[发明专利]表面安装电容器及其制造方法

说明书

参考引用

2002年4月30日授权的美国专利6,380,577与2001年5月29日授权的美国专利6,238,444的内容在此完全引入以供参考。

I.发明背景

A.技术领域

本发明涉及表面安装电容器，特别涉及具有大体上封装在本体或壳体中的电容元件的表面安装电容器。

B.技术问题

对表面安装电容器的需求稳步增加。它们对许多且多种广泛的应用和功能是有用的。例如，它们对保持电气和电子元件或器件中信号完整性及电荷高速传递是有用的。它们对开关功能也是特别有用的。它们对大型解耦性能以实现电源平稳暂态要求是有用的。

目前可得到很多类型和配置。大多在外壳或壳体内具有某种类型的电容元件。外部导电连接或端子与内部电容元件电气连接。电容器组件可被放置在电路板上并通过端子与电路连接。

不同电容元件配置产生不同电容性能。电容元件的性质可决定其尺寸。例如，一些需要处理高电压的元件，为此必须要用较大的电容元件。这样导致壳体尺寸较大。

但是，多数情况下电气元件尺寸在电路设计时是重要的。这导致所谓“容积效率”发生作用。容积效率在本领域中已知是指每单位容积的电容。与本发明相关的容积效率的两个方面如下。

第一，电容元件本身的容积效率，有些材料比相同尺寸或体积的其他材料具有更高的电容性能。钽是一种好的实例。本领域熟知固态钽电容元件比同体积的铝表现出更佳的电容性能。

第二，整个电容器(即电容元件、壳体和端子)的容积效率。该壳体限定一定容积。如果壳体内的电容元件的体积相对壳体总容积较小，与如果电容元件相对壳体尺寸较大的情况相比，整个电容器的容积效率通常更低。

如果无需考虑电路板上电容器空间的问题，容积效率可能无需考虑。但是，应了解，由于电容器空间变得更为有限，容积效率也越加重要。随着多种不同电子和电气器件越来越小型化，对越来越小的表面安装电容器的需求增加。

在许多电路中电容器可表现为最高的部件。因此，必须减小电容器的壳体尺寸(因而减小体积)，同时保持(或甚至增强)电容性能，这是本领域重要的当前需要。电路设计者需能够确定一定电容器壳体尺寸以使其能够与电路板上电气或电子器件所需的其他元件相适合。

但是，很难在满足对电容性能日益增长的需求的同时，具有非常小的封装或壳体尺寸。缩小尺寸同时保持或改善电容性能是一项挑战性的任务。此外，与壳体尺寸无关，始终需要进一步改善电容元件和电容器组件的性能和容积效率。

改善容积效率的一种方法是使用高性能材料，例如钽(Ta)、铌(Nb)或铌氧化物(NbO)作为阳极材料。本领域熟知这种普通型的固态核心或片体表面安装电容器。实例参见美国专利6,380,577和6,238,444，在此引入以供参考。在这些专利中，固态内核(有时被称为阳极体，块体或片体)主要是钽。该钽阳极体通常是烧结的。接线通常采用两种方式之一形成于阳极体中：(a)“嵌入”，意指接线(也可为钽)在加工过程中覆有钽粉，或(b)“焊接”，意指片体在模压并烧结后，接线焊接至钽块体上。另一端延伸至块体外。该电容器的介电材料是通过阳极材料的阳极氧化制成，以形成阳极体表面上的氧化层(如Ta→Ta₂O₅)。如果阳极体是Nb，则氧化为Nb→Nb₂O₅；如果是NbO，则氧化为NbO→Nb₂O₅。电容器阴极通常通过用固态电解质层(例如MnO₂)及导电聚合物涂覆介电层，然后覆盖石墨和银以获得更好的导电性并改善机械强度而形成。阳极和阴极端子可分别连接至钽接线的自由端和钽片体的外电解质表面涂层，此后所有这些元件可被封装在壳体中(例如通过围绕元件成型塑料)，仅留阳极和阴极端子的外表面暴露在壳体外以进行例如表面安装。