[发明专利]一种单层电容器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种单层电容器及其制备方法，包括：所述单层电容器包括陶瓷介电层和金属保护层；所述陶瓷介电层边缘延伸至金属保护层外，外延部分形成支撑体；所述陶瓷介电层上表面和下表面分别设置上电极和下电极，两者配合形成沟道结构；所述沟道结构与金属保护层中间设有电镀铜层。有益效果：通过3D打印，形成沟道结构的陶瓷介电层，实现了同尺寸下电极面积的增加和陶瓷介质厚度的降低，提升高10‑100倍电容容量，增加介电常数；并通过间接曝光‑逐层打印技术，提升了陶瓷晶粒的分布均匀性，实现细晶状态和晶界层的缩量，进一步增加了介电常数。

技术领域

本发明涉及电容器技术领域，具体为一种单层电容器及其制备方法。

背景技术

随着近年来储能电容器等相关设备主要朝着轻量化、小型化、高绝缘性以及高储能密度的方向发展，使得储能电介质需要具有较高介电常数、较低介电损耗和较强的耐压性能。

单层电容器尤其是晶界层电容器由于其在高频工作时的优良性能而广受欢迎。晶界层电容器与普通的陶瓷电容器相比，具有更高的介电常数，一次烧成型电容器的表观介电常数E_app可达4万以上。但是，由于其晶界层制备过程中需要进行半导体化和氧化过程，因此不适用制备多层陶瓷电容器，进而限制了晶界层电容器电容量的提升。

另一方面，目前的单层电容器的尺寸由于机械制备限制和器件转运限制，一般厚度无法减薄，而平面化的对称电极在体积微型化的趋势下和传统的流延、挤压工艺下，也无法展开设计增加面积。因此更多的设计是从材料配方和制备工艺条件上完成，增幅效果不够明显。

现有技术中，利用插入式陶瓷层以层叠方式嵌入部分电极，以期望在基本不增加总厚度尺寸的情况下增加单层电容器的电容，但是该方式制造步骤复杂，效率太低；或者利用通孔贯穿一个或多个陶瓷介质层提供一个或多个内部电极的电连接，但是该方式会影响制造效率和高频下的电容器性能。

因此，解决上述问题，提高电容量，制备一种单层电容器具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单层电容器及其制备方法，解决层电容器电极面积小、电容量低的问题，同时改善了晶界层电容器的晶界层成型质量，进一步提高了器件性能。

一种单层电容器，其特征在于：所述单层电容器包括陶瓷介电层和金属保护层；所述陶瓷介电层边缘延伸至金属保护层外，外延部分形成支撑体；所述陶瓷介电层上表面和下表面分别设置上电极和下电极，两者配合形成沟道结构；所述沟道结构与金属保护层中间设有电镀铜层。

较为优化地，所述沟道结构侧面形成阵列式梯形截面，梯形的底角角度范围为65～85℃。其中，底角为梯形长边的角。

较为优化地，所述沟道结构设置若干个，相邻沟道结构之间平行设置，并通过间隔隔开。

较为优化地，所述陶瓷介质层的厚度为30～60μm；支撑体的厚度为120～240μm；所述电极的厚度为1～2μm；所述电极的材料由内向外依次设置为TiW/Ni/Au；所述金属保护层的材料由内向外依次设置为Ni/Au。较为优化地，一种单层电容器的制备方法，包括以下步骤：

S1：将陶瓷浆料置于DLP光固化3D打印机中，采用间隔曝光-分层打印技术，打印，得到陶瓷胚体；

S2：将陶瓷胚体进行高温脱脂；等静压处理，填充助烧剂，再次脱脂，半导体化；喷涂氧化剂，进行全面氧化，得到陶瓷介电层和支撑体；

S3：将陶瓷介质层的上表面和下表面分别依次溅射TiW、Ni、Au，得到上电极和下电极；在上电极和下电极表面分别使用电镀铜液进行沟道填充，形成电镀铜层；在电镀铜层表面和四周依次电镀Ni、Au，作为金属保护层，所述支撑体位于金属保护层外侧；得到单层陶瓷电容器。

较为优化地，步骤S1中，分层打印的每层厚度为2～10μm，曝光光源为软启动光源或脉冲光源，每次曝光时间为5秒，间隔时间为1秒。