專(zhuān)利名稱(chēng)：具有安全失效模式的層疊陶瓷電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種具有安全失效模式的層疊陶瓷電容器，其焊接到電路板后因機(jī)械應(yīng)力作用導(dǎo)致斷裂失效時(shí)呈開(kāi)路或電容量降低，可有效地避免電極間短路的發(fā)生。

背景技術(shù)：
層疊陶瓷電容器因其高可靠性和低成本被普遍應(yīng)用在各類(lèi)電子設(shè)備中。公知的，層疊陶瓷電容器包括層疊體，該層疊體由多層陶瓷電介質(zhì)層和設(shè)置在陶瓷電介質(zhì)層之間的內(nèi)電極相互層疊而成，在層疊體縱向相對(duì)端部連接兩個(gè)外電極，各層內(nèi)電極交替地使一個(gè)縱向端部露出層疊體的一縱向側(cè)端面、并與兩個(gè)外電極中的一個(gè)電連接。
現(xiàn)在已經(jīng)知道有多種原因會(huì)導(dǎo)致層疊陶瓷電容器失效，例如由于內(nèi)部存在孔洞、裂紋、分層等缺陷，使得元器件在使用一段時(shí)間產(chǎn)生電性能惡化，或者在安裝和使用過(guò)程中受到外界機(jī)械應(yīng)力或熱應(yīng)力的作用而導(dǎo)致電容器被破壞。當(dāng)層疊陶瓷電容器焊接貼裝到電路板后，元器件失效大多是由機(jī)械應(yīng)力作用引起的。典型的，外界機(jī)械應(yīng)力作用來(lái)源于電路板操作時(shí)產(chǎn)生的彎曲變形，例如，在電路板上進(jìn)行其它元器件的插入焊接，以及電路板分割、流轉(zhuǎn)、測(cè)試、安裝固定時(shí)，都容易引起電路板彎曲變形。由于層疊陶瓷電容器的陶瓷體材料特性，這種由機(jī)械外力(例如電路板彎曲變形)引起的失效最常見(jiàn)是導(dǎo)致電容器陶瓷體的破裂，并且陶瓷體的破裂經(jīng)常造成電容器電極間短路。下面，參照?qǐng)D1予以簡(jiǎn)要說(shuō)明 層疊陶瓷電容器，包括由多層陶瓷電介層11和夾置在陶瓷電介層間的內(nèi)電極12沿厚度方向?qū)盈B而成的層疊體1、以及配置在層疊體1縱向相對(duì)端的一對(duì)外電極13a、13b，每個(gè)外電極均具有覆蓋層疊體1縱向端面的內(nèi)側(cè)面131和覆蓋層疊體1端部邊緣的包繞部132，且該包繞部132具有預(yù)定的縱向?qū)挾華，每層內(nèi)電極的一個(gè)縱向端露出層疊體1端面并與配置在該端的外電極電連接、另一個(gè)縱向端與配置在層疊體1另一端的外電極內(nèi)側(cè)面131間隔相對(duì)并具有預(yù)定的縱向間距B，各層內(nèi)電極12交替地與一對(duì)外電極13a、13b中的一個(gè)形成電連接。
實(shí)際失效事件和模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)電容器焊接到電路板2后由于電路板2彎曲產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力作用而發(fā)生破裂失效時(shí)，其陶瓷體的破裂大多呈現(xiàn)以下形式在電容器焊接到電路板的部分(即從外電極包繞部132的端部133處)產(chǎn)生裂痕，并且裂痕繼續(xù)沿著與層疊體1厚度方向的表面110大約呈45°角的斜向上延伸擴(kuò)大。當(dāng)破裂發(fā)生后，裂痕穿過(guò)最下面的內(nèi)電極12和與其臨近的另一層內(nèi)電極，內(nèi)電極12與外電極13b相連接，內(nèi)電極12臨近的另一層內(nèi)電極與外電極13a相連接，當(dāng)電容器施加電壓時(shí)，裂痕內(nèi)部的空氣被電離，造成外電極13a和13b之間擊穿短路，從而造成電容器電極間短路。
電容器短路失效經(jīng)常造成嚴(yán)重后果和重大破壞，例如短路時(shí)產(chǎn)生的瞬間大電流沖擊會(huì)引起電路故障、損壞電子設(shè)備，甚至引發(fā)電氣火災(zāi)。因此，解決電容器在使用中因機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致短路失效的問(wèn)題，已經(jīng)引起業(yè)界的重視。目前，AVX責(zé)任有限公司開(kāi)發(fā)出了一種稱(chēng)為“FlexiTerm軟端接系統(tǒng)保護(hù)陶瓷電容器”的產(chǎn)品，其通過(guò)在層疊陶瓷電容器的外電極中增加柔韌端接層，改善了元器件的機(jī)械性能，從而保證器件在受到機(jī)械外力作用時(shí)具有更好的可靠性。但是，增加柔韌端接層會(huì)帶來(lái)制造難度和成本的提高。不僅如此，雖然產(chǎn)品的抗彎強(qiáng)度數(shù)倍地增加，但不能保證元器件在巨大的外力作用下或在內(nèi)部缺陷誘導(dǎo)下不會(huì)斷裂，而斷裂后元器件仍會(huì)產(chǎn)生短路失效，也就是說(shuō)，這種產(chǎn)品只是降低了卻沒(méi)有徹底地避免由電路板彎曲的機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致電容短路失效的風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種具有安全失效模式的層疊陶瓷電容器，能有效地避免電容器在使用中因機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致斷裂時(shí)發(fā)生電極間短路。
為此，本實(shí)用新型提供一種具有安全失效模式的層疊陶瓷電容器，包括由多層陶瓷電介層和夾置在陶瓷電介層間的內(nèi)電極沿厚度方向?qū)盈B而成的層疊體、以及配置在層疊體縱向相對(duì)端的一對(duì)外電極，外電極具有覆蓋層疊體縱向端面的內(nèi)側(cè)面和覆蓋層疊體端部邊緣的包繞部，且該包繞部具有預(yù)定的縱向?qū)挾萪，每層內(nèi)電極的一個(gè)縱向端露出層疊體端面并與配置在該端的外電極電連接、另一個(gè)縱向端與配置在層疊體另一端的外電極內(nèi)側(cè)面間隔相對(duì)并具有預(yù)定的縱向間距D，各層內(nèi)電極交替地與一對(duì)外電極中的一個(gè)形成電連接，其特征是內(nèi)電極縱向端與外電極內(nèi)側(cè)面的縱向間距D與外電極包繞部的縱向?qū)挾萪滿(mǎn)足以下公式D≥d或(d-H/tgα)＜D＜d，其中H是層疊體厚度方向的表面與最近的內(nèi)電極的垂直距離，α的取值范圍為60°＜α＜90°。
本實(shí)用新型提供的具有安全失效模式的層疊陶瓷電容器，與現(xiàn)有的層疊陶瓷電容器相比具有以下有益效果通過(guò)對(duì)內(nèi)電極縱向端與外電極內(nèi)側(cè)面的縱向間距D、以及外電極包繞部的縱向?qū)挾萪的合理設(shè)計(jì)，使得當(dāng)焊接到電路板的層疊陶瓷電容器因機(jī)械應(yīng)力作用導(dǎo)致斷裂失效時(shí)，其內(nèi)電極的縱向端與斷裂面之間具有足夠的安全距離，從而保證電容器失效后呈開(kāi)路或電容量降低，有效地避免電極間短路的發(fā)生。并且，上述設(shè)計(jì)不會(huì)造成元器件電性能和可靠性的降低、以及制造難度和成本的提高。
為了更清楚地揭示本實(shí)用新型的內(nèi)容，下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是以沿電容器長(zhǎng)度方向剖視的方式，示出現(xiàn)有的多層陶瓷電容器焊接到電路板后因機(jī)械應(yīng)力作用導(dǎo)致端部斷裂的狀況。
圖2是以沿電容器長(zhǎng)度方向剖視的方式，示出本實(shí)用新型提供的多層陶瓷電容器焊接到電路板后因機(jī)械應(yīng)力作用導(dǎo)致端部斷裂的狀況。
圖3示出本實(shí)用新型提供的多層陶瓷電容器內(nèi)電極的平面布置。
圖4示出一種制造本實(shí)用新型提供的多層陶瓷電容器時(shí)用于印刷內(nèi)電極圖案的網(wǎng)板圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D2，本實(shí)用新型提供的層疊陶瓷電容器，具有以下公知的結(jié)構(gòu)由多層陶瓷電介層31和夾置在陶瓷電介層間的內(nèi)電極32沿厚度方向?qū)盈B而成的層疊體3、以及配置在層疊體3縱向相對(duì)端的一對(duì)外電極33a、33b，每個(gè)外電極33a/33b均具有覆蓋層疊體3縱向端面的內(nèi)側(cè)面331和覆蓋層疊體3端部邊緣的包繞部332，且該包繞部332具有預(yù)定的縱向?qū)挾萪，每層內(nèi)電極32的一個(gè)縱向端露出層疊體3端面并與配置在該端的外電極33a/33b電連接、另一個(gè)縱向端與配置在層疊體3另一端的外電極33a/33b內(nèi)側(cè)面331間隔相對(duì)并具有預(yù)定的縱向間距D，各層內(nèi)電極32交替地與一對(duì)外電極33a、33b中的一個(gè)形成電連接。
參照?qǐng)D3，內(nèi)電極32圖案大致呈長(zhǎng)方形，并具有沿橫向(寬度方向)相對(duì)的兩側(cè)緣和縱向(長(zhǎng)度方向)相對(duì)的兩端緣。內(nèi)電極32的橫向兩側(cè)緣與陶瓷電介質(zhì)層31的橫向邊緣之間具有橫向邊距W，該橫向邊距W可保護(hù)內(nèi)電極。內(nèi)電極32的一個(gè)縱向端緣露出陶瓷電介質(zhì)層31的一個(gè)縱向邊緣并與外電極33b電連接、其另一個(gè)縱向端緣與陶瓷電介質(zhì)層31的另一個(gè)縱向邊緣之間具有縱向距離，該縱向距離即為內(nèi)電極32的縱向端與外電極33a內(nèi)側(cè)面331的縱向間距D，該縱向間距D可防止電容器的異性電極發(fā)生電短路。
本實(shí)用新型的要點(diǎn)在于對(duì)內(nèi)電極32縱向端與外電極33a/33b內(nèi)側(cè)面的縱向間距D、以及外電極包繞部332的縱向?qū)挾萪進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其滿(mǎn)足以下公式D≥d或(d-H/tgα)＜D＜d，其中H是層疊體31厚度方向的表面310與最近的內(nèi)電極32的垂直距離(即層疊體31的保護(hù)層厚度)，α的取值范圍為60°＜α＜90°。這樣的設(shè)計(jì)可保證當(dāng)層疊陶瓷電容器焊接到電路板后因機(jī)械應(yīng)力作用導(dǎo)致斷裂失效時(shí)呈開(kāi)路或電容量降低的狀態(tài)，有效地避免電極間短路的發(fā)生。說(shuō)明如下 電容器焊接到電路板4后由于電路板4彎曲導(dǎo)致破裂失效后，通常是在陶瓷體的端部形成從電容器焊接到電路板的部分(即從外電極包繞部332的端部333處)開(kāi)始、并且沿著與層疊體31厚度方向的表面310呈一傾斜角度向上延伸擴(kuò)大的裂痕，除非發(fā)生極端情況否則裂痕的傾斜角度不會(huì)大于60°，通常呈45°。當(dāng)裂痕的傾斜角度為60°時(shí)，若D＞(d-H/tg60°)，那么當(dāng)陶瓷體破裂后，最下面的內(nèi)電極32的縱向端便不會(huì)與斷裂面34相交，也就是斷裂面34只會(huì)與外電極33a連接的內(nèi)電極相交，而不會(huì)與另一外電極33b連接的內(nèi)電極相交，從而保證電容器失效后呈開(kāi)路或電容量降低狀態(tài)，避免電極間短路的發(fā)生。若設(shè)計(jì)成D≥d，最下面的內(nèi)電極32的縱向端與斷裂面34之間便具有足夠的安全距離L，其可靠性進(jìn)一步提高。當(dāng)然D的取值不能太大，以免造成電容器的電容量下降太多；d的取值不能太小，以免影響電容器的焊接性能。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)D、d設(shè)計(jì)值在合理范圍，其對(duì)元器件電性能幾乎不會(huì)產(chǎn)生影響。
本實(shí)用新型提供的層疊陶瓷電容器可以采用現(xiàn)有的方法進(jìn)行制造，不會(huì)造成制造難度和成本的提高。制造方法通常包括以下步驟 第一步驟，通過(guò)流延成膜或網(wǎng)格印刷在基帶或基板上制作第一層陶瓷電介質(zhì)層；第二步驟，通過(guò)絲網(wǎng)印刷將導(dǎo)電漿料印刷在陶瓷電介質(zhì)層上形成第一層內(nèi)電極圖案；第三步驟，在第一層內(nèi)電極圖案上制作第二層陶瓷電介質(zhì)層；第四步驟，通過(guò)移位印刷在第二陶瓷電介質(zhì)層上形成與第一層內(nèi)電極圖案錯(cuò)位的第二層內(nèi)電極圖案；第五步驟，反復(fù)進(jìn)行第一步驟第四步驟，形成預(yù)定層數(shù)的陶瓷層疊體；第六步驟，切割陶瓷層疊體形成預(yù)定尺寸的芯片；第七步驟，燒結(jié)芯片形成陶瓷燒結(jié)體；第八步驟，在陶瓷燒結(jié)體的兩個(gè)端部制作上外電極。
圖4示出一種用于印刷內(nèi)電極圖案的傳統(tǒng)的網(wǎng)板圖。在網(wǎng)板上形成有多個(gè)網(wǎng)板圖案51、以及沿橫向排列和縱向排列的切割線52a、52b。網(wǎng)板圖案51具有預(yù)定的長(zhǎng)度和寬度。多個(gè)網(wǎng)板圖案51交錯(cuò)排列、并且使網(wǎng)板圖案51之間具有預(yù)定的長(zhǎng)度方向間距LM和寬度方向間距。印刷時(shí)，導(dǎo)電漿料通過(guò)網(wǎng)板圖案51在陶瓷電介質(zhì)層上內(nèi)電極圖案。切割時(shí)，沿切割線52a、52b進(jìn)行切割，將每一個(gè)內(nèi)電極圖案長(zhǎng)度方向中間分割，并將內(nèi)電極圖案之間的長(zhǎng)度方向間距沿中間分割。其中，網(wǎng)板圖案51間的長(zhǎng)度方向間距LM設(shè)計(jì)必須考慮陶瓷層疊體印刷、切割、燒結(jié)后其內(nèi)電極的縱向端與外電極內(nèi)側(cè)面應(yīng)該具有預(yù)定的縱向間距D，以及切片厚度、切片誤差、印刷對(duì)位誤差，切片后圓控時(shí)端面磨削量、燒結(jié)收縮率、燒結(jié)后圓控時(shí)端面磨削量等因素。
作為參考，下面給出一些具體的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)相關(guān)的參數(shù)值為刀片厚度0.20mm，切片誤差0.05mm，印刷對(duì)位誤差0.05mm，切片后圓控時(shí)端面磨削量0.05mm，燒結(jié)收縮率0.75(BX型產(chǎn)品)或0.77(BP型產(chǎn)品)，燒結(jié)后圓控時(shí)端面磨削量0.01mm，燒結(jié)后保護(hù)層厚度H為0.15mm、電容器開(kāi)裂失效后裂痕的傾斜角度為60°。內(nèi)電極網(wǎng)板圖案51間的長(zhǎng)度方向間距LM、內(nèi)電極的縱向端與外電極內(nèi)側(cè)面的縱向間距D、外電極包繞部的縱向?qū)挾萪、以及內(nèi)電極的縱向端與斷裂面之間的最小距離L數(shù)值如下 例如，對(duì)于BX 2225產(chǎn)品，當(dāng)內(nèi)電極32縱向端與外電極33a/33b內(nèi)側(cè)面的縱向間距D為0.7025mm，外電極包繞部332的縱向?qū)挾萪為0.7mm，保護(hù)層厚度為0.15mm，電容器破裂時(shí)裂痕的傾斜角度為60°，則最下面的內(nèi)電極32的縱向端與斷裂面34之間的最小距離L＝D-(d-H/tg60°)＝0.0891mm，這個(gè)距離是足夠安全的。
以上所述的優(yōu)選實(shí)施例，這并不是對(duì)本實(shí)用新型內(nèi)容的限制。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，還可以有其它類(lèi)似的變化和改進(jìn)。并且還可應(yīng)用于不同類(lèi)型的層疊陶瓷電容器，例如具有厚度補(bǔ)償層的層疊陶瓷電容器?？傊苍诒緦?shí)用新型的原則和構(gòu)思下所作出的修改、替換和改變進(jìn)化，均屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1.具有安全失效模式的層疊陶瓷電容器，包括由多層陶瓷電介層和夾置在陶瓷電介層間的內(nèi)電極沿厚度方向?qū)盈B而成的層疊體、以及配置在層疊體縱向相對(duì)端的一對(duì)外電極，外電極具有覆蓋層疊體縱向端面的內(nèi)側(cè)面和覆蓋層疊體端部邊緣的包繞部，且該包繞部具有預(yù)定的縱向?qū)挾萪，每層內(nèi)電極的一個(gè)縱向端露出層疊體端面并與配置在該端的外電極電連接、另一個(gè)縱向端與配置在層疊體另一端的外電極內(nèi)側(cè)面間隔相對(duì)并具有預(yù)定的縱向間距D，各層內(nèi)電極交替地與一對(duì)外電極中的一個(gè)形成電連接，其特征是內(nèi)電極縱向端與外電極內(nèi)側(cè)面的縱向間距D與外電極包繞部的縱向?qū)挾萪滿(mǎn)足以下公式D≥d或(d-H/tgα)＜D＜d，其中H是層疊體厚度方向的表面與最近的內(nèi)電極的垂直距離，α的取值范圍為60°＜α＜90°。
專(zhuān)利摘要具有安全失效模式的層疊陶瓷電容器，可有效地避免失效時(shí)電極間短路的發(fā)生。電容器包括由多層陶瓷電介層和內(nèi)電極層疊而成的層疊體、以及配置在層疊體縱向相對(duì)端的一對(duì)外電極，外電極具有覆蓋層疊體縱向端面的內(nèi)側(cè)面和覆蓋層疊體端部邊緣的包繞部，且該包繞部具有預(yù)定的縱向?qū)挾萪，每層內(nèi)電極的一個(gè)縱向端與一個(gè)外電極電連接、另一個(gè)縱向端與另一個(gè)外電極內(nèi)側(cè)面間隔相對(duì)并具有預(yù)定的縱向間距D，各層內(nèi)電極交替地與一對(duì)外電極中的一個(gè)形成電連接。所述縱向間距D與所述縱向?qū)挾萪公式D≥d或(d-H/tgα)＜D＜d，其中H是層疊體厚度方向的表面與最近的內(nèi)電極的垂直距離，α的取值范圍為60°＜α＜90°。
文檔編號(hào)H01G4/005GK201084551SQ20072000769
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2007年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者蔡通明 申請(qǐng)人:泉州市火炬電子元件廠