[发明专利]陶瓷电容器和制造方法

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请是在2010年12月15日提交、被分配申请系列号12/969186的发明名称为“CAPACITOR WITH THREE-DIMENSIONAL HIGH SURFACE AREA ELECTRODE AND METHODS OF MANUFACTURE”的美国非临时申请的部分继续并且根据35U.S.C.§120要求享有优先权。还根据35U.S.C.§119(e)要求在2010年10月12日提交、被分配申请系列号61/392450的发明名称为“CERAMIC CAPACITOR AND METHOD OF MAKING THE SAME”作为优先权。在此加入这两个专利申请的全部内容作为参考。

背景技术

电容器是具有电容的主要电气性能即存储电荷的能力的任何装置。在电子的领域中，电容器的存储电荷的能力可用于控制电流的流动。并且，可在用于过滤电信号的电路中使用电容器；例如，可在无线电或电视接收器的调谐电路中使用具有可变电容的电容器。改变电容会改变调谐器电路的共振频率，使得它与希望的电台或频道的频率匹配，从而滤除所有不希望的频率的信号。

最简单的电容器包括通过也称为电介质的绝缘体相互分离的导电材料的两个板，每个板与端子连接。当跨着未充电的电容器的端子施加电压时，电荷流向板中的每一个(正电荷流向阳极板，负电荷流向阴极板)，但不穿过夹在导电板之间的绝缘体。当相反的电荷在导电的阳极板和阴极板上增加时，它们之间的电介质上的力也增加，由此导致跨着电介质的电场增加。这种现象引起随板上的电荷成比例地增加的电压。

各板上的电荷大小与板之间的电势(电压)的比是上述的电容，并且接近用于将电容器充电的外部施加电压源。当这两个电压具有相同的大小(电压源和电容器)时，电流停止流动并且电容器被视为被充电。随后通过施加的电气负载降低外部电压，将充电的电容器放电，由此，当产生的电流迅速地使电荷流出板时，导致板两端的电压的降低。

存在许多类型的电容器，每种的构造和材料组合不同，但以上解释的物理对于所有的电容器是基本上相同的。常见的电容器类型对于电介质层使用陶瓷，并且可采取陶瓷材料的中空圆筒与其内外表面上的导电材料的薄膜对准的圆筒结构或陶瓷和导电材料的多个板交错以产生夹持的“电极-电介质-电极”配置的平坦平行板结构。

对于包括所谓的平行板结构的电容器还说，制造是相当简单的。电介质的层被夹在两个导电电极层之间，其中，得到的平行板电容器的电容是电极板的重叠面积、电介质层的厚度和电介质的电容率的函数。

多层陶瓷电容器(MLCC)是具有多个层叠“电极-电介质-电极”配置(EDE)的平行板电容器，其中，每个形成三层。通过许多平行板的并联连接，MLCC的电容急剧增加。很显然，更多的层叠配置增加电容并形成MLCC。类似地，各单个电容器也可被串联连接，由此，与较高的头部空间量相对，基本上在较大的表面积上扩展上述的MLCC。

在高度层叠的MLCC上串联连接电容器的优点在于，串联配置已知在现有技术中对于电压击穿表现更好的抗力(当给定电容器上的电荷和电压增加时，在一些点上，在电介质不再能够使电荷相互绝缘，随后表现出电介质击穿，或者在一些区域中表现高的导电率，这趋于降低存储的能量和电荷，从而产生内部热)。

回到用于制造典型的MLCC的制造方法，可通过在交替的导电板对之间施加诸如基于陶瓷的浆体的电介质浆，制造电容器。但是，MLCC的制造已主要变为使用导电墨水或糊剂(包括诸如例如银的导电材料的墨水或糊剂)以代替板；可在事先投放于载体聚合物膜上的电介质浆的“绿带”上丝网印刷该墨水或糊剂。与上述的一致，交错的电介质带和电极应用的许多层可被层叠在一起以形成最终的MLCC产品。

可以实现具有约500～约1000个层的多层陶瓷电容器，这里，可实现的电介质层常常小于1微米厚。MLCC中的层厚的减小直接与节省的头部空间相关，但是，常常不是头部空间受限。实际上，需要容纳诸如MLCC的无源电气部件的总表面积代表了电路中的贵重的财产。

为了通过使用表面安装技术减少空间无源部件占据，0402尺寸(约0.04英寸×0.02英寸)是最流行的，并且，甚至可以可靠地制造0201尺寸(约0.02英寸×0.01英寸)。一般地，当保持电容恒定时，MLCC越小越好。但是，由于继续减小电介质和电极层的厚度会产生制造问题，因此，简单地减小区域印迹和增加层量存在限制。因此，需要提供替代性方法以继续减小尺寸并增加陶瓷电容器的电容密度的趋势，并且，需要表现更高的电容密度的电容器。

发明内容