CN1106652C - 多层陶瓷电容器 - Google Patents

Abstract

多层陶瓷电容器，包括设置于电容量形成层之间的能减缓因反压电现象引起的介质材料应力的中间层。电容量形成层最好包含7层或以上的内电极层，它包括第1电极层和第2电极层，第1电极层有2个或以上电极，第2电极层有1个或以上的全部面对第1电极层的电极，第1和第2电极层形成2个或以上串联连接的电容器单元。中间层厚最好是75至900μm。中间层最好包含有不形成电容量的结构的内电极。

Description

多层陶瓷电容器

本发明涉及多层陶瓷电容器，特别涉及多层结构的大容量和高耐压的多层陶瓷电容器。

多层陶瓷电容器的特征是，由于用叠置多层电介质层来获得电容量，因而能获得大容量可提供小尺寸低价的电容器。通常，这类电容器用作大电容量陶瓷电容器。

构成陶瓷电容器的介质材料按其性能大致分为两类。一类包括可以用作温度补偿的低介电常数介质材料，如氧化钛，另一类包括高介电常数介质材料，如钛酸钡。

低介电常数介质材料有50至200的低介电常数，但有极小的静电容量与温度的依赖关系。这类低介电常数介质材料的低介电常数可能是由其结晶结构造成的。也就是说，由于它有四方晶系，显示出低的各向异性，形成影响介电常数的偶极子的倾向性小。另一方面，高介电常数介质材料有2000至20000的极高介电常数。高介电常数是由其晶格结构的相当大的畸变造成的。因而，容易形成偶极子。大容量多层陶瓷电容器的制造中，主要是用这样的高介电常数介质材料。

高压(额定电压：AC 100(V)以上，DC 500(V)以上)型多层陶瓷电容器包括有多个内电极叠置的结构的电容器，每个内电极包括设置在同一平面上的许多电极段，按这种方式的电极段作为串联连接的等效电路，如JP-A-U-60-76028所披露的。这里用的“JP-A-U”是未审查的日本特许新案申请)。

但是，用高介电常介质材料的多层陶瓷电容器的缺陷是，因为，由于晶格畸变引起压电现象或反压电现象(压电现象是因机械变形转换成电压的现象，反压电现象是因电压转变成机械变形的现象)，为达到较大容量而增加叠层数量，在低于介电击穿电压的电压时会引起电容器破裂(机械击穿)。为此，这种多层陶瓷电容器有击穿电压低的问题和耐压低的问题。

为克服这些缺陷，日本JP-A-4-188810和JP-A-4-188811提出一种有大容量和高额定电压的多层陶瓷电容器(这里的JP-A是日本未审查的公开的日本专利申请)，它是将多个有较少叠层的电容器叠置构成的。

但是，上述多层陶瓷电容器的缺陷是，由于制造工艺步骤数增多、部件数增多，因而，很难达到小型化、重量轻和成本低。

本发明的目的是，提供一种多层陶瓷电容器，它尺寸小、重量轻、价格便宜、有大容量、高击穿电压、高耐压(即，高压型电容器)，没有由反压电现象引起的机械压力造成的破裂。

通过以下说明将明白本发明的其它目的和效果。

按本发明的多层陶瓷电容器，在构成电容的层间形成中间层，可使在叠层数增加的情况下获得高击穿电压和高耐压。

按本发明的多层陶瓷电容器包括，在形成电容的层间形成中间层以减缓反压电现象引起的介质材料的应力。

本发明包括以下优选实施例：

(1)按本发明的多层陶瓷电容器中，电容形成层包括7层或以上的内电极层，内电极层包括第1电极层和第2电极层，第1电极层有两个或以上的电极，第2电极层有面对第1电极层的一个或以上的电极，第1和第2电极层形成两个或以上的串联连接的电容器单元。

(2)按本发明和上述优选实施例(1)的多层陶瓷电容器，中间层厚75至900μm。

(3)按本发明和上述优选实施例(1)和(2)的多层陶瓷电容器，中间层包含内电极，其结构不能形成电容量。

图1是具有因反压电现象而扩大的多层陶瓷电容器的示意图；

图2是按本发明的其中有不形成电容量的层的实施例1的多层陶瓷电容器的剖视图；

图3是按本发明的其中有不形成电容量的层的实施例4的多层陶瓷电容器的剖视图；

图4是按本发明的其中有不形成电容量的层和有不形成电容量的电极层(虚构电极)的实施例7的多层陶瓷电容器的剖视图；

图5是有大容量和高耐压的对比例1中的常规多层陶瓷电容器的剖视图；

图6是对比例和实施例的交流(AC)击穿电压电平的曲线图；

图7是对比例和实施例的直流(DC)耐压电平曲线图；

图8是对比例和实施例的交流(AC)击穿电压电平曲线图；

这里用的中间层是绝缘层，用于减缓因反压电现象引起的介质材料膨胀，以此抑制破裂。最好用电容形成层用的介质材料制造中间层。与中间层接触的内电极最好设置成不形成电容量。即使内电极设置成形成一定电容，也最好用减少覆盖面积和增大电极间距离等方法设置成几乎能完全防止反压电现象引起的膨胀。

形成电容的层最好有包括7层或以上的内电极层的结构。即，包括6层或以上的介质层。其中，第1电极层有两个或以上电极，第2电极层有全部面对第1电极层的1个或以上的电极。用第1和第2电极层形成两个或以上的串联连接的电容器单元。由于有这种电极排列，使制成的电容器击穿电压和耐压均提高了。

在没有中间层的常规多层陶瓷电容器中，若内电极层数变成7层或以上，由于介质材料的反压电现象引起应力集中。因而使击穿电压明显降低。本发明有效地解决了内电极层为7层或以上的常规多层陶瓷电容器存在的这种问题。

中间层厚度最好是75至900μm。若该厚度小于75μm，则对电容量形成层的反压电现象引起的应力集中的减缓程度下降。若该厚度大于900μm。增加了多层结构的厚度，不利于小型化。

中间层在同一平面上可包含有形成电容量结构的内电极。这里因为在电容量形成电容量结构的内电极。这是因为在电容量形成层中引起电致伸缩，即，给电容形成层加电压，有形成电容量结构的电极的形成不会影响电致伸缩。

如图1所示，使用有高介电常数的介质层1的多层陶瓷电容器中，每层电容量形成层4均在垂直于加电压方向膨胀。该膨胀是由上述的反压电现象引起的；加的电压超高，膨胀越励害。边界5和6(不包含内电极2的部分)由于没加电压因而不膨胀。由于上述原因，图1所示的一类多层陶瓷电容器，为了适应高额定电压，而在高压下使用时，会造成介质材料破裂。并使其介电性破坏。当为了获得大容量而增加电容量形成层的叠置层数时，这种趋势变得更明显。但是，在膨胀的电容量形成层之间形成不膨胀的中间层能减缓介质材料膨胀并使与边界交界处周围的增大了的应力消失。结果，用这种方法可以提供迭层数增多的多层陶瓷电容器，也就是说，能制成大容量和高额定电压的多层陶瓷电容器。

以下将参照实施例更详细地说明本发明，但本发明不限于此。

                     例1

制成有图2所示截面的多层陶瓷电容器。如图2所示，叠置4个电容量形成层组件构成例1的多层陶瓷电容器结构，其中每个组件由6层介质层10构成，这种构成方式的组件中(电容量形成层组件)用与介质层10相同材料构成的75μm厚的中间层11隔开。形成作为最外层的绝缘层7，并形成与内电极8连接的外电极9。

这种电容器中，有在每层电容量形成层中分割在同一平面上的内电极，电容量形成部件串联连接，如上所述，由此制成适用于高耐压的结构。

用以下工艺制造上述电容器。

主要由钛酸钡构成的陶瓷介质材料粉与适当的溶剂和适当的树脂混合，形成浆料。用刮板法将浆料形成有预定厚度的陶瓷介质材料片。然后，在材料片上用丝网印刷法印刷Pd电极浆料，形成预定的电极图形。按预定叠层数量将没印电极图形的介质材料片与印有电极图形的介质材料片叠至预定厚度。将制成的组件切割成预定尺寸(5.5mm×4.0mm)。制成的生片在400至700℃经30分钟脱脂，然后，在1200℃至1300℃在空气中焙烧2小时，获得烧结单片。烧结后的侧边通过焙烧用银涂覆，然后镀锡和焊料。由此，制成多层陶瓷电容器。

                       例2

制成与例1同样结构的多层陶瓷电容器，只是每层中间层厚度是150μm。同与例1相同的方法制该电容器。

                       例3

制成与例1有相同结构的多层陶瓷电容器。只是每层中间层厚度为300μm。用与例1相同的工艺制成该电容器。

                     例4

制成在图3所示截面的多层陶瓷电容器。如图3所示，用两个电容量形成层单元叠置制成例4的多层陶瓷电容器结构，其中每个单元由12层介质层10，与厚300μm的中间层11一起构成，形成作为最外层的绝缘层7，再形成与内电极8连接的外电极9。电极结构与例1的电极结构相同。用与例1相同的工艺制成该电容器。

                       例5

制成与例1有相同结构的多层陶瓷电容器。只是每层中间层的厚度为900μm。用与例1相同的工艺制造该电容器。

                       例6

制成与例4相同结构的多层陶瓷电容器，只是每块电容量形成层由8层介质层构成。用与例1相同的工艺制造该电容器。

                       例7

制成与例6有相同结构的多层陶瓷电容器。只是电容量形成层没有含电极层12虚构电极)的中间层，如图4所示。用与例1相同的工艺制造该电容器。

                      对比例1

制造有图5所示割面的常规多层陶瓷电容器。如图5所示，将主要由钛酸钡构成的介质层13与Pd内电极14交替叠置，并形成与内电极14连接的用银构成的外电极15。内电极排列成构成串联排列的电容量形成部件，由此，构成适于高耐压的结构。

有上述电极结构的多层陶瓷电容器中，形成电容量的介质层数是24层，每层厚75μm。

如与上述实施例相同的工艺制造该电容器。

                        对比例2

制成与对比例1相同结构的多层陶瓷电容器，只是形成电容量的介质层数为16层。评估

检测例1、2、3、4和5和对比例1的击穿电压，获得的结果示于表6。图6中的数值是每个实施例或对比例的击穿电压平均值。图6中“EX”表示实施例，“EC”表示对比例，(以后相同)。

击穿电压测试中，加1KV/sec(AC 50Hz)的速率增加电压，以电流达到10mA时刻的电压值为击穿电压。

表示出结果的全部实施例电容器，每个电容器至少有一层中间层，其交流(AD)击穿电压电平高于对比例电容器的AC击穿电压电平。

检测例1、2、3、4和5和对比例1的电容器的DC耐压，结果示于图7中。

耐压测试中，加预定DC电压5秒钟。当电容器加该电压而使在其中产生1mA电流时认为该电容器被击穿报废。

通常要求高压型电容器的DC耐压为6KV以上，以便使电容量能耐使用中产生的浪涌电压和脉冲电压等。对比例1电容器的6KV直流耐压试验结果70％报废，而实施例1的电容器同样进行6KV直流耐压试验，由于电容器有中间层因而没有报废品。例3的电容器中中间层厚度是例1电容器中中间层厚度的4倍，当加6.5KV直流电压时也没出现废品。例中的电容器的中间层数量比例3电容器的中间层数量小，尽管耐压电平比例3低，但与例1有几乎相同的DC耐压电平。而且，例5的电容器表现出DC耐压电平提高。

以下说明形成中间层能有效改善DC耐压和AC击穿电压的原因。

多层陶瓷电容器的制造中，通过焙烧同时形成介质层和内电极。但是，由于两中材料在焙烧中有不同的状态，内部留有应力和缺陷。该现象随着介质层数的增加会变得更明显，即，按内电极与介质材料之比而增大。由于按本发明的多层陶瓷电容器有一层或以上的中间层，因而具有高DC耐压和高交流击穿电压。

如上所述，例7的电容器有不形成电容量的有内电极的中间层。因而，使内电极比例增大，与例6的有不包括内电极的中间层的电容器和对比例2的电容器一起检测AC击穿电压。结果示于表8中。图8中的数值是每个实施例和对比例的击穿电压的平均值。

这些结果表明，这些内电极存在与否不影响AC击穿电压，即不影响产生的电极比例差。但是，每个实施例的电容器的AC击穿电压高于对比例2的电容器的AC击穿电压。

从上述结果可以看到对减缓介质材料与内电极之间不同的焙烧状态引起的内部缺陷用中间层无效，但中间层对消除电容量形成层的反压电现象引起的膨胀应力有效。连续叠置大量电容量形成层时，单独的应力组合成大应力。因此，认为减少电容量形成层的数量和将这些层分开能有效减小边界上增大了的应力并防止出现缺陷。

如上所述，按本发明的多层陶瓷电容器，有一层或以上的中间层，具有因击穿电压缺陷而不合理的大电容量。

正如上面详细说明的，本发明在电容量形成层之间形成不构成电容量的中间层，能制成有大容量、大耐压、极好的可靠性和尺寸小、重量轻、价格便宜的多层陶瓷电容器。

尽管上面结合具体实施例详细说明了本发明，但本行业的技术人员应明白，本发明还能有各种变化和改型，但这均不脱离本发明的精神和范围。

Claims (4)

1.一种多层陶瓷电容器，包括设置于电容量形成层之间的、能减缓由反压电现象引起的介质材料应力的中间层，其中，所述电容量形成层包括7层或以上的内电极层，其中包括第1电极层和第2电极层，所述第1电极层有2个或以上的电极，和所述第2电极层有1个或以上的全部面对所述第1电极层的电极，所述第1和第2电极层形成串联连接的两个或以上电容器单元。

2.按权利要求1的多层陶瓷电容器，其特征是，所述中间层的厚度为75μm至900μm。

3.按权利要求1的多层陶瓷电容器，其特征是，所述中间层包含有不形成电容量的结构的内电极。

4.按权利要求2的多层陶瓷电容器，其特征是，所述中间层包括有不形成电容量的结构的内电极。

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