专利名称：高电容单层电容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及单层电容器，更具体地，涉及高电容单层陶瓷电容器和制造该电容器的方法。
背景技术：
单层陶瓷电容器具有有益的形状系数，以组装到存在于印刷电路板上的电路或者在空间有限的芯片载体或其它封装件内的集成电路中。陶瓷电容器的尺寸可以与容纳集成电路的芯片载体或者印刷电路板内的限制匹配。典型地，用导电性环氧树脂将陶瓷电容器的底面焊接到或者连接到印刷电路板的表面，并且陶瓷电容器的顶面有用作另一电路连接端点的一个或多个导电焊盘。典型地，通过金属化烧结的陶瓷材料的薄片的两面来制造单层陶瓷电容器。然后，通过锯切或者砂轮切割技术将金属化的陶瓷屏蔽(shield)切割成一定尺寸。尽管这些电容器的形状系数是理想的，但是可达到的电容量限制了它们在某些应用中的有用性，尤其在设计考虑要求特别小或特别薄的电容器时。在这种情形下，电容器不具有足以在组装到电路期间经受在例行处理中不期望的破裂或碎裂的结构强度。结果，必须在为了更大的强度而使用较厚的陶瓷层与为了更大的电容而使用较薄的陶瓷层之间做出设计折衷。先前对在单层电容器中达到更高电容、同时保持结构强度的尝试包括使用平坦的、水平的电容器，其中，在其具有间隙的下侧进行金属化。该设计所带来的问题是其在大于几吉赫的频率处产生了不需要的共振。另一方法使用常备的介电芯片，其具有相对的金属化表面并且具有附接至各个表面的金属引线。该设计所带来的问题是引线是易碎的，并且在制造、运送、处理以及按轨迹焊接到适当位置期间需要特别小心。另外，常备的引线电容器产生了显著的信号共振，尤其对于大于几吉赫的频率而言。对制造电容更高的单层电容器的进一步尝试包括将多层材料层压在一起。这些多层包括陶瓷介电材料和陶瓷/金属复合材料片。该设计所带来的问题是制造工艺包括将片层压在一起，并且陶瓷/金属复合材料非常昂贵。另一陶瓷电容器设计将至少一个内部金属化平面或板和实现多个冗余电连接的许多通孔(via)包括在电容器内。非常难于制造这样的设计以提供通过许多通孔所连接的内部金属化平面或板。因此，存在对廉价且易于制造的高电容单层陶瓷电容器的需要。
发明内容
本发明提供了容易且廉价地制造的、具有高电容和高结构强度的单片式单层电容器。本发明的电容器提供了在相对的顶面和底面上进行电连接。该电容器提供了比现有设计更高的电容值、同时仍保持形状系数和高结构强度。陶瓷电容器包括应用于陶瓷体的一个至五个表面的连续金属化物，该金属化物与一个或多个内部电极接触。一个或多个另外的金属化焊盘应用于电容器的顶面。至外部电路的电连接是通过附接至电容器的顶面和底面而实现的。可以通过使用坯体的(green)陶瓷棒来制造电容器，其中该电容器是用一个或多个内部电极来构建的。切割该棒并且烧制独立的芯片。在所有侧面上金属化电容器，并且通过使用激光、机械研磨或者其它工艺去除金属化物的一部分以隔离顶部导电焊盘，形成顶部焊盘。可替选地，在隔离顶部导电焊盘之前可以将钝化材料应用于电容器的表面上。一个或多个内部电极可以延伸穿过电容器的部分或整个宽度，并且与位于陶瓷体的一个侧面和顶面或底面上的导电金属化层接触。在制造工艺期间，可以沿着边缘表面将堡形孔(castellation hole)或开口切割或者钻通陶瓷体的宽度,该堡形孔或开口在制造处理期间可以被完全填充或者仅使内表面被涂覆。
对于其它具体应用，内部电极和底部导电焊盘可以通过通孔电连接。通孔可以延伸穿过陶瓷体的整个高度，并且在介电片堆叠后被钻孔。单独地或者作为形成顶部导电焊盘和底部导电焊盘的一部分，可以用导电材料填充通孔。在另一替选实施例中，电容器可以包括具有延伸穿过器件的整个宽度的至少两个内部电极的陶瓷介电体，该至少两个内部电极被具有已知厚度的介电材料层分离。每个内部电极均与位于陶瓷体的一个侧面和顶面或底面的至少一部分上的导电金属化层接触。形成顶部导电焊盘和底部导电焊盘的相对的两个金属化层被电绝缘材料分离，该电绝缘材料围绕器件的周界延伸从而沿侧面贯穿器件。
图I是本发明的单层电容器的透视图；图2是图I的电容器的截面图；图3是本发明的替选单层电容器的截面图；图4是本发明的另一替选实施例的单层电容器的透视图；图5是本发明的另一替选实施例的单层电容器的透视图；图6是图5的电容器的截面图；图7是图5的电容器的电路简图；图8是本发明的另一替选实施例的单层电容器的截面图；图9a是本发明的另一替选实施例的单层电容器的截面图；图9b是本发明的另一替选实施例的单层电容器的截面图；图IOa是本发明的另一替选实施例的单层电容器的透视图；图IOb是本发明的另一替选实施例的单层电容器的透视图；图IOc是图IOb的电容器的截面图；图Ila是本发明的另一替选实施例的单层电容器的透视图；图Ilb是图Ila的截面图；图12a是本发明的另一替选实施例的单层电容器的透视图；以及
图12b是图12a的截面图。
具体实施例方式如在图I和图2中所示，本发明提供了容易且廉价地制造的表面可安装的高电容单层陶瓷电容器10，该电容器具有高结构强度。该电容器包括陶瓷介电层12，该陶瓷介电层具有应用于全部四个侧面16、18、20、22和底面24的部分或者连续的金属化层14。介电层12 (本文中也称为陶瓷体)包括内部电极26，该内部电极延伸穿过陶瓷体的整个宽度并与在侧面16和20上的金属化层14电接触，例如，如图2中所示。该电容器还包括位于陶瓷体12的顶面30上的金属化焊盘28。可以通过附接至顶部金属化焊盘28和在底面24上的底部金属化层14或者附接至侧面16、18、20和22来进行到外部电路的电连接。电容器内的电容值可以通过公式C=eA/d来描述，其中e=介电体材料的介电常数，A=顶部焊盘28的面积，以及d=顶部焊盘28与电极26之间的距离。不同于标准的单层电容器，可以通过包括电极而在没有对部件的结构 和强度进行折衷的情况下最小化距离d。由于放置了电极，因此d较小，而通过使一定厚度的材料在电极下方来达到电容器的强度。尽管图I和图2示出了具有单个电极26的单层陶瓷电容器，但是也可以如图3所示的那样包含多个电极，其中电容器32包括位于陶瓷介电体38内的如以34和36示出的两个或更多个电极。电容器可以通过使用坯体的陶瓷棒来制造，并且通过将电极放置在各个陶瓷介电材料层之间来利用一个或多个内部电极来构建。陶瓷材料可以为I类、2类或3类陶瓷或者认为适合于制造多层陶瓷电容器或单层电容器的任何其他陶瓷。所得到的烧制电容器是单层电介质，然后，通过电镀(plating)在全部六个侧面上对其金属化。然后，通过使用激光、机械研磨或其它技术从顶面去除金属化的外面部分而创建顶部导电板，形成顶部焊盘28。可替选地，如图4所示，在金属化之前，诸如非可镀玻璃的钝化表面或者其他绝缘材料40可以应用于顶面30上。然后，将棒切割成分立部件。当对电容器进行金属化时，钝化材料在电镀的侧面与顶部焊盘28之间产生空隙。钝化材料在顶部导电板与连接到内部导电电极的底部金属化物之间产生空隙。图I到图4示出了方形电容器，然而，如图5所示，电容器42可以是矩形，并且可以包括多个顶部导电焊盘44、46和48。焊盘44到48的尺寸可以是相同的或不同的。利用多个导电焊盘可以创建电容器阵列，其中可以改变或者定制焊盘尺寸，以使得如图7所示的各电容器50、52和54的值可以不同。图8示出了本发明的另一实施例的单层电容器60。电容器60为浮置电容器(floating capacitor)，其为串联的两个电容器。类似于图3，电容器60包括其中放置有电极64和66的陶瓷体62。金属化层68应用于陶瓷体62的全部四个侧面，并且金属化焊盘70位于顶面72上而金属化焊盘74位于陶瓷体的底面76上。类似于其它实施例中的焊盘，形成了焊盘70和74。本发明的电容器例如不限于但对于方形版本而言可以具有范围从O. 010” X0. 010”到O. 090” X0. 090”的尺寸，并且不限于但可以具有范围从O. 003”到O. 020”的厚度。本发明的一些优点包括每单位体积具有更高电容以及能够使用各种介电质，这产生了宽的电容范围。该电容器消除了对高成本材料的需求并且提供了在相同的电容器带内制作具有任何大小和不同电容值的单层电容器阵列的能力。本发明的电容器还允许定制电容值，并且利用薄的介电层来提供高电容值而不牺牲结构强度。图9a示出了具有内部电极82的单层陶瓷电容器80，该内部电极82部分地延伸穿过陶瓷体84的宽度。电极82与沿着侧表面88的金属化层86电接触。金属化层86沿着侧表面88和底面90放置。金属化焊盘92位于顶面94上。图9b示出了具有两个内部电极98和100的单层陶瓷电容器96，其中该两个内部电极98和100部分地延伸穿过陶瓷体84，并且分别与沿着侧表面88和102的金属化层86电接触。金属化层86沿着陶瓷体的侧表面88、底面90以及侧表面102延伸。金属化焊盘92位于陶瓷体的顶面94上。应理解，在该配置中，一个或多个电极可以位于陶瓷体内，该一个或多个电极部分地延伸穿过该陶瓷体的宽度，并与位于陶瓷体的至少一个侧面和陶瓷体的顶面或底面中的至少一部分上的导电金属化层接触。电隔离的金属化焊盘可以位于电容器的相对的顶面或者底面上。替选地，电隔离的焊盘92可以与另一导电焊盘位于相同表面。用于制造如图9a和图9b所示的电容器的方法包括在坯体状态的陶瓷介电片的层之间放置一个或多个电极；在坯体状态的陶瓷片上印刷顶部和底部金属化物；将片切割成独立的陶瓷芯片；烧制芯片以将介电片的层和电极与金属化物烧结在一起；用导电胶对 芯片的一个或多个侧面进行金属化；烧制或固化导电胶；以及可选地，对所有金属化表面进行电镀。另一种制造电容器的方法包括如下步骤在坯体状态的陶瓷介电片的层之间放置一个或多个电极；在坯体状态的陶瓷片上印刷顶部和底部金属化物；将片切割成独立的陶瓷芯片；在坯体的陶瓷芯片的至少一个侧面上印刷金属化物；烧制芯片以将介电片的层和电极与金属化物烧结在一起；以及可选地，对所有金属化表面进行电镀。另一种制造电容器的方法包括如下步骤在坯体状态的陶瓷介电片的层之间放置一个或多个电极；在坯体状态的陶瓷片上印刷顶部和底部金属化物；烧制芯片以将介电片的层和电极与金属化物烧结在一起；在烧制的陶瓷片的表面上印刷抗蚀层(resist)或掩膜；切割烧制的陶瓷片以创建独立的芯片，并且优选对陶瓷芯片进行电镀或涂覆，这可包括或者可不包括去除抗蚀层或掩膜的步骤。参照图10a，示出了另一替选的单层陶瓷电容器110。电容器110包括在两个侧表面114和116上的堡体(castellation)112。堡体112是陶瓷体的移除部分，以使得金属化层可以与埋置于陶瓷体内的电极电连接。电隔离的金属化焊盘118位于陶瓷体的顶面120上。图IOb和图IOc更详细地示出了本概念。电容器122包括具有电极126和128的陶瓷体124，其中电极126和128从位于侧面132上的金属化层130和位于侧面136上的金属化层134延伸。电容器122还包括部分地延伸穿过陶瓷体124但不完全延伸至侧面136的电极138。堡体140被切入侧表面136，以使得金属化层134可以与电极138接触。顶面142包括位于每一侧的两个金属化焊盘144和146。在本实施例中，当金属化层134应用于侧表面136和顶面142时，堡体140被完全填充并成形。用于制造图IOa到图IOc的高电容单层陶瓷电容器的方法包括如下步骤在坯体状态的陶瓷介电片的层之间放置一个或多个电极；切割或钻出堡形孔；用导电胶填充堡形孔；在坯体状态的陶瓷片上印刷顶部金属化层和底部金属化层；将片切割成的独立的陶瓷芯片从而使堡形孔暴露；在坯体状态的陶瓷芯片的至少一个侧面上印刷金属化层；烧制芯片以将介电片的层和电极与金属化层烧结在一起。电容器还可以可选地包括对所有金属化表面进行电镀的步骤。如上所述，堡体可以被完全填充或者仅具有在金属化步骤中所涂覆的内表面。在本实施例中，每个电容器具有至少一个堡体。堡体孔填充步骤也可以与对顶部导电表面和底部导电表面进行印刷相结合。图Ila和图Ilb示出了另一替选的高电容单层陶瓷电容器150，其具有部分地延伸穿过陶瓷体154的宽度的至少一个内部电极152。电容器150具有位于陶瓷体的底面158上的金属化层156和位于陶瓷体的顶面162上的电隔离的顶部焊盘160。内部电极152通过通孔164电连接到金属化层156。在堆叠所有介电片后，将通孔钻通陶瓷体的整个高度。作为对底部金属化层156或顶部导电焊盘160进行印刷的一部分，单独地用导电胶或用金属化物填充通孔。在图12a和图12b中示出另一替选实施例的高电容单层陶瓷电容器170。电容器170包括具有两个电极174和176的陶瓷体172，其中两个电极174和176延伸穿过陶瓷体的整个宽度且被具有已知厚度的介电材料层分离。每个内部电极分别与导电金属化层180 和182接触，其中导电金属化层180和182位于陶瓷体的至少一个侧面以及顶面和底面中的至少一部分上。图12a和图12b示出了位于侧表面184和186以及顶面188上的金属化层180。金属化层182也位于侧表面184和侧表面186以及底面190上。形成顶部导电焊盘和底部导电焊盘的相对的两个金属化层被电绝缘材料192分离，其中该电绝缘材料围绕器件的周界延伸而穿进陶瓷体内一定距离。用于制造电容器170的方法包括如下步骤在坯体状态的陶瓷介电片的层之间放置两个或更多个电极，并且放置能够经受稍后的金属化步骤的坯体状态的电绝缘材料的网状物(web)，其中两个电极被具有已知厚度的坯体介电片分离；将片切割成独立的陶瓷芯片，从而使在每个电容器的所有侧面上的非导电网状物暴露；烧制芯片以将介电片的层和电极与金属化层烧结在一起；以及选择性地对所有金属化表面进行电镀。尽管关于本发明的几个实施例描述且示出了本发明，但是应该理解，可以在权利要求所要求的整个预期范围内进行改变或变型。
权利要求
1.一种高电容单层陶瓷电容器，包括陶瓷介电体，具有至少一个内部电极，所述至少一个内部电极延伸穿过所述陶瓷介电体的宽度的一部分并与导电金属化层电接触，所述导电金属化层位于所述陶瓷体的一个侧面和顶面或底面中的至少一部分上；以及至少一个电隔离的金属化焊盘，位于所述陶瓷体的相对的顶面或底面。
2.根据权利要求I所述的电容器，还具有在所述陶瓷体内隔开的两个或更多个电极。
3.根据权利要求I所述的电容器，其中，在所述电容器的顶面或底面上存在彼此电隔离的多个金属化焊盘。
4.根据权利要求3所述的电容器，其中，所述金属化焊盘具有不同尺寸。
5.根据权利要求I所述的电容器，其中，所述陶瓷体具有堡体，所述堡体具有沿着侧表面的金属化层以与又一电极电连接。
6.一种高电容单层陶瓷电容器，包括陶瓷介电体，具有至少一个内部电极，所述至少一个内部电极延伸穿过所述陶瓷介电体的宽度的一部分并与导电金属化层电接触，所述导电金属化层位于所述陶瓷体的一个侧面和顶面或底面中的至少一部分上；以及位于所述顶面或底面上的又一电隔离的金属化焊盘，其与所述电极电接触。
7.根据权利要求6所述的电容器，还具有在所述陶瓷体内隔开的两个或更多个电极。
8.根据权利要求6所述的电容器，其中，所述陶瓷体具有堡体，所述堡体具有沿着侧表面的金属化层以与又一电极电连接。
9.一种高电容单层陶瓷电容器，包括陶瓷介电体，具有至少一个内部电极，所述至少一个内部电极延伸穿过所述陶瓷介电体的宽度的一部分并通过通孔与位于所述陶瓷体的顶面或底面上的导电金属化层电接触，所述通孔包括延伸穿过所述陶瓷体的整个高度并与所述顶面或底面电连通的金属化层；以及又一电隔离的金属化焊盘，位于相对的顶面或底面。
10.一种高电容单层陶瓷电容器，包括陶瓷介电体，具有至少两个内部电极，所述至少两个内部电极延伸穿过所述陶瓷体的整个宽度并被具有已知厚度的介电材料层分离，每个内部电极均与单独的导电金属化层电连通，所述导电金属化层位于所述陶瓷体的至少一个侧面和顶面或底面中的至少一部分上，所述导电金属化层被电绝缘带分离，所述电绝缘带围绕所述陶瓷体的侧表面延伸且部分地延伸进所述电极之间的介电层中。
11.一种制造高电容单层陶瓷电容器的方法，包括如下步骤 在坯体状态的陶瓷介电片的层之间放置一个或多个电极； 在所述坯体状态的陶瓷片上印刷顶部金属化层和底部金属化层； 将所述坯体状态的陶瓷介电片切割成独立的陶瓷芯片； 烧制所述芯片以将所述介电片的层和所述电极与所述顶部金属化层和所述底部金属化层烧结在一起； 用导电胶金属化所述芯片的一个或多个侧面； 固化所述导电胶。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，固化所述导电胶的步骤是通过烧制来进行的，并且所述方法还包括对所有金属化表面进行电镀的步骤。
13.—种制造高电容单层陶瓷电容器的方法，包括如下步骤 在坯体状态的陶瓷介电片的层之间放置一个或多个电极；在所述坯体状态的陶瓷片上印刷顶部金属化层和底部金属化层； 将所述坯体状态的陶瓷介电片切割成独立的陶瓷芯片； 在所述坯体状态的陶瓷芯片的至少一个侧面上印刷金属化层；以及 烧制所述芯片以将所述介电片的层和所述电极与所述金属化层烧结在一起。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括对所有金属化表面进行电镀的步骤。
15.一种制造高电容单层陶瓷电容器的方法，包括如下步骤 在坯体状态的陶瓷介电片的层之间放置一个或多个电极； 在所述坯体状态的陶瓷片上印刷顶部金属化层和底部金属化层； 烧制所述坯体状态的陶瓷片以将所述介电片的层和所述电极与所述金属化层烧结在一起; 在所烧制的陶瓷片的表面上印刷抗蚀层或掩膜； 切割所烧制的陶瓷片以创建独立的芯片；以及 优先对所述陶瓷芯片进行电镀或涂覆，其可包括或者可不包括去除所述抗蚀层或掩膜的步骤。
16.一种制造高电容单层陶瓷电容器的方法，包括如下步骤 在坯体状态的陶瓷介电片的层之间放置一个或多个电极； 沿着所述坯体状态的陶瓷介电片的边缘切割或钻出堡型孔； 填充所述堡型孔； 在所述坯体状态的陶瓷片上印刷顶部金属化层和底部金属化层； 将所述坯体状态的陶瓷片切割成独立陶瓷芯片，从而使所述堡型孔暴露； 在所述坯体状态的芯片的至少一个侧面上印刷金属化层；以及 烧制所述芯片以将所述介电片的层和所述电极与所述金属化层烧结在一起。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括对所有金属化表面进行电镀的步骤。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，填充所述堡型孔的步骤是通过涂覆所述堡型孔的表面来进行的。
19.一种制造高电容单层陶瓷电容器的方法，包括如下步骤 在坯体状态的陶瓷介电片的层之间放置两个或更多个电极，其中所述两个或更多个电极被具有已知厚度的坯体状态的介电片分离； 在所述两个电极之间围绕所述坯体状态的陶瓷介电片的周界放置非导电绝缘材料的网状物； 将所述坯体状态的陶瓷介电片切割成独立的陶瓷芯片，从而使每个独立的陶瓷芯片的所有侧面上的所述非导电网状物暴露； 烧制所述芯片以将所述介电片的层和所述电极与所述金属化层烧结成在一起。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括选择性地对所有金属化表面进行电镀的步骤。
全文摘要
本发明提供了了一种高电容单层陶瓷电容器，其具有陶瓷介电体，包括电连接到应用于侧面和顶面或底面的金属化层的一个或多个内部电极；以及金属化焊盘，其通过堡体或通孔而与金属化侧面和顶面或底面电隔离，或者被位于电极之间的围绕陶瓷体的周界的且将顶面和底面分离的介电绝缘带分离。
文档编号H01G4/005GK102842422SQ201210208320
公开日2012年12月26日 申请日期2012年6月19日 优先权日2011年6月24日
发明者阿里·穆阿利米, 尤安·帕特里克·阿姆斯特朗 申请人:特拉华资本构造公司