專利名稱：單片電容器的制作方法
技術領域：
本發明涉及單片電容器，具體地說，本發明涉及一種具有高電容的單片電容器，它包括多個單片陶瓷電容元件和金屬接線端，用作譬如鉭電解電容器的代用品，用以平穩DC-DC變換器中的電源電路，或其它適宜的用途。
為了通過保證彎曲強度及減輕熱應力改善熱沖擊電阻，使用帶金屬接線端的單片電容器。在這種單片電容器中，用金屬接線端支持各單片陶瓷電容元件，以便不與基板接觸。另外，如日本未審實用新型公開平-1-112032中所述，使多個金屬接線端被彎曲。采用上述技術，還可以減小熱脹系數較高的基板，如鋁基板與各單片陶瓷電容元件之間熱膨脹的差異。
在這種單片電容器中，在形成多個單片陶瓷電容元件時，利用導電樹脂或釬焊焊劑，使各單片陶瓷電容元件的外部電極彼此部分相連。
然而，有關這種單片電容器，其中利用導電樹脂或釬焊焊劑，使各個單片陶瓷電容元件的外部電極，各接點處的熱應力集中，而且各接點及單片陶瓷電容元件中可能發生熱裂，造成靜電電容減小。
為了克服上述問題，本發明的優選實施例提出一種熱沖擊阻力高的單片電容器，同時避免現有減少的所有問題。
按照本發明的各優選實施例一種單片電容器包括多個單片陶瓷電容元件，它們的兩端裝有外部電極，每個單片陶瓷電容元件的外部電極的整個表面上布置釬焊焊層，與各單片陶瓷電容元件的外部電極電連接的多個各金屬接線端。各單片陶瓷電容元件互相疊置，并通過釬焊焊層互相連接，而且所述單片陶瓷電容元件的外部電極通過所述釬焊焊層彼此電連接。
本發明各優選實施例的單片電容器中，最好各金屬接線端通過所述釬焊焊層與至少一個單片陶瓷電容元件直接連接。在這種情況下，各金屬接線端不能與至少一個其它的單片陶瓷電容元件直接連接。
本發明各優選實施例的單片電容器中，最好每個金屬接線端包括中間部分，位于所述中間部分的一個邊緣上的端部，它面向所述中間部分，其間有間隔，還包括位于所述中間部分另一邊緣上的端部，其中所述端部給所述金屬接線端以彈性，并通過所述的釬焊焊層與所述單片陶瓷電容元件的外部電極相連。在這種情況下，可在金屬接線端的內表面上形成阻礙焊接的膜層。
此外，本發明各優選實施例的單片電容器中，在金屬接線端上有切口，用以調節電抗分量。
本發明各優選實施例的單片電容器中，由于各單片陶瓷電容元件的外部電極的整個表面上布置有所述焊層，所以熱應力被所述焊層所分散，并且防止各單片陶瓷電容元件的接點中和各單片陶瓷電容元件中發生熱裂。因此，本發明的單片電容器中的熱沖擊阻力大大得到改善。
從以下參照附圖詳細描述實施例，將使本發明的其它特征、元件、特點和優點愈為清晰，其中
圖1是本發明第一優選實施例單片電容器的透視圖；圖2是表示一個單片陶瓷電容元件的示意圖；圖3是本發明第二優選實施例單片電容器的透視圖；圖4是第一比較例單片電容器的透視圖；圖5是表示圖4所示單片電容器主要部分的裝配示意圖；圖6是第二比較例單片電容器的透視圖；圖7是本發明第三優選實施例單片電容器的透視圖；圖8是本發明第四優選實施例單片電容器的透視圖；圖9是本發明第五優選實施例單片電容器的透視圖；圖10是本發明第六優選實施例單片電容器的透視圖；圖11是第三比較例單片電容器的透視圖；圖12是本發明第七優選實施例單片電容器的透視圖。
圖1是本發明第一優選實施例單片電容器的透視圖。圖1中所示的單片電容器10最好包括三個單片陶瓷電容元件12。
如圖2所示，單片陶瓷電容元件12包括疊層片14。疊層片14包括多個譬如由鈦酸鋇基介電材料或其它適宜的材料制成的介電層16，還包括多個由諸如Ni等電極材料或其它適宜的材料制成的內部電極18。多個介電層16和多個內部電極18被交替地疊置。在這種情況下，使內部電極18每隔一個排列成，延伸到疊層14的一側，同時保持其它內部電極18排列成，使延伸至疊層14的另一側。在疊層14一側包含的一個端部上，依次安排Cu層20a、Ni層22a和Sn層24a，構成外部電極。在這種情況下，在疊層14的一端加給厚度為100μm的Cu的糊劑，并在150℃條件下實行干燥約10分鐘，隨之在800℃條件下烘干約5分鐘，形成Cu層20a。繼而，利用濕法電鍍形成厚度約為1μm的Ni層22a，并形成厚度約為5μm的Sn層24a。類似地，在包含疊層14另一側的另一端上，依次形成Cu層20b、Ni層22b和Sn層24b，構成外部電極。
如圖1所示，利用流動的焊接劑，將三個單片陶瓷電容元件12與兩個最好由比如Fe-Cr合金制成的金屬接線端30a和30b連在一起。
這就是說，金屬接線端30a包含平板狀中間部分32a。在中間部分32a的上邊緣布置平板狀的端部34a。端部34a與中間部分32a之間可開有間隙。將端部34a的豎直長度最好約為2.5mm，這略長于單片陶瓷電容元件12的高度。中間部分32a的下邊緣安排平板狀端部36a，使其沿著基本上垂直于中間部分32a的方向延伸。因此，端部34a將彈性傳遞給金屬接線端30a。金屬接線端30a的外表面(即中間部分32a和端部34a的表面，除去彼此面對的表面之外，以及與之相連的端部36a的下表面)受到釬焊料鍍層。另外，當容易被焊接的金屬接線端材料采用比如黃銅時，金屬接線端30a的內表面(中間部分32a和端部34a互相面對的表面，以及與之相連的端部36a的上表面)上，形成阻礙焊接的膜層38a。膜層38a最好由比如金屬氧化物、石蠟、樹脂或硅油或者其它適宜的材料制成。類似地，另一個金屬接線端30b包含中間部分32b、端部34b和端部36b，外表面受到釬焊料鍍層，而內表面上形成阻礙焊接的膜層38b。
釬焊焊層26a和26b最好由高溫焊劑，如Pb∶Sn＝85∶15制得，它通過流動的焊劑分別布置于三個單片陶瓷電容元件12的外部電極(Sn層24a和24b)的整個表面上。，三個單片陶瓷電容元件12互相重疊并利用焊層26a和26b彼此連接，而且各外部電極彼此電連接，而且，金屬接線端30a和30b的端部34a和端部34b連到下部單片陶瓷電容元件12的外部電極。
圖3是本發明第二優選實施例單片電容器的透視圖。圖3所示單片電容器10不同于圖1所示單片電容器10，金屬接線端30a和30b的端部34a和34b的縱向長度最好約為7.0mm，這實質上等于連在一起的三個單片陶瓷電容元件12的高度。相應地，金屬接線端30a和30b的中間部分32a和32b的縱向長度比較長。利用焊層26a和26b，使金屬接線端30a和30b的端部34a和34b與三個單片陶瓷電容元件12的外部電極相連。
圖4是第一比較例單片電容器的透視圖，而圖5是表示圖4所示單片電容器主要部分的裝配示意圖。在圖4所示的單片電容器11中，與圖1所示的單片電容器10比較，只將釬焊焊劑25a和25b(參見圖5)加到三個單片陶瓷電容元件12的外部電極互相面對的部分，而且再使由Fe-Cr合金制成的金屬接線端30a和30b與單片陶瓷電容元件12相連。因此，焊層26a和26b只布置于三個單片陶瓷電容元件12的外部電極互相面對的部分和各外部電極與金屬接線端彼此面對的部分上。
圖6是第二比較例單片電容器的透視圖。圖6中所示的單片電容器11與圖3所示的單片電容器10相比，只將焊劑加于三個單片陶瓷電容元件12的外部電極互相面對的部分，然后再使由Fe-Cr合金制成的金屬接線端30a和30b與各單片陶瓷電容元件12相連。因此，焊層26a和26b布置于三個單片陶瓷電容元件12的外部電極互相面對的部分以及底部單片陶瓷電容元件12的外部電極與金屬接線端互相面對的部分。
按照本發明優選實施例1和2以及比較例1和2中所示例結構的單片電容器，最好每一個都裝在鋁基板上，觀察熱沖擊的循環特性，結果示于表1中。其中，關于在使用250次熱沖擊循環周期和使用500次熱沖擊循環周期的情況下的熱沖擊循環特性研究了故障率(故障次數/總次數)，這當中從-50℃至125℃的熱變化是一次熱沖擊循環周期。大于或等于10％的靜電容變化(減小)即被認為是故障。
表1
有如從表1所能看到的，按照本發明優選實施例1和2構成的實例1和2中的釬焊焊層布置于各單片陶瓷電容元件的外部電極的整個表面上，由熱沖擊引起的故障次數為0。相反，比較例1和2中的釬焊焊層部分地形成于各單片陶瓷電容元件的外部電極的表面上，由于熱沖擊發生的故障較多。
所得到的結果原因在于，當各單片陶瓷電容元件的外部電極彼此通過焊層局部連接時，在熱沖擊試驗中，有熱應力集中在接點處，在接點和各單片陶瓷電容元件內會發生熱裂，同時引起靜電容減小。相反，當各單片陶瓷電容元件的外部電極的整個表面上布置焊層時，會通過焊層而分散熱應力，防止在各單片陶瓷電容元件與單片陶瓷電容元件的接點處發生熱裂，從而改善熱沖擊阻力。
另如上面的實例1和2所述，當在各單片陶瓷電容元件的外部電極的整個表面上布置所述釬焊焊層時，由于各單片陶瓷電容元件的連接強度大大提高，所以無需相應于被連在一起的單片陶瓷電容元件的外部電極形成金屬接線端。
此外，有如上面的實例1和2所述，由于金屬接線端的端部將彈性傳遞給金屬接線端，就能減小其上安裝所述單片電容器的基板與各單片陶瓷電容元件之間熱膨脹的差異。再有，由于金屬接線端的內表面上形成阻礙焊接的膜層，所以不會因焊劑附于金屬接線端的內表面削弱金屬接線端的彈性。
圖7是本發明第三優選實施例單片電容器的透視圖。圖7中所示的單片電容器10的結構與圖1所示單片電容器10的結構基本相同。
圖8是本發明第四優選實施例單片電容器的透視圖。圖8中所示的單片電容器10不同于圖7中所示的單片電容器10，最好由Fe-Cr合金制成的金屬接線端30a和30b的端部34a和34b的縱向長度約為5.1mm，這實質上等于連在一起的兩個單片陶瓷電容元件12的高度。相應地，金屬接線端30a和30b的中間部分32a和32b的縱向長度比較長。
圖9是本發明第五優選實施例單片電容器的透視圖。圖9中所示的單片電容器10的結構最好與圖3所示單片電容器10的結構相同。
圖10是本發明第六優選實施例單片電容器的透視圖。圖10中所示的單片電容器10不同于圖9中所示的單片電容器10，金屬接線端30a和30b的端部34a和34b的縱向長度約為10.1mm，這長于連在一起的三個單片陶瓷電容元件12的高度。相應地，中間部分32a和32b的縱向長度比較長。
圖11是第三比較例單片電容器的透視圖。在圖11所示的單片電容器11中，相比圖7至10中所示的單片電容器10，它沒有金屬接線端30a和30b。
對于本發明優選實施例3、4、5和6以及比較例3中所示例結構的單片電容器，測量等效串聯電阻(ESR)和等效串聯電感(ESL)，當把每個單片電容器裝于環氧玻璃基板上時，測量偏差，而且在把每個單片電容器裝于鋁基板上時，測量熱沖擊循環特性。它們的結果被示于表2中。在100kHz和400kHz下測量ESR，而在10MHz下測量ESL。對于熱沖擊循環特性，研究了在使用250次熱沖擊循環周期情況下的故障率(故障次數/試驗總次數)，其中從-55℃至125℃的熱變化是一次熱沖擊循環周期。大于或等于10％的靜電容變化(減小)即被認為是故障。
表2
有如從表2所能看到的，當使用由Fe-Cr合金制成的金屬接線端時，通過將金屬接線端的端部長度設定為5.1mm，使ESR和ESL的增大減到最小，并可使故障及熱沖擊循環特性大大提高。
對于實例3、4、5和6以及比較例3中的單片電容器，其中的金屬接線端由黃銅制成，測量ESR和ESL，當把每個單片電容器裝于環氧玻璃基板上時，測量偏差，并在把每個單片電容器裝于鋁基板上時，測量熱沖擊循環特性。它們的結果被示于表3中。
表3
有如從表3所能看到的，當使用由黃銅制成的金屬接線端時，雖然熱沖擊循環特性略為下降，但可使ESR進一步減小。
在上述各單片電容器中，如果加大金屬接線端的長度，則ESR和ESL增大，這是有害的。因此，最好將金屬接線端的長度設定得盡可能短。另一方面，對于DC-DC轉換器的反饋控制電路，在所要調解的頻帶內，ESR最好是恒定的，大致在幾毫歐姆到10毫歐姆。如果采用本發明各優選實施例的單片電容器及其制作方法，可以大大減小金屬接線端的長度，并可通過調節金屬接線端的長度進行精確地調解和控制，以滿足上述條件。
這就是說，按照本發明各優選實施例，可將金屬接線端的長度設定成熱沖擊循環特性和彎曲強度所需的最小值，并可使ESR和ESL大大減小。本發明各優選實施例通過調整金屬接線端的電阻及長度，可以較為容易且準確地制成具有所需ESR的單片電容器。
圖12是本發明第七優選實施例單片電容器的透視圖。圖12中所示的單片電容器10不同于圖1中所示的單片電容器10，沿金屬接線端30a和30b的中間部分32a和32b寬度方向，在靠近中心處分別設置切口40a和40b。通過在金屬接線端30a和30b中設置切口40a和40b，可使金屬接線端30a和30b的電抗分量得到調節。此外，如圖12所示，在金屬接線端30a內，由切口40a分開的端部36a的第一部分，以及第二部分分別與圖樣電極P1和P2相連，而在金屬接線端30b內，由切口40b分開的端部36b的第一部分，以及第二部分分別與圖樣電極P3和P4相連。由于在被金屬接線端30b(30a)的切口40b(40a)分開的中間部分32b(32a)的第一部分與第二部分中的電流沿相反方流動，使磁通量互相抵消，從而可使ESL大大減小。另外，所述切口40a和40b并非一定要形成于金屬接線端30a和30b的中間部分32a與32b的靠近中心處，而是可以形成于金屬接線端30a和30b的其它區域。再有，可以形成多個切口。
雖然上述各優選實施例的示例中均采用三個單片陶瓷電容元件，但本發明中也可采用兩個或者四個以上單片陶瓷電容元件。
雖然上述各優選實施例所示例的單片陶瓷電容元件的外部電極均有包含Cu層、Ni層和Sn層的三層結構，不過所述外部電極也可有其它結構，只要它是可以焊接的即可。
此外，本發明的各優選實施例中，為了提高多個單片陶瓷電容元件之間的結合強度，可將結合用的樹脂嵌入各單片陶瓷電容元件之間的靠近中心處。
金屬接線端的材料不限于Fe-Cr合金或黃銅，也可采用Ag、Ni、Cu、Fe和Cr，或它們的合金，或者其它適宜的材料。
按照本發明各優選實施例，可以得到具有高熱沖擊阻力的單片電容器。另外，本發明各優選實施例還可避免增大ESR和ESL。
雖然已參照其優選實施例描述了本發明，但按照上述教導，本發明的很多改型和變化都是可能的。因此，將能理解，在所附權利要求的范圍內，除了有如特別敘述的那樣，本發明還可以其它方式實現。
權利要求
1.一種單片電容器，它包括多個單片陶瓷電容元件，它們的兩端有外部電極；各單片陶瓷電容元件的外部電極布置覆蓋整個表面的釬焊焊層；與各單片陶瓷電容元件的外部電極電連接的金屬接線端；其特征在于各單片陶瓷電容元件互相疊置并通過釬焊焊層彼此連接；所述單片陶瓷電容元件的外部電極通過所述釬焊焊層彼此電連接。
2.一種如權利要求1所述的單片電容器，其特征在于，所述各金屬接線端通過所述釬焊焊層與至少一個單片陶瓷電容元件直接連接。
3.一種如權利要求2所述的單片電容器，其特征在于，所述各金屬接線端不能與至少一個其它的單片陶瓷電容元件直接連接。
4.一種如權利要求1所述的單片電容器，其特征在于，所述每個金屬接線端包括中間部分，位于所述中間部分的一個邊緣上的端部，它面向所述中間部分，其間有間隔，還包括位于所述中間部分另一邊緣上的端部，所述端部被布置成給所述金屬接線端以彈性，并通過所述釬焊焊層之一與所述單片陶瓷電容元件的外部電極相連。
5.一種如權利要求4所述的單片電容器，其特征在于，在所述金屬接線端的內表面上布置阻礙焊接的膜層。
6.一種如權利要求1所述的單片電容器，其特征在于，金屬接線端上包括至少一個切口，它們被布置成用以調節金屬接線端的電抗分量。
7.一種如權利要求1所述的單片電容器，其特征在于，所述多個單片陶瓷電容元件中的每一個都包括具有多個介電層的疊層，還包括多個內部電極，它們交替地布置在所述多個介電層上。
8.一種如權利要求1所述的單片電容器，其特征在于，至少一個所述外部電極包括Cu層、Ni層和Sn層。
9.一種如權利要求1所述的單片電容器，其特征在于，所述多個單片陶瓷電容元件至少包括三個單片陶瓷電容元件，而且所述至少三個單片陶瓷電容元件被連接在一起。
10.一種如權利要求1所述的單片電容器，其特征在于，所述金屬接線端由Fe-Cr合金制成。
11.一種如權利要求1所述的單片電容器，其特征在于，所述釬焊焊層由含Sn的高溫焊劑制得。
12.一種如權利要求1所述的單片電容器，其特征在于，所述金屬接線端包括端部，所述端部與多個單片陶瓷電容元件之一的外部電極連接。
13.一種如權利要求12所述的單片電容器，其特征在于，所述金屬接線端的端部的縱向長度實質上等于連在一起的多個單片電容元件的高度。
14.一種如權利要求13所述的單片電容器，其特征在于，所述連在一起的單片電容元件的數目為3。
15.一種如權利要求13所述的單片電容器，其特征在于，所述連在一起的單片電容元件的數目為2。
16.一種如權利要求12所述的單片電容器，其特征在于，所述金屬接線端的端部的縱向長度長于連在一起的多個單片電容元件的高度。
17.一種如權利要求1所述的單片電容器，其特征在于，每個所述金屬接線端上至少形成一個切口。
18.一種如權利要求17所述的單片電容器，其特征在于，所述至少一個切口位于每個金屬接線端的中間部分的靠近中心處。
19.一種如權利要求1所述的單片電容器，其特征在于，每個所述金屬接線端上形成多個切口。
20.一種如權利要求19所述的單片電容器，其特征在于，所述多個切口位于所述金屬接線端的中間部分的靠近中心處。
全文摘要
一種單片電容器,包括:多個單片陶瓷電容元件,它們的兩端裝有外部電極;各單片陶瓷電容元件的外部電極的整個表面上布置釬焊焊層;與各單片陶瓷電容元件的外部電極電連接的金屬接線端。各單片陶瓷電容元件通過釬焊焊層互相連接并互相疊置。各單片陶瓷電容元件的外部電極通過所述釬焊焊層彼此電連接。
文檔編號H01G4/30GK1308346SQ00133648
公開日2001年8月15日 申請日期2000年11月30日 優先權日1999年12月28日
發明者中川卓二, 高木義一, 米田康信 申請人:株式會社村田制作所