采用多层陶瓷电容器的外部电极作为定电极的可变电容器的制作方法

本发明涉及一种电容器，更具体的说，涉及采用多层陶瓷电容器的外部电极作为定电极的可变电容器。

背景技术：

目前，现在常用的平板电容器，如图1所示，电极a与电极b之间设有介电常数材料c，这种平板电容器的电容值固定不变，应用范围非常小。且普遍体积大，安装复杂，测量电路功耗大，成本高，并且在特定的应用场合难以应用。

此外，美国专利us5206785揭示了一种可变电容器的实现方法。如图2-3所示，该方法采用高介电常数材料的圆盘加上其中一面附着导电电极作为关键零部件。这种零部件已经被广泛应用在电子笔内，作为测量写字轻重的传感器。然而，为了达到可变电容有较大的变化范围，方便测量电路检测，这个关键零部件要求采用高介电常数的材料制造，例如tio2srxoy。为了保证可变形导电体与烧制后的陶瓷固体有可靠的接触面，通常需要对陶瓷固体的表面进行抛光处理。为了在陶瓷固体表面建立一层稳固的导电电极，需要采用金属镀膜工艺将金属电极沉积在陶瓷固体表面。为了适应在笔内的狭小、精细的结构中安装压力传感器，需要对陶瓷固体进行精密切割。该可变电容采用了大量复杂、专用的制造工艺，制作精度要求高，导致这个关键零部件成本高昂，被少数厂家垄断，阻碍了这项技术的广泛使用。

技术实现要素：

本发明的技术目的是克服现有技术中的缺点；提供一种成本低的采用多层陶瓷电容器的外部电极作为定电极的可变电容器。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：采用多层陶瓷电容器的外部电极作为定电极的可变电容器，包括第一部件和第二部件，所述第一部件包括多层陶瓷电容器的一个外部电极或两个外部电极，所述外部电极与设置于多层陶瓷电容器内部的多个电极层连通；所述第二部件包括多层陶瓷电容器的陶瓷介质及在所述陶瓷介质一侧设置的导电体，所述导电体受压力后变形，所述多层陶瓷电容器的陶瓷介质与导电体接近配置，多层陶瓷电容器的两侧均设有外部电极，所述导电体根据外界压力的大小改变与所述陶瓷介质的接触面积大小，从而改变外部电极与导电体之间的电容值。

进一步的，两个外部电极分别设于多层陶瓷电容器的两侧并分别与多层陶瓷电容器内部的多个电极层连通；两侧的所述多个电极层相互交错设置。

进一步的，所述导电体与多层陶瓷电容器之间留有间隙，所述导电体在外界压力下变形并与陶瓷介质接触，间隙消失。

进一步的，移除所述导电体上的外界压力后，导电体与陶瓷介质不再接触，两者之间恢复间隙。

进一步的，设有一绝缘辅助结构，所述绝缘辅助结构位于所述导电体与多层陶瓷电容器之间。

进一步的，采用所述多层陶瓷电容的两个外部电极中的任意一个外部电极作为一所述可变电容器电极电气连接点。

进一步的，将所述多层陶瓷电容的两个外部电极电气连接在一起作为一所述可变电容器电极电气连接点。

进一步的，将所述导电体作为另一所述可变电容器电极电气连接点。

进一步的，还包括向所述导电体实施外界压力的机械运动施加装置，所述机械运动施加装置的表面为球形或弧形面。

进一步的，多个所述采用多层陶瓷电容器的外部电极作为定电极的可变电容器之间串联或并联使用。

本发明的采用多层陶瓷电容器的外部电极作为定电极的可变电容器，具有以下有益效果：

1、本发明的可变电容器可通过外界压力来改变整体的电容值，可以大大的降低成本，并具有极大的生产便利性。

2、本发明导电体采用具有弹性或挠性特性的导电体，能够使得受压力后变形的导电体能够恢复到初始状态，反复使用，从而提高整体的使用寿命。

3、本发明采用绝缘辅助结构还可以在施加压力时，使导电体产生尽量小的形变，从而延长导电体的使用寿命；还可以使导电体在施加外界压力的情况下，与多层陶瓷电容器的接触面积随着压力的变化符合应用要求。

4、本发明采用多层片式结构的特点为，制造成本低，且产生通过压力可调的电容值，此外，通过对外部电极不同接线方式，来进一步扩大电容值的可调范围，提高其利用率。

5、本发明的多层陶瓷电容器采用交错电极层的多片式结构，当导电体受压力变形时，改变导电体与介质的接触面积，进而改变了可变电容器的整体电容值，其有良好的线性和精度。

6、本发明的多个采用多层陶瓷电容器的外部电极作为定电极的可变电容器之间串联或并联使用，方便阵列式大规模使用。

7、本发明的可变电容器的结构原理简单，各部件都采用的是通用器件，能够大大降低整体的制造成本。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是现有平板电容器原理图；

图2是现有的可变电容器的结构示意图；

图3是现有的可变电容器受到外界压力后的变形示意图；

图4是本发明的可变电容器的结构示意图；

图5是本发明的多层陶瓷电容器的外观示意图；

图6是本发明的多层陶瓷电容器的剖面结构示意图；

图7是本发明的可变电容器的剖面结构示意图；

其中，1、多层陶瓷电容器；2、导电体；3、陶瓷介质；4、机械运动施加装置；11、外部电极；12、电极层；21、绝缘辅助结构；

a、电极；b、电极；c、电介质；a’、电极；b’、导电体；c’、电介质。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明技术方案的核心在于采用多层陶瓷电容器的一个或两个外部电极作为定电极，在多层陶瓷电容器的陶瓷介质一侧设置可变形导电体作为动电极，进而根据可变形导电体承受的外部压力改变可变形导电体与陶瓷介质的接触面积大小，形成一个新的可变电容器。也即采用多层陶瓷电容器的陶瓷介质作为定电极与动电极之间的电介质的可变电容器，并且在实施时，陶瓷介质与可变形导电体之间可设置有空腔。可变形导电体采用可变形材料制作，在实施中，可选用导电橡胶或金属薄膜或ito导电薄膜作为可变形导电体；也可以选用丝印银浆的导电薄膜或导电布料或有机导电凝胶作为可变形导电体；所述可变形导电体受压力后变形，在实施中，多层陶瓷电容器与可变形导电体接近配置。既可以采用多层陶瓷电容器两个外部电极中的任意一个电极，也可以将两个外部电极连接起来作为一个电极使用。

介电常数材料简称电介质。本发明采用平板电容的原理，其电容值的计算公式，参考平板电容器的电容值的计算公式为：，（1）；

其中，表示电容值，单位f；

表示相对介电常数；

表示真空介电常数，8.86×10（-12方）单位f/m；

表示面积s，单位平方米；

表示极板间距，单位米。

如图1-3可以解释现有的可变电容器的工作原理。图1是现有的平板电容器的结构模型。平板电容包括电极a、电极b和电介质c。根据公式（1），可以得到平板电容的电容值。图2是美国专利us5206785中可变电容器的结构模型，其本质也是一个平板电容器。电极a’相当于平板电容模型中的电极a，导电体b’相当于平板电容器模型中的电极b，电介质c’相当于平板电容器模型中的电介质c。

在目前广泛应用的可变电容器实例中，电极的面积通常在100平方毫米以下。通常采用厚度0.2mm的通孔圆环让电介质与可变形电极之间保留一个空气间隙。在标准大气压下，不含二氧化碳的干燥空气的相对介电常数ε=1.00053，按照公式（1），图2中的平板电容器的电容值在0.1pf以下。

图3是美国专利us5206785中可变电容器受外界压力后的结构模型。导电体b’在外界压力下变形并与电介质c’接触。此时的空气间隙没有了，计算平板电容器的电容值需要用电介质c’的相对介电常数来计算。按照美国专利us5206785提供的资料，电介质c’的材料为tio2sr4oy，相对介电常数是7000，电介质c’的厚度为2毫米。假设导电体b’变形并与电介质c’接触面积为1平方毫米时，用公式（1）计算导电体b’与电极a’之间的电容为31.01pf。这个量级的电容值，用很简单的测量电路就可以测量出来。

本发明的一个实施例中，如图4-7，采用多层陶瓷电容器的外部电极作为定电极的可变电容器，包括第一部件和第二部件，第一部件包括多层陶瓷电容器1的一个外部电极11或两个外部电极11，第二部件包括多层陶瓷电容器1的陶瓷介质3、在陶瓷介质3一侧设置的导电体2，导电体2受压力后变形，多层陶瓷电容器1与导电体2接近配置，多层陶瓷电容器1的两侧均设有外部电极11，外部电极11与设置于多层陶瓷电容器1内部的多个电极层12连通；导电体2根据外界压力的大小改变与陶瓷介质3的接触面积大小，从而改变外部电极11与导电体2之间的电容值。

本发明的另一个实施例中，两侧的电极层12相互交错设置，这样的结构可以大大减小陶瓷介质的面积。

假设本发明的多层陶瓷电容器的长为3.2毫米，宽为2.5毫米，厚度为1.8毫米，电容的电介质为x5r，x5r电介质的相对介电常数为1000-20000之间。由此可知，多层陶瓷电容器内最靠近外表面的电极层到此多层陶瓷电容器外表面之间的电介质厚度不超过0.9毫米，此多层陶瓷电容器表面非导电的电介质即陶瓷介质面积超过4平方毫米。假设本发明的可变电容器的电介质相对介电常数为7000，导电体与陶瓷介质的接触面积为1平方毫米，运用公式（1）进行计算，则导电体与多层陶瓷电容电极间的电容大于60pf。由此器件构造的可变电容器在实际测量中，在改变外界压力的情况下，可以轻易得到1pf-100pf的变化量，效果非常理想。

此外，多层陶瓷电容器的特点是等效电阻低、耐高压/高温、体积小、电容量范围宽，是电子领域最广泛应用的元器件，巨大的用量使多层陶瓷电容器的市场竞争激烈，进而使多层陶瓷电容器价格低廉。本发明使用多层陶瓷电容器作为一个或两个外部电极作为定电极的可变电容器的制作工艺比美国专利us5206785中可变电容器的制作工艺简单，从而降低了工艺成本。

导电体2与多层陶瓷电容器1之间留有间隙，导电体2在外界压力下变形并与多层陶瓷电容器1表面的电介质3接触，间隙消失。

移除导电体2上的外界压力后，导电体2与多层陶瓷电容器1不再接触，两者之间恢复间隙。

本发明的另一个实施例中，为了使导电体2在施加外界压力的情况下，与多层陶瓷电容器1的接触面积随着压力的变化而变化，本发明还设有一绝缘辅助结构21，绝缘辅助结构21位于导电体2与多层陶瓷电容器1之间。

本发明的另一个实施例中，为了便于扩展可变电容器的电容值和电容特性，采用多层陶瓷电容器的两个外部电极11中的任意一个外部电极11作为一所述可变电容器电极电气连接点。

还可以将多层陶瓷电容的两个外部电极11电气连接在一起作为一所述可变电容器电极电气连接点。

将导电体2作为另一所述可变电容器电极电气连接点。

本发明的另一个实施例中，还包括向导电体2实施外界压力的机械运动施加装置，机械运动施加装置的表面为球形或弧形面。

本发明的另一个实施例中，目前满足导电体2受压力后变形的材料很多，主要是分为变形后不可恢复材料和变形后可恢复材料。为了使得受压力后变形的导电体2能够恢复到初始状态，反复使用，导电体2采用具有弹性或挠性特性的导电体2。

本发明的可变电容器可通过外界压力来改变整体的电容值，可以大大的降低成本，并具有极大的生产便利性。

本发明的多层陶瓷电容器采用这种多层片式结构的特点为，制造成本低，体积小，适应多种场合的应用，且还可以通过压力产生可调的电容值，其测量的物理量随压力的变压明显，容易测量，且电路整体的功耗低，有良好的线性和精度。

本发明的另一个实施例中，多个采用多层陶瓷电容器的外部电极作为定电极的可变电容器之间串联或并联使用，方便阵列式大规模使用。

本发明的可变电容器的结构原理简单，各部件都采用的是通用器件，能够大大降低整体的制造成本。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。