Keramisches Vielschichtbauelement und Verfahren zur

Herstellung eines keramischen Vielschichtbauelements

Es werden ein keramisches Vielschichtbauelement und ein

Verfahren zur Herstellung eines keramischen

Vielschichtbauelements angegeben .

Keramische Vielschichtbauelemente verwenden üblicherweise metallische Innenelektroden, um den elektrischen Strom in das aktive Volumen des Bauteils zu leiten. Die Innenelektroden müssen hierbei so ausgelegt sein, dass im Betrieb keine

Stromdichten vorliegen, die zu einer Schädigung der

Elektroden führen könnten. Beispielsweise im Fall von

Überspanschutzelementen wie beispielsweise einem MLV („multi- layer varistor", Vielschichtvaristor) kann die Stromdichte 10 GA/m ² und mehr erreichen. Um die Stromdichte unter einem kritischen Level halten und um eine ausreichende elektrische Anbindung zu einer Außenelektrode gewährleisten zu können, ist ein bestimmter Mindestquerschnitt der Innenelektroden notwendig .

Auch für keramische thermische Sensoren auf Basis von NTC- Materialien (NTC: „negative temperature coefficient" ,

Heißleiter) und PTC- Materialien („positive temperature coefficient, Kaltleiter) in Vielschichtbauweise sind

bestimmte Mindestquerschnitte der Innenelektroden notwendig, da der Widerstand der Innenelektroden nur einen

vernachlässigbaren Anteil am Gesamtwiderstand haben darf, um das Messsignal solcher Sensoren nicht zu verfälschen. Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein keramisches Vielschichtbauelement anzugeben.

Zumindest eine Aufgabe von weiteren Aus führungs formen ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen

Viel Schichtbauelements anzugeben .

Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand und ein

Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des

Gegenstands und des Verfahrens sind in den abhängigen

Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der

nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.

Gemäß einer Aus führungs form weist ein keramisches

Vielschichtbauelement einen Stapel mit keramischen Schichten und dazwischen angeordneten Elektrodenschichten auf.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines keramischen

Vielschichtbauelements ein Stapel mit keramischen Schichten und dazwischen angeordneten Elektrodenschichten hergestellt.

Die nachfolgend beschriebenen Merkmale und Aus führungs formen beziehen sich gleichermaßen auf das keramische

Vielschichtbauelement und auf das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Vielschichtbauelements.

Das keramische Vielschichtbauelement kann insbesondere eine Stapelrichtung aufweisen, entlang derer die Schichten des Stapels, also die keramischen Schichten und die

Elektrodenschichten, angeordnet sind. Die keramischen

Schichten können ein oder mehrere Keramikmaterialien

aufweisen oder daraus bestehen, die eine gewünschte Funktionalität aufweisen. Insbesondere kann der Stapel in Stapelrichtung zwischen zwei Elektrodenschichten eine

keramische Schicht mit oder aus einem elektrisch leitenden oder halbleitenden Keramikmaterial aufweisen. Beispielsweise können eine oder mehrere keramische Schichten ein

Varistormaterial, ein Thermistormaterial, insbesondere ein PTC- oder NTC-Thermistormaterial , und/oder ein dielektrisches Material aufweisen oder daraus sein. Entsprechend kann das keramische Vielschichtbauelement beispielsweise als

Überspannungsschutzelement oder als keramischer thermischer Sensor ausgebildet sein. Weiterhin kann der Stapel in

Stapelrichtung beispielsweise mit dielektrischen keramischen Schichten abschließen. Die keramischen Schichten und/oder die Elektrodenschichten des Stapels können besonders bevorzugt aus Pasten mit Bindern und/oder anderen organischen und/oder anorganischen Materialien als sogenannte Grünfolien

hergestellt, aufeinander gestapelt und anschließend

versintert werden.

Weiterhin kann der Stapel Außenflächen aufweisen, die den Stapel in Richtungen senkrecht zur Stapelrichtung begrenzen. In Stapelrichtung kann der Stapel mit einer Unterseite und einer Oberseite abschließen. Beispielsweise kann das

Vielschichtbauelement in einer Ansicht entlang der

Stapelrichtung einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, so dass der Stapel entsprechend vier Außenflächen aufweisen und als Quader ausgebildet sein kann. Auf zumindest einer oder mehreren Außenflächen können Außenelektroden aufgebracht sein, mittels derer im Stapel angeordnete Elektrodenschichten kontaktiert werden können.

Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form weist der Stapel zumindest eine erste Elektrodenschicht auf, die eine Haupterstreckungsrichtung aufweist. Die zumindest eine erste Elektrodenschicht kann sich entlang der

Haupterstreckungsrichtung von einem ersten Endbereich zu einem zweiten Endbereich der ersten Elektrodenschicht erstrecken. Die Haupterstreckungsrichtung kann insbesondere senkrecht zur Stapelrichtung sein. Weiterhin kann die

Haupterstreckungsrichtung eine Richtung sein, die senkrecht zu einer Außenfläche steht. Entlang der

Haupterstreckungsrichtung weist die zumindest eine erste Elektrodenschicht eine größere Ausdehnung auf als in allen anderen Richtungen, die senkrecht zur

HäupterStreckungsrichtung stehen .

Besonders bevorzugt kann die zumindest eine erste

Elektrodenschicht mit dem ersten Endbereich an eine erste Außenfläche des Stapels, die insbesondere eine Außenfläche ist, zu der die Haupterstreckungsrichtung senkrecht steht, angrenzen. Weiterhin kann zumindest auf der ersten

Außenfläche eine erste Außenelektrode angeordnet sein, die in elektrischem Kontakt mit der zumindest einen ersten

Elektrodenschicht steht und die die zumindest eine erste Elektrodenschicht somit elektrisch kontaktiert. Die zumindest eine erste Elektrodenschicht kann insbesondere an die erste Außenelektrode angrenzen und mit dem ersten Endbereich in direktem Kontakt mit der ersten Außenelektrode stehen.

Der erste Endbereich der zumindest einen ersten

Elektrodenschicht kann insbesondere eine Zuleitungszone bilden, über die im Betrieb des keramischen

Vielschichtbauelements ein elektrischer Strom in die

zumindest eine erste Elektrodenschicht oder aus der zumindest einen Elektrodenschicht geleitet werden kann. Dies kann besonders bevorzugt durch eine vorab beschriebene erste Außenelektrode in elektrischem Kontakt mit dem ersten

Endbereich erfolgen.

Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die zumindest eine erste Elektrodenschicht eine sich entlang der

Haupterstreckungsrichtung verringernde Stromtragfähigkeit auf. Das kann insbesondere bedeuten, dass die zumindest eine erste Elektrodenschicht am ersten Endbereich einen höheren maximalen Strom als am zweiten Endbereich aushalten kann. Der maximale Strom bezeichnet diejenige lokale Stromstärke, bei der gerade noch keine lokale Schädigung der Elektrodenschicht stattfindet .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die zumindest eine erste Elektrodenschicht eine spezifische elektrische

Leitfähigkeit auf, die in Haupterstreckungsrichtung abnimmt. Die zumindest eine erste Elektrodenschicht kann durch eine in Haupterstreckungsrichtung abnehmende spezifische elektrische Leitfähigkeit eine geringer werdende Stromtragfähigkeit aufweisen. Insbesondere kann die zumindest eine erste

Elektrodenschicht im ersten Endbereich eine höhere

spezifische elektrische Leitfähigkeit als im zweiten

Endbereich aufweisen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die zumindest eine erste

Elektrodenschicht eine Mischung mit oder aus zumindest einem ersten Material mit einer ersten spezifischen elektrischen Leitfähigkeit und einem zweiten Material mit einer zweiten spezifischen elektrischen Leitfähigkeit aufweist, wobei die zweite spezifische elektrische Leitfähigkeit geringer als die erste spezifische elektrische Leitfähigkeit ist, und dass das Verhältnis vom ersten Material zum zweiten Material in

Haupterstreckungsrichtung kleiner wird. Mit anderen Worten weist die zumindest eine erste Elektrodenschicht im ersten Endbereich einen höheren Anteil des ersten Materials im

Vergleich zum zweiten Material auf als im zweiten Endbereich. Dabei kann die zumindest eine erste Elektrodenschicht im ersten Endbereich frei vom zweiten Material und/oder im zweiten Endbereich frei vom ersten Material sein. Alternativ hierzu können im ersten Endbereich und/oder im zweiten

Endbereich das erste und das zweite Material gemeinsam in der zumindest einen ersten Elektrodenschicht enthalten sein.

Die variierende Mischung mit oder aus dem ersten und zweiten Material kann beispielsweise durch einen lokal variierenden Anteil von Sinterpartikeln mit oder aus dem ersten Material und durch einen lokal variierenden Anteil von Sinterpartikeln mit oder aus dem zweiten Material in der zur Herstellung der zumindest einen ersten Elektrodenschicht aufgebrachten

Grünfolie hergestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nimmt das Verhältnis des ersten Materials zum zweiten Material in zumindest einem Teilbereich der zumindest einen ersten Elektrodenschicht entlang der Haupterstreckungsrichtung ab. Der zumindest eine Teilbereich kann hier und im Folgenden den ersten Endbereich, den zweiten Endbereich, einen Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Endbereich oder eine Kombination aus den

genannten Bereichen aufweisen oder dadurch gebildet sein. Die Abnahme des Verhältnisses des ersten zum zweiten Material kann beispielsweise kontinuierlich sein. Mit anderen Worten kann der Anteil des ersten Materials kontinuierlich abnehmen, während der Anteil des zweiten Materials kontinuierlich zunehmen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Abnahme des Verhältnisses in zumindest einem Teilbereich auch

stufenweise erfolgen, also in zumindest einer oder mehreren Stufen. Die Stufen im Verhältnis des ersten Materials zum zweiten Material können durch sprunghafte Änderungen des Anteils des ersten und/oder des zweiten Materials

hervorgerufen werden.

Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist das erste Material ein Metall auf. Beispielsweise kann das erste Material eines oder mehrere Metalle ausgewählt aus Ni, Cu, Ag und Pd

aufweisen oder daraus sein. Das zweite Material kann wie das erste Material elektrisch leitend sein. Beispielsweise kann das zweite Material ebenfalls ein Metall aufweisen,

beispielsweise eines oder mehrere der vorgenannten Metalle, jedoch in einer solchen Zusammensetzung, dass das zweite Material wie vorab beschrieben eine geringere spezifische elektrische Leitfähigkeit als das erste Material aufweist. Eine geringere spezifische elektrische Leitfähigkeit kann auch bedeuten, dass das zweite Material elektrisch isolierend ist. Beispielsweise kann das zweite Material ein elektrisch isolierendes Keramikmaterial aufweisen oder daraus sein, etwa Siliziumdioxid und/oder Aluminiumoxid.

Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die zumindest eine erste Elektrodenschicht einen Schwerpunkt auf, der näher am ersten Endbereich als am zweiten Endbereich liegt. Das kann bedeuten, dass die zumindest eine erste Elektrodenschicht entlang der Haupterstreckungsrichtung eine geometrische Mitte aufweist, die die zumindest eine erste Elektrodenschicht in zwei, entlang der Haupterstreckungsrichtung gemessene gleich lange Hälften unterteilt. Bezogen auf die geometrische Mitte weist die zumindest eine erste Elektrodenschicht entsprechend mehr Material, insbesondere mehr elektrisch leitendes

Material, in der dem ersten Endbereich zugewandten Hälfte als in der dem zweiten Endbereich zugewandten Hälfte auf. Durch mehr Material, insbesondere durch mehr elektrisch leitendes Material, näher am ersten Endbereich kann die

Stromtragfähigkeit in diesem Bereich größer sein als in dem Bereich, der näher am zweiten Endbereich ist.

Beispielsweise kann die zumindest eine erste

Elektrodenschicht am ersten Endbereich eine größere Dicke als am zweiten Endbereich aufweisen. Die Dicke der zumindest einen ersten Elektrodenschicht kann somit entlang der

Haupterstreckungsrichtung abnehmen. Die Dicke einer Schicht des Stapels des keramischen Vielschichtbauelements kann hier und im Folgenden insbesondere in Richtung der Stapelrichtung gemessen werden. Beispielsweise kann die Dicke der zumindest einen ersten Elektrodenschicht in zumindest einem Teilbereich stufenweise abnehmen. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Dicke der zumindest einen ersten Elektrodenschicht in zumindest einem Teilbereich in einer oder mehreren Stufen abnimmt, also eine oder mehrere sprunghafte Verringerungen aufweist. Alternativ hierzu kann die Dicke der zumindest einen ersten Elektrodenschicht in zumindest einem Teilbereich auch kontinuierlich abnehmen.

Alternativ oder zusätzlich zu einer in

Haupterstreckungsrichtung geringer werdenden Dicke kann die zumindest eine erste Elektrodenschicht am ersten Endbereich eine größere Breite als am zweiten Endbereich aufweisen.

Entsprechend kann also die Breite entlang der

Haupterstreckungsrichtung abnehmen. Hier und im Folgenden kann die Breite einer Schicht des Stapels des keramischen Vielschichtbauelements in einer Richtung senkrecht zur

Stapelrichtung und senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der zumindest einen ersten Elektrodenschicht gemessen werden. Beispielsweise kann die Breite der zumindest einen ersten Elektrodenschicht in zumindest einem Teilbereich stufenweise abnehmen. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Breite der zumindest einen ersten Elektrodenschicht in zumindest einem Teilbereich in einer oder mehreren Stufen abnimmt, also eine oder mehrere sprunghafte Verringerungen aufweist. Alternativ hierzu kann die Breite der zumindest einen ersten

Elektrodenschicht in zumindest einem Teilbereich auch

kontinuierlich abnehmen.

Alternativ oder zusätzlich kann die zumindest eine erste Elektrodenschicht Öffnungen aufweisen, die in Stapelrichtung in die zumindest eine erste Elektrodenschicht hineinreichen. Insbesondere können die Öffnungen durch die zumindest eine erste Elektrodenschicht hindurchreichen und mit dem Material der angrenzenden keramischen Schichten oder auch mit einem davon verschiedenen Keramikmaterial, beispielsweise einem dielektrischen Keramikmaterial, gefüllt sein. Insbesondere können die Öffnungen eine Belegungsdichte aufweisen, die entlang der Haupterstreckungsrichtung zunimmt. Mit anderen Worten weist die zumindest eine erste Elektrodenschicht nahe des zweiten Endbereichs mehr Öffnungen als nahe des ersten Endbereichs auf.

Zur Herstellung der zumindest einen ersten Elektrodenschicht können besonders bevorzugt Verfahren verwendet werden, mittels der die beschriebenen Variationen hinsichtlich der Elektrodenschichtgeometrie und/oder

Elektrodenschichtzusammensetzung herstellbar sind,

beispielsweise Mehrlagensiebdruck, inhomogener Siebdruck oder Tintenstrahldruck. Beispielsweise kann eine variierende Dicke der zumindest einen ersten Elektrodenschicht mittels

Mehrlagens iebdruck herstellbar sein. Hierbei kann durch eine lokal variierende mehrfache Bedruckung entsprechender

Flächenbereiche die Dicke angepasst werden. Für den inhomogenen Siebdruck, der als weitere

Prozessierungsmöglichkeit ebenfalls zur Herstellung

unterschiedlich dicker Bereiche der zumindest einen ersten Elektrodenschicht geeignet sein kann, können gezielt

Kavitäten in einem Sieb eingebaut werden beziehungsweise vorgesehen sein. Durch lokal unterschiedliche Dichten

und/oder Größen der Kavitäten im Sieb kann der lokale

Materialdurchsatz angepasst werden, so dass ebenfalls

unterschiedlich dicke Bereiche der zumindest einen ersten Elektrodenschicht herstellbar sein können. Mittels

Tintenstrahldruck, insbesondere mittels 3D-Tintenstrahldruck, können sowohl unterschiedlich dicke Bereiche als auch

Bereiche mit unterschiedlichen Material zusammenset zungen hergestellt werden. Unterschiedlich breite Bereiche können durch die beschriebenen Maßnahmen und/oder durch den Einsatz geeigneter Masken beim Aufbringen des Materials der zumindest einen Elektrodenschicht erreicht werden.

Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist der Stapel des keramischen Vielschichtbauelements eine Mehrzahl von ersten Elektrodenschichten auf. Die ersten Elektrodenschichten können in Stapelrichtung übereinander und durch keramische Schichten voneinander getrennt angeordnet sein. Jede der ersten Elektrodenschichten, die alle durch die erste

Außenelektrode elektrisch kontaktiert sein können, kann eines oder mehrere der vorab beschriebenen Merkmale aufweisen.

Bevorzugt können zwei oder mehr oder besonders bevorzugt alle ersten Elektrodenschichten gleich ausgebildet sein, also insbesondere gleiche geometrische Merkmale und/oder gleiche Zusammensetzungsmerkmale aufweisen .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist der Stapel des keramischen Vielschichtbauelements zumindest eine zweite Elektrodenschicht auf, die sich entlang einer

Haupterstreckungsrichtung von einem ersten Endbereich zu einem zweiten Endbereich erstreckt. Auf einer von der ersten Außenfläche verschiedenen zweiten Außenfläche kann eine zweite Außenelektrode angeordnet sein, die die zumindest eine zweite Elektrodenschicht elektrisch kontaktiert, wobei die zumindest eine zweite Elektrodenschicht mit dem ersten

Endbereich an die zweite Außenfläche angrenzt. Die

Haupterstreckungsrichtung der zumindest einen ersten

Elektrodenschicht und die Haupterstreckungsrichtung der zumindest einen zweiten Elektrodenschicht können somit verschieden sein. Besonders bevorzugt sind die beiden

Haupterstreckungsrichtungen parallel und entgegengesetzt zu einander gerichtet.

Die zumindest eine zweite Elektrodenschicht kann eines oder mehrere der vorab für die zumindest eine erste

Elektrodenschicht beschriebenen Merkmale aufweisen, wobei die erste und zweite Elektrodenschicht besonders bevorzugt in unterschiedlichen Ebenen im Stapel angeordnet sein können.

Die zumindest eine zweite Elektrodenschicht und die zumindest eine erste Elektrodenschicht können besonders bevorzugt gleich ausgebildet sein. Weiterhin können mehrere zweite Elektrodenschichten vorhanden sein. Bevorzugt können zwei oder mehr oder besonders bevorzugt alle zweiten

Elektrodenschichten gleich ausgebildet sein, also

insbesondere gleiche geometrische Merkmale und/oder gleiche Zusammensetzungen aufweisen. Sind mehrere erste und/oder zweite Elektrodenschichten vorhanden, können diese besonders bevorzugt in Stapelrichtung abwechselnd übereinander

angeordnet sein. Im Vergleich zum hier beschriebenen keramischen

Vielschichtbauelement mit zumindest einer Elektrodenschicht, die eine mit zu einer Außenfläche größer werdendem Abstand geringer werdende Stromtragfähigkeit aufweist, werden in bekannten Vielschichtbauelementen üblicherweise

Innenelektroden mit einer konstanten Dicke und einer

rechteckigen Fläche sowie einer homogenen

Material zusammenset zung hergestellt, wobei die minimal mögliche Dicke und Breite der Innenelektroden in Abhängigkeit von der verwendeten Elektrodenmaterialzusammensetzung durch die erforderliche Stromtragfähigkeit unter Berücksichtigung der zu erwartenden Stromdichte an der Zuleitungs zone , also am Kontakt mit einer Außenelektrode, vorgegeben sind. Da sich der in eine Innenelektrode eingeprägte Strom entlang der Innenelektrode jedoch kontinuierlich in das angrenzende

Keramikmaterial verteilen kann, nimmt die Stromdichte mit zunehmendem Abstand zur Zuleitungszone in der Innenelektrode ab und ist am der Zuleitungszone gegenüber liegenden Ende der Innenelektrode üblicherweise weit unter dem kritischen Level. Bei üblichen Innenelektrodendesigns wird dieser Punkt nicht berücksichtigt und die Innenelektroden, deren Dimensionierung durch die erforderlichen Dimensionen an der Zuleitungszone bestimmt wird, sind auf der der Zuleitungs zone gegenüber liegenden Seite überdimensioniert. Im Gegensatz dazu kann es durch die hier beschriebene gezielte Anpassung der Geometrie und/oder der Materialzusammensetzungsverteilung der zumindest einen ersten Elektrodenschicht beim hier beschriebenen keramischen Vielschichtbauelement möglich sein, den

Materialverbrauch bei der Herstellung der Elektrodenschicht zu optimieren und so den Materialeinsatz und/oder Kosten zu reduzieren. Neben der Reduzierung des Materialverbrauchs und der damit verbundenen Kostenersparnis kann ein weiterer

Vorteil in einer möglichen Verbesserung der Puls -Robustheit und Stromtragfähigkeit bei gleichem Bauteilvolumen liegen. Besonders bevorzugt kann die Stromtragfähigkeit der zumindest einen ersten Elektrodenschicht durch die beschriebenen

Maßnahmen so angepasst sein, dass unter Berücksichtigung der Stromverteilung in die angrenzenden keramischen Schichten die Stromdichte in der zumindest einen ersten Elektrodenschicht entlang der Haupterstreckungsrichtung im Wesentlichen konstant ist .

Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und

Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in

Verbindung mit den Figuren beschriebenen

Ausführungsbeispielen .

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines keramischen

Vielschichtbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Figuren 2A bis 2D schematische Darstellungen von

Vielschichtbauelementen gemäß weiteren

Ausführungsbeispielen ,

Figuren 3A und 3B schematische Darstellungen von

Vielschichtbauelementen gemäß weiteren

Ausführungsbeispielen,

Figuren 4A und 4B schematische Darstellungen von

Vielschichtbauelementen gemäß weiteren

Ausführungsbeispielen und

Figuren 5A und 5B schematisch Darstellungen zu

Zusammensetzungen einer Elektrodenschicht eine Vielschichtbauelements gemäß weiteren

Ausführungsbeispielen .

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.

Die nachfolgenden Figuren zeigen jeweils Ausführungsbeispiele eines keramischen Vielschichtbauelements 100, das rein beispielhaft als Überspannungsschutzelement, insbesondere als so genanntes Mehrlagen-Überspannungsschutzelement,

ausgebildet ist. Alternativ hierzu sind auch Ausführungen des keramischen Vielschichtbauelements, beispielsweise als thermischer Sensor, durch eine entsprechende Wahl des

Keramikmaterials möglich.

In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel des keramischen

Vielschichtbauelements 100 in einer schematischen

Schnittansicht gezeigt, das einen Grundkörper gebildet durch einen Stapel 1 mit keramischen Schichten 2 und

Elektrodenschichten 3, 4 aufweist, die entlang einer

Stapelrichtung S übereinander angeordnet sind. Der Stapel 1 weist Außenflächen auf, die den Stapel 1 in Richtungen senkrecht zur Stapelrichtung S begrenzen. In Figur 1 sind die sich gegenüberliegenden Außenflächen 5, 6 erkennbar. In den nachfolgenden Figuren 2A bis 2D und 4A sind zusätzlich noch die Außenflächen 9, 10 erkennbar. Beispielsweise kann das Vielschichtbauelement 100 in einer Ansicht entlang der Stapelrichtung S einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, so dass der Stapel 1 entsprechend vier Außenflächen aufweisen und als Quader ausgebildet sein kann. In Stapelrichtung schließt der Stapel 1 mit einer Unterseite und einer

Oberseite ab.

Das Vielschichtbauelement 100 ist wie vorab beschrieben rein beispielhaft als Überspannungsschutzelement, insbesondere als Mehrlagen-Überspannungs schut zelement , ausgebildet, bei dem zumindest die in Stapelrichtung S zwischen den

Elektrodenschichten 3, 4 angeordneten keramischen Schichten 2 ein Varistormaterial aufweisen oder daraus sind. In

Stapelrichtung S kann der Stapel 1 mit keramischen Schichten 2 abschließen, die ebenfalls ein Varistormaterial oder alternativ ein dielektrisches Material aufweisen können. Die Elektrodenschichten 3, 4 können bevorzugt eines oder mehrere Metalle, beispielsweise ausgewählt aus Ni, Cu, Ag und Pd, aufweisen oder daraus sein.

Zur Herstellung des keramischen Vielschichtbauelements 100 können die keramischen Schichten 2 und die

Elektrodenschichten 3, 4 aus entsprechenden Pasten

beispielsweise in Form von Grünfolien hergestellt,

übereinander aufgebracht und gemeinsam versintert werden. Hierzu können beispielsweise Druckverfahren wie

beispielsweise Siebdruck oder Tintenstrahldruck,

gegebenenfalls unter Verwendung von Masken, verwendet werden, mittels derer die Pasten mit den gewünschten Materialien in Form von Sinterpartikeln gemischt mit Bindern, aufgebracht werden können. In Figur 1 sind mittels der gestrichelten Linien Schichtgrenzen zwischen den keramischen Schichten 2 angedeutet, die die jeweils aufgebrachten Schichten andeuten sollen und die durch den Sinterprozess im fertigen Vielschichtbauelement 100 nicht mehr vorhanden sind.

Insbesondere im Hinblick auf die Elektrodenschichten 3, 4 können auch Verfahren wie Mehrlagensiebdruck, inhomogener Siebdruck und/oder 3D-Tintenstrahldruck verwendet werden. Beispielsweise können die keramischen Schichten 2 eine Dicke, also eine Ausdehnung entlang der Stapelrichtung S, zwischen 1 pm und 200 pm aufweisen. Die Elektrodenschichten 3, 4 können beispielsweise eine Dicke zwischen 0,1 pm und 10 pm aufweisen .

Auf zumindest einer oder mehreren Außenflächen können

Außenelektroden aufgebracht sein, mittels derer im Stapel angeordnete Elektrodenschichten 3, 4 kontaktiert werden können. In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind auf den in Figur 1 erkennbaren Außenflächen 5, 6, die im Folgenden auch als erste Außenfläche 5 und als zweite Außenfläche 6 bezeichnet werden, eine erste Außenelektrode 7 und eine zweite Außenelektrode 8 aufgebracht, die ein oder

mehrschichtig ausgebildet sein können. Beispielsweise können die Außenelektroden 7, 8 eines oder mehrere Metalle

ausgewählt aus Cu, Cr, Ni, Ag und Au aufweisen. Die

Außenelektroden 7, 8 können beispielsweise aufgedampft oder aufgesputtert sein. Bevorzugt können die Außenelektroden 7, 8

Schichtenfolgen mit Cr/Cu/Au- oder Cr/Cu/Ag- oder Cr/Ni/Ag- oder Cr/Ni/Ag-Schichten aufweisen. Die Außenelektroden 7, 8 stehen bevorzugt in direktem Kontakt zur Elektrodenschicht 3, die im Folgenden auch als erste Elektrodenschicht 3

bezeichnet werden kann, beziehungsweise den

Elektrodenschichten 4, die im Folgenden auch als zweite

Elektrodenschichten 4 bezeichnet werden können, so dass die Elektrodenschichten 3, 4 durch die Außenelektroden 7, 8 elektrisch kontaktiert werden. Rein beispielhaft ist das Vielschichtbauelement 100 in Figur 1 mit einer ersten Elektrodenschicht 3 und mit zwei zweiten Elektrodenschichten 4 gezeigt. Alternativ hierzu können auch mehr als eine erste Elektrodenschicht 3 sowie nur eine oder mehr als zwei zweite Elektrodenschichten 4 vorhanden sein, die bevorzugt durch keramische Schichten 2 in Stapelrichtung S voneinander getrennt abwechselnd übereinander aufgebracht sein können. Somit kann das keramische Vielschichtbauelement 100 zumindest eine erste Elektrodenschicht 3 und zumindest eine zweite Elektrodenschicht 4 aufweisen.

Die zumindest eine erste Elektrodenschicht 3 erstreckt sich von einem ersten Endbereich 31, der an die erste Außenfläche

5 und an die erste Außenelektrode 7 angrenzt, entlang einer Haupterstreckungsrichtung H zu einem zweiten Endbereich 32, während sich die zweiten Elektrodenschichten 4 entsprechend von einem ersten Endbereich 41, der an die zweite Außenfläche

6 und an die zweite Außenelektrode 8 angrenzt, entlang einer der Haupterstreckungsrichtung H parallel und entgegengesetzt gerichteten Haupterstreckungsrichtung H' zu einem zweiten Endbereich 42 erstrecken. Die ersten Endbereiche 31, 41 können insbesondere Zuleitungs zonen bilden, über die im

Betrieb des keramischen Vielschichtbauelements 100 je nach Stromrichtung ein elektrischer Strom in Elektrodenschichten hinein oder aus Elektrodenschichten heraus geleitet werden kann. Ein entsprechender rein beispielhafter Stromfluss ist in Figur 1 mittels der Pfeile zwischen der ersten

Elektrodenschicht 3 und den zweiten Elektrodenschichten 4 angedeutet. Da sich der in die erste Elektrodenschicht 3 eingeprägte Strom entlang der Haupterstreckungsrichtung H kontinuierlich in die Keramik verteilen kann, nimmt die Stromstrke mit zunehmendem Abstand zur durch den ersten Endbereich 31 gebildeten Zuleitungszone in der ersten Elektrodenschicht 3 ab. Die zumindest eine erste Elektrodenschicht 3 ist daher so ausgebildet, dass sie eine sich entlang der Haupterstreckungsrichtung H verringernde Stromtragfähigkeit aufweist. Entsprechend kann die zumindest eine erste Elektrodenschicht 3 am ersten Endbereich 31 einen höheren maximalen Strom als am zweiten Endbereich 32

aushalten. In den nachfolgenden Figuren sind

Ausführungsbeispiele für entsprechende Ausführungen der zumindest einen ersten Elektrodenschicht 3 gezeigt. Die zweiten Elektrodenschichten 4 können bevorzugt gleich wie die erste Elektrodenschicht 3 ausgebildet sein. Ebenso können bei einer Mehrzahl von ersten Elektrodenschichten diese bevorzugt gleich ausgebildet sein.

Die Figuren 2A bis 2D zeigen Schnittdarstellungen durch ein Vielschichtbauelement 100 wie dem der Figur 1 entlang einer Schnittebene, die senkrecht zur Stapelrichtung durch die zumindest eine erste Elektrodenschicht 3 verläuft . In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist die zumindest eine erste Elektrodenschicht 3 einen Schwerpunkt C auf, der näher am ersten Endbereich 31 als am zweiten Endbereich 32 liegt, wobei die Lage des Schwerpunkts C in den Figuren nur

schematisch angedeutet ist. Die zumindest eine erste

Elektrodenschicht 3 weist weiterhin, wie durch die

gestrichelte Linie angedeutet ist, entlang der

Haupterstreckungsrichtung H eine geometrische Mitte auf, die die zumindest eine erste Elektrodenschicht 3 entlang der Haupterstreckungsrichtung H in zwei gleich lange Hälften unterteilt. Von der geometrischen Mitte aus gesehen liegt der Schwerpunkt C somit in der an den ersten Endbereich 31 angrenzenden Hälfte. Entsprechend weist die zumindest eine erste Elektrodenschicht 3 mehr Material, insbesondere mehr elektrisch leitendes Material, auf der dem ersten Endbereich 31 zugewandten Hälfte als auf der dem zweiten Endbereich 32 zugewandten Hälfte auf. Dadurch kann erreicht werden, dass die Stromtragfähigkeit im ersten Endbereich 31 größer als im zweiten Endbereich 32 ist.

In den Ausführungsbeispielen der Figuren 2A bis 2D wird die beschriebene Lage des Schwerpunkts C dadurch bewirkt, dass die zumindest eine erste Elektrodenschicht 3 am ersten

Endbereich 31 eine größere Breite als am zweiten Endbereich

32 aufweist. Das bedeutet, dass die Breite, die in einer Richtung senkrecht zur Stapelrichtung S und senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung H der zumindest einen ersten

Elektrodenschicht 3 gemessen wird, entlang der

Haupterstreckungsrichtung H abnimmt. Beispielsweise kann die Breite in zumindest einem Teilbereich kontinuierlich

abnehmen. In Figur 2A ist eine erste Elektrodenschicht 3 gezeigt, deren Breite linear kontinuierlich über die gesamte Länge in Haupterstreckungsrichtung H kleiner wird. Die erste Elektrodenschicht 3 kann hierfür wie gezeigt trapezförmig ausgebildet sein. Weiterhin kann die Breite der zumindest einen ersten Elektrodenschicht 3 in zumindest einem

Teilbereich stufenweise abnehmen. Im in Figur 2B gezeigten Ausführungsbeispiel verringert sich die Breite der ersten Elektrodenschicht 3 beispielsweise in einer Stufe, im in Figur 2C gezeigten Ausführungsbeispiel in mehreren Stufen. Wie in Figur 2D gezeigt ist, beschränkt sich die

Breitenverringerung nicht nur auf polygonal geformte

Elektrodenschichten, sondern kann auch Flächen mit nicht geraden Kanten beinhalten. Zur Herstellung der gezeigten Elektrodenschichtformen können beispielsweise maskenbasierte Druckverfahren oder Tintenstrahldruckverfahren verwendet werden . In den Ausführungsbeispielen der Figuren 3A und 3B weist die zumindest eine erste Elektrodenschicht 3 am ersten Endbereich 31 eine größere Dicke als am zweiten Endbereich 32 auf. Wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen kann dadurch erreicht werden, dass der Schwerpunkt C näher am ersten Endbereich 31 als am zweiten Endbereich 32 liegt. Beispielsweise kann die Dicke der zumindest einen ersten Elektrodenschicht 3, wie in den Figuren 3A und 3B gezeigt ist, in zumindest einem

Teilbereich stufenweise abnehmen. Beispielsweise kann die Dicke der ersten Elektrodenschicht 3 in einer Stufe abnehmen, wie in Figur 3A gezeigt ist, oder in mehreren Stufen, wie in Figur 3B gezeigt ist. Zur Herstellung einer stufenweise abnehmenden Dicke kann beispielsweise ein

Mehrlagens iebdruckverfahren verwendet werden. Hierbei kann durch mehrfache Bedruckung entsprechender Flächenbereiche eine variierende Dicke herstellbar sein. Weiterhin kann auch ein inhomogenes Siebdruckverfahren verwendet werden, bei dem durch eine Dichte und/oder Größe von Kavitäten eines Siebs der Materialdurchsatz angepasst werden kann. Weiterhin kann auch ein 3D-Tintenstrahldruckverfahren verwendet werden.

Insbesondere mittels letzterem kann auch eine sich

kontinuierlich verringernde Dicke herstellbar sein. Die in den Figuren 3A und 3B gezeigten Elektrodenschichten können in einer Aufsicht entlang der Stapelrichtung S beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt oder einen in Verbindung mit den vorherigen Figuren beschriebenen Querschnitt mit einer sich verringernden Breite aufweisen.

In den Figuren 4A und 4B sind Ausführungsbeispiele des keramischen Vielschichtbauelements 100 mit der zumindest einen ersten Elektrodenschicht 3 gezeigt, die Öffnungen 11 aufweist, die in Stapelrichtung S in die zumindest eine erste Elektrodenschicht 3 hineinreichen und besonders bevorzugt durch die zumindest eine erste Elektrodenschicht 3 hindurchreichen. Die Öffnungen 11 können mit dem Material der angrenzenden keramischen Schichten 2 oder auch mit einem davon verschiedenen Keramikmaterial, beispielsweise einem dielektrischen Keramikmaterial, gefüllt sein. Wie in Figur 4A gezeigt ist, weisen die Öffnungen 11 eine Belegungsdichte auf, die entlang der Haupterstreckungsrichtung H zunimmt, so dass die zumindest eine erste Elektrodenschicht 3 nahe des zweiten Endbereichs 32 mehr Öffnungen als nahe des ersten Endbereichs 31 aufweist, wodurch wiederum eine Verschiebung des Schwerpunkts C in Richtung des ersten Endbereichs 31 erreicht wird. Die in Figur 4A gezeigte Anzahl und Anordnung der Öffnungen 11 ist rein beispielhaft zu verstehen. Es kann auch möglich sein, dass der Öffnungsdurchmesser mit

zunehmendem Abstand vom ersten Endbereich 31 größer wird.

Wie in Figur 4B gezeigt ist, können die Öffnungen 11 auch mit einer variierenden Dicke wie in Verbindung mit den

Ausführungsbeispielen der Figuren 3A und 3B beschrieben kombiniert werden. Darüber hinaus ist auch eine alternative oder zusätzliche Kombination mit einer variierenden Breite wie in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen der Figuren 2A bis 2D beschrieben möglich. Wie vorab erwähnt und in Figur 4B gezeigt ist, können insbesondere erste und zweite

Elektrodenschichten 3, 4 gleich ausgebildet sein.

Wie in den vorergehenden Ausführungsbeispielen beschrieben ist, können die Elektrodenschichten des

Vielschichtbauelements eine sich in Haupterstreckungsrichtung verjüngende Form in Bezug auf die Breite und/oder die Dicke sowie alternativ oder zusätzlich Öffnungen mit einer in Haupterstreckungsrichtung größer werdenden Belegungsdichte oder einem größer werdenden Öffnungsdurchmesser zur Reduzierung des Elektrodenschichtmaterials aufweisen, wodurch ein effizienter Materialverbrauch erreicht werden kann. Die geometrische Ausbildung der Elektrodenschichten kann

insbesondere derart erfolgen, dass die lokale Stromdichte innerhalb der Elektrodenschichten abhängig von den zu

erwartenden normalen Betriebsbedingungen trotz in

Haupterstreckungsrichtung kleiner werdender

Stromtragfähigkeit bevorzugt konstant und stets unterhalb einem kritischen Level bleibt.

Alternativ oder zusätzlich zu den beschriebenen geometrischen Variationen kann die zumindest eine erste Elektrodenschicht eine spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweisen, die in Haupterstreckungsrichtung abnimmt, wodurch ebenfalls eine in Haupterstreckungsrichtung geringer werdende

Stromtragfähigkeit erzielt werden kann. Insbesondere kann die zumindest eine erste Elektrodenschicht im ersten Endbereich eine höhere spezifische elektrische Leitfähigkeit als im zweiten Endbereich aufweisen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die zumindest eine erste Elektrodenschicht eine Mischung mit oder aus zumindest einem ersten Material mit einer ersten spezifischen elektrischen Leitfähigkeit und einem zweiten Material mit einer zweiten spezifischen

elektrischen Leitfähigkeit aufweist, wobei die zweite

spezifische elektrische Leitfähigkeit geringer als die erste spezifische elektrische Leitfähigkeit ist, und dass das

Verhältnis vom ersten Material zum zweiten Material in

Haupterstreckungsrichtung kleiner wird. Entsprechend weist die zumindest eine erste Elektrodenschicht im ersten

Endbereich einen höheren Anteil des ersten Materials im

Vergleich zum zweiten Material auf als im zweiten Endbereich. Dabei kann die zumindest eine erste Elektrodenschicht im ersten Endbereich frei vom zweiten Material und/oder im zweiten Endbereich frei vom ersten Material sein. Alternativ hierzu können im ersten Endbereich und/oder im zweiten

Endbereich das erste und das zweite Material gemeinsam in der zumindest einen ersten Elektrodenschicht enthalten sein. Die variierende Mischung mit oder aus dem ersten und zweiten Material kann beispielsweise durch einen lokal variierenden Anteil von Sinterpartikeln mit oder aus dem ersten Material und durch einen lokal variierenden Anteil von Sinterpartikeln mit oder aus dem zweiten Material in der zur Herstellung der zumindest einen ersten Elektrodenschicht aufgebrachten

Grünfolie erreicht werden. Zur Herstellung eines variierenden Verhältnisses des ersten und zweiten Materials kann bevorzugt ein 3D-Tintenstrahldruck-Verfahren verwendet werden.

Wie in den Figuren 5A und 5B gezeigt ist, nimmt das

Verhältnis R des ersten Materials zum zweiten Material in zumindest einem Teilbereich der zumindest einen ersten

Elektrodenschicht entlang der Haupterstreckungsrichtung H entsprechend ab. Die Abnahme des Verhältnisses R des ersten zum zweiten Material kann, wie in Figur 5A angedeutet ist, stufenweise sein, also wie gezeigt in einer Stufe oder alternativ auch in mehreren Stufen. Weiterhin kann die

Abnahme des Verhältnisses R beispielsweise auch

kontinuierlich sein, wie in Figur 5B angedeutet ist.

Das erste Material kann besonders bevorzugt ein Metall sein, insbesondere eines oder mehrere Metalle ausgewählt aus Ni,

Cu, Ag und Pd. Das zweite Material kann wie das erste

Material elektrisch leitend sein und beispielsweise ebenfalls ein Metall aufweisen, beispielsweise eines oder mehrere der vorgenannten Metalle, jedoch in einer solchen

Zusammensetzung, dass das zweite Material eine geringere spezifische elektrische Leitfähigkeit als das erste Material aufweist. Weiterhin kann das zweite Material auch elektrisch isolierend sein und beispielsweise ein elektrisch

isolierendes Keramikmaterial wie etwa Siliziumdioxid und/oder Aluminiumoxid aufweisen oder daraus sein.

Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen

Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind.

Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren

beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den

Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Bezugszeichenliste

1 Stapel

2 keramische Schicht

3 erste Elektrodenschicht

4 zweite Elektrodenschicht

5 erste Außenfläche

6 zweite Außenfläche

7 erste Außenelektrode

8 zweite Außenelektrode

9, 10 Außenfläche

11 Öffnung

31, 41 erster Endbereich

32, 42 zweiter Endbereich

100 keramisches Vielschichtbauelernent C Schwerpunkt

H, H ' Haupterstreckungsrichtung

R Verhältnis

S Stapelrichtung