CN116529843A - 多层陶瓷电容器 - Google Patents

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CN116529843A CN202180080568.7A CN202180080568A CN116529843A CN 116529843 A CN116529843 A CN 116529843A CN 202180080568 A CN202180080568 A CN 202180080568A CN 116529843 A CN116529843 A CN 116529843A
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科里·尼尔森
赛斯·富勒
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Abstract

本发明涉及一种多层陶瓷电容器。该多层陶瓷电容器具有第一端和第二端，该第二端与该第一端在纵向方向上分隔开，该纵向方向垂直于横向方向，其中，该横向方向和该纵向方向均垂直于Z方向。该多层陶瓷电容器包括单片主体，该单片本体包括多个介电层和多个电极层，该多个介电层和该多个电极层关于该横向方向而平行。至少一个电极层包括第一电极，该第一电极包括连接部分和中央部分，该中央部分从该连接部分在纵向方向上延伸，其中，该中央部分包括Z方向边缘，该连接部分包括在纵向方向和Z方向上延伸的边缘，其中，该中央部分的Z方向边缘与该连接部分的边缘形成从大于90°至小于180°的第一角度。第一外部端子沿着该第一端设置，第二外部端子沿着该第二端设置。

Description

多层陶瓷电容器
相关申请的交叉引用
本申请要求递交日为2020年11月30日的第63/119,184号美国临时专利申请的递交权益，该申请通过引用全部并入本文。
背景技术
现代技术应用的多样性产生了对在这些应用中所使用的高效电子部件和集成电路的需求。电容器是用于这种现代应用的滤波、耦合、旁路和其他方面的基础部件，这些现代应用可以包括无线通信、警报系统、雷达系统、电路交换、匹配网络和许多其他应用。集成电路在速度和封装密度上的显著增长尤其需要耦合电容器技术的改进。在高电容耦合电容器经受当前许多应用的高频率时，性能特性变得越来越重要。由于电容器是如此广泛的应用的基础，因此电容器的精度和效率是极其重要的。因此，电容器设计的许多特定方面一直是改进其性能特性的焦点。
发明内容
根据本发明的一个实施例，公开了一种多层陶瓷电容器。该多层陶瓷电容器具有第一端和第二端，该第二端与该第一端在纵向方向上分隔开，该纵向方向垂直于横向方向，其中，该横向方向和该纵向方向均垂直于Z方向。该多层陶瓷电容器包括单片主体，该单片主体包括多个介电层和多个电极层，该多个介电层和该多个电极层关于横向方向而平行。至少一个电极层包括第一电极，该第一电极包括连接部分和中央部分，该中央部分从该连接部分在纵向方向上延伸，其中，该中央部分包括Z方向边缘，该连接部分包括在纵向方向和Z方向上延伸的边缘，其中，该中央部分的Z方向边缘与该连接部分的该边缘形成从大于90°至小于180°的第一角度。第一外部端子沿着第一端设置，第二外部端子沿着第二端设置。
附图说明
针对本领域技术人员，在说明书的剩余部分(包括参考附图)中，对本发明的完整且可行的公开内容(包括本发明的最佳方式)进行了更具体地阐述，在附图中：
图1A示出了本发明的电极的一个实施例的俯视图；
图1B示出了本发明的电极层的布置的一个实施例的立体图；
图1C示出了本发明的电容器的一个实施例的俯视截面图；
图1D至图1F示出了图1C的电容器的侧视截面图；以及
图2示出了本发明的电极的另一实施例的俯视图。
具体实施方式
本领域的普通技术人员将理解，本论述仅是对示例性实施例的描述，且不旨在限制本发明的更广泛的方面。
总体而言，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。各电极层可以在横向方向上堆叠，使得这些电极层将垂直于安装表面。就这一点而言，每个电极层将在纵向方向和Z方向上延伸，纵向方向和Z方向都垂直于横向方向。此外，电极层可以包括具有特定构造的第一电极。例如，第一电极可以具有如本文限定的连接部分和中央部分，在中央部分的Z方向边缘和连接部分的边缘之间形成有大于90°至小于180°的角度。在不旨在受理论限制的情况下，这种角度可以为第一电极提供大致Y形的构造。
本发明人已经发现，通过利用本文的电容器和其中的电极层的这种构造以及通过利用本文所描述的电极和电介质的特定材料，多层陶瓷电容器(特别是在较宽的频率范围内)可以具有较低的等效串联电阻。具体地，这种较低的等效串联电阻可以在相对较高的频率处实现并且是有益的。
就这一点而言，电容器的等效串联电阻可以为100欧姆或更小，例如75欧姆或更小，例如50欧姆或更小，例如40欧姆或更小，例如30欧姆或更小，例如25欧姆或更小，例如20欧姆或更小，例如15欧姆或更小，例如10欧姆或更小，例如8欧姆或更小，例如5欧姆或更小，例如3欧姆或更小，例如2欧姆或更小，例如1欧姆或更小。等效串联电阻可以为0.01欧姆或更大，例如0.1欧姆或更大，例如0.2欧姆或更大，例如0.3欧姆或更大，例如0.5欧姆或更大，例如0.8欧姆或更大，例如1欧姆或更大，例如2欧姆或更大，例如3欧姆或更大，例如5欧姆或更大，例如8欧姆或更大，例如10欧姆或更大。当在从1GHz至10GHz(例如从2GHz至10GHz，例如从3GHz至10GHz，例如从4GHz至9GHz)的频率范围内测量时，可以实现这种等效串联电阻。可以使用本领域中已知的和本文所述的通用技术来测量等效串联电阻。
在一些实施例中，电容器可以在约单个频率处表现出前述等效串联电阻。例如，在一个实施例中，电容器可以在如下频率处表现出前述等效串联电阻：在约2GHz处，例如在约3GHz处，例如在约4GHz处，例如在约5GHz处，例如在约6GHz处，例如在约7GHz处，例如在约8GHz处，例如在约9GHz处，例如在约10GHz处。在一个实施例中，电容器可以在前述频率中的多于一个频率处表现出前述等效串联电阻。
除了由于选择性地控制电极和电容器的特定构造以及电极和电介质的材料而表现出相对较低的等效串联电阻之外，所得到的电容器还可以表现出较低的等效串联电感。例如，等效串联电感可以为约1纳亨(nanohenry)或更小，在一些实施例中为约750皮亨(picohenry)或更小，在一些实施例中为约350皮亨或更小，在一些实施例中为从约1飞亨(femtohenry)至约100皮亨，以及在一些实施例中为从约50飞亨至约10皮亨。较低的等效串联电感值的特征也可以是较低的阻抗值，该阻抗值反映了寄生电感。
根据如图1A至图1F和图2所示的实施例，可以进一步描述本发明的电容器。
转到图1A至图1F，公开了多层陶瓷电容器100的一个实施例。总体上，电容器100包括叠置体101，该叠置体101包含交替的介电层和电极层102、104。叠置体101包括六个表面。例如，叠置体101在Z方向136或宽度方向上包括顶表面18和相对的底表面20。叠置体101还可以包括在顶表面和底表面之间延伸的两个端表面26、28。端表面26、28可以在纵向方向132或长度方向上彼此相对。端表面26、28可以在横向方向134和Z方向136上延伸。叠置体101还可以包括也在顶表面和底表面之间延伸的两个侧表面22、24。侧表面可以在纵向方向132和Z方向136上延伸。在一个实施例中，侧表面可以与电极的主面(major face)平行。类似地，在一个实施例中，顶表面和底表面可以与电极的主面垂直。因此，在一个实施例中，叠置体101总共包括至少六个表面(例如，一个顶表面、一个底表面、两个侧表面和两个端表面)。就这一点而言，叠置体101可以具有平行六面体形状，例如长方体形状。此外，如图1D至图1F所示，电容器100可以安装到安装表面110，例如印刷电路板或基板。就这一点而言，多层陶瓷电容器可以被配置为安装到安装表面，使得电极层垂直于该安装表面。
多层陶瓷电容器100可以包括在横向方向134上层叠设置的多个电极层102、104和介电层。一些介电层可以包括形成在其上的电极层。一般，介电层和电极层的厚度不受限制，并且可以根据电容器的性能特性而为任何期望的厚度。例如，电极层的厚度可以为但不限于约500nm或更大，例如约1μm或更大，例如约1.5μm或更大，例如约2μm或更大，例如约3μm或更大，例如约4μm或更大。电极层的厚度可以为约10μm或更小，例如约5μm或更小，例如约4μm或更小，例如约3μm或更小，例如约2.5μm或更小，例如约2μm或更小。例如，电极层的厚度可以为从约1μm至约2μm。此外，在一个实施例中，介电层的厚度可以根据前述电极层的厚度来限定。此外，应当理解，介电层的这种厚度也可以适用于任何电极层之间的层。
图1A示出了根据本公开方面的电极构造的一个实施例的俯视图。更具体地，各电极层可以包括交替布置的第一电极层102和第二电极层104，例如如以下参考图1B所述。参照图1A，每个电极层102、104可以包括第一电极106和第二电极108。第一电极106可以具有基底部分114。例如，第一电极106的基底部分114可以在纵向方向上延伸，并且具有在Z方向上延伸的横向边缘。第二电极108可以具有基底部分114。例如，第二电极108的基底部分114也可以在纵向方向上延伸，并且具有在Z方向上延伸的横向边缘。
第一电极106还可以具有中央部分112。中央部分112可以从基底部分114在纵向方向132上延伸。第一电极106的中央部分112可以具有例如在Z方向136上延伸的第一宽度27。此外，第一电极的基底部分114可以具有例如在Z方向上延伸的第二宽度29。就这一点而言，第一宽度27的位置可以在纵向方向132上偏离第二宽度29的位置，使得第二宽度29的位置更接近与其电连接的外部端子。这种构造可以允许调整在横向方向134上相邻的电极的中央部分112之间的重叠区域。在一个实施例中，基底部分114的第二宽度29可以大于中央部分112的第一宽度27。这种宽度上的区别在图1D至图1F中示出，图1D至图1F分别示出了图1C的电容器沿线a-a、b-b和c-c的横截面图。
此外，可以在纵向方向上在第一电极106的中央部分112的纵端和第二电极108的基底部分114的纵端之间形成中央端间隙距离33。因此，在一个实施例中，中央端间隙距离33与电容器长度37的比值可以是0.01或更大，例如0.05或更大，例如0.1或更大，例如0.2或更大，例如0.3或更大，例如0.4或更大。该比值可以是例如0.5或更小，例如0.4或更小，例如0.3或更小，例如0.2或更小，例如0.1或更小。
此外，第一电极106还可以具有连接部分116。连接部分116可以从基底部分114在纵向方向132上延伸。具体地，连接部分116可以在基底部分114和中央部分112之间延伸并连接基底部分114和中央部分112。连接部分116可以具有例如在Z方向136上延伸的第三宽度31。就这一点而言，第三宽度31的位置可以在纵向方向132上偏离第一宽度27的位置和第二宽度29的位置。在一个实施例中，连接部分的第三宽度31可以小于基底部分114的第二宽度29。此外，连接部分的第三宽度31可以大于中央部分112的第一宽度27。就这一点而言，第三宽度31的位置可以在第一宽度27的位置和第二宽度29的位置之间。
在一个实施例中，中央部分112可以具有在纵向方向132上延伸的Z方向边缘112a。这种Z方向边缘可以与连接部分116的边缘116a形成角度41。这种角度41可以大于90°且小于180°。例如，这种角度41可以大于90°，例如为95°或更大，例如100°或更大，例如110°或更大，例如120°或更大，例如130°或更大，例如140°或更大。这种角度41可以小于180°，例如为175°或更小，例如170°或更小，例如160°或更小，例如150°或更小，例如140°或更小，例如130°或更小，例如120°或更小，例如110°或更小。在不旨在受理论限制的情况下，这种构造可以提供大致Y形的电极构造。
在如图2所示的又一实施例中，连接部分116还可以与基底部分114形成角度43。例如，基底部分114可以具有在Z方向136上延伸的纵向边缘130。这种纵向边缘可以与连接部分116的边缘116a形成角度43。这种角度43可以大于90°且小于180°。例如，这种角度43可以大于90°，例如为95°或更大，例如100°或更大，例如110°或更大，例如120°或更大，例如130°或更大，例如140°或更大。这种角度43可以小于180°，例如为175°或更小，例如170°或更小，例如160°或更小，例如150°或更小，例如140°或更小，例如130°或更小，例如120°或更小，例如110°或更小。
连接部分116的这种边缘116a可以在纵向方向132和Z方向136上延伸。在一个实施例中，这种边缘可以是直线形边缘，使得该边缘大致是直线状的。这种直线形边缘在图1A和图2中示出。在另一实施例中，这种边缘可以是具有弯曲/圆形构造的弯曲边缘。
如图1A和图2所示，第一电极106的基底部分114还可以具有在纵向方向132上延伸的特定长度35。就这一点而言，基底部分可以具有在纵向方向上延伸的Z方向边缘114a。一般而言，基底部分的这种长度可以定义为，第一电极和基底部分中与侧表面和外部端子相邻的前缘与基底部分和连接部分之间的过渡点之间的距离。例如，前述Z方向边缘114a一般可以具有0°的斜率，并且斜率改变时所处的点可以被认为是前述的过渡点。无论如何，这种长度可以是如本文所定义的电容器长度37的0.05或更大，例如0.1或更大，例如0.15或更大，例如0.2或更大，例如0.3或更大。这种长度35可以是电容器长度37的0.5或更小，例如0.4或更小，例如0.3或更小，例如0.25或更小，例如0.2或更小，例如0.15或更小。
仍如图1A和图2所示，第二电极108的基底部分114也可以具有在纵向方向132上延伸的特定长度45。这种长度可以是电容器长度37的0.05或更大，例如0.1或更大，例如0.15或更大，例如0.2或更大，例如0.3或更大。这种长度35可以是电容器长度37的0.5或更小，例如0.4或更小，例如0.3或更小，例如0.25或更小，例如0.2或更小，例如0.15或更小。
在一个实施例中，前述长度35和45可以是不同的。在一个特定实施例中，前述长度35和45可以是大致相同的。
此外，第一外部端子118可以具有第一纵向边缘122。第一纵向边缘可以在Z方向136和/或横向方向134上延伸。第一外部端子118的第一纵向边缘122可以在纵向方向上大致与第一电极106的基底部分114的纵向边缘130对齐。这种纵向边缘可以位于基底部分114结束而连接部分116开始的位置处。例如，基于第一电极106的基底部分114的长度，第一外部端子118的第一纵向边缘122可以在第一电极106的基底部分114的纵向边缘130的纵向方向上的5％以内，例如4％以内，例如3％以内，例如2％以内，例如1％以内，例如0.8％以内，例如0.6％以内，例如0.5％以内，例如0.4％以内，例如0.3％以内，例如0.2％以内，例如0.1％以内。
类似地，第二外部端子120可以具有第二纵向边缘124。第二纵向边缘可以在Z方向136和/或横向方向134上延伸。第二外部端子120的第二纵向边缘124可以在纵向方向上大致与第一电极106的基底部分114的纵向边缘130对齐。这种纵向边缘可以位于基底部分114结束而连接部分116开始的位置处。例如，基于第一电极106的基底部分114的长度，第二外部端子120的第二纵向边缘124可以在第一电极106的基底部分114的纵向边缘130的纵向方向上的5％以内，例如4％以内，例如3％以内，例如2％以内，例如1％以内，例如0.8％以内，例如0.6％以内，例如0.5％以内，例如0.4％以内，例如0.3％以内，例如0.2％以内，例如0.1％以内。
此外，第一外部端子118的第一纵向边缘122可以在纵向方向上大致与第二电极108的基底部分114的纵向边缘126对齐。例如，基于第二电极108的基底部分114的长度，第一外部端子118的第一纵向边缘122可以在第二电极108的基底部分114的纵向边缘126的纵向方向上的5％以内，例如4％以内，例如3％以内，例如2％以内，例如1％以内，例如0.8％以内，例如0.6％以内，例如0.5％以内，例如0.4％以内，例如0.3％以内，例如0.2％以内，例如0.1％以内。
类似地，第二外部端子120的第二纵向边缘124可以在纵向方向上大致与第二电极108的基底部分114的纵向边缘128对齐。例如，基于第二电极108的基底部分114的长度，第二外部端子120的第二纵向边缘124可以在第二电极108的基底部分114的纵向边缘128的纵向方向上的5％以内，例如4％以内，例如3％以内，例如2％以内，例如1％以内，例如0.8％以内，例如0.6％以内，例如0.5％以内，例如0.4％以内，例如0.3％以内，例如0.2％以内，例如0.1％以内。
如本文所指示的，可以将介电层和电极层层叠设置以形成叠置体。参照图1B，多个第一电极层102和多个第二电极层104可以以交替镜向构造布置。例如，各电极层可以以相对且分隔开的关系交错排列，每个电极层之间有一介电层。如图所示，各个电极层的中央部分112至少部分重叠。图1B总共示出了四个电极层；然而，应当理解，可以使用任何数量的电极层来获得所需应用的所需电容。例如，电容器可以包括10个或更多的内部电极层，例如25个或更多的内部电极层，例如50个或更多的内部电极层，例如100个或更多的内部电极层，例如200个或更多的内部电极层，例如300个或更多的内部电极层，例如500个或更多的内部电极层，例如600个或更多的内部电极层，例如750个或更多的内部电极层，例如1000个或更多的内部电极层。电容器可以包括5000个或更少的内部电极层，例如4000个或更少的内部电极层，例如3000个或更少的内部电极层，例如2000个或更少的内部电极层，例如1500个或更少的内部电极层，例如1000个或更少的内部电极层，例如750个或更少的内部电极层，例如500个或更少的内部电极层，例如400个或更少的内部电极层，例如300个或更少的内部电极层，例如250个或更少的内部电极层，例如200个或更少的内部电极层，例如175个或更少的内部电极层，例如150个或更少的内部电极层。
本发明提供了一种具有独特的电极布置和构造的多层陶瓷电容器，该电极布置和构造提供了本文所指出的各种益处和优点。就这一点而言，应当理解，在构建电容器中使用的材料可以不受限制，并且可以是如本领域中通常使用的任何材料，并且可以使用本领域中通常使用的任何方法来形成。
总体上，介电层典型地可以由具有特定介电常数的特定类型的材料形成。例如，在一个实施例中，介电层可以由具有相对较高的介电常数(K)的材料形成。这种介电常数的可以大于125，例如为200或更大，例如500或更大，例如1000或更大至约40000或更小，例如约30000或更小，例如约20000或更小。在其他实施例中，介电层可以由具有相对较低的介电常数(K)的材料形成。例如，该介电常数可以为10或更大，例如15或更大，例如20或更大，例如30或更大，例如40或更大，例如50或更大，例如60或更大，例如70或更大，例如80或更大，例如90或更大。该介电常数可以为125或更小，例如110或更小，例如100或更小，例如90或更小，例如80或更小，例如70或更小，例如60或更小，例如50或更小，例如40或更小，例如30或更小，例如20或更小。
一般，这些材料可以包括陶瓷。陶瓷可以是以各种形式提供的，例如，(例如预烧的(pre-fired))晶片或在设备本身内共烧(co-fired)的介电材料。这些类型的材料的具体示例包括例如NPO(COG)、X7R(从约3000到约7000)、X7S、Z5U和/或Y5V材料。应当理解，上述材料由它们的行业所接受的定义来描述，这些定义中的一些定义是由电子工业联盟(Electronic Industries Alliance，EIA)建立的标准分类，因此应该被本领域的普通技术人员所承认。
在一个特定的实施例中，介电层可以包括NPO(COG)材料。一般，这些材料被认为是EIAI类陶瓷材料。这些材料可具有相对较低的温度系数。例如，在不旨在受理论限制的情况下，这些材料的电容随温度的变化可以具有极小的变化。此外，如上所述，这种材料也可以具有相对较低的介电常数。因此，这种材料可以具有相对较小的单位体积电容。
例如，这些材料可以具有如下随温度变化的电容变化：0±30ppm/℃，例如0±25ppm/℃，例如0±20ppm/℃，例如0±15ppm/℃，例如0±10ppm/℃，例如0±5ppm/℃，例如0ppm/℃。换句话说，这些材料在从-55℃至125℃下可以经历±0.3％的变化，例如±0.25％的变化，例如±0.2％的变化，例如±0.15％的变化，例如±0.1％的变化，例如±0.05％的变化，例如0％的变化。对于上述情况，可以使用25℃处的电容值作为参考点。就这一点而言，电容的范围可以为从10pF至0.01μF。例如，电容可以是0.5pF或更大，例如1pF或更大，例如5pF或更大，例如10pF或更大，例如50pF或更大，例如100pF或更大，例如200pF或更大，例如500pF或更大，例如800pF或更大，例如1nF或更大，例如5nF或更大。电容可以是10nF或更小，例如8nF或更小，例如5nF或更小，例如3nF或更小，例如1nF或更小，例如900pF或更小，例如700pF或更小，例如500pF或更小，例如300pF或更小，例如200pF或更小，例如100pF或更小，例如50pF或更小，例如20pF或更小。上述提到的电容可以指电容器的电容。
包括NPO(COG)陶瓷材料的这些陶瓷材料以及所得到的介电层可以包括钙钛矿，例如钛酸钡和相关的固溶体(例如，钛酸锶钡、钛酸钡钙、锆钛酸钡、锆钛酸锶钡、锆钛酸钡钙等)、钛酸铅和相关的固溶体(例如，锆钛酸铅、锆钛酸铅镧)、钛酸铋钠等。在一个特定的实施例中，例如，可以使用分子式为BaxSr1-xTiO3的钛酸锶钡(barium strontium titanate，“BSTO”)，其中x为从0至1，在一些实施例中为从约0.15至约0.65，以及在一些实施例中为从约0.25至约0.6。就这一点而言，在一个实施例中，介电层可以包括钛酸盐。其它合适的钙钛矿可以包括例如：BaxCa1-xTiO3，其中x为从约0.2至约0.8，以及在一些实施例中从约0.4至约0.6；PbxZr1-xTiO3(“PZT”)，其中x的范围为从约0.05至约0.4；锆钛酸铅镧(lead lanthanumzirconium titanate，“PLZT”)；钛酸铅(PbTiO3)；锆钛酸钡钙(BaCaZrTiO3)；硝酸钠(NaNO3)；KNbO3；LiNbO3；LiTaO3；PbNb2O6；PbTa2O6；KSr(NbO3)和NaBa2(Nb2O3)5KHb2PO4。其他另外的复合钙钛矿可以包括A[B11/3B22/3]O3材料，其中，A是BaxSr1-x(x可以是从0至1的值)；B1是MgyZn1-y(y可以是从0至1的值)；B2是TazNb1-z(z可以是从0至1的值)。就这一点而言，在一个实施例中，材料和对应的介电层可以包括钛酸盐，例如钛酸钡。
在又一实施例中，包括NPO(COG)陶瓷材料的这些陶瓷材料以及所得到的介电层可以包括氧化物。例如，氧化物可以包括锌、锆、铌、镁、钽、钛、钴、锶、钕、钐、硅等，或其混合物。在一个实施例中，氧化物可以包括稀土氧化物。在一个实施例中，陶瓷材料至少可以包括二氧化钛。在一个实施例中，陶瓷材料可以包括二氧化锆。在又一实施例中，陶瓷材料可以包括二氧化硅。在一个实施例中，陶瓷材料可以包括二氧化钛、二氧化锆、二氧化硅或其混合物。
在又一实施例中，包括NPO(COG)陶瓷材料的这些陶瓷材料以及所得到的介电层可以包括钛酸盐和氧化物的组合。具体地，陶瓷材料和介电层可以包括钛酸钡和氧化物的组合。
电极和电极层可以由本领域公知的各种不同金属中的任何金属形成。电极层可以由诸如导电金属等金属制成。材料可以包括贵金属(例如，银、金、钯、铂等)、贱金属(例如，铜、锡、镍、铬、钛、钨、铝、锌等)等，及其各种组合。溅射的钛/钨(Ti/W)合金以及相应的铬、镍和金的溅射层也可能是合适的。电极也可以由低电阻材料制成，该低电阻材料例如为银、铜、金、铝、钯等。在一个特定的实施例中，电极层可以包括镍或其合金。在另一特定实施例中，电极层可以包括铜或其合金。
每个电极层102、104可以包括一个或多个电极，例如如下参考图1A至图1C所述。例如，在一些实施例中，每个电极层102、104可以包括第一电极106和第二(对置)电极108。
总体上，本文描述的电容器涉及特定电极构造。然而，应当理解，也可以在电容器内使用本领域中已知的其他类型的电极和/或电极层。例如，这些其他电极和/或电极层可以包括但不限于屏蔽电极、虚设电极(dummy electrode)、浮动电极等。例如，在一个实施例中，电容器可以包括屏蔽电极。在另一实施例中，电容器可以包括虚设电极。在又一实施例中，电容器可以包括浮动电极。此外，这种电极可以具有本领域中公知的任何形状。然而，在一个实施例中，电容器可以不包括屏蔽电极、虚设电极和/或浮动电极。例如，在一个实施例中，电容器可以不包括屏蔽电极。在另一实施例中，电容器可以不包括虚设电极。在又一实施例中，电容器可以不包括浮动电极。
除了包括介电层和电极层102、104的叠置体101之外，多层陶瓷电容器100还可以包含第一外部端子118和第二外部端子120。第一外部端子118可以连接(例如电连接)到第一电极层102的第一电极106和第二电极层104的第二(对置)电极108。第二外部端子120可以连接(例如电连接)到第二电极层104的第一电极106和第一电极层102的第二(对置)电极108。
外部端子118和120可以形成在叠置体101的相应端表面26和28上。然而，外部端子118和120还可以存在于其他表面上。例如，外部端子可以延伸到顶表面和底表面以及两个侧表面22、24。具体地，外部端子118可以延伸到顶表面18、底表面20和侧表面22、24。类似地，外部端子120可以延伸到顶表面18、底表面20和侧表面22、24。
一般，外部端子的平均厚度可以为约500μm或更小，例如约400μm或更小，例如约250μm或更小，例如约150μm或更小，例如约100μm或更小，例如约50μm或更小，例如约40μm或更小，例如约30μm或更小，例如约25μm或更小，例如约20μm或更小。外部端子的平均厚度可以为约5μm或更大，例如约10μm或更大，例如约15μm或更大，例如约25μm或更大，例如约50μm或更大，例如约。例如，外部端子的平均厚度可以为从约5μm至约50μm，例如从约10μm至约40μm，例如从约15μm至约30μm，例如从约15μm至约25μm。在一个实施例中，前述厚度指整个外部端子(例如包括多于一个层的外部端子)的平均厚度。在另一实施例中，前述厚度指外部端子的单层的平均厚度。
关于本文讨论的实施例，外部端子可以由本领域中已知的各种不同金属中的任何金属形成。外部端子可以由诸如导电金属等金属制成。材料可以包括贵金属(例如，银、金、钯、铂等)、贱金属(例如，铜、锡、镍、铬、钛、钨等)等，及其各种组合。在一个特定的实施例中，外部端子可以包括铜或其合金。
外部端子可以是使用本领域中公知的任何方法来形成的。外部端子可以是使用诸如溅射、喷涂(painting)、印刷、化学镀或精铜端接(fine copper termination，FCT)、电镀、等离子沉积、推进剂喷涂(propellant spray)/空气涂刷(air brushing)等技术来形成的。
在一个实施例中，外部端子可以形成为使得外部端子相对较厚。例如，可以通过将金属的厚膜条施加到电极层的暴露部分(例如，通过将电容器浸入液体外部端子材料中)来形成这种端子。这种金属可以在玻璃基体中，并且可以包括银或铜。作为一个示例，这种条可以被印刷并烧制到电容器上。此后，可以在端接条上形成附加的金属(例如镍、锡、焊料等)镀层，使得电容器可焊接到基板上。可以使用本领域中公知的任何方法(例如，通过用于在暴露的电极层上转移载有金属的浆料的端接机和印刷轮)来进行这种厚膜条纹的施加。
厚镀的外部端子的平均厚度可以为约500μm或更小，例如约300μm或更小，例如约200μm或更小，例如约150μm或更小，例如约100μm或更小，例如约80μm或更小。厚镀的外部端子的平均厚度可以为约25μm或更大，例如约35μm或更大，例如约50μm或更大，例如约75μm或更大。例如，厚镀的外部端子的平均厚度可以为从约25μm至约150μm，例如从约35μm至约125μm，例如从约50μm至约100μm。在一个实施例中，前述厚度指整个外部端子(例如包括多于一个层的外部端子)的平均厚度。在另一实施例中，前述厚度指外部端子的单层的平均厚度。
在另一实施例中，外部端子可以形成为使得外部端子是金属的薄膜镀层。这种薄膜镀层可以通过在电极层的暴露部分上沉积诸如导电金属等导电材料来形成。例如，电极层的前缘可以是暴露的，使得该前缘可以允许形成镀覆端子。
薄镀的外部端子的平均厚度可以为约50μm或更小，例如约40μm或更小，例如约30μm或更小，例如约25μm或更小。薄镀的外部端子的平均厚度的范围可以为约5μm或更大，例如约10μm或更大，例如约15μm或更大。例如，外部端子的平均厚度可以为从约5μm至约50μm，例如从约10μm至约40μm，例如从约15μm至约30μm，例如从约15μm至约25μm。在一个实施例中，前述厚度指整个外部端子(例如包括多于一个层的外部端子)的平均厚度。在另一实施例中，前述厚度指外部端子的单层的平均厚度。
一般，外部端子可以包括镀覆端子。例如，外部端子可以包括电镀端子、化学镀端子或其组合。例如，可以通过电镀形成电镀端子。可以通过化学镀形成化学镀端子。
在多层构成外部端子时，外部端子可以包括电镀端子和化学镀端子。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系统，该系统可以允许更快地堆积材料。
在通过任一镀覆方法形成镀覆端子时，电极层的从电容器的主体暴露的前缘经受镀液。在一个实施例中，通过经受，可以将电容器浸入镀液中。
镀液包含诸如导电金属等导电材料，用于形成镀覆端子。这种导电材料可以是任何前述材料或本领域中公知的任何材料。例如，镀液可以是氨基磺酸镍浴液或其它镍溶液，使得镀覆层和外部端子包括镍。替代地，镀液可以是铜酸浴液或其它合适的铜溶液，使得镀覆层和外部端子包括铜。
此外，应当理解，镀液可以包括本领域中公知的其他添加剂。例如，添加剂可以包括可以辅助镀覆工艺的其他有机添加剂和介质。此外，可以使用添加剂，以便在所需pH下使用镀液。在一个实施例中，可以在溶液中采用降低电阻的添加剂，以辅助完全镀层覆盖以及将镀层材料结合到电容器和电极的暴露的前缘。
可以将电容器暴露、浸没或浸入镀液中达预定时间量。这种暴露时间不必受到限制，但可以是充足的时间量以允许沉积足够的镀层材料以形成镀覆端子。就这一点而言，该时间应该足以允许在期望暴露的、相邻的电极前缘之间形成连续的连接。
一般，电镀和化学镀之间的区别在于电镀(例如通过使用外部电源)采用电偏压。电镀溶液典型地可以经受高电流密度范围，例如十至十五amp/ft2(额定电压为9.4伏)。可以通过与需要形成镀覆端子的电容器的负极连接和与同一镀液中的固体材料(例如，铜镀液中的铜)的正极连接，来形成连接。即，电容器被偏压到与镀液的极性相反的极性。利用这种方法，镀液的导电材料被吸引到电极层的暴露的前缘的金属上。
在将电容器浸没或使电容器经受镀液之前，可以采用各种预处理步骤。可以出于多种目的(包括催化、加速和/或改善镀层材料与电极的前缘的粘附性)，来进行这些步骤。
此外，在镀覆或任何其它预处理步骤之前，可以采用初始清洁步骤。可以采用这种步骤来去除形成在电极的暴露的边缘上的任何氧化物堆积。在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辅助去除氧化镍的任何堆积。部件清洗可以通过完全浸没在预清洁浴(例如包括酸性清洁剂的浴)中来实现。在一个实施例中，暴露可以达预定时间，例如约10分钟的数量级。替代地，清洁也可以是通过化学抛光或磨光步骤来实现的。
此外，可以执行激活电极的暴露金属前缘的步骤，以促进导电材料的沉积。可以通过浸没在钯盐中、(通过掩模或激光)光图案化钯有机金属前体、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，目前仅公开了基于钯的活化作为活化方案的示例，该活化方案通常与由镍或其合金形成的暴露接片(tab)部分的活化一起很好地作用。然而，应该理解，也可以使用其它活化方案。
此外，代替前述活化步骤或除了前述活化步骤之外，在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，在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形成电极层的镍墨或组合物中。这样做可以消除钯活化步骤。还应当理解的是，上述活化方法中的一些活化方法(例如有机金属前体)也有助于玻璃形成物的共沉积，以增加与电容器的一般陶瓷主体的粘合性。在如上所述采取活化步骤时，在端接镀覆之前和之后，微量活化剂材料可能经常会保留在暴露的导电部分处。
此外，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/或改善材料的粘附性)，来进行这些步骤。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、激光照射、紫外线(UV)暴露、微波暴露、电弧焊等来进行这种加热。
如本文所指示的，外部端子可以包括至少一个镀层。在一个实施例中，外部端子可以仅包括一个镀层。然而，应当理解，外部端子可以包括多个镀层。例如，外部端子可以包括第一镀层和第二镀层。此外，外部端子还可以包括第三镀层。这些镀层的材料可以是前述和本领域中公知中的任何材料。
例如，一个镀层(例如第一镀层)可以包括铜或其合金。另一镀层(例如第二镀层)可以包括镍或其合金。另一镀层(例如第三镀层)可以包括锡、铅、金或组合(例如合金)。替代地，初始镀层可以包括镍，随后是锡或金的镀层。在另一实施例中，可以形成初始的铜镀层，然后形成镍层。
在一个实施例中，初始或第一镀层可以是导电金属(例如铜)。然后，可以用包含电阻聚合材料的第二层来覆盖该区域以用于密封。然后可以对该区域进行抛光，以选择性地去除电阻性聚合材料，然后再次镀覆上包含导电金属材料(例如铜)的第三层。
初始镀层上方的前述第二层可以对应于焊料阻挡层，例如镍焊料阻挡层。在一些实施例中，可以通过在初始的化学镀或电解镀层(例如镀铜)的顶部上电镀附加的金属(例如镍)层来形成前述层。用于前述焊料阻挡层的其它示例性材料包括镍-磷、金和银。在一些实施例中，前述焊料阻挡层上的第三层可以对应于导电层，例如镀镍、镍/铬、银、钯、锡、铅/锡或其他合适的镀覆焊料。
此外，可以形成一层金属镀层，然后进行电镀步骤，以在这种金属镀层上提供电阻合金或更高电阻的金属合金涂层，例如化学镀镍磷合金。然而，应当理解，可以包括任何金属涂层，如本领域普通技术人员将从本文的全部公开内容中理解的。
应当理解，前述步骤中的任何步骤都可以作为整体工艺进行，例如滚镀、流化床镀和/或流通式镀端接工艺，所有这些都是本领域公知的。这种整体工艺能够一次处理多个部件，从而提供了高效快捷的端接工艺。相对于传统的端接方法(例如需要单独部件处理的厚膜端子的印刷)而言，这是特别的优势。
如本文所述，外部端子的形成通常由电极的暴露边缘的位置引导。由于外部镀覆端子的形成由电容器上选定的外围位置处的、电极层的暴露电金属的构造确定，因此这种现象可以称为“自决定性”。在一些实施例中，电容器可以包括“虚设接片”，以沿着电容器的单片主体的部分提供暴露的导电金属。
应当理解，用于形成电容器端子的附加技术也可以在本技术的范围内。示例性替代包括但不限于通过镀、磁性、掩蔽、电泳/静电、溅射、真空沉积、印刷或用于形成厚膜或薄膜导电层的其它技术来形成端子。
返回参考附图，尤其是图1C，在一些实施例中，第一外部端子118可以具有第一纵向边缘122。该边缘可以在纵向方向132上偏移并且背离端表面26。第二外部端子120可以具有第二纵向边缘124。该边缘可以在纵向方向上偏移并且背离端表面28。第二纵向边缘124可以在纵向方向132上与第一纵向边缘122偏移外部端子间隙距离39。就这一点而言，外部端子间隙距离39可以在纵向方向132上形成。
外部端子间隙距离可以为约100μm或更大，例如约150μm或更大，例如约200μm或更大，例如约300μm或更大，例如约400μm或更大，例如约500μm或更大，例如约600μm或更大。外部端子间隙距离可以为约1000μm或更小，例如约900μm或更小，例如约800μm或更小，例如约700μm或更小，例如约600μm或更小。
参照图1C，在一些实施例中，多层陶瓷电容器100可以在纵向方向132上在电容器的两端之间具有电容器长度37。电容器长度可以为约600μm或更大，例如约700μm或更大，例如约800μm或者更大，例如约900μm或者更大，例如约1000μm或更大，例如约1200μm或更大，例如约1400μm或者更大。电容器长度可以为约3000μm或更小，例如约2500μm或更小，例如约2200μm或更小，例如约1800μm或更小，例如约1600μm或更小，例如约1500μm或更小，例如约1400μm或更小，例如约1300μm或更小，例如约1200μm或更小，例如约1100μm或更小。因此，在一个实施例中，外部端子间隙距离39与电容器长度37的比值可以为0.1或更大，例如0.2或更大，例如0.3或更大，例如0.4或更大，例如0.5或更大，例如0.6或更大，例如0.7或更大。该比值可以为0.9或更小，例如0.8或更小，例如0.7或更小，例如0.6或更小，例如0.5或更小。
类似地，在一些实施例中，电容器100的叠置体101可以在纵向方向132上在电容器的端表面26、28之间具有主体长度47。主体长度可以为约600μm或更大，例如约700μm或更大，例如约800μm或更大，例如约900μm或更大，例如约1000μm或更大，例如约1200μm或更大，例如约1400μm或更大。主体长度可以为约3000μm或更小，例如约2500μm或更小，例如约2200μm或更小，例如约1800μm或更小，例如约1600μm或更小，例如约1500μm或更小，例如约1400μm或更小，例如约1300μm或更小，例如约1200μm或更小，例如约1100μm或更小。因此，在一个实施例中，外部端子间隙距离39与主体长度37的比值可以为0.1或更大，例如0.2或更大，例如0.3或更大，例如0.4或更大，例如0.5或更大，例如0.6或更大，例如0.7或更大。该比值可以为0.9或更小，例如0.8或更小，例如0.7或更小，例如0.6或更小，例如0.5或更小。
在一个实施例中，电容器100或其一部分可以关于在纵向方向132上延伸的纵向中央线对称。在另一实施例中，电容器100或其一部分可以关于在横向方向134上延伸的横向中央线对称。在又一实施例中，电容器100或其一部分可以关于在Z方向136上延伸的Z方向中央线对称。
本公开的各方面涉及一种多层陶瓷电容器，例如具有相对较低的等效串联电阻的电容器。在一个实施例中，电容器可以表现出定向敏感特性。例如，多层陶瓷电容器可以表现出在第二取向上的等效串联电阻比在第一取向上的等效串联电阻高约5％或更多，例如约10％或更多，例如约15％或更多，例如约20％或更多。在第一取向上，多层陶瓷电容器100的纵向方向132可以与安装表面110平行(例如如图1D至图1F所示)。在第一取向上，电极(例如，电极106、108)可以大致垂直于安装表面110。在第二取向上，多层陶瓷电容器100可以相对于第一取向绕纵向方向132旋转90度。因此，在第二取向上，电极(例如，电极106、108)可以大致与安装表面110平行。同时，电容器100可以在第一取向(如图所示)至第三取向上表现出相当的等效串联电阻特性，在该第三取向中，电容器100绕纵向方向132旋转180度(看起来与所示出的基本上类似)。
所公开的电容器可以用于多种应用。例如，这些应用可以包括与通信相关的应用。这些应用可以包括5G、移动设备、需要高频通信的设备、基站、V2X(车联万物技术)等。这些应用还可以包括动力总成、安全装备、ADA等。
测试方法
可以使用测试组件来测试根据本公开方面的电容器的性能特性，例如等效串联电阻。例如，电容器可以安装到测试板。输入线和输出线均可以与测试板连接。测试板可以包括微带线或测试迹线，该微带线或测试迹线将输入线和输出线与电容器的相应外部端子电连接。各测试迹线可以间隔开约0.432mm(0.017英寸)或约0.610mm(0.024英寸)。
可以使用源信号发生器(例如，1806Keithley 2400系列源测量单元(SourceMeasure Unit，SMU)，例如，Keithley 2410-C SMU)将输入信号施加到输入线，并且可以(例如使用源信号发生器)在输出线处测量所得的电容器的输出信号。可以在从1GHz至10GHz的频率范围内确定等效串联电阻。对于具有相同设计和标称尺寸(nominal dimension)的多个电容器，可以重复这种测试方法。
本领域普通技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，对本发明的这些和其他修改和变型进行实践。此外，应当理解，各个实施例的各方面可以全部或部分互换。此外，本领域普通技术人员将理解，前述描述仅是示例性的，并不旨在对在这些所附权利要求中进一步描述的本发明进行限制。

Claims (23)

1.一种多层陶瓷电容器，所述多层陶瓷电容器具有第一端和第二端，所述第二端与所述第一端在纵向方向分隔开，所述纵向方向垂直于横向方向，所述横向方向和所述纵向方向均垂直于Z方向，所述多层陶瓷电容器包括：
叠置体，所述叠置体包括多个介电层和多个电极层，所述多个介电层和所述多个电极层关于所述横向方向而平行；
其中，至少一个电极层包括第一电极，所述第一电极包括连接部分和中央部分，所述中央部分从所述连接部分在所述纵向方向上延伸，其中，所述中央部分包括Z方向边缘，所述连接部分包括在所述纵向方向和所述Z方向上延伸的边缘，其中，所述中央部分的所述Z方向边缘与所述连接部分的所述边缘形成从大于90°至小于180°的第一角度；
第一外部端子和第二外部端子，所述第一外部端子沿着所述第一端设置，所述第二外部端子沿着所述第二端设置。
2.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第一角度是从100°至160°。
3.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述连接部分的所述边缘是直线形边缘。
4.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述连接部分的所述边缘是弯曲边缘。
5.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第一电极还包括基底部分，所述基底部分与所述第一外部端子电连接，其中，所述连接部分从所述基底部分在纵向方向上延伸。
6.根据权利要求5所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第一电极的所述基底部分具有在所述Z方向延伸上的纵向边缘和在所述纵向方向上延伸的长度，其中，所述第一外部端子具有在所述横向方向上延伸的第一纵向边缘，其中，基于所述基底部分的长度，所述第一外部端子的所述第一纵向边缘在所述基底部分的所述纵向边缘的5％内。
7.根据权利要求5所述的多层陶瓷电容器，其中，所述基底部分包括纵向边缘，其中，所述基底部分的所述纵向边缘与所述连接部分的所述边缘形成从大于90°至小于180°的第二角度。
8.根据权利要求7所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第二角度是从100°至160°。
9.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述叠置体在所述纵向方向上在所述多层陶瓷电容器的第一端和第二端之间具有主体长度，其中，所述第一外部端子具有第一纵向边缘，所述第二外部端子具有第二纵向边缘，其中，所述第二纵向边缘在所述纵向方向上与所述第一纵向边缘偏移外部端子间隙距离，其中，所述主体长度与所述外部端子间隙距离的比值为从0.2至0.8。
10.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述多层陶瓷电容器在所述横向方向上关于纵向中央线对称，所述纵向中央线在所述纵向方向上延伸。
11.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述多层陶瓷电容器在所述Z方向上关于横向中央线对称，所述横向中央线在所述横向方向上延伸。
12.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述多层陶瓷电容器被配置为安装到安装表面，使得所述多个电极层与所述安装表面垂直。
13.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述多个电极层中的至少一个电极层包括第二电极，所述第二电极包括与所述第二外部端子电连接的基底部分，其中，在所述第一电极的所述中央部分和所述第二电极的所述基底部分之间在纵向方向上形成有中央端间隙距离。
14.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述第一电极包括铜。
15.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述至少一个电极层还包括第二电极，其中，所述第一电极和所述第二电极包括铜。
16.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述介电层包括NPO材料。
17.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述介电层包括钛酸盐。
18.根据权利要求17所述的多层陶瓷电容器，其中，所述介电层还包括氧化物。
19.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述多层陶瓷电容器在10GHz处表现出小于约30欧姆的等效串联电阻。
20.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述多层陶瓷电容器在5GHz处表现出小于约20欧姆的等效串联电阻。
21.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述多层陶瓷电容器在3GHz处表现出小于约10欧姆的等效串联电阻。
22.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述多层陶瓷电容器在从约2GHz至约10GHz的范围内表现出从约0.1欧姆至约30欧姆的等效串联电阻。
23.根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中，所述多层陶瓷电容器在从约4GHz至约10GHz的范围内表现出从约2欧姆至约20欧姆的等效串联电阻。
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