专利名称：具有安全失效模式的层叠陶瓷电容器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种具有安全失效模式的层叠陶瓷电容器，其焊接到电路板后因机械应力作用导致断裂失效时呈开路或电容量降低，可有效地避免电极间短路的发生。
背景技术：
层叠陶瓷电容器因其高可靠性和低成本被普遍应用在各类电子设备中。公知的，层叠陶瓷电容器包括层叠体，该层叠体由多层陶瓷电介质层和设置在陶瓷电介质层之间的内电极相互层叠而成，在层叠体纵向相对端部连接两个外电极，各层内电极交替地使一个纵向端部露出层叠体的一纵向侧端面、并与两个外电极中的一个电连接。
现在已经知道有多种原因会导致层叠陶瓷电容器失效，例如由于内部存在孔洞、裂纹、分层等缺陷，使得元器件在使用一段时间产生电性能恶化，或者在安装和使用过程中受到外界机械应力或热应力的作用而导致电容器被破坏。当层叠陶瓷电容器焊接贴装到电路板后，元器件失效大多是由机械应力作用引起的。典型的，外界机械应力作用来源于电路板操作时产生的弯曲变形，例如，在电路板上进行其它元器件的插入焊接，以及电路板分割、流转、测试、安装固定时，都容易引起电路板弯曲变形。由于层叠陶瓷电容器的陶瓷体材料特性，这种由机械外力(例如电路板弯曲变形)引起的失效最常见是导致电容器陶瓷体的破裂，并且陶瓷体的破裂经常造成电容器电极间短路。下面，参照图1予以简要说明 层叠陶瓷电容器，包括由多层陶瓷电介层11和夹置在陶瓷电介层间的内电极12沿厚度方向层叠而成的层叠体1、以及配置在层叠体1纵向相对端的一对外电极13a、13b，每个外电极均具有覆盖层叠体1纵向端面的内侧面131和覆盖层叠体1端部边缘的包绕部132，且该包绕部132具有预定的纵向宽度A，每层内电极的一个纵向端露出层叠体1端面并与配置在该端的外电极电连接、另一个纵向端与配置在层叠体1另一端的外电极内侧面131间隔相对并具有预定的纵向间距B，各层内电极12交替地与一对外电极13a、13b中的一个形成电连接。
实际失效事件和模拟试验结果表明，当电容器焊接到电路板2后由于电路板2弯曲产生的机械应力作用而发生破裂失效时，其陶瓷体的破裂大多呈现以下形式在电容器焊接到电路板的部分(即从外电极包绕部132的端部133处)产生裂痕，并且裂痕继续沿着与层叠体1厚度方向的表面110大约呈45°角的斜向上延伸扩大。当破裂发生后，裂痕穿过最下面的内电极12和与其临近的另一层内电极，内电极12与外电极13b相连接，内电极12临近的另一层内电极与外电极13a相连接，当电容器施加电压时，裂痕内部的空气被电离，造成外电极13a和13b之间击穿短路，从而造成电容器电极间短路。
电容器短路失效经常造成严重后果和重大破坏，例如短路时产生的瞬间大电流冲击会引起电路故障、损坏电子设备，甚至引发电气火灾。因此，解决电容器在使用中因机械应力导致短路失效的问题，已经引起业界的重视。目前，AVX责任有限公司开发出了一种称为“FlexiTerm软端接系统保护陶瓷电容器”的产品，其通过在层叠陶瓷电容器的外电极中增加柔韧端接层，改善了元器件的机械性能，从而保证器件在受到机械外力作用时具有更好的可靠性。但是，增加柔韧端接层会带来制造难度和成本的提高。不仅如此，虽然产品的抗弯强度数倍地增加，但不能保证元器件在巨大的外力作用下或在内部缺陷诱导下不会断裂，而断裂后元器件仍会产生短路失效，也就是说，这种产品只是降低了却没有彻底地避免由电路板弯曲的机械应力导致电容短路失效的风险。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种具有安全失效模式的层叠陶瓷电容器，能有效地避免电容器在使用中因机械应力导致断裂时发生电极间短路。
为此，本实用新型提供一种具有安全失效模式的层叠陶瓷电容器，包括由多层陶瓷电介层和夹置在陶瓷电介层间的内电极沿厚度方向层叠而成的层叠体、以及配置在层叠体纵向相对端的一对外电极，外电极具有覆盖层叠体纵向端面的内侧面和覆盖层叠体端部边缘的包绕部，且该包绕部具有预定的纵向宽度d，每层内电极的一个纵向端露出层叠体端面并与配置在该端的外电极电连接、另一个纵向端与配置在层叠体另一端的外电极内侧面间隔相对并具有预定的纵向间距D，各层内电极交替地与一对外电极中的一个形成电连接，其特征是内电极纵向端与外电极内侧面的纵向间距D与外电极包绕部的纵向宽度d满足以下公式D≥d或(d-H/tgα)＜D＜d，其中H是层叠体厚度方向的表面与最近的内电极的垂直距离，α的取值范围为60°＜α＜90°。
本实用新型提供的具有安全失效模式的层叠陶瓷电容器，与现有的层叠陶瓷电容器相比具有以下有益效果通过对内电极纵向端与外电极内侧面的纵向间距D、以及外电极包绕部的纵向宽度d的合理设计，使得当焊接到电路板的层叠陶瓷电容器因机械应力作用导致断裂失效时，其内电极的纵向端与断裂面之间具有足够的安全距离，从而保证电容器失效后呈开路或电容量降低，有效地避免电极间短路的发生。并且，上述设计不会造成元器件电性能和可靠性的降低、以及制造难度和成本的提高。
为了更清楚地揭示本实用新型的内容，下面结合具体实施例进行详细说明。
图1是以沿电容器长度方向剖视的方式，示出现有的多层陶瓷电容器焊接到电路板后因机械应力作用导致端部断裂的状况。
图2是以沿电容器长度方向剖视的方式，示出本实用新型提供的多层陶瓷电容器焊接到电路板后因机械应力作用导致端部断裂的状况。
图3示出本实用新型提供的多层陶瓷电容器内电极的平面布置。
图4示出一种制造本实用新型提供的多层陶瓷电容器时用于印刷内电极图案的网板图。
具体实施方式
参照图2，本实用新型提供的层叠陶瓷电容器，具有以下公知的结构由多层陶瓷电介层31和夹置在陶瓷电介层间的内电极32沿厚度方向层叠而成的层叠体3、以及配置在层叠体3纵向相对端的一对外电极33a、33b，每个外电极33a/33b均具有覆盖层叠体3纵向端面的内侧面331和覆盖层叠体3端部边缘的包绕部332，且该包绕部332具有预定的纵向宽度d，每层内电极32的一个纵向端露出层叠体3端面并与配置在该端的外电极33a/33b电连接、另一个纵向端与配置在层叠体3另一端的外电极33a/33b内侧面331间隔相对并具有预定的纵向间距D，各层内电极32交替地与一对外电极33a、33b中的一个形成电连接。
参照图3，内电极32图案大致呈长方形，并具有沿横向(宽度方向)相对的两侧缘和纵向(长度方向)相对的两端缘。内电极32的横向两侧缘与陶瓷电介质层31的横向边缘之间具有横向边距W，该横向边距W可保护内电极。内电极32的一个纵向端缘露出陶瓷电介质层31的一个纵向边缘并与外电极33b电连接、其另一个纵向端缘与陶瓷电介质层31的另一个纵向边缘之间具有纵向距离，该纵向距离即为内电极32的纵向端与外电极33a内侧面331的纵向间距D，该纵向间距D可防止电容器的异性电极发生电短路。
本实用新型的要点在于对内电极32纵向端与外电极33a/33b内侧面的纵向间距D、以及外电极包绕部332的纵向宽度d进行设计，使其满足以下公式D≥d或(d-H/tgα)＜D＜d，其中H是层叠体31厚度方向的表面310与最近的内电极32的垂直距离(即层叠体31的保护层厚度)，α的取值范围为60°＜α＜90°。这样的设计可保证当层叠陶瓷电容器焊接到电路板后因机械应力作用导致断裂失效时呈开路或电容量降低的状态，有效地避免电极间短路的发生。说明如下 电容器焊接到电路板4后由于电路板4弯曲导致破裂失效后，通常是在陶瓷体的端部形成从电容器焊接到电路板的部分(即从外电极包绕部332的端部333处)开始、并且沿着与层叠体31厚度方向的表面310呈一倾斜角度向上延伸扩大的裂痕，除非发生极端情况否则裂痕的倾斜角度不会大于60°，通常呈45°。当裂痕的倾斜角度为60°时，若D＞(d-H/tg60°)，那么当陶瓷体破裂后，最下面的内电极32的纵向端便不会与断裂面34相交，也就是断裂面34只会与外电极33a连接的内电极相交，而不会与另一外电极33b连接的内电极相交，从而保证电容器失效后呈开路或电容量降低状态，避免电极间短路的发生。若设计成D≥d，最下面的内电极32的纵向端与断裂面34之间便具有足够的安全距离L，其可靠性进一步提高。当然D的取值不能太大，以免造成电容器的电容量下降太多；d的取值不能太小，以免影响电容器的焊接性能。一般来说，当D、d设计值在合理范围，其对元器件电性能几乎不会产生影响。
本实用新型提供的层叠陶瓷电容器可以采用现有的方法进行制造，不会造成制造难度和成本的提高。制造方法通常包括以下步骤 第一步骤，通过流延成膜或网格印刷在基带或基板上制作第一层陶瓷电介质层；第二步骤，通过丝网印刷将导电浆料印刷在陶瓷电介质层上形成第一层内电极图案；第三步骤，在第一层内电极图案上制作第二层陶瓷电介质层；第四步骤，通过移位印刷在第二陶瓷电介质层上形成与第一层内电极图案错位的第二层内电极图案；第五步骤，反复进行第一步骤第四步骤，形成预定层数的陶瓷层叠体；第六步骤，切割陶瓷层叠体形成预定尺寸的芯片；第七步骤，烧结芯片形成陶瓷烧结体；第八步骤，在陶瓷烧结体的两个端部制作上外电极。
图4示出一种用于印刷内电极图案的传统的网板图。在网板上形成有多个网板图案51、以及沿横向排列和纵向排列的切割线52a、52b。网板图案51具有预定的长度和宽度。多个网板图案51交错排列、并且使网板图案51之间具有预定的长度方向间距LM和宽度方向间距。印刷时，导电浆料通过网板图案51在陶瓷电介质层上内电极图案。切割时，沿切割线52a、52b进行切割，将每一个内电极图案长度方向中间分割，并将内电极图案之间的长度方向间距沿中间分割。其中，网板图案51间的长度方向间距LM设计必须考虑陶瓷层叠体印刷、切割、烧结后其内电极的纵向端与外电极内侧面应该具有预定的纵向间距D，以及切片厚度、切片误差、印刷对位误差，切片后圆控时端面磨削量、烧结收缩率、烧结后圆控时端面磨削量等因素。
作为参考，下面给出一些具体的设计方案。设计相关的参数值为刀片厚度0.20mm，切片误差0.05mm，印刷对位误差0.05mm，切片后圆控时端面磨削量0.05mm，烧结收缩率0.75(BX型产品)或0.77(BP型产品)，烧结后圆控时端面磨削量0.01mm，烧结后保护层厚度H为0.15mm、电容器开裂失效后裂痕的倾斜角度为60°。内电极网板图案51间的长度方向间距LM、内电极的纵向端与外电极内侧面的纵向间距D、外电极包绕部的纵向宽度d、以及内电极的纵向端与断裂面之间的最小距离L数值如下 例如，对于BX 2225产品，当内电极32纵向端与外电极33a/33b内侧面的纵向间距D为0.7025mm，外电极包绕部332的纵向宽度d为0.7mm，保护层厚度为0.15mm，电容器破裂时裂痕的倾斜角度为60°，则最下面的内电极32的纵向端与断裂面34之间的最小距离L＝D-(d-H/tg60°)＝0.0891mm，这个距离是足够安全的。
以上所述的优选实施例，这并不是对本实用新型内容的限制。对于本领域的技术人员来说，还可以有其它类似的变化和改进。并且还可应用于不同类型的层叠陶瓷电容器，例如具有厚度补偿层的层叠陶瓷电容器。总之，凡在本实用新型的原则和构思下所作出的修改、替换和改变进化，均属于本实用新型保护的范围。
权利要求1.具有安全失效模式的层叠陶瓷电容器，包括由多层陶瓷电介层和夹置在陶瓷电介层间的内电极沿厚度方向层叠而成的层叠体、以及配置在层叠体纵向相对端的一对外电极，外电极具有覆盖层叠体纵向端面的内侧面和覆盖层叠体端部边缘的包绕部，且该包绕部具有预定的纵向宽度d，每层内电极的一个纵向端露出层叠体端面并与配置在该端的外电极电连接、另一个纵向端与配置在层叠体另一端的外电极内侧面间隔相对并具有预定的纵向间距D，各层内电极交替地与一对外电极中的一个形成电连接，其特征是内电极纵向端与外电极内侧面的纵向间距D与外电极包绕部的纵向宽度d满足以下公式D≥d或(d-H/tgα)＜D＜d，其中H是层叠体厚度方向的表面与最近的内电极的垂直距离，α的取值范围为60°＜α＜90°。
专利摘要具有安全失效模式的层叠陶瓷电容器，可有效地避免失效时电极间短路的发生。电容器包括由多层陶瓷电介层和内电极层叠而成的层叠体、以及配置在层叠体纵向相对端的一对外电极，外电极具有覆盖层叠体纵向端面的内侧面和覆盖层叠体端部边缘的包绕部，且该包绕部具有预定的纵向宽度d，每层内电极的一个纵向端与一个外电极电连接、另一个纵向端与另一个外电极内侧面间隔相对并具有预定的纵向间距D，各层内电极交替地与一对外电极中的一个形成电连接。所述纵向间距D与所述纵向宽度d公式D≥d或(d-H/tgα)＜D＜d，其中H是层叠体厚度方向的表面与最近的内电极的垂直距离，α的取值范围为60°＜α＜90°。
文档编号H01G4/005GK201084551SQ20072000769
公开日2008年7月9日 申请日期2007年7月20日 优先权日2007年7月20日
发明者蔡通明 申请人:泉州市火炬电子元件厂