DE10018377C1 - Ceramic multilayered component used as a PTC resistance element comprises a stack of PTC ceramic layers with tungsten electrodes on both sides connected to a monolithic body - Google Patents
Ceramic multilayered component used as a PTC resistance element comprises a stack of PTC ceramic layers with tungsten electrodes on both sides connected to a monolithic bodyInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein keramisches Vielschichtbauelement nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung des Bauelements.The invention relates to a ceramic multilayer component according to the preamble of claim 1 and a method for Manufacture of the component.
Ein solches Bauelement ist beispielsweise aus der EP 0734031 A2 bekannt. Es umfaßt einen monolithischen kerami schen Bauelementkörper aus einer perovskitischen Keramik, die einen Mehrschichtaufbau aus alternierenden Keramik- und Elek trodenschichten aufweist. Die innenliegenden Elektroden auf der Basis von Nickel oder Nickellegierungen sind alternierend mit außen am Bauelementkörper angebrachten Sammelelektroden verbunden. Das Bauelement ist als Varistor ausgebildet.+Such a component is for example from the EP 0734031 A2 known. It includes a monolithic kerami component body made of a Perovskite ceramic, the a multi-layer structure made of alternating ceramic and elec has tread layers. The internal electrodes on the base of nickel or nickel alloys are alternating with collecting electrodes attached to the outside of the component body connected. The component is designed as a varistor
Ein keramisches Vielschichtbauelement, welches als Kondensa tor einsetzbar ist, ist aus der US-3679950 bekannt. Auch die ses Bauelement weist alternierende Keramik- und Elektroden schichten auf, wobei die Elektrodenschichten alternierend mit zwei seitlich am Bauelementkörper angebrachten Sammelelektro den kontaktiert sind. Die Elektrodenschichten werden bei der Herstellung des keramischen Bauelements zunächst als poröse keramische Zwischenschichten vorgefertigt und erst nachträg lich mit leitfähigem Material imprägniert, beispielsweise mit Silber in einer Silbernitratschmelze oder in einer Schmelze einer BiPbSnCd-Legierung.A ceramic multilayer component, which as a condenser gate can be used is known from US-3679950. That too This component has alternating ceramic and electrodes layers, the electrode layers alternating with two collector electronics attached to the side of the component body who are contacted. The electrode layers are used in the Production of the ceramic component initially as a porous Ceramic intermediate layers prefabricated and only afterwards Lich impregnated with conductive material, for example with Silver in a silver nitrate melt or in a melt a BiPbSnCd alloy.
Mit Ausnahme des eben genannten aufwendigen Verfahrens sind bei der Herstellung keramischer Vielschichtbauelemente nur Keramik/Elektroden-Kombinationen geeignet, die die Sinterung zum dichten keramischen Bauelementkörper bei Temperaturen von üblicherweise 1200-1500°C überstehen. With the exception of the complex process just mentioned in the manufacture of ceramic multilayer components only Ceramic / electrode combinations suitable for sintering for the dense ceramic component body at temperatures of usually survive 1200-1500 ° C.
Für keramische Kaltleiter, d. h. Bauelemente mit positivem Temperaturkoeffizient des Widerstands, sogenannte PTC- Elemente, sind keine üblicherweise verwendete temperaturstabile Elektroden aus Edelmetall geeignet. Diese können keinen ohmschen Kontakt zwischen der Keramik und den metallischen Elektroden aufbauen. Daher weisen PTC-Elemente mit (Innen-)Elektroden aus Edelmetall einen unzulässig hohen Widerstand auf. Die als Elektrodenmaterial geeigneten unedlen Metalle überstehen jedoch in der Regel nicht den Sinterprozeß, der für den Aufbau von Vielschichtbauelementen erforderlich ist.For ceramic thermistors, d. H. Components with positive Temperature coefficient of resistance, so-called PTC Items are not commonly used temperature-stable electrodes made of precious metal. This can no ohmic contact between the ceramic and the Build up metallic electrodes. Therefore, PTC elements show with (inner) electrodes made of precious metal an impermissibly high Resistance to. The base ones suitable as electrode material However, metals usually do not survive that Sintering process for the construction of multilayer components is required.
Aus der DE 197 19 174 A1 ist ein keramischer Kaltleiter in Vielschichtbauweise bekannt, der Aluminium umfassende Elektrodenschichten aufweist. Diese bilden zur Keramik einen ohmschen Kontakt auf und lassen sich bei Temperaturen bis 1200° ohne Beschädigung sintern. Nachteilig an diesem Vielschichkaltleiterbauelement ist jedoch, daß das Aluminium aus den Elektrodenschichten teilweise in die Keramik eindiffundiert und dabei die Bauelementeigenschaften mittel- oder langfristig beeinträchtigt oder das Bauelement gar unbrauchbar macht.DE 197 19 174 A1 describes a ceramic PTC thermistor in Multi-layer construction known, the comprehensive aluminum Has electrode layers. These form one with the ceramics ohmic contact and can be at temperatures up to Sinter 1200 ° without damage. Disadvantage of this Multi-layer PTC component is, however, that the aluminum partially from the electrode layers into the ceramic diffused in and the component properties are medium or impaired in the long term or the component even unusable.
Aus der DE 196 22 690 A1 ist ein keramisches Vielschicht- Bauelement bekannt, umfassend einen zu einem monolithischen Bauelement-Körper verbundenen Stapel aus mehreren beidseitig mit Elektroden versehenen Keramikschichten, bei dem die Elektrodenschichten alternierend mit seitlich am Bauelement angebrachten Sammelelektroden kontaktiert sind, und wobei das Material der innenliegenden Elektroden Wolfram umfaßt.DE 196 22 690 A1 describes a ceramic multilayer Component known, comprising a monolithic Component body connected stack of several on both sides ceramic layers provided with electrodes, in which the Electrode layers alternating with the side of the component attached collecting electrodes are contacted, and wherein the Material of the internal electrodes comprises tungsten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein keramisches Vielschichtbauelement mit PTC Keramik umfassenden keramischen Schichten anzugeben, welches gegenüber der Sinterung stabile Innenelektroden aufweist und welches langzeitstabile Bauelementeigenschaften besitzt. The object of the present invention is a ceramic Multi-layer component with ceramic comprising PTC ceramics Specify layers that are stable to sintering Has internal electrodes and which is long-term stable Has component properties.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein keramische Vielschicht-Bauelement der eingangs genannten Art gelöst, bei dem das Material zumindest der innenliegenden Elektroden Wolfram umfaßt und bei dem die keramischen Schichten eine PTC Keramik umfassen.This object is achieved by a ceramic Multi-layer component of the type mentioned solved at which is the material of at least the internal electrodes Tungsten and in which the ceramic layers comprise a PTC Ceramic include.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung des Bauelements gehen aus weiteren Ansprüchen hervor.Advantageous embodiments of the invention and a Methods for producing the component go from others Claims.
Es hat sich gezeigt, daß aus Wolfram bestehende oder wolframhaltige Elektroden den für das keramische Bauelement erforderlichen Sinterprozeß unbeschadet überstehen und dabei einen guten ohmschen Kontakt zur PTC Keramik ausbilden. Daher können mit der Erfindung Bauelemente mit niedrigen Widerstand erhalten werden. Beim Sintern werden keine Diffusionsprozesse des Wolframs in die Keramik beobachtet, die die keramischen Bauelementeigenschaften beeinträchtigen könnten. Dies gilt auch bei keramischen Kaltleitern, die ebenfalls einen guten ohmschen Kontakt zu den Wolfram umfassenden Elektroden ausbilden, ohne daß dabei die kaltleitenden Eigenschaften verloren gehen. Gleichzeitig weist Wolfram eine mit Edelmetallen vergleichbare gute elektrische Leitfähigkeit auf, die für reines Wolfram atwa drei mal so hoch ist wie die von Silber, so daß Elektrodenschichten mit ausreichender elektrischer Tragfähigkeit bereits mit dünneren Wolframschichten erzielt werden können, als dies bislang mit den bekannten unedlen Elektrodenschichten möglich war. Außerdem stellt Wolfram ein kostengünstiges Elektrodenmaterial dar, das z. B. wesentlich kostengünstiger ist als Edelmetalle wie Palladium oder Platin, so daß erfindungsgemäße keramische Vielschichtbauelemente kostengünstiger herzustellen sind als solche mit edelmetallhaltigen Elektroden. Erfindungswesentlich ist aber nicht die elektrische Leitfähigkeit von Wolfram, sondern der Abbau der Sperrschicht zum Kaltleitermaterial, der allein durch die Anwesenheit einer geeigneten Menge Wolfram erreicht wird, die den guten Ohmschen Kontakt herstellt.It has been shown that tungsten or electrodes containing tungsten for the ceramic component survive the required sintering process undamaged and at the same time establish good ohmic contact with the PTC ceramic. Therefore can with the invention components with low resistance be preserved. When sintering, there are no diffusion processes of the tungsten observed in the ceramics that the ceramic Component properties could impair. this applies also with ceramic PTC thermistors, which are also good ohmic contact to the electrodes comprising tungsten train without losing the cold-conducting properties get lost. At the same time, Wolfram has one Precious metals comparable good electrical conductivity which for pure tungsten atwa is three times as high as that of silver, so that electrode layers with sufficient electrical load capacity even with thinner ones Tungsten layers can be achieved than was previously the case the known base electrode layers was possible. In addition, tungsten provides an inexpensive Electrode material which, for. B. much cheaper is as precious metals such as palladium or platinum, so that Ceramic multilayer components according to the invention are cheaper to manufacture than those with electrodes containing precious metals. But is essential to the invention not the electrical conductivity of tungsten, but the Degradation of the barrier layer to the PTC thermistor material, which alone achieved by the presence of an appropriate amount of tungsten that makes good ohmic contact.
Bei einem erfindungsgemäßen als PTC Element ausgebildeten und daher aus kaltleitender Keramik gefertigten Bauelement ergeben sich weitere bislang nicht zu verwirklichende Vorteile. Nachdem bislang keine stabilen keramischen Vielschicht-Kaltleiter bekannt waren, wird es nun möglich, Kaltleiter mit höheren Nennströmen und kleineren Bauelementwiderständen bei kleinerer Bauform herzustellen, als dies bei bekannten (einschichtigen) Kaltleiterbauelementen möglich war. Dies ist möglich, weil bei Vielschichtbauelementen die Elektrodenabstände beziehungsweise die Schichtdicken der Keramikschichten deutlich geringer sein können, als bei herkömmlichen Kaltlei terbauelementen ohne Innenelektroden. Mit der reduzierten Dicke der einzelnen Keramikschicht reduziert sich auch deren elektrischer Widerstand senkrecht zur Hauptfläche, also in Richtung der Schichtdicke, ohne daß dazu der spezifische Wi derstand der Keramik herabgesetzt werden muß. Eine weitere Reduktion des Widerstands des gesamten Vielschichtbauelements ergibt sich durch die Parallelverschaltung der einzelnen PTC- Elemente, die im erfindungsgemäßen Bauelement übereinanderge stapelt das Vielschichtbauelement ergeben. Damit wird auch eine hohe Stromtragfähigkeit des Bauelements gewährleistet.In a PTC element designed according to the invention and therefore a component made of cold-conducting ceramic there are more that have not yet been realized Benefits. After so far no stable ceramic Multilayer PTC thermistors were known, it is now possible PTC thermistor with higher nominal currents and smaller ones To produce component resistors with a smaller design, than this with known (single-layer) PTC thermistor components was possible. This is possible because for multilayer components, the electrode spacing or the layer thicknesses of the ceramic layers can be significantly lower than with conventional Kaltlei components without internal electrodes. With the reduced The thickness of the individual ceramic layer is also reduced electrical resistance perpendicular to the main surface, i.e. in Direction of the layer thickness without the specific Wi the level of the ceramics must be reduced. Another Reduction of the resistance of the entire multilayer component results from the parallel connection of the individual PTC Elements which are stacked in the component according to the invention stacks the multilayer component result. So that too ensures a high current carrying capacity of the component.
Allgemein kann bei einem keramischen Vielschichtbauelement über die Variation der Parameter Schichtdicke und Grundfläche des Einzelelements und Anzahl der übereinandergestapelten Einzelschichten im Vielschichtbauelement die Eigenschaften des Gesamtbauelements gezielt beeinflußt oder variiert wer den. Ein Vielschichtbauelement kann daher bei gegebenen äuße ren Abmessungen dennoch innerhalb weiter Grenzen in seinen Eigenschaften variiert werden, ohne daß dafür die Keramikzu sammensetzung geändert werden muß. Bei einschichtigen kerami schen Bauelementen lassen sich die Bauelementeigenschaften oft nur über Variation der Bauelementdimension oder Variation der für das Bauelement verwendeten Materialien einstellen. Damit ist ein erfindungsgemäßes keramisches Vielschichtbau element insbesondere zur Verwendung in der SMD-Montagetechnik geeignet, die eine kompakte maschinenverarbeitbare bezie hungsweise maschinentaugliche Bauform voraussetzt. Diese läßt sich beim Vielschichtbauelement beliebig variieren, da die Bauelementeigenschaften unabhängig davon eingestellt werden können.In general, in the case of a ceramic multilayer component by varying the parameters of layer thickness and base area of the individual element and number of stacked Single layers in the multilayer component the properties of the overall component is influenced or varied in a targeted manner the. A multilayer component can therefore be given given dimensions within wide limits Properties can be varied without the ceramic composition must be changed. For single-layer kerami The component properties can be often only by varying the component dimension or variation set the materials used for the component. This is a ceramic multilayer construction according to the invention element especially for use in SMD assembly technology suitable that a compact machine-workable relation machine-compatible design. This leaves vary with the multilayer component as desired Component properties can be set independently can.
Im folgenden wird die Erfindung insbesondere das Verfahren zur Herstellung des Bauelements anhand von Ausführungsbei spielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren dienen nur der Veranschaulichung der Erfindung und sind nur schematisch und nicht maßstabsgetreu.In the following, the invention in particular the method for the production of the component on the basis of execution examples play and explained the associated figures. The Figures are used only to illustrate the invention and are only schematic and not to scale.
Fig. 1 zeigt eine mit einer Elektrodenschicht bedruckte keramische Grünfolie in perspektivischer Darstel lung Fig. 1 shows a printed with an electrode layer ceramic green sheet in perspective presen- tation
Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Vielschichtbauelement im schematischen Querschnitt Fig. 2 shows an inventive multi-layer component in the schematic cross-section
Fig. 3 zeigt eine in mehrere Bauelemente aufteilbare kera mische Grünfolie mit aktiven und passiven Bereichen in der Draufsicht Fig. 3 shows a kera mix green film that can be divided into several components with active and passive areas in plan view
Fig. 4 zeigt einen Schichtenstapel keramischer Grünfolie im Querschnitt. Fig. 4 shows a stack of layers of ceramic green sheet in cross section.
Zur Herstellung keramischer Grünfolien wird das keramische Ausgangsmaterial fein vermahlen und homogen mit einem Binder material vermischt. Die Folie wird anschließend durch Folien ziehen oder Foliengießen in einer gewünschten Dicke herge stellt.Ceramic is used to manufacture green ceramic films Starting material finely ground and homogeneous with a binder mixed material. The foil is then covered by foils pulling or film casting in a desired thickness poses.
Fig. 1 zeigt eine solche Grünfolie 1 in perspektivischer Darstellung. Auf eine Oberfläche der Grünfolie 1 wird nun in dem für die Elektrode vorgesehenem Bereich eine Elektrodenpa ste 2 aufgebracht. Dazu eignen sich eine Reihe von insbeson dere Dichschichtverfahren, vorzugsweise Aufdrucken, bei spielsweise mittels Siebdruck. Zumindest im Bereich einer Kante der Grünfolie 1, wie beispielsweise in Fig. 1 darge stellt, oder nur im Bereich einer Ecke der Grünfolie ver bleibt ein nicht von Elektrodenpaste bedeckter und hier als passiver Bereich 3 bezeichneter Oberflächenbereich. Möglich ist es auch, die Elektrode nicht als flächige Schicht aufzu bringen, sondern strukturiert, gegegebenenfalls als durchbro chenes Muster. Fig. 1 shows such a green sheet 1 in perspective. On one surface of the green sheet 1 is a Elektrodenpa will now ste 2 applied in the intended area for the electrode. A number of in particular sealing layer processes are suitable for this, preferably printing, for example by means of screen printing. At least in the area of an edge of the green sheet 1 , as shown in FIG. 1 for example, or only in the area of a corner of the green sheet, a surface area not covered by electrode paste and referred to here as passive area 3 remains. It is also possible not to apply the electrode as a flat layer, but structured, if necessary as a broken pattern.
Die Elektrodenpaste 2 besteht aus metallischen, metallisches Wolfram oder eine Wolframverbindung umfassenden Partikeln zur Herstellung der gewünschten Leitfähigkeit, ggf. sinterfähigen keramischen Partikeln zur Anpassung der Schwundeigenschaften der Elektrodenpaste an die der Keramik und einem ausbrennba ren organischen Binder, um eine Formbarkeit der keramischen Masse bzw. einen Zusammenhalt der Grünkörper zu gewährlei sten. Dabei können Partikel aus reinem Wolfram, Partikel aus Wolframlegierung, Wolframverbindung oder gemischte Partikel aus Wolfram und anderen Metallen verwendet werden. Bei kera mischen Vielschichtbauelementen, die einer nur geringen me chanischen Belastung ausgesetzt sind, ist es auch möglich, in der Elektrodenpaste auf die keramischen Anteile ganz zu ver zichten. Der Wolframanteil kann in weiten Bereichen variie ren, wobei ggf. die Sinterbedingungen auf die Elektrodenpa stenzusammensetzung anzupassen sind. Der Abbau der Sperr schicht bei Kaltleitermaterial wird regelmäßig mit Wolframan teilen von 3 und mehr Gewichtsprozent (bezogen auf die metal lischen Partikel) erreicht.The electrode paste 2 consists of metallic, metallic tungsten or particles comprising a tungsten compound for producing the desired conductivity, optionally sinterable ceramic particles for adapting the shrinking properties of the electrode paste to that of the ceramic and a burnable organic binder in order to make the ceramic mass or to ensure cohesion of the green bodies. Particles of pure tungsten, particles of tungsten alloy, tungsten compound or mixed particles of tungsten and other metals can be used. In the case of ceramic multilayer components which are exposed to only a small mechanical load, it is also possible to dispense entirely with the ceramic components in the electrode paste. The proportion of tungsten can vary widely, the sintering conditions possibly having to be adapted to the electrode paste composition. The barrier layer in PTC thermistor material is broken down regularly with Wolframan parts of 3 and more percent by weight (based on the metallic particles).
Anschließend werden die bedruckten Grünfolien 9 in einer ge wünschten Anzahl so zu einem Folienstapel übereinanderge schichtet, daß (grüne) Keramikschichten 1 und Elektroden schichten 2 alternierend übereinander angeordnet sind.Subsequently, the printed green foils 9 are stacked in a desired number so as to form a stack of foils that (green) ceramic layers 1 and electrode layers 2 are arranged alternately one above the other.
Bei der späteren Kontaktierung werden die Elektrodenschichten außerdem alternierend auf unterschiedlichen Seiten des Bau elements mit Sammelelektroden verbunden, um die Eizelelktro den parallel zu verschalten. Dazu ist es vorteilhaft, erste und zweite Grünfolien 9 mit unterschiedlicher Orientierung der aufgedruckten Elektrodenschichten 2 so zu stapeln, daß deren passive Bereiche 3 alternierend nach unterschiedlichen Seiten weisen. Vorzugsweise wird dazu eine einheitliche Elek trodengeometrie gewählt, wobei erste und zweite Grünfolie 9 sich dadurch unterscheiden, daß sie im Folienstapel gegenein ander um 180° gedreht sind. Möglich ist es jedoch auch, für das Bauelement einen Grundriß mit höherer Symmetrie auszuwählen, so daß zur Herstellung einer alternierenden Kontaktie rung ein Verdrehen um andere Winkel als 180° möglich ist, beispielsweise um 90° bei Vorsehen eines quadratischen Grund risses. Möglich ist es jedoch auch, bei jeder zweiten Grünfo lie 9 das Elektrodenmuster um einen bestimmten Betrag gegen das der ersten Grünfolien so zu versetzen, daß jeder passive Bereich 3 in der jeweils benachbarten Grünfolie über einem mit Elektrodenpaste bedruckten Bereich angeordnet ist.During the subsequent contacting, the electrode layers are also connected alternately on different sides of the construction element with collecting electrodes in order to interconnect the egg electrodes in parallel. For this purpose, it is advantageous to stack first and second green foils 9 with different orientations of the printed electrode layers 2 in such a way that their passive areas 3 alternately point to different sides. A uniform electrode geometry is preferably selected for this purpose, the first and second green film 9 differing in that they are rotated against one another by 180 ° in the film stack. However, it is also possible to select a layout with a higher symmetry for the component, so that rotation to other angles than 180 ° is possible for producing an alternating contact, for example by 90 ° with the provision of a square base crack. However, it is also possible for every second green sheet 9 to offset the electrode pattern by a certain amount against that of the first green sheet such that each passive area 3 is arranged in the respectively adjacent green sheet over an area printed with electrode paste.
Anschließend wird der auf Grund des Binders noch formelasti sche Folienstapel durch Pressen und gegebenenfalls Zuschnei den in die gewünschte äußere Form gebracht. Dann wird die Ke ramik gesintert, was einen mehrstufigen Prozeß in zumindest anfänglich wenig Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre umfassen kann. Die endgültige Sinterung, bei der die Keramik bis zu vollständigen bzw. bis zur gewünschten Verdichtung zusam mensintert, liegt in der Regel zwischen 1100 und 1500°C. Wird für diesen Hochtemperatursinterschritt eine sauerstoffhaltige Atmosphäre (z. B. mit einem Sauerstoffpartialdruck von zumin dest 1 Hektopasqual) gewählt, so wird eine maximale Sinter temperatur von 1200°C eingehalten. Oberhalb dieser Temperatur besteht die Gefahr, daß das in den Elektroden enthaltene Wolfram oxidiert und somit die elektrische Leitfähigkeit re duziert wird. Bei einer ebenfalls möglichen Sinterung unter Inertgas (z. B. mit einem Sauerstoffpartialdruck von höchstens 1 Pasqual) muß diese obere Temperaturgrenze nicht eingehalten werden, so daß die Sinterung bei den z. B. für Bariumtitanat üblichen 1300°C durchgeführt werden kann. Eine Reduzierung der erforderlichen Sintertemperatur kann aber auch durch Aus wahl geeigneter Zuschläge zur Keramik erzielt werden.Then, due to the binder, it is still elastic stack of foils by pressing and possibly cutting the brought into the desired outer shape. Then the ke sintered, which is a multi-step process in at least initially contain little oxygen-containing atmosphere can. The final sintering, in which the ceramic is up to complete or together to the desired compression sintered, is usually between 1100 and 1500 ° C. Becomes for this high-temperature sintering step an oxygen-containing one Atmosphere (e.g. with an oxygen partial pressure of at least 1 hectopasqual) is selected, so a maximum sinter temperature of 1200 ° C maintained. Above this temperature there is a risk that the contained in the electrodes Tungsten oxidizes and thus the electrical conductivity right is induced. If sintering is also possible under Inert gas (e.g. with an oxygen partial pressure of at most 1 Pasqual) this upper temperature limit does not have to be observed be so that the sintering at the z. B. for barium titanate usual 1300 ° C can be carried out. A reduction the required sintering temperature can also be switched off choice of suitable additions to ceramics can be achieved.
Nach der Sinterung entsteht aus den einzelnen Grünfolien schichten ein monolithischer keramischer Bauelementkörper 8, der einen festen Verbund der einzelnen Keramikschichten 4 aufweist. Dieser feste Verbund ist auch an den Verbindungs stellen Keramik/Elektrode/Keramik gegeben. Fig. 2 zeigt ein fertiges erfindungsgemäßes Vielschichtbauelement 8 im schematischen Querschnitt. Im Bauelementkörper sind alternierend Keramikschichten 4 und Elektrodenschichten 5 übereinander an geordnet. An zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Bau elementkörpers werden nun Sammelelektroden 6, 6' erzeugt, die jeweils mit jeder zweiten Elektrodenschicht 5 in elektrischem Kontakt stehen. Dazu kann beispielsweise zunächst eine Metal lisierung, üblicherweise aus Silber auf der Keramik erzeugt werden, beispielsweise durch stromlose Abscheidung. Diese kann anschließend galvanisch verstärkt werden, z. B. durch Aufbringen einer Schichtfolge Ag/Ni/Sn. Dadurch wird die Löt fähigkeit auf Platinen verbessert. Es sind jedoch auch andere Möglichkeiten der Metallisierung beziehungsweise der Erzeu gung der Sammelelektroden 6, 6' geeignet.After sintering, the individual green foils produce layers of a monolithic ceramic component body 8 , which has a firm bond between the individual ceramic layers 4 . This firm bond is also given at the ceramic / electrode / ceramic connection points. FIG. 2 shows a finished multilayer component 8 according to the invention in a schematic cross section. In the component body, ceramic layers 4 and electrode layers 5 are arranged alternately one above the other. On two opposite sides of the building element body collecting electrodes 6 , 6 'are now generated, each of which is in electrical contact with every second electrode layer 5 . For this purpose, for example, first a metalization, usually made of silver on the ceramic, for example by electroless deposition. This can then be galvanically reinforced, e.g. B. by applying a layer sequence Ag / Ni / Sn. This improves the soldering ability on circuit boards. However, other possibilities of metallization or the generation of the collecting electrodes 6 , 6 'are also suitable.
Das in der Fig. 2 dargestellte Bauelement 8 weist auf beiden Hauptoberflächen Keramikschichten als Abschlußschichten auf. Dazu kann zum Beispiel als oberste Schicht eine unbedruckte Grünfolie 1 vor dem Sintern in den Folienstapel eingebaut werden, so daß der Stapel nicht mit einer Elektrodenschicht 2 abschließt. Für mechanisch besonders beanspruchte keramische Bauelemente ist es auch möglich, die oberste und die unterste keramische Schicht im Stapel dicker zu gestalten als die üb rigen Keramikschichten 4 im Stapel. Dazu können beim Aufsta peln des Folienstapels als unterste und oberste Schichten mehrere unbedruckte Grünfolien 1 ohne Elektrodenschicht ein gebaut und zusammen mit dem restlichen Grünfolienstapel ver preßt und gesintert werden.The component 8 shown in FIG. 2 has ceramic layers as closing layers on both main surfaces. For this purpose, for example, an unprinted green film 1 can be installed in the film stack as the top layer before sintering, so that the stack does not end with an electrode layer 2 . For mechanically particularly stressed ceramic components, it is also possible to make the top and bottom ceramic layers in the stack thicker than the usual ceramic layers 4 in the stack. For this purpose, several unprinted green foils 1 without an electrode layer can be built into the stacking of the foil stack as the bottom and top layers and pressed and sintered together with the rest of the green foil stack.
Fig. 3 zeigt eine mit einem Elektrodenmuster 2 bedruckte Grünfolie, die ein Aufteilen in mehrere Bauelemente mit je weils kleinerer Grundfläche ermöglicht. Die nicht mit Elek trodenpaste bedruckten passiven Bereiche 3 werden so angeord net, daß sich durch abwechselndes Stapeln von ersten und zweiten Grünfolien der zur Kontaktierung geeignete alternie rende Versatz der Elektroden im Stapel einstellen läßt. Dies kann erreicht werden, wenn die ersten und zweiten Grünfolien jeweils gegeneinander um z. B. 180° verdreht sind, oder wenn allgemein erste und zweite Grünfolien ein gegeneinander ver setzt Elektrodenmuster aufweisen. Die Schnittlinien 7, ent lang der sich die Grünfolie beziehungsweise der daraus herge stellte Schichtenstapel in einzelne Bauelemente vereinzeln läßt, sind mit gestrichelten Linien gekennzeichnet. Möglich sind jedoch auch Elektrodenmuster, bei denen die Schnittfüh rungen zum Vereinzeln so gelegt werden können, daß keine Elektrodenschicht durchtrennt werden muß. Jede zweite Elek trodenschicht ist dann aber vom Stapelrand her kontaktierbar. Gegebenenfalls werden dazu die Stapel nach dem Vereinzeln und Sintern vor dem Aufbringen der Sammelelektroden 6, 6' noch abgeschliffen, um die zu kotaktierenden Elektrodenschichten freizulegen. Fig. 3 shows a green foil printed with an electrode pattern 2 , which enables a division into several components, each with a smaller base area. The passive areas 3 not printed with electrode paste are arranged so that the alternating stacking of the electrodes in the stack which is suitable for contacting can be set by alternately stacking first and second green foils. This can be achieved if the first and second green foils are mutually z. B. are rotated 180 °, or if generally first and second green foils have a mutually ver sets electrode pattern. The cut lines 7, along the length of the green sheet or the stack of layers produced therefrom can be separated into individual components, are identified by dashed lines. However, electrode patterns are also possible in which the cutting guides can be placed so that no electrode layer has to be severed. Every second electrode layer can then be contacted from the edge of the stack. If necessary, the stacks are separated after the separation and sintering before the application of the collecting electrodes 6 , 6 'in order to expose the electrode layers to be contacted.
Fig. 4 zeigt einen so hergestellten Schichtenstapel im sche matischen Querschnitt. Man erkennt, daß bei der Vereinzelung des Schichtenstapels entlang der Schnittlinien 7 Bauelemente entstehen, die jeder für sich den gewünschten Versatz der Elektroden 4 aufweisen. Die Zerteilung eines solchen mehrere Bauelementgrundrisse umfassenden Folienstapels in einzelne Folienstapel der gewünschten Bauelementgrundfläche erfolgt vorzugsweise nach dem Verpressen der Folienstapel, beispiels weise durch Schneiden oder Stanzen. Anschließend werden die Folienstapel gesintert. Möglich ist es jedoch auch, den meh rere Grundrisse von Bauelementen umfassenden Folienstapel zu nächst zu sintern und die Einzelbauelemente erst anschließend durch Sägen der fertig gesinterten Keramik zu vereinzeln. Ab schließend werden wiederum Sammelelektroden 6 aufgebracht. Fig. 4 shows a layer stack thus produced in cal matic cross section. It can be seen that when the layer stack is separated along the cutting lines 7, components are formed which each have the desired offset of the electrodes 4 . Such a stack of film comprising several component floor plans is broken up into individual film stacks of the desired component base area preferably after the film stack has been pressed, for example by cutting or punching. The film stacks are then sintered. However, it is also possible to first sinter the multiple floor plans of the film stack comprising components and only then to separate the individual components by sawing the finished sintered ceramic. From closing collecting electrodes 6 are again applied.
Ein erfindungsgemäßes Vielschichtbauelement, welches als Kaltleiter (PTC-Element) eingesetzt werden kann, besteht aus einer Bariumtitanatkeramik der allgemeinen Zusammensetzung (Ba, Ca, Sr, Pb)TiO2, die mit Donatoren und/oder Akzeptoren, beispielsweise mit Mangan und Yttrium dotiert ist.A multilayer component according to the invention, which can be used as a PTC element, consists of a barium titanate ceramic of the general composition (Ba, Ca, Sr, Pb) TiO 2 , which is doped with donors and / or acceptors, for example with manganese and yttrium .
Das Bauelement kann beispielsweise 5 bis 20 Keramikschichten samt der dazugehörigen Elektrodenschichten, zumindest aber zwei innenliegende Elektrodenschichten umfassen. Die Keramik schichten weisen üblicherweise jeweils eine Dicke von 30 bis 200 µm auf. Sie können jedoch auch größere oder kleinere Schichtdicken besitzen.The component can, for example, 5 to 20 ceramic layers including the associated electrode layers, at least comprise two internal electrode layers. The ceramics layers usually have a thickness of 30 to 200 µm. However, you can also choose larger or smaller ones Have layer thicknesses.
Die äußere Dimension eines Kaltleiterbauelements in erfinde rischer Vielschichtbauweise kann variieren, liegt jedoch für mit SMD verarbeitbare Bauelemente üblicherweise im Bereich weniger Millimeter. Eine geeignete Größe ist beispielsweise die von Kondensatoren bekannte Bauform 2220. Das Kaltleiter bauelement kann jedoch auch noch kleiner sein.The outer dimension of a PTC thermistor component in inventive multilayer construction can vary, but is usually in the range of a few millimeters for components that can be processed with SMD. A suitable size is, for example, the design 2220 known from capacitors. The PTC component can, however, also be smaller.
Besondere Vorteile hat die Erfindung für die genannten Kalt leiter-Bauelemente, die mit der Erfindung erstmals als stabi le Vielschichtbauelemente mit kleiner Bauform und niedrigem Widerstand erhalten werden können. Möglich ist es jedoch auch, mit der Erfindung andere keramische Vielschichtbauele mente herzustellen, beispielsweise Kondensatoren, Heißleiter oder Varistoren.The invention has particular advantages for the aforementioned cold ladder components, the first time with the invention as stabi Multi-layer components with a small design and low Resistance can be obtained. However, it is possible also, with the invention other ceramic multilayer components elements, for example capacitors, thermistors or varistors.
Claims (9)
dadurch gekennzeichnet,
daß die Keramikschichten PTC Keramik umfassen, und
daß das Material zumindest der innenliegenden Elektroden (5) Wolfram umfasst.1. A multilayer ceramic component comprising a stack of several ceramic layers ( 4 ) provided with electrodes ( 5 ) on both sides, which are connected to form a monolithic component body ( 8 ), in which the electrode layers alternately with collecting electrodes ( 6 , 6 ') attached to the side of the component. are contacted,
characterized by
that the ceramic layers comprise PTC ceramic, and
that the material comprises at least the internal electrodes ( 5 ) tungsten.
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