Die Erfindung betrifft ein elektrisches Vielschichtbauelement, das ESD-Schutzelemente umfasst.
Aus der Druckschrift
Des weiteren sind aus den Druckschriften
Die Druckschrift
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Vielschichtbauelement mit ESD-Schutzelementen anzugeben, das sowohl als ESD-Schutz von Hochfrequenzschaltungen und Datenleitungen als auch als ESD-Schutz von Versorgungsleitungen geeignet ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den weiteren Ansprüchen hervor.
Es wird ein elektrisches Bauelement angegeben, bei dem durch zwei überlappende Elektroden und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik ein erster Varistor (mit relativ großer Kapazität und Leistungsverträglichkeit) gebildet ist, und bei dem durch zwei in einer Ebene liegenden Innenelektroden und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik ein zweiter Varistor (mit einer aufgrund seines vorzugsweise kleinen aktiven Volumens relativ kleinen Kapazität) gebildet ist.
Damit gelingt es, in einem Grundkörper Varistoren mit verschiedenen Kapazitäten und Stromtragfähigkeiten zu realisie ren, die zum ESD-Schutz von verschiedenen Leitungen einer elektrischen Schaltung benutzt werden können.
In einer bevorzugten Variante wird ein Vielschichtbauelement mit einem Grundkörper angegeben, an dessen Seitenflächen Außenkontakte angeordnet sind, die an im Grundkörper angeordnete Innenelektroden angeschlossen sind. Der Grundkörper weist mehrere Schichten aus Varistorkeramik (z. B. ZnO-Bi, ZnO-Pr) auf, zwischen denen Metallisierungsebenen mit darin ausgebildeten Elektrodenstrukturen angeordnet sind.
Ein erster Varistor ist durch ein Paar übereinander angeordneter Innenelektroden und die dazwischen angeordnete Varistorkeramik gebildet. Ein zweiter Varistor ist durch zwei nebeneinander angeordnete Innenelektroden und die zwischen ihren zueinander gewandten Seitenflächen angeordnete Varistorkeramik gebildet.
Der zweite Varistor, der sich durch eine geringe Kapazität auszeichnet, ist als ESD-Schutz für eine Hochfrequenz- oder Datenleitung geeignet und kann zwischen dieser Schnellsignalleitung und Masse angeschlossen sein. Der erste Varistor, der sich durch eine höhere Stromimpulstragfähigkeit sowie eine deutlich höhere Kapazität auszeichnet, kann dabei zwischen einer Strom- oder Spannungsversorgungsleitung und Masse angeschlossen sein.
In einer Ebene des Bauelements können mehr als nur eine oder zwei Innenelektroden vorgesehen sein.
Zwei in vertikaler Richtung einander gegenüber liegende Hauptflächen der übereinander angeordneten Innenelektroden spannen ein aktives Volumen des ersten Varistors auf. Das aktive Volumen des ersten Varistors beträgt vorzugsweise mindestens 0,001 mm3. Zwei in horizontaler Richtung einander gegenüber liegende Seitenflächen der nebeneinander angeordneten Innenelektroden spannen ein aktives Volumen des zweiten Varistors auf, das vorzugsweise maximal 10% des aktiven Volumens des ersten Varistors beträgt.
Der Abstand zwischen den nebeneinander angeordneten Innenelektroden beträgt in einer bevorzugten Variante mindestens 20 µm.
Der erste und der zweite Varistor teilen vorzugsweise dieselbe Innenelektrode, die in einer Variante an Masse angeschlossen ist, welche z. B. ein gemeinsames Bezugspotential für Hochfrequenz- oder Datenleitungen und Versorgungsleitungen darstellt.
Die an die Masse angeschlossene Innenelektrode - vorzugsweise in der entsprechenden Ebene die Elektrode mit der größten Fläche - wird im weiteren als die erste Elektrode und die in derselben Ebene angeordneten, neben der ersten Elektrode liegenden Innenelektroden als zweite Elektroden bezeichnet. Die in der weiteren Ebene angeordnete, der ersten Elektrode gegenüberliegende Innenelektrode wird als dritte Elektrode und die in derselben Ebene angeordneten, neben der dritten Elektrode liegenden Innenelektroden als vierte Elektroden bezeichnet.
In der ersten Ebene angeordnete zweite Varistoren sind jeweils durch die erste Elektrode, jeweils eine der zweiten Elektroden und die dazwischen liegende Varistorkeramik gebildet. In der zweiten Ebene angeordnete, weitere zweite Varistoren sind jeweils durch die dritte Elektrode, jeweils eine der vierten Elektroden und die dazwischen liegende Varistorkeramik gebildet.
Die erste Elektrode ist in der jeweiligen Ebene vorzugsweise mittig angeordnet. Möglich ist aber auch, dass die erste Elektrode zu einer Seite der ersten Ebene angeordnet ist und die zweiten Elektroden zur gegenüberliegenden Seite dieser Ebene angeordnet sind.
Die übereinander angeordneten Innenelektroden weisen vorzugsweise im wesentlichen gleich große Flächen auf.
Der Abstand zwischen zwei zweiten Elektroden ist vorzugsweise mindestens doppelt so groß wie der Abstand zwischen der ersten und einer der zweiten Elektroden.
Alle auf die erste Ebene, erste Elektrode und zweite Elektrode bezogene Merkmale sind - soweit technisch sinnvoll - auf die zweite Ebene, dritte Elektrode und vierte Elektroden übertragbar.
In der ersten Ebene können auch mehrere erste Elektroden bzw. eine geteilte erste Elektrode vorgesehen sein.
Vorzugsweise ist die erste Ebene in einer lateralen Richtung in zwei Randbereiche und einen dazwischen angeordneten Mittenbereich aufgeteilt, wobei die erste Elektrode im Mittenbereich und die zweiten Elektroden in den Randbereichen angeordnet sind, wobei der Mittenbereich frei von den zweiten Elektroden ist.
Die Anschlüsse der ersten und der dritten Elektrode sind zu den einander gegenüberliegenden Seitenflächen des Grundkörpers herausgeführt.
Die Anschlüsse der zweiten bzw. der vierten Elektroden können zu gleichen Seitenflächen des Grundkörpers wie die erste bzw. die dritte Elektrode herausgeführt sein. Dabei sind nur zwei Seitenflächen des Grundkörpers mit Außenkontakten belegt. Möglich ist aber auch, alle Seitenflächen des Grundkörpers mit mindestens einem Außenkontakt zu belegen.
Die erste und die zweite Ebene weisen vorzugsweise im wesentlichen gleich dimensionierte und gleich angeordnete Elektrodenstrukturen auf.
Einander zugeordnete zweite und vierte Elektroden können übereinander oder zueinander versetzt angeordnet und an denselben Außenkontakt angeschlossen sein.
Die in verschiedenen Ebenen ausgebildeten zweiten Varistoren, deren Elektroden übereinander angeordnet sind, sind auf einer Seite vorzugsweise an denselben Außenkontakt angeschlossen.
Die in derselben Ebene ausgebildeten zweiten Varistoren sind vorzugsweise an verschiedene Außenkontakte angeschlossen, wobei jeder Außenkontakt an eine eigene Signalleitung anschließbar ist. Damit gelingt es, durch ein einziges kompaktes Bauelement mehrere Schnellsignalleitungen zu entstören.
In einer Variante kann mehr als nur ein erster Varistor mit hoher Kapazität ausgebildet sein, der durch eine weitere erste Elektrode, eine ihr in vertikaler Richtung gegenüber liegende weitere dritte Elektrode und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik gebildet ist. Zwei erste Varistoren können auch eine gemeinsame Elektrode aufweisen, die an Masse anschließbar ist, wobei diese Varistoren auf der anderen Seite an jeweils einen eigenen Außenkontakt angeschlossen bzw. an die jeweils eigene Versorgungsleitung anschließbar sind.
Der erste Varistor kann in einer Variante durch einen Stapel der übereinander angeordneten Elektroden (anstellen nur eines Paares übereinander angeordneter Innenelektroden) realisiert sein. Dabei sind erste und dritte Elektroden in vertikaler Richtung abwechselnd angeordnet. Es können auch mehrere erste und zweite Ebenen (mit zweiten bzw. vierten Elektroden) vorgesehen sein, die abwechselnd angeordnet sind.
Das Vielschichtbauelement ist vorzugsweise zur Oberflächenmontage geeignet. Dabei sind die Außenkontakte derart gestaltet, dass sie jeweils über die Seitenfläche des Grundkörpers hinausgehen und teilweise zumindest auf der unteren Hauptfläche des Grundkörpers angeordnet sind.
Die Schaltspannung eines in Vertikalrichtung gebildeten Varistors, d. h. die Varistorspannung zwischen den übereinander liegenden Innenelektroden, beträgt bei einer Strombelastung von 1 mA vorzugsweise mindestens 5 V. Die Varistorspannung beträgt in einer vorteilhaften Variante maximal 250 V.
Die Schaltspannung eines in Horizontalrichtung gebildeten Varistors, d. h. die Varistorspannung zwischen den nebeneinander liegenden Innenelektroden, beträgt bei einer Strombelastung von 1 mA vorzugsweise mindestens 10 V. Die Varistorspannung beträgt in einer vorteilhaften Variante maximal 500 V.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen anhand schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen schematisch
Die
Die Innenelektrode IE10 ist an einen Außenkontakt 1 und die Innenelektrode IE20 an einen Außenkontakt 2 angeschlossen. Die Innenelektroden IE11, IE21 sind an einen weiteren Außenkontakt 3 angeschlossen. Die Außenkontakte 1 und 2 sind auf gegenüberliegenden ersten Seitenflächen des Grundkörpers GK angeordnet. Der Außenkontakt 3 ist auf einer zweiten Seitenfläche des Grundkörpers GK angeordnet, die senkrecht zu den ersten Seitenflächen steht. In dieser Variante sind nur drei Seitenflächen mit Außenkontakten belegt.
Ein erster Varistor (Varistor V1 in
Ein zweiter Varistor V21 ist durch die in der ersten Ebene E1 nebeneinander angeordneten Innenelektroden IE10, IE11 und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik gebildet. Ein weiterer zweiter Varistor V25 ist durch die in der zweiten Ebene E2 nebeneinander angeordneten Innenelektroden IE20, IE21 und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik gebildet.
Unter einem aktiven Volumen eines Varistors versteht man das Volumen eines zwischen zwei Elektroden angeordnetes Varistormaterials. Das aktive Volumen des ersten Varistors V1 ist zwischen den einander zugewandten Hauptflächen der Innenelektroden IE10 und IE20 aufgespannt und beträgt mindestens 0,001 mm3. Das aktive Volumen des zweiten Varistors V21 ist zwischen einander gegenüberliegenden Seitenflächen der ersten Innenelektrode IE10 und der zweiten Innenelektrode IE11 aufgespannt. Das aktive Volumen des zweiten Varistors V21 ist deutlich - z. B. um mindestens eine Größenordnung, in einer bevorzugten Variante um mindestens zwei Größenordnungen - kleiner als das aktive Volumen des ersten Varistors V1.
In
In diesem Beispiel sind die mit dem gleichen elektrischen Potential verbundenen Innenelektroden IE11 und IE21 übereinander angeordnet. In einer Variante der Erfindung ist es möglich, dass diese Elektroden gegeneinander lateral versetzt sind.
Es ist vorteilhaft, wenn die erste und die dritte Innenelektrode IE10, IE20 an die auf den einander gegenüberliegenden Seitenflächen angeordneten Außenkontakte angeschlossen sind.
Möglich ist aber auch, dass alle Seitenflächen des Grundkörpers, wie in der Variante gemäß
In
In der Ebene E1 ist ein weiterer zweiter Varistor durch die Innenelektroden IE10, IE12 und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik gebildet. In der zweiten Ebene E2 ist ein weiterer zweiter Varistor durch die Innenelektroden IE20, IE22 und eine dazwischen angeordnete Varistorkeramik gebildet.
In den
Die zweiten Varistoren sind in der ersten Ebene E1 durch jeweils eine zweite Innenelektrode, die ihr gegenüberliegende Seitenfläche der ersten Innenelektrode IE10 und die dazwischen angeordneten Varistorkeramik gebildet. Die weiteren zweiten Varistoren sind in der zweiten Ebene E2 durch jeweils eine vierte Innenelektrode, die ihr gegenüberliegende Seitenfläche der dritten Innenelektrode IE20 und die dazwischen angeordneten Varistorkeramik gebildet.
In der
Die vorliegende Erfindung, die durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert ist, ist nicht auf die in dieser Schrift gezeigten Ausführungsbeispiele oder die Anzahl der dargestellten Elemente beschränkt. Es ist möglich, das durch die erste und die dritte Innenelektrode gebildete Elektrodenpaar in den entsprechenden Metallisierungsebenen beliebig anzuordnen. Es ist möglich, die erste oder die dritte Innenelektrode in zwei vorzugsweise flächenmäßig gleiche Teilelektroden aufzuteilen und diese Teilelektroden an jeweils einen eigenen elektrischen Außenkontakt anzuschließen.
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