WO2020224992A1 - Keramisches bauelement und verfahren zur herstellung des keramischen bauelements - Google Patents

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Hermann GRÜNBICHLER
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    • H01G4/224—Housing; Encapsulation

Definitions

  • the invention relates to a ceramic component which comprises a ceramic base body which has a ceramic material.
  • the invention also relates to a method for producing the ceramic component.
  • Ceramic components are widely used components for electronic components. Due to steadily increasing
  • Increasingly smaller ceramic components have to be provided for the performance of electronic components.
  • a reduction in the component size of the ceramic components based on conventional ceramic materials can, however, have a negative influence on, in particular, electrical properties of the ceramic component.
  • reducing the size of a capacitor based on a conventional ceramic material can result in an increase in sensitivity to electrostatic discharge (ESD) within the capacitor.
  • ESD electrostatic discharge
  • a first example of a ceramic component according to the prior art can be found in the publication DE 11 2012 000 669 T5.
  • a dopant is added to the corresponding semiconductor ceramic, which is selected from among other things lanthanum, neodymium, niobium and tantalum.
  • a second example of a ceramic component according to the prior art can be found in the document FR 2 799 301 Bl.
  • FR 2 799 301 B1 describes a non-linear electrical resistor which can be used to protect an electrical power network against electrical overvoltage, as well as a method for producing such a resistor.
  • FR 2 799 301 B1 discloses that the non-linear electrical resistance
  • manganese pyrophosphate can be added to the non-linear electrical resistance.
  • the object of the present invention is therefore to provide a ceramic component which comprises a ceramic base body which, as the main component, is an improved
  • present invention to provide a method for producing the ceramic component.
  • a ceramic component having a ceramic base body is provided, the ceramic base body containing a ceramic material as its main component which has the general empirical formula A x ByC ] __ xv Ti ] __y + w 03 *
  • A is a first doping which is selected from a group of first metals including neodymium, praseodymium, cerium and lanthanum.
  • B is a second doping which is selected from a group of second metals comprising niobium, tantalum and vanadium.
  • C is a main component of a base ceramic material, which is selected from a group of third metals comprising calcium, strontium and barium.
  • D is an additive comprising at least one first compound, which is a fourth metal which is selected from a group of fourth metals
  • x is the proportion of A
  • y is the proportion of B
  • v is
  • the base ceramic material is to be understood as a base compound with the general empirical formula CTiC> 3, where C is a main component of the
  • Base ceramic material is selected from the group of third metals.
  • a first metal is to be understood here and below as a first doping, which occupies lattice sites of a third metal in the crystal lattice of the base ceramic material.
  • Doping can be understood as a second metal that occupies titanium lattice sites in the crystal lattice of the base ceramic material.
  • the ceramic material comprises the base ceramic material including the first doping and the second doping, as well as at least one additive and manganese pyrophosphate with the empirical formula
  • the proportions of the first doping, the second doping and the additive can each also assume the value zero.
  • the ceramic material in addition to the base ceramic material, can also contain only the first doping or the second doping or the additive. Furthermore, the ceramic material, in addition to
  • Base ceramic material also contains only the first doping and the additive or only the second doping and the additive. Furthermore, the ceramic material can only do that
  • Contain base ceramic material including the first and the second doping that includes
  • the ceramic material no additive. In all of the aforementioned embodiments, the ceramic material contains
  • the first doping can comprise at least two first metals
  • the second doping can comprise at least two second metals
  • the main component of the base ceramic material can comprise at least two third metals.
  • the additive can have at least a first
  • a compound and a second compound each containing a fourth metal each containing a fourth metal, the first compound containing a fourth metal that is different from the fourth metal contained in the second compound.
  • the first compound contains a different fourth metal than the second compound.
  • Metal oxides which contain at least one fourth metal can be used as the first and second compounds.
  • the ceramic material has one of the
  • Bg stands for a second metal and Bg for a further second metal, which are contained in the second doping B, the coefficients yg and yg being the
  • Cg stands for a third metal
  • Dg stands for a fourth metal and Dg for a
  • Components of the ceramic material according to Examples 1 to 7 listed in Table 1 can each vary by up to 10%.
  • the proportion of the first doping x for example 1 can not only have a value of 0.02. Rather, x can also have all values between 0.018 and 0.022.
  • all the other values listed in Table 1 for the respective proportions can vary by up to 10%.
  • Quantities vary by up to 5% around the values given in the table. For example, this means for the The proportion of the first doping x in example 1 that x can assume all values between 0.019 and 0.021.
  • the ceramic base body of the ceramic component can have a plurality of ceramic layers, which can be the same or different, and internal electrodes that are arranged between the ceramic layers, the internal electrodes containing nickel as the main component.
  • the ceramic component can be designed as a capacitor.
  • the ceramic component can be designed as a multilayer capacitor.
  • Multi-layer capacitor has a ceramic base body with a plurality of ceramic layers and
  • Internal electrodes which are arranged between the ceramic layers on. Preferably contain the
  • the manganese pyrophosphate in the ceramic material makes it possible to produce a densely sintered ceramic even at relatively low sintering temperatures of 1200 ° C. or less
  • a tightly sintered ceramic base body is intended here and below to include a
  • the base body which has a sintered density of 90% or more.
  • Manganese pyrophosphate means that the manganese pyrophosphate is a sintering aid which is congruent even at a temperature below 1100 ° C under reducing conditions
  • Manganese pyrophosphate at the stated melting point without Decomposition becomes completely liquid. This has the consequence that the molten manganese pyrophosphate is distributed homogeneously in the ceramic base body and thus leads to a very homogeneous and high compression of the ceramic base body.
  • Manganese pyrophosphate makes it possible to control the grain growth during sintering of the ceramic base body, whereby the electrical and mechanical properties of the ceramic base body are improved.
  • the reduced sintering temperature enables the use of nickel-containing internal electrodes, since these do not melt at the reduced sintering temperature. Since nickel is less expensive than the metals that are conventionally used for the internal electrodes, such as gold, silver or palladium, the costs for the ceramic component can be kept low overall.
  • the ceramic material can be a main component of a ceramic base body, the part of a capacitor,
  • a multi-layer capacitor in particular a multi-layer capacitor, a multi-layer capacitor can be provided which is robust to ESD even with a small capacitor size and has internal electrodes containing Ni. This is the
  • a design of type 0603 or smaller should be considered as a small capacitor size. Furthermore, a capacitor that has hardly any tendency to ESD is to be understood as a capacitor that has a design of type 0603 or smaller, a capacitance of less than 10 nF and an ESD Has a voltage greater than 8 kV.
  • the capacitor, which is robust to ESD preferably has a capacitance of 1 nF and an ESD voltage of more than 20 kV.
  • the ESD voltage is the voltage with which I can load the component without damaging it. The higher the ESD voltage, the higher I can stress the component without damage.
  • the present invention also provides a method
  • the procedure comprises the following sub-steps:
  • C is a main component of the base ceramic material that comprises a third metal selected from a group of third metals
  • Dopant that contains a second metal and / or a Ti-containing compound and / or an additive that comprises at least a first compound that contains a fourth metal to the ceramic material with subsequent mixing to obtain a mixture, the first metal is selected from a group of first metals including neodymium, praseodymium, cerium and lanthanum, the second metal is selected from a group of second metals including niobium, tantalum and vanadium, the third metal is selected from a group of third metals , comprising calcium,
  • Strontium and barium and the fourth metal is selected from a group of fourth metals including aluminum, nickel and iron, - grinding the mixture to obtain a ground mixture,
  • the first dopant to be considered here and below is a substance that contains at least one first metal that is part of the first doping.
  • a substance is to be considered here and below which contains at least one second metal that is part of the second doping.
  • At least one oxide of a first metal can be used as the first dopant, the first metal being selected from the group of first metals.
  • At least one oxide of a second metal can be used as the second dopant, the second metal being selected from the group of the second metals.
  • a first and / or a second dopant can be added to the base ceramic material, the first dopant
  • Dopant contains at least two first metals and the second dopant contains at least two second metals.
  • the first dopant comprises at least one component, the at least two different first ones
  • the first dopant can contain a first component and a second component, the first component containing a first metal that is different from the first metal that is contained in the second component. It is the same with the second
  • the main component of the base ceramic material can comprise at least two third metals.
  • an additive which comprises at least aluminum and nickel can be added to the base ceramic material.
  • the additive can comprise a first compound containing at least aluminum and nickel.
  • the additive can be a first
  • Compound and a second compound wherein the first compound contains nickel and the second compound contains aluminum or vice versa. Furthermore, a metal-containing paste containing nickel can be used for applying the internal electrodes.
  • the decarburized green sheet stack can be used in a
  • the decarburized green sheet stack is preferably either at 1200 ° C., 1250 ° C. or at a temperature in between for four hours
  • the decarburized green film stack can be sintered in a reducing atmosphere.
  • a reducing atmosphere should be here and in the
  • Ceramic material and the nickel inner electrodes in particular by the oxygen in the air.
  • the tempering in air can take place in order to reoxidize the sintered component.
  • a passivation made of glass can be applied to the ceramic base body.
  • the passivation protects the ceramic base body from external influences such as
  • the invention is based on a
  • FIG. 1 shows a ceramic component having a ceramic base body.
  • FIG. 1 shows a ceramic component having a ceramic base body 1 with internal electrodes 2 and two metallizations 3 which are attached to two opposite outer surfaces 1 ′ of the ceramic base body 1. Furthermore, the ceramic base body 1 has a
  • Passivation 4 made of glass.
  • the ceramic component is designed as a multilayer capacitor. The ceramic
  • the main body contains a ceramic material with the empirical formula as its main component
  • a base ceramic material with the empirical formula Bag r gSrg r gTiOg was provided for one exemplary embodiment.
  • Base compound has a value of 97 mol%, for the proportion of the first dopant a value of 1 mol%, for the
  • the proportion of the titanium-containing compound is 1.5 mol% and the proportion of manganese pyrophosphate is 0.5 mol%. Then the base ceramic material, the first dopant, the titanium-containing compound, and the manganese pyrophosphate are mixed together and ground to obtain a ground mixture. Ceramic green sheets were produced from the ground mixture, to which internal electrodes were applied by means of a metal-containing paste containing nickel. In a next step, the printed green foils were stacked to form a green foil stack and pressed in order to obtain a pressed green foil stack. Then the pressed green sheet stack was separated and then the separated.
  • the ceramic base body 1 was coated with a passivation 4 made of glass.
  • the invention is not restricted to the above exemplary embodiment.
  • the ceramic material can be a
  • the ceramic material can, however, also have a composition that is different from the

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Abstract

Es wird ein keramisches Bauelement aufweisend einen keramischen Grundkörper (1) bereitgestellt. Der keramische Grundkörper enthält als Hauptbestandteil ein Keramikmaterial mit der allgemeinen Summenformel AxByC1-x-vTi1-y+wO3 * (Mn2P2O7)z * Du aufweist, wobei - A eine erste Dotierung ist, die ausgewählt ist aus einer Gruppe von ersten Metallen, umfassend Neodym, Praseodym, Cer und Lanthan, - B eine zweite Dotierung ist, die ausgewählt ist aus einer Gruppe von zweiten Metallen, umfassend Niob, Tantal und Vanadium, - C eine Hauptkomponente eines Basiskeramikmaterials ist, die ausgewählt ist aus einer Gruppe von dritten Metallen, umfassend Kalzium, Strontium und Barium - und D ein Zusatzstoff ist, der wenigstens eine erste Verbindung umfasst, die ein viertes Metall enthält, das ausgewählt ist aus einer Gruppe von vierten Metallen, umfassend Aluminium, Nickel und Eisen, wobei x der Mengenanteil an A ist, y der Mengenanteil an B ist, v der Mengenanteil an A-Vakanzen ist, w der Mengenanteil eines Titanüberschusses ist, z der Mengenanteil an Mn2P2O7 ist, u der Mengenanteil an D ist und für die Mengenanteile gilt: 0,0 ≤ x < 0,1, 0,0 ≤ y < 0,1, 0 ≤ v < 1,5*x, 0 ≤ w < 0,05, 0,01 ≤ z < 0,1, 0 ≤ u < 0,05. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung des keramischen Bauelements bereitgestellt.

Description

Beschreibung
Keramisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung des keramischen Bauelements
Die Erfindung betrifft ein keramisches Bauelement, das einen keramischen Grundkörper umfasst, der ein Keramikmaterial aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des keramischen Bauelements.
Keramische Bauelemente sind weit verbreitete Bauteile für elektronische Bauelemente. Aufgrund stetig steigender
Anforderungen bezüglich der Miniaturisierung und
Leistungsfähigkeit der elektronischen Bauteile müssen immer kleinere keramische Bauteile bereitgestellt werden. Eine Verringerung der Bauteilgröße der keramischen Bauelemente, die auf herkömmlichen Keramikmaterialien basieren, kann aber einen negativen Einfluss auf, insbesondere, elektrische Eigenschaften des keramischen Bauelements haben. So, kann beispielsweise eine Größenverringerung eines Kondensators, der auf einem herkömmlichen Keramikmaterial basiert, dazu führen, dass die Empfindlichkeit gegenüber elektrostatischen Entladungen ( electrostatic discharge; ESD) innerhalb des Kondensators zunimmt. Durch ein ESD kann der Kondensator unbrauchbar werden.
Ein erstes Beispiel eines keramischen Bauteils nach dem bisherigen Stand der Technik findet sich in der Druckschrift DE 11 2012 000 669 T5.
DE 11 2012 000 669 T5 beschreibt einen laminierten
Halbleiterkeramikkondensator mit Varistorfunktion sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben. Insbesondere ist eine SrTi03 -basierte korngrenzenisolierte Halbleiterkeramik für die Varistorfunktion offenbart. DE 11 2012 000 669 T5
offenbart für eine Ausführungsform, dass der entsprechenden Halbleiterkeramik ein Dotierstoff zugegeben wird, der unter anderem aus Lanthan, Neodym, Niob und Tantal ausgewählt ist.
Ein zweites Beispiel eines keramischen Bauteils nach dem bisherigen Stand der Technik findet sich in der Druckschrift FR 2 799 301 Bl.
FR 2 799 301 Bl beschreibt einen nichtlinearen elektrischen Widerstand, der zum Schutz eines elektrischen Stromnetzes gegen elektrische Überspannung verwendet werden kann, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen. FR 2 799 301 Bl offenbart, dass der nichtlineare elektrische Widerstand
Zinkoxid als Hauptkomponente aufweist, und an den Seiten des nichtlinearen elektrischen Widerstandskörpers hochohmige Schichten ausgebildet sind. FR 2 799 301 Bl offenbart
weiterhin, dass dem nichtlinearen elektrischen Widerstand Manganpyrophosphat zugegeben werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein keramisches Bauelement bereitzustellen, das einen keramischen Grundkörper umfasst, der als Hauptkomponente ein verbessertes
Keramikmaterial enthält. Ferner ist es Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung des keramischen Bauelements bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden durch ein keramisches Bauelement nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen des keramischen Bauelements und Verfahren zur Herstellung des keramischen Bauelements sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen. Es wird ein keramisches Bauelement aufweisend einen keramischen Grundkörper bereitgestellt, wobei der keramische Grundkörper als Hauptbestandteil ein Keramikmaterial enthält, das die allgemeine Summenformel AxByC]__x-vTi]__y+w03 *
(MngPgC^z * Du aufweist. In der allgemeinen Summenformel ist A eine erste Dotierung, die ausgewählt ist aus einer Gruppe von ersten Metallen umfassend Neodym, Praseodym, Cer und Lanthan. Ferner ist B eine zweite Dotierung, die ausgewählt ist aus einer Gruppe von zweiten Metallen umfassend Niob, Tantal und Vanadium. Weiterhin ist C eine Hauptkomponente eines Basiskeramikmaterials, die ausgewählt ist aus einer Gruppe von dritten Metallen umfassend Kalzium, Strontium und Barium. Zusätzlich ist D ein Zusatzstoff, der wenigstens eine erste Verbindung umfasst, die ein viertes Metall enthält, das ausgewählt ist aus einer Gruppe von vierten Metallen
umfassend Aluminium, Nickel und Eisen. Weiterhin ist x der Mengenanteil an A, y der Mengenanteil an B, v der
Mengenanteil an A-Vakanzen, w der Mengenanteil eines
Titanüberschusses, z der Mengenanteil an MngPgO7 und u der Mengenanteil an D. Für die Mengenanteile gilt:
0,0 < x < 0,1,
0,0 < y < 0,1,
0 < v < 1 , 5*x,
0 < w < 0,05,
0,01 < z < 0,1,
0 < u < 0,05.
Hier und im Folgenden soll als Basiskeramikmaterial eine Basisverbindung mit der allgemeinen Summenformel CTiC>3 verstanden werden, wobei C eine Hauptkomponente des
Basiskeramikmaterials ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe von dritten Metallen. Außerdem soll hier und im Folgenden als eine erste Dotierung ein erstes Metall verstanden werden, das im Kristallgitter des Basiskeramikmaterials Gitterplätze eines dritten Metalls, besetzt .
Ferner soll hier und im Folgenden unter einer zweiten
Dotierung ein zweites Metall verstanden werden, das in dem Kristallgitter des Basiskeramikmaterials Gitterplätze des Titans besetzt.
In einer Ausführungsform des Keramikmaterials umfasst das Keramikmaterial das Basiskeramikmaterial inklusive der ersten Dotierung und der zweiten Dotierung, sowie wenigstens einen Zusatzstoff und Manganpyrophosphat mit der Summenformel
MngPgO? ·
Die Mengenanteile der ersten Dotierung, der zweiten Dotierung und des Zusatzstoffs können jeweils auch den Wert null annehmen. Mit anderen Worten, das Keramikmaterial kann, neben dem Basiskeramikmaterial, auch nur die erste Dotierung oder die zweite Dotierung oder den Zusatzstoff enthalten. Ferner kann das Keramikmaterial, zusätzlich zum
Basiskeramikmaterial, auch nur die erste Dotierung und den Zusatzstoff oder nur die zweite Dotierung und den Zusatzstoff enthält. Weiterhin kann das Keramikmaterial nur das
Basiskeramikmaterial inklusive der ersten und der zweiten Dotierung enthalten. In diesem Fall enthält das
Keramikmaterial keinen Zusatzstoff. In allen vorher genannten Ausführungsformen enthält das Keramikmaterial
Manganpyrophosphat mit einem Mengenanteil, der größer null ist. Mit anderen Worten, Manganpyrophosphat ist immer in dem Keramikmaterial enthalten. Ferner kann die erste Dotierung mindestens zwei erste Metalle umfassen, die zweite Dotierung mindestens zwei zweite Metalle umfassen und die Hauptkomponente des Basiskeramikmaterials mindestens zwei dritte Metalle umfassen.
Weiterhin kann der Zusatzstoff mindestens eine erste
Verbindung und eine zweite Verbindung umfassen, die jeweils ein viertes Metall enthalten, wobei die erste Verbindung ein viertes Metall enthält, das verschieden ist von dem vierten Metall, das in der zweiten Verbindung enthalten ist. Mit anderen Worten, die erste Verbindung enthält ein anderes viertes Metall als die zweite Verbindung. Als erste und zweite Verbindung können Metalloxide verwendet werden, die wenigsten ein viertes Metall enthalten.
Vorzugsweise weist das Keramikmaterial eine der
Zusammensetzungen auf, die in unten stehender Tabelle 1 dargestellt sind. Tabelle 1
Figure imgf000007_0001
In der Tabelle 1 steht Bg für ein zweites Metall und Bg für ein weiteres zweites Metall, die in der zweiten Dotierung B enthalten sind, wobei die Koeffizienten yg und yg die
jeweiligen Mengenanteile der zweiten Metalle Bi und B2 in der zweiten Dotierung B sind. Die Summe der Koeffizienten yg und yg ergibt den Mengenanteil y der zweiten Dotierung in dem Keramikmaterial .
Weiterhin steht Cg für ein drittes Metall, Cg für ein
weiteres drittes Metall und C3 für ein zusätzliches drittes
Metall, die in der Hauptkomponente C des Basismaterials enthalten sind. Die Werte für Cg Cg und C3 stehen für den Mengenanteil des jeweiligen dritten Metalls in der
Hauptkomponente C, wobei die Summe der Werte 1 ergibt.
Ferner steht Dg für ein viertes Metall und Dg für ein
weiteres viertes Metall, die in dem Zusatzstoff D enthalten sind. Die Summe der Koeffizienten ug und ug ergibt den
Mengenanteil u des Zusatzstoffs in dem Keramikmaterial.
Es muss erwähnt werden, dass die Mengenanteile für die
Komponenten des Keramikmaterials entsprechend den in Tabelle 1 aufgeführten Beispielen 1 bis 7 jeweils um bis zu 10 % variieren können. So kann beispielsweise der Mengenanteil der ersten Dotierung x für das Beispiel 1 nicht nur den Wert von 0,02 aufweisen. Vielmehr kann x auch alle Werte zwischen 0,018 und 0,022 aufweisen. In analoger Weise können auch alle anderen in Tabelle 1 aufgeführten Werte für die jeweiligen Mengenanteile um bis zu 10 % variieren. Vorteilhafte
Mengenanteile variieren um bis zu 5 %um die in der Tabelle angegebenen Werte. Beispielsweise bedeutet das für den Mengenanteil der ersten Dotierung x in Beispiel 1, dass x alle Werte zwischen 0,019 und 0,021 annehmen kann.
Weiterhin kann der keramische Grundkörper des keramischen Bauelements eine Vielzahl von keramischen Schichten, die gleich oder unterschiedlich sein können, und Innenelektroden, die zwischen den keramischen Schichten angeordnet sind, aufweisen, wobei die Innenelektroden als Hauptbestandteil Nickel enthalten.
Ferner kann das keramische Bauelement als ein Kondensator ausgebildet sein. Insbesondere kann das keramische Bauelement als ein Mehrschichtkondensator ausgebildet sein. Der
Mehrschichtkondensator weist einen keramischen Grundkörper mit einer Vielzahl von keramischen Schichten und
Innenelektroden, die zwischen den keramischen Schichten angeordnet sind, auf. Vorzugweise enthalten die
Innenelektroden Nickel.
Durch das Manganpyrophosphat in dem Keramikmaterial ist es möglich, schon bei relativ niedrigen Sintertemperaturen von 1200°C oder weniger einen dicht gesinterten keramischen
Grundkörper zu erhalten. Unter einem dicht gesinterten keramischen Grundkörper soll hier und im Folgenden ein
Grundkörper zu verstehen sein, der eine Sinterdichte von 90% oder mehr aufweist.
Die Erfinder erklären den positiven Effekt des
Manganpyrophosphats damit, dass das Manganpyrophosphat ein Sinterhilfsmittel ist, welches schon bei einer Temperatur unter 1100°C bei reduzierenden Bedingungen kongruent
schmilzt. Kongruent schmelzen bedeutet, dass das
Manganpyrophosphat bei dem genannten Schmelzpunkt ohne Zersetzung komplett flüssig wird. Dies hat zur Folge, dass sich das geschmolzene Manganpyrophosphat homogen in dem keramischen Grundkörper verteilt und somit zu einer sehr homogenen und hohen Verdichtung des keramischen Grundkörpers führt .
Durch die Verringerung der Sintertemperatur durch das
Manganpyrophosphat ist es möglich, das Kornwachstum beim Sintern des keramischen Grundkörpers zu kontrollieren, wodurch die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des keramischen Grundkörpers verbessert werden.
Weiterhin ermöglicht die verringerte Sintertemperatur die Verwendung von nickelhaltigen Innenelektroden, da diese bei der verringerten Sintertemperatur nicht schmelzen. Da Nickel kostengünstiger ist als die Metalle, die herkömmlicherweise für die Innenelektroden verwendet werden, wie beispielsweise Gold, Silber oder Palladium, können die Kosten für das keramische Bauteil insgesamt niedrig gehalten werden.
Da das Keramikmaterial eine Hauptkomponente eines keramischen Grundkörpers sein kann, der Teil eines Kondensators,
insbesondere eines Mehrschichtkondensators ist, lässt sich ein Mehrschichtkondensator bereitstellen der auch bei kleiner Kondensatorgröße, gegenüber ESD robust ist und Ni-haltige Innenelektroden aufweist. Dadurch ist der
Mehrschichtkondensator zuverlässig und kostengünstig.
Als kleine Kondensatorgröße soll eine Bauform vom Typ 0603 oder kleiner betrachtet werden. Weiterhin soll unter einem Kondensator, der kaum zu einem ESD neigt, ein Kondensator verstanden werden, der eine Bauform vom Typ 0603 oder kleiner aufweist, eine Kapazität von unter 10 nF und eine ESD- Spannung von mehr als 8 kV aufweist. Vorzugsweise weist der Kondensator, der gegenüber ESD robust ist, eine Kapazität von 1 nF und eine ESD-Spannung von mehr als 20 kV auf. Die ESD- Spannung ist diejenige Spannung mit der ich das Bauteil belasten kann, ohne es zu beschädigen. Je höher die ESD- Spannung ist, desto höher kann ich das Bauteil ohne Schäden belasten .
Ferner gibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung eines keramischen Bauelements an. Dieses
Verfahren umfasst folgende Teilschritte:
- Bereitstellen eines Basiskeramikmaterials mit der
allgemeinen Summenformel CTiOg,
wobei C eine Hauptkomponente des Basiskeramikmaterials ist, die ein drittes Metall umfasst, das ausgewählt ist aus einer Gruppe von dritten Metallen, umfassend
Kalzium, Strontium, Barium,
- Zugabe von MngPgOir einem ersten Dotierstoff, der ein erstes Metall enthält und/oder einem zweiten
Dotierstoff, der ein zweites Metall enthält und/oder einer Ti-haltigen Verbindung und/oder einem Zusatzstoff, der wenigstens eine erste Verbindung umfasst, die ein viertes Metall enthält, zu dem Keramikmaterial, mit anschließendem Mischen, um eine Mischung zu erhalten, wobei das erste Metall ausgewählt ist aus einer Gruppe von ersten Metallen, umfassend Neodym, Praseodym, Cer und Lanthan, das zweite Metall ausgewählt ist aus einer Gruppe von zweiten Metallen, umfassend Niob, Tantal und Vanadium, das dritte Metall ausgewählt ist aus einer Gruppe von dritten Metallen, umfassend Kalzium,
Strontium und Barium und das vierte Metall ausgewählt ist aus einer Gruppe von vierten Metallen, umfassend Aluminium, Nickel und Eisen, - Mahlen der Mischung, um eine gemahlene Mischung zu erhalten,
- Herstellen von keramischen Grünfolien aus der gemahlenen Mischung,
- Aufbringen von Innenelektroden auf die keramischen
Grünfolien,
- Stapeln der keramischen Grünfolien, um einen
Grünfolienstapel zu erhalten,
- Pressen des Grünfolienstapels, um einen gepressten
Grünfolienstapel zu erhalten,
- Vereinzelung des gepressten Stapels um vereinzelte grüne Bauteile zu erhalten.
- Entkohlen der vereinzelten Bauteile, um entkohlte
Bauteile zu erhalten,
- Sintern der entkohlten Bauteile, um gesinterte Bauteile zu erhalten,
- Tempern der gesinterten Bauteile um keramische
Grundkörper zu erhalten,
- Aufbringen und Einbrennen von Metallisierungen auf
Außenflächen der keramischen Grundkörper, um keramische Bauelemente zu erhalten.
Als erster Dotierstoff soll hier und im Folgenden ein Stoff betrachtet werden, der wenigstens ein erstes Metall enthält, das Bestandteil der ersten Dotierung ist.
Als zweiter Dotierstoff soll hier und im Folgenden ein Stoff betrachtet werden, der wenigstens ein zweites Metall enthält, das Bestandteil der der zweiten Dotierung ist. Als erster Dotierstoff kann wenigstens ein Oxid eines ersten Metalls verwendet werden, wobei das erste Metall ausgewählt ist aus der Gruppe von ersten Metallen.
Als zweiter Dotierstoff kann wenigstens ein Oxid eines zweiten Metalls verwendet werden, wobei das zweite Metall ausgewählt ist aus der Gruppe der zweiten Metalle.
Ferner kann dem Basiskeramikmaterial ein erster und/oder ein zweiter Dotierstoff zugegeben werden, wobei der erste
Dotierstoff mindestens zwei erste Metalle enthält und der zweite Dotierstoff mindestens zwei zweite Metalle enthält.
Mit anderen Worten, der erste Dotierstoff umfasst wenigstens eine Komponente, die wenigstens zwei verschiedene erste
Metalle enthält. Vorzugsweise kann der erste Dotierstoff eine erste Komponente und eine zweite Komponente enthalten, wobei die erste Komponente ein erstes Metall enthält, das von dem ersten Metall, das in der zweiten Komponente enthalten ist, verschieden ist. Analog verhält es sich mit dem zweiten
Dotierstoff, wobei statt erste Metalle zweite Metalle
enthalten sind.
Ferner kann die Hauptkomponente des Basiskeramikmaterials mindestens zwei dritte Metalle umfassen.
Weiterhin kann dem Basiskeramikmaterial ein Zusatzstoff zugegeben werden, der wenigstens Aluminium und Nickel umfasst. Mit anderen Worten, der Zusatzstoff kann eine erste Verbindung umfassen, die wenigstens Aluminium und Nickel enthält. Vorzugsweise kann der Zusatzstoff eine erste
Verbindung und eine zweite Verbindung umfassen, wobei die erste Verbindung Nickel und die zweite Verbindung Aluminium enthält oder umgekehrt. Ferner kann für das Aufbringen der Innenelektroden eine metallhaltige Paste, die Nickel enthält, verwendet werden.
Weiterhin kann der entkohlte Grünfolienstapel bei einer
Temperatur zwischen 1200 und 1250 °C und bei einer Haltezeit von ein bis fünf Stunden gesintert werden. Vorzugsweise wird der entkohlte Grünfolienstapel entweder bei 1200 °C ,1250 °C oder bei einer Temperatur dazwischen für vier Stunden
gesintert
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur
Herstellung des keramischen Bauelements kann der entkohlte Grünfolienstapel in einer reduzierenden Atmosphäre gesintert werden. Eine reduzierende Atmosphäre soll hier und im
Folgenden eine Atmosphäre sein, die eine Oxidation des
Keramikmaterials und der Nickel-Innenelektroden insbesondere durch den Luftsauerstoff, verhindert.
Weiterhin kann das Tempern an Luft erfolgen um das gesinterte Bauteil zu reoxidieren. Durch diesen Schritt können,
beispielsweise bei einem Kondensator, elektrische
Eigenschaften des Kondensators, wie die Robustheit des
Kondensators gegenüber einem ESD, eingestellt werden.
Ferner kann auf dem keramischen Grundkörper eine Passivierung aus Glas aufgebracht werden. Durch die Passivierung wird der keramische Grundkörper vor äußeren Einflüssen, wie
Feuchtigkeit oder Temperaturschwankungen, geschützt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem
Ausführungsbeispiel mit der dazugehörigen Figur näher
beschrieben . Figur 1 zeigt ein keramisches Bauelement aufweisend einen keramischen Grundkörper.
Die Figur und die Größenverhältnisse in der Figur sind nicht maßstabsgetreu .
Figur 1 zeigt ein keramisches Bauelement aufweisend einen keramischen Grundkörper 1 mit innenliegenden Innenelektroden 2 und zwei Metallisierungen 3, die an zwei gegenüberliegenden Außenflächen 1' des keramischen Grundkörpers 1 angebracht sind. Weiterhin weist der keramische Grundkörper 1 eine
Passivierung 4 aus Glas auf. Das keramische Bauelement ist als Mehrschichtkondensator ausgebildet. Der keramische
Grundkörper enthält als Hauptbestandteil ein Keramikmaterial mit der Summenformel
Figure imgf000015_0001
(MngPgO? ) 0 , 01 · unc^ entspricht damit der Zusammensetzung des ersten Beispiels das in Tabelle 1 gezeigt ist.
Für die Herstellung des keramischen Grundkörpers wurde für ein Ausführungsbeispiel ein Basiskeramikmaterial mit der Summenformel Bag r gSrg r gTiOg bereitgestellt. Zu dem
Basiskeramikmaterial wurde Lanthanoxid als erster
Dotierstoff, Titandioxid als titanhaltige Verbindung und Manganpyrophosphat zugegeben. Die Summe der Mengenanteile des Basiskeramikmaterials, des ersten Dotierstoffs, der
titanhaltigen Verbindung und des Manganpyrophosphats ergibt 100 Mol-%. Somit ergibt sich für den Mengenanteil der
Basisverbindung ein Wert von 97 Mol-%, für den Mengenanteil des ersten Dotierstoffs ein Wert von 1 Mol-%, für den
Mengenanteil der titanhaltigen Verbindung ein Wert von 1,5 Mol-% und für den Mengenanteil an Manganpyrophosphat ein Wert von 0,5 Mol-%. Anschließend wurden das Basiskeramikmaterial, der erste Dotierstoff, die titanhaltige Verbindung und das Manganpyrophosphat miteinander vermischt und gemahlen, um eine gemahlene Mischung zu erhalten. Aus der gemahlenen Mischung wurden keramische Grünfolien hergestellt auf die, mittels einer metallhaltigen Paste, die Nickel enthält, Innenelektroden aufgebracht wurden. In einem nächsten Schritt wurden die bedruckten Grünfolien zu einem Grünfolienstapel gestapelt und gepresst, um einen gepressten Grünfolienstapel zu erhalten. Danach wurde der gepresste Grünfolienstapel vereinzelt und dann die vereinzelten
Bauteile bei 600 °C entkohlt und bei 1250 °C für vier Stunden in einer reduzierenden Atmosphäre gesintert, um einen
keramischen Grundkörper 1 zu erhalten. In einem weiteren Schritt wurden auf zwei gegenüberliegenden Außenflächen 1' des keramischen Grundkörpers 1 Metallisierungen 3
aufgebracht. Zuletzt wurde der keramische Grundkörper 1 mit einer Passivierung 4 aus Glas überzogen. Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere kann das Keramikmaterial eine
Zusammensetzung aufweisen, die den Beispielen 2 bis 7 aus Tabelle 1 entspricht. Das Keramikmaterial kann aber auch eine Zusammensetzung aufweisen, die verschieden ist, von den
Zusammensetzungen, die in den Bespielen 1 bis 7 in Tabelle 1 gezeigt werden, wobei die Beispiele 1 bis 7 als bevorzugt erachtet werden. Auch ist die Anwendung des Keramikmaterials nicht auf einen Kondensator beschränkt. Bezugszeichenliste
1 keramischer Grundkörper 1 Außenfläche
2 Innenelektroden
3 Außenmetallisierung
4 Passivierung

Claims

Patentansprüche
1. Keramisches Bauelement aufweisend einen keramischen
Grundkörper (1), der als Hauptbestandteil ein Keramikmaterial mit der allgemeinen Summenformel AxByC]__x-vTi]__y+w03 *
(MngPgC^z * Du aufweist, wobei
- A eine erste Dotierung ist, die ausgewählt ist aus einer Gruppe von ersten Metallen, umfassend Neodym, Praseodym, Cer und Lanthan,
- B eine zweite Dotierung ist, die ausgewählt ist aus einer Gruppe von zweiten Metallen, umfassend Niob, Tantal und
Vanadium,
- C eine Hauptkomponente eines Basiskeramikmaterials ist, die ausgewählt ist aus einer Gruppe von dritten Metallen, umfassend Kalzium, Strontium und Barium
- und D ein Zusatzstoff ist, der wenigstens eine erste
Verbindung umfasst, die ein viertes Metall enthält, das ausgewählt ist aus einer Gruppe von vierten Metallen, umfassend Aluminium, Nickel und Eisen,
wobei x der Mengenanteil an A ist, y der Mengenanteil an B ist, v der Mengenanteil an A-Vakanzen ist, w der Mengenanteil eines Titanüberschusses ist, z der Mengenanteil an MngPgO7 ist, u der Mengenanteil an D ist und für die Mengenanteile gilt :
0,0 < x < 0,1,
0,0 < y < 0,1,
0 < v < 1 , 5*x,
0 < w < 0,05,
0,01 < z < 0,1,
0 < u < 0,05.
2. Keramisches Bauelement nach Anspruch 1,
wobei die erste Dotierung mindestens zwei erste Metalle umfasst und/oder die zweite Dotierung mindestens zwei zweite Metalle umfasst und/oder die Hauptkomponente des
Basiskeramikmaterials mindestens zwei dritte Metalle umfasst.
3. Keramisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Zusatzstoff mindestens eine erste Verbindungen und eine zweite Verbindung umfasst, die jeweils ein viertes
Metall enthalten, wobei die erste Verbindung ein viertes Metall enthält, das verschieden ist von dem vierten Metall, das in der zweiten Verbindung enthalten ist.
4. Keramisches Bauelement nach einem Ansprüche 1 bis 3, wobei der keramische Grundkörper (1) eine Vielzahl von keramischen Schichten und Innenelektroden (2), die zwischen den keramischen Schichten angeordnet sind, aufweist, wobei die Innenelektroden (2) als Hauptbestandteil Nickel
enthalten .
5. Keramisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das keramische Bauelement als Kondensator ausgebildet ist .
6. Keramisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der keramische Grundkörper (1) eine Sinterdichte von mehr als 90 % aufweist.
7. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei das Verfahren folgende Teilschritte aufweist:
- Bereitstellen eines Basiskeramikmaterials mit der
allgemeinen Summenformel CTiOg, wobei C eine Hauptkomponente des Basiskeramikmaterials ist, die ein drittes Metall umfasst, das ausgewählt ist aus einer Gruppe von dritten Metallen, umfassend
Kalzium, Strontium, Barium,
- Zugabe von MngPgO7, einem ersten Dotierstoff, der ein erstes Metall enthält und/oder einem zweiten
Dotierstoff, der ein zweites Metall enthält und/oder einer Ti-haltigen Verbindung und/oder einem Zusatzstoff, der wenigstens eine erste Verbindung umfasst, die ein viertes Metall enthält, zu dem Keramikmaterial, mit anschließendem Mischen, um eine Mischung zu erhalten, wobei das erste Metall ausgewählt ist aus einer Gruppe von ersten Metallen, umfassend Neodym, Praseodym, Cer und Lanthan, das zweite Metall ausgewählt ist aus einer Gruppe von zweiten Metallen, umfassend Niob, Tantal und Vanadium, das dritte Metall ausgewählt ist aus einer Gruppe von dritten Metallen, umfassend Kalzium,
Strontium und Barium und das vierte Metall ausgewählt ist aus einer Gruppe von vierten Metallen, umfassend Aluminium, Nickel und Eisen,
- Mahlen der Mischung, um eine gemahlene Mischung zu
erhalten,
- Herstellen von keramischen Grünfolien aus der gemahlenen Mischung,
- Aufbringen von Innenelektroden auf die keramischen
Grünfolien,
- Stapeln der keramischen Grünfolien, um einen
Grünfolienstapel zu erhalten,
- Pressen des Grünfolienstapels, um einen gepressten
Grünfolienstapel zu erhalten,
- Vereinzelung des gepressten Stapels um vereinzelte grüne Bauteile zu erhalten. - Entkohlen der vereinzelten Bauteile, um entkohlte
Bauteile zu erhalten,
- Sintern der entkohlten Bauteile, um gesinterte Bauteile zu erhalten,
- Tempern der gesinterten Bauteile um keramische
Grundkörper zu erhalten,
- Aufbringen und Einbrennen von Metallisierungen auf
Außenflächen der keramischen Grundkörper, um keramische Bauelemente zu erhalten.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
wobei die Hauptkomponente des Basiskeramikmaterials
mindestens zwei dritte Metalle umfasst.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
wobei der erste Dotierstoff mindestens zwei erste Metalle enthält und/oder der zweite Dotierstoff mindestens zwei zweite Metalle enthält.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
wobei Zusatzstoffe zugegeben werden, die wenigstens Aluminium und Nickel umfassen.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 10,
wobei für das Aufbringen der Innenelektroden (2) eine
metallhaltige Paste, die Nickel enthält, verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 7 bis 11,
wobei der entkohlte Grünfolienstapels bei einer Temperatur zwischen 1200 und 1250 °C und bei einer Haltezeit von ein bis fünf Stunden gesintert wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei der entkohlte Grünfolienstapel in einer reduzierenden Atmosphäre gesintert wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13,
wobei auf den keramischen Grundkörper (1) eine Passivierung (4) aus Glas aufgebracht wird.
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