WO2020144012A1 - Thermistor und verfahren zur herstellung des thermistors - Google Patents

Thermistor und verfahren zur herstellung des thermistors Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a thermistor, comprising a ceramic base body, and a method for producing the thermistor.
  • thermoistors based on sintered ceramic materials used.
  • thermistors can be used as
  • Temperature sensors or surge protection can be used.
  • DE 2011 081 939 A1 discloses a thermistor which has a multilayer structure.
  • the object of the present invention is to provide a thermistor with improved properties. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a manufacturing method for the thermistor.
  • the present object is achieved by a thermistor according to claim 1. Further embodiments of the thermistor and a method for producing the thermistor can be found in further claims.
  • a thermistor which has a ceramic base body which is a main component
  • the ceramic base body has at least one electrically insulating layer which is arranged within the ceramic base body.
  • the electrically insulating layer contains a main component, the composition of which is different from the composition of the ceramic material.
  • the ceramic base body has at least one layer in its interior which is not suitable for conducting electrical current.
  • the electrically insulating layer contains a main component that has a composition that is not the same as that
  • Composition of the ceramic material is.
  • a method for producing a thermistor comprising a ceramic base body is also provided.
  • the ceramic base body becomes like this
  • Green film stack is formed, which is then pressed, decarburized and sintered, one on at least one of the green films before the green film stack is formed
  • electrically insulating layer is applied.
  • the electrically insulating layer can be arranged in such a way that the thermistor has a higher R25 value than another thermistor, which is formed without the electrically insulating layer, but is otherwise the same. In other words, the thermistor has a higher R25 value with the electrically insulating layer than without the electrically insulating layer.
  • the R25 value is to be understood here and below to mean an electrical resistance of the thermistor that the
  • the R25 value is, among other things, indirectly proportional
  • the line cross-sectional area is to be understood here and in the following to mean a cross-sectional area of an active volume area of the ceramic base body.
  • volume area is significantly involved in the transmission of electrical current from one external contact to another external contact of the thermistor.
  • Volume range can cover the entire volume of the ceramic
  • the line cross-sectional area is usually perpendicular to a flow direction of the
  • Cross-sectional area lies in one plane and is
  • Cross-sectional area is determined solely by shape and
  • An increase in the R25 value can be achieved by arranging the electrically insulating layer in such a way that the cross-sectional area of the line of the active volume area of the ceramic base body is reduced.
  • the electrically insulating layer can thus be arranged in the ceramic base body in such a way that it is not parallel to the direction of flow of the electrical current.
  • the electrically insulating layer is preferably perpendicular to the
  • the electrically insulating layer defines a line cross-sectional area that is smaller than the real cross-sectional area of the ceramic
  • the thermistor can have a very high R25 value, for example in the MW range, without the line cross-sectional area of the ceramic base body of the thermistor being, for example, mechanical
  • Postprocessing must be reduced. As a result, risks that can arise for the ceramic base body from mechanical post-processing are avoided.
  • the electrically insulating layer can lie in one plane and can be spaced apart from one or more outer surfaces of the ceramic base body that intersect the plane. In other words, the electrically insulating layer is not in direct contact with at least one outer surface which intersects the plane in which the electrically insulating layer lies.
  • the electrically insulating layer can have at least one recess.
  • the design of the recess is not limited to any particular shape.
  • the recess can have a shape which is selected from a group of shapes which contains at least round, oval and polygonal shapes.
  • the electrically insulating layer can consist of at least two separate sub-layers, which are in one
  • Sub-layers are nowhere in direct contact with one another
  • the line cross-sectional area of the active volume of the ceramic base body can be determined very precisely.
  • the electrically insulating layer can be a
  • Main component included which comprises an inorganic, electrically insulating material. This can preferably
  • inorganic, electrically insulating material can be selected from a set that at least varistor ceramics and
  • the electrically insulating layer can be a
  • Main component contain a spinel structure
  • the electrically insulating layer is applied to a green sheet, the adhesion is good
  • the electrically insulating layer also contains a main component which
  • the electrically insulating layer in the form of a
  • Cavity can be formed in the ceramic base body.
  • a layer is made between two green foils thermally decomposable material applied.
  • the subsequent sintering process diffuses the thermally decomposable material from the base body and leaves a cavity as an electrically insulating layer.
  • the thickness of the insulating layer is more than 0.5 gm.
  • insulating layer can have a thickness of up to 5 gm
  • the summed up thicknesses of several insulating layers can make up a substantial part of the
  • the ceramic base body can have one or more electrically conductive layers which are of this type
  • volume area of the ceramic base body and the electrically insulating layers are arranged within the active volume area.
  • the active volume area can only be defined by the electrically conductive layers.
  • the active volume area can preferably be electrically
  • electrically conductive layers arranged such that one or more secondary surfaces of the electrically conductive
  • the electrically conductive layers in direct contact with the external contacts of the Thermistors.
  • the electrically conductive layers particularly preferably extend over the entire real one
  • Secondary surfaces are to be understood here as surfaces of the electrically conductive layer, which are largely defined by the thickness of the electrically conductive layer.
  • the electrically conductive layers may include at least one material selected from an amount of metals that are at least silver, palladium, and any
  • a template can be used, the template being designed in such a way that the electrically insulating layer has a high level of fidelity in relation to the template.
  • high image fidelity is to be understood to mean that the design of the electrically insulating layer on the green film does not differ significantly from the design of the template.
  • a screen printing screen can be used as a template, the screen printing screen being a negative of electrically insulating layer and at least one web that separates the negative into at least two separate areas
  • the web is designed in such a way that the screen is electrically connected during the application of the
  • an electrically conductive layer can be applied to at least one further green film.
  • the electrically conductive layer can be applied, for example, by means of a sputtering process
  • the method can be carried out in such a way that the green films along a longitudinal axis of the ceramic
  • the longitudinal axis is to be understood as an axis of the ceramic base body which is parallel to the direction of the greatest spatial extension of the
  • the ceramic body runs.
  • the longitudinal axis preferably runs parallel to one or more edges of the
  • Green foils run and each can be viewed as the greatest spatial extent, an axis is defined as the longitudinal axis that runs parallel to the extent that runs parallel to the stacking direction of the green foils.
  • the method also includes further steps that are necessary for producing a thermistor. Such further steps are, for example:
  • Figure 1 shows a spatial representation of a thermistor.
  • Figure 2 shows a cross section and a longitudinal section
  • Embodiment of a thermistor Embodiment of a thermistor.
  • Figure 3 shows in cross section and in longitudinal section a further embodiment of a thermistor.
  • Figure 4 shows in longitudinal section and in cross section a further embodiment of a thermistor.
  • Figure 5 shows in longitudinal section and in cross section a further embodiment of a thermistor.
  • Figure 6 shows in longitudinal section and in cross section a further embodiment of a thermistor. Same elements, similar or apparently the same
  • FIG. 1 shows a thermistor 10 which comprises a ceramic base body 1 and external contacts (not shown).
  • the spatial expansion of the ceramic base body 1 is illustrated by dimension arrows x, y and z. Since the dimension arrows x, y and z are each parallel to one
  • the dimension arrows here and below are also referred to as the corresponding axis of the coordinate system.
  • the dimension arrow x is also referred to as the corresponding axis of the coordinate system.
  • the dimension arrow y corresponds to a y-axis
  • the dimension arrow z corresponds to a z-axis in a Cartesian coordinate system.
  • FIG. 2A shows in longitudinal section an embodiment of a thermistor 10, similar to that described in FIG. 1.
  • the longitudinal section runs through the ceramic
  • the ceramic base body 1 has five electrically insulating layers 3. Furthermore, the thermistor 10 has two external contacts 2. The electrically insulating layers 3 are arranged parallel to one another. Furthermore, the electrically insulating layers 3 are arranged perpendicular to a longitudinal axis 6 of the ceramic base body 1. The longitudinal axis of the ceramic base body runs centrally through the ceramic base body and parallel to the x-axis of the ceramic base body, the x-axis corresponding to the direction of the greatest extension of the ceramic base body 1. The direction of flow of the electric current
  • FIG. 2B shows a cross section of that in FIG. 2A
  • the cross section runs through the ceramic base body parallel to a plane through the y-axis and the z-axis of the ceramic
  • the electrically insulating layers 3 have a square recess 4.
  • the area of the electrically insulating layer 3 plus the area of the recess 4 corresponds to a real cross-sectional area 7 of the ceramic base body.
  • the real cross-sectional area is limited only by outer surfaces 9.
  • the electrically insulating layers 3 are of this type
  • Line cross-sectional area L of the ceramic base body 1 can be precisely defined. This makes it possible to set the R25 value of the thermistor 10 very precisely.
  • the line cross-sectional area L corresponds to the area of the recess 4
  • Figures 3A and 3B show in longitudinal section and in
  • Outer surfaces 9 of the ceramic base body 1 are spaced apart. As a result, an edge region 5 is formed which is not of the electrically insulating layer 3 is covered and completely encloses the electrically insulating layers 3.
  • insulating layer 3 and the area of the edge area 5 together correspond to the real cross-sectional area 7 of the ceramic base body, which is exclusively due to the
  • the line cross-sectional area L is here by the areas of the recess 4 and
  • Border area 5 defined. The spacing of the electrically insulating layers 3 from the outer surfaces 9 of the
  • insulating layers 3 is a delamination of
  • Figures 4A and 4B show in longitudinal section and in
  • Cross section a further embodiment of a thermistor 10, similar to that as shown in Figures 3A and 3B, wherein the electrically insulating layers 3 of the ceramic base body 1 have no recess.
  • insulating layers 3 completely encloses, determined.
  • the surfaces of the electrically insulating layer 3 and the edge area 5 correspond to the real one
  • Outer surfaces 9 is limited. However, as in FIG. 4A, the electrically insulating layers 3 do not have to be
  • Figures 5A and 5B show in longitudinal section and in
  • Cross section a further embodiment of a thermistor 10, similar to that as shown in Figures 3A and 3B, wherein the electrically insulating layers 3 each consist of two sub-layers 3 '.
  • the sub-layers 3 ' are separated from one another by a distance d.
  • the distance d is caused by the fact that a screen printing screen is used to apply the electrically insulating layers 3
  • the screen printing screen which was used for the application of the electrically insulating layers 3 has a negative of the electrically insulating layer 3 and a web which divides the negative into the partial layers 3 '.
  • the width of the web specifies the distance d.
  • the web largely prevents the screen printing screen from bending during the application of the electrically insulating layers 3, as a result of which the electrically insulating layers 3 are reproduced to a high degree.
  • the area of the cutout 4 and the area of the edge area 5, which also extends up to the cutout 4 at a distance d, correspond to the line cross-sectional area L.
  • the sum of the areas of the electrically insulating layer 3, the cutout 4 and the edge area 5 corresponds to that real cross-sectional area 7, exclusively by the
  • Figures 6A and 6B show in longitudinal section and in
  • the ceramic base body 1 of the thermistor 10 comprises two electrically conductive layers 8 containing silver.
  • the cross section in FIG. 6B runs through one of the two electrically conductive layers 8.
  • Conductive layers 8 are designed in such a way that the electrically conductive layers 8 each cover the entire real cross-sectional area 7 of the ceramic
  • the electrically conductive layers 8 are designed such that they are in electrically conductive contact with the external contacts 2 of the ceramic base body 1 via the secondary surfaces 8 ′.
  • the electrically conductive layers 8 and the outer surfaces 9 of the ceramic base body delimit an active volume area V of the ceramic base body 1, within which the electrically insulating ones
  • the electrically conductive layers 8 reduce negative effects caused by their electrically conductive contact with the external contacts 2
  • thermoistors with certain characteristic properties can be manufactured reproducibly.
  • Embodiments limited.
  • the number, the position and the configuration of the electrically insulating layers 3 and the electrically conductive layers 8 can vary.

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Abstract

Es wird ein Thermistor (10) bereitgestellt, der einen keramischen Grundkörper (1), der als Hauptbestandteil ein Keramikmaterial enthält, aufweist, wobei - der keramische Grundkörper (1) wenigstens eine elektrisch isolierende Schicht (3) aufweist, - die elektrisch isolierende Schicht (3) innerhalb des keramischen Grundkörpers (1) angeordnet ist, - die elektrisch isolierende Schicht (3) eine Hauptkomponente enthält, die eine von dem Keramikmaterial verschiedene Zusammensetzung aufweist.

Description

Beschreibung
Thermistor und Verfahren zur Herstellung des Thermistors
Die Erfindung betrifft einen Thermistor, aufweisend einen keramischen Grundkörper, und ein Verfahren zur Herstellung des Thermistors.
Für die Messung von Temperaturen zur Überwachung und Regelung in unterschiedlichsten Anwendungen werden überwiegend
Thermistoren basierend auf gesinterten Keramikmaterialien verwendet. So können Thermistoren zum Beispiel als
Temperaturfühler oder Stromstoßschutz verwendet werden.
Aus der DE 2011 081 939 Al ist ein Thermistor, der einen mehrlagigen Aufbau aufweist, bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Thermistor mit verbesserten Eigenschaften bereitzustellen. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Herstellungsverfahren für den Thermistor bereitzustellen.
Die vorliegende Aufgabe wird durch einen Thermistor nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen des Thermistors und ein Verfahren zur Herstellung des Thermistors sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Es wird ein Thermistor bereitgestellt, der einen keramischen Grundkörper aufweist, der als Hauptbestandteil ein
Keramikmaterial enthält. Der keramische Grundkörper weist wenigstens eine elektrisch isolierende Schicht auf, die innerhalb des keramischen Grundkörpers angeordnet ist. Die elektrisch isolierende Schicht enthält eine Hauptkomponente, deren Zusammensetzung verschieden ist von der Zusammensetzung des Keramikmaterials.
Mit anderen Worten, der keramische Grundkörper weist in seinem Inneren wenigstens eine Schicht auf, die nicht dazu geeignet ist elektrischen Strom zu leiten. Weiterhin enthält die elektrisch isolierende Schicht eine Hauptkomponente, die eine Zusammensetzung aufweist, die nicht gleich der
Zusammensetzung des Keramikmaterials ist.
Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines Thermistors, umfassend einen keramischen Grundkörper, bereitgestellt. Bei dem Verfahren wird der keramische Grundkörper derart
hergestellt, dass aus einer Vielzahl von Grünfolien ein
Grünfolienstapel gebildet wird, der anschließend gepresst, entkohlt und gesintert wird, wobei auf mindestens einer der Grünfolien vor dem Bilden des Grünfolienstapels eine
elektrisch isolierende Schicht aufgebracht wird.
Weiterhin kann die elektrisch isolierende Schicht derart angeordnet sein, dass der Thermistor einen höheren R25-Wert aufweist als ein weiterer Thermistor, der ohne die elektrisch isolierende Schicht ausgebildet, ansonsten aber gleich ist. Mit anderen Worten, der Thermistor weist mit der elektrisch isolierenden Schicht einen höheren R25-Wert auf, als ohne die elektrisch isolierende Schicht.
Unter R25-Wert soll hier und im Folgenden ein elektrischer Widerstand des Thermistors verstanden werden, den der
Thermistor bei 25 °C aufweist.
Der R25-Wert ist, unter anderem, indirekt proportional
Abhängig von einer Leitungsquerschnittfläche des Thermistors. Mit anderen Worten, je kleiner die Leitungsquerschnittsfläche ist, desto größer ist der R25-Wert des Thermistors.
Unter Leitungsquerschnittsfläche soll hier und im Folgenden eine Querschnittsfläche eines aktiven Volumenbereichs des keramischen Grundkörpers verstanden werden. Der aktive
Volumenbereich ist maßgeblich an der Weiterleitung von elektrischem Strom von einem Außenkontakt zu einem weiteren Außenkontakt des Thermistors beteiligt. Der aktive
Volumenbereich kann das gesamte Volumen des keramischen
Grundkörpers umfassen. Die Leitungsquerschnittsfläche steht üblicherweise senkrecht zu einer Fließrichtung des
elektrischen Stroms. Herkömmlicherweise entspricht die
Leitungsquerschnittsfläche einer realen Querschnittsfläche des keramischen Grundkörpers, die senkrecht zu der
Fließrichtung des elektrischen Stroms steht. Die reale
Querschnittsfläche liegt in einer Ebene und ist
ausschließlich durch Außenflächen und/oder Außenkanten des keramischen Grundkörpers begrenzt, wobei die Außenflächen und/oder Außenkanten die Ebene schneiden in der die reale Querschnittsfläche liegt. Mit anderen Worten, die reale
Querschnittsfläche wird ausschließlich durch Form und
Ausdehnung des keramischen Grundkörpers bestimmt
Eine Erhöhung des R25-Wertes kann erreicht werden, indem die elektrisch isolierende Schicht derart angeordnet ist, dass die Leitungsquerschnittsfläche des aktiven Volumenbereichs des keramischen Grundkörpers verringert wird. So kann die elektrisch isolierende Schicht derart in dem keramischen Grundkörper angeordnet sein, dass sie nicht parallel zu der Fließrichtung des elektrischen Stroms steht. Bevorzugt steht die elektrisch isolierende Schicht senkrecht zu der
Fließrichtung des elektrischen Stroms. Mit anderen Worten, die elektrisch isolierende Schicht definiert eine Leitungsquerschnittsfläche, die kleiner ist als die reale Querschnittsfläche des keramischen
Grundkörpers. Dadurch kann der Thermistor einen sehr hohen R25-Wert, beispielsweise im MW-Bereich aufweisen, ohne dass die Leitungsquerschnittsfläche des keramischen Grundkörpers des Thermistors mittels beispielweise mechanischer
Nachbearbeitung verringert werden muss. Dies hat zur Folge, dass Risiken, die durch die mechanische Nachbearbeitung für den keramischen Grundkörper entstehen können, vermieden werden .
Die elektrisch isolierende Schicht kann in einer Ebene liegen und von einer oder mehreren Außenflächen des keramischen Grundkörpers, die die Ebene schneiden, beabstandet sein. Mit anderen Worten, die elektrisch isolierende Schicht ist mit wenigstens einer Außenfläche, die die Ebene schneidet in der die elektrisch isolierende Schicht liegt, nicht in direktem Kontakt .
Weiterhin kann die elektrisch isolierende Schicht wenigstens eine Aussparung aufweisen. Die Ausgestaltung der Aussparung ist dabei auf keine bestimmte Form beschränkt. So kann die Aussparung beispielsweise eine Form aufweisen, die ausgewählt ist aus einer Gruppe von Formen, die wenigstens runde, ovale und polygonale Formen enthält.
Ferner kann die elektrisch isolierende Schicht aus wenigstens zwei separaten Teilschichten bestehen, die in einer
gemeinsamen Ebene liegen und die durch einen Abstand
voneinander getrennt sind. Mit anderen Worten, die zwei
Teilschichten sind an keiner Stelle miteinander in direktem
Kontakt . Durch eine Ausgestaltung der elektrisch isolierenden Schicht nach einer oder mehrere der oben genannten Ausführungen, kann die Leitungsquerschnittsfläche des aktiven Volumens des keramischen Grundkörpers sehr genau festgelegt werden.
Dadurch kann der R25-Wert mit hoher Präzision eingestellt werden .
Ferner kann die elektrisch isolierende Schicht eine
Hauptkomponente enthalten, die ein anorganisches, elektrisch isolierendes Material umfasst. Bevorzugt kann das
anorganische, elektrisch isolierende Material aus einer Menge ausgewählt sein, die wenigstens Varistorkeramiken und
Kondensatorkeramiken enthält. Diese Materialen sind
vorteilhaft, da sie elektrischen Strom, unter den
Einsatzbedingungen des Thermistors, nicht signifikant leiten.
Weiterhin kann die elektrisch isolierende Schicht eine
Hauptkomponente enthalten, die eine Spinell-Struktur
aufweist. Da die elektrisch isolierende Schicht auf einer Grünfolie aufgebracht wird, ist eine gute Haftung der
elektrisch isolierenden Schicht auf der Grünfolie
vorteilhaft. Aufgrund der Tatsache, dass Keramikmaterialien für Thermistoren üblicherweise eine Spinell-Struktur
aufweisen, ist es von Vorteil, wenn auch die elektrisch isolierende Schicht eine Hauptkomponente enthält, die
dieselbe Struktur aufweist wie das Keramikmaterial, das in der Grünfolie enthalten ist. Dies gewährleistet eine gute Haftung der elektrisch isolierenden Schicht auf der
Grünfolie .
Ferner kann die elektrisch isolierende Schicht in Form eines
Hohlraums im keramischen Grundkörper ausgebildet sein.
Hierfür wird zwischen zwei Grünfolien eine Schicht aus thermisch zersetzbarem Material aufgebracht. In einem
anschließenden Sinterprozess diffundiert das thermisch zersetzbare Material aus dem Grundkörper und hinterlässt einen Hohlraum als elektrisch isolierende Schicht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt die Dicke der isolierenden Schicht mehr als 0,5 gm. Die elektrisch
isolierende Schicht kann eine Dicke von bis zu 5 gm
aufweisen. Die aufsummierten Dicken mehrerer isolierender Schichten können zu einem wesentlichen Anteil an der
Abmessung des keramischen Grundkörpers in Dickenrichtung beitragen .
Weiterhin kann der keramische Grundkörper eine oder mehrere elektrisch leitfähige Schichten aufweisen, die derart
innerhalb des keramischen Grundkörpers angeordnet sind, dass die elektrisch leitfähigen Schichten den aktiven
Volumenbereich des keramischen Grundkörpers definieren und die elektrisch isolierenden Schichten innerhalb des aktiven Volumenbereichs angeordnet sind.
Der aktive Volumenbereich kann ausschließlich durch die elektrisch leitfähigen Schichten definiert sein. Vorzugsweise kann der aktive Volumenbereich durch die elektrisch
leitfähigen Schichten und Außenflächen des keramischen
Grundkörpers definiert sein.
Ferner können die elektrisch leitfähigen Schichten in
direktem Kontakt zu wenigstens einer Außenfläche des
keramischen Grundkörpers stehen. Bevorzugt sind die
elektrisch leitfähigen Schichten derart angeordnet, dass eine oder mehrere Nebenflächen der elektrisch leitfähigen
Schichten in direktem Kontakt mit den Außenkontakten des Thermistors stehen. Besonders bevorzugt erstrecken sich die elektrisch leitfähigen Schichten über die gesamte reale
Querschnittsfläche des keramischen Grundkörpers. Als
Nebenflächen sind hier Flächen der elektrisch leitfähigen Schicht zu verstehen, die maßgeblich durch die Dicke der elektrisch leitfähigen Schicht definiert sind.
Durch den direkten Kontakt der elektrisch leitfähigen
Schichten mit den Außenkontakten des Thermistors können negative Einflüsse auf die Eigenschaften des Thermistors, die durch herstellungsbedingte Variationen in der Ausgestaltung der Außenkontakte entstehen, verringert werden. Dadurch können Thermistoren mit bestimmten charakteristischen
Eigenschaften besonders reproduzierbar hergestellt werden.
Die elektrisch leitfähigen Schichten können wenigstens ein Material enthalten, das ausgewählt ist aus einer Menge von Metallen, die wenigstens Silber, Palladium und jegliche
Silber- und Palladiumlegierungen enthält.
Weiterhin kann bei dem Verfahren zum Aufbringen der
elektrisch isolierenden Schicht eine Vorlage verwendet werden, wobei die Vorlage derart ausgestaltet ist, dass die elektrisch isolierende Schicht bezogen auf die Vorlage eine hohe Abbildungstreue aufweist.
Unter hoher Abbildungstreue soll hier und im Folgenden verstanden werden, dass die Ausgestaltung der elektrisch isolierenden Schicht auf der Grünfolie nicht signifikant von der Ausgestaltung der Vorlage abweicht.
Um dies zu erreichen kann als Vorlage ein Siebdrucksieb verwendet werden, wobei das Siebdrucksieb ein Negativ der elektrisch isolierenden Schicht und mindestens einen Steg, der das Negativ in wenigstens zwei separate Bereiche
aufteilt, aufweist. Der Steg ist derart ausgestaltet, dass sich das Sieb während des Aufbringens der elektrisch
isolierenden Schicht nicht signifikant verformt. Dadurch wird eine hohe Abbildungstreue erreicht.
Ferner kann bei dem Verfahren auf mindestens eine weitere Grünfolie eine elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht werden. Das Aufbringen der elektrisch leitfähigen Schicht kann beispielsweise mittels eines Sputter-Verfahrens
erfolgen .
Weiterhin kann das Verfahren derart durchgeführt werden, dass die Grünfolien entlang einer Längsachse des keramischen
Grundkörpers gestapelt werden.
Unter Längsachse soll hier und im Folgenden eine Achse des keramischen Grundkörpers verstanden werden, die parallel zu der Richtung der größten räumlichen Ausdehnung des
keramischen Grundkörpers verläuft. Vorzugsweise verläuft die Längsachse parallel zu einer oder mehreren Kanten des
keramischen Grundkörpers, die die größte Ausdehnung
aufweisen. Für den Fall, dass der keramische Grundkörper mehrere äquivalente räumliche Ausdehnungen aufweist, die parallel und nicht parallel zu der Stapelrichtung der
Grünfolien verlaufen und die jeweils als größte räumliche Ausdehnung angesehen werden können, wird als Längsachse eine Achse festgelegt, die parallel zu der Ausdehnung verläuft, die parallel zu der Stapelrichtung der Grünfolien verläuft. Neben den zuvor genannten Schritten, umfasst das Verfahren auch weiter Schritte, die zur Herstellung eines Thermistors nötig sind. Solche weiteren Schritte sind beispielsweise:
- Pressen eines Grünfolienstapels, um einen gepressten
Grünfolienstapel zu erhalten,
- Entkohlen des gepressten Grünfolienstapels, um einen gepressten und entkohlten Grünfolienstapel zu erhalten,
- Sintern des gepressten und entkohlten Grünfolienstapels, um einen keramischen Grundkörper zu erhalten,
- Aufbringen von Außenkontakten auf den keramischen
Grundkörper, um den Thermistor zu erhalten.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen Darstellungen von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Figur 1 zeigt eine räumliche Darstellung eines Thermistors.
Figur 2 zeigt im Querschnitt und im Längsschnitt eine
Ausführungsform eines Thermistors.
Figur 3 zeigt im Querschnitt und im Längsschnitt eine weitere Ausführungsform eines Thermistors.
Figur 4 zeigt im Längsschnitt und im Querschnitt eine weitere Ausführungsform eines Thermistors.
Figur 5 zeigt im Längsschnitt und im Querschnitt eine weitere Ausführungsform eines Thermistors.
Figur 6 zeigt im Längsschnitt und im Querschnitt eine weitere Ausführungsform eines Thermistors. Gleiche Elemente, ähnliche oder augenscheinlich gleiche
Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse in den
Figuren sind nicht maßstabsgetreu.
Figur 1 zeigt einen Thermistor 10, der einen keramischen Grundkörper 1 und Außenkontakte (nicht dargestellt) umfasst. Die räumliche Ausdehnung des keramischen Grundkörpers 1 wird durch Bemaßungspfeile x, y und z veranschaulicht. Da die Bemaßungspfeile x, y und z jeweils parallel zu einer
gleichnamigen Achse in einem kartesischen Koordinatensystem verlaufen, werden die Bemaßungspfeile hier und im Folgenden auch als die entsprechende Achse des Koordinatensystems bezeichnet. Mit anderen Worten, der Bemaßungspfeil x
entspricht einer x-Achse, der Bemaßungspfeil y entspricht einer y-Achse und der Bemaßungspfeil z entspricht einer z- Achse in einem kartesischen Koordinatensystem. Aufgrund der großen Ähnlichkeit der im Folgenden beschriebenen
Ausführungsformen mit dem hier dargestellten Thermistor 10, werden die Bezeichnungen der Achsen für die folgenden Figuren analog angewendet.
Figur 2A zeigt im Längsschnitt eine Ausführungsform eines Thermistors 10, ähnlich dem wie er in Figur 1 beschrieben ist. Der Längsschnitt verläuft durch den keramischen
Grundkörper parallel zu einer Ebene, die durch die x-Achse und die z-Achse des keramischen Grundkörpers aufgespannt wird. Der keramische Grundkörper 1 weist fünf elektrisch isolierende Schichten 3 auf. Weiterhin weist der Thermistor 10 zwei Außenkontakte 2 auf. Die elektrisch isolierenden Schichten 3 sind zueinander parallel angeordnet. Weiterhin sind die elektrisch isolierenden Schichten 3 senkrecht zu einer Längsachse 6 des keramischen Grundkörpers 1 angeordnet. Die Längsachse des keramischen Grundkörpers verläuft mittig durch den keramischen Grundkörper und parallel zu der x-Achse des keramischen Grundkörpers, wobei die x-Achse der Richtung der größten Ausdehnung des keramischen Grundkörpers 1 entspricht. Die Fließrichtung des elektrischen Stroms
verläuft parallel zu der x-Achse des keramischen Grundkörpers 1.
Figur 2B zeigt einen Querschnitt des in Figur 2A
beschriebenen Thermistors 10. Der Querschnitt verläuft durch den keramischen Grundkörper parallel zu einer Ebene, die durch die y-Achse und die z-Achse des keramischen
Grundkörpers aufgespannt wird. Die elektrisch isolierenden Schichten 3 weisen eine quadratische Aussparung 4 auf. Die Fläche der elektrisch isolierenden Schicht 3 plus der Fläche der Aussparung 4 entspricht einer realen Querschnittsfläche 7 des keramischen Grundkörpers. Die reale Querschnittsfläche wird ausschließlich durch Außenflächen 9 begrenzt. Weiterhin sind die elektrisch isolierenden Schichten 3 derart
ausgebildet, dass sie in direktem Kontakt mit den
Außenflächen 9 des keramischen Grundkörpers 1 stehen. Durch die Form und Größe der Aussparung 4 kann eine
Leitungsquerschnittsfläche L des keramischen Grundkörpers 1 exakt definiert werden. Dies ermöglicht es, den R25-Wert des Thermistors 10 sehr genau einzustellen. Hier entspricht die Leitungsquerschnittsfläche L der Fläche der Aussparung 4
Die Figuren 3A und 3B zeigen im Längsschnitt und im
Querschnitt eine weitere Ausführungsform eines Thermistors 10, ähnlich dem wie er in Figuren 2A und 2B dargestellt ist, wobei die elektrisch isolierenden Schichten 3 von den
Außenflächen 9 des keramischen Grundkörpers 1 beabstandet sind. Dadurch wird ein Randbereich 5 gebildet, der nicht von der elektrisch isolierenden Schicht 3 bedeckt ist und die elektrisch isolierenden Schichten 3 komplett umschließt. Die Fläche der Aussparung 4, die Fläche der elektrisch
isolierenden Schicht 3 und die Fläche des Randbereichs 5 entsprechen zusammen der realen Querschnittsfläche 7 des keramischen Grundkörpers, die ausschließlich durch die
Außenflächen 9 begrenzt ist. Die Leitungsquerschnittfläche L wird hier durch die Flächen der Aussparung 4 und des
Randbereichs 5 definiert. Die Beabstandung der elektrisch isolierenden Schichten 3 von den Außenflächen 9 des
keramischen Grundkörpers 1 resultiert aus dem
Herstellungsverfahren des keramischen Grundkörpers 1. Durch die hier beschriebene Ausgestaltung der elektrisch
isolierenden Schichten 3 wird eine Delaminierung von
Grünfolien von einem Grünfolienstapel, der während des
Herstellungsprozesses des keramischen Grundkörpers 1 gebildet wird effektiv verhindert.
Die Figuren 4A und 4B zeigen im Längsschnitt und im
Querschnitt eine weitere Ausführungsform eines Thermistors 10, ähnlich dem wie er in Figuren 3A und 3B dargestellt ist, wobei die elektrisch isolierenden Schichten 3 des keramischen Grundkörpers 1 keine Aussparung aufweisen. Bei dieser
Ausführungsform wird die Leitungsquerschnittsfläche L durch die Fläche des Randbereichs 5, der die elektrisch
isolierenden Schichten 3 vollständig umschließt, bestimmt.
Die Flächen der elektrisch isolierenden Schicht 3 und des Randbereichs 5 entsprechen zusammen der realen
Querschnittsfläche 7, die ausschließlich durch die
Außenflächen 9 begrenzt ist. Die elektrisch isolierenden Schichten 3 müssen jedoch nicht, wie in der Figur 4A
skizziert, dünn sein, sondern können signifikant breiter sein und somit eine einen wesentlichen Anteil an der Ausdehnung des keramischen Grundkörpers 1 in x-Richtung beitragen.
Die Figuren 5A und 5B zeigen im Längsschnitt und im
Querschnitt eine weitere Ausführungsform eines Thermistors 10, ähnlich dem wie er in Figuren 3A und 3B dargestellt ist, wobei die elektrisch isolierenden Schichten 3 jeweils aus zwei Teilschichten 3' bestehen. Die Teilschichten 3' sind durch einen Abstand d voneinander getrennt. Der Abstand d wird dadurch hervorgerufen, dass für das Aufbringen der elektrisch isolierenden Schichten 3 ein Siebdrucksieb
verwendet wurde. Das Siebdrucksieb, das für das Aufbringen der elektrisch isolierenden Schichten 3 verwendet wurde, weist ein Negativ der elektrisch isolierenden Schicht 3 und einen Steg auf, der das Negativ in die Teilschichten 3' unterteilt. Die Breite des Stegs gibt den Abstand d vor.
Durch den Steg wird ein Durchbiegen des Siebdrucksiebs während des Aufbringens der elektrisch isolierenden Schichten 3 weitgehend verhindert, wodurch eine hohe Abbildungstreue der elektrisch isolierenden Schichten 3 erreicht wird. Die Fläche der Aussparung 4 und die Fläche des Randbereichs 5, der sich auch bis zu der Aussparung 4 in den Abstand d erstreckt, entsprechen der Leitungsquerschnittfläche L. Die Summe der Flächen der elektrisch isolierenden Schicht 3, der Aussparung 4 und des Randbereichs 5 entspricht der realen Querschnittsfläche 7, die ausschließlich durch die
Außenflächen 9 begrenzt ist.
Die Figuren 6A und 6B zeigen im Längsschnitt und im
Querschnitt eine weitere Ausführungsform eines Thermistors 10, ähnlich dem wie er in Figuren 3A und 3B beschrieben ist. Zusätzlich zu den elektrisch isolierenden Schichten 3 umfasst der keramische Grundkörper 1 des Thermistors 10 zwei elektrisch leitfähige Schichten 8, die Silber enthalten. Der Querschnitt in Figur 6B verläuft durch eine der beiden elektrisch leitfähigen Schichten 8. Die elektrisch
leitfähigen Schichten 8 sind derart ausgestaltet, dass sich die elektrisch leitfähigen Schichten 8 jeweils über die gesamte reale Querschnittsfläche 7 des keramischen
Grundkörpers erstrecken. Weiterhin sind alle Nebenflächen 8' der elektrisch leitfähigen Schichten 8 in direktem Kontakt mit den Außenflächen 9 des keramischen Grundkörpers 1.
Außerdem sind die elektrisch leitfähigen Schichten 8 derart ausgestaltet, dass sie über die Nebenflächen 8' in elektrisch leitendem Kontakt mit den Außenkontakten 2 des keramischen Grundkörpers 1 sind. Die elektrisch leitfähigen Schichten 8 und die Außenflächen 9 des keramischen Grundkörpers begrenzen einen aktiven Volumenbereich V des keramischen Grundkörpers 1, innerhalb dessen sich die elektrisch isolierenden
Schichten 3 befinden. Die elektrisch leitfähigen Schichten 8 verringern durch ihren elektrisch leitenden Kontakt zu den Außenkontakten 2 negative Effekte, die durch
verfahrensbedingte Abweichungen in der Ausgestaltung der Außenkontakte 2 auftreten. Dadurch können Thermistoren mit bestimmten charakteristischen Eigenschaften reproduzierbar hergestellt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten
Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere können die Anzahl, die Lage und die Ausgestaltung der elektrisch isolierenden Schichten 3 und der elektrisch leitfähigen Schichten 8 variieren . Bezugszeichenliste
1 keramischer Grundkörper
2 Außenkontakte
3 elektrisch isolierende Schicht
3 Teilschicht
4 Aussparung
5 Randbereich
6 Längsachse
7 reale Querschnittsfläche
8 elektrisch leitfähige Schicht
8 Nebenfläche
9 Außenfläche
10 Thermistor
d Abstand
L Leitungsquerschnittfläche
V aktiver Volumenbereich

Claims

Patentansprüche
1. Thermistor (10), aufweisend einen keramischen Grundkörper (1), der als Hauptbestandteil ein Keramikmaterial enthält, wobei
- der keramische Grundkörper (1) wenigstens eine elektrisch isolierende Schicht (3) aufweist,
- die elektrisch isolierende Schicht (3) innerhalb des keramischen Grundkörpers (1) angeordnet ist,
- die elektrisch isolierende Schicht (3) eine Hauptkomponente enthält, die eine von dem Keramikmaterial verschiedene
Zusammensetzung aufweist.
2. Thermistor (10) nach Anspruch 1,
wobei die elektrisch isolierende Schicht (3) derart innerhalb des keramischen Grundkörpers (1) angeordnet ist, dass der Thermistor (10) einen höheren Rgs-Wert aufweist als ein
Thermistor (10), der ohne die elektrisch isolierende Schicht (3) ausgebildet, ansonsten aber gleich ist.
3. Thermistor (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die elektrisch isolierende Schicht (3) in einer Ebene liegt und die elektrisch isolierende Schicht (3) von einer oder mehreren Außenflächen (9) des keramischen Grundkörpers (1), die die Ebene schneiden, beabstandet ist.
4. Thermistor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die elektrisch isolierende Schicht (3) wenigstens eine Aussparung (4) aufweist.
5. Thermistor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei die isolierende Schicht (3) aus wenigstens zwei
Teilschichten (3") besteht, die in einer gemeinsamen Ebene liegen und die durch einen Abstand (d) voneinander getrennt sind .
6. Thermistor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei die elektrisch isolierende Schicht (3) eine
Hauptkomponente enthält, die ein anorganisches, elektrisch isolierendes Material umfasst.
7. Thermistor (10) nach Anspruch 6,
wobei das anorganische, elektrisch isolierende Material aus einer Menge ausgewählt ist, die wenigstens Varistorkeramiken und Kondensatorkeramiken enthält.
8. Thermistor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei die elektrisch isolierende Schicht (3) eine
Hauptkomponente enthält, die eine Spinell-Struktur aufweist.
9. Thermistor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei die elektrisch isolierende Schicht (3) als Hohlraum innerhalb des keramischen Grundkörpers (1) ausgebildet ist.
10. Thermistor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die elektrisch isolierende Schicht (3) eine Dicke von bis zu 5 pm aufweist.
11. Thermistor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der keramische Grundkörper (1) eine oder mehrere elektrisch leitfähige Schichten (8) aufweist, die derart innerhalb des keramischen Grundkörpers (1) angeordnet sind, dass die elektrisch leitfähigen Schichten (8) einen aktiven Volumenbereich (V) des keramischen Grundkörpers (1)
definieren und die elektrisch isolierende Schicht (3) innerhalb des aktiven Volumenbereichs (V) angeordnet ist.
12. Thermistor (10) nach Anspruch 11,
wobei wenigstens eine der elektrisch leitfähigen Schichten (8) in direktem Kontakt zu wenigstens einer Außenfläche (9) des keramischen Grundkörpers (1) steht.
13. Thermistor (10) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die elektrisch leitfähigen Schichten (8) wenigstens ein Metall enthalten, das ausgewählt ist aus einer Menge von Metallen, die wenigstens Silber, Palladium und jegliche
Silber- und Palladiumlegierungen enthält.
14. Verfahren zur Herstellung eines Thermistors (10)
umfassend einen keramischen Grundkörper (1),
wobei der keramische Grundkörper (1) derart hergestellt wird, dass aus einer Vielzahl von Grünfolien ein Grünfolienstapel gebildet wird, der anschließend gepresst und gesintert wird, wobei auf mindestens eine der Grünfolien vor dem Bilden des Grünfolienstapels eine zur Erzeugung einer elektrisch
isolierenden Schicht (3) geeignete Schicht aufgebracht wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
wobei die zur Erzeugung einer elektrisch isolierenden Schicht (3) geeignete Schicht ein elektrisch isolierendes Material enthält .
16. Verfahren nach Anspruch 14,
wobei die zur Erzeugung einer elektrisch isolierenden Schicht (3) geeignete Schicht ein thermisch zersetzbares Material enthält, das nach dem Sintern einen elektrisch isolierenden Hohlraum ausbildet.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei eine Vorlage verwendet wird, um die elektrisch
isolierende Schicht (3) zu erzeugen, wobei die Vorlage derart ausgestaltet ist, dass die elektrisch isolierende Schicht (3), bezogen auf die Vorlage, eine hohe Abbildungstreue aufweist .
18. Verfahren nach Anspruch 17,
wobei als Vorlage ein Siebdrucksieb verwendet wird, wobei das Siebdrucksieb ein Negativ der elektrisch isolierenden Schicht (3) und mindestens einen Steg, der das Negativ in wenigstens zwei separate Bereiche aufteilt, aufweist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18,
wobei auf mindestens eine weitere der Grünfolien eine
elektrisch leitfähige Schicht (8) aufgebracht wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19,
wobei die Grünfolien entlang einer Längsachse (6) des
keramischen Grundkörpers (1) gestapelt werden.
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