具有打开模式电极配置和柔性终端的多层电容器的制作方法

具有打开模式电极配置和柔性终端的多层电容器
1.相关申请
2.本技术要求于2019年4月25日提交的美国临时申请序列号62/838,406的优先权，该申请通过对其的引用而整体并入本文。
技术领域
3.本主题总体上涉及多层陶瓷电容器。更具体地，本主题涉及具有打开模式电极配置和柔性终端的多层电容器。


背景技术：

4.许多现代电子元件被封装为单片器件(monolithic device)，并且可以在单个芯片封装内包括单个元件或多个元件。这种单片器件的一个具体示例是多层电容器或电容器阵列，并且对于所公开的技术特别感兴趣的是具有交叉的内部电极层和相应的电极片(electrode tab)的多层电容器。
5.多层电容器通过提供从先前制备的延伸长度的陶瓷材料或陶瓷材料带切割的陶瓷介电质的单独片材而形成。单独片材通过多组电极图案用电极油墨丝网印刷。然后，印刷的片材堆叠成多层并层压成通常称为垫的实心层。然后，垫可以切割成单独的多层元件，并且可以进行多层元件的进一步加工，例如，垫的烧结和单独元件的端接。元件的端接可以包括施用金属涂料以与选择的先前丝网印刷的电极接触，然后进行另一次烧制以将金属涂料端接材料固定到电容器。
6.多层元件(诸如电容器)可能会因热应力和/或弯曲产生的机械应力而破裂。这种裂纹可能会与电容器边缘附近的电极相交，这可能会导致与相对终端连接的电极之间出现不需要的电连接。然后，在电容器的终端之间会发生短路。


技术实现要素：

7.根据本发明的一个实施方案，多层陶瓷电容器可以包括单片主体(monolithic body)，该单片主体包括在垂直于纵向方向和横向方向中的每一者的z方向上堆叠的多个介电层。单片主体可以具有第一端和在纵向方向上与第一端间隔开的第二端。第一多个电极(first plurality of electrodes)可以从单片主体的第一端朝向单片主体的第二端延伸。第一多个电极可以与单片主体的第二端以第一边缘距离(first margin distance)间隔开。第二多个电极可以从单片主体的第二端朝向单片主体的第一端延伸。第二多个电极可以与单片主体的第一端以第二边缘距离间隔开。第一外部终端可以沿第一端设置并与第一多个电极连接。第二外部终端可以沿第二端设置并与第二多个电极连接。单片主体可以在第一端与第二端之间的纵向距离上具有主体长度。主体长度与第一边缘距离或第二边缘距离中的至少一者之间的边缘比率(margin ratio)可以小于约10。第一外部终端或第二外部终端中的至少一者可以包括导电聚合组合物。
8.根据本发明的另一方面，一种用于形成多层陶瓷电容器的方法可以包括：在第一
多个介电层上分别形成第一多个电极；和在第二多个介电层上形成第二多个电极。该方法可以包括：在垂直于纵向方向的z方向上堆叠第一多个介电层和第二多个介电层以形成单片主体，使得第一多个电极从单片主体的第一端延伸、并且在纵向方向上与单片主体的第二端以第一边缘距离间隔开。该方法可以包括：沿单片主体的第一端形成第一外部终端，该第一外部终端与第一多个电极连接；和沿单片主体的第二端形成第二外部终端，该第二外部终端与第二多个电极连接。单片主体可以在第一端与第二端之间的纵向距离上具有主体长度。主体长度与第一边缘距离之间的边缘比率可以小于约10。第一外部终端或第二外部终端中的至少一者可以包括导电聚合组合物。
9.下面更详细地阐述本发明的其他特征和方面。
附图说明
10.在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括本发明的最佳模式，在附图中：
11.图1示出了根据本公开的方面的包括顺应层(compliant layer)的多层电容器的一个实施方案的截面图；
12.图2示出了根据本公开的方面的包括锚接片(anchor tab)的多层电容器的另一实施方案的截面图；
13.图3示出了根据本公开的方面的包括浮动电极的多层电容器的另一实施方案的截面图；和
14.图4是根据本公开的方面的用于形成多层陶瓷电容器的方法的流程图。
15.在本说明书和附图中重复使用的参考字符旨在表示本发明的相同或类似的特征或要素。
具体实施方式
16.本领域普通技术人员应当理解，本讨论仅是对示例性实施方案的描述，并不旨在限制本发明的更广泛的方面，这些更广泛的方面体现在示例性构造中。
17.一般而言，本发明涉及一种多层陶瓷电容器，其采用配置为降低或防止破裂风险的特征的组合。首先，外部终端可以包括导电聚合组合物(例如，作为顺应层)以减少元件所经受的应力。导电聚合组合物可以包括聚合物和分散的导电颗粒。其次，多层陶瓷电容器可具有大的边缘距离。因为裂纹通常会在终端附近传播，所以如果发生事故，大的边缘距离可以减少裂纹与电极相交的机会。因此，大的边缘距离和顺应的外部终端的组合导致元件更坚固并且对应力(包括热应力和/或由元件安装到的表面的弯曲引起的机械应力)有弹性。
18.特别地，本发明涉及一种多层陶瓷电容器，该多层陶瓷电容器在单个单片主体内包含交替的介电层和电极层。电容器的单片主体可以包括顶表面和与顶表面相反的底表面。单片主体还可以包括在顶表面与底表面之间延伸的至少一个侧表面。单片主体可以包括在顶表面与底表面之间延伸的至少四个侧表面。在一个实施方案中，单片主体包括至少六个全表面(例如，一个顶表面、一个底表面、四个侧表面)。例如，电容器的单片主体可以具有平行六面体形状，诸如矩形平行六面体形状。
19.电容器可以包括从单片主体的第一端朝向单片主体的第二端延伸的第一多个电
极。第一多个电极可以与单片主体的第二端以第一边缘距离间隔开。电容器可以包括从单片主体的第二端朝向单片主体的第一端延伸并与第一多个电极交错的第二多个电极。第二多个电极可以与单片主体的第一端以第二边缘距离间隔开。多层陶瓷电容器可以在第一端与第二端之间的纵向方向上具有电容器长度。电容器长度与第一边缘距离或第二边缘距离中的至少一者之间可以形成边缘比率。在一些实施方案中，边缘比率可以小于约10，在一些实施方案中小于约9，在一些实施方案中小于约8，在一些实施方案中小于约7，在一些实施方案中小于约6，在一些实施方案中小于约5，以及在一些实施方案中小于约4。在一些实施方案中，边缘比率可以小于约15，在一些实施方案中小于约20，在一些实施方案中小于约30，在一些实施方案中小于约50，在一些实施方案中小于约70，以及在一些实施方案中小于约90。
20.这种配置可以被称为“打开模式”，这是指电容器在经受过度弯曲时的故障模式。更具体地，当电容器弯曲至故障时，可能在电容器的“边缘区域”中形成裂纹，使得裂纹不与电极相交。结果，电容器可能“故障打开(fail open)”，使得第一多个电极保持与第二多个电极电断开。这可以防止第一多个电极和第二多个电极之间的电连接或“短路”。
21.如上所述，外部终端中的一个或多个可以包括导电聚合组合物。导电聚合组合物可以包括一种或多种合适的聚合材料。示例包括例如环氧树脂、聚酰亚胺树脂、三聚氰胺树脂、脲醛树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、聚酯树脂等。环氧树脂是特别合适的。合适的环氧树脂的示例包括例如双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂、苯酚酚醛型环氧树脂、邻甲酚酚醛型环氧树脂、溴化环氧树脂和联苯型环氧树脂、环状脂肪族环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、甲酚酚醛型环氧树脂、萘型环氧树脂、苯酚芳烷基型环氧树脂、环戊二烯型环氧树脂、杂环环氧树脂等。聚合物可以包括热固性或热塑性树脂。
22.导电聚合组合物可以包括导电颗粒，该导电颗粒可分散在聚合物内(例如，作为聚合物基质)并可改进顺应层的导电性。导电颗粒可以是或包括金属，诸如银、金、铜等。例如，导电颗粒可以是或包括银、铜、金、镍、锡、钛或其他导电金属。因此，在一些实施方案中，顺应层可以包括填充银的聚合物、填充镍的聚合物、填充铜的聚合物等。
23.然而，在其他实施方案中，导电颗粒可以包括导电陶瓷材料，诸如铝的氧化物(例如，氧化铝)和/或铝的氮化物等。另外的示例包括其他金属(诸如钛)的氧化物或氮化物。在一些实施方案中，导电颗粒可以包括在基础材料上的导电材料层。例如，导电颗粒可以包括在基础金属(例如，铜)上的贵金属(例如，银、金等)层。
24.导电颗粒具有的热导率可以大于约10w/(m
·
k)，在一些实施方案中大于约20w/(m
·
k)，在一些实施方案中大于约50w/(m
·
k)，在一些实施方案中大于约100w/(m
·
k)，在一些实施方案中大于约200w/(m
·
k)，在一些实施方案中大于约200w/(m
·
k)。
25.如根据astm d638
‑
14在约23℃和20％相对湿度下测试的，顺应层具有的杨氏模量可以小于约3gpa，在一些实施方案中小于约1gpa，在一些实施方案中小于约500mpa，在一些实施方案中小于约100mpa，在一些实施方案中小于约50mpa，以及在一些实施方案中小于约15mpa。
26.顺应层可以表现出低电阻。例如，顺应层可以表现出如根据astm b193
‑
16测试的、小于约0.01ohm
‑
cm的体积电阻率，在一些实施方案中表现出小于约0.001ohm
‑
cm的体积电阻率，以及在一些实施方案中表现出约0.0001ohm
‑
cm或更小的体积电阻率。
27.外部终端的顺应层可以通过将单片主体浸入导电聚合组合物溶液中以形成导电聚合组合物的厚膜层而形成。
28.外部终端可以包括形成在单片主体与顺应层之间的基础层(base layer)。例如，基础层可以形成在单片主体的相应端之上，并且顺应层可以形成在相应基础层之上。基础层可以包括各种合适的导电材料。例如，基础层可以包括铜、镍、锡、银、金等。基础层可以通过将单片主体浸入溶液中以形成基础层材料的厚膜层而形成。然而，在其他实施方案中，可以使用合适的镀覆工艺形成基础层，例如，如下所述。
29.一个或多个镀层(plated layer)形成在顺应层之上。例如，在一些实施方案中，第一镀层可以形成在顺应层之上。第二镀层可以形成在第一镀层之上。第一镀层和第二镀层可以包括各种合适的导电金属，诸如镍、锡、铜等。例如，在一个实施方案中，第一镀层可以包括镍。第二镀层可以包括锡。
30.镀层可以通过包括电解镀和化学镀的各种镀覆技术而形成。例如，可以首先采用化学镀来沉积初始材料层。然后可以将镀覆技术切换到电化学镀覆系统，这可以允许更快的材料堆积。
31.采用包含导电材料(诸如导电金属)的镀液以形成镀覆终端。这样的导电材料可以是任何前述材料或本领域中公知的任何导电材料。例如，镀液可以是氨基磺酸镍浴液或其他镍溶液，使得镀层和外部终端包含镍。替代地，镀液可以是铜酸浴或其他合适的铜溶液，使得镀层和外部终端包括铜。
32.另外，应当理解，镀液可以包括本领域公知的其他添加剂。例如，添加剂可以包括可有助于镀覆过程的其他有机添加剂和介质。另外，可以采用添加剂，以便采用在期望的ph下的镀液。在一实施方案中，可在溶液中采用降低电阻的添加剂，以帮助完全镀覆覆盖以及将镀覆材料粘附到电容器和引线片(lead tab)的暴露前缘。
33.可以将电容器暴露、浸没或浸入镀液中达预定时间量。这样的暴露时间不一定受到限制，但可以是足够长的时间以允许足够的镀覆材料沉积以形成镀覆终端。在这方面，该时间应当足以允许在一组交替的介电层和电极层内相应电极层的给定极性的引线片的期望的暴露的相邻前缘之间形成连续连接。
34.通常，电解镀与化学镀之间的区别在于电解镀采用电偏压，诸如通过使用外部电源。电解镀液通常可以经受高电流密度范围，例如十到十五amp/ft2(在9.4伏下是额定的)。可以通过与需要形成镀覆终端的电容器的负连接和与同一镀液中的固体材料(例如，cu镀液中的cu)的正连接来形成连接。即，电容器被偏压到与镀液的极性相反的极性。使用这种方法，镀液的导电材料被吸引到电极层的引线片的暴露的前缘金属上。
35.在将电容器浸入或经受镀液之前，可以采用各种预处理步骤。可以出于各种目的(包括催化、加速和/或改善镀覆材料对引线片的前缘的粘附)进行这样的步骤。
36.另外，在镀覆或任何其他预处理步骤之前，可以采用初始清洁步骤。可以采用这样的步骤以去除在电极层的暴露的引线片上形成的任何氧化物堆积。当内部电极或其他导电元件由镍形成时，该清洁步骤可以特别有助于协助去除氧化镍的任何堆积。元件清洁可以通过完全浸入预清洁浴(例如包括酸清洁剂的浴)中进行。在一实施方案中，暴露可以持续预定时间，例如约10分钟的数量级。替代地，清洁也可以通过化学抛光或磨削(harperizing)步骤来进行。
37.另外，可以执行活化电极层的引线片的暴露的金属前缘的步骤，以促进导电材料的沉积。可以通过浸入钯盐、光图案化钯有机金属前体(通过掩模或激光)、丝网印刷或喷墨沉积钯化合物或电泳钯沉积来实现活化。应当理解，基于钯的活化目前仅作为活化溶液的实施例公开，该活化溶液通常与由镍或其合金形成的暴露的片部分的活化一起很好地起作用。然而，应当理解，也可以使用其他活化溶液。
38.另外，代替上述活化步骤或除上述活化步骤之外，当形成电容器的电极层时，可以将活化掺杂剂引入导电材料中。例如，当电极层包括镍并且活化掺杂剂包括钯时，可以将钯掺杂剂引入到形成电极层的镍墨或组合物中。这样做可以取消钯活化步骤。应当进一步理解的是，上述某些活化方法中的一些(例如有机金属前体)也有助于自身对玻璃成型剂的共沉积，以增加对电容器的一般陶瓷体的粘附。当如上所述采取活化步骤时，在终端镀覆之前和之后，活化剂材料的痕迹可能经常保留在暴露的导电部分处。
39.另外，也可以采用镀覆后的后处理步骤。可以出于多种目的(包括增强和/或改善材料的粘附)进行这样的步骤。例如，可以在执行镀覆步骤之后采用加热(或退火)步骤。可以通过烘烤、经受激光、uv暴露、微波暴露、电弧焊等进行这种加热。
40.外部终端具有的总平均厚度可以为约25μm或更大，诸如约35μm或更大、诸如约50μm或更大、诸如约75μm或更大。例如，外部终端具有的平均厚度可以从约25μm到约150μm，诸如从约35μm到约125μm，诸如从约50μm到约100μm。
41.外部终端具有的最大厚度可以为约150μm或更小，诸如约125μm或更小、诸如约100μm或更小、诸如约80μm或更小。外部终端具有的最大厚度可以为约25μm或更大，诸如约35μm或更大、诸如约50μm或更大、诸如约75μm或更大。例如，外部终端具有的最大厚度可以从约25μm到约150μm，诸如从约35μm到约125μm，诸如从约50μm到约100μm。
42.外部终端的基础层具有的平均厚度的范围可以从约3μm到约125μm或更大，在一些实施方案中从约5μm到约100μm，以及在一些实施方案中从约10μm到约80μm。顺应层具有的平均厚度的范围可以从约3μm到约125μm或更大，在一些实施方案中从约5μm到约100μm，在一些实施方案中从约10μm到约80μm。
43.在一些实施方案中，边缘距离与顺应层的最大厚度的比率可以大于约5，在一些实施方案中大于约10，在一些实施方案中大于约15，在一些实施方案中大于约20，以及在一些实施方案中大于约40。
44.现在将详细参考多层电容器的示例性实施方案。现在参考附图，图1示出了根据本公开的方面的多层电容器100的一个实施方案的截面视图。电容器100可以包括单片主体102，该单片主体102具有第一端104和在纵向方向108上与第一端104间隔开的第二端106。单片主体102可以包括第一多个电极110，该第一多个电极110从单片主体102的第一端104朝向第二端106延伸。第一多个电极110可以与单片主体的第二端106以第一边缘距离114间隔开。第二多个电极112可以从单片主体102的第二端106朝向第一端104延伸。第二多个电极112可以与第一多个电极110交错。第二多个电极112可以与单片主体102的第一端104以第二边缘距离116间隔开。单片主体102可以在第一端104与第二端106之间的纵向距离108上具有主体长度118。可以在主体长度118与第一边缘距离114或第二边缘距离116中的至少一者之间定义边缘比率。在一些实施方案中，边缘比率可以小于约10。
45.如果由于电容器的弯曲(例如，如箭头122所示)而出现裂纹120，则裂纹120将被限
制在第一边缘距离114或第二边缘距离116内。裂纹120不会与第一多个电极110和第二多个电极112这两者相交，防止了第一多个电极110与第二多个电极112之间的接触，否则会导致第一多个电极和第二多个电极之间的电连接(例如，“短路”)。
46.电容器100可以包括沿第一端104设置并与第一多个电极110连接的第一外部终端140。电容器100可以包括沿第二端106设置并与第二多个电极112连接的第二外部终端142。第一外部终端140可以包括第一顺应层144。第一顺应层144可以形成在第一基础层146之上。第一外部终端140的第一基础层146可以与第一多个电极110电连接。
47.电容器100可以包括沿第二端106设置并与第二多个电极112连接的第二外部终端142。第二外部终端142可以包括第二顺应层145。第二顺应层145可以形成在第二基础层147之上。第二外部终端142的第二基础层147可以与第二多个电极112电连接。
48.顺应层144、145可以包括导电聚合组合物，该导电聚合组合物可以包括聚合物和导电颗粒，例如，如上所述。在一些实施方案中，聚合物可以是或包括环氧树脂。导电颗粒可以是或包括金属，诸如银、金、铜等。
49.在一些实施方案中，基础层146、147可以通过浸渍单片主体102以形成厚膜层而形成。在其他实施方案中，基础层146、147可以是镀覆的(例如，使用电解镀或化学镀)。
50.一个或多个镀层148可以形成在顺应层146、147之上。例如，第一外部终端140的镀层148可以包括形成在顺应层146、147之上的第一镀层和形成在第一镀层之上的第二镀层。第一镀层和第二镀层(如果存在)可以由各种合适的金属形成。例如，第一镀层可以包括镍。第二镀层可以包括锡。
51.顺应层144、145可以在纵向方向108上具有各自的厚度150、152。第一边缘距离114与第一顺应层144的厚度150的比率可以大于约5。第二边缘距离116与第二顺应层145的厚度152的比率可以大于约5。
52.图2示出了根据本公开的方面的多层电容器200的另一实施方案的截面图。多层电容器200通常可以配置为图1的多层电容器100。图2的附图标记可以大体上对应于图1的附图标记。多层电容器200可以另外包括在单片主体202的第一端204处的第一多个锚接片254和/或在单片主体202的第二端206处的第二多个锚接片256。
53.锚接片254、256可以充当用于基础层246、247的镀覆(例如，化学镀)的成核点。例如，锚接片254、256可以促进安全且可靠的外部镀层的形成。可以提供通常不提供内部电连接的锚接片，以用于增强外部终端连接性、更好的机械完整性和镀覆材料的沉积。
54.图3示出了根据本公开的方面的多层电容器300的另一实施方案的截面图。图3的附图标记可以大体上对应于图1的附图标记。多层电容器300可以另外包括一个或多个浮动电极358。例如，第一多个电极310可以与第二多个电极312的相应电极312在z方向360上大体对齐。浮动电极358可以与各自对齐的电极310、312对交错。
55.第一边缘距离314可以在纵向方向308上限定在第一多个电极310与单片主体302的第二端306之间。第二边缘距离316可以限定在第二多个电极312与单片主体302的第一端304之间。然而，应当理解，在一些实施方案中，电容器可以没有浮动电极。
56.图4是根据本公开的方面的用于形成多层陶瓷电容器的方法400的流程图。一般而言，本文将参照以上参照图1至图3描述的多层电容器100、200、300来描述方法400。然而，应当理解，所公开的方法400可以用任何合适的多层电容器来实现。此外，尽管图4为了说明和
讨论的目的描绘了以特定顺序执行的步骤，但本文讨论的方法不限于任何特定顺序或布置。本领域技术人员使用本文提供的公开内容将理解，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以以各种方式省略、重新布置、组合和/或修改本文公开的方法的各个步骤。
57.方法400可以包括：在(402)处，在第一多个介电层上分别形成第一多个电极；和在第二多个介电层上形成第二多个电极，例如，如上面参考图1至图3所描述的。
58.方法400可以包括：在(404)处，堆叠介电层，使得相应的第一多个电极和第二多个电极分别与单片主体的相对端以第一边缘距离和第二边缘距离间隔开，例如，如上面参考图1至图3所描述的。更具体地，第一多个电极可以从单片主体的第一端延伸，并且在纵向方向上与单片主体的第二端以第一边缘距离间隔开。第二多个电极可以从单片主体的第二端延伸，并且可以在纵向方向上与单片主体的第一端以第二边缘距离间隔开。主体长度与第一边缘距离和/或第二边缘距离之间的边缘比率可以小于约10。
59.方法400可以包括：在(406)处，沿单片主体的相应端形成外部终端，所述外部终端分别与第一多个电极和第二多个电极连接。外部终端中的至少一个可以包括导电聚合组合物，例如，如上面参考图1至图3所描述的。
60.虽然已经关于本主题的特定实施方案详细描述了本主题，但是应当理解，本领域技术人员在理解了前述内容之后可以容易地形成这些实施方案的变更、变化和等同物。因此，本公开的范围是作为示例而不是作为限制，并且本主题公开不排除包括对本主题的这些修改、变化和/或添加，这对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。