(57)【要約】本発明では、セラミック本体がセラミック層のシーケンスから成るセラミック構成素子が提案されている。面コンタクトがセラミック本体の表面上に配置されており、内部電極と導電接続されている。該セラミック構成素子のパルス耐性を向上させるため、各セラミック層上に内部電極が少なくとも２つずつ配置されており、もっぱら隣接するセラミック層上に配置された内部電極がオーバーラップしており、該セラミック本体の表面上にて異なる面コンタクトと接触接続されている。
2005516386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的構成素子であって、
セラミック層のシーケンスを有するセラミック本体が設けられており、
それぞれ２つのセラミック層間に配置された複数の電極面が設けられており、
各電極面（５，１０）には、内部電極（１５Ａ，１５Ｂ）が少なくとも２つ配置されており、
前記セラミック本体の表面上に面コンタクト（２０Ａ，２０Ｂ）が配置されており、
前記面コンタクト（２０Ａ，２０Ｂ）は、前記内部電極（１５Ａ，１５Ｂ）と導電接続されており、
もっぱら、それぞれ異なる面コンタクト（２０Ａ，２０Ｂ）と接続され、かつ隣接する第１の電極面（５）および第２の電極面（１０）上に配置された内部電極（１５Ａ，１５Ｂ）が相互にオーバーラップするように構成されていることを特徴とする電気的構成素子。
【請求項２】
面コンタクト（２０Ａ，２０Ｂ）は、前記セラミック本体の相互に対向する端面上に配置されており、
それぞれ一方の電極面（５，１０）のすべての内部電極（１５Ａ，１５Ｂ）は、同じ面コンタクトと接続されている、請求項１記載の電気的構成素子。
【請求項３】
面コンタクトは、セラミック本体の相互に対向する端面上に配置されており、
電極面に配置された内部電極は、異なる面コンタクトと接続されている、請求項１記載の構成素子。
【請求項４】
前記セラミック本体において、第１の電極面および第２の電極面は交番している、請求項１から３までのいずれか１項記載の電気的構成素子。
【請求項５】
相互にオーバーラップする内部電極の主軸は重ねられており、該内部電極は最大限にオーバーラップしている、請求項１から４までのいずれか１項記載の電気的構成素子。
【請求項６】
前記内部電極は、平面に形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の電気的構成素子。
【請求項７】
前記セラミック本体は、バリスタセラミックスを含んでいる、請求項１から６までのいずれか１項記載の電気的構成素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
セラミック本体を有する電気的構成素子の例は、サーミスタおよびバリスタである。バリスタの本体はしばしば、異なる酸化金属の混合物から製造される。前記混合物は、たとえば酸化亜鉛ベースの酸化金属の混合物である。バリスタは、電圧に依存する非線形の抵抗変化を特徴とし、このような抵抗変化は、電気回路を過電圧から保護するために利用される。バリスタの抵抗値は、印加される電圧が上昇すると下降する。
【０００２】
電気的な過電圧パルスをバリスタによって漏出させる場合、パルスのエネルギーをセラミック本体によって吸収しなければならない。とりわけ、短い電圧パルスの場合、内部電極においてセラミック本体が局所的に強く加熱されてしまう。その場合、周囲との温度均衡は不可能になり、大きな温度差が発生し、この温度差によってセラミック本体に機械的な応力が引き起こされ、内部電極がセラミック本体の断面をさらに脆くしてしまう。したがって、バリスタが局所的に過度に強く加熱されると、セラミック本体にひびが発生し、このひびによってセラミック本体のセラミック部分が剥離してしまう。
【０００３】
従来のバリスタは、本体の端面に２つの面コンタクトを有する。本体の内部には内部電極が配置されており、この内部電極の断面はすべての面によって櫛状に相互にスライドして挿入され、内部電極はそれぞれ、異なる極性の面コンタクトと交番的に接続されている（図１Ａ参照）。セラミック層に沿ったバリスタの本体の断面は、該セラミック層の面の大部分が内部電極によって占められていることを示している（図１Ｂ）。それゆえ、セラミック本体のこのような部分が脆くなってしまう。したがって、電気パルスが大きい場合、過熱に基づいてセラミック本体においてひびが発生することを考慮しなければならない。
【０００４】
公報ＤＥ１９９３１０５６Ａ１から、バリスタの別の変形形態が公知である。このバリスタでは内部電極は、相互に重なっていないそれぞれ２つの電極スタックが形成され、これらの電極スタックは、それぞれ面コンタクトと接触接続するように配置されている（図２Ａ参照）。セラミック層に沿ったセラミック本体の断面は、相互に対向する２つの内部電極１５Ａ，１５Ｂが１つのセラミック層上に配置されていることを示している（図２Ｂ参照）。このような構成のバリスタの場合でも、電気パルスが大きいと、電極のオーバーラップ部が存在しないために局所的に過熱が発生し、本体の破壊が引き起こされてしまう。
【０００５】
公報ＤＥ１９８０６２９６Ａ１から、次のようなＮＴＣサーミスタ素子が公知である。すなわち、少なくとも１つのセラミック層が設けられており、このセラミック層上に比較的長い内部電極および比較的短い内部電極が配置されており、これらの内部電極の端部は間隔をもって相互に対向しているＮＴＣサーミスタ素子が公知である。ここでは、構成素子の表面上に配置された同一の面コンタクトと接続された内部電極をオーバーラップさせることができ、または、異なる面コンタクトに接続された内部電極もオーバーラップさせることができる。このサーミスタ素子でも電気パルスが大きい場合には、セラミック本体におけるひびの発生を考慮しなければならない。
【０００６】
したがって本発明の目的は、セラミック本体および内部電極を有する次のような電気的構成素子を提供することである。すなわち、電気パルスを良好に吸収し、かつ従来の技術に対して機械的な安定性が向上された電気的構成素子を提供することである。
【０００７】
前記目的は本発明では、請求項１に記載された構成素子によって達成される。該構成素子の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。
【０００８】
本発明では、セラミック層のシーケンスを有するセラミック本体と、前記セラミック層上に配置された複数の内部電極とを備えた電気的構成素子が記載されている。ここでは、少なくとも２つの内部電極が第１のセラミック層上に配置され、第１の電極面を形成している。第２のセラミック層上には、少なくとも２つの別の内部電極が配置されて、第２の電極面を形成している。さらに、セラミック本体の表面には２つの面コンタクトが配置されており、これらの面コンタクトは内部電極と導電接続されている。ここではもっぱら、それぞれ異なる面コンタクトと接続されており、かつ隣接する第１のセラミック層および第２のセラミック層上に配置された内部電極がオーバーラップしている。
【０００９】
本発明の構成素子のパルス耐性は、従来の構成素子に対して向上されている。このことはとりわけ、本発明の構成素子の２つの特徴に因る。まず、異なる面コンタクトと接続された内部電極、すなわち異なる極性を有する内部電極がオーバーラップしている。このことによって、電気パルスのエネルギーが大面積で、構成素子の内部に吸収されることが保証される。さらに本発明の構成素子は、セラミック層上に少なくとも２つの内部電極を有する。こうすることによってセラミック本体の断面積が、内部電極によって覆われていないセラミック層の表面に相応して、上記の従来の構成素子よりも格段に拡大される。こうすることによって、セラミック本体の機械的な安定性は向上され、それによってパルス耐性も向上される。
【００１０】
本発明の構成素子の変形形態では面コンタクトは、セラミック本体の相互に対向する端面上に配置されている。第１のセラミック層上に配置された内部電極はそれぞれ、同じ面コンタクトと接続されている。すなわち、隣接する第２のセラミック層上にある内部電極はそれぞれ、別の面コンタクトと接続されている。したがって、本発明の構成素子のこのような形態では、それぞれ異なるセラミック層上に配置された内部電極がオーバーラップしており、一方の層上にある内部電極は、それぞれ同一の面コンタクトと導電接続されており、隣接する層のオーバーラップする内部電極は別の面コンタクトと導電接続されている（図３Ａおよび３Ｂを参照されたい）。
【００１１】
本発明の別の変形形態でも面コンタクトは、セラミック本体の相互に対向する端面上に配置されている。しかし、第１のセラミック層上に配置された内部電極はそれぞれ、異なる面コンタクトと接続されている。こえらの内部電極はそれぞれ、別の面コンタクトとそれぞれ接続された、隣接する第２のセラミック層上の内部電極とオーバーラップしている（図４Ａおよび４Ｂを参照されたい）。
【００１２】
本発明の別の実施形態ではセラミック本体は、第１のセラミック層領域および第２のセラミック層領域の交番的な配置になっている。こうすることによって、異なる極性でオーバーラップする多数の内部電極を有する大きなセラミック本体が構成される。
【００１３】
本発明の別の有利な構成では、相互にオーバーラップする内部電極の主軸は、可能な限り最大限に重ねられている。こうすることによって、内部電極が最大限にオーバーラップされる。この主軸は、内部電極の大部分の延伸の優先方向を呈している。内部電極を有利には電極面として構成することにより、可能な限り大きいオーバーラップ面積が形成される。
【００１４】
本発明の構成素子のセラミック本体は、有利にはバリスタセラミックスを有する。この場合、電気的特性すなわちバリスタ作用は、異なる極性でオーバーラップする内部電極間に配置された構成素子のセラミック容量領域によって決定される。本発明の構成素子では複数の内部電極がオーバーラップしているので、オーバーラップする内部電極間に存在するセラミック容量領域の割合が大きいバリスタが実現される。このような構成素子のキャパシタンスおよびパルス耐性は高くなっている。
【００１５】
以下で本発明を、実施例および図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１Ａおよび１Ｂは、オーバーラップする内部電極を有する従来技術の構成素子の横断面および縦断面を示している。
【００１７】
図２Ａおよび２Ｂは、オーバーラップしていない電極束を有する従来技術の構成素子の横断面および縦断面を示している。
【００１８】
図３Ａおよび３Ｂは、本発明の構成素子の変形形態の斜視図および縦断面図である。
【００１９】
図４Ａおよび４Ｂは、本発明の構成素子の別の変形形態の斜視図および縦断面図である。
【００２０】
図１Ａは、構成素子本体１を有する従来の構成素子の断面を示している。ここでは、隣接するセラミック層５および１０上に配置された内部電極１５がオーバーラップしているのが示されている。内部電極はそれぞれ異なる面コンタクト２０Ａまたは２０Ｂと接触接続されている。図１Ｂは、図１ＡにてＩによって示されたセラミック層１０の縦断面を示している。ここでは、このセラミック層１０において該セラミック層の横断面が、内部電極１５によって非常に小さくなっており、それによって脆くなっているのが理解できる。したがって、このような構成素子の機械的な安定性は小さくなっており、それによって該構成素子のパルス耐性にも悪影響が及ぼされる。
【００２１】
図２Ａは、各セラミック層５ないしは１０ごとに２つの内部電極が設けられている従来の構成素子の横断面を示している。この内部電極はそれぞれ、電極束２５Ａおよび２５Ｂの構成部分であり、電極束２５Ａおよび２５Ｂは、それぞれ異なる面コンタクト２０Ａおよび２０Ｂと接触接続しており、該構成素子内でオーバーラップせずに対向している。電極束はオーバーラップしていないので、このような構成の構成素子では、異なる極性の内部電極間にあるセラミック容量領域の割合が、高エネルギーの電気パルスを吸収するのに十分ではない。図２Ｂは、図２ＡにてＩによって示されたセラミック層１０の縦断面を示している。ここでは、２つの内部電極１５Ａおよび１５Ｂが相互に対向しており、それぞれ異なる面コンタクト２０Ａおよび２０Ｂと接触接続しているのが見て取れる。
【００２２】
図３Ａは、本発明の構成素子の第１の変形形態の斜視図である。ここでは、隣接する２つのセラミック領域５ないしは１０に、内部電極１５Ａおよび１５Ｂがそれぞれ２つずつ設けられているのが示されている。セラミック層上に配置された双方の内部電極は、同一の面コンタクトと接触接続している。これらの内部電極は、隣接するセラミック層上に配置されている内部電極とオーバーラップしており、後者の内部電極は、それぞれ異なる面コンタクト２０Ａおよび２０Ｂと接触接続されている。このことは、図３Ａにて双方向矢印によって示されている。異なる極性の内部電極をこのようにオーバーラップすることによって、電気パルスを吸収するために特に大きな面積が得られる。図３Ｂは、図３ＡにてＩによって示されたセラミック層領域５の縦断面を示している。ここでは、このセラミック層５上に２つの内部電極１５Ａおよび１５Ｂが配置されており、これらの内部電極はそれぞれ、同じ面コンタクト２０Ｂと接触接続している。２つの電極がセラミック層上に設けられていることにより、セラミック本体のＥ字形の断面が得られる。したがって従来の構成素子（たとえば図１Ｂ参照）と比較して、ここでは大きな断面積が得られ、ひいては構成素子本体の機械的な安定性が上昇される。
【００２３】
図４Ａは、本発明の構成素子の別の変形形態の斜視図である。ここでは、隣接するセラミック層５ないしは１０上に、各セラミック層ごとにそれぞれ２つの内部電極が配置されているのが示されている。ここでは、異なるセラミック層上に配置され、かつ異なる極性を有する内部電極、すなわち異なる面コンタクトに接触接続している内部電極がオーバーラップしている。このオーバーラップは、図４Ａにて双方向矢印によって概略的に示されている。図４Ｂは、図４ＡにてＩによって示されたセラミック層５の縦断面を示している。このセラミック層上には２つの内部電極１５Ａおよび１５Ｂが配置されており、これらの内部電極はそれぞれ異なる面コンタクト２０Ａおよび２０Ｂと接触接続されているのが見て取れる。その結果、セラミック層５のＳ字形の断面がこの領域にて現れる。したがってこの変形形態でも、同時に内部電極がオーバーラップしている場合の各セラミック層におけるセラミック本体の断面積が、従来の構成素子よりも大きくなり、機械的な安定性が向上され、ひいてはパルス耐性も向上される。
【００２４】
本発明の構成素子は、特に有利には多層技術によって製造される。ここではセラミック本体は、セラミックグリーンシートを積層することによって製造される。内部電極はこの場合、たとえばセラミックグリーンシート上に押圧することによって取り付けられる。その際本発明では、各セラミック層ごとに内部電極が少なくとも２つ設けられており、この２つの内部電極は、圧着されなかった領域によって相互に分離されている。したがって、これら２つの内部電極が重なることはなく、この領域においてセラミック本体の断面が大きくなる。
【００２５】
２２〜２４Ｖのバリスタ電圧を有する本発明のバリスタは、５０ジュールまでの電気パルスにさらされた。このテスト測定によって、セラミック本体におけるバリスタ電圧は変化しないことが実証された。このことは、前記セラミック本体が電気パルスによって損傷されないことの明らかな証拠である。
【００２６】
本発明は、ここに示された実施例に制限されない。とりわけ、各セラミック層あたりの内部電極の数に関しては、本発明の別の変形形態も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】オーバーラップする内部電極を有する従来技術の構成素子の横断面を示している。
【００２８】
【図１Ｂ】オーバーラップする内部電極を有する従来技術の構成素子の縦断面を示している。
【００２９】
【図２Ａ】オーバーラップしていない電極束を有する従来技術の構成素子の横断面を示している。
【００３０】
【図２Ｂ】オーバーラップしていない電極束を有する従来技術の構成素子の縦断面を示している。
【００３１】
【図３Ａ】本発明の構成素子の変形形態の斜視図である。
【００３２】
【図３Ｂ】本発明の構成素子の変形形態の縦断面図である。
【００３３】
【図４Ａ】本発明の構成素子の別の変形形態の斜視図である。
【００３４】
【図４Ｂ】本発明の構成素子の別の変形形態の縦断面図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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