[发明专利]用于在高功率下使用的多层陶瓷电容器结构

说明书

提供了一种改进的多层陶瓷电容器，其中，该电容器具有改进的散热性能。该电容器包括多个第一内部电极和多个第二内部电极，其中，多个第一内部电极与多个第二内部电极平行并且极性相反。电介质层位于多个第一内部电极和多个第二内部电极之间，并且散热通道位于至少一个电介质层中。热传递介质位于散热通道中。

技术领域

本发明涉及改进的多层陶瓷电容器(MLCC)、包含改进的MLCC的阵列和包含改进的MLCC的装置，其中，改进的MLCC由于在电容器的主体中存在散热通道而具有改进的热稳定性。

背景技术

MLCC广泛用于各种电子应用中，并且对它们的使用持续地扩大。对于本讨论最重要的是它们在交流(AC)应用中的使用持续增长。在此更重要的是，随着AC电压量的增加，它们在AC应用中的持续和增长的使用，其中，在电容器中产生的波纹电流引起内部发热，这最终可能导致失效。

MLCC中的功率(P)耗散由以下等式定义：

P＝I²R

其中，I是电流，R是等效串联电阻(ESR)。因此，发热随着电容器中产生的纹波电流的平方而增加。还存在频率依赖性，并且在频率增加的情况下，随着ESR减小，这种自发热也会减少。对减小MLCC中ESR的持续需求减轻了过去的问题。随着电流增加，ESR的进一步减小不再足以减轻热量的产生，从而导致需要改进对热量产生的减轻或消除所产生的热量。

热量通常在电容器的表面处或者在陶瓷的表面处消散或者通过经由金属端子的传导而消散。由于难以确定电容器的内部温度，因此通常假设表面温度是其合理的代表。基于这种假设，对于具有预期会导致MLCC的热失控和故障的较高表面温度的这些类型的电容器，表面处20℃至25℃的自发热已被认为是安全条件。内部金属电极是有效的热导体，而陶瓷电介质通常是非常好的热绝缘体。

增加内部电极的数量可以减小ESR，并且因此降低自发热。为了增加电容C，增加内部电极的数量已经成为一种正在进行的趋势。电容由以下等式定义：

C＝ε_rε₀An/t

其中，ε_r是电介质的相对介电常数；ε₀是等于自由空间的介电常数的常数；A是由电介质(也被称为活性物(active))分隔的两个极性相反的内部导电层的重叠面积；n是活性物的数量，t是电极之间的分离距离或厚度。因此，对更高电容的期望导致层数和重叠面积的增加，同时减小层分离。然而，在给定MLCC体积中，尽管其允许更多的活性物层和电极被结合在可用的体积中，但是减小陶瓷的活性物厚度以增加电容进一步降低了MLCC的电压处理能力。由于电极将热量传导出去，因此增加电极的数量是所希望的，但是由于电压能力被降低，所以必须达到折衷。此外，在MLCC的中心产生的任何多余热量变得更难以消除，因此内部可能远比所建议的表面温度更热，并且测量表面温度作为内部温度的指标变得不太可靠。导致更薄的陶瓷活性物的电容器构造中的任何微小差异都可能导致高温点或“热点”，这些点最终在高AC功率下失效，并且增加的内部热产生难以被检测到。

图1中图示了MLCC中作为AC波纹电流的函数的自发热。在给定的频率下，电流的增加导致自发热的增加，最终导致MLCC的热失控和失效。此外，如果MLCC处于高环境温度，则自发热可导致超出MLCC的额定温度。此外，通过各种技术(诸如使用散热片等)，通过MLCC的金属外部端子和表面容易消散表面热量，但是MLCC的内部温度可能显著地超出表面温度。由于陶瓷是不良热导体，因此除了通过内部电极的传导之外，没有从电容器的内部去除热量的有效方式，并且这已经被证明在较高的AC电压下是不足的。

在本领域中，一直需要一种能够承受更高AC的电压而又不会由于增加的自发热而损坏MLCC的MLCC。本文提供了一种MLCC，其更好地消散来自电容器主体内部的热量，从而减轻自发热效应。

发明内容