JP5437248B2 - 電気的多層構成要素 - Google Patents

Description

高い曲げ強度を有する電気的多層構成要素が示される。

電気的多層構成要素は、特許文献１から知られている。

特開平０９−２６６１２６号公報

１つの達成すべき目的は、増加した曲げ強度を有する多層構成要素を示すことである。

互いに上下に重なった誘電層および電極層からなる積層体を有する電気的多層構成要素が示され、電気的に絶縁された硬化要素が、少なくとも１つの電極層から隔てられて該電極層と同一の誘電層上に配置される。硬化要素は、それを取り囲む誘電体材料よりも大きい曲げ強度を有する。

多層構成要素は、特に厚み方向において効果がある、増加した曲げ強度を有する。このことは、互いに関して横方向に働いてそれによって剪断効果をもたらすことができる、端部側の力の作用があった場合に、多層構成要素が曲げられる範囲が削減されることを意味する。

多層構成要素の積層体における電極層の平面における１つまたはそれ以上の電気的非活性補強要素の添付は、多層構成要素の曲げ強度の減少を回避しながら、比較的低いキャパシタンス値の実現を可能にする。本願の構造体は、特に薄くすることができる、電極層および誘電層の数が少ない多層構成要素を提供するが、前記多層構成要素は同時に高い曲げ強度を有する。多層構成要素の曲げ強度を増加させるために誘電層の数を増加させる必要がない。

多層構成要素の曲げ強度の増加は、その輸送時におよび／またはその生産時に、特に多層構成要素が端部側で力の作用を受けている場合に、有利でありうる。このことは、例えば、多層構成要素が輸送のためにおよび／またはプリント回路基板への取り付けのために把持される場合に起こりうる。この場合、曲げ強度の増加は、例えば、誘電層および／または電極層の曲げ破損および／または切断などにつながる損傷への耐性を増加させる。

硬化要素は、電極層と同じ生産ステップにおいて、積層体の誘電層に添付されうるので、多層構成要素を生産するために必要な処理ステップの数は、有利なことに、さらに削減される。

好ましくは、少なくとも１つの硬化要素または硬化構造体は、同じ誘電体上の電極層に平行な長手側を向く形態を有する。特に、硬化要素または硬化構造体は、ストリップとして具体化されうる。硬化構造体は電気的絶縁特性を有すると共に、好ましくはどの側でも接点接続されておらず、または誘電層に取り囲まれている。

１つの実施形態によれば、硬化構造体は誘電層上の層として具体化される。しかしながら、硬化構造体は誘電層内に埋め込まれることもできる。

１つの実施形態によれば、多層構成要素は電極層に接点接触された、層として具体化された電気的外部接点を有し、電気的外部接点はそれぞれ、電気的極性が共通な電極層に接触する。しかしながら、ピンまたはワイヤの形態の外部接点を提供することもまた可能である。

積層方向に近接した、電気的極性が互いに反対の電極層は、誘電層と共に、キャパシタンスを形成しうる。互いに反対の極性の電極層は、積層方向において互いに対してくし状に上下に重ねて配置され、直角に突き出た方向において存在する重なり合う領域を有する。各電極層は外部接点に一方の端部で接続され、反対の極性の外部接点から他方の端部によって隔てられる。

各電極層に並んで、複数の硬化構造体が同じ誘電層上に配置されうる。例えば、硬化構造体が多層構成要素の一方の側面に向けて配置され、さらなる硬化構造体が他方の側面に向けて配置される。互いから隔てられた複数の硬化構造体が両方の側面に向けて配置されうる。この場合には、側面は、外部接点が配置されていないものである。これは、外部接点と逆の極性の電極層との間の短絡の可能性を回避する。

多層構成要素の１つの実施形態によれば、硬化構造体は、電極層に含まれうるのと同じ材料を含む。これは導電性材料、例えば金属などでありうる。硬化構造体に含まれる導電性材料の量に応じて、電極層から隔てられ、外部接点から隔てられるかそこから空間的に分離された誘電層上に、硬化構造体は配置される。

それに対して、硬化構造体に高度な電気的絶縁性がある場合、電極層と外部接点との距離は最小化されうる。このことには、硬化構造体がより広い面積を有することができ、それによって多層構成要素にはさらに高い曲げ強度が提供されるという利点がある。同時に、硬化構造体の電気的絶縁特性は電極層間および／または外部接点間の電気的クロストークの可能性を減少させる。

硬化構造体の材料特性は特に耐熱性である。この場合、硬化構造体は好ましくは９００℃から１３００℃の温度に耐える。特に、硬化構造体の構造および硬度は多層構成要素の生産の間、例えば焼結などの、例えば熱処理の間に維持されることが意図される。

１つの実施形態によれば、硬化構造体は、誘電層の周囲の材料よりも大きい曲げ強度を有する、好ましくは電気的絶縁性セラミック材料を含む。好ましくは、硬化構造体の焼結収縮性は、硬化構造体が配置される、および／または埋め込まれるキャリア材料および／または誘電体材料に適用される。

例えば銀、銀−パラジウム、銀−白金、パラジウム、白金、ニッケルまたは銅などの純粋な電極材料と共に、他の材料も硬化構造体に含まれうる。例えば、硬化構造体は電極材料と共に、層の積層体のセラミック基礎材料の、すなわち積層体のセラミック層に用いられるセラミックの添加物を含みうる。したがって、添加物は、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムネオジム、酸化亜鉛、コバルト−マンガンスピネルのうちの少なくとも１つから選ばれうる。さらに、セラミック基礎材料の非化学量論的変異体が、例えば硬化構造体の焼結収縮性を変更するために、硬化構造体のための添加物として用いられうる。したがって、セラミック層の積層体内で適切に内部応力が引き起こされうる。好ましくは、この場合には引っ張り応力が引き起こされる。すなわち、硬化構造体または硬化構造体の印刷されたセラミック添加物は積層体のセラミック基礎材料よりも少し高い収縮性を有する。

電気的多層構成要素の１つの発展形態は、積層体の誘電層上に配置され、積層体の外面に配置された接地接点に一端で接点接続する、接地電極を提供する。この場合には、接地接点は、電極層と接触する外部接点の間の多層構成要素の同一の外面に配置されうる。複数の接地電極が、互いに並んでそれぞれ配置された誘電層および／または電極層の間に配置されうる。接地電極は有利なことに、多層構成要素に好ましいフィルタ動作を与えるために使用されうる。この場合、接地電極は、過電圧またはそれに伴う高周波干渉を消散し、それによって、多層構成要素を過負荷から保護する。硬化構造体が各接地電極と並んで配置されうる。

接地電極に伴って、他の回路要素、例えば抵抗構造体、インダクタンス、および／またはストリップラインなどもまた多層構成要素に一体化されうる。そのような回路要素と硬化構造体の組み合わせは、曲げ強度の増加に伴って多様なフィルタ機能を有する多層構成要素を提供する可能性を与える。

１つの実施形態によれば、積層体の外面は少なくとも部分的に不動態化される。積層体の不動態化は積層体の材料、例えば積層体の誘電層、電極層または機能層を、外部からの化学的または機械的な影響から保護する利点を有する。多層構成要素の電気的特性値のさらなる安定が結果として達成されうる。

１つの実施形態によれば、積層体または多層構成要素の不動態化は、積層体の少なくとも１つの外面に添付されたガラスを含む層によって達成される。しかしながら、不動態化はまた、積層体の外面のセラミックを含む層によっても達成されうる。セラミックを含む層は、好ましくは以下の材料：ＺｒＯ_ｘ、ＭｇＯ、ＡｌＯ_ｘのうち１つを含み、ここでｘは１以上の数を示す。

電気的多層構成要素の電極層は、好ましくは以下の材料：銀、パラジウム、ニッケル、銅のうち１つまたはそれらの合金を含む。好ましくは、電極層に接点接続する外部接点は、電極層と共通する材料を含む。その材料は、前記外部接点と電極層の互いの接点接続を促す。

多層構成要素の１つの実施形態によれば、誘電層は、例えばＸ７ＲまたはＣＯＧクラスのキャパシタセラミックを含む。このようにして具体化され、電極層と交互に互いに並んで配置される誘電層は、多層キャパシタを形成しうる。

多層構成要素の１つの実施形態によれば、誘電層はバリスタセラミックを含む。電極層と共にこのように提供された誘電層の積層体は、多層バリスタを形成する。バリスタセラミックは好ましくは酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含む。

好ましくは、誘電層はそれぞれ１μｍ未満から約３０μｍまでの厚さで具体化される。

電気的多層構成要素の１つの実施形態によれば、電極層の複数の積層体が互いに並んで配置され、異なる積層体の電極層が共通の誘電層上に配置されうる。この構成では、多層構成要素は、すべて同一の多層構成要素に配置されうる多層構造体の配列を有する。多層構成要素は好ましくはモノリシックで構成されるため、このことは、複数の多層構成要素が単一の積層体または基本体内の配列としてモノリシックに含まれうることを意味する。上記タイプの１つのまたは複数の硬化構造体は、各多層構成要素の電極層に並んで配置されうる。特に、多層構造体の配列として具体化される多層構成要素の場合、そこでは電極層の積層体が互いに並んで配置され、したがって多層構成要素の領域範囲が増加するが、多層構成要素が硬化構造体によって増加した曲げ強度を提供される場合には特に有利である。

電極層の積層体は、長手方向および横方向の両方に互いに並んで配置されうる。

例えば、多層バリスタおよび多層キャパシタは、同一の多層構成要素内の多層構造体として一体化されうる。

一体化された抵抗器によって、また、配列構成内にバリスタセラミックを含む電極層および誘電層によって、多層構成要素はΠ型フィルタとして具体化されうる。

１つの実施形態によれば、誘電層は非線形抵抗材料、例えばＮＴＣ材料またはＰＴＣ材料を含む。そのような複数の誘電層が電極層と交互に互いに並んで配置される場合、ＮＴＣ多層構造体またはＰＴＣ多層構造体がそれぞれ提供されうる。ここで、多層構造体は同一の多層構成要素内で上記他の多層構造体と一体化されうる。

誘電層の共通の積層体内で一体化され、誘電層がバリスタセラミック、キャパシタセラミックまたはＮＴＣ材料またはＰＴＣ材料を含む上記多層構造体は、複数の電気的機能を有する電気的多層構成要素をもたらす。適切ならば、それはこの場合、構造上の寸法が小さいと共に高い曲げ強度を有する。

上記の主題は以下の図面および例となる実施形態を参照してより詳しく説明される。

電気絶縁性の硬化構造体を備えた多層構成要素の平面図である。 図１の平面図に示された多層構成要素の横方向断面図である。

図１は、多層キャパシタとして具体化された多層構成要素の平面断面図である。多層構成要素は互いに上下に配置された誘電層２および電極層３の積層体１を含む。電極層３は細長い長方形をしており、同一の極性の外部接点４ａまたは４ｂに一端で接点接触する。細長い硬化構造体５は、電極層と同じ材料、例えばパラジウムまたはそれと他の導電性材料との合金を含み、各電極層３に並んで配置される。概ね硬化構造体は、互いに反対の極性の電極層が直角に突き出た部分において重なり合わない一方の絶縁領域から、多層構成要素の横方向反対側の絶縁領域まで延びる。硬化構造体５は誘電体材料によって全ての側を囲まれており、したがって「浮いている」硬化構造体とみなしうる。平面図に示された配置は少なくとも部分的に積層体１の高さにわたって繰り返される。頂部側および／または底部側において、積層体１は不動態化の目的でさらなるセラミック層またはガラスを含む層（図示せず）を有しうる。

図２は図１に示された多層構成要素の長手方向断面図である。電極層３、誘電層２および、同じ平面に電極層と並んで配置される硬化構造体５の積層の方式が示される。さらに、多層構成要素の面側にストリップとして焼き付けられうる外部接点４ａ、４ｂが示される。場合によっては外部接点は多層構成要素を横方向に取り囲み、それによって底部側の前記多層構成要素への接点接続の可能性を与えうる。

矢印Ｆ１およびＦ２は、多層構成要素に作用する異なった力の作用を表すように示される。多層構成要素が、多層構成要素の横方向の寸法に関して、半分にした第１の部分において第１の作用力Ｆ１を受け、半分にした第２の部分において、より小さいまたはより大きい強度を有する第２の作用力Ｆ２を受ける場合、機械的応力が多層構成要素に発生し、該機械適応力が前記多層構成要素またはそれを構成する部品に損傷を与えうる。力は横方向に応じて変化するように異なる方向から発生しうる。または、例えば多層構成要素の頂部側に作用する第１の力および底部側に作用する第２の力など、異なる方向を向きうる。硬化構造体によって、多層構成要素は十分高い曲げ強度を有し、少なくともその生成の間およびその輸送の間に発生する機械的な力の作用に損傷なく耐えうる。

１ 誘電層および電極層の積層体
２ 誘電層
３ 電極層
４ａ 第１の外部接点
４ｂ 第２の外部接点
Ｆ１ 端部側に作用する第１の力
Ｆ２ 端部側に作用する第２の力

Claims (25)

1. 互いに上下に配置された誘電層（２）および電極層（３）からなる積層体（１）を含む電気的多層構成要素であって、電気的に絶縁された硬化要素（５）が、少なくとも１つの電極層から隔てられて前記電極層と同一の誘電層上に配置され、前記硬化要素が、それを囲む誘電体材料と比較して大きい曲げ強度を有し、前記硬化要素（５）が、それと並んで配置される前記電極層（３）よりも大きい曲げ強度を有する、電気的多層構成要素。
2. 前記硬化要素（５）が電気的絶縁性材料を含む、請求項１に記載の電気的多層構成要素。
3. 前記硬化要素（５）がセラミック材料を含む、請求項２に記載の電気的多層構成要素。
4. 前記硬化要素（５）が導電性材料を含み、前記電極層（３）から電気的に絶縁される、請求項１に記載の電気的多層構成要素。
5. 前記硬化要素（５）が前記電極層（３）と同一の材料を含む、請求項４に記載の電気的多層構成要素。
6. 長手方向に延びる硬化要素（５）が、電極層（３）の長手側に並んで配置される、請求項１から５のいずれか一項に記載の電気的多層構成要素。
7. 複数の硬化要素（５）が、電極層（３）の長手側に沿って配置される、請求項１から６のいずれか一項に記載の電気的多層構成要素。
8. 前記硬化要素（５）が層として誘電層（２）に添付される、請求項１から７のいずれか一項に記載の電気的多層構成要素。
9. 前記硬化要素（５）が誘電層（２）に埋め込まれる、請求項１から７のいずれか一項に記載の電気的多層構成要素。
10. 前記硬化要素（５）がストリップとして具体化される、請求項１から９のいずれか一項に記載の電気的多層構成要素。
11. 外部接点（４ａ、４ｂ）がそれぞれ層として積層体（１）の２つの側面に添付され、前記外部接点が共通の電気的極性の電極層（３）と接触する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電気的多層構成要素。
12. 前記誘電層（２）がキャパシタセラミックを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電気的多層構成要素。
13. 多層キャパシタである、請求項１２に記載の電気的多層構成要素。
14. 前記誘電層（２）がバリスタセラミックを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電気的多層構成要素。
15. 多層バリスタである、請求項１４に記載の電気的多層構成要素。
16. 複数の多層構造体からなり、各多層構造体は上下に並んで配置された電極層（３）および誘電層（２）の積層体を有し、異なる多層構造体の誘電層が異なる機能性セラミックを含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電気的多層構成要素。
17. 多層構造体が、それぞれキャパシタセラミックを含む誘電層（２）を有し、多層キャパシタからなる、請求項１６に記載の電気的多層構成要素。
18. 多層構造体が、それぞれバリスタセラミックを含む誘電層（２）を有し、多層バリスタからなる、請求項１６または１７に記載の電気的多層構成要素。
19. 前記多層構造体が互いに横方向に並んで配置される、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の電気的多層構成要素。
20. 前記多層構造体が互いに上下に並んで、かつ互いに横方向に並んで配置される、請求項１６から１９のいずれか一項に記載の電気的多層構成要素。
21. 前記誘電層（２）、前記電極層（３）および前記少なくとも１つの硬化要素（５）がモノリシックの物体を形成するように組み合わされる、請求項１から２０のいずれか一項に記載の電気的多層構成要素。
22. 少なくとも１つの誘電層（２）に添付された少なくとも１つの接地電極を有し、該接地電極が多層構成要素の側面に配置された接地接点に接点接続する、請求項１から２１のいずれか一項に記載の電気的多層構成要素。
23. 前記電極層（３）が以下の材料：銀、パラジウム、ニッケル、銅のうち少なくとも１つを含む、請求項１から２２のいずれか一項に記載の電気的多層構成要素。
24. 前記積層体（１）の外面が少なくとも部分的に不動態化される、請求項１から２３のいずれか一項に記載の電気的多層構成要素。
25. 前記積層体（１）の外面がガラスを含む層でコーティングされる、請求項２３に記載の電気的多層構成要素。

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