two internal electrodes 5 .
  • the inner electrodes 5 have silver, palladium, platinum or an alloy of these metals.
  • the inner electrodes 5 are arranged alternately and overlap in an inner area of the multilayer varistor 1 .
  • the overlapping area forms an active area 3 of the multilayer varistor 1 .
  • the multilayer varistor 1 also has a region 4 close to the surface.
  • the region 4 close to the surface has only minimal electrical conductivity.
  • the region 4 close to the surface borders on an upper side 1a and an underside 1b of the multilayer varistor 1, as can be seen in FIG.
  • the near-surface area 4 has a top layer or. an isolation area of the multi-layer varistor 1 .
  • the multilayer varistor 1 also has two outer electrodes 9 .
  • the multilayer varistor 1 can also have more than two outer electrodes 9 .
  • the outer electrodes 9 are electrically connected to the inner electrodes 5 for electrical contacting of the multilayer varistor 1 .
  • the external electrodes 9 are formed on side faces of the multilayer varistor 1 . Furthermore, the external electrodes 9 are also formed on parts of the bottom 1b and the top 1a of the multilayer varistor 1 .
  • the outer electrodes are constructed in one layer.
  • the outer electrodes 9 can also have a multilayer structure (not shown explicitly).
  • the respective outer electrode 9 preferably has a first or inner layer for contacting the inner electrodes 9 .
  • the first layer preferably comprises silver.
  • the respective outer electrode 9 has a second or middle layer as a diffusion barrier.
  • the second layer preferably comprises nickel.
  • the respective outer electrode 9 has a third or outer layer, which enables the multilayer varistor 1 to be soldered to printed circuit boards.
  • the third layer preferably comprises tin.
  • the varistor 1 must be provided with a protective layer (preferably glass) before electroplating.
  • a further protective layer (electroplating protection, for example glass) is applied (not explicitly shown) to the upper side 1a and the lower side 1b (ie over the second ceramic material 7 described below).
  • This glass layer chemically insulates the ceramic body 2 and thus increases the durability of the varistor 1 .
  • the ceramic body 2 has two ceramic materials or Varistor ceramics 6 , 7 on .
  • a first or primary ceramic material 6 is formed in an inner portion of multilayer varistor 1 .
  • the active area 3 has the first ceramic material 6 .
  • a second or Modified ceramic material 7 is formed in an edge area of multilayer varistor 1 .
  • the second ceramic material is arranged in the area 4 close to the surface and thus essentially in the inactive area. In addition to the second ceramic material 7, the inaccurate tive area but also a part of the first ceramic material 6, as can be seen from Figure 1.
  • the ceramic materials 6, 7 contain ZnO.
  • ZnO is the main component of the ceramic materials 6, 7.
  • the ceramic materials 6, 7 may contain a varistor-forming oxide such as bismuth oxide or a rare earth oxide (e.g. praseodymium oxide) and other oxides which improve the varistor properties.
  • the ceramic materials 6, 7 are chemically almost identical. In particular, the ceramic materials 6, 7 correspond chemically to >99%. However, the ceramic materials 6, 7 have a different dielectric constant ⁇ o* ⁇ r or dielectric constant s r . In particular, the dielectric constants ⁇ o* ⁇ r or dielectric constants s r of the ceramic materials 6, 7 differ from one another by a factor of >5. The dielectric constant of the first ceramic material 6 - and thus in the active region 3 - is greater than the dielectric constant of the second ceramic material 7 - and thus in the region 4 near the surface.
  • the ceramic materials 6, 7 differ in the concentration of monovalent elements X + (X + stands for Li + , Na + , K + or Ag + ).
  • the ceramic materials differ from each other by a maximum of 50 ppm ⁇ Ac (X + ) ⁇ 5000 ppm.
  • Ac denotes the maximum concentration difference that occurs between the active area 3 and the area 4 near the surface.
  • concentration is monovalent Elements in the near-surface area 4 are 100 ppm to 1000 ppm higher than in the active area 3 .
  • the monovalent elements Li + , Na + , K + , Ag + act as "acceptor doping" in the semiconducting ZnO . Therefore, the above doping can be applied to all ZnO-based varistor ceramics (regardless of the recipe).
  • the ceramic materials 6, 7 must be doped with acceptors that have relatively low diffusion constants. Furthermore, the dopants in which the ceramic materials 6, 7 differ must occur in low concentrations.
  • the concentration X + in the active region 3 (concentration of monovalent elements in the first ceramic material 6) is at a low level (X + ⁇ 100 ppm). In other words, the concentration of monovalent elements X + in the active area 3 is significantly lower than in the inactive area or . in the near-surface area 4 .
  • a low concentration of monovalent elements X + is associated with a large (or larger) dielectric constant. Consequently, the active region 3 has a higher dielectric constant/dielectric constant than the region 4 close to the surface. An increase in the concentration of monovalent elements X + causes the dielectric constant to decrease. Overall, a significant reduction in the dielectric constant is achieved even with small amounts of monovalent elements added.
  • the two ceramic materials 6, 7 are combined in such a way that the highest concentration of monovalent Elements X + in the near-surface region 4 and the lowest concentration in the active region 3 is present.
  • the second ceramic material 7 thus serves as an insulating cover layer with acceptor doping and a low dielectric constant. Starting from the area 4 close to the surface, the concentration decreases step by step in the direction of the active area 3 (concentration gradient). This significantly reduces the parasitic capacitance/stray capacitance of the multilayer varistor 1 .
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a multilayer varistor 1 .
  • the internal electrodes 5 and external electrodes 9 reference is made to the description in connection with FIG.
  • the multilayer varistor in this exemplary embodiment has three ceramic materials/varistor ceramics 6, 7, 8 with different concentrations of monovalent elements X + .
  • the second and third ceramic material (modified ceramic materials) 7 , 8 is arranged in the region 4 near the surface.
  • the third ceramic material 8 is arranged between the first and the second ceramic material 6 , 7 .
  • the first ceramic material 6 has a low concentration of monovalent elements.
  • the first ceramic material 6 has a high dielectric constant.
  • the second ceramic material 7 has a higher concentration of monovalent elements than the first ceramic material 6 .
  • the concentration of monovalent elements in the third ceramic material 8 is between those of the first ceramic material 6 and the second ceramic material 7 .
  • the first ceramic material 6 has the lowest concentration of monovalent elements and the second ceramic material 7 has the highest concentration of monovalent elements.
  • the third ceramic material 8 has a medium concentration. This creates a concentration gradient.
  • the concentration of the acceptors in the second and third ceramic material 7 , 8 is for example between 50 ppm and 5000 ppm higher than in the active ceramic layer (first or primary ceramic material 6 ).
  • the second and third ceramic materials 7, 8 serve as an insulating cover layer and. Isolation zone with acceptor doping and low dielectric constant.
  • FIG. 3 shows a third embodiment of a multilayer varistor 1 .
  • the internal electrodes 5 in this exemplary embodiment are arranged in a tip-to-tip position. The area between the tips of the internal electrodes 5 forms the active area 3 of the multilayer varistor 1 .
  • the multilayer varistor 1 has metallic protective or Faraday electrodes 10, which increase the protective function of the multilayer varistor 1 against electrostatic discharges.
  • the multilayer varistor 1 in this exemplary embodiment has three ceramic materials 6, 7, 8 with different concentrations of monovalent elements X + .
  • the Faraday electrodes 10 contribute to preventing the diffusion between the ceramic materials 6,7,8. Due to the reduced diffusion, a defined concentration gradient arises and, associated with this, a defined gradient of the electrical properties, above all the dielectric constant.
  • the thicknesses of the cover layers are chosen so that the least possible diffusion of the acceptors into the active region 3 occurs.
  • a respective extension of the second ceramic material 7 or of the third ceramic material 8 perpendicular to a main extension of the multilayer varistor 1 is understood as the thickness of the cover layers.
  • the concentration of the acceptors in the second and third ceramic material 7, 8 is between 50 ppm and 5000 ppm (preferably between 100 ppm and 1000 ppm) higher than in the active ceramic layer (first ceramic material 6).
  • the second and third ceramic materials 7, 8 serve as an insulating cover layer with acceptor doping and a low dielectric constant.
  • the particular advantage of this invention is that the electrical properties of the modified varistor ceramic 7, 8 (second or third ceramic material 7, 8) differ greatly from those of the original varistor ceramic (first or primary res ceramic material 6 ) differ without the materials being chemically significantly different from each other . Therefore the materials are otherwise almost identical and can be processed without any problems.
  • a method for producing a multilayer varistor 1 in particular a multilayer varistor according to one of the above exemplary embodiments, is described below.
  • the procedure consists of the following steps :
  • the ceramic powders are chemically 1 99 % identical.
  • the ceramic powders essentially contain ZnO as the base material. Table 1 shows a possible composition of the base material of the ceramic powder. Of course, other compositions are also conceivable, with ZnO being the main component of the ceramic material in each case.
  • Table 1 Composition of the base material of the ceramic powder. * ) Cross-contamination and entry through process: typically 1- 10 ppm potassium
  • the ceramic powders differ in the concentration of monovalent elements X + .
  • the ceramic powders differ in the concentration X + by 50 ppm ⁇ Ac(X+) ⁇ 5000 ppm.
  • the first or Primary ceramic powder has the lowest concentration of acceptors/monovalent elements.
  • the concentration of monovalent elements X + in the first ceramic powder is preferably ⁇ 100 ppm.
  • the second ceramic powder has the highest concentration of acceptors/monovalent elements.
  • the third ceramic powder has an intermediate/intermediate concentration of acceptors/monovalent elements.
  • a second step B green films are formed from the ceramic powders.
  • the powders are first ground, spray-dried and decarburized.
  • the decarburized powders are slurried with organic binders and dispersants and then drawn into green sheets.
  • the foils are cut to size.
  • part of the green films is partially printed with a metal paste (preferably silver and/or palladium) to form the internal electrodes 5 .
  • a metal paste preferably silver and/or palladium
  • a further metal paste (preferably silver and/or palladium) can also be printed onto part of the green foils in order to form protective electrodes 10 (see FIG. 3).
  • this metal paste is on the green sheets with the lowest and / or the. average concentration of monovalent elements (FIG. 3).
  • step D the stacking of printed and unprinted green films takes place.
  • the stacking takes place in such a way that the final multilayer varistor 1 has a defined concentration gradient of monovalent elements X + , the concentration decreasing starting from the second ceramic material 7 via the third ceramic material 8 ( FIGS. 2 and 3 ) to the first ceramic material 6 .
  • the green films are laminated, decarburized and sintered.
  • the sintering temperature is preferably 1100° C.
  • the method produces a multilayer varistor 1 which has a very low stray capacitance and therefore a low capacitance.
  • the modified varistor ceramic (second or third ceramic material 7, 8) is treated in production in the same way as the original/primary varistor ceramic (first ceramic material 6), since the materials differ only slightly chemically. Therefore, the powder, slip and foil properties of the materials are very similar and can be processed in the same way. The same applies to the processing of the foils into laminates and the finishing of the components (cutting, decarburization, sintering). Since the elements, such as potassium, in which the materials differ from each other have only a small difference in concentration (concentration gradient), diffusion thereof into the active volume can be neglected even during sintering. Therefore, the cover layers can be dimensioned with sufficiently high thicknesses, which increases the shielding effect.
  • the capacities of the disks were measured at 1 V and 1 kHz (see Table 2).
  • compositions with a reduced dielectric constant were provided which were suitable for testing the invention on the multilayer varistor.
  • the composition of the first ceramic powder corresponded to the base material (see Table 1).
  • the second ceramic powder was additionally doped with 1,000 ppm of potassium.
  • the third ceramic powder was additionally doped with 1000 ppm potassium and 1000 ppm lanthanum.
  • the powder mixtures produced in this way were ground, spray-dried and decarburized.
  • the decarburized powders were ganic binder and dispersant and drawn into films.
  • the foils were cut to size, printed with palladium paste, stacked and cut into multilayer components.
  • the simplest design (see FIG. 1) of a 1206 ML varistor with 2 internal electrodes (120 micron electrode spacing and 0.8 mm 2 overlap area) was selected for testing. Three types of devices were produced with the three types of ceramic sheets.
  • the core of the second type of component consisted of the base material with a covering layer of the second ceramic (with increased potassium concentration).
  • the core of the third type of component consisted of the base material with a covering layer of the third ceramic (with increased potassium concentration and lanthanum-doped).
  • the components produced in this way were each sintered at 1100°C.
  • the micrographs showed that the cover layers were sintered with the core layer without any defects (no cracks, etc.).
  • the components with outer electrodes made of a layer of silver were metallized and burned in.
  • the capacitances of the components were measured at 1 V and 1 MHz.
  • the first type of component (reference type) had a capacitance of 17.713.1 pF.
  • the second type of device (top layer with increased potassium concentration) had a capacitance of 13.211.3 pF. This corresponds to a reduction in capacity of 25%.
  • the third type of device (cap layer with increased potassium concentration and doped with lanthanum) had a capacitance from 11.1 ⁇ 2.4 pF to . This corresponds to a reduction in capacity of 37%. It was thus possible to show that even the simplest type of application of the invention leads to a significant reduction in the overall capacitance of the multilayer varistor.
  • the current/voltage characteristic of the components was measured with increasing static currents in the range from 10 nA to 1 mA.
  • the first type of component (reference type) showed a varistor voltage at 1 mA of 21591144 V with 1 .
  • the second type of device had a varistor voltage at 1 mA of 22101172 V mnr 1 . This corresponds to a change in the varistor voltage of only 2%.
  • the third type of device had a varistor voltage at 1 mA of 22731183 V mnr 1 . This corresponds to a 5% change in the varistor voltage.

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Abstract

The invention relates to a multi-layer varistor (1) comprising a ceramic body (2) having a large number of inner electrodes (5), the ceramic body (2) comprising an active region (3) and a near-surface region (4), and the ceramic body (2) comprising at least one first ceramic material (6) and at least one second ceramic material (7), the ceramic materials (6, 7) differing in a concentration of monovalent elements X+, where X+ = Li+, Na+, K+ or Ag+. The invention further relates to a method for producing a multi-layer varistor (1).

Description

Beschreibung description
Vielschichtvaristor und Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtvaristors Multilayer varistor and method for producing a multilayer varistor
Die vorliegende Erfindung betri f ft einen Vielschichtvaristor . Die vorliegende Erfindung betri f ft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtvaristors . The present invention relates to a multilayer varistor. The present invention also relates to a method for producing a multilayer varistor.
Vielschicht - bzw . Multilayer-Varistoren werden als wirksame Schutzelemente vor temporären Überspannungen (wie ESD - „Electrostatic Discharge" ; Elektrostatische Entladung) eingesetzt . In der sich schnell entwickelnden Kommunikationstech- nik ergibt sich ein steigender Bedarf an Schutzelementen, die die empfindliche Elektronik absichern . Aufgrund der hohen Frequenzen bei der Signalübertragung, und aufgrund des Einbaus dieser Schutzelemente direkt in den Leitungen, müssen die Kapazitäten dieser Bauteile so gering wie möglich gehalten werden . Andernfalls treten innerhalb der signal führenden Leitungen Störungen und Verluste auf . multi-layered resp. Multilayer varistors are used as effective protective elements against temporary overvoltages (such as ESD - "Electrostatic Discharge"; electrostatic discharge) . In the rapidly developing communication technology, there is an increasing need for protective elements that protect sensitive electronics . Due to the high frequencies during signal transmission and due to the installation of these protective elements directly in the lines, the capacitances of these components must be kept as low as possible, otherwise interference and losses will occur within the signal-carrying lines.
Die Verringerung der Kapazität eines Vielschichtvaristors bereitet erhebliche Schwierigkeiten . Konstruktiv kann zwar die aktive Fläche (Überlappfläche ) und damit die Kapazität verkleinert werden, aber dadurch reduzieren sich der Ableitstrom und die Schutzwirkung proportional . Von der Werkstof f seife her, wäre ein Material mit niedrigerer Dielektri zitätskonstante ( DK) wünschenswert . Das für Vielschichtvaristoren verwendete Material besteht aus dotiertem Zinkoxid ( ZnO) . Die DK dieser Keramik wird von Sperrschichten zwischen den ZnO- Körner dominiert . Die Serien- und Parallelschaltung der einzelnen Sperrschichten ergibt die Kapazität - aber auch die Durchbruchspannung des aktiven Bereichs . Da die Durchbruchsspannung in der Auslegung des Bauteils vorgegeben ist , ergibt sich damit auch die Kapazität des aktiven Bereichs . Die DK der ZnO-Keramik ist weitgehend mit der Durchbruchspannung gekoppelt und kann daher nicht als Freiheitsgrad zur Senkung der Kapazität genutzt werden . Reducing the capacitance of a multilayer varistor presents considerable difficulties. Although the active area (overlap area) and thus the capacitance can be reduced structurally, the leakage current and the protective effect are reduced proportionally as a result. From the point of view of the material, a material with a lower dielectric constant (DK) would be desirable. The material used for multilayer varistors consists of doped zinc oxide (ZnO). The DK of this ceramic is dominated by barrier layers between the ZnO grains. The series and parallel connection of the individual barrier layers results in the capacity - but also the Breakdown voltage of the active area. Since the breakdown voltage is specified in the design of the component, this also results in the capacitance of the active area. The DK of the ZnO ceramic is largely coupled with the breakdown voltage and therefore cannot be used as a degree of freedom to lower the capacitance.
Zur Kapazität eines Varistors trägt neben der Kapazität des aktiven Volumens ( die Keramik zwischen den inneren Elektroden) auch die Streukapazität des Keramikbauteils außerhalb des aktiven Volumens ( Deckschichten und I solations zone ) bei . Bei Verkleinerung der aktiven Fläche im Bauteil steigt der Anteil der Streukapazität an der Gesamtkapazität immer mehr an und begrenzt so den erzielbaren Ef fekt durch eine Konstruktion mit einer minimalen Überlappfläche der Elektroden . Um daher die Kapazität eines Varistors ef fi zient zu reduzieren, ist es nötig diese Streukapazität so weit wie möglich zu verringern . In addition to the capacitance of the active volume (the ceramic between the inner electrodes), the stray capacitance of the ceramic component outside the active volume (cover layers and isolation zone) also contributes to the capacitance of a varistor. When the active area in the component is reduced, the proportion of the stray capacitance in the total capacitance increases more and more and thus limits the achievable effect by a design with a minimal overlapping area of the electrodes. Therefore, in order to efficiently reduce the capacitance of a varistor, it is necessary to reduce this stray capacitance as much as possible.
Es sind unterschiedliche Methoden zur Verringerung der Leitfähigkeit und zur Reduktion der Streukapazität im Bereich außerhalb der Innenelektroden bekannt , die j edoch entweder wenig wirksam sind oder andere Nachteile haben . Die einfachste Art dies zu erreichen, ist die Oberfläche des Vielschichtvaristors nach der Sinterung zu verglasen . Diese Glasschicht hat zusätzlich den Vorteil , dass sie die Keramik chemisch isoliert und so die Beständigkeit des Bauteils erhöht . Daher kann der zusätzliche Einsatz dieser Methode auch dann sinnvoll sein, wenn andere Methoden angewandt werden . Da die Glasschicht nur sehr dünn ist , ist die Ef fektivität dieser Methode j edoch begrenzt und der Einsatz anderer Methoden bzw . die Kombination mit anderen Methoden ist vorteilhaft . In Dokument DE 100 26 258 B4 wird anstatt der schützenden Glasschicht eine wismuthaltige Deckschicht als Galvanikschutz aufgebracht , die gemeinsam mit der Varistorkeramik gesintert werden kann . Die chemische Zusammensetzung der Deckschicht unterscheidet sich sehr stark von der ZnO-Keramik, wodurch beim Sintern eine nachteilige Di f fusions- und Reaktions zone entsteht . Eine Beeinflussung der Dielektri zitätskonstante durch die Deckschicht wird nicht diskutiert . Various methods are known for reducing the conductivity and for reducing the stray capacitance in the area outside the internal electrodes, but these are either not very effective or have other disadvantages. The simplest way to achieve this is to glaze the surface of the multilayer varistor after sintering. This glass layer has the additional advantage that it chemically insulates the ceramic and thus increases the durability of the component. Therefore, the additional use of this method can also be useful when other methods are used. However, since the glass layer is very thin, the effectiveness of this method is limited and the use of other methods or the combination with other methods is advantageous . In document DE 100 26 258 B4, instead of the protective glass layer, a cover layer containing bismuth is applied as electroplating protection, which can be sintered together with the varistor ceramic. The chemical composition of the top layer is very different from that of the ZnO ceramic, resulting in a disadvantageous diffusion and reaction zone during sintering. An influence on the dielectric constant by the cover layer is not discussed.
Das Dokument JP 3735151 B2 beschreibt ein Verfahren bei dem die äußersten Bereiche der Keramik nach dem Sintern chemisch modi fi ziert werden . Während einer zusätzlichen Wärmebehandlung wird Lithium oder Natrium in die Oberfläche des Keramikkörpers eindi f fundiert . Durch die Dotierung mit Akzeptoren sinken der Leckstrom und die Dielektri zitäts zahl der äußersten Schicht . Die Kapazität des Multilayer-Varistors kann auf diese Weise signi fikant reduziert werden . Der Nachteil dieser Methode ist , dass diese nachträgliche Modi fikation einen erheblichen Aufwand darstellt . Ferner wäre eine weitere Wärmebehandlung erforderlich, um außen eine zusätzliche Glasschicht auf zubringen, was sich durch die hohen Di f fusionsraten von Natrium und Lithium äußerst schwierig gestaltet . The document JP 3735151 B2 describes a method in which the outermost areas of the ceramic are chemically modified after sintering. During an additional heat treatment, lithium or sodium is diffused into the surface of the ceramic body. Doping with acceptors reduces the leakage current and the dielectric constant of the outermost layer. The capacitance of the multilayer varistor can be significantly reduced in this way. The disadvantage of this method is that this subsequent modification requires considerable effort. Further heat treatment would also be required to apply an additional layer of glass on the outside, which is extremely difficult due to the high diffusion rates of sodium and lithium.
Das Dokument JP H- 113809 A beschreibt einen Multilayer- Varistor bestehend aus einer isolierenden Trägerschicht mit niedriger Dielektri zitäts zahl , auf welche die eigentliche Varistorkeramik auf laminiert wird . Die Trägerschicht selbst wird ebenfalls aus einer Keramik mit niedriger Dielektri zitäts zahl im Schichtverfahren produziert . Ein Nachteil dieses Multilayer-Varistors ist die aufwendige Herstellung desselben : anstatt einer einheitlichen Keramik sind zwei unterschiedliche Keramiken mit stark unterschiedlichen Eigenschaften erforderlich . Dies kann durch eine unterschiedliche ehe- mische Zusammensetzung erreicht werden, was eine schwache Bindung zwischen Trägerschicht und Varistorkeramik nach sich zieht . The document JP H-113809 A describes a multilayer varistor consisting of an insulating support layer with a low dielectric constant, onto which the actual varistor ceramic is laminated. The carrier layer itself is also made from a ceramic with a low dielectric constant using the layer process. A disadvantage of this multilayer varistor is the costly production of the same: instead of a uniform ceramic, two different ceramics with very different properties are required. This can be due to a different marriage Mixed composition can be achieved, resulting in a weak bond between the carrier layer and the varistor ceramic.
Das Dokument DE 10 2018 116 221 Al beschreibt einen Vielschichtvaristor, der aus zwei chemisch sehr unterschiedlichen Materialien besteht , die sich in der ZnO-Korngröße nach dem Sinterprozess unterscheiden . Das Ziel dieser Konstruktion eines Vielschichtvaristors ist es , den Stromfluss im Bauelement von thermomechanischen Schwachstellen fernzuhalten und damit die Impuls festigkeit des Schutzelements zu erhöhen . Eine Auswirkung der chemisch sehr unterschiedlichen Materialien, die beispielsweise beide im aktiven Bereich eingesetzt werden, auf die Kapazität des Vielschichtvaristors steht dabei nicht im Fokus . The document DE 10 2018 116 221 A1 describes a multi-layer varistor that consists of two chemically very different materials that differ in the ZnO grain size after the sintering process. The aim of this construction of a multilayer varistor is to keep the current flow in the component away from thermo-mechanical weak points and thus increase the impulse strength of the protective element. The focus here is not on the effect of the chemically very different materials, which are both used in the active area, for example, on the capacitance of the multilayer varistor.
Das Dokument DE 10 2017 105 673 Al beschreibt die Kombination von zwei unterschiedlichen ZnO-Keramiken, um die Impuls festigkeit des Bauelements zu erhöhen . Die beiden Materialien müssen an die Elektroden angebunden werden, um die Wirkung zu zeigen . Die Wirkungen in oberflächennahen Bereichen ebenso wie die Auswirkung auf die Kapazität werden nicht thematisiert . The document DE 10 2017 105 673 A1 describes the combination of two different ZnO ceramics in order to increase the pulse strength of the component. The two materials must be bonded to the electrodes in order to show the effect. The effects in near-surface areas as well as the impact on capacity are not addressed.
Damit zeigen die bekannten Methoden deutliche Nachteile oder die Wirksamkeit bei der Senkung der Streukapazität ist nicht gegeben . The known methods therefore have clear disadvantages or they are not effective in reducing the stray capacitance.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Vielschichtvaristor und ein Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtvaristors zu beschreiben, welche die oben stehenden Probleme lösen . Diese Aufgabe wird durch einen Vielschichtvaristor und ein Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtvaristors gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst . The object of the present invention is to describe a multilayer varistor and a method for producing a multilayer varistor which solve the above problems. This object is achieved by a multilayer varistor and a method for producing a multilayer varistor according to the independent claims.
Gemäß einem Aspekt wird ein Vielschichtvaristor beschrieben . Der Vielschichtvaristor weist einen Keramikkörper auf . Der Keramikkörper weist eine Mehrzahl an Schichten auf . Eine Viel zahl von Innenelektroden ist in dem Keramikkörper ausgebildet . Die Innenelektroden weisen beispielsweise Silber, Palladium, Platin oder eine Legierung dieser Metalle auf . According to one aspect, a multilayer varistor is described. The multilayer varistor has a ceramic body. The ceramic body has a plurality of layers. A plurality of internal electrodes are formed in the ceramic body. The inner electrodes have, for example, silver, palladium, platinum or an alloy of these metals.
Der Keramikkörper weist einen aktiven Bereich auf . Der Keramikkörper weist ferner einen inaktiven Bereich auf . Als aktiver Bereich sind die Bereiche zwischen den unterschiedlichen Innenelektroden unterschiedlicher Polarität zu verstehen, die für den Stromfluss zwischen selbigen maßgeblich sind . Im Gegensatz dazu werden die Bereiche im Keramikkörper des Vielschichtvaristors , die nicht (bzw . nicht wesentlich) zum Stromfluss zwischen den unterschiedlich kontaktierten Innenelektroden beitragen, als inaktiver Bereich bezeichnet . The ceramic body has an active area. The ceramic body also has an inactive area. The areas between the different inner electrodes of different polarity, which are decisive for the current flow between the same, are to be understood as the active area. In contrast, the areas in the ceramic body of the multilayer varistor that do not (or not significantly) contribute to the flow of current between the differently contacted internal electrodes are referred to as the inactive area.
Der Keramikkörper weist einen oberflächennahen Bereich auf . Der oberflächennahe Bereich grenzt j eweils an eine Oberseite und an eine Unterseite des Vielschichtvaristors an . Der oberflächennahe Bereich weist lediglich eine minimale elektrische Leitfähigkeit auf . Der oberflächennahe Bereich ist im Wesentlichen elektrisch isolierend ausgebildet . Der oberflächennahe Bereich umfasst eine Deckschicht und/oder eine I solations zone des Vielschichtvaristors . The ceramic body has an area close to the surface. The area close to the surface in each case borders on an upper side and an underside of the multilayer varistor. The area close to the surface only has minimal electrical conductivity. The area close to the surface is designed to be essentially electrically insulating. The area close to the surface comprises a cover layer and/or an isolation zone of the multilayer varistor.
Der Keramikköper weist wenigstens ein erstes bzw . primäres Keramikmaterial auf . Vorzugsweise weist der Vielschichtvaristor genau ein erstes bzw . primäres Keramikmaterial auf . Der Keramikköper wenigstens ein zweites bzw. modifiziertes Keramikmaterial auf. Der Hauptbestandteil der beiden Keramikmaterialien ist Zinkoxid (ZnO) . Insbesondere basieren die beiden Keramikmaterialien auf ZnO. The ceramic body has at least a first or primary ceramic material on . Preferably, the multi-layer varistor has exactly a first or primary ceramic material on . the Ceramic body at least one second or modified ceramic material. The main component of the two ceramic materials is zinc oxide (ZnO). In particular, the two ceramic materials are based on ZnO.
Das erste und das zweite Keramikmaterial unterscheiden sich in einer Konzentration an einwertigen Elementen X+ bzw. Elementen mit stabiler Oxidationsstufe +1. X+ ist dabei ausgewählt aus Li+, Na+, K+ oder Ag+. Bevorzugt weisen die einwertigen Elemente eine niedrige Diffusionskonstante auf. Vorzugsweise ist der Vielschichtvaristor durch ein Verfahren he- gestellt, welches später im Detail beschrieben wird. The first and the second ceramic material differ in a concentration of monovalent elements X + or elements with a stable oxidation state +1. X+ is selected from Li + , Na + , K + or Ag + . The monovalent elements preferably have a low diffusion constant. Preferably, the multilayer varistor is manufactured by a method which will be described later in detail.
Das zweite bzw. modifizierte Keramikmaterial ist mit den einwertigen Elementen dotiert. Beispielsweise ist das zweite Keramikmaterial mit Kaliumoxid dotiert. Das erste bzw. primäre Keramikmaterial kann frei von einer Dotierung mit einwertigen Elementen sein. Alternativ kann das erste Keramikmaterial aber auch geringfügig mit einwertigen Elementen dotiert sein. The second or modified ceramic material is doped with the monovalent elements. For example, the second ceramic material is doped with potassium oxide. The first or primary ceramic material may be free from doping with monovalent elements. Alternatively, however, the first ceramic material can also be slightly doped with monovalent elements.
Die Dotierstoffe, durch welche sich die Keramikmaterialien unterscheiden, treten in niedrigen Konzentrationen auf. Durch die Dotierung mit einwertigen Elementen unterscheiden sich die elektrischen Eigenschaften des zweiten/modif izierten Keramikmaterials zwar stark von denen des ersten/primären Keramikmaterials. Jedoch gibt es chemisch keinen signifikanten Unterschied zwischen den Keramikmaterialien. Insbesondere sind die beiden Materialien ansonsten nahezu identisch. The dopants that distinguish the ceramic materials occur in low concentrations. Due to the doping with monovalent elements, the electrical properties of the second/modified ceramic material differ greatly from those of the first/primary ceramic material. However, chemically there is no significant difference between the ceramic materials. Notably, the two materials are otherwise nearly identical.
Die Dotierung mit einwertigen Elementen bewirkt selbst in kleinen Mengen eine deutliche Verringerung der Dielektrizitätskonstante. Folglich weist das zweite bzw. modifizierteDoping with monovalent elements causes a significant reduction in the dielectric constant, even in small amounts. Consequently, the second or modified
Keramikmaterial eine geringere Dielektrizitätskonstante auf als das erste bzw . primäre Keramikmaterial . Damit kann ein Vielschichtvaristor mit verringerter Streukapazität und folglich reduzierter Gesamtkapazität bereitgestellt werden . Ceramic material has a lower dielectric constant as the first or primary ceramic material. A multilayer varistor with a reduced stray capacitance and consequently a reduced total capacitance can thus be provided.
Gemäß einem Aus führungsbeispiel liegt die höchste Konzentration an einwertigen Elementen X+ im oberflächennahen Bereich vor . Die niedrigste Konzentration an einwertigen Elementen X+ liegt im aktiven Bereich vor . Die Konzentration an einwertigen Elementen nimmt folglich ausgehend von der Oberfläche zum Innenbereich / aktiven Bereich des Vielschichtvaristors hin ab . Dementsprechend steigt der Wert für die Dielektri zitätskonstante ausgehend von der Oberfläche zum Innenbereich des Vielschichtvaristors hin an . Damit wird die Streukapazität des Varistors verringert . Die Gesamtkapazität des Varistors wird folglich ef fektiv reduziert . According to one exemplary embodiment, the highest concentration of monovalent elements X + is in the area close to the surface. The lowest concentration of monovalent elements X + is in the active region. The concentration of monovalent elements consequently decreases, starting from the surface towards the inner area/active area of the multilayer varistor. Accordingly, the value for the dielectric constant increases, starting from the surface towards the interior of the multilayer varistor. This reduces the stray capacitance of the varistor. The total capacitance of the varistor is consequently effectively reduced.
Gemäß einem Aus führungsbeispiel unterscheiden sich die Keramikmaterialien chemisch um < 1 % voneinander . Mit anderen Worten, die Keramikmaterialien sind chemisch annähernd identisch . Somit können beide Materialien hervorragend miteinander verarbeitet werden . Beispielsweise können die Schichten aus den modi fi zierten Materialien defektfrei miteinander ver- sintert werden . Damit wird ein besonders zuverlässiger Vielschichtvaristor zur Verfügung gestellt . According to one exemplary embodiment, the ceramic materials differ chemically from one another by <1%. In other words, the ceramic materials are nearly identical chemically. This means that both materials can be excellently processed together. For example, the layers of modified materials can be sintered together without defects. A particularly reliable multilayer varistor is thus made available.
Gemäß einem Aus führungsbeispiel unterscheiden sich die Dielektri zitäts zahlen sr des ersten und zweiten Keramikmaterials um > Faktor 5 voneinander . Durch die lediglich geringfügige Dotierung mit einwertigen Elementen kann die Streukapazität des Varistors folglich auf einfache Art maßgeblich reduziert werden . Gemäß einem Aus führungsbeispiel ist das erste/primäre Keramikmaterial im aktiven Bereich angeordnet . Das zwei- te/modi f i zierte Keramikmaterial bildet eine isolierende Deckschicht des Keramikkörpers . Insbesondere ist das zweite Keramikmaterial an der Oberseite und an der Unterseite des Vielschichtvaristors angeordnet . Folglich weist der Vielschichtvaristor eine isolierende Deckschicht bzw . Ummantelung mit niedriger Dielektri zitäts zahl auf . Die Streukapazität des Vielschichtvaristors ist damit im Vergleich zu herkömmlichen Vielschichtvaristoren auf einfache Weise erheblich reduziert . According to one exemplary embodiment, the dielectric constants sr of the first and second ceramic material differ from one another by a factor of >5. The stray capacitance of the varistor can consequently be significantly reduced in a simple manner by the only slight doping with monovalent elements. According to one exemplary embodiment, the first/primary ceramic material is arranged in the active area. The second/modified ceramic material forms an insulating cover layer of the ceramic body. In particular, the second ceramic material is arranged on the top and on the bottom of the multilayer varistor. Consequently, the multi-layer varistor has an insulating cover layer or low-dielectric cladding on . The stray capacitance of the multilayer varistor is thus significantly reduced in comparison to conventional multilayer varistors.
Gemäß einem Aus führungsbeispiel unterscheiden sich die Keramikmaterialien in der Konzentration an einwertigen Elementen X+ um maximal 50 ppm < Ac (X+) < 5000 ppm voneinander . Ac bezeichnet dabei den maximalen Konzentrationsunterschied, der zwischen dem aktiven Bereich und dem oberflächennahen Bereich auf tritt . According to one exemplary embodiment, the ceramic materials differ from one another in the concentration of monovalent elements X + by a maximum of 50 ppm<Ac(X + )<5000 ppm. Ac denotes the maximum concentration difference that occurs between the active area and the area near the surface.
Mit anderen Worten, die Konzentration an Akzeptoren ist in dem zweiten Keramikmaterial maximal zwischen 50 ppm und 5000 ppm höher als in dem ersten Keramikmaterial . Bevorzugt unterscheiden sich die Keramikmaterialien des Vielschichtvaristors um 100 ppm < Ac (X+) < 1000 ppm voneinander . In other words, the concentration of acceptors in the second ceramic material is at most between 50 ppm and 5000 ppm higher than in the first ceramic material. The ceramic materials of the multilayer varistor preferably differ from one another by 100 ppm<Ac(X + )<1000 ppm.
Die Konzentration an einwertigen Elementen X+ ist im aktiven Bereich vorzugsweise < 100 ppm, bevorzugt < 50 ppm . Das erste Keramikmaterial ist folglich annähernd frei von einwertigen Elementen . Der Anteil an einwertigen Elementen ist insbesondere bedingt durch deren Di f fusion aus dem zweiten Keramikmaterial während der Herstellung des Vielschichtvaristors . The concentration of monovalent elements X + in the active area is preferably <100 ppm, preferably <50 ppm. The first ceramic material is consequently almost free from monovalent elements. The proportion of monovalent elements is due in particular to their diffusion from the second ceramic material during production of the multilayer varistor.
Da die einwertigen Elemente , in denen sich die beiden Keramikmaterialien unterscheiden, nur einen kleinen Konzentrat!- onsunterschied (Konzentrationsgradienten) aufweisen, kann eine Diffusion derselben in den aktiven Bereich selbst während der Sinterung vernachlässigt werden. Daher können die Deckschichten (zweites bzw. modifiziertes Keramikmaterial) mit ausreichend hohen Dicken dimensioniert werden, wodurch der Abschirmungseffekt verstärkt wird. Since the monovalent elements in which the two ceramic materials differ, only a small concentrate!- ion difference (concentration gradient), diffusion thereof into the active region can be neglected even during sintering. The cover layers (second or modified ceramic material) can therefore be dimensioned with sufficiently high thicknesses, as a result of which the shielding effect is enhanced.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Keramikköper wenigstens drei Keramikmaterialien auf. Insbesondere weist der Keramikkörper das erste/primäre Keramikmaterial, das zwei- te/modif izierte Keramikmaterial sowie ein drit- tes/modif iziertes Keramikmaterial auf. Der Keramikkörper kann aber auch mehr als drei Keramikmaterialien aufweisen. Beispielsweise kann der Keramikkörper noch ein viertes bzw. modifiziertes Keramikmaterial aufweisen. According to one embodiment, the ceramic body has at least three ceramic materials. In particular, the ceramic body has the first/primary ceramic material, the second/modified ceramic material and a third/modified ceramic material. However, the ceramic body can also have more than three ceramic materials. For example, the ceramic body can also have a fourth or modified ceramic material.
Das dritte Keramikmaterial ist zwischen dem ersten Keramikmaterial und dem zweiten Keramikmaterial angeordnet. Das dritte Keramikmaterial ist im inaktiven Bereich und insbesondere im oberflächennahen Bereich des Vielschichtvaristors angeordnet. Das dritte Keramikmaterial bildet eine oberflächennahe Isolationszone. Die drei Keramikmaterialien unterscheiden sich chemisch um < 1%. The third ceramic material is interposed between the first ceramic material and the second ceramic material. The third ceramic material is arranged in the inactive area and in particular in the area close to the surface of the multilayer varistor. The third ceramic material forms a near-surface insulation zone. The three ceramic materials differ chemically by < 1%.
Die drei Keramikmaterialien unterscheiden sich in der Konzentration an einwertigen Elementen. Das erste Keramikmaterial (aktiver Bereich) weist die geringste Konzentration an einwertigen Elementen auf. Das zweite Keramikmaterial (äußere isolierende Deckschicht) weist die höchste Konzentration an einwertigen Elementen auf. Das dritte Material (oberflächennahe Isolationszone) weist eine Konzentration an einwertigen Elementen auf, die zwischen der des ersten und des zweiten Keramikmaterials liegt. Insbesondere verringert sich die Konzentration an einwertigenThe three ceramic materials differ in the concentration of monovalent elements. The first ceramic material (active area) has the lowest concentration of monovalent elements. The second ceramic material (outer insulating cover layer) has the highest concentration of monovalent elements. The third material (near-surface isolation zone) has a concentration of monovalent elements that is between that of the first and second ceramic materials. In particular, the concentration of monovalents decreases
Elementen X+ ausgehend vom oberflächennahen Bereich in Richtung des aktiven Bereichs schrittweise (Konzentrationsgradient ) . Damit können lokale chemische Unterschiede ef fektiv reduziert werden . Elements X + starting from the near-surface area in the direction of the active area gradually (concentration gradient). In this way, local chemical differences can be effectively reduced.
Gemäß einem Aus führungsbeispiel ist eine Dicke des zweiten und/oder des dritten Keramikmaterials an ein Di f fusionsverhalten des einwertigen Elements angepasst . Insbesondere ist die Dicke derart gewählt , dass möglichst wenig Di f fusion der Akzeptoren in den aktiven Bereich auf tritt . Die Dicke der Deckschichten ist damit an die Di f fusionskonstante des einwertigen Elements angepasst . Insbesondere reduziert sich die Dicke bei steigender Di f fusionskonstante . Auf Grund der reduzierten Di f fusion entsteht ein definierter Konzentrationsgradient an einwertigen Elementen und damit verbunden ein definierter Gradient der elektrischen Eigenschaften, vor allem der Dielektri zitätskonstante . According to one exemplary embodiment, a thickness of the second and/or the third ceramic material is adapted to a diffusion behavior of the monovalent element. In particular, the thickness is chosen such that there is as little diffusion of the acceptors into the active region as possible. The thickness of the cover layers is thus adapted to the diffusion constant of the monovalent element. In particular, the thickness reduces as the diffusion constant increases. Due to the reduced diffusion, a defined concentration gradient of monovalent elements occurs and, associated with this, a defined gradient of the electrical properties, above all the dielectric constant.
Die Dicke des zweiten und des dritten Keramikmaterials orientieren sich an einer Gesamthöhe des Bauteils und an dessen Innenaufbau . Als Konstruktionsprinzip gilt , dass die Wirksamkeit steigt , j e höher der Anteil des zweiten und dritten Keramikmaterials an den inaktiven Deckschichten ist . Andererseits steigt dadurch das Risiko , dass beim Sintern das einwertige Element in den aktiven Bereich di f fundieren kann . Beispielsweise kann ein Sicherheitsabstand von 100 pm sinnvoll sein . Mit anderen Worten nach dem letzten bedruckten Laminat sind noch weitere 100 pm aus dem ersten Keramikmaterial als „Di f fusionspuf fer" vorhanden . Aber auch ein geringererThe thickness of the second and third ceramic material is based on the overall height of the component and its internal structure. The design principle is that the effectiveness increases the higher the proportion of the second and third ceramic material in the inactive cover layers. On the other hand, this increases the risk that the monovalent element can diffuse into the active area during sintering. For example, a safety distance of 100 pm can be useful. In other words, after the last printed laminate, there are still another 100 μm from the first ceramic material as “diffusion buffer”. But also a smaller one
Sicherheitsabstand ist vorstellbar . Alternativ dazu kann auch nach der letzten bedruckten Schicht direkt mit dem zweiten und dritten Keramikmaterial fortgesetzt werden . Safety distance is conceivable. Alternatively, you can after the last printed layer continue directly with the second and third ceramic material.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtvaristors beschrieben . Vorzugsweise wird durch das Verfahren der oben beschriebene Vielschichtvaristor hergestellt . Alle Eigenschaften, die in Bezug auf den Vielschichtvaristor oder das Verfahren of fenbart sind, sind auch entsprechend in Bezug auf den j eweiligen anderen Aspekt of fenbart und umgekehrt , auch wenn die j eweilige Eigenschaft nicht expli zit im Kontext des j eweiligen Aspekts erwähnt wird . Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf : According to a further aspect, a method for producing a multilayer varistor is described. The multilayer varistor described above is preferably produced by the method. All properties that are disclosed in relation to the multilayer varistor or the method are also disclosed correspondingly in relation to the respective other aspect and vice versa, even if the respective property is not explicitly mentioned in the context of the respective aspect. The procedure consists of the following steps :
A) Bereitstellen eines ersten bzw . primären Keramikpulvers zur Herstellung eines ersten Keramikmaterials . Bereitstellen wenigstens eines zweiten bzw . modi fi zierten Keramikpulvers zur Herstellung eines zweiten Keramikmaterials . A) providing a first or primary ceramic powder for producing a first ceramic material. Providing at least a second or modi fi ed ceramic powder for the production of a second ceramic material.
Die Keramikpulver weisen im Wesentlichen ZnO auf . Das zweite Keramikpulver weist eine Dotierung, insbesondere eine geringfügige Dotierung, an einwertigen Elementen X+, beispielsweise Li+, Na+, K+ oder Ag+ auf . Das erste Keramikpulver kann frei von einer Dotierung an einwertigen Elementen sein oder eine geringfügige Dotierung an einwertigen Elementen aufweisen . Insbesondere ist die Konzentration an einwertigen Elementen im ersten Keramikpulver um ein Viel faches geringer als die Konzentration an einwertigen Elementen im zweiten Keramikpulver . Der Dotierstof f weist eine geringe Di f fusionskonstante auf . The ceramic powders essentially contain ZnO. The second ceramic powder is doped, in particular slightly doped, with monovalent elements X + , for example Li + , Na + , K + or Ag + . The first ceramic powder may be free from monovalent element doping or may have a small amount of monovalent element doping. In particular, the concentration of monovalent elements in the first ceramic powder is many times lower than the concentration of monovalent elements in the second ceramic powder. The dopant has a low diffusion constant.
Beispielsweise kann eine Dotierung mit Kalium (beispielsweise K2O, KC4H5O6 oder K2C03 ) vorliegen . Insbesondere letzteres zeichnet sich dadurch aus , dass - auf Grund eines hohen Schmel zpunkts und einer hohen Zerset zungstemperatur - wenig Verluste während des Sinterns auftreten . Alternativ dazu können beispielsweise auch Li oder Na als Dotierung verwendet werden . Na und Li sind für die Peroxid-Bildung an Luft kaum bis gar nicht anfällig und die Schmel zpunkte der Metalle liegen sehr hoch . Damit können die Verluste während des Sinterns gering gehalten werden . For example, a doping with potassium (for example K2O, KC4H5O6 or K2C03) can be present. In particular, the latter is characterized in that - due to a high Melting point and a high decomposition temperature - few losses occur during sintering. As an alternative to this, for example Li or Na can also be used as doping. Na and Li are hardly or not at all susceptible to peroxide formation in air and the melting points of the metals are very high. The losses during sintering can thus be kept low.
Der Dotierstof f tritt lediglich in einer geringen Konzentration auf . Die Keramikpulver unterscheiden sich in der Konzentration an einwertigen Elementen X+ um 50 ppm < Ac (X+) < 5000 ppm . Ac bezeichnet dabei den maximalen Konzentrationsunterschied, der zwischen einem aktiven Bereich und einem oberflächennahen Bereich des fertigen Vielschichtvaristors auftritt . The dopant only occurs in a low concentration. The ceramic powders differ in the concentration of monovalent elements X + by 50 ppm < Ac (X + ) < 5000 ppm. Ac denotes the maximum concentration difference that occurs between an active area and an area close to the surface of the finished multilayer varistor.
In einer alternativen Aus führung kann zusätzlich ein drittes Keramikpulver zur Herstellung eines dritten Keramikmaterials bereitgestellt werden . Hierbei ist die Konzentration an einwertigen Elementen X+ im dritten Keramikpulver kleiner als im zweiten Keramikpulver aber größer als im ersten Keramikpulver . Das dritte Keramikpulver weist also eine mittlere Konzentration an einwertigen Elementen auf . In an alternative embodiment, a third ceramic powder can additionally be provided for the production of a third ceramic material. Here, the concentration of monovalent elements X + in the third ceramic powder is lower than in the second ceramic powder but higher than in the first ceramic powder. The third ceramic powder therefore has an average concentration of monovalent elements.
B ) Verschlickern der Keramikpulver in einem Lösungsmittel sowie Folienziehen bzw . Ausbilden von Grünfolien . B) Slurrying of the ceramic powder in a solvent and film drawing or formation of green films.
C ) Teilweises Bedrucken eines Teils der Grünfolien mit einer Metallpaste , beispielsweise Silber und/oder Palladium, zur Ausbildung von Innenelektroden . Hierbei werden diej enigen Grünfolien teilweise mit Metallpaste bedruckt , welche eine geringere Konzentration an einwertigen Elementen X+ aufweisen als die übrigen Grünfolien . Insbesondere werden diej enigen Grünfolien mit der geringsten Konzentration an einwertigen Elementen bedruckt , also die Grünfolien, welche aus dem ersten Keramikpulver hergestellt sind . C) Partial printing of part of the green foils with a metal paste, for example silver and/or palladium, to form internal electrodes. In this case, those green tapes are partially printed with metal paste which have a lower concentration of monovalent elements X + than the other green tapes. In particular, those Printed green tapes with the lowest concentration of monovalent elements, ie the green tapes, which are made from the first ceramic powder.
Ferner können weitere Grünfolien mit der geringsten oder mittleren Konzentration an einwertigen Elementen mit Metallpaste bedruckt werden zur Ausbildung von Faraday- bzw . Schutzelektroden . Furthermore, other green tapes with the lowest or medium concentration of monovalent elements can be printed with metal paste to form Faraday or guard electrodes .
D) Stapeln von bedruckten und unbedruckten Grünfolien . Die Grünfolien werden dabei derart gestapelt , dass das zweite Keramikmaterial eine Deckschicht des Vielschichtvaristors bildet . Liegt ein drittes Keramikmaterial vor, werden die Grünfolien derart gestapelt , dass die Grünfolien aus dem dritten Keramikmaterial zwischen den Grünfolien aus dem ersten und dem dritten Keramikmaterial angeordnet sind . D) Stacking of printed and unprinted green films. The green films are stacked in such a way that the second ceramic material forms a cover layer of the multilayer varistor. If a third ceramic material is present, the green sheets are stacked in such a way that the green sheets made of the third ceramic material are arranged between the green sheets made of the first and the third ceramic material.
Die Grünfolien werden insbesondere derart gestapelt , dass ein definierter Konzentrationsgradient an einwertigen Elementen X+ ausgebildet wird, wobei die Konzentration ausgehend vom zweiten Keramikmaterial ( Deckschicht ) bis hin zum ersten Keramikmaterial ( aktiver Bereich) abnimmt . The green sheets are in particular stacked in such a way that a defined concentration gradient of monovalent elements X + is formed, with the concentration decreasing starting from the second ceramic material (cover layer) down to the first ceramic material (active area).
E ) Laminieren, Entkohlen und Sintern der Grünfolien . Vorzugsweise werden die Grünfolien bei 1100 ° C gesintert . E) Lamination, decarburization and sintering of the green films. The green sheets are preferably sintered at 1100° C.
F) Aufbringen von Außenelektroden zur elektrischen Kontaktierung des Vielschichtvaristors . Die Außenelektroden können einschichtig ( CN-Typ ) oder mehrschichtig ausgebildet sein .F) Application of external electrodes for electrical contacting of the multi-layer varistor. The outer electrodes can be single-layered (CN type) or multi-layered.
Bei einer dreischichtigen Außenelektrode würde in einer Galvanik dann zusätzliche eine Ni- und eine lötbare Sn-Schicht aufgebracht werden . Vor der Galvanik muss das Bauteil mit einer Schutzschicht (Verglasung) versehen werden . Von besonderer Bedeutung sind bei dem Verfahren die modi fizierten Keramikmaterialien . Da die modi fi zierten Keramikmaterialien mit demselben Verfahren hergestellt werden sollen, wie das primäre Keramikmaterial , und die verschiedenen Keramikmaterialien im Stapel- , Laminier- und Sinterschritt gemeinsam verarbeitet werden sollen, ist es wichtig, dass die mechanischen und thermischen Eigenschaften der Materialien gut aneinander angepasst sind . Gleichzeitig müssen die elektrischen Eigenschaften an die stark unterschiedlichen Anforderungen angepasst werden . In the case of a three-layer outer electrode, an additional Ni and a solderable Sn layer would then be applied in an electroplating shop. Before electroplating, the component must be provided with a protective layer (glazing). The modified ceramic materials are of particular importance in the process. Since the modified ceramic materials are to be manufactured using the same process as the primary ceramic material, and the various ceramic materials are to be processed together in the stacking, laminating and sintering steps, it is important that the mechanical and thermal properties of the materials are well matched are . At the same time, the electrical properties have to be adapted to the very different requirements.
Vorliegend wird das Konzept einer Deckschicht bzw . Ummantelung mit niedriger Dielektri zitäts zahl genutzt , um die Kapazität eines Vielschichtvaristors zu reduzieren . Bisherige Lösungen benötigen für die Herstellung derselben aufwendige Verfahren und/oder zusätzliche Prozessschritte oder sind für die Reduzierung der Streukapazität ungeeignet . Das Eindi f fundieren von Lithium in das fertig gesinterte Bauteil stellt etwa eine besondere Heraus forderung dar . Dabei muss mit hochkonzentrierten Lithiumverbindungen ( z . B . L12CO3 ) gearbeitet werden, um eine ausreichende Eindringtiefe zu erreichen, andererseits besteht dadurch die Gefahr, dass das Lithium bis in das aktive Volumen eindringt und die Funktionalität des Bauteils gefährdet . In the present case, the concept of a top layer or Low-dielectric cladding used to reduce the capacitance of a multilayer varistor. Previous solutions require complex methods and/or additional process steps for the production thereof or are unsuitable for reducing the stray capacitance. The diffusion of lithium into the finished sintered component poses a particular challenge. It is necessary to work with highly concentrated lithium compounds (e.g. L12CO3) in order to achieve a sufficient penetration depth; on the other hand, there is a risk that the lithium will penetrate into the active volume and endanger the functionality of the component.
Wird dagegen eine in der chemischen Zusammensetzung stärker abweichende Keramik als Deckschicht verwendet , besteht zum Aufwand in der Herstellung der Nachteil der minimalen Bindung zwischen Deckschicht und Varistorkeramik . Die mechanischen Eigenschaften (Elasti zitätsmodul , Festigkeit , Wärmeausdehnung etc . ) unterscheiden sich teilweise stark voneinander, da ein ausreichender Unterschied der elektrischen Eigenschaften not- wendig ist . Dadurch wird die mechanische Stabilität des gesamten Bauteils negativ beeinflusst . If, on the other hand, a ceramic that differs greatly in its chemical composition is used as the cover layer, there is the disadvantage of the minimal bond between the cover layer and the varistor ceramic in addition to the expense involved in production. The mechanical properties (modulus of elasticity, strength, thermal expansion, etc.) sometimes differ greatly from one another, since a sufficient difference in the electrical properties is necessary. is agile . This negatively affects the mechanical stability of the entire component.
Diese Nachteile werden durch das oben beschriebene Verfahren und den daraus resultierenden Vielschichtvaristor wirkungsvoll umgangen . These disadvantages are effectively circumvented by the method described above and the resulting multilayer varistor.
Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als maßstabsgetreu auf zufassen . Vielmehr können zur besseren Darstellung einzelne Dimensionen vergrößert , verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein . The drawings described below are not to be taken as true to scale. Rather, individual dimensions can be enlarged, reduced or also distorted for better representation.
Elemente , die einander gleichen oder die die gleiche Funktion übernehmen, sind mit gleichen Bezugs zeichen bezeichnet . Elements that are the same or that take on the same function are denoted by the same reference symbols.
Es zeigen : Show it :
Figur 1 eine Schnittdarstellung eines Vielschichtvaristors gemäß einem ersten Aus- führungsbei spiel , FIG. 1 shows a sectional view of a multilayer varistor according to a first exemplary embodiment,
Figur 2 eine Schnittdarstellung eines Vielschichtvaristors gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel , FIG. 2 shows a sectional view of a multilayer varistor according to a further exemplary embodiment,
Figur 3 eine Schnittdarstellung eines Vielschichtvaristors gemäß dritten Aus führungsbeispiel . FIG. 3 shows a sectional view of a multilayer varistor according to the third exemplary embodiment.
Die Figur 1 zeigt eine erste Aus führungs form eines Vielschichtvaristors 1 . Der Vielschichtvaristor 1 weist einen Keramikkörper 2 auf . In dem Keramikkörper 2 ist eine Viel zahl an Innenelektroden 5 ausgebildet . In Figur 1 sind lediglich zwei Innenelektroden 5 dargestellt . Selbstverständlich kann der Vielschichtvaristor 1 mehr als zwei Innenelektroden 5 aufweisen . Die Innenelektroden 5 weisen Silber, Palladium, Platin oder einer Legierung dieser Metalle auf . FIG. 1 shows a first embodiment of a multilayer varistor 1 . The multilayer varistor 1 has a ceramic body 2 . A large number of internal electrodes 5 are formed in the ceramic body 2 . In Figure 1 are only two internal electrodes 5 shown. Of course, the multilayer varistor 1 can have more than two internal electrodes 5 . The inner electrodes 5 have silver, palladium, platinum or an alloy of these metals.
In diesem Aus führungsbeispiel sind die Innenelektroden 5 alternierend angeordnet und überlappen sich in einem Innenbereich des Vielschichtvaristors 1 . Der Überlappbereich bildet einen aktiven Bereich 3 des Vielschichtvaristors 1 . In this exemplary embodiment, the inner electrodes 5 are arranged alternately and overlap in an inner area of the multilayer varistor 1 . The overlapping area forms an active area 3 of the multilayer varistor 1 .
Der Vielschichtvaristor 1 weist ferner einen oberflächennahen Bereich 4 auf . Der oberflächennahe Bereich 4 weist lediglich eine minimale elektrische Leitfähigkeit auf . Der oberflächennahe Bereich 4 grenzt an eine Oberseite la und an eine Unterseite 1b des Vielschichtvaristors 1 an, wie der Figur 1 entnommen werden kann . Der oberflächennahe Bereich 4 weist eine Deckschicht bzw . einen I solationsbereich des Vielschichtvaristors 1 auf . The multilayer varistor 1 also has a region 4 close to the surface. The region 4 close to the surface has only minimal electrical conductivity. The region 4 close to the surface borders on an upper side 1a and an underside 1b of the multilayer varistor 1, as can be seen in FIG. The near-surface area 4 has a top layer or. an isolation area of the multi-layer varistor 1 .
Der Vielschichtvaristor 1 weist in diesem Aus führungsbeispiel ferner zwei Außenelektroden 9 auf . Der Vielschichtvaristor 1 kann aber auch mehr als zwei Außenelektroden 9 aufweisen . Die Außenelektroden 9 sind zur elektrischen Kontaktierung des Vielschichtvaristors 1 mit den Innenelektroden 5 elektrisch verbunden . Die Außenelektroden 9 sind an Seitenflächen des Vielschichtvaristors 1 ausgebildet . Ferner sind die Außenelektroden 9 auch auf Teilen der Unterseite 1b und der Oberseite la des Vielschichtvaristors 1 ausgebildet . In this exemplary embodiment, the multilayer varistor 1 also has two outer electrodes 9 . However, the multilayer varistor 1 can also have more than two outer electrodes 9 . The outer electrodes 9 are electrically connected to the inner electrodes 5 for electrical contacting of the multilayer varistor 1 . The external electrodes 9 are formed on side faces of the multilayer varistor 1 . Furthermore, the external electrodes 9 are also formed on parts of the bottom 1b and the top 1a of the multilayer varistor 1 .
Gemäß dem gezeigten Aus führungsbeispiel sind die Außenelektroden einschichtig auf gebaut . Alternativ dazu können die Außenelektroden 9 auch mehrschichtig aufgebaut sein (nicht expli zit dargestellt ) . Vorzugsweise weist die j eweilige Außenelektrode 9 in diesem Fall eine erste oder innere Schicht zur Kontaktierung der Innenelektroden 9 auf . Die erste Schicht weist vorzugsweise Silber auf . Die j eweilige Außenelektrode 9 weist eine zweite oder mittlere Schicht als Di f fusionsbarriere auf . Die zweite Schicht weist vorzugsweise Nickel auf . Die j eweilige Außenelektrode 9 weist eine dritte oder äußere Schicht auf , die das Verlöten des Vielschichtvaristors 1 auf Platinen ermöglicht . Die dritte Schicht weist vorzugsweise Zinn auf . In diesem Aus führungsbeispiel muss der Varistor 1 vor der Galvanik mit einer Schutzschicht (vorzugsweise Glas ) versehen werden . Insbesondere ist in diesem Fall auf der Oberseite la und der Unterseite 1b ( also über dem nachfolgend beschriebenen zweiten Keramikmaterial 7 ) eine weitere Schutzschicht ( Galvanikschutz , beispielsweise Glas ) aufgebracht (nicht expli zit dargestellt ) . Diese Glasschicht isoliert den Keramikkörper 2 chemisch und erhöht so die Beständigkeit des Varistors 1 . According to the exemplary embodiment shown, the outer electrodes are constructed in one layer. As an alternative to this, the outer electrodes 9 can also have a multilayer structure (not shown explicitly). In this case, the respective outer electrode 9 preferably has a first or inner layer for contacting the inner electrodes 9 . The first layer preferably comprises silver. The respective outer electrode 9 has a second or middle layer as a diffusion barrier. The second layer preferably comprises nickel. The respective outer electrode 9 has a third or outer layer, which enables the multilayer varistor 1 to be soldered to printed circuit boards. The third layer preferably comprises tin. In this exemplary embodiment, the varistor 1 must be provided with a protective layer (preferably glass) before electroplating. In this case, in particular, a further protective layer (electroplating protection, for example glass) is applied (not explicitly shown) to the upper side 1a and the lower side 1b (ie over the second ceramic material 7 described below). This glass layer chemically insulates the ceramic body 2 and thus increases the durability of the varistor 1 .
Der Keramikkörper 2 weist in dem Aus führungsbeispiel gemäß Figur 1 zwei Keramikmaterialien bzw . Varistorkeramiken 6 , 7 auf . In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the ceramic body 2 has two ceramic materials or Varistor ceramics 6 , 7 on .
Ein erstes bzw . primäres Keramikmaterial 6 ist in einem Innenbereich des Vielschichtvaristors 1 ausgebildet . Insbesondere weist der aktive Bereich 3 das erste Keramikmaterial 6 auf . Ein zweites bzw . modi fi ziertes Keramikmaterial 7 ist in einem Randbereich des Vielschichtvaristors 1 gebildet . Insbesondere ist das zweite Keramikmaterial im oberflächennahen Bereich 4 und damit im Wesentlichen im inaktiven Bereich angeordnet . Neben dem zweiten Keramikmaterial 7 weist der inak- tive Bereich aber auch einen Teil des ersten Keramikmaterials 6 auf, wie aus Figur 1 ersichtlich ist. A first or primary ceramic material 6 is formed in an inner portion of multilayer varistor 1 . In particular, the active area 3 has the first ceramic material 6 . A second or Modified ceramic material 7 is formed in an edge area of multilayer varistor 1 . In particular, the second ceramic material is arranged in the area 4 close to the surface and thus essentially in the inactive area. In addition to the second ceramic material 7, the inaccurate tive area but also a part of the first ceramic material 6, as can be seen from Figure 1.
Die Keramikmaterialien 6, 7 weisen ZnO auf. Insbesondere ist ZnO der Hauptbestandteil der Keramikmaterialien 6, 7. Ferner können die Keramikmaterialien 6, 7 ein Varistor bildendes Oxid wie Wismutoxid oder ein Seltenerdoxid (z.B. Praseodymoxid) sowie weiteren Oxide aufweisen, welche die Varistoreigenschaften verbessern. The ceramic materials 6, 7 contain ZnO. In particular, ZnO is the main component of the ceramic materials 6, 7. Furthermore, the ceramic materials 6, 7 may contain a varistor-forming oxide such as bismuth oxide or a rare earth oxide (e.g. praseodymium oxide) and other oxides which improve the varistor properties.
Die Keramikmaterialien 6, 7 sind chemisch annähernd identisch. Insbesondere stimmen die Keramikmaterialien 6, 7 chemisch zu > 99% überein. Die Keramikmaterialien 6, 7 weisen jedoch eine unterschiedliche Dielektrizitätskonstante £o*£r bzw. Dielektrizitätszahl sr auf. Insbesondere unterscheiden sich die Dielektrizitätskonstanten £o*£r bzw. Dielektrizitätszahlen sr der Keramikmaterialien 6, 7 um einen Faktor > 5 voneinander. Dabei ist die Dielektrizitätskonstante des ersten Keramikmaterials 6 - und damit im aktiven Bereich 3 - größer als die Dielektrizitätskonstante des zweiten Keramikmaterials 7 - und damit im oberflächennahen Bereich 4. The ceramic materials 6, 7 are chemically almost identical. In particular, the ceramic materials 6, 7 correspond chemically to >99%. However, the ceramic materials 6, 7 have a different dielectric constant εo*εr or dielectric constant s r . In particular, the dielectric constants εo*εr or dielectric constants s r of the ceramic materials 6, 7 differ from one another by a factor of >5. The dielectric constant of the first ceramic material 6 - and thus in the active region 3 - is greater than the dielectric constant of the second ceramic material 7 - and thus in the region 4 near the surface.
Das wird dadurch erreicht, dass sich die Keramikmaterialien 6, 7 in der Konzentration an einwertigen Elementen X+ (X+ steht dabei für Li+, Na+, K+ oder Ag+) voneinander unterscheiden . This is achieved in that the ceramic materials 6, 7 differ in the concentration of monovalent elements X + (X + stands for Li + , Na + , K + or Ag + ).
Beispielsweise unterscheiden sich die Keramikmaterialien um maximal 50 ppm < Ac (X+) < 5000 ppm voneinander. Ac bezeichnet dabei den maximalen Konzentrationsunterschied, der zwischen dem aktiven Bereich 3 und dem oberflächennahen Bereich 4 auf tritt. Vorzugsweise ist die Konzentration an einwertigen Elementen im oberflächennahen Bereich 4 um 100 ppm bis 1000 ppm höher als im aktiven Bereich 3 . For example, the ceramic materials differ from each other by a maximum of 50 ppm < Ac (X + ) < 5000 ppm. Ac denotes the maximum concentration difference that occurs between the active area 3 and the area 4 near the surface. Preferably the concentration is monovalent Elements in the near-surface area 4 are 100 ppm to 1000 ppm higher than in the active area 3 .
Die einwertigen Elemente Li+, Na+, K+, Ag+ wirken als „Akzeptor-Dotierung" im halbleitenden ZnO . Daher kann die oben angeführte Dotierung auf alle ZnO basierenden Varistorkeramiken (unabhängig von der Rezeptur ) angewendet werden . The monovalent elements Li + , Na + , K + , Ag + act as "acceptor doping" in the semiconducting ZnO . Therefore, the above doping can be applied to all ZnO-based varistor ceramics (regardless of the recipe).
Insgesamt müssen die Keramikmaterialien 6 , 7 mit Akzeptoren dotiert sein, die relativ niedrige Di f fusionskonstanten aufweisen . Ferner müssen die Dotierstof fe , an denen sich die Keramikmaterialien 6 , 7 unterscheiden, in niedrigen Konzentrationen auftreten . Overall, the ceramic materials 6, 7 must be doped with acceptors that have relatively low diffusion constants. Furthermore, the dopants in which the ceramic materials 6, 7 differ must occur in low concentrations.
Es ist vorteilhaft , wenn die Konzentration X+ im aktiven Bereich 3 (Konzentration an einwertigen Elementen im ersten Keramikmaterial 6 ) auf einem niedrigen Niveau (X+ < 100 ppm) liegt . Mit anderen Worten, im aktiven Bereich 3 ist die Konzentration an einwertigen Elementen X+ wesentlich geringer als im inaktiven Bereich bzw . im oberflächennahen Bereich 4 . It is advantageous if the concentration X + in the active region 3 (concentration of monovalent elements in the first ceramic material 6) is at a low level (X + <100 ppm). In other words, the concentration of monovalent elements X + in the active area 3 is significantly lower than in the inactive area or . in the near-surface area 4 .
Eine niedrige Konzentration an einwertigen Elementen X+ geht mit einer großen (bzw . größeren) Dielektri zitätskonstante einher . Folglich weist der aktive Bereich 3 eine höhere Dielektri zitätskonstante / Dielektri zitäts zahl auf als der oberflächennahe Bereich 4 . Eine Erhöhung der Konzentration an einwertigen Elementen X+ bewirkt ein Absinken der Dielektrizitätskonstante . Insgesamt wird eine deutliche Verringerung der Dielektri zitätskonstante bereits bei kleinen Zusatzmengen an einwertigen Elementen erzielt . A low concentration of monovalent elements X + is associated with a large (or larger) dielectric constant. Consequently, the active region 3 has a higher dielectric constant/dielectric constant than the region 4 close to the surface. An increase in the concentration of monovalent elements X + causes the dielectric constant to decrease. Overall, a significant reduction in the dielectric constant is achieved even with small amounts of monovalent elements added.
Zusammengefasst werden die beiden Keramikmaterialien 6 , 7 so kombiniert , dass die höchste Konzentration an einwertigen Elementen X+ im oberflächennahen Bereich 4 und die niedrigste Konzentration im aktiven Bereich 3 vorliegt . Das zweite Keramikmaterial 7 dient damit als isolierende Deckschicht mit Akzeptordotierung und niedriger Dielektri zitäts zahl . Ausgehend vom oberflächennahen Bereich 4 sinkt die Konzentration in Richtung des aktiven Bereichs 3 schrittweise ab (Konzentrationsgradient ) . Damit wird die parasitäre Kapazität / Streukapazität des Vielschichtvaristors 1 erheblich reduziert . In summary, the two ceramic materials 6, 7 are combined in such a way that the highest concentration of monovalent Elements X + in the near-surface region 4 and the lowest concentration in the active region 3 is present. The second ceramic material 7 thus serves as an insulating cover layer with acceptor doping and a low dielectric constant. Starting from the area 4 close to the surface, the concentration decreases step by step in the direction of the active area 3 (concentration gradient). This significantly reduces the parasitic capacitance/stray capacitance of the multilayer varistor 1 .
Da die Keramikmaterialien 6 , 7 chemisch annähernd identisch sind, kommt es beim Sintern der Keramik zu keinen mechanischen (Risse , Verbiegungen) und chemischen (Reaktions- , Di ffusions zonen) Problemen . Since the ceramic materials 6, 7 are chemically almost identical, there are no mechanical (cracks, bending) and chemical (reaction, diffusion zones) problems during the sintering of the ceramic.
Die Figur 2 zeigt eine zweite Aus führungs form eines Vielschichtvaristors 1 . In Bezug auf die Aus führung und Anordnung der Innenelektroden 5 und Außenelektroden 9 wird auf die Beschreibung in Zusammenhang mit Figur 1 verwiesen . FIG. 2 shows a second embodiment of a multilayer varistor 1 . With regard to the design and arrangement of the internal electrodes 5 and external electrodes 9, reference is made to the description in connection with FIG.
Im Gegensatz zu dem in Figur 1 gezeigten Vielschichtvaristor weist der Vielschichtvaristor in diesem Aus führungsbeispiel drei Keramikmaterialien / Varistorkeramiken 6 , 7 , 8 mit unterschiedlichen Konzentrationen an einwertigen Elementen X+ auf . Das erste bzw . primäre Keramikmaterial 6 ist - wie bereits in Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben - im aktiven Bereich 3 angeordnet . Das zweite und dritte Keramikmaterial (modi fi zierte Keramikmaterialien) 7 , 8 ist in oberflächennahen Bereich 4 angeordnet . Das dritte Keramikmaterial 8 ist dabei zwischen dem ersten und dem zweiten Keramikmaterial 6 , 7 angeordnet . In contrast to the multilayer varistor shown in FIG. 1, the multilayer varistor in this exemplary embodiment has three ceramic materials/varistor ceramics 6, 7, 8 with different concentrations of monovalent elements X + . The first or As already described in connection with FIG. 1, the primary ceramic material 6 is arranged in the active area 3 . The second and third ceramic material (modified ceramic materials) 7 , 8 is arranged in the region 4 near the surface. The third ceramic material 8 is arranged between the first and the second ceramic material 6 , 7 .
Das erste Keramikmaterial 6 weist eine niedrige Konzentration an einwertigen Elementen auf . Damit weist das erste Keramik- material 6 eine hohe Dielektri zitätskonstante auf . Das zweite Keramikmaterial 7 weist eine höhere Konzentration an einwertigen Elementen auf als das erste Keramikmaterial 6 . Die Konzentration an einwertigen Elementen im dritten Keramikmaterial 8 liegt zwischen der des ersten Keramikmaterials 6 und des zweiten Keramikmaterials 7 . Insbesondere weist das erste Keramikmaterial 6 die niedrigste Konzentration an einwertigen Elementen auf und das zweite Keramikmaterial 7 weist die höchste Konzentration an einwertigen Elementen auf . Das dritte Keramikmaterial 8 weist eine mittlere Konzentration auf . Damit wird ein Konzentrationsgradient erzeugt . The first ceramic material 6 has a low concentration of monovalent elements. The first ceramic material 6 has a high dielectric constant. The second ceramic material 7 has a higher concentration of monovalent elements than the first ceramic material 6 . The concentration of monovalent elements in the third ceramic material 8 is between those of the first ceramic material 6 and the second ceramic material 7 . In particular, the first ceramic material 6 has the lowest concentration of monovalent elements and the second ceramic material 7 has the highest concentration of monovalent elements. The third ceramic material 8 has a medium concentration. This creates a concentration gradient.
Die Konzentration der Akzeptoren in dem zweiten und dritten Keramikmaterial 7 , 8 liegt dabei beispielsweise zwischen 50 ppm und 5000 ppm höher als in der aktiven Keramikschicht ( erstes bzw . primäres Keramikmaterial 6 ) . Die zweiten und dritten Keramikmaterialien 7 , 8 dienen als isolierende Deckschicht bzw . I solations zone mit Akzeptordotierung und niedriger Dielektri zitäts zahl . The concentration of the acceptors in the second and third ceramic material 7 , 8 is for example between 50 ppm and 5000 ppm higher than in the active ceramic layer (first or primary ceramic material 6 ). The second and third ceramic materials 7, 8 serve as an insulating cover layer and. Isolation zone with acceptor doping and low dielectric constant.
Die Figur 3 zeigt eine dritte Aus führungs form eines Vielschichtvaristors 1 . In Bezug auf die Aus führung und Anordnung der Außenelektroden 9 wird auf die Beschreibung in Zusammenhang mit Figur 1 verwiesen . Im Gegensatz zu den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Aus führungen sind die Innenelektroden 5 in diesem Aus führungsbeispiel in Spitze- zu-Spitze-Lage angeordnet . Der Bereich zwischen den Spitzen der Innenelektroden 5 bildet den aktiven Bereich 3 des Vielschichtvaristors 1 . Zusätzlich weist der Vielschichtvaristor 1 metallische Schutz- oder Faradayelektroden 10 auf , welche die Schutz funktion des Vielschichtvaristors 1 gegen elektrostatische Entladungen erhöhen . Analog zu dem in Zusammenhang mit Figur 2 beschriebenen Vielschichtvaristor weist der Vielschichtvaristor 1 in diesem Ausführungsbeispiel drei Keramikmaterialien 6, 7, 8 mit unterschiedlichen Konzentration an einwertigen Elementen X+ auf . FIG. 3 shows a third embodiment of a multilayer varistor 1 . With regard to the design and arrangement of the outer electrodes 9, reference is made to the description in connection with FIG. In contrast to the embodiments shown in FIGS. 1 and 2, the internal electrodes 5 in this exemplary embodiment are arranged in a tip-to-tip position. The area between the tips of the internal electrodes 5 forms the active area 3 of the multilayer varistor 1 . In addition, the multilayer varistor 1 has metallic protective or Faraday electrodes 10, which increase the protective function of the multilayer varistor 1 against electrostatic discharges. Analogously to the multilayer varistor described in connection with FIG. 2, the multilayer varistor 1 in this exemplary embodiment has three ceramic materials 6, 7, 8 with different concentrations of monovalent elements X + .
Die Faradayelektroden 10 tragen dazu bei die Diffusion zwischen den Keramikmaterialien 6, 7, 8 zu verhindern. Aufgrund der reduzierten Diffusion entsteht ein definierter Konzentrationsgradient und damit verbunden ein definierter Gradient der elektrischen Eigenschaften vor allem der Dielektrizitätskonstante. Die Dicken der Deckschichten (zweites und drittes Keramikmaterial 7, 8) werden gewählt, dass möglichst wenig Diffusion der Akzeptoren in den aktiven Bereich 3 auftritt. Als Dicke der Deckschichten wird eine jeweilige Ausdehnung des zweiten Keramikmaterials 7 bzw. des dritten Keramikmaterials 8 senkrecht zu einer Hauptausdehnung des Vielschichtvaristors 1 verstanden. The Faraday electrodes 10 contribute to preventing the diffusion between the ceramic materials 6,7,8. Due to the reduced diffusion, a defined concentration gradient arises and, associated with this, a defined gradient of the electrical properties, above all the dielectric constant. The thicknesses of the cover layers (second and third ceramic material 7, 8) are chosen so that the least possible diffusion of the acceptors into the active region 3 occurs. A respective extension of the second ceramic material 7 or of the third ceramic material 8 perpendicular to a main extension of the multilayer varistor 1 is understood as the thickness of the cover layers.
Insgesamt liegt die Konzentration der Akzeptoren in dem zweiten und dritten Keramikmaterial 7, 8 zwischen 50 ppm und 5000 ppm (bevorzugt zwischen 100 ppm und 1000 ppm) höher als in der aktiven Keramikschicht (erstes Keramikmaterial 6) . Die zweiten und dritten Keramikmaterialien 7, 8 dienen als isolierende Deckschicht mit Akzeptordotierung und niedriger Dielektrizitätszahl. In Bezug auf die weiteren Ausführungsmerkmale der Keramikmaterialien 6, 7, 8 wird auf die Beschreibung zu Figur 2 verwiesen. Overall, the concentration of the acceptors in the second and third ceramic material 7, 8 is between 50 ppm and 5000 ppm (preferably between 100 ppm and 1000 ppm) higher than in the active ceramic layer (first ceramic material 6). The second and third ceramic materials 7, 8 serve as an insulating cover layer with acceptor doping and a low dielectric constant. With regard to the further design features of the ceramic materials 6, 7, 8, reference is made to the description of FIG.
Der besondere Vorteil dieser Erfindung ist, dass sich die elektrischen Eigenschaften der modifizierten Varistorkeramik 7, 8 (zweites bzw. drittes Keramikmaterial 7, 8) stark von denen der ursprünglichen Varistorkeramik (erstes bzw. primä- res Keramikmaterial 6 ) unterscheiden ohne dass sich die Materialien chemisch signi fikant voneinander unterscheiden . Daher sind die Materialien ansonsten nahezu identisch und können ohne Probleme verarbeitet werden . The particular advantage of this invention is that the electrical properties of the modified varistor ceramic 7, 8 (second or third ceramic material 7, 8) differ greatly from those of the original varistor ceramic (first or primary res ceramic material 6 ) differ without the materials being chemically significantly different from each other . Therefore the materials are otherwise almost identical and can be processed without any problems.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtvaristors 1 , insbesondere eines Vielschichtvaristors gemäß einem der obigen Aus führungsbeispiele beschrieben . Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf : A method for producing a multilayer varistor 1 , in particular a multilayer varistor according to one of the above exemplary embodiments, is described below. The procedure consists of the following steps :
A) In einem ersten Schritt werden Keramikpulver aus Einzelkomponenten bereitgestellt . Es wird dabei ein erstes Keramikpulver zur Ausbildung des ersten Keramikmaterials (primäres Keramikmaterial ) 6 bereitgestellt . Es wird ferner ein zweites Keramikpulver zur Ausbildung des zweiten Keramikmaterials (modi fi ziertes Keramikmaterial ) 7 bereitgestellt . In einem Aus führungsbeispiel kann auch ein drittes Keramikpulver zur Ausbildung des dritten Keramikmaterials (modi fi ziertes Keramikmaterial ) 8 bereitgestellt werden ( siehe Figuren 2 und 3 ) . Die Keramikpulver sind chemisch zu 1 99 % identisch . Die Keramikpulver weisen als Grundmaterial im wesentlichen ZnO auf . Die Tabelle 1 zeigt eine mögliche Zusammensetzung des Grundmaterials der Keramikpulver . Selbstverständlich sind auch andere Zusammensetzungen vorstellbar, wobei j eweils ZnO der Hauptbestandteil des Keramikmaterials ist . A) In a first step, ceramic powders made up of individual components are provided. A first ceramic powder is provided to form the first ceramic material (primary ceramic material) 6 . A second ceramic powder for forming the second ceramic material (modified ceramic material) 7 is also provided. In one exemplary embodiment, a third ceramic powder can also be provided for forming the third ceramic material (modified ceramic material) 8 (see FIGS. 2 and 3). The ceramic powders are chemically 1 99 % identical. The ceramic powders essentially contain ZnO as the base material. Table 1 shows a possible composition of the base material of the ceramic powder. Of course, other compositions are also conceivable, with ZnO being the main component of the ceramic material in each case.
Tabelle 1 : Zusammensetzung des Grundmaterials der Keramikpulver . * ) Querverunreinigungen und Eintrag durch Prozess : typisch 1- 10 ppm Kalium Table 1: Composition of the base material of the ceramic powder. * ) Cross-contamination and entry through process: typically 1- 10 ppm potassium
Die Keramikpulver unterscheiden sich j edoch in der Konzentration an einwertigen Elementen X+ . Insbesondere unterscheiden sich die Keramikpulver in der Konzentration X+ um 50 ppm < Ac (X+ ) < 5000 ppm . However, the ceramic powders differ in the concentration of monovalent elements X + . In particular, the ceramic powders differ in the concentration X + by 50 ppm<Ac(X+)<5000 ppm.
Das erste bzw . primäre Keramikpulver weist dabei die geringste Konzentration an Akzeptoren / einwertigen Elementen auf . Bevorzugt liegt die Konzentration an einwertigen Elementen X+ im ersten Keramikpulver bei < 100 ppm . Das zweite Keramikpulver weist die größte Konzentration an Akzeptoren / einwertigen Elementen auf . Das dritte Keramikpulver weist eine mittlere / dazwischenliegende Konzentration an Akzeptoren / einwertigen Elementen auf . The first or Primary ceramic powder has the lowest concentration of acceptors/monovalent elements. The concentration of monovalent elements X + in the first ceramic powder is preferably <100 ppm. The second ceramic powder has the highest concentration of acceptors/monovalent elements. The third ceramic powder has an intermediate/intermediate concentration of acceptors/monovalent elements.
In einem zweiten Schritt B ) erfolgt das Ausbilden von Grünfolien aus den Keramikpulvern . Hierfür werden die Pulver zunächst gemahlen, sprühgetrocknet und entkohlt . Die entkohlten Pulver werden mit organischem Binder und Dispergator ver- schlickert und anschließend zu Grünfolien gezogen . Die Folien werden zurechtgeschnitten . In a second step B), green films are formed from the ceramic powders. For this purpose, the powders are first ground, spray-dried and decarburized. The decarburized powders are slurried with organic binders and dispersants and then drawn into green sheets. The foils are cut to size.
In einem weiteren Schritt C ) erfolgt das teilweise Bedrucken eines Teils der Grünfolien mit einer Metallpaste (vorzugsweise Silber und/oder Palladium) zur Ausbildung der Innenelektroden 5 . Dabei werden lediglich diej enigen Grünfolie teilweise mit der Metallpaste bedruckt , welche später im aktiven Be- reich 3 angeordnet sind . Mit anderen Worten lediglich die Grünfolien, welche aus dem ersten Keramikpulver hergestellt sind, werden mit der Metallpaste bedruckt . In a further step C), part of the green films is partially printed with a metal paste (preferably silver and/or palladium) to form the internal electrodes 5 . In this case, only those green films are partially printed with the metal paste which will later be used in the active rich 3 are arranged. In other words, only the green sheets that are made from the first ceramic powder are printed with the metal paste.
Optional kann auf einen Teil der Grünfolien auch eine weitere Metallpaste (vorzugsweise Silber und/oder Palladium) zur Ausbildung von Schutzelektroden 10 aufgedruckt werden ( siehe Figur 3 ) . Vorzugsweise wird diese Metalpaste auf die Grünfolien mit der geringsten und/oder der . mittleren Konzentration an einwertigen Elementen aufgedruckt ( Figur 3 ) . Optionally, a further metal paste (preferably silver and/or palladium) can also be printed onto part of the green foils in order to form protective electrodes 10 (see FIG. 3). Preferably, this metal paste is on the green sheets with the lowest and / or the. average concentration of monovalent elements (FIG. 3).
In einem weiteren Schritt D) erfolgt das Stapeln von bedruckten und unbedruckten Grünfolien . Das Stapeln erfolgt derart , dass der finale Vielschichtvaristor 1 einen definierten Konzentrationsgradienten an einwertigen Elementen X+ aufweist , wobei die Konzentration ausgehend vom zweiten Keramikmaterial 7 über das dritte Keramikmaterial 8 ( Figuren 2 und 3 ) bis hin zum ersten Keramikmaterial 6 abnimmt . In a further step D), the stacking of printed and unprinted green films takes place. The stacking takes place in such a way that the final multilayer varistor 1 has a defined concentration gradient of monovalent elements X + , the concentration decreasing starting from the second ceramic material 7 via the third ceramic material 8 ( FIGS. 2 and 3 ) to the first ceramic material 6 .
In einem weiteren Schritt erfolgt das Laminieren, Entkohlen und Sintern der Grünfolien . Die Sintertemperatur beträgt dabei vorzugsweise 1100 ° C . In a further step, the green films are laminated, decarburized and sintered. The sintering temperature is preferably 1100° C.
In einem letzten Schritt erfolgt das Aufbringen von Außenelektroden 9 . In a last step, external electrodes 9 are applied.
Durch das Verfahren wird ein Vielschichtvaristor 1 hergestellt , der eine sehr niedrige Streukapazität und damit eine niedrige Kapazität aufweist . The method produces a multilayer varistor 1 which has a very low stray capacitance and therefore a low capacitance.
Ein Vorteil dieser Erfindung ist , dass die Herstellung mit sehr geringem Aufwand verbunden ist . Die modi fi zierte Varistorkeramik ( zweites bzw . drittes Keramikmaterial 7 , 8 ) wird in der Produktion genauso behandelt wie die ursprüngli- che/primäre Varistorkeramik (erstes Keramikmaterial 6) , da sich die Materialien chemisch nur geringfügig unterscheiden. Daher sind die Pulver-, Schlicker- und Folieneigenschaften der Materialien sehr ähnlich und können gleich verarbeitet werden. Das Gleiche gilt für die Verarbeitung der Folien zu Laminaten und der Endfertigung der Bauteile (Schneiden, Entkohlen, Sintern) . Da die Elemente, etwa Kalium, in denen sich die Materialien voneinander unterscheiden, nur einen kleinen Konzentrationsunterschied (Konzentrationsgradienten) aufweisen, kann eine Diffusion derselben in das aktive Volumen selbst während der Sinterung vernachlässigt werden. Daher können die Deckschichten mit ausreichend hohen Dicken dimensioniert werden, wodurch der Abschirmungseffekt verstärkt wird . An advantage of this invention is that the production involves very little effort. The modified varistor ceramic (second or third ceramic material 7, 8) is treated in production in the same way as the original/primary varistor ceramic (first ceramic material 6), since the materials differ only slightly chemically. Therefore, the powder, slip and foil properties of the materials are very similar and can be processed in the same way. The same applies to the processing of the foils into laminates and the finishing of the components (cutting, decarburization, sintering). Since the elements, such as potassium, in which the materials differ from each other have only a small difference in concentration (concentration gradient), diffusion thereof into the active volume can be neglected even during sintering. Therefore, the cover layers can be dimensioned with sufficiently high thicknesses, which increases the shielding effect.
Zur Charakterisierung der Deckschichten wurden in einem vorangegangen Testverfahren ausgehend von dem Grundmaterial (siehe Tabelle 1) Modifikationen (Variationen mit geänderter Dotierung laut nachfolgender Tabelle 2) hergestellt und deren Dielektrizitätszahl bestimmt. Die Pulvermischungen wurden dafür jeweils gemahlen, eingedampft und entkohlt. Die entkohlten Pulver wurden mit organischem Binder granuliert und zu Scheiben gepresst (15 mm Durchmesser, 1 mm Höhe) . Die Scheiben wurden gesintert und auf 0,3 mm Höhe geschliffen. Zuletzt wurden die Scheiben auf beiden Seiten kreisförmig (5 mm Durchmesser) mit Silberpaste bedruckt, und eingebrannt. In order to characterize the cover layers, modifications (variations with altered doping according to Table 2 below) were produced in a previous test method starting from the base material (see Table 1) and their dielectric constant was determined. For this purpose, the powder mixtures were each ground, evaporated and decarburized. The decarburized powders were granulated with an organic binder and pressed into disks (15 mm in diameter, 1 mm in height). The disks were sintered and ground to a height of 0.3 mm. Finally, the disks were printed with silver paste in a circle (5 mm diameter) on both sides and burned in.
Die Kapazitäten der Scheiben wurden bei 1 V und 1 kHz gemessen (siehe Tabelle 2) . Mit der Formel für die Kapazität des Plattenkondensators konnte die Dielektrizitätskonstante bzw. die Dielektrizitätszahl der Keramik bestimmt werden: sr = (CThe capacities of the disks were measured at 1 V and 1 kHz (see Table 2). The dielectric constant or dielectric constant of the ceramic could be determined using the formula for the capacitance of the plate capacitor: s r = (C
* d) / (A * so) • *d) / (A*so) •
Tabelle 2 : Ergebnisse des Grundmaterials und der modi fi zierten Varistorkeramiken Table 2: Results of the base material and the modified varistor ceramics
Mit dem Charakterisierungs-Testverfahren wurden mögliche Zusammensetzungen mit reduzierter Dielektri zitäts zahl bereitgestellt , die zur Erprobung der Erfindung am Vielschichtvaristor geeignet waren . With the characterization test method, possible compositions with a reduced dielectric constant were provided which were suitable for testing the invention on the multilayer varistor.
Abschließend wird im Folgenden die Erprobung der Erfindung kurz zusammengefasst . Finally, the testing of the invention is briefly summarized below.
Es wurden drei Keramikpulver hergestellt , welche sich nur im Kalium- und Lanthangehalt im ppm-Bereich unterschieden ( siehe Tabelle 2 ) . Der Hauptbestandteil aller Pulver war Zinkoxid ( siehe Tabelle 1 ) . Three ceramic powders were produced, which differed only in the potassium and lanthanum content in the ppm range (see Table 2). The main component of all powders was zinc oxide (see Table 1).
Das erste Keramikpulver entsprach in der Zusammensetzung dem Grundmaterial ( siehe Tabelle 1 ) . Das zweite Keramikpulver wurde zusätzlich mit 1 000 ppm Kalium dotiert . Das dritte Keramikpulver wurde zusätzlich mit 1 000 ppm Kalium und 1 000 ppm Lanthan dotiert . The composition of the first ceramic powder corresponded to the base material (see Table 1). The second ceramic powder was additionally doped with 1,000 ppm of potassium. The third ceramic powder was additionally doped with 1000 ppm potassium and 1000 ppm lanthanum.
Die so hergestellten Pulvermischungen wurden gemahlen, sprühgetrocknet und entkohlt . Die entkohlten Pulver wurden mit or- ganischem Binder und Dispergator verschlickert und zu Folien gezogen. Die Folien wurden zurechtgeschnitten, mit Palladiumpaste bedruckt, gestapelt und zu Vielschicht-Bauteilen geschnitten . The powder mixtures produced in this way were ground, spray-dried and decarburized. The decarburized powders were ganic binder and dispersant and drawn into films. The foils were cut to size, printed with palladium paste, stacked and cut into multilayer components.
Zur Erprobung wurde das einfachste Design (siehe Figur 1) eines 1206 ML-Varistors mit 2 Innenelektroden (120 Mikrometer Elektrodenabstand und 0,8 mm2 Überlappfläche) gewählt. Mit den drei Arten von Keramikfolien wurden drei Arten von Bauteilen produziert. The simplest design (see FIG. 1) of a 1206 ML varistor with 2 internal electrodes (120 micron electrode spacing and 0.8 mm 2 overlap area) was selected for testing. Three types of devices were produced with the three types of ceramic sheets.
Der erste Typ Bauteile bestand durchgehend aus dem Grundmaterial (= der Referenztyp) . Der zweite Typ Bauteile bestand im Kern aus dem Grundmaterial mit einer Deckschicht aus der zweiten Keramik (mit erhöhter Kaliumkonzentration) . Der dritte Typ Bauteile bestand im Kern aus dem Grundmaterial mit einer Deckschicht aus der dritten Keramik (mit erhöhter Kaliumkonzentration und Lanthan-dotiert) . The first type of components consisted consistently of the base material (= the reference type). The core of the second type of component consisted of the base material with a covering layer of the second ceramic (with increased potassium concentration). The core of the third type of component consisted of the base material with a covering layer of the third ceramic (with increased potassium concentration and lanthanum-doped).
Die so hergestellten Bauteile wurden jeweils bei 1100°C gesintert. Dabei zeigte sich in Schlif fbildern, dass die Deckschichten fehlerfrei (keine Risse, etc.) mit der Kernschicht versintert waren. Zuletzt wurden die Bauteile mit Außenelektroden aus einer Schicht Silber metallisiert und eingebrannt. The components produced in this way were each sintered at 1100°C. The micrographs showed that the cover layers were sintered with the core layer without any defects (no cracks, etc.). Finally, the components with outer electrodes made of a layer of silver were metallized and burned in.
Die Kapazitäten der Bauteile wurden bei 1 V und 1 MHz gemessen. Der erste Typ Bauteile (Referenztyp) wies eine Kapazität von 17,713,1 pF auf. Der zweite Typ Bauteile (Deckschicht mit erhöhter Kaliumkonzentration) wies eine Kapazität von 13,211,3 pF auf. Das entspricht einer Reduktion der Kapazität um 25%. Der dritte Typ Bauteile (Deckschicht mit erhöhter Kaliumkonzentration und Lanthan-dotiert) wies eine Kapazität von 11 , 1±2 , 4 pF auf . Das entspricht einer Reduktion der Kapazität um 37 % . Damit konnte gezeigt werden, dass bereits die einfachste Art der Anwendung der Erfindung zu einer deutlichen Reduktion der Gesamtkapazität des Vielschichtvaristors führt . The capacitances of the components were measured at 1 V and 1 MHz. The first type of component (reference type) had a capacitance of 17.713.1 pF. The second type of device (top layer with increased potassium concentration) had a capacitance of 13.211.3 pF. This corresponds to a reduction in capacity of 25%. The third type of device (cap layer with increased potassium concentration and doped with lanthanum) had a capacitance from 11.1±2.4 pF to . This corresponds to a reduction in capacity of 37%. It was thus possible to show that even the simplest type of application of the invention leads to a significant reduction in the overall capacitance of the multilayer varistor.
Die Strom-/Spannung-Kennlinie der Bauteile wurde mit steigenden, statischen Stromstärken im Bereich von 10 nA bis 1 mA gemessen . Der erste Typ Bauteile (Referenztyp ) wies eine Varistorspannung bei 1 mA von 21591144 V miir1 auf . Der zweite Typ Bauteile wies eine Varistorspannung bei 1 mA von 22101172 V mnr1 auf . Das entspricht einer Veränderung der Varistorspannung um nur 2 % . Der dritte Typ Bauteile wies eine Varistorspannung bei 1 mA von 22731183 V mnr1 auf . Das entspricht einer Veränderung der Varistorspannung um 5% . The current/voltage characteristic of the components was measured with increasing static currents in the range from 10 nA to 1 mA. The first type of component (reference type) showed a varistor voltage at 1 mA of 21591144 V with 1 . The second type of device had a varistor voltage at 1 mA of 22101172 V mnr 1 . This corresponds to a change in the varistor voltage of only 2%. The third type of device had a varistor voltage at 1 mA of 22731183 V mnr 1 . This corresponds to a 5% change in the varistor voltage.
Es zeigt sich also , dass die Varistorspannung (Uv@ lmA) durch die Anwendung der Deckschichten / modi fi zierten Varistorkeramiken kaum beeinflusst wird . Daraus kann geschlossen werden, dass das aktive Volumen des Varistors durch die Deckschichten nicht beeinflusst oder gar geschädigt wurde . It is thus evident that the varistor voltage (U v @ lmA) is hardly influenced by the use of the cover layers/modified varistor ceramics. From this it can be concluded that the active volume of the varistor was not influenced or even damaged by the cover layers.
Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Aus führungs formen beschränkt . Vielmehr können die Merkmale der einzelnen Aus führungs formen - soweit technisch sinnvoll - beliebig miteinander kombiniert werden . Bezugs zeichenliste The description of the objects specified here is not limited to the individual specific embodiments. On the contrary, the features of the individual embodiments can be combined with one another as desired, as far as this is technically feasible. reference character list
1 Vielschichtvaristor la Oberseite 1b Unterseite 1 multilayer varistor la upper side 1b lower side
2 Keramikkörper 2 ceramic bodies
3 Aktiver Bereich 3 Active area
4 Oberflächennaher Bereich4 Near-surface area
5 Innenelektroden 6 Erstes Keramikmaterial5 inner electrodes 6 first ceramic material
7 Zweites Keramikmaterial7 Second ceramic material
8 Drittes Keramikmaterial8 Third ceramic material
9 Außenelektrode 9 outer electrode
10 Schutzelektrode 10 guard electrode

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtvaristors (1) aufweisend die folgenden Schritte: 1. A method for producing a multilayer varistor (1) having the following steps:
A) Bereitstellen eines ersten Keramikpulvers zur Herstellung eines ersten Keramikmaterials (6) und wenigstens eines zweiten Keramikpulvers zur Herstellung eines zweiten Keramikmaterials (7) , wobei sich die Keramikpulver in der Konzentration an einwertigen Elementen X+ um 50 ppm < Ac (X+) < 5000 ppm voneinander unterscheiden, wobei X+ = (Li+, Na+, K+ oder Ag+) , und wobei Ac den maximalen Konzentrationsunterschied bezeichnet, der zwischen einem aktiven Bereich (3) und einem oberflächennahen Bereich (4) des Vielschichtvaristors (1) auftritt; A) providing a first ceramic powder for producing a first ceramic material (6) and at least one second ceramic powder for producing a second ceramic material (7), the concentration of monovalent elements X + in the ceramic powders being 50 ppm <Ac (X + ) < 5000 ppm differ from each other, where X + = (Li + , Na + , K + or Ag + ) , and where Ac denotes the maximum concentration difference between an active area (3) and an area close to the surface (4) of the multilayer varistor (1 ) occurs;
B) Verschlickern der Keramikpulver und Ausbilden von Grünfolien; B) slurring of the ceramic powder and formation of green films;
C) Teilweises Bedrucken eines Teil der Grünfolien mit einer Metallpaste zur Ausbildung von Innenelektroden (5) ; C) partial printing of a portion of the green sheets with a metal paste to form internal electrodes (5);
D) Stapeln von bedruckten und unbedruckten Grünfolien; D) Stacking of printed and unprinted green sheets;
E) Laminieren, Entkohlen und Sintern der Grünfolien; E) Lamination, decarburization and sintering of the green sheets;
F) Aufbringen von Außenelektroden (10) . F) Application of external electrodes (10).
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei in Schritt C) diejenigen Grünfolien teilweise mit Metallpaste bedruckt werden, welche eine geringere Konzentration an einwertigen Elementen X+ aufweisen als die übrigen Grünfolien . 2. The method according to claim 1, wherein in step C) those green sheets are partially printed with metal paste, which have a lower concentration of monovalent elements X + than the other green sheets.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Grünfolien in Schritt D) derart gestapelt werden, dass das zweite Keramikmaterial (7) eine Deckschicht des Vielschichtvaristors (1) bildet. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the green sheets are stacked in step D) such that the second ceramic material (7) forms a cover layer of the multilayer varistor (1).
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Keramikpulver ZnO als Hauptbestandteil aufweisen. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the ceramic powders have ZnO as a main component.
5. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Keramikmaterialien (6, 7) ein Varistor bildendes Oxid oder ein Seltenerdoxid sowie weitere Oxide aufweisen, welche die Varistoreigenschaften verbessern. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the ceramic materials (6, 7) have a varistor-forming oxide or a rare earth oxide and other oxides which improve the varistor properties.
6. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Keramikmaterialien (6, 7) zusätzlich mit Pr, La oder Y dotiert sind. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the ceramic materials (6, 7) are additionally doped with Pr, La or Y.
7. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich die Keramikmaterialien (6, 7) im Kalium- und Lanthangehalt im ppm-Bereich unterscheiden. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the ceramic materials (6, 7) differ in the potassium and lanthanum content in the ppm range.
8. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das im oberflächennahen Bereich (4) angeordnete zweite Keramikmaterial (7) mit 1000 ppm Kalium dotiert wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the in the near-surface region (4) arranged second ceramic material (7) is doped with 1000 ppm of potassium.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das zweite Keramikmaterial (7) zusätzlich mit 1000 ppm La dotiert wird. 9. The method according to claim 8, wherein the second ceramic material (7) is additionally doped with 1000 ppm La.
10. Verfahren gemäß Anspruch 8 und Anspruch 9, wobei das Lanthan dotierte zweite Keramikmaterial (7) eine reduzierte Streukapazität im Vergleich zum dem lediglich mit Kalium dotierten zweiten Keramikmaterial (7) aufweist. 10. The method according to claim 8 and claim 9, wherein the lanthanum-doped second ceramic material (7) has a reduced stray capacitance compared to the only potassium-doped second ceramic material (7).
11. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Keramikmaterial (6) die niedrigste Konzentration an einwertigen Elementen X+ aufweist und wobei das zweite Keramikmaterial (7) die höchste Konzentration an einwertigen Elementen X+ aufweist. 11. The method according to any one of the preceding claims, wherein the first ceramic material (6) has the lowest concentration of monovalent elements X + and wherein the second ceramic material (7) has the highest concentration of monovalent elements X + .
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei in Schritt A) ein drittes Keramikpulver zur Herstellung eines dritten Keramikmaterials (8) bereitgestellt wird, wobei die Konzentration an einwertigen Elementen X+ im dritten Keramikpulver kleiner als im zweiten Keramikpulver aber größer als im ersten Keramikpulver ist. 12. The method according to any one of claims 1 to 11, wherein in step A) a third ceramic powder for the production of a third ceramic material (8) is provided, the concentration of monovalent elements X + in the third ceramic powder being smaller than in the second ceramic powder but greater than im first ceramic powder is.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Grünfolien in Schritt D) derart gestapelt werden, dass der Vielschichtvaristor (1) einen definierten Konzentrationsgradienten an einwertigen Elementen X+ aufweist, wobei die Konzentration ausgehend vom zweiten Keramikmaterial (7) bis hin zum ersten Keramikmaterial (6) abnimmt. 13. The method according to any one of claims 1 to 12, wherein the green sheets are stacked in step D) such that the multilayer varistor (1) has a defined concentration gradient of monovalent elements X + , the concentration starting from the second ceramic material (7) to to the first ceramic material (6) decreases.
14. Vielschichtvaristor (1) aufweisend einen Keramikkörper (2) mit einer Vielzahl von Innenelektroden (5) , wobei der Keramikkörper (2) einen aktiven Bereich (3) und einen oberflächennahen Bereich (4) aufweist, und wobei der Keramikköper (2) wenigstens ein erstes Keramikmaterial (6) und wenigstens ein zweites Keramikmaterial (7) aufweist, wobei sich die Keramikmaterialien (6, 7) in einer Konzentration an einwertigen Elementen X+ um maximal 50 ppm < Ac (X+) < 5000 ppm voneinander unterscheiden, wobei X+ = (Li+, Na+, K+ oder Ag+) , und wobei Ac den maximalen Konzentrationsunterschied bezeichnet, der zwischen dem aktiven Bereich (3) und dem oberflächennahen Bereich (4) auftritt. 14. Multilayer varistor (1) having a ceramic body (2) with a plurality of internal electrodes (5), wherein the ceramic body (2) has an active area (3) and a near-surface area (4), and wherein the ceramic body (2) has at least a first ceramic material (6) and at least one second ceramic material (7), the ceramic materials (6, 7) differing from one another in a concentration of monovalent elements X + by a maximum of 50 ppm < Ac (X + ) < 5000 ppm, wherein X + = (Li + , Na + , K + or Ag+) , and where Ac denotes the maximum concentration difference that occurs between the active region (3) and the near-surface region (4).
15. Vielschichtvaristor (1) gemäß Anspruch 14, wobei das erste Keramikmaterial (6) im aktiven Bereich (3) angeordnet ist und wobei das zweite Keramikmaterial (7) eine isolierende Deckschicht des Keramikkörpers (2) bildet. 15. Multilayer varistor (1) according to claim 14, wherein the first ceramic material (6) is arranged in the active region (3) and wherein the second ceramic material (7) forms an insulating cover layer of the ceramic body (2).
16. Vielschichtvaristor (1) gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei die Keramikmaterialien (6, 7) ein Varistor bildendes Oxid oder ein Seltenerdoxid sowie weiteren Oxide aufweisen, welche die Varistoreigenschaften verbessern. 16. Multilayer varistor (1) according to claim 14 or 15, wherein the ceramic materials (6, 7) have a varistor-forming oxide or a rare earth oxide and other oxides which improve the varistor properties.
17. Vielschichtvaristor (1) gemäß Anspruch 16, wobei die Keramikmaterialien (6, 7) zusätzlich mit Pr, La oder Y dotiert sind. 17. Multilayer varistor (1) according to claim 16, wherein the ceramic materials (6, 7) are additionally doped with Pr, La or Y.
18. Vielschichtvaristor (1) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei das zweite Keramikmaterial (7) mit 1000 ppm Kalium dotiert ist. 18. Multilayer varistor (1) according to any one of claims 14 to 17, wherein the second ceramic material (7) is doped with 1000 ppm of potassium.
19. Vielschichtvaristor (1) gemäß Anspruch 18, wobei das zweite Keramikmaterial (7) zusätzlich mit 1000 ppm La dotiert ist. 19. Multilayer varistor (1) according to claim 18, wherein the second ceramic material (7) is additionally doped with 1000 ppm La.
20. Vielschichtvaristor (1) gemäß Anspruch 18 und Anspruch 19, wobei das Lanthan dotierte zweite Keramikmaterial (7) eine reduzierte Streukapazität im Vergleich zum dem lediglich mit Kalium dotierten zweiten Keramikmaterial (7) aufweist. 20. Multilayer varistor (1) according to claim 18 and claim 19, wherein the lanthanum-doped second ceramic material (7) has a reduced stray capacitance compared to the second ceramic material (7) doped only with potassium.
21. Vielschichtvaristor (1) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei der Keramikköper (2) wenigstens drei Keramikmaterialien (6, 7, 8) aufweist, wobei das dritte Keramikmaterial (8) zwischen dem ersten Keramikmaterial (6) und dem zweiten Keramikmaterial (7) angeordnet ist. 21. Multilayer varistor (1) according to one of claims 14 to 20, wherein the ceramic body (2) has at least three ceramic materials (6, 7, 8), the third ceramic material (8) between the first ceramic material (6) and the second ceramic material (7) is arranged.
22. Vielschichtvaristor (1) gemäß einem der Ansprüche 14 bis22. Multi-layer varistor (1) according to any one of claims 14 to
21, wobei die höchste Konzentration an einwertigen Elementen X+ im oberflächennahen Bereich (4) vorliegt und wobei die niedrigste Konzentration an einwertigen Elementen X+ im aktiven Bereich (3) vorliegt. 21, with the highest concentration of monovalent elements X+ being in the near-surface region (4) and the lowest concentration of monovalent elements X + being in the active region (3).
23. Vielschichtvaristor (1) gemäß einem der Ansprüche 14 bis23. Multi-layer varistor (1) according to any one of claims 14 to
22, wobei das erste Keramikmaterial (6) die niedrigste Konzentration an einwertigen Elementen X+ aufweist und wobei das zweite Keramikmaterial (7) die höchste Konzentration an einwertigen Elementen X+ aufweist. 22, wherein the first ceramic material (6) has the lowest concentration of monovalent elements X + and wherein the second ceramic material (7) has the highest concentration of monovalent elements X + .
24. Vielschichtvaristor (1) gemäß Anspruch 21 und Anspruch24. Multilayer varistor (1) according to claim 21 and claim
23, wobei das dritte Keramikmaterial (8) eine mittlere Konzentration an einwertigen Elementen X+ aufweist. 23, wherein the third ceramic material (8) has an intermediate concentration of monovalent elements X + .
25. Vielschichtvaristor (1) gemäß einem der Ansprüche 14 bis25. Multi-layer varistor (1) according to any one of claims 14 to
24, wobei sich die Keramikmaterialien (6, 7, 8) chemisch um < 1% voneinander unterscheiden. 24, wherein the ceramic materials (6, 7, 8) differ chemically from one another by <1%.
26. Vielschichtvaristor (1) gemäß einem der Ansprüche 14 bis26. Multi-layer varistor (1) according to any one of claims 14 to
25, wobei sich die Dielektrizitätszahlen sr des ersten und zweiten Keramikmaterials (6, 7) um > Faktor 5 voneinander unterscheiden . 25, wherein the dielectric constants sr of the first and second ceramic material (6, 7) differ by a factor of 5 from one another.
27. Vielschichtvaristor (1) gemäß Anspruch 21, wobei eine Dielektrizitätszahl er des zweiten Keramikmaterials (7) und des dritten Keramikmaterials (8) geringer ist als eine Dielektrizitätszahl sr des ersten Keramikmaterials (6) . 27. Multilayer varistor (1) according to claim 21, wherein a dielectric constant er of the second ceramic material (7) and the third ceramic material (8) is lower than a dielectric constant sr of the first ceramic material (6).
28. Vielschichtvaristor (1) gemäß einem der Ansprüche 14 bis28. Multi-layer varistor (1) according to any one of claims 14 to
27, wobei die Konzentration an einwertigen Elementen X+ im aktiven Bereich (3) < 100 ppm ist. 27, the concentration of monovalent elements X+ in the active region (3) being <100 ppm.
29. Vielschichtvaristor (1) gemäß einem der Ansprüche 14 bis29. Multi-layer varistor (1) according to any one of claims 14 to
28, wobei sich die Konzentration an einwertigen Elementen X+ ausgehend vom oberflächennahen Bereich (4) in Richtung des aktiven Bereichs (3) schrittweise verringert. 28, the concentration of monovalent elements X+ gradually decreasing, starting from the region close to the surface (4) in the direction of the active region (3).
30. Vielschichtvaristor (1) gemäß einem der Ansprüche 14 bis30. Multi-layer varistor (1) according to any one of claims 14 to
29, wobei eine Dicke des zweiten und/oder des dritten Keramikmaterials (7, 8) an ein Diffusionsverhalten des einwertigen Elements angepasst ist. 29, wherein a thickness of the second and/or the third ceramic material (7, 8) is adapted to a diffusion behavior of the monovalent element.
31. Vielschichtvaristor (1) gemäß einem der Ansprüche 14 bis31. Multi-layer varistor (1) according to any one of claims 14 to
30, wobei die Keramikmaterialien (6, 7, 8) auf ZnO basieren. 30, wherein the ceramic materials (6, 7, 8) are based on ZnO.
32. Vielschichtvaristor (1) gemäß einem der Ansprüche 14 bis32. Multi-layer varistor (1) according to any one of claims 14 to
31, wobei der Vielschichtvaristor (1) durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellt ist. 31, wherein the multilayer varistor (1) is produced by a method according to any one of claims 1 to 13.
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