一種具有內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的片式電容及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種具有內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的片式電容及其制備方法，所述具有內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的片式電容包括多層本體、內(nèi)電極、外電極；所述多層本體為由多層電介質(zhì)層燒結(jié)得到的整體；多層本體內(nèi)含有兩個(gè)相對(duì)設(shè)立的內(nèi)電極；多層本體的上下表面設(shè)有外電極，所述外電極通過(guò)設(shè)在多層本體上的互連孔與內(nèi)電極電氣互連。本發(fā)明主要采用多層陶瓷制備工藝，將流延片疊片預(yù)壓制備各電介質(zhì)層，并通過(guò)打孔、填孔、印刷制作內(nèi)電極、濺射鍍覆外電極最終得到電容產(chǎn)品。本發(fā)明所得產(chǎn)品工藝簡(jiǎn)單操作方便，相比于同外形尺寸的普通電容具有更大的電容量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種具有內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的片式電容及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于片式電容的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及片式電容內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)及其制備。
【背景技術(shù)】
[0002]普通單層片式電容采用在陶瓷介質(zhì)片的上下表面覆有電極的結(jié)構(gòu)，形成普通平行板電容的結(jié)構(gòu)，從而獲得相應(yīng)的電容量。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于受到電容尺寸的限制，一般來(lái)說(shuō)邊長(zhǎng)B小于1mm，厚度D大于0.1mm,同時(shí)受限于陶瓷材料的介電特性(包括介電常數(shù)、溫度特性等)，當(dāng)其外形尺寸和采用的陶瓷材料確定時(shí)，其電容量也就固定了。但在很多應(yīng)用場(chǎng)合，受限于裝配空間，電容的外形尺寸已經(jīng)固定，如采用普通單層片式電容，其電容量取決于陶瓷材料的介電特性，尤其是介電常數(shù)是一有限值，所以其電容量為一有限的固定值。通常來(lái)說(shuō)，這一電容量往往小于應(yīng)用所要求的電容量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了填補(bǔ)現(xiàn)有單層片式電容存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種既能滿(mǎn)足外形尺寸要求，又能有效增大電容容量的一種具有內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的片式電容及其制備方法，該發(fā)明可提供的電容量遠(yuǎn)高于具有相同陶瓷材料和外形尺寸的普通單層片式電容。
[0004]技術(shù)方案:為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種具有內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的片式電容，包括多層本體、內(nèi)電極、外電極；所述多層本體為由多層電介質(zhì)層燒結(jié)而成的整體；多層本體內(nèi)含有兩個(gè) 相對(duì)設(shè)立的內(nèi)電極,上下表面設(shè)有外電極,所述外電極通過(guò)設(shè)在多層本體上的互連孔與內(nèi)電極電氣互連。
[0005]作為優(yōu)選，所述多層本體的外形尺寸SB1XB2XD =(0.20~1.00) X (0.20~1.00) X (0.10 ~0.50) mm3,所述的內(nèi)電極尺寸為 I^1Xb2 = [0.10 ~(B1 — 0.06)] X[0.10 ~(B2 — 0.06)] mm2ο
[0006]本發(fā)明另一目的是提供了一種上述具有內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的片式電容的制備方法，包括以下步驟:
[0007]I)將多層生瓷流延片經(jīng)過(guò)疊片、預(yù)壓后分別制得上層生瓷片、下層生瓷片和中間層生瓷片；
[0008]2)接著在上層生瓷片和下層生瓷片表面覆蓋馬蘭膜，分別對(duì)上層生瓷片、下層生瓷片進(jìn)行打孔處理，得到貫通的互連孔；中間層生瓷片進(jìn)行打孔處理，得到定位孔，然后對(duì)上層生瓷片和下層生瓷片的互連孔進(jìn)行金屬化填孔，并去除馬蘭膜；
[0009]3)分別在步驟2)所得的上層生瓷片和下層生瓷片的一面印刷內(nèi)電極；
[0010]4)將步驟3)所得下層生瓷片放置在下層壓板上，按順序在下層生瓷片上疊放中間生瓷片、上層生瓷片、上層壓板，疊放時(shí)印刷有內(nèi)電極的一面朝內(nèi)，然后進(jìn)行層壓處理，層壓后對(duì)制品進(jìn)行燒結(jié)得到多層本體；
[0011]5)采用濺射或涂覆工藝在多層本體上下表面分別制得外電極，得到具有內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的片式電容。[0012]進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟2)中將馬蘭膜分別與上、下層生瓷片一同打孔，并將馬蘭膜作為填孔掩膜，填孔工藝結(jié)束，再將馬蘭膜分別與上、下層生瓷片分離。
[0013]進(jìn)一步的，所述步驟4)中上層壓板和下層壓板均設(shè)有定位柱，而所述中間層生瓷片對(duì)應(yīng)設(shè)有定位孔,疊放時(shí)定位孔穿過(guò)上、下層壓板上的定位柱，從而精確定位層壓。
[0014]有益效果:本設(shè)計(jì)在陶瓷介質(zhì)層中增加了內(nèi)電極，其內(nèi)電極極間距小，從而可得到大電容量的片式電容；通過(guò)上下陶瓷介質(zhì)層中的互連孔實(shí)現(xiàn)內(nèi)外電極的電氣連接，從而保證了電容器的外形尺寸。本工藝采用馬蘭膜與生瓷片一同打孔，馬蘭膜成為填孔掩膜，實(shí)現(xiàn)了小孔徑互連孔的填孔。其電容量遠(yuǎn)高于普通單層片式電容。例如在【具體實(shí)施方式】中提到的采用普通單層片式電容只能實(shí)現(xiàn)49pF的電容量，而采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)和制造工藝在相同條件下可實(shí)現(xiàn)200pF的電容量要求，并且可通過(guò)選用更薄的中間陶瓷介質(zhì)層使其電容量高達(dá)800pF。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明所述具有內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的片式電容的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明所述具有內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的片式電容的互連孔位置示意圖；
[0017]圖3為圖2中A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為本發(fā)明所述具有內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的片式電容的內(nèi)電極結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]其中，多層本體1、外電極(2，3)、內(nèi)電極(4，5)、上層生瓷片6、中間層生瓷片7、下層生瓷片8、互連孔(9，10)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。以下所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)制備方法潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021 ] 本發(fā)明所述具有內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的片式電容包括多層本體、內(nèi)電極、外電極；所述多層本體由多層電介質(zhì)層燒結(jié)得到；多層本體內(nèi)含有兩個(gè)相對(duì)設(shè)立的內(nèi)電極；多層本體的上下表面設(shè)有外電極，所述外電極通過(guò)設(shè)在多層本體上的互連孔與內(nèi)電極電氣互連，其三維結(jié)構(gòu)如圖1所示。其具體制備步驟如下:
[0022]I)將多層生瓷流延片經(jīng)過(guò)疊片、預(yù)壓后分別制得上層生瓷片、下層生瓷片和中間層生瓷片；
[0023]2)接著在上層生瓷片和下層生瓷片表面覆蓋馬蘭膜，分別對(duì)上層生瓷片、下層生瓷片進(jìn)行打孔處理，得到一系列通孔的互連孔，對(duì)中間層生瓷片進(jìn)行打孔處理，得到一系列定位孔，然后對(duì)上層生瓷片和下層生瓷片的互連孔進(jìn)行金屬化填孔，去除馬蘭膜；
[0024]3)分別在步驟2)所得的上層生瓷片和下層生瓷片的一面印刷內(nèi)電極；
[0025]4)將步驟3)所得下層生瓷片放置在下層壓板上，按順序在下層生瓷片上疊放中間生瓷片、上層生瓷片、上層壓板，疊放時(shí)印刷有內(nèi)電極的一面朝內(nèi)，然后進(jìn)行層壓處理，層壓后對(duì)制品進(jìn)行燒結(jié)，得到整體化的多層本體；
[0026]5)采用濺射或涂覆工藝在多層本體上下表面分別制得外電極，得到具有內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的片式電容。
[0027]下面具體以某款200pF±40pF電容(其它要求:尺寸B1XB2XD =
0.50X0.50X0.16mm3、材料溫度特性X7R)的設(shè)計(jì)與制造對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0028]步驟I)中該電容采用常規(guī)商業(yè)化符合X7R標(biāo)準(zhǔn)的ε r ^ 2800的陶瓷介質(zhì)材料，所用流延片的熟瓷厚度優(yōu)選了 h = t2 = 0.015mm規(guī)格，中間層流延片層數(shù)優(yōu)選I層，厚度(I1=Ii1Xt1=IX0.015 = 0.015mm,上層和下層流延片層數(shù) n2 = 5,厚度 d2 = n2Xt2=5X0.015=0.075mm,生瓷流延片的邊長(zhǎng)尺寸L ^ 50mm,每片制作20X20的陣列，即每片制作400只電容，電容之間預(yù)留0.3mm的熟切刀寬位置，預(yù)壓壓力0.5KPSI，保壓時(shí)間20min ；
[0029]步驟2)中，互連孔的數(shù)量選定為上、下層生瓷片上各兩個(gè)，互連孔孔徑c =
0.03mm,位置選擇如圖2所示的對(duì)角位置a = 0.2mm,在上下層生瓷片上分別覆蓋馬蘭膜，并按圖2中的的互連孔及中間層定位孔圖形進(jìn)行激光打孔，中間層的定位孔與上下表面的互連孔一一對(duì)應(yīng)，采用激光打孔，激光的參數(shù)需合理選擇，以避免激光熱效應(yīng)對(duì)瓷片產(chǎn)生不良影響；
[0030]步驟2)中馬蘭膜與生瓷片一同打孔，其互連孔一一對(duì)應(yīng)，所以可以利用馬蘭膜作為金屬化填孔的掩膜，為保證孔一一對(duì)應(yīng)，生瓷片與馬蘭膜在打孔后至填孔工藝完成前不可有相對(duì)移位，將生瓷片與馬蘭膜放置在真空吸臺(tái)上，使用刮刀將配置好的填孔漿料刮入互連孔中，填孔完成后，將馬蘭膜從生瓷片上輕輕去除，并對(duì)生瓷片進(jìn)行打平處理；
[0031]步驟3)中，內(nèi)電極尺寸優(yōu)選Id1 = b2 = 0.33mm,在上下生瓷片上印刷內(nèi)電極圖形，選擇該陶瓷材料匹配的印刷漿料；
[0032]步驟4)中，將上述 生瓷片按順序疊片層壓，定位柱和定位孔的設(shè)計(jì)保證了疊片精度，層壓參數(shù)根據(jù)所用的生瓷片性質(zhì)選用了溫度75°C、壓力2KPSI，保壓時(shí)間20min，將層壓后的片子按所用陶瓷材料的燒結(jié)制度進(jìn)行燒結(jié)，得到多層本體；
[0033]步驟5)使用濺射工藝制作外電極，選用Ti作為底層電極材料，以避免陶瓷、內(nèi)電極與外電極金屬間可能存在的非歐姆接觸，中間層采用Pt作為阻擋層和過(guò)渡層，上層導(dǎo)電層金屬為Au，濺射厚度約1000埃，再通過(guò)電鍍加厚金層到2um之上，以利于產(chǎn)品使用中的焊接和金絲鍵合；
[0034]由于本實(shí)施例每片制作20X20的陣列，上述步驟完成后，將得到一含400只電容多層本體的整片，對(duì)該整片沿預(yù)留的熟切位置進(jìn)行切割，從而將400只電容從整片上分離出來(lái)，最終得到滿(mǎn)足指標(biāo)要求的200pF電容。
[0035]由已知的產(chǎn)品尺寸可以計(jì)算產(chǎn)品的電容。本實(shí)施例中，內(nèi)電極可提供的電容量為
/) y HH y / ? — AyA
C1 = S0Sr ^impF ;外電極為 C2 = S0SrK 24pF，按照本發(fā)明的電容
c/1D
結(jié)構(gòu)，內(nèi)外電極所提供的總電容C=CjC2 = 180pF+24pF = 204pF,達(dá)到設(shè)計(jì)要求,總厚度D =(^+(Ijd2=0.165mm,滿(mǎn)足指標(biāo)要求。
[0036]如采用普通單層片式電容的制作方法，目前符合溫度特性X7R的二類(lèi)瓷介材料的介電常數(shù)只能達(dá)到3500左右，通過(guò)平板電容公式(=6 \，計(jì)算可得電容量只有49pF，遠(yuǎn)小于本發(fā)明所提供的電容量。
[0037]可見(jiàn)，本設(shè)計(jì)在相同條件下可取得相較于現(xiàn)有技術(shù)4倍的電容量，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，產(chǎn)品性能優(yōu)越，達(dá)到了有益的實(shí)施效果。
【權(quán)利要求】
1.一種具有內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的片式電容，其特征在于:包括多層本體、內(nèi)電極、外電極；所述多層本體為由多層電介質(zhì)層燒結(jié)而成的整體；多層本體內(nèi)含有兩個(gè)相對(duì)設(shè)立的內(nèi)電極，上下表面設(shè)有外電極，所述外電極通過(guò)設(shè)在多層本體上的互連孔與內(nèi)電極電氣互連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的片式電容，其特征在于，所述多層本體的外形尺寸為 B1XB2XD = (0.20 ~1.00) X (0.20 ~1.00) X (0.10 ~0.50) mm3，所述的內(nèi)電極尺寸為 I^1Xb2 = [0.10 ~(B1 — 0.06)] X [0.10 ~(B2 — 0.06)] mm2。
3.—種權(quán)利要求1所述具有內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的片式電容的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)將多層生瓷流延片經(jīng)過(guò)疊片、預(yù)壓后分別制得上層生瓷片、下層生瓷片和中間層生瓷片; 2)接著在上層生瓷片和下層生瓷片表面覆蓋馬蘭膜，分別對(duì)上層生瓷片、下層生瓷片進(jìn)行打孔處理，得到貫通的互連孔；中間層生瓷片進(jìn)行打孔處理，得到定位孔，然后對(duì)上層生瓷片和下層生瓷片的互連孔進(jìn)行金屬化填孔，并去除馬蘭膜； 3)分別在步驟2)所得的上層生瓷片和下層生瓷片的一面印刷內(nèi)電極； 4)將步驟3)所得下層生瓷片放置在下層壓板上，按順序在下層生瓷片上疊放中間生瓷片、上層生瓷片、上層壓板，疊放時(shí)印刷有內(nèi)電極的一面朝內(nèi)，然后進(jìn)行層壓處理，層壓后對(duì)制品進(jìn)行燒結(jié)得到多層本體； 5)采用濺射或涂覆工藝在多層本體上下表面分別制得外電極，得到具有內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的片式電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的片式電容的制備方法，其特征在于:所述步驟2)中將馬蘭膜分別與上、下層生瓷片一同打孔，并將馬蘭膜作為填孔掩膜，填孔工藝結(jié)束，再將馬蘭膜分別與上、下層生瓷片分離。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有內(nèi)部互連結(jié)構(gòu)的片式電容的制備方法，其特征在于:所述步驟4)中上層壓板和下層壓板均設(shè)有定位柱，而所述中間層生瓷片對(duì)應(yīng)設(shè)有定位孔，疊放時(shí)定位孔穿過(guò)上、下層壓板上的定位柱，從而精確定位層壓。
【文檔編號(hào)】H01G4/228GK103515093SQ201310312854
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月24日
【發(fā)明者】董一鳴, 曹坤, 程凱, 戴洲 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所