DE1646608C3 - Keramische Masse - Google Patents
Keramische MasseInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine keramische Masse, die insbesondere als Schutzüberzug, als dielektrische
Substanz oder als Bindemittelmischung bei der Herstellung elektrischer Bauelemente Verwendung
findet.
Aus der britischen Patentschrift 8 91899 ist eine
keramische Masse bekannt, die Erdalkalien und Glasfritte enthält und ein Dielektrikum mit hoher
Dielektrizitätskonstante bildet. Damit lassen sich trotz kleiner Elektrodenflächen hohe Kapazitätswerte erzielen.
Andere keramische Massen dienen zum Einkapseln elektrischer Bauelemente, wie Kondensatoren und
Widerstände, durch Anwenden einei verhältnismäßig dünnen Schutzüberzuges und werden weitgehend
angewandt. Durch solche Schutzäberzüge werden Luft, korrodierende Umgebungseinflüsse, Feuchtigkeit usw.
von dem Bauelement ferngehalten. Ganz allgemein ist es der Zweck einer Einkapselung oder eines Schutzüberzuges,
das Bauelement von einer Umgebung zu isolieren, die eine Verschlechterung seiner Eigenschaften
verursachen würde. Dabei dürfen die elektrischen Eigenschaften des Bauelements durch die Einkapselung
selbst jedoch auch nicht beeinflußt werden.
Verschiedene solcher Einkapselungsmassen sind bekannt, jedoch war ihre Anwendung von bestimmten
Nachteilen begleitet Beispielsweise entwickelten sich in dem Schutzüberzug Mikrorisse, hauptsächlich auf
Grund der Nichtübereinstimmung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Schutzüberzuges und des
Gerätes. Dieses Problem ist besonders in Geräten mit mikrominiaturisierten Kondensatoren und Widerständen
akut, die allgemein in informationsverarbeitenden Systemen verwendet werden und von denen erwartet
wird, daß ihre Kapazitäts- und Widerstandswerte über lange Zeiträume konstant bleiben, obwohl sie größere
Temperatur-, Feuchtigkeits- und anderen Schwankungen der Umgebungseinflüsse ausgesetzt sind. Eine
weitere Schwierigkeit, die allen bekannten Fünkapselungsmaterialien
für elektrische Bauelemente gemeinsam ist, besteht darin, gute thermische Eigenschaften
mit einem wirksamen Schutz gegenüber schädlichen oder korrodierenden Umgebungseinflüssen und mit
chemischer Reaktionslrägheit gegenüber dem eingekapselten Bauelement zu verbinden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine keramische Masse anzugeben, bei der die genannten
Nachteile bekannter keramischer Massen weitgehend
20
30
35
Jo
vermieden sind.
Diese Aufgabe wird durch eine keramische Masse gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ihr erster
Bestandteil aus 50 bis 60 Molprozent Bleizirkonat und 50 bis 40 Molprozent Bleititanat zusammengesetzt ist
und ihr zweiter Bestandteil eine glasartige Fritte ist, deren Anteil 15 bis 80 Gewichtsprozent der keramischen
Masse ausmacht
Eine besonders vorteilhafte Zusammensetzung der keramischen Masse gemäß der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß ihr erster Bestandteil aus etwa 54 Molprozent Bleizirkonat und 46 Molprozent Bleititanat
zusammengesetzt ist und der Anteil der glasartigen Fritte 40 Gewichtsprozent der keramischen Masse
ausmacht
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der genaueren Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen, von
denen zeigt
F i g. 1 eine Zusammenstellung der durchgeführten Arbeitsgänge und der benutzten Materialien,
F i g. 2 einen Querschnitt durch einen gemäß der Erfindung eingekapselten Kondensator,
F i g. 3 einen Querschnitt durch einen gemäß der Erfindung eingekapselten Widerstand,
Fig.4 einen Querschnitt eines Metallstreifens, der
auf einem keramischen Substrat aufgebracht und mit der erfindungsgemäßen Masse überzogen ist,
F i g. 5 einen Querschnitt eines Metallstreifens, der mittels einer Schicht der neuen Masse auf einer
keramischen Unterlage befestigt ist und
F i g. 6 einen Querschnitt eines Kondensators, bei dem die keramische Masse gemäß der Erfindung als
Dielektrikum dient.
In Fig. 1 sind die verschiedenen durchgeführten Arbeitsgänge und die verwendeten Materialien angegeben,
um die keramische Masse gemäß der Erfindung für das Einkapseln von elektrischen Bauelementen zu
erzeugen. Bestimmte Mengen von hochreinem Bleizirkonatpulver 11 (PbZrOs), Bleititanatpulver 12(PbTiOj)
und glasartigem Frittepulver 13 werden sorgfältig gewogen und dann im Arbeitsgang 14 gemischt, indem
sie zusammen in eine geeignete Mischvorrichtung wie einen elektrischen Mörser mit Pistill so lange gemischt
werden, bis die Materialien gleichmäßig fein verteilt sind.
Diese Pulver werden dann im Arbeitsgang 15 zwischen 700 und 900° C, abhängig von der verwendeten
Glasfritte während eines geeigneten Zeitintervalls, gewöhnlich etwa während 2 Stunden, gebrannt. Die
gebrannte Mischung wird dann entweder durch übliche Verfahren oder plötzlich abgekühlt Die Mischung wird
dann in einem elektrischen Mörser mit Pistill zu einem feinen Pulver zerkleinert
Die gebrannte, pulverisierte Mischung wird dann mit einem geeigneten Lösungsmittel 16 wie entionisiertem
Wasser oder einem organischen Lösungsmittel wie Trichloräthylen oder Tetrachloräthylen gemischt unc
im Arbeitsgang 17 in den keine Verunreinigunger 'enthaltenden Behälter einer Kugelmühle gegeben. Eint
geeignete Anzahl von Kugeln wird hinzugefügt, und du gesamte Mischung wird dann während eines geeigneter
Zeitintervalls, vorzugsweise während 48 bis 50 Stunder gemahlen. Das Lösungsmittel wird dann bei Temperatu
ren zwischen 50 und 100"C zum Verdampfen gebrachl
und die übrigbleibende Pulvermischung wird in Arbeitsgang 18 zurückgewonnen.
Die feingemahlenen und gleichmäßig gemischtei
festen Bestandteile werden dann im Arbeitsgang 20 mit dem Bindemittel 19 kombiniert und sorgfältig und
gleichmäßig gemischt, bis eine Paste der gewünschten Viskosität gebildet ist Es können übliche Mischgeräte
wie Mörser und Pistill u. dgl. verwendet werden, um die Materialien zunächst zu mischen. Es ist nicht notwendig,
sie zu zerreiben. Es ist dann vorteilhaft, aber nicht absolut notwendig, die Bestandteile weiter in einer
Mühle zu mischen, besonders dann, wenn eine Produktioo in großem Maßstab geplant ist Vorzugsweise
wird eine Walzenmühle mit drei Walzen benutzt, um die festen Bestandteile weiter zu zerteilen. Die
Mahltemperatur soüte dabei nicht stark über die Raumtemperatur ansteigen, um ein weiteres Verflüchtigen
des Bindemittels zu vermeiden.
Nach dem Entfernen der Paste aus der Mühle ist diese fertig für ihre verschiedenen Verwendungen als:
1. hermetisches Einkapselungsmittel,
2. Dielektrikum eines Kondensators oder
3. Bindemittelmischung.
Die erste Anwendung ist in der Fig. 2 im Hinblick auf das Einkapseln eines Kondensators 21 und in F i g. 3
im Hinblick auf das Einkapseln eines Widerstandes 22 dargestellt
Der Kondensator 21 besteht nach Fig. 2 aus einer
Grundplatte 23 aus elektrisch nichtleitendem Material, beispielsweise aus Tonerde od. dgl. aus einer unteren
Elektrode 24, einer dielektrischen Srhicht 25 und einer oberen Elektrode 26.
Der in Fig.3 dargestellte Widerstand besteht ebenfalls aus ei.ier Grundplatte 27 aus elektrisch
nichtleitendem Material wie Tonerde od. dgl.. Anschlußelektroden 28 und 29 und einer Widerstandsschicht 30,
die thermischen Kontakt mit der Grundplatte und elektrischen und thermischen Kontakt mit den
Anschlußelektroden 28 und 29 aufweist.
Im Arbeitsgang 32 wird die Paste als eine dünne Schicht 31 im Siebdruck auf die freiliegenden Teile des
Kondensators 21 (Fi g. 2) oder des Widerstandes 22 ( F i g. 3) aufgebracht.
Anschließend erfolgt im Arbeitsgang 33 das Brennen, um die aufgebrachte Schicht hart werden zu lassen und
mit dem Bauelement zu verbinden.
Das Mischungsverhältnis der keramischen Bestandteile ist kritisch und muß innerhalb bestimmter Grenzen
eingehalten werden. Geeignete Mischungsverhältnisse liegen vor, wenn 50 bis 60 Molprozent Bleizirkonat und
50 bis 40 Molprozent Bleititanat vorhanden sind. Ein bevorzugtes Mischungsverhältnis liegt vor, wenn 54
Molprozent Bleizirkonat und 46 Molprozent Bleititanat vorhanden sind. Der Grund dafür scheint folgender zu
sein: Wenn beispielsweise die keramische Masse als Einkapselungsmittel verwendet wird, dehnt sich beim
Brennen des Einkapselungsmittels dieses zusammen mit dem einzukapselnden elektrischen Bauelement und der
Grundplatte auf dem es sich befindet, aus. Beim Abkühlen ziehen sich das Einkapselungsmittel, das
elektrische Bauelement und die Grundplatte, die es trägt, wieder zusammen. Die unvermeidliche Diskrepanz
zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Einkapselungsmittels, des elektrischen Bauelements
und der Grundplatte führte zum Ablösen der bekannten Einkapselungsmittel oder zur Rißbildung in ihnen
während des Zusammenziehens. Wenn jedoch die keramische Masse gemäß der Erfindung als Einkapselungsmittel
verwendet wird, zieht sie sich so lange zusammen, bis ein Temperaturbereich erreicht ist, der
sich zwischen 300 und 200°C erstreckt und innerhalb
dessen das Einkapselungsmitlel sich ganz unerwartet auszudehnen beginnt. Nachdem dieser Temperaturbereich
einmal durchlaufen ist, beginnt das Einkapselungsm'ttel
sich wieder zusammenzuziehen. Beim Erreichen der Umgebungstemperatur bildet das Einkapselungsmittel
eine feste dauerhafte Schutzschicht auf dem elektrischen Bauelement.
Durch Röntgenstrahlanalyse wurde festgestellt, daß die endgültige keramische Glasurmischung zusammengesetzt
ist aus einer glasartigen Phase, einer kristallinen Phase, in der PbTiCb in tetragonaler Form vorliegt und
einer kristallinen Phase, in der ZrCh in monokliner Form
vorliegt, wobei das Verhältnis der kristallinen Phasen 4 :1 beträgt. Dies ist, soweit das bestimmt werden kann,
nur in dem oben angegebenen Bereich der Mischungsverhältnisse der Fall.
Der glasartige Frittebestandteil der keramischen Masse gemäß der Erfindung ist ein fein verteiltes
glasartiges Material, das die keramischen Teilchen miteinander und mit dem elektrischen Bauelement
verbindet. Die glasartige Fritte sollte in sehr fein verteilter Form vorliegen, um sowohl eine ausgezeichnete
Dispersion sicherzustellen als auch ein Verstopfen der Siebmaschen zu verhindern. Eine große Vielzahl
von Glasarten kann verwendet werden, wie beispielsweise Bor-Tonerde-Silikat-Glas und Aluminium-Silikat-Glas.
Die einzige Bedingung, die das Glas erfüllen muß, besteht darin, daß es das Bleizirkonat oder das
Bleititanat nicht daran hindern darf, in Lösung zu gehen. Die Menge der verwendeten Glasfritte ist jedoch ein
wichtiger Parameter und muß innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden. Die Fritte soll 30 bis 60
Gewichtsprozent fester Bestandteile enthalten, wobei 40 Gewichtsprozent eine bevorzugte Menge darstellen,
wenn innerhalb des Temperaturbereichs zwischen 700 und 9000C gebrannt werden soll. Versuche, die weiter
unten genauer beschrieben werden, haben gezeigt, daß, wenn der Glasgehalt mehr als 60% beträgt, Rißbildung
auftritt, wogegen, wenn er unter 30% liegt, die erhaltene Masse zu porös ist, um als wirksame Schutzschicht zu
dienen. Es wurde beobachtet, daß in jedem Fall das eingekapselte elektrische Bauelement bei hohen Feuchtigkeitsgehalten
versagt.
Als Trägermittel kann jede geeignete reaktionsträge Flüssigkeit dienen. Es enthält normalerweise ein
Harzbindemittel, ein Lösungsmittel für das Bindemittel und eine grenzflächenaktive Substanz. Das Bindemittel
dient dazu, die Pulver und die Glasfritte auf dem elektrischen Bauelement festzuhalten, wenn das Losungsmittel
entfernt wurde. Beispiele für Bindemittel sind natürliche Gummiarten, Kunstharze, Zellulose,
harzartige Stoffe u.dgl. Das Lösungsmittel verleiht der Paste die gewünschte Viskosität. Gewöhnlich benutzte
Lösungsmittel sind die höher siedenden Paraffine, Cycloparaffine und aromatische Kohlenwasserstoffe
oder Mischungen davon oder ein oder mehrere der Mono- und Dialkyläther des Diäthylenglykoi oder ihre
Derivate wie Diäthylenglykolmonobutylätheracetat. Eine geeignete grenzflächenaktive Substanz oder ein
Dispergiermittel wird verwendet, um eine bessere Dispersion der keramischen Pulver und der Fritte in der
Paste zu ermöglichen. Typische solcher nichtionischen grenzflächenaktiven Substanzen sind organische Stoffe
wie Polyoxyäthylenalkohol. Die Bestandteile des Trägermittels werden in der Lösung vorgemischt, bevor
im Arbeitsgang 20 das Mischen mit den Pulvern vorgenommen wird. Die festen Bestandteile werden mit
dem Trägermittel in einem Gewichtsverhältnis ge-
mischt, das einen guten Siebdruck ermöglicht. Üblicherweise werden 70 bis 75 Gewichtsprozent Pulver mit 30
bis 25 Gewichtsprozent des Trägermittels gemischt.
Das Brennen im Arbeitsgang 33 schließt einen Heizzyklus, das Brennen und das Abkühlen ein. Das
Zeitintervall, während dessen die Temperatur der Paste auf dem elektrischen Bauelement allmählich erhöht
wird bis zu der Brenntemperatur wird das Heizintervall genannt. Während dieses Heizintervalls verdampft das
Lösungsmittel der Paste. Der Bindemittelbestandteil wird zersetzt, sobald die Temperatur ansteigt und sich
der Brenntemperatur nähen. Das Bindemittel wird im wesentlichen in Form gasförmiger Verbrennungsprodukte
aus der Paste entfernt. Die keramischen Pulver und die Fritte sintern bei der Brenntemperatur und
bilden einen dauerhaften Schutzüberzug auf dem elektrischen Bauelement. Das Brennen kann in Luft bei
Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes der Fritte. üblicherweise zwischen 700 und 900°C erfolgen. Die
Brenntemperatur hängt hauptsächlich davon ab, ob hoch- oder niedrigschmelzende Gläser verwendet
wurden und ist nur insofern kritisch, als sie über dem Schmelzpunkt der Fritte, aber unterhalb der Sintertemperaturen
der keramischen Bestandteile Bleizirkonat und Bleititanat liegen muß.
Nach dem Abkühlen bildet das Einkapselungsmittel. wie das oben erklärt wurde, einen dauerhaften
Schutzüberzug für das elektrische Bauelement.
Die Fig.4 und 5 zeigen die Verwendung der keramischen Masse als Befestigungsmittel. Nach F i g. 4
ist ein Metallstreifen 34 und ein keramisches Substrat 35 mit einer Schicht der keramischen Masse 31Λ bedeckt,
wobei die Masse dazu dient, den Metallstreifen 34 auf dem keramischen Substrat 35 zu befestigen. Nach
F i g. 5 ist eine Schicht 31Λ der keramischen Ferritmasse
zwischen dem Metallstreifen 34 und dem keramischen Substrat 35 angeordnet, um die beiden Teile miteinander
zu verbinden. In jedem Fall wird die keramische Masse im Arbeitsgang ZIA auf den Metallstreifen 34
und das keramische Substrat 35 in Form einer Paste aufgetragen und im Arbeitsgang 33A gebrannt, bis eine
starke elastische und hermetische Verbindung der beiden Teile hergestellt ist.
Der prozentuale Anteil des Frittebestandteils hängt zu einem großen Teil von den verwendeten besonderen
Gläsern ab und von deren Brenntemperaturen. Für Gläser mit niedrigeren Brenntemperaturen (300 bis
500"C) wie Gläser mit hohem Bleianteil, macht der Frittebestandteil 50 bis 80 Gewichtsprozent der festen
Stoffe aus, wobei optimale Ergebnisse erzielt werden, wenn der Frittebestandteil 60 Gewichtsprozent beträgt.
Bei Gläsern mil höheren Brenntemperaturen (500 bis 700° C) wie Natronglas und Bor-Tonerde-Silikat-Gläser
macht der Frittebestandteil 40 bis 70 Gewichtsprozent der festen Stoffe aus, wobei optimale Ergebnisse bei
einem Fritteanteil von 60 Gewichtsprozent erzielt werden.
In F i g. 6 ist ein Kondensator dargestellt bei dem die
keramische Masse gemäß der Erfindung als Dielektrikum dient Das Verfahren zur Herstellung des
Kondensators umfaßt das Aufbringen des Elektrodenmaterials auf ein isolierendes Substrat 36 im Siebdruckverfahren
und das Brennen des Elektrodenmaterials, um die untere Elektrode 37 zu bilden. Anschließend wird die
dielektrische Schicht 31B gebildet Eine keramische
Masse, die so hergestellt wird wie das oben beschrieben wurde und in der der keramische Bestandteil aus 50 bis
60 Molprozent Bleizirkonat und aus 50 bis
20 Molprozent Bleititanat besteht und in der der Frittebestandteil 15 bis 67 Gewichtsprozent der festen
Stoffe ausmacht, wird in Pastenform im Arbeitsgang 32B auf die untere Elektrode aufgetragen. Die Paste
wird dann bei 1500C während 15 Minuten getrocknet, worauf eine zweite Schicht der Paste im Siebdruck auf
die erste Schicht aufgebracht wird, worauf die Kombination während einer halben Stunde fest werden
kann und dann weiter bei 1500C während 15 Minuten getrocknet wird. Die Masse wird dann in Luft während
etwa 1 Stunde bei einer Temperatur gebrannt, die mit der verwendeten Glasfritte verträglich ist worauf sie
aus dem Ofen entfernt und durch Verbringen auf einen großen Aluminiumblock rasch abgekühlt wird. Die
obere Elektrode 38 wird dann ebenfalls im Siebdruckverfahren aufgebracht, um die Bildung eines Kondensators
mit niedriger Dielektrizitätskonstante zu vollenden.
Wenn der Frittebestandteil der keramischen Masse außerhalb des Bereichs von 30 bis 60 Gewichtsprozent
lag. erwies es sich als ratsam, wie das im einzelnen noch weiter unten erläutert wird, das Bauelement einzukapseln,
wie das bei dem Kondensator nach F i g. 2 gemacht wurde, um eine Schicht 31 über ihm zu bilden.
Im folgenden werden zum besseren Verständnis der Erfindung weitere Reihen von Ausführungsbeispielen
beschrieben. Reihel
Es werden Mengen von handelsüblichem hochreinem Bleizirkonat und Bleititanat in dem Verhältnis von 54
Molprozent 31eizirkonat und 46 Molprozent Bleititanai gemischt. Der keramische Bestandteil wurde dann
geteilt und ein Teil mit einer Bor-Tonerde-Silikat-Glasfritte, die 33 Gewichtsprozent der festen Bestandteile
ausmacht, in einen keine Verunreinigungen enthaltenden Behälter gebracht während ein anderer Teil mit
einer Bor-Tonerde-Silikat-Glasfritte, die 50 Gewichtsprozent der festen Stoffe ausmachte, in einen keine
Verunreinigungen enthaltenden Behälter gebracht wurde. Jede feste Mischung wurde dann mit einem
Bindemittel gemischt in diesem Fall Äthylzellulose und j3-Terpineol. so daß das Bindemittel 25 Gewichtsprozent
der Gesamtmenge ausmacht Während 2 Stunden erfolgt ein sorgfältiges und gleichmäßiges Mischen, bis
eine Paste der gewünschten Viskosität vorliegt
Dreißig keramische Substrate mit den Abmessungen 12 χ 12 mm und mit einer Dicke von etwa 1,5 mm
wurden ausgewählt Zwei Kondensatoren wurden auf jedes Substrat aufgedruckt Ein Drittel der Kondensatoren
wurde mit einem Einkapselungsmittel bedeckt das 33% Glas enthielt das zweite Drittel mit einem
Einkapselungsmittel, das 50% Glas enthielt und das letzte Drittel wurde nicht mit dem Einkapselungsmittel
bedeckt Die Substrate wurden dann in Luft auf 7500C
erhitzt und während 1 Stunde auf dieser Temperatui gehalten, damit die Überzüge aushärteten.
Die durchschnittliche anfängliche Kapazitätswert und die Verlustleistung bei 1000 Hz sowie der bei 10 V
Gleichspannung gemessene Widerstand wurden ermit telt und sind in der folgenden Tabelle I wiedergegeben.
6o Tabelle I
35
40
45
55
Kapazität
(pH
Widerstand (1011Q)
Ohne | 340 | bis | 400 | 0.011 | bis | 0,012 | 12 | bis | 15 |
Überzug | |||||||||
33% Fritte | 500 | bis | 560 | 0.014 | bis | 0.016 | 13 | bis | 20 |
50% Fritte | 440 | bis | 500 | 0.014 | bis | 0.015 | 17 | bis | 20 |
if ^
Alle Kondensatoren wurden dann einer Umgebung ausgesetzt, in der eine Temperatur von 95"C und in der
die relative Feuchtigkeit den Wert 100% besaß.
Nach nur 98 Stunden fielen alle Kondensatoren ohne Überzüge aus, d. h., sie waren vollständig kurzgeschlossen.
Nach 260 Stunden besaßen zwei der Kondensatoren,
die mit einem Überzug versehen waren, der 33% Fritte
enthielt einen Widerstand von 109Ohm und einen
Verlustfaktor von 0,1. Einer der Kondensatoren, der mit einem Überzug versehen worden war, der 50% Fritte
enthielt, besaß einen Widerstandswert von etwa 1010Ohm und einen Verlustfaktor von 0.07. Die
durchschnittliche Kapazität, der Verlustfaktor bei 1000 Hz und der bei Anlegen einer Gleichspannung von
10 V gemessene Widerstand nach 260 Stunden sind in der folgenden Tabelle 11 angegeben
Kondensator- k.ipa/uiii
(Pl)
Verlustfaktor
Widerstand
(10"O)
(10"O)
einer relativen Feuchtigkeit von 100% ausgesetzt, tin
anderer Vergleich der Widerstandsänderungen wurde zwischen den Widerständen mit und ohne Überzug
angestellt. Schließlich wurden Widerstände beider Arten einer Temperatur von 3000C in einer trockenen
Atmosphäre während 32 Stunden ausgesetzt und die Widerstandsänderung^ verglichen. In jedem Fall geht
die bemerkenswerte Überlegenheit der eingekapselten Widerstände aus den Durchschnittswerten hervor, die in
der folgenden Tabelle III angegeben sind.
15
20
33% Tritte 400 bis 540 0.014 bis 0.0!7 4 bis 24
50% Tritte 410 bis 450 0.015 bis 0.01b 3 bis 24
Reihe 2
Verschiedene keramische Substrate von der in der Reihe 1 verwendeten Art wurden ausgewählt. Widerstände
wurden auf jedes Substrat aufgedruckt. Die eine Hälfte der Widerstände besaß einen spezifischen
Widerstand von 3000 Ohm pro Flächeneinheit, die andere Hälfte einen spezifischen Widerstand von
1000 Ohm pro Flächeneinheit. Die Hälfte der Widerstände jeder Widerstandsart wurden dann mit dem
Linkapseiungsmittel gemäß der Erfindung überzogen. Der keramische Bestandteil des Einkapselungsmittels
bestand zu 54 Molprozent aus Bleizirkonat und zu 4b Molprozeni aus Bleiüianat. Bor-Tonerde-Silikat-Glas
wurde als Glasfritte verwendet, die 40 Gewichtsprozent
der festen Bestandteile ausmachte. Das Einkapselungsmittel
wurde in Pastenform angewandt und bei 750 C während 1 Stunde in Luft gebrannt. Der Temperaturkoeffizient
des spezifischen Widerstand (TKSW) wurde dann für die Substrate beider Arten unter Umgebungseinfluß
ermittelt. Es wurde ein Vergleich zwischen den Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes
der Widerstände ohne und mit Überzug vorgenommen. Sodann wurden Widerstände beider Arten
während 16 Stunden einer Temperatur von 70" C und
idstvp VKSW ΛΚ IW
KT der 100% KT ()"/.. Rl
Umgebung 70 ( . Ib h 300 C.
32Ii
32Ii
3K | ohne Überzug | -1.19% | + 3.8b% | + 1.56% |
3Κ | mit Überzug | - 0,36% | + 0.53% | + 1.1 b% |
IK | ohne Überzug | - 4,9»/« | + 8.1% | -b.7% |
IK | mit Überzug | - 2.b 1 % | + 0.27% | + 0.86% |
Reihe 3
Es wurden Kondensatoren unter Benutzung der keramischen Masse hergestellt. Dazu wurden 50
keramische Substrate ausgewählt. Das aus Piatin-Goid bestehende Elektrodenmaterial wurde im Siebdruck
aufgebracht und auf dem keramischen Substrat eingebrannt, um die untere Elektrode zu bilden. Darauf
wurde die erste Schicht der erfindungsgemäßen keramischen Masse im Siebdruck auf die untere
Elektrode aufgebracht, bei 1000°C während 15 Minuten gebrannt und dann abgekühlt. Eine zweite Schicht
wurde im Siebdruck auf die erste Schicht aufgebracht und bei 1500C während 15 bis 20 Minuten getrocknet.
Die obere Elektrode wurde dann im Siebdruck darauf erzeugt und getrocknet. Der gesamte Kondensator
wurde dann bei 1000° C während 1 Stunde in Luft gebrannt und anschließend abgekühlt.
In jedem Falle bestand das keramische Dielektrikum aus 54 Molprozent Bleizirkonat und 46 Molprozent
Bleititanat. In jedem Falle wurde als Glasfritte Bor-Tonerde-Silikal-Glas verwendet. In einem Fünftel
der Fälle betrug der Anteil der Fritte 15 Gewichtsprozent
der festen Stoffe. In einem anderen Fünftel betrug er 25 Gewichtsprozent, in einem weiteren Fünftel 3:
Gewichtsprozent in einem weiteren Fünftel 5( Gewichtsprozent und bei dem letzten Fünftel 6/
Gewichtsprozent der festen Stoffe.
Die durchschnittlichen Dielektrizitätskonstanten unc
Verlustfaktoren, gemessen bei 1000 Hz, sind in de
folgenden Tabelle IV wiedergegeben.
Tabelle IV | Dielektrizitäts | Verlust |
Kondcnsaiornp | konstante | faktor |
55 | 0.0030 | |
15% Tritte | 30 | 0.0050 |
25% J rute | 20 | 0.0023 |
33% Tritte | 15 | 0.001b |
50% Fnttc | 10 | 0.0012 |
ö7% Tritte | ||
Folgendes ist noch zu erwähnen. Bei den Kondensatoren
mit 25 und 33% Fritte wurde der Temperatur- und Frequenzgang ermittelt. Es ergab sich, daß sich die
Kapazitätswerte und Verlustfaktoren im Temperaturbereich von 0 bis 100'C oder im Frequenzbereich von
1000Hz bis 100MHz weniger als 5% ändern. D<
Gleichstromwiderstand verringerte sich bei lOOX ai
'/ίο des ursprünglichen Wertes bei 00C In den Tabelle
V und Vl sind die erhaltenen Ergebnisse dargestellt
609 684'3i
^I
46 608
Kondensaioriyp
Parameter
1 einperatur 0 |
( <-) 25 |
50 | JbO 0.018 10 |
K)(I |
335 0,012 50 |
345 0.013 35 |
350 0.015 13 |
154 0.010 IO |
3b4 0.021 2 |
142 0,00b 50 |
14b 0.007 35 |
1 52 0.008 15 |
1 55 0.012 |
|
i3% Friltc'
30% Friltc
30% Friltc
Kap (pF/cm-') Verlustfaktor Widerstand (H)1O)
Kap (pF/cm-) Verlustfaktor Widerstand (IO1-)
Tabelle Vl
Frequenzgang bei 25°C
Frequenzgang bei 25°C
Kondensatoriyp
Parameter
I rcqiien/
I kll/
K) Ul/
lon kll/
IMII/
100 M11
}3% Fritte
50% Friltc
50% Friltc
Kap (pF/cm?) Verlustfaktor Kap (pF/cm-') Verlustfaktor
335 | 320 | 310 | 304 | 304 |
0.019 | 0.019 | 0,019 | 0.019 | 0.019 |
144 | 142 | 138 | 13b | 1 3b |
0.010 | 0.010 | 0,010 | 0.010 | 0.010 |
Es sei bemerkt, daß die Kondensatoren mit 15. 25 und
67% Fritte nach einem verhältnismäßig kurzen Zeitintervall ausfielen, und zwar im Falle der Kondensatoren
mit 15 und 25% Fritte auf Grund der Porosität und im Fall der Kondensatoren mit 67% Fritte auf
Grund von Rissen. Wenn derartige Kondensatoren mit der keramischen Masse gemäß der Erfindung eingekapselt
wurden, wobei der Anteil an Fritte 40 Gewichtsprozent der festen Stoffe betrug, wurden keine Ausfälle
beobachtet, und die Eigenschaften dieser Kondensatoren waren in jeder Hinsicht vergleichbar mit Hon
Eigenschaften der nicht eingekapselten Kondensatoren, die in den Tabellen IV, V und Vl angegeben sind.
Die keramische Masse gemäß der Erfindung, die als Dielektrikum mit niedriger Dielektrizitätskonstante
verwendbar ist. wenn der Frittebestandteil zwischen 15
und 67 Gewichtsprozent liegt, kann als Einkapselungsmittel nur verwendet werden, wenn der Friitebestandteil
zwischen 30 und 60 Gewichtsprozent beträgt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Keramische Masse, dadurch gekennzeichnet,
daß ihr erster Bestandteil aus 50 bis 60 Molprozent Bleizirkonat und 50 bis 40 Molprozent
Bleititanat zusammengesetzt ist, und ihr zweiter Bestandteil eine glasartige Fritte ist, deren Anteil 15
bis 80 Gewichtsprozent der keramischen Masse ausmacht
2. Keramische Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihr erster Bestandteil aus etwa
54 Molprozent Bleizirkonat und 46 Molprozent Bleititanat zusammengesetzt ist und der Anteil der
glasartigen Fritte 40 Gewichtsprozent der keramisehen
Masse ausmacht.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US54999066 | 1966-05-13 | ||
DEJ0033666 | 1967-05-13 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1646608C3 true DE1646608C3 (de) | 1977-01-27 |
Family
ID=
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