DE2111516A1

DE2111516A1 - Keramischer Mehrschichtenkondensator und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2111516A1
Application number: DE19712111516
Authority: DE
Inventors: Nordquist Lawrence Eric; Hanold Reinhardt Car Friedrick; John Piper
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1970-03-11
Filing date: 1971-03-10
Publication date: 1971-10-07
Also published as: JPS5535845B1; CA918765A; US3612963A; NL165325B; GB1341322A; NL7103215A; FR2084458A5; DE2111516B2; NL165325C

Description

HUBERT FREIHERR VON WELSER

RECHTSANWALT

80OO MÜNCHEN 23 DIETUNDENSTRASSE 13 TELEFON OS11 /3^83 27

9. März 1971

Beschreibung der Erfindung

Keramischer Mehrschiehtenkondensator und Verfahr «n zu seiner Herstellung

Union Carbide Corporation 270 Park Avenue New York, N. Y. 10017 U. S. A.

Die Erfindung betrifft einen keramischen Mehrschichtenkondensator mit einer Mehrzahl abwechseln der Schichten keramischer Platten und auf diesen aufgebrannter Metallelektroden und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

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Keramische Mehrschichtenkondensatoren finden für elektronische Geräte Interesse, die mit Kondensatoren ausgestattet sein müssen, die niedrige bis mittlere Kapazitätswerte bei hohem Raumausmitzungsgrad aufweisen und die für ein automatisiertes Einbauverfahren, z.B. in der Hybrid-Mikromodultechnik, geeignet sind. Solche mikroelektronische Einheiten können kleine keramische Leiterplatten mit aktiven und passiven Bauelementen sein und zwar in einer Kombination von solchen der Dünn- oder Dickfilmtechnik sowie selbständiger Bauteile, die durch ein gedrucktes Leiter system verbunden sind. Derartige Einheiten werden in Komputern und anderen Geräten für industrielle, militärische und commerzielle Anwendungen eingebaut. Zunehmendes Interesse zeigt sich für ihre Anwendung in elektronischen Rundfunk- und Fernsehgeräten und in Plattenspielern. Keramische Mehrschichtenkondensatoren eignen sich als selbständige Bauelemente für derartige Schaltungen wegen ihrer kleinen Baugrößen, ihrer hohen Zuverlässigkeit und ihrer verhältnismäßig geringen Kosten, vorallem aber, weil sie gut in automatisierten Einbauverfahren, insbesondere in der Hybrid-Modal te cTmi.k Verwendung finden können.

Derartige Kondensatoren sind jedoch im gewissen Umfang temperaturempfindlich, so daß Temperatur und Zeit des Lötvorganges eingeschränkt werden nüssen,

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mit dem sie mit einer Leiterplatte verbunden werden. Diese Temperaturempfindlichkeit setzt auch der Verwendung in der Mikromodultechnik Grenzen, da bei ihr, z.B. beim ÜFließlöten, Einheiten öfter höheren Temperaturen ausgesetzt werden müssen.

Diese Temperaturempfindlichkeit ist in Anbetracht der Tatsache ungewöhnlich, daß derartige Kondensatoren durch' Sintern und Aufbrennen bei Temperaturen von mehr als 1000° C (2000° Fahrenheit) aus abwechselnden Keramik- und Edelmetallschichten hergestellt werden. Diese Edelmetallschichten bilden die Platten oder Elektroden des Kondensators. Sie sind so angeordnet, daß die Elektroden abwechselnd an gegenüberliegenden Enden des Kondensatorkörpers freiliegen, an denen dann eine metallische Beschichtung angebracht wird, um jeden Satz der Elektrodenschichten parallel zu verbinden und so Anschlüsse vorzusehen, mit denen der Kondensator mit einer Hybridschaltung oder mit Zuleitungen verlötet werden kann. Diese Anschlußmetallisierungen bestehen meist aus einer eingebrannten Mischung von Silberpartikeln und einer G-lasfritte, die die Silberpartikel an den Keramikkörper bindet. Eine solche Beschichtung haftet gut, hat einen geringen Widerstand, geringe Induktivität und ist sehr lötfähig.

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In Folge der hohen Löslichkeit von Silber in Blei-Zinn-Lötlegierungen werden jedoch die Silberpartikel bei zunehmender Temperatur von dem flüssigen Lötmetall aus der Beschichtung herausgelöst, was eine schlechte Kontaktfähigkeit und hohen Viderstandswert zur Folge hat. Es ist daher meist erforderlich, Temperatur und Zeit des Lötvorganges oder eines sonstigen Metallverbindungsverfahren zu begrenzen. Beim Fließlötverfahren, das oft bei Hybridschaltungen zur Anwendung ge-

^ bracht wird, ist dies jedoch schwierig und deshalb können in so hergestellten Schaltsystemen silbermetallisierte keramische Kondensatoren nicht eingesetzt werden. Um das Durchlegieren des Silbers zu verhindern, verwendet man einen Zusatz von etwa 2 % Silber zum Lötmetall. Jedoch ist der damit erzielte Erfolg gering. Ein anderer Lösungsversuch geht dahin, daß für die Anschlußmetallisierung zusätzlich zu den Silberpartikeln solche aus Paladium verwendet werden. Dies ergibt zwar einen höheren Grad von Widerstandsfähigkeit gegen das Durchlegieren; die Kosten betragen jedoch ungefähr das 10-fache einer reinen Silbermetallisierung, was sich nur bei Kondensatoren für

W aufwendige Geräte lohnt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen keramischen Mehr Schichtenkondensator zu schaffen, der gegen höhere Temperaturen widerstandsfähig ist und sich daher für den Einsatz in der Hybrid-Mikromodultechnik eignet, ferner daß dieser Kondensator eine Silberanschlußmetallisierung aufweist, die gegen ein Durchlegieren beim

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Verlöten geschützt ist. Schließlich, ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kondensators.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kondensator wechselweise übereinander gestapelte Schichten von dielektrischem keramischen Material und metallischem Elektrodenmaterial aufweist, wobei die Metallelektroden abwechselnd bis an entgegengesetzten Endflächen des Kondensators reichen und dort frei liegen und in elektrischer Verbindung zu Metallbelägen dieser Endflächen stehen, wobei diese Metallbeläge über wenigstens eine Seitenkante dieser Endflächen greifen und wenigstens einen Teil einer Seitenfläche des Kondensatorkörpers überdecken, um damit dort zwei voneinander räumlich getrennte lotfähige Anschlußflächen zu bilden, und wobei diese Metallbeläge aus einer aufgebrannten Schicht von mit einer Glasfritte an den Kondensatorkörper gebundenen Silberpartikeln und einer diesen Silberbelag vollständig und gleichförmig abdeckenden Kupfer schicht besteht, d.h. die Kupferschicht überzieht den Silberbelag vollständig und gleichmäßig an den Endflächen und den Anschlußflächen der Seitenwandung des Kondensators sowie die zwischen diesen liegenden Seitenkanten. Diese Kupferschicht ist erfindungsgemäß elektrolytisch aufgebracht und hat eine Dicke von ungefähr 2,5 bis 12,7 Mikrometer (0,1 bis0,5tausendstel Zoll).

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Der Kondensator kann sodann mit einer Lötmetallauflage auf der so gebildeten Metall!)eschichtung . versehen werden, wobei die dünne Kupferschicht als Sperre gegen ein Durchlegieren wirkt, die ein Herauslösen des Silbers aus dem Silberbelag durch Diffusion in das flüssige Lötmetall verhindert. Der mit einer Lötauflage versehene Kondensator kann auf die metallisierten Leitungsstege einer kerami-

fc sehen Leiterplatte aufgelötet werden, indem er so auf die Unterlage aufgesetzt wird, das seine mit Lötmetall beschichteten Anschlußf1 ächen auf entsprechende Leiterstege zu liegen kommen, die vorzugsweise ebenfalls mit Lötmetall beschichtet sind und das dann die Anordnung erhitzt wird, um die gewünschte Verbindung durch Fließen des Lötmetalls herzustellen. Auch kann der Kondensator unmittelbar mit den freiliegenden Kupfer schicht en seiner Anschlußflächen auf die Unterlage gelötet werden, in dem flüssiges Lötmetall zwischen diese und die entsprechenden Leitungsstege gebracht wird, wobei wiederum die Kupferschicht eine Sperre gegen ein Durchlegieren

* bildet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch gekennzeichnet, daß an einem Kondensator, der wechselweise übereinander gestapelte Schichten aus dielektrischem keramischem und aus metallischem Material aufweist, wobei letztere bis an die entgegengesetzten Endflächen des Kondensatorkörpers reichen und dort

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frei liegen, durch Aufbrennen eines Silberpartikel enthaltenen Belages an den gegenüberliegenden Endflächen des Kondensatorkörpers elektrische Verbindungen zu den dort frei liegenden Elektrodenschichten hergestellt werden, wobei diese Silberbeläge wenigstens über eine Seitenkante der Endflächen greifen und wenigstens einen Teil der Seitenflächen des Kondensators überdecken, um zwei räumlich voneinander getrennte Anschlußflächen zu bilden und daß dieser Silberbelag in einem Elektrolytverfahren mit einer dünnen Kupferschicht vollständig und gleichmäßig überzogen wird, indem der Kondensatorkörper in eine Kupfer-Elektrolytlösung eingetaucht, die Silberbeläge mit der Kathodenzuleitung verbunden und ihnen Kupferanionen von einer Kupferanode zugeführt werden. Die Elektrolytlösung ist vorzugsweise eine saure. Kupf er sulfatlösung mit hohem Abscheidungsvermögen, so daß eine glänzende, gut haftende und vorzüglich lötfähige Kupferbeschichtung über den Silberbelägen entsteht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine auseinandergezogene Darstellung eines für einen erfindungsgemäßen Kondensator bestimmten Stapels keramischer Platten mit Elektroden anordnungen an den innenliegenden Platten.

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einen erfindungsgemäßen Eondensätorkörper nach Zusammensetzung des Stapels gemäß Pig. 1.

Pig. 3 den gleichen Kondensatorkorper nach Aufbringen der Silberbeläge.

Fig. 4 den gleichen Kondensatorkorper nach Aufbringen der erfindungsgemäßen Kupferschicht.

Fig. 5 eine auseinandergezogene Darstellung eines auf einer Leiterplatte angeordneten erfindungsgemaßen Kondensators.

Fig. 6 einen vergrößerten Querschnitt durch das Endteil eines erfindungsgemaßen Kondensators nach Aufbringen des Silberbelages.

Fig. 7 einen vergrößerten Querschnitt durch das Endteil eines Kondensators entsprechend Fig. nach Auflöten auf eine Leiterplatte vor Aufbringen der erfindungsgemäßen Kupferschicht.

Fig. 8 einen Fig. 6 entsprechenden Querschnitt durch das Endteil eines nach Aufbringen der erfindungsgemaßen Kupferschicht auf einer Leiterplatte aufgelöteten Kondensators.

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Fig. 1 stellt einen auseinandergezogenen Stapel 11 von Kondensat or scheiben dar. Die innen liegenden Scheiben 12 weisen metallische Elektrodenschichten auf. Der Stapel 11 wird zusammengepresst und versintert, so daß der rechtwinklig-blockförmige keramische· Eondensatorkörp er 14 gem. E"ig. 2 erhalten wird. Dies ist an sich Stand der Technik, die hier nur in großen Zügen beschrieben wird. Der keramische/Werkstoff kann je nach den gewünschten Eigen-

urxscne

schäften aus verschiedenen Ausgangsmassen hergestellt werden. Die meist Verwendeten bestehen aus Bariumtitanat als Hauptbestandteil mit wechselnden Zusätzen von Erdalkalioxyden, Titanaten, Zirkonaten oder Stannaten sowie geringen Zusätzen anderer Metalloxyde .

Das keramische Rohmaterial wird zu einem feinen Pulver gemalen und danach mit geeigneten Harzen, Lösungsmitteln und Weichmachern zum Erhalten einer gußfähigen Mischung angerührt. Diese wird zu großflächigen dünnen Platten vergossen, die anschließend getrocknet werden. Diese Platten können sofort in kleinere Scheiben 12 zerschnitten werden, aus denen der Kondensator aufgebaut wird oder es wird üblicherweise auf ihnen zunächst ein Muster von Elektrodenschichten aufgebracht, ehe sie zu kleineren Kondensatorscheiben 12 zerschnitten werden.

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Die Elektrodenschichten 13 und 15 können aus einem Elektrodenmaterial durch Siebdruck oder mit einem anderen Metallisierungsverfahren an ausgewählten Oberflächenbereichen der keramischen Platte aufgebracht werden. Das Elektrodenmaterial ist eine Paste, die aus einer Mischung eines oder mehrerer Edelmetalle in Pulverform und geeigneten Harzen, Bindemitteln, Lösungsmitteln und dergleichen besteht. Das Elektrodenmuster ist so angeordnet, daß abwechselnd Elek- ^ trodenschichten an gegenüber liegenden Enden des Eondensatorstapels frei liegen, wenn die Scheiben 12 zugeschnitten und gestapelt sind. Wie Fig. 1 zeigt, reichen abwechselnd Elektroden 13 zu dem vom Betrachter abliegenden Stapelende, während alternierend die Elektroden 15 zum vorderen Stapelende reichen und dort freiliegen.

Die oberste und die unterste Platte können unbedruckt bleiben, so daß sie, nach Verpressen mit den Scheiben 12, deren Abschluß bilden.

Der Stapel einzeln mit Elektroden bedruckter kerami- ψ scher Scheiben wird verpresst, um einzelne Blöcke zu bilden, wie in Fig. 3 dargestellt, die danach gebrannt oder gesintert werden. Ebenso können die großen ungeschnittenen Platten, nachdem auf sie das Elektrodenmuster in Reihen aufgebracht ist, so aufeinander gestapelt werden, daß die Lagen der Elektrodenmuster durch den Stapel hindurch einander entsprechen.

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Sodann wird der Stapel verpresst, gebrannt und geschnitten, um einzelne Kondensatorblöcke 14 zu erhalten.

Das Brennen dieser Blöcke bzw. der gestapelten Platten erfolgt meist bei Temperaturen von mindestens 1000° 0 (2000° F) über eine Zeit von mehr oder weniger als einer Stunde. Die gebrannten Kondensat orkörper sind unporös, dicht und von hoher mechanischer Festigkeit, da sämtliche organischen Bestandteile während des Brennens oder Sinterns ausgebrannt wurden, so daß die keramischen Anteile zu einem festen, polykristallinen System zusammensintern konnten. Die Elektrodenschichten bestehen aus ausgewählten Edelmetallen, die nicht in unzulässiger Weise von den hohen Brenntemperaturen beeinträchtigt werden können und die nicht mit den keramischen Stoffen reagieren. Diese Elektroden können als dünne ununterbrochene Metallschichten aufgefaßt werden, die durch keramische dielektrische Schichten getrennt sind.

Dies sind jedoch nur Beispiele für Herstellungsverfahren, die gemäß der Erfindung weiter entwickelt werden können.

In dem in Fig. 2 dargestellten Kondensatorblock sind die alternierenden Elektrodenschichten 15 so angeordnet, daß sie am Ende 16 des Blockes 14, die zwischen ihnen liegenden Elektroden 13 dagegen am

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anderen Ende des Blockes frei liegen. Dieses IPreiliegen kann, wenn notwendig, durch. Wegnahme eines kleinen Teils des Eeramikmaterials, z.B. durch Abschleifen erreicht werden, z.B. bei 16, um die Kontaktgabe der Elektroden 15 zu verbessern. Sodann werden die Metallbeläge 17 und 18 auf Jedes Ende des Kondensatorblockes aufgetragen (!ig. 3)j um die Elektroden auf jeder seiner Seiten parallel zu schließen und die äußeren An- ^ Schlüsse des Kondensators zu bilden, auf dem seine Zuleitungsdrähte angeordnet werden können oder womit dieser üblicherweise auf Leiterstege einer Leiterplatte aufgelötet werden kann.

Erfindungsgemäß werden diese Metallbeläge in zwei Schichten hergestellt. Die erste ist ein Silber enthaltender Überzug, die zweite eine Kupferbeschichtung, die die Silberschicht vollständig und gleichmäßig überzieht. Die innenliegende Silberschicht, die unmittelbar mit der Keramik ob er fläche verbunden ist, kann ein übliches leitendes silberhaltiges Metall- ^ system sein, z.B. eine Paste aus Silberpartikeln, einem Frittepulver aus Glas- oder glasähnlichen Partikeln, einem organischen Binder und einem Lösungsmittel für diesen, die durch Tauchen, Einwalzen, Auf streichen oder in einer anderen Weise auf den die frei liegenden Elektroden aufweisenden Enden des Kondensators aufgebracht wird, so daß die Keramikfläche und die frei liegenden Elektrodenschichten davon bedeckt sind. Fach Trocknen wird

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der Auftrag erhitzt, indem der Kondensator einer Temperatur von ungefähr 760° 0 (1400° F) ausgesetzt wird, je nach Art der verwendeten Fritte, um diese anzuschmelzen und mit ihr das Silber auf der keramischen Oberfläche anzusintern.

Die so entstehenden Silberbeläge 17 und 18 bedecken die Endflächen 16 des Kondensatorblockes und greifen über dessen Seiten 19 und 20, wie auch auf deren Gegenseite über. Die Streifen 21 und 22 an der oberen Seite können als ebene Anschlußflächen dienen, mit dem der Kondensator auf die Stege einer Leiterplatte gesetzt und verlötet werden kann, um eine mechanische Verbindung und elektrische Kontakte von den jeweiligen Stegen über die Silberbeläge zu den Kanten der zugehörigen Elektrodenschichten zu bilden. Die übergreifenden Streifen 21, 22, 23 und 24 erstrecken sich gewöhnlich rund um alle Seiten des Kondensators, da es üblich ist, sie durch einfaches Eintauchen der Enden des Kondensatorkörpers in die Silberpaste aufzutragen, wobei diese alle Seiten benetzt. Demzufolge kann der Kondensator mit jeder beliebigen Seite auf den Leiterstegen angeordnet werden; beispielsweise kann dies auch mit der Seite 19 geschehen, wobei dann die Streifen 23 und 24 die Anschlußflächen bilden. Die aufgebrannten Silberbeläge 17 und 18 bilden eine Anschlußfläche mit geringen Widerstand und geringer Induktivität, die unmittelbar lötfähig ist. Erfindungsgemäß werden sie jedoch

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nicht als lötfähige Anschlußflächen verwendet, sondern es wird eine zweite Metall schicht über ihre Oberfläche gelegt. Wie Pig. 4 zeigt, ist eine Kupferschicht 25 und 26 über beiden¹ Enden des Kondensatorkörpers gebildet, auch über die in Mg. 4 nicht gezeigte Endfläche. Diese Kupferschichten umgreifen in gleicher Weise die Seitenwände des Kondensatorblockes, wie die Streifen 21, 22, 23 und 24 der Silberbeläge. Es ist wesentlieh für die Erfindung, daß die Kupfer schichten und 26 die Silberbeläge 17 und 18 vollständig und ununterbrochen auf den Endflächen des Kondensatorkörpers überdecken und über deren Kanten'hinweg über die überlappenden Streifen 21, 22, 23 und 24 der Silberbeläge wenigstens auf einer Seite des Kondensatorkörpers greifen, um dort die Anschlußflächen zu bilden. So erstreckt sich die Kupfer schicht 25 ohne Unterbrechungen als Überzug über die dem Betrachter zugewandte Endfläche und über deren Kante 29 auf den Streifen 27 auf der Seite 20 des Kondensatorkörpers. Die Kupferschicht auf dessen rückwärtiger Endfläche erstreckt sich in gleicher Weise über diese und über deren Kante 30 hinweg auf den Streifen 28 auf Seite 20. Auf dieser Seite können die mit Kupfer beschichteten Streifen 27 und 28 als ebene Anschlußflächen für die Verbindung mit den Stegen einer Leiterplatte dienen. Ebenso kann die Seite 19 als Auflageseite verwendet werden, da, wie dargestellt, die Kupfer schicht en 25 und 26 über die Kanten 31 und 32 hinweg die überlappenden Silberstreifen 23 und 24 auf Seite 19 abdecken.

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Vorzugsweise überdeckt die Kupferschicht die Endflächen und die Bänder aller Seitenflächen, letztere in Form eines schmalen Streifens in gleicher Ausdehnung wie die der von ihr überdeckten Silberstreifen 21, 22, 23 und 24. Die Kupferschichten könnten somit als formschlüssig und vollständig abdeckende Beschichtung der Silberbeläge 17 und 18 angesprochen werden, das heißt, sie haben gleiche Form- und Ausmaße, wie die von ihr überdeckten Silberbeläge.

Der in der hier beschriebenen Weise fertig gestellte, in Fig. 5 gezeigte, Kondensator 33 weist Metallisierungen in Form von Silberbelägen mit diese überdeckenden äußeren Kupferschichten 34- und 35 auf und soll auf eine Leiterplatte 36 aufgelötet werden, die nur im Ausschnitt dargestellt ist. Diese weist ein gedrucktes Leiternetζ mit den Stegen 37 und 38 auf, die in gewissem Abstand räumlich getrennt sind und die mit der kupferbeschichteten Anschlußflächen 42 und 43 des Kondensatorblockes 33 verbunden werden sollen. Andere Schaltungselemente, z.B. 39? können auf der Leiterplatte aufgedruckt oder auf ihr angeordnet sein. Um das Anlöten zu erleichtern, können die Kupferschichten 34 und 35 sm Kondensatorkörper 33 zunächst mit einer Lötmetallschicht 40 und 41 bezogen sein, die durch Tauchen des ganzen Kondensatorblockes 33 in eine Pfanne mit flüssigem Lötmetall aufgetragen werden kann, wobei dieses nur an den mit Kupfer beschichteten Enden haftet und nicht die dazwischen liegenden Keramikflächen benetzen kann. Auch die Stege 37 und 38

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der Leiterplatte können vorher mit Lötmetall überzogen werden. Zur Herstellung der Lötverbindung wird der Kondensator so auf die Leiterplatte gelegt, daß die Anschlußflachen 42 und 43 mit den ihnen zugehörigen Stegen 37 und 38 in Berührung kommen. Lötmetall kann, wenn erforderlich, zwischen die Lötflächen gegeben werden. Es ist jedoch nicht wesentlich, daß die kupferbeschichteten Enden des Kondensators vorher mit Lötmetall überzogen werden. Statt dessen können Stücke aus Lötmetall zwischen die Lötflächen gelegt und Hitze zugeführt werden, um das Lötmetall zu schmelzen und zu dem gleichen Ergebnis zu kommen.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Metal !beschichtung werden an Hand der Fig. 6, 7 und 8 dargestellt, die vergrößerte schematische Schnitte durch das Ende eines Kondensatorblockes wiedergeben. Pig. 6 zeigt einen Mehrschichtenkondensator mit alternierenden Elektroden 45 und 46, wobei die Elektroden 46 an der Endfläche 47 freiliegen. Eine Silber-Glasfritte 48 überzieht die Endfläche und überlappt die Ober- und Unterseite des Kondensators in der Form der Streifen 49 und 50. Da die SiIber-Glasfritte auf dem Kondensatorende zunächst als flüssige Paste aufgetragen wurde, unterlag sie der Oberflächenspannung, wie auch der normalen Einschrumpfung bei ihrem Aufbrennen, was beides dazu führte, daß der Silberbelag sich von den Kanten 51 und 52 zurückgezogen und dort eine viel dünnere Schicht gelassen hat, als über der ebenen Endfläche 47 und über dem mittleren Teil der Streifen 49 und 50 an der Ober- und Unterseite.

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Wird min der Kondensator, der nur diese Silberbeläge aufweist, auf eine Unterlage entweder mit oder ohne vorheriges Überziehen mit Lötmetall aufgelötet, so besteht die Gefahr, daß letzteres die Silberbeläge angreift, besonders in der Nachbarschaft der Kanten 51 und 52 und das Silber aus ihnen herauslöst bzw. die Silberbeläge durchlegiert und die Kanten 51 und 52 damit vom Metall entblöst. Das geschmolzene Lötmetall, das die Keramikoberflächen dieser Kanten nicht zu benetzen vermag, unterliegt seinerseits ebenfalls der Oberflächenspannung und hat die Neigung, sich in die voneinandergetrennten kugelsegmentförmigen Abschnitte 53ί 5^ "und 55 zusammenzuziehen. Während nun eine mechanische Verbindung des Kondensators zu den Stegen 56 und 57 durch das Lötmetall hergestellt wird, ergibt sich kein ununterbrochener Leitweg zwischen den Stegen und dem Silberbelag, der mit den Elektroden in Verbindung steht, da der Lötmetallabschnitt 53 und der Silberbelag 48 der Endfläche 47 nicht über die Kante 52 zum Lötmetal lab schnitt 55 und den Silberbelag 50 reicht. Die in Fig. 7 dargestellte Unterbrechung zwischen dem Silberbelag 48 und der Anschlußfläche 50 ist zwar ein extremer lall, der nur eintritt, wenn der Silberbelag sehr lange geschmolzen dem Lötmetall oder einer sehr hohen Löttemperatur ausgesetzt war.

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Es kann jedoch auch ein geringerer Grad von Herauslösen des Silbers an den Kanten des Kondensatorkörpers unerwünscht sein, da die sich daraus ergebenden Unterbrechungen des elektrischen Leitweges dessen Widerstand erhöhen« Daher ist es notwendig, beim Löten von Kondensatoren, die nur aus einem Silberbelag bestehende Anschlüsse aufweisen, Vorsicht zu üben. Bei vielen Lot operationen, wie z.B. beim lließlöten ist es nicht immer möglich, Zeit und b Hitze entsprechend einzustellen, was zu übermäßigem Herauslösen von Silbeijftuhrt. Die Lötverbindung ist zwar dann mechanisch in Ordnung, die elektrische Verbindung aber gestört. Unter Umständen ist dann auch die Lötverbindung mechanisch schwach.

In Fig. 8 ist ein erfindungsgemäßer Kondensator gezeigt, der eine den Silberbelag 59 vollständig überdeckende Kupferschicht 58 aufweist. Er wurde, um ihn mit dem Lötmetallüberzug 60 zu versehen, in flüssiges Lötmetall getaucht, bevor er auf seiner Unterlage aufgelötet wurde. Die zwischen Silber und Lötmetall gelegte Kupferschicht 58 ist, da sie in geringerem Maße ™ von dem Lötmetall durchlegiert werden kann, nicht herausgelöst worden, sondern hat eine Diffusionssperre in Form einer Lötmetall-Kupferlegierung an der Grenzfläche zwischen Kupferschicht und Lötmetall gebildet. Da letzteres diese Sperre nicht durchdringen kann, wird der darunter liegende Silberbelag 59 von ihm nicht erreicht und das Silber nicht herausgelöst. Der Silberbelag bleibt infolgedessen an den

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Seitenkanten 51 und 52 unverletzt und es ergibt sich ein ununterbrochener elektrischer Leitweg niedrigen Widerstandes, der aus den drei Schichten Lötmetall 60, Kupfer schicht 58 und dem darunter liegenden Silberbelag 59 gebildet ist, der von der Endfläche 61 über die Seitenkanten 52 zu der Anschlußfläche 63 auf der Unterseite des Kondensators führt, wo dieser mit dem Leitersteg 56 mechanisch und elektrisch verbunden ist. Die Tatsache, das ein Metall wie Nickel und in geringerem Maße Kupfer widerstandsfähiger gegen Durchlegieren durch flüssiges Lötmetall sind, ist an sich bekannt. Es hat sich jedoch überraschenderweise gezeigt, daß eine dünne vollständig abdeckende Kupferschicht mit dem Lötmetall zusammen eine Diffusionssperre ergibt, und die - verhindert, daß das unter ihr liegende Silber dem Lötmetall ausgesetzt wird, selbst wenn der Kondensator so hohen Temperaturen wie 265° C für eine Zeitdauer von 10 Minuten oder mehr ausgesetzt wird, was ungefähr die Grenze der Hochtempera-.turbedingungen ist, mit denen bei einem ordnungsgemäß kontrollierten ÜTließlötverfahren gerechnet werden kann. Setzt man einen nur mit Silberbelaganschlüssen ausgestatteten Kondensator, der nicht die erfindungsgemäße Kupferschicht aufweist, denselben Temperaturbedingungen aus, so wurden umfangreiche Durchlegierungen mit einer Beeinträchtigung, wenn nicht einem yollständigen Verlust devfelektrischen/ not-Eigenschaften des Kondensators eintreten. _gen

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Die erfindungsgemäße Kupferschicht hat vorzugsweise eine Stärke von 2,5 bis 12,7 Mikrometer (0,1 bis 0,5 tausendstel Zoll), wobei diese Werte von Punkt zu Punkt verschieden sein können. Eine durchschnittliche Stärke unter 2,5 Mikrometer ergibt keine ausreichende Widerstandsfähigkeit mehr und eine Stärke größer als 12,7 Mikrometer neigt dazu, eine selbständige Folie mit von dem darunter liegenden Silberbelag verschiedenem Ausdehnungskoeffizienten zu bilden und abzublättern. Erfindungsgemäße Kupferschichten mit einer durchschnittlichen Stärke von 5 bis 7,6 Mikrometer (0,2 bis 0,3 tausendstel Zoll) sind jedoch in hohem Maße zufriedenstellend.

Normalerweise ist es nicht zu erwarten, daß so geringe Stärken von Kupfer für sich -fähig sind, dem Lötmetall Widerstand zu leisten, sondern es ist anzunehmen gewesen, das beträchtlich schwerere Kupferbeschichtungen oder vielmehr Beschichtungen mit einem gegen Lötmetall widerstandsfähigeren Metall wie Nickel oder mehrschichtige Kupfer-Nickelüberzüge notwendig sein würden, um einen ausreichenden Schutz für das darunter liegende Silber zu bieten. Es ist jedoch ein Vorzug dieser Erfindung, daß eine derartig dünne Kupferschicht ausreichend ist und zwar aus folgenden Gründen: Die dünne Kupferschicht kann in kürzerer Zeit aufgebracht werden, als eine dickere oder als ein Mehrschichtenüberzug. Sie haftet besser an der Unterlage und neigt weniger zum Abblättern als diese und schließlich ist eine Kupferoberfläche leichter zu löten, als die eines widerstandsfähigeren Metalles wie Nickel.

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Die erfindungsgemäße Kupfer schicht wird vorzugsweise durch elektrische Auftragung hergestellt, wobei eine glatte, gut haftende und mit der Unterlage formgleiche Beschichtung entsteht. Es wurde gefunden, daß eine glatte oder glänzende Kupferschicht vorzuziehen ist, da sie besser vom Lötmetall benetzt wird, als eine rauhe, bei der das Lötmetall nicht die Vertiefungen ausfüllt, sondern nur überbrückt und daher eine weniger haftende Schicht ergibt. Die sehr gut lötbare glänzende Beschichtungen können in einem galvanischen Bad mit hohem Abscheidungsvermögen unter geeigneten Verfahrensbedingungen erzeugt werden, z.B. in einer handelsüblichen Kupfersulvatlösung mit Zusätzen, die ihr Abscheidungsvermögen verbessern. Dieses Bad erlaubt eine rasche Beschichtung in der gewünschten Stärke und greift das Keramikmaterial nicht an, wie andere Lösungen dies tun.

Das Galvanisieren kann in einer üblichen Trommelgalvanisierungseinrichtung durchgeführt werden, die eine kleine Rolltrommel aus Kunststoff aufweist, die in einem das galvanische Bad enthaltenden Tank angeordnet ist. Eine Charge Kondensatoren mit Silberbelag wird in die Rolltrommel zusammen mit feinem Stehlschrot in einer etwa das halbe Volumen der Trommel ausmachenden Menge eingegeben. Die Kathoden verbindung wird durch eine in die Trommel gehängte Kette hergestellt, die mit dem Schrot in Kontakt steht, der wiederum die elektrische Verbindung zu den SiI- berbelägen der Kondensatoren herstellt. Die Kupfer-

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anöden sind in den Tank mit Abstand von der Trommel eingehängt. Während der Bewegung der Trommel werden wiederholt elektrische Verbindungen zwischen verschiedensten Teilen der Silberbelagoberfläche hergestellt, so daß Kupfer gleichmäßig und formgleich an allen Oberflächen des Silberbelages einschließlich der Seitenkanten, jedoch nicht an den Keramikflächen abgeschieden wird. Wenn auch die Stärke der Kupferschicht in gewissem Umfang schwankt, ist sie doch im wesentlichen gleichmäßig. Je nach dem verwendeten Bad und den Verfahrensbedingungen kann ein gleichmäßiger Kupferbelag mit einer Stärke von 5 bis 7»6 Mikrometer in etwa einer Stunde hergestellt werden. Danach wird die Trommel aus dem Bad genommen und durchgewaschen. Der Stahlsehrot kann mit Hilfe eines Magneten abgetrennt und die beschichteten Kondensatoren gewaschen und getrocknet werden. Wenn notwendig, können sie unter öl oder mit einer handelsüblichen durch Eintauchen erzeugten Beschichtung vor Oxydation geschützt bis zu ihrem Verlöten aufbewahrt werden.

Patent ansprüche

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Claims

Patentansprüche

Keramischer Mehrschichtenkondensator mit einer Mehrzahl abwechselnder Schichten keramischer Platten und auf diesen aufgebrannten Metallelektroden dadurch gekennzeichnet, daß die Metall elektroden (13, 15,46) abwechselnd bis an entgegengesetzten Endflächen (16,47) des Kondensators reichen und dort frei liegen und in elektrischer Verbindung zu Metallbelägen (17, 18,48,25,26,34,35,58) dieser Endflächen stehen, wobei diese Metallbeläge über wenigstens eine Seitenkante (2°/,30,5^*52) dieser Endflächen greifen und wenigstens einen Teil einer Seitenfläche (19,20) des Kondensatorkörpers (14) überdecken, um damit dort zwei voneinander räumlich getrennte lötfähige Anschlußflächen (21, 22,23,24,27,28,42,43,49,50) zu bilden, und wobei diese Metallbeläge aus einer aufgebrannten Schicht (17,18, 48) von mit einer Glasfritte an den Kondensatorkörper gebundenen Silberpartikeln und einer diesen Silberbelag vollständig und gleichförmig abdeckenden Kupferschicht (25,26,34,35,58) besteht.
2. Kondensator nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferschicht (25,26, 34,35,58) eine durchschnittliche Stärke von etwa 2,5 Mikrometer bis 12,7 Mikrometer aufweist.
3. Kondensator nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet., daß die Kupfer schicht (25,26, 34,35,58) eine Stärke von etwa 5 Mikrometer bis 7,6 Mikrometer aufweist.

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4. Kondensator nach Anspruch 1,2,3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferschicht (25,26, 34,35,58) von einer Lötmetallschicht (40,4-1,60) überzogen ist und mit dieser eine Lötmetall-Kupfer-Diffusions sperre an der Grenzfläche zwischen dem Lötmetall und der Kupferschicht "bildet.
5. Kondensator nach Anspruch 1,2,3,4,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator körper (14) ein rechtwinkliger Block ist und daß die Metall- W beläge (17,18,48,25,26,34,35,58) die einander gegen

überliegenden Endflächen (16,47) sowie die Seitenwandungen (19,20) rund-um in schmalen Streifen (21, 22,23,24,27,28,42,43,49,50) überziehen.
6. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators nach Anspruch 1,2,3,4,5,

dadurch gekennzeichnet, daß die die Silberbeläge (17,18,48) überziehende dünne Kupferschicht (25,26, 34,35,58) durch Eintauchen des Kondensators in ein elektrolytisches Bad und Herstellung einer Kathodenverbindung zu den Silberbelägen und Zufuhr von Kupferanionen zu diesen von einer Kupferanode erzeugt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß das elektrolytische Bad eine saure Kupfersulvatlösung ist.

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8. Verfahren nach Anspruch 7>

dadurch gekennzeichnet, daß die Kupfersulvatlösung durch Zusätze ein so hohes Abscheidungsvermögen hat, daß ein glänzender Kupfernieder schlag auf den Silberbelägen gebildet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6,7»8,

dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytische Abscheidung so lange fortgesetzt wird, bis der Kupferniederschlag eine Stärke von 2,5 bis 12,7 Mikrometer aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 6,7»8,

dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytische Abscheidung so lange fortgesetzt wird, bis der Kupferniederschlag eine Stärke von 5 bis 7»6 Mikrometer aufweist.

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