CN101176173B - 表面安装电容器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种表面安装电容器(10)及其制造方法。固体块体或片体阳极体(1)封装在绝缘材料壳体(6)内。阳极端子与阴极端子对(2，3)形成有在壳体(6)一个侧面上的表面安装部分。通过壳体(6)形成在片体(1)上从阴极端子(2)至阴极的电连接(4)。在与片体(1)相关联的阳极与阳极端子(3)之间在壳体(6)外部制成电气连接(7)。外部连接(7)通过为更大片体(1)空出壳体(6)空间使得容积效率提高。所述方法包括通过如下步骤批量制造这些电容器(10)：在具有预形成的阳极/阴极端子对(2/3)的导线架(11)上安装多个片体(1)、至少大体上封装多个安装的片体(1)以及每一片体相关的阳极和阴极、使多个封装片体(1)切割成形以暴露片体阳极的一部分、以及在片体阳极与阳极端子(3)之间施加外部导电通道(7)。

Description

表面安装电容器及其制造方法

参考引用 

2002年4月30日授权的美国专利6,380,577与2001年5月29日授权的美国专利6,238,444的内容在此完全引入以供参考。 

I.发明背景 

A.技术领域

本发明涉及表面安装电容器，特别涉及具有大体上封装在本体或壳体中的电容元件的表面安装电容器。 

B.技术问题 

对表面安装电容器的需求稳步增加。它们对许多且多种广泛的应用和功能是有用的。例如，它们对保持电气和电子元件或器件中信号完整性及电荷高速传递是有用的。它们对开关功能也是特别有用的。它们对大型解耦性能以实现电源平稳暂态要求是有用的。 

目前可得到很多类型和配置。大多在外壳或壳体内具有某种类型的电容元件。外部导电连接或端子与内部电容元件电气连接。电容器组件可被放置在电路板上并通过端子与电路连接。 

不同电容元件配置产生不同电容性能。电容元件的性质可决定其尺寸。  例如，一些需要处理高电压的元件，为此必须要用较大的电容元件。这样导致壳体尺寸较大。 

但是，多数情况下电气元件尺寸在电路设计时是重要的。这导致所谓“容积效率”发生作用。容积效率在本领域中已知是指每单位容积的电容。与本发明相关的容积效率的两个方面如下。 

第一，电容元件本身的容积效率，有些材料比相同尺寸或体积的其他材料具有更高的电容性能。钽是一种好的实例。本领域熟知固态钽电容元件比同体积的铝表现出更佳的电容性能。 

第二，整个电容器(即电容元件、壳体和端子)的容积效率。该壳体限定一定容积。如果壳体内的电容元件的体积相对壳体总容积较小，与如果电容元件相对壳体尺寸较大的情况相比，整个电容器的容积效率通常更低。 

如果无需考虑电路板上电容器空间的问题，容积效率可能无需考虑。但是，应了解，由于电容器空间变得更为有限，容积效率也越加重要。随着多种不同电子和电气器件越来越小型化，对越来越小的表面安装电容器的需求增加。 

在许多电路中电容器可表现为最高的部件。因此，必须减小电容器的壳体尺寸(因而减小体积)，同时保持(或甚至增强)电容性能，这是本领域重要的当前需要。电路设计者需能够确定一定电容器壳体尺寸以使其能够与电路板上电气或电子器件所需的其他元件相适合。 

但是，很难在满足对电容性能日益增长的需求的同时，具有非常小的  封装或壳体尺寸。缩小尺寸同时保持或改善电容性能是一项挑战性的任务。此外，与壳体尺寸无关，始终需要进一步改善电容元件和电容器组件的性能和容积效率。 

改善容积效率的一种方法是使用高性能材料，例如钽(Ta)、铌(Nb)或铌氧化物(NbO)作为阳极材料。本领域熟知这种普通型的固态核心或片体表面安装电容器。实例参见美国专利6,380,577和6,238,444，在此引入以供参考。在这些专利中，固态内核(有时被称为阳极体，块体或片体)主要是钽。该钽阳极体通常是烧结的。接线通常采用两种方式之一形成于阳极体中：(a)“嵌入”，意指接线(也可为钽)在加工过程中覆有钽粉，或(b)“焊接”，意指片体在模压并烧结后，接线焊接至钽块体上。另一端延伸至块体外。该电容器的介电材料是通过阳极材料的阳极氧化制成，以形成阳极体表面上的氧化层(如Ta→Ta₂O₅)。如果阳极体是Nb，则氧化为Nb→Nb₂O₅；如果是NbO，则氧化为NbO→Nb₂O₅。电容器阴极通常通过用固态电解质层(例如MnO₂)及导电聚合物涂覆介电层，然后覆盖石墨和银以获得更好的导电性并改善机械强度而形成。阳极和阴极端子可分别连接至钽接线的自由端和钽片体的外电解质表面涂层，此后所有这些元件可被封装在壳体中(例如通过围绕元件成型塑料)，仅留阳极和阴极端子的外表面暴露在壳体外以进行例如表面安装。 

美国专利6,380,577和6,238,444描述了这种普通型的表面安装钽电容器。但是，端子以U形围绕壳体边缘延伸。因此，它们已知为“卷绕”端子。参见美国专利6,380,577和6,238,444的图6，这些“卷绕”部分(参  考序号36)在装置的两平面或侧面内提供阳极/阴极端子对。尽管这使得器件可被表面安装在两侧面(它们可被称为“双侧面端子”)的一个侧面上，与仅表面安装在一个侧面的“单一侧面”端子相比，它产生了一个问题。这些“卷绕”或“双侧面”的端子在器件放置在电路板上时可导致其相对两端之间短路，这种短路问题的实例见于金属屏蔽被放置在至少部分电路板之上的许多射频(RF)应用。导电端子部分向上延伸并进入电容器壳体的顶面。 

因此，对具有“单一侧面端子”的电容器存在需求，“单一侧面端子”意指用于表面安装的阳极和阴极端子仅存在于器件的一侧面或平面上。这种电容器的一种配置在图13A中描述，固态块体(如钽)电容器。该剖视图所示为现有钽块体或片体1，带有封装于塑料材料壳体6中向外延伸的嵌入式钽接线9。阳极端子3设置在被称为封装材料或壳体6的底面且位于接线9自由端正下方。导电粘合剂4及内部导电通道15通过封装材料6将接线9的自由端与阳极端子3电气连接。阴极端子2(也在封装材料或壳体6底侧，但在与接线9相对的片体1端部的正下方)通过导电粘合剂4的另一焊盘与片体1的外部电气连接。因此，与美国专利6,380,577和6,238,444中电容器的卷绕型端子相比，图13A的电容器为单一侧面端子。阳极和阴极端子均在如图13A所示电容器器件一侧的同一基本面即底面上。与这种单一侧面端子电容器相似的现有技术实施例显示于图13B中。 

尽管图13A与图13B的现有技术电容器并未表现出与美国专利6,380,577和6,238,444的“卷绕”端子关联的前述问题，但它们表现出容  积效率的问题。如图13A与图13B中剖视图所示，壳体6封装材料不仅封装片体1，还封装接线9所有向外延伸的部分。特别是，在接线9远端与壳体6外表面之间壳体6有相当大的容积。必须为接线9与阳极端子3之间内部电气连接或通道15留出足够空间。实质上，壳体6中封装材料的相当大容积被占用，以使接线9的自由端和接线9与阳极端子3之间的连接15均可被完全封装。这限制了可放在壳体6中的钽片体尺寸。与完全填充片体1的情况相比，整个电容器壳体的相当大容积必须用于接线9至阳极端子3的电气连接。 

因此，本领域存在对具有增加容积效率的表面安装电容器的需要。 

此外，当制造这种电容器时很难优化容积效率(每单位器件容积的电容)，特别当器件壳体尺寸较小时。当围绕片体模塑材料以及生产最终器件时，均难以控制围绕电容元件(例如片体1)的封装材料的厚度及均匀性。这或者被忽略或者往往导致在设计和制造步骤中的过度补偿，导致壳体壁较厚，这又限制了电容元件的空间。目前许多现有技术电容器因此具有相对较厚的壳体壁。容积效率受到影响。 

应了解，这些容积效率问题也适用于其他的单一侧面端子表面安装电容器。无论什么电容器尺寸或类型，容积效率的任何增加可能均是有益的。因此本领域切实的需要是改进的单一侧面端子表面安装电容器。 

II发明概述 

因此，本发明的主要目的、特征、方面或者优点是提供可改进现有技术  的装置和方法。 

本发明的其它目的、特征、方面或优点包括装置或方法，其： 

a.提高容积利用率或容积效率； 

b.提高模塑壳体表面安装电容器的灵活性，包括以相同的装配生产线及模塑设备生产多种尺寸的能力； 

c.高效和经济，包括小壳体尺寸批量生产； 

d.可以大规模制造技术实施； 

e.与卷绕型端子相比可降低端子之间短路的危险。 

参考所附说明和权利要求，本发明的这些和其它目的、特征、方面以及优点将更明显。 

III附图说明

图1所示为依照本发明一个方面的电容器的透视图。 

图1A与图1相似，但具有不同端子。 

图2所示为图1电容器的透视图，但被倒置以显示其底面和电容器壳体端部上的端子配置。 

图2A与图2相似，但具有图1A的替代端子。 

图3所示为沿图1中3-3线的剖视图，较图1略有放大。 

图3A与图3相似，但具有图1A的替代端子。 

图4所示为较图1略有放大的底视图。 

图4A与图4相似，但具有图1A的替代端子。 

图5所示为在又称为导线架的金属基体或底层上安装的多个钽片体/接线(可为嵌入或焊接)组合的部分剖视的侧视示意图，以显示依照本发明一个方面的图1类型电容器的示例性制造方法的步骤。 

图6所示为图5的顶视图。 

图7所示为后续模塑步骤的缩小比例顶视图，显示与图5与图6所示相似的多个组合，但具有施加到它们上的封装材料(部分封装材料以剖视显示以便说明)。 

图8所示为图7的一部分的略有放大的透视图。 

图9所示为后续切割成形(singulation)步骤的透视图，该步骤由图7模塑阵列制造多个部分完成的电容器。 

图10单独显示图9部分完成的电容器之一的放大但由底部透视的视图。 

图11与图10相似，但显示后续金属沉积或喷溅制造步骤——在部分形成的电容器一端增加外部导电通道。该步骤也可在两端进行。 

图11A与图11相似，但具有图1A的替代端子。 

图12与图11相似，但显示了电容器最终制造步骤——镀敷外部导电通道及两底部端子。 

图12A与图12相似，但具有图1A的替代端子。 

图13A所示为与图3相似的剖视图，但图示了现有技术的普通钽片体表面安装类型电容器，显示特定壳体或封装尺寸的电容器在内部钽片体与外侧底部阳极端子之间的内部电气连接。 

图13B与图13A相似，但具有图1A的替代端子。 

图14所示为作为对比的本发明示例性实施例的相同壳体或封装尺寸与图13A相似的剖视图，并显示所述实施例如何提高这种电容器的容积效率。 

图15所示为依照本发明一个示例性实施例的成品电容器的透视图，但以虚线显示壳体并以实线显示其它元件。 

图16所示为另一现有技术器件的剖视图。 

图17所示为导线架组件的缩小比例顶视图，其上安装多个电容器。 

IV根据本发明示例性实施例的详述 

A.概述 

为更好地理解本发明，现通过示例性实施例进行详述。需经常参考上述附图。在附图中参考序号和/或字母将用于表示某些部件或位置。除非另行说明，同一参考序号和/或字母表示同一部件或位置。 

这一示例性实施例为美国专利6,380,577和6,238,444所公开的普通型表面安装电容器，而非“卷绕”端子，其具有单一侧面端子——阳极和阴极端子均在器件的仅一侧(此处为底面安装侧)的基本同一平面上。特别地，这种示例性实施例是表面安装模塑固态电解质钽电容器，其阳极和阴极端子在壳体底平面上。本示例壳体尺寸中壳体尺寸0603(如本领域已知)较小，其尺寸为长度1.6(+/-0.1)mm；宽度为0.8(+/-0.1)mm；高度为0.8(+/-0.1)mm。这表示壳体容积大约略大于1mm³。其他壳体尺寸相对较小的示例为0402与0805。但是，本发明并不限于任何特定壳体尺寸或壳体内电容元件任何特定材料或配置。事实上，本发明可按比例放大或缩小。本发明优点或  特点之一是具有应用至各种不同的电容器封装尺寸而仍使用相同概念和制造技术的能力。 

B.示例装置 

参见图1至图3、图14及图15，描述依照本发明一个方面的示例性电容器10。电容器10包括常规塑料材料的外壳体或封装材料6。壳体6的壳体尺寸为0603。本领域常规的外部阳极极性标记8在电容器10的阳极端子一端顶面提供视觉标识(见图1)。 

电容器10沿纵轴(见图1点画剖视线)是细长的。其底面(见图2、图3、图14及图15)包括阳极端子3与阴极端子2。它们为常规技术，并由常规材料(例如铜(Cu)或银(Ag)或镍合金)制成。端子2和端子3在相对两端，它们的相向边缘在壳体6底部上相互分离可容许的一定距离。 

参见图3，电容器10的壳体6内部是钽阳极体、片体(pellet)或块体(slug)1。其可由其他类似材料(如Nb或NbO)制成。如前所述，它是依照已知方法被预先制造。它也沿电容器10的纵轴是细长的，但围绕其大部分有一层封装材料6使其与外部隔离并绝缘。如常规一样，钽接线9连接至片体1，并从壳体6内部的片体1一端向外延伸。 

前述元件在本领域一般均为常规。为更好地理解电容器10与现有技术单一侧面端子表面安装钽块体电容器的不同，参见图13A、图13B和图14。 

图13A所示为这些类型电容器的常规当前技术或现有技术的结构。图13B所示为类似的现有技术变体。这种电容器将所有接线9封装在壳体中，围绕接线9和块体1所有侧面留出相当大的壳体容积。在内部(或大体上内  部)，接线9的封装端与外部阳极端子3之间有导电通道15，片体1相对端的块体表面与阴极端子2之间有电气通道4。因此，图13A的现有技术电容器中唯一的导电外部元件将是电容器底部上的阳极和阴极端子3和2以及电容器端部平面中接线9暴露端的外表面。其它所有均封装入壳体6内。除导电通道15的一部分也沿壳体接线9一侧暴露外，图13B是类似的。 

作为对比，并特别参考图14及图1-4和图15，本发明示例性实施例电容器10与图13A与图13B现有技术电容器的差别主要表现在以下方面。 

第一，图14的电容器10的钽片体1的长度Lp+20％大体上长于图13A与图13B的电容器的钽片体的长度Lp，并从而在容积上大体上大于图13A与图13B的电容器的钽片体的容积(见图14所示，在该特定比较中电容器10的钽片体长度约长出20％)。 

第二，接线9延伸至壳体6一端的外边界。其为有意暴露(见图10)。外部导电通道7(例如金属沉积层)被添加(通过例如常规金属沉积技术)。在如溅射、模版印制或丝网印制等加工中，所有各单元均沉积了覆盖一个或两个电容器端的导电层。用于这种加工的材料可以是如银、镍、铬、钽、铜、金、钯等金属；或例如金钯、镍铬、镍钯等合金或含有这些金属的聚合物基浆料。该导电层使得阳极接线和用作电容器阳极端子的金属阵列之间可靠电接触。参见图1至图4、图10至图12及图15，可见外部导电通道7如何连接接线9和阳极端子3。 

第三，在图13A与图13B的现有技术电容器中，片体1是通常通过壳体6的材料直接与阴极端子2电气连接，接线9相似地与阳极端子3连接。  一些类型的导电材料或部件4和/或15通常分别在阳极端子3和接线9之间以及在阴极端子2和片体1相对端之间。一个示例为导电(如基于银的)粘合剂(参见图13A与图13B中参考序号4)，在制作过程中粘合剂将片体1/接线9与端子2和3粘合、并提供导电通道以使器件作为电容器工作。这种导电粘合剂是本领域熟知的，并可由各种商业渠道获取。作为对比，电容器10中由接线9至阳极端子3的唯一电通道通过外部导电通道或部件7。代替阳极端子3和接线9之间的导电性粘合剂或通道，绝缘物(此处为绝缘粘合剂5)被用于在模塑时支承片体1的一端，这将在后文描述。这种绝缘粘合剂是本领域熟知的，并可由各种商业渠道获取。电容器10消除了壳体6中对用于图13A与图13B的内部导电通道15的空间的需要。电容器10中片体1和阴极端子2(例如铜)之间仍使用导电粘合剂4。此外，如图15所示，在阳极端子3和片体1之间可设附加绝缘层14。层14可由非必要的可印制表面安装颜料/油墨，例如由Automated Industrial Systems公司(美国宾夕法尼亚州Erie市)可得的“Perma CI系列油墨”制成，并具有与阳极端子3粘合的性质，或可供选择地通过适当粘合剂加以粘合。 

因此，图13A与图14显示单侧电容器10可相对现有技术电容器增加容积效率。为提供参考，图13A相对电容器纵轴有以下示出的尺寸：L_C＝壳体长度；L_P＝片体长度；L_e外部导电通道长度。假设图13A与图14的每一电容器具有同样的壳体尺寸(0603)，因此有同样的壳体总高度Hc、壳体宽度Wc及壳体长度Lc。图13A与图14中这些尺寸均相等。不过，壳体6外部的阳极端子3和在接线9暴露端与阳极端子3之间的外部导电通道7的连  接使得图14的电容器10的片体1在壳体6内占用更大空间。因为壳体尺寸是固定的，这使得图14的片体1的体积相对壳体6总容积增加。即，图14的电容器10的片体1的长度大体上比图13A的电容器的钽片体的长度Lp更长(20％)。通常，钽电容器的电容随容积增大而增加。因此，通过使钽片体1的容积相对壳体6总容积增加，实现壳体或包装6利用率提高(每单位容积更大电容)，从而比图13A的电容器获得提高了容积效率。 

如图14所示，通过利用外部导电通道7，在该0603壳体中片体1长度可能增加20％量级(例如片体长度可增加约1毫米至1.25毫米)。这将因此增加片体1容积(尽管因为高度和宽度保持不变而达不到20％)。尽管容积效率增加随着多种因素变化，这仍可表现出相当大的增幅。测试表明，部分取决于壳体尺寸，至多可能增加70％量级容积效率。测试表明，可能获得更大的增幅(例如100％或双倍或以上)。 

C.制造方法 

参见图5至图12，所示为制造电容器10的示例性方法。这种方法可用于批量制造电容器10。 

1.准备材料 

首先通过常规方法制造多个片体1。每一片体连接至接线9的一部分。片体1外的部分被切至大约图中所示的长度。 

导电(金属板)基体或导线架11被预制成包括多行和多列预成形相邻阳极端子3和阴极端子2对，围绕它们大体具有敞开空间(见图8)。 

2.阳极端子绝缘 

小电绝缘焊盘14(仅示于图15中)可以放置或粘合在导线架11上的每一阳极端子3顶部。其覆盖阳极端子3的大部分内表面。现有技术电容器在壳体成型时支承片体，而且支承阳极端子并通过内部导电通道15将阳极端子与片体电气连接，与现有技术电容器的阳极端子(见图13A)不同，此处阳极端子仅在成型时支承片体，但并没有利用这些支承结构或材料(如绝缘粘合剂)实现电气连接。注意电容器10中的片体1如何更多地在阳极端子3的正上方延伸。其相当大的部分因此相对接近阳极端子3。因此，绝缘焊盘14有助于在片体1和阳极端子3之间提供良好的电绝缘。 

3.片体至导线架组件 

然后将导电粘合剂4的焊盘或敷料放在导线架11的每一阴极端子2上，电绝缘粘合剂5的焊盘或敷料放置在每一阳极端子3上的每一绝缘层14顶部(见图5与图6)。然后将各钽片体/接线组合1/9放置或向下压在焊盘4和5上，以粘合性地将它们连接至并支承在导线架11上；依照图5和图6中所示方向(接线9指向同一方向)放置每一片体1，一个片体/接线组合1/9连接至每一阳极/阴极端子对3/2。带有接线9的片体1的端部在阳极端子3上的绝缘粘合剂5的敷料或焊点(覆盖面积小于绝缘焊盘14)上，片体1的另一端在阴极端子2上的导电粘合剂4上。注意每一接线9远端如何延伸到作为对应阳极端子3的远端边缘的基本相同垂直面。 

这种方法的后续步骤将参考各片体或电容器在导线架11上的位置进行描述。参见图7至图9，可见导线架11可有多行和多列的预成形阳极/阴极端子对。为进行详述，导线架上的列以字母A、B、C、D、E等表示，如图  7所示。行由序号1、2、3、4、5、6、7、8等表示(见图7中沿导线架阵列另一侧的参考序号)。各片体1由参考序号“1”加行与列位置表示。例如，导线架11的第一列第一行的片体1表示为参考序号1A1，B列第1行的片体则表示为序号1B1，等等。 

图5和6显示在导线架11上加入片体的步骤，显示片体1A1、1A2、1B1、1B2在各自粘合剂焊盘4和5上的位置。片体尚未放在导线架C1和C2位置的预敷粘合剂焊盘5和4上。注意在导线架11上每一片体1的每一端子对3/2的相向边缘之间存在自由空间12，导线架11上相邻片体1之间存在自由空间13。也可参见图7和图8，导线架11中围绕阳极和阴极端子的大部分外周存在自由空间。这使得塑料可被模塑进入这些空间。 

4.模塑 

一旦所需数量的片体/接线组合1/9被放置、粘合并支承在导线架阵列11中每一端子对(阳极和阴极端子)的粘合剂焊盘(通常充满阵列的所有位置)上，每一片体1的接线9沿同一方向排列，封装材料6被施加在阵列之上(见图7及8)。在图7和图8中部分封装材料6被剖开以显示片体/接线1/9组合在导线架11上行列阵列中的位置。本领域已知的常规设备和方法可用于围绕每一片体模塑封装材料。通常塑料以液体或半固相施加在导线架11上。如前所述，围绕导线架11中阳极和阴极端子的预形成空间使得封装材料围绕并流入空间12和13，以基本封装片体和嵌入接线、以及部分地封装片体下方。封装材料也围绕阳极和阴极端子外周边缘流动并硬化，与导线架11其余部分为一体的它们外周边缘部分(在切割成形时这  些部分将与导线架分离)除外。 

封装材料随后硬化成为框架11之上的固相层，基本上封装导线架11上的片体/接线1/9组合。模塑封装材料有多种方式。一种现有方法采用商业可获得机器。托盘托起导线架11(也可见图17)及导线架11上处于基本均匀间隔位置的粘合片体/接线组合。托盘被插入机器中，机器在导线架上施加或模塑塑料。 

5.标记 

与常规一样，阳极极性标记可以是激光刻制、压制、模塑或其它方式施加在每一电容器10顶部。图1示意地显示了这种标记8的位置。标记可位于电容器的阳极端，通过视觉告知观察者其位置。它可以是包括文字或符号的标志，标出例如本领域已知的极性条和电压代码。 

因为相对精确地已知每一片体在阵列中的位置，可在模塑过程中或模塑后立刻通过自动装置将标记8施加在每一行和列位置处的封装材料层的顶部。 

6.切块/切割成形 

在本领域标准的自动化或半自动化制造工艺之后，进行切块或切割成形。切割时沿预定分割线将每一片体/接线组合1/9由连续模塑塑料层上切割成形(见例如图7)。在1、2、3等行间平行于每一片体1的纵轴的切割去除片体相邻侧面之间的模塑塑料，生成基本为平面的垂直侧壁。在A、B、C等列间垂直于每一片体的纵轴的切割去除片体相邻两端之间的模塑塑料，生成基本为平面的垂直端壁。可控制其保持接线9远端被暴露(见图  9和图10)。壳体6顶部也基本为水平平面。 

此外，切块或切割成形步骤使得每一片体1的阳极和阴极端子对3/2脱离导线架11，底部基本为水平平面且阳极和阴极端子底面被暴露。这可利用本领域已知技术和设备实现，使每一封装片体1可切割成形为图9所示形式。 

商业上可获得机器可以接收带有片体封装阵列的导线架。通过正确的排列和定位，就沿分割线进行切割(若干示于图7中)。每一阵列位置之间的多余塑料材料将被去除。各分离步骤制成每一电容器所需的包装或壳体尺寸。所述各步骤也暴露每一接线9的端部，也可暴露每一壳体6相对两端的阳极端子3和阴极端子2的外边缘。特别注意，在此过程中，阳极端子3的边缘在位于或靠近接线9的暴露端的同一垂直面被暴露。 

如图9所示，切割步骤产生多行和多列封装片体/接线，及从导线架11分离的相应接线和阳极/阴极端子组，也生成壳体6以及端子2和3的基本形式。此后该切割成形阵列则待精加工步骤，以制成完整的电容器10。 

7.施加外部导电通道 

仍通过本领域已知且商业可获得的方法和机器，外部导电通道7可施加到图9的每一切割成形组合。其中一项技术是金属沉积。尺寸受控制、相对较薄的金属层将被沉积并附着到每一切割成形封装组合的阳极端子端部(也可能是阴极端子端部)。 

通道7将从完全覆盖接线9暴露端延伸至覆盖阳极端子3的暴露边缘(见例如，图3、图10、图11、图14及图15)。其可为较薄层(例如，厚  度在10埃至10微米，优选为0.01微米至10微米，更优选为0.1微米至5微米范围内)，但足以使接线9和用作电容器阳极端子的金属阵列之间形成可靠的电接触。在本实施例中，层7并未延伸至壳体6顶部。 

8.镀敷 

本示例性实施例中，常规镀敷工艺用于对每一外部导电通道7、阳极端子3与阴极端子2的外表面(见图12)进行导电镀敷(如镍，厚度为0.5微米至20微米，优选为0.5微米至3微米，其后进行厚度为0.001微米至10微米、优选为0.1微米至5微米的钯或镍钯或金或锡或其他标准金属镀层)。这使得那些部件具有一些额外但相对较小的厚度(见图14中厚度X_E)。这完成每一电容器10。因此，此后镀敷操作以相对均匀壳体尺寸制成单一侧面端子电容器。 

成品切割成形电容器10具有阳极端子宽度C和长度P(见图2)。阴极端子也有相同的宽度C和长度P。在端子2和3相邻边缘之间存在距离P₁ (见图2)。 

9.测试和包装 

与常规一样，一旦前面概述的制造步骤完成后，对电容器10进行质量控制和运行测试。通过检查的电容器被包装运送给最终用户。 

因此，可利用常规制造技术以批量生产规模制成多个独立电容器10。但是，将接线9和阳极端子3之间的电气连接沿壳体6外侧设放置可空出壳体6内的空间以增加片体1的尺寸。不必改变壳体尺寸即可获得更大电容器容量。容积效率因此增加。 

因此可见示例性实施例如何实现了本发明的目的、特征、方面或优点。可利用熟知的成熟技术和机器制造电容器10。这些制造步骤可有效节省成本和资源，对多种壳体尺寸可易于实施。 

D选项和替代 

应了解，前述示例性实施例和示例性制造方法均只是本发明实施方法之一。它们仅为描述并非限定本发明。本发明也包含对本领域技术人员明显的变体。 

例如，本发明适用于多种包装或壳体的尺寸。它可根据需要比例放大或缩小。以上描述了封装尺寸0603。但是，工艺和产品的可行性则不仅通过制造0603(M号)尺寸的电容器得以验证，据信也适用于更大范围的且可能为任意的壳体尺寸。它有可能被延伸至薄型壳体尺寸。一些附加示例性尺寸为0402、0603、0805及更大尺寸。 

电容器10至少以标准公差制造可具有多种电容和其他额定值，其中包括相对高功率应用。它可用作薄型的正形表面安装应用，在储能、滤波、旁路电路中具有高容积效率。它可以用于基于微处理器的系统中。对其他更高频率、单一侧面端子应用的情况它是有利的。这些仅是少数应用实例。 

本发明可用于几乎任何类型的电气或电子器件。消费品、医疗、通讯产品是这种电容器的首选应用。也可用于射频应用。通信和消费领域的一些示例包括手机、PDA(个人数字助理)、掌上游戏设备等。医学领域应用也有很大的潜力。其适用领域几乎是无限的。 

精确型的电容器也可以有所不同。在示例性实施例中，电容器10为芯片电容器，该类型电容器具有与二氧化锰或导电聚合物烧结、成形并浸渍的钽块体或片体。接线9为钽接线。每一片体外表面覆盖硬化的银膏作为阴极电极。但是，也可使用用于电容元件的其它材料。本发明并不限于钽片体或块体。电容元件以及壳体6或电容器其它方面的其它材料、形式和配置均为可能。一些替代材料已在前述提及。 

金属沉积过程提供外部导电通道7的准确定位，以及阳极接线9与层11下的金属(用作电容器阳极端子的金属阵列)之间的可靠电接触。当金属沉积步骤完成后，在图1、图2、图3、图4、图10、图11、图12及图14的实施例中，外部导电通道7并不延伸直至壳体6顶部平面。但是，本发明替代示例性实施例示于图1、图2A、图3A、图4A、图11A及图12A中。它们显示了依照本发明略有不同的单一侧面端子电容器。与仅用一个L形阳极端子3/7(如图2所示)不同，L形端子存在于电容器两端(特别见图2、图3A)。导电表面覆盖电容器端部大部分。这些L形端子用于为印刷电路板焊点提供增强强度(例如当用户需要电容器与板(PCB)更强粘合时，回流焊后可在电容器两端建立较大半月形区域)。但是，由于端子导电部分延伸至或靠近电容器顶部平面，这些端子间也存在短路危险。与所述第一示例性实施例中构建步骤类似的步骤可用于以制造该替代实施例，包括提高电容器内容积效率的步骤。其它形状的端子是可能的。 

图16所示为现有技术的电容器的另一示例。与图3的平板阴极端子2或图3A中L形阳极端子3和图3B中L形阳极和阴极端子3和2不同，它们的截面均为C形。图16中C形阳极和阴极端子的顶部自由端与外部MnO₂ 阴极层及接线9的顶部氧化阳极层分别导电连通(例如通过导电粘合剂或其他方式)。底部自由端在壳体底面形成阳极和阴极端子3和2单一侧面表面安装部分。C形阳极和阴极端子的中间段沿壳体端壁外面部分延伸。 

图17描述了导线架的另一实例，以及如何高效批量生产依照本发明电容器10类型的电容器。 

此外，可采用其他方法改善单一侧面端子电容器容积效率。例如，可采用高级封装技术(APT)以减少封装或壳体壁厚，以进一步提高电容器容积效率。而且，较小壳体厚度使得给定壳体尺寸内可为片体空出更多空间。阵列成型和分割均可利用高精密技术以使塑料封装壁更薄。仅凭这一点(无外部导电通道7)即可通过为电容元件或片体空出额外容积的空间来提高容积效率。 

但同时利用该外部导电通道7和上述高精度制造方法可累积提高容积效率。测试已表明，对某些片体材料(即钽)及某些封装尺寸，容积效率有可能提高达到70％量级或更高。例如，对D尺寸壳体(基于80KCV、6V额定值设计)模塑芯片设计电容增加可能高达100％或以上。 

制造电容器10的示例性方法使得可使用相同的装配生产线和模塑设备制造多种小尺寸薄型壳体尺寸。但是，应理解制造与电容器10类似的电容器无需使用前述示例性实施例中的制造或制备工艺。替代方法是可能的。 

依照已知方法，每一电容器均可为表面安装。这些电容器的适用性可延伸至所有表面安装电容器。电容器10的主要优点是对于同样或更大的电容具有更小尺寸，或者对于类似尺寸的壳体具有更大电容。容积效率提高  为多种应用提供了显著的优点。 

Claims (51)

1.一种表面安装电容器，包括：

电容元件，所述电容元件包括阳极和本体，所述本体具有形成有阴极的外表面；

导电平坦阳极端子和阴极端子，所述阳极端子和阴极端子具有位于壳体单一外侧面上的表面安装部分、且电容元件本体安装在所述阳极端子和阴极端子上；

围绕电容元件本体以及所述阳极端子和阴极端子除所述阳极的暴露部分以及所述阳极端子和阴极端子的暴露部分之外形成所述壳体的封装材料；

形成在所述阳极的暴露部分与阳极端子的暴露部分之间的壳体的外表面上的外部导电连接。

2.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述壳体的外表面位于与壳体的所述单一外侧面不同的壳体侧面上。

3.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，壳体包括顶侧面、底侧面、在顶侧面与底侧面之间的第一侧面、在顶侧面与底侧面之间的第二侧面、第一端侧面和第二端侧面，其中阳极端子和阴极端子的表面安装部分在底侧面上，且外部导电连接在第一端侧面和第二端侧面的至少一个上。

4.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，外部导电连接包括具有10至20μm厚度范围的多层结构。

5.如权利要求4所述的电容器，其特征在于，所述多层结构包括金属沉积层。

6.如权利要求4所述的电容器，其特征在于，多层结构是0.01μm至10μm厚。

7.如权利要求4所述的电容器，其特征在于，多层结构是0.1μm至5μm厚。

8.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，外部导电连接以及阳极端子和阴极端子镀敷有导电镀敷材料。

9.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，阴极端子通过导电材料电连接至电容元件的阴极。

10.如权利要求9所述的电容器，其特征在于，导电材料包括导电粘合剂。

11.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，除了外部导电连接，阳极端子通过塑性材料与电容元件隔离。

12.如权利要求11所述的电容器，其特征在于，塑性材料包括环氧树脂粘合剂。

13.如权利要求12所述的电容器，其特征在于，还包括在绝缘粘合剂与阳极端子之间的绝缘层。

14.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，电容元件包括固态本体。

15.如权利要求14所述的电容器，其特征在于，固态本体是片体。

16.如权利要求15所述的电容器，其特征在于，片体包括钽、铌或铌氧化物。

17.如权利要求15所述的电容器，其特征在于，阳极包括片体、一部分嵌入或焊接至片体上和一部分在片体外部的接线、以及由阳极材料氧化形成的介电层，阴极包括在片体外部的电解质层。

18.如权利要求17所述的电容器，其特征在于，在片体外部的接线部分在外部导电连接所在的壳体表面处或附近暴露。

19.如权利要求18所述的电容器，其特征在于，外部导电连接所在的壳体表面大体在第一平面上。

20.如权利要求19所述的电容器，其特征在于，阳极端子和阴极端子在第二平面或第二平面附近暴露在壳体外部。

21.如权利要求20所述的电容器，其特征在于，第一平面和第二平面大体上是垂直的。

22.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，通过利用高精度模塑和壳体切割成形使壳体壁厚最小而使壳体容积最小。

23.一种电路板，包括：

电路板；

位于电路板上的电路，所述电路包括至少一个表面安装电容器；

所述表面安装电容器包括：封装材料壳体；壳体内的电容元件，所述电容元件包括阳极和本体，所述本体具有形成有阴极的外表面，阳极的一部分被暴露；导电平坦阳极端子和阴极端子，所述阳极端子和阴极端子嵌入在所述壳体中并且具有位于壳体一个侧面上的暴露的表面安装部分，电容元件本体安装在所述阳极端子和阴极端子上；与电容元件和阳极端子的暴露部分有效地电气连接并在壳体外部的外部导电连接；以及在阴极端子与电容元件之间的至少部分内部导电连接。

24.如权利要求23所述的电路板，其特征在于，与阳极端子通过壳体被电气连接到电容元件的情况相比，外部导电连接通过使壳体内的电容元件更大提高容积效率。

25.如权利要求23所述的电路板，其特征在于，通过高精度模塑和壳体切割成形使壳体壁厚最小而使壳体容积最小。

26.如权利要求23所述的电路板，其特征在于，还包括多个所述电容器。

27.如权利要求23所述的电路板，其特征在于，电容元件包括固态片体阳极体、部分地位于阳极体中的嵌入或焊接接线、由阳极体氧化形成的介电层、以及在介电层上的电解质层。

28.一种电气器件，包括：

a)外壳和用户界面；

b)位于外壳中的电路板，所述电路板包括至少一个表面安装电容器；

c)所述表面安装电容器包括：封装材料壳体；壳体内的电容元件，所述电容元件包括阳极和本体，所述本体具有形成有阴极的外表面，阳极的一部分被暴露；导电平坦阳极端子和阴极端子，所述阳极端子和阴极端子嵌入在所述壳体中并且具有位于壳体一个侧面上的暴露的表面安装部分，电容元件安装在所述阳极端子和阴极端子上；与阳极的暴露部分和阳极端子的暴露部分有效地电气连接并在壳体外部的至少部分外部导电连接；以及在阴极端子与电容元件之间的至少部分内部导电连接。

29.如权利要求28所述的电气器件，其特征在于，与阳极端子通过壳体被电气连接到电容元件的情况相比，外部导电连接通过使壳体内的电容元件更大提高容积效率。

30.如权利要求28所述的电气器件，其特征在于，当将所述电容元件保持在所述壳体中时，围绕电容元件的壳体容积相对于电容元件容积最小。

31.如权利要求30所述的电气器件，其特征在于，通过高精度模塑和壳体切割成形使壳体壁厚最小而使壳体容积最小。

32.如权利要求28所述的电气器件，其特征在于，还包括多个所述电容器。

33.如权利要求28所述的电气器件，其特征在于，电容元件包括固态片体阳极体、位于阳极体中的嵌入或焊接接线、由阳极体氧化形成的介电层、以及在介电层上的电解质层。

34.如权利要求28所述的电气器件，其特征在于，所述器件包括手持式射频通讯器件。

35.如权利要求28所述的电气器件，其特征在于，所述器件包括医疗仪器。

36.如权利要求28所述的电气器件，其特征在于，所述器件包括微处理器。

37.一种表面安装电容器，包括：

电容元件，所述电容元件包括阳极和本体，所述本体具有形成有阴极的外表面；

导电平坦阳极端子和阴极端子，所述阳极端子和阴极端子具有位于壳体单一外侧面上的表面安装部分、且电容元件本体安装在所述阳极端子和阴极端子上；

围绕电容元件以及所述阳极端子和阴极端子除所述阳极的暴露部分以及所述阳极端子和阴极端子的暴露部分之外形成所述壳体的封装材料；

形成在阳极的暴露部分与阳极端子的暴露部分之间的壳体的外表面上的导电连接，其中，除了外部导电连接，阳极端子通过塑性材料与电容元件隔离。

38.如权利要求37所述的电容器，其特征在于，塑性材料包括环氧树脂粘合剂。

39.如权利要求38所述的电容器，其特征在于，还包括在环氧树脂粘合剂与阳极端子之间的绝缘层。

40.一种制造表面安装电容器的方法，所述表面安装电容器包括封装于壳体内电容元件，所述电容元件包括阳极和本体，所述本体具有形成有阴极的外表面，所述方法包括：

通过阴极端子与电容元件本体之间的导电粘合剂、和阳极端子与电容元件本体之间的电绝缘材料将电容元件安装在位于单一平面上的阳极端子和阴极端子上；

围绕电容元件本体、以及阳极端子和阴极端子的一部分模塑封装材料；

成型封装材料以形成围绕电容元件本体以及阳极端子和阴极端子的一部分的壳体，保持电容元件阳极的一部分在壳体侧表面处暴露，所述壳体具有包括阳极端子和阴极端子的暴露部分的底侧面以及具有顶侧面；

将阳极的暴露部分与阳极端子至少部分地在壳体外部电气连接；

其中，电容元件阳极和阳极端子的电气连接包括位于壳体表面上的外部导电通道。

41.如权利要求40所述的方法，其特征在于，所述外部电气连接是薄层。

42.如权利要求40所述的方法，其特征在于，壳体具有壳体尺寸，与通过壳体将电容元件阳极与阳极端子电气连接的电容器相比，电容元件尺寸相对于壳体容积被增大，以提高电容器容积效率。

43.如权利要求40所述的方法，其特征在于，通过相对电容元件尺寸减小壳体厚度进一步提高容积效率。

44.如权利要求40所述的方法，其特征在于，利用高精度模塑和壳体成形技术减小壳体厚度。

45.如权利要求40所述的方法，其特征在于，电容元件包括带有嵌入或焊接接线的固态片体。

46.如权利要求40所述的方法，其特征在于，外部电气连接通过金属沉积形成。

47.如权利要求40所述的方法，其特征在于，还包括在将电容元件安装在阳极端子和阴极端子上的步骤中将多个所述电容元件支承在导线架上间隔开的位置。

48.一种批量制造多个表面安装电容器的方法，包括：

通过在每一阴极端子与每一对应电容元件本体之间预先施加的导电粘合剂、和在每一阳极端子与其对应的电容元件本体之间的电绝缘材料将多个电容元件本体支承在导线架上预形成的平坦阳极端子和阴极端子上；

围绕导线架上被支承的电容元件本体模塑封装材料，封装材料围绕电容元件本体以及所述阳极端子和阴极端子除所述阳极的暴露部分以及所述阳极端子和阴极端子的暴露部分之外形成壳体；

通过去除封装材料使电容元件彼此切割成形，以形成至少大体上围绕每一电容元件本体以及阳极端子和阴极端子的一部分的壳体，保持阳极的一部分在每一壳体的表面暴露，所述每一壳体具有底侧面以及顶侧面，所述底侧面包括所述阳极端子和阴极端子；以及

施加外部导电连接，所述外部导电连接构造成将阳极的暴露部分与每一电容元件的阳极端子的暴露部分电气连接。

49.如权利要求48所述的方法，其特征在于，外部导电连接通过金属沉积形成。

50.如权利要求49所述的方法，其特征在于，金属沉积加强接线与阳极端子之间的可靠电接触，但阻止在电容器顶侧面形成任何导电材料。

51.如权利要求48所述的方法，其特征在于，还包括对外部导电连接、阳极端子和阴极端子镀覆导电材料。

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