[发明专利]具有低ESL和低ESR的带引线的多层陶瓷电容器

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求2009年3月26日提交的待审美国临时申请No.61/163,496的优先权，其内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及非铁合金用作多层陶瓷电容器中的引线框材料的用途。

背景技术

由于减小电子器件尺寸的趋势始终存在，因此增强电性能、机械牢固度、以及提高每个元件效率的需求变得更为迫切。电容器的性能与效率与其它很多有源器件一样重要。电容器的效率低不仅会影响电路的性能，还会带来由于所施加电压和电流而引起的增加发热所导致的热管理问题。对减小电子器件尺寸的持续需求对元件制造商带来了不断增大的减小元件尺寸同时维持或提高性能的压力。

作为本发明焦点的多层陶瓷电容器(MLCC)，由于其广泛应用以及相比众多其它类型电容器的较佳性能，而受到了最小化尺寸的显著压力。

电容、电极重叠、以及有效厚度之间的关系由公式1给出。

C＝ε₀ε_rAN/t    公式1

其中：

C为电容(F)；

ε₀为常数，即自由空间的介电系数，8.854×10^-12(F/m)；

ε_r为电介质的介电系数；

A为有效电极的重叠面积(m²)；

N为有效电极的数量；以及

t为有效厚度(m)。

从公式1可以看出，对于任何具有特征介电系数的给定电介质，可以通过增大面积(A)、减小有效厚度(t)、增加层数(N)或其组合来增加电容。

增大电容器的重叠面积一般可以通过增加电容器的长度和宽度来实现，而这必然使安装电容器所需的焊盘尺寸面积增大。这与缩小化的效果相反。

降低有效厚度t受到实际考虑的限制，如电介质的绝缘击穿耐受电压以及所使用的生产工艺。因此，厚度降低的MLCC的额定电压将下降，这是不希望出现的。

增加层数会导致竖直维度上的最后部分的厚度增大，这是不希望出现的。此外，在竖直轴上能够增加到电容器中的层数也受到经济上的限制。考虑堆叠通过使用引线框进行电连接的两个或更多个电容器可能更经济。还可以使用将引线附接至单个芯片的有利应用，以降低基板弯曲时MLCC上的拉伸应力。通常，单个芯片直接安装到板上，即业界公知的工艺“表面贴装”。

在选择高性能电容器时，必须辨别这些能够为应用提供最佳电性能的电容器。低ESR和低ESL是有利的，因为在带有电负载时，电能至热能的转化被最小化，从而带来最低的功率耗散。在MLCC中，电介质材料是重要的因素。铁电2类材料，如X7R和X5R(EIA设计)，具有较高的介电常数，并包含当施加AC电压时移动的畴(domain)。这带来了畴壁热耗散，并且是与不带有畴的顺电的1类COG电介质相比来说另一个要考虑的源。1类材料具有低得多的介电常数，因此对于很多应用来说，设计者必须使用2类电介质来获得所需的电容。通过在引线框中堆叠多于一个电容器，如图1所示，可以在使用相同的电路板焊盘尺寸的同时使电容倍增。在这种方法中，引线框及其连接构成堆叠电容器的限制元件，并且是效率低的源头。

陶瓷电容器是设计者可用的众多电容器设计中的一种。陶瓷电容器的物理属性之一是在经受压应力时非常坚固，而在承受拉伸负荷时比较脆弱。当电容器附接至非刚性基板(如使用业界公知为FR-4、G-10、CEM 1-4等系列的玻璃纤维和环氧材料合成的典型的层叠电路板)时，则上述特性成为设计者必须对抗的重要物理特性。当陶瓷电容器安装至这些非刚性基板时，在基板弯曲时引入陶瓷的力是危险的，可能由于引入电容器主体的拉伸力而导致电容器破裂或损坏。

一种使得由于基板弯曲而引入陶瓷电容器主体的应力最小化的可用设计选项是为电容器添加引线，该引线实际上吸收了基板的弯曲，从而使引入陶瓷电容器主体的拉伸应力最小化。这些引线由表面精加工的导体材料制成，其与电容器的端子兼容，用于将该引线附接至电容器端子的材料即业界所称的焊料，该焊料可以是基于Sn/Pb的合金、或者诸如Sn/Ag/Cu(SAC)合金的不含铅(Pb)焊料、或者对引线附接工艺提供可接受处理的其它合金。