DE112022000957T5

DE112022000957T5 - Varistor mit flexiblen Anschlüssen

Info

Publication number: DE112022000957T5
Application number: DE112022000957.8T
Authority: DE
Inventors: Palaniappan Ravindranathan; Marianne Berolini; Michael W. Kirk
Original assignee: Kyocera Avx Components Corp
Current assignee: Kyocera Avx Components Corp
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2022-01-24
Publication date: 2023-11-16
Also published as: WO2022164747A1; CN116802751A; US20220246334A1; JP2024507087A

Abstract

Ein Varistor kann einen monolithischen Korpus umfassen, der eine Vielzahl von dielektrischen Schichten umfasst, die in einer Z-Richtung, die senkrecht zu einer Längsrichtung steht, gestapelt sind. Der monolithische Korpus kann ein erstes Ende und ein zweites Ende, das in Längsrichtung von dem ersten Ende beabstandet ist, aufweisen. Ein erster externer Anschluss kann entlang des ersten Endes angeordnet sein. Ein zweiter externer Anschluss kann entlang des zweiten Endes angeordnet sein. Eine erste Vielzahl von Elektroden kann mit dem ersten externen Anschluss verbunden sein und kann sich vom ersten Ende aus bis hin zum zweiten Ende des monolithischen Korpus erstrecken. Eine zweite Vielzahl von Elektroden kann mit dem zweiten externen Anschluss verbunden sein, und kann sich vom zweiten Ende aus bis hin zum ersten Ende des monolithischen Korpus erstrecken. Der erste externe Anschluss und/oder der zweite externe Anschluss kann eine leitfähige polymere Zusammensetzung umfassen.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 1. Februar 2021 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Serial-Nr. 63/144,057 , auf die in ihrer Gesamtheit hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Der vorliegende Gegenstand bezieht sich allgemein auf Elektronikkomponenten, die so angepasst sind, dass sie auf einer Leiterplatte montiert werden können, und besonders bevorzugt auf einen Varistor und eine Varistorbaugruppe. Mehrschichtige keramische Vorrichtungen, wie Varistoren, sind typischerweise aus einer Vielzahl von gestapelten Schichten aus Dielektrikum-Elektrode aufgebaut. Während der Herstellung können die Schichten häufig zu einer vertikal gestapelten Struktur gepresst und geformt werden. Mehrschichtige keramische Vorrichtungen können eine einzelne Elektrode oder mehrere Elektroden in einer Baugruppe umfassen.
Varistoren sind spannungsabhängige nichtlineare Widerstände, die als überspannungsableitende Elektroden, Blitzableiter und Spannungsstabilisatoren verwendet werden. Varistoren können zum Beispiel parallel zu empfindlichen elektrischen Komponenten geschaltet werden. Das nichtlineare Ansprechverhalten von Varistoren bezüglich des elektrischen Widerstands wird häufig durch einen Parameter charakterisiert, der als Klemmspannung bekannt ist. Bei angelegten Spannungen, die kleiner sind als die Klemmspannung eines Varistors hat der Varistor im Allgemeinen einen sehr hohen Widerstand und wirkt daher ähnlich wie ein unterbrochener Stromkreis. Wenn der Varistor Spannungen ausgesetzt ist, die größer sind als seine Klemmspannung, wird sein Widerstand jedoch so reduziert, dass der Varistor eher wie ein Kurzschluss wirkt und einen stärkeren Stromfluss ermöglicht. Dieses nichtlineare Ansprechverhalten kann genutzt werden, um Stromspitzen abzufedern und/oder zu verhindern, dass Spannungsspitzen empfindliche elektronische Komponenten beschädigen. Varistoren können erheblicher mechanischer Spannung und/oder thermischer Spannung ausgesetzt sein. Varistoren können auf Substraten, wie Leiterplatten, oberflächenmontiert sein. Wenn das Substrat gebogen wird, kann der Varistor brechen oder sich von dem Substrat lösen. Thermische Fluktuationen können bewirken, dass sich der Varistor und/oder das Substrat ausdehnt und wieder zusammenzieht, was in ähnlicher Weise eine Beschädigung oder ein Versagen des Varistors verursacht.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Varistor einen monolithischen Korpus umfassen, der eine Vielzahl von dielektrischen Schichten umfasst, die in einer Z-Richtung, die senkrecht zu einer Längsrichtung steht, gestapelt sind. Der monolithische Korpus kann ein erstes Ende und ein zweites Ende, das in Längsrichtung von dem ersten Ende beabstandet ist, aufweisen. Ein erster externer Anschluss kann entlang des ersten Endes angeordnet sein. Ein zweiter externer Anschluss kann entlang des zweiten Endes angeordnet sein. Eine erste Vielzahl von Elektroden kann mit dem ersten externen Anschluss verbunden sein und kann sich vom ersten Ende aus bis hin zum zweiten Ende des monolithischen Korpus erstrecken. Eine zweite Vielzahl von Elektroden kann mit dem zweiten externen Anschluss verbunden sein, und kann sich vom zweiten Ende aus bis hin zum ersten Ende des monolithischen Korpus erstrecken. Der erste externe Anschluss und/oder der zweite externe Anschluss kann eine leitfähige polymere Zusammensetzung umfassen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Verfahren zur Bildung eines Varistors Folgendes umfassen: das Bilden einer ersten Vielzahl von Elektroden jeweils auf einer ersten Vielzahl von dielektrischen Schichten; das Bilden einer zweiten Vielzahl von Elektroden auf einer zweiten Vielzahl von dielektrischen Schichten; das Stapeln der ersten Vielzahl von dielektrischen Schichten mit der zweiten Vielzahl von dielektrischen Schichten in einer Z-Richtung, welche senkrecht zu einer Längsrichtung verläuft, unter Bildung eines monolithischen Korpus, so dass sich die erste Vielzahl von Elektroden von einem ersten Ende des monolithischen Korpus aus erstrecken und so dass sich die zweite Vielzahl von Elektroden von einem zweiten Ende des monolithischen Korpus aus erstrecken; das Bilden eines ersten externen Anschlusses entlang des ersten Endes des monolithischen Korpus, das mit der ersten Vielzahl von Elektroden verbunden ist; und das Bilden eines zweiten externen Anschlusses entlang des zweiten Endes des monolithischen Korpus; das mit der zweiten Vielzahl von Elektroden verbunden ist. Der erste externe Anschluss und/oder der zweite externe Anschluss kann eine leitfähige polymere Zusammensetzung umfassen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In der Beschreibung ist unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen eine vollständige und nacharbeitbare Offenbarung des vorliegenden Gegenstands einschließlich seiner besten Realisierung, die sich an den Fachmann wendet, dargelegt, wobei:

1 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Varistors zeigt, der eine anschmiegsame Schicht gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst;
2 eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Varistors zeigt, der Ankerlaschen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst;
3 eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Varistors zeigt, der aktive Elektroden gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst;
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bildung eines Varistors gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist;
5 eine Stromwelle zum Testen von Varistoren gemäß der ANSI-Norm C62.1 zeigt;
6 eine Spannungs-Ansprechkurve eines Varistors gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
7 eine Testanordnung zur Durchführung eines Plattenbiegetests gemäß AEC-Q200-005 zeigt;
8 eine Querschnittsansicht eines exemplarischen Varistors gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
9 eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs des Varistors von 8 zeigt. Bei mehrfacher Verwendung von Bezugszeichen in der gesamten vorliegenden Beschreibung und den Begleitzeichnungen sollen diese dieselben oder analoge Merkmale, Elektroden oder Schritte des vorliegenden Gegenstands repräsentieren.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Der Fachmann sollte sich darüber im Klaren sein, dass die vorliegende Offenbarung nur eine Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen ist und die breiteren Aspekte des vorliegenden Gegenstands nicht einschränken soll, wobei diese breiteren Aspekte in den beispielhaften Konstruktionen verkörpert sind.
Im Allgemeinen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen Varistor mit flexiblen Anschlüssen. Die Anschlüsse des Varistors können jeweilige anschmiegsame Schichten umfassen, um die von der Komponente erfahrene Belastung zu reduzieren. Die anschmiegsame Schicht oder Schichten können eine leitfähige polymere Zusammensetzung umfassen, die ein Polymer und darin dispergierte leitfähige Teilchen umfassen kann.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Varistor, der abwechselnd dielektrische Schichten und Elektrodenschichten innerhalb eines einzigen monolithischen Korpus enthält. Der monolithische Korpus des Varistors kann einen monolithischen Korpus umfassen, der eine Vielzahl von dielektrischen Schichten umfasst, die in einer Z-Richtung, welche senkrecht zu einer Längsrichtung verläuft, gestapelt sind, wobei der monolithische Korpus ein erstes Ende und ein zweites Ende, das in Längsrichtung von dem ersten Ende beabstandet ist, aufweist. Zum Beispiel kann der monolithische Korpus des Varistors die Form eines Parallelepipeds, wie eine Quaderform, haben.
Der Varistor kann einen ersten externen Anschluss, der entlang des ersten Endes angeordnet war, und einen zweiten externen Anschluss, der entlang des zweiten Endes des monolithischen Korpus angeordnet war, umfassen. Eine erste Vielzahl von Elektroden kann mit dem ersten externen Anschluss verbunden sein und kann sich vom ersten Ende aus bis hin zum zweiten Ende des monolithischen Korpus erstrecken. Eine zweite Vielzahl von Elektroden, die mit dem zweiten externen Anschluss verbunden sind und sich vom zweiten Ende aus bis hin zum ersten Ende des monolithischen Korpus erstrecken. Der erste externe Anschluss und/oder der zweite externe Anschluss kann eine leitfähige polymere Zusammensetzung umfassen. Die leitfähige polymere Zusammensetzung kann eine anschmiegsame Schicht des ersten externen Anschlusses und/oder des zweiten externen Anschlusses sein.
Die leitfähige polymere Zusammensetzung kann ein oder mehrere geeignete polymere Materialien umfassen. Beispiele dafür sind etwa Epoxidharze, Polyimidharze, Melaminharze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Polyurethanharze, Phenolharze, Polyesterharze usw. Epoxidharze sind besonders gut geeignet. Beispiele für geeignete Epoxidharze sind zum Beispiel Epoxidharze des Bisphenol-A-Typs, Epoxidharze des Bisphenol-F-Typs, Epoxidharze des Phenol-Novolak-Typs, Epoxidharze des Orthokresol-Novolak-Typs, bromierte Epoxidharze und Epoxidharze des Biphenyltyps, cyclische aliphatische Epoxidharze, Epoxidharze des Glycidylestertyps, Epoxidharze des Glycidylamintyps, Epoxidharze des Kresol-Novolak-Typs, Epoxidharze des Naphthalintyps, Epoxidharze des Phenolaralkyl¬ityps, Epoxidharze des Cyclopentadientyps, heterocyclische Epoxidharze usw. Das Polymer kann ein duroplastisches oder thermoplastisches Harz umfassen.
Die leitfähige polymere Zusammensetzung kann leitfähige Teilchen umfassen, die innerhalb des Polymers dispergiert sein können (z.B. als Polymermatrix) und die elektrische Leitfähigkeit der anschmiegsamen Schicht verbessern können. Die leitfähigen Teilchen können ein Metall, wie Silber, Gold, Kupfer usw., sein oder umfassen. Zum Beispiel können leitfähige Teilchen Silber, Kupfer, Gold, Nickel, Zinn, Titan oder andere leitfähige Metalle sein oder umfassen. Somit kann in einigen Ausführungsformen die anschmiegsame Schicht ein silbergefülltes Polymer, ein nickelgefülltes Polymer usw., ein kupfergefülltes Polymer usw. umfassen.
In anderen Ausführungsformen jedoch können die leitfähigen Teilchen ein leitfähiges keramisches Material, wie ein Oxid von Aluminium (z.B. Tonerde) und/oder Nitride von Aluminium usw. umfassen. Weitere Beispiele sind Oxide oder Nitride von anderen Metallen, wie Titan. In einigen Ausführungsformen können die leitfähigen Teilchen eine Schicht aus leitfähigem Material über einem Basismaterial umfassen. Zum Beispiel können die leitfähigen Teilchen eine Schicht aus Edelmetall (z.B. Silber, Gold usw.) über einem unedlen Metall (z.B. Kupfer) umfassen.
Die leitfähigen Teilchen können eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die größer ist als etwa 10 W/(m·K), in einigen Ausführungsformen größer als etwa 20 W/(m·K), in einigen Ausführungsformen größer als etwa 50 W/(m·K),in einigen Ausführungsformen größer als etwa 100 W/(m·K),in einigen Ausführungsformen größer als etwa 200 W/(m·K),in einigen Ausführungsformen größer als etwa 200 W/(m·K) ist.
Die anschmiegsame Schicht kann einen Elastizitätsmodul haben, der kleiner als etwa 3 GPa ist, wenn gemäß ASTM D638-14 bei etwa 23°C und 20% relativer Feuchtigkeit getestet wird, in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 1 GPa, in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 500 MPa, in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 100 MPa, in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 50 MPa und in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 15 MPa.
Die anschmiegsame Schicht kann einen geringen elektrischen Widerstand aufweisen. Zum Beispiel kann die anschmiegsame Schicht einen spezifischen Volumenwiderstand aufweisen, der kleiner als etwa 0,01 Ohm-cm ist, wenn gemäß ASTM B193-16 getestet wird, in einigen Ausführungsformen kleiner als etwa 0,001 Ohm-cm und in einigen Ausführungsformen etwa 0,0001 Ohm-cm oder weniger.
Die anschmiegsame Schicht der externen Anschlüsse kann dadurch gebildet werden, dass man den monolithischen Korpus in eine Lösung einer leitfähigen polymeren Zusammensetzung taucht, wobei eine dicke Filmschicht der leitfähigen polymeren Zusammensetzung entsteht.
Die externen Anschlüsse können Basisschichten umfassen, die zwischen dem monolithischen Korpus und der anschmiegsamen Schicht ausgebildet sind. Zum Beispiel können die Basisschichten über jeweiligen Enden des monolithischen Korpus ausgebildet werden, und die anschmiegsamen Schichten können über den jeweiligen Basisschichten ausgebildet sein. Die Basisschichten können eine Vielzahl geeigneter leitfähiger Materialien umfassen. Zum Beispiel können die Basisschichten Kupfer, Nickel, Zinn, Silber, Gold usw. umfassen. Die Basisschichten können dadurch gebildet werden, dass man den monolithischen Korpus in eine Lösung taucht, wobei eine dicke Filmschicht des Basisschichtmaterials entsteht. In anderen Ausführungsformen jedoch können die Basisschichten mit Hilfe eines geeigneten Metallisierungsverfahrens, wie es zum Beispiel im Folgenden beschrieben ist, gebildet werden.
Über der anschmiegsamen Schicht können eine oder mehrere Metallisierungsschichten ausgebildet sein. In einigen Ausführungsformen zum Beispiel kann über der anschmiegsamen Schicht eine erste Metallisierungsschicht ausgebildet sein. Über der ersten Metallisierungsschicht kann eine zweite Metallisierungsschicht ausgebildet sein. Die erste und die zweite Metallisierungsschicht können eine Vielzahl von geeigneten leitfähigen Metallen, wie Nickel, Zinn, Kupfer usw., umfassen. In einer Ausführungsform zum Beispiel kann die erste Metallisierungsschicht Nickel umfassen. Die zweite Metallisierungsschicht kann Zinn umfassen.
Die Metallisierungsschichten können durch eine Vielzahl von Metallisierungstechniken einschließlich Galvanisierung und stromloser Abscheidung gebildet werden. Zum Beispiel kann zuerst stromlose Abscheidung eingesetzt werden, um eine Anfangsmaterialschicht abzuscheiden. Dann kann die Metallisierungstechnik zu einem Galvanisierungssystem gewechselt werden, was einen schnelleren Materialaufbau ermöglichen kann.
Die Metallisierungslösung enthält ein leitfähiges Material, wie ein leitfähiges Metall, und wird eingesetzt, um den metallisierten Anschluss zu bilden. Bei diesem leitfähigen Material kann es sich um jedes der oben genannten Materialien oder irgendeines, das in der Technik allgemein bekannt ist, handeln. Zum Beispiel kann die Metallisierungslösung eine Nickelsulfamat-Bad-Lösung oder eine andere Nickellösung sein, so dass die Metallisierungsschicht und der externe Anschluss Nickel umfassen. Alternativ dazu kann die Metallisierungslösung auch ein Kupfer-Säure-Bad oder eine andere geeignete Kupferlösung sein, so dass die Metallisierungsschicht und der externe Anschluss Kupfer umfassen.
Außerdem sollte man sich darüber im Klaren sein, dass die Metallisierungslösung auch andere Additive, die in der Technik allgemein bekannt sind, umfassen kann. Zum Beispiel können die Additive andere organische Additive und Medien umfassen, die den Metallisierungsvorgang unterstützen können. Außerdem können Additive eingesetzt werden, um die Metallisierungslösung bei einem gewünschten pH-Wert einzusetzen. In einer Ausführungsform können widerstandsreduzierende Additive in den Lösungen eingesetzt werden, um die vollständige Metallisierungsabdeckung und Bindung der Metallisierungsmaterialien an den Varistor und die exponierten Vorderkanten der Anschlusslaschen zu unterstützen.
Der Varistor kann während einer vorbestimmten Zeitdauer der Metallisierungslösung ausgesetzt, in diese untergetaucht oder eingetaucht werden. Diese Einwirkungszeit unterliegt nicht unbedingt einer Einschränkung, aber es kann eine ausreichende Zeitspanne sein, damit sich genug Metallisierungsmaterial abscheiden kann, um den metallisierten Anschluss zu bilden. In dieser Hinsicht sollte die Zeit ausreichend sein, um die Bildung einer kontinuierlichen Verbindung zwischen den gewünschten exponierten benachbarten Vorderkanten von Anschlusslaschen einer gegebenen Polarität der jeweiligen Elektrodenschichten innerhalb einer Menge von abwechselnden dielektrischen Schichten und Elektrodenschichten zu ermöglichen.
Im Allgemeinen besteht der Unterschied zwischen Galvanisierung und stromlosem Abscheiden darin, dass bei der Galvanisierung eine elektrische Vorspannung eingesetzt wird, wie durch Verwendung einer externen Stromquelle. Die Galvanisierungslösung kann typischerweise einem hohen Stromdichtebereich ausgesetzt sein, zum Beispiel zehn bis fünfzehn Amp/ft² (bewertet bei 9,4 Volt). Eine Verbindung kann mit einer negativen Verbindung zum Varistor, die die Bildung der metallisierten Anschlüsse erfordert, und einer positiven Verbindung zu einem festen Material (z.B. Cu in Cu-Metallisierungslösung) in derselben Metallisierungslösung gebildet werden. Das heißt, der Varistor wird auf eine Polarität vorgespannt, die der der Metallisierungslösung entgegengesetzt ist. Mit Hilfe eines solchen Verfahrens wird das leitfähige Material der Metallisierungslösung von dem Metall der exponierten Vorderkante der Anschlusslaschen der Elektrodenschichten angezogen.
Bevor der Varistor in eine Metallisierungslösung eingetaucht oder dieser ausgesetzt wird, können verschiedene Vorbehandlungsschritte eingesetzt werden. Solche Schritte können für eine Vielzahl von Zwecken durchgeführt werden, einschließlich zum Katalysieren, zum Beschleunigen und/oder zum Verbessern der Haftung der Metallisierungsmaterialien an den Vorderkanten der Anschlusslaschen.
Außerdem kann vor der Metallisierung oder irgendwelchen anderen Vorbehandlungsschritten ein einleitender Reinigungsschritt eingesetzt werden. Ein solcher Schritt kann eingesetzt werden, um gegebenenfalls angesammeltes Oxid, das sich an den exponierten Anschlusslaschen der Elektrodenschichten bildet, zu entfernen. Dieser Reinigungsschritt kann besonders hilfreich sein, um die Entfernung jeglicher Ansammlung von Nickeloxid zu unterstützen, wenn die internen Elektroden oder andere leitfähige Elemente aus Nickel bestehen. Die Reinigung der Komponenten kann durch volles Eintauchen in ein Vorreinigungsbad, wie eines, das einen Säurereiniger umfasst, bewirkt werden.
In einer Ausführungsform kann die Einwirkung während einer vorbestimmten Zeit, wie in der Größenordnung von etwa 10 Minuten, erfolgen. Die Reinigung kann alternativ auch durch chemische Polier- oder Harperisierungsschritte erfolgen.
Außerdem kann auch ein Schritt zur Aktivierung der exponierten metallischen Vorderkanten der Anschlusslaschen der Elektrodenschichten durchgeführt werden, um die Abscheidung der leitfähigen Materialien zu erleichtern. Die Aktivierung kann durch Eintauchen in Palladiumsalze, photostrukturierte palladiumorganische Vorläufer (über Maske oder Laser), siebgedruckte oder tintenstrahlabgeschiedene Palladiumverbindungen oder elektrophoretische Palladiumabscheidung erreicht werden. Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass die palladiumbasierte Aktivierung vorliegend lediglich als ein Beispiel für Aktivierungslösungen offenbart wird, die häufig gut mit Aktivierung bei exponierten Laschenteilen, die aus Nickel oder einer Legierung davon bestehen, funktionieren. Man sollte sich jedoch darüber im Klaren sein, dass auch andere Aktivierungslösungen verwendet werden können.
Außerdem kann anstelle von oder zusätzlich zu dem oben genannten Aktivierungsschritt das Aktivierungsdotierungsmittel auch in das leitfähige Material eingeführt werden, wenn die Elektrodenschichten des Varistors gebildet werden. Wenn zum Beispiel die Elektrodenschicht Nickel umfasst und das Aktivierungsdotierungsmittel Palladium umfasst, kann das Palladium-Dotierungsmittel in die Nickeltinte oder -zusammensetzung, die die Elektrodenschichten bildet, eingeführt werden. Dies kann den Palladiumaktivierungsschritt überflüssig machen. Es ist weiterhin darauf hinzuweisen, dass sich einige der obigen Aktivierungsverfahren, wie metallorganische Vorläufer, auch für die gemeinsame Abscheidung von Glasbildnern für die erhöhte Haftung an dem im Allgemeinen keramischen Korpus des Varistors eignen. Wenn Aktivierungsschritte unternommen werden, wie es oben beschrieben ist, können an den exponierten leitfähigen Teilen vor und nach der Metallisierung der Anschlüsse häufig Spuren des Aktivatormaterials zurückbleiben.
Außerdem können auch Nachbehandlungsschritte nach der Metallisierung eingesetzt werden. Solche Schritte können für eine Vielzahl von Zwecken durchgeführt werden, einschließlich der Verstärkung und/oder Verbesserung der Haftung der Materialien. Zum Beispiel kann ein Schritt des Erhitzens (oder Temperns) eingesetzt werden, nachdem der Metallisierungsschritt durchgeführt wurde. Dieses Erhitzen kann durch Backen, Laserbestrahlung, UV-Einwirkung, Mikrowelleneinwirkung, Lichtbogenschweißen usw. durchgeführt werden.
Die externen Anschlüsse können eine mittlere Gesamtdicke von etwa 25 µm oder mehr, wie etwa 35 µm oder mehr, wie etwa 50 µm oder mehr, wie etwa 75 µm oder mehr, aufweisen. Zum Beispiel können die externen Anschlüsse eine mittlere Dicke von etwa 25 µm bis etwa 150 µm, wie etwa 35 µm bis etwa 125 µm, wie etwa 50 µm bis etwa 100 µm, aufweisen.
Die externen Anschlüsse können eine maximale Dicke von etwa 200 µm oder weniger, wie etwa 150 µm oder weniger, wie etwa 125 µm oder weniger, wie etwa 100 µm oder weniger, wie etwa 80 µm oder weniger, aufweisen. Die externen Anschlüsse können eine maximale Dicke von etwa 25 µm oder mehr, wie etwa 35 µm oder mehr, wie etwa 50 µm oder mehr, wie etwa 75 µm oder mehr, aufweisen. Zum Beispiel können die externen Anschlüsse eine maximale Dicke von etwa 25 µm bis etwa 150 µm, wie etwa 35 µm bis etwa 125 µm, wie etwa 50 µm bis etwa 100 µm, aufweisen.
Die Basisschicht kann eine mittlere Dicke aufweisen, die im Bereich von etwa 3 µm bis etwa 125 µm, in einigen Ausführungsformen etwa 5 µm bis etwa 100 µm und in einigen Ausführungsformen etwa 10 µm bis etwa 80 µm liegt. Die anschmiegsame Schicht kann eine mittlere Dicke aufweisen, die im Bereich von etwa 3 µm bis etwa 125 µm oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 5 µm bis etwa 100 µm und in einigen Ausführungsformen etwa 10 µm bis etwa 80 µm liegt.
In einigen Ausführungsformen kann ein Varistor gemäß Aspekten dieser Offenbarung auch eine geringe Kapazität aufweisen. Zum Beispiel kann der Varistor eine Kapazität von weniger als etwa 50 Picofarad („pF“) mit einer Vorspannung von 0,0 Volt und einem sinusartigen Signal mit einem quadratischen Mittelwert von 0,5 Volt bei einer Arbeitsfrequenz von 1000 Hz, einer Temperatur von etwa 23°C und einer relativen Feuchtigkeit von 25% aufweisen. Zum Beispiel kann der Varistor in einigen Ausführungsformen eine Kapazität von weniger als etwa 45 pF unter den obigen Bedingungen, in einigen Ausführungsformen weniger als etwa 40 pF, in einigen Ausführungsformen weniger als etwa 10 pF aufweisen, und in einigen Ausführungsformen kann der Varistor eine Kapazität von weniger als etwa 5 pF unter den obigen Bedingungen, in einigen Ausführungsformen weniger als etwa 2 pF und in einigen Ausführungsformen weniger als etwa 1 pF aufweisen. Zum Beispiel kann der Varistor in einigen Ausführungsformen eine Kapazität im Bereich von etwa 0,1 pF bis etwa 50 pF, in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 pF bis etwa 10 pF, in einigen Ausführungsformen etwa 0,7 pF bis etwa 5 pF und in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 pF bis etwa 1 pF aufweisen.
Ein Varistor gemäß Aspekten dieser Offenbarung kann auch andere Kapazitätswerte aufweisen. Zum Beispiel kann der Varistor eine Kapazität von mehr als etwa 50 Picofarad („pF“) mit einer Vorspannung von 0,0 Volt und einem sinusartigen Signal mit einem quadratischen Mittelwert von 0,5 Volt bei einer Arbeitsfrequenz von 1000 Hz, einer Temperatur von etwa 23°C und einer relativen Feuchtigkeit von 25% aufweisen. Zum Beispiel kann der Varistor in einigen Ausführungsformen eine Kapazität von mehr als etwa 75 pF unter den obigen Bedingungen, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 100 pF, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 200 pF, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 300 pF, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 400 pF und in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 500 pF aufweisen. Als weitere Beispiele kann der Varistor eine Kapazität von mehr als etwa 1000 pF unter den obigen Bedingungen, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 1500 pF, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 2000 pF, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 2500 pF, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 3000 pF und in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 3500 pF aufweisen. Zum Beispiel kann der Varistor in einigen Ausführungsformen eine Kapazität im Bereich von etwa 50 pF bis etwa 3500 pF, in einigen Ausführungsformen etwa 75 pF bis etwa 3250 pF und in einigen Ausführungsformen etwa 90 pF bis etwa 3000 pF aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann der Varistor einen geringen Leckstrom aufweisen. Zum Beispiel kann der Leckstrom bei einer Betriebsspannung von etwa 30 Volt weniger als etwa 10 Mikroampere (µA) betragen. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen der Leckstrom bei einer Betriebsspannung von etwa 30 Volt im Bereich von 0,01 µA bis etwa 5 µA, in einigen Ausführungsformen im Bereich von 0,005 µA bis etwa 1 µA, in einigen Ausführungsformen im Bereich von 0,05 µA bis etwa 0,15 µA, zum Beispiel bei 0,1 µA, liegen.
In einigen Ausführungsformen kann der Varistor eine transiente Energiefähigkeit pro aktive Volumeneinheit von wenigstens etwa 0,05 J/mm³, wenn mit einer Stromwelle von 10 x 1000 µs getestet wird, in einigen Ausführungsformen wenigstens etwa 0,1 J/mm³, in einigen Ausführungsformen wenigstens etwa 0,2 J/mm³ und in einigen Ausführungsformen wenigstens etwa 1,0 J/mm³ aufweisen. Die transiente Energiefähigkeit pro aktiver Volumeneinheit des Varistors kann dadurch bestimmt werden, dass man die transiente Energiefähigkeit des Varistors durch das aktive Volumen des Varistors dividiert. Das aktive Volumen des Varistors kann definiert werden als Flächeninhalt der aktiven Elektroden, multipliziert mit der Anzahl der aktiven Elektroden und multipliziert mit der Dicke der dielektrischen Schichten zwischen den aktiven Elektroden.
Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann der Varistor ein Ansprechverhalten mit nichtlinearem Widerstand aufweisen, das Spannungsspitzen abfangen und/oder verhindern kann, dass hohe Ströme benachbarte oder angeschlossene elektrische Komponenten beschädigen. Zum Beispiel kann der Varistor so konfiguriert sein, dass er bei über den Varistor angelegten Spannungen, die unterhalb einer Durchschlagspannung des Varistors liegen, einen relativ geringen Stromfluss liefert. Wenn die angelegte Spannung über die Durchschlagspannung hinaus zunimmt, kann der Varistor einen größeren relativen Stromfluss durch den Varistor erleichtern, was Spannungsspitzen über den Varistor verhindern oder reduzieren kann, wodurch Spannungsspitzen an benachbarten oder angeschlossenen Komponenten verhindert oder reduziert werden.
Zum Beispiel kann der Varistor einen Widerstand gemäß einer ersten Widerstandskurve aufweisen, die über einen ersten Spannungsbereich nichtlinear verläuft, wobei der erste Spannungsbereich kleiner ist als die Durchschlagspannung des Varistors, und einen Widerstand gemäß einer zweiten Widerstandskurve aufweisen, die über einen zweiten Spannungsbereich, der größer als der Durchschlagspannungsbereich ist, ungefähr linear verläuft.
Der Varistor kann ein nichtlineares Ansprechverhalten aufweisen. Die Spannung pro Längeneinheit über den Varistor kann in Bezug auf die Stromstärke pro Flächeneinheit über den Varistor variieren. Über einen Vordurchschlag-Spannungsbereich kann der Varistor im Allgemeinen eine erste Ansprechkurve aufweisen und kann über einen nichtlinearen Spannungsbereich, der kleiner als der Durchschlagspannungsbereich ist, eine zweite Ansprechkurve aufweisen; der Varistor kann im Allgemeinen Spannungen ungefähr gemäß der folgenden Beziehung aufweisen: $I = {(\frac{V}{C})}^{α}$
wobei V für die Spannung steht, I für die Stromstärke steht, C eine Konstante ist und α im nichtlinearen Bereich wie folgt definiert ist: $α = \frac{d ln I}{d ln V}$
Im Vordurchschlag-Spannungsbereich nimmt über den Varistor die Spannung pro Längeneinheit in Bezug auf die Stromstärke pro Flächeneinheit im Allgemeinen schneller zu als im nichtlinearen Bereich. Über einen Aufschwungspannungsbereich, der größer als der Durchschlagspannungsbereich ist, kann der Varistor im Allgemeinen eine dritte Ansprechkurve aufweisen, in der die Spannung pro Längeneinheit in Bezug auf die Stromstärke pro Flächeneinheit über den Varistor im Allgemeinen schneller zunimmt als im nichtlinearen Bereich.
In einigen Ausführungsformen kann ein Varistor gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung in der Lage sein, wiederholte elektrostatische Entladungsschläge ohne wesentliche Verschlechterung der Leistungsfähigkeit auszuhalten. Zum Beispiel kann eine Durchschlagspannung des Varistors nach 5000 oder mehr elektrostatischen Entladungsschlägen von etwa 8000 Volt größer als etwa das 0,9-fache der anfänglichen Durchschlagspannung des Varistor-Arrays, in einigen Ausführungen größer als etwa das 0,95-fache der anfänglichen Durchschlagspannung und in einigen Ausführungen größer als etwa das 0,98-fache der anfänglichen Durchschlagspannung sein.
Die dielektrischen Schichten können zusammengepresst und gesintert werden, um eine einheitliche Struktur zu bilden. Die dielektrischen Schichten können jedes geeignete dielektrische Material umfassen, wie zum Beispiel Bariumtitanat, Zinkoxid oder jedes andere geeignete dielektrische Material. In dem dielektrischen Material können verschiedene Additive enthalten sein, zum Beispiel solche, die den spannungsabhängigen Widerstand des dielektrischen Materials erzeugen oder verstärken. Zum Beispiel können die Additive in einigen Ausführungsformen Oxide von Cobalt, Bismut, Mangan, Praseodym oder Kombinationen davon umfassen. In einigen Ausführungsformen können die Additive Oxide von Gallium, Aluminium, Antimon, Chrom, Titan, Blei, Barium, Nickel, Vanadium, Zinn oder Kombinationen davon umfassen. Das dielektrische Material kann mit dem oder den Additiven in Mengen im Bereich von etwa 0,5 Molprozent bis etwa 3 Molprozent und in einigen Ausführungsformen etwa 1 Molprozent bis etwa 2 Molprozent dotiert sein. Die mittlere Korngröße des dielektrischen Materials kann zu den nichtlinearen Eigenschaften des dielektrischen Materials beitragen. In einigen Ausführungsformen kann die mittlere Korngröße im Bereich von etwa 1 µm bis 100 µm, in einigen Ausführungsformen von etwa 2 µm bis 80 µm, liegen.
Der Varistor der vorliegenden Offenbarung kann ausgezeichnete Festigkeit und Haltbarkeit aufweisen, wenn er einer mechanischen Belastung unterworfen wird. Zum Beispiel kann der Varistor wenigstens etwa 60 Sekunden lang einer Durchbiegung von mehr als etwa 3 mm widerstehen, wenn er einem Plattenbiegetest gemäß AEC-Q200-005 ohne mechanisches Versagen unterzogen wird, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 5 mm Durchbiegung, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 7 mm Durchbiegung, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 9 mm Durchbiegung und in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 10 mm Durchbiegung.
Verschiedene Leistungsmerkmale des Varistors können durch solche mechanischen Belastungen minimal beeinflusst sein. Zum Beispiel kann der Varistor eine Veränderung des Leckstroms von weniger als etwa 5% aufweisen, nachdem er wenigstens etwa 60 Sekunden lang einem Plattenbiegetest gemäß AEC-Q200-005 mit einer Durchbiegung von etwa 3 mm unterzogen wurde, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 5 mm Durchbiegung, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 7 mm Durchbiegung, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 9 mm Durchbiegung und in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 10 mm Durchbiegung. In einigen Ausführungsformen kann der Varistor eine Veränderung des Leckstroms von weniger als etwa 4%, weniger als etwa 3% oder weniger als etwa 2% aufweisen, nachdem er wenigstens etwa 60 Sekunden lang einem Plattenbiegetest gemäß AEC-Q200-005 mit einer Durchbiegung von etwa 3 mm unterzogen wurde, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 5 mm Durchbiegung, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 7 mm Durchbiegung, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 9 mm Durchbiegung und in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 10 mm Durchbiegung.
Als ein weiteres Beispiel kann der Varistor eine Veränderung der Kapazität von weniger als etwa 5% aufweisen, nachdem er wenigstens etwa 60 Sekunden lang einem Plattenbiegetest gemäß AEC-Q200-005 mit einer Durchbiegung von etwa 3 mm unterzogen wurde, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 5 mm Durchbiegung, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 7 mm Durchbiegung, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 9 mm Durchbiegung und in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 10 mm Durchbiegung. In einigen Ausführungsformen kann der Varistor eine Veränderung der Kapazität von weniger als etwa 4%, weniger als etwa 3% oder weniger als etwa 2% aufweisen, nachdem er wenigstens etwa 60 Sekunden lang einem Plattenbiegetest gemäß AEC-Q200-005 mit einer Durchbiegung von etwa 3 mm unterzogen wurde, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 5 mm Durchbiegung, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 7 mm Durchbiegung, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 9 mm Durchbiegung und in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 10 mm Durchbiegung.
Als ein weiteres Beispiel kann der Varistor eine Veränderung der Durchschlagspannung von weniger als etwa 5% aufweisen, nachdem er wenigstens etwa 60 Sekunden lang einem Plattenbiegetest gemäß AEC-Q200-005 mit einer Durchbiegung von etwa 3 mm unterzogen wurde, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 5 mm Durchbiegung, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 7 mm Durchbiegung, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 9 mm Durchbiegung und in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 10 mm Durchbiegung. In einigen Ausführungsformen kann der Varistor eine Veränderung der Kapazität von weniger als etwa 4%, weniger als etwa 3%, weniger als etwa 2%, weniger als etwa 1%, weniger als etwa 0,50% oder weniger als etwa 0,20% aufweisen, nachdem er wenigstens etwa 60 Sekunden lang einem Plattenbiegetest gemäß AEC-Q200-005 mit einer Durchbiegung von etwa 3 mm unterzogen wurde, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 5 mm Durchbiegung, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 7 mm Durchbiegung, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 9 mm Durchbiegung und in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 10 mm Durchbiegung.
Der Varistor der vorliegenden Offenbarung kann ausgezeichnete Haltbarkeit aufweisen, wenn er einer thermischen Belastung unterworfen wird. Zum Beispiel kann der Varistor mehr als etwa 1000 Temperaturzyklen widerstehen, wenn er einem Temperaturwechselbeanspruchungstest gemäß JESD22 Methode JA-104 ohne elektrisches oder optisches Versagen unterzogen wurde, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 2000 Temperaturzyklen und in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 3000 Temperaturzyklen.
Verschiedene Leistungsmerkmale des Varistors können durch solche thermischen Belastungen minimal beeinflusst sein. Zum Beispiel kann der Varistor eine Veränderung der Durchschlagspannung von weniger als etwa 5% aufweisen, nachdem er einem Temperaturwechselbeanspruchungstest gemäß JESD22 Methode JA-104 über wenigstens etwa 1000 Zyklen unterzogen wurde, in einigen Ausführungsformen wenigstens etwa 2000 Zyklen und in einigen Ausführungsformen wenigstens etwa 3000 Zyklen. In einigen Ausführungsformen kann der Varistor eine Veränderung der Durchschlagspannung von weniger als etwa 2% aufweisen, nachdem er einem Temperaturwechselbeanspruchungstest gemäß JESD22 Methode JA-104 über wenigstens etwa 1000 Zyklen unterzogen wurde, in einigen Ausführungsformen wenigstens etwa 2000 Zyklen und in einigen Ausführungsformen wenigstens etwa 3000 Zyklen. In noch anderen Ausführungsformen kann der Varistor eine Veränderung der Durchschlagspannung von weniger als etwa 1%, weniger als etwa 0,90%, weniger als etwa 0,70%, weniger als etwa 0,50% oder weniger als etwa 0,30% aufweisen, nachdem er einem Temperaturwechselbeanspruchungstest gemäß JESD22 Methode JA-104 über wenigstens etwa 1000 Zyklen unterzogen wurde, in einigen Ausführungsformen wenigstens etwa 2000 Zyklen und in einigen Ausführungsformen wenigstens etwa 3000 Zyklen.
Es wird jetzt ausführlich Bezug auf die exemplarischen Ausführungsformen des mehrschichtigen Varistors genommen. Wenn wir uns jetzt auf die Zeichnungen beziehen, so zeigt 1 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines mehrschichtigen Varistors 100 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Der Varistor 100 kann einen monolithischen Korpus 102 umfassen, der ein erstes Ende 104 und ein zweites Ende 106, das in einer Längsrichtung 108 von dem ersten Ende 104 beabstandet ist, aufweist. Der monolithische Korpus 102 kann eine erste Vielzahl von Elektroden 110 umfassen, die sich vom ersten Ende 104 aus bis zum zweiten Ende 106 des monolithischen Korpus 102 erstrecken. Eine zweite Vielzahl von Elektroden 112 kann sich vom zweiten Ende 106 aus bis zum ersten Ende 104 des monolithischen Korpus 102 erstrecken. Die zweite Vielzahl von Elektroden 112 kann kammförmig mit der ersten Vielzahl von Elektroden 110 verschränkt sein. Der monolithische Korpus 102 kann eine Korpuslänge 118 in der Längsrichtung 108 zwischen dem ersten Ende 104 und dem zweiten Ende 106 aufweisen.
Der Varistor 100 kann einen ersten externen Anschluss 140 umfassen, der entlang des ersten Endes 104 angeordnet und mit der ersten Vielzahl von Elektroden 110 verbunden ist. Der Varistor 100 kann einen zweiten externen Anschluss 142 umfassen, der entlang des zweiten Endes 106 angeordnet und mit der zweiten Vielzahl von Elektroden 112 verbunden ist. Der erste externe Anschluss 140 kann eine erste anschmiegsame Schicht 144 umfassen. Die erste anschmiegsame Schicht 144 kann über der ersten Basisschicht 146 ausgebildet sein. Die erste Basisschicht 146 des ersten externen Anschlusses 140 kann mit der ersten Vielzahl von Elektroden 110 elektrisch verbunden sein.
Der Varistor 100 kann einen zweiten externen Anschluss 142 umfassen, der entlang des zweiten Endes 106 angeordnet und mit der zweiten Vielzahl von Elektroden 112 verbunden ist. Der zweite externe Anschluss 142 kann eine zweite anschmiegsame Schicht 145 umfassen. Die zweite anschmiegsame Schicht 145 kann über einer zweiten Basisschicht 147 ausgebildet sein. Die zweite Basisschicht 147 des zweiten externen Anschlusses 142 kann mit der zweiten Vielzahl von Elektroden 112 elektrisch verbunden sein.
Die anschmiegsamen Schichten 144, 145 können eine leitfähige polymere Zusammensetzung umfassen, die ein Polymer und leitfähige Teilchen umfassen kann, wie es zum Beispiel oben beschrieben ist. In einigen Ausführungsformen kann das Polymer ein Epoxidharz sein oder umfassen. Die leitfähigen Teilchen können ein Metall, wie Silber, Gold, Kupfer usw., sein oder umfassen.
In einigen Ausführungsformen können die Basisschichten 146, 147 dadurch gebildet werden, dass man den monolithischen Korpus 102 unter Bildung von Dickfilmschichten eintaucht. In anderen Ausführungsformen können die Basisschichten 146, 147 metallisiert sein (z.B. durch Galvanisierung oder stromlose Abscheidung).
Über den anschmiegsamen Schichten 146, 147 können eine oder mehrere Metallisierungsschichten 148 ausgebildet sein. Zum Beispiel können die Metallisierungsschichten 148 des ersten externen Anschlusses 140 eine erste Metallisierungsschicht, die über der anschmiegsamen Schichten 146, 147 ausgebildet ist, und eine zweite Metallisierungsschicht, die über der ersten Metallisierungsschicht ausgebildet ist, umfassen. Die erste Metallisierungsschicht und die zweite Metallisierungsschicht (falls vorhanden) können aus einer Vielzahl geeigneter Metalle bestehen. Zum Beispiel kann die erste Metallisierungsschicht Nickel umfassen. Die zweite Metallisierungsschicht kann Zinn umfassen.
2 zeigt eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines mehrschichtigen Varistors 200 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Der mehrschichtige Varistor 200 kann im Allgemeinen als mehrschichtiger Varistor 100 von 1 konfiguriert sein. Die Bezugszeichen von 2 können im Allgemeinen denen von 1 entsprechen. Der mehrschichtige Varistor 200 kann zusätzlich eine erste Vielzahl von Ankerlaschen 254 am ersten Ende 204 des monolithischen Korpus 202 und/oder eine zweite Vielzahl von Ankerlaschen 256 am zweiten Ende 206 des monolithischen Korpus 202 umfassen.
Die Ankerlaschen 254, 256 können als Keimstellen für die Abscheidung (z.B. stromlose Abscheidung) für die Basisschichten 246, 247 wirken. Zum Beispiel können die Ankerlaschen 254, 256 die Bildung von sicherer und zuverlässiger externer Abscheidung erleichtern. Die Ankerlaschen, die typischerweise für keine internen elektrischen Verbindungen sorgen, können für eine verstärkte Konnektivität der externen Anschlüsse, eine bessere mechanische Integrität und Abscheidung von Metallisierungsmaterialien bereitgestellt werden.
3 zeigt eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines mehrschichtigen Varistors 300 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Die Bezugszeichen von 3 können im Allgemeinen denen von 1 entsprechen. Der mehrschichtige Varistor 300 kann zusätzlich eine oder mehrere aktive Elektroden 358 umfassen. Zum Beispiel kann eine erste Vielzahl von Elektroden 310 im Wesentlichen in einer Z-Richtung 360 mit jeweiligen Elektroden 312 der zweiten Vielzahl von Elektroden 312 ausgerichtet sein. Die aktiven Elektroden 358 können kammförmig mit jeweiligen ausgerichteten Paaren von Elektroden 310, 312 verschränkt sein. Man sollte sich jedoch darüber im Klaren sein, dass in einigen Ausführungsformen der Varistor frei von aktiven Elektroden sein kann.
4 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens 400 zur Bildung eines Varistors. Das Verfahren kann bei (402) die Bildung einer ersten Vielzahl von Elektroden jeweils auf einer ersten Vielzahl von dielektrischen Schichten und die Bildung einer zweiten Vielzahl von Elektroden auf einer zweiten Vielzahl von dielektrischen Schichten umfassen. Das Verfahren 400 kann bei (404) das Stapeln der ersten Vielzahl von dielektrischen Schichten und der zweiten Vielzahl von dielektrischen Schichten in einer Z-Richtung, die senkrecht zu einer Längsrichtung verläuft, unter Bildung eines monolithischen Korpus umfassen, so dass sich die erste Vielzahl von Elektroden von einem ersten Ende des monolithischen Korpus aus erstrecken und so dass sich die zweite Vielzahl von Elektroden von einem zweiten Ende des monolithischen Korpus aus erstrecken. Das Verfahren 400 kann bei (406) die Bildung wenigstens eines externen Anschlusses, der einen leitfähigen Polymerverbundstoff umfasst, umfassen, wie er zum Beispiel hier beschrieben ist.
Anwendungen
Der hier offenbarte Varistor kann Anwendungen in einer Vielzahl von Vorrichtungen finden. Zum Beispiel kann der Varistor in Hochfrequenzantennen-/ -verstärkerschaltungen verwendet werden. Der Varistor kann auch in verschiedenen Technologien einschließlich Lasertreibern, Sensoren, Radar, Radiofrequenz-ID-Chips, Nahfeldkommunikation, Datenleitungen, Bluetooth, Optik, Ethernet und in jeder geeigneten Schaltung Anwendung finden.
Der hier offenbarte Varistor kann auch besondere Anwendung in der Kraftfahrzeugindustrie finden. Zum Beispiel kann der Varistor in einem der oben beschriebenen Schaltungen in Kraftfahrzeuganwendungen verwendet werden. Für solche Anwendungen können passive elektrische Komponenten erforderlich sein, um die strengen Haltbarkeits- und/oder Leistungsanforderungen zu erfüllen. Zum Beispiel regulieren die AEC-Q200-Normen bestimmte Kraftfahrzeuganwendungen. Ein Varistor gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann in der Lage sein, einen oder mehrere AEC-Q200-Tests einschließlich zum Beispiel einen AEC-Q200-002-Pulstest zu bestehen. Varistoren mit ultraniedriger Kapazität können in Datenverarbeitungs- und - übertragungstechniken besondere Anwendung finden. Zum Beispiel betreffen Aspekte der vorliegenden Offenbarung Varistoren, die eine Kapazität von weniger als etwa 1 pF aufweisen. Solche Varistoren können zum Beispiel in Hochfrequenzdatenübertragungsschaltungen eine minimale Signalverzerrung beitragen.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele besser verständlich.
Testverfahren
In den folgenden Abschnitten sind exemplarische Verfahren zum Testen von Varistoren zur Bestimmung verschiedener Varistor-Kenngrößen angegeben.
Transiente Energiefähigkeit
Die transiente Energiefähigkeit eines Varistors kann mit Hilfe eines Wellenformgenerators und/oder Pulsgenerators, wie Frothingham FEC CV300B, gemessen werden. Der Varistor kann einer Stromwelle von 10 × 1000 µs ausgesetzt werden. Der Spitzenstromstärkewert kann empirisch so ausgewählt werden, dass die maximale Energie, die der Varistor ableiten kann, ohne auszufallen (z.B. durch Überhitzen), bestimmt werden kann. Eine exemplarische Stromwelle ist in 5 gezeigt. Die Stromstärke (vertikale Achse 502) ist gegen die Zeit (horizontale Achse 504) aufgetragen. Die Stromstärke steigt bis zum Spitzenstromwert 506 an und fällt dann wieder ab. Der „Anstiegs" zeitraum (veranschaulicht durch die vertikale gestrichelte Linie 506) geht von der Einleitung des Strompulses (bei t = 0) bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Stromstärke 90% des Spitzenstromwerts 506 (veranschaulicht durch die horizontale gestrichelte Linie 508) erreicht. Die „Abfallzeit“ (veranschaulicht durch die vertikale gestrichelte Linie 510) geht von der Einleitung des Strompulses (bei t = 0) bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Stromstärke auf 50% des Spitzenstromwerts 506 (veranschaulicht durch die horizontale gestrichelte Linie 512) zurückkehrt. Bei einem Puls von 10 x 1000 µs beträgt die „Anstiegszeit“ 10 µs, und die Abfallzeit beträgt 1000 µs.
Während eines Pulses durch den Varistor kann die Spannung über den Varistor gemessen werden. 6 zeigt eine exemplarische Auftragung der Spannung über den Varistor (vertikale Achse 606) gegen die Stromstärke durch den Varistor (horizontale Achse 606).
Die transiente Energiehandhabungsfähigkeit des Varistors 10 kann dadurch bestimmt werden, dass man die Menge an Energie, die durch den Varistor 10 geflossen ist, berechnet. Insbesondere kann die Bewertung der transienten Energie dadurch berechnet werden, dass man während des Pulses das Produkt der gemessenen Stromstärke und der gemessenen Spannung über die Zeit integriert: $E = \int I V d t$
wobei E die Gesamtenergie ist, die von dem Varistor abgeleitet wird, I die momentane Stromstärke durch den Varistor ist, V die momentane Spannung über den Varistor ist und t für die Zeit steht.
Alternativ dazu kann ein quadratischer Strompuls einer festen Dauer von 2 ms auf den Varistor angewendet werden, wobei man einen Wellenformgenerator und/oder Pulsgenerator, wie Frothingham FEC CV300B, verwendet. Die Stromstärke durch den Varistor und die Spannung über den Varistor können so nachgewiesen werden, wie es oben beschrieben ist. Die von dem Varistor aufgenommene Gesamtenergie (Joule) kann auf der Basis der gemessenen Stromstärke und Spannung bestimmt werden, wie es oben beschrieben ist. Die Stromstärkeamplitude des angewendeten quadratischen Strompulses kann auf der Basis des effektiven Volumens des Varistors bestimmt werden. Das aktive Volumen des Varistors kann definiert werden als Flächeninhalt der aktiven Elektroden, multipliziert mit der Anzahl der aktiven Elektroden und multipliziert mit der Dicke der dielektrischen Schichten zwischen den aktiven Elektroden.
Mit einem der beiden obigen Verfahren zur Bestimmung der transienten Energiefähigkeit des Varistors kann die transiente Energiefähigkeit pro aktive Volumeneinheit des Varistors dadurch bestimmt werden, dass man die transiente Energiefähigkeit des Varistors durch das aktive Volumen des Varistors dividiert. Der Varistor kann eine transiente Energiefähigkeit pro aktive Volumeneinheit von wenigstens etwa 0,05 J/mm³, wenn mit einer Stromwelle von 10 x 1000 µs getestet wird, in einigen Ausführungsformen wenigstens etwa 0,1 J/mm³, in einigen Ausführungsformen wenigstens etwa 0,2 J/mm³ und in einigen Ausführungsformen wenigstens etwa 1,0 J/mm³ aufweisen.
Außerdem kann zur Bestimmung der elektrostatischen Entladungsfähigkeiten des Varistors eine Reihe von wiederholten elektrostatischen Entladungsschlägen verabreicht werden. Zum Beispiel können 5000 oder mehr elektrostatische Entladungsschläge von 8000 Volt auf den Varistor angewendet werden. Die Durchschlagspannung des Varistors kann während dieser Reihe von Schlägen in regelmäßigen Abständen gemessen werden (so, wie es im Folgenden beschrieben ist). Die Durchschlagspannung des Varistors nach den elektrostatischen Entladungsschlägen kann gemessen und mit einer Anfangsdurchschlagspannung vor den Schlägen verglichen werden.
Durchschlagspannung
Die Durchschlagspannung des Varistors kann unter Verwendung einer Source Measure Unit (SMU) der Keithley-2400-Reihe, zum Beispiel einer Keithley 2410-C SMU, gemessen werden. Definitionsgemäß ist die Durchschlagspannung die Spannung des Varistors bei geringer Stromstärke. Typischerweise wird die Durchschlagspannung bei einer Stromstärke von 1 Milliampere (mA) gemessen.
Klemmspannung
Die Klemmspannung ist die Übergangsspannung oder der Beginn der Leitung des Varistors. Der Varistor kann einer Stromwelle von 8/20 µs ausgesetzt sein, zum Beispiel gemäß ANSI Standard C62.1. Typischerweise wird die Klemmspannung bei einer Stromstärke von 1 Ampere (A), 5 A oder 10 A gemessen.
Spitzenstromstärke
Die Spitzenstromstärke ist die maximale Stromstärke, die der Varistor aushalten kann, und wird mit einem Strompuls von 8/20 µs gemessen. Ein exemplarischer Strompuls ist in 5 gezeigt. Die Stromstärke (vertikale Achse 502) ist gegen die Zeit (horizontale Achse 504) aufgetragen. Die Stromstärke kann bis zum Spitzenstromwert 506 ansteigen und dann wieder abfallen. Der „Anstiegs" zeitraum (veranschaulicht durch die vertikale gestrichelte Linie 506) kann von der Einleitung des Strompulses (bei t = 0) bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Stromstärke 90% des Spitzenstromwerts 506 (veranschaulicht durch die horizontale gestrichelte Linie 508) erreicht, gehen. Die „Anstiegszeit“ kann 8 µs betragen. Der „Anstiegs" zeitraum (veranschaulicht durch die vertikale gestrichelte Linie 510) kann von der Einleitung des Strompulses (bei t = 0) bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Stromstärke 50% des Spitzenstromwerts 506 (veranschaulicht durch die horizontale gestrichelte Linie 512) erreicht, gehen. Die „Abfallzeit“ kann 20 µs betragen. Die Klemmspannung wird während der Stromwelle als maximale Spannung über den Varistor gemessen.
In 6 ist die Stromstärke pro Flächeneinheit durch den Varistor (horizontale Achse 606) gegen die Spannung pro Längeneinheit über den Varistor (vertikale Achse 604) aufgetragen. Über einen Vordurchschlag-Spannungsbereich 612 kann der Varistor im Allgemeinen eine erste Ansprechkurve aufweisen und kann über einen nichtlinearen Spannungsbereich 614, der kleiner als der Durchschlagspannungsbereich 606 ist, eine zweite Ansprechkurve aufweisen; ein idealer Varistor kann im Allgemeinen Spannungen ungefähr gemäß der folgenden Beziehung aufweisen: $I = {(\frac{V}{C})}^{α}$
wobei V für die Spannung steht, I für die Stromstärke steht, C eine Konstante ist und α im nichtlinearen Bereich 614 wie folgt definiert ist: $α = \frac{d ln I}{d ln V}$
Im Vordurchschlag-Spannungsbereich 612 nimmt über den Varistor die Spannung pro Längeneinheit in Bezug auf die Stromstärke pro Flächeneinheit im Allgemeinen schneller zu als im nichtlinearen Bereich 614. Über einen Aufschwungsspannungsbereich 616, der größer ist als die Durchschlagspannung 606, kann der Varistor im Allgemeinen eine dritte Ansprechkurve aufweisen, in der die Spannung pro Längeneinheit in Bezug auf die Stromstärke pro Flächeneinheit durch den Varistor im Allgemeinen schneller zunimmt als im nichtlinearen Bereich 614.
Kapazität
Die Kapazität der Varistoren kann mit Hilfe eines Keithley 3330 Precision LCZ-Messgeräts mit einer Vorspannung von 2,1 Volt (sinusförmiges Signal mit einem quadratischen Mittelwert von 0,5 Volt) gemessen werden. Die Betriebsfrequenz beträgt 1000 Hz. Die Temperatur ist Raumtemperatur (~23°C), und die relative Feuchtigkeit beträgt 25%.
Plattenbiegetest
Ein Plattenbiegetest gemäß AEC-Q200-005 kann durchgeführt werden, um die Biegefestigkeit von Varistoren gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zu bestimmen. 7 zeigt eine Testanordnung 700 zur Durchführung des Plattenbiegetests gemäß AEC-Q200-005. Ein Varistor 702 kann an einem Element 704 befestigt werden, das zwischen einem ersten Träger 706 und einem zweiten Träger 708 gestützt wird. Der Varistor 702 kann an einem ersten Anschluss 710 und einem zweiten Anschluss 712 des Varistors 702 an dem Element 704 angelötet oder in sonstiger Weise befestigt werden. Ein Instrument 714 kann nach unten gegen das Element 704 gedrückt werden, um zu bewirken, dass sich das Element 704 nach unten biegt, wie durch die Pfeile 716 gezeigt wird. Das Instrument 714 kann mit einer konstanten Geschwindigkeit (z.B. 1 mm/s) nach unten bewegt werden, bis eine maximale Verbiegung des Elements 704 in der Mitte des Elements 704 erreicht ist. Die maximale Verbiegung kann im Bereich von 2 mm bis 12 mm liegen. Die Träger 706, 708 können durch einen Abstand 718 voneinander beabstandet sein. Dieser Abstand 718 kann 90 mm betragen.
Temperaturwechselbeanspruchungstest
Ein Temperaturwechselbeanspruchungstest gemäß JESD22 Methode JA-104 kann durchgeführt werden, um die Beständigkeit von Varistoren gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung gegenüber Hoch- und Tieftemperaturextremen zu bestimmen. Ein Varistor kann an eine Leiterplatte (PCB) gelötet werden, und der Varistor und die PCB können sich in einer Temperaturtestkammer befinden. In jedem Zyklus kann die Temperatur innerhalb der Temperaturtestkammer von einem Tieftemperaturextrem von -55°C bis zu einem Hochtemperaturextrem von 125°C variiert werden, wobei die Temperatur am Tieftemperaturextrem 15 Minuten lang gehalten wird, die Temperatur am Hochtemperaturextrem 15 Minuten lang gehalten wird und die Übergangszeit von einem Temperaturextrem zum anderen weniger als 1 Minute beträgt. Der Zyklus kann über wenigstens 1000 Zyklen, wenigstens 2000 Zyklen, wenigstens 3000 Zyklen usw. wiederholt werden. Verschiedene Parameter des Varistors, wie Kapazität, Klemmspannung, Durchschlagspannung und Leckstrom, können während des Temperaturwechselbeanspruchungstests regelmäßig gemessen werden, zum Beispiel nach 250 Zyklen, 500 Zyklen, 1000 Zyklen, 2000 Zyklen, 3000 Zyklen usw.
Beispiele
Wie in der Technik bekannt ist, kann die Gehäusegröße von elektronischen Bauteilen als vierstelliger Code (z.B. XXYY) ausgedrückt werden, in dem die ersten beiden Ziffern (XX) die Länge des Bauteils in Millimeter (oder in Tausendstel Zoll) bedeuten und die letzten beiden Ziffern (YY) die Breite des Bauteils in Millimeter (oder in Tausendstel Zoll) bedeuten. Häufige metrische Gehäusegrößen können zum Beispiel 2012, 1608 und 0603 sein.
Eine Gruppe von 5 Varistoren der Gehäusegröße 0603, eine Gruppe von 5 Varistoren der Gehäusegröße 0805, eine Gruppe von 5 Varistoren der Gehäusegröße 1206 und eine Gruppe von 15 Varistoren der Gehäusegröße 1210 wurden gefertigt und Plattenbiegetests gemäß AEC-Q200-005 unterzogen, wie oben in Bezug auf den Plattenbiegetest und 7 beschrieben ist. Der Abstand 518 betrug 90 mm, und das Instrument 514 wurde mit einer konstanten Geschwindigkeit von 1 mm/s nach unten bewegt, bis eine maximale Verbiegung von 12 mm erreicht war.

In den folgenden Tabellen 1-4 sind getestete Kapazitätswerte für jeden der Varistoren vor und nach dem Biegen aufgeführt. Die „Kap.-Abw. (%)“ zeigt, dass die prozentuale Abweichung zwischen den Kapazitätswerten, die vor bzw. nach dem Plattenbiegetest nachgewiesen wurden, für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 0603 um weniger als 1,5%, für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 0805 um weniger als 2,5%, für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 1206 um weniger als 1,1% und für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 1210 um weniger als 4% variierten. Ebenso zeigen die Tabellen die Durchschlagspannungen V_B, die vor bzw. nach dem Plattenbiegetest nachgewiesen wurden, und die prozentuale Abweichung dazwischen. Wie im Folgenden gezeigt ist, variierten die Durchschlagspannungen vor und nach dem Plattenbiegetest für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 0603 um weniger als 0,15%, für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 0805 um weniger als 0,35%, für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 1206 um weniger als 1% und für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 1210 um weniger als 0,70%. Schließlich ist der Leckstrom bei der Nennspannung (I_L) für jeden Varistor vor und nach des Plattenbiegetests aufgeführt. Wie im Folgenden gezeigt ist, wichen die Leckstromwerte für jeden Varistor vor und nach dem Plattenbiegetest für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 0603 um weniger als 4,5%, für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 0805 um weniger als 2%, für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 1206 um weniger als 4,5% und für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 1210 um weniger als 4,5% ab. Tabelle 1: Kapazität, Durchschlagspannung und Leckstrom für Varistoren der Gehäusegröße 0603 vor und nach 10-mm-Plattenbiegetest

	Vor dem Biegen			Nach dem Biegen			Abweichung
	Kap. (pF)	V_B (Volt)	I_L (µA)	Kap. (pF)	V_B (Volt)	I_L (µA)	Kap. Abw. (%)	V_B Abw (%)	IL Abw. (%)
1	101	41,76	0,177	99	41,79	0,172	-1,39	0,07	-2,83
2	106	40,94	0,225	104	40,99	0,229	-1,14	0,12	1,74
3	103	41,32	0,214	102	41,36	0,213	-1,26	0,10	-0,48
4	101	40,97	0,140	100	41,02	0,134	-1,18	0,12	-4,34
5	103	41,99	0,146	101	42,03	0,143	-1,07	0,10	-1,81

Tabelle 2: Kapazität, Durchschlagspannung und Leckstrom für Varistoren der Gehäusegröße 0805 vor und nach 10-mm-Plattenbiegetest

	Vor dem Biegen			Nach dem Biegen			Abweichung
	Kap. (pF)	V_B (Volt)	I_L (µA)	Kap. (pF)	V_B (Volt)	I_L (µA)	Kap. Abw. (%)	V_B Abw (%)	I_L Abw. (%)
1	408	26,28	0,147	399	26,33	0,145	-2,21	0,19	-1,51
2	410	26,19	0,149	400	26,23	0,149	-2,44	0,15	0,22
3	413	25,83	0,162	403	25,91	0,161	-2,47	0,31	-0,63
4	412	26,28	0,155	402	26,33	0,153	-2,48	0,19	-1,18
5	410	26,03	0,156	400	26,09	0,155	-2,44	0,23	-0,90

Tabelle 3: Kapazität, Durchschlagspannung und Leckstrom für Varistoren der Gehäusegröße 1206 vor und nach 11-mm-Plattenbiegetest

	Vor dem Biegen			Nach dem Biegen			Abweichung
	Kap. (pF)	V_B (Volt)	I_L (µA)	Kap. (pF)	V_B (Volt)	I_L (µA)	Kap. Abw. (%)	V_B Abw (%)	I_L Abw. (%)
1	1066	18,78	0,273	1055	18,94	0,261	-1,03	0,85	-4,22
2	1072	18,80	0,364	1061	18,82	0,361	-1,03	0,11	-0,78
3	1097	18,28	0,360	1088	18,31	0,354	-0,82	0,16	-1,69
4	1077	19,07	0,271	1069	19,10	0,260	-0,74	0,16	-4,13
5	1145	17,73	0,478	1151	17,90	0,463	0,52	0,96	-3,12

Tabelle 4: Kapazität, Durchschlagspannung und Leckstrom für Varistoren der Gehäusegröße 1210 vor und nach 10-mm-Plattenbiegetest

	Vor dem Biegen			Nach dem Biegen			Abweichung
	Kap. (pF)	V_B (Volt)	I_L (µA)	Kap. (pF)	V_B (Volt)	I_L (µA)	Kap. Abw. (%)	V_B Abw (%)	I_L Abw. (%)
1	2756	25,08	0,782	2658	25,25	0,764	-3,56	0,68	-2,30
2	2826	25,92	0,731	2727	26,02	0,720	-3,50	0,39	-1,50
3	2814	26,34	0,685	2712	26,42	0,682	-3,62	0,30	-0,44
4	2778	25,78	0,705	2683	25,89	0,712	-3,42	0,43	0,99
5	2752	26,63	0,691	2657	26,81	0,692	-3,45	0,68	0,14
6	2780	26,3	0,74	2751	26,54	0,710	-1,04	0,04	-4,05
7	2831	25,48	0,813	2796	25,52	0,790	-1,24	0,16	-2,83
8	2646	26,73	0,654	2614	26,75	0,630	-1,21	0,07	-3,67
9	2833	26,12	0,756	2799	26,22	0,735	-1,20	0,38	-2,78
10	2719	26,73	0,693	2684	26,70	0,681	-1,29	-0,11	-1,73
11	2727	25,78	0,723	2714	25,82	0,701	-0,48	0,16	-3,04
12	2717	26,36	0,736	2702	26,43	0,715	-0,55	0,27	-2,85
13	2723	26,2	0,717	2698	26,24	0,724	-0,92	0,15	0,98
14	2830	25,99	0,735	2810	26,04	0,716	-0,71	0,19	-2,59
15	2956	24,99	0,883	2939	25,03	0,862	-0,58	0,16	-2,38

Die durch den Plattenbiegetest verursachten kleinen Änderungen der Leistungsmerkmale, wie sie in den obigen Tabellen gezeigt sind, zeigen an, dass die Varistoren durch die Biegetests nicht wesentlich beeinflusst wurden und eine erhebliche Verbiegung während der Verwendung aushalten können. Eine Gruppe von 20 Varistoren der Gehäusegröße 0603, eine Gruppe von 20 Varistoren der Gehäusegröße 0805, eine Gruppe von 20 Varistoren der Gehäusegröße 1206 und eine Gruppe von 20 Varistoren der Gehäusegröße 1210 wurden gefertigt und Temperaturwechselbeanspruchungstests gemäß JESD22 Methode JA-104 unterzogen, wie es oben in Bezug auf den Temperaturwechselbeanspruchungstest beschrieben ist. Das Tieftemperaturextrem betrug -55°C, und das Hochtemperaturextrem betrug 125°C. In jedem Zyklus wurde die Temperatur innerhalb der Temperaturtestkammer, in der sich der jeweils auf eine Leiterplatte gelötete Varistor befand, zwischen dem Tieftemperaturextrem und dem Hochtemperaturextrem gewechselt, wobei die Temperatur auf dem Tieftemperaturextrem und auf dem Hochtemperaturextrem jeweils 15 Minuten lang gehalten wurde und die Übergangszeit zwischen dem Tief- und dem Hochtemperaturextrem weniger als 1 Minute betrug.
Keiner der getesteten Varistoren zeigte während des Temperaturwechselbeanspruchungstests über bis zu 1000 Temperaturzyklen, bis zu 2000 Temperaturzyklen oder bis zu 3000 Temperaturzyklen ein elektrisches oder optisches/beobachtbares Versagen. Zum Vergleich wurden Kontrollgruppen von Varistoren, die nicht wenigstens einen externen Anschluss, wie er hier beschrieben ist, aufwiesen (z.B. nicht wenigstens einen externen Anschluss mit einer leitfähigen polymeren Zusammensetzung aufwiesen), gemäß dem hier beschriebenen Temperaturwechselbeanspruchungstest getestet, und die Kontrollgruppen zeigten Versagen während des Temperaturwechselbeanspruchungstests. Zum Beispiel zeigte eine Kontrollgruppe von Varistoren der Gehäusegröße 0603, von denen keiner wenigstens einen externen Anschluss aufwies, der so gebildet ist, wie es hier beschrieben ist, eine Fehlerrate von 5% bei 3000 Temperaturzyklen.Eine Kontrollgruppe von Varistoren der Gehäusegröße 0805, von denen keiner wenigstens einen externen Anschluss aufwies, der so gebildet ist, wie es hier beschrieben ist, zeigte eine Fehlerrate von 15% bei 3000 Temperaturzyklen.Eine Kontrollgruppe von Varistoren der Gehäusegröße 1206, von denen keiner wenigstens einen externen Anschluss aufwies, der so gebildet ist, wie es hier beschrieben ist, zeigte eine Fehlerrate von 5% bei 3000 Temperaturzyklen.Eine Kontrollgruppe von Varistoren der Gehäusegröße 1210, von denen keiner wenigstens einen externen Anschluss aufwies, der so gebildet ist, wie es hier beschrieben ist, zeigte eine Fehlerrate von 10% bei 3000 Temperaturzyklen.

In den folgenden Tabellen 5-8 sind Durchschlagspannungen V_B, die vor dem Temperaturwechselbeanspruchungstest (Anfangs-V_B), nach 1000 Zyklen, nach 2000 Zyklen, nach 3000 Zyklen, nachgewiesen wurden, und die prozentuale Abweichung zwischen der Anfangsdurchschlagspannung und den jeweiligen Messungen nach den Zyklen aufgeführt. Wie im Folgenden gezeigt ist, variierten die Durchschlagspannungen vor und nach 1000 Zyklen für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 0603 um weniger als 0,50%, für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 0805 um weniger als 0,70%, für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 1206 um weniger als 1,00% und für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 1210 um weniger als 0,50%. Die Durchschlagspannungen vor und nach 2000 Zyklen variierten für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 0603 um weniger als 0,50%, für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 0805 um weniger als 0,80%, für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 1206 um weniger als 2,60% und für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 1210 um weniger als 0,90%. Weiterhin variierten die Durchschlagspannungen vor und nach 3000 Zyklen für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 0603 um weniger als 0,90%, für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 0805 um weniger als 1,50%, für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 1206 um weniger als 0,40% und für jeden der Varistoren der Gehäusegröße 1210 um weniger als 0,50%. Tabelle 5: Durchschlagspannung für Varistoren der Gehäusegröße 0603 vor und nach 1000, 2000 bzw. 3000 Temperaturzyklen

	Anfangswert	Nach 1000 Zyklen		Nach 2000 Zyklen		Nach 3000 Zyklen
	V_B (Volt)	V_B (Volt)	Änderung von V_B (%)	V_B (Volt)	Änderung von V_B (%)	V_B (Volt)	Änderung von V_B (%)
1	41,9	41,8	-0,19	41,8	-0,25	41,6	-0,73
2	41,5	41,4	-0,09	41,4	-0,16	41,2	-0,65
3	41,3	41,2	-0,20	41,1	-0,28	40,9	-0,81
4	41,4	41,4	-0,05	41,4	-0,15	41,1	-0,68
5	41,8	41,7	-0,22	41,7	-0,21	41,5	-0,71
6	41,8	41,9	0,27	41,9	0,22	41,7	-0,36
7	41,2	41,2	-0,03	41,2	-0,11	40,9	-0,79
8	41,4	41,6	0,47	41,6	0,41	41,3	-0,30
9	41,0	40,9	-0,27	40,8	-0,33	40,7	-0,69
10	41,3	41,3	-0,11	41,2	-0,16	41,0	-0,69
11	42,1	42,3	0,40	42,3	0,34	42,0	-0,22
12	41,1	41,1	0,07	41,1	0,01	40,9	-0,51
13	41,7	41,7	-0,17	41,6	-0,25	41,5	-0,69
14	41,0	40,9	-0,12	40,9	-0,14	40,7	-0,75
15	40,4	40,3	-0,33	40,3	-0,37	40,1	-0,77
16	41,6	41,8	0,46	41,7	0,39	41,5	-0,16
17	40,9	41,0	0,33	41,0	0,23	40,7	-0,46
18	42,2	42,1	-0,24	42,1	-0,31	41,9	-0,70
19	41,5	41,5	-0,13	41,5	-0,17	41,2	-0,77
20	41,7	41,8	0,16	41,7	0,11	41,5	-0,38

Tabelle 6: Durchschlagspannung für Varistoren der Gehäusegröße 0805 vor und nach 1000, 2000 bzw. 3000 Temperaturzyklen

	Anfangswert	Nach 1000 Zyklen		Nach 2000 Zyklen		Nach 3000 Zyklen
	V_B (Volt)	V_B (Volt)	Änderung von V_B (%)	V_B (Volt)	Änderung von V_B (%)	V_B (Volt)	Änderung von V_B (%)
1	26,3	26,3	0,35	26,3	0,31	26,2	-0,21
2	27,6	27,6	-0,16	27,6	-0,25	27,4	-0,75
3	27,2	27,1	-0,03	27,1	-0,06	26,9	-1,01
4	27,2	27,0	-0,67	27,0	-0,72	26,9	-1,33
5	26,7	26,6	-0,61	26,5	-0,64	26,4	-1,33
6	26,5	26,4	-0,17	26,4	-0,21	26,2	-0,91
7	27,0	26,9	-0,35	26,9	-0,40	26,7	-1,06
8	26,4	26,4	-0,19	26,4	-0,24	26,2	-0,86
9	27,3	27,3	0,00	27,3	-0,01	27,0	-0,93
10	26,8	26,8	0,01	26,8	-0,07	26,6	-0,94
11	27,1	27,1	-0,16	27,1	-0,20	27,0	-0,27
12	26,4	26,4	0,02	26,4	-0,06	26,4	-0,15
13	27,1	26,9	-0,38	26,9	-0,42	27,0	-0,22
14	26,6	26,5	-0,22	26,5	-0,30	26,5	-0,24
15	26,2	26,1	-0,34	26,1	-0,38	26,2	-0,20
16	26,7	26,8	0,28	26,8	0,23	26,6	-0,19
17	26,5	26,6	0,27	26,6	0,23	26,5	-0,20
18	26,7	26,7	-0,05	26,6	-0,09	26,7	-0,07
19	27,0	27,0	-0,08	27,0	-0,18	27,0	-0,21
20	27,6	27,5	-0,37	27,4	-0,40	27,5	-0,20

Tabelle 7: Durchschlagspannung für Varistoren der Gehäusegröße 1206 vor und nach 1000, 2000 bzw. 3000 Temperaturzyklen

	Anfangswert	Nach 1000 Zyklen		Nach 2000 Zyklen		Nach 3000 Zyklen
	V_B (Volt)	V_B (Volt)	Änderung von V_B (%)	V_B (Volt)	Änderung von V_B (%)	V_B (Volt)	Änderung von V_B (%)
1	18,7	18,8	0,58	18,7	0,03	18,7	-0,02
2	18,1	18,2	0,22	18,1	-0,30	18,1	0,10
3	18,8	18,8	0,28	18,8	-0,08	18,8	-0,01
4	18,1	18,2	0,69	18,2	0,39	18,2	0,30
5	19,3	19,3	0,21	19,2	-0,33	19,3	0,03
6	18,4	18,5	0,27	18,4	-0,06	18,4	0,10
7	18,7	18,6	-0,17	18,6	-0,61	18,7	-0,07
8	18,6	18,7	0,62	19,1	2,53	18,6	-0,10
9	18,9	19,1	0,62	19,0	0,27	19,0	0,34
10	19,3	19,3	-0,19	19,2	-0,56	19,3	-0,06
11	19,4	19,4	0,17	19,3	-0,23	19,4	-0,11
12	18,4	18,6	0,93	18,5	0,36	18,4	0,12
13	18,4	18,5	0,42	18,4	0,01	18,4	-0,01
14	18,4	18,5	0,45	18,5	0,07	18,4	0,00
15	18,4	18,5	0,53	18,5	0,12	18,4	-0,08
16	17,8	17,8	-0,15	17,8	-0,54	17,9	0,06
17	18,3	18,4	0,17	18,3	-0,24	18,3	-0,07
18	18,4	18,4	-0,17	18,3	-0,61	18,4	-0,04
19	18,4	18,4	0,32	18,4	0,02	18,4	0,23
20	18,3	18,4	0,33	18,3	-0,17	18,3	-0,06

Tabelle 8: Durchschlagspannung für Varistoren der Gehäusegröße 1210 vor und nach 1000, 2000 bzw. 3000 Temperaturzyklen

	Anfangswert	Nach 1000 Zyklen		Nach 2000 Zyklen		Nach 3000 Zyklen
	V_B (Volt)	V_B (Volt)	Änderung von V_B (%)	V_B (Volt)	Änderung von V_B (%)	V_B (Volt)	Änderung von V_B (%)
1	27,4	27,5	0,25	27,5	0,32	27,5	0,24
2	26,7	26,8	0,22	26,8	0,23	26,8	0,28
3	27,0	26,9	-0,27	27,0	0,19	27,0	0,25
4	27,7	27,5	-0,46	27,6	-0,10	27,7	0,15
5	27,4	27,4	-0,01	27,5	0,45	27,5	0,36
6	27,6	27,6	-0,13	27,7	0,22	27,7	0,31
7	26,3	26,4	0,32	26,5	0,80	26,5	0,45
8	27,3	27,2	-0,21	27,3	0,17	27,3	0,16
9	27,4	27,3	-0,33	27,4	0,17	27,4	0,09
10	26,7	26,6	-0,20	26,8	0,32	26,8	0,26
11	27,6	27,5	-0,25	27,6	0,18	27,5	-0,10
12	27,3	27,4	0,24	27,5	0,63	27,5	0,49
13	27,4	27,4	0,06	27,5	0,42	27,4	0,30
14	27,3	27,2	-0,19	27,4	0,30	27,3	0,20
15	26,9	26,8	-0,18	27,0	0,37	27,0	0,36
16	27,8	27,8	0,12	27,9	0,45	27,8	0,13
17	26,7	26,8	0,09	26,9	0,54	26,8	0,34
18	27,0	27,0	-0,18	27,1	0,27	27,1	0,20
19	26,6	26,5	-0,20	26,6	0,24	26,6	0,28
20	27,4	27,4	-0,06	27,5	0,31	27,5	0,26

Die durch den Temperaturwechselbeanspruchungstest verursachten kleinen Änderungen der Leistungsmerkmale, wie sie in den obigen Tabellen gezeigt sind, zeigen an, dass die Varistoren durch die Temperaturwechselbeanspruchungstests nicht wesentlich beeinflusst wurden und eine erhebliche Temperaturwechselbeanspruchung während der Verwendung aushalten können. 8 zeigt eine Querschnittsansicht 800 von einem der exemplarischen Varistoren. 9 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs 802 von 8. Der Varistor 800 umfasst einen ersten externen Anschluss 804 und einen zweiten externen Anschluss 806 an den jeweiligen Enden eines monolithischen Korpus 808. Wenn wir uns auf 9 beziehen, so umfasst der erste externe Anschluss 804 eine Silberbasisschicht 810, die über dem keramischen Korpus 808 des Varistors ausgebildet ist und sich in direktem Kontakt mit dem keramischen Korpus 808 befindet. Die Silberbasisschicht 810 hat eine Dicke von etwa 60 µm. Der erste externe Anschluss 804 umfasst eine anschmiegsame Schicht 812 aus Silber-Epoxid, die über der Silberbasisschicht 810 ausgebildet ist und sich in direktem Kontakt mit der Silberbasisschicht 810 befindet. Die anschmiegsame Schicht 812 hat eine Dicke im Bereich von etwa 20 µm (am dünnsten Punkt) bis etwa 90 µm (am dicksten Punkt). Über der Epoxid-Silberschicht wird eine Metallisierungsschicht aus Nickel 814 ausgebildet. Über der Metallisierungsschicht aus Nickel 814 wird eine Metallisierungsschicht aus Zinn 816 ausgebildet. Diese und andere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung können vom Fachmann praktisch umgesetzt werden, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem sollte man sich darüber im Klaren sein, dass Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen ganz oder teilweise gegeneinander ausgetauscht werden können. Weiterhin wird der Fachmann anerkennen, dass die obige Beschreibung nur beispielhaften Charakter hat und die Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen näher beschrieben ist, nicht einschränken soll.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 63144057 [0001]

Claims

Varistor, umfassend: einen monolithischen Korpus, der eine Vielzahl von dielektrischen Schichten umfasst, die in einer Z-Richtung, welche senkrecht zu einer Längsrichtung verläuft, gestapelt sind, wobei der monolithische Korpus ein erstes Ende und ein zweites Ende, das in Längsrichtung von dem ersten Ende beabstandet ist, aufweist; einen ersten externen Anschluss, der entlang des ersten Endes angeordnet ist; einen zweiten externen Anschluss, der entlang des zweiten Endes angeordnet ist; eine erste Vielzahl von Elektroden, die mit dem ersten externen Anschluss verbunden sind und sich vom ersten Ende aus bis hin zum zweiten Ende des monolithischen Korpus erstrecken; und eine zweite Vielzahl von Elektroden, die mit dem zweiten externen Anschluss verbunden sind und sich vom zweiten Ende aus bis hin zum ersten Ende des monolithischen Korpus erstrecken; wobei der erste externe Anschluss und/oder der zweite externe Anschluss eine leitfähige polymere Zusammensetzung umfasst.
Varistor gemäß Anspruch 1, wobei der Varistor einen Widerstand gemäß einer Widerstandskurve aufweist, die nichtlinear verläuft.
Varistor gemäß Anspruch 1, wobei der Varistor eine Kapazität von weniger als 50 pF mit einer Vorspannung von 0,0 Volt und einem sinusartigen Signal mit einem quadratischen Mittelwert von 0,5 Volt bei einer Arbeitsfrequenz von 1000 Hz, einer Temperatur von etwa 23°C und einer relativen Feuchtigkeit von 25% aufweist.
Varistor gemäß Anspruch 1, wobei der Varistor eine Kapazität von mehr als 100 pF mit einer Vorspannung von 0,0 Volt und einem sinusartigen Signal mit einem quadratischen Mittelwert von 0,5 Volt bei einer Arbeitsfrequenz von 1000 Hz, einer Temperatur von etwa 23°C und einer relativen Feuchtigkeit von 25% aufweist.
Varistor gemäß Anspruch 1, wobei eine Durchschlagspannung des Varistors nach 5000 oder mehr elektrostatischen Entladungsschlägen von etwa 8000 Volt größer ist als etwa das 0,9-fache der anfänglichen Durchschlagspannung des Varistors.
Varistor gemäß Anspruch 1, wobei der Varistor eine transiente Energiefähigkeit pro aktive Volumeneinheit von wenigstens etwa 0,05 J/mm³ aufweist, wenn mit einer Stromwelle von 10 x 1000 µs getestet wird.
Varistor gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl von dielektrischen Schichten Zinkoxid umfasst.
Varistor gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl von dielektrischen Schichten Oxide von wenigstens einem aus Cobalt, Bismut, Praseodym oder Mangan umfasst.
Varistor gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl von dielektrischen Schichten eine mittlere Korngröße im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 100 µm umfasst.
Varistor gemäß Anspruch 1, wobei die leitfähige polymere Zusammensetzung ein Epoxidharz umfasst.
Varistor gemäß Anspruch 1, wobei die leitfähige polymere Zusammensetzung leitfähige Teilchen umfasst.
Varistor gemäß Anspruch 11, wobei die leitfähigen Teilchen Silber umfassen.
Varistor gemäß Anspruch 1, wobei die leitfähige polymere Zusammensetzung einen Elastizitätsmodul aufweist, der kleiner als etwa 3 GPa ist, wenn gemäß ASTM D638-14 bei etwa 23°C und 20% relativer Feuchtigkeit getestet wird.
Varistor gemäß Anspruch 1, wobei die leitfähige polymere Zusammensetzung einen spezifischen Volumenwiderstand aufweist, der kleiner als etwa 0,01 Ohm-cm ist, wenn gemäß ASTM B193-16 bei etwa 23°C und 20% relativer Feuchtigkeit getestet wird.
Varistor gemäß Anspruch 1, wobei der Varistor wenigstens etwa 60 Sekunden lang einer Durchbiegung von mehr als etwa 5 mm widerstehen kann, wenn er einem Plattenbiegetest gemäß AEC-Q200-005 ohne mechanisches Versagen unterzogen wird.
Varistor gemäß Anspruch 1, wobei der Varistor eine Veränderung des Leckstroms von weniger als etwa 5% aufweist, nachdem er wenigstens etwa 60 Sekunden lang einem Plattenbiegetest gemäß AEC-Q200-005 mit einer Durchbiegung von etwa 5 mm unterzogen wurde.
Varistor gemäß Anspruch 1, wobei der Varistor eine Veränderung der Kapazität von weniger als etwa 5% aufweist, nachdem er wenigstens etwa 60 Sekunden lang einem Plattenbiegetest gemäß AEC-Q200-005 mit einer Durchbiegung von etwa 5 mm unterzogen wurde.
Varistor gemäß Anspruch 1, wobei der Varistor eine Veränderung der Durchschlagspannung von weniger als etwa 5% aufweist, nachdem er wenigstens etwa 60 Sekunden lang einem Plattenbiegetest gemäß AEC-Q200-005 mit einer Durchbiegung von etwa 5 mm unterzogen wurde.
Varistor gemäß Anspruch 1, wobei der Varistor eine Veränderung der Durchschlagspannung von weniger als etwa 5% aufweist, nachdem er einem Temperaturwechselbeanspruchungstest gemäß JESD22 Methode JA-104 über wenigstens etwa 3000 Zyklen unterzogen wurde.
Verfahren zur Bildung eines Varistors, umfassend: das Bilden einer ersten Vielzahl von Elektroden jeweils auf einer ersten Vielzahl von dielektrischen Schichten; das Bilden einer zweiten Vielzahl von Elektroden auf einer zweiten Vielzahl von dielektrischen Schichten; das Stapeln der ersten Vielzahl von dielektrischen Schichten und der zweiten Vielzahl von dielektrischen Schichten in einer Z-Richtung, die senkrecht zu einer Längsrichtung verläuft, unter Bildung eines monolithischen Korpus, so dass sich die erste Vielzahl von Elektroden von einem ersten Ende des monolithischen Korpus aus erstrecken und so dass sich die zweite Vielzahl von Elektroden von einem zweiten Ende des monolithischen Korpus aus erstrecken; das Bilden eines ersten externen Anschlusses entlang des ersten Endes des monolithischen Korpus, das mit der ersten Vielzahl von Elektroden verbunden ist; und das Bilden eines zweiten externen Anschlusses entlang des zweiten Endes des monolithischen Korpus, das mit der zweiten Vielzahl von Elektroden verbunden ist; wobei der erste externe Anschluss und/oder der zweite externe Anschluss eine leitfähige polymere Zusammensetzung umfasst.