DE102004029411B4

DE102004029411B4 - Ceramic multilayer capacitor for low and medium range voltages has a flat ceramic main body, overlapping electrodes and electric outer contacts

Info

Publication number: DE102004029411B4
Application number: DE200410029411
Authority: DE
Inventors: Heinz Florian; Patrick Dr. Schmidt-Winkel; Igor Dr. Kartashev
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2024-06-19
Also published as: DE102004029411A1

Abstract

A flat ceramic main body (GK) has a rectangular base surface and a rectangular cross section. Aligned parallel to the base surface, multiple first (E1) and second (E2) electrodes overlap in part and overlay each other with a clearance in layers in the main body. First (AK1) and second (AK2) electric outer contacts link to each electrode.

Description

Es sind keramische Mehrschichtkondensatoren bekannt, die aus mit Elektrodenmaterial beschichteten keramischen Grünfolien aufgebaut und zu einem monolithischen keramischen Körper zusammengesintert sind. Solche Kondensatoren können mit hohen Kapazitäten bei gleichzeitig geringer Bauhöhe hergestellt werden. Sie können bei Spannungen bis zirka 100 V im sogenannter Niederspannungsbereich betrieben werden.It Ceramic multilayer capacitors are known, which are made with electrode material coated ceramic green sheets built and sintered together to a monolithic ceramic body are. Such capacitors can with high capacities at the same time low height getting produced. You can at voltages up to approximately 100 V in the so-called low-voltage range operate.

Für neuere Anwendungen werden Kondensatoren benötigt, die auch im Mittelspannungsbereich bis ca. 1000 V betreibbar sind und hohe Kapazitäten von mehr als 1 μF in flacher Bauweise aufweisen. Bekannte flache Kondensatoren in herkömmlicher keramischer Mehrschichtausführung, die auf diese Kapazität ausgelegt sind, führen beim Anlegen höherer Spannungen zu elektrischen Durchbrüchen, die die Bauelemente irreversibel beschädigen. Diese Durchbrüchen sind auf die hohen elektrischen Felder zurückzuführen, die mit zunehmender Betriebsspannung ansteigen und aufgrund der geringen Elektrodenabstände zum Erreichen der hohen Kapazität bei bekannten keramischen Mehrschichtkondensatoren unweigerlich zum Ausfall der Kondensatoren führen.For newer ones Applications require capacitors that are also in the medium voltage range can be operated up to approx. 1000 V and high capacities of more than 1 μF in a shallower state Have construction. Known flat capacitors in conventional ceramic multilayer design, the on this capacity are designed to lead when creating higher Voltages to electrical breakthroughs that irreversible the components to damage. These breakthroughs are due to the high electric fields, which increase with operating voltage rise and due to the small electrode distances to Reaching the high capacity in known ceramic multilayer capacitors inevitably lead to failure of the capacitors.

Aus DE 26 57 828 A1 ist ein keramischer Mehrschichtkondensator mit sich überlappenden Elektrodenflächen bekannt, die jeweils abgerundete Ecken aufweisen.Out DE 26 57 828 A1 is a ceramic multilayer capacitor with overlapping electrode surfaces known, each having rounded corners.

Aus US 2004/0027787 A1 ist ebenfalls ein keramischer Mehrschichtkondensator mit Innenelektroden bekannt, die abgerun dete Ecken aufweisen. Weiterhin sind aus E2 Elektroden bekannt, deren Fläche sich hin zum Außenkontakt verjüngt.Out US 2004/0027787 A1 is likewise a ceramic multilayer capacitor known with internal electrodes having rounded corners. Farther are known from E2 electrodes, whose surface is towards the external contact rejuvenated.

Auch aus US 6,456,481 B1 sind keramische Mehrschichtkondensatoren bekannt, deren Innenelektroden abgerundete Ecken und eine sich hin zu den Außenkontakten hin verjüngende Elektrodenfläche aufweisen. Weiterhin sind daraus Mehrschichtkondensatoren bekannt, die mehrere Stapel einander überlappender Elektroden aufweisen. Einander benachbarte Stapel von Elektroden weisen jeweils im Anschlussbereich sich verjüngende Elektrodenflächen auf.Also from US 6,456,481 B1 ceramic multilayer capacitors are known, the inner electrodes have rounded corners and an towards the outer contacts tapered electrode surface. Furthermore, multilayer capacitors are known which have a plurality of stacks of overlapping electrodes. Adjacent stacks of electrodes each have tapered electrode surfaces in the connection region.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen keramischen Mehrschichtkondensator anzugeben, der eine hohe Kapazität in flacher und kompakter Bauweise zur Verfügung stellt und noch bei Spannungen im Mittelspannungsbereich bis ca. 1000 V ohne Schaden betrieben werden kann.task The present invention is a ceramic multilayer capacitor specify a high capacity in a flat and compact design provides and still at voltages operated in the medium voltage range up to about 1000 V without damage can be.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Mehrschichtkondensator mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus weiteren Ansprüchen hervor.These The object is achieved by a Multilayer capacitor solved with the features of claim 1. advantageous Embodiments of the invention will become apparent from further claims.

Die Erfindung gibt einen keramischen Mehrschichtkondensator an, der einen flachen keramischen Grundkörper mit rechteckiger Grundfläche und rechteckigem Querschnitt aufweist. Parallel zur Grundfläche sind im Grundkörper eine Mehrzahl von einander zumindest zum Teil überlappenden Elektroden in Schichten und im Abstand übereinander angeordnet. Es sind für jeden Kondensator zumindest zwei elektrische Außenkontakte vorgesehen, wobei jede Elektrode mit zumindest einem Außenkontakt verbunden ist. Die Elektroden weisen einen von der Grundfläche des Grundkörpers abweichenden Grundriss bzw. eine Grundfläche auf und umfassen jeweils zumindest eine abgerundete Ecke.The The invention provides a ceramic multilayer capacitor which a flat ceramic body with rectangular base and rectangular cross-section. Parallel to the base are in the main body a plurality of electrodes at least partially overlapping each other Layers and spaced above each other arranged. It is for each capacitor provided at least two external electrical contacts, each Electrode is connected to at least one external contact. The Electrodes have a plan deviating from the base of the main body or a base area and each include at least one rounded corner.

Überraschend hat sich gezeigt, dass bei einem Kondensator mit einem solchen Elektrodendesign eine weitaus gleichmäßigere Feldverteilung im Kondensator erreicht werden kann, ohne dass es im Grundkörper zu lokal überhöhten elektrischen Feldstärken kommt, die ein Durchschlagen des Kondensators und damit einen Ausfall des Bauelements begünstigen würden. Vielmehr lässt sich ein erfindungsgemäßer Kondensator mit abgerundeten Elektroden bei wesentlich höheren Spannungen betreiben als ein ansonsten bau- und materialgleicher Kondensator mit nicht abgerundeten Ecken. Der erfindungsgemäße Kondensator besitzt dementsprechend eine höhere Stabilität gegenüber elektrischen Überschlägen, was sich auch dadurch nutzen lässt, dass die Schichtdicken der dielektrischen Schichten bei gleichbleibender Betriebsspannung verringert werden können, ohne dass es dadurch zu einer verminderten Stabilität des Kondensators kommt. Dementsprechend kann bei gleicher Gesamtbauhöhe des Mehrschichtkondensators eine höhere Anzahl von Elektrodenschichten eingesetzt werden, was zu einer höheren Kapazität führt. Bei gleichbleibender Anzahl von Schichten und damit gleichbleibender Kapazität lässt sich der erfindungsgemäße Kondensator in einer geringeren Bauhöhe herstellen. Bei gleichbleibender Anzahl und Abständen von Schichten kann die Betriebsspannung erhöht werden. Es ist auch möglich, mehrere oder alle dieser Verbesserungen parallel durchzuführen, wobei sich die Summe der Verbesserungen über mehrere Eigenschaften verteilt.Surprised has been shown that in a capacitor with such an electrode design a much more even field distribution in the condenser can be achieved without it in the main body too locally inflated electrical field strengths comes, which is a breakdown of the capacitor and thus a failure favor of the device would. Rather lets a capacitor according to the invention operate with rounded electrodes at much higher voltages as an otherwise identical construction and material capacitor with not rounded corners. The capacitor according to the invention has accordingly a higher one stability across from electric rollovers, what can also be used by that the layer thicknesses of the dielectric layers remain the same Operating voltage can be reduced without it to a reduced stability of the capacitor comes. Accordingly, with the same overall height of the multi-layer capacitor a higher one Number of electrode layers are used, resulting in a higher capacity. at constant number of layers and thus more consistent Capacity can be the capacitor according to the invention in a lower height produce. With the same number and spacing of layers, the Operating voltage increased become. It is also possible, to perform several or all of these improvements in parallel, where the sum of the improvements is distributed over several properties.

Dabei weist jede Elektrode einen überlappenden und einen nicht überlappenden Bereich auf, wobei der nicht überlappende Bereich sich zu einer Stirnseite des Grundkörpers hin er streckt und sich im nicht überlappenden Bereich verjüngt. Der Außenkontakt ist dementsprechend mit einem nicht überlappenden Elektrodenbereich verbunden, der gegenüber der Breite im überlappenden Elektrodenbereich verjüngt ist. Die Verjüngung der Elektrodenfläche im Schnittbereich mit der Stirnseite hat den Vorteil, dass bei mehreren Stapeln von Elektroden, die eine Stoßkante auf der gleichen Stirnseite aufweisen, die entsprechenden Kanten der Elektroden unterschiedlicher Stapel weiter voneinander entfernt sind als die Kanten der Elektroden im Inneren des Grundkörpers bzw. die Kanten der Elektroden im überlappenden Bereich zweier benachbarter Stapel.In this case, each electrode has an overlapping and a non-overlapping region, wherein the non-overlapping region stretches towards an end face of the main body and tapers in the non-overlapping region. The external contact is accordingly with a not over connected lapping electrode portion which is tapered with respect to the width in the overlapping electrode portion. The tapering of the electrode surface in the intersection region with the front side has the advantage that in the case of several stacks of electrodes which have an abutment edge on the same front side, the corresponding edges of the electrodes of different stacks are farther apart than the edges of the electrodes in the interior of the main body or the edges of the electrodes in the overlapping area of two adjacent stacks.

Diese größere Entfernung ermöglicht eine verbesserte Isolation der beiden Außenkontakte, die an der gleichen Stirnseite benachbart mit den jeweiligen Schnittkanten mit der Stirnseite verbunden sind.These greater distance allows an improved isolation of the two external contacts, connected to the same Front side adjacent to the respective cutting edges with the front side are connected.

Die Verjüngung der Elektroden im nicht überlappenden Bereich ist unsymmetrisch ausgeführt, so dass bei zwei an der selben Stirnseite mündenden Stapeln elektrisch voneinander getrennter Elektroden ein weiter vergrößerter Abstand der entsprechenden Außenkontakte möglich wird.The rejuvenation of the electrodes in non-overlapping Area is unbalanced, so that with two on the same front side opening stacks electrically separated electrodes a further increased distance the corresponding external contacts possible becomes.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird für den keramischen Grundkörper des Mehrschichtkondensators eine Keramik mit hoher Dielektrizitätskonstante ε verwendet. Vorzugsweise aber nicht notwendigerweise wird ε größer als 1000 gewählt. Mit einer Keramik mit ε = 2000 lässt sich z.B. ein Mehrschichtkondensator in einer Höhe von zirka 3 mm einer Kapazität von 1 μF erhalten, der mit einer Betriebsspannung bis 1000 V ohne die Gefahr von Überschlägen betreibbar ist. Es sind jedoch auch Materialien mit höheren Dielektrizitätskonstante bekannt und einsetzbar.In an embodiment the invention is for the ceramic base body of the multilayer capacitor uses a ceramic with high dielectric constant ε. Preferably, but not necessarily, ε greater than 1000 is chosen. With a ceramic with ε = 2000 leaves e.g. obtain a multi-layer capacitor with a height of approximately 3 mm of a capacitance of 1 μF, with an operating voltage up to 1000 V without the risk of flashovers operable is. However, it is also materials with higher dielectric constant known and usable.

Vorzugsweise weist ein erfindungsgemäßer Mehrschichtkondensator ausschließlich solche Elektroden auf, die im Überlappungsbereich der Elektrodenschichten ausschließlich abgerundete Ecken aufweisen. Unter Überlappungsbereich wird dabei derjenige Flächenbereich einer Elektrode verstanden, der mit der Elektrode in der direkt benachbarten Schicht überlappt. Überlappungen mit weiter entfernten Elektroden sind unkritisch, da sich gegenüber diesen die Feldstärke zumindest halbiert und daher ausreichend Sicherheitsreserven gegeben sind. Dies bedeutet auch, dass erfindungsgemäße Elektroden im nicht überlappenden Bereich durchaus noch (nicht abgerundete) Ecken aufweisen können. Dies betrifft insbesondere die aus dem Überlappungsbereich nach außen geführten Anschlüsse der Elektroden, deren Stosskanten entlang der Oberfläche des keramischen Grundkörpers durchaus Ecken bzw. rechteckige Kanten aufweisen können. Diese Ecken sind aus den genannten Gründen nicht störend, da sie außerhalb des Überlappungsbereiches liegen.Preferably has a multilayer capacitor according to the invention exclusively such electrodes in the overlap area the electrode layers have only rounded corners. Under overlapping area becomes the surface area an electrode understood with the electrode in the directly overlapping layer overlaps. overlaps with more distant electrodes are not critical, as opposed to these the field strength at least halved and therefore given sufficient safety reserves are. This also means that electrodes according to the invention do not overlap Area may still have (not rounded) corners. This relates in particular to the out of the overlap area led outwards ports of Electrodes whose butt edges along the surface of the ceramic body quite Can have corners or rectangular edges. These corners are from the mentioned reasons not disturbing, because they are outside of the overlap area lie.

Ein bevorzugter Mehrschichtkondensator, der zur Verwendung in hoch integrierten Baugruppen geeignet ist, weist typischerweise eine maximale Höhe von 3 mm und beispielsweise von 1 bis 3 mm auf. In dieser Größe findet er in entsprechenden Modulen Platz, die zum Einbau in miniaturisierte elektronische Endgeräte, insbesondere in mobile Endgeräte der Kommunikations-, Informations- oder Unterhaltungstechnik vorgesehen sind.One preferred multilayer capacitor suitable for use in highly integrated Assemblies is suitable, typically has a maximum height of 3 mm and for example from 1 to 3 mm. In this size finds It can be accommodated in corresponding modules which are miniaturized for installation electronic terminals, especially in mobile devices of the Communication, information or entertainment technology provided are.

Im erfindungsgemäßen Mehrschichtkondensator sind die Elektroden vorzugsweise so ausgestaltet, dass sie nur an den Stirnflächen des Grundkörpers, an denen sie mit je einem Außenkontakt elektrisch verbunden sind, die Oberfläche des Grundkör pers schneiden. Dies bedeutet, dass alle Elektroden von all den Oberflächen des Grundkörpers beabstandet sind, die keine Stirnflächen darstellen. Damit weist auch keine Oberfläche Elektrodenkanten von zwei direkt übereinander angeordneten Schichten auf. Auch auf diese Weise ist gewährleistet, dass es auch nicht zu Kurzschlüssen in Form von Oberflächenströmen kommt, die bei freiliegenden Elektrodenkanten im ungünstigsten Fall auftreten könnten.in the inventive multi-layer capacitor the electrodes are preferably designed so that they only on the faces of the basic body, where they each with an external contact electrically connected, cut the surface of the Grundkör pers. This means that all the electrodes of all the surfaces of the the body are spaced, which represent no end surfaces. That shows also no surface Electrode edges of two directly stacked layers on. Also in this way it is ensured that it too does not cause short circuits comes in the form of surface currents, which could occur at exposed electrode edges in the worst case.

Ein Mehrschichtkondensator weist zumindest zwei Gruppen von Elektroden auf, die vorzugsweise alternierend so ineinandergeschoben sind, dass eine maximale Überlappung zwischen zwei in direkt benachbarten Schichten angeordneten Elektroden erzielt wird. Bei dieser Ausführung liegt genau ein Kondensatorelement mit zwei elektrischen Anschlüssen vor. Möglich ist es jedoch auch, innerhalb des Grundkörpers mehrere Kondensatorelemente vorzusehen, die Teilkondensatoren bilden. Diese Teilkondensatoren können elektrisch vollständig voneinander getrennt sein. Möglich ist es jedoch auch, die Teilkondensatoren zumindest teilweise miteinander zu verschalten, wobei sich zur Erhöhung der Kapazität eine Parallelschaltung von Teilkondensatoren anbietet. Möglich ist es auch, eine Gruppe von Elektroden aller Teilkondensatoren mit einem gemeinsamen Außenkontakt zu verbinden oder die Außenkontakte dieser Gruppe von Elektroden elektrisch miteinander zu verbinden. Werden diese Außenkontakte dem Masseanschluss zugeordnet, spricht man von einer "Common Ground" Anordnung.One Multilayer capacitor has at least two groups of electrodes auf, which are preferably interleaved in an alternating manner, that a maximum overlap between two electrodes arranged in directly adjacent layers is achieved. In this version there is exactly one capacitor element with two electrical connections. Possible However, it is also to provide a plurality of capacitor elements within the body, form the partial capacitors. These partial capacitors can be electrical Completely be separated from each other. Possible However, it is also the partial capacitors at least partially with each other to interconnect, with a parallel connection to increase the capacity of partial capacitors. It is also possible, a group of electrodes of all partial capacitors with a common external contact to connect or the external contacts electrically connect this group of electrodes together. Are these external contacts the Assigned ground connection, one speaks of a "Common Ground" arrangement.

Vorteilhaft kann es jedoch auch sein, sämtliche Teilkondensatoren separat anzusteuern, so dass der erfindungsgemäße Mehrschichtkondensator eine Kondensatorbank aus mehreren gegebenenfalls unterschiedlichen Teilkondensatoren bzw. aus mehre ren Teilkondensatoren mit gegebenenfalls unterschiedlicher Kapazität darstellt.Advantageous but it may be, all To drive part capacitors separately, so that the multi-layer capacitor according to the invention a capacitor bank of several possibly different Partial condensers or from several ren partial capacitors with optionally different capacity represents.

In allgemeiner Form ausgedrückt können im Mehrschichtkondensator n Außenkontakte vorgesehen sein, wobei n größer gleich 2 gewählt wird. Dementsprechend sind auch n Gruppen von Elektroden vorgesehen, wobei die Elektroden jeder Gruppe mit dem gleichen Außenkontakt verbunden sind. Jeweils zwei Gruppen von Elektroden bilden einen Teilkondensator aus, wobei eine Gruppe von ersten Elektroden als Stapel von übereinander angeordneten Elektrodenflächen ausgebildet ist, die ausschließlich mit der Gruppe von zweiten Elektroden überlappen. Auf diese Weise werden z Teilkondensatoren ausgebildet, die z nebeneinander angeordnete Stapel von ersten Elektroden umfassen. Alle Stapel von ersten Elektroden sind elektrisch voneinander getrennt und jeweils mit einem Außenanschluss verbunden. Für die gesamte Anordnung gilt: n – 1 größer gleich z größer gleich n/2.Expressed in general form, external contacts can be provided in the multilayer capacitor n, wherein n greater than or equal to 2 is selected. Accordingly, n groups of electrodes are provided, wherein the electrodes of each group with are connected to the same external contact. Each two groups of electrodes form a partial capacitor, wherein a group of first electrodes is formed as a stack of electrode surfaces arranged one above the other, which overlap exclusively with the group of second electrodes. In this way, z partial capacitors are formed, which comprise z juxtaposed stacks of first electrodes. All stacks of first electrodes are electrically isolated from each other and each connected to an external terminal. For the entire arrangement: n - 1 greater than or equal to or greater than n / 2.

Auf diese Weise können in einem erfindungsgemäßen Mehrschichtkondensator (z.B. mit z = 2 bis 6) beispielsweise 2 bis 6 Teilkondensatoren verwirklicht werden. Möglich ist es jedoch auch, eine entsprechend höhere Anzahl von Teilkondensatoren vorzusehen, wobei insgesamt jedoch die Kapazität der Teilkondensatoren bei gleichbleibender Größe des Grundkörpers und bei gleichbleibendem Elektrodenabstand mit zunehmender Anzahl z abnimmt.On this way you can in a multilayer capacitor according to the invention (e.g., with z = 2 to 6), for example, 2 to 6 partial capacitors are realized become. Possible However, it is also to provide a correspondingly higher number of sub-capacitors, but overall, the capacity of the sub-capacitors at constant size of the main body and at constant electrode spacing with increasing number z decreases.

Zur elektrischen Verschaltung zweier Teilkondensatoren können die elektrischen Außenanschlüsse miteinander verbunden werden. Möglich ist es jedoch auch, die Gruppe von ersten Elektroden der unterschiedlichen Teilkondensatoren elektrisch voneinander getrennt auszubilden, die Gruppe von zweiten Elekt roden jedoch als durchgehende, mehr als einen Stapel von ersten Elektroden überlappende großflächigere Elektroden auszubilden. Dabei ist die Gruppe von zweiten Elektroden mehreren Teilkondensatoren gleichzeitig zugehörig. Möglich ist es z.B., die zweiten Elektroden aller Teilkondensatoren als gemeinsame Elektrode auszubilden, die sich über sämtliche Überlappungsbereiche erstreckt. Möglich ist es jedoch auch, auch die zweite Elektrode in Form von Stapeln zu strukturieren, wobei ein jeder Stapel zweiter Elektroden zumindest zwei Stapel erster Elektroden überlappt und in damit zumindest zwei durch die Stapel erster Elektroden gebildeten Teilkondensatoren zugehörig ist. Damit sind im Grundkörper z Teilkondensatoren realisiert, die z Anschlüsse für die ersten Elektroden aufweisen und x Anschlüsse für die zweiten Elektroden, wobei x < z und vorzugsweise x ≤ z/2 ist.to electrical interconnection of two partial capacitors can external electrical connections with each other get connected. Possible However, it is also the group of first electrodes of different Partial capacitors electrically separate form, the Group of second electrodes, however, as continuous, more than a stack of first electrodes overlapping larger area Form electrodes. Here is the group of second electrodes belonging to several partial capacitors simultaneously. It is possible, for example, the second Form electrodes of all partial capacitors as a common electrode, over all overlapping areas extends. Is possible However, it also, the second electrode in the form of stacks too structure, wherein each stack of second electrodes at least two stacks of first electrodes overlap and in at least two formed by the stack of first electrodes Associated with partial capacitors is. So that's in the main body z partial capacitors realized, the z have connections for the first electrode and x connections for the second electrodes, where x <z and preferably x ≦ z / 2 is.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Diese dienen ausschließlich zur Erläuterung der Erfindung und sind daher nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.in the The invention is based on embodiments and the associated figures explained in more detail. These serve exclusively In order to explain of the invention and are therefore only schematic and not to scale executed. Identical parts are provided with the same reference numerals.

1 zeigt einen Mehrschichtkondensator mit einem Kondensatorelement in zwei schematischen Querschnitten, 1 shows a multilayer capacitor with a capacitor element in two schematic cross sections,

2 zeigt einen Mehrschichtkondensator mit zwei Kondensatorelementen und sich verjüngenden Anschlüssen, 2 shows a multilayer capacitor with two capacitor elements and tapered terminals,

3 zeigt die Verschaltung zweier Teilkondensatoren in einem Mehrschichtkondensator, 3 shows the interconnection of two partial capacitors in a multilayer capacitor,

4 zeigt eine weitere Verschaltung zweier Teilkondensatoren in einem Mehrschichtkondensator. 4 shows a further interconnection of two partial capacitors in a multi-layer capacitor.

1A zeigt eine einfache Ausführungsform eines erfindungsgemäßen keramischen Mehrschichtkondensators im schematischen Querschnitt vertikal zu einer Elektrodenebene. 1B zeigt einen bekannten Kondensator in einer schematischen Schnittdarstellung parallel zu einer Elektrodenebene. Der Mehrschichtkondensator besteht aus einem keramischen Grundkörper GK, der beispielsweise einen rechteckigen oder quadratischen Grundriss und Querschnitt aufweist. Im Inneren des Grundkörpers GK sind im Abstand zueinander mehrere Schichten mit Elektroden E vorgesehen, die vorzugsweise alternierend hin zu zwei Stirnseiten des Grundkörpers GK geführt sind und dort mit den dort angeordneten Außenkontakten AK1, AK2 elektrisch leitend verbunden sind. Der Grundkörper GK weist eine Höhe h auf, die vorzugsweise so bemessen ist, dass der Kondensator der sogenannten Flat-Panel-Type Geometrie entspricht und damit maximale Gesamthöhe von zirka 2,5 bis 3 mm aufweist. Prinzipiell kann der Mehrschichtkondensator jedoch auch höher ausgeführt werden und dann auch eine höhere Anzahl an Elektrodenschichten umfassen. 1A shows a simple embodiment of a ceramic multilayer capacitor according to the invention in the schematic cross section vertical to an electrode plane. 1B shows a known capacitor in a schematic sectional view parallel to an electrode plane. The multilayer capacitor consists of a ceramic base body GK, which for example has a rectangular or square outline and cross section. In the interior of the main body GK, a plurality of layers with electrodes E are provided at a distance from one another, which are preferably guided alternately toward two end faces of the main body GK and are electrically conductively connected there to the external contacts AK1, AK2 arranged there. The main body GK has a height h, which is preferably dimensioned such that the capacitor corresponds to the so-called flat panel type geometry and thus has a maximum total height of approximately 2.5 to 3 mm. In principle, however, the multilayer capacitor can also be made higher and then also comprise a higher number of electrode layers.

Der Abstand zweier benachbarter Elektrodenschichten zueinander wird in Abhängigkeit von der gewünschten Kapazität eingestellt, wobei ein geringerer Abstand eine höhere Kapazität zur Folge hat. Im für die Anwendung vorgesehenen bzw. gewünschten mittleren Spannungsbereich bis 1000 V sind für erfindungsgemäße Mehrschichtkondensatoren Abstände der Elektrodenschichten von unterhalb 100 μm vorgesehen, vorzugsweise im Bereich von 25 bis 100 μm. Die Spannung, bei der ein elektrischer Durchbruch und damit eine Beschädigung des Bauelements erfolgt, ist neben der Geometrie der Elektroden insbesondere von bereits genanntem Abstand der Elektrodenschichten untereinander sowie vom Abstand L1 zwischen dem Ende einer Elektrode und dem nicht damit verbundenen entgegengesetzt gepolten Außenkontakt AK. Vorzugsweise ist der Abstand L1 deutlich größer gewählt als der Abstand der Elektrodenschichten. Oberste und unterste Schicht des Grundkörpers GK werden ebenfalls von einer keramischen Schicht gebildet, die vorzugsweise eine größere Schichtdicke als die zwischen den Elektrodenschichten angeordneten keramischen Schichten aufweist.The distance between two adjacent electrode layers to each other is adjusted depending on the desired capacity, with a smaller distance results in a higher capacity. In the intended or desired for the application average voltage range up to 1000 V spacings of the electrode layers of less than 100 microns are provided for inventive multilayer capacitors, preferably in the range of 25 to 100 microns. The voltage at which an electrical breakdown and thus a damage of the component takes place, in addition to the geometry of the electrodes in particular already mentioned distance between the electrode layers and from the distance L1 between the end of an electrode and the unopposed oppositely poled external contact AK. Preferably, the distance L1 is chosen to be significantly larger than the distance of the electrode layers. The uppermost and lowermost layers of the main body GK are likewise formed by a ceramic layer, which preferably has a greater layer thickness than the ceramic layers arranged between the electrode layers having.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Mehrschichtkondensators werden keramische Grünfolien aus einem dielektrischen keramischen Material mit geeigneter Temperaturcharakteristik ausgewählt, beispielsweise aus Materialien der Klassen COG, X7R, Z5U oder ein Material einer anderen Temperaturklasse entsprechend der Norm EIA-198-D. Die Grünfolien werden anschließend mit Elektrodenmaterialien der geeigneten Elektrodengeometrie bedruckt und in der gewünschten Anordnung und gewünschten Anzahl übereinandergestapelt. Das Elektrodenmaterial ist bzgl. einer gewünschten Leitfähigkeit und einer Verträglichkeit mit dem verwendeten Keramikmaterial ausgesucht und bei der Sinterbedingungen stabil. Anschließend wird der Stapel laminiert und dann gesintert. Vor oder nach dem Sintern können die Außenkontakte AK an einander gegenüberliegenden Stirnflächen des Grünkörpers aufgebracht werden, beispielsweise ebenfalls durch Aufdrucken. Jedoch sind auch andere Metallisierungsverfahren sowohl für die Herstellung der Elektroden selbst als auch der Außenkontakte möglich. Im Stapel selbst überlappen die Elektroden über eine Überlappungslänge UL, die unter Beachtung des der Isolation dienenden Sicherheitsabstandes L1 maximal gewählt wird.to Production of a Multilayer Capacitor According to the Invention become ceramic green sheets of a dielectric ceramic material having a suitable temperature characteristic selected, for example from materials of classes COG, X7R, Z5U or a material of a class other temperature class according to the EIA-198-D standard. The green films will be afterwards printed with electrode materials of suitable electrode geometry and in the desired Arrangement and desired Number stacked. The electrode material is regarding a desired conductivity and a compatibility chosen with the ceramic material used and in the sintering conditions stable. Subsequently the stack is laminated and then sintered. Before or after Can sinter the external contacts AK on opposite sides faces be applied to the green body, for example, also by imprinting. But there are others too Metallization process both for the production of the electrodes itself as well as the external contacts possible. Overlap in the stack itself the electrodes over an overlap length UL, taking into account the safety distance used for the insulation L1 maximum is selected.

1b zeigt einen bekannten Mehrschichtkondensator anhand des schematischen Schnittes parallel zu einer Elektrode E1. Gut zu erkennen ist die Geometrie der Elektrode, die weitgehend der Geometrie des Grundkörpers GK folgt, im Gegensatz zu diesem jedoch zumindest im Inneren abgerundete Ecken AE aufweist. Die gestrichelte Linie gibt die Lage der in der direkt benachbarten Schicht angeordneten Elektrode E2 an, deren Geometrie horizontal gegenüber der Elektrode E1 gespiegelt ist. Dementsprechend ist die Elektrode E2 mit dem zweiten Außenkontakt AK2 verbunden. Mit der Elektrode E1 weist sie einen in der Figur schraffiert dargestellten Überlappungsbereich UB auf, dessen Fläche für die elektrisch wirksame und die Kapazität bestimmende Kondensatorfläche maßgeblich ist. Auch die zweite Elektrode E2 weist im Überlappungsbereich abgerundete Ecken auf. Weiterhin sind die Elektroden – außer an der Stirnfläche mit dem entsprechenden Außenkontakt AK – im Abstand zu allen Oberflächen des Grundkörpers bzw. den Kanten der dem Grundkörper zugrundeliegenden Grünfolien angeordnet. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Elektroden im fertig gesinterten Grundkörper GK nur an den Stirnflächen bis zur Oberfläche des Grundkörpers reichen, an allen anderen Flächen des Grundkörpers gegen die Oberfläche isoliert sind. Der Abstand zur Seitenfläche SF beträgt beispielsweise L2, wobei L2 geringer als L1 gewählt werden kann, da an der Seitenfläche normalerweise keine Außenkontakte angeordnet sind, zu denen ein Spannungsüberschlag und damit ein Kurzschluss des Kondensators stattfinden könnte. Die Kanten jeder Elektrode E können mit der entsprechenden Stirnfläche bzw, dem dort angeordneten Außenkontakt AK einen rechten Winkel ausbilden, da diese Kante wegen des dort größeren Abstandes zur Gegenelektrode die Feldstärke im Kondensator nicht lokal erhöht. 1b shows a known multilayer capacitor based on the schematic section parallel to an electrode E1. Good to see the geometry of the electrode, which largely follows the geometry of the body GK, in contrast to this, however, at least in the interior rounded corners AE has. The dashed line indicates the position of the arranged in the directly adjacent layer electrode E2, whose geometry is mirrored horizontally with respect to the electrode E1. Accordingly, the electrode E2 is connected to the second external contact AK2. With the electrode E1, it has an overlap region UB hatched in the figure, the area of which is decisive for the electrically effective and capacitance-determining capacitor area. Also, the second electrode E2 has rounded corners in the overlapping area. Furthermore, the electrodes - except at the end face with the corresponding external contact AK - at a distance to all surfaces of the body or the edges of the base body underlying green sheets are arranged. In this way, it is ensured that the electrodes in the finished sintered base body GK extend only to the end faces up to the surface of the base body, are insulated on all other surfaces of the base body against the surface. The distance to the side surface SF is, for example, L2, wherein L2 can be selected smaller than L1, since on the side surface normally no external contacts are arranged, to which a voltage flashover and thus a short circuit of the capacitor could take place. The edges of each electrode E can form a right angle with the corresponding end face or the external contact AK arranged there, since this edge does not locally increase the field strength in the capacitor because of the greater distance there to the counterelectrode.

Ein Stapel alternierend mit zwei Außenkontakten AK verbundener, im Grundkörper überlappend übereinander angeordneter Elektroden E1, E2 bildet einen keramischen Mehrschichtkondensator aus bzw. stellt einen Teilkondensator eines solchen keramischen Mehrschichtkondensators dar. Jeder Teilkondensator kann unabhängig von jeweils anderen elektrisch angesteuert werden, wobei entsprechend die Außenkontakte kontaktiert werden. Dies schließt natürlich nicht aus, die Teilkondensatoren in einer äußeren Schaltungsumgebung elektrisch miteinander zu verschalten, beispielsweise beide Teilkondensatoren elektrisch parallel zu schalten.One Stack alternating with two external contacts AK connected, overlapping one another in the base body arranged electrodes E1, E2 forms a ceramic multilayer capacitor or represents a partial capacitor of such a ceramic Multilayer capacitor. Each sub-capacitor can be independent of each other electrically controlled, according to the external contacts be contacted. Of course this does not close electrically, the sub-capacitors in an external circuit environment interconnect with each other, for example, both partial capacitors to switch electrically in parallel.

2 zeigt einen erfindungsgemäßen Kondensator, bei dem sich die Elektroden E im nicht überlappenden Bereich verjüngen. Der zu den Außenkontakten AK hin führende Teil der Elektroden E ist schmaler ausgeführt als die Elektrode im überlappenden Bereich UB. Die Verjüngung V ist einseitig so vorgenommen, dass die Schnittflächen der Elektroden mit der jeweiligen Stirnfläche eine maximale Entfernung zueinander aufweisen, da die entsprechenden Verjüngungen V21, V22 zueinander weisen. Werden die Außenkontakte AK21, AK22 so ausgeführt, dass sie gerade eben die Schnittflächen bzw. Stoßkanten der Elektroden in der Stirnfläche bedecken, so ist auch der Abstand der Außenkontakte um die Summe der beiden Verjüngungen V21 + V22 vergrößert. Damit ist die elektrische Isolierung zwischen den beiden Außenkontakten AK21 und AK22 verbessert und die zugehörigen Teilkondensatoren besser gegeneinander isoliert. Dieser Vorteil wirkt sich insbesondere in einer erhöhten Verschaltungssicherheit aus, die ein leichteres Verlöten der Bauelemente über die Anschlusskontakte ermöglicht, ohne dass dabei ein Kurzschluss zwischen zwei Außenkontakten über die entsprechende Lötstelle zu befürchten ist. 2 shows a capacitor according to the invention, in which the electrodes E taper in the non-overlapping region. The part of the electrodes E leading to the external contacts AK is narrower than the electrode in the overlapping region UB. The taper V is made on one side so that the cut surfaces of the electrodes with the respective end face have a maximum distance from each other, since the respective tapers V21, V22 face each other. If the external contacts AK21, AK22 are designed such that they just cover the cut surfaces or abutting edges of the electrodes in the end face, the distance between the external contacts is also increased by the sum of the two tapers V21 + V22. Thus, the electrical insulation between the two external contacts AK21 and AK22 is improved and the associated sub-capacitors better insulated from each other. This advantage has an effect, in particular, on increased connection reliability, which makes it easier to solder the components via the connection contacts, without there being any fear of a short circuit between two external contacts via the corresponding soldering point.

3 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der zwei Teilkondensatoren über eine durchgehende gemeinsame zweite Elektrode E2 elektrisch verbunden sind. Über die gemeinsame zweite Elektrode E2 bzw. den damit verbundenen Außenkontakt AK2 ist eine Verschaltung der beiden Teilkondensatoren vorgegeben, der je nach Kontaktierung der verbleibenden Außenkontakte AK11 und AK12 sowohl eine parallele als auch eine serielle Verschaltung der beiden Teilkondensatoren ermöglicht. 3 shows a non-inventive embodiment in which two partial capacitors are electrically connected via a continuous common second electrode E2. About the common second electrode E2 and the associated external contact AK2 an interconnection of the two partial capacitors is given, which allows both a parallel and a serial connection of the two partial capacitors depending on the contacting of the remaining external contacts AK11 and AK12.

4 zeigt einen Kondensator, bei dem in einem gemeinsamen Grundkörper GK zwei Stapel von alternierend elektrodenpaaren angeordnet sind. An einer Stirnfläche sind die jeweils zweiten Elektroden beider Teilkondensatoren über einen gemeinsamen Außenkontakt AK2 elektrisch miteinander verbunden, so dass sich eine bezüglich der elektrischen Anordnung gleiche Verschaltung wie in 3 ergibt, wobei hier allerdings die zweiten Elektroden ebenso wie natürlich die ersten Elektroden im Grundkörper gegeneinander elektrisch isoliert sind. Auch dieser Mehrschichtkondensator weist daher drei Kontakte auf, die eine entsprechende serielle oder parallele Verschaltung der beiden Teilkondensatoren ermöglicht. 4 shows a capacitor in which two stacks of alternating electrode pairs are arranged in a common base body GK. At an end face, the respectively second electrodes of both partial capacitors are electrically connected to one another via a common external contact AK2, so that an interconnection which is the same as regards the electrical arrangement, as in FIG 3 results, but here the second electrodes as well as of course the first electrodes in the main body are electrically isolated from each other. Therefore, this multilayer capacitor also has three contacts, which enables a corresponding serial or parallel connection of the two partial capacitors.

Die Elektroden laufen in der 4 im nicht überlappenden Bereich als abgeplattete Halbkreise bzw. abgeschnittene Kreissegmente aus, deren abgeplatteter Teil der Schnittlinie mit der Stirnfläche entspricht. Auch diese Ausführung stellt eine Verjüngung da, die zu einem höheren Abstand der Außenkontakte AK11 und AK12 bzw. AK21 und AK22 voneinander führt.The electrodes run in the 4 in the non-overlapping region as flattened semicircles or cut-off circle segments whose flattened part corresponds to the section line with the end face. This embodiment also provides a taper, which leads to a higher distance between the external contacts AK11 and AK12 or AK21 and AK22 from each other.

Neben den in den 3 und 4 dargestellten Anordnungen mit jeweils zwei Teilkondensatoren sind natürlich auch Anord nungen durch gemeinsame Außenkontakte oder gemeinsame zweite Elektroden miteinander verschalteter Teilkondensatoren möglich, die eine höhere Anzahl von Teilkondensatoren im gemeinsamen Grundkörper GK umfassen.In addition to those in the 3 and 4 Arrangements shown with two partial capacitors are of course also Anord calculations by common external contacts or common second electrodes interconnected sub-capacitors possible, which include a higher number of sub-capacitors in the common body GK.

Die in den Ausführungsbeispielen dargestellten möglichen Ausführungen von Mehrschichtkondensatoren können allesamt bei Verwendung geeigneter keramischer Materialien in flacher Bauweise (maximale 3 mm Höhe) mit hohen Kapazitäten von mehr als 1 μF verwirklicht und mit mittleren Spannungen bis beispielsweise 1000 V betrieben werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, die erfindungsgemäßen Anordnungen mit verrundeten Ecken der Elektroden mit geringeren Elektrodenabständen und damit mit höheren Kapazitäten zu verwirklichen. Gegebenenfalls geht dies zu Lasten der maximalen Betriebsspannung, die jedoch durch die höhere Kapazitätswerte aufgewogen wird. Alternativ kann durch eine Erhöhung der Elektrodenabstände bzw. der Abstände der Elektrodenschichten gegeneinander die maximale Betriebsspannung, die ohne Gefahr für das Bauelement angelegt werden kann, erhöht werden, wobei natürlich die entsprechenden Abstände L2 und L3 ebenfalls zu erhöhen sind. Die Erfindung ist daher nicht auf Mehrschichtkondensatoren mit einer bestimmten Betriebsspannung beschränkt, ebenso wenig auf Kondensatoren mit einer bestimmten Bauhöhe. Ebenso sind Variationen in der Geometrie des Grundkörpers möglich, denen dann auch die Geometrie der Elektroden selbst entsprechend folgt, unter der Voraussetzung, dass sämtliche Ecken im Überlappungsbereich abgerundet sind. Auch die Anzahl der Teilkondensatoren und die Anzahl der entsprechenden dazugehörigen Außenkontakte ist bestenfalls durch die erforderlichen Toleranzen bzw. durch die bei erfindungsgemäßen Kondensatoren bevorzugte Verarbeitbarkeit als SMD-Bauelemente beschränkt. Dennoch wird mit allen erfindungsgemäßen Mehrschichtkondensa toren die Altersbeständigkeit der Kondensatoren und deren Sicherheit gegenüber Spannungsdurchschlägen erhöht und die Verarbeitungssicherheit erhöht.The in the embodiments shown possible versions of multilayer capacitors all in flat when using suitable ceramic materials Construction (maximum 3 mm height) with high capacities greater than 1 μF realized and with average voltages up to, for example, 1000 V are operated. Of course it is also possible the arrangements according to the invention with rounded corners of the electrodes with smaller electrode distances and so with higher capacities to realize. If necessary, this is at the expense of the maximum operating voltage, but by the higher capacitance values is compensated. Alternatively, by increasing the electrode distances or the distances the electrode layers against each other the maximum operating voltage, the without danger for the component can be raised, of course, the corresponding distances L2 and L3 also increase are. The invention is therefore not based on multilayer capacitors limited to a certain operating voltage, as well as capacitors with a certain height. Likewise, variations in the geometry of the body are possible, which then the geometry of the electrodes themselves follows accordingly, provided that all corners in the overlap area are rounded. Also the number of partial capacitors and the number the corresponding associated external contacts is at best by the required tolerances or by the in capacitors according to the invention preferred processability limited as SMD components. Yet is with all invention Mehrschichtkondensa factors the age stability of the capacitors and their safety against voltage breakdowns increases and the Processing safety increased.

Claims

Ceramic multilayer capacitor - with a cuboid ceramic body (GK), - With two juxtaposed stacks, each having a capacitor form and a plurality aligned parallel to the base and each other at least partly overlapping Electrodes (E1, E2), in the base body (GK) in layers one above the other at a distance are arranged - in which Each Kondendator at least two electrical external contacts (AK) on end faces of the basic body having, - in which each electrode with an external contact connected is, - at the plan of the electrodes each have at least one rounded Corner (AE), - in which two in-plane, different stacks associated Electrodes facing at their same end face of the main body and there each with an external contact (AK21, AK22) connected end are each asymmetrically tapered, so that the distance between these external contacts on the front side around those rejuvenations (V21, V22) is increased.

A multilayer capacitor according to claim 1, comprising a ceramic with a dielectric constant ε> 1000.

A multilayer capacitor according to claim 1 or 2, wherein rounded off all corners of each electrode (E) in the overlapping area in which this overlaps with the electrode that is in the direct adjacent layer and arranged with a different outside Contact (AK) is connected.

Multilayer capacitor according to one of claims 1 to 3, in which the main body (GK) a height of a maximum of 3mm.

A multilayer capacitor according to any one of claims 1 to 4, wherein all the surfaces different from the faces represent ceramic surfaces without intersecting surfaces with an electrode len.

Multilayer capacitor according to one of claims 1 to 5, - at the n external contacts (AK1, AK2, .... Akn) are provided with n ≥ 2, - where n groups of electrodes (E) are provided, wherein the electrodes of each group with the same outside Contact are connected, - at the electrodes of each 2 groups form a partial capacitor, wherein in each sub-capacitor a stacked array of first electrodes exclusively overlaps with the group of second electrodes - in which z each stack-shaped arranged groups of first electrodes are provided which are electrically are separated from each other and with at least one group of second Form electrodes z partial capacitors, where n-1 ≥ z ≥ n / 2.

A multilayer capacitor according to claim 6, wherein two or more groups of second electrodes (E2), the different ones Associated with partial capacitors are electrically connected.

A multilayer capacitor according to claim 7, wherein the second electrodes (E2) are formed continuously and with all overlap first electrodes (E1) of the two or more sub-capacitors.

Multilayer capacitor according to one of claims 6 to 8, wherein in at least one layer z electrodes (E) electrically are arranged side by side separated from each other.

Multilayer capacitor according to one of claims 1 to 9, in which the distance between the cut surfaces of two adjacent stacks of first electrodes (E1) with the same end face is larger as the distance of the overlapping Areas of these first electrodes.