CN108389723A - 适用于高精度电子领域的新型电容 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了适用于高精度电子领域的新型电容，包括层压材料、介电陶瓷层、内电极、层压材料端面、外电极、第一电镀层、第二电镀层，内电极有多片，多片内电极交错放置在介电陶瓷层内部，内电极相互平行；层压材料覆盖在介电陶瓷层外表面；在两个的外电极外表面覆盖有第一电镀层；第二电镀层覆盖在第一电镀层外表面，介电陶瓷层的上下两端分别向外凸起形成上弧面和下弧面，上弧面和下弧面关于水平面呈对称状，且上弧面和下弧面为同一椭球上的两块表面。本发明通过将介电陶瓷层进行分层，减小了Y5V电容器的电容容量变化程度，有效扩大了Y5V电容器的使用环境，降低了COG电容器或NPO电容器的使用量，节约成本。

Description

适用于高精度电子领域的新型电容
技术领域
本发明涉及电子元件，具体涉及适用于高精度电子领域的新型电容。
背景技术
对于电容而言，小型化和高容量是永恒不变的发展趋势。其中，要数多层陶瓷电容(MLCC)的发展最快。多层陶瓷电容在便携产品中广泛应用极为广泛，但近年来数字产品的技术进步对其提出了新要求。例如，手机要求更高的传输速率和更高的性能；基带处理器要求高速度、低电压；LCD模块要求低厚度(0.5mm)、大容量电容。而汽车环境的苛刻性对多层陶瓷电容更有特殊的要求：首先是耐高温，放置于其中的多层陶瓷电容必须能满足150℃的工作温度；其次是在电池电路上需要短路失效保护设计。
也就是说，小型化、高速度和高性能、耐高温条件、高可靠性已成为陶瓷电容的关键特性。陶瓷电容的容量随直流偏置电压的变化而变化。直流偏置电压降低了介电常数，因此需要从材料方面，降低介电常数对电压的依赖，优化直流偏置电压特性。
电容在受到震动的时候或者电压变化的时候会产生噪音，导致电气设备的噪声较大，影响工作或者生活的环境。电容目前使用NPO、X7R、Z5U、Y5V等不同的材质规格，Y5V电容器是一种有一定温度限制的通用电容器，在-30℃到85℃范围内其容量变化可达+22％到-82％。由于Y5V电容器的容量变化较大，导致很多集成电路的原始设计目的无法实现，必须通过不断调试实验才能不断靠近集成电路的原始设计目的。在某些特定的领域内，对于电容容量变化的程度要求很高，例如航空领域、爆破领域、精确电子测量领域，在这些领域内，对于电路的数据控制精确度有很高的要求，而电容的容值变化较大，就会造成控制精确度降低，从而导致生产出来的产品以及实验数据误差较大，会造成严重的事故，不利于后续相关工作的开展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是电容容易产生噪声，同时Y5V电容器容量变化较大，目的在于提供适用于高精度电子领域的新型电容，降低噪声，同时降低电容器容量变化的程度。
本发明通过下述技术方案实现：
适用于高精度电子领域的新型电容，包括层压材料、介电陶瓷层、内电极、层压材料端面、外电极、第一电镀层、第二电镀层，所述内电极有多片，多片内电极交错放置在介电陶瓷层内部，内电极相互平行；层压材料覆盖在介电陶瓷层外表面；外电极有两个，分别设置在介电陶瓷层两端；在两个的外电极外表面覆盖有第一电镀层；第二电镀层覆盖在第一电镀层外表面，介电陶瓷层的上下两端分别向外凸起形成上弧面和下弧面，上弧面和下弧面关于水平面呈对称状，且上弧面和下弧面为同一椭球上的两块表面。
进一步地，上弧面和下弧面的平均曲率半径为其中R为平均曲率半径，M为上弧面和下弧面所在椭球的子午圈曲率半径，N为上弧面和下弧面所在椭球的卯酉圈曲率半径。
进一步地，介电陶瓷层包括外部介电陶瓷层和中部介电陶瓷层，所述外部介电陶瓷层有两层，所述中部介电陶瓷层有一层，一层中部介电陶瓷层夹在两层外部介电陶瓷层之间；两层外部介电陶瓷层和一层中部介电陶瓷层均与内电极平行。
进一步地，中部介电陶瓷层的厚度与介电陶瓷层的厚度的比值为1/10～1/4。
进一步地，中部介电陶瓷层的厚度与介电陶瓷层的厚度的比值为3/16。
进一步地，介电陶瓷层包括外部介电陶瓷层和中部介电陶瓷层，所述外部介电陶瓷层有三层，所述中部介电陶瓷层有两层，三层外部介电陶瓷层叠放，两层中部介电陶瓷层分别嵌入三层外部介电陶瓷层叠放形成的间隙中；三层外部介电陶瓷层和两层中部介电陶瓷层均与内电极平行。
进一步地，中部介电陶瓷层的厚度与外部介电陶瓷层的厚度比值为1/8～1/2。
进一步地，中部介电陶瓷层的厚度与外部介电陶瓷层的厚度比值为1/4。
进一步地，外部介电陶瓷层采用Y5V，所述中部介电陶瓷层采用COG或NPO。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过将介电陶瓷层上表面和下表面设置成弧面，降低了电容产生的噪声；
2、本发明通过将介电陶瓷层进行分层，减小了Y5V电容器的电容容量变化程度，有效扩大了Y5V电容器的使用环境，降低了COG电容器或NPO电容器的使用量，节约成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明实施例1结构示意图；
图2为本发明现有技术中产生噪声的原理说明图；
图3为本发明实施例2和实施例3容量与温度的关系图；
图4为本发明实施例2中层介电陶瓷层与外部介电陶瓷层的不同比例时容量与温度的关系图；
图5为本发明实施例2和实施例3容量与电压的关系图；
图6为本发明实施例2中层介电陶瓷层与外部介电陶瓷层的不同比例时容量与电压的关系图；
图7为本发明实施例3结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
2-层压材料；31-外部介电陶瓷层；32-中部介电陶瓷层；4-内电极；7-层压材料端面；9-外电极；11-第一电镀层；13-第二电镀层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，适用于高精度电子领域的新型电容，包括层压材料2、介电陶瓷层、内电极4、层压材料端面7、外电极9、第一电镀层11、第二电镀层13，所述内电极4有多片，多片内电极4交错放置在介电陶瓷层内部，内电极4相互平行；层压材料2覆盖在介电陶瓷层外表面；外电极9有两个，分别设置在介电陶瓷层两端；在两个的外电极9外表面覆盖有第一电镀层11；第二电镀层13覆盖在第一电镀层11外表面，介电陶瓷层的上下两端分别向外凸起形成上弧面和下弧面，上弧面和下弧面关于水平面呈对称状，且上弧面和下弧面为同一椭球上的两块表面。
上弧面和下弧面的平均曲率半径为其中R为平均曲率半径，M为上弧面和下弧面所在椭球的子午圈曲率半径，N为上弧面和下弧面所在椭球的卯酉圈曲率半径。
如图2所示，电容上侧的箭头为外界施加的压力，电容下侧的虚线表示PCB板受到了压迫而变形，而电容内部下端朝两侧指向的箭头表示电容由于焊接在PCB板上，PCB板的向下凹陷导致了电容下端向两侧扩张，而电容内部上端的朝内的两个箭头表示电容的上端向中间挤压，挤压的原因是电容下端扩张，而电容两端是固定的，则导致了电容上侧的挤压；当PCB板在振动的环境下工作是，PCB板会产生变形，使得电容的电介质伸长，导致电介质中的压电响应，并产生输出电压，将电容上的电压进行检测形成了波纹电压，这个波纹电压就形成了噪声。
本实施例通过将介电陶瓷层的上下两个表面设置成弧面，当电容焊接在PCB板上，PCB板未受到震动，电容也未受到外界压力，下弧面与PCB板接触；当PCB板受到震动或者电容接受到外界压力，PCB向下凹陷，两端的焊接对电容造成了向两外侧的拉力导致电容有向外运动的趋势，但是由于下弧面是弧形结构，曲面增强了承受两侧拉力的能力，导致电容下端的变形较小；电容下端的变形小，对电容上端的影响就小，如果是外力直接压迫在上弧面，由于上弧面是拱形，对于承受外力的能力自然更强，因此，电容上端的更不容易产生变形，这样就实现了提高电容抗振的能力，降低电容噪声。
电容的尺寸较多，如果上弧面和下弧面突出得太多，会导致电容的焊接不方便，同时体积也增大了，如果不那么突出，导致抑制噪声的效果不理想，因此根据平均曲率半径对上弧面和下弧面的高度进行控制，更利于提高抑制噪声的能力。如表1所示，每组电容采用的规格相同或相近，不同之处仅在于一种是现有电容，上下两个表面为平面，另一种为本实施例中的电容，上下表面为弧面。现有电容采用X1、X2、X3、X4、X5表示，本实施例的电容采用C1、C2、C3、C4、C5表示。
表1
dB C1 X1 C2 X2 C3 X3 C4 X4 C5 X5
47uF 15 2 13 1 11 3 18 4 20 4
0.5pF 19 3 15 2 12 4 23 5 23 6
1pF 21 4 19 2 14 6 25 7 26 7
4.7pF 23 4 21 3 17 7 27 7 29 7
120pF 25 6 23 4 19 7 24 9 30 8
2200pF 27 7 27 5 25 9 29 9 31 8
从表1看出，本实施例的电容的噪声明显低于传统的电容产生的噪声。
实施例2
如图1所示，适用于高精度电子领域的新型电容，包括层压材料2、介电陶瓷层、内电极4、层压材料端面7、外电极9、第一电镀层11、第二电镀层13，所述内电极4有多片，多片内电极4交错放置在介电陶瓷层内部，内电极4相互平行；层压材料2覆盖在介电陶瓷层外表面；外电极9有两个，分别设置在介电陶瓷层两端；在两个的外电极9外表面覆盖有第一电镀层11；第二电镀层13覆盖在第一电镀层11外表面，其特征在于，介电陶瓷层的上下两端分别向外凸起形成上弧面和下弧面，上弧面和下弧面关于水平面呈对称状，且上弧面和下弧面为同一椭球上的两块表面。
电容指的是在给定电位差下的电荷储藏量；记为C，国际单位是法拉(F)。一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上；造成电荷的累积储存，最常见的例子就是两片平行金属板。而电容的容量是电容的一个重要指标，上弧面和下弧面除了能够实现降低噪声的功能，还能在一定程度上改变电容的容量，但是单单依靠上弧面和下弧面对电容的容量影响较小。
本实施例中，介电陶瓷层包括外部介电陶瓷层31和中部介电陶瓷层32，所述外部介电陶瓷层31有两层，所述中部介电陶瓷层32有一层，一层中部介电陶瓷层32夹在两层外部介电陶瓷层31之间；两层外部介电陶瓷层31和一层中部介电陶瓷层32均与内电极4平行。
外部介电陶瓷层31采用Y5V，所述中部介电陶瓷层32采用COG或NPO。
中部介电陶瓷层32的厚度与介电陶瓷层的厚度的比值为1/10～1/4。
Y5V电容器在-30℃到85℃范围内其容量变化可达+22％到-82％，这个电容容量的变化很大，因此Y5V电容器只能用于精度要求不高的集成电路，虽然COG电容器或者NPO电容器电容容量变化相对较小，但是，COG电容器或者NPO电容器的价格较贵，Y5V电容器价格相对便宜。传统技术中的介电陶瓷层单一采用一种介质材料，Y5V电容器就只使用了Y5V介质，本实施例中的介电陶瓷层包括三层，上下两层为Y5V介质，中部采用COG介质或者NPO介质，这样介电陶瓷层主要采用的是Y5V，再加以COG或者NPO为辅，能良好改善Y5V电容容量变化幅度大的缺点。如图3所示，S2为本实施例中电容对应的容量与温度的关系，Y5V为现有技术中电容容量与温度的关系，从图3明显能够得到本实施例在温度的影响下容量变化的程度明显小于现有技术的电容容量变化程度。如图4所示，将中部介电陶瓷层32的厚度与介电陶瓷层的厚度的比值在1/10～1/4之间进行调整，得到不同的取值对应的温度与容量的关系表，当比值从1/10到1/4逐渐增大，容量的变化程度逐渐减小，其中，有个特殊的值，当中部介电陶瓷层32的厚度与介电陶瓷层的厚度的比值为3/16时，电容的变化程度最小。如图5为容量与电压的关系图，从图5中可以看出本实施例的电容的容量变化程度也改善了很多；如图6所示，将中部介电陶瓷层32的厚度与介电陶瓷层的厚度的比值在1/10～1/4之间进行调整，得到不同的取值对应的电压与容量的关系表，当比值从1/10到1/4逐渐增大，容量的变化程度逐渐减小，其中，当中部介电陶瓷层32的厚度与介电陶瓷层的厚度的比值为3/16时，电容的变化程度最小。
实施例3
如图7所示，适用于高精度电子领域的新型电容，包括层压材料2、介电陶瓷层、内电极4、层压材料端面7、外电极9、第一电镀层11、第二电镀层13，所述内电极4有多片，多片内电极4交错放置在介电陶瓷层内部，内电极4相互平行；层压材料2覆盖在介电陶瓷层外表面；外电极9有两个，分别设置在介电陶瓷层两端；在两个的外电极9外表面覆盖有第一电镀层11；第二电镀层13覆盖在第一电镀层11外表面，其特征在于，介电陶瓷层的上下两端分别向外凸起形成上弧面和下弧面，上弧面和下弧面关于水平面呈对称状，且上弧面和下弧面为同一椭球上的两块表面。
介电陶瓷层包括外部介电陶瓷层31和中部介电陶瓷层32，所述外部介电陶瓷层31有三层，所述中部介电陶瓷层32有两层，三层外部介电陶瓷层31叠放，两层中部介电陶瓷层32分别嵌入三层外部介电陶瓷层31叠放形成的间隙中；三层外部介电陶瓷层31和两层中部介电陶瓷层32均与内电极4平行。
中部介电陶瓷层32的厚度与外部介电陶瓷层31的厚度比值为1/8～1/2。
中部介电陶瓷层32的厚度与外部介电陶瓷层31的厚度比值为1/4。
外部介电陶瓷层31采用Y5V，所述中部介电陶瓷层32采用COG或NPO。
如图3所示，S3为本实施例的电容与温度的关系表，基本上电容的容量没有变化；如图5所示，S3为本实施例的电容与电压的关系表，电容的容量基本上没有变化。本实施例中部介电陶瓷层32采用的COG或NPO相对要多，同时中部介电陶瓷层32分散在介电陶瓷层中，使得COG或者NPO分布更均匀，使得容量变化程度更小，当中部介电陶瓷层32的厚度与外部介电陶瓷层31的厚度比值为1/4时，电容的容量变化程度最小。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.适用于高精度电子领域的新型电容，包括层压材料(2)、介电陶瓷层、内电极(4)、层压材料端面(7)、外电极(9)、第一电镀层(11)、第二电镀层(13)，所述内电极(4)有多片，多片内电极(4)交错放置在介电陶瓷层内部，内电极(4)相互平行；层压材料(2)覆盖在介电陶瓷层外表面；外电极(9)有两个，分别设置在介电陶瓷层两端；在两个的外电极(9)外表面覆盖有第一电镀层(11)；第二电镀层(13)覆盖在第一电镀层(11)外表面，其特征在于，介电陶瓷层的上下两端分别向外凸起形成上弧面和下弧面，上弧面和下弧面关于水平面呈对称状，且上弧面和下弧面为同一椭球上的两块表面。
2.根据权利要求1所述的适用于高精度电子领域的新型电容，其特征在于，上弧面和下弧面的平均曲率半径为其中R为平均曲率半径，M为上弧面和下弧面所在椭球的子午圈曲率半径，N为上弧面和下弧面所在椭球的卯酉圈曲率半径。
3.根据权利要求1所述的适用于高精度电子领域的新型电容，其特征在于，介电陶瓷层包括外部介电陶瓷层(31)和中部介电陶瓷层(32)，所述外部介电陶瓷层(31)有两层，所述中部介电陶瓷层(32)有一层，一层中部介电陶瓷层(32)夹在两层外部介电陶瓷层(31)之间；两层外部介电陶瓷层(31)和一层中部介电陶瓷层(32)均与内电极(4)平行。
4.根据权利要求3所述的适用于高精度电子领域的新型电容，其特征在于，中部介电陶瓷层(32)的厚度与介电陶瓷层的厚度的比值为1/10～1/4。
5.根据权利要求3所述的适用于高精度电子领域的新型电容，其特征在于，中部介电陶瓷层(32)的厚度与介电陶瓷层的厚度的比值为3/16。
6.根据权利要求1所述的适用于高精度电子领域的新型电容，其特征在于，介电陶瓷层包括外部介电陶瓷层(31)和中部介电陶瓷层(32)，所述外部介电陶瓷层(31)有三层，所述中部介电陶瓷层(32)有两层，三层外部介电陶瓷层(31)叠放，两层中部介电陶瓷层(32)分别嵌入三层外部介电陶瓷层(31)叠放形成的间隙中；三层外部介电陶瓷层(31)和两层中部介电陶瓷层(32)均与内电极(4)平行。
7.根据权利要求6所述的适用于高精度电子领域的新型电容，其特征在于，中部介电陶瓷层(32)的厚度与外部介电陶瓷层(31)的厚度比值为1/8～1/2。
8.根据权利要求6所述的适用于高精度电子领域的新型电容，其特征在于，中部介电陶瓷层(32)的厚度与外部介电陶瓷层(31)的厚度比值为1/4。
9.根据权利要求4或6所述的适用于高精度电子领域的新型电容，其特征在于，所述外部介电陶瓷层(31)采用Y5V，所述中部介电陶瓷层(32)采用COG或NPO。
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