[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ableiters
zum Schutz vor Überspannungen. Insbesondere handelt es sich um einen Ableiter in Vielschichtbauweise.
Weiterhin wird ein Ableiter angegeben.
[0002] Herkömmliche Gasableiter bestehen in der Regel aus einem gelochten keramischen Grundkörper
(i.A. einem Ring aus Aluminiumoxid), an dessen Öffnungen zwei Metallkappen angebracht
sind. Die Metallkappen sind normalerweise Kupferkappen, welche mittels Hartlotverbindungen
an die Keramik angebunden sind. Keramikkörper, Hartlotverbindung und Metallkappen
sind gasdicht, so dass die während des Hartlötvorgangs vorherrschende Atmosphäre hermetisch
im Inneren des Gasableiters eingeschlossen wird.
[0003] Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an die beiden Metallkappen kommt es bei Überschreiten
einer für die Bauteilkonfiguration und Gaszusammensetzung typischen Zündspannung zum
elektrischen Überschlag innerhalb des Gasableiters. Auf diese Weise können elektrische
Verbraucher gegen Überspannungen geschützt werden.
[0004] Durch die Vielzahl der beteiligten Einzelkomponenten (Ring, Metallisierungsschicht,
Hartlot, Metallkappen) ist der Aufbau komplex und somit einer automatisierten Herstellung
sowie insbesondere einer Miniaturisierung nur begrenzt zugänglich. Zunächst sind die
keramischen Grundkörper in Einzelbauweise herzustellen, beispielsweise mittels Pressen
und Sintern. Auf diese ist eine für Hartlötung geeignete Metallisierungsschicht aufzubringen,
zum Beispiel durch Siebdruck und Einbrand. Der metallisierte Grundkörper, Hartlot
und Metallkappen müssen dann geometrisch exakt assembliert und in einem weiteren Temperaturschritt
einer Verlötung unterzogen werden.
[0005] Das Dokument
JP 2000 243534 A beschreibt ein Verfahren zu Bereitstellung eines Chip-Stromstoßabsorbers, der in
der Lage ist, Dichtungsversagen aufgrund von Rissen, die durch thermische Ausdehnungsunterschiede
verursacht werden, zu verhindern.
[0006] Das Dokument D2
US 2009/296294 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Schutz vor elektrostatischer
Entladung, bei dem ein erster, ein zweiter und ein dritter LTCC Film einem Co-Firing
Schritt unterzogen werden um eine Substanz zu verflüchtigen, welche vorher in ein
Loch des zweiten LTCC Films eingebracht wurde.
[0007] Das Dokument
US 2004/125530 A1 beschreibt einen Überspannungsableiter mit einem laminierten Pressling und ein Verfahren
zu dessen Herstelllung.
[0008] Das Dokument
JP 2004 127614 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Überspannungsableiters, welcher leicht
miniaturisiert werden kann.Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes
Verfahren zur Herstellung eines Ableiters anzugeben. Ferner soll ein verbesserter
Ableiter angegeben werden.
[0009] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der unabhängigen
Ansprüche gelöst.
[0010] Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Ableiters beschrieben.
Insbesondere wird durch das Verfahren ein Gasableiter in Vielschichtbauweise hergestellt.
Durch das Verfahren wird eine Vielzahl von Ableiter hergestellt (Vielfach-Anordnung).
Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- Bereitstellen von wenigstens drei Grünschichten. Vorzugsweise werden genau drei Schichten
zur Verfügung gestellt. Jede Schicht kann eine oder mehrere Grünfolien aufweisen.
Beispielsweise weist eine Schicht 10, 20 oder mehr Grünfolien auf. Eine Grünfolie
kann eine Dicke von beispielsweise 40 µm aufweisen. Aber auch andere Anzahlen und
Dicken von Grünfolien sind - anhängig von der gewünschten Beschaffenheit des Ableiters
- vorstellbar.
- Einbringen wenigstens eines Lochs in eine erste Schicht. Das Loch wird beispielsweise
mittels Lasern oder Stanzen eingebracht. Das Loch durchdringt die erste Schicht vollständig.
Es kann auch mehr als ein Loch in die erste Schicht eingebracht werden. Vorzugsweise
weist die erste Schicht eine Vielzahl von Löchern auf. Die Anzahl der Löcher entspricht
vorzugsweise der Anzahl von Einzelbauteilen die am Ende des Herstellungsverfahrens
durch einen Vereinzelungsschritt erzeugt werden.
- Aufbringen eines elektrisch leitfähigen Materials zur Ausbildung von Innenelektroden
auf eine zweite Schicht und eine dritte Schicht. Das elektrisch leitfähige Material
kann beispielsweise Kupfer (Cu), Wolfram (W) oder Nickel (Ni) aufweisen. Vorzugsweise
wird das elektrisch leitfähige Material in einem vorbestimmten Muster auf eine Außenfläche
der zweiten Schicht und der dritten Schicht aufgebracht. Das Aufbringen des elektrisch
leitfähigen Materials auf die zweite Schicht und die dritte Schicht erfolgt beispielsweise
mittels Siebdruck.
- Laminieren der Schichten zu einem Stapel. Dabei wird die erste Schicht zwischen der
zweiten Schicht und der dritten Schicht angeordnet. Insbesondere werden die zweite
Schicht und die dritte Schicht mit der bedruckten Außenfläche nach Innen auf die erste
Schicht zu dem Stapel laminiert. Dafür werden die Schichten mäßiger Temperatur und
Druck ausgesetzt. Das Laminieren erfolgt insbesondere im grünen (ungesinterten) Zustand
durch die Anwendung von Druck und Temperatur abhängig von der Organik bei ca. 50°
bis 100° C. Das Bedruckungsmuster für das elektrisch leitfähige Material ist dabei
so gewählt, dass im laminierten Stapel das Loch in der ersten Schicht beidseits zumindest
teilweise mit dem elektrisch leitfähigen Material bedeckt ist.
- Trennen des Grünstapels in Einzelbauteile. Dies erfolgt beispielsweise mittels Cutten
oder Sägen.
- Verdichten der Einzelbauteile. Dafür werden die Einzelbauteile einer bestimmten Temperatur
und Atmosphäre ausgesetzt.
[0011] Das Laminieren der Schichten und das Verdichten der Einzelbauteile erfolgt in einem
einzigen Temperaturprozess durch Co-Firing. Innenelektroden und Gasentladungsbereich
werden folglich in einem gemeinsamen Herstellungsschritt erzeugt. Dadurch wird ein
einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Verfügung gestellt. Durch das Verfahren
kann ferner gleichzeitig eine Vielzahl von Einzelbauteilen in geringer Größe hergestellt
werden. Somit wird ein besonders kostengünstiges und effizientes Verfahren zur Verfügung
gestellt.
[0012] Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird in einem weiteren Verfahrensschritt eine Metallpaste
auf wenigstens einen Teilbereich der Außenfläche, beispielweise den beiden Stirnflächen,
des jeweiligen Einzelbauteils aufgebracht. Vorzugsweise weist die Metallpaste Kupfer
oder Nickel auf. Anschließend wird die Metallpaste eingebrannt zur Ausbildung wenigstens
einer Außenelektrode. Die Außenelektrode ist beispielsweise in Form einer Metallkappe
ausgebildet.
[0013] Auf diese Weise können die Innenelektroden auf einfache Art zuverlässig kontaktiert
werden. Art und Geometrie der der Außenmetallisierung sind dabei vorzugsweise so gewählt,
dass ein Oberflächenmontierbares Bauteil entsteht. Auch dieser Verfahrensschritt erfolgt
- zusammen mit dem Laminieren der Schichten und dem Verdichten der Einzelbauteile
- in einem einzigen Temperaturprozess durch Co-Firing. Dadurch wird ein einfaches
und effizientes Verfahren zur Verfügung gestellt.
[0014] Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen die Schichten ein keramisches Material auf.
Die Schichten weisen die gleiche Keramikzusammensetzung auf. Die Keramik zeichnet
sich durch eine niedrige Dielektrizitätskonstante und gute Sintereigenschaften aus.
[0015] Die Schichten können beispielsweise Al
2O
3 aufweisen. Ferner können die Schichten SiO
2 als Sinterhilfsmittel aufweisen. Aber auch jede andere Keramik, die mit der Elektrode
zusammen gesintert werden kann, ist vorstellbar.
[0016] Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt das Verdichten der Einzelbauteile mittels
Entbindern und Sintern der Einzelbauteile unter definierter Temperatur und Atmosphäre.
In diesem Fall wird der keramisches Material aufweisende Schichtstapel einer vorbestimmten
Temperatur von beispielsweise 900°C bis 1200° C ausgesetzt. Das Entbindern und Sintern
erfolgt in einem Temperaturprozess, so dass weitere Temperaturprozesse überflüssig
sind.
[0017] Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen die Schichten Glas auf. Die Schichten können
überwiegend aus Glas bestehen oder neben Glas auch einen Keramikanteil aufweisen.
In diesem Fall erfolgt das Verdichten der Einzelbauteile über einen Glasübergang.
Dabei wird der Stapel einer geringeren Temperatur als beim Sintern ausgesetzt. In
diesem Fall sind auch Elektrodenmaterialen mit einer niedrigeren Schmelztemperatur
einsetzbar.
[0018] Ein Glas als Sinterhilfsmittel reduziert insbesondere die Sintertemperatur und bewirkt
eine vollständigere Verdichtung. Wichtig bei der Wahl von Glas ist, dass die Form
der Schichten beim Sintern erhalten bleibt.
[0019] Gemäß einem Ausführungsbeispiel ragt das elektrisch leitfähige Material nach dem
Vereinzeln an wenigstens einen Seitenrand des jeweiligen Einzelbauteils. Auf diese
Weise kann das Einzelbauteil an eine Außenkontaktierung angeschlossen werden.
[0020] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Aktivierungsmaterials in der ersten Schicht
bereitgestellt werden. Das Aktivierungsmaterial ist zumindest teilweise in dem Loch
angeordnet ist. Das Aktivierungsmaterial kann vor dem Bereitstellen des Lochs in die
erste Schicht eingebracht werden. Alternativ dazu kann das Aktivierungsmaterials auch
nach Bereitstellung des Lochs an den das Loch begrenzenden Seitenwänden der ersten
Schicht zur Verfügung gestellt werden. Das Aktvierungsmaterial weist vorzugsweise
Graphit auf. Das Aktivierungsmaterial ist dazu vorgesehen die Zündung des Gases zu
erleichtern und den Funken zu führen. Damit kann ein besonders effektiver Ableiter
durch das Verfahren zur Verfügung gestellt werden.
[0021] Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Ableiter zum Schutz vor Überspannungen angegeben.
Der Ableiter ist insbesondere ein Gasableiter in Vielschichtbauweise. Vorzugsweise
ist der Ableiter durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt. Sämtliche Merkmale,
die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurden, gelten auch für den Ableiter
und umgekehrt.
[0022] Der Ableiter weist mehrere übereinander angeordnete Schichten, insbesondere drei
Schichten auf. Die Schichten können mehrere Einzelschichten aufweisen. Der Ableiter
weist wenigstens einen Hohlraum auf. Der Hohlraum führt durch wenigstens eine Schicht,
insbesondere durchdringt der Hohlraum die Schicht vollständig. Die Schichten weisen
eine Deckschicht und eine Grundschicht auf. Zwischen der Deckschicht und der Grundschicht
ist eine Hauptschicht ausgebildet, welche den Hohlraum aufweist. Deckschicht und Grundschicht
begrenzen den Hohlraum nach unten und oben. Auf der Deckschicht und der Grundschicht
ist jeweils wenigstens eine Innenelektrode angeordnet. Die Innenelektroden grenzen
an den Hohlraum an. Der Hohlraum ist durch die Deckschicht und die Grundschicht vollständig
umgeben bzw. verschlossen.
[0023] Durch die kompakte Anordnung in Form eines Vielschichtbauelements kann ein kleines,
miniaturisiertes Bauteil zur Verfügung gestellt werden. Durch die Ausbildung der Innenelektroden
auf einzelnen Schichten, können die Elektroden frei angeordnet werden. Dies ermöglicht
die Anpassung des Bauelements an unterschiedlichste Einbausituationen.
[0024] Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen die Schichten ein keramisches Material auf.
Alternativ oder zusätzlich können die Schichten Glas aufweisen. Diese Materialien
zeichnen sich durch eine niedrige Dielektrizitätskonstante aus und lassen sich ferner
gut hohen Temperaturen, beispielsweise während eines Sinterschritts, aussetzen.
[0025] Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Innenelektroden flächig ausgebildet. Beispielsweise
sind die Innenelektroden in Form eines Streifens auf der jeweiligen Schicht ausgebildet.
Vorzugsweise decken die Innenelektroden den Hohlraum nach unten und oben vollständig
ab.
[0026] Durch die flächigen Elektroden wird die Strombelastung in der Elektrode reduziert
und Wärmeverluste werden besser abgeleitet. Die Fläche sollte daher möglichst groß
sein. Auf der anderen Seite führt eine schmale Elektrode zu einer Feldüberhöhung und
damit zu einem leichteren Zünden des Überschlags.
[0027] Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als maßstabsgetreu aufzufassen.
Vielmehr können zur besseren Darstellung einzelne Dimensionen vergrößert, verkleinert
oder auch verzerrt dargestellt sein.
[0028] Elemente, die einander gleichen oder die die gleiche Funktion übernehmen, sind mit
gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
[0029] Es zeigen:
- Figur 1
- eine Schnittdarstellung eines Ableiters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- Figur 2
- eine Draufsicht auf den Ableiter gemäß Figur 1,
- Figur 3
- eine Schnittdarstellung eines Ableiters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- Figur 4
- eine Draufsicht auf den Ableiter gemäß Figur 3,
- Figur 5
- Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Ableiters,
- Figur 6
- einen Verfahrensschritt bei der Herstellung eines Ableiters.
[0030] Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Ableiter 1 zum Schutz vor Überspannungen gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel. Der Ableiter 1 ist insbesondere ein Gasableiter in Vielschichtbauweise.
[0031] Der Ableiter 1 weist einen Grundkörper 30 auf. Der Grundkörper 30 ist mehrschichtig
aufgebaut. Der Grundkörper 30 weist eine erste Schicht 10 oder Hauptschicht 10 auf.
Der Grundkörper 30 weist eine zweite Schicht 11 oder Grundschicht 11 auf. Der Grundkörper
30 weist eine dritte Schicht 12 oder Deckschicht 12 auf.
[0032] Die Schichten 10, 11, 12 können jeweils aus einer oder mehreren übereinander angeordneten
Folien, insbesondere Grünfolien hergestellt sein. Beispielsweise sind ein oder mehrere
der Schichten 10, 11, 12 jeweils aus einer Vielzahl von Folien, beispielsweise jeweils
aus 20 Folien, gebildet. Die Schichten 10, 11, 12 sind in diesem Fall jeweils als
Folienpakete ausgebildet. Die Schichten 10, 11, 12 können jedoch auch jeweils aus
nur einer Folie gebildet sein. Die Anzahl der verwendeten Folien hängt von der Dicke
der Folien und von den geforderten Eigenschaften des Ableiters 1 ab. Die Schichten
10, 11, 12 sind übereinander angeordnet, wobei die Hauptschicht 10 zwischen der Grundschicht
11 und der Deckschicht 12 angeordnet ist.
[0033] Die Schichten 10, 11, 12 weisen vorzugsweise die gleiche Materialzusammensetzung
auf. Neben einem anorganischen Binder weisen die Schichten 10, 11, 12 ein Material
auf, das bei hohen Temperaturen gut verdichtet. Beispielsweise weisen die Schichten
10, 11, 12 eine Keramik auf. Die Keramik zeichnet sich durch eine niedrige Dielektrizitätskonstante
und gute Sintereigenschaften aus. Alternativ oder zusätzlich können die Schichten
10, 11, 12 auch Glas aufweisen.
[0034] Die Hauptschicht 10 weist eine Loch bzw. einen Hohlraum 4 auf. Der Hohlraum 4 durchdringt
die Hauptschicht 10 vollständig. Der Hohlraum 4 ist vorzugsweise vollständig nach
außen hin abgeschlossen. Insbesondere wird der Hohlraum 4 durch die Grundschicht 11
und die Deckschicht 12 nach oben und unten hin begrenzt.
[0035] Die Form des Hohlraums 4 ist vorzugsweise translationsinvariant bezüglich der Stapelrichtung
der Schichten 10, 11, 12. Insbesondere weist der Hohlraum 4 die Form eines geraden
Zylinders auf. Dabei verlaufen die den Hohlraum 4 begrenzenden Seitenwände senkrecht
zu einer Grundfläche, insbesondere senkrecht zu einer den Hohlraum 4 begrenzenden
Bodenfläche bzw. Deckfläche. Der Hohlraum 4 weist insbesondere eine Grundfläche parallel
zu den Schichtebenen und eine Höhe entlang der Stapelrichtung der Schichten 10, 11,
12 auf. Die Höhe des Hohlraums 4 entspricht insbesondere der Dicke der Hauptschicht
10.
[0036] Der Hohlraum 4 ist mit einem Gas gefüllt. Die Art des Gases hängt von einer Atmosphäre
bei der Herstellung des Ableiters 1, insbesondere von einer Sinteratmosphäre beim
Sintern der Schichten 10, 11, 12 ab. Beispielsweise wird unter Ausschluss von Sauerstoff
gesintert. Beispielsweise können der Atmosphäre auch Halogenide zugesetzt sein. Beispielsweise
enthält das Gas Stickstoff.
[0037] In dem Hohlraum 4, insbesondere an den Seitenwänden der Hauptschicht 10, welche den
Hohlraum 4 begrenzen, kann ferner ein Aktivierungsmaterial 5, beispielsweise Graphit,
angeordnet sein. Durch das Aktivierungsmaterial 5 kann die Ausbildung eines Lichtbogens
unterstützt werden. Das Aktivierungsmaterial 5 dient somit als Zündhilfe. Das Aktivierungsmaterial
5 kann als schmaler Streifen lediglich Teilbereiche der Seitenwände bedecken oder
auch die kompletten Seitenwände des Hohlraums 4.
[0038] Der Ableiter 1 weist ferner Innenelektroden 3 auf. Die Innenelektroden 3 sind jeweils
auf der Deckschicht 12 und der Grundschicht 11 angeordnet. Somit stellen die Deckschicht
12 und die Grundschicht 11 Elektrodentragende Schichten dar. Beispielsweise weisen
die Innenelektroden 3 Kupfer, Wolfram und/oder Nickel auf.
[0039] Die Innenelektroden 3 verlaufen parallel zu den Schichten 10, 11, 12. In diesem Ausführungsbeispiel
reichen die Innenelektroden 3 wechselseitig bis zu einem Seitenrand 7 des Grundkörpers
30. Das bedeutet, dass eine Innenelektrode 3 zu einem ersten Seitenrand 7 (rechter
Seitenrand in Figur 1) geführt ist, während die betreffende Innenelektrode 3 nicht
zu dem gegenüberliegenden zweiten Seitenrand 7 des Grundkörpers 30 reicht. Eine weitere
Innenelektrode 3 reicht zu dem zweiten Seitenrand 7 (linker Seitenrand in Figur 1),
nicht jedoch bis zu dem gegenüberliegenden ersten Seitenrand 7. Jedoch sind auch Innenelektroden
3 vorstellbar, die gar nicht bis an den Seitenrand 7 geführt sind, sondern als Leitelektroden
für den Überschlag dienen (nicht explizit dargestellt).
[0040] Die Innenelektroden 3 begrenzen den Hohlraum 4 nach oben oder unten. Dabei können
die Innenelektroden 3 flächig ausgebildet sein, so dass sie den Hohlraum 4 von oben
und/oder unten vollständig abdecken. Mit anderen Worten, die jeweilige Innenelektrode
3 kann die Schicht 11, 12 auf der sie angeordnet ist zumindest im Bereich des Hohlraums
4 vollständig bedecken. Alternativ dazu kann auch wenigstens eine der Innenelektroden
3 nur als schmale Linie ausgebildet sein und an einer Oberseite und/oder an einer
Unterseite des Hohlraums 4 in den Hohlraum 4 ragen.
[0041] Zum Anschließen der Innenelektroden 3 sind an den Stirnseiten des Grundkörpers 30
Außenelektroden 6, beispielsweise in Form von Metallkappen, angeordnet. Vorzugsweise
weisen die Außenelektroden 6 Kupfer auf. Die Außenelektroden 6 sind in diesem Ausführungsbeispiel
an den gegenüberliegenden Stirnseiten des Grundkörpers 30 angeordnet. Vorzugsweise
sind die Außenelektroden 6 mittels Hartlötung auf den Grundkörper 30 angebracht. Die
Innenelektroden 3 sind wechselseitig mit den Außenelektroden 6 verbunden zur Kontaktierung
des Ableiters 1.
[0042] Vorzugsweise ist der Ableiter 1 als SMD-Bauelement, d.h. als oberflächenmontierbares
Bauelement, ausgebildet. Der Ableiter 1 ist beispielsweise zur Montage auf einer Leiterplatte
ausgebildet.
[0043] Die Figuren 3 und 4 zeigen einen Ableiter 1 zum Schutz vor Überspannungen gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede zwischen
den beiden Ausführungsbeispielen aufgezeigt.
[0044] Im Gegensatz zu dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ableiter 1 sind die Innenelektroden
3 beidseitig bis an den Seitenrand 7 des Grundkörpers 30 geführt. Mit anderen Worten,
jede Innenelektrode 3 reicht an die beiden Seitenränder 7 des Grundkörpers 30. Damit
kann alternativen Einbausituationen für den Ableiter 1 Rechnung getragen werden.
[0045] In diesem Ausführungsbeispiel sind die Außenelektroden 6 nicht an den Stirnseiten
des Grundkörpers 30 angeordnet zur Kontaktierung der Innenelektroden 3. Da die Innenelektroden
3 beidseitig bis an den Rand des Grundkörpers 30 ragen, sind die Außenelektroden 5
an den gegenüberliegenden Längsseiten bzw. Hauptflächen des Grundkörpers 30 ausgebildet.
Insbesondere sind die Außenelektroden 6 in Form von Metallkappen von oben und unten
auf den Grundkörper 30 aufgebracht. Dabei ragen die Außenelektroden 6 teilweise auf
die Stirnseiten des Grundkörpers 30 zum Anschluss der Innenelektroden 3.
[0046] Im Übrigen gelten die in Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschriebenen Merkmale
auch für den Ableiter 1 gemäß der Figuren 3 und 4.
[0047] Die Figuren 5 und 6 zeigen Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Ableiters.
Vorzugsweise wird das Verfahren ein Ableiter 1 gemäß der Figuren 1 bis 4 hergestellt.
[0048] Zunächst werden drei Grünschichten 10, 11, 12 bereitgestellt. Die Schichten 10, 11,
12 weisen das gleiche Material auf. Für jede der Grünschichten 10, 11, 12 wird dabei
wenigstens eine Folie bereitgestellt. Es handelt sich vorzugsweise um Grünfolien,
beispielsweise keramische Grünfolien.
[0049] Vorzugsweise weisen die Folien ein keramisches Pulver auf. Als keramisches Grundmaterial
kommen dabei sämtliche Keramiken in Frage, deren Sintertemperatur unterhalb der Schmelztemperatur
der verwendeten Elektrodenmaterialien (insbesondere Kupfer, Wolfram und/oder Nickel)
liegt und welche nach der Sinterung eine ausreichende mechanische und elektrische
Stabilität aufweisen. Alternativ dazu kommen auch glasgefüllte Folien in Betracht.
[0050] Es können auch mehrere Folien für jede Schicht 10, 11, 12 bereitgestellt werden.
Aus mehreren ersten Folien wird vorzugsweise die erste Schicht 10 oder Hauptschicht
10 des Ableiters 1 gebildet. Aus mehreren zweiten Folien wird vorzugsweise die zweite
Schicht 11 oder Grundschicht 11 des Ableiters 1 gebildet. Aus mehreren dritten Folien
wird vorzugsweise die dritte Schicht 12 oder Deckschicht 12 des Ableiters 1 gebildet.
Die Anzahl der verwendeten Folien hängt von der Dicke der Folien und von den geforderten
Eigenschaften des Ableiters 1 ab. Beispielsweise kann die Hauptschicht 10 bis zu 20
Folien oder mehr mit einer Dicke von beispielsweise jeweils 40 µm aufweisen.
[0051] Danach wird wenigstens ein Loch 4 in die erste Schicht 10 eingebracht, beispielsweise
durch Lasern oder Stanzen. Das Loch 4 ist dazu vorgesehen den späteren Gasinnenraum
zu bilden. Das Loch 4 durchdringt die erste Schicht 10 und insbesondere die Vielzahl
der Folien der ersten Schicht 10 vollständig.
[0052] In einem optionalen Schritt kann ein Aktivierungsmaterial 5 in das Loch 4 eingebracht
werden. Dabei wird beispielsweise eine Graphitpaste an die Seitenwände der ersten
Schicht 10, welche das Loch 4 begrenzen, eingebracht.
[0053] Alternativ dazu kann das Aktivierungsmaterial 5 auch bereits beim Aufbau der ersten
Schicht 10 vor dem Erzeugen des Lochs 4 eingebracht werden. Insbesondere kann das
Aktivierungsmaterial 5 in diesem Fall zwischen einzelne Folien der ersten Schicht
10 eingebracht werden. Beim Ausbilden des Lochs 4 ersteht in diesem Fall ein Ring
aus Aktivierungsmaterial 5 an den Wänden des Lochs 4.
[0054] Auf die zweite Schicht 11 und die dritte Schicht 12 wird nun ein elektrisch leitfähiges
Material 13, insbesondere eine Metallpaste, zur Ausbildung von Innenelektroden 3 aufgebracht.
Das Material 13 wird auf einer Außenfläche 11a, 12a der jeweiligen Schicht 11, 12
aufgebracht. Das Material 13 wird vorzugsweise auf die zweite und dritte Schicht 11,
12 aufgedruckt, z.B. mittels Siebdruck. Das elektrisch leitfähige Material 13 kann
beispielsweise Kupfer, Wolfram oder Nickel aufweisen.
[0055] Das Bedrucken erfolgt in Form bestimmter Muster. Das elektrisch leitfähige Material
13 kann beispielsweise als ein durchgehender Streifen aufgebracht werden. Die Bedruckungsmuster
sind so gewählt, dass die Metallbereiche nach einem späteren Vereinzeln des Stapels
zumindest teilweise an den Seitenrand 7 ragen und so einer elektrischen Kontaktierung
von außen zugänglich sind. Ferner sind die Bedruckungsmuster so gewählt, dass das
wenigstens ein Loch 4 in der ersten Schicht 10 beidseits, also von oben und unten,
mit dem elektrisch leitfähigen Material 13 bedeckt ist.
[0056] Anschließend werden die zweite Schicht 11 und die dritte Schicht 12 mit der bedruckten
Außenfläche 11a, 12a nach innen auf die erste Schicht 10 zu einem Stapel 20 laminiert
(siehe Figur 6). Das Laminieren erfolgt dabei im grünen Zustand der Schichten bei
Druck und mäßiger Temperatur. Beispielsweise erfolgt das Laminieren bei einer Temperatur
von 80°C bis 100°C.
[0057] In einem weiteren Schritt werden die keramischen Grünstapel 20 in Einzelbauteile
30 (Grundkörper 30) getrennt. Dies erfolgt beispielsweise mittels Cutten oder Sägen.
Die Einzelbauteile 30 werden anschließend unter definierter Temperatur und Atmosphäre
in einem einzigen Schritt verdichtet. Weisen die Schichten 10, 11, 12 eine Keramik
auf, so werden die Einzelbauteile 30 in diesem Schritt unter definierter Temperatur
und Atmosphäre entbindert und gesintert.
[0058] Vorzugsweise wird unter Ausschluss von Sauerstoff gesintert. Die Sintertemperatur
ist dabei abhängig von dem verwendeten Material und kann zwischen 900°C und 1200°C
liegen. Werden glasgefüllte Folien verwendet, wird der Verdichtungsschritt nicht über
Sintern, sondern über einen Glasübergang realisiert. Dabei wird das Einzelbauteil
30 einer niedrigeren Temperatur ausgesetzt, als beim Sintern.
[0059] In einem letzten Schritt erfolgt das Aufbringen einer Metallpaste auf wenigstens
einen Teilbereich der Außenfläche des jeweiligen Einzelbauteils 30. Abhängig von der
Ausgestaltung der Innenelektroden 3 kann die Metallpaste auf die Stirnflächen oder
die Hauptflächen des jeweiligen Einzelbauteils 30 aufgebracht werden (siehe Figuren
1 bis 4). Die Metallpaste wird anschließend eingebrannt zur Ausbildung der Außenelektroden
6. Art und Geometrie der Außenelektroden 6 sind so gewählt, dass ein oberflächenmontierbares
Bauteil ähnlich einem Vielschichtkondensator (MLLC) entsteht.
[0060] Das Laminieren der Schichten 10, 11, 12, das Verdichten der Einzelbauteile 30 und
das Einbrennen erfolgen dabei in einem einzigen Temperaturprozess durch Co-Firing.
Weitere Temperaturprozesse, die das Verfahren verkomplizieren, sind überflüssig.
[0061] Der Vorteil gegenüber herkömmlichen Gasableitern besteht darin, dass keine Einzelelemente
sondern Vielfach-Anordnungen zu bearbeiten sind. Dies ermöglicht einen hohen Automatisierungsgrad
sowie die Herstellung von sehr kleinen, miniaturisierten Bauformen. Der Aufbau mittels
einzelner Folien erlaubt es ferner die Innenelektroden 3 frei anzuordnen. So ist eine
Kombination von flächiger Innenelektrode 3 und Elektroden, die nur als schmale Linie
in das Loch 4 ragen, möglich.
[0062] Auch Elektroden, die nicht nach außen an die Seitenränder 7 geführt sind, und als
Leitelektroden für den Überschlag dienen, sind möglich.
[0063] Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen
Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen
- soweit technisch sinnvoll - dem Umfang der Ansprüche entsprechend miteinander kombiniert
werden.
Bezugszeichenliste
[0064]
- 1
- Ableiter
- 3
- Innenelektrode
- 4
- Hohlraum / Loch
- 5
- Aktivierungsmaterial
- 6
- Außenelektrode
- 7
- Seitenrand
- 10
- Erste Schicht / Hauptschicht
- 11
- Zweite Schicht / Grundschicht
- 11a
- Außenfläche
- 12
- Dritte Schicht / Deckschicht
- 12a
- Außenfläche
- 13
- Elektrisch leitfähiges Material
- 20
- Stapel
- 30
- Einzelbauteil / Grundkörper
1. Verfahren zur Herstellung eines Ableiters (1), aufweisend die Schritte:
- Bereitstellen von wenigstens drei Grünschichten (10, 11, 12), wobei die jeweilige
Schicht (10, 11, 12) wenigstens eine Grünfolie aufweist,
- Einbringen wenigstens eines Lochs (4) in eine erste der drei Schichten (10),
- Aufbringen eines elektrisch leitfähigen Materials (13) zur Ausbildung von Innenelektroden
(3) auf eine zweite ; der drei Schichten (11) und eine dritte der drei Schichten (12),
- Laminieren der Schichten (10, 11, 12) zu einem Stapel (20), wobei die erste Schicht
(10) zwischen der zweiten Schicht (11) und der dritten Schicht (12) angeordnet wird,
- Trennen des Grünstapels (20) in Einzelbauteile (30),
- Verdichten der Einzelbauteile (30),
wobei das Laminieren der Schichten (10, 11, 12) und das Verdichten der Einzelbauteile
(30) in einem einzigen Temperaturprozess durch Co-Firing erfolgen.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
aufweisend den weiteren Schritt
- Aufbringen einer Metallpaste auf wenigstens einen Teilbereich der Außenfläche des
jeweiligen Einzelbauteils (30) und Einbrennen der Metallpaste zur Ausbildung wenigstens
einer Außenelektrode (6).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Schichten (10, 11, 12) die gleiche Materialzusammensetzung aufweisen.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die Schichten (10, 11, 12) ein keramisches Material aufweisen.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
wobei das Verdichten der Einzelbauteile (30) mittels Entbindern und Sintern der Einzelbauteile
(30) unter definierter Temperatur und Atmosphäre erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die Schichten (10, 11, 12) Glas aufweisen.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
wobei das Verdichten der Einzelbauteile (30) über einen Glasübergang erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei das elektrisch leitfähige Material (13) in einem vorbestimmten Muster auf eine
Außenfläche (11a, 12a) der zweiten Schicht (11) und der dritten Schicht (12) aufgebracht
wird, und wobei die zweite Schicht (11) und die dritte Schicht (12) mit der bedruckten
Außenfläche (11a, 12a) nach Innen auf die erste Schicht (10) zu dem Stapel (20) laminiert
werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
wobei das Muster so gewählt ist, das das wenigstens eine Loch (4) in der ersten Schicht
(10) beidseits zumindest teilweise mit dem elektrisch leitfähigen Material (13) bedeckt
ist.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei das Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials (13) auf die zweite Schicht
(11) und die dritte Schicht (12) mittels Siebdruck erfolgt.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei das elektrisch leitfähige Material (13) nach dem Vereinzeln an wenigstens einen
Seitenrand (7) des jeweiligen Einzelbauteils (30) ragt.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend den weiteren Schritt
- Bereitstellen eines Aktivierungsmaterials (5) in der ersten Schicht (10), wobei
das Aktivierungsmaterial (5) zumindest teilweise in dem Loch (4) angeordnet ist.
13. Ableiter (1) zum Schutz vor Überspannungen, aufweisend mehrere übereinander angeordnete
Schichten (10, 11, 12) und wenigstens einen Hohlraum (4), der durch wenigstens eine
Schicht (10) führt, wobei der Ableiter (1) Innenelektroden (3) aufweist, die an den
Hohlraum (4) angrenzen und wobei der Ableiter (1) durch ein Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis 12 hergestellt ist.
14. Ableiter (1) nach Anspruch 13,
wobei die Schichten (10, 11, 12) eine Deckschicht (12) und eine Grundschicht (11)
aufweisen, die den Hohlraum (4) nach unten und oben begrenzen, und wobei die Innenelektroden
(3) auf der Deckschicht (12) und der Grundschicht (11) angeordnet sind.
15. Ableiter (1) nach Anspruch 13 oder 14,
wobei die Schichten (10, 11, 12) ein keramisches Material und/oder Glas aufweisen.
16. Ableiter (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
wobei die Elektroden (3) flächig ausgebildet sind und den Hohlraum (4) nach unten
und oben vollständig abdecken.
1. Method for producing an arrester (1), comprising the steps of:
- providing at least three green layers (10, 11, 12), wherein the respective layer
(10, 11, 12) comprises at least one green sheet,
- introducing at least one hole (4) into a first of the three layers (10),
- applying an electrically conductive material (13) for forming inner electrodes (3)
to a second of the three layers (11) and a third of the three layers (12),
- laminating the layers (10, 11, 12) to form a stack (20), wherein the first layer
(10) is arranged between the second layer (11) and the third layer (12),
- separating the green stack (20) into individual components (30),
- compacting the individual components (30),
wherein the lamination of the layers (10, 11, 12) and the compaction of the individual
components (30) are effected in a single temperature process by co-firing.
2. Method according to Claim 1,
comprising the further step of
- applying a metal paste to at least a partial region of the outer face of the respective
individual component (30) and firing the metal paste for forming at least one outer
electrode (6) .
3. Method according to Claim 1 or 2,
wherein the layers (10, 11, 12) have the same material composition.
4. Method according to one of the preceding claims,
wherein the layers (10, 11, 12) comprise a ceramic material.
5. Method according to Claim 4,
wherein the individual components (30) are compacted by means of debindering and sintering
of the individual components (30) under a defined temperature and atmosphere.
6. Method according to one of the preceding claims, wherein the layers (10, 11, 12) comprise
glass.
7. Method according to Claim 6,
wherein the individual components (30) are compacted by way of a glass transition.
8. Method according to one of the preceding claims,
wherein the electrically conductive material (13) is applied in a predetermined pattern
to an outer face (11a, 12a) of the second layer (11) and of the third layer (12),
and wherein the second layer (11) and the third layer (12) are laminated with the
printed outer face (11a, 12a) inward onto the first layer (10) to form the stack (20).
9. Method according to Claim 8,
wherein the pattern is chosen in such a way that the at least one hole (4) in the
first layer (10) is covered at least partially on both sides with the electrically
conductive material (13).
10. Method according to one of the preceding claims,
wherein the electrically conductive material (13) is applied to the second layer (11)
and the third layer (12) by means of screen printing.
11. Method according to one of the preceding claims,
wherein, after the singulation, the electrically conductive material (13) protrudes
at at least one side edge (7) of the respective individual component (30) .
12. Method according to one of the preceding claims, comprising the further step of
- providing an activation material (5) in the first layer (10), wherein the activation
material (5) is arranged at least partially in the hole (4).
13. Arrester (1) for protecting against overvoltages, comprising a plurality of layers
(10, 11, 12) arranged one above another, and at least one cavity (4) which leads through
at least one layer (10), wherein the arrester (1) comprises inner electrodes (3),
which adjoin the cavity (4), and wherein the arrester (1) is produced by a method
according to one of Claims 1 to 12.
14. Arrester (1) according to Claim 13,
wherein the layers (10, 11, 12) comprise a cover layer (12) and a base layer (11),
which delimit the cavity (4) toward the bottom and top, and wherein the inner electrodes
(3) are arranged on the cover layer (12) and the base layer (11).
15. Arrester (1) according to Claim 13 or 14,
wherein the layers (10, 11, 12) comprise a ceramic material and/or glass.
16. Arrester (1) according to one of Claims 13 to 15,
wherein the electrodes (3) have an areal form and completely cover the cavity (4)
toward the bottom and top.
1. Procédé de fabrication d'un parafoudre (1), comprenant les étapes suivantes :
- fourniture d'au moins trois couches d'ébauche (10, 11, 12), la couche (10, 11, 12)
respective possédant au moins un film d'ébauche,
- introduction d'au moins un trou (4) dans une première des trois couches (10),
- application d'un matériau électriquement conducteur (13) en vue de former des électrodes
internes (3) sur une deuxième des trois couches (11) et une troisième des trois couches
(12),
- stratification des couches (10, 11, 12) en une pile (20), la première couche (10)
étant disposée entre la deuxième couche (11) et la troisième couche (12),
- séparation de la pile d'ébauche (20) en composants individuels (30),
- compactage des composants individuels (30),
la stratification des couches (10, 11, 12) et le compactage des composants individuels
(30) s'effectuant dans un processus thermique unique par cofrittage.
2. Procédé selon la revendication 1, comprenant l'étape supplémentaire
- application d'une pâte métallique sur au moins une zone partielle de la surface
extérieure du composant individuel (30) respectif et cuisson de la pâte métallique
en vue de former au moins une électrode externe (6).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, les couches (10, 11, 12) possédant la même
composition de matériaux.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, les couches (10, 11, 12) possédant
un matériau céramique.
5. Procédé selon la revendication 4, le compactage des composants individuels (30) s'effectuant
par élimination du liant et frittage des composants individuels (30) sous une température
et une atmosphère définies.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, les couches (10, 11, 12) possédant
du verre.
7. Procédé selon la revendication 6, le compactage des composants individuels (30) s'effectuant
par le biais d'une transition vitreuse.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, le matériau électriquement conducteur
(13) étant appliqué en un modèle prédéterminé sur une surface externe (11a, 12a) de
la deuxième couche (11) et de la troisième couche (12), et la deuxième couche (11)
et la troisième couche (12) pourvues de la surface externe (11a, 12a) imprimée étant
stratifiées vers l'intérieur sur la première couche (10) pour former la pile (20).
9. Procédé selon la revendication 8, le modèle étant choisi de telle sorte que l'au moins
un trou (4) dans la première couche (10) est recouvert des deux côtés au moins partiellement
par le matériau électriquement conducteur (13).
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, l'application du matériau électriquement
conducteur (13) sur la deuxième couche (11) et la troisième couche (12) s'effectuant
par sérigraphie.
11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, le matériau électriquement conducteur
(13), après la séparation, faisant saillie au niveau d'un bord latéral (7) du composant
individuel (30) respectif.
12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant l'étape supplémentaire
de
- fourniture d'un matériau d'activation (5) dans la première couche (10), le matériau
d'activation (5) étant au moins partiellement disposé dans le trou (4).
13. Parafoudre (1) destiné à la protection contre les surtensions, comprenant plusieurs
couches (10, 11, 12) disposées les unes au-dessus des autres et au moins un espace
creux (4) qui passe à travers au moins une couche (10), le parafoudre (1) possédant
des électrodes internes (3) qui sont adjacentes à l'espace creux (4) et le parafoudre
(1) étant fabriqué par un procédé selon l'une des revendications 1 à 12.
14. Parafoudre (1) selon la revendication 13, les couches (10, 11, 12) possédant une couche
de recouvrement (12) et une couche de base (11), qui délimitent l'espace creux (4)
vers le bas et le haut, et les électrodes internes (3) étant disposées sur la couche
de recouvrement (12) et la couche de base (11).
15. Parafoudre (1) selon la revendication 13 ou 14, les couches (10, 11, 12) possédant
un matériau céramique et/ou du verre.
16. Parafoudre (1) selon l'une des revendications 13 à 15, les électrodes (3) étant de
configuration plate et recouvrant entièrement l'espace creux (4) vers le bas et le
haut.