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高頻介質(zhì)電容器及其制備方法

文檔序號:6827676閱讀:150來源:國知局
專利名稱:高頻介質(zhì)電容器及其制備方法
技術領域
本發(fā)明涉及一種電容器,更具體地說,本發(fā)明涉及一種單層結(jié)構(gòu)的高頻電容器及其制備方法。
背景技術
隨著微電子技術以及數(shù)字技術微型化的趨勢,表面安裝技術(SMT)不斷發(fā)展、提高,其中,高頻介質(zhì)陶瓷電容器尤其是片式單層微波介質(zhì)陶瓷電容器正在展示良好的發(fā)展前景。片式單層微波介質(zhì)陶瓷電容器的外形一般為長方形或正方形,尺寸較小,電容量也很小,電容范圍一般在0.01至50PF之間。片式單層微波介質(zhì)陶瓷電容器采用微波陶瓷作介質(zhì),電極采用貴金屬材料如金屬鉑、鈀、金、銀。由于片式單層微波介質(zhì)陶瓷電容器可以使用在1MHZ至50GHz的頻率范圍下,同時也由于它的小體積,片式化的特點,它主要用于軍民用通訊產(chǎn)品,具體包括無線通訊、單片微波集成電路、砷化鎵集成電路、微波組件、射頻數(shù)字產(chǎn)品、直流模塊,旁路,調(diào)諧等領域。
在電子線路中,在非常高的頻率下,電容器的性能參數(shù)與低頻情況是完全不同的,電容器的性能會背離低頻下的電性能。在低頻條件下,電容器的電容量是起主導參數(shù)的作用,可是,在高頻條件下,電容器的等效串聯(lián)電阻和等效串聯(lián)電感變得明顯增大。隨著頻率的不斷提高,電容器容抗不斷的降低,電容器的感抗不斷的提高,到了諧振點,感抗開始超過容抗而開始起到主導作用,此時的電容器已不是真正意義上的電容器,而只是一只電感器了,同時,等效串聯(lián)電阻將部分貯藏能以熱能散發(fā)的形式消耗掉。因此,電容器的設計必須綜合考慮電容值和等效串聯(lián)電阻及等效串聯(lián)電感的關系,一般說來,電容量越大,會以犧牲等效串聯(lián)電阻及等效串聯(lián)電感為代價,也就是說,電容量越大,等效串聯(lián)電阻及等效串聯(lián)電感會越大,因此,等效串聯(lián)電阻及等效串聯(lián)電感是不可避免的。片式單層微波介質(zhì)陶瓷電容器可用于近50GHz的原因,是因為片式單層微波介質(zhì)陶瓷電容器可獲得的電容量極小,同時有效地減小了等效串聯(lián)電阻及等效串聯(lián)電感,因此大大地提高了電容器的諧振點,為了電容器能在微波條件下具有高Q值,采用了一系列高溫燒結(jié)的微波材料,因為電容器在微波條件下具有高Q值,是高頻電容器的基本要求。
對于上述類似問題,有申請?zhí)枮?1103379.3的中國專利文件公開了一種無引線瓷介電容局部化學鍍鎳或銅方法,該法針對介電陶瓷電容器、特別是高頻無引線瓷介電容的瓷介表面金屬化方法存在的如下問題如要用大量的貴金屬白銀,而且涉及到銀漿的配制、涂抹或印刷、高溫燒結(jié)等復雜過程,周期長,能耗高,經(jīng)濟效益低等,提出改進在介電陶瓷、特別是無引線瓷介電容局部表面涂抹或印刷一層具有催化特性的有機載體漿料;該漿料經(jīng)干燥,高溫活化后,可直接化學鍍鎳或鍍銅,可在瓷介電容局部表面形成一層附著力高、介電性能好、容易焊接的金屬層。據(jù)稱該局部化學鍍鎳或銅工藝可提高勞動生產(chǎn)率3倍,原料成本僅為原來的15%,并且可節(jié)省大量貴金屬白銀。上述方法的催化漿料組成分為涂抹的催化漿料和印刷的催化漿料兩種涂抹的催化漿料組成由0.05-10%(重量)PdCl2,0.5-5%(重量)HCl(1∶1),50%~95%(重量)甲基溶纖素,1~20%(重量)醋酸纖維素,1~20%(重量)聚乙二醇所組成;印刷的催化漿料的重量百分組成為0.05~10%(重量)PdClz,0.1~5%(重量)HCl(1∶1),20~70%(重量)甲基溶纖素,10~20%(重量)環(huán)己酮,5~20%(重量)松油醇,1~30%(重量)醋酸纖維素,1~20%聚乙二醇,1~15%(重量)碳粉。上述技術方案中,無引線結(jié)構(gòu)可一定程度上減小電容本體外的分布電容和電感,而特有的催化漿料可改善微波瓷料與電極材料的匹配以提高金屬電極附著力和介電性能,也能減少等效電阻,但在總體上怎樣提高高頻電容器特別是微波電容器的品質(zhì)和生產(chǎn)效率,仍然具有很多需要改進的方面。
總之,高頻小容量電容器制作的主要技術難點除了獲得超薄高質(zhì)量瓷片這點以外還集中在1、小容量產(chǎn)品的容量命中率; 2、小尺寸電容器的尺寸與容量的精確配合;3、微波瓷料與電極材料的匹配;4、設計值以外的隨機分布電容、電感和等效電阻盡可能小。但是目前而言,尚沒有一個技術方案能夠較好地、綜合地解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術的上述缺點,本發(fā)明所要達到的技術目的是要提供一種高頻介質(zhì)電容器及其制備方法,該種電容器及其制備方法能夠綜合、較好地提高小容量產(chǎn)品的容量命中率、使小尺寸電容器的尺寸與設計容量值精確配合、使微波瓷料與電極材料更好地匹配、更多地減小設計值以外的隨機分布電容、電感和等效電阻。
為此,本發(fā)明的技術方案是一種高頻介質(zhì)電容器,該高頻介質(zhì)電容器包括高頻介質(zhì)層和電極,一個該電容器其中僅具有一個所述介質(zhì)層,而該介質(zhì)層是多層介質(zhì)膜逐層疊壓而成的均質(zhì)體,所述介質(zhì)層的介電常數(shù)在8~130之間;所述的電極為金屬化的單層導電膜、或多層復合的導電膜,所述的單層導電膜為Ag、Au、Ag-Pd膜中之一,所述的多層復合的導電膜為W-Ti/Au、W-Ti/Ag、W-Ti/Ni/Au-Sn、W-Ti/Ni/Ag-Sn復合膜中之一。為了提高用于高頻段尤其是微波端的小容量電容器的容量命中率,使小尺寸電容器的尺寸與設計容量的配合精度提高,本發(fā)明根據(jù)設計電容值合理采用介電常數(shù)在8~130之間的微波介質(zhì),而不是盲目采用介電常數(shù)高的介質(zhì),因為,適當較低介電常數(shù)的介質(zhì)材料具有介電損耗更小、溫度變化系數(shù)更小、高頻及微波應用場合下等效電阻更低等優(yōu)點,而且適當較低介電常數(shù)的介質(zhì)材料具有便于采用適當多量的介質(zhì)材料實現(xiàn)分數(shù)PF量級的小電容值,方便以調(diào)節(jié)厚度和體積的方法來命中小電容量的設計值;而且,采取多層介質(zhì)膜逐層疊壓制成的介質(zhì)層均質(zhì)體,既便于精確和經(jīng)濟地實現(xiàn)介質(zhì)層的內(nèi)部尺寸和外部尺寸,還可在介質(zhì)膜的逐層疊壓過程中,使介質(zhì)層材料的內(nèi)部缺陷大幅減少,提高介質(zhì)內(nèi)部均勻性,從而可以進一步提高設計容量的命中率和尺寸的配合精度;而采用單一的上述介質(zhì)層,有利于在介質(zhì)層外兩面形成高質(zhì)量的金屬化電極如采用能量粒子流方法形成多層復合電極膜,從而極大地改善介質(zhì)層與電極間的界面性能,配合W-Ti類或其他改進的多元金屬電極,就能使微波瓷料與電極材料實現(xiàn)更好匹配,從而減小設計值以外的隨機分布電容、電感和等效電阻。
結(jié)合現(xiàn)有流延機的可能和介質(zhì)漿料的性質(zhì),為落實本發(fā)明的上述基本優(yōu)點,本發(fā)明采取如下較具體改進措施所述介質(zhì)層的厚度為0.08mm~0.3mm;所述高頻介質(zhì)瓷料為微波介質(zhì)瓷料。所述的電極厚度為0.06μm-4μm。一個所述電容器的一對或一個電極的全部或部分裸露而構(gòu)成無引腳電極,以期減少電極引腳隨意走向帶來的隨機分布電容和電感對小容量設計值的過大干擾,實際中可直接將無引腳電極焊接于線路板上。
根據(jù)本發(fā)明制得的上述單層電容器,尺寸小,性能優(yōu)良,使用頻率從1MHZ可達到50GHz。
與上述相關的本發(fā)明的另一技術方案是一種生產(chǎn)上述的高頻介質(zhì)電容器的制備方法,該制備方法包括將高頻介質(zhì)瓷料進行配料、球磨、和流延操作步驟,此外,該制備方法還包括如下操作步驟A)在所述的流延操作中,所述高頻介質(zhì)瓷料被制成厚度相等或不等的流延膜,所述流延膜的厚度范圍為0.01mm~0.05mm;B)根據(jù)設計厚度,將厚度相等或不等的流延膜進行組合、層疊,然后將層疊的流延膜通過等靜壓或擠壓操作制成一定致密度和相應厚度的生坯片;C)對生坯片進行燒結(jié)制得介質(zhì)層,再在燒結(jié)后的介質(zhì)層兩面上形成金屬化電極;或在生坯片兩面上印刷電極后進行共燒形成介質(zhì)層和金屬化電極;D)按尺寸要求對金屬化后的介質(zhì)層進行切割,用超聲波清洗方式除去介質(zhì)層表面殘留物后即得所述的高頻介質(zhì)電容器。
在所述的步驟C)之后還包括步驟E)即檢測電極間電容量,并根據(jù)檢測值對電極進行光腐蝕。
本發(fā)明方法的上述步驟利用現(xiàn)有流延機先流延出作為組件的介質(zhì)膜片,然后再對介質(zhì)膜片疊壓整形,這使制備介質(zhì)層的操作可調(diào)性與精確性更好、而使終得的介質(zhì)層的內(nèi)在結(jié)構(gòu)較現(xiàn)有不疊壓整形得到的介質(zhì)層更均勻、致密,在此基礎上,進一步在介質(zhì)層兩面形成金屬化電極膜,并用高精度切割機來切割分離單片電容器,還可在檢測極間電容基礎上對金屬化電極用光腐蝕進行容量的微調(diào)或劃分,從而可以大幅提高設計容量值的命中率。
為落實本發(fā)明的上述基本優(yōu)點,本發(fā)明采取如下較具體改進措施在所述的步驟C)中,在燒結(jié)后的介質(zhì)層兩面上形成金屬化電極是采用如下方法之一或其中幾種的組合印刷電極后再燒結(jié)固化、真空濺射、蒸鍍、化學鍍、電鍍。所述的金屬化電極為單層或多層復合,其中,所述的單層金屬化電極為Ag、Au、Ag-Pd膜中之一,所述的多層復合的金屬化電極為W-Ti/Au、W-Ti/Ag、W-Ti/Ni/Au-Sn、W-Ti/Ni/Ag-Sn復合膜中之一。在所述的步驟C)中,在生坯片兩面上印刷電極后進行共燒時,共燒燒結(jié)溫度低于電極材料的最高燒結(jié)熔點。所述介質(zhì)層的厚度為0.08mm~0.3mm;所述高頻介質(zhì)瓷料為微波介質(zhì)瓷料。
總之,本發(fā)明的上述改進實施簡便、有效,能夠生產(chǎn)出有效頻率范圍為1MHZ到50GHz的微波用電容器。
以下,結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明的技術解決方案作進一步說明。

圖1是本發(fā)明的高頻介質(zhì)電容器實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的高頻介質(zhì)電容器制備方法實施例1的工藝流程框圖。
圖3是本發(fā)明的高頻介質(zhì)電容器制備方法實施例2的工藝流程框圖。
具體實施方式電容器實施例如圖1所示為一種高頻介質(zhì)電容器,該高頻介質(zhì)電容器的長為L,寬為W,厚度約等于介質(zhì)層厚度T。該高頻介質(zhì)電容器包括高頻介質(zhì)層1和電極2,一個該電容器其中僅具有一個所述介質(zhì)層1,而該介質(zhì)層1是多層介質(zhì)膜逐層疊壓而成、質(zhì)層厚度T為0.08mm~0.3mm的均質(zhì)體,所述介質(zhì)層1的介電常數(shù)在8~130之間;所述的電極2為金屬化的多層復合、厚度為1μm的導電膜,所述的多層復合的導電膜為W-Ti/Ag復合膜。電容器的一對電極2的部分裸露而構(gòu)成無引腳電極。
制備方法實施例1如圖2所示一種生產(chǎn)上述高頻介質(zhì)電容器的制備方法,該制備方法包括將高頻介質(zhì)瓷料進行配料、球磨操作步驟,然后進入流延操作步驟,在流延操作中,所述高頻介質(zhì)瓷料被制成厚度相等或不等的流延膜,所述流延膜的厚度范圍為0.02mm~0.05mm;根據(jù)設計厚度,將厚度相等或不等的流延膜進行組合、層疊,然后將層疊的流延膜通過等靜壓的層壓操作制成一定致密度和相應厚度的生坯片;再對生坯片進行切片、排膠、燒結(jié)制得介質(zhì)層,再在燒結(jié)后的介質(zhì)層兩面上形成金屬化電極,這些方法包括印刷電極后再燒結(jié)固化、真空濺射、蒸鍍、化學鍍、電鍍。
檢測電極間電容量,并根據(jù)檢測值對電極進行光腐蝕。
對金屬化后的介質(zhì)層進行前清洗得到電容器初品,按尺寸要求用高精度切割機切割分離之,再用超聲波方式的后清洗除去介質(zhì)層表面殘留物,檢驗、包裝即得所述的高頻介質(zhì)電容器。
其最終產(chǎn)品的電容量、金屬化電極的結(jié)構(gòu)、電極厚度、介質(zhì)層的厚度T以及其他外形尺寸、微波介質(zhì)的介電常數(shù)值均參見表一中序號5~12。其中序號5產(chǎn)品采用印刷電極后再燒結(jié)固化方法制得,其中序號6、7、12的產(chǎn)品采用真空濺射方法制得,其中序號8、9的產(chǎn)品采用蒸鍍方法制得,其中序號10的產(chǎn)品采用化學鍍方法制得,其中序號11的產(chǎn)品采用電鍍方法制得。
制備方法實施例2如圖3所示一種生產(chǎn)上述的高頻介質(zhì)電容器的制備方法,該制備方法包括將高頻介質(zhì)瓷料進行配料、球磨操作步驟,然后進入流延操作步驟,在流延操作中,所述高頻介質(zhì)瓷料被制成厚度相等或不等的流延膜,所述流延膜的厚度范圍為0.03mm~0.04mm;根據(jù)設計厚度,將厚度相等或不等的流延膜進行組合、層疊,然后將層疊的流延膜通過擠壓式層壓操作制成一定致密度和相應厚度的生坯片;在生坯片兩面上印刷電極后將瓷體與電極進行共燒,共燒中燒結(jié)溫度低于電極材料的最高燒結(jié)熔點,形成介質(zhì)層和金屬化電極;按尺寸要求對金屬化后的介質(zhì)層用高精度切割機切割分離,用超聲波清洗方式除去介質(zhì)層表面殘留物后,檢驗、包裝即得所述的高頻介質(zhì)電容器。
其最終產(chǎn)品的電容量、金屬化電極的結(jié)構(gòu)、電極厚度、介質(zhì)層的厚度T以及其他外形尺寸、微波介質(zhì)的介電常數(shù)值均參見表一中序號1~4。
表一
表一中A電極為Ag,B電極為W-Ti/Au,C電極為W-Ti/Ni/Au-Sn,D電極為Ag-Pd。
權利要求
1.一種高頻介質(zhì)電容器,所述高頻介質(zhì)電容器包括高頻介質(zhì)層和電極,一個該電容器中僅具有一個所述介質(zhì)層,其特征在于所述介質(zhì)層是多層介質(zhì)膜逐層疊壓而成的均質(zhì)體,所述介質(zhì)層的介電常數(shù)在8~130之間;所述的電極為金屬化的單層導電膜、或多層復合的導電膜,所述的單層導電膜為Ag、Au、Ag-Pd膜中之一,所述的多層復合的導電膜為W-Ti/Au、W-Ti/Ag、W-Ti/Ni/Au-Sn、W-Ti/Ni/Ag-Sn復合膜中之一。
2.如權利要求1所述的高頻介質(zhì)電容器,其特征在于一個所述電容器的一對或一個電極的全部或部分裸露而構(gòu)成無引腳電極。
3.如權利要求1或2所述的高頻介質(zhì)電容器,其特征在于所述介質(zhì)層的厚度為0.08mm~0.3mm;所述高頻介質(zhì)瓷料為微波介質(zhì)瓷料。
4.如權利要求3所述的高頻介質(zhì)電容器,其特征在于所述的電極厚度為0.06μm-4μm。
5.一種如權利要求1~4之一所述的高頻介質(zhì)電容器的制備方法,該制備方法包括將高頻介質(zhì)瓷料進行配料、球磨、和流延操作步驟,其特征在于,該制備方法還包括如下操作步驟A)在所述的流延操作中,所述的高頻介質(zhì)瓷料被制成厚度相等或不等的流延膜,所述流延膜的厚度范圍為0.01mm~0.05mm;B)根據(jù)設計厚度,將厚度相等或不等的流延膜進行組合、層疊,然后將層疊的流延膜通過等靜壓或擠壓操作制成一定致密度和相應厚度的生坯片;C)對生坯片進行燒結(jié)制得介質(zhì)層,再在燒結(jié)后的介質(zhì)層兩面上形成金屬化電極;或在生坯片兩面上印刷電極后進行共燒形成介質(zhì)層和金屬化電極;D)按尺寸要求對金屬化后的介質(zhì)層進行切割,用超聲波清洗方式除去介質(zhì)層表面殘留物后即得所述的高頻介質(zhì)電容器。
6.如權利要求5所述的高頻介質(zhì)電容器的制備方法,其特征在于在所述的步驟C)之后還包括步驟E)即檢測電極間電容量,并根據(jù)檢測值對電極進行光腐蝕。
7.如權利要求5所述的高頻介質(zhì)電容器的制備方法,其特征在于在所述的步驟C)中,在燒結(jié)后的介質(zhì)層兩面上形成金屬化電極是采用如下方法之一或其中幾種的組合印刷電極后再燒結(jié)固化、真空濺射、蒸鍍、化學鍍、電鍍。
8.如權利要求7所述的高頻介質(zhì)電容器的制備方法,其特征在于所述的金屬化電極為單層或多層復合,其中,所述的單層金屬化電極為Ag、Au、Ag-Pd膜中之一,所述的多層復合的金屬化電極為W-Ti/Au、W-Ti/Ag、W-Ti/Ni/Au-Sn、W-Ti/Ni/Ag-Sn復合膜中之一。
9.如權利要求5所述的高頻介質(zhì)電容器的制備方法,其特征在于在所述的步驟C)中,在生坯片兩面上印刷電極后進行共燒時,共燒燒結(jié)溫度低于電極材料的最高燒結(jié)熔點。
10.如權利要求5所述的高頻介質(zhì)電容器的制備方法,其特征在于所述介質(zhì)層的厚度為0.08mm~0.3mm;所述高頻介質(zhì)瓷料為微波介質(zhì)瓷料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高頻介質(zhì)電容器及其制備方法,該高頻介質(zhì)電容器包括高頻介質(zhì)層和電極,一個該電容器其中僅具有一個介質(zhì)層,而該介質(zhì)層是多層介質(zhì)膜逐層疊壓而成的均質(zhì)體,介質(zhì)層的介電常數(shù)在8~130之間;電極為金屬化的單層導電膜、或多層復合的導電膜,單層導電膜為Ag、Au、Ag-Pd膜中之一,多層復合的導電膜為W-Ti/Au、W-Ti/Ag、W-Ti/Ni/Au-Sn、W-Ti/Ni/Ag-Sn復合膜中之一。本發(fā)明提供一種能夠綜合地、較好地提高小容量產(chǎn)品的容量命中率、使小尺寸電容器的尺寸與設計容量值精確配合、使微波瓷料與電極材料更好地匹配、更多地減小設計值以外的隨機分布電容、電感和等效電阻的高頻介質(zhì)電容器。
文檔編號H01G4/12GK1691225SQ200410027070
公開日2005年11月2日 申請日期2004年4月30日 優(yōu)先權日2004年4月30日
發(fā)明者歐明, 吳浩, 譚斌, 司留啟, 黃浩, 南永濤, 李潔芳 申請人:廣東風華邦科電子有限公司
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