CN1783374A - 固态电容及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种固态电容及其制作方法，该固态电容包含一介电层与二电极，其中该介电层的表面设置了复数个开孔，该开孔是透过一开孔制程所形成，二电极经由该开孔与该介电层连接，本发明使用掺杂复数个高温易挥发物，于烧结时造成介电层的表面形成复数开孔，该开孔与外界相通，而使该介电层的表面积增大，所以增加其电容量，且该固态电容为一物理方式储存电荷；再者，可将该固态电容重复堆叠以成为一积层电容。

Description

固态电容及其制作方法

技术领域：

本发明是有关于一种电容结构，其尤指一种固态电容，其是利用增加介电层的表面积，以增加电容量，并可重复堆叠该固态电容以成为一积层电容。

背景技术：

按，电容器是一种储能元件，在电路中用于调谐、滤波、耦合、旁路、能量转换和延时。常用的电容器按其介质材料可分为电解电容器、云母电容器、陶瓷电容器、玻璃釉电容等。

常用电容的结构和特点：

电容种类	电容结构和特点
		铝电解电容	它是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极制成。还需要经过直流电压处理，使正极片上形成一层氧化膜做介质。它的特点是容量大，但是漏电大，误差大，稳定性差，常用作交流旁路和滤波，在要求不高时也用于信号耦合。电解电容有正、负极之分，使用时不能接反。有正负极性，使用的时候，正负极不要接反。
纸介电容	用两片金属箔做电极，夹在极薄的电容纸中，卷成圆柱形或者扁柱形芯子，然后密封在金属壳或者绝缘材料(如火漆、陶瓷、玻璃釉等)壳中制成。它的特点是体积较小，

	容量可以做得较大。但是有固有电感和损耗都比较大，用于低频比较合适。
		金属化纸介电容	结构和纸介电容基本相同。它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代替金属箔，体积小，容量较大，一般用在低频电路中。
油浸纸介电容	它是把纸介电容浸在经过特别处理的油里，能增强它的耐压。它的特点是电容量大、耐压高，但是体积较大。
		玻璃釉电容	以玻璃釉作介质，具有瓷介电容器的优点，且体积更小，耐高温。
陶瓷电容	用陶瓷做介质，在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜做极板制成。它的特点是体积小，耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量小，适宜用于高频电路。铁电陶瓷电容容量较大，但是损耗和温度系数较大，适宜用于低频电路。
		薄膜电容	结构和纸介电容相同，介质是涤纶或者聚苯乙烯。涤纶薄膜电容，介电常数较高，体积小，容量大，稳定性较好，适宜做旁路电容。聚苯乙烯薄膜电容，介质损耗小，绝缘电阻高，但是温度系数大，可用于高频电路。
云母电容	用金属箔或者在云母片上喷涂银层做电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。它的特点是介质损耗小，绝缘电阻大、温度系数小，适宜用于高频电路。
		钽、铌电解电容	它用金属钽或者铌做正极，用稀硫酸等配液做负极，用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成。它的特点是体积小、容量大、性能稳定、寿命长、绝缘电阻大、温度特性好。

	用在要求较高的设备中。
		半可变电容	也叫做微调电容。它是由两片或者两组小型金属弹片，中间夹着介质制成。调节的时候改变两片之间的距离或者面积。它的介质有空气、陶瓷、云母、薄膜等。
可变电容	它由一组定片和一组动片组成，它的容量随着动片的转动可以连续改变。把两组可变电容装在一起同轴转动，叫做双连。可变电容的介质有空气和聚苯乙烯两种。空气介质可变电容体积大，损耗小，多用在电子管收音机中。聚苯乙烯介质可变电容做成密封式的，体积小，多用在晶体管收音机中。

固态电容的介电材料为高介电系数陶瓷材料，因而固态电容更具备环保、低阻抗、高低温稳定、耐高纹波及高信赖度等优越性，固态电容相比传统的电解电容，固态电容的稳定性更好，也不会发生爆浆的现象，目前固态电容的使用率最高的为积层陶瓷电容(Multi-layer Ceramic Capacitor)是将液体中的悬浮陶瓷粉末，成型为厚度2μm到5μm或更薄的薄膜素材。再以网版印刷的方式，印上金属内电极。之后再将印有内电极的薄膜与未印内电极的薄膜，交替堆叠再压缩成积层形式。经过高温烧结后，成为陶瓷烧结体。此制程可以在很小的体积产生高的电容质。最后再在银质的端电极外，镀上镍及锡-铅，后者可使其直接焊接于电路板上。

故，本发明是提供一种固态电容，以消弭电解电容器的缺点，提高电容的电容量。

发明内容：

本发明的主要目的，在于提供一种固态电容及其制作方法，其是利用一介电层的表面具有复数开孔，二电极分别设置于该介电层的两侧，并与该开孔互相接触，由于该介电层的表面具有复数个开孔，增加了介电层的表面积，以提高该固态电容的电容量。

本发明的次要目的，在于提供一种固态电容及其制作方法，该介电层于制作时是于表面掺杂了复数个复数个高温易挥发性物，该介电层于烧结时使部分该复数个高温易挥发性物产生气化或挥发，以造成于介电层的表面形成复数个开孔，以增加该介电层的表面积，以提高该固态电容的电容量。

本发明的又一目的，在于提供一种固态电容及其制作方法，可将该固态电容重复堆叠以成为一积层电容，以增加电容量。

为达上述所指称的各目的与功效，其是揭示一种固态电容及其制作方法，该固态电容包含一介电层与二电极，其中该介电层的表面设置了复数个开孔，该开孔是透过一开孔制程所形成，二电极经由该开孔与该介电层连接，由于该介电层的表面积增大所以增加其电容含量，且该固态电容为一物理方式储存电荷。

附图说明：

图1A至图1D：其为本发明的一较佳实施例的制造结构示意图；

图1E：其为本发明的一较佳实施例的开孔涂布导电物的上视结构示意图；

图2：其为本发明的另一较佳实施例的制造结构示意图；

图3：其分别代表不同频率下具有开孔与无开孔的电容器的电容量的曲线图；

图4A至图4D：其为本发明的一较佳实施例的积层电容的结构示意图。

图号说明：

1固态电容         10介电生胚       20介电物

30高温易挥发物    40介电生胚       42第一介电层

44第二介电层      100致密介电层    200疏松介电层

210第一电极       220第二电极      300开孔

400电极           500导电物        600第一固态电容

700第二固态电容   710第三电极      720第四电极

800重复单元       810第一外侧电极  820第二外侧电极

S1第一曲线        S2第二曲线

实施方式：

兹为使审查员对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例及配合详细的说明，说明如后：

本发明为一固态电容，解决习知技术的电解电容的电解液容易爆浆以及环保的问题，藉由提高表面积以增加其电容含量，且该固态电容为一物理方式储存电荷。

请参阅图1A至图1D，其为本发明的一较佳实施例的制造结构示意图；如图所示，本发明是揭示一种固态电容1，首先，烧结一介电生胚10以成为一致密介电层100，烧结温度为600℃-1700℃，再于该致密介电层100的两侧涂布复数个介电物20，其中，该介电物20是掺杂复数个高温易挥发性物30或复数个导电物，烧结该致密介电层100与该介电物20，操作温度为300℃-1700℃，使该介电物20形成该疏松介电层200，且，该高温易挥发性物30于高温时挥发后，造成于该疏松介电层200的两侧表面形成复数个开孔300，而与外界相通，该开孔300的孔径或宽度为1nm-100μm，较佳范围：10nm～10μm，最佳范围：5nm～50μm，以形成高表面积的疏松介电层200，再于该疏松介电层200的两侧分别经由该开孔300与二电极400互相连接，该电极400是利用电镀、无电镀、溅镀、旋镀、涂布、印刷与化学气相沉积的其中的一制程或其任意组合者，形成该电极于该疏松介电层的表面。

该疏松介电层200与该致密介电层100的密度比值为0.05∶1-0.95∶1，较佳范围0.1∶1～0.9∶1，最佳范围：0.15∶1～0.85∶1，且该介电物20与介电生胚10可为相同或不相同的材质，其可选自陶瓷介电层、高分子介电层及玻璃介电层的其中的一种或上述的任意组合者。

其中，该疏松介电层200于形成该开孔300时，该开孔300是与外界相连接，并非该疏松介电层200的内部形成孔洞而未与外界相连接，再者，如果该介电物20掺杂的为该高温易挥发性物30时，该高温易挥发性物30可选自碳、有机物的其中之一种或其任意组合者，于烧结形成该疏松介电层200后可于该开孔300涂布该导电物500(请参阅图1E所示)，该导电物500可为碳，以作为该电极400与该疏松介电层200的电性通路，本发明的固态电容是以物理方式储存电荷。

再者，请参阅图2以及图1C，其为本发明的另一较佳实施例的制造结构示意图；如图所示，本发明更进一步提供另一制程方法以形成该固态电容，首先，形成一介电生胚40，该介电生胚40包含有一第一介电层42与两第二介电层44，该第二介电层44设置于该第一介电层42的两侧，该第二介电层44掺杂有复数高温易挥发性物30或复数个导电物，烧结该介电生胚40，使该第一介电层42形成该致密介电层100，并让该高温易挥发性物30挥发形成该开孔300，使该第二介电层44形成该疏松介电层200，由于该第一介电层42与该第二介电层44的材质不同，所以于烧结时分别形成致密与疏松结构；其后续制程与上述雷同，不再赘述。

再者，如果第二介电层44掺杂的为该高温易挥发性物30时，该高温易挥发性物30可选自碳、有机物的其中之一种或其任意组合者，于烧结形成该疏松介电层200后，必须于该开孔300涂布该导电物500(请参阅图1E所示)，以作为该电极与该疏松介电层的电性通路。

下面以一实施例作一说明：

本发明的实验组：取一介电生胚使其受压100Kg/cm²，烧结温度为1350℃操作时间为2小时，以形成致密介电层，并于该致密介电层的两外侧分别涂布介电材料与碳纤维(CarbonFiber；C.F.)于300∶1，于70℃下干燥10分钟后，于1350℃下进行烧结以形成疏松介电层，其厚度为0.09mm。

对照组：未具有疏松介电层，受压100Kg/cm²，烧结温度为1350℃操作时间为2小时。

请参阅图3所示，其分别代表不同频率下具有开孔与无开孔的电容器的电容量的曲线图，如图所示，第一曲线S1与第二曲线S2分别为有开孔与无开孔的电容器在不同频率下的电容量曲线，由比较第一曲线S1与第二曲线S2可知本发明具有开孔的电容器在不同频率下所储存的电容量明显高于无开孔的电容器所储存的电容量。

又，本发明的固态电容可制作成积层电容以因应更高电容量的使用需求，如图4A至图4D所示，首先，先将本发明的固态电容1制作成如图4A所示，将固态电容1的二疏松介电层200的上下长度较短于该固态电容1的致密介电层100的长度，并设置一第一电极210与一第二电极220，此为一基本单元。将一第一固态电容600倒置于一第二固态电容700，该第二电极220及与该第二固态电容700的一第三电极710作一电性连接，如图4B所示，此为一重复单元800。

将该重复单元800重复堆叠，再于两外侧设置一第一外侧电极810与一第二外侧电极820，该第一外侧电极810与该第一电极210与该第二介电层的一第四电极720作一电性连接，该第二外侧电极820与该第二电极220与该第三电极710作一电性连接，藉此以成为一积层电容。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及原理的等变化与修饰，均应包含于本发明的申请专利范围内。

Claims (50)

1、一种固态电容，其包含有：

至少一致密介电层；

至少二疏松介电层，分别设于该致密介电层的两外侧，该疏松介电层的表面设有复数个开孔，该开孔与外界相通；

两电极，分别设于该二疏松介电层的外侧，该电极是经由该复数开孔与该疏松介电层相接触。

2、如申请专利范围第1项所述的固态电容，其中该疏松介电层与该致密介电层的密度比值为0.05∶1～0.95∶1。

3、如申请专利范围第2项所述的固态电容，其中该疏松介电层与该致密介电层的密度比值的较佳范围：0.1∶1～0.9∶1。

4、如申请专利范围第3项所述的固态电容，其中该疏松介电层与该致密介电层的密度比值的最佳范围：0.15∶1～0.85∶1。

5、如申请专利范围第1项所述的固态电容，其中该致密介电层可为陶瓷介电层、高分子介电层及玻璃介电层的其中之一种或上述的任意组合者。

6、如申请专利范围第1项所述的固态电容，其中该疏松介电层可为陶瓷介电层、高分子介电层及玻璃介电层的其中之一种或上述的任意组合者。

7、如申请专利范围第1项所述的固态电容，其中该疏松介电层的该开孔的孔径或宽度为1nm～100μm。

8、如申请专利范围第7项所述的固态电容，其中该疏松介电层的该开孔的孔径或宽度的较佳范围：10nm～10μm。

9、如申请专利范围第8项所述的固态电容，其中该疏松介电层的该开孔的孔径或宽度的最佳范围：5nm～50μm。

10、如申请专利范围第1项所述的固态电容，其中该疏松介电层更掺杂有至少一导电物。

11、如申请专利范围第1项所述的固态电容，其中该开孔的表面更涂布有至少一导电物。

12、如申请专利范围第10或11项所述的固态电容，其中该导电物可为碳。

13、如申请专利范围第1项所述的固态电容，其中该固态电容是以物理方式储存电荷。

14、一种固态电容的制作方法，其包含有下列步骤：

形成至少一致密介电层并于该致密介电层的两外侧分别形成至少一疏松介电层，该疏松介电层的表面有复数个开孔，该开孔与外界相通；

分别形成一电极于该疏松介电层的外侧，该电极经由该复数个开口与该疏松介电层相接触。

15、如申请专利范围第14项所述的制作方法，其中于形成至少一致密介电层并于该致密介电层的两外侧分别形成至少一疏松介电层的步骤，是掺杂有复数个导电物于该疏松介电层。

16、如申请专利范围第14项所述的制作方法，其中于形成至少一致密介电层并于该致密介电层的两外侧分别形成至少一疏松介电层的步骤，是涂布复数个导电物于该开孔的表面。

17、如申请专利范围第14项所述的制作方法，其中于形成至少一致密介电层并于该致密介电层的两外侧分别形成至少一疏松介电层的步骤，包含有下列步骤：

形成至少一介电生胚；

烧结该介电生胚，形成该致密介电层；

涂布复数个介电物(object)于该致密介电层的两外侧；

烧结该致密介电层与该介电物，使该介电物形成该疏松介电层。

18、如申请专利范围第17项所述的制作方法，其中于烧结该介电生胚，形成该致密介电层的步骤，其操作温度为600℃～1700℃。

19、如申请专利范围第17项所述的制作方法，其中于烧结该致密介电层与该介电物的步骤，其操作温度为300℃～1700℃。

20、如申请专利范围第17项所述的制作方法，其中于涂布复数介电物于该致密介电层的两外侧的步骤，更掺杂有复数个导电物于该介电物。

21、如申请专利范围第17项所述的制作方法，其中于烧结该致密介电层与该介电物，使该介电物形成该疏松介电层的步骤后，更含有一步骤，其涂布复数导电物于该疏松介电层的该开孔的表面。

22、如申请专利范围第14项所述的制作方法，其中于形成至少一致密介电层并于该致密介电层的两外侧分别形成一疏松介电层的步骤，包含有下列步骤：

形成至少一介电生胚，该介电生胚包含有至少一第一介电层与至少二第二介电层，该第二介电层分别位于该第一介电层的两外侧，该第二介电层掺杂有复数高温易挥发性物；

烧结该介电生胚，使该第一介电层形成该致密介电层，并让该高温易挥发性物挥发形成该开孔，使该第二介电层形成该疏松介电层。

23、如申请专利范围第22项所述的制作方法，其中于烧结该介电生胚的步骤，其操作温度为300℃～1700℃。

24、如申请专利范围第22项所述的制作方法，其中该高温易挥发性物可选自碳、有机物的其中之一种或其任意组合者。

25、如申请专利范围第14项所述的制作方法，其中于分别形成一电极于该疏松介电层的外侧的步骤，是利用电镀、无电镀、溅镀、旋镀、涂布、印刷与化学气相沉积的其中之一制程或其任意组合者，形成该电极于该疏松介电层的外侧。

26、一种固态电容，其包含有：

至少一介电层，其两外侧表面设有复数个开孔，该开孔是与外界相通；

两电极，分别设于该介电层的外侧，该电极是与该开孔接触；

其中，该固态电容是以物理方式储存电荷。

27、如申请专利范围第26项所述的固态电容，其中该开孔的直径为0.01nm～10μm。

28、如申请专利范围第26项所述的固态电容，其中该介电层更掺杂有复数导电物。

29、如申请专利范围第26项所述的固态电容，其中该开孔的表面更涂布有复数导电物。

30、如申请专利范围第28或29项所述的固态电容，其中该导电物可为碳。

31、种固态电容，其包含有：

一介电层，其包含有至少一致密介电层与至少二疏松介电层，该二疏松介电层分别位于该致密介电层的两外侧，藉由一开孔制程，于该介电层的两外侧表面形成复数开孔，该开孔与外界相通；

两电极，分别设于该介电层的外侧，该电极与该开孔相接触。

32、如申请专利范围第31项所述的固态电容，其中该形成开孔制程可为一烧结制程。

33、如申请专利范围第31项所述的固态电容，其中该疏松介电层与该致密介电层的密度比值为0.05∶1～0.95∶1。

34、如申请专利范围第31项所述的固态电容，其中两该疏松介电层分别与该介电层的厚度比值为0.01∶1～0.45∶1。

35、如申请专利范围第31项所述的固态电容，其中该致密介电层与该介电层的厚度比值为0.1∶1～0.98∶1。

36、如申请专利范围第35项所述的固态电容，其中该开孔的直径为0.01nm～10μm。

37、如申请专利范围第31项所述的固态电容，其中该介电层更掺杂有复数导电物。

38、如申请专利范围第31项所述的固态电容，其中该开孔的表面更涂布有复数个导电物。

39、如申请专利范围第37或38项所述的固态电容，其中该导电物可为碳。

40、如申请专利范围第31项所述的固态电容，是利用两该电极与该介电层的配合，以物理方式储存电荷。

41、一种固态电容，其包含有：

至少一第一介电层，其两外侧表面设有复数个开孔，该开孔与外界相通，且设置一第一电极与一第二电极，分别设于该介电层的外侧，该电极与该开孔接触；

至少一第二介电层，其两外侧表面设有复数个开孔，该开孔与外界相通，且设置一第三电极与一第四电极，分别设于该介电层的外侧，该电极是与该开孔接触，且该第二介电层是倒置于该第一介电层之上，其中该第二电极与该第三电极接触。

其中，该固态电容是以物理方式储存电荷。

42、如申请专利范围第41项所述的固态电容，其中该第一介电层与该第二介电层分别包含至少一致密介电层与至少二疏松介电层。

43、如申请专利范围第41项所述的固态电容，其中该开孔的直径为0.01nm～10μm。

44、如申请专利范围第41项所述的固态电容，其中该介电层更掺杂有复数导电物。

45、如申请专利范围第41项所述的固态电容，其中该开孔的表面更涂布有复数导电物。

46、如申请专利范围第44或45项所述的固态电容，其中该导电物可为碳。

47、如申请专利范围第41项所述的固态电容，其中将申请专利范围第41项所述的固态电容重复堆叠已成为一积层电容。

48、如申请专利范围第47项所述的固态电容，其中该固态电容重复堆叠可为单数堆叠。

49、如申请专利范围第47项所述的固态电容，其中该固态电容重复堆叠可为复数堆叠。

50、申请专利范围第47项所述的固态电容，更进一步包含：

一第一外侧电极，其设置于该第一介电层与该第二介电层的一侧，且与该第一电极于该第四电极作一电性连接；

一第二外侧电极，其设置于该第一介电层与该第二介电层的另一侧，且与该第二电极于该第三电极作一电性连接。

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