CN116666112A - 高电容可调多层电容器和阵列 - Google Patents
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Abstract
提供了一种可调多层电容器阵列。该可调多层电容器包括并联连接的多个可调多层电容器。该可调多层电容器在大于约10伏的工作电压下具有大于约0.1微法的初始电容值。该可调多层电容器配置为通过向可调多层电容器阵列施加DC偏置电压而具有可调电容。
Description
本申请是申请日为2018年09月17日且发明名称为“高电容可调多层电容器和阵列”的中国专利申请No.201880077505.4的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求申请日为2017年10月2日的美国临时专利申请序列号62/566,848和申请日为2017年10月9日的美国临时专利申请序列号62/569,757的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
在各种依赖于电介质的可变电介质特性的应用中，已经提出了可调电容器。对于此类电容器，零偏压下的电容通常接近其最大值，并且电容会随着施加的电压而下降。电容的变化允许这些单元可用于在滤波器、匹配网络、谐振电路以及从音频到RF和微波频率的其他应用中创建可调电路。尽管其具有这些优点，但部分由于在高功率和高电压下实现相对较低的电容值，此类电容器的使用受到了相对的限制。因此，目前需要一种具有改进的特性的电压可调的电容器，其可以在更广泛的可能应用中使用。
发明内容
根据本公开的一个实施例，公开了一种可调多层电容器阵列。该可调多层电容器包括并联连接的多个可调多层电容器。该可调多层电容器在大于约10伏的工作电压下具有大于约0.1微法的初始电容。该可调多层电容器配置为通过向可调多层电容器阵列施加DC偏置电压而具有可调电容。该可调多层电容器具有大于约10伏的工作电压。
根据本公开的另一实施例，公开了一种可调多层电容器，其包括与第一有源终端电接触的第一有源电极和与第二有源终端电接触的第二有源电极。电容器还包括与第一DC偏置终端电接触的第一DC偏置电极和与第二DC偏置终端电接触的第二DC偏置电极。电容器还包括设置在第一有源电极和第二有源电极与第一偏置电极和第二偏置电极之间的多个电介质层。电介质层的至少一部分包含可调电介质材料，其在跨第一DC偏置电极和第二DC偏置电极施加所施加的DC电压时呈现可变介电常数。可调多层电容器可以在大于约10伏的工作电压下具有大于约0.1微法的初始电容。
根据本公开的另一实施例，公开了一种部分可调多层电容器阵列。部分可调多层电容器阵列包括可调多层电容器，其配置为通过向部分可调多层电容器阵列施加DC偏置电压而具有可调电容。部分可调多层电容器阵列还包括不可调多层电容器，其与可调多层电容器并联连接。不可调多层电容器的电容值在向部分可调多层电容器阵列施加DC偏置电压时不可调。
根据本公开的另一实施例，公开了一种部分可调多层电容器。部分可调多层电容器包括与第一有源终端电接触的第一有源电极和与第二有源终端电接触的第二有源电极。部分可调多层电容器还包括与第一DC偏置终端电接触的第一DC偏置电极和与第二DC偏置终端电接触的第二DC偏置电极。部分可调多层电容器还包括设置在第一有源电极和第二有源电极和第一偏置电极和第二偏置电极之间的多个电介质层。电介质层的至少一部分包含可调电介质材料，其在跨第一DC偏置电极和第二DC偏置电极施加所施加的DC电压时呈现可变介电常数。多个电介质层的不可调部分在跨所述第一DC偏置电极和第二DC偏置电极施加所施加的DC电压时不呈现可变电容。
根据本公开的另一实施例，公开了一种可调多层电容器阵列。可调多层电容器阵列可以包括并联连接的多个可调多层电容器。可调多层电容器阵列可以具有水平堆叠配置。多个可调多层电容器中的每一个的厚度可以在可调多层电容器阵列的长度方向上延伸。可调多层电容器可以配置为通过向可调多层电容器阵列施加DC偏置电压而具有可调电容。
本发明的其他特征和方面在下面更详细地阐述。
附图说明
在本说明书的其余部分中，更具体地阐述了针对本领域的普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括其最佳模式，并参考附图，其中：
图1以曲线图示出了在一定范围的归一化偏置电压变化内通过使用当前公开的主题可实现的电容的变化；
图2A、2B和2C分别示出了根据当前公开的主题的四终端偏置多层电容器的示例性实施例的截面图、分解平面图和分解透视图；
图2D示出了根据本图2A至图2C的示例性实施例的组装的装置总体侧视、俯视和端部立体图；
图2E和图2F分别示出了本图2A至2D的示例性实施例的分流配置和串联配置代表图；
图3A、3B和3C分别示出了根据当前公开的主题的四终端可调级联配置多层电容器的示例性实施例的截面图、分解平面图和分解立体图；
图3D和图3E分别示出了本图3A至3C的示例性实施例的分流配置和串联配置代表图；
图4A和图4B分别示出了根据当前公开的主题的四终端可调部分偏置配置多层电容器的示例性实施例的立体图和分解平面图；
图4C示出了本图4A和图4B的示例性实施例的代表图；
图5表示根据当前公开的主题的芯片制造自动化过程(CMAP)示例性实施例，其可用于如本文公开的制造装置示例性实施例；
图6示出了根据当前公开的主题的偏置的非对称多层电容器的示例性实施例的截面图；
图7A和图7B分别示出了根据当前公开的主题的偏置的多层电容器的1：1比例重叠对称设计的示例性实施例的截面图和局部放大立体图；
图7C和图7D分别示出了根据当前公开的主题的偏置的多层电容器的1：1比例重叠对称设计的另一示例性实施例的截面图和局部放大立体图；
图8A示出了根据当前公开的主题的偏置的多层电容器的11：1比例非屏蔽非对称设计的示例性实施例的截面图；
图8B示出了根据当前公开的主题的偏置的多层电容器的11：1比例屏蔽非对称设计的示例性实施例的截面图；
图9A和图9B分别示出了根据当前公开的主题的部分可调多层电容器的示例性实施例的截面图和示意图；
图10示出了根据当前公开的主题的成分混合的偏置的多层电容器的示例性实施例的截面图；
图11A-11C分别示出了在本发明的某些实施例中的可用于有源终端和偏置终端的各种对称取向；
图12A-12C分别示出了根据当前公开的主题的方面的可调多层电容器阵列的实施例的侧视图、正视图和立体图；
图13A-13C分别示出了根据当前公开的主题的方面的部分可调多层电容器阵列的实施例的侧视图、正视图和立体图；以及
图14A-14C分别示出了根据当前公开的主题的方面的可调多层电容器阵列的实施例的侧视图、正视图和立体图；以及
图15示出了根据当前公开的主题的方面的可调多层电容器阵列的实施例的立体图。
在整个本说明书和附图中重复使用附图标记旨在表示其相同或类似的特征、元件或步骤。
具体实施方式
本领域的普通技术人员应该理解，本讨论仅是示例性实施例的描述，而无意于限制本发明的更广泛的方面，所述更广泛的方面体现在示例性构造中。
总体来说，本发明涉及一种多层电容器，其包含插设在交替的有源电极层之间的多个电介质层。电介质层的至少一部包括可调材料，其在施加所施加的电压时呈现可变介电常数。更特别地，此类材料同样具有“电压可调系数”，其在从约10％到约90％的范围内，在一些实施例中从约20％到约80％，且在一些实施例中从约30％到约70％，其中“电压可调系数”根据以下通式来确定：
T＝100×(ε0-εV)/ε0
其中，
T是电压可调系数；
ε0是所述材料在没有施加电压的情况下的静态介电常数；以及
εV是材料在施加所施加的电压(DC)后的可变介电常数。
材料的静态介电常数的范围通常从约100到约25,000，在一些实施例中从约200到约10,000，且在一些实施例中从约500到约9,000，例如在范围从约-55℃到约150℃(例如25℃)的工作温度和范围从约100Hz到约1GHz(例如1kHz)的频率下根据ASTM D2149-13确定。当然，应当理解，静态介电常数的具体值通常是基于使用电容器的特定应用来选择的。当施加增加的DC偏置时，介电常数通常会在上述范围内降低。为引起介电常数的理想变化而施加的调整电压通常会相对于施加电场后电介质组分开始变为导电的电压(“击穿电压”)而有所变化，其可以在25℃的温度下根据ASTM D149-13来确定。在大多数实施例中，最大施加的DC偏置电压为电介质组分的击穿电压的约50％或更小，在一些实施例中，约30％或更小，且在一些实施例中，从约0.5％到约10％。
如本领域中已知的，通常可以使用任意的各种可调电介质材料。特别合适的材料是其基础组分包括一种或多种铁电基相的电介质，例如钙钛矿、钨青铜材料(例如铌酸钠钡)、分层结构材料(例如钛酸铋)。合适的钙钛矿物质可以包括例如钛酸钡和相关的固溶体(例如钛酸锶钡、钛酸钡钙、钛酸锆钡、锆钛酸锶钡、锆钛酸钙钡等)，钛酸铅和相关固溶体(例如锆钛酸铅，锆钛酸镧铅)，钛酸铋钠等。在一个特定的实施例中，例如，可以使用化学式为BaxSr1-xTiO3的钛酸锶钡(“BSTO”)，其中x从0到1，在一些实施例中从约0.15到约0.65，且在一些实施例中，从约0.25到约0.6。其他电可调电介质材料可以部分或全部代替钛酸锶。例如，一个示例是BaxCa1-xTiO3，其中x从约0.2到约0.8，且在一些实施例中，从约0.4到约0.6。其他合适的钙钛矿可以包括PbxZr1-xTiO3(“PZT”)，其中x的范围从约0.05到约0.4，钛酸镧铅(“PLZT”)、钛酸铅(PbTiO3)钛酸锆钙钡(BaCaZrTiO3)、硝酸钠(NaNO3)、KNbO3、LiNbO3、LiTaO3、PbNb2O6、PbTa2O6、KSr(NbO3)和NaBa2(NbO3)5KHb2PO4。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到1的值)；B1是MgyZn1-y(y可以是从0到1的值)；B2是TazNb1-z(z可以是从0到1的值)。感兴趣的潜在电介质材料可以通过在交替层中组合两个端元(end-member)组分来形成，如图10的示例性实施例所示。这样的端元组分可以在化学上相似，但是如上所述，A位掺杂剂的比例不同。例如，组分1(图10中的132)可以是通式为(A1x，A2(1-x))BO3的钙钛矿化合物，且组分2(134)可以是通式为(A1y，A2(1-y))BO3的钙钛矿，其中A1和A2来自Ba、Sr、Mg和Ca；潜在B位成员是Zr、Ti和Sn，且“x”和“y”表示每种成分的摩尔分数。化合物1的具体示例可以是(Ba0.8Sr0.2)TiO3，且化合物2可以是(Ba0.6Sr0.4)TiO3。这两种化合物可以以交替层组合在具有可调电极结构的烧结多层电容器中，如图10所示，使得每种材料的介电性质相互叠加。如果需要，钙钛矿材料也可以掺杂稀土氧化物(“REO”)，例如以小于或等于5.0摩尔百分比的量，更优选地从0.1到1摩尔百分比。为此，合适的稀土氧化物掺杂剂可以例如包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥和镱。
不管采用什么特定材料，可调电介质材料的使用可以允许通过由偏置终端施加DC偏置电压来调节所得的电容器的电容。更特别地，电容器包含与第一有源终端(例如，输入终端)电接触的一组第一有源电极和与第二有源终端(例如，输出终端)电接触的一组第二有源电极。电容器还包含与第一DC偏置终端电接触的一组第一DC偏置电极和与第二DC偏置终端电接触的一组第二DC偏置电极。当设置在电路中时，DC电源(例如，电池、恒压电源、多输出电源、DC-DC转换器等)可以通过第一偏置终端和第二偏置终端(它们通常是双极的，因为它们具有相反的极性)向电容器提供DC偏置。电极和终端可以由本领域已知的多种不同金属中的任何一种形成，例如贵金属(例如，银、金、钯、铂等)、贱金属(例如，铜、锡、镍等)，等等，及其各种组合。电介质层插设在相应的有源电极和偏置电极之间。
I.可调多层电容器
无论采用什么特定配置，本发明人发现，通过选择性地控制电介质层的厚度和数目，可以实现紧凑、可调的电容器，该电容器在中至高工作电压范围内在高电容值范围内具有优异的可调性，同时还提供了极低的等效串联电阻。在一些实施例中，电容器可以组成阵列，如后续部分中更详细地描述。在其他实施例中，这些电容器可以用作单独的部件。单独的可调多层电容器可以用于需要高电容的应用中，例如0.1微法(“μF”)或更高的值，在一些实施例中约1μF或更高，在一些实施例中约10μF或更高，且在一些实施例中200μF或更高。例如，这样的电容器可以提供调整能力，其初始电容值的范围从0.1至100μF，在一些实施例中从约0.5μF至约50μF，在一些实施例中从约1μF至约40μF，且在一些实施例中从约2μF至约30μF。电容可调整的程度可以根据需要变化。例如，电容可以如下调节：从电容器的初始电容(即在没有施加DC偏置电压的情况下)的约10％到约100％，在一些实施例中，从约20％到约95％，且在一些实施例中，从初始的电容的约30％到约80％。
如上所述，单独的可调电容器可以呈现低ESR。在一些实施例中，单独的可调电容器的等效串联电阻(ESR)的范围可以从约50毫欧(mΩ)或更低，在一些实施例中，约20mΩ或更低，在一些实施例中，约10mΩ或更低。例如，在一些实施例中，可调电容器的ESR的范围可以从约1mΩ到约50mΩ，在一些实施例中从约5mΩ到约40mΩ，且在一些实施例中从约5mΩ到约20mΩ。
如上述，单独的可调电容器可以在中或高工作电压下工作。工作电压可以称为DC偏置电压(即，跨偏置电极的电压)和/或信号电压(即，跨有源电极的电压)。工作电压通常会相对于施加电场后电介质组分开始变为导电的电压(即“击穿电压”)而有所变化，其可以在25℃的温度下根据ASTM D149-13来确定。在大多数实施例中，工作电压为电介质组分的击穿电压的约50％或更小，在一些实施例中，约30％或更小，且在一些实施例中，从约0.5％到约10％。
例如，可调电容器可以在大于约10V的AC电压(例如，峰间振幅)下工作，在一些实施例中大于约50V，且在一些实施例中大于约100V。例如，在一些实施例中，可调电容器可以在范围从约10V至约300V的电压下工作，在一些实施例中，从约15V至约150V，且在一些实施例中从约20V至约100V。在一些实施例中，可调电容器可以在大于约10V的DC电压下工作，在一些实施例中大于约50V，且在一些实施例中大于约100V。例如，在一些实施例中，可调电容器可以在范围从约10V至约300V的电压下工作，在一些实施例中，从约15V至约150V，且在一些实施例中从约20V至约100V。在一些实施例中，可调电容器可以在具有AC分量和DC分量的电压下工作。
类似地，可调电容器可以使用一定范围的中到高施加的DC偏置电压而可调。例如，在一些实施例中，DC偏置电压可以大于约10V，在一些实施例中大于约50V，且在一些实施例中大于约100V。例如，在一些实施例中，DC偏置电压的范围可以从约10V到约300V，在一些实施例中从约15V到约150V，且在一些实施例中从约20V到约100V。
在一些实施例中，电介质层的厚度的范围可以从约0.5微米(μm)到约50μm，在一些实施例中从约1μm到约40μm，且在一些实施例中从约2μm到约15μm。电极层的厚度的范围可以从约0.5μm到约3.0μm，在一些实施例中从约1μm到约2.5um，且在一些实施例中从约1μm到约2μm，例如，约1.5μm。
有源电极和偏置电极层的总数可以变化。例如，在一些实施例中，有源电极层的总数的范围可以从2到约1,000，在一些实施例中从约10到约700，且在一些实施例中从约100到约500。例如，在一些实施例中，偏置电极的总数的范围可以从2到约1,000，且在一些实施例中从约10到约500。应该理解的是，在附图中描绘和本文中描述的电极层和偏置层的数目仅是说明性的。
在一些实施例中，电容器可以是紧凑的，使得其提供高电容，同时占据其所安装的表面的小体积和/或表面积。因此，例如，电容器可以非常适合安装在印刷电路板上。单独的电容器的长度的范围例如可以是从约1mm到约50mm，在一些实施例中从约2mm到约35mm，在一些实施例中从约3mm到约10mm，在一些实施例中从约3mm到约7mm。单独的电容器的宽度的范围例如可以是从约1mm到约50mm，在一些实施例中从约2mm到约35mm，在一些实施例中从约3mm到约10mm，在一些实施例中从约3mm到约7mm。
类似地，电容器可以具有低轮廓，例如适于安装在电路板上。单独的电容器的厚度的范围例如可以是从约1mm到约50mm，在一些实施例中从约2mm到约35mm，在一些实施例中从约3mm到约10mm，在一些实施例中从约2mm到约4mm。
在替代实施例中，可调多层电容器的初始电容值可以是约100皮法(“pF”)或更高，在一些实施例中约10,000pF或更高，在一些实施例中从约100,000pF到约10,000,000pF，在一些实施例中从约200,000pF到5,000,000pF，且在一些实施例中从约400,000pF到约3,500,000pF。在一些实施例中，部分可调多层电容器的初始电容值的范围可以从0.5到50,000,000pF，在一些实施例中从约100,000pF到约10,000,000pF，在一些实施例中从约200,000pF到5,000,000pF，且在一些实施例中从约400,000pF到约3,500,000pF。同样，在其他实施例中，电容器可以用于需要低电容的应用中，例如小于100pF的值，在一些实施例中约50pF或更低，在一些实施例中从约0.5到约30pF，且在一些实施例中从约1到约10pF。可调多层电容器可以配置为具有任何合适的初始电容值。
II.部分可调多层电容器
此外，本公开的方面涉及部分可调的单独的多层电容器。与等效的完全可调多层电容器相比，部分可调多层电容器可以以改进的分辨率或精度可调。在一些实施例中，施加的电压的每单位变化，部分可调多层电容器可以提供较小的电容变化，从而实现更精确的调整。
与等效的完全可调多层电容器相比，部分可调多层电容器可以在较小的电容值范围内可调。例如，完全可调电容器可以是例如从初始电容值的约10％到约95％可调的。这可以通过向范围从最大DC偏置电压的0％到100％的完全可调电容器施加DC偏置电压来完成。与之相比，在相同的施加的DC偏置电压范围内，大小相当的部分可调多层电容器仅可从初始电容值的约50％调整到约95％。因此，施加的电压的每单位变化，部分可调多层电容器可以提供较小的电容变化。在一些实施例中，部分可调多层电容器可以从初始电容值的约20％到约95％可调，在一些实施例中从约30％到约95％，在一些实施例中从约40％到约95％，在一些实施例中从约50％到约95％，在一些实施例中从约60％到约95％，在一些实施例中从约70％到约95％，且在一些实施例中从初始电容值的约80％到约95％。
在一些实施例中，部分可调多层电容器可以用于需要高电容的应用中，例如0.1μF或更高的值，在一些实施例中约1μF或更高，在一些实施例中约10μF或更高，且在一些实施例中200μF或更高。例如，这样的电容器可以提供调整能力，其初始电容值的范围从0.1至100μF，在一些实施例中从约0.5μF至约50μF，在一些实施例中从约1μF至约40μF，且在一些实施例中从约2μF至约30μF。
替代地，在其他实施例中，部分可调多层电容器的初始电容值可以是约100皮法(“pF”)或更高，在一些实施例中约10,000pF或更高，在一些实施例中从约100,000pF到约10,000,000pF，在一些实施例中从约200,000pF到5,000,000pF，且在一些实施例中从约400,000pF到约3,500,000pF。在一些实施例中，部分可调多层电容器的初始电容值的范围可以从0.5到50,000,000pF，在一些实施例中从约100,000pF到约10,000,000pF，在一些实施例中从约200,000pF到5,000,000pF，且在一些实施例中从约400,000pF到约3,500,000pF。同样，在一些替代实施例中，电容器可以用于需要低电容的应用中，例如小于100pF的值，在一些实施例中约50pF或更低，在一些实施例中从约0.5到约30pF，且在一些实施例中从约1到约10pF。部分可调多层电容器可以配置为具有任何合适的初始电容值。
如上所述，在一些实施例中，可调电容器可以在紧凑的部件中提供在高电容值范围内的可调性。高初始电容和较小的整体尺寸的组合的特征可以是较高的体积效率。例如，可调多层电容器可以具有与初始电容值相关联的初始体积效率。初始体积效率可以如下计算：阵列的初始电容(即，未施加DC偏置电压的情况下)除以阵列的体积。在一些实施例中，初始体积效率可以大于约每立方厘米10微法(“μF/cc”)，在一些实施例中大于约40μF/cc，在一些实施例中大于100μF/cc，且在一些实施例中大于300μF/cc。例如，在一些实施例中，初始体积效率的范围可以从约10μF/cc到约500μF/cc，在一些实施例中从约20μF/cc到约300μF/cc，在一些实施例中从约40μF/cc到约250μF/cc。
III.可调多层电容器阵列
本公开的方面还涉及可调多层电容器阵列。无论采用什么特定配置，本发明人发现，通过选择性地控制单独的电容器中的电介质层的厚度、单独的电容器中的电介质层的数目、阵列中的电容器的物理配置、阵列中的电容器的数目，可以实现紧凑且可调的电容器，该电容器在中至高工作电压范围内在高电容值范围内具有优异的可调性，同时还提供了极低的等效串联电阻。因此，可调电容器阵列可以用于需要高电容的应用中，例如0.1μF或更高的值，在一些实施例中约1μF或更高，在一些实施例中10μF或更高，且在一些实施例中1000μF或更高。例如，这样的电容器可以提供调整能力，其初始电容值的范围从0.1至1000μF，在一些实施例中从约1μF至约500μF，在一些实施例中从约5μF至约300μF，且在一些实施例中从约50μF至约250μF。电容可调整的程度可以根据需要变化。例如，电容可以如下调节：从约10％到约100％，在一些实施例中从约20％到约95％，且在一些实施例中，从其初始值的约30％到约80％。
如上所述，可调电容器阵列可以提供极低的等效串联电阻(ESR)。例如，在一些实施例中，可调电容器阵列的ESR可以是约10mΩ或更低，在一些实施例中约8mΩ或更低，在一些实施例中约4mΩ或更低。例如，在一些实施例中，可调电容器阵列的ESR的范围可以从约0.01mΩ到约10mΩ，在一些实施例中从约0.1mΩ到约8mΩ，在一些实施例中从约1mΩ到约4mΩ。
如上所述，在一些实施例中，可调电容器阵列可以在中到高工作电压下工作。例如，可调电容器阵列可以在大于约10V的电压下工作，在一些实施例中大于约50V，且在一些实施例中大于约100V。例如，在一些实施例中，可调电容器阵列可以在范围从约10V到约300V的电压下操作，在一些实施例中从约15V到约150V，且在一些实施例中从约20V到约100V。
类似地，可调电容器阵列可以在中到高电压的范围内可调。例如，在一些实施例中，DC偏置电压可以大于约10V，在一些实施例中大于约50V，且在一些实施例中大于约100V。例如，在一些实施例中，DC偏置电压的范围可以从约10V到约300V，在一些实施例中从约15V到约150V，且在一些实施例中从约20V到约100V。
在一些实施例中，可调电容器堆叠可以具有“水平堆叠”配置，如下面更详细地解释。这可以提供具有低轮廓的部件，其在高电容值的范围内提供可调性。另外，“水平堆叠”配置可以提供改进的机械稳定性和散热。
高电容和较小的整体尺寸的组合的特征可以是较高的体积效率。例如，可调多层电容器阵列可以具有与初始电容值相关联的初始体积效率。初始体积效率可以如下计算：阵列的初始电容(即，未施加DC偏置电压的情况下)除以阵列的体积。在一些实施例中，初始体积效率可以大于约每立方厘米10μF/cc，在一些实施例中大于约40μF/cc，在一些实施例中大于100μF/cc，且在一些实施例中大于300μF/cc。例如，在一些实施例中，初始体积效率的范围可以从约10μF/cc到约500μF/cc，在一些实施例中从约20μF/cc到约300μF/cc，在一些实施例中从约40μF/cc到约250μF/cc。
在一些实施例中，电容器阵列可以是紧凑的，使得其提供高电容，同时占据其所安装的表面的小表面积。因此，例如，电容器阵列可以非常适合安装在印刷电路板上。例如，电容器阵列的长度的范围可以例如是约5毫米(mm)到约50mm，且在一些实施例中从约10mm到约30mm。电容器阵列的宽度的范围可以例如是从约3mm到约15mm，且在一些实施例中从约5mm到约10mm。
类似地，电容器阵列可以具有低轮廓，例如适于安装在电路板上。在一些实施例中，电容器阵列的高度的范围可以例如是从约3mm到约15mm，且在一些实施例中从约4mm到约10mm。
在一些实施例中，可调电容器阵列可以包括2到24个电容器，在一些实施例中3到12个电容器，且在一些实施例中4到6个电容器。在其他实施例中，可调电容器阵列可以包括多于24个电容器。
IV.部分可调多层电容器阵列
此外，在一些实施例中，部分可调多层电容器阵列可以以类似于上述部分可调多层电容器的方式提供改进的调整分辨率或精度。在一些实施例中，部分可调多层电容器阵列可以例如包括并联连接的可调电容器和不可调电容器。这可以提供具有高初始电容值的阵列，其以如上所述的类似方式以比不可调多层电容器更高的精度可调。例如，在一些实施例中，部分可调多层电容器阵列可以从初始电容值(在没有施加DC偏置电压的情况下)的约20％到约100％可调，在一些实施例中从约30％到约95％，在一些实施例中从约40％到约90％，在一些实施例中从约50％到约85％，在一些实施例中从约60％到约85％，在一些实施例中从约70％到约85％，且在一些实施例中从初始电容值的约80％到约85％。
在一些实施例中，部分可调多层电容器阵列可以用于需要高电容的应用中，例如0.1μF或更高的值，在一些实施例中约1μF或更高，在一些实施例中约10μF或更高，在一些实施例中约100μF或更高，且在一些实施例中1000μF或更高。例如，这样的电容器可以提供调整能力，其初始电容值的范围从0.1至1000μF，在一些实施例中从约0.5μF至约500μF，在一些实施例中从约1μF至约50μF，且在一些实施例中从约2μF至约40μF。
替代地，在其他实施例中，部分可调多层电容器阵列的初始电容值可以是约100皮法(“pF”)或更高，在一些实施例中约10,000pF或更高，在一些实施例中从约100,000pF到约10,000,000pF，在一些实施例中从约200,000pF到5,000,000pF，且在一些实施例中从约400,000pF到约3,500,000pF。在一些实施例中，部分可调多层电容器阵列的初始电容值的范围可以从0.5到50,000,000pF，在一些实施例中从约100,000pF到约10,000,000pF，在一些实施例中从约200,000pF到5,000,000pF，且在一些实施例中从约400,000pF到约3,500,000pF。同样，在其他实施例中，电容器阵列可以用于需要低电容的应用中，例如小于100pF的值，在一些实施例中约50pF或更低，在一些实施例中从约0.5到约30pF，且在一些实施例中从约1到约10pF。部分可调多层电容器阵列可以配置为具有任何合适的初始电容值。
在一些实施例中，部分可调电容器阵列可以包括2到24个电容器，在一些实施例中3到12个电容器，且在一些实施例中4到6个电容器。在其他实施例中，部分可调电容器阵列可以包括多于24个电容器。
V.具体实施例的讨论
现在将更详细地描述本发明的各种实施例。
图1以曲线图形式示出了在一定范围的归一化偏置电压变化内可实现的电容的变化。具体来说，水平轴将归一化的偏置电压绘制为装置的额定电压的百分比，例如从0％到150％。如图所示，装置有效电容的相应变化在垂直轴上绘制，以从没有任何偏置情况下的电容值的变化的百分比表示。如该图1的曲线图所示，沿着相对的直线曲线，归一化偏置电压量的150％的增加接近无偏置电容值的80％减少，如所示出的。以此方式，根据当前公开的主题的电压可调电容器装置有助于在一定范围的使用条件下使效率最大化。
现在参考图2A-2D，现在将更详细地描述可以根据本发明形成的电容器10的一个特定实施例。如图所示，电容器10包含多个电介质层12，它们相对于两组分离的有源电极14和20和两组分离的偏置电极22和26交替堆叠。电容器可以是六面体，例如矩形体。在所示的实施例中，第一有源终端16电连接到第一有源电极14，且第二有源终端18电连接到第二有源电极20。第一偏置电极22经由延伸到电容器10的侧面的延伸构件24(例如，接片)与第一DC偏置(+)终端30电连接。类似地，第二偏置电极26经由延伸构件28与第二DC偏置(-)终端32电连接。因此，所得的电容器10包含四个(4)分离的终端。在一些实施例中，有源终端16、18可以绕在电容器10的相应的端部周围，以提供用于将电容器10电连接到电路中的较大终端16、18。DC偏置终端30、32可以配置为不延伸电容器10的整个侧面的带。然而，在其他实施例中，DC偏置终端30、32可以替代地绕在电容器10的侧面周围，且有源终端16、18可以配置为不沿着电容器的整个端部延伸的带。
图2E和图2F分别示出了本图2A至2D的示例性实施例的分流配置和串联配置代表图。如图所示，还为分流配置提供了相对于偏置输入的接地34。
在上述实施例中，堆叠有源电极使得每个交替的电极连接到相对的终端。在某些实施例中，可以通过使用“级联”配置将交替的层连接到相同的终端，在该级联配置中，每组有源电极横向地间隔开而不是以堆叠方式。这种级联的电容器49的一个实施例在图3A-3C中示出。如图所示，电容器49包含多个电介质层44，它们相对于两组分离的有源电极36和40和两组分离的偏置电极46和50布置。在所示的实施例中，在这一实例中，第一有源终端38与第一有源电极36电连接，且第二有源终端42电连接到第二有源电极40。第一偏置电极46经由延伸到电容器49的侧面的延伸构件48与第一DC偏置(-)终端54电连接。类似地，第二偏置电极50经由延伸构件52与第二DC偏置(+)终端56电连接。图3D和图3E分别示出了本图3A至3C的示例性实施例的分流配置和串联配置代表图。如图所示，还为分流配置提供了相对于偏置输入的接地58。
图4A-4C示出了根据本发明的可以以部分级联配置形成的电容器59的另一实施例。电容器59被视为“部分级联的”，是因为总有源电容区域的仅局部区域60被偏置(见图4A)。如图所示，偏置浮置电极的添加允许施加外部电压以改变由其他因素和特征确定的总电容的介电性能。如这些图所示，电介质层62可以相对于第一组有源电极64和第二组有源电极66、第一组偏置电极68和第二组偏置电极72以及多个浮置电极76交替堆叠。第一有源电极64与第一有源终端78电连接，而第二有源电极66与第二有源终端80电连接。第一偏置电极68经由延伸到电容器59的侧面的延伸构件70与第一DC偏置(+)终端82电连接。类似地，第二偏置电极72经由延伸构件74与第二DC偏置(-)终端84电连接。应当理解，图4A所示的电极层的数目仅是说明性的。
在图7A和7B中示出了根据本公开的方面的又一个实施例。在该实施例中，第一组有源电极114和第二组有源电极120分别以交替的1：1比例图案与第一组偏置电极122和第二组偏置电极126堆叠。参考图7B，在一些实施例中，偏置电极122、126的引线124、128可以配置为凸出的接片。引线124、128可以以如图2D所示的完成形式接触DC偏置终端30、32。应当理解，图7A和7B所示的电极层的数目仅是说明性的。
在图7C和7D中示出了根据本公开的方面的另一实施例。在该实施例中，有源电极114、120可以包括相应的引线125和127，它们可以配置为凸出的接片。引线125、127可以与图7D所示的相应的有源终端16、18电连接。这可以在电容器的层的边缘之间、特别是在层的角部处提供改进的层压，这可以导致更稳健的电容器。此外，该配置可以减少制造期间分层问题的发生。
此外，可以选择接片124、125、126、127的相应的宽度以提供与相应的电极114、120、122、126的更大的电接触(例如，具有较小的电阻)。此外，可以选择与DC偏置电极122、126相关联的接片124、128的宽度和终端30、32的宽度，以避免偏置电极终端30、32和信号电极终端16、18之间的接触。例如，在一些实施例中，接片124、125、126、127可以沿着电容器的边缘的10％或更多延伸，在一些实施例中30％或更多，在一些实施例中60％或更多。应当理解，图7A-7D所示的电极层的数目仅是说明性的。
在上述实施例中，电极通常采用“对称”配置，因为第一有源电极和第二有源电极之间的距离(或电介质厚度)与第一偏置电极和第二偏置电极之间的距离大致相同。然而，在某些实施例中，可能期望改变该厚度以实现“非对称”配置。例如，第一有源电极和第二有源电极之间的距离可以小于第一偏置电极和第二偏置电极之间的距离。在另外的其他实施例中，第一有源电极和第二有源电极之间的距离可以大于第一偏置电极和第二偏置电极之间的距离。这可能会增加针对给定水平的施加的DC偏置而施加的DC场，这将增加给定DC偏置电压的可调性的水平，以及其他。这样的布置还可以允许针对相对适中的DC电压的相对较大的可调性，并且允许使用具有适中可调性的材料(具有潜在的较低损耗和温度/频率可变性)。虽然可以以多种方式实现这种不对称配置，但是通常期望在每对有源电极之间使用附加的“浮置”偏置电极。例如，参考图6，示出了这种非对称电容器的一个实施例，其包含相应的第一有源电极114和第二有源电极120，分别与第一偏置电极122和第二偏置电极126结合。
图8A示出了非对称电容器的另一实施例，其中每第11个电极是有源电极而不是偏置电极(11：1比例设计)。在这种情况下，每个这样的相应的有源电极(例如，AC电极)可以由一对具有相反极性的DC偏置电极界定。因此，可以跨每个AC电极生成偏置场。这样的配置可以在AC信号和DC偏置电压的两个极性之间提供电容耦合，反之亦然。每个AC电极214、220可以设置在一对具有相反极性的偏置电极222、226之间。第一组偏置电极222可以都具有相同的极性，第二组偏置电极226(以虚线示出)可以都具有与第一组偏置电极222相反的相应的极性。该配置可以在每个AC电极214、220与两个DC偏置极性之间提供电容耦合。
图8B示出了根据当前公开的主题的偏置的多层电容器的11：1比例屏蔽非对称设计的示例性实施例的截面图。这类似于图8所示的示例，不同之处在于每个AC电极314、320都由一对具有相同极性的DC电极(322或326)界定。一组置电极322可以都具有相同的极性，且其他组的偏置电极326(以虚线示出)可以都具有相反的极性。虽然具有相同极性的两个DC电极(322或326)之间的材料不能提供调整，但该材料可以潜在地为AC信号提供屏蔽，减少了相关的噪声。这样的配置还可提供仅具有单个DC偏置极性的第一组AC电极314中的每一个之间的耦合。类似地，这样的配置可以仅在第二组AC电极320和相反的DC偏置极性之间提供电容耦合。应当理解，图8和图9所示的电极层的数目仅是说明性的。
图9A示出了根据当前公开的主题的方面的部分可调多层电容器400的示例性实施例的截面图。部分可调多层电容器400可以包括与第一有源终端404电连接的第一组AC电极402和与第二有源终端408电连接的第二组AC电极406。部分可调多层电容器400还可以包括DC偏置电极410，其配置为跨越一个或多个可变电介质区域412施加DC偏置电压，使得可变电介质区域412的介电常数如上更详细地讨论般变化。部分可调多层电容器400还可以包括不可调区域414，其不是通过施加DC偏置电压可调的。例如，在一些实施例中，不可调区域414可以不包含任何DC偏置电极410。替代地，在其他实施例中，不可调区域414可以包含不与任何终端连接的电极，使得可以没有DC偏置电压施加在不可调区域414内。因此，在一些实施例中，不可调部分402中的电介质材料的电容可以不受跨越DC偏置电极410施加的DC偏置电压的影响。
图9B示出了图9A所示的部分可调多层电容器的示意图。在该实施例中，不可调区域414与一个或多个可变电介质区域412并联连接。跨越DC偏置终端施加DC偏置电压可以改变(多个)可调区域412的电容，但是不改变不可调区域414的电容。这可以导致，与等效的完全可调多层电容器相比，部分可调多层电容器在较小的电容值范围内可调。因此，施加的DC偏置电压的每单位变化，电容的变化可以小于等效的完全可调多层电容器。因此，部分可调多层电容器可以提供更大的调整分辨率或精度。
在一些实施例中，有源和DC偏置终端关于电容器的轴线对称地设置。例如，在一个实施例中，电容器可以包含在纵向方向上间隔开的相对的第一端部区域和第二端部区域，以及在横向方向上间隔开的第二侧面区域和第二侧面区域。在某些实施例中，有源终端可以位于电容器的相应的端部区域处，而DC偏置终端可以位于电容器的相应的侧面区域处。当对称地布置时，有源终端和/或DC偏置终端可以距延伸穿过电容器的几何中心的纵向和/或横向轴线等距地间隔。例如，参考图11(a)，示出了电容器1000的一个实施例，其包含纵向轴线“x”和横向轴线“y”，它们彼此垂直且延伸穿过几何中心“C”。在该特定实施例中，电容器1000包含相应的第一有源终端1100和第二有源终端1120，它们位于电容器1000的端部区域处且关于轴线“x”和“y”居中。类似地，电容器1000包含第一偏置终端1140和第二偏置终端1160，它们位于电容器1000的侧面区域处且也关于轴线“x”和“y”居中。
在某些实施例中，还可能期望将两个或更多个终端定位在电容器的同一侧。例如，在图11(b)中，示出了电容器2000的一个实施例，其包含位于同一侧面区域的第一有源终端2100和第二有源终端2140。电容器2000还包含第一偏置终端2160和第二偏置终端2120，它们都位于与有源终端相对的另一侧面区域。尽管有源终端2100和2140仅位于侧面区域，但它们仍可以对称地布置，因为它们都定位为距轴线“x”和“y”等距。类似地，偏置终端2160和2120也定位为距轴线“x”和“y”等距。在上述实施例中，第一有源终端和第一偏置终端定位为与相应的第二有源终端和第二偏置终端相对。当然，这不是必需的。例如，在图11(c)中，示出了电容器3000，其包含相应的第一有源电极终端3100和第二有源电极终端3160，它们以偏移配置位于相对的侧面区域。尽管如此，第一有源终端3100和第二有源终端3160仍对称地布置，因为它们都定位为距轴线“x”和“y”等距。类似地，电容器3000还包含第一偏置终端3120和第二偏置终端3140，它们以偏置配置位于相对的侧面区域，但距轴线“x”和“y”等距。在其他实施例中，终端(例如偏置终端和/或有源电极终端)可以如上所述关于“x”和“y”轴线非对称地配置。
当前公开的主题同样包含用于改进电压可调装置的相关和/或相应方法，例如包括此类装置的生产，以及它们与相关电路的组合使用。作为另一示例，图5表示芯片制造自动化过程(CMAP)86，其可结合本文所公开的制造装置示例性实施例使用。如图所示，过程86可以包括多个连续的阶段，在某些情况下包括三个烘箱，其具有插入的陶瓷工位(interceding ceramic station)或其他步骤/方面，例如使用筛头或升降机和传送带特征，如示意性地示出的。本领域普通技术人员将理解，连续步骤的确切提供将取决于制造本文公开的示例性装置实施例中的哪一个(或其修改)。另外，所指示的各个步骤仅旨在表示所指示步骤的类型，并不表示所需要使用所指示步骤的一般性质以外的其他方面。例如，筛头步骤可以涉及将不锈钢丝网与电极糊剂一起用于电极层的丝网粘贴，或者可以实践用于该步骤的其他技术。例如，可以实践更常规的交替堆叠和层压(使用胶带)的步骤。在任一过程(或其他过程)中，本领域普通技术人员将认识到，可以实践所选择的步骤以制造针对当前公开的主题的给定应用所选择的特定设计。
参照图12A-12C，可通过以“水平堆叠”配置布置单独的电容器10来形成可调多层电容器阵列4000。单独的电容器可以例如参考图2和图7所描述的来配置。与单个电容器10相比，堆叠的电容器堆叠4000可以提供增加的电容和减小的ESR。此外，堆叠的电容器阵列400可以允许例如在印刷电路板上的更容器的制造和安装。此外，堆叠的电容器阵列400可以提供改进的机械稳定性和散热。
在一些实施例中，电容器阵列4000的电容器10可以并联地连接。例如，第一引线框4002可以连接每个第一有源终端16，且第二引线框4004可以连接每个第二有源终端18。第一单个引线4006可以连接每个第一DC偏置终端30，且第二单个引线4008可以连接每个第二DC偏置终端32。在一些实施例中，DC偏置终端30、32可以绕在电容器的侧面周围，如图12B和12C所示。该配置可以在DC偏置终端30、32与每个偏置终端30、32所连接的相应的偏置电极之间提供改进的机械和/或电连接。此外，这样的配置为可以在相邻的电容器10的各个第一DC偏置终端30和各个第二DC偏置终端32之间提供改进的电连接。这可以提供更加弹性的阵列4000。
在其他实施例中，DC偏置终端30、32可以仅设置在电容器10的侧表面上，如图12A所示。这样的配置可以允许电容器10更紧密地布置在阵列4000中，例如导致更紧凑的阵列4000。
通过跨越第一单个引线4006和第二单个引线4008施加DC偏置电压，可以将DC偏置电压施加到阵列4000内的每个电容器10。为了清楚起见，从图12A和图12B中省略了单个引线4006、4008。第一引线框4002和第二引线框4004中的每一个可以包括多个引线4010，其从电容器阵列4000延伸以连接到电路中，例如连接到印刷电路板。在一些实施例中，引线4010可以是笔直的，如图12A所示，而在其他实施例中，引线4010可以向外弯曲成“J”配置，如图12B所示。在另外的其他实施例中，引线4010可以向内弯曲或具有用于安装的任何其他合适的配置。
可调多层电容器阵列4000可以在长度方向4014上具有长度4012，在宽度方向4018上具有宽度4016，且在高度方向4022上具有高度4020。每个电容器10可以布置为“水平堆叠”配置，使得多个可调多层电容器10中的每一个的厚度在阵列4000的长度方向4014上延伸。如图12A和图12B所示，阵列4000的高度4020可以包括阵列4000与阵列4000所安装的表面之间的间隙距离4021(以虚线示出)。间隙距离4021可以在阵列400(包括终端32)的底表面与阵列4000所安装的表面之间测得。引线框4002、4004可以将阵列4000支撑在表面上。间隙距离4021可以有助于将阵列4000与表面热隔离和/或使阵列4000从表面中的应变机械解耦。
参考图13A-13C，部分可调多层电容器阵列5000可以通过以“水平堆叠”配置布置可调多层电容器10和不可调电容器5002(即，不具有调整能力的电容器)来形成。类似于图12A-12C所示的实施例，部分可调多层电容器阵列5000可以包括连接可调多层电容器10的每个第一有源终端16的第一引线框4002和连接可调多层电容器10的每个第二有源终端19的第二引线框4004。此外，第一单个引线4006可以连接可调多层电容器10的每个第一DC偏置终端30，且第二单个引线4008可以连接可调多层电容器10的每个第二DC偏置终端32。为了清楚起见，从图13A和图13B中省略了单个引线4006、4008。类似于参考图12A-12C所述的阵列4000，部分可调阵列5000的可调电容器10可以包括DC偏置终端30、32，它们绕在电容器10的侧面周围，如图13B和图13C所示。在其他实施例中，DC偏置终端30、32可以仅沉积在可调电容器的侧表面上，例如，如图13A所示。
部分可调多层电容器阵列5000可以以类似于上文参考图9A和图9B所述的部分可调多层电容器400的方式提供改进的调整分辨率或精度。当使用单个引线4006、4008跨阵列的DC偏置电极30、32施加最大DC偏置电压时，不可调电容器5002可以增加阵列5000的最小电容。
参考图14A-14C，在一些实施例中，底部端接的阵列6000可以形成为具有沿着阵列6000的底表面布置的第一DC偏置终端30和第二DC偏置终端32。例如，每个电容器10可以具有沿着同一侧布置的相应的第一DC偏置终端30和第二DC偏置终端32。在其他实施例中，DC偏置终端30、32可以均沿着阵列4000的顶表面设置。然而，DC偏置终端30、32可以具有任何适当的配置。
图14A-14C所示的配置可以提供一些优点，包括例如，易于安装、改进的机械耐用性等。例如，DC偏置终端30、32可以更容易地与阵列400所安装的表面(例如，印刷电路板)上的相应的终端连接。在一些实施例中，单个引线4006、4008可以将相应的DC偏置终端30、32与安装表面上的相应的终端连接。然而，在其他实施例中，DC偏置终端可以例如通过焊接与安装表面上的相应的终端直接连接，而不使用单个引线4006、4008。
此外，可以采用上述底部端接的配置以类似于参考图13A-13C所述的实施例的方式来形成部分调整的电容器阵列。例如，在一些实施例中，底部端接的可调电容器10的组合可以以类似于上文参考图13A-13C所述的部分可调阵列5000的方式与不可调电容器5002并联连接。
在其他实施例中，第一组可调电容器10(其具有布置在相对的侧表面上的DC偏置终端30、32，例如如图12A-12C所示)可以用于与第二组可调电容器10(其具有布置在相同的侧表面上(例如在底表面上)的DC偏置终端30、32，例如如图14A-14C所示)形成阵列。这样的配置可以允许第一DC偏置电压施加到第一组可调电容器10且允许不同于第一DC偏置电压的第二DC偏置电压施加到第二组可调电容器10。这可以提供可调阵列4000，其可以基于两个不同的DC偏置电压来调整。在另外的其他实施例中，例如，第一组可调电容器10(其具有布置在底表面上的DC偏置终端30、32)可以与第二组可调电容器10(其具有布置在顶表面上的DC偏置终端30、32)连接成阵列。该配置还可以允许第一DC偏置电压施加到第一组可调电容器10且允许不同于第一DC偏置电压的第二DC偏置电压施加到第二组可调电容器10。这可以提供可调阵列4000，其可以基于两个不同的DC偏置电压来调整。
本领域普通技术人员将理解，具有本文所述和所示的各种配置的可调电容器的另外的其他组合可以形成除本文具体描述的之外的其他阵列。类似地，具有本文所述和所示配置的可调和不可调电容器的其他组合也是可能的。
参考图15，在一些实施例中，电容器阵列4000可以具有垂直堆叠配置。垂直堆叠电容器阵列4000可以类似地具有与一些或所有的第一有源终端16连接的第一引线框4002，且第二引线框4004可以与一些或所有的第二有源终端18连接。第一单个引线4006可以连接一些或所有的第一DC偏置终端30，且第二单个引线4008可以连接一些或所有的第二DC偏置终端32。因此，垂直堆叠电容器阵列4000可以在一些实施例中配置为完全可调电容器阵列，且在其他实施例中配置为部分可调电容器阵列。在一些实施例中，垂直堆叠阵列可以形成为在同一侧具有两个偏置终端30、32，例如使用可调电容器10，其配置为上文参考图14A-14C所示的底部端接可调阵列所述的电容器10。类似地，不同可调和/或不可调电容器的组合可以组合成垂直堆叠阵列4000，如上文参考水平堆叠阵列4000、5000所描述的。
上文参考图12-14所述的水平堆叠配置可以为包括大量的电容器的电容器阵列提供改进的机械稳定性。例如，对于包括多于五个电容器的阵列，垂直堆叠阵列的高度可能变得不适于例如安装到印刷电路板的表面。此外，这样的阵列的高度可能使得阵列在机械上变得不稳定。然而，对于具有少量电容器的阵列，例如五个或更少的电容器，垂直堆叠阵列可以提供较小的足印和较低的轮廓。
VI.应用
本发明的电容器可用于多种应用中，包括例如功率转换电路。在高电容和电压下的可调性可允许电路性能的优化。其他应用可以包括负载点滤波器电路和可变负载电路中的平滑电容器。其他合适的应用可以包括例如波导、RF应用(例如延迟线)、天线结构、匹配网络、谐振电路以及其他应用。
测试方法
电容
电容可以根据MIL-STD-202方法305测量，使用Keithley 3330Precision LCZ仪表，DC偏置为0.0伏、1.1伏或2.1伏(1伏均方根正弦信号)。工作频率为1KHz，温度为约25℃。相对湿度可以为25％或85％.
等效串联电阻(ESR)
等效串联电阻可以使用Keithley 2400、2602或3330Precision LCZ仪表来测量，DC偏置为0.0伏、1.1伏或2.1伏(0.5伏峰间正弦信号)，工作频率为10KHz、50KHz或100KHz。可以测试各种温度和相对湿度水平。例如，温度可以为23℃、85℃或105℃，且相对湿度可以为25％或85％。
示例
根据本公开的方面的可调多层电容器阵列的示例在表1中提供：
表1：示例可调多层电容器阵列
表1中列出的初始电容可以是未施加DC偏置电压的阵列的电容。阵列可以从初始电容的约10％到约95％可调。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可以实践本发明的这些和其他修改和变化。另外，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，以上描述仅是示例性的，并且无意于限制在所附权利要求中进一步描述的本发明。
Claims (35)
1.一种可调多层电容器阵列，包括并联连接的多个可调多层电容器，其中所述可调多层电容器阵列在大于约10伏的工作电压下具有大于约0.1微法的初始电容值，以及其中所述可调多层电容器配置为通过向所述可调多层电容器阵列施加DC偏置电压而具有可调电容。
2.如权利要求1所述的可调多层电容器阵列，其中所述施加的DC偏置电压的范围从约10伏到约300伏。
3.如权利要求2所述的可调多层电容器阵列，其中所述施加的DC偏置电压的范围从约100伏到约300伏。
4.如权利要求1所述的可调多层电容器阵列，其中所述可调多层电容器具有与所述初始电容值相关联的初始体积效率，且所述初始体积效率大于约每立方厘米10微法。
5.如权利要求1所述的可调多层电容器阵列，其中所述初始体积效率的范围从约每立方厘米10微法到约每立方厘米500微法。
6.如权利要求1所述的可调多层电容器阵列，其中所述可调多层电容器阵列的初始电容值大于约1μF。
7.如权利要求1所述的可调多层电容器阵列，其中所述可调多层电容器的电容可从所述初始电容值的约10％调节至约95％。
8.如权利要求1所述的可调多层电容器阵列，其中所述可调多层电容器阵列的等效串联电阻小于约10mΩ。
9.如权利要求1所述的可调多层电容器阵列，其中所述可调多层电容器阵列具有水平堆叠配置，其中所述多个可调多层电容器中的每一个的厚度在所述可调多层电容器阵列的长度方向上延伸。
10.如权利要求1所述的可调多层电容器阵列，其中所述多个可调多层电容器包括五个或更多个可调多层电容器。
11.如权利要求1所述的可调多层电容器阵列，还包括至少一个多层电容器，其不配置为由施加的电压而可调。
12.如权利要求1所述的电容器，其中所述可调多层电容器阵列的长度从约5mm到约50mm。
13.如权利要求1所述的电容器，其中所述可调多层电容器阵列的宽度从约3mm到约15mm。
14.如权利要求1所述的电容器，其中所述可调多层电容器阵列的高度从约3mm到约15mm。
15.如权利要求1所述的可调多层电容器阵列，其中所述多个可调多层电容器中的每一个包括：
与第一有源终端电接触的第一有源电极；
与第二有源终端电接触的第二有源电极；
与第一DC偏置终端电接触的第一DC偏置电极；以及
与第二DC偏置终端电接触的第二DC偏置电极；以及
设置在所述第一有源电极和所述第二有源电极与所述第一偏置电极和所述第二偏置电极之间的多个电介质层，
其中所述电介质层的至少一部分包含可调电介质材料，所述可调电介质材料在跨所述第一DC偏置电极和所述第二DC偏置电极施加所施加的DC电压时呈现可变介电常数。
16.如权利要求15所述的可调多层电容器阵列，还包括：
与每个第一有源终端连接的第一引线框；以及
与每个第二有源终端连接的第二引线框。
17.如权利要求15所述的可调多层电容器阵列，还包括与每个第一DC偏置终端连接的第一单个引线和与第二DC偏置终端连接的第二单个引线。
18.如权利要求15所述的可调多层电容器阵列，其中所述多个可调多层电容器中的至少一个的多个电介质层的厚度的范围从约0.5微米到约50微米。
19.如权利要求15所述的可调多层电容器阵列，其中所述多个可调多层电容器中的至少一个所包括的电介质层的数目的范围从约10到约700。
20.如权利要求15所述的电容器，其中所述多个可调多层电容器中的至少一个的第一有源电极和第二有源电极的总数的范围从约100到约500。
21.如权利要求15所述的电容器，其中所述多个可调多层电容器中的至少一个所包括的电介质材料具有从约10％到约95％的电压可调系数，其中所述电压可调系数根据以下通式来确定：
T＝100×(ε0-εV)/ε0
其中，
T是所述电压可调系数；
ε0是所述材料在没有施加电压的情况下的静态介电常数；并且
εV是所述材料在施加所施加的电压(DC)后的所述可变介电常数。
22.如权利要求21所述的电容器，其中所述多个可调多层电容器中的至少一个所包括的电介质材料的静态介电常数从约100到约10,000，如在25℃的工作温度和1kHz的频率下根据ASTM D2149-13所确定的。
23.如权利要求21所述的电容器，其中所述多个可调多层电容器中的至少一个所包括的电介质材料包括一个或多个铁电基相。
24.如权利要求21所述的电容器，其中所述多个可调多层电容器中的至少一个所包括的电介质材料是钙钛矿、钨青铜材料、分层结构材料或其组合。
25.一种电路，包括如权利要求15所述的可调多层电容器阵列和通过所述第一DC偏置终端和所述第二DC偏置终端向所述电容器提供DC偏置电压的电源。
26.一种可调多层电容器，包括：
与第一有源终端电接触的第一有源电极；
与第二有源终端电接触的第二有源电极；
与第一DC偏置终端电接触的第一DC偏置电极；
与第二DC偏置终端电接触的第二DC偏置电极；以及
设置在所述第一有源电极和所述第二有源电极与所述第一偏置电极和所述第二偏置电极之间的多个电介质层，
其中所述电介质层的至少一部分包含可调电介质材料，所述可调电介质材料在跨所述第一DC偏置电极和所述第二DC偏置电极施加所施加的DC电压时呈现可变介电常数，
且其中所述可调多层电容器在大于约10伏的工作电压下具有大于约0.1微法的初始电容。
27.如权利要求26所述的电容器，其中所施加的DC电压大于约100伏。
28.如权利要求26所述的电容器，其中所述多个电介质层的不可调部分在跨所述第一DC偏置电极和所述第二DC偏置电极施加所施加的DC电压时不呈现可变电容。
29.如权利要求26所述的电容器，其中所述多个电介质层的不可调部分不包括任何偏置电极。
30.如权利要求26所述的电容器，其中所述多个电介质层的不可调部分包括不与任何偏置终端连接的偏置电极。
31.一种可调多层电容器阵列，包括并联连接的多个可调多层电容器，其中所述可调多层电容器阵列具有水平堆叠配置，其中所述多个可调多层电容器中的每一个的厚度在所述可调多层电容器阵列的长度方向上延伸，并且其中所述可调多层电容器配置为通过向所述可调多层电容器阵列施加DC偏置电压而具有可调电容。
32.如权利要求31所述的可调多层电容器阵列，还包括：
至少一个不可调多层电容器，其与所述多个可调多层电容器并联连接。
33.如权利要求31所述的可调多层电容器阵列，其中所述多个可调多层电容器中的每一个包括：
与第一有源终端电接触的第一有源电极；
与第二有源终端电接触的第二有源电极；
与第一DC偏置终端电接触的第一DC偏置电极；
与第二DC偏置终端电接触的第二DC偏置电极；以及
设置在所述第一有源电极和所述第二有源电极与所述第一偏置电极和所述第二偏置电极之间的多个电介质层，
其中所述电介质层的至少一部分包含可调电介质材料，所述可调电介质材料在跨所述第一DC偏置电极和所述第二DC偏置电极施加所述所施加的DC电压时呈现可变介电常数。
34.如权利要求33所述的可调多层电容器阵列，其中：
所述多个可调多层电容器中的每一个的第一DC偏置电极沿着所述可调多层电容器阵列的底表面设置；并且
所述多个可调多层电容器中的每一个的第二DC偏置电极沿着所述可调多层电容器阵列的顶表面设置。
35.如权利要求33所述的可调多层电容器阵列，其中：
所述多个可调多层电容器中的每一个的第一DC偏置电极沿着所述可调多层电容器阵列的底表面设置；并且
所述多个可调多层电容器中的每一个的第二DC偏置电极沿着所述可调多层电容器阵列的底表面设置。
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