CN1217590A - 多元件电容器 - Google Patents
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Abstract
多元件电容器在共同壳体中具有至少一个金属电容器和至少一个陶瓷电容器用公共端子。该金属电容元件在频率达100kHz时具有至少1微法的有效串联电容。单个金属电容元件具有在100kHz时小于100毫欧姆的ESR和在120Hz时约小于6%的损耗因子(DF)。用于本发明的陶瓷电容元件,在达约100MHz的频率下具有约0.1微法的等效串联电容。单个陶瓷电容元件具有在1MHz时小于20毫欧姆的ESR和在1KHz时约小于10%的损耗因子。
Description
本发明涉及一种电容器组件，包括在共同壳体中有公共端子的至少一个陶瓷电容元件和至少一个的钽电容元件，用于提高高频特性。这种多电容元件，在较宽频率范围内，比单独任何一种电容元件显示出较低的高频阻抗和等效串联电阻，并带有单独安装操作的节省。
较高速度的微处理器芯片的发展和使用于这些芯片供给电能的电源转换电路(通常开关模式供给)的小型化，已导致增加对少引线印刷、低ESR电容器的需求。这些电容器必须使在开关频率和电源谐波频率下电压输出波动降低到最小。它也用于向微处理器芯片提供局部电能，在如处理器移位的电流要求之类可允许的限度内保持电源电压。
电源在开关频率100kHz下进行工作，而且上述的器件就是这样的器件类型。重要的是，电容器在该频率下呈现低阻抗和等效串联电阻(ESR)以及低等效串联电感(ESL)。用于这种电源中的电容器应该具有大的低频电荷存储量，使得电源能经受输入电能瞬时的变动而不会干扰输出。
以前，电子设备制造厂已经采用金属氧化物和陶瓷电容器的组合，将其并联安装和通过改变连接电路进行连接，以提供电荷存储量和满意的高频阻抗/ESR特性。可惜的是，用以安装这种芯片系统的可用空间随着制造者设计越来越小和更加有效的系统而缩小。制造厂还必须承担每个连接到装配这种电路上的安装费用，而且相互连接的电路的改变引起电路印制板制造厂之间最终所得到的ESL不同。
在高频下应具有低对抗和ESR的电容器元件，能以最小的空间大小安装在电路板上的优点。
还应有助于具有以并联安装金属氧化物和陶瓷电容器方式减少ESL变化的装置。
本发明的目的是提供一种以小型的组件方式在高频下具有低阻抗和ESR，以及有良好的低频电荷存储量的电容器元件。
本发明的另一个目的是提供一个用于减少平行安装金属氧化物和陶瓷电容器的ESL变化的装置。
按照本发明的这些和其它的目的，从这里的描述中将变得更清楚，根据本发明的电容器包括：一个多元件电容组件包括在一个共同的壳体上具有公共端子的至少一个金属氧化物电容元件和至少一个陶瓷电容元件。
根据本发明的电容器，提供在1MHz以上的频率下改善性能超过单个金属氧化物电容元件，并提供紧凑的形状，以便减少电路板连接线数，且使电容器中间连接距离达到最小，而形成与ESL特性一致的电容器。本发明的多元件电容器使电源输出电压波动降到最小，从而改善有关电路，象微处理器之类的逻辑错误率，于是改善了整个系统的稳定性。减少电容器间隙和均匀的中间电容器连接设计也可以改善系统的瞬变响应时间、降低电源噪音，以及允许使用较少电容元件，以便在整个特定的温度和电压波动范围内提供的稳定性。在一致地控制制造厂条件下，通过在电路板装配时的减少对陶瓷电容元件的损伤(例如，热冲击破裂和/或挠曲破裂)，使金属氧化物和陶瓷电容元件的组件增加可靠性。
图1是根据本发明的多元件电容器的一种配置示意图。
图2是与典型的现有技术钽电容器元件的性能比较，说明本发明多元件电容器提高了阻抗和ESR性能的曲线图。
根据本发明的多元件电容器，在共同的壳体内由带有公共引线的至少一个金属电容元件和至少一个陶瓷电容元件制成。优选的组件包括1-5个金属氧化物电容元件和1-5个陶瓷电容元件。特别优选的组合件包括在陶瓷电容元件的两对边上的钽阳极电容元件。
用于本发明的优选的金属电容元件是选自各种金属电容元件之中，在频率直到100kHz时具有有效串联电容为至少1微法，其单个元件呈现出在100kHz时ESR小于100毫欧姆和在120Hz下损耗因数(DF)约小于6％。这些元件的等效串联电容在频率约1MHz下减少到低于使用量值点和由于介质材料与电极之间的内部连接高电阻比较高。该优选的金属氧化物电容元件包括由市场上买得到的钽和铝金属制成的电容元件。请看Piper的美国专利号3686535，这里参照结合其公开内容。
应用于本发明的陶瓷电容元件，在频率直到100MHz下具有至少约0.1微法的等效串联电容。其单个元件具有在1MHz下ESR小于20毫欧姆和在1KHz下损耗因数小于10％。通常这些元件直到频率约100MHz仍能保持其电容量。这样的电容元件一般由至少具有一个正、负电极的一层或多层陶瓷介质材料制成。应用于本发明的陶瓷电容元件，可以由各种不同构形的各种组分制成。一般，请看Sanada的美国专利号5561587；Sano的美国专利号5600533；以及Wilson等的美国专利号5599757，这里参照结合其公开内容。用于本发明中的优选的陶瓷电容元件是由具有X7R温度特性(EIA标准)的介质制成的多层陶瓷电容元件。
电容元件可以在或不在固定前连接到负端子上。例如，该各元件先与导电材料电连接而后固定到端子上、可以直接连接到端子上而没有互连，或以互连本身形成端子的方式进行互连。这些连接物更可取的是由电学上导电的材料，例如焊料或填充金属的黏合剂象银、铜、或填充镍的环氧树脂之类材料制成。
正电极的连接可以用电容性的放电焊接到适当引线架的正端上来完成。然后将所得到的器件封入一般由金属、模塑环氧树脂、或其他适宜的塑性材料制成的适合的壳体中。
本发明的多元件电容器使用一个共同壳体而且各电容元件的端子以各种可能的结构进行配置。形成端子可以有许多方法，包括无电镀镀敷法、溅射涂覆法和/或蒸发金属凝结法。图1示出了一种可行的结构，其中把金属氧化物电容元件1、2配置在陶瓷电容元件3的相对的边上。导电黏合剂4提供一个对负端引线架5的导电共同连接。最好将正引线6焊接或其他永久性地固定于正引线架7上。该陶瓷电容元件3可以用各种方法，例如导电材料8或经过球焊引线(未画出)直接或间接地固定到引线架7上。然后将整个组件密封在由金属、树脂、或适合的塑料制成的适当共同外壳里。
伴随着本发明的多元件电容器，有许多优点。值得注意的是，多元件电容器组件：
·使电容元件两端电压波动降到最小，从而使瞬变引起的有关微处理器或其他有关电路的逻辑错误率降到最低；
·通过削减了与安装陶瓷电容元件有关的额外费用，估计约为陶瓷电容元件价格的4-5倍，而降低整个生产组件的总成本；
·通过在同样的有形的壳体中实际地集成金属和陶瓷电容器，且消除了在电路板连接之间用于外加壳体厚度的所需间隔，而组装上是有效的；
·通过消除在电路板上电容器互连的电感的不规则和不同，改善了最终系统的性能；以及
·减小了由于在焊接场合中例行地遭受到的热应力使陶瓷电容器受损伤。
本发明的多元件电容器可用于各种产品和系统，包括：计算机电源、通用开关方式电源、以及除了主电源外，广义上的局部电荷存储和高频旁路应用。这样的应用包括从移动控制和通信系统逻辑和计算机系统。由电气工程师用本领域现有的技术水平就容易确定这种应用的位置和连接。
实施例
具有两个钽电容元件和一个陶瓷电容元件的多元件电容器，是以钽元件安置在位于中心的陶瓷元件的两边，如图1所示。将填充银的环氧树脂用于把各个元件固定到负端子上。为求出各种频率下与两个钽电容器元件而不包括一个陶瓷电容元件的性能的ESR和阻抗而对该组件进行检测。所得结果的曲线表现为图2。
对该曲线的检验将表明，刚好在超过1MHz处性能上大有改善，而在2-10MHz之间有最佳改善。电路分析指出，这一改善将一直持续到至少100MHz。特别是，将陶瓷元件加入到有两个钽电容器元件的壳体中，与没有陶瓷电容元件的两个钽电容器的阻抗比较，改善综合阻抗，在10MHz下几乎为一个数量级而且在该频率下改善ESR为3-4倍。
应该知道，这里给出的实施例和附图，意在有益于对本发明的理解而不是用作对附属权利要求书范围的限制。
Claims (11)
1．一种多元件电容器组件，包括在一个共同壳体中具有公共端子的至少一个金属电容元件和至少一个陶瓷电容元件。
2．根据权利要求1所述的电容器组件，其特征是，至少包括一个钽电容元件。
3．根据权利要求1所述的电容器组件，其特征是，至少包括配置在所述陶瓷电容元件两边的钽电容元件。
4．根据权利要求1所述的电容器组件，其特征是，所述电容元件的负极是与一导电材料电连接的。
5．根据权利要求4所述的电容器组件，其特征是，所述导电材料包括填充银的环氧树脂。
6．根据权利要求4所述的电容器组件，其特征是，所述导电材料包括焊料。
7．根据权利要求1所述的电容器组件，其特征是，在3MHz下显示的等效串联电阻小于所述至少一个金属电容元件单独的等效串联电阻。
8．根据权利要求1所述的电容器组件，其特征是，在3MHz下显示的阻抗小于所述至少一个金属电容元件单独的阻抗。
9．根据权利要求1所述的电容器组件，其特征是，所述各个电容元件连接在一起并连接到公共端子上。
10．根据权利要求1的电容器组件，其特征是，所述各个电容元件连接到公共端子上而不以其它方式电互连。
11．根据权利要求1的电容器组件，其特征是，一个公共端子电互连上述电容元件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C01 | Deemed withdrawal of patent application (patent law 1993) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |