TWI386957B - 電機多層組件 - Google Patents

Description

電機多層組件

本發明涉及一種電機多層組件，其基體是由重疊的陶瓷層所構成，二層之間配置著電極面。

此種電機組件可依據陶瓷層和電極面之特性而用作電容器，變阻器或與溫度有關的電阻(熱敏器)。變阻器的基體通常是由不同金屬氧化物(例如，以氧化鋅為主者)之混合物所構成。變阻器具有一種非線性的電壓－電阻變化特性，其可用來保護電路使不受過電壓所影響。變阻器之電阻值因此隨著所施加的電壓之升高而下降。

由文件DE 199 31 056 A1中已知一種多層變阻器，其中為了使電阻下降須在基體內部中配置著非重疊的內電極。這些內電極因此在組件之二個正側上可經由大面積的接觸層而被接觸。各接觸層允許該組件可以SMD方式來安裝。此種傳統組件之缺點是：由於大面積的接觸層而會造成寄生電容和電感，其使此組件之電性不易準確地調整。此外，上述組件由於大的接觸層，因此在安裝在電路板上時需要大的空間。此外，此種構造形式的模組(其可使多個組件積體化於其中)特別大且因此具有特別小的積體密度。

由文件DE 100 19 840 A1中已知一種具有第一電極結構的陶瓷多層電容器，其具有無終端(盲終端)之接觸孔。該電容器之二個電極之間最短的距離是由相重疊之電極面之間的距離所決定。

由文件WO 2004/086432中已知一種多層變阻器，其中為了使寄生電容下降，則各內電極須經由接觸孔而互相連接且亦與配置在基體下側上的焊接凸塊相連接。

然而，高頻資料線中使用上述的變阻器作為ESD保護元件時會造成一些問題。寄生電容在習知的多層變阻器中就像以前一樣通常會到達一種較60 pF還大的值，這樣會使其不適合用於上述之應用中。此種大小的電容會使全部的信號線由一特定的極限頻率開始對接地點放電且因此會使承載著資訊的資料信號消失。在時脈速率達1 GHz之信號中，寄生電容最大值大約是1 pF之變阻器是所期望者。

本發明的目的是提供一種具有小的寄生電容之電機多層組件。

此目的以具有申請專利範圍第1項特徵的多層組件來達成。本發明有利的其它形式描述在申請專利範圍其它各項中。

多層組件是由陶瓷層的堆疊所構成，其形成一種堅固的基體。在基體的下側上配置第一和第二連接面以便可與該組件相接觸。在基體的各陶瓷層之間設置金屬化平面，其中可配置已結構化的電極面。

電極結構之全部之電極面經由通過各陶瓷層之接觸孔而在電性上互相連接或與連接面之一相連接。互相連接的電極面之整體形成第一電極結構。與第二連接面之一相連接之電極面和接觸孔形成第二電極結構。第一和第二電極結構相隔開而製成且在電性上互相隔離。此二個電極結構之至少一個具有一種包含盲終端(blind end)之接觸孔，此盲終端不是終止於電極面中。此盲終端指向另一電極結構之方向中且在該區域中於第一和第二電極結構之間形成最短的距離。此最短的距離是在面向各陶瓷層之層平面時垂直於下一個金屬化平面而測得，在該金屬化平面中存在著另一電極結構之一種元件。

所謂接觸孔是指一種以導電性材料填入之例如是圓柱形的孔，其經由至少一陶瓷層。接觸孔使一金屬化平面可與另一金屬化平面相連接或以直線方式垂直於陶瓷層之層平面而與一連接面相連接。接觸孔之一盲終端終止於金屬化平面中，此金屬化平面中該接觸孔未與電極面或連接面相接觸。然而，接觸孔之另一端持續地與電極面或連接面相接觸。

除了該接觸孔的盲終端之區域中之上述最短距離以外，多層組件之第一和第二電極結構互相之間以一種包含多個陶瓷層之大距離而延伸。該盲終端由於其較小的面積而只可對另一電極結構之下一個金屬結構形成小的電容。因此，第一和第二電極結構之間的寄生電容可保持較小。

此外，使第一和第二電極結構被結構化且特別是使屬於這些電極結構之電極面被結構化，使得在盲接觸孔之區域的外部中不同電極結構之各電極面之間不會重疊。於是各電極面之間的距離可增大且使二個電極結構之間的寄生電容可進一步下降。

多層組件可以一種HTCC(High Temperature Cofired Ceramics)來製成。此材料可針對各接觸孔－和電極面之位置來確保一種準確的可結構化，使多層組件可達成準確界定的結構和準確界定的寄生電容。

第一和第二電極結構可分別具有一種包含盲終端的接觸孔。此二個盲終端可重疊地配置在基體的堆疊中且互相面對。若唯一的陶瓷層之厚度設置成該二個盲終端之區域中之最短距離且該二個接觸孔分別與一電極面相連接，則上述二個電極面之最小距離等於三個介於其間的陶瓷層之層厚度。各接觸孔較佳是藉由盲終端來延伸，即，以直線方式經由多個陶瓷層而延伸。以上述方式，則第一和第二電極結構所屬的電極面仍可更進一步地互相隔開。

然而，該二個電極結構不必具有電極面。例如，該二個電極結構之一亦可只由一種經由多個陶瓷層而到達的接觸孔所形成，該接定孔是與連接面之一相連接。

多層組件中可設有多個第一連接面以及數目相等之與各第一連接面相連接的第一電極結構。多個第一電極結構可以電鍍方式而互相隔開且分別具有一種包含盲終端之接觸孔。第二電極結構之重疊只有在盲終端之區域中才會發生，其中第二電極結構在重疊區中例如同樣可具有一種包含盲終端之接觸孔。多個第一電極結構可與唯一的第二電極結構相重疊。然而，亦可在多層組件中設置多個第一電極結構和多個第二電極結構，其中第一和第二電極結構的數目不必一致。

為了使多層組件之寄生電容進一步最小化，則各連接面須分佈在基體的下側上，使其相互之間具有一最大的間距。這可藉由下述方式來達成，即：各連接面設置在最下方之陶瓷層之邊緣上、角隅中及/或中央中。配置在下側上的二個對角線上互相面對的角隅上的二個連接面之間具有最遠的距離。下側上容易接近的連接面以條形方式沿著基面－或基體之邊緣而形成。各連接面例如在中央經由各接觸孔而與一個或多個電極面相連接。

不同之電極結構之電極面較佳是配置在互相遠離的金屬化平面中。亦可使每一電極結構只設置一個電極面。因此，以條形方式形成電極面且例如使各電極面由基體之不同的角隅開始而互相延伸時是有意義的。在對稱的配置中，在基體之中央(相對於基面而言)可獲得一種重疊區。該處然後形成至少一個具有盲終端的接觸孔，其由一電極結構指向另一電極結構之相對應的電極面。具有一接觸孔之第二電極結構亦可有利地設有盲終端。由於對稱的原因，則對該二個電極結構而言在與至所屬之下一個電極面相等的距離中形成各接觸孔之盲終端時是有利的。

若存在多個第一連接面，則在中央設置第二連接面時是有利的。反之，第一連接面設置在下側上的一角隅中。此處亦可以條形方式形成各電極面且各電極面可經由配置在第一連接面上的各接觸孔而在基體中央的方向中延伸，各電極面在基體中央是與所屬之對應於第二電極結構之各接觸孔相重疊。

若第一和第二電極結構分別以偶數個數目而存在著，則會形成一種重疊區，其與不同形式的二個電極結構相重疊。這發生於基體之與各連接面相遠離的區域中。即，在具有盲終端之接觸孔下方該堆疊中未設有上述的連接面。

多層組件可由例如以摻雜之氧化鋅為主之變阻陶瓷所形成。多層組件是一種具有小而確定之電容量的變阻器。此變阻器在資料線中可有利地用作ESD－保護元件，其是以可達1 GHz之高的時脈速率來操作。變阻器之小的電容表示一種並聯之導線，其可使資料信號不致於經由變阻器之形成高通濾波器所用的寄生電容而向接地點放電，資料信號因此不會消失。

多層組件亦可由具有負的－或正的電阻溫度係數之陶瓷材料所形成。以上述方式，則多層組件可用作PTC－或NTC－型之熱敏器。

陶瓷基體除了功能層之外可另外包括其它的層，這些層可確保基體的穩定。這些層較佳是以介電質層來構成，使不致於產生新的電流路徑。其它的介電質層亦未配置在電流路徑下方，該電流路徑在該組件處於反應情況下發生於第一和第二電極結構之間。在變阻器的情況下，該組件之上述反應在第一和第二電極結構之間的變阻器電壓被超過時可達成或在PTC－情況下在超過一特定的溫度時可達成上述反應。

以下將依據各實施例和所屬的圖式來說明多層組件。各圖用來說明本發明且只以示意圖來表示而未按比例來繪製。相同－或作用相同之零件以相同的參考符號來表示。

第1圖顯示一種多層組件VS之一簡單實施例的橫切面。陶瓷基體是由五個陶瓷層KS所構成，其重疊地配置成一種堆疊且藉由燒結而互相固定地相連接。在每二個陶瓷層之間配置一金屬化平面ME，其中可設有金屬層。在基體的下側上設有第一連接面AF1和第二連接面AF2，其分別經由一接觸孔DK而與第一或第二電極面EF1,EF2相連接。屬於此二個不同電極結構之電極面EF1,EF2配置在互相遠離的金屬化平面ME1,ME4中而儘可能不互相重疊。此二個電極結構只在平面部份狹窄相鄰的區域中相重疊。該處配置著多個分別具有一盲終端之接觸孔DKB，其中該盲終端指向另一電極結構之方向中。盲接觸孔DKB之二個終端互相隔開的距離是該陶瓷層KS之厚度。

第2圖顯示另一種第一電極結構，其是與第一連接面AF1相連接且包含一接觸孔DK1、一第一電極面EF1以及一具有盲終端DKB之接觸孔DKB1。第二電極結構是與第二連接面AF2相連接且只包含一種具有盲終端之接觸孔DKB2。此二個盲終端重疊地配置成堆疊且互相重疊。第二電極結構此處未具有電極面。

前二個圖中可發現各接觸孔之盲終端之間距離最短的區域，第3圖的結構顯示一接觸孔DKB1之盲終端和第二電極面EF2之間可在第一和第二電極結構之間設置該距離最短的區域。藉由此種方式，則可將第一和第二電極面設置在互相遠離的金屬化平面中且因此可使此二個電極面之間形成一種儘可能小的電容。

第4圖顯示多層組件之另一實施例之橫切面，其中設有多個第一連接面AF1,AF1’，圖中顯示二個連接面。第二連接面AF2是與第二電極結構相連，其包含一接觸孔DK2，一第二電極面EF2以及二個具有盲終端DKB2之接觸孔。第一電極結構是與第一連接面AF1相連，第一電極結構此處只包含一種具有盲終端之接觸孔DKB1。盲終端是與第二電極結構之接觸孔DKB2之相對應的盲終端重疊。各連接面和電極面之上述配置方式較佳是具有對稱性且可包含多於二個之第一電極結構。

第5圖顯示另一多層組件之橫切面，其中在切面中設置二個第一電極結構，其具有第一電極面EF1,EF1’，各電極面配置在互相遠離的金屬化平面中。此二個第一電極面EF1,EF1’分別設有一種具有盲終端之接觸孔DKB1,DKB1’，此二個接觸孔重疊地配置成一種堆疊。此二個分別配屬於第一電極結構之盲終端之間設有第二電極面EF2，其在第5圖中只以切面圖來顯示，此乃因其是與圖面成橫向而延伸。第二電極面同樣可具有多個具有盲終端的接觸孔，各接觸孔較佳是如圖所示以重疊方式配置在基體的中央。第二電極面是與至少一個(但較佳是二個)接觸孔相連接(圖中未顯示)。各接觸孔使第二電極面與多層組件之下側上的第二連接面相連接。不同電極結構之電極面之間的距離此處至少須等於二個陶瓷層(但較佳是多個陶瓷層)，至接觸孔之盲終端之最小距離下降至陶瓷層的厚度。

第6圖顯示各電極面、連接面和接觸孔之一種可能的配置形式之俯視圖。此種形式對應於第1圖之橫切面。第一和第二電極面EF1,EF2經由各接觸孔DK而與基體之下側上的第一和第二連接面AF1,AF2相連接。電極面就像各連接面一樣是以條形方式而形成且只在具有盲終端DKB之中央接觸孔之區域中顯示出一種重疊區。具有盲終端DKB之各接觸孔可設置在一個或二個電極面上。

第7圖顯示一種多層組件之與第4圖所示之切面相對應之俯視圖。本例子中設有四個第一連接面AF1,AF1’,AF1”,AF1'''，其經由各接觸孔而與第一電極面EF1相連接。第一電極面是以二個相交的條形金屬層的形式而形成。第二電極面AF2是與第二電極結構相連接，第二電極結構只包含一種具有盲終端DKB之接觸孔。此接觸孔配置在中央且以其盲終端形成一種至第一電極結構之最短距離。

第8圖顯示一實施例用之電極結構之配置的俯視圖，其對應於第5圖所示的橫切面。此結構中設有二個第一連接面AF1,AF1’，其經由各接觸孔DK1而與第一電極EF1相連接。第一電極以條形方式而形成且連接該對角線上之二個接觸孔DK1。

此外，設有二個第二連接面AF2,AF2’，其經由各接觸孔DK2而分別與第二電極面EF2,EF2’相連接。第二電極面同樣以條形方式而形成且由一具有接觸孔的角隅而到達該連接面直至中央為止，中央處設有一種具有盲終端的接觸孔DKB。多個第二電極面配置在互相遠離的金屬化平面中，第一電極面EF1以條形方式而形成、配置在中央的金屬化平面中且與第二電極面EF2之二個終端相重疊。

依據各圖中所示或各實施例中所描述的細節亦可與其它實施例相組合。此外，每一電極結構亦可設有多於一個之電極面EF，其中配屬於一電極結構之不同的電極面可配置在不同的金屬化平面中。因此，特別是可使其它電極面之面積小於主電極之面積，這樣可造成一種與具有盲終端之接觸孔相重疊的區域。

在不同電極結構之間全部都是垂直的重疊區中，在二個電極結構上設有多個具有盲終端之接觸孔。然而，亦可使不同電極結構之重疊區只發生在一盲終端和一電極面之間。就像第5圖所示，在唯一的重疊區中亦可在不同－或相同型式之多重電極結構之間設置多重之重疊區，該唯一的重疊區對應於接觸孔的大小。

各電極面可以條形之較小面積來形成，以使電容減小。然而，亦可以不同形式的任意基面來形成各電極面，以便設有一種大面積的電極面，其可經由金屬化平面之大部份而延伸。然而，設有較小基面之條形電極面是有利的，就像其在各實施例中所示者一樣。

所示的全部結構可用於變阻器及熱敏器中。在全部的情況下，可以較高的準來性來製造各結構，特別是以HTCC－過程來製成，其在燒結過程中只會造成一種最小的尺寸變化且能結構準確地來操作。然而，在燒結時亦可使用縮收性較小的其它型式的陶瓷，例如，像LTCC一樣的陶瓷。經由結構上的準確性，則亦可準確地調整此組件的電容。同樣，不同電極結構之間的最小距離亦可準確地調整，此乃因其持續地對應於一個或多個陶瓷層之厚度，其同樣可良好地再生。藉由上述的距離，則可在變阻器中對變阻器電壓進行調整。此變阻器組件之效率是與陶瓷基體之體積有關，其依據需求可藉由較大的基面或數目較多的陶瓷層而任意地調整。

VS．．．多層組件

KS．．．陶瓷層

ME,ME1,ME2．．．金屬化平面

AF,AF1,AF2．．．連接面

EF,EF1,EF2．．．電極面

DK,DK1,DK2．．．接觸孔

DKB,DKB1,DKB2．．．接觸孔

第1圖 具有二個電極結構之多層組件的橫切面，各電極結構分別具有一電極面。

第2圖 具有二個電極結構之多層組件的橫切面，但整體上只具有一電極面。

第3圖 具有二個電極結構和一接觸孔之多層組件的橫切面，該接觸孔具有一盲終端。

第4圖 具有二個第一電極結構和一個第二電極結構之多層組件的橫切面。

第5圖 具有一種重疊區之多層組件的橫切面，該重疊區由二個第一和一個第二電極結構所構成。

第6圖 具有二個電極面之多層組件之俯視圖。

第7圖 具有五個連接面之組件的俯視圖。

第8圖 具有五個連接面和三個電極結構之組件的俯視圖。

VS．．．多層組件

KS．．．陶瓷層

ME1,ME3,ME4．．．金屬化平面

AF1,AF2．．．連接面

EF1,EF2．．．電極面

DK1,DK2．．．接觸孔

DKB,DKB1,DKB2．．．接觸孔

Claims (15)

1. 一種電機多層組件(VS)，-具有一由陶瓷層(KS)之堆疊所構成之基體(GK)，-在基體的下側上具有第一和第二連接面(AF)，-具有電極面(EF)，其在金屬化平面(ME)中配置在陶瓷層之間，-具有多個位於不同金屬化平面之間的接觸孔(DK)，其導電性地與一電極面或一連接面相連接，-分別與各連接面之一相連接的全部電極面和接觸孔形成第一或第二電極結構，-至少一電極結構具有一種包含一盲終端之接觸孔(DKB)，-此堆疊中第一和第二電極結構之間的最短距離是盲終端至其上方或下方之金屬化平面的垂直距離或至另一電極結構之一盲終端之垂直距離。
2. 如申請專利範圍第1項之多層組件，其中第一和第二電極結構分別具有一接觸孔(DKB)，其具有一盲終端，此二個盲終端重疊地配置在該堆疊中且互指向對方。
3. 如申請專利範圍第1或2項之多層組件，其中第一和第二電極結構之電極面(EF)只在該具有盲終端的接觸孔(DKB)之區域中相重疊。
4. 如申請專利範圍第1項之多層組件，其中第一和第二電極面(EF1,EF2)之間配置至少三個陶瓷層(KS)，其中第一和第 二電極結構之間的最短距離等於多個陶瓷層之一的厚度。
5. 如申請專利範圍第1項之多層組件，其中設有多個第一連接面(AF1,AF1’)及與其相連接的第一電極結構，其以電鍍方式而互相隔開且分別具有一種包含一盲終端的接觸孔(DKB)，此接觸孔之區域中形成一種與第二電極結構相重疊之重疊區。
6. 如申請專利範圍第1項之多層組件，其中多個連接面(AF)分佈在基體的下側上，使各連接面之間具有一種最大的距離。
7. 如申請專利範圍第1項之多層組件，其中設有配置在中央的第二連接面(AF2)和多個配置在角隅上的第一連接面(AF1,AF1’,AF1”,AF1''')。
8. 如申請專利範圍第1項之多層組件，其中具有盲終端之各接觸孔(DKB)配置在該堆疊之基面的中央。
9. 如申請專利範圍第8項之多層組件，其中設有多個屬於二個不同電極結構之具有盲終端的接觸孔(DKB)，其區域中未配置著連接面(AF)。
10. 如申請專利範圍第6項之多層組件，其中在該基體之相對於該堆疊之基面的中央處設有至少二個具有盲終端之接觸孔(DKB)，電極面(EF)以條形之方式而形成且由各別金屬化平面(ME)之中央開始而指向各連接面(AF)之一之方向中。
11. 如申請專利範圍第10項之多層組件，其中條形的各電極面(EF)由中央開始而分別指向該以矩形基面形成的堆疊之四 個角隅之一，該堆疊中在下側上分別設有一連接面(AF)。
12. 如申請專利範圍第10項之多層組件，其中恰巧設有二個連接面(AF)，其以互相面對的方式分別沿著矩形下側之側面邊緣而延伸。
13. 如申請專利範圍第1項之多層組件，其中該基體由HTCC材料所製成。
14. 如申請專利範圍第1項之多層組件，其中此多層組件形成變阻器，其具有以氧化鋅為主之變阻陶瓷所構成的陶瓷層(KS)。
15. 如申請專利範圍第1項之多層組件，其中此多層組件形成熱敏器，其具有陶瓷層(KS)，各陶瓷層具有PTC或NTC效應。