DE19714686A1 - Surface-mountable electrical ceramic component - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektro-keramisches Bauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung nach Patentanspruch 4.The present invention relates to an electro-ceramic Component according to the preamble of claim 1 and a method for its production according to claim 4.
Elektrische funktionskeramische Bauelemente bestehen generell aus einem die Bauelementefunktion definierenden Bauelemente körper aus Funktionskeramik sowie an diesem vorgesehenen An schlußmetallisierungen. Unter dem Begriff "Funktionskeramik" werden hier aktive Elektrokeramiken, beispielsweise für elek trische Leiter, verstanden. Bei für eine SMD-Montage geeigne ten Bauelementen der in Rede stehenden Art ist ein generell quaderförmiger Bauelementekörper vorgesehen, bei dem an zwei sich gegenüberliegenden Stirnseiten kappenförmige Anschlußme tallisierungen vorgesehen sind.Electrical functional ceramic components generally exist from a component defining the component function Body made of functional ceramics and on this intended final metallizations. Under the term "functional ceramics" are active electroceramics, for example for elec trical leader, understood. Suitable for an SMD assembly ten components of the type in question is a general cuboidal component body provided, in which two opposite end faces cap-shaped connecting wire tallizations are provided.
Hinsichtlich der Anschlußmetallisierungen sind verschiedene Ausführungsformen bekannt geworden. So sind beispielsweise aus den Datenbuch der Anmelderin "Keramik-Kondensatoren", Ausgabe 1994, Seite 90 für eine SMD-Montage geeignete Chip-Kon densatoren bekannt geworden, bei denen dreischichtige kap penförmige Anschlußmetallisierungen vorgesehen sind. Dabei handelt es sich um eine erste auf dem Bauelementekörper be findliche Silber-Schicht, auf der sich eine Nickel-Schicht und auf dieser wiederum eine Zinn-Schicht befindet. Die inne re Silber-Schicht, die z. B. durch Tauchen des Bauelemente körpers in eine Silberpaste aufgebracht werden kann, dient zur Realisierung eines guten elektrischen Kontaktes für die Anschlußmetallisierung. Die auf der Silber-Schicht befindli che, vorzugsweise galvanisch aufgebrachte Nickel-Schicht bil det eine Barriere gegen die Lösung des Silbers in einem Lot beim Einlöten des Bauelementes in eine elektrische Schaltung. Die auf der Nickel-Schicht befindliche in aller Regel eben falls galvanisch aufgebrachte Zinn-Schicht dient der Gewähr leistung einer guten Lötfähigkeit beim Einlöten des Bauele mentes in eine elektrische Schaltung. Der vorgenannte Effekt der Lösung der die direkte elektrische Kontaktierung des Bau elementekörpers gewährleistenden Silber-Schicht im Lot wird auch als Ablegieren bezeichnet.With regard to the connection metallizations are different Embodiments have become known. For example from the data book of the applicant "ceramic capacitors", Edition 1994, page 90 Chip-Kon suitable for SMD assembly capacitors have become known in which three-layer cap pen-shaped connection metallizations are provided. Here it is a first be on the component body sensitive silver layer on which there is a nickel layer and there is a tin layer on top of it. The inside re silver layer, the z. B. by dipping the components body can be applied in a silver paste, serves to realize a good electrical contact for the Connection metallization. The one on the silver layer che, preferably electroplated nickel layer bil creates a barrier to the solution of the silver in a solder when soldering the component into an electrical circuit. The one on the nickel layer is usually flat if galvanically applied tin layer serves as a guarantee good solderability when soldering the component mentes in an electrical circuit. The aforementioned effect the solution of the direct electrical contact of the construction element-ensuring silver layer in the solder also known as alloying.
Wie weiterhin aus der obengenannten Druckschrift hervorgeht, kann die dritte Schicht der Anschlußmetallisierung, nämlich die Zinn-Schicht, entfallen, wenn das Bauelement mittels Leitklebertechnik in eine elektrische Schaltung eingefügt wird. In einem derartigen Fall reicht eine zweischichtige Silber-Nickel-Kontaktierung aus.As can further be seen from the above publication, can the third layer of connection metallization, namely the tin layer is omitted if the component is by means of Conductive adhesive technology inserted into an electrical circuit becomes. In such a case, a two-layer system is sufficient Silver-nickel contacting.
Entsprechende Kontaktierungen für Metalloxid-Varistoren, die sich ebenfalls für eine SMD-Montage eignen, sind aus dem Lie ferprogramm 1996 der Anmelderin "SIOV-Metalloxid-Varistoren", Seite 9 bekannt. Die kontaktierenden Anschlußmetallisierungen werden dabei durch eine Silber-Palladium-Schichtfolge gebil det. Auch bei einer derartigen Kontaktierung tritt das Pro blem einer geringen Ablegierbeständigkeit und zusätzlich ei ner schwachen Benetzbarkeit durch Lot beim Einlöten in eine elektrische Schaltung auf.Corresponding contacts for metal oxide varistors, the are also suitable for SMD assembly, are from the Lie 1996 program of the applicant "SIOV metal oxide varistors", Page 9 known. The contacting connection metallizations are formed by a silver-palladium layer sequence det. Even with such a contact, the pro occurs blem low resistance to alloys and additionally egg weak wettability by solder when soldering into a electrical circuit on.
Für keramische oder quasi-keramische, für eine SMD-Montage geeignete Bauelemente, z. B. Heißleiter, Kaltleiter, Varisto ren und ähnliche Bauelemente sind in der Produktübersicht 1995 der Anmelderin "Passive Bauelemente für Oberflächenmon tage", Seite 7 generelle Möglichkeiten angegeben. Es kann sich dabei um "Ag/Ni/Sn-, Ag/Pd-, Ag/Ni- und Cr/Ni/Ag- Metallisierungsschichtfolgen" handeln.For ceramic or quasi-ceramic, for SMD mounting suitable components, e.g. B. thermistor, PTC thermistor, Varisto Ren and similar components are in the product overview 1995 by the applicant "Passive components for surface mon days ", page 7 general possibilities. It can are "Ag / Ni / Sn-, Ag / Pd-, Ag / Ni and Cr / Ni / Ag- Act metallization layer sequences ".
Bei allen Metallisierungen der vorgenannten Art besteht grundsätzlich das Problem der Ablegierbeständigkeit gegen Lot beim Einlöten der Bauelemente in elektrische Schaltungen. Dieses Problem kann dadurch beherrscht werden, daß eine gegen das Ablegieren schützende Schicht vorgesehen wird, wobei es sich wie oben bereits erwähnt um eine Nickel-Schicht handeln kann. Dabei muß sichergestellt sein, daß die Nickel-Schicht nur im Bereich der Anschlußmetallisierungen, nicht aber in von den Anschlußmetallisierungen freien Bereichen des Bauele mentekörpers aufgebracht wird. Wie bereits oben ausgeführt, werden die Nickel-Schichten vorzugsweise galvanisch abge schieden. Sind darüber hinaus die Lötfähigkeit verbessernde Zinn-Schichten vorgesehen, die ebenfalls galvanisch aufge bracht werden, so muß auch für diese das Gleiche gelten. Die Galvanik ist solange nicht problematisch, als es sich bei der Keramik der Bauelementekörper um elektrisch nicht leitende Keramiken handelt. Sind die Keramiken jedoch elektrisch lei tend, so kann das örtlich auf die Metallisierungen begrenzte galvanische Abscheiden der genannten Schichten nicht mehr si chergestellt werden.In all metallizations of the aforementioned type basically the problem of resistance to soldering against solder when soldering the components into electrical circuits. This problem can be mastered in that one against the alloy protective layer is provided, whereby it as mentioned above, it is a nickel layer can. It must be ensured that the nickel layer only in the area of the connection metallizations, but not in areas of the component free from the connection metallizations ment body is applied. As stated above, the nickel layers are preferably galvanically removed divorced. Are also the solderability improving Tin layers are provided, which are also electroplated the same must apply to them. The Electroplating is not problematic as long as the Ceramic the component body around electrically non-conductive Ceramics. However, the ceramics are electrically low tends to be locally limited to the metallizations galvanic deposition of the layers mentioned no longer si be made.
In der älteren deutschen Patentanmeldung 196 34 488.3 ist be reits beschrieben worden, daß die vorliegende Problematik da durch vermieden werden kann, daß auf dem Bauelementekörper mindestens in dem von den Anschlußmetallisierungen freien Be reich eine hochohmige oder isolierende Schicht vorgesehen wird. Dadurch wird vermieden, daß bei einer Galvanik für die Herstellung der Anschlußmetallisierungen Metall auf dem Bau elementekörper außerhalb des Bereichs der Anschlußmetallisie rungen abgeschieden wird.In the older German patent application 196 34 488.3 be has already been described that the problem is there can be avoided by that on the component body at least in the Be free of the connection metallizations a high-resistance or insulating layer is provided becomes. This avoids that in the case of electroplating for Manufacture of metal connection plating on the building element body outside the area of the connection metallization is deposited.
Entsprechende Maßnahmen sind auch in der älteren deutschen Patentanmeldung 196 34 497.2 beschrieben.Corresponding measures are also in the older German Patent application 196 34 497.2 described.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Möglichkeit anzugeben, mit der auch bei leitenden Ke ramiken eine örtlich auf die Bereiche der Anschlußmetallisie rungen begrenztes galvanisches Abscheiden von ablegierbestän digen Entmetallisierungen bei elektrischen Bauelementen der in Rede stehenden Art möglich ist. The present invention has for its object a another possibility to specify with which even with leading Ke ramiken a locally on the areas of the connection metal limited galvanic deposition of alloys demetings in electrical components of the in question is possible.
Diese Aufgabe wird bei einem elektro-keramischen Bauelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is done with an electro-ceramic component of the type mentioned according to the invention by the features of the characterizing part of claim 1 solved.
Ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Bauelementen der in Rede stehenden Art ist durch die Merkmale des Patent anspruchs 4 gekennzeichnet.A process for the manufacture of electrical components The type in question is characterized by the features of the patent claim 4 marked.
Weiterbildungen der Erfindung sowohl hinsichtlich des elek tro-keramischen Bauelementes als auch des Verfahrens zu sei ner Herstellung sind Gegenstand entsprechender Unteransprü che.Developments of the invention both with regard to the elec tro-ceramic component as well as the method ner production are the subject of corresponding subclaims che.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei spiels gemäß den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:The invention is illustrated below with the aid of an embodiment game explained in more detail according to the figures of the drawing. It shows:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines für eine SMD-Montage geeigneten elektro-keramischen Bau elementes im Sinne der Erfindung; und Figure 1 is a schematic perspective view of a suitable for an SMD assembly electro-ceramic construction element in the sense of the invention. and
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Bauelementes nach Fig. 1 in Seitenansicht. Fig. 2 is a schematic representation of the component of FIG. 1 in side view.
Gemäß Fig. 1 wird ein für eine SMD-Montage geeignetes elek tro-keramisches Bauelement durch einen elektrisch leitenden funktionskeramischen Bauelementekörper 1 in Quaderform sowie an sich gegenüberliegenden Stirnseiten dieses Bauelementekör pers 1 vorgesehene kappenförmige Anschlußmetallisierung 2, 3 gebildet. Von den kappenförmigen Anschlußmetallisierungen freie Oberflächenbereiche des Bauelementekörpers 1 sind mit 4 bezeichnet.According to Fig. 1 a for SMD mounting suitable elec tro-ceramic component by an electrically conductive functional ceramic component body 1 in parallelepiped form and to opposite end sides of this Bauelementekör pers 1 provided cap-shaped connection metallization 2, 3 is formed. Surface areas of the component body 1 which are free from the cap-shaped connection metallizations are denoted by 4 .
Zur Herstellung der den Bauelementekörper 1 kontaktierenden Kappenmetallisierungen wird auf den Bauelementekörper 1 vor zugsweise durch Tauchmetallisierung auf die Stirnseiten ein Metall aufgebracht, bei dem es sich vorzugsweise um ein sil berhaltiges pastöses Material handelt. Dies wird durch einen anschließenden Brennprozeß haftfähig mit der Keramik und ggf. innen liegenden Elektrodenschichten verbunden.For the preparation of the component body 1 contacting Kappenmetallisierungen a metal is applied to the component body 1 before preferably by Tauchmetallisierung on the end faces is applied, which preferably is a sil berhaltiges pasty material. This is adhesively bonded to the ceramic and possibly internal electrode layers by a subsequent firing process.
Zur Erhöhung der Ablegierbeständigkeit bei nachfolgenden Löt prozessen können die so hergestellten Kontaktmetallisierungen mittels einer galvanisch aufgetragenen Nickel- und Zinn-Schicht verstärkt werden.To increase the resistance to alloying in subsequent soldering The contact metallizations thus produced can process by means of an electroplated nickel and tin layer be reinforced.
Um eine galvanische Metallisierung der von den Kontaktmetal lisierungen 2, 3 freien Bereiche 4 des Bauelementekörpers 1 zu vermeiden, wird erfindungsgemäß dem vorgenannten Metalli sierungsmaterial Glaspulver zugesetzt, das beim Einbrennen schmilzt und die von den Kappenmetallisierungen nicht bedeck ten Oberflächenbereichen 4 des Bauelementekörpers 1 durch Austreten der flüssigen Glasschmelze mit einer elektrisch isolierenden Schutzglasur bedeckt. Die isolierende Schutzgla sur ist aus Übersichtlichkeitsgründen in Fig. 1 nicht darge stellt aber in Fig. 2 als Schutzglasurschicht 5 ersichtlich.In order to avoid galvanic metallization of the contact metalizations 2 , 3 free areas 4 of the component body 1 , according to the invention the above-mentioned metallization material glass powder is added, which melts during baking and the surface areas 4 of the component body 1 not covered by the cap metallizations by leakage of the liquid glass melt covered with an electrically insulating protective glaze. The insulating Schutzgla sur is for clarity in Fig. 1 not Darge but in Fig. 2 as a protective glaze layer 5 can be seen.
Die Zusammensetzung der verwendeten Glaspulver wird in Wei terbildung der Erfindung so gewählt, daß eine gute Benetzung der keramischen Oberfläche und eine chemische Beständigkeit gegen Bäder des nachfolgenden galvanischen Prozesses gewähr leistet ist.The composition of the glass powder used is in white terbildung the invention chosen so that good wetting of the ceramic surface and chemical resistance against baths of the subsequent galvanic process is accomplished.
Materialien für die zugesetzten Gläser können in folgenden
Grenzen variieren:
SiO2 0-30 Gew.-%, PbO 70-90 Gew.-%, B2O3 5-30 Gew.-%, ZnO 0-50
Gew.-%, Bi2O3 0-60 Gew.-%, Al2O3 0-10 Gew.-%, BaO 0-60
Gew.-%, TiO2 0-10 Gew.-%, ZrO2 0-40 Gew.-%.Materials for the added glasses can vary within the following limits:
SiO 2 0-30% by weight, PbO 70-90% by weight, B 2 O 3 5-30% by weight, ZnO 0-50% by weight, Bi 2 O 3 0-60% by weight %, Al 2 O 3 0-10% by weight, BaO 0-60% by weight, TiO 2 0-10% by weight, ZrO 2 0-40% by weight.
Eine besonders bevorzugte Materialgruppe besteht aus PbO 50-90 Gew.-%, B2O3 10-30 Gew.-%, SiO2 0,5-5 Gew.-% und ZnO 0,5-5 Gew.-%.A particularly preferred group of materials consists of PbO 50-90% by weight, B 2 O 3 10-30% by weight, SiO 2 0.5-5% by weight and ZnO 0.5-5% by weight.
Claims (6)
SiO2 0-30 Gew.-%, PbO 70-90 Gew.-%, B2O3 5-30 Gew.-%, ZnO 0-50 Gew.-%, Bi2O3 0-60 Gew.-%, Al2O3 0-10 Gew.-%, BaO 0-60 Gew.-%, TiO2 0-10 Gew.-%, ZrO2 0-40 Gew.-%
Verwendung finden.3. Component according to claim 1 and 2, characterized in that chemical compositions of materials of the group in proportions as glass
SiO 2 0-30% by weight, PbO 70-90% by weight, B 2 O 3 5-30% by weight, ZnO 0-50% by weight, Bi 2 O 3 0-60% by weight %, Al 2 O 3 0-10% by weight, BaO 0-60% by weight, TiO 2 0-10% by weight, ZrO 2 0-40% by weight
Find use.
PbO 50-90 Gew.-%, B2O3 10-30 Gew.-%, SiO2 0,5-5 Gew.-%, ZnO 0,5-5 Gew.-%
Verwendung finden. 4. The component according to claim 3, characterized in that chemical compositions of materials of the group in proportions as glass
PbO 50-90% by weight, B 2 O 3 10-30% by weight, SiO 2 0.5-5% by weight, ZnO 0.5-5% by weight
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