[发明专利]较高比电容量的多层电容器

说明书

具有较高比电容量的多层电容器及其制造方法。

已知的多层电容器是陶瓷结构元件其中交替叠置电极层和薄片陶瓷层。每片陶瓷层和与其相邻的电极层形成一个单个的电容器。单个的电容器通过与电极的相应接触导电串联。制造这样的陶瓷多层电容器要采用“湿法”，例如，采用一种沉积法或者Sol-Gel法制造绿膜(Gruenfolien)，然后再将电极材料加压。将这样经过加压的膜层叠置，然后共同烧结，就得到紧凑的结构元件，这种元件还需要在最后的一道工序中装上电气接线。

为了提高这种陶瓷多层电容器的电容量，还要增加单个电容器的个数和多层电容器的层数。用这种方法和方式制成的几μF电容量范围的高电容量电容器只能以高加工技术费用来实现。

如今可供使用的普通电解电容器到的确是能够实现在几μF范围的高电容量，然而其电气性能却不能令人满意。特别是电解电容器在其使用场合中的频率特性、接触电流(内电阻)、漏泄电流、温度范围的方面还有改进的余地。除此以外，电解电容还不能像在SMD技术所要求的那样制成扁平形状的结构。

本发明的任务在于提供可以做成扁平形状的、制造成本要比已知的多层电容器便宜的、电学性能要比电解电容器有改善的高电容量的电容器。

采用本发明按照权利要求1规定的电容器就可以解决这项任务。关于本发明的多层电容器的优选措施及其制造方法见其他的权利要求项。

本发明包括敷设在一片基片上的多层结构，其中交替叠置敷设电极层和介电层或者薄膜。各电极层交替与分别敷设在分层结构侧面并与分层平面其近似垂直的第一和第二接触层连接。介电层的层数n从大于1到小于100的数值中选用。层数最好是在5至20之间。

采用普通薄膜法敷设的陶瓷介电层的最大层厚约为1μm。与采用普通湿法陶瓷制成的薄层电容器相比，在最好的情况下能够将其中的介电层的厚度降低到5μm左右，这就意味着层厚至少降低5倍。由于采用已知的薄膜法如今已经肯定能够达到并且能够制成重复性良好的0.1μm的薄层厚度，所以采用本发明能够将层厚降低50倍。另外，由于比电容量(电容/容积)与介电层厚度的平方成反比，采用本发明的比电容量要比已知的多层电容提高2500倍。采用本发明较比已知的陶瓷多层电容器节约材料，与所有其他已知的电容器相比，至少在同样电容量的条件下，可以大大减薄扁平结构，并且可以大大缩小占用面积。

在本发明的一个有利措施中，电极层是交替采用两种不同种类、具有不同氧化电势的电极材料构成的。由于这种结构省却了为电极层成型加工以及和第一及第二接触层接触所需的光刻工序的昂贵费用，所以同样也最适合于采用本发明的多层电容器的制造方法。

在本发明的另一个措施中，多层电容器的介电层至少是用两种不同的介电材料制成的。采用这种办法，就可能通过选择各种适用的介电材料使多层电容器的电学性能完全符合预期的特征。于是就能对多层电容器电学值的温度行为或者温度特性，也就是电容器的温度变化，加以调整。由于温度行为除了对于电容器的绝对高度具有重大意义以外，对于设在电学线路和电子线路之中、作为结构元件使用的多层电容器的用途也有重大的意义。本发明还为按照本发明的多层电容器开发另外的其他用途。当然能够利用一种材料制造单层的介电层，但是在1层的电容器中仅只用一种材料只能展现恶劣的温度特性。起决定性作用的只有多层电容器总体的温度特性，这是按照本发明将分层结构中的单层电容器并联作为平均值呈现的温度特性。当个别的介电层在一个给定的温度范围内的电学值呈现很大的变化时，通过适当的组合，在多层电容器中就能综括呈现电学值变化最小的温度行为。

当将介电层进行电并联，而且用铁电体包裹，就能获得高的电容量。在1层电容器中的单层铁电体的、或者单层电学并联的层的特别恶劣的温度行为，放在本发明的多层电容器中就能如上所述受到特别有利的平衡。铁电体层在居里温度条件下呈现一种由铁电体行为转变成顺电体行为的过渡。在一个电容器中，这种过渡起到使电学特性产生特大变化的作用。一个用铁电体构成的符合本发明的多层电容器，一个用多种铁电体材制成的适用的分层结构，其居里温度均匀分散在为一种用途所需的温度范围之中。

用来制作多层电容器的铁电体层或介电层用的薄膜法有利于改变对于性能起决定性作用的组分配比。特别是通过多-靶-溅射能够通过交换靶、通过覆盖靶的表面、或者通过精心改变靶上的功率，使正在增长的介电层或铁电层的组成逐层改变。