WO2014135340A1 - Kondensatoranordnung - Google Patents

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WO2014135340A1
WO2014135340A1 PCT/EP2014/052545 EP2014052545W WO2014135340A1 WO 2014135340 A1 WO2014135340 A1 WO 2014135340A1 EP 2014052545 W EP2014052545 W EP 2014052545W WO 2014135340 A1 WO2014135340 A1 WO 2014135340A1
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WO
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contact
capacitor
ceramic
electrode layers
capacitor arrangement
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PCT/EP2014/052545
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French (fr)
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Günter Engel
Michael Schossmann
Markus Koini
Andrea Testino
Christian Hoffmann
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Epcos Ag
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Priority to US14/767,015 priority patent/US9905363B2/en
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    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/30—Stacked capacitors

Definitions

  • Capacitors in high power applications such as AC / DC or DC / DC converters, require high levels of power
  • Capacitor region comprising dielectric layers and arranged between the layers inner electrodes, wherein the heating element and the capacitor region are thermally conductively connected to each other, for example, to operate the capacitor at a temperature at which the
  • Power density is as high as possible.
  • At least one object of certain embodiments is to provide a capacitor arrangement with at least one ceramic multilayer capacitor.
  • Capacitor assembly a ceramic multilayer capacitor and a contact arrangement through which the
  • Multilayer capacitor is electrically contacted.
  • the capacitor arrangement can be used, for example, as
  • the ceramic multilayer capacitor has a main body.
  • the base body has a cuboid shape.
  • the main body comprises dielectric layers that run along one
  • Layer stacking direction are arranged to form a stack.
  • the dielectric layers are preferably formed as ceramic layers.
  • the base body comprises first and second electrode layers, which are arranged between the ceramic layers.
  • a first and a second electrode layer may be arranged in a same layer plane spaced from each other.
  • the first and second electrode layers may be arranged in a same layer plane spaced from each other.
  • Electrode layers may be arranged in each case in different layer planes of the stack.
  • the base body comprises a first external contact.
  • the external contact is preferably arranged on a first side surface of the main body and electrically conductively connected to the first electrode layers.
  • the first electrode layers Preferably, the first
  • Electrode layers are directly adjacent to the first
  • the first electrode layers preferably extend to the first side surface.
  • the main body has a second
  • External contact which is arranged on a first side surface opposite the second side surface of the base body and is electrically conductively connected to the second electrode layers.
  • the second electrode layers are directly electrically conductively connected to the second external contact, that is, the first electrode layers are directly adjacent to the first
  • the second electrode layers preferably extend to the second side surface.
  • Multilayer capacitor is arranged, wherein the first and the second external contact in each case with one of
  • the metallic contact plates is electrically connected.
  • the metallic contact plates are not part of the ceramic multilayer capacitor. Rather, one or more sintered and with external contacts
  • the metallic contact plates comprise copper.
  • the metallic contact plates comprise copper.
  • the metallic lattices may in particular be copper lattices.
  • the copper grids which may be designed in particular as fine-meshed copper grids, may preferably serve as compensation layers between the sputtered capacitor parts, that is to say the external contacts, and the metallic contact plates. This may be advantageous, for example, if the at least one ceramic
  • Capacitor assembly further comprises at least two housing parts, between which the contact arrangement and the ceramic multilayer capacitor are arranged.
  • the housing parts may for example be formed from a ceramic or a plastic and for the protection and / or encapsulation of the at least one ceramic multilayer capacitor
  • Housing parts and at least one screw wherein the housing parts press by means of the screw, the contact plates to the outer contacts.
  • the Housing parts in an assembled form have a parallelepiped shape, wherein the capacitor arrangement two
  • the metallic contact plates can be soldered to the outer contacts of the at least one ceramic multilayer capacitor.
  • a standard solder or preferably also a solder which has nanosilver.
  • nano silver is a silver powder with a middle
  • the metallic contact plates can in particular to the outer contacts of the at least one ceramic
  • the Klemm. réelle and the LotCountierung can be provided with metallic lattices and without metallic grid between the outer contacts and the contact plates. According to a further embodiment, the
  • Capacitor assembly a plurality of ceramic
  • Capacitor assembly required capacity the more items are combined. In other words, depending on the required capacity of the capacitor arrangement a desired number of ceramic
  • the individual ceramic multilayer capacitors may have, for example, a standardized size.
  • Width B up B denotes the spatial extent of the main body of the multilayer capacitor along the
  • the base body has a height H perpendicular to the first side surface.
  • the height H can thus be considered a spatial extension of the body
  • the height H is also perpendicular to the second side surface of the base body. Furthermore, the main body perpendicular to the height H and perpendicular to
  • L / B > 1, preferably L / B ⁇ 5, more preferably L / B ⁇ 3.5.
  • Multilayer capacitor approximately with a capacitance between
  • the main body has third electrode layers which are not electrically conductive with either the first or the second external contact
  • the third electrode layers are connected.
  • the third electrode layers with no external contact electrically connected.
  • the third electrode layers can be referred to here and below as free electrodes ("floating electrodes").
  • the third electrode layers overlap with the first electrode layers.
  • the third electrode layers each have at least one subregion, which could be brought into coincidence with at least one subregion of the first electrode layers in the case of a mental projection in the layer stacking direction of the stack.
  • first and a second electrode layer may be arranged in a same layer plane of the base body spaced from each other and each overlap with at least one third electrode, which is arranged in a further layer plane.
  • Electrode layers that is, the use of internal serial electrodes, advantageously causes an increase in the breakdown field strength, which is conducive to the robustness and reliability of the multilayer capacitor. Furthermore, this allows a reduction in the dielectric layer thickness, that is to say the layer thickness of the ceramic layers, as a result of which an increase in the cross-section of an electrode layer per volume of ceramic and thus an improvement in the ESR value and a
  • the ceramic layers have a layer thickness between 3 ⁇ m and 200 ⁇ m. According to a further preferred embodiment, the ceramic layers have a layer thickness between 10 ym and 100 ym. Particularly preferred are the ceramic
  • Layers have a layer thickness of approximately 25 ym.
  • the electrode layers have a layer thickness between 0.1 .mu.m and 10 .mu.m. According to a preferred embodiment, the
  • Electrode layers have a layer thickness between 1 ym and 4 ym. Particularly preferably, the electrode layers have a layer thickness of approximately 3.5 ⁇ m.
  • the base body has at least ten ceramic layers. According to a further embodiment, the base body has at least ten first electrode layers. According to a further embodiment, the base body has at least ten second ones
  • the following relationship applies to the number of first electrode layers provided in the main body and the width B of the main body: ratio of the number of first electrode layers to the width
  • the base body has at least ten first electrode layers per mm width.
  • the main body preferably has at least ten second electrode layers per mm width.
  • Electrode layers on a base metal Preferably, the electrode layers comprise copper. According to one preferred embodiment, the electrode layers consist of copper. Especially after the sintering of the
  • the electrode layers may consist of pure copper. Due to the high thermal and electrical conductivity of copper, a particularly low ESR value can be achieved in the multilayer capacitor described here. Furthermore, by the use of base metals advantageously the manufacturing process of the multilayer capacitor can be cheapened.
  • first and second side surfaces, on which the outer contacts are applied are surface-treated.
  • first and second side surfaces may be lapped.
  • a particularly good contact between the outer contacts and the first and second electrode layers can be achieved.
  • a particularly good contact between the outer contacts and the first and second electrode layers can be achieved.
  • Electrode layers process technology can be safely brought to the surface of the body.
  • the outer contacts can then without Einbrand a gas flow, for example, with a standard
  • the first and the second external contact each have at least a first Sputter für, wherein the first sputtering layers are in direct contact with the first or second electrode layers.
  • the first and the second external contact each have at least a first Sputter für, wherein the first sputtering layers are in direct contact with the first or second electrode layers.
  • the first sputtering layers are in direct contact with the first or second electrode layers.
  • Electrode layers from the body is.
  • a first layer may be applied, which in direct contact with
  • the sputter layers may have, for example, a layer thickness between 0.1 ⁇ m and 1.5 ⁇ m.
  • the first layers comprise chromium or consist of chromium.
  • the first and the second external contact each have a second sputtering layer, wherein the second layers are preferably applied directly to the first layers.
  • the second layers preferably comprise copper or nickel or consist of copper or nickel.
  • the first and the second external contact each have a third sputtering layer, wherein the third sputtered layers are preferably applied directly to the second sputtering layers.
  • the third sputter layers are preferably gold or gold.
  • the third sputter layers are preferably gold or gold.
  • Sputter layers also have silver or consist of silver.
  • the external contacts can have, for example, sputtered layers with a Cr / Cu / Au or a Cr / Cu / Ag or a Cr / Ni / Ag or a Cr / Ni / Ag, wherein the sputter layer stacks are in direct contact with the first and second electrode layers, respectively.
  • the ceramic layers comprise a ceramic material, for which the following formula applies:
  • a particularly Zr-rich PZT mixed crystal phase is selected from the phase diagram.
  • the condition b + d + e + f> 0 determines that in the ceramic material in addition to a dopant from the
  • Metals such as silver or copper, possible. Also owns the ceramic material compared to the only doped by group A PZT material, a higher switching field strength and / or higher relative permittivity (dielectric constant). In addition, low sintering temperatures favor the formation of small grain sizes of the ceramic material, which causes the
  • Dielectric properties favorably influenced. More specifically, the dielectric properties of PZT ceramics are generally also determined by the domain size. By domains one understands areas in the ceramic with same
  • the domain size is dependent on the grain size. The number of domains per grain increases
  • the doped lead zirconate titanate ceramic has a perovskite lattice, which can be described by the general formula ABO 3 , where A stands for the A-sites and B for the B-sites of the perovskite lattice.
  • A stands for the A-sites
  • B for the B-sites of the perovskite lattice.
  • the perovskite lattice is characterized by a high tolerance
  • the perovskite structure of lead zirconate titanate (PZT) can be described by the general formula ABO 3 .
  • Element cell of the PZT crystal lattice can be described by a cube.
  • the A-sites are by Pb 2+ ions
  • a 0 2 " ion is placed in the middle of each cube area, with a Ti 4+ ion and a Zr 4+ ion (B sites) in the center of the cube Substitution of metal ions by other metal ions and defects, which is why they can be well doped.
  • the highly symmetrical coordination polyhedron may be distorted. This distortion can change the center of symmetry of the crystal and thus affect the polarizability.
  • the various possibilities of doping can be classified by the valence of the doping ion.
  • the isovalent doping, ie the replacement of an ion by another ion of equal valence, does not affect any vacancies in the ceramic material.
  • Cation lattice The doping with acceptors and donors leads in each case to characteristic changes in the material properties. Acceptor doped ceramics are also referred to as "hard”, donor doped ceramics as “soft” ceramics. A doping, for example with Nd 3+ (or another
  • Rare earth element from group A on the A sites represents a donor doping. Due to the ionic radius of neodymium, this is incorporated on the Pb 2+ sites.
  • a doping for example, with K + or Fe 3+ , on the A and B sites, respectively, represents an acceptor doping. Due to the ionic radius of potassium, this is incorporated on the Pb 2+ sites, while Fe 3+ is incorporated on the Pb 2+ sites Zr 4+ or Ti 4+ sites
  • the charge equalization is carried out by
  • Doping is dependent. Small amounts of doping contribute to grain growth, whereas excessive amounts of doping ions can inhibit grain growth.
  • 0.1 -S x -S 0.2 since in this range the polarization curves better
  • B is
  • the material properties are influenced particularly advantageous, in particular the
  • the relative permittivity at an electric field strength of 1 kV / mm, preferably 2 kV / mm, is at least 60% of the relative permittivity at an electric field strength of 0 kV / mm. More preferably, the relative permittivity
  • the measurements are preferably carried out at a temperature of the ceramic material of 125 ° C.
  • the ceramic material has a relative permittivity of at least 500, preferably at least 1500, at an electric field strength of 1 kV / mm, preferably 2 kV / mm
  • the ceramic material has an electric field strength of 2 to 5 kV / mm, preferably 1 kV / mm to 10 kV / mm, a relative permittivity of at least 500, preferably at least 1500.
  • the measurements are preferably at a temperature of the ceramic material of 125 ° C performed.
  • the measurement of the polarization hysteresis is a
  • Hysteresis loop is measured point by point.
  • polarization measurements can be carried out using the TF Analyzer 2000 from aixACCT Systems GmbH.
  • the ceramic material is an antiferroelectric dielectric.
  • the base material PZT is preferably used from the antiferroelectric-orthorhombic phase region (O-phase).
  • the antiferroelectric order is characterized by an overlay of several polar sublattices whose electric dipole moments cancel each other out. An antiferroelectric crystal thus has no spontaneous polarization, but special dielectric
  • Antiferroelectric on it behaves initially as a linear dielectric. From a certain critical
  • Double hysteresis loop Double hysteresis loop.
  • Antiferroelectric ceramic materials have less pronounced polarization field strength hysteresis compared to ferroelectric ceramic materials. This leads to lower energy losses when used in capacitors. For this reason, the use of
  • antiferroelectric ceramic materials are preferred.
  • the ceramic precursors (precursor) transferred become.
  • spray-drying and spray-freezing granulation with subsequent freeze-drying are available.
  • the precursors are then pyrolyzed to the oxides. Powders prepared in this way can be deagglomerated with little effort and conditioned for further processing.
  • the structure conveys an improved possibility of process control via the relatively short electrode layers in the lateral direction, as a result of which, as a consequence, also in terms of volume, relative to conventional multilayer capacitors, large
  • Ceramic parts are possible. Furthermore, in the case of a capacitor arrangement described here, synergy effects arise from the described arrangement of the electrode layers and the selected ceramic material of the ceramic layers and the structure of the contact arrangement, which have a positive effect on the ESR value, the ESL value and the mechanical and thermal properties
  • Electrodes can take (geometry effect) together with the thermal stability of the insulation resistance
  • Capacitor arrangement can be created, which had a capacity of 30.5 ⁇ at 350 V. Furthermore, the
  • Capacitor arrangement according to the invention an ESR of 0.5 mQ, which corresponds to a product of ESR and capacity of about 15 ⁇ . Furthermore, an ESL of 10 nH, a net power density derived of 5.5 ⁇ / cm 3 , a
  • Loss angle of 0.5% Compared with the characteristics of other technologies such as film capacitors, aluminum capacitors and conventional multilayer capacitors show that previously unattained capacitor values are possible with the capacitor arrangement described here.
  • Capacitance values are needed to compensate for ripple voltages. Smaller capacity values do the same
  • capacitor arrangement can be realized significantly more cost-effectively with the same function compared to conventional technologies.
  • Figure 1 is a schematic representation of a
  • Figure 2 is a schematic representation of a ceramic
  • FIGS 3 to 7 are schematic representations of
  • identical, identical or identically acting elements can each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are not to be regarded as true to scale, but rather individual elements, such as layers, components, components and areas may be exaggerated in size for ease of illustration and / or understanding.
  • FIG. 1 shows a capacitor arrangement 10 according to FIG.
  • the capacitor arrangement 10 has a ceramic multilayer capacitor 1 in a contact arrangement 7.
  • the multilayer capacitor 1 comprises a main body 2, which has a cuboid shape with six side surfaces.
  • the base body 2 has ceramic layers 3 and first and second arranged between the ceramic layers 3
  • Layers 3 and the electrode layers 41, 42 are arranged along a layer stacking direction S to form a stack.
  • the main body 2 has at least 10 first and at least 10 second electrode layers 41, 42.
  • the ceramic layers 3 are shown in FIG.
  • Embodiment a layer thickness of about 25 ⁇ .
  • the electrode layers 41, 42 have a layer thickness of about 3.5 ⁇ .
  • the ceramic layers 3 and the electrode layers 41, 42 may also have different layer thicknesses.
  • the electrode layers are shown in the figure
  • Embodiment copper on As a result, it can be achieved, on the one hand, that the multilayer capacitor 1 has the smallest possible ESR value, and, on the other hand, the manufacturing process of the multilayer capacitor 1 can be made cheaper.
  • the multilayer capacitor 1 also has a first one
  • External contact 52 which is arranged on an opposite second side surface 62 of the base body 2, on.
  • the first electrode layers 41 are electrically conductively connected to the first external contact 51 and the second electrode layers 42 are electrically conductively connected to the second external contact 52.
  • Side surfaces 61, 62 are surface-treated, wherein the surface treatment is preferably carried out prior to the application of the external contacts 51, 52.
  • the first and second side surfaces 61, 62 may preferably be lapped or alternatively also be scrubbed, ground or plasma etched.
  • a first and a second electrode layer 41, 42 are arranged at a distance from one another in a same plane.
  • This plane is formed by a layer plane that is perpendicular to
  • Layer stacking direction S of the stack is formed. Between the first electrode layers 41 and the second
  • Electrode layers 42 is a so-called gap, that is to say a gap.
  • This gap represents a region between a first electrode layer 41 and a second electrode layer 42 in the layer plane, in which no electrode layers are arranged.
  • the first and second electrode layers 41, 42 are each arranged in different layer planes.
  • the main body 2 also has third electrode layers 43 which are not connected to either the first or the second
  • the third electrode layers 43 overlap both with the first and with the second electrode layers 41, 42, that is, the third electrode layers 43 each have at least a partial area, which in a mental projection in the stacking direction S of the stack with
  • both the first and the second electrode layers 41, 42 could be made to coincide.
  • the first and second electrode layers 41, 42 are respectively disposed in different layer planes, it is possible that the first and second electrode layers 41, 42 overlap with each other.
  • the first and second outer contacts 51, 52 each have a multilayer sputtered layer, which is applied directly to the base body 2.
  • the external contacts in the embodiment shown are each by a Cr / Cu / Au or Cr / Cu / Ag or Cr / Ni / Au or
  • the contact arrangement 7 has two metallic contact plates 70, between which the ceramic multilayer capacitor 1 is arranged.
  • the outer contacts 51, 52 are each electrically conductively connected to one of the metallic contact plates 70.
  • the electrical contact is in the embodiment of Figure 1 by a direct
  • External contacts 51, 52 produced. Other types of electrical contact between the external contacts 51, 52 and the contact plates 70 are described in connection with the embodiments of Figures 3 to 6.
  • the metallic contact plates have in particular copper, particularly preferably passivated copper with Ag and / or Au.
  • Electrode layers and the ceramic layers is increased, in the contact arrangement 10 shown here, a plurality of ceramic multilayer capacitors 1 between the metallic contact plates 70 of the contact arrangement 7 can be arranged. This does not require the
  • ceramic multilayer capacitor 1 itself to increase, thereby reducing processing risks and also in the
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a ceramic multilayer capacitor which has a structure like the multilayer capacitor 1 described in connection with FIG. 1 in conjunction with an advantageous geometric design
  • Embodiment has.
  • the main body 2 of the ceramic multilayer capacitor 1 has a width B along the layer stacking direction S.
  • B denotes the extent of the
  • Base body 2 in the direction parallel to the layer stacking direction S.
  • at least 10 first electrode layers and at least 10 second electrode layers are provided in the base body 2 per mm width B of the main body.
  • main body 2 is perpendicular to the first
  • the main body 2 thus has perpendicular to the first side surface 51 an extent corresponding to the height H. Furthermore, the main body 2 is perpendicular to the height H and perpendicular to
  • Layer stacking direction S on a length L which corresponds to the extension of the base body 2 perpendicular to the layer stacking direction and perpendicular to the height H.
  • the base body 2 has a width B of approximately 2.5 mm, a height H of approximately 7.0 mm and a length L of approximately 7.0 mm. So that's it
  • the ratio L / B is about 2.8 and the ratio L / H is about 1.0.
  • the multilayer capacitor 1 according to the one shown
  • Embodiment is characterized in particular by a low ESR value, a low ESL value and a high mechanical and thermal robustness.
  • Multilayer capacitor 1 can be produced inexpensively.
  • the ceramic multilayer capacitors 1 described in conjunction with FIGS. 1 and 2 may in particular comprise a ceramic material described above in the general part, in particular an antiferroelectric dielectric,
  • FIG. 3 shows a capacitor arrangement 11 according to a further embodiment, in which the
  • Multilayer capacitor 1 facing side of each of
  • metallic contact plates 70 has a metallic grid 71 in the form of a copper grid. Such, preferably fine-meshed copper grid can serve as a leveling layer between the sputtered outer contacts 51, 52 and the metallic contact plates 70.
  • Multilayer capacitor 1 is metallic
  • Contact plates 70 of the contact assembly 7 connected.
  • a solder layer with nanosilver that is to say silver powder having an average particle size of less than 1 ⁇ m and more than 50 nm
  • FIG. 4 shows a capacitor arrangement 12 according to a further exemplary embodiment, in which between the metallic contact plates 70 of the contact arrangement 7 and the outer contacts 51, 52 of the ceramic Multilayer capacitor 1 only a solder layer 72, as described for example in connection with Figure 3, is arranged without an additional metallic grid. Furthermore, the capacitor arrangement 12 has two housing parts 73, between which the contact arrangement 7 and the
  • the housing parts 73 may, for example, comprise or consist of a plastic and / or a ceramic material.
  • Figures 5 and 6 are fragmentary
  • Housing 73 together with at least one screw 74 form a clamping arrangement, so that the housing parts 73 press the contact plates 70 by means of at least one screw 74 to the outer contacts of the ceramic multilayer capacitor 1.
  • the housing parts 73 press the contact plates 70 by means of at least one screw 74 to the outer contacts of the ceramic multilayer capacitor 1.
  • Capacitor arrangements are created, which have a low ESL and ESR at the same time high mechanical and
  • the contact assembly 7 may be formed without metallic grid 71.
  • a capacitor arrangement 15 according to a further exemplary embodiment is in a three-dimensional form
  • the two superimposed clamped layers of ceramic multilayer capacitors for increasing the absolute value of the capacitance in a housing having two housing parts 73.
  • the ceramic multilayer capacitors can be electrically contacted inside the housing, the structure of the
  • Embodiments may be formed.
  • the housing parts 73 are each half-shell-shaped and have joined together a cuboid shape.
  • the housing parts 73 are screws 74 in corresponding receptacles of the housing parts 73rd

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Abstract

Es wird eine Kondensatoranordnung angegeben mit - zumindest einem keramischen Vielschichtkondensator (1), der einen Grundkörper (2) mit keramischen Schichten (3) und dazwischen angeordneten ersten und zweiten Elektrodenschichten (41, 42) sowie eine erste Außenkontaktierung (51) und eine zweite Außenkontaktierung (52) auf sich gegenüber liegenden Seitenflächen (61, 62) aufweist, wobei die erste Außenkontaktierung (51) mit den ersten Elektrodenschichten (41) und die zweite Außenkontaktierung (52) mit den zweiten Elektrodenschichten (42) elektrisch leitend verbunden sind, und - eine Kontaktanordnung (7) mit zwei metallischen Kontaktplatten (70), zwischen denen der zumindest eine keramische Vielschichtkondensator (1) angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Außenkontaktierung (51, 52) jeweils mit einer der metallischen Kontaktplatten ( 70 ) elektrisch leitend verbunden ist.

Description

Beschreibung
Kondensatoranordnung
Es wird eine Kondensatoranordnung mit zumindest einem
keramischen Vielschichtkondensator angegeben.
Kondensatoren in Hochleistungsanwendungen, beispielsweise als AC/DC- oder DC/DC-Wandler, benötigen eine hohe
Leistungsdichte .
In der Druckschrift WO 2011/085932 AI ist ein Kondensator beschrieben, der ein Heizelement sowie einen
Kondensatorbereich mit dielektrischen Schichten und zwischen den Schichten angeordneten Innenelektroden umfasst, wobei das Heizelement und der Kondensatorbereich thermisch leitend miteinander verbunden sind, um beispielsweise den Kondensator bei einer Temperatur betreiben zu können, bei der die
Leistungsdichte möglichst hoch ist.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Kondensatoranordnung mit zumindest einem keramischen Vielschichtkondensator anzugeben .
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem
unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine
Kondensatoranordnung einen keramischen Vielschichtkondensator sowie eine Kontaktanordnung auf, durch die der
Vielschichtkondensator elektrisch kontaktiert wird.
Die hier beschriebene Kondensatoranordnung kann
beispielsweise für Hochleistungsanwendungen geeignet sein. Die Kondensatoranordnung kann beispielsweise als
Filterelement bei einem AC/DC- oder DC/DC-Wandler eingesetzt werden . Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der keramische Vielschichtkondensator einen Grundkörper auf. Vorzugsweise weist der Grundkörper eine Quaderform auf. Der Grundkörper umfasst dielektrische Schichten, die entlang einer
Schichtstapelrichtung zu einem Stapel angeordnet sind. Die dielektrischen Schichten sind vorzugsweise als keramische Schichten ausgebildet. Weiterhin umfasst der Grundkörper erste und zweite Elektrodenschichten, die zwischen den keramischen Schichten angeordnet sind. Beispielsweise kann jeweils eine erste und eine zweite Elektrodenschicht in einer gleichen Schichtebene voneinander beabstandet angeordnet sein. Weiterhin können die ersten und zweiten
Elektrodenschichten jeweils in verschiedenen Schichtebenen des Stapels angeordnet sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Grundkörper eine erste Außenkontaktierung. Die Außenkontaktierung ist vorzugsweise auf einer ersten Seitenfläche des Grundkörpers angeordnet und mit den ersten Elektrodenschichten elektrisch leitend verbunden. Vorzugsweise sind die ersten
Elektrodenschichten direkt elektrisch leitend mit der ersten Außenkontaktierung verbunden, das heißt die ersten
Elektrodenschichten grenzen direkt an die erste
Außenkontaktierung an und sind unmittelbar mit der ersten Außenkontaktierung verbunden. Die ersten Elektrodenschichten reichen vorzugsweise bis zur ersten Seitenfläche.
Weiterhin weist der Grundkörper eine zweite
Außenkontaktierung auf, die auf einer der ersten Seitenfläche gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche des Grundkörpers angeordnet ist und mit den zweiten Elektrodenschichten elektrisch leitend verbunden ist. Vorzugsweise sind die zweiten Elektrodenschichten direkt elektrisch leitend mit der zweiten Außenkontaktierung verbunden, das heißt die ersten Elektrodenschichten grenzen direkt an die erste
Außenkontaktierung an und sind unmittelbar mit der ersten Außenkontaktierung verbunden. Die zweiten Elektrodenschichten reichen vorzugsweise bis zur zweiten Seitenfläche.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Kontaktanordnung zwei metallische Kontaktplatten auf,
zwischen denen der zumindest eine keramische
Vielschichtkondensator angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Außenkontaktierung jeweils mit einer der
metallischen Kontaktplatten elektrisch leitend verbunden ist. Die metallischen Kontaktplatten sind dabei nicht Bestandteil des keramischen Vielschichtkondensators . Vielmehr werden ein oder mehrere gesinterte und mit Außenkontaktierungen
versehene keramische Vielschichtkondensatoren zwischen den metallischen Kontaktplatten angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die metallischen Kontaktplatten Kupfer auf. Insbesondere können die
metallischen Kontaktplatten mit Silber und/oder Gold
passiviertes Kupfer aufweisen, also Kupferplatten, die mit einer Ag- und/oder Au-Beschichtung versehen sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Kontaktanordnung metallische Gitter zwischen den
Außenkontaktierungen und den Kontaktplatten auf. Insbesondere kann jeweils ein metallisches Gitter zwischen der ersten Außenkontaktierung und der die erste Außenkontaktierung elektrisch kontaktierenden Kontaktplatte sowie zwischen der zweiten Außenkontaktierung und der die zweite
Außenkontaktierung elektrisch kontaktierenden Kontaktplatte angeordnet sein. Die metallischen Gitter können insbesondere Kupfergitter sein. Die Kupfergitter, die insbesondere als feinmaschige Kupfergitter ausgebildet sein können, können bevorzugt als Ausgleichsschichten zwischen den gesputterten Kondensatorteilen, also den Außenkontaktierungen, und den metallischen Kontaktplatten dienen. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn der zumindest eine keramische
Vielschichtkondensator zwischen die metallischen
Kontaktplatten geklemmt oder mit diesen verlötet wird, wie im Folgenden beschrieben ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Kondensatoranordnung weiterhin zumindest zwei Gehäuseteile auf, zwischen denen die Kontaktanordnung und der keramische Vielschichtkondensator angeordnet sind. Die Gehäuseteile können beispielsweise aus einer Keramik oder einem Kunststoff gebildet sein und zum Schutz und/oder zur Kapselung des zumindest einen keramischen Vielschichtkondensators
vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Kondensatoranordnung eine Klemmvorrichtung auf, die die
Gehäuseteile und zumindest eine Schraube aufweist, wobei die Gehäuseteile mittels der Schraube die Kontaktplatten an die Außenkontaktierungen anpressen. Beispielsweise können die Gehäuseteile in einer zusammengebauten Form eine quaderartige Form aufweisen, wobei die Kondensatoranordnung zwei
Gehäuseteile aufweist, die jeweils halbschalenförmig
ausgebildet sind. Durch Schrauben entlang derjenigen
Seitenkanten der Gehäuseteile, die aneinander angrenzen, können die Gehäuseteile zusammengepresst werden, wodurch dann auch die darin angeordneten metallischen Kontaktplatten an den zumindest einen keramischen Vielschichtkondensator angepresst werden.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Klemmvorrichtung können die metallischen Kontaktplatten an die Außenkontaktierungen des zumindest einen keramischen Vielschichtkondensators angelötet sein. Hierzu kann ein Standardlot oder bevorzugt auch ein Lot verwendet werden, das Nanosilber aufweist. Als Nanosilber wird ein Silberpulver mit einer mittleren
Korngröße von weniger als 1 ym und mehr als 50 nm bezeichnet. Die metallischen Kontaktplatten können insbesondere an die Außenkontaktierungen des zumindest einen keramischen
Vielschichtkondensators bei Temperaturen von weniger als
300°C, erforderlichenfalls unter Ausübung eines uniaxialen Drucks, angelötet werden, was insbesondere mit Hilfe eines Lots mit Nanosilber möglich ist. Hierdurch kann eine
Lötverbindung erhalten werden, welche im weiteren
Verarbeitungsprozess einen stabilen elektrischen und
mechanischen Kontakt beibehält.
Die Klemmkontaktierung sowie auch die Lotkontaktierung kann mit metallischen Gittern und ohne metallische Gitter zwischen den Außenkontaktierungen und den Kontaktplatten vorgesehen sein . Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Kondensatoranordnung eine Mehrzahl von keramischen
Vielschichtkondensatoren zwischen den Kontaktplatten auf. Je größer die bei einer bestimmten Anwendung der
Kondensatoranordnung geforderte Kapazität ist, desto mehr Einzelteile werden zusammengefasst . Mit anderen Worten wird je nach erforderlicher Kapazität der Kondensatoranordnung eine gewünschte Anzahl von keramischen
Vielschichtkondensatoren zwischen den zwei metallischen
Kontaktplatten der Kontaktanordnung angeordnet. Hierdurch können die einzelnen keramischen Vielschichtkondensatoren beispielsweise eine standardisierte Größe aufweisen. Im Stand der Technik hingegen ist es bekannt, zur Erhöhung der
Kapazität eines keramischen Vielschichtkondensators dessen Größe zu erhöhen, um eine größere Anzahl von
Elektrodenschichten und keramischen Schichten im Grundkörper anordnen zu können. Je größer ein einzelnes solches
Bauelement ausgeführt wird, desto eher steigt das Risiko eines Bauteilausfalls sowohl in der Verarbeitung als auch in der Verwendungszeitperiode. Durch den hier beschriebenen Aufbau der Kondensatoranordnung können derartige Risiken sowie zusätzlich jene aus der Kunden-Verarbeitung gänzlich vermieden werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Grundkörper des keramischen Vielschichtkondensators entlang der
Schichtstapelrichtung der dielektrischen Schichten eine
Breite B auf. Dabei bezeichnet B die räumliche Ausdehnung des Grundkörpers des Vielschichtkondensators entlang der
Schichtstapelrichtung. Weiterhin weist der Grundkörper senkrecht zur ersten Seitenfläche eine Höhe H auf. Die Höhe H kann somit als räumliche Ausdehnung des Grundkörpers
senkrecht zur ersten Seitenfläche des Grundkörpers verstanden werden. Vorzugsweise verläuft die Höhe H auch senkrecht zur zweiten Seitenfläche des Grundkörpers. Des Weiteren weist der Grundkörper senkrecht zur Höhe H und senkrecht zur
Schichtstapelrichtung eine Länge L auf. Die Länge L
bezeichnet folglich die räumliche Ausdehnung des Grundkörpers in einer zur Breite B und zur Höhe H senkrechten Richtung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform gelten für die Maße B, H und L die folgenden Beziehungen:
- B/H > 0,2, bevorzugt B/H > 0,3, besonders bevorzugt
B/H > 1,0 oder sogar B/H * 0,35.
- L/B > 1, bevorzugt L/B < 5, besonders bevorzugt L/B < 3,5.
- L/H > 0,8, bevorzugt L/H > 1, besonders bevorzugt
L/H > 1,2.
Durch die hier angegebenen Verhältnisse zwischen der Breite B zur Höhe H des Grundkörpers kann bei einem hier beschriebenen keramischen Vielschichtkondensator das Verhältnis von
Zuführungsquerschnitt der Elektrodenschichten zum
Nutzquerschnitt, das heißt zu der die Kapazität bestimmenden Fläche, deutlich erhöht werden. Dadurch kann erreicht werden, dass der hier beschriebene keramische Vielschichtkondensator einen besonders geringen ESR-Wert („equivalent series
resistance", äquivalenter Serienwiderstand) aufweist.
Beispielsweise kann ein hier beschriebener keramischer
Vielschichtkondensator, etwa mit einer Kapazität zwischen
4 \iF und 10 ]iF , einen ESR zwischen 3 mQ und 5 mQ beim Betrieb bei einer Frequenz zwischen 100 kHz und 1 MHz aufweisen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Grundkörper dritte Elektrodenschichten auf, die weder mit der ersten noch mit der zweiten Außenkontaktierung elektrisch leitend
verbunden sind. Vorzugsweise sind die dritten Elektroden- schichten mit keiner Außenkontaktierung elektrisch leitend verbunden. Die dritten Elektrodenschichten können hier und im Folgenden auch als freie Elektroden („floating electrodes") bezeichnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform überlappen die dritten Elektrodenschichten mit den ersten Elektrodenschichten. In anderen Worten weisen die dritten Elektrodenschichten jeweils zumindest einen Teilbereich auf, der bei einer gedanklichen Projektion in Schichtstapelrichtung des Stapels mit zumindest einem Teilbereich der ersten Elektrodenschichten zur Deckung gebracht werden könnte. Weiterhin können die dritten
Elektrodenschichten mit den zweiten Elektrodenschichten überlappen. Beispielsweise können jeweils eine erste und eine zweite Elektrodenschicht in einer gleichen Schichtebene des Grundkörpers voneinander beabstandet angeordnet sein und jeweils mit zumindest einer dritten Elektrode, die in einer weiteren Schichtebene angeordnet ist, überlappen. Die Verwendung von ersten, zweiten und freien dritten
Elektrodenschichten, das heißt die Verwendung von seriellen Innenelektroden, bewirkt vorteilhafterweise eine Erhöhung der Durchbruchfeidstärke, was sich förderlich für die Robustheit und die Zuverlässigkeit des Vielschichtkondensators auswirkt. Weiterhin wird dadurch eine Absenkung der dielektrischen Schichtstärke, das heißt der Schichtdicke der keramischen Schichten, ermöglicht, woraus sich als Folge eine Erhöhung des Querschnittes einer Elektrodenschicht pro Volumen Keramik und somit eine Verbesserung des ESR-Wertes und eine
Verbesserung der Stromtragfähigkeit des Bauteils für
Anwendungsströme ergibt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die keramischen Schichten eine Schichtdicke zwischen 3 ym und 200 ym auf. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die keramischen Schichten eine Schichtdicke zwischen 10 ym und 100 ym auf. Besonders bevorzugt weisen die keramischen
Schichten eine Schichtdicke von in etwa 25 ym auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Elektrodenschichten eine Schichtdicke zwischen 0,1 ym und 10 ym auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die
Elektrodenschichten eine Schichtdicke zwischen 1 ym und 4 ym auf. Besonders bevorzugt weisen die Elektrodenschichten eine Schichtdicke von in etwa 3,5 ym auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Grundkörper zumindest zehn keramische Schichten auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Grundkörper zumindest zehn erste Elektrodenschichten auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Grundkörper zumindest zehn zweite
Elektrodenschichten auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform gilt für die Anzahl der im Grundkörper vorgesehenen ersten Elektrodenschichten und die Breite B des Grundkörpers folgende Beziehung: Verhältnis der Anzahl der ersten Elektrodenschichten zur Breite
B > 10/mm. In anderen Worten weist der Grundkörper pro mm Breite mindestens zehn erste Elektrodenschichten auf.
Weiterhin weist der Grundkörper vorzugsweise pro mm Breite mindestens zehn zweite Elektrodenschichten auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die
Elektrodenschichten ein unedles Metall auf. Vorzugsweise weisen die Elektrodenschichten Kupfer auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Elektrodenschichten aus Kupfer. Insbesondere nach der Versinterung des
Vielschichtkondensators können die Elektrodenschichten aus reinem Kupfer bestehen. Aufgrund der hohen thermischen sowie elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer kann bei dem hier beschriebenen Vielschichtkondensator ein besonders kleiner ESR-Wert erzielt werden. Weiterhin kann durch die Verwendung unedler Metalle vorteilhafterweise der Herstellungsprozess des Vielschichtkondensators verbilligt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die ersten und zweiten Seitenflächen, auf denen die Außenkontaktierungen aufgebracht sind, oberflächenbehandelt. Besonders bevorzugt können die ersten und zweiten Seitenflächen geläppt sein. Weiterhin ist es auch möglich, dass die ersten und zweiten
Seitenflächen geschliffen, gescheuert oder plasmageätzt sind. Mittels der oberflächenbehandelten Seitenflächen kann
vorteilhafterweise ein besonders guter Kontakt zwischen den Außenkontaktierungen und den ersten beziehungsweise zweiten Elektrodenschichten erreicht werden. Insbesondere kann mittels der Oberflächenbehandlung der ersten und zweiten Seitenflächen zwischen einzelnen ersten Elektrodenschichten beziehungsweise zwischen einzelnen zweiten
Elektrodenschichten vorhandenes Keramikmaterial
zurückgenommen werden, so dass die ersten und zweiten
Elektrodenschichten prozesstechnisch sicher an die Oberfläche des Grundkörpers gebracht werden können. Beispielsweise können die Außenkontaktierungen dann ohne Einbrand eines Gasflusses, beispielsweise mit einem standardmäßigen
Sputterprozess , aufgebracht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die erste und die zweite Außenkontaktierung jeweils zumindest eine erste Sputterschicht auf, wobei die ersten Sputterschichten in direktem Kontakt mit den ersten oder zweiten Elektrodenschichten stehen. Vorzugsweise ist auf der ersten
Seitenfläche des Grundkörpers eine erste Schicht aufgebracht, die in direktem Kontakt mit Austrittsflächen der ersten
Elektrodenschichten aus dem Grundkörper steht. Ebenso kann auf der zweiten Seitenfläche des Grundkörpers eine erste Schicht aufgebracht sein, die in direktem Kontakt mit
Austrittsflächen der zweiten Elektrodenschichten aus dem Grundkörper steht. Die Sputterschichten können beispielsweise eine Schichtdicke zwischen 0,1 μιη und 1,5 μιη aufweisen.
Vorzugsweise weisen die ersten Schichten Chrom auf oder bestehen aus Chrom. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die erste und die zweite Außenkontaktierung jeweils eine zweite Sputterschicht auf, wobei die zweiten Schichten vorzugsweise direkt auf den ersten Schichten aufgebracht sind. Die zweiten Schichten weisen vorzugsweise Kupfer oder Nickel auf oder bestehen aus Kupfer oder Nickel.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die erste und die zweite Außenkontaktierung jeweils eine dritte Sputterschicht auf, wobei die dritten Sputterschichten vorzugsweise direkt auf den zweiten Sputterschichten aufgebracht sind. Die dritten Sputterschichten weisen vorzugsweise Gold auf oder bestehen aus Gold. Alternativ können die dritten
Sputterschichten auch Silber aufweisen oder aus Silber bestehen .
Insbesondere können die Außenkontaktierungen beispielsweise Sputterschichten mit einer Cr/Cu/Au- oder einer Cr/Cu/Ag- oder einer Cr/Ni/Ag- oder einer Cr/Ni/Ag- aufweisen, wobei die Sputterschichtenstapel in direktem Kontakt mit den ersten bzw. den zweiten Elektrodenschichten stehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die keramischen Schichten ein Keramikmaterial auf, für das folgende Formel gilt :
Pb (i-i, 5a-0, 5b+l, 5d+e+0, 5f) AaBb (Zri_xTix) i_c_d_e_fLidCeFefSic03 + y -PbO, wobei A aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus La, Nd, Y, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er und Yb besteht, wobei B aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Na, K und Ag besteht und wobei C aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Ni, Cu, Co und Mn besteht, mit 0 < a < 0,12, 0,05 < x < 0,3, 0 < b < 0,12, 0 < c < 0,12, 0 < d < 0,12, 0 < e < 0,12, 0 < f < 0,12, 0 < y < 1 und b + d + e + f > 0.
Vorzugsweise wird eine besonders Zr-reiche PZT- Mischkristallphase aus dem Phasendiagramm ausgewählt. Zudem wird durch die Bedingung b + d + e + f > 0 festgelegt, dass im Keramikmaterial neben einem Dotiermittel aus der
definierten Gruppe A (Seltenerdelement) mindestens ein
Element aus der aus Li, Na, K, Ag, Fe, Ni, Cu, Co und Mn bestehenden Gruppe (Lithium, Eisen sowie Gruppen B und C) vorhanden sein muss. Hierdurch kann ein bei Temperaturen von 1000°C bis 1120°C sinterfähiges Keramikmaterial
bereitgestellt werden, was eine Kombination mit anderen, bei höheren Temperaturen nicht beständigen
Werkstoffen/Materialien bereits während des
Herstellungsverfahrens des Keramikmaterials ermöglicht.
Beispielsweise wird das Sintern des Keramikmaterials („Co- firing"-Verfahren) mit Elektrodenschichten aus unedlen
Metallen, wie etwa Silber oder Kupfer, möglich. Zudem besitzt das keramische Material verglichen mit dem nur durch Gruppe A dotiertem PZT-Material eine höhere Schaltfeldstärke und/oder höhere relative Permittivität (Dielektrizitätskonstante) . Zudem begünstigen niedrige Sintertemperaturen die Bildung kleiner Korngrößen des keramischen Materials, was die
dielektrischen Eigenschaften günstig beeinflusst. Genauer werden die dielektrischen Eigenschaften von PZT-Keramiken im Allgemeinen auch von der Domänengröße bestimmt. Unter Domänen versteht man Bereiche in der Keramik mit gleicher
Polarisation. Die Domänengröße steht in Abhängigkeit mit der Korngröße. Die Anzahl der Domänen pro Korn nimmt mit
zunehmender Korngröße zu. Die veränderte Domänengröße hat Konsequenzen für die Materialeigenschaften der Keramik. Somit ist es erstrebenswert, die Korngröße beziehungsweise das Kornwachstum steuern zu können.
Vorzugsweise weist die dotierte Bleizirkonat-Titanat-Keramik ein Perowskit-Gitter auf, welches sich durch die allgemeine Formel ABO3 beschreiben lässt, wobei A für die A-Plätze und B für die B-Plätze des Perowskit-Gitters stehen. Das Perowskit- Gitter zeichnet sich durch eine hohe Toleranz gegenüber
Dotierungen und Leerstellen aus. Die Perowskit-Struktur des Bleizirkonat-Titanats (PZT) lässt sich durch die allgemeine Formel ABO3 beschreiben. Eine
Elementarzelle des PZT-Kristallgitters lässt sich durch einen Kubus beschreiben. Die A-Plätze sind durch Pb2+-Ionen
besetzt, welche auf den Ecken des Kubus sitzen. In der Mitte jeder Kubusfläche sitzt jeweils ein 02"-lon. Im Zentrum des Kubus befindet sich ein Ti4+-Ion und ein Zr4+-Ion (B-Plätze) . Diese Struktur weist eine hohe Toleranz gegenüber Substitution der Metall-Ionen durch andere Metall-Ionen und Fehlstellen auf, weshalb sie sich gut dotieren lässt.
Je nach Größenunterschied zwischen dem durch Dotierung eingeführten Ion und dem ersetzten Ion kann es zur Verzerrung des hoch-symmetrischen Koordinationspolyeders kommen. Diese Verzerrung kann das Symmetriezentrum des Kristalls verändern und so die Polarisierbarkeit beeinflussen. Die verschiedenen Möglichkeiten der Dotierung lassen sich anhand der Wertigkeit des Dotierungsions klassifizieren. Die isovalente Dotierung, also der Ersatz eines Ions durch ein anderes Ion mit gleicher Wertigkeit wirkt sich nicht auf mögliche Leerstellen im Keramikmaterial aus. Ersetzen
niederwertige Kationen (Akzeptoren) Kationen mit einer höheren Wertigkeit, so werden Leerstellen im Anionen-Gitter erzeugt. Höhervalente Kationen (Donatoren) verursachen, wenn sie niederwertigere Kationen ersetzen, Leerstellen im
Kationen-Gitter. Die Dotierung mit Akzeptoren und Donatoren führt jeweils zu charakteristischen Änderungen der Materialeigenschaften. Akzeptordotierte Keramiken werden auch als „harte", donordotierte Keramiken als „weiche" Keramiken bezeichnet . Eine Dotierung, beispielsweise mit Nd3+ (oder einem anderen
Seltenerdelement aus der Gruppe A) , auf den A-Plätzen stellt eine Donator-Dotierung dar. Aufgrund des Ionenradius von Neodym wird dieses auf den Pb2+-Plätzen eingebaut. Der
Ladungsausgleich erfolgt durch die entsprechende Bildung von Pb-Leerstellen . Die Auswirkung der Dotierung sind metrische
Änderungen des Gitters und die Beeinflussung länger wirkender Wechselwirkungen zwischen den Elementarzellen. Eine Dotierung, beispielsweise mit K+ oder Fe3+, auf den A- bzw. B-Plätzen stellt eine Akzeptor-Dotierung dar. Aufgrund des Ionenradius von Kalium wird dieses auf den Pb2+-Plätzen eingebaut, während Fe3+ auf den Zr4+ bzw. Ti4+-Plätzen
eingebaut wird. Der Ladungsausgleich erfolgt durch
Reduzierung von Pb2+-Leerstellen (A-Vakanzen) und/oder die entsprechende Bildung von Sauerstoff-Leerstellen . Die
Auswirkung der Dotierung sind das Kornwachstum und die
Sinterverdichtung fördernde Sauerstoff-Leerstellenbildung, die bei der Sintertemperatur durch K-Akzeptoren induziert wird. Im Prozess der Abkühlung kann eine Rekombination mit den Nd-Donatoren unter Bildung quasi neutraler {Nd/K}
Defektpaare erfolgen, so dass in der fertigen Keramik keine oder eine nur sehr geringe Blei- bzw. Sauerstoff- Leerstellenkonzentration vorliegt.
Diese Dotierung wirkt sich auf das Kornwachstum des Materials aus, welches von der Konzentration der eingebrachten
Dotierung abhängig ist. Kleine Dotierungsmengen tragen hierbei zum Kornwachstum bei, wohingegen zu große Mengen an Dotierungsionen das Kornwachstum hemmen können.
Die Eigenschaften von Donator-dotierten PZT-Materialien, wie sie in dem Fall vorliegen, wo Nd Pb-Plätze einnimmt, basiert im wesentlichen auf einer erhöhten Domänenbeweglichkeit, die durch die Pb-Leerstellen verursacht wird. Die Leerstellen führen dazu, dass sich die Domänen bereits von kleinen elektrischen Feldern beeinflussen lassen. Dies führt im
Vergleich mit undotierten PZT-Keramiken zu einer leichteren Verschiebbarkeit der Domänengrenzen und somit zu höheren Dielektrizitätskonstanten. Im Keramikmaterial sind Akzeptor- und Donator-Dotierungen gleichzeitig vorhanden. Dies führt dazu, dass die negativen Eigenschaften, welche auftreten, wenn die Keramik mit nur einer der beiden Dotierungsarten dotiert wurde, kompensiert werden. Würde beispielsweise nur eine Akzeptor-Dotierung vorliegen, so führt dies oft zu sinkenden dielektrischen Konstanten, das heißt, die Konstanten liegen unter denen der undotierten Keramik. Liegt nur eine Donator-Dotierung vor, so wird das Kornwachstum gehemmt, und die Körner der Keramik erreichen nicht die gewünschte Größe. Die vorhandene
Kombination der Dotierungen hebt sich jedoch in diesen
Punkten positiv von der undotierten Keramik ab. Sie weist höhere Dielektrizitätskonstanten auf, welches auch noch bei tieferen Sintertemperaturen gegeben ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gilt 0,1 -S x -S 0,2, da in diesem Bereich die Polarisationskurven besser
einstellbar sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform gilt 0 -S y < 0,05.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform gilt 0,001 < b < 0,12, wobei weiter bevorzugt d = e = f = 0 gilt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform gilt 0,001 < e < 0,12, wobei weiter bevorzugt b = d = f = 0 gilt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist B
Natrium (Na) . Hierdurch werden die Materialeigenschaften besonders vorteilhaft beeinflusst, insbesondere die
Sintertemperatur im Vergleich zu lediglich ein
Seltenerdelement enthaltendem PZT-Material erniedrigt, und gleichzeitig die Schaltfeldstärke erhöht. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die relative Permittivität bei einer elektrischen Feldstärke von 1 kV/mm, bevorzugt 2 kV/mm, wenigstens 60 % der relativen Permittivität bei einer elektrischen Feldstärke von 0 kV/mm. Weiter bevorzugt beträgt die relative Permittivität
(Dielektrizitätskonstante) des keramischen Materials bei einer Feldstärke von 2 bis 5 kV/mm, bevorzugtl kV/mm bis 10 kV/mm, wenigstens 60 % der relativen Permittivität bei einer elektrischen Feldstärke von 0 kV/mm. Die Messungen werden vorzugsweise bei einer Temperatur des keramischen Materials von 125°C durchgeführt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt das Keramikmaterial bei einer elektrischen Feldstärke von 1 kV/mm, bevorzugt 2 kV/mm eine relative Permittivität von mindestens 500, vorzugsweise mindestens 1500. Weiter
bevorzugt besitzt das Keramikmaterial bei einer elektrischen Feldstärke von 2 bis 5 kV/mm, bevorzugt 1 kV/mm bis 10 kV/mm, eine relative Permittivität von mindestens 500, vorzugsweise mindestens 1500. Die Messungen werden vorzugsweise bei einer Temperatur des keramischen Materials von 125°C durchgeführt.
Die Messung der Polarisationshysterese ist eine
Standardmethode zur Bestimmung der relativen Permittivität
(Dielektrizitätskonstante) . Zur frequenzunabhängigen Messung sind quasistatische Verfahren bekannt, bei dem die
Hystereseschleife punktweise gemessen wird. Beispielsweise können Polarisationsmessungen mit Hilfe des TF Analyser 2000 der Firma aixACCT Systems GmbH durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Keramikmaterial ein antiferroelektrisches Dielektrikum. Hierzu wird das Grundmaterial PZT vorzugsweise aus dem antiferroelektrisch-orthorhombischen Phasengebiet (O-Phase) verwendet. Die antiferroelektrische Ordnung ist durch eine Überlagerung mehrerer polarer Teilgitter, deren elektrische Dipolmomente sich gegenseitig aufheben, gekennzeichnet. Ein antiferroelektrischer Kristall besitzt somit keine spontane Polarisation, wohl aber besondere dielektrische
Eigenschaften. Legt man ein elektrisches Feld an das
Antiferroelektrikum an, verhält sich es zunächst wie ein lineares Dielektrikum. Ab einer bestimmten kritischen
Feldstärke wird ein sprunghafter Übergang in die
ferroelektrische Phase induziert und die ehemals
antiparallelen Dipole klappen in die dann energetisch
günstigere, parallele, Orientierung um. Der umgekehrte
Übergang findet dagegen bei einer geringeren Feldstärke statt. Dies resultiert in einer sogenannten
Doppelhystereseschleife .
Antiferroelektrischen Keramikmaterialien besitzen, verglichen mit ferroelektrischen Keramikmaterialien, eine weniger stark ausgeprägte Polarisations-Feldstärke-Hysterese. Dies führt bei Verwendung in Kondensatoren zu geringeren energetischen Verlusten. Aus diesem Grund ist die Verwendung von
antiferroelektrischen Keramikmaterialien bevorzugt.
Zur Herstellung von reinen und verschieden dotierten Blei- Zirkonat-Titanat- (PZT-) Pulvern können das klassische
Mischoxidverfahren oder auch lösungsmittelbasierte Verfahren, die auch "Sol-Gel"-Verfahren genannt werden, verwendet werden. Ausgangspunkt sind z.B. Lösungen der Acetate oder Alkoholate der konstituierenden Metalle, die über
verschiedene Trocknungsverfahren in granulierte Xerogele, die keramischen Vorläufersubstanzen (Precursor) , überführt werden. Zur Trocknung stehen beispielsweise das Sprühtrocknen und Sprühgefriergranulation mit anschließender Gefriertrocknung zur Verfügung. Die Precursoren werden anschließend zu den Oxiden pyrolysiert. Derartig hergestellte Pulver lassen sich mit wenig Aufwand deagglomerieren und für die weitere Prozessierung konditionieren .
Die hier beschriebene Kondensatoranordnung zeichnet sich insbesondere durch einen besonders geringen ESR-Wert
(„equivalent series resistance", äquivalenter
Serienwiderstand) sowie einen besonders geringen ESL-Wert („equivalent series inductivity" , äquivalente
Serieninduktivität) aus. Weiterhin ist die hier beschriebene Anordnung der
Elektrodenschichten günstig für die Prozessführung bei
Herstellung eines hier beschriebenen Vielschichtkondensators. Sowohl beim Entbindern als auch beim Sintern ist ein Gas- Austausch bzw. Gleichgewicht von Entbinderungsprodukten und Prozess-Gasen erforderlich, welcher bei dem hier
beschriebenen Vielschichtkondensator begünstigt wird. Der Aufbau befördert über die in seitlicher Richtung relativ kurzen Elektrodenschichten eine verbesserte Möglichkeit der Prozessführung, wodurch als Folge auch im Volumen relativ, gemessen an herkömmlichen Vielschichtkondensatoren, große
Keramikteile möglich sind. Weiterhin ergeben sich bei einer hier beschriebenen Kondensatoranordnung Synergieeffekte aus der beschriebenen Anordnung der Elektrodenschichten und dem gewählten Keramikmaterial der keramischen Schichten und dem Aufbau der Kontaktanordnung, welche sich positiv auf den ESR- Wert, den ESL-Wert sowie die mechanische und thermische
Robustheit auswirken. Beispielsweise kann die Kombination der Keramik zusammen mit den oben angegebenen Aspektverhältnissen zwischen B, H und L sowie mit der Geometrie der
Elektrodenschichten die elektrischen und thermischen
Eigenschaften des Bauelements verbessern. So wirken sich beispielsweise die kurzen Wege, die der Strom durch die
Elektroden nehmen kann (Geometrie-Effekt) zusammen mit der thermischen Stabilität des Isolationswiderstandes
(Keramikeigenschaft) äußerst positiv auf das
Stromtragfähigkeitsverhalten des Bauteils aus. Durch die hier beschriebenen Maßnahmen konnte eine
Kondensatoranordnung geschaffen werden, die bei 350 V eine Kapazität von 30,5 μΕ aufwies. Weiterhin wies die
erfindungsgemäße Kondensatoranordnung ein ESR von 0,5 mQ auf, was einem Produkt aus ESR und Kapazität von etwa 15 ιηΩμΕ entspricht. Weiterhin ergaben sich ein ESL von 10 nH, eine abgeleitete Nettoleistungsdichte von 5,5 μΕ/cm3, eine
Energiedichte von 1,5 J/cm3, eine Bias-Abhängigkeit (200 - 500 V) von etwa +/- 25 %, eine Temperaturabhängigkeit im Bereich von -40°C bis +105°C von etwa +/- 15 % und ein
Verlustwinkel von 0,5 %. Verglichen mit den Kennwerten anderer Technologien wie beispielsweise Filmkondensatoren, Aluminiumkondensatoren und üblichen Vielschichtkondensatoren zeigen, dass mit der hier beschriebenen Kondensatoranordnung bisher unerreichte Kondensatorwerte möglich sind.
Insbesondere sind zwei wesentliche Vorteile der hier
beschriebenen Kondensatoranordnung zu nennen: Zum einen ist der ESR derart niedrig, dass die geringstmöglichen
Kapazitätswerte zum Ausgleichen von Ripple-Spannungen nötig sind. Kleinere Kapazitätswerte leisten hierbei dieselbe
Funktion wie teilweise viel größere Werte in anderen
Technologien, was einen sehr großen Kostenvorteil auf
Systemebene bzw. Anbindungsebene bedeutet. Weiterhin sind die Kapazitätsdichten höher als bei anderen Technologien, sodass aufgrund der resultierenden Miniaturisierung der Bauteile diese Bauelemente näher an Leistungshalbleiter herangeführt werden können. Dadurch können Leitungsinduktivitäten
verringert werden. Die intrinsisch sehr niedrige Induktivität der hier beschriebenen Kondensatoranordnung kommt dadurch stärker zum Tragen und die hier beschriebene
Kondensatoranordnung kann insgesamt deutlich kostengünstiger bei gleicher Funktion im Vergleich zu üblichen Technologien realisiert werden.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer
Kondensatoranordnung gemäß einem
Ausführungsbeispiel,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines keramischen
Vielschichtkondensators gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel ,
Figuren 3 bis 7 schematische Darstellungen von
Kondensatoranordnungen gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen .
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In Figur 1 ist eine Kondensatoranordnung 10 gemäß einem
Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Kondensatoranordnung 10 weist einen keramischen Vielschichtkondensator 1 in einer Kontaktanordnung 7 auf.
Der Vielschichtkondensator 1 umfasst einen Grundkörper 2, der eine Quaderform mit sechs Seitenflächen aufweist. Der
Grundkörper 2 weist keramische Schichten 3 sowie zwischen den keramischen Schichten 3 angeordnete erste und zweite
Elektrodenschichten 41, 42 auf, wobei die keramischen
Schichten 3 und die Elektrodenschichten 41, 42 entlang einer Schichtstapelrichtung S zu einem Stapel angeordnet sind.
Insbesondere weist der Grundkörper 2 zumindest 10 erste und zumindest 10 zweite Elektrodenschichten 41, 42 auf. Die keramischen Schichten 3 weisen im gezeigten
Ausführungsbeispiel eine Schichtdicke von etwa 25 μιη auf. Die Elektrodenschichten 41, 42 weisen eine Schichtdicke von etwa 3,5 μιη auf. Alternativ können die keramischen Schichten 3 und die Elektrodenschichten 41, 42 auch andere Schichtdicken aufweisen . Die Elektrodenschichten weisen im gezeigten
Ausführungsbeispiel Kupfer auf. Dadurch kann einerseits erreicht werden, dass der Vielschichtkondensator 1 einen möglichst kleinen ESR-Wert aufweist, und zum anderen kann der Herstellungsprozess des Vielschichtkondensators 1 verbilligt werden.
Der Vielschichtkondensator 1 weist weiterhin eine erste
Außenkontaktierung 51, die auf einer ersten Seitenfläche 61 des Grundkörpers 2 angeordnet ist, sowie eine zweite
Außenkontaktierung 52, die auf einer gegenüber liegenden zweiten Seitenfläche 62 des Grundkörpers 2 angeordnet ist, auf. Die ersten Elektrodenschichten 41 sind dabei elektrisch leitend mit der ersten Außenkontaktierung 51 und die zweiten Elektrodenschichten 42 elektrisch leitend mit der zweiten Außenkontaktierung 52 verbunden. Die ersten und zweiten
Seitenflächen 61, 62 sind oberflächenbehandelt, wobei die Oberflächenbehandlung vorzugsweise vor dem Aufbringen der Außenkontaktierungen 51, 52 durchgeführt wird. Insbesondere können die ersten und zweiten Seitenflächen 61, 62 bevorzugt geläppt oder alternativ auch gescheuert, geschliffen oder plasmageätzt sein. Mittels der oberflächenbehandelten
Seitenflächen 61, 62 kann vorteilhafterweise ein besonders guter Kontakt zwischen den Außenkontaktierungen 51, 52 und den ersten beziehungsweise zweiten Elektrodenschichten 41, 42 erreicht werden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils eine erste und eine zweite Elektrodenschicht 41, 42 voneinander beabstandet in einer gleichen Ebene angeordnet. Diese Ebene ist durch eine Schichtebene gebildet, die senkrecht zu
Schichtstapelrichtung S des Stapels ausgebildet ist. Zwischen den ersten Elektrodenschichten 41 und den zweiten
Elektrodenschichten 42 ist dabei ein sogenanntes Gap, das heißt eine Lücke, vorhanden. Diese Lücke stellt einen Bereich zwischen einer ersten Elektrodenschicht 41 und einer zweiten Elektrodenschicht 42 in der Schichtebene dar, in dem keine Elektrodenschichten angeordnet sind. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass die ersten und zweiten Elektrodenschichten 41, 42 jeweils in verschiedenen Schichtebenen angeordnet sind. Der Grundkörper 2 weist weiterhin dritte Elektrodenschichten 43 auf, die weder mit der ersten noch mit der zweiten
Außenkontaktierung 51, 52 elektrisch leitend verbunden sind. Die dritten Elektrodenschichten 43 überlappen sowohl mit den ersten als auch mit den zweiten Elektrodenschichten 41, 42, das heißt die dritten Elektrodenschichten 43 weisen jeweils zumindest einen Teilbereich auf, der bei einer gedanklichen Projektion in Schichtstapelrichtung S des Stapels mit
zumindest einem Teilbereich sowohl der ersten als auch der zweiten Elektrodenschichten 41, 42 zur Deckung gebracht werden könnte. Gemäß dem alternativen Ausführungsbeispiel, bei dem die ersten und zweiten Elektrodenschichten 41, 42 jeweils in verschiedenen Schichtebenen angeordnet sind, ist es möglich, dass die ersten und zweiten Elektrodenschichten 41, 42 miteinander überlappen.
Die erste und zweite Außenkontaktierung 51, 52 weisen jeweils eine mehrschichtige Sputterschicht auf, die jeweils direkt auf dem Grundkörper 2 aufgebracht ist. Insbesondere sind die Außenkontaktierungen im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils durch eine Cr/Cu/Au- oder Cr/Cu/Ag- oder Cr/Ni/Au- oder
Cr/Ni/Ag-Schichtenfolge gebildet .
Die Kontaktanordnung 7 weist zwei metallische Kontaktplatten 70 auf, zwischen denen der keramische Vielschichtkondensator 1 angeordnet ist. Hierbei sind die Außenkontaktierungen 51, 52 jeweils mit einer der metallischen Kontaktplatten 70 elektrisch leitend verbunden. Der elektrische Kontakt wird im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 durch einen direkten
Kontakt zwischen den metallischen Kontaktplatten und den
Außenkontaktierungen 51, 52 hergestellt. Weitere Arten der elektrischen Kontaktierung zwischen den Außenkontaktierungen 51, 52 und den Kontaktplatten 70 sind in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen der Figuren 3 bis 6 beschrieben.
Die metallischen Kontaktplatten weisen insbesondere Kupfer auf, besonders bevorzugt mit Ag und/oder Au passiviertes Kupfer .
Während bei üblichen Vielschichtkondensatoren zur Erhöhung der Kapazität das Volumen und somit die Anzahl der
Elektrodenschichten und der Keramikschichten erhöht wird, können bei der hier gezeigten Kontaktanordnung 10 auch mehrere keramische Vielschichtkondensatoren 1 zwischen den metallischen Kontaktplatten 70 der Kontaktanordnung 7 angeordnet werden. Hierdurch ist es nicht nötig, den
keramischen Vielschichtkondensator 1 selbst zu vergrößern, wodurch Risiken in der Verarbeitung und auch bei der
Verwendung vermieden werden können.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel für einen keramischen Vielschichtkondensator gezeigt, der einen Aufbau wie der in Verbindung mit Figur 1 beschriebene Vielschichtkondensator 1 in Verbindung mit einer vorteilhaften geometrischen
Ausgestaltung aufweist. Der Grundkörper 2 des keramischen Vielschichtkondensators 1 weist entlang der Schichtstapelrichtung S eine Breite B auf. Mit anderen Worten bezeichnet B die Ausdehnung des
Grundkörpers 2 in Richtung parallel zur Schichtstapelrichtung S. Vorzugsweise sind im Grundkörper 2 pro mm Breite B des Grundkörpers mindestens 10 erste Elektrodenschichten und mindestens 10 zweite Elektrodenschichten vorgesehen.
Weiterhin weist der Grundkörper 2 senkrecht zur ersten
Seitenfläche 51 eine Höhe H auf. Der Grundkörper 2 weist also senkrecht zur ersten Seitenfläche 51 eine Ausdehnung auf, die der Höhe H entspricht. Des Weiteren weist der Grundkörper 2 senkrecht zur Höhe H sowie senkrecht zur
Schichtstapelrichtung S eine Länge L auf, die der Ausdehnung des Grundkörpers 2 senkrecht zur Schichtstapelrichtung sowie senkrecht zur Höhe H entspricht. Für das Verhältnis der Breite B zur Höhe H des Grundkörpers 2 gilt B/H > 0,2.
Weiterhin gilt für das Verhältnis der Länge L zur Breite B des Grundkörpers L/B > 1 sowie für das Verhältnis der Länge L zur Höhe H des Grundkörpers L/H > 1.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Grundkörper 2 eine Breite B von in etwa 2,5 mm, eine Höhe H von in etwa 7,0 mm und eine Länge L von in etwa 7,0 mm auf. Somit ist das
Verhältnis B/H im gezeigten Ausführungsbeispiel ungefähr gleich 0,36. Das Verhältnis L/B beträgt in etwa 2,8 und das Verhältnis L/H in etwa 1,0.
Der Vielschichtkondensator 1 gemäß dem gezeigten
Ausführungsbeispiel zeichnet sich insbesondere durch einen niedrigen ESR-Wert, einen niedrigen ESL-Wert sowie eine hohe mechanische und thermische Robustheit aus. Beispielsweise weist der gezeigte keramische Vielschichtkondensator (380V / 10μΓ) folgende frequenzabhängigen Werte auf: ESR(min)= 3 mQ, ESR(100kHz)= 5 mQ und ESL < 4 nH. Weiterhin kann der
Vielschichtkondensator 1 kostengünstig produziert werden.
Die in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 beschriebenen keramischen Vielschichtkondensatoren 1 können insbesondere ein oben im allgemeinen Teil beschriebenes Keramikmaterial, insbesondere ein antiferroelektrisches Dielektrikum,
aufweisen . Die in den Figuren 3 bis 6 gezeigten weiteren
Ausführungsbeispiele für Kondensatoranordnungen stellen
Modifikationen und Weiterbildungen der in Figur 1 gezeigten Kondensatoranordnung 10 dar, sodass sich die nachfolgende Beschreibung im Wesentlichen auf die Unterschiede und
Weiterbildungen beschränkt.
In Figur 3 ist eine Kondensatoranordnung 11 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, bei der die
Kontaktanordnung 7 auf der dem keramischen
Vielschichtkondensator 1 zugewandten Seite jeder der
metallischen Kontaktplatten 70 ein metallisches Gitter 71 in Form eines Kupfergitters aufweist. Ein derartiges, bevorzugt feinmaschiges Kupfergitter kann als Ausgleichsschicht zwischen den gesputterten Außenkontaktierungen 51, 52 und den metallischen Kontaktplatten 70 dienen. Der keramische
Vielschichtkondensator 1 ist mit den metallischen
Kontaktplatten 70 mittels Lotschichten 72 zwischen den
Außenkontaktierungen 51, 52 und den metallischen
Kontaktplatten 70 der Kontaktanordnung 7 verbunden. Neben einer Standard-Lotschicht ist insbesondere eine Lotschicht mit Nanosilber, das bedeutet Silberpulver mit einer mittleren Korngröße von weniger als 1 ym und mehr als 50 nm,
vorteilhaft, das bei Temperaturen von weniger als 300°C, gegebenenfalls unter Ausübung eines uniaxialen Drucks, gelötet werden kann. Hierdurch kann eine Lötverbindung erhalten werden, die in weiteren Verarbeitungsprozessen einen stabilen elektrischen und mechanischen Kontakt ermöglicht. In Figur 4 ist eine Kondensatoranordnung 12 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem zwischen den metallischen Kontaktplatten 70 der Kontaktanordnung 7 und den Außenkontaktierungen 51, 52 des keramischen Vielschichtkondensators 1 lediglich eine Lotschicht 72, wie beispielsweise in Verbindung mit Figur 3 beschrieben ist, ohne ein zusätzliches metallisches Gitter angeordnet ist. Weiterhin weist die Kondensatoranordnung 12 zwei Gehäuseteile 73 auf, zwischen denen die Kontaktanordnung 7 und der
keramische Vielschichtkondensator 1 angeordnet sind. Die Gehäuseteile 73 können beispielsweise einen Kunststoff und/oder ein Keramikmaterial aufweisen oder daraus bestehen. In den Figuren 5 und 6 sind ausschnittsweise
Kontaktanordnungen 13, 14 gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen mit einer Mehrzahl von keramischen Vielschichtkondensatoren 1 gezeigt, bei denen die
Gehäuseteile73 zusammen mit zumindest einer Schraube 74 eine Klemmanordnung bilden, sodass die Gehäuseteile 73 mittels der zumindest einen Schraube 74 die Kontaktplatten 70 an die Außenkontaktierungen des keramischen Vielschichtkondensators 1 anpressen. Wie in Figur 5 gezeigt ist, kann die
Kontaktanordnung 7 metallische Gitter 71 sowie Lotschichten 72, wie in Verbindung mit Figur 3 beschrieben ist, aufweisen. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die keramischen Vielschichtkondensatoren 1 ohne Lotschichten 72 zwischen den Kontaktplatten 70 der Kontaktanordnung 7 geklemmt angeordnet sind, wie in Figur 6 gezeigt ist. Insbesondere können durch die in den Figuren 5 und 6 gezeigte Klemmanordnung
Kondensatoranordnungen geschaffen werden, die einen niedrigen ESL und ESR bei gleichzeitig hoher mechanischer und
thermischer Robustheit aufweisen. Alternativ zu den in den Figuren 5 und 6 gezeigten
Ausführungsbeispielen kann die Kontaktanordnung 7 auch ohne metallische Gitter 71 ausgebildet sein. In Figur 7 ist eine Kondensatoranordnung 15 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einer dreidimensionalen
Aufsicht gezeigt, die zwei übereinander liegende geklemmte Lagen von keramischen Vielschichtkondensatoren zur Erhöhung des Absolutwerts der Kapazität in einem Gehäuse mit zwei Gehäuseteilen 73 aufweist. Über Kontakte 75 können die keramischen Vielschichtkondensatoren im Inneren des Gehäuses elektrisch kontaktiert werden, wobei der Aufbau der
Kontaktanordnung und der keramischen Vielschichtkondensatoren im Inneren des Gehäuses gemäß den vorherigen
Ausführungsbeispielen ausgebildet sein kann. Die Gehäuseteile 73 sind jeweils halbschalenförmig ausgebildet und weisen zusammengefügt eine quaderartige Form auf. Entlang der benachbarten Kanten der beiden Gehäuseteile 73 sind Schrauben 74 in entsprechenden Aufnahmen der Gehäuseteile 73
vorgesehen, wodurch eine wie vorab in Verbindung mit den Figuren 5 und 6 beschriebene Klemmkontaktierung möglich ist.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele für
Kontaktanordnungen können alternativ oder zusätzlich noch weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen, auch wenn diese nicht explizit in Verbindung mit den Figuren beschrieben sind. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der
Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Bezugs zeichenliste
1 Vielschichtkondensator 2 Grundkörper
3 keramische Schicht
41, 42, 43 Elektrodenschichten 51, 52 Außenkontaktierung 61, 62 Seitenfläche
7 Kontaktanordnung
70 Kontaktplatte
71 metallisches Gitter 72 Lotschicht
73 Gehäuseteil
74 Schraube
75 Kontakt
10, 11, 12 Kondensatoranordnung 13, 14, 15 Kondensatoranordnung
H Höhe
B Breite
L Länge
S SchichtStapelrichtung

Claims

Patentansprüche
Kondensatoranordnung mit
zumindest einem keramischen Vielschichtkondensator (1), der einen Grundkörper (2) mit keramischen Schichten (3) und dazwischen angeordneten ersten und zweiten
Elektrodenschichten (41, 42) sowie eine erste
Außenkontaktierung (51) und eine zweite
Außenkontaktierung (52) auf sich gegenüber liegenden Seitenflächen (61, 62) aufweist, wobei die erste
Außenkontaktierung (51) mit den ersten
Elektrodenschichten (41) und die zweite
Außenkontaktierung (52) mit den zweiten
Elektrodenschichten (42) elektrisch leitend verbunden sind, und
eine Kontaktanordnung (7) mit zwei metallischen
Kontaktplatten (70), zwischen denen der zumindest eine keramische Vielschichtkondensator (1) angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Außenkontaktierung (51, 52) jeweils mit einer der metallischen Kontaktplatten ( 70 ) elektrisch leitend verbunden ist.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 1, wobei die
metallischen Kontaktplatten (70) Kupfer aufweisen.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 2, wobei die
metallischen Kontaktplatten (70) mit Ag und/oder Au passiviertes Kupfer aufweisen. 4 Kondensatoranordnung nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Kontaktanordnung (7) metallische Gitter (71) zwischen den Außenkontaktierungen (51, 52) und den Kontaktplatten (70) aufweist. Kondensatoranordnung nach Anspruch 4, wobei die
metallischen Gitter (71) ein Kupfergitter sind.
Kondensatoranordnung nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei zwischen den Außenkontaktierungen (51, 52) und den Kontaktplatten (70) jeweils eine Lotschicht (72) angeordnet ist.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 6, wobei die
Lotschicht (72) Nanosilber aufweist.
Kondensatoranordnung nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Kondensatoranordnung weiterhin zwei Gehäuseteile (73) aufweist, zwischen denen die
Kontaktanordnung (7) und der keramische
Vielschichtkondensator (1) angeordnet sind.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 8, wobei die
Kondensatoranordnung eine Klemmvorrichtung aufweist, die die Gehäuseteile (73) und zumindest eine Schraube (74) aufweist, wobei die Gehäuseteile (73) mittels der zumindest einen Schraube (74) die Kontaktplatten (70) an die Außenkontaktierungen (51, 52) anpressen.
Kondensatoranordnung nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von keramischen
Vielschichtkondensatoren (1) zwischen den Kontaktplatten (70) angeordnet ist.
Kondensatoranordnung nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Außenkontaktierungen (51, 52) jeweils zumindest eine Sputterschicht mit einer Cr/Cu/Au- oder Cr/Cu/Ag- oder Cr/Ni/Au- oder Cr/Ni/Ag- Schichtenfolge aufweisen, wobei die Sputterschichten in direktem Kontakt mit den ersten oder zweiten
Elektrodenschichten (41, 42) stehen.
12. Kondensatoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Seitenflächen (61, 62), auf denen die
Außenkontaktierungen (51, 52) aufgebracht sind, geläppt sind .
13. Kondensatoranordnung nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die keramischen Schichten (3) entlang einer Schichtstapelrichtung (S) zu einem Stapel
angeordnet sind,
- der Grundkörper (2) entlang der Schichtstapelrichtung (S) eine Breite B aufweist,
- der Grundkörper (2) entlang einer Richtung senkrecht zu den
Seitenflächen (61, 62) mit den Außenkontaktierungen (51, 52) eine Höhe H aufweist,
- der Grundkörper (2) entlang einer Richtung senkrecht zur
Höhe H und senkrecht zur Breite B eine Länge L aufweist,
- wobei B/H > 0,2, L/B > 1 und L/H > 1 gilt.
14. Kondensatoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Grundkörper (2) dritte Elektrodenschichten (43) zwischen keramischen Schichten (3) aufweist, die mit keiner Außenkontaktierung (51, 52) elektrisch leitend verbunden sind und die mit den ersten und zweiten
Elektrodenschichten (41, 42) überlappen.
15. Kondensatoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - die keramischen Schichten (3) ein Keramikmaterial
aufweisen, für das folgende Formel gilt:
Pb (1-1, 5a-0, 5b+l, 5d+e+0, 5f) AaBb <Zrl-xTix) 1-c-d-e-f
LidCeFefSic03 + y-PbO, wobei
- A aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus La, Nd, Y, Eu,
Gd, Tb, Dy, Ho, Er und Yb besteht;
- B aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Na, K und Ag
besteht ;
- C aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Ni, Cu, Co und
Mn besteht; und
- 0 < a < 0,12, 0,05 < x < 0,3, 0 < b < 0,12, 0 < c < 0,12, 0 < d < 0,12, 0 < e < 0,12, 0 < f < 0,12, 0 < y < 1 und b + d + e + f > 0 gilt.
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