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JP6082009B2 - 多層デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

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JP6082009B2 JP2014530128A JP2014530128A JP6082009B2 JP 6082009 B2 JP6082009 B2 JP 6082009B2 JP 2014530128 A JP2014530128 A JP 2014530128A JP 2014530128 A JP2014530128 A JP 2014530128A JP 6082009 B2 JP6082009 B2 JP 6082009B2
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Description

本発明は、セラミック層と内部電極とからなる層配列を有する多層デバイスに関する。
多層デバイスとりわけバリスタは、セラミック層と平面状の内部電極とが交互に積層されて焼結された基体を備えている。外部電極は通常、内部電極の層平面に垂直な、この基体の2つの対向した外面上に設けられている。これらの内部電極は、重なり合って順次交互に外部電極の1つと電気的に導通して接続されている。このため、これらの内部電極は、関係する基板の外面まで延び、これに対向する外面からと、場合によってはさらにその横にある基体の外面からとも離間している。これらの内部電極は、容量の形成のために互いに重なり合って配設されており、とりわけこの重なり部の外側で大きな電流負荷に曝される。内部電極に用いられる金属は、製造コストの大部分を占める。
特許文献1には、多層デバイスの形態のモノリシックセラミックコンデンサが記載されている。白金,金,パラジウム,これら金属の合金,とりわけ銀−パラジウム−合金,銅,鉄,コバルト,タングステン,モリブデン,ニッケル,およびニッケル合金が内部電極として示されている。
特許文献2には、多層デバイスが記載されており、この多層デバイスでは、内部電極に貴金属が使用されておらず、多層デバイス技術でPTCサーミスタ(Kaltleiter)を製造することを可能としている。この特許文献2でコンタクト層として示されている内部電極は、アルミニウムペーストまたはアルミニウムを含有したペーストで製造されている。
特許文献3には、セラミック多層デバイスが開示されており、この多層デバイスでは、セラミック粉末を含むグリーンシートに、シルクスクリーン印刷を用いてパターニングされた金属層が設けられ、この金属層は、完成したデバイスの内部電極として設けられている。例として金属層の鋸歯状にされたパターンが示されている。この金属層の鋸歯形状は、グリーンシートの一方の縁部から距離を置いて終端している。このグリーンシートの対向する縁部には、この金属層からの細い接続ストライプのみが設けられている。
ドイツ国特許公開公報第19622690A1号明細書 ドイツ国特許公開公報第19719174A1号明細書 欧州特許公開公報第1416546A1号明細書
本発明の課題は、安価に製造できる多層デバイスを提供することである。またさらに、その製造方法を提供することである。
これらの課題は請求項1に記載の特徴を有する多層デバイスによって、あるいは請求項12に記載の特徴を有する多層デバイスの製造方法によって解決される。これらの実施形態は、従属請求項に記載される。
本発明による多層デバイスは、交互に層配列されたセラミック層と平面状の内部電極とからなる基板を有している。この基体の外面上には互いに分離された外部電極が設けられている。これらの内部電極は、それぞれ接続領域と、これに接する重なり領域とを備える。この接続領域の直線状の縁部は、外部電極の1つと電気的に導通して接続されている。重なり領域は、これらの外部電極に対し距離を置いて配設されている。外部電極と接続された接続領域の縁部は、少なくとも重なり領域の延びと同様な長さで、この縁部に延在する直線に対し長手方向に平行であり、この重なり領域は少なくともこれらの直線の1つの長手方向で複数回分断されている。
この重なり領域での内部電極の分断は、電極材料の節約となる。この分断は、好ましくは、デバイスの最大電流定格が従来の多層デバイスと比較して減少しない、あるいは少なくとも大きく減少しない程度に、大きく形成される。
内部電極の電流負荷は、それぞれ接続領域において最大であり、重なり領域においてこれに接続された外部電極からの距離が大きくなるほど減少する。これは、このデバイスの動作において、内部電極通って流れる電流が部分的にセラミック層に流出するからである。この重なり領域でこれらの内部電極が全面に存在せず、この電流フローに対し横方向で分断されている場合は、この内部電極の電流負荷は、少なくともこの重なり領域の一部において、全面的な内部電極を有するデバイスにおけるよりも大きくなる。
重なり領域におけるこの内部電極の電流負荷は、接続領域における電流負荷によって制限されることができ、これに対応して、重なり領域において電流方向に関して横方向の内部電極の分断部の寸法が制限される。このようにして、従来の多層デバイスと比較して、デバイスの最大電流定格を低下することなく、できるかぎり多くの電極材料を節約することができる。
このデバイスの実施形態例では、重なり領域の分断部は、接続領域からの距離の増加に伴い、その数が増加し、その大きさが増加し、またはその数および大きさが増加する。
このデバイスの参考形態例では、重なり領域は鋸歯形状にパターニングされ、これらは接続領域からの距離の増加に伴い少なくとも段階的に細くなる。
さらなる実施形態では、この重なり領域はストライプ状にパターニングされている。
さらなる実施形態例では、これらのストライプは、外部電極に接続された接続領域の縁部に対して垂直に、かつ互いに平行に配設されている。
さらなる実施形態例では、この重なり領域は鋸歯状にされたストライプにパターニングされ、これらは接続領域からの距離の増加に伴い少なくとも段階的に細くなる。
このデバイスのさらなる実施形態例では、この重なり領域の分断部の寸法は、最大で互いに隣接した内部電極の間隔の半分程度である。
さらなる実施形態例では、この重なり領域は、多数の穴を備える
さらなる実施形態例では、これらの穴は接続領域からの距離が増加するに伴って、その分布密度が増加する。
さらなる実施形態例では、最大の寸法、とりわけこれらの穴の直径は最大で、互いに隣接した内部電極の距離の半分程度の大きさである。
さらなる実施形態例では、これらの内部電極は、これらの層に対し垂直な方向で見て、これらの重なり領域が互いに重なっている。
本発明の多層デバイスの製造方法においては、基体は、セラミック層とこの上に取り付けられる平面状の内部電極が交互に層配列されて形成され、この際これらの内部電極はそれぞれ、セラミックグリーンシートの印刷によって、接続領域およびこれに接する重なり領域を有して形成され、この接続領域の縁部は基体に配設された外部電極と電気的に導通して接続される。このグリーンシートの印刷の際に、外部電極と接続される接続領域の縁部が、この縁部に対して長手方向に平行に延在する重なり領域と少なくとも同じ長さとなるように、またこの重なり領域が、これらの直線の1つの長手方向で少なくとも複数回分断されるように、これらの内部電極はパターニングされる。
の実施形態では、これらの内部電極は、グリーンシートの印刷の際に、重なり領域の分断部の寸法が最大でこのグリーンシートの厚さの半分となるようにストライプにパターニングされる。
本方法のさらにもう1つの実施形態では、セラミックグリーンシートの印刷が、印刷スクリーン(Bedruckungssieb)を利用して行われ、重なり領域における穴は、印刷スクリーンの個々の開口部が印刷の前に閉鎖されることで形成される。
以下に、添付の図を参照して、多層デバイスとその製造方法の例を詳細に記載する。
図1は、本発明による多層デバイスの実施形態例の透視図を示す。 図2は、1つの参考形態例の内部電極を有する層の平面図を示す。 図3は、1つの実施形態例の内部電極を有する層の平面図を示す。 図4は、もう1つの実施形態例の内部電極を有する層の平面図を示す。 図5は、もう1つの実施形態例の内部電極を有する層の平面図を示す。 図6は、もう1つの参考形態例の内部電極を有する層の平面図を示す。
図1は、基体1を有する多層デバイスの1つの実施形態例の透視図を示す。この基体はセラミック層2およびこの間に配設された内部電極3,3a,3b,3cから構築されている。外部電極4,4aは、基体1の2つの互いに対向する外面5,5a上にある。これらの外部電極4,4aは、図1では例として、平坦な層として示されているが、これらの外面5,5aのエッジを含みさらにもう少しこれに接する外面5b,5c,5d,5eに入っていてよい。外部電極4,4aは、それぞれ互いに分離されており、互いに距離をおいて配設され、これより電気的接続を別々に行うことができる。内部電極3,3a,3b,3cは、1つの直線状縁部16と接続されており、この直線状縁部はそれぞれ外部電極4,4aと接続されている。内部電極3,3a,3b,3cと外部電極4,4aとの間の接続は、この直線状の縁部16の他に、特に外部電極4,4aが基体1のエッジを含み、内部電極3,3a,3b,3cがこれらの横の外面5b,5cに接する場合は、さらに内部電極3,3a,3b,3cの縁部の部分を含む。
特に図1に示す例では、内部電極3,3a,3b,3cは、重なり合って順次交互に外部電極4,4aと接続されていてよく、たとえば、内部電極3および3bは、外部電極4と接続されており、内部電極3aおよび3cは、外部電極4aと接続されている。このようにして内部電極3および3bあるいは内部電極3aおよび3cと互いに接続されたグループが形成され、これらは層2上に互いに鏡面像のように見え、また部分的に互いに重なり合っている。
内部電極3,3a,3b,3cは、電気的に接続された縁部16の反対側で、そこの外部電極4,4aから距離6,6a離れており、この結果これらの内部電極は、外部電極4,4aの1つとのみ電気的に導通して接続されている。図1では、これらの内部電極3,3a,3b,3cが、以下に図2〜6を参照して詳細に説明するように、特別な形状でパターニングされていることが認識できる。
図2は、セラミック層の製造に用いられる、セラミック層2あるいはグリーンシート2aを示し、内部電極3を有する参考形態例を平面図で示している。内部電極3は、接続領域10および重なり領域11を備える。基体の外面5まで達する接続領域10の縁部16は、これと関係する外面5に設けられた外部電極と電気的に導通して接続されるために設けられている。この反対側には、内部電極3が、外面5aから距離6aを置いて配設されている。このため重なり領域11は、両方の外面5,5aから離間している。重なり領域11の接続領域10の縁部16からの距離6は、接続領域10の寸法に対応し、図2の例では、その反対側の外面5aからの内部電極3の距離6aと同じである。積層体の内部電極3,3a,3b,3cは、垂直方向の平面図で、重なり領域11における層2上に重なっている。内部電極3は、横の外面5b,5cに対して距離6b,6cを有してよく、または代替としてこれらの外面5b,5cまで達してもよい。
図2には、内部電極3の寸法7,8が示されており、ここで第1の寸法7は、縁部16に平行に測られ、第2の寸法8は、この内部電極3の面で縁部16に対して直角に測られる。縁部16は、この第1の寸法7を有する。内部電極3は、図2に示す参考形態例におけるように、重なり領域11においてもこの第1の寸法7を有してよい。この代わりに、重なり領域11は、第1の寸法7より細くともよい。このため接続領域10の縁部16は、この縁部16に対し平行に延在する直線9の長手方向で、少なくとも重なり領域11の延在長さとなっている。
図2に示す参考形態例においては、重なり領域11は、鋸歯形状12にパターニングされており、これより第2の寸法8はこの鋸歯形状12の先端でのみ得られる。この鋸歯形状12は、縁部16に対し平行に延在する直線9の長手方向で、重なり領域11が複数回分断されるように構成されている。この分断部17は、図2に示すように、接続領域10まで達してよい。実施形態例においては、この重なり領域11は、縁部16に対し平行な、接続領域10に対し距離を置いて延在する直線9の長手方向でのみ複数回分断されている。この鋸歯形状12およびこれに対応したこの鋸歯形状12の間の中間部は、この参考形態例では、接続領域10に対し距離を置いて開始されている。
図3は、セラミック層の製造に用いられる、セラミック層2あるいはグリーンシート2aを示し、1つの内部電極3を有する実施形態例を平面図で示している。図2の構成要素に対応する、図3のそれぞれの構成要素には、同じ参照番号が与えられ、これらの説明は省略する。
図3に示す実施形態例では、鋸歯形状12の代わりに複数のストライプ13が重なり領域11に存在している。好ましくはこれらのストライプ13は、それぞれ縁部16に対向する外面5aの手前で距離6aを置いて終了しており、これよりこの内部電極3は、このストライプ13の領域において、その第2の寸法8を有する。幾つかのストライプ13は、外面5aの手前で、より大きな距離を置いて終了してよい。これらのストライプ13は、接続領域10の縁部16に対し直角に配設され、かつ互いに平行に配設されており、異なる長さの中間部によって互いに分離されている。この代わりに、これらのストライプ13は他の形態で配設されてよく、たとえば特に、互いに平行にかつ接続領域10の縁部16に対し直角でなく配設されてよい。縁部16に対し平行な直線9の長手方向で存在する分断部17は、接続領域10に対しより大きな距離を置いて延在している縁部16に対して平行な、直線9aの長手方向で存在する分断部17aより数が少ない。好ましい実施形態例では、重なり領域11の分断部17は、接続領域10からの距離の増加に伴い、その数が増加し、その大きさが増加し、またはその数および大きさが増加する。これは図4に示す実施形態例でも同様である。さらなる実施形態例においては、この重なり領域11は、縁部16に対し平行な、接続領域10に対し距離を置いて延在する直線9の長手方向でのみ複数回分断されている。これらのストライプ13およびこれに対応したこれらのストライプ13の間の中間部は、この場合では、接続領域10に対して距離をおいて漸く開始されている。
図4は、セラミック層の製造に用いられる、セラミック層2あるいはグリーンシート2aを示し、内部電極3を有するもう1つの実施形態例と共に平面図で示している。図2の構成要素に対応する、図4のそれぞれの構成要素には、同じ参照番号が与えられ、これらの説明は省略する。
図4に示す実施形態例においては、鋸歯状にされたストライプ14が存在し、これらのストライプの間に、重なり領域11において縁部16に対し平行な直線9の長手方向で、分断部17が存在している。これらの鋸歯状にされたストライプ14は、少なくとも部分毎に、増加する接続領域10からの距離と共に細くなる。これらの鋸歯状にされたストライプ14は、接続領域10の縁部16に対し直角に配設され、かつ互いに平行に配設されており、異なる長さの中間部によって互いに分離されている。この代わりに、これらの鋸歯状にされたストライブ14は他の形態で配設されてよく、たとえば特に、互いに平行にかつ接続領域10の縁部16に対し直角でなく配設されてよい。縁部16に対して平行な直線9の長手方向に存在する分断部17は、接続領域10に対して小さな距離を置いたところより、接続領域10に対して大きな距離を置いたところで、多数存在している。さらなる実施形態例においては、この重なり領域11は、縁部16に対し平行な、接続領域10に対し距離を置いて延在する直線9の長手方向でのみ複数回分断されている。これらの鋸歯状ストライプ14の間の中間部は、このような実施形態例では、接続領域10に対して距離を置いて開始されている。
図5は、セラミック層の製造に用いられる、セラミック層2あるいはグリーンシート2aを示し、もう1つの内部電極3を有する実施形態例を平面図で示している。図2の構成要素に対応する、図5のそれぞれの構成要素には、同じ参照番号が与えられ、これらの説明は省略する。
図5に示す実施形態例においては、穴15が重なり領域11に存在し、これらの穴によって、縁部16に対し平行な直線9の長手方向で、分断部17が形成されている。図5から直ぐに分かるように、これらの分断部17は、重なり領域11において縁部16に対して平行な直線9の長手方向に沿って存在している必要は無い。 すなわち少なくとも穴15を全く横切らない直線9があってもよい。しかしながら、これらの穴15が、接続領域10からの距離が増加すると共に増加する密度の分布を有することは利点であり得る。これらの穴15は、たとえば円形の境界であってよく、すべて同じ直径を有してよい。代替としてこれらの穴の直径は異なっていてよい。これらの穴15は、他の形状であってよく、また同じかあるいは異なる大きさを有してよい。これらの穴15は、重なり領域11にある必要はなく、むしろその代わりに接続領域10から距離をおいて設けられていてよい。
図2〜5に示される内部電極3,3a,3b,3cに基づいて、これらの特徴の組み合わせからなる、さらなる実施形態例が派生する。これらの実施形態例では、重なり領域11の分断部は、好ましくは、接続領域10からの距離の増加に伴い、その数が増加し、その大きさが増加し、またはその数および大きさが増加する。
図6は、図2に示す参考形態例とほぼ同様の、もう1つの参考形態例を示す。図6に示す参考形態例では、第1の寸法7が、外面5の幅と同じであり、これにより接続領域10は、両側の外面5b,5cに達している。重なり領域11は、両側の外面5b,5cに対して距離6b,6cを有し、この結果接続領域10より細くなっている。図3〜5に示す実施形態例でも、この接続領域10は、重なり領域11より幅広であってよい。内部電極3は、第1の寸法7に対応して、接続領域10の直線状の縁部16で、その最大幅を有する。接続領域10ができる限り幅広となっていることは有利である。これはデバイスの動作時の最大電流負荷が、外部電極4と重なり領域11との間、すなわち接続領域10で生じるからである。
分断部17が大きすぎない場合は、これによりデバイスの動作時の電界が均一になるので有利である。このため、接続領域10の縁部16に対して平行な方向において、分断部の寸法17は最大で、基体1の積層体において互いに隣接した内部電極3,3a,3b,3cの距離の半分程度であるべきであり、好ましくは最大で1/3程度であるべきである。重なり領域11において穴15を有する実施形態例では、これら穴の直径あるいは最大の寸法は最大で、基体1の積層体において互いに隣接した内部電極3,3a,3b,3cの距離の半分程度であるべきであり、好ましくは最大で1/3程度であるべきである。隣接する内部電極3,3a,3b,3cの間のセラミック層2が、たとえば150μmの厚さの場合、これらの内部電極3,3a,3b,3cにおいて、穴の最大の寸法またはスリットの最大幅は、通常約50μmより大きくあるべきではない。
さらにデバイスの動作時の電流フローが、分断部17のために、全面が内部電極となっている場合のようには均一にならないことを考慮すべきであり、したがってこの観点から適宜小さな寸法の分断部17を用いることが好ましい。内部電極3,3a,3b,3cの構造は、デバイスの最大電流定格が従来の多層デバイスに比べ実際に変更なく、かつデバイスの動作特性への影響が殆ど無いかまたは無いように調整することができる。
本発明の多層デバイスは、内部電極の構造のみ変更する必要があるが、従来のデバイスのように製造することができるというさらなる利点を有する。内部電極が印刷プロセス、とりわけシルクスクリーン印刷プロセスを用いてグリーンシート上に作製される場合、これは特に簡単となる。この場合には、印刷ステンシルのみが適合して作製される必要がある。適合して形成された印刷ステンシルを用いた、グリーンシート2aの印刷の際に、外部電極4,4aと接続される接続領域10の縁部16が、この縁部16に対して長手方向に平行に延在する直線9,9aの長手方向での重なり領域11の延びと少なくとも同じ長さとなるように、かつこの重なり領域11が、これらの直線9,9aの1つの長手方向で複数回分断されるように、これらの内部電極3,3a,3b,3cはパターニングされる。本発明の方法を用いて、とりわけ上述した実施形態を実現することができる。
1 :基体
2 :セラミック層
2a :グリーンシート
3,3a,3b,3c :内部電極
4,4a :外部電極
5,5a,5b,5c,5d,5e :外面
6,6a,6b,6c :距離
7 :第1の寸法
8 :第2の寸法
9,9a,9b :直線
10 :接続領域
11 :重なり領域
12 :鋸歯形状
13 :ストライプ
14 :鋸歯状にされたストライプ
15 :穴
16 :接続領域の縁部
17 :重なり領域の分断部

Claims (9)

  1. セラミック層(2)と、平面状の内部電極(3,3a,3b,3c)とが交互になった層配列および外面(5,5a)を有し、前記内部電極(3,3a,3b,3c)がそれぞれ接続領域(10)と、当該接続領域に接する重なり領域(11)とを有する基体(1)と、
    前記基体(1)の前記外面(5,5a)上で互いに分離された外部電極(4,4a)であって、前記接続領域(10)の直線状縁部(16)が前記外部電極(4,4a)の1つと電気的に導通して接続されており、前記重なり領域(11)が前記外部電極(4,4a)に対して距離(6,6a)を置いて配設されている外部電極と、
    を備えた多層デバイスであって、
    前記外部電極(4,4a)に接続された前記接続領域(10)の前記縁部(16)が、前記縁部(16)に対して平行に延在する直線(9,9a)の長手方向での前記重なり領域(11)の延びと少なくとも同じ長さであり、
    前記重なり領域(11)が、1つの前記直線(9,9a)の長手方向で複数回分断され、
    前記重なり領域(11)の分断部(17)は、前記接続領域(10)からの距離の増加に伴い、その数が増加し、その大きさが増加し、またはその数および大きさが増加し、
    前記重なり領域(11)の分断部(17,17a)の寸法は、最大で、互いに隣接した内部電極(3,3a,3b,3c)の距離の半分程度であり、
    前記重なり領域(11)は、ストライプ(13)にパターニングされていることを特徴とする多層デバイス。
  2. 請求項に記載の多層デバイスにおいて、
    前記ストライプ(13)は、前記外部電極(4,4a)に接続された前記接続領域(10)の前記縁部(16)に対して直角に、かつ互いに平行に配設されていることを特徴とする多層デバイス。
  3. 請求項1又は2に記載の多層デバイスにおいて、
    前記重なり領域(11)は、少なくとも部分毎に、増加する接続領域(10)からの距離と共に細くなる鋸歯状にされたストライプ(14)にパターニングされていることを特徴とする多層デバイス。
  4. 請求項1乃至のいずれか1項に記載の多層デバイスにおいて、
    前記重なり領域(11)は、複数の穴(15)を備えることを特徴とする多層デバイス。
  5. 請求項に記載の多層デバイスにおいて、
    前記穴(15)が、接続領域10からの距離が増加すると共に増加する分布密度を有することを特徴とする多層デバイス。
  6. 請求項またはに記載の多層デバイスにおいて、
    前記穴(15)の最大の寸法は、最大で、互いに隣接した内部電極(3,3a,3b,3c)の距離の半分程度であることを特徴とする多層デバイス。
  7. 請求項1乃至のいずれか1項に記載の多層デバイスにおいて、
    前記内部電極(3,3a,3b,3c)は、前記層(2)に対し垂直な方向で見て、前記重なり領域(11)が互いに重なっていることを特徴とする多層デバイス。
  8. 多層デバイスの製造方法であって、
    基体(1)が、セラミック層(2)と、当該セラミック層上に取り付けられる平面状の内部電極(3,3a,3b,3c)とが交互に層配列されて形成されるステップと、
    前記内部電極(3,3a,3b,3c)が、セラミックグリーンシート(2a)の印刷によって、接続領域(10)および前記接続領域に接する重なり領域(11)を有してそれぞれ形成されるステップと、
    前記接続領域(10)の縁部(16)が、前記基体(1)に配設された外部電極(4,4a)に電気的に導通して接続されるステップと、
    を備え、
    前記内部電極(3,3a,3b,3c)は、グリーンシート2aの印刷の際に、前記外部電極(4,4a)と接続される前記接続領域(10)の縁部(16)が、当該縁部(16)に対して長手方向に平行に延在する直線(9,9a)の長手方向での前記重なり領域(11)の延びと少なくとも同じ長さとなり、前記重なり領域(11)が前記直線(9,9a)の1つの長手方向で複数回分断され、前記重なり領域(11)の分断部(17)が前記接続領域(10)からの距離の増加に伴い、その数が増加し、その大きさが増加し、またはその数および大きさが増加し、かつ前記重なり領域(11)の前記分断部(17,17a)の寸法が最大で前記グリーンシート(2a)の厚さの半分となるようにストライプ(13)にパターニングされることを特徴とする方法。
  9. 請求項に記載の方法において、
    前記セラミックグリーンシート(2a)の印刷が、印刷スクリーンを利用して行われ、
    前記重なり領域(11)における穴(15)は、前記印刷スクリーンの個々の開口部が前記印刷の前に閉鎖されることで形成されることを特徴とする方法。
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