一种内部电极不易变形的高层数片式瓷介电容器的制作方法

本实用新型涉及瓷介电容器制造领域，更具体地说，它涉及一种内部电极不易变形的高层数片式瓷介电容器。

背景技术：

随着现代技术的发展，客户对整机提出了更小型化的要求，主要目的是降低整机的重量和节省空间，那么PCB电路板势必被要求越来越小型化了，进而使得多层片式瓷介电容器逐渐向小型化发展。

客户对小型化多层片式瓷介电容器提出的要求主要是，在电压一定的情况下尽可能增加电容量。根据多层片式瓷介电容器的计算公式：C=NKS/T，其中C是电容量，N是并联层数，K是介电常数，S是重叠面积，T是介质层厚度，从计算公式中可知，片式多层瓷介电容器的电容量与介质厚度呈反比，与介电常数、电极重叠面积呈正比，在介层确定、尺寸（电极重叠面积）相同的情况下，电容量越大，就需要并联越多的层数。

但是并联层数越多，内部电极就越容易在加工过程中受热膨胀变形，影响多层片式瓷介电容器的使用寿命。

因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种内部电极不易变形的高层数片式瓷介电容器，通过中间层的设计，使得多层片式瓷介电容器的内部电极之间能够被中间层支撑，从而不易发生变形。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种内部电极不易变形的高层数片式瓷介电容器，包括位于电容器两端用于接电的金属化底层、连接于金属化底层的内部电极、隔离相邻内部电极的有效层、连接于金属化底层的中间层，其中所述内部电极包括连接于金属化底层以连接电源正极的第一电极板、连接于另一金属化底层以连接电源负极的第二电极板，第一电极板与第二电极板平行设置，有效层填充于第一电极板与第二电极板之间；中间层将电容器整体分隔为多组小型电容，每组小型电容均包含多个有效层、多个内部电极。

第一电极板与第二电极板分别连接在两个金属化底层上，在习惯上，将彼此重叠的部分命名为并联区；由于第一电极板与第二电极板自身都有一定的厚度，在并联区与非并联区就形成了厚度的偏差，这部分偏差在制造的最初工序时，由有效层填充；

但是在后续烧结等工序中，由于有效层与内部电极的材质不同，膨胀系数也不同，且内部电极厚度远低于有效层厚度，因此内部电极发生变形的现象不可避免，当内部电极数量较少时，这部分变形的影响还不大，在允许的偏差范围内，但是一旦内部电极的数量增加，其热应力作用下的彼此挤压就会大大增大，当超过允许的偏差范围时，会使有效层与内部电极之间产生空隙，严重时甚至使第一电极板或第二电极板与有效层之间直接脱开分层，这样不仅电容量达不到设计的要求，而且还会大大缩短电容器的使用寿命；

因此，在电容器中段设置中间层，中间层依靠自身硬度来缓解内部电极的变形幅度，在理解上，也可以理解为使用中间层将单个大层数电容器隔离为多个正常大小的电容器，同时多个电容器的内部电极连接在同一组金属化底层上，从而既保证了并联层数，又保证内部电极的弯曲角度较小，变形幅度在允许的偏差范围内。

本实用新型进一步设置为：电容器的两端于金属化底层外还设有保护金属化底层的阻挡层，阻挡层外为焊接层。

电容器需要焊接在电路板上，所以电容器的最外层是焊接层，使用焊接需要使用的金属材料，阻挡层主要是为了保护金属化底层，防止焊接时金属化底层被热侵蚀，缩短使用寿命。

本实用新型进一步设置为：电容器的两侧于内部电极的表层设有护片。

护片用于保护内部电极，防止内部电极直接暴露在空气中。

本实用新型进一步设置为：中间层与护片使用相同的材料，且厚度相同。

中间层的制造方式可以参考正常大小电容器的护片制造方式，两者使用相同的材料、相同的厚度，根据多次更改中间层的厚度实验中得到的结论，达到这个厚度以后，内部电极的弯曲弧度就会变得足够小，使其远远小于允许的变差范围。

本实用新型进一步设置为：中间层设有至少一个，中间层与内部电极之间填充有效层。

在中间层设置时，每个中间层都用于将电容器分成两部分，所以中间层的数量需要根据电容的要求而定，至少一个。

本实用新型进一步设置为：所述中间层两侧设有金属层。

通过金属层的设计，大大增加中间层的硬度，但是需要注意的是，金属层不能同时与两端的金属化底层连接，否则就会连成通路，失去电容器的基础功能。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

其一，通过中间层的设计，使得多层电容器的内部电极之间能够被中间层支撑，从而不易发生变形；

其二，通过金属层的设计，大大增加了中间层的硬度。

其三，通过中间层的设计，可以使多层瓷介质电容器拥有更多的层数，也就是说电容量可以做的更大。

附图说明

图1为本实施例的结构示意图。

图中：1、金属化底层；2、内部电极；21、第一电极板；22、第二电极板；3、有效层；4、中间层；5、护片；6、焊接层；7、阻挡层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型进行详细描述。

实施例：一种内部电极不易变形的高层数片式瓷介电容器，如图1所示，包括位于电容器两端用于接电的金属化底层1、连接于金属化底层1的内部电极2、隔离相邻内部电极2的有效层3、连接于金属化底层1的中间层4、覆盖在电容器外侧的护片5。

有效层3为瓷介质层。内部电极2为电容器的主体部分，包括连接于金属化底层1以连接电源正极的第一电极板21、连接于另一金属化底层1以连接电源负极的第二电极板22，第一电极板21与第二电极板22平行设置，有效层3填充于第一电极板21与第二电极板22之间，从而将第一电极板21与第二电极板22隔离，在习惯上，将第一电极板21与第二电极板22彼此重叠的部分命名为并联区。

在电容器制造时，需要依次经过配料、流延、印刷、层压、切割、素坯倒角、排胶、烧结、烧结后倒角、封端、端烧、电镀、检测、包装这些步骤，才能得到电容器成品，在制造的过程中，由于第一电极板21与第二电极板22自身都有一定的厚度，在并联区与非并联区就形成了厚度的偏差，这部分偏差在印刷、层压时，由有效层3来填充弥补。

但是在后续烧结等工序中，由于有效层3与内部电极2的材质不同，膨胀系数也不同，且内部电极2厚度远低于有效层3厚度，因此内部电极2发生变形的现象不可避免；当内部电极2数量较少时，这部分变形的影响还不大，在允许的偏差范围内；但是一旦内部电极2的数量增加，其热应力作用下的彼此挤压就会大大增加，当超过允许的偏差范围时，会使有效层3与内部电极2之间产生空隙，严重时甚至使第一电极板21或第二电极板22与有效层3之间直接脱开分层，这样不仅电容量达不到设计的要求，而且还会大大缩短电容器的使用寿命。

因此，在电容器中段设置中间层4，中间层4与护片5使用相同的材质且厚度相同，中间层4依靠自身硬度来缓解内部电极2的变形幅度，在理解上，也可以理解为使用中间层4将单个大层数电容器隔离为多个正常大小的电容器，同时多个电容器的内部电极2连接在同一组金属化底层1上，从而既保证了并联层数，又保证内部电极2的弯曲角度较小，变形幅度在误差允许的范围内。

一般情况，客户要求电容器的额定电压不高于25V，同时电容量要求为10uF。以长0.06英寸，宽0.03英寸的电容器举例，在150层并联的产品上，未用中间层4前内部电极2弯曲度数超过20°，内部电极2和有效层3之间存在空隙和分层的比例超过60%；而使用了中间层4以后，弯曲度数不超过5°，内部电极2和有效层3之间存在空隙和分层的比例为0，产品合格率大大增加。

同时，弯曲的电极在烧结过程中由于应力收缩极易在拐弯处形成脱开造成并联个数减少，从而影响电容量，经电容量数据统计，未用中间层4前其电容量Cpk值不超过0.8，用中间层4后其电容量Cpk基本在1.2以上。

如果客户对电容量的要求进一步提高，也可以使用多个中间层4，从而进一步增加并联的数量。

为了保证中间层4的硬度，在中间层4的两侧设有金属层。从而大大增加中间层4的硬度，但是需要注意的是，金属层不能同时与两端的金属化底层1连接，否则就会连成通路，失去电容器的基础功能。

电容器需要焊接在电路板上，所以电容器的最外层设为焊接层6，使用焊接需要使用的金属材料，如纯锡或锡铅合金，其中纯锡是RoHs所要求，便于电装焊接。而金属化底层1一般是银或铜，从而既能与有效层3的陶瓷端面形成致密整体，又能将内部电极2所形成的电特性引出。金属化底层1的具体材料需要根据内部电极2材料而定，如果内部电极2金属为钯银合金，那么金属化底层1一般使用银；如果内部电极2使用镍，那么金属化底层1一般是铜。

为了防止焊接时金属化底层1被焊接层6热侵蚀，在金属化底层1与焊接层6之间还设有阻挡层7，阻挡层7一般是用镍。

实施例二：一种内部电极不易变形的高层数片式瓷介电容器，如图1所示，与实施例一的不同点在于：为了测量电容器是否能够承受260℃±5℃、10s±1s的高温焊接进行试验。

试验后满足：

（1）外观：无可见损伤；

（2）电容量变化：X7R特性±10%，NP0特性±0.5%；

（3）损耗角正切值不大于初始要求值；

（4）绝缘电阻不小于初始要求值。

实施例三：一种内部电极不易变形的高层数片式瓷介电容器，如图1所示，与实施例一的不同点在于：为了测量电容器能适应的相应弯曲试验，进行了试验。

试验方法及试验条件：将电容器安装在印制板上，以1mm/s的速率向下弯曲1mm，试验后满足：

（1）外观：无可见损伤；

（2）电容量变化：X7R特性±10%，NP0特性±5%。

实施例四：一种内部电极不易变形的高层数片式瓷介电容器，如图1所示，与实施例一的不同点在于：为了测试电容器的高温寿命，将电容器放入125℃，1.5倍额定电压的环境中，进行1000小时的试验，试验后性能满足：

（1）外观：无可见损伤；

（2）电容量变化：X7R特性±10%，NP0特性±2%；

（3）损耗角正切值不大于初始要求值的2倍；

（4）绝缘电阻：NP0不小于4000MΩ或40MΩ·uF，取较小者；X7R不小于2000MΩ或50MΩ·uF，取较小者。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。