CN1182946A - 陶瓷电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种陶瓷电容器,它具有较好的电极焊接的性能,即使在高温环境下使用,焊料也极少扩散或不扩散,以及较小的性能恶化。干式涂覆电极具有三层构造。在陶瓷基体的两个表面上分别提供电极的第一层,该层用从Cu、Ni－Cu合金和Zn中的任何一种或几种制成。在第一层的表面上分别提供电极的第二层,它用从Cr、Ni－Cr合金、Fe－Cr合金、Co－Cr合金、Ti、Zn、Al、W、V和Mo中选出的任何一种或几种材料制成。在第二层的表面上提供电极的第三层,它用从Cu、Ni－Cu合金、Ag和Au中的任何一种或几种材料制成。
Description
本发明涉及一种陶瓷电容器，特别涉及一种板状的，在高温环境下使用的陶瓷电容器。
通常，这种类型的陶瓷电容器是这样构成的，即在板状的陶瓷基体(elementassembly)的两个表面上提供电极，而且，将引线端子焊接到每一个电极上。这样，作为一种传统的电极，应用一由易焊接的金属Ag、Cu等等制成的烘烤敷层电极或者湿式涂覆电极，而且曾考虑应用一种由在含在焊料中的Sn很难在其中扩散的金属Ni、Zn等等制成的烘烤敷层电极或湿式涂覆电极。
当在高温的环境下(如，150℃)使用这种具有由Ag、Cu等等制成的烘烤敷层电极或湿式涂覆电极时，包含在用于焊接引线端子的焊料中的Sn扩散到电极中，以致破坏了电极和陶瓷之间的结合强度。相应的，可能还有一个问题，即增加了陶瓷电容器的介质损耗，并且电极和陶瓷之间的缝隙中产生的电晕放电使陶瓷电容器碎裂。
在陶瓷电容器具有由Ni、Zn等等制成的烘烤敷层电极或湿式涂覆电极的情况下，由于包含在焊料中的Sn很难放出，故不会发生上述困难。但是，有另外一个问题从而破坏了焊接操作。相应地，需要使用氯焊剂，这在可靠焊接引线端子上存在问题，还要提供另一个电极在由Ni、Zn等等制成的电极上安装引线端子。
本发明的一个目的是提供一种陶瓷电容器，当焊接电极时，它具有较好的性能，并且即使在高温环境中使用的情形下焊料也不会扩散，而且性能的破坏较小。
为了达到上述目的，根据本发明，提供了一种陶瓷电容器，它包含：
(a)陶瓷元件的部件，以及在陶瓷基体的一个表面上提供的干式涂覆电极；及
(b)干式涂覆电极具有由Cu、Ni-Cu合金和Zn中的任何一种或几种材料制成的第一层，提供在第一层的一个表面上的，材料不同于第一层，由Cr、Ni-Cr合金、Fe-Cr合金、Ti、Zn、Al、W、V和Mo中的任何一种或几种材料制成的第二层，以及提供在第二层的一个表面上的，由Cu、Ni-Cu合金、Ag和Au中的任何一种或几种材料制成的第三层。另外，第一层的厚度最好是500埃或更大，第二层的厚度最好是100埃或更大，而第三层的厚度最好是500埃或更大。
由于上述的构造，第一层在陶瓷元件的部件和电极之间获得适当的结合强度。第二层阻止了焊料(尤其是包含在焊料中的Sn)的扩散在陶瓷元件的部件和电极之间的界面处产生。而且，第三层改善了焊接的操作性。
从下面参照附图对本发明的描述，本发明的其它的特点和优点是显而易见的。
图1是截面图，显示了根据本发明的陶瓷电容器的实施例。
下面将参照附图，解释根据本发明的陶瓷电容器的一个实施例。
如图1中所示，一种陶瓷电容器具有陶瓷元件的部件1，分别形成在陶瓷基体的两个表面上的电极5a和5b；和通过焊料分别焊接在电极5a和5b上的引线端子6a和6b。陶瓷基体1由比如BaTiO3系统，SrTiO3系统和TiO2系统等等的陶瓷介质制成。
电极5a和5b在陶瓷元件的部件1加热到一个预定的温度后，通过干式涂覆的方法形成在陶瓷基体的两个表面上。陶瓷元件的部件1的加热温度是可以选择的，但最后设定在150℃或者更低，以减小陶瓷基体1中的剩余应力。干式涂覆方法包含比如溅射方法、淀积方法，热喷射方法、离子涂覆方法等等。干式涂覆过的电极5a和5b有三层构造。
将电极5a和5b的第一层2a和2b分别提供在陶瓷元件的部件1的两个表面上，且由Cu、Ni-Cu合金和Zn中的任何一种或者几种制成。这些金属或合金对于陶瓷而言是能够获得适当的结合力的金属，且结合力被认为是通过与陶瓷中的氧的获得的适当结合。相应地，在陶瓷元件的部件1和电极5a和5b之间可以获得适当的结合强度。相反地，如果金属(或者合金)和陶瓷中氧之间的结合太弱，则陶瓷元件的部件和电极之间的结合强度不够，而相反，如果结合力太强，由于陶瓷元件的部件的还原(reduction)，而特性将恶化。
在第一层2a和2b的表面上分别提供电极5a和5b的第二层3a和3b，它们由不同于用于第一层2a和2b，且包含了Cr、Ni-Cr合金、Fe-Cr合金、Co-Cr合金、Ti、Zn、Al、W、V和Mo中的任何一种或者几种。这些金属或者合金是在Sn和Pb其中很难扩散的材料，从而焊料9a和9b(特别地，包含在焊料9a和9b中的Sn)的扩散不会延伸到陶瓷基体1和电极5a之间的界面和陶瓷基体1和电极5b之间的界面。相应地，来使电极5a和5b与陶瓷基体1之间的结合强度未被恶化，从而，不会发生介质损耗增加，或由于在电极和陶瓷基体之间产生的缝隙中电晕放电引起陶瓷电容器破碎的问题。
在第二层3a和3b上分别提供电极5a和5b的第三层4a和4b，它们由Cu、Ni-Cu合金、Ag和Au中的任何一种或者几种制成。这些金属或合金是对焊料具有较好润湿性的材料，从而高可靠性地将引线端子6a和6b焊接到电极5a和5b上。
另外，将第一层2a和2b的厚度设定为大约500埃或更大，将第二层的厚度3a和3b设定为100埃或更大，而将第三层4a和4b的厚度设定为500埃或更大。这是因为如果厚度小于上述值，2a到4b各层的上述操作和效果就有不能充分得到危险。通过上述方法得到的陶瓷电容器即使在高温环境下使用，也具有一个较好的电极5a和5b的焊接性能，焊料的较小的扩散特性，以及较小的性能恶化。
另外，根据本发明的陶瓷电容器并不限于上述实施例，还可以在本发明的范围之内有各种修改。特别地，陶瓷基体的形状、电极的形状等等是可以改变的，从而可以根据说明书选择各种形状比如圆形、椭圆形、矩形等等。
下面将参照图1描述本发明的发明人完成的实验结果。以下面的方法制作了用于这个实验的一种陶瓷电容器的样品。当将圆盘状的，由BaTiO3系统制成的，直径为13mm厚度为1.5mm的陶瓷基体1在10-4乇的真空下，加热到150℃或者低于150℃后，将从Cu、Ni-Cu合金和Zn中挑选出来的金属或者合金溅射到陶瓷元件的部件1的上表面和下表面上，从而分别形成厚度至少为500埃的第一层2a和2b。
然后，溅射从Cr、Ni-Cr合金、Fe-Cr合金、Co-Cr合金、Ti、Zn、Al、W、V和Mo中挑选出来的一种金属或合金，从而在第一层2a和2b的表面上分别形成厚度至少为100埃的第二层3a和3b。接着，溅射从Cu、Ni-Cu合金、Ag和Au中挑选出来的一种金属或合金，从而在第二层3a和3b的表面上分别形成厚度至少为500埃的第三层4a和4b。
如上所述，在陶瓷基体1的两个表面上分别形成了电极5a和5b后，将由焊接软铜线制成的并且直径为1.6mm的引线端子6a和6b用焊料9a和9b分别焊接到电极5a和5b上，并观察到那里的焊料的润湿性。另外，在将陶瓷电容器样品在温度125℃下保持1000小时后，测量例如介电常数ε、介质损耗和绝缘电阻等电特性，从而得到表1-1到表1-11所示的测得的结果。这样确定表中焊料的润湿性，从而如果电极5a和5b以及电极9a和9b之间的接触角小于90度时润湿性良好，而如果接触角大于等于90度时润湿性不良。【表1】表1-1
【表2】表1-2
【表3】表1-3
【表4】表1-4
【表5】表1-5
【表6】表1-6
【表7】表1-7
【表8】表1-8
【表9】表1-9
【表10】表1-10
【表11】表1-11
| 电 极 | 焊料润湿性 | 电特性 | ||||
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| Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：3O)Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：30) | ZnZnZnZnAlAlAlAlAlWWWWWVVVVV | Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAu | 良良良良良良良良良良良良良良良良良良良 | 8300830083008300830083008300830083008300830083008300830083008300830083008300 | 0.550.550.550.550.530.530.530.530.530.510.510.510.510.510.510.510.510.510.51 | 60000600006000060000600006000060000600006000060000600006000060000600006000060000600006000060000 |
| 电 极 | 焊料润湿性 | 电特性 | ||||
| 第一层 | 第二层 | 第三层 | ε | 介质损耗(％) | 绝缘电阻(MΩ) | |
| Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90) | MoMoMoMoMoCrCrCrCrCrNi-Cr(90：10)Ni-Cr(90：10)Ni-Cr(90：10)Ni-Cr(90：10)Ni-Cr(90：10)Ni-Cr(20：80)Ni-Cr(20：80)Ni-Cr(20：80)Ni-Cr(20：80) | CuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)Ag-AuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)Ag | 良良良良良良良良良良良良良良良良良良良 | 8300830083008300830082508250825082508250825082508250825082508250825082508250 | 0.510.510.510.510.510.450.450.450.450.450.450.450.450.450.450.450.450.450.45 | 60000600006000060000600007000070000700007000070000700007000070000700007000070000700007000070000 |
| 电 极 | 焊料润湿性 | 电特性 | ||||
| 第一层 | 第二层 | 第三层 | ε | 介质损耗(％) | 绝缘电阻(MΩ) | |
| Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90) | Ni-Cr(20：80)Fe-Cr(83：17)Fe-Cr(83：17)Fe-Cr(83：17)Fe-Cr(Fe：17)Fe-Cr(83：17)Co-Cr(50：50)Co-Cr(50：50)Co-Cr(50：50)Co-Cr(50：50)Co-Cr(50：50)TiTiTiTiTiZnZnZn | AuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90) | 良良良良良良良良良良良良良良良良良良良 | 8250825082508250825082508250825082508250825082508250825082508250825082508250 | 0.450.450.450.450.450.450.450.450.450.450.450.500.500.500.500.500.530.530.53 | 70000700007000070000700007000070000700007000070000700007000070000700007000070000700007000070000 |
| 电 极 | 焊料润湿性 | 电特性 | ||||
| 第一层 | 第二层 | 第三层 | ε | 介质损耗(％) | 绝缘电阻(MΩ) | |
| Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(10：90) | ZnZnAlAlAlAlAlWWWWWVVVVVMoMo | AgAuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAuCuNi-Cu(70：30) | 良良良良良良良良良良良良良良良良良良良 | 8250825082508250825082508250825082508250825082508250825082508250825082508250 | 0.530.530.510.510.510.510.510.490.490.490.490.490.490.490.490.490.490.490.49 | 70000700007000070000700007000070000700007000070000700007000070000700007000070000700007000070000 |
| 电 极 | 焊料润湿性 | 电特性能 | ||||
| 第一层 | 第二层 | 第三层 | ε | 介质损耗(％) | 绝缘电阻(MΩ) | |
| Ni-Cu(10：90)Ni-Cu(1O：90)Ni-Cu(10：90)ZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZn | MoMoMoCrCrCrCrCrNi-Cr(90：10)Ni-Cr(90：10)Ni-Cr(90：10)Ni-Cr(90：10)Nj-Cr(90：10)Ni-Cr(20：80)Ni-Cr(20：80)Ni-Cr(20：80)Ni-Cr(20：80)Ni-Cr(20：80)Fe-Cr(83：17)Fe-Cr(83：17) | Ni-Cu(10：90)AgAuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAuCuHi-Cu(70：30) | 良良良良良良良良良良良良良良良良良良良良 | 82508250825083508350835083508350835083508350835083508350835083508350835083508350 | 0.490.490.490.590.590.590.590.590.590.590.590.590.590.590.590.590.590.590.590.59 | 7000070000700004000040000400004000040000400004000040000400004000040000400004000040000400004000040000 |
| 电 极 | 焊料润湿性 | 电特性 | ||||
| 第一层 | 第二层 | 第三层 | ε | 介质损耗(％) | 绝缘电阻(MΩ) | |
| ZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZn | Fe-Cr(83：17)Fe-Cr(83：17)Pe-Cr(83：17)Co-Cr(50：50)Co-Cr(50：50)Co-Cr(50：50)Co-Cr(50：50)Co-Cr(50：50)TiTiTiTiTiZnZnZnZnZnAlAlAlAlAlW | Ni-Cu(10：90)AgAuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAuCuNi-Cu(10：30)Ni-Cu(10：90)AgAuCu | 良良良良良良良良良良良良良良良良良良良良良良良良 | 835083508350835083508350835083508350835083508350835083508350835083508350835083508350835083508350 | 0.590.590.590.590.590.590.590.590.650.650.650.650.650.630.630.630.630.630.630.630.63O.630.630.63 | 400004000040000400004000040000400004000040000400004000040000400004000040000400004000040000400004000040000400004000040000 |
| 电 极 | 焊料润湿性 | 电特性 | ||||
| 第一层 | 第二层 | 第三层 | ε | 介质损耗(％) | 绝缘电阻(MΩ) | |
| ZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZn | WWWWVVVVVMoMoMoMoMo | Ni-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAuCuNi-Cu(70：30)Ni-Cu(10：90)AgAu | 良良良良良良良良良良良良良良 | 83508350835083508350835083508350835083508350835083508350 | 0.630.630.630.630.630.630.630.630.630.630.630.630.630.63 | 4000040000400004000040000400004000040000400004000040000400004000040000 |
如从这些表知道的，电极5a和5b具有良好的焊接性能，并有非常好的介电常数ε、介质损耗和绝缘电阻的值，从而本发明的效果是很显著的。
如从上面的描述所清楚的那样，根据本发明，由于陶瓷基体的表面上干式涂覆过的电极由用Cu、Ni-Cu合金和Zn中的任何一种或几种金属制成的第一层；提供在第一层的表面上的，用不同于第一层的材料的，Cr、Ni-Cr合金、Fe-Cr合金、Co-Cr合金、Ti、Zn、Al、W、V和Mo中的任何一种或几种材料制成的第二层，和提供在第二层的表面上的，用Cu、Ni-Cu合金、Ag和Au中的任何一种或几种材料制成的第三层构成，因此可以得到这样的陶瓷电容器，它具有较好的电极焊接性能，即使在高温环境焊料也极少扩散或不扩散，以及较小的特性恶化。
虽然已经就本发明特别的实施例对本发明进行了描述，但对熟悉本领域的人来说，许多其它变化和修改以及其它使用是显而易见的。
Claims (16)
1.一种陶瓷电容器，包含：
陶瓷基体以及在所述陶瓷基体的一个表面上的干式涂覆电极；
其特征在于其所述干式涂覆电极在所述陶瓷基体的一个表面上具有用从Cu、Ni-Cu合金和Zn构成的组中选出来的至少一种制成的第一层；在第一层的一个表面上的，材料不同于第一层，用从Cr、Ni-Cr合金、Fe-Cr合金、Co-Cr合金、Ti、Zn、Al、W、V和Mo构成的组中选出来的至少一种制成的第二层；以及在第二层的一个表面上的，用从Cu、Ni-Cu合金、Ag和Au构成的组中选出的至少一种制成的第三层。
2.如权利要求1所述的陶瓷电容器，其特征在于所述第一层的厚度至少约500埃或者更大，所述第二层的厚度至少约100埃或者更大，而所述第三层的厚度至少约500埃或者更大。
3.如权利要求2所述的陶瓷电容器，其特征在于所述第一层是Cu。
4.如权利要求2所述的陶瓷电容器，其特征在于所述第一层是Ni-Cu合金。
5.如权利要求2所述的陶瓷电容器，其特征在于所述第一层是Zn。
6.如权利要求1所述的陶瓷电容器，其特征在于所述第一层是Cu。
7.如权利要求1所述的陶瓷电容器，其特征在于所述第一层是Ni-Cu合金。
8.如权利要求1所述的陶瓷电容器，其特征在于所述第一层是Zn。
9.一种制造陶瓷电容器的方法，其特征在于包含以下步骤：
将陶瓷基体加热到等于或者小于150摄氏度，并在所述经加热的陶瓷基体的一个表面上形成从Cu、Ni-Cu合金和Zn构成的组中选出的至少一种材料的第一层；
在所述第一层的一个表面上形成材料不同于所述第一层的第二层，所述第二层的材料是从Cr、Ni-Cr合金、Fe-Cr合金、Co-Cr合金、Ti、Zn、Al、W、V和Mo构成的组中选出来的至少一种材料；及
在所述第二层的一个表面上形成第三层，所述第三层的材料是Cu、Ni-Cu合金、Ag和Au构成的组中选出的至少一种材料。
10.如权利要求9所述的制造陶瓷电容器的方法，其特征在于所述第一、第二、第三层的每一层都是通过干式涂覆形成的。
11.如权利要求10所述的制造陶瓷电容器的方法，其特征在于所述第一层是Cu。
12.如权利要求10所述的制造陶瓷电容器的方法，其特征在于所述第一层是Ni-Cu合金。
13.如权利要求10所述的制造陶瓷电容器的方法，其特征在于所述第一层是Zn。
14.如权利要求9所述的制造陶瓷电容器的方法，其特征在于所述第一层是Cu。
15.如权利要求9所述的制造陶瓷电容器的方法，其特征在于所述第一层是Ni-Cu合金。
16.如权利要求9所述的制造陶瓷电容器的方法，其特征在于所述第一层是Zn。
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