專(zhuān)利名稱(chēng)：具有低esl和低esr的帶引線的多層陶瓷電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非鐵合金用作多層陶瓷電容器中的引線框材料的用途。
背景技術(shù)：
由于減小電子器件尺寸的趨勢(shì)始終存在，因此增強(qiáng)電性能、機(jī)械牢固度、以及提高每個(gè)元件效率的需求變得更為迫切。電容器的性能與效率與其它很多有源器件一樣重要。 電容器的效率低不僅會(huì)影響電路的性能，還會(huì)帶來(lái)由于所施加電壓和電流而引起的增加發(fā)熱所導(dǎo)致的熱管理問(wèn)題。對(duì)減小電子器件尺寸的持續(xù)需求對(duì)元件制造商帶來(lái)了不斷增大的減小元件尺寸同時(shí)維持或提高性能的壓力。作為本發(fā)明焦點(diǎn)的多層陶瓷電容器(MLCC)，由于其廣泛應(yīng)用以及相比眾多其它類(lèi)型電容器的較佳性能，而受到了最小化尺寸的顯著壓力。電容、電極重疊、以及有效厚度之間的關(guān)系由公式1給出。C = ε Q ε rAN/t 公式 1其中C 為電容(F)；ε。為常數(shù)，即自由空間的介電系數(shù)，8.8MX10_12(F/m)；、為電介質(zhì)的介電系數(shù)；A為有效電極的重疊面積(m2)；N為有效電極的數(shù)量；以及t為有效厚度(m)。從公式1可以看出，對(duì)于任何具有特征介電系數(shù)的給定電介質(zhì)，可以通過(guò)增大面積(A)、減小有效厚度(t)、增加層數(shù)(N)或其組合來(lái)增加電容。增大電容器的重疊面積一般可以通過(guò)增加電容器的長(zhǎng)度和寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)，而這必然使安裝電容器所需的焊盤(pán)尺寸面積增大。這與縮小化的效果相反。降低有效厚度t受到實(shí)際考慮的限制，如電介質(zhì)的絕緣擊穿耐受電壓以及所使用的生產(chǎn)工藝。因此，厚度降低的MLCC的額定電壓將下降，這是不希望出現(xiàn)的。增加層數(shù)會(huì)導(dǎo)致豎直維度上的最后部分的厚度增大，這是不希望出現(xiàn)的。此外，在豎直軸上能夠增加到電容器中的層數(shù)也受到經(jīng)濟(jì)上的限制?？紤]堆疊通過(guò)使用引線框進(jìn)行電連接的兩個(gè)或更多個(gè)電容器可能更經(jīng)濟(jì)。還可以使用將引線附接至單個(gè)芯片的有利應(yīng)用，以降低基板彎曲時(shí)MLCC上的拉伸應(yīng)力。通常，單個(gè)芯片直接安裝到板上，即業(yè)界公知的工藝“表面貼裝”。在選擇高性能電容器時(shí)，必須辨別這些能夠?yàn)閼?yīng)用提供最佳電性能的電容器。低ESR和低ESL是有利的，因?yàn)樵趲в须娯?fù)載時(shí)，電能至熱能的轉(zhuǎn)化被最小化，從而帶來(lái)最低的功率耗散。在MLCC中，電介質(zhì)材料是重要的因素。鐵電2類(lèi)材料，如X7R和)(5R(EIA設(shè)計(jì))，具有較高的介電常數(shù)，并包含當(dāng)施加AC電壓時(shí)移動(dòng)的疇(domain)。這帶來(lái)了疇壁熱耗散，并且是與不帶有疇的順電的1類(lèi)COG電介質(zhì)相比來(lái)說(shuō)另一個(gè)要考慮的源。1類(lèi)材料具有低得多的介電常數(shù)，因此對(duì)于很多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)者必須使用2類(lèi)電介質(zhì)來(lái)獲得所需的電容。通過(guò)在引線框中堆疊多于一個(gè)電容器，如圖1所示，可以在使用相同的電路板焊盤(pán)尺寸的同時(shí)使電容倍增。在這種方法中，引線框及其連接構(gòu)成堆疊電容器的限制元件，并且是效率低的源頭。陶瓷電容器是設(shè)計(jì)者可用的眾多電容器設(shè)計(jì)中的一種。陶瓷電容器的物理屬性之一是在經(jīng)受壓應(yīng)力時(shí)非常堅(jiān)固，而在承受拉伸負(fù)荷時(shí)比較脆弱。當(dāng)電容器附接至非剛性基板(如使用業(yè)界公知為FR-4、G-10、CEM 1_4等系列的玻璃纖維和環(huán)氧材料合成的典型的層疊電路板)時(shí)，則上述特性成為設(shè)計(jì)者必須對(duì)抗的重要物理特性。當(dāng)陶瓷電容器安裝至這些非剛性基板時(shí)，在基板彎曲時(shí)引入陶瓷的力是危險(xiǎn)的，可能由于引入電容器主體的拉伸力而導(dǎo)致電容器破裂或損壞。一種使得由于基板彎曲而引入陶瓷電容器主體的應(yīng)力最小化的可用設(shè)計(jì)選項(xiàng)是為電容器添加引線，該引線實(shí)際上吸收了基板的彎曲，從而使引入陶瓷電容器主體的拉伸應(yīng)力最小化。這些引線由表面精加工的導(dǎo)體材料制成，其與電容器的端子兼容，用于將該引線附接至電容器端子的材料即業(yè)界所稱(chēng)的焊料，該焊料可以是基于Sn/Pb的合金、或者諸如Sn/Ag/Cu (SAC)合金的不含鉛(Pb)焊料、或者對(duì)引線附接工藝提供可接受處理的其它合
^^ ο在考慮引線框材料時(shí)，本領(lǐng)域已知必須使用熱膨脹系數(shù)(CTE)最好小于陶瓷的材料，以使得當(dāng)器件經(jīng)受溫度循環(huán)時(shí)，電容器始終處在受壓狀態(tài)。存在一些符合這些物理特性的優(yōu)選合金。這些業(yè)界已知的合金是公知為42合金的Ni/i^e合金，其由大約42%的Ni和 58%的狗構(gòu)成。由鎳、鐵、和鈷構(gòu)成的Kovar 是另一種已知選擇。42合金是優(yōu)選材料，因?yàn)槠湎啾菿ovar 合金更為經(jīng)濟(jì)。美國(guó)專(zhuān)利第6，310，759號(hào)以及6，523，235號(hào)描述了使用 42合金的有利之處，因?yàn)槠渚哂邢啾忍沾筛偷腃TE。美國(guó)專(zhuān)利第6，081，416號(hào)指出，陶瓷的CTE需要比引線框大25%。這些專(zhuān)利還指出了元件能夠在-55°C到+150°C的溫度范圍內(nèi)操作的重要性，來(lái)作為電子元件的可接受工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，盡管該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)具體產(chǎn)品應(yīng)用而存在某些變動(dòng)，如-55°C到+125°C，或-40V到150°C。盡管Ni/i^e合金提供了優(yōu)良的機(jī)械屬性，其磁屬性以及低電導(dǎo)率是固有的電氣缺陷。這些材料的低電導(dǎo)率和磁屬性對(duì)于優(yōu)化電容器性能來(lái)說(shuō)是不利的。從前文可以看出，存在不斷增長(zhǎng)的改善電容器性能的需求。本文提供了這種改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的MLCC。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的目的是提供一種具有低ESL和低ESR的MLCC。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠在不增加安裝電容器所需面積的情況下提供更大的電容以及整體改善的電特性。所實(shí)現(xiàn)的這些和其它優(yōu)點(diǎn)提供在多層陶瓷電容器中。該電容器具有至少一個(gè)芯片，該芯片具有處于平行間隔關(guān)系的第一賤金屬(base metal)片和處于平行間隔關(guān)系的第二賤金屬片，其中第一賤金屬片和第二賤金屬片彼此交錯(cuò)。電介質(zhì)置于第一賤金屬片和第二賤金屬片之間。第一端子與第一賤金屬片電接觸，第二端子與第二賤金屬片電接觸，以形成具有第一熱膨脹系數(shù)的多層陶瓷電容器。引線框附接至所述端子并與端子電接觸，其中引線框具有第二熱膨脹系數(shù)，并且第二熱膨脹系數(shù)高于所述第一熱膨脹系數(shù)。引線框?yàn)榉氰F材料。


圖1是帶引線的MLCC電容器的部分剖面?zhèn)让媸疽鈭D。圖IA是帶引線的MLCC電容器的透視圖。圖IB是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。圖IC是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)面示意圖。圖ID是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)面示意圖。圖2圖示了板彎曲數(shù)據(jù)。圖3圖示了板彎曲數(shù)據(jù)。圖4圖示了 ESL結(jié)果。圖5圖示了 ESR結(jié)果。圖6圖示了作為電流的函數(shù)的溫度結(jié)果。圖7a至圖7i圖示了本發(fā)明針對(duì)2芯片、22 μ F、額定50V的電容器的可靠性測(cè)試結(jié)果。圖8是本發(fā)明的芯片堆疊的透視圖。圖9是本發(fā)明的芯片堆疊的透視圖。圖10是例示了帶引線的通孔的本發(fā)明實(shí)施例的透視圖。圖11是例示了帶引線的表面安裝的本發(fā)明實(shí)施例的透視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及對(duì)MLCC的改進(jìn)，特別是對(duì)帶引線的賤金屬電極(BME)MLCC的改進(jìn)。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明適用于在賤金屬M(fèi)LCC上使用非鐵引線框材料，其不包含鐵或鎳。本發(fā)明使用非鐵合金(優(yōu)選為磷青銅)來(lái)作為性能改進(jìn)的引線框材料，其使得帶引線的BME電容器在較高的功率電平下以更高的效率工作，具有提高的電容密度并工作在更苛刻的環(huán)境中，同時(shí)提供機(jī)械牢固度以滿(mǎn)足現(xiàn)代電子產(chǎn)品的需求設(shè)計(jì)和環(huán)境要求。電容器結(jié)構(gòu)、電子特性的改善與現(xiàn)有技術(shù)中的預(yù)想直接相反(contradiction)。帶引線的BME MLCC堆疊電容器如圖1所示。在圖1中，帶引線的BME MLCC堆疊電容器1包括兩個(gè)芯片的堆疊，其中具有下部芯片2和上部芯片3，其中“下部”和“上部”是為了便于描述的相對(duì)術(shù)語(yǔ)，不構(gòu)成任何限制。每個(gè)芯片都具有交錯(cuò)的在相對(duì)末端終止的賤金屬電極(BME)片。片4在一種極性的端子8處終止，片5在相反極性的相對(duì)端子7處終止。芯片通過(guò)焊接或?qū)щ娬澈蟿?0附接至引線框9。帶引線的BME MLCC堆疊電容器可以包括至少一個(gè)MLCC或多個(gè)堆疊在彼此頂上的MLCC。堆疊中MLCC的數(shù)量最高可達(dá)200個(gè)， 以2-20個(gè)為優(yōu)。多個(gè)堆疊，如每個(gè)堆疊1-50個(gè)芯片、或更優(yōu)選地每個(gè)堆疊2-10個(gè)芯片，可以成直列式排列并被包含在相同的引線框內(nèi)。電極片是賤金屬電極片。具體優(yōu)選的電極片包括鎳，并以基本由鎳構(gòu)成的電極片為最優(yōu)。圖IA中示出了另一個(gè)實(shí)施例。在圖IA中帶引線的MLCC電容器20包括6個(gè)芯片，其布置在2X3方位中，其中三個(gè)上部芯片21和三個(gè)下部芯片22布置在引線框23和M中。圖IB例示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中對(duì)本文使用的各種名稱(chēng)進(jìn)行說(shuō)明。垂直于電容器安裝表面(如通過(guò)引腳19安裝)的方向記為“n”，并被稱(chēng)作堆疊。堆疊的數(shù)量記為 “m”。因此將多芯片電容器稱(chēng)為“nXm陣列”。出于例示的目的，圖IB示出了 2X3陣列。圖IC例示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。在圖IC中，電容器40包括IXm陣列，其具有布置為內(nèi)部片(Plate)與基板42垂直的多個(gè)芯片41。第一引線43安裝至最接近基板的表面上的陣列，第二引線44安裝至最遠(yuǎn)離基板的表面。引線框臂45和46可以是如圖ID所示的直引線(through lead)，或者形成為構(gòu)成引腳47和48以便于表面貼裝。引線框可以通過(guò)使用導(dǎo)電環(huán)氧材料、焊料、或其它導(dǎo)電接合技術(shù)附接至MLCC。在這種情況下優(yōu)選使用不含鉛的焊料合金。特別優(yōu)選的焊料合金包括約91-92wt%的Sn和約 8-9襯％的Sb，更優(yōu)選的為約91. 5%的Sn和約8. 5%的Sb。還可以使用Pb/Sn焊料，但是工業(yè)優(yōu)選不含1 的軸承焊料。針對(duì)此應(yīng)用的優(yōu)選引線框材料是磷青銅材料，其主體材料是銅，而平衡部分為鋅、錫、和磷。能夠在維護(hù)或改善機(jī)械牢固性的同時(shí)提升MLCC電容器的電性能。優(yōu)選引線框材料為磷青銅、黃銅、銅以及銅合金，這些材料均不包含Ni和!^e材料。Ni和!^e材料被認(rèn)為由于高CTE而不適用于MLCC應(yīng)用，因?yàn)檫@會(huì)提供在熱變化時(shí)較脆的元件。磷青銅通常由約80+%的主體材料銅以及構(gòu)成合金的平衡物的鋅、錫、和磷組成。 這些材料均具有高于Ni/i^e合金的電導(dǎo)率，均為非磁性材料，并且提供較小的ESL和ESR。 基于銅的合金，如194合金，是電子工業(yè)中廣泛使用的引線框材料，其中成本、電導(dǎo)率、和對(duì)組裝工藝的兼容性較為重要。鈹銅(BeCu)合金由于其優(yōu)良的適應(yīng)性也廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體引線連接。由于其高CTE，這些材料均被認(rèn)為不適用于MLCC中的引線框元件。典型的陶瓷電介質(zhì)具有約8X10_6至約12X10_Vm/m°C的CTE，而鈦酸鋇約為 10X10_6ym/m°C。當(dāng)合并在具有端子的多層電容器中時(shí)，所得這些合成物的CTE范圍通常增至6X 10_6μ m/m°C至14X 10_6 μ m/m°C。42合金在本領(lǐng)域中被認(rèn)為是優(yōu)選的引線框材料， 因?yàn)槠銫TE約為5. 3X IO"6 μ m/m°C。磷青銅的CTE約為17. 8X 10_6 μ m/m°C。鈹銅合金的 CTE約為16. 7X10-Vm/m°C。194合金具有約16. 3 X 10_6 μ m/m°C的CTE。與現(xiàn)有技術(shù)相反，考慮使用CTE高于MLCC的引線材料。在直接相反的示例中，優(yōu)選CTE至少比本發(fā)明的 MLCC的CTE高2X 10_6μ m/m°C。更優(yōu)選地，CTE至少比本發(fā)明的陶瓷的CTE高4X 10_6μ m/ m°C。這與現(xiàn)有技術(shù)中的指教直接相反，現(xiàn)有技術(shù)要求引線框的CTE低于且優(yōu)選遠(yuǎn)低于陶瓷的 CTE。對(duì)由這些不同合金制成的2220種尺寸的X7R MLCC、22 μ F、50V電容器(具有通過(guò)相同材料和相同方法焊接至引線框的每框2個(gè)鎳電極)進(jìn)行板彎曲測(cè)試，結(jié)果如圖2所示。 在全部情況中，記錄當(dāng)在標(biāo)準(zhǔn)FR-4電路板上基于AEC Q-200方法彎曲時(shí)電容降低2%的失效情況。圖2示出了 30個(gè)樣本中的失效百分比相對(duì)板彎曲距離的威布爾圖。基于板彎曲測(cè)試結(jié)果選擇磷青銅(〇)作為優(yōu)選的引線框材料。磷青銅改善了電容器的電性能。測(cè)試數(shù)據(jù)還表明，與現(xiàn)有技術(shù)中的預(yù)期相反，磷青銅提供了優(yōu)良的機(jī)械牢固度。圖2還給出了兩種不同非鐵合金(即⑶194(0)和BeCu(D))的彎曲對(duì)比。此對(duì)比顯示了當(dāng)使用磷青銅作為引線框材料時(shí)所得的優(yōu)良的板彎曲特性。另一發(fā)現(xiàn)是，與直接表面貼裝或Flex Term 技術(shù)相比，BeCu和Cu 194均提供了改進(jìn)的彎曲能力。圖2的數(shù)據(jù)顯示了不同引線框合金對(duì)元件能夠承受的板彎曲量的影響。磷青銅明確顯示出了其優(yōu)良的彎曲能力。圖3例示了如相對(duì)圖2所示準(zhǔn)備的三種電容器的對(duì)比。一種電容器是不帶有引線框的表面貼裝器件(〇)。第二種電容器使用Kemet’S FT Cap端子(□)，其是在CARTS USA 2009 Proceedings, March 2009, Jacksonville, FL "Flexible Termination-Reliability in Stringent Environments”中公開(kāi)的柔性聚合物端子。第三種電容器使用本發(fā)明的磷青銅引線框( )。通過(guò)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝MLCC、利用磷青銅引線框的MLCC安裝、以及使用適應(yīng)性聚合物端子的相同MLCC設(shè)計(jì)提供彎曲對(duì)比。可以看出，磷青銅引線框具有優(yōu)良的性能。圖7a、7b和7c例示了具有磷青銅引線框的帶引線的賤金屬電極MLCC電容器在經(jīng)受高溫下1000小時(shí)的長(zhǎng)時(shí)間環(huán)境測(cè)試時(shí)的牢固度。圖7a示出了在125°C下對(duì)100個(gè)樣本施加2倍額定電壓(100V)之后在最高1000小時(shí)的各種時(shí)間間隔下的可接受冷(環(huán)境) IR(絕緣電阻)。圖7b示出了與圖7a相同測(cè)試條件下的可接受熱(125°C)IR。圖7c示出了在額定電壓50V下，在85°C和85%的相對(duì)濕度下對(duì)100個(gè)樣本測(cè)試最高1000小時(shí)之后的可接受冷頂。圖7d、7e和7f分別顯示了在對(duì)30個(gè)樣本進(jìn)行300個(gè)周期的從_55°C到 +150°C的溫度沖擊測(cè)試(其中這些溫度之間的過(guò)渡時(shí)間小于20秒)之后的良好的電性能以及可接受的電容、損耗因數(shù)(DF)和頂。圖7gJh和7i分別顯示了在對(duì)100個(gè)樣本進(jìn)行 1000個(gè)周期的以15°C /min的溫度斜率進(jìn)行從_55°C到+150°C的溫度循環(huán)(其中在每個(gè)溫度上停留30分鐘)后的良好性能以及可接受的電容、DFJP頂。這些結(jié)果清楚地顯示了磷青銅引線框的機(jī)械牢固度，這些磷青銅引線框使電容器能夠避免與CTE不匹配所導(dǎo)致的損壞相關(guān)聯(lián)的災(zāi)害性電故障。這種機(jī)械牢固度與基于非鐵材料的CTE的期望相反。選擇磷青銅用作引線框材料的最重要的優(yōu)點(diǎn)在于，這些非鐵引線框相比基于鐵的引線框具有未曾意料到的低ESL和ESR特性的電氣優(yōu)點(diǎn)。電源數(shù)字電路中的邏輯門(mén)始終在進(jìn)行開(kāi)關(guān)。在每個(gè)周期中，以與開(kāi)關(guān)速度成比例的速率汲取電流。在較高的開(kāi)關(guān)速度下，電流與封裝電感相互作用，產(chǎn)生電路中的電壓尖峰或噪聲。隨著開(kāi)關(guān)速度的提高，電流也增大，從而產(chǎn)生較大的電壓尖峰。這些尖峰可以導(dǎo)致電路中的開(kāi)關(guān)錯(cuò)誤，這將降低系統(tǒng)性能。電路中由于瞬態(tài)電流或電感產(chǎn)生的電壓由公式2定義V = L(di/dt) 公式 2其中V是以伏特計(jì)量的電壓；L是電感；di是電流的變化；和dt是時(shí)間的變化。在電源具有快速變化的負(fù)載時(shí)也會(huì)觀察到相同的關(guān)系。當(dāng)負(fù)載施加至電源時(shí)，系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)電流沖擊，以維持跨負(fù)載的電壓。由于系統(tǒng)中存在電感，因此電感會(huì)阻礙電流在負(fù)載上產(chǎn)生電壓降。使用靠近負(fù)載的去耦電容器來(lái)暫時(shí)提供沖擊電流，以使得負(fù)載上沒(méi)有電壓降。理想的電容器可以在短時(shí)間內(nèi)提供無(wú)限量的電流，但相關(guān)聯(lián)的電感(不考慮ESR) 將阻礙電流，從而限制了去耦的效果。因此針對(duì)此應(yīng)用來(lái)說(shuō)，優(yōu)選使用低電感的電容器。為了降低系統(tǒng)噪聲，在電路中布置電容器以去耦。理想情況下，電容器不具有電感，并且能夠?qū)崿F(xiàn)有效的去耦。但實(shí)際上，電容器具有自感并因此會(huì)累加至系統(tǒng)電感。因此必須選擇具有低電感的電容器，以便不增加系統(tǒng)噪聲。圖4中圖示了 42合金與磷青銅在電感上的差別。購(gòu)買(mǎi)可商業(yè)獲得的具有42合金引線的賤金屬電極MLCC并進(jìn)行測(cè)試，所得結(jié)果與具有42合金引線框和磷青銅引線框的相同值Kemet MLCC進(jìn)行比較?？梢郧宄闯鍪褂昧浊嚆~引線框的ESL較低。此外還示出了市場(chǎng)可獲得的具有42合金引線框的MLCC (A)、和具有相同值并且具有42合金引線框的Kemet 電容器(B)、以及具有相同值并且具有磷青銅引線框的Kemet電容器(C)的ESL結(jié)果。電容器中的另一關(guān)鍵參數(shù)是其等效串聯(lián)電阻(ESI )。ESR是電容器中包括電極、電介質(zhì)、端子和鍍層的全部組件的貢獻(xiàn)所導(dǎo)致的所有損耗的度量。這些損耗可能隨著材料選擇和電容器幾何構(gòu)造而在幅度級(jí)別上變化。ESR還是頻率的函數(shù)。ESR是所有電子器件中發(fā)熱的來(lái)源。任何電阻性損耗均通過(guò)發(fā)熱而耗散，從而導(dǎo)致器件損壞。波紋電流不是ESR的度量，而是ESR如何影響電容器的熱特性的度量。在波紋電流測(cè)量中，將信號(hào)以較大的AC電流提供至電容器。電容器中的功率損耗是ESR和電流的直接函數(shù)，如下述公式3所定義。Pwr = I2R 公式 3其中P是以瓦特計(jì)量的功率；I是以安培計(jì)量的電流；以及R是以歐姆計(jì)量的電阻。由于公式中的電流取平方，因此功率損耗隨著電流增大而迅速增大。由于功率通過(guò)熱量耗散，因此容易看出，增大電流將使得電容器中的發(fā)熱增加。因此期望ESR盡可能低以減少發(fā)熱。圖5中圖示了與BME電容器中的42合金引線框相比，磷青銅弓丨線框具有較低的電阻。圖5示出了市場(chǎng)可購(gòu)得的具有42合金引線框的MLCC(A)、具有相同42合金引線框的 Kemet電容器(B)、和具有磷青銅引線框的Kemet MLCC(C)的ESR測(cè)試結(jié)果。圖6示出了每個(gè)引線框類(lèi)型的溫度上升曲線圖，表1示出了針對(duì)每個(gè)部分和每個(gè)電流讀數(shù)的列表式記錄溫度。為了顯示這些引線框材料之間的ESL和ESR差別的效果，對(duì)具有相同電容值但具有由42合金(A)、磷青銅(C)、銅194(B)和鈹銅⑶制成的引線框的賤金屬M(fèi)LCC電容器進(jìn)行波紋電流測(cè)試。電流在IOOkHz下從0安培增加至10安培，其中通過(guò)電容器上的熱電偶來(lái)記錄溫度的增加。電流隨后以5安培的步長(zhǎng)增加至25安培，同時(shí)測(cè)量每個(gè)部分的溫度上升。然后對(duì)表2中記錄的結(jié)果使用公式3來(lái)計(jì)算熱耗散。這些測(cè)試清楚地顯示了具有較低ESL(如圖4所示)和較低ESR(如圖5所示)的電容器性能改進(jìn)，并且通過(guò)使用非鐵合金可以帶來(lái)較低的操作溫度。圖6示出了針對(duì)用于將電容器附接至測(cè)試板的各種引線框材料的電容器隨著電流負(fù)載的增加而產(chǎn)生的比較溫度上升。與預(yù)期一致，具有42合金引線框材料的電容器顯示出最高的溫度上升，因?yàn)槿鐖D5所示，42合金也顯示出了最高的電阻率。磷青銅顯示出比 42合金明顯降低的溫度上升，因?yàn)槠渚哂休^低的電阻率。194合金和鈹銅(BeCu)合金均具有最低的溫度上升，并且相比磷青銅或42合金具有較低的電阻率。圖8給出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。在圖8中，多個(gè)芯片80排列為內(nèi)部的片彼此平行。相同極性的端子處在相同面81上。圖9示出了替代實(shí)施例，其中芯片90堆疊為一些片與相鄰的芯片平行而與其它的相鄰芯片共面。端子示為91。各部分的固定和朝向便于組裝。圖10示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。在圖10中，芯片100位于引線框101之間。直引線102附接至引線框并且延伸至電路板的通路(via)。圖11示出了一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。在圖11中，多個(gè)芯片110堆疊在兩個(gè)表面貼裝引線框111之間。表1示出了針對(duì)每種不同的引線框合金和在不同的電流電平下逐電容器測(cè)量的溫度上升。磷青銅、194銅、和鈹銅、所有非鐵合金所展現(xiàn)出的溫度上升均明顯低于42合金所展現(xiàn)出的溫度上升，因?yàn)樗鼈兊碾娮杪实陀?2合金。表2示出了使用功率公式3針對(duì)每種電容器計(jì)算出的以瓦特為單位的功率耗散表1 具有不同引線框材料的電容器在不同的施加電流輸入下的溫度
權(quán)利要求
1.一種多層陶瓷電容器，包括 至少一個(gè)芯片，具有處于平行間隔關(guān)系的第一賤金屬片， 處于平行間隔關(guān)系的第二賤金屬片， 其中第一賤金屬片和第二賤金屬片彼此交錯(cuò)； 電介質(zhì)，其置于第一賤金屬片和第二賤金屬片之間； 第一端子，其與所述第一賤金屬片電接觸；和第二端子，其與所述第二賤金屬片電接觸，其中所得的電介質(zhì)、金屬片、第一端子和第二端子的組合形成具有第一熱膨脹系數(shù)的多層陶瓷電容器；第一引線框，其附接至所述第一端子并與第一端子電接觸，其中所述第一引線框具有第二熱膨脹系數(shù)，并且第二熱膨脹系數(shù)高于所述第一熱膨脹系數(shù)；和第二引線框，其附接至所述第二端子并與第二端子電接觸，其中所述第二引線框具有第三熱膨脹系數(shù)，并且第三熱膨脹系數(shù)高于所述第一熱膨脹系數(shù)；并且其中所述第一引線框和第二引線框中的至少一個(gè)是非鐵材料。
2.權(quán)利要求1的多層陶瓷電容器，其中所述非鐵材料是從包括Cu194、黃銅、鈹銅和磷青銅的組中選擇的。
3.權(quán)利要求2的多層陶瓷電容器，其中所述非鐵材料是磷青銅。
4.權(quán)利要求3的多層陶瓷電容器，其中所述磷青銅包括至少80wt%的銅。
5.權(quán)利要求4的多層陶瓷電容器，其中所述磷青銅還包括鋅、錫和磷。
6.權(quán)利要求1的多層陶瓷電容器，其中所述賤金屬片包括鎳。
7.權(quán)利要求6的多層陶瓷電容器，其中所述賤金屬片實(shí)質(zhì)上由鎳構(gòu)成。
8.權(quán)利要求1的多層陶瓷電容器，其中所述第二熱膨脹系數(shù)和所述第三熱膨脹系數(shù)中的至少一個(gè)相比第一熱膨脹系數(shù)高至少2 X 10_6 μ m/m°C。
9.權(quán)利要求1的多層陶瓷電容器，其中所述第二熱膨脹系數(shù)和所述第三熱膨脹系數(shù)中的至少一個(gè)相比第一熱膨脹系數(shù)高至少4X 10_6 μ m/m°C。
10.權(quán)利要求1的多層陶瓷電容器，包括至少一個(gè)第二芯片。
11.權(quán)利要求10的多層陶瓷電容器，包括至少2個(gè)至不超過(guò)200個(gè)芯片。
12.權(quán)利要求11的多層陶瓷電容器，包括不超過(guò)50個(gè)芯片。
13.權(quán)利要求10的多層陶瓷電容器，其中所述芯片堆疊在所述第一引線框和第二引線框之間。
14.權(quán)利要求10的多層陶瓷電容器，其中相鄰芯片的片不共面。
15.權(quán)利要求10的多層陶瓷電容器，其中相鄰芯片的片共面。
16.權(quán)利要求10的多層陶瓷電容器，其中至少一個(gè)芯片具有帶有共面片的相鄰芯片以及帶有不共面片的相鄰芯片。
17.權(quán)利要求10的多層陶瓷電容器，其中所述芯片處在nXm陣列中，其中η是定義了堆疊芯片的數(shù)量的整數(shù)，m是定義了所述第一引線框和第二引線框之間的堆疊的數(shù)量的整數(shù)。
18.權(quán)利要求17的多層陶瓷電容器，其中所述第一引線框和第二引線框之間通過(guò)不超過(guò)一個(gè)芯片分隔。
19.權(quán)利要求17的多層陶瓷電容器，其中所述nXm不超過(guò)200。
20.權(quán)利要求19的多層陶瓷電容器，其中m不超過(guò)50。
21.權(quán)利要求19的多層陶瓷電容器，其中η不超過(guò)20。
22.權(quán)利要求1的多層陶瓷電容器，其中所述第一引線框和所述第一端子通過(guò)焊料連接。
23.權(quán)利要求22的多層陶瓷電容器，其中所述焊料是不含鉛的焊料。
24.權(quán)利要求23的多層陶瓷電容器，其中所述焊料包括91-92wt%的Sn和8-9wt%的Sb。
25.權(quán)利要求1的多層陶瓷電容器，還包括至少一個(gè)直引線，其附接至所述第一引線框或所述第二引線框中的至少一個(gè)。
26.權(quán)利要求25的多層陶瓷電容器，其中所述第一賤金屬片平行于所述直引線。
27.權(quán)利要求25的多層陶瓷電容器，其中所述第一賤金屬片垂直于所述直引線。
28.一種其上安裝了權(quán)利要求1的電容器的基板。
29.權(quán)利要求觀的基板，其中所述第一賤金屬片平行于所述基板。
30.權(quán)利要求觀的基板，其中所述第一賤金屬片垂直于所述基板。
全文摘要
一種多層陶瓷電容器，其具有至少一個(gè)芯片，該芯片具有處于平行間隔關(guān)系的第一賤金屬片和處于平行間隔關(guān)系的第二賤金屬片，其中第一賤金屬片和第二賤金屬片彼此交錯(cuò)。電介質(zhì)置于第一賤金屬片和第二賤金屬片之間，并且該電介質(zhì)具有第一熱膨脹系數(shù)。第一端子與第一賤金屬片電接觸，第二端子與第二賤金屬片電接觸。引線框附接至所述端子并與端子電接觸，其中引線框具有第二熱膨脹系數(shù)，并且第二熱膨脹系數(shù)高于所述第一熱膨脹系數(shù)。引線框?yàn)榉氰F材料。
文檔編號(hào)H01G4/005GK102422369SQ201080018582
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者加里·倫納, 朗尼·G·瓊斯, 約翰·E·麥康奈爾, 約翰·巴爾蒂圖德, 艾倫·P·韋布斯特, 雷吉·菲利浦斯, 馬克·R·拉普斯 申請(qǐng)人:凱米特電子公司