陶瓷电容器和制造方法技术

一种电容器包括：一对电极；被设置在该一对电极之间的金属化电介质层，其中，金属化电介质层具有分布于电介质材料内的多个金属骨料。分布使得金属化电介质层中的金属的体积部分为至少约30%。同时，多个金属骨料通过电介质材料相互分离。一种用于形成金属-电介质复合物的方法可包括：用金属涂敷多个电介质微粒，以形成多个金属涂敷的电介质微粒；和在约750°C～约950°C的温度下烧结多个金属涂敷电介质微粒，以将金属涂层变成离散的分离的金属骨料。与通过电介质带分离电极的常规的技术相反，本发明专利技术的系统和方法表现可在烧结中原位形成的金属化电介质层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】陶瓷电容器和制造方法对相关申请的交叉引用本申请是在2010年12月15日提交、被分配申请系列号12/969186的专利技术名称为“CAPACITORWITHTHREE-DIMENSIONALHIGHSURFACEAREAELECTRODEANDMETHODSOFMANUFACTURE”的美国非临时申请的部分继续并且根据35U.S.C.§120要求享有优先权。还根据35U.S.C.§119(e)要求在2010年10月12日提交、被分配申请系列号61/392450的专利技术名称为“CERAMICCAPACITORANDMETHODOFMAKINGTHESAME”作为优先权。在此加入这两个专利申请的全部内容作为参考。
技术介绍
电容器是具有电容的主要电气性能即存储电荷的能力的任何装置。在电子的领域中，电容器的存储电荷的能力可用于控制电流的流动。并且，可在用于过滤电信号的电路中使用电容器；例如，可在无线电或电视接收器的调谐电路中使用具有可变电容的电容器。改变电容会改变调谐器电路的共振频率，使得它与希望的电台或频道的频率匹配，从而滤除所有不希望的频率的信号。最简单的电容器包括通过也称为电介质的绝缘体相互分离的导电材料的两个板，每个板与端子连接。当跨着未充电的电容器的端子施加电压时，电荷流向板中的每一个(正电荷流向阳极板，负电荷流向阴极板)，但不穿过夹在导电板之间的绝缘体。当相反的电荷在导电的阳极板和阴极板上增加时，它们之间的电介质上的力也增加，由此导致跨着电介质的电场增加。这种现象引起随板上的电荷成比例地增加的电压。各板上的电荷大小与板之间的电势(电压)的比是上述的电容，并且接近用于将电容器充电的外部施加电压源。当这两个电压具有相同的大小(电压源和电容器)时，电流停止流动并且电容器被视为被充电。随后通过施加的电气负载降低外部电压，将充电的电容器放电，由此，当产生的电流迅速地使电荷流出板时，导致板两端的电压的降低。存在许多类型的电容器，每种的构造和材料组合不同，但以上解释的物理对于所有的电容器是基本上相同的。常见的电容器类型对于电介质层使用陶瓷，并且可采取陶瓷材料的中空圆筒与其内外表面上的导电材料的薄膜对准的圆筒结构或陶瓷和导电材料的多个板交错以产生夹持的“电极-电介质-电极”配置的平坦平行板结构。对于包括所谓的平行板结构的电容器还说，制造是相当简单的。电介质的层被夹在两个导电电极层之间，其中，得到的平行板电容器的电容是电极板的重叠面积、电介质层的厚度和电介质的电容率的函数。多层陶瓷电容器(MLCC)是具有多个层叠“电极-电介质-电极”配置(EDE)的平行板电容器，其中，每个形成三层。通过许多平行板的并联连接，MLCC的电容急剧增加。很显然，更多的层叠配置增加电容并形成MLCC。类似地，各单个电容器也可被串联连接，由此，与较高的头部空间量相对，基本上在较大的表面积上扩展上述的MLCC。在高度层叠的MLCC上串联连接电容器的优点在于，串联配置已知在现有技术中对于电压击穿表现更好的抗力(当给定电容器上的电荷和电压增加时，在一些点上，在电介质不再能够使电荷相互绝缘，随后表现出电介质击穿，或者在一些区域中表现高的导电率，这趋于降低存储的能量和电荷，从而产生内部热)。回到用于制造典型的MLCC的制造方法，可通过在交替的导电板对之间施加诸如基于陶瓷的浆体的电介质浆，制造电容器。但是，MLCC的制造已主要变为使用导电墨水或糊剂(包括诸如例如银的导电材料的墨水或糊剂)以代替板；可在事先投放于载体聚合物膜上的电介质浆的“绿带”上丝网印刷该墨水或糊剂。与上述的一致，交错的电介质带和电极应用的许多层可被层叠在一起以形成最终的MLCC产品。可以实现具有约500～约1000个层的多层陶瓷电容器，这里，可实现的电介质层常常小于1微米厚。MLCC中的层厚的减小直接与节省的头部空间相关，但是，常常不是头部空间受限。实际上，需要容纳诸如MLCC的无源电气部件的总表面积代表了电路中的贵重的财产。为了通过使用表面安装技术减少空间无源部件占据，0402尺寸(约0.04英寸×0.02英寸)是最流行的，并且，甚至可以可靠地制造0201尺寸(约0.02英寸×0.01英寸)。一般地，当保持电容恒定时，MLCC越小越好。但是，由于继续减小电介质和电极层的厚度会产生制造问题，因此，简单地减小区域印迹和增加层量存在限制。因此，需要提供替代性方法以继续减小尺寸并增加陶瓷电容器的电容密度的趋势，并且，需要表现更高的电容密度的电容器。
技术实现思路
在一个方面中，公开了一种电容器，电容器包括：一对电极；被设置在该一对电极之间的金属化电介质层，其中，金属化电介质层具有分布于电介质材料内的多个金属骨料。分布使得金属化电介质层中的金属的体积部分为至少约20重量百分比(wt％)或者至少约30wt％、至少约40wt％或者至少约50wt％，例如，为约30wt％～约60wt％的范围。在许多的实施例中，多个金属骨料(也称为“金属包含物”)通过电介质材料相互分离。在许多实施例中，金属骨料提供不形成渗漏金属网络的金属化电介质层的明显的体积部分，诸如以上的体积部分。在一些示例性实施例中，金属化电介质层中的金属的体积部分可以大于约40％，例如，为约40％～约60％的范围。在其它的实施例中，金属的体积部分可以为约50％～约60％的范围。在一些实施例中，金属化电介质层可具有约0.01～约250.0微米的厚度范围。在一些实施例中，金属化电介质层通过基本上没有金属的电介质层(这里，也称为“耗尽层”)与电极中的至少一个分离。在一些这样的实施例中，金属化电介质层通过基本上没有金属的电介质层与在其间设置它的两个电极中的每一个分离。在一些实施例中，基本上没有金属的电介质层的厚度为约5.0～约10.0微米的范围。在一些实施例中，金属化电介质层被配置为浮动电极(即，不配置为用于与外部电压源耦合的电极)，而在一些其它的实施例中，金属化电介质层被配置为适于与电压端子电气耦合的电极。在一些实施例中，以上的具有金属化电介质层的电容器的电容为具有相同的尺寸、电极和电介质材料但没有金属包含物的假定电容器的电容的至少2倍(例如，为2～约1000倍的范围)。在一些实施例中，电介质材料包含陶瓷。例如，电介质材料可采取具有例如约0.01微米～约15.0微米的范围、特别是约0.05微米～约10.0微米的尺寸的多个陶瓷微粒的形式。在许多这样的实施例中，金属化电介质层的金属骨料可采取设置在陶瓷微粒的外表面上的金属包含物的形式。在一些实施例中，陶瓷微粒可由BaTiO3、掺杂BaTiO3和其它钛酸钡电介质中的任一种形成。在一些实施例中，在以上的电容器中，电极中的至少一个由具有至少一种与加入电介质中的金属相同的成分的金属成分形成。例如，在一些实施例中，两个电极均由与加入电介质中的金属相同的金属形成。在另一方面中，设置包括至少一对电极和设置在电极之间的电介质层的电容器，其中，电介质层包含金属化部分。金属化部分可采取分离的金属包含物分布于电介质内的金属-电介质复合物的形式。电容器表现为除了缺乏加入电介质层中的金属以外每个方面相同的控制电容(例如，分别具有与由相同的金属和电介质材料形成的电极和电介质层相同的尺寸)的电容的至少3倍或至少5倍或至少10倍或至少本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.12 US 61/392,450;2010.12.15 US 12/969,1861.一种电容器，包括：一对电极；被设置在所述一对电极之间的金属化电介质层，所述金属化电介质层包含分布于电介质材料内的多个金属骨料，使得所述金属化电介质层中的金属的体积部分为至少30％，并且，其中所述多个金属骨料通过所述电介质材料相互分离，所述多个金属骨料以非均匀且不连续的方式分布，并且所述多个金属骨料具有不相似的几何形状。2.根据权利要求1的电容器，还包括至少一个基本上没有金属的电介质层，所述至少一个基本上没有金属的电介质层是在烧结期间原位形成的，并且将所述金属化电介质层与所述电极中的至少一个分离。3.根据权利要求1的电容器，其中，金属的所述体积部分为30％～60％的范围。4.根据权利要求1的电容器，其中，金属的所述体积部分为40％～50％的范围。5.根据权利要求1的电容器，其中，所述金属化电介质层被配置为浮动电极。6.根据权利要求1的电容器，其中，所述金属化电介质层被配置为用于与电压端子电气耦合的电极。7.根据权利要求1的电容器，其中，所述金属化电介质层具有0.01微米～250.0微米的范围中的厚度。8.根据权利要求1的电容器，其中，所述电容器表现为没有金属化电介质的电容器的2～1000倍或更高倍的电容密度。9.根据权利要求1的电容器，其中，所述电介质材料包含陶瓷。10.一种多层电容器，包括：多个电极；多个电介质层，所述电介质层中的每一个被设置在所述电极中的两个电极之间；所述电介质层中的至少一个具有包含其中分布多个金属包含物的电介质材料的金属化部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴良，
申请(专利权)人：艾普瑞特材料技术有限责任公司，
类型：
国别省市：