CN100431071C - 多端子smt bga型卷绕电容器 - Google Patents

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Abstract

一种卷绕电容器，它具有引线结构，该引线结构能够在等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)上增强控制。该电容器具有壳体和设置于壳体中的卷绕箔。球栅阵列(BGA)引线结构与箔相连接并从壳体中延伸出。

Description

多端子SMT BGA型卷绕电容器
技术领域
本发明涉及电容器。特别是，本发明涉及具有较小的等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)的球栅阵列(BGA)型电容器。
背景技术
在高度竞争的个人电脑(PC)工业中，已充分显示出成本与性能之间的艰难协调性。例如，在努力以低成本为消费者提供更多的性能的过程中，重点在于主板系统和部件的流水线生产上。大多数主板使用一个或多个电压调节电路以确保适当的参考电压被供应到主板处理器，并且已确定这样的电路直接影响处理器的切换性能。电压调节电路通常具有电压调节模块和电容器布置(在其他部件之间)。由于该电容器布置提供了电压调节模块(VRM)与处理器之间的退耦，因此该电容器布置是关键性的。电容器布置的传统方法包括多重高性能整体型(bulk-type)电容器的使用，该电容器可具有低等效串联电阻(ESR)、温度稳定性、宽的频率范围以及长寿命。低ESR减少了削弱电容器的不合需要的附加阻抗和加热效应并且在计算工业中是非常理想的。然而与其他电容器相比，这些性能的电容器的成本是较高的。因此期望在电压调节电路中提供传统性能电容器的替代方案。
上述设计的替换方案将使用陶瓷和传统电解质电容器的组合，这将显著地降低电容器布置的成本。然而，降低成本的折衷方案在传统方法下降低了性能。
因此，传统的电容器布置提供了重要的成本节约机会，但是遗留了某些难。例如，典型的卷绕铝电解电容器不能满足现代高速处理器的严格的ESR和等效串联电感(ESL)的需求。图1-3示出了传统卷绕电容器10具有壳体12、设置于壳体12中的绕组14以及双引线结构16。双引线结构16与绕组14相连接并且从壳体12处延伸出以便与外部印刷线路板(PWB，未示出)相连接。可以看出，双引线结构16具有阴极端子组件18和阳极端子组件20。每个端子组件18和20都包括端子22，如22a、22b，引线24，如24a、24b，以及将端子22连接于引线24的焊接点26，如26a、26b。
已确定双引线结构16的设计相对于ESR和ESL可能相当复杂。例如，已经发现将引线结构局限于两个端子组件将导致该类型的电容器中的较高ESR。端子组件18和20之间的距离在ESR和ESL上具有重要影响。
重要的是，应该注意到焊接点26导致环形ESL以及较长的二片式端子/引线设计增加到两个环形ESL和ESR上。因此希望提供一个引线结构，所述引线结构能够在相对于ESL没有损失的情况下使得ESR降低。
应该理解的是，传统电容器10中也可产生某些制造和布置方面的困难。例如，在引线24处进行的典型焊接要求波动焊接，这可阻止在双侧回流PWBs中使用电容器10。此外，传统壳体12可能较高，这限制了电容器10在具有许多余隙空间中的使用。较高主体和较长引线也导致更高的ESR/ESL。高度的重新设计可降低ESR/ESL。因此期望提供这样的解决办法，该办法能够启动通常用在表面安装技术(SMT)中的双侧回流技术，并且在电容器布置中具有更大的灵活性。
附图说明
通过参照附图阅读以下的说明书和所附权利要求，本领域普通技术人员将明白本发明的各种优点，在附图中：
图1是用以理解本发明的传统卷绕电容器的透视图；
图2是用以理解本发明的在卷绕之前的传统箔的第一表面的视图；
图3是用以理解本发明的传统卷绕电容器的截面图；
图4是按照本发明一个实施例的电容器的一个示例的透视图；
图5是图2中所示的电容器的侧视图；
图6是按照本发明一个实施例的电容器的一个示例的底视图；
图7是按照本发明一个实施例的在卷绕之前的箔和BGA引线结构的一个示例的视图；
图8是按照本发明一个实施例的制造电容器的方法一个示例的流程图；以及
图9是按照本发明一个实施例提供壳体的程序的一个示例的流程图。
具体实施方式
电容器和根据本发明的原理制造电容器的方法提供了增强的性能。该电容器具有壳体和设置于壳体中的卷绕箔。球栅阵列(BGA)引线结构与箔连接并从壳体中延伸出。对于引线结构使用BGA技术提供了关于ESR、ESL、可制造性和布置方面的明显的好处。
在本发明的另一方面，电容器的BGA引线结构包括多个具有与箔的第一表面相连接的第一端的阴极端子。多个阳极端子具有与箔的第二表面相连接的第一端。引线结构还包括多个与端子的第二端相连接的BGA突起，其中BGA突起能够使引线结构与印刷线路板(PWB)电连接。
在本发明的另一方面，提供了制造电容器的方法。提供了壳体，并且BGA引线结构与箔相连接。该方法还提供用于将箔设置于壳体中使得引线结构从壳体中延伸出。
应该理解的是，前述基本描述和以下的详细描述都仅是本发明的示例，并且意在提供用于理解如所要求的本发明的性质和特征的总括或框架。包含附图以提供对本发明的进一步的理解并且附图与说明书结合并构成说明书的一部分。附图示出了本发明的各种特征和实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理和操作。
图4示出了具有显著改进的等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)以及增强的可制造性和布置灵活性的卷绕电容器30。虽然将主要相对主板电压调节电路描述电容器30，但是重要的是，应该注意到本发明不局限于此。事实上，电容器30可适用于其中关系到ESR、ESL、可制造性以及布置的任何应用。然而，主板电压调节电路具有电容器30独特适用的许多方面。
通常可以看到，电容器30具有壳体32和设置于壳体32中的卷绕箔34。球栅阵列(BGA)引线结构36与箔34相连接并从壳体32中延伸出。更具体地，引线结构36最好包括多个具有与箔34的第一表面相连接的第一端的阴极端子38，如38a、38b。多个阳极端子40，如40a、40b具有与箔34的第二表面相连接的第一端。如以下将更详细地描述的，箔34可为市场上买得到的并且工业上广泛使用的类型的铝箔。授予O’Phelan等人的美国专利No.6,110,233描述了这样一种箔，但是在不脱离本发明的性质和保护范围的情况下也可使用其他技术。还可看出的是，引线结构36包括多个与端子38、40的第二端相连接的BGA突起42，如42a-42d，如图5中所示的，其中BGA突起42能够使引线结构与印刷线路板28电连接。
再参照图7，可以看出，箔34由第一表面33、第二表面(未示出)以及“夹置在”两个箔表面之间的介电层35构成。箔34的表面最好是沉积于、生长于或者附属于介电层35上的导电层。尽管示出了端子38、40被附接在相对于介电层35面向外的导电层的侧部上，但是也可使用面向内的侧部。此外，应该注意的是，端子38、40可与箔34的任一侧部相连接，并且可通过焊接、软焊(或锡焊)、锻压、导电性粘接剂或任何其他适合的技术实现这样的连接。图6示出了所形成的BGA场44能够使端子38、40一起紧密地间隔开以便于实现低ESL。
重要的是，应该注意到，出于多种原因，紧密的间距不会导致如传统方法下可能出现的高ESR。一个原因是，使用多个端子相当于并联安置电阻器，这降低了ESR。例如，图4中所示的阴极端子38a和38b相组合以产生比从任一个单独端子中可获得的更小的阻抗。对于阳极端子40也同样如此。因此，多重端子滴降低了ESR，同时紧密地布置的端子滴导致相互感应的取消和降低的环形ESL。
连续参照图1-图7，应该明白的是，消除传统焊缝还降低了环形ESL并且较短的端子38、40降低了环形ESL和ESR两者。还应该注意的是，如果具体应用需要比值的话，端子38、40具有可变的节距使得电容器30可设有预定的ESR和预定的ESL。
另外，通过使用BGA罐降低了电容器的实际高度，这能够使该部件配装在限定高度位置中。此外，BGA突起42能够使引线结构36与PWB28表面安装连接。如图5和图6中清楚看出的，壳体最好包括从壳体32中延伸出的多个定位销46，如46a、46b，其中定位销46有助于将电容器30装配于PWB28。具体地，定位销46防止板装配期间的电容器30的定向误差并且由于板被软焊而提供了改进的稳定性。在这一点上，已确定传统卷绕电容器可被向后插入，造成明显的故障并且可需要压制结构(或零件)以便于当板经历波动焊接时防止晃动。
现在参照图8，应该明白的是，本发明还提供了制造电容器的方法50。通常，在程序方框图52处提供壳体，并且在程序方框图54处BGA引线结构与箔相连接。然后在程序方框图56处将箔(在卷绕之后)设置于壳体中使得引线结构从壳体中延伸出。程序方框图58最好提供用于选择与也许专门规定的任何预定的ESR和ESL相一致的端子的节距、数量和位置。在程序方框图60处多个阴极端子的第一端与箔的第一表面相连接。程序方框图62提供用于将多个阳极端子的第一端与箔的第二表面相连接。在程序方框图63处提供带有蚀刻面和氧化层的膜，以便获得适当的介电层。应该注意的是，通过标准蚀刻、氧化以及对准过程可获得最终的膜。还可看出的是，在程序方框图64处多个BGA突起与端子的第二端相连接，其中BGA突起能使引线结构与PWB电连接。
应该明白的是，在不脱离本发明的性质和保护范围的情况下，执行程序方框图的顺序可改变。例如，BGA突起可在端子与箔相连接之前与端子相连接。还应该注意的是，BGA突起能够使引线结构与PWB表面安装连接。
再参照图9，其中示出了为电容器提供壳体的优选方法。具体地，可在步骤66处提供BGA，这可明显降低电容器的总体高度。程序方框图68提供用于从壳体处延伸出多个定位销，其中该定位销有助于将电容器装配于PWB。该定位销可为任何形状和数量，并且可通过任何可接受的技术与BGA相连接。例如，在所示出的实施例(见图6)中，三个定位销46a、46b、46c具有矩形形状并且被焊接于壳体32的外表面。图5示出了在PWB28中提供了对应的孔以有利于BGA突起42与PWB28的上表面上的对应的BGA垫片组的对齐。
本领域普通技术人员可从前面的描述中明白的是，可以多种形式执行本发明的广泛技术。因此，虽然已结合其具体实施例描述了本发明，但是由于本领域普通技术人员可在理解附图、说明书和下面的权利要求的基础上明白其他修正，因此本发明的实际范围应不局限于此。

Claims (13)

1.一种电容器，它包括：
壳体；
设置于所述壳体中的卷绕箔；以及
与箔相连接并从壳体中延伸出的球栅阵列(BGA)引线结构。
2.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述BGA引线结构包括：
多个具有与箔的第一表面相连接的第一端的阴极端子；
多个具有与箔的第二表面相连接的第一端的阳极端子，所述箔具有设置于所述表面之间的介电层；以及
多个与所述端子的第二端相连接的BGA突起，所述BGA突起能够使引线结构与印刷线路板电连接。
3.如权利要求2所述的电容器，其特征在于，所述端子具有可变节距使得电容器具有预定的等效串联电阻。
4.如权利要求2所述的电容器，其特征在于，所述端子具有可变节距使得电容器具有预定的等效串联电感。
5.如权利要求2所述的电容器，其特征在于，所述BGA突起能够使引线结构与印刷线路板表面安装连接。
6.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述壳体为BGA罐。
7.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述壳体包括多个从壳体中延伸出的定位销，所述定位销有助于电容器与印刷线路板之间的装配。
8.一种电容器的球栅阵列(BGA)引线结构，所述引线结构包括：
多个具有与箔的第一表面相连接的第一端的阴极端子；
多个具有与箔的第二表面相连接的第一端的阳极端子，所述箔具有设置于表面之间的介电层；以及
多个与端子的第二端相连接的BGA突起，所述BGA突起能够使引线结构与印刷线路板电连接。
9.如权利要求8所述的引线结构，其特征在于，所述端子具有可变节距使得电容器具有预定的等效串联电阻。
10.如权利要求8所述的引线结构，其特征在于，所述端子具有可变节距使得电容器具有预定的等效串联电感。
11.如权利要求8所述的引线结构，其特征在于，所述BGA突起能够使引线结构与印刷线路板表面安装连接。
12.一种电容器，它包括：
球栅阵列(BGA)，其具有多个从罐中延伸出的定位销，所述定位销有助于电容器与印刷线路板之间的装配；
卷绕箔，其具有第一表面、第二表面和设置于所述表面之间的介电层；
多个具有与箔的第一表面相连接的第一端的阴极端子；
多个具有与箔的第二表面相连接的第一端的阳极端子；
多个与所述端子的第二端相连接的BGA突起，所述BGA突起能够使引线结构与印刷线路板电连接；以及
所述端子具有可变节距使得电容器具有预定的等效串联电感。
13.如权利要求12所述的电容器，其特征在于，所述端子还具有可变节距使得电容器具有预定的等效串联电阻。
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