CHIP VARISTOR AND PRODUCTION PROCESS

Abstract: 1. Chip-varistor comprising a squaredlike body consisting at least partly of varistor material and provided with at least two metallic connecting areas at two opposing ends of the squared body, characterized in that the upper end lower surfaces (4, 5) of the squaredlike body (1) joining the ends of the squared body are provided with a metalic layer comprising an interruption (10, 11) so that the metallic layer (6) of the greater part of the upper surface (4) is electrically attached only to the metallic connecting area (8) of the one end (2) of the squared body and the metallic layer (7) of the greater part of the lower surface (5) only to the metallic connecting area (9) of the other end (3) of the squared body.

Description: Beschreibung Die Erfindung betrifft einen Chip-Varistor,bestehend aus einem quaderförmigen Körper, der wenistens zum Teil aus Varistormaterial gebildet ist und wenigstens zwei metallisierte Anschlussflächen an zwei gegenüberliegenden Quaderenden aufweist, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Bekannte Chip-Varistoren dieser Art (Prospekt der Firma National Matsushita Electric "Transient/Surge Absorbers" 1983/84), sogenannte "Glaze-Varistors", weisen aufgrund des relativ kleinen Volumens der Varistorschicht nur ein geringes Energieabsorptionsvermögen auf. Sie sind deshalb für die übliche Varistoranwendung im Oberspannungsschutz nicht geeignet. Darüber hinaus besteht bei Impulsbelastung bei diesen bekannten Varistoren die Gefahr der Gleitfunkenbildung auf der Oberfläche der Varistorschicht, also der Widerstandsschicht, die auf einem Keramiksubstrat aufgebracht ist. Höhere Energieabsorptionswerte lassen sich durch eine Verorösserung des Varistorvol umens erreichen, zum Beispiel kann der ganze Körper aus Varistormaterial ge bildet werden. Verwendet man die gleiche Kontaktierung wie bei den bekannten Chip-Varistoren, so kommt es bei höheren Impulsströmen zu Oberschlägen auf der Varistoroberfläche. Diese Funkenbildung zwischen den metallisierten Anschlussflächen an den Enden des quaderförmigen Körpers, der beispielsweise Abmessungen von 8 x 4 x 2 mm aufweist, ist darauf zurückzuführen, dass die Kontaktierung, die durch die metallisierten Anschlussflächen gebildet wird, einen Stromfluss auf der Oberfläche des Varistors begünstigt, während das Innere des Varistors praktisch stromfrei bleibt. Bei höheren Spannungen bzw. Impulsströmen ab etwa 20 A kommt es deshalb zu Oberschlägen auf den Oberund Unterseiten des Varistors. Diese Wirkung kann zwar durch eine Stirnflächenkontaktierung vermieden werden, bei der nur die einander gegenüberliegenden, endseitigen Stirnflächen des quaderförmigen Körpers mit einer Metallisierung versehen werden und nicht zumindest teilweise auch die Ober- und Unterseite dieses Körpers, jedoch hat diese Stirnflächenkontaktierung den Nachteil, dass sie die Lötbarkeit der Varistorelemente stark einschränkt und damit ihre Brauchbarkeit grundsätzlich in Frage stellt. Dar über hinaus lässt sich bei derartigen Chip-Varistoren die Varistorspannung nur über die Bauelementlänge einstellen, was dazu führt, dass eine Vielzahl von unterschiedlichen Längenabmessungen hergestellt und bevorratet werden müssen, um unterschiedliche Spannungen zu realisieren. Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, den Chip Varistor der genannten Art so auszubilden, dass er sowohl ein ausreichendes Volumen aufweist, um das geforderte Energieabsorptionsvermögen zu erhalten, als auch Sicherheit gegen Gleitfunken auf seiner Oberfläche bietet und darüber hinaus die Möglichkeit bietet, seine Spannung bei konstanten Apmessungen seiner Ober- und Unterseiten einstellbar zu machen. Darüber hinaus soll für einen derartigen Varistor ein Herstellungsverfahren entwickelt werden, das den bisher bekannten insbesondere in wirtschaftlicher Hinsicht über legen ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die sich an die Quaderenden anschliessenden Ober- und Unterseiten des quaderförmigen Körpers mit einer eine Unterbrechung aufweisenden Metallisierung versehen sind, wobei die Metallisierung des grössten Teils der Oberseite nur mit der metallisierten Anschlussfläche des einen Quaderendes und die Metallisierung des grössten Teils der Unterseite nur mit der metallisierten Anschlussfläche des anderen Quaderendes elektrisch leitend verbunden ist. Durch diese Konstruktion ist infolge Oberlappung der Elektroden die Stromflussrichtung um 90" gedreht, so dass Strom- bzw. Spannungsüberschläge nur noch im Bereich der Unterbrechung der Metallisierung möglich sind. Die Einstellbar keit der Varistorspannung wird in einfacher Weise dadurch ermöglicht, dass für die Dicke des quaderförmigen Körpers, die im Ausführungsbeispiel mit H bezeichnet ist, verschiedene Abmessungen gewählt werden. Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann jede streifenförmige Aussparung durch zwei parallele Ränder begrenzt sein, die sich parallel zu den Rändern der Ober- und Unterseiten, quer zur Längsrichtung der quaderförmigen Körpers erstrecken. Zur weiteren Verbesserung der Oberschlagsfestigkeit lässt sich gemäss einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsvorschlags die Oberfläche des Varistormaterials im Bereich der streifenförmigen Aussparungen mit Nuten versehen, die in das Varistormaterial eingearbeiten sind und sich in Richtung der streifenförmigen Aussparungen erstrecken. Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den quaderförmigen Körper als Schichtkörper auszubilden, bestehend aus parallel zu seinen Ober- und Unterseiten verlaufenden, einander abwechselnden Schichten aus Varistormaterial und elektrisch gut leitfähigem Material, wobei letztgenannte Schicht wiederum abwechselnd mit dem einen und dem anderen metallisierten Quaderende elektrisch verbunden sind. Zur Herstellung von Chip-Varistoren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dient ein Verfahren, gemäss dem ein quaderförmiger Körper aus Varistormaterial hergestellt und auf seinen Oberflächen vollständig metallisiert wird, woraufhin in die einander gegenüberliegenden Ober- und Unterseiten des quaderförmigen Körpers wenigstens je eine die Metallisierung aussparende Nut eingearbeitet wird und danach der Körper quer zu seiner Längsachse in einzelne Längs stücke zerschnitten wird, die die eigentlichen quaderförmigen Körper bilden, so dass deren Längsachse in Richtung der Querachse des ursprünglichen quaderförmigen Körpers verläuft und deren Querachse in Richtung der Längsachse des ursprünglichen quaderförmigen Körpers. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen. Figur 1 eine perspektivische Ansicht des quaderförmigen Körpers eines Chip-Varistors, dessen gegenüber liegende Enden vollständig und dessen gegen überliegende Ober- und Unterseiten teilweise metall;isiert sind, Figur 2 eine schematische Seitenansicht des Varistors von Fig. 1 in Richtung des Pfeils A in Fig. 1, Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer anderen Aus führungsform des Chip-Varistors, Figur 4 eine der Fig. 2 entsprechende schematische Sei tenansicht des Chip-Varistors von Fig. 3, Figur 5 eine längsgeschnittene Seitenansicht eines Viel schicht-Varistors mit den Merkmalen der Erfindung, und Figur 6a, b und c schematische Darstellungen der auf einanderfolgenden Herstellungsschritte des quaderförmigen Körpers, aus dem der Chip-Varistor aufgebaut ist. Mit "Varistor" werden bekanntlich spannungsabhängicie Widerstände bezeichnet, die in aller Regel aus gesintertem Siliziumkarbid oder Zinkoxid mit Beimengungen anderer Stoffe in Scheiben- oder Stabform bestehen und vor allem in der Nachrichtentechnik Anwendung finden. Ihre Spannungsabhängigkeit beruht auf einem veränderlichen Kontaktwiderstand zwischen den einzelnen Kristallen. Der in Fig. 1 dargestellte Chip-Varistor ist ein quaderförmiger Körper 1. Seine Abmessungen betragen beispielsweise 2 x 1,25 x 0,5 mm (Länge, Breite, Höhe) bis beispielsweise 8 x 4 x 4 mm. Er besteht aus einem oxydkeramischen Widerstandsmaterial und ist an den Quaderenden ,2, 3 mit metallisierten Anschlussflächen 8, 9 versehen, die die Quaderenden vollständig abdecken, und auf seiner Oberseite 4 sowie seiner Unterseite 5 ebenfalls mit einer Metallisierung 6, 7 (Fig. 2).Die Metallisierung der Oberseite .4 ;ist mit der metallisierten Anschlussfläche 9 des einen Quaderendes 3 elektrisch leitend verbunden, während die Metallisierung 7 der Unterseite 5 nur mit der metallisierten Anschlussfläche 8 des anderen Quaderendes 2 elektrisch leitend in Verbindung steht. Dies bedeutet, sowohl auf der Oberseite 4 als auch auf der Unterseite 5 ist die Metallisierung unterbrochen, wobei diese Unterbrechung, wie den Fig. 1 und 2 entnommen werden kann, jeweils eine streifenförmige Aussparung 10,11 in der metallisierten Fläche bildet, die bis zur Oberfläche des Varistormaterials reicht, das allgemein mit 19 bezeichnet ist. Die streifenförmigen Aussparungen 10, 11 sind durch zwei parallele Ränder 12, 13 begrenzt, die sich parallel zu den in Querrichtung des Körpers liegenden Rändern seiner Ober- und Unterseiten erstrecken. Durch diese Bauform des Chip-Varistors lässt sich seine Spannung bei konstanter "Grundfläche" des quaderförmigen Körpers durch änderung der Bauhöhe H (Fig. 2) von Hause aus, also bei der Herstellung des Chip-Varistors, fest legen. Somit ist die Einstellbarkeit der Spannung in Abhängigkeit von der Bauteil höhe gegeben. Durch Versuche wurde gefunden, dass die Breite d der streifenförmigen Aussparungen 10, 11 etwa das l,s-fache der Höhe H sein muss, da ,nachdem durch diese Bauform aufgrund der Oberlappung der Elektroden (metallisierte Oberflächen) die Stromflussrichtung gegenüber einer nur an den stirnseitigen Quaderenden kontaktierten Chip-Varistor um 90" gedreht ist, die Möglichkeit von Strom- bzw. Spannungs überschlägen nur noch im Bereich der streifenförmigen Aussparung gegeben ist. Da die Bedingung d > 1,5 H bei höheren Varistorspannungen zu kleinen Elektrodenflächen führt und damit zu geringem Energieab.sorptionsvermögen, wird vorzugsweise, wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, im Bereich der streifenförmigen Aussparungen 10, 11 der Ober- und Unterseiten des Chip-Varistors zwischen den Elektroden wenigstens eine Nut 14, 15 angebracht, durch die bei grossen Werten von H der Wert für d vergrössert wird, da der Stromfluss zwischen den Elektroden und damit die Oberschlagsweite nicht durch die Luftstrecke gemessen wird, sondern über die Varistor-Oberflächenmaterialstrecke zwischen den benachbarten Elektroden und diese Materialstrecke gegenüber dem blossen Abstand d um die zweifache Höhe der Nutseiten vergrössert ist. Es versteht sich, dass bei niedrigen Varistorspannungen und kleinen Bauteil höhen H diese Nut überflüssig ist. In Fig. 5 ist eine andere Ausführungsform des Chip Varistors dargestellt, bei der der quaderförmige Körper als Schichtkörper 16 ausgebildet ist, bestehend aus mehreren parallel zu den Ober- und Unterseiten verlaufenden, einander abwechselnden Schichten aus Varistormaterial 17 und elektrisch gut leitfähigem Material 18 Die leitfähigen Materialschichten 18 sind wiederum abwechselnd mit dem einen und dem anderen metallisierten Quaderende 2a bzw. 3a elektrisch verbunden. Durch Anwendung einer solchen Schichttechnik, die zu dem in Fig. 5 gezeigten Vielschicht-Chip-Varistor führt, lässt sich das Energieabsorptionsvermögen noch wesentlich steigern, allerdings auf Kosten eines doch erheblich höheren Herstellungsaufwandes. Zur Herstellung eines Chip-Varistors der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Art dient ein Verfahren, dessen Schritte im folgenden anhand der Figuren 6a, 6b und 6c erläutert werden. Zunächst werden grössere Platten oder Stangen aus Varistormaterial zu Körpern der in Fig. 6a gezeigten Art gepresst, ge siritert und eventuell zersägt. Daraufhin wird dieser Körper auf seiner gesamten Oberfläche mit Silber kontaktiert, also metallisiert. Danach werden in Längsachsenrichtung des stangenförmigen Körpers in seine Ober-und Unterseiten Nuten oder rillenförmige Vertiefungen der bei 14 und 15 in Fig. 3 gezeigten Art eingefräst oder eingesägt, die tiefer sind als die Metallisierungsschicht und die die Aufgabe haben, die Oberschlagsfestigkeit zu verbessern (Fig. 6b). Anschliessend werden von diesem stangenförmigen oder quaderförmigen Körper quer zu seiner Längsachse. in Fig. 6c mit 20 bezeichnete Stücke abgeschnitten, die die in Fig. 3 dargestellten Chip-Varistoren bilden, deren Seitenflächen 21 (22) demnach nicht metallisiert sind, im Gegensatz zu den stirnseitigen Enden. Die Längsachse dieser Chip-Varistoren entspricht somit der Querachse des ursprünglich hergestellten quaderförmigen Körpers, der in die einzelnen Chips zerteilt wird. Die Oberfläche des so hergestellten Chip-Varistors wird mit Ausnahme der Kontaktflächen, d.h. der stirnseitigen Enden, mit einer Schutzschicht überzogen. Die Kontaktflächen können beispielsweise durch Vernickeln und Verzinnen verstärkt werden.

Claims: Chip-Varistor und Verfahren zu seiner Herstellung Patentansprüche 1. Chip-Varistor, bestehend aus einem quaderförmigen Körper, der wenigstens zum Teil aus Varistormaterial gebildet ist und wenigstens zwei metallisierte Anschlussflächen an zwei gegen überliegenden Quaderenden aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die sich an die Quaderenden (2, 3) anschliessenden Ober- und Unterseiten (4, 5) des quaderförmigen Körpers (1) mit einer eine Unterbrechung (10, 11) aufweisenden Metallisierung versehen sind, wobei die Metallisierung (6) des grössten Teils der Oberseite (4) nur mit der metallisierten Anschlussfläche (8) des einen Quaderendes (2) und die Metallisierung (7) des grössten Teils der Unterseite (5) nur mit der metallisierten Anschlussfläche (9) des anderen Quaderendes (3) elektrisch leitend verbunden ist. 2. Chip-Varistor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Unterbrechung (10, 11) der Metallisierung (6, 7) auf der Oberseite (4) bzw. der Unterseite (5) des quaderförmigen Körpers (l) durch wenigstens eine streifenförmige Aussparung gebildet ist. 3. Chip-Varistor nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die streifenförmige Aussparung durch zwei parallele Ränder (12, 13) begrenzt wird, die sich parallel zu den Rändern der Ober- und Unterseiten (4, 5) erstrecken. 4. Chip-Varistor nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Oberfläche des Varistormaterials im Bereich der Unterbrechung (10, 11) der Metallisierung wenigstens eine, sich über die ganze Länge der streifenförmigen Aussparung (10, 11) erstreckende Nut (14, 15) aufweist. 5. Chip-Varistor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der quaderförmige Körper (1) als Schichtkörper (16) ausgebildet ist, bestehend aus parallel zu seinen Ober- und Unterseiten verlaufenden, einander abwechselnden Schichten aus Varistormaterial (17) und elektrisch gut leitfähigem Material (18), wobei die elektrisch gut leitfähigen Materialschichten abwechselnd mit den metallisierten Anschlussflächen des einen und des anderen Quaderendes (2a, 3a) elektrisch leitend verbunden sind. 6. Verfahren zur Herstellung des Chip-Varistors nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass a) ein quaderförmiger Körper aus Varistormaterial hergestellt und seine Oberfläche vollständig metallisiert wird, b) in die einander gegenüberliegenden Ober- und Unterseiten des quaderförmigen Körpers wenigstens je eine die Metallisierung unterbrechende, sich in Richtung seiner Längsachse erstreckende Aus sparung eingearbeitet wird, c) der quaderförmige Körper quer zu seiner Längsachse in einzelne Längenstücke zerschnitten wird, deren Ober- und Unterseiten in Richtung der ursprüngli chen Quaderlängsrichtung kürzer sind als in Rich tung der ursprünglichen Quaderquerrichtung.

Inventors: BROGL, PETER
Applicants: C. CONRADTY NURNBERG GMBH & CO. KG
Application year: 1985
Main classification: H01C7
IPC codes: H01C7