CN1595567A - 电容器板上有导电材料空缺图形的电容器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

公开一种构造有增大等效串联电阻(ESR)的电容器的方法。在一个实施例中，电容器包括：由导电材料构成的多个电容器板以及第一电容器终端和第二电容器终端。至少一个电容器板耦合到第一终端，和至少一个电容器板耦合到第二终端。多个电容器板中至少一个电容器板包含导电材料空缺的图形。该图形构成的导电材料空缺可以使电流流过电容器板的路径与连续电容器板比较是基本不同的。利用有导电材料空缺的电容器板，它使电流路径与连续电容器板的路径比较是不同的，从而可以构造有较高ESR的电容器。

Description

电容器板上有导电材料空缺 图形的电容器及其制造方法

技术领域

本发明涉及电容器，具体涉及控制与电容器相关电量的方法。

背景技术

电容器通常用于配电系统中噪声的去耦合和旁路，而且在电子电路中有多种其他的用途。具体应用中对电容器的选择主要基于它们不同的电量。图1表示一个电容器实施例中电容器的等效电路示意图。对于给定的电容器，电量(即，特征)包括：电容量C，等效串联电感ESL，和等效串联电阻ESR。ESL和ESR分量代表寄生的电量。所有这三个电量可以是频率有关的。例如，ESR发生在电容器的容抗与感抗互相抵消的频率(即，谐振频率)下。电容器的感抗在高于谐振频率的频率下可以增大。概括地说，对于给定的电容器，在低于谐振频率的频率下，阻抗一般是电容性，而在高于谐振频率的频率下，阻抗一般是电感性。在谐振频率下，电容器的阻抗是电阻性。图2表示一个实施例中典型电容器的阻抗分布曲线图。

电子系统中通常使用的一种电容器是多层陶瓷电容器(MLCC)。图3是一个实施例中多层陶瓷电容器的侧视图。部分地由于电容器板的数目，多层陶瓷电容器可以在小的包装下展示相对大的电容量。小的体积尺寸有助于限制电感量。导体中的电阻损耗取决于各种因素，例如，金属板的数目和尺寸，金属板的厚度和电导率，以及电容器终端的电阻。

在一些应用中，我们需要低的ESR值。然而，其他的一些应用需要适度或甚至高的ESR。一般地说，电容器的ESR最佳值取决于它在应用中的作用。在给定的电容器下，存在增大ESR的各种方法。增大ESR的一种方法是使电阻(例如，来自离散电阻器)与电容器串联。虽然这种方法可以增大ESR，但它还可以增加离散电阻器的电感。或者，可以利用钽和铌电容器代替多层陶瓷电容器，钽和铌电容器在相同的电容量下有较高的ESR值。然而，钽和铌电容器可能远远大于多层陶瓷电容器，而且还可能有较大的电感。因此，这些解决方案不能满足有较高的ESR值而没有不利地影响电感的要求。

发明内容

公开一种构造有增大等效串联电阻(ESR)的电容器的方法。在一个实施例中，电容器包括：由导电材料构成的多个电容器板(至少一对电容器板，该对电容器板中每个电容器板耦合到不同的终端)以及第一电容器终端和第二电容器终端。至少一个电容器板耦合到第一终端，和至少一个电容器板耦合到第二终端。多个电容器板中至少一个电容器板包含导电材料空缺的图形。该图形构成的导电材料空缺可以使电流流过电容器板的路径与连续电容器板的路径比较是基本不同的。利用有导电材料空缺的电容器板，它使电流路径与连续电容器板的路径比较是不同的，从而可以构造有较高ESR的电容器。

在一个实施例中，多个电容器板耦合到第一电容器终端和多个电容器板耦合到第二电容器终端。每个电容器板的整个边缘可以连接到它各自的终端。或者，可以利用包含部分边缘(其中该部分与边缘不是同尺度)的边缘连接以连接电容器板到它各自的终端。

一个或多个电容器板可以包含导电材料空缺的图形。电容器可以分成几个区，其中图形局限于一个区。这可以保证电容器的等效串联电感(ESL)与电容器板不包含导电材料空缺图形的可比较电容器基本相同。类似地，可以按照尺寸和形状制作导电材料空缺的图形，使具有这些电容器板的电容器电容值与连续电容器板的可比较电容器基本相同。

在一些实施例中，可以按照这样的方式建立导电材料空缺的图形，其中一个或多个电容器板连接到它们各自的终端。在这些实施例中，仅仅部分的电容器板边缘电耦合到它各自的终端。因此，在电容器板与各自终端之间存在导电材料空缺，它迫使电容器板与终端之间的所有电流流动通过构成电路连接的尺寸缩小区域。

附图说明

在阅读以下的详细描述和参照附图之后，本发明的其他特征是显而易见的，其中

图1(现有技术)是一个实施例中电容器等效电路的示意图；

图2(现有技术)是一个实施例中电容器阻抗分布的曲线图；

图3(现有技术)是一个实施例中多层陶瓷电容器(MLCC)的侧视图；

图4A是一个实施例中有图形的导电片视图，该图形确定导电材料空缺的部分导电片，它说明因图形而变化的电流流动；

图4B是另一个实施例中有图形的导电片视图，该图形确定导电材料空缺的部分导电片，它说明因图形而变化的电流流动；

图4C是一个实施例中电容器安装到印刷电路板的视图，它说明高频电流路径；

图5是一个实施例中电容器安装到印刷电路板的视图，其中电容器板垂直于印刷电路板；

图6A是一个实施例中具有输入/输出连接的垂直取向电容器板的视图；

图6B是一个实施例中垂直取向电容器板的视图，其中电容器板是交差放置的，使每个电容器板的整个边缘连接到电容器终端；

图7是一个实施例中有水平取电容器板的多层陶瓷电容器。

虽然本发明对于各种改动和变化形式是敏感的，此处所展示的实施例是作为附图中的例子，并在以下给予详细地描述。然而应当明白，这些附图和描述不是使本发明限制于此处公开的具体形式，与此相反，本发明覆盖所有的改动，等效内容和其他方案，这些改动，等效内容和其他方案都是在所附权利要求书限定的本发明精神和范围内。

具体实施方式

现在参照图4A，图4A表示一个实施例中有图形的导电片，该图形确定导电片中导电材料的空缺。该图说明电流路径因存在图形确定的空缺是如何变化的(与连续导电片比较)。在所示实施例中，导电片400是导电材料的薄片。电流从导电片的正电荷端流过导电片400到负电荷端。我们假设，这个附图中导电片的末端(正端标记为‘+’和负端标记为‘-’)整体地耦合到导电终端。

在所示的实施例中，导电片400包含图形410。图形410代表从导电片中已去除导电材料的区域。此处所示的图形仅仅作为例子，它可以有各种形状和尺寸。此外，去除导电材料的区域是相对地小，因此，利用导电片制成的电容器电容量基本上不受去除材料的影响。

如上所述，电流是从导电片的正电荷端通过导电片400流到负电荷端。由于存在图形410，电流发生很大的变化。更具体地说，从导电片的正电荷端流动到负电荷端的一些电流被迫从导电片的中部流动到侧边以绕过该图形。因此，要求一些电流比没有图形时传输较大的距离。由于电阻是材料的导电片电阻率与电流必须传输通过该材料距离的乘积，所以导电片400的电阻因存在图形410而增大。除了一些电流必须传输较大的距离以外，导电片400边缘附近因存在图形410发生电流拥挤而使电阻进一步增大。

在这个公开内容中，应当注意，术语“图形”是指导电片或导电板(例如，电容器板)中存在导电材料空缺的区域。类似地，应当注意，术语“图形制作”是指在导电片或导电板中建立这些空缺的动作。在一个实施例中，可以通过从导电片或导电板中去除材料而建立空缺。在另一个实施例中，可以通过制成有现存空缺的导电片或导电板而建立空缺。在另一个实施例中，可以按照这样的方式连接导电片或导电板到电容器终端而建立空缺，其中仅仅部分的导电片/导电板边缘连接到终端，从而在终端与边缘之间留下一个或多个空缺。

图4B是另一个实施例中有图形的导电片视图，该图形确定导电片中导电材料的空缺。在这个具体的实施例中，导电片400包括：正电荷边缘连接412和负电荷边缘连接414。因此，边缘连接412和414与导电片的边缘410不是同尺度，虽然它们可以宽于此处所示的终端。然而，由于流过导电片400的所有电流必须传输通过边缘连接412和414，电流拥挤发生在这些连接的附近。除了在图形410边缘的附近和电流因图形410而重新定向发生的电流拥挤以外，通过边缘连接的电流拥挤可以使电流流过导电片400提供附加的电阻。利用参照图4A和4B描述的技术，可以构造与不利用该技术比较有较高等效串联电阻(ESR)的电容器。还应当注意，可以单独地使用这些技术，以及边缘连接是增大ESR主要方法(或在某些情况下，它是唯一的方法)的实施例是可行的。以下参照图6A讨论一个这样的实施例。

如上所述，导电片(或导电平面)上的图形可以有各种形状和尺寸。例如，给定相同尺寸的导电片，若图形覆盖导电片400较大的宽度(例如，造成附加的电流拥挤)与图形覆盖较小的宽度进行比较，则类似于图4A或4B中图形410的图形可以有较大的电阻。在另一个实施例中，一系列小的图形可以出现在导电片上以增大电阻。图形之间还可以互相交差，它可以增大电流必须传输通过导电片的距离。电容器板还可以包含与电容器中位置有关的图形，其中一些电容器板含图形，而另一些电容器板不含图形，如以下参照图4C所说明的。

有各种方法可以制成有空缺的导电片(或电容器的导电板)。例如，在一个实施例中，借助各种方法从导电材料片或板中去除导电材料，例如，化学蚀刻或利用激光。在另一个实施例中，可以借助于现有的空缺制成导电片或导电板。例如，导电材料可以沉积到包含电容器中所用介质材料的基片上。一般地说，可以利用任何合适的方法建立有图形的导电片或导电板，该图形确定导电材料的空缺。这些图形可以与导电片同时制成，或在制成导电片之后完成。

还应当注意，在一些实施例中，图形确定的空缺可能没有延伸通过导电片的整个厚度。在其他一些实施例中，空缺确实延伸通过导电片的整个厚度。

图4C是一个实施例中电容器安装到印刷电路板的视图，它说明高频电流路径。在所示的实施例中，电容器450是多层陶瓷电容器，虽然其他的实施例也是可行的。电容器450安装到印刷电路板(PCB)470上。具体地说，通过电容器终端456和458与焊盘477和479的分别耦合，电容器450安装到PCB 470上。焊盘477和479分别耦合到通道471和473，而通道471和473又分别耦合到导电平面472和474。多个电容器板455耦合到每个电容器的终端456和458。

高频电流环路通过电容器450的较低部分以及通道471和473和导电平面472和474。如此处所使用的术语“高频”是指高于电容器谐振频率的那些频率。所有的电容器有谐振频率。在低于谐振频率的频率下，容抗是电容器阻抗分布的主要分量，并随频率的增大而减小。在电容器的谐振频率下，容抗与感抗互相抵消，因此，电阻分量(即，等效串联电阻，即ESR)是电容器阻抗分布的主要分量。在高于谐振频率的频率下，感抗是电容器阻抗分布的主要分量，并随频率的增大而增大。在谐振频率或低于谐振频率的频率下，流过电容器450的电流往往沿整个终端456和458以及沿每个电容器板455分布。然而，在高于电容器谐振频率的频率下(其中感抗是主要的阻抗分量)，电流往往更局限于电容器的较低区域。

因为电流在较高频率下往往局限于电容器的较低区域，理想的是，增大电容器ESR的任何试图不会增大电容器的等效串联电感(ESL)。因此，可以把电容器分成阻止区和允许图形制作的第二区。由于要求电流传输通过有去除材料图形的电容器板的较大距离，电流经过的相应电感也可能增大。然而，在等于或低于谐振频率的频率下，感抗是电容器阻抗中可忽略的分量。因此，通过限制图形制作到附图所示的上部区域(‘图形制作OK’)和避免图形制作到阻止区，可以增大电容器的ESR而对其ESL没有重大的影响。

图5是一个实施例中电容器安装到印刷电路板上的视图，其中电容器板相对于印刷电路板是垂直的。在所示的实施例中，电容器450包括多个垂直取向(即，在安装电容器之后垂直于印刷电路板)的电容器板455，和电耦合到导电平面472和474。为了清楚起见，仅画出电容器450的电容器板。类似地，仅画出印刷电路板的导电平面(以及安排在它们之间的介质材料480)。虽然在这个实施例中仅展示两个电容器板455，有更大数量电容器板的实施例是可行的。电容器还可以包括：电耦合每个电容器板到导电平面472和474(一个电容器板耦合到472，另一个电容器板耦合到474)的终端。这些终端可以沿整个电容器板边缘接触电容器板，或者可以仅仅接触部分的边缘。应当注意，具有多个(即，大于2个)终端的电容器实施例是可行的。

如同参照图4C所讨论的例子，一个或两个电容器板455中确定导电材料空缺的图形是在阻止区之上的区域。这可以增大电容器的ESR(相对于电容器板没有空缺的类似电容器)而不增大ESL。一般地说，理想的是，电流传输通过电容器的输入点和输出点尽可能接近PCB以缩短高频电流环路的距离。

在一个实施例中，电耦合电容器板455到导电平面472和474的终端可以位于电容器的底部附近。在另一个实施例中，电容器450可以就是安装在其侧面的普通二终端电容器，虽然必须十分小心以保证确定导电材料空缺的任何图形位于电容器的上部(即，远离安装到印刷电路板的电容器部分)。

现在讨论图6A，图6A表示一个实施例中具有输入/输出连接的垂直取向电容器板。在所示的实施例中，电容器板455可以是部分的电容器，其电容器板在安装电容器之后垂直于PCB。每个电容器板455包含边缘连接465。边缘连接465用于电路连接每个电容器板455到它们各自的终端(此处没有明确地画出)。在这个具体的实施例中，每个边缘连接465仅仅接触它各自部分的电容器板455。因此，流入或流出每个电容器板455的电流在传输通过电容器板455与边缘连接465之间接口时可能遭遇电流拥挤。与电容器板的整个边缘与终端耦合的实施例比较，这种电流拥挤也可以产生较大的ESR值。通过电路耦合仅仅部分的电容器板边缘而不是整个边缘，就在电容器板与终端之间存在导电材料空缺的区域，因此，迫使电流通过受限制的区域而流入或流出电容器板。与一个或多个电容器板的整个边缘电路耦合到各自终端的类似电容器比较，这种电流流动的重新定向可以导致有较高ESR的电容器。

边缘连接465处在不同的位置，可以控制图6A所示实施例中的电感(ESL)。为了得到最低的ESL值，边缘连接465的位置尽可能接近高频电流路径，可以使高频电流传输最短的距离。一个或多个边缘连接465的位置远离高频电流路径可以增大ESL。因此，边缘连接处在不同的位置，如图6A的实施例所示，可以控制电容器的ESL。

图6B是一个实施例中垂直取向电容器板的视图，其中电容器板的交差位置使每个板的整个边缘连接到电容器终端。在所示的实施例中，电容器板455是这样交差的，使每个板的整个边缘连接到各自的终端(未画出)。因此，与参照图6A讨论的实施例对比，来自相关终端的电流可以在其边缘的任何点输入或输出电容器板455。

一个或多个电容器板455可以包含图形410。图形410代表已去除导电材料的部分电容器板455。因此，在横跨图形的宽度上存在间隙，而流过电容器板455的电流是受图形的形状和尺寸的限制。在这个具体的实施例中，输入(或输出)有所示图形的电容器板455的电流必须沿绝大部分电容器板长度的边缘传输，从而迫使一些电流比没有图形的电容器板传输较大的距离通过电容器板，因此，还沿图形附近的边缘发生电流拥挤。此外，图形的形状以及它与电容器板边缘的接近可以导致附加的电流拥挤。

虽然此处所示实施例中的图形410相对于电容器板的尺寸有很大的宽度，但是应当注意，任何这种图形的宽度可以远远小于电容器板的尺寸。因此，可以存在不同尺寸和形状的一个或多个导电材料的空缺，它对电容器电容量的影响是可忽略的。换句话说，确定导电材料空缺的图形宽度(在一个例子中，还可以影响其他的尺寸)可以是非常小。因此，可以制作这样的图形，导电材料的空缺形状对ESR有很大的影响，而对电容器的ESL或电容量基本没有影响。

虽然此处仅展示单个图形，但是应当注意，还可以有其他的实施例，其中可以制作确定导电材料空缺的多个图形。给定电容器板上可以实现的图形数目没有理论限制。此外，实际制作的图形可以有各种形状，因此，图形不局限于此处所示的具体形状。图形的准确数目，以及它们的尺寸，形状，和位置可以由具体实施方案中所需的ESR确定。

图7是一个实施例中有水平取向电容器板的多层陶瓷电容器的视图。图7表示另一个实施例中电容器450的顶视图和侧视图。在这个具体的实施例中，电容器450的主体宽于电容器的终端456和458，这两个终端的取向是朝向特定的一侧。

为了增大电容器的ESR而不严重影响它的电容量或ESL，可以在终端限定的区域之外制作图形。此处所示电容器450的具体实施方案是有叠层电容器板的多层陶瓷电容器。在电容器主体延伸到电容器终端之外的部分，可以在垂直叠层电容器板内的任何地方完成图形制作。在电容器主体没有延伸到终端限定宽度之外的部分，存在一个阻止区。在阻止区之上的垂直叠层区域内可以完成图形制作。然而，为了防止或减小图形制作对电容器ESL的任何影响，图形制作通常不是在阻止区内完成的。这是因为阻止区是高频电流环路的部分，因此，在这个区域制作图形能够影响高于谐振频率的阻抗分布，在高于谐振频率下感抗是主要分量。

虽然此处所展示的实施例已应用于各种类型表面安装电容器，其他有制成图形电容器板的电容器实施例也是可行的。一般地说，图形制作可以在任何电容器中完成，其中所需的ESR大于没有制作图形的相同或类似电容器的ESR。

虽然本发明的描述是参照具体的实施例，但是应当明白，这些实施例是说明性的，本发明不受此限制。对上述实施例的任何变化，改动，添加和改进是可能的。这些变化，改动，添加和改进是在以下权利要求书所限定的本发明范围内。

Claims (30)

1.一种构造电容器的方法，该方法包括：

提供由导电材料构成的多个电容器板，其中多个电容器板中至少一个电容器板包含导电材料空缺的图形；和

耦合多个电容器板到包含第一终端和第二终端的电容器终端，其中多个电容器板中至少一个电容器板耦合到第一终端和多个电容器板中至少一个电容器板耦合到第二终端。

2.按照权利要求1的方法，其中导电材料空缺的图形是在电容器板边缘的内部。

3.按照权利要求1的方法，还包括：多个电容器板中每个电容器板是这样安排的，当电容器安装到印刷电路板(PCB)上时，电容器板相对于PCB是垂直的。

4.按照权利要求1的方法，还包括：把电容器分成第一区和第二区，其中该图形位于第二区，且其中第一区包含第一终端或第二终端中的一个终端。

5.按照权利要求4的方法，其中当电容器安装到PCB上时，电容器板相对于PCB是水平的。

6.按照权利要求1的方法，其中电容器的电容量与类似电容器比较是基本相同的，其中类似电容器的电容器板不包含导电材料空缺的内部图形。

7.按照权利要求1的方法，其中电容器的等效串联电感与类似电容器比较是基本相同的，其中类似电容器的电容器板不包含导电材料空缺的内部图形。

8.按照权利要求1的方法，其中电流流过有导电材料空缺图形的多个电容器板中该至少一个电容器板的路径与电流流过连续电容器板的路径比较是基本不同的。

9.按照权利要求1的方法，其中内部空缺图形是跨越部分的电容器板中段延伸。

10.按照权利要求1的方法，其中多个电容器板中两个或两个以上的电容器板至少包含一个导电材料空缺的内部图形。

11.按照权利要求1的方法，其中电容器是多层陶瓷电容器。

12.按照权利要求1的方法，还包括：耦合多个电容器板中一个电容器板的边缘到一个电容器终端，其中该一个电容器终端是第一终端或第二终端中的一个终端。

13.按照权利要求1的方法，还包括：通过边缘连接耦合多个电容器板中一个电容器板到一个电容器终端，其中边缘连接与多个电容器板中该一个电容器板的边缘不是同尺度。

14.按照权利要求1的方法，其中有导电材料空缺图形的多个电容器板中一个电容器板是由该图形构成的。

15.按照权利要求1的方法，其中该一个电容器板中导电材料空缺的图形是通过制成电容器板之后去除导电材料构成的。

16.一种电容器，包括：

包含第一终端和第二终端的电容器终端；和

多个电容器板，其中至少一个电容器板耦合到第一终端，和一个电容器板耦合到第二终端，其中多个电容器板中每个电容器板是由导电材料构成，且其中多个电容器板中至少一个电容器板包含导电材料空缺的图形。

17.按照权利要求16的电容器，其中导电材料空缺的图形是在电容器板边缘的内部。

18.按照权利要求16的电容器，其中这样安排多个电容器板中每个电容器板，当电容器安装到印刷电路板(PCB)上时，电容器板垂直于PCB。

19.按照权利要求16的电容器，其中电容器被分成第一区和第二区，其中图形是位于第二区和其中第一区包含第一终端或第二终端中的一个终端。

20.按照权利要求19的电容器，其中当电容器安装到PCB上时，电容器板相对于PCB是水平的。

21.按照权利要求16的电容器，其中电容器的电容量与类似电容器比较是基本相同的，其中类似电容器的电容器板不包含导电材料空缺的内部图形。

22.按照权利要求16的电容器，其中电容器的等效串联电感与类似电容器比较是基本相同的，其中类似电容器的电容器板不包含导电材料空缺的内部图形。

23.按照权利要求16的电容器，其中电流流过有导电材料空缺图形的多个电容器板中该至少一个电容器板的路径与电流流过连续电容器板的路径比较是基本不同的。

24.按照权利要求16的电容器，其中内部空缺图形是跨越部分的电容器板中段延伸。

25.按照权利要求16的电容器，其中多个电容器板中两个或两个以上的电容器板至少包含一个导电材料空缺的内部图形。

26.按照权利要求16的电容器，其中电容器是多层陶瓷电容器。

27.按照权利要求16的电容器，其中多个电容器板中至少一个电容器板的边缘耦合到一个电容器终端。

28.按照权利要求16的电容器，其中多个电容器板中一个电容器板通过边缘连接耦合到一个电容器终端，其中边缘连接与多个电容器板中该一个电容器板的边缘不是同尺度。

29.一种构造电容器的方法，该方法包括：

提供由导电材料构成的多个电容器板；和

电耦合多个电容器板到包含第一终端和第二终端的电容器终端，其中多个电容器板中至少一个电容器板耦合到第一终端和多个电容器板中至少一个电容器板耦合到第二终端，且其中多个电容器板中至少一个电容器板是这样耦合的，在该电容器板与它电耦合的一个电容器终端之间存在导电材料的空缺。

30.一种电容器，包括：

包含第一终端和第二终端的电容器终端；和

多个电容器板，其中至少一个电容器板耦合到第一终端，和一个电容器板耦合到第二终端，其中多个电容器板中每个电容器板是由导电材料构成，且其中多个电容器板中至少一个电容器板是这样耦合的，在该电容器板与它电耦合的一个电容器终端之间存在导电材料的空缺。

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