WO2006058533A1 - Vielschichtbauelement mit mehreren varistoren unterschiedlicher kapazität als esd-schutzelement - Google Patents

Vielschichtbauelement mit mehreren varistoren unterschiedlicher kapazität als esd-schutzelement Download PDF

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WO2006058533A1
WO2006058533A1 PCT/DE2005/002183 DE2005002183W WO2006058533A1 WO 2006058533 A1 WO2006058533 A1 WO 2006058533A1 DE 2005002183 W DE2005002183 W DE 2005002183W WO 2006058533 A1 WO2006058533 A1 WO 2006058533A1
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varistor
inner electrode
electrode
internal electrodes
plane
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PCT/DE2005/002183
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Thomas Feichtinger
Thomas Pürstinger
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Epcos Ag
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/18—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material comprising a plurality of layers stacked between terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/105—Varistor cores

Definitions

  • the invention relates to an electrical multilayer component which includes ESD protective elements.
  • a ceramic multilayer varistor which has opposing internal electrodes.
  • the internal electrodes connected to the same electrical potential are arranged one above the other.
  • the electrode stacks connected to different electrical potentials are arranged next to each other. This device is used as ESD protection of high-frequency circuits and data lines.
  • the object to be achieved is to specify a multilayer component with ESD protective elements, which is suitable both as ESD protection of high-frequency circuits and data lines and as ESD protection of supply lines.
  • An electrical component is specified in which a first varistor (having a relatively large capacitance and power compatibility) is formed by two overlapping electrodes and a varistor ceramic arranged therebetween, and a second varistor by two internal electrodes lying in one plane and a varistor ceramic arranged between them (with a relatively small capacity due to its preferably small active volume).
  • a first varistor having a relatively large capacitance and power compatibility
  • a second varistor by two internal electrodes lying in one plane and a varistor ceramic arranged between them (with a relatively small capacity due to its preferably small active volume).
  • a multilayer component is specified with a base body, on the side surfaces of which external contacts are arranged, which are connected to internal electrodes arranged in the base body.
  • the main body has a plurality of layers of varistor ceramic (eg ZnO-Bi, ZnO-Pr), between which metallization levels with electrode structures formed therein are arranged.
  • a first varistor is formed by a pair of superimposed internal electrodes and the varistor ceramic arranged therebetween.
  • a second varistor is formed by two juxtaposed inner electrodes and arranged between their mutually facing side surfaces varistor ceramic.
  • the second varistor which has a low capacitance, is suitable as ESD protection for a radio frequency or data line and can be connected between this fast signal line and ground.
  • the first varistor which is characterized by a higher Stromimpulragagiller and a much higher capacity, it can be connected between a power or voltage supply line and ground.
  • more than just one or two internal electrodes can be provided.
  • Two main surfaces of the superimposed internal electrodes lying opposite one another in the vertical direction span an active volume of the first varistor.
  • the ak- tive volume of the first varistor is preferably at least 0.001 mm 3 .
  • Two side surfaces of the juxtaposed inner electrodes, which lie opposite one another in the horizontal direction, span an active volume of the second varistor, which is preferably at most 10% of the active volume of the first varistor.
  • the distance between the juxtaposed inner electrodes is in a preferred variant at least 20 microns.
  • the first and the second varistor preferably share the same inner electrode, which is connected in a variant to ground, which z. B. represents a common reference potential for high-frequency or data lines and supply lines.
  • the inner electrode connected to the ground - preferably the electrode with the largest area in the corresponding plane - is referred to below as the first electrode and the inner electrodes disposed in the same plane next to the first electrode are referred to as second electrodes.
  • the arranged in the further level, the first electrode opposite the inner electrode is referred to as the third electrode and arranged in the same plane, lying adjacent to the third electrode inner electrodes as fourth electrodes.
  • Second varistors arranged in the first plane are each formed by the first electrode, in each case one of the second electrodes and the varistor ceramic located therebetween. Further second varistors arranged in the second plane are in each case connected through the third electrode, one each ne of the fourth electrode and the intermediate varistor ceramic formed.
  • the first electrode is preferably arranged centrally in the respective plane. However, it is also possible that the first electrode is arranged to one side of the first plane and the second electrodes are arranged to the opposite side of this plane.
  • the superimposed internal electrodes preferably have substantially equal areas.
  • the distance between two second electrodes is preferably at least twice as large as the distance between the first and one of the second electrodes.
  • All features relating to the first level, the first electrode and the second electrode are - as far as is technically meaningful - transferable to the second level, third electrode and fourth electrodes.
  • a plurality of first electrodes or a divided first electrode may be provided.
  • the first plane is divided in a lateral direction into two edge regions and a middle region arranged therebetween, wherein the first electrode is arranged in the middle region and the second electrodes are arranged in the edge regions, wherein the central region is free of the second electrodes.
  • the terminals of the first and third electrodes are preferably to the opposite side surfaces of the basic body led out.
  • the terminals of the first and the third electrode may alternatively be led out to the same side of the main body or to different, mutually perpendicular side surfaces of the main body.
  • the terminals of the second and fourth electrodes may be led out to like side surfaces of the main body as the first and the third electrode. Only two side surfaces of the main body are covered with external contacts. But it is also possible to occupy all side surfaces of the body with at least one external contact.
  • the first and second planes preferably have essentially identically dimensioned and identically arranged electrode structures.
  • Mutually associated second and fourth electrodes can be arranged one above the other or offset from each other and connected to the same external contact.
  • the formed in different levels second varistors whose electrodes are arranged one above the other, are preferably connected on one side to the same external contact.
  • the second varistors formed in the same plane are preferably connected to different external contacts, wherein each external contact can be connected to a separate signal line. This makes it possible to suppress several fast signal lines by a single compact device.
  • a first high-capacitance varistor may be formed, which may be formed by a further first electrode, a further third electrode lying opposite it in the vertical direction, and a third electrode disposed opposite thereto.
  • te varistor ceramic is formed.
  • Two first varistors may also have a common electrode which can be connected to ground, wherein these varistors are connected on the other side to a respective external contact or can be connected to the respective own supply line.
  • the first varistor can be realized by a stack of superimposed electrodes (instead of only a pair of internal electrodes arranged one above the other). In this case, first and third electrodes are arranged alternately in the vertical direction. It is also possible for a plurality of first and second planes (with second or fourth electrodes) to be provided, which are arranged alternately.
  • the multilayer component is preferably suitable for surface mounting.
  • the external contacts are designed such that they each extend beyond the side surface of the base body and are partially arranged at least on the lower main surface of the base body.
  • the switching voltage of a varistor formed in the vertical direction, d. H. the varistor voltage between the superimposed internal electrodes is preferably at least 5 V at a current load of 1 mA.
  • the varistor voltage in an advantageous variant is at most 250 V.
  • the SehaltSpannung of a varistor formed in the horizontal direction, ie the varistor voltage between the juxtaposed inner electrodes, at a current load of 1 mA is preferably at least 10 V.
  • the varistor voltage is in an advantageous variant of a maximum of 500 V.
  • FIG. 1A shows a varistor component with a first and two second varistors in cross section
  • FIG. 1B shows the plan view of the first plane of the component according to FIG. 1A
  • FIG. 1C shows the plan view of the second plane of the component according to FIG.
  • FIG. 1D shows the top view of the component according to FIG. 1A from above (left), on a first side surface (in the middle) and on a second side surface (on the right),
  • FIG. IE shows the equivalent circuit diagram of the component according to FIGS. IA to ID,
  • FIG. 2A shows a component with a first varistor and four second varistors in cross section
  • FIG. 2B shows the plan view of the first plane of the component according to FIG. 2A
  • FIG. 2C shows the plan view of the second plane of the component according to FIG. 2A
  • FIG. 2D shows a view of the component according to FIGS. 2A to 2C from above
  • FIG. 3A shows a varistor component with a first varistor and four second varistors each formed in each plane
  • FIG. 3B shows the plan view of the first plane of the component according to FIG. 3A
  • FIG. 3C shows the plan view of the second plane of the component according to FIG. 3A
  • FIG. 3D shows the view of the component according to FIGS. 3A to 3C from above (left) and from the side (right),
  • Figure 3E is an electrical equivalent circuit diagram of the device according to Figures 3A to 3D.
  • FIGS. 1A to 1D show various views of a component according to the invention with a base body GK comprising a plurality of layers of varistor ceramic, between which a first metallization level El with internal electrodes IE10, IE11 formed therein and a second metallization level E2 with internal electrodes IE20, IE21 formed therein are arranged ,
  • Figure IA corresponds to a cross-section through the device along the line AA 'shown in Figures IB and IC.
  • FIG. 1B shows the first plane E1 and FIG. 1C the second plane E2 of the component according to FIG. 1A.
  • the first inner electrode IE10 has a larger area than the second inner electrode IE11 arranged next to it.
  • the below the The first inner electrode IE10 arranged third inner electrode IE20 has a larger area than the arranged next to her or below the second inner electrode IEIl fourth inner electrode IE21.
  • the inner electrode IE10 is connected to an outer contact 1 and the inner electrode IE20 is connected to an outer contact 2.
  • the internal electrodes IEI1, IE21 are connected to a further external contact 3.
  • the external contacts 1 and 2 are arranged on opposite first side surfaces of the main body GK.
  • the outer contact 3 is arranged on a second side surface of the main body GK, which is perpendicular to the first side surfaces. In this variant, only three side surfaces are covered with external contacts.
  • a first varistor (varistor V1 in FIG. IE) is formed by the opposing internal electrodes IE10, IE20 and a varistor ceramic arranged therebetween.
  • the first inner electrode IE10 and the third inner electrode IE20 preferably have the same areas.
  • a second varistor V21 is formed by the inner electrodes IE10, IE11 arranged side by side in the first plane El and a varistor ceramic arranged therebetween.
  • a further second varistor V25 is formed by the inner electrodes IE20, IE21 arranged side by side in the second plane E2 and a varistor ceramic arranged therebetween.
  • An active volume of a varistor is the volume of a varistor material arranged between two electrodes.
  • the active volume of the first varistor Vl is spanned between the mutually facing main surfaces of the internal electrodes IE10 and IE20 and is at least 0.001 mm-3.
  • the active volume of the second varistor V21 is clamped between opposite side surfaces of the first inner electrode IE10 and the second inner electrode IE1l.
  • the active volume of the second varistor V21 is clear -. B. by at least one order of magnitude, in a preferred variant by at least two orders of magnitude - smaller than the active volume of the first varistor Vl.
  • FIG. 1D shows on the left a view of the component according to FIGS. 1A to 1C from above, in the middle the plan view of the first side surface and on the right the plan view of the second side surface of the component.
  • the external contacts 1, 2, 3 go beyond the respective side surface and are partially arranged on a main surface (preferably underside) of the base body, wherein they form suitable electrical connections of the component for surface mounting.
  • the internal electrodes IEI1 and IE21 connected to the same electric potential are stacked. In a variant of the invention, it is possible that these electrodes are laterally offset from each other.
  • first and the third inner electrode IE10, IE20 are connected to the external contacts arranged on the opposite side surfaces.
  • All external contacts of the component can, as in FIG. 3D, be mounted on mutually opposite first side surfaces of the component. be arranged elements, wherein the perpendicular thereto second side surfaces of the body are free of external contacts. It is also possible that all side surfaces of the body, as in the variant of Figure 2D, are covered with external contacts.
  • FIG. 2A A further variant of the invention is shown in FIG. 2A, in which in the first plane E1 the first inner electrode IE10 is arranged between two second inner electrodes IE11, IE12 and in the second level E2 the third inner electrode IE20 is arranged between two fourth inner electrodes IE21, IE22.
  • the first varistor Vl and the second varistors V21, V25 are formed here and in the variant presented in FIGS. 3A to 3E as in FIGS. 1A to 1 IE.
  • a further second varistor is formed by the internal electrodes IE10, IE12 and a varistor ceramic arranged therebetween.
  • a further second varistor is formed by the internal electrodes IE20, IE22 and a varistor ceramic arranged therebetween.
  • FIGS. 3A to 3D show various views of a further varistor component comprising a total of eight second varistors.
  • FIG. 3A shows this component in a schematic cross section along the line AA 1 .
  • FIGS. 3B, 3C show the plan view of the first El or second E2 plane E2 of the component.
  • a first inner electrode IE10 and four second inner electrodes IEI1, IE12, IE13 and IE14 are arranged.
  • the first inner electrode IE10 is arranged centrally in the plane E1 between two groups of second inner electrodes.
  • a third inner electrode is IE20 and four fourth internal electrodes IE21, IE22, IE23 and IE24 arranged.
  • the third inner electrode IE20 is arranged centrally in the plane E2 between two groups of fourth internal electrodes.
  • the second varistors are formed in the first plane El by a respective second inner electrode, the side surface of the first inner electrode IE10 opposite thereto and the varistor ceramic arranged therebetween.
  • the further second varistors are formed in the second plane E2 by a respective fourth inner electrode, the opposite side surface of the third inner electrode IE20 and the varistor ceramic arranged therebetween.
  • FIG. 3E shows the equivalent circuit diagram of the component presented in FIGS. 3A to 3D.
  • the first varistor Vl is connected between the external contacts 2 and 5.
  • the external contact 2 is grounded. All second varistors V21 to V28 are connected to the external contact 2.
  • the second varistor V21 defined by the internal electrodes IE10 and IE1 is connected to the external contact 1.
  • the second varistor V22 defined by the internal electrodes IE10 and IE12 is connected to the external contact 3.
  • the second varistor V23 defined by the internal electrodes IE10 and IE13 is connected to the external contact 4 and the second varistor V24 defined by the internal electrodes IE10 and IE14 is connected to the external contact 6.
  • the further second varistors V25 to V28 are formed corresponding to the second varistors V21 to V24 in the second plane E2 of the component.
  • the present invention is not limited to the embodiments shown in this document or the number of elements shown. It is possible to form the electrode pair formed by the first and third inner electrodes to arrange arbitrarily in the corresponding metallization levels. It is possible to divide the first or the third inner electrode into two, preferably equal in area, partial electrodes and to connect these partial electrodes to a respective external electrical contact.
  • V2j second varistors, j 1 to 8

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Vielschichtbauelement mit einem Grundkörper (GK) aus Varistorkeramik, an dessen Seitenflächen Außenkontakte (1, 2, 3, 4) angeordnet sind, mit im Grundkörper (GK) angeordneten, an die Außenkontakte (1, 2, 3, 4) angeschlossenen Innenelektroden (IE10, IE11, IE20). Zwischen einem Paar übereinander angeordneter Innenelektroden (IE10, IE20) ist eine aktives Volumen eines ersten Varistors (V1) gebildet, wobei zwischen zwei nebeneinander angeordneten Innenelektroden (IE10, IE11) ein aktives Volumen eines zweiten Varistors (V21) gebildet ist.

Description

VIELSCHICHTBAUELEMENT MIT MEHREREN VARISTOREN UNTERSCHIEDLICHER KAPAZITÄT ALS ESD-SCHUTZELEMENT
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Vielschichtbauele- ment, das ESD-Schutzelemente utnfasst.
Aus der Druckschrift DE 19931056 Al ist ein keramisches Viel- schichtvaristor bekannt, das einander gegenüberliegende Innenelektroden aufweist. Die mit dem gleichen elektrischen Potential verbundenen Innenelektroden sind übereinander angeordnet. Die mit verschiedenen elektrischen Potentialen verbundenen Elektrodenstapel sind nebeneinander angeordnet . Dieses Bauelement wird als ESD-Schutz von Hochfreguenzschaltun- gen und Datenleitungen eingesetzt.
Die zu lösende Aufgabe ist es, ein VielSchichtbauelement mit ESD-Schutzelementen anzugeben, das sowohl als ESD-Schutz von Hochfrequenzschaltungen und Datenleitungen als auch als ESD- Schutz von Versorgungsleitungen geeignet ist.
Es wird ein elektrisches Bauelement angegeben, bei dem durch zwei überlappende Elektroden und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik ein erster Varistor (mit relativ großer Kapazität und Leistungsverträglichkeit) gebildet ist, und bei dem durch zwei in einer Ebene liegenden Innenelektroden und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik ein zweiter Varistor (mit einer aufgrund seines vorzugsweise kleinen aktiven Volumens relativ kleinen Kapazität) gebildet ist.
Damit gelingt es, in einem Grundkörper Varistoren mit verschiedenen Kapazitäten und Stromtragfähigkeiten zu realisie- ren, die zum ESD-Schutz von verschiedenen Leitungen einer e- lektrischen Schaltung benutzt werden können.
In einer bevorzugten Variante wird ein VielSchichtbauelement mit einem Grundkörper angegeben, an dessen Seitenflächen Außenkontakte angeordnet sind, die an im Grundkörper angeordnete Innenelektroden angeschlossen sind. Der Grundkörper weist mehrere Schichten aus Varistorkeramik (z. B. ZnO-Bi, ZnO-Pr) auf, zwischen denen Metallisierungsebenen mit darin ausgebildeten Elektrodenstrukturen angeordnet sind.
Ein erster Varistor ist durch ein Paar übereinander angeordneter Innenelektroden und die dazwischen angeordnete Varistorkeramik gebildet. Ein zweiter Varistor ist durch zwei nebeneinander angeordnete Innenelektroden und die zwischen ihren zueinander gewandten Seitenflächen angeordnete Varistorkeramik gebildet .
Der zweite Varistor, der sich durch eine geringe Kapazität auszeichnet, ist als ESD-Schutz für eine Hochfrequenz- oder Datenleitung geeignet und kann zwischen dieser Schnellsignal- leitung und Masse angeschlossen sein. Der erste Varistor, der sich durch eine höhere Stromimpulstragfähigkeit sowie eine deutlich höhere Kapazität auszeichnet, kann dabei zwischen einer Strom- oder Spannungsversorgungsleitung und Masse angeschlossen sein.
In einer Ebene des Bauelements können mehr als nur eine oder zwei Innenelektroden vorgesehen sein.
Zwei in vertikaler Richtung einander gegenüber liegende Hauptflächen der übereinander angeordneten Innenelektroden spannen ein aktives Volumen des ersten Varistors auf. Das ak- tive Volumen des ersten Varistors beträgt vorzugsweise mindestens 0,001 mm3. Zwei in horizontaler Richtung einander gegenüber liegende Seitenflächen der nebeneinander angeordneten Innenelektroden spannen ein aktives Volumen des zweiten Varistors auf, das vorzugsweise maximal 10% des aktiven Volumens des ersten Varistors beträgt .
Der Abstand zwischen den nebeneinander angeordneten Innenelektroden beträgt in einer bevorzugten Variante mindestens 20 μm.
Der erste und der zweite Varistor teilen vorzugsweise dieselbe Innenelektrode, die in einer Variante an Masse angeschlossen ist, welche z. B. ein gemeinsames Bezugspotential für Hochfrequenz- oder Datenleitungen und Versorgungsleitungen darstellt.
Die an die Masse angeschlossene Innenelektrode - vorzugsweise in der entsprechenden Ebene die Elektrode mit der größten Fläche - wird im weiteren als die erste Elektrode und die in derselben Ebene angeordneten, neben der ersten Elektrode liegenden Innenelektroden als zweite Elektroden bezeichnet. Die in der weiteren Ebene angeordnete, der ersten Elektrode gegenüberliegende Innenelektrode wird als dritte Elektrode und die in derselben Ebene angeordneten, neben der dritten Elektrode liegenden Innenelektroden als vierte Elektroden bezeichnet .
In der ersten Ebene angeordnete zweite Varistoren sind jeweils durch die erste Elektrode, jeweils eine der zweiten E- lektroden und die dazwischen liegende Varistorkeramik gebildet. In der zweiten Ebene angeordnete, weitere zweite Varistoren sind jeweils durch die dritte Elektrode, jeweils ei- ne der vierten Elektroden und die dazwischen liegende Varistorkeramik gebildet.
Die erste Elektrode ist in der jeweiligen Ebene vorzugsweise mittig angeordnet. Möglich ist aber auch, dass die erste E- lektrode zu einer Seite der ersten Ebene angeordnet ist und die zweiten Elektroden zur gegenüberliegenden Seite dieser Ebene angeordnet sind.
Die übereinander angeordneten Innenelektroden weisen vorzugsweise im wesentlichen gleich große Flächen auf.
Der Abstand zwischen zwei zweiten Elektroden ist vorzugsweise mindestens doppelt so groß wie der Abstand zwischen der ersten und einer der zweiten Elektroden.
Alle auf die erste Ebene, erste Elektrode und zweite Elektrode bezogene Merkmale sind - soweit technisch sinnvoll - auf die zweite Ebene, dritte Elektrode und vierte Elektroden ü- bertragbar.
In der ersten Ebene können auch mehrere erste Elektroden bzw. eine geteilte erste Elektrode vorgesehen sein.
Vorzugsweise ist die erste Ebene in einer lateralen Richtung in zwei Randbereiche und einen dazwischen angeordneten Mittenbereich aufgeteilt, wobei die erste Elektrode im Mittenbereich und die zweiten Elektroden in den Randbereichen angeordnet sind, wobei der Mittenbereich frei von den zweiten E- lektroden ist.
Die Anschlüsse der ersten und der dritten Elektrode sind vorzugsweise zu den einander gegenüberliegenden Seitenflächen des Grundkörpers herausgeführt . Die Anschlüsse der ersten und der dritten Elektrode können alternativ zur gleichen Seite des Grundkörpers oder zu verschiedenen, senkrecht aufeinander stehenden Seitenflächen des Grundkörpers herausgeführt sein.
Die Anschlüsse der zweiten bzw. der vierten Elektroden können zu gleichen Seitenflächen des Grundkörpers wie die erste bzw. die dritte Elektrode herausgeführt sein. Dabei sind nur zwei Seitenflächen .des Grundkörpers mit Außenkontakten belegt. Möglich ist aber auch, alle Seitenflächen des Grundkörpers mit mindestens einem Außenkontakt zu belegen.
Die erste und die zweite Ebene weisen vorzugsweise im wesentlichen gleich dimensionierte und gleich angeordnete Elektrodenstrukturen auf.
Einander zugeordnete zweite und vierte Elektroden können ü- bereinander oder zueinander versetzt angeordnet und an denselben Außenkontakt angeschlossen sein.
Die in verschiedenen Ebenen ausgebildeten zweiten Varistoren, deren Elektroden übereinander angeordnet sind, sind auf einer Seite vorzugsweise an denselben Außenkontakt angeschlossen. Die in derselben Ebene ausgebildeten zweiten Varistoren sind vorzugsweise an verschiedene Außenkontakte angeschlossen, wobei jeder Außenkontakt an eine eigene Signalleitung anschließbar ist. Damit gelingt es, durch ein einziges kompaktes Bauelement mehrere Schnellsignalleitungen zu entstören.
In einer Variante kann mehr als nur ein erster Varistor mit hoher Kapazität ausgebildet sein, der durch eine weitere erste Elektrode, eine ihr in vertikaler Richtung gegenüber liegende weitere dritte Elektrode und eine dazwischen angeordne- te Varistorkeramik gebildet ist . Zwei erste Varistoren können auch eine gemeinsame Elektrode aufweisen, die an Masse anschließbar ist, wobei diese Varistoren auf der anderen Seite an jeweils einen eigenen Außenkontakt angeschlossen bzw. an die jeweils eigene Versorgungsleitung anschließbar sind.
Der erste Varistor kann in einer Variante durch einen Stapel der übereinander angeordneten Elektroden (anstellen nur eines Paares übereinander angeordneter Innenelektroden) realisiert sein. Dabei sind erste und dritte Elektroden in vertikaler Richtung abwechselnd angeordnet . Es können auch mehrere erste und zweite Ebenen (mit zweiten bzw. vierten Elektroden) vorgesehen sein, die abwechselnd angeordnet sind.
Das Vielschichtbauelement ist vorzugsweise zur Oberflächenmontage geeignet. Dabei sind die Außenkontakte derart gestaltet, dass sie jeweils über die Seitenfläche des Grundkörpers hinausgehen und teilweise zumindest auf der unteren Hauptfläche des Grundkörpers angeordnet sind.
Die Schaltspannung eines in Vertikalrichtung gebildeten Varistors, d. h. die Varistorspannung zwischen den übereinander liegenden Innenelektroden, beträgt bei einer Strombelastung von 1 mA vorzugsweise mindestens 5 V. Die Varistorspannung beträgt in einer vorteilhaften Variante maximal 250 V.
Die SehaltSpannung eines in Horizontalrichtung gebildeten Varistors, d. h. die Varistorspannung zwischen den nebeneinander liegenden Innenelektroden, beträgt bei einer Strombelastung von 1 mA vorzugsweise mindestens 10 V. Die Varistorspannung beträgt in einer vorteilhaften Variante maximal 500 V. Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen anhand scheraatischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen schematisch
Figur IA ein Varistorbauelement mit einem ersten und zwei zweiten Varistoren im Querschnitt,
Figur IB die Draufsicht auf die erste Ebene des Bauelements gemäß Figur IA,
Figur IC die Draufsicht auf die zweite Ebene des Bauelements gemäß Figur IA,
Figur ID die Draufsicht auf das Bauelement gemäß Figur IA von oben (links) , auf eine erste Seitenfläche (in der Mitte) und auf eine zweite Seitenfläche (rechts) ,
Figur IE das Ersatzschaltbild des Bauelements gemäß den Figuren IA bis ID,
Figur 2A ein Bauelement mit einem ersten Varistor und vier zweiten Varistoren im Querschnitt,
Figur 2B die Draufsicht auf die erste Ebene des Bauelements gemäß Figur 2A,
Figur 2C die Draufsicht auf die zweite Ebene des Bauelements gemäß Figur 2A, Figur 2D eine Ansicht des Bauelements gemäß Figuren 2A bis 2C von oben,
Figur 3A ein Varistorbauelement mit einem ersten Varistor und je vier in jeder Ebene ausgebildeten zweiten Varistoren
Figur 3B die Draufsicht auf die erste Ebene des Bauelements gemäß Figur 3A,
Figur 3C die Draufsicht auf die zweite Ebene des Bauelements gemäß Figur 3A,
Figur 3D die Ansicht des Bauelements gemäß Figuren 3A bis 3C von oben (links) und von der Seite (rechts) ,
Figur 3E ein elektrisches Ersatzschaltbild des Bauelements gemäß den Figuren 3A bis 3D.
Figuren IA bis ID zeigen verschiedene Ansichten eines Bauelements gemäß Erfindung mit einem Grundkörper GK, das mehrere Schichten aus Varistorkeramik aufweist, zwischen denen eine erste Metallisierungsebene El mit darin ausgebildeten Innenelektroden IElO, IEIl sowie eine zweite Metallisierungsebene E2 mit darin ausgebildeten Innenelektroden IE20, IE21 angeordnet sind.
Die Figur IA entspricht einem Querschnitt durch das Bauelement entlang der in Figuren IB und IC gezeigten Linie A-A' . Figur IB zeigt die erste Ebene El und Figur IC die zweite E- bene E2 des Bauelements gemäß Figur IA. Die erste Innenelektrode IElO weist eine größere Fläche als die neben ihr angeordnete zweite Innenelektrode IEIl auf. Die unterhalb der ersten Innenelektrode IElO angeordnete dritte Innenelektrode IE20 weist eine größere Fläche als die neben ihr bzw. unterhalb der zweiten Innenelektrode IEIl angeordnete vierte Innenelektrode IE21 auf.
Die Innenelektrode IElO ist an einen Außenkontakt 1 und die Innenelektrode IE20 an einen Außenkontakt 2 angeschlossen. Die Innenelektroden IEIl, IE21 sind an einen weiteren Außenkontakt 3 angeschlossen. Die Außenkontakte 1 und 2 sind auf gegenüberliegenden ersten Seitenflächen des Grundkörpers GK angeordnet. Der Außenkontakt 3 ist auf einer zweiten Seitenfläche des Grundkörpers GK angeordnet, die senkrecht zu den ersten Seitenflächen steht. In- dieser Variante sind nur drei Seitenflächen mit Außenkontakten belegt .
Ein erster Varistor (Varistor Vl in Figur IE) ist durch die einander gegenüberliegenden Innenelektroden IElO, IE20 und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik gebildet. Die erste Innenelektrode IElO und die dritte Innenelektrode IE20 weisen vorzugsweise die gleichen Flächen auf.
Ein zweiter Varistor V21 ist durch die in der ersten Ebene El nebeneinander angeordneten Innenelektroden IElO, IEIl und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik gebildet. Ein weiterer zweiter Varistor V25 ist durch die in der zweiten Ebene E2 nebeneinander angeordneten Innenelektroden IE20, IE21 und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik gebildet.
Unter einem aktiven Volumen eines Varistors versteht man das Volumen eines zwischen zwei Elektroden angeordnetes Varistormaterials. Das aktive Volumen des ersten Varistors Vl ist zwischen den einander zugewandten Hauptflächen der Innenelektroden IElO und IE20 aufgespannt und beträgt mindestens 0,001 mm-3. Das aktive Volumen des zweiten Varistors V21 ist zwischen einander gegenüberliegenden Seitenflächen der ersten Innenelektrode IElO und der zweiten Innenelektrode IEIl aufgespannt. Das aktive Volumen des zweiten Varistors V21 ist deutlich - z. B. um mindestens eine Größenordnung, in einer bevorzugten Variante um mindestens zwei Größenordnungen - kleiner als das aktive Volumen des ersten Varistors Vl.
In Figur ID ist links eine Ansicht des Bauelements gemäß Figuren IA bis IC von oben, in der Mitte die Draufsicht auf die erste Seitenfläche und rechts die Draufsicht auf die zweite Seitenfläche des Bauelements gezeigt. Die Außenkontakte 1, 2, 3 gehen über die jeweilige Seitenfläche hinaus und sind teilweise auf einer Hauptfläche (vorzugsweise Unterseite) des Grundkörpers angeordnet, wobei sie zur Oberflächenmontage geeignete elektrische Anschlüsse des Bauelements bilden.
In diesem Beispiel sind die mit dem gleichen elektrischen Potential verbundenen Innenelektroden IEIl und IE21 übereinander angeordnet . In einer Variante der Erfindung ist es möglich, dass diese Elektroden gegeneinander lateral versetzt sind.
Es ist vorteilhaft, wenn die erste und die dritte Innenelektrode IElO, IE20 an die auf den einander gegenüberliegenden Seitenflächen angeordneten Außenkontakte angeschlossen sind. Möglich ist aber auch, die Innenelektroden IElO, IE20 an die Außenkontakte anzuschließen, die auf den zueinander senkrecht angeordneten Seitenflächen oder auf der gleichen Seitenfläche angeordnet sind.
Alle Außenkontakte des Bauelementes können wie in Figur 3D auf einander gegenüberliegenden ersten Seitenflächen des Bau- elements angeordnet sein, wobei die senkrecht dazu stehenden zweiten Seitenflächen des Grundkörpers frei von Außenkontakten sind. Möglich ist aber auch, dass alle Seitenflächen des Grundkörpers, wie in der Variante gemäß Figur 2D, mit Außenkontakten belegt sind.
In Figur 2A ist eine weitere Variante der Erfindung gezeigt, bei der in der ersten Ebene El die erste Innenelektrode IElO zwischen zwei zweiten Innenelektroden IEIl, IE12 und in der zweiten Ebene E2 die dritte Innenelektrode IE20 zwischen zwei vierten Innenelektroden IE21, IE22 angeordnet ist. Der erste Varistor Vl und die zweiten Varistoren V21, V25 sind hier und in der in Figuren 3A bis 3E vorgestellten Variante wie in Figuren IA bis IE gebildet .
In der Ebene El ist ein weiterer zweiter Varistor durch die Innenelektroden IElO, IE12 und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik gebildet. In der zweiten Ebene E2 ist ein weiterer zweiter Varistor durch die Innenelektroden IE20, IE22 und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik gebildet.
In den Figuren 3A bis 3D sind verschiedene Ansichten eines weiteren Varistorbauelements gezeigt, das insgesamt acht zweite Varistoren umfasst. Figur 3A zeigt dieses Bauelement in einem schematischen Querschnitt entlang der Linie A-A1. Figuren 3B, 3C zeigen die Draufsicht auf die erste El bzw. zweite E2 Ebene E2 des Bauelements . In der ersten Ebene El ist eine erste Innenelektrode IElO und vier zweite Innenelektroden IEIl, IE12, IE13 und IE14 angeordnet. Die erste Innenelektrode IElO ist dabei in der Ebene El mittig zwischen zwei Gruppen zweiter Innenelektroden angeordnet. In der zweiten Ebene E2 ist eine dritte Innenelektrode IE20 und vier vierte Innenelektroden IE21, IE22, IE23 und IE24 angeordnet. Die dritte Innenelektrode IE20 ist dabei in der Ebene E2 mittig zwischen zwei Gruppen vierter Innenelektroden angeordnet.
Die zweiten Varistoren sind in der ersten Ebene El durch jeweils eine zweite Innenelektrode, die ihr gegenüberliegende Seitenfläche der ersten Innenelektrode IElO und die dazwischen angeordneten Varistorkeramik gebildet . Die weiteren zweiten Varistoren sind in der zweiten Ebene E2 durch jeweils eine vierte Innenelektrode, die ihr gegenüberliegende Seitenfläche der dritten Innenelektrode IE20 und die dazwischen angeordneten Varistorkeramik gebildet .
In der Figur 3E ist das Ersatzschaltbild des in den Figuren 3A bis 3D vorgestellten Bauelements gezeigt. Der erste Varistor Vl ist zwischen den Außenkontakten 2 und 5 geschaltet. Der Außenkontakt 2 ist auf Masse gelegt. Alle zweite Varistoren V21 bis V28 sind an den Außenkontakt 2 angeschlossen. Der durch die Innenelektroden IElO und IEIl definierte zweite Varistor V21 ist an den Außenkontakt 1 angeschlossen. Der durch die Innenelektroden IElO und IE12 definierte zweite Varistor V22 ist an den Außenkontakt 3 angeschlossen. Der durch die Innenelektroden IElO und IE13 definierte zweite Varistor V23 ist an den Außenkontakt 4 und der durch die Innenelektroden IElO und IE14 definierte zweite Varistor V24 an den Außenkontakt 6 angeschlossen. Die weiteren zweiten Varistoren V25 bis V28 sind entsprechend den zweiten Varistoren V21 bis V24 in der zweiten Ebene E2 des Bauelements ausgebildet .
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in dieser Schrift gezeigten Ausführungsbeispiele oder die Anzahl der dargestellten Elemente beschränkt. Es ist möglich, das durch die erste und die dritte Innenelektrode gebildete Elektrodenpaar in den entsprechenden Metallisierungsebenen beliebig anzuordnen. Es ist möglich, die erste oder die dritte Innenelektrode in zwei vorzugsweise flächenmäßig gleiche Teilelektroden aufzuteilen und diese Teilelektroden an jeweils einen eigenen elektrischen Außenkontakt anzuschließen.
Bezugszeichenliste
GK Grundkörper
El erste Ebene
E2 zweite Ebene
IElO erste Innenelektrode
IEIl, IE12, IE13, IE14 zweite Innenelektroden
IE20 dritte Innenelektrode
IE21, IE22, IE23, IE24 vierte Innenelektroden
Vl erster Varistor
V2j zweite Varistoren, j=l bis 8
1 bis 6 Außenkontakte

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisches Bauelement, bei dem durch zwei überlappende Innenelektroden (IElO, IE20) und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik ein erster Varistor (Vl) gebildet ist, und bei dem durch zwei in einer Ebene liegenden Innenelektroden (IElO, IEIl) und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik ein zweiter Varistor (V21) gebildet ist.
2. Bauelement nach Anspruch 1,- mit einem Grundkörper (GK) , an dessen Seitenflächen Außenkontakte (1, 2, 3, 4) angeordnet sind, mit im Grundkörper (GK) angeordneten, an die Außenkontakte (1, 2, 3, 4) angeschlossenen Innenelektroden (IElO, IEIl, IE20), wobei eine erste Innenelektrode (IElO) und eine zweite Innenelektrode (IEIl) in einer ersten Ebene (El) nebeneinander angeordnet sind, wobei eine mit der ersten Innenelektrode (IElO) überlappende dritte Innenelektrode (IE20) in einer zweiten Ebene (E2) angeordnet ist, wobei der erste Varistor (Vl) durch die erste Innenelektrode (IElO) , die dritte (IE20) Innenelektrode und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik gebildet ist, wobei der zweite Varistor (V21) durch die erste Innenelektrode (IElO) , die zweite Innenelektrode (IEIl) und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik gebildet ist.
3. Bauelement nach Anspruch 2, mit weiteren zweiten Innenelektroden (IEIl, IE12, IE14) , wobei zweite Varistoren (V22, V23, V24) jeweils durch die erste Innenelektrode (IElO) , eine der weiteren zweiten Innenelektrode (IEIl) und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik gebildet sind.
4. Bauelement nach Anspruch 3 , wobei der Abstand zwischen zwei zweiten Innenelektroden (IE12, IE13) mindest doppelt so groß ist wie der Abstand zwischen der ersten Innenelektrode (IElO) und einer jeden der zweiten Innenelektroden (IEIl, IE12, IE13, IE14) .
5. Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, mit einer vierten Innenelektrode (IE21) , die neben der dritten Innenelektrode (IE20) angeordnet ist, wobei ein weiterer zweiter Varistor (V25) durch die vierte Innenelektrode (IE21) , die dritte Innenelektrode (IE20) und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik gebildet ist .
6. Bauelement nach Anspruch 5, mit weiteren vierten Innenelektroden (IE21, IE22, IE23, IE24) , wobei weitere zweite Varistoren (V25, V26, V27, 28) jeweils durch die dritte Innenelektrode (IE20) , eine der weiteren vierten Innenelektroden (IE22, IE23, IE24) und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik gebildet sind.
7. Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei zwischen der ersten und der dritten Innenelektrode (IElO, IE20) ein aktives Varistorvolumen von mindestens 0,001 mm3 aufgespannt ist.
8. Bauelement nach Anspruch 7, wobei der Abstand zwischen der ersten und der zweiten In- nenelektrode (IElO, IEIl) mindestens 20 μm beträgt.
9. Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die erste Innenelektrode (IElO) eine gegenüber der zweiten Innenelektrode (IEIl) größere Fläche aufweist.
10.Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die erste Innenelektrode (IElO) in der ersten Ebene (El) mittig angeordnet ist.
11.Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die erste oder die dritte Elektrode (IElO, IE20) an Masse angeschlossen ist.
12.Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei die Varistorkeramik aus ZnO-Bi oder ZnO-Pr besteht.
13. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Varistorspannung zwischen den nebeneinander liegenden Innenelektroden (IE20, IE21) bei einer Strombelastung von 1 mA maximal 500 V beträgt.
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