專(zhuān)利名稱(chēng)：具有用于中斷異常電流的薄膜電極的疊層式電子器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及疊層式電子器件，諸如疊層式陶瓷電容器、疊層式壓電陶瓷致動(dòng)器(actuator)等，這類(lèi)電子器件具有一個(gè)陶瓷基體，陶瓷基體帶有多個(gè)內(nèi)電極和一個(gè)外電極，外電極形成在陶瓷基體上并且作為引線端子連接至內(nèi)電極，更具體地講，本發(fā)明涉及具有用于中斷異常電流的熔斷元件的這類(lèi)疊層式電子器件。
背景技術(shù)：
一種典型的疊層式電子器件是陶瓷電容器，它包括一個(gè)陶瓷材料制成的陶瓷基體，陶瓷基體帶有第一和第二組內(nèi)電極以及形成在陶瓷基體上不同位置處的第一和第二外電極。第一組內(nèi)電極和第二組內(nèi)電極交替設(shè)置在陶瓷基體中并且相互間由陶瓷材料隔開(kāi)。第一和第二組內(nèi)電極連接至第一和第二外電極。第一和第二外電極用作引線端子，用于將電容器連接至外部電路。
在以下的描述中，常常將第一組內(nèi)電極和第二組內(nèi)電極分別稱(chēng)為第一內(nèi)電極和第二內(nèi)電極。
在制造陶瓷電容器時(shí)，通過(guò)絲網(wǎng)印刷方法，分別在陶瓷坯片上形成第一和第二內(nèi)電極。隨后，具有第一內(nèi)電極的坯片和具有第二內(nèi)電極的坯片交替地疊置，從而形成一個(gè)陶瓷基體。陶瓷基體被焙燒或烘烤，形成具有第一和第二內(nèi)電極的硬的陶瓷基體。然后，在陶瓷基體上形成外電極。
在疊層式電容器中，當(dāng)相鄰的第一和第二內(nèi)電極因任何故障而短路時(shí)，例如因陶瓷基體中存在的針孔，異常電流會(huì)在第一和第二內(nèi)電極之間通過(guò)短路的內(nèi)電極流動(dòng)，從而導(dǎo)致外部電路以及電容器本身的損壞。這是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。
疊層式壓電陶瓷致動(dòng)器具有與上述的電容器相似的結(jié)構(gòu)。陶瓷材料是壓電材料，并且在相鄰的第一和第二內(nèi)電極之間極化。疊層式壓電陶瓷致動(dòng)器也具有相似的問(wèn)題。
總體上講，具有一個(gè)陶瓷基體并且陶瓷基體帶有連接至一個(gè)外電極的多個(gè)內(nèi)電極的電子器件也都會(huì)遇到相似的問(wèn)題。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，JP-A 63-305506(參考文獻(xiàn)Ⅰ)公開(kāi)了在每個(gè)內(nèi)電極中靠近于外電極形成一個(gè)窄的部分的技術(shù)方案。窄的部分被稱(chēng)為熔斷電極。熔斷電極能夠被流過(guò)其中的異常電流產(chǎn)生的焦耳熱熔化并產(chǎn)生破裂。
不過(guò)，這里存在另外一個(gè)問(wèn)題焦耳熱可能導(dǎo)致陶瓷基體本身破裂。
JP-A 3-1514(參考文獻(xiàn)Ⅱ)公開(kāi)了采用線狀熔斷元件連接內(nèi)電極和外(external)電極的技術(shù)方案。一個(gè)外部(outer)電極形成在陶瓷基體的外表面上并且連接至內(nèi)電極。外部電極通過(guò)線狀熔斷元件連接至外電極。
線狀熔斷元件在陶瓷基體的外表面上延伸是容易出故障的。另外，當(dāng)僅僅一對(duì)相鄰的內(nèi)電極短路時(shí)，熔斷元件就破裂。這意味著電容器不能再用了。
發(fā)明目的因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種疊層式陶瓷電子器件，它具有多個(gè)內(nèi)電極，多個(gè)內(nèi)電極連接至一個(gè)外電極，并且它具有熔斷功能，用于防止異常電流，其中，通過(guò)這種熔斷功能，只是有異常電流流過(guò)的那些內(nèi)電極從內(nèi)電極和外電極之間的連接結(jié)構(gòu)中被去除或分開(kāi)，而在陶瓷基體中不會(huì)導(dǎo)致任何破裂，因此該器件仍可以工作，同時(shí)維持其電子特性。
本發(fā)明的另一目的是要提供一種表面貼裝型的帶有熔斷功能的疊層式陶瓷電子器件。
本發(fā)明的再一目的是要提供一種具有提高的等效串聯(lián)電阻的帶有熔斷功能的疊層式電子器件。
發(fā)明公開(kāi)根據(jù)本發(fā)明獲得了一種疊層式電子器件，它包括一個(gè)陶瓷基體，它由陶瓷材料制成，具有包括側(cè)表面的外表面；一組內(nèi)電極，它們?cè)O(shè)置在陶瓷基體中并且相互間由陶瓷材料隔開(kāi)，內(nèi)電極相互平行地延伸，內(nèi)電極具有其獨(dú)立的引出電極，引出電極從內(nèi)電極延伸至其在側(cè)表面中暴露的端面；一個(gè)外電極，它安裝在陶瓷基體上，用于連接至外部電路；一個(gè)薄膜電極，它連接至外電極，薄膜電極淀積于側(cè)表面上并且共同地覆蓋著各獨(dú)立引出電極的端面，從而被直接連接至引出電極。
由于從外電極到一個(gè)特定內(nèi)電極流動(dòng)的異常電流產(chǎn)生的熱量，薄膜元件至少局部熔斷，從而中斷流入這個(gè)特定內(nèi)電極的異常電流。
根據(jù)一個(gè)方面，薄膜電極包括金屬材料，金屬材料的熔點(diǎn)低于內(nèi)電極的熔點(diǎn)。
在一個(gè)實(shí)施例中，薄膜電極具有0．5-50微米(μm)的厚度。每個(gè)引出電極具有50-800微米(μm)的寬度。
在一個(gè)例子中，薄膜元件的金屬材料可以采用從下列材料組中選擇的金屬或合金Ag、Pd、Cu、Ni、Sn、Zn、Bi、Pb和Cd。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，薄膜電極是通過(guò)將電極金屬漿料涂敷在側(cè)表面上并進(jìn)行烘烤形成的薄膜。
優(yōu)選的方案是，電極金屬漿料為包含電極金屬粉末和用于在其中懸浮粉末的載體溶劑的金屬粉末漿料。
更優(yōu)選的方案是，金屬粉末漿料還包含從下列玻璃形成成分中選擇的至少一種SiO2、Al2O3和B2O3。
另一種方案是，電極金屬漿料為金屬有機(jī)化合物漿料，它包含金屬有機(jī)化合物／有機(jī)金屬化合物的樹(shù)脂酸鹽和用于在其中溶解樹(shù)脂酸鹽的有機(jī)溶劑。金屬有機(jī)化合物／有機(jī)金屬化合物的樹(shù)脂酸鹽包括金屬有機(jī)化合物／有機(jī)金屬化合物和混入金屬有機(jī)化合物／有機(jī)金屬化合物中的樹(shù)脂。
金屬有機(jī)化合物優(yōu)選包含以下至少一種玻璃形成元素Si、Al和B。
電極金屬漿料可以是一種混合漿料，它包括一種金屬粉末漿料和一種與金屬粉末漿料混合的金屬有機(jī)化合物漿料。優(yōu)選方案是，金屬粉末漿料還包含下列至少一種玻璃形成成分SiO2、Al2O3和B2O3，或者金屬有機(jī)化合物可以包含以下至少一種玻璃形成元素Si、Al和B。
在根據(jù)本發(fā)明的疊層式電子器件的一個(gè)實(shí)施例中，外電極覆蓋薄膜電極。外電極和薄膜電極可以由相同材料制備。
另一種方案是，外電極和薄膜電極由在它們之間形成的一個(gè)空心空間相互隔開(kāi)，或者可以在外電極和薄膜電極之間部分地夾置一個(gè)絕緣玻璃層。
在另一實(shí)施例中，外電極形成在外表面上的與薄膜電極總體不同的位置處。
在此實(shí)施例中，外電極和薄膜電極設(shè)置在外表面上的分開(kāi)的位置處，并且在外表面上的分開(kāi)的位置之間淀積有一個(gè)連接電極，連接電極連接外電極和薄膜電極。
另一種方案是，外電極和薄膜電極相互間局部稍微重疊。薄膜電極由一保護(hù)性玻璃層覆蓋。保護(hù)性玻璃層的熔點(diǎn)低于薄膜電極的熔點(diǎn)，但高于用于將外電極焊接至外部電路的焊接溫度。
在如上所述的本發(fā)明的疊層式電子器件中，側(cè)表面、內(nèi)電極組、引出電極、外電極和薄膜電極分別為第一側(cè)表面、第一組內(nèi)電極、第一引出電極、第一外電極和第一薄膜電極。該電子器件還可以包括設(shè)置在陶瓷基體中的第二組內(nèi)電極和形成于陶瓷基體上的第二外電極，第二組內(nèi)電極具有其獨(dú)立的第二引出電極，第二引出電極具有在外表面中在與第一引出電極和第一外電極分開(kāi)的位置處暴露的端部，第二外電極與第一引出電極和第一外電極分開(kāi)。但各第二外電極共同地電連接至第二組內(nèi)電極。
該疊層式電子器件還可以包括連接至第二外電極的第二薄膜電極。第二薄膜電極淀積于外表面上并且共同地覆蓋各獨(dú)立的第二引出電極的端部，從而被直接連接至第二引出電極。由于從第二外電極到第二組內(nèi)電極中一個(gè)特定內(nèi)電極流動(dòng)的異常電流產(chǎn)生的熱量，第二薄膜電極至少局部熔斷，從而中斷流入第二組內(nèi)電極中這個(gè)特定內(nèi)電極的異常電流。
外表面可以包括第一側(cè)表面和位于第一側(cè)表面兩端的兩個(gè)相反的端面，并且第一和第二外電極形成在第一和第二端面上。
第二引出電極暴露于第一側(cè)表面中。第二引出電極和第二外電極之間的距離與第一引出電極和第一外電極之間的距離相同。
另一種方案是，外表面還包括第二側(cè)表面，第二側(cè)表面位于第一側(cè)表面的相反側(cè)以及第一和第二端面之間。第二引出電極暴露于第二側(cè)表面中。
另外，可以在相互反向的第二和第一側(cè)表面上并且在與第一和第二薄膜電極相反的位置處分別設(shè)置第一和第二虛設(shè)(dummy)薄膜電極。
根據(jù)本發(fā)明的疊層式電子器件的一個(gè)例子是疊層式電容器，其中，第一組內(nèi)電極中的每一個(gè)內(nèi)電極和第二組內(nèi)電極中的每一個(gè)內(nèi)電極交替地設(shè)置在陶瓷基體中。
根據(jù)本發(fā)明的疊層式電子器件的另一個(gè)例子是壓電陶瓷致動(dòng)器，其中，第一組內(nèi)電極中的每一個(gè)內(nèi)電極和第二組內(nèi)電極中的每一個(gè)內(nèi)電極交替地設(shè)置在陶瓷基體中，并且陶瓷基體沿疊置方向上在相鄰電極之間是極化的。
附圖簡(jiǎn)述
圖1是顯示內(nèi)電極和薄膜電極之間的連接的立體圖，用于描繪本發(fā)明的疊層式陶瓷電容器中的熔斷功能；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的疊層式電容器的立體圖；圖3是圖2的電容器中的帶有內(nèi)電極的陶瓷基體處于預(yù)裝配狀態(tài)的立體圖，用于顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖4是圖3的陶瓷基體裝配后的立體圖；圖5是圖2的疊層式電容器的一種改進(jìn)形式的立體圖；圖6是一個(gè)曲線圖，它顯示出破裂電流隨內(nèi)電極的引出電極的寬度變化的測(cè)試數(shù)據(jù)，內(nèi)電極連接至薄膜電極，后者用于圖2所示疊層式電容器中的熔斷；圖7是一個(gè)曲線圖，它顯示出破裂時(shí)間隨破裂電流變化的測(cè)試數(shù)據(jù)；圖8是根據(jù)另一實(shí)施例的疊層式電容器的立體圖；圖9是圖8的疊層式電容器中的陶瓷基體的立體圖，此圖與圖3相似；圖10A-10E顯示出在具有薄膜電極的陶瓷基體上形成外電極的不同步驟；圖11是具有按圖10A-10E的步驟形成的外電極的疊層式陶瓷電容器的局部剖視圖；圖12是根據(jù)另一實(shí)施例的疊層式電容器的立體圖，圖13是沿圖12中的線ⅩⅢ-ⅩⅢ截取的剖視圖；圖14是圖12和13的電容器中的陶瓷基體的立體圖，此圖與圖3相似；圖15是從圖14的狀態(tài)裝配后的陶瓷基體的立體圖；圖16是一個(gè)內(nèi)電極的測(cè)試件的立體圖，此測(cè)試件用于在兩個(gè)外電極之間形成短路；圖17是根據(jù)另一實(shí)施例的疊層式電容器的剖視圖；圖18是圖17的電容器中的陶瓷基體的立體圖，此圖與圖3相似；圖19是從圖18的狀態(tài)裝配后的陶瓷基體的立體圖；圖20是圖17的電容器的一種改進(jìn)形式的剖視圖；
圖21是根據(jù)另一實(shí)施例的疊層式電容器的立體圖；圖22是圖21的電容器中的陶瓷基體的立體圖，此圖與圖3相似；圖23是從圖22的狀態(tài)裝配后的陶瓷基體的立體圖；圖24是圖22中第一內(nèi)電極的一種改進(jìn)形式的立體圖；圖25是根據(jù)另一實(shí)施例的疊層式電容器的立體圖；圖26是圖25的電容器中的陶瓷基體的立體圖，此圖與圖3相似；圖27是從圖26的狀態(tài)裝配后的陶瓷基體的立體圖；以及圖28顯示出圖21和圖25的疊層式電容器的頻率-阻抗特性，并且與沒(méi)有熔斷功能的公知疊層式電容器作了比較。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式參照?qǐng)D1，下面將首先描述本發(fā)明的疊層式陶瓷電子器件的熔斷功能。如此圖中所示，一個(gè)內(nèi)電極30具有一個(gè)引出電極30a，引出電極30a從內(nèi)電極30延伸至一個(gè)陶瓷基體的一側(cè)，陶瓷基體沒(méi)有示出但將在后面進(jìn)行說(shuō)明。引出電極30a的由虛線示出的一個(gè)端面將與一個(gè)薄膜電極40的一個(gè)表面接觸和連接，如陰影線所示。薄膜電極40的連接至引出電極30a的部分以符號(hào)40a示出。
當(dāng)異常電流流過(guò)引出電極30a和連接部分40a之間的連接區(qū)域時(shí)，連接部分40a會(huì)熔化，以致于內(nèi)電極30和薄膜電極40之間的連接被破壞。由此，異常電流中斷。
使薄膜電極40的連接部分40a熔化或破裂的電流將被稱(chēng)為“破裂電流”，這個(gè)電流是由引出電極30a的寬度、薄膜電極40的材料厚度決定的。這些參數(shù)要根據(jù)被中斷的異常電流的值進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇，應(yīng)當(dāng)考慮的是，內(nèi)電極40通常設(shè)計(jì)成具有1-2微米的厚度。
引出電極30a的寬度優(yōu)選50-800微米。如果它小于50微米，不能充分地建立內(nèi)電極與一個(gè)外電極的電連接。如果它大于800微米，就會(huì)產(chǎn)生異常電流不能被中斷的問(wèn)題。
薄膜電極40的厚度優(yōu)選0．5-50微米。如果它大于50微米，破裂電流會(huì)變高，例如10安培或更高。如果它小于0．5微米，就難以選擇比較高的破裂電流值。另外，電容器最終會(huì)具有增大的等效串聯(lián)電阻(ESR)。
為了獲得例如幾毫歐(mΩ)至100毫歐的ESR值，這個(gè)值大致等于沒(méi)有熔斷元件的公知疊層式陶瓷電容器的ESR值，引出電極30a的寬度和薄膜電極40的厚度優(yōu)選300-800微米和2-50微米。另一方面，為了獲得例如100毫歐至1歐的較高ESR值，引出電極30a的寬度和薄膜電極40的厚度優(yōu)選100-300微米和0．5-2微米。
采用通過(guò)以下方式形成電極的方法可以容易地控制薄膜電極40的厚度涂敷金屬粉末漿料并隨后烘烤所涂敷的漿料。
不過(guò)，對(duì)于厚度控制而言，更優(yōu)選的方法是采用金屬有機(jī)化合物漿料替代金屬粉末漿料或者與之聯(lián)用。
通常，內(nèi)電極30是由Ni、Ni合金、Pd或Ag-Pd合金制備的。內(nèi)電極是由上述的絲網(wǎng)印刷方法形成的。在陶瓷基體被烘烤之后，內(nèi)電極的厚度通常為1-2微米。薄膜電極40可以是由Ag、Pd、Cu、Ni、Sn、Zn、B、Pb、Cd或從這些金屬中選擇的金屬的合金制備的。
當(dāng)采用Ag-Pd合金作為內(nèi)電極30時(shí)，為了形成薄膜電極40，優(yōu)選涂敷Ag粉末漿料并對(duì)其進(jìn)行烘烤。當(dāng)采用70％Ag-30％Pd(按重量計(jì))作為內(nèi)電極40時(shí)，采用80％Ag-20％Pd作為薄膜電極40。另一方面，當(dāng)采用Ni、Ni合金或Pd作為內(nèi)電極30時(shí)，為了形成薄膜電極40，可以涂敷Cu粉末漿料并對(duì)其進(jìn)行烘烤。由此，薄膜電極40的熔點(diǎn)低于內(nèi)電極30的熔點(diǎn)，于是，當(dāng)異常電流流過(guò)時(shí)，薄膜電極先于內(nèi)電極被熔化。
參照?qǐng)D2-4，下面將對(duì)根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的疊層式陶瓷電容器進(jìn)行說(shuō)明。如圖2中所示，該電容器包括一個(gè)矩形的陶瓷基體50，它具有相反的第一和第二側(cè)表面50A和50B以及相反的端部；第一和第二薄膜電極401和402，它們分別淀積在第一和第二側(cè)表面50A和50B上；以及第一和第二外電極601和602，它們淀積在陶瓷基體50的相反的端部上。第一和第二薄膜電極401和402與第一和第二外電極601和602部分重疊并連接。該電容器的尺寸為例如3．2mm×1．6mm×1．6mm-5．7mm×5．0mm×5．0mm。
參照?qǐng)D3，分別采用第一內(nèi)電極30(僅示出了301和302)和第二內(nèi)電極32(僅示出了321和322)制備多個(gè)陶瓷坯片521-52n。
將復(fù)合鈣鈦礦化合物粉末的絕緣粉末與粘結(jié)劑材料在有機(jī)溶劑中混合，以形成陶瓷漿料，并且采用刮刀方法由陶瓷漿料形成陶瓷坯片。每個(gè)陶瓷坯片具有30微米的厚度并且呈矩形。通過(guò)在陶瓷坯片上絲網(wǎng)印刷70％Ag-30％Pd漿料，在陶瓷坯片上分別形成第一和第二內(nèi)電極30和32。
第一和第二內(nèi)電極30和32具有第一引出電極30a(僅示出了301a和302a)和第二引出電極32a(僅示出了321a)，第一引出電極30a和第二引出電極32a延伸至陶瓷坯片的相反側(cè)。每個(gè)第一和第二引出電極30a和32a均被調(diào)整為具有500微米的寬度。
具有第一內(nèi)電極30的陶瓷坯片52(僅示出了522和524)與具有第二內(nèi)電極32的陶瓷坯片52(僅示出了521和523)交替地疊置在頂部陶瓷坯片541和底部陶瓷坯片542之間，形成一個(gè)陶瓷坯基體。對(duì)陶瓷坯基體進(jìn)行焙燒、烘烤或燒結(jié)，以形成如圖4中所示的陶瓷基體50。陶瓷基體50具有第一引出電極30a和第二引出電極32a，第一引出電極30a從第一內(nèi)電極延伸至陶瓷基體50的第一側(cè)表面50A，第二引出電極32a從第二內(nèi)電極延伸至陶瓷基體50的第二側(cè)表面50B。由此，第一和第二引出電極30a和32a分別在第一和第二側(cè)表面50A和50B中在其端部是暴露的。
隨后，通過(guò)涂敷和烘烤Ag漿料，在相反的第一和第二端部50C和50D上形成第一和第二外電極601和602。每個(gè)第一和第二外電極601和602都形成為從第一和第二端面50C和50D延伸至頂部、底部以及第一和第二側(cè)表面50A和50B，如圖2中所示。
從第一外電極601到第一引出電極30a的距離被確定為等于從第二外電極602到第二引出電極32a的距離。
然后，通過(guò)在第一和第二側(cè)表面50A和50B上涂敷Ag漿料并進(jìn)行烘烤，形成第一和第二薄膜電極401和402，第一和第二薄膜電極401和402分別覆蓋第一和第二引出電極30a和32a并且部分地覆蓋第一和第二外電極601和602。涂敷是通過(guò)絲網(wǎng)印刷實(shí)現(xiàn)的。
由此就制成了圖2中所示的電容器。
薄膜電極401和402可以?xún)?yōu)選包含一種玻璃形成成分，諸如SiO2、Al2O3或B2O3，這是通過(guò)將玻璃形成成分混合到金屬漿料中實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電容器的第一和第二外電極焊接至諸如印刷電路板之類(lèi)的外部電路時(shí)，這樣形成的薄膜電極可以防止熱焊。
除了金屬粉末的漿料之外，還可以采用金屬有機(jī)化合物漿料來(lái)形成第一和第二薄膜電極401和402。金屬有機(jī)化合物漿料包括金屬有機(jī)化合物和均可以溶解(有機(jī)金屬)鹽的有機(jī)溶劑及樹(shù)脂。金屬有機(jī)化合物包括有機(jī)金屬成分和溶解它的有機(jī)溶劑。有機(jī)金屬鹽中的金屬與金屬粉末漿料中的金屬相同。
金屬有機(jī)化合物可以?xún)?yōu)選包含Si、Al和B中的至少一種玻璃形成元素，以防止薄膜電極被焊接。
參照?qǐng)D5，通過(guò)在陶瓷基體50的第二和第一側(cè)表面50B和50A上分別設(shè)置第一和第二虛設(shè)薄膜電極403和404，對(duì)圖2的電容器進(jìn)行了改進(jìn)。第一和第二虛設(shè)薄膜電極403和404分別與第一和第二薄膜電極401和402對(duì)稱(chēng)地設(shè)置。第一和第二虛設(shè)薄膜電極403和404連接至第一和第二外電極601和602，但不連接至內(nèi)電極。雖然從電學(xué)角度講第一和第二虛設(shè)薄膜電極403和404沒(méi)有太多意義，但采用虛設(shè)電極使電容器容易制造，因?yàn)椴恍枰獮樾纬杀∧る姌O401和402而調(diào)整陶瓷基體50的方向。
采用Ag粉末漿料制備了圖2的電容器的樣品，這些樣品具有厚度不同的熔斷電極40。引出電極30a和32a的寬度為固定值500微米。
采用金屬有機(jī)化合物漿料制備了另一些樣品，其中形成了5微米厚的電極40，但這些樣品的引出電極30a和32a具有不同的寬度。
采用按1∶1的比例混合的Ag粉末漿料和金屬有機(jī)化合物漿料的混合物還制備了其它一些樣品，其中形成了5微米厚的薄膜電極40。引出電極30a和32a的寬度為500微米。
對(duì)于全部樣品，測(cè)量了破裂電流、破裂時(shí)間、電容和ESR。測(cè)量數(shù)據(jù)顯示在表1中。
表1 ○好 ×不好為了進(jìn)行比較，制備了一個(gè)公知的疊層式陶瓷電容器并進(jìn)行了測(cè)量，該電容器不具有薄膜電極但與上述樣品具有相同的結(jié)構(gòu)和相同的各部分尺寸。在表1中，那些樣品的電容和ESR是由相對(duì)于公知電容器的變化率表示的。
圖6顯示出引出電極30a的寬度和破裂電流之間的關(guān)系。
從測(cè)量結(jié)果可以看出，樣品2-6、9-11、13和14具有好的特性。因此，薄膜電極40的厚度優(yōu)選0．5-50微米，而引出電極30a和32a的寬度優(yōu)選50-800微米。
圖7顯示出對(duì)于分別采用80Ag-20Pd粉末漿料(曲線A)和Ag-Pd有機(jī)金屬(80Ag-20Pd)鹽漿料(曲線B)形成的薄膜電極40時(shí)，破裂電流和破裂時(shí)間之間的關(guān)系。從此結(jié)果可以看出，在破裂時(shí)間方面，采用有機(jī)金屬化合物漿料優(yōu)于采用金屬粉末漿料。
參照?qǐng)D8和9，其中示出了一種疊層式陶瓷電容器，除了第一引出電極30a和第二引出電極32a形成在同一側(cè)表面50A上之外，這個(gè)電容器與圖2-4中所示的電容器是相似的。相似的部分以與圖2-4中相同的參考數(shù)字示出，并且不再詳細(xì)描述。
雖然已經(jīng)結(jié)合圖2和圖8的實(shí)施例描述了在形成薄膜電極30和32之前形成外電極60的情況，但也可以在形成薄膜電極30和32之后形成外電極60。
參照?qǐng)D10A-10E，將多個(gè)陶瓷基體50承載于一個(gè)承載部件70上，如圖10A中所示，同時(shí)，準(zhǔn)備一個(gè)工作臺(tái)72，即采用一個(gè)壓漿刀76在工作臺(tái)72的上表面上涂敷一層漿料74，例如有機(jī)金屬漿料，如圖10B中所示。使承載部件70移動(dòng)，將陶瓷基體50的一端推至漿料層74上，如圖10C中所示。結(jié)果，附著的漿料74覆蓋了陶瓷基體50的下端面和下部?jī)蓚?cè)表面。此后，將承載部件70傳送到另一工作臺(tái)76，這個(gè)工作臺(tái)具有一個(gè)沒(méi)有漿料的平坦的表面，如圖10D中所示。將陶瓷基體50推至工作臺(tái)76的平坦表面上，隨后使其橫向移動(dòng)，如圖10D中所示。由此，從陶瓷基體50的下端面去除了漿料74，但在陶瓷基體50的下部?jī)蓚?cè)表面仍附著有漿料74。在使?jié){料74固化之后，對(duì)陶瓷基體50的另一端進(jìn)行相似的操作。由此，在陶瓷基體50上形成了薄膜電極401和402以及虛設(shè)薄膜電極403和404。然后，在陶瓷基體的相反端形成外電極601和602，并且隨后進(jìn)行烘烤，從而制成了電容器，如圖11中所示。
參照?qǐng)D12-15，其中示出了根據(jù)另一實(shí)施例的一種電容器，除了第一內(nèi)電極30和第二內(nèi)電極32具有兩個(gè)相反方向的引出電極30a、30b、32a和32b以及薄膜電極與外電極一起形成為一體之外，這個(gè)實(shí)施例與圖2和圖8a的實(shí)施例是相似的。相似的部分以相同的參考數(shù)字示出，并且不再詳細(xì)描述。
正如圖14中清楚地示出的，第一內(nèi)電極30形成于一個(gè)坯片522上，并且具有兩個(gè)引出電極30a和30b，這兩個(gè)引出電極在坯片的一端附近延伸至坯片的相反側(cè)。第二內(nèi)電極32也形成于另一坯片521上，并且具有兩個(gè)引出電極32a和32b，這兩個(gè)引出電極在坯片的另一端附近延伸至坯片的相反側(cè)。具有第一內(nèi)電極30和第二內(nèi)電極32的多個(gè)坯片(僅示出了兩個(gè)坯片521和522)交替地重疊設(shè)置，從而形成如圖15中所示的陶瓷基體50。在此實(shí)施例中，沒(méi)有電極的坯片544和545被夾置在相鄰的具有電極的坯片之間，用以調(diào)整電容。不過(guò)，如果不必要的話(huà)，沒(méi)有電極的那些坯片544和545也可以省去，如圖3中所示。另外，圖中未示出頂部和底部坯片(圖3中的541和542)，但這些坯片是要使用的。
參照?qǐng)D15，在第一端50C附近，引出電極30a和30b分別在陶瓷基體50的第一和第二側(cè)表面50A和50B中是暴露的。在第二端50D附近，引出電極32a和32b分別在陶瓷基體50的第二和第一側(cè)表面50B和50A中也是暴露的。
隨后，采用上述的用于形成薄膜電極的漿料，分別在第一和第二端50C和50D附近的部分上形成第一和第二外電極801和802，如圖12和13中所示。為了防止當(dāng)電容器安裝在印刷電路板的外電路上時(shí)外電極801和802被焊接，所采用的金屬粉末漿料應(yīng)當(dāng)包含玻璃形成成分，諸如SiO2、Al2O3或B2O3。同時(shí)，所采用的金屬有機(jī)化合物漿料也應(yīng)當(dāng)包含諸如玻璃形成元素Si、Al或B。
第一內(nèi)電極801的形成于陶瓷基體50之第一和第二側(cè)表面50A和50B上的部分801a和801b分別覆蓋并連接至引出電極30a和30b，并且起到用于中斷異常電流的薄膜電極40的作用。另一方面，第二內(nèi)電極802的形成于陶瓷基體50之第二和第一側(cè)表面50B和50A上的部分802a和802b分別覆蓋并連接至引出電極32a和32b，并且起到用于中斷異常電流的薄膜電極40的作用。
參照?qǐng)D16，為了確認(rèn)薄膜電極的熔斷功能，制作了一個(gè)測(cè)試件100。該測(cè)試件100包括一個(gè)陶瓷坯片56和一個(gè)形成于陶瓷坯片56上的內(nèi)電極33。內(nèi)電極33具有兩個(gè)相反方向的引出電極33a和33b以及另兩個(gè)相反方向的引出電極33c和33d，引出電極33a和33b在坯片56一端附近延伸至其各相反側(cè)，引出電極33c和33d在坯片56的另一端附近延伸至其各相反側(cè)。
該測(cè)試件100與具有第一和第二內(nèi)電極的多個(gè)坯片521和522(參見(jiàn)圖14)疊置在一起，形成如圖15中所示的但包括測(cè)試件的陶瓷基體50。隨后，形成如圖12和13中所示的外電極801和802。由此，兩個(gè)引出電極33a和33b連接至外電極801，而另外兩個(gè)引出電極33c和33d連接至第二外電極802。因此，第一和第二外電極801和802通過(guò)測(cè)試件100短路。這種模擬試驗(yàn)就好象相鄰的第一和第二內(nèi)電極發(fā)生短路一樣。
在外電極801和802間跨接一個(gè)DC(直流)電源，使外電極801和802之間流過(guò)一個(gè)DC電流。當(dāng)DC電流增大到3安時(shí)，它迅速變?yōu)榱?。此后，不可能再使電流流過(guò)電容器。采用LCR測(cè)量?jī)x測(cè)量電容器的電容、介電損耗和絕緣電阻。結(jié)果確認(rèn)它們都具有正常值。這意味著電流被中斷，測(cè)試件100的內(nèi)電極33與外電極的連接被斷開(kāi)。
參照?qǐng)D17-19，其中示出了根據(jù)另一實(shí)施例的一種電容器，除了引出電極30a和32a不在側(cè)表面50A和50B中暴露而是分別在端面50C和50D中暴露之外，這個(gè)實(shí)施例與圖2的實(shí)施例也是相似的。因此，薄膜電極401和402也分別形成在端面50C和50D上。外電極601和602分別形成在薄膜電極401和402上，但在薄膜電極和外電極401-601、402和602之間分別具有局部空心空間621和622?？招目臻g621和622允許薄膜電極被異常電流熔化并用來(lái)接納熔化的金屬。
參照?qǐng)D20，此圖示出了圖17-19的電容器的改進(jìn)，其中內(nèi)電極30和32具有相反方向的引出電極，這些引出電極引出至陶瓷基體50的相反端50C和50D。內(nèi)電極30的相反方向的引出電極之一和內(nèi)電極32的相反方向的引出電極之一分別在端面50C和50D上由絕緣物58覆蓋。
參照?qǐng)D21-23，其中示出了根據(jù)另一實(shí)施例的一種電容器，除了第二內(nèi)電極32的引出電極32a和32b分別在陶瓷基體50的側(cè)表面50A和50B中并且在陶瓷基體50的相反端50C和50D之間的中間位置處引出之外，這種電容器與圖12-15的電容器也是相似的。同時(shí)，第一內(nèi)電極30沒(méi)有引出電板，但其一端在陶瓷基體50之一端50C中的30e處是暴露的，如圖22和23中所示。
外電極601和602分別形成在相反端50C和50D的部分上。因此，外電極601直接連接至第一內(nèi)電極30，如圖21中所示。薄膜電極401和402形成在陶瓷基體50之側(cè)表面50A和50B上的其中引出電極32a和32b暴露的位置處。另外，連接電極421和422也分別形成在側(cè)表面50A和50B上，用以將薄膜電極401和402與外電極602相連接。由此，第二內(nèi)電極通過(guò)薄膜電極401和402以及連接電極421和422連接至外電極602，如圖21中所示。
連接電極421和422可以由與薄膜電極401和402相同的漿料制備，或者由與薄膜電極401和402不同的漿料制備。
參照?qǐng)D24，此圖示出了第二內(nèi)電極的改進(jìn)，這種改進(jìn)的第二內(nèi)電極僅僅具有引出電極32a，沒(méi)有形成另一引出電極(圖22中的32b)。因此，圖21中的薄膜電極402和連接電極422可以省去，但也可以用作虛設(shè)電極。
參照?qǐng)D25-27，其中所示的電容器是圖2的電容器的改進(jìn)。相似的部分以相同的參考數(shù)字示出。第一和第二內(nèi)電極30和32的引出電極30a和32a在陶瓷基體50的側(cè)表面50A和50B中并且在陶瓷基體50之相反端50C和50D之間的中間位置處是暴露的。因此，薄膜電極401和402也形成在側(cè)表面50A和50B上的中間位置處，并且連接電極423和424分別形成在側(cè)表面50A和50B上。連接電極423和424分別將薄膜電極401和402與形成在陶瓷基體50之相反端上的外電極601和602相連接。
制備了圖21-23和圖25-27所示電容器的兩個(gè)樣品(例1和例2)。形成的引出電極30a、30b、32a和32b具有400微米的寬度，并且薄膜電極401和402是通過(guò)涂敷包含SiO2-B2O3玻璃粉末的Ag粉末漿料并進(jìn)行烘烤制備的，烘烤后的厚度為5微米。連接電極423和424是通過(guò)涂敷Ag粉末漿料并進(jìn)行烘烤制備的。
對(duì)樣品的阻抗-頻率特性進(jìn)行了測(cè)量。測(cè)量結(jié)果顯示在圖28中。為便于比較，此圖還示出了具有相同尺寸和相同電容量但不具有用于熔斷功能的薄膜電極的公知電容器的阻抗-頻率特性。
在圖28中，ESR對(duì)應(yīng)于特性曲線下部的阻抗?？梢钥闯?，根據(jù)本發(fā)明的例1和例2具有與公知電容器大致相同的ESR，雖然前者稍高于后者。
在上述的實(shí)施例中，雖然僅采用了一種陶瓷材料，但應(yīng)當(dāng)指出的是，已有技術(shù)中公知的各種陶瓷材料都可以用于本發(fā)明。
雖然已就疊層式陶瓷電容器的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能理解，本發(fā)明還可以應(yīng)用于其它疊層式陶瓷電子器件，諸如疊層式陶瓷致動(dòng)器、變阻器等。
工業(yè)適用性根據(jù)本發(fā)明，可以獲得具有熔斷功能的疊層式電子器件，這種電子器件尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，并且成本低。
權(quán)利要求
1．一種疊層式電子器件，包括一個(gè)陶瓷基體，它由陶瓷材料制成，具有包括側(cè)表面的外表面；一組內(nèi)電極，它們?cè)O(shè)置在所述陶瓷基體中、相互平行地延伸并且由所述陶瓷材料隔開(kāi)，所述內(nèi)電極具有其獨(dú)立的引出電極，引出電極從內(nèi)電極延伸至在所述側(cè)表面中暴露出的相應(yīng)端部；一個(gè)外電極，它安裝在所述陶瓷基體上，用于連接至外部電路；一個(gè)薄膜電極，它連接至所述外電極，所述薄膜電極被淀積于所述側(cè)表面上并且共同地覆蓋所述各獨(dú)立的引出電極的端面，從而被直接連接至所述引出電極。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的疊層式電子器件，其特征在于，所述薄膜電極包括金屬材料，金屬材料的熔點(diǎn)低于所述內(nèi)電極的熔點(diǎn)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的疊層式電子器件，其特征在于，所述薄膜電極具有0．5-50微米(μm)的厚度。
4．根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求的疊層式電子器件，其特征在于，每個(gè)所述引出電極具有50-800微米(μm)的寬度。
5．根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求的疊層式電子器件，其特征在于，所述金屬材料為從下列材料組中選擇的至少一種Ag、Pd、Cu、Ni、Sn、Zn、Bi和Cd。
6．根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求的疊層式電子器件，其特征在于，所述薄膜電極是通過(guò)將電極金屬漿料涂敷在所述側(cè)表面上并進(jìn)行烘烤形成的薄膜。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的疊層式電子器件，其特征在于，所述電極金屬漿料是包含電極金屬粉末和用于在其中懸浮所述粉末的載體溶劑的金屬粉末漿料。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的疊層式電子器件，其特征在于，所述金屬粉末漿料還包含下列至少一種玻璃形成成分SiO2、Al2O3或B2O3。
9．根據(jù)權(quán)利要求6的疊層式電子器件，其特征在于，所述電極金屬漿料是金屬有機(jī)化合物漿料，它包含金屬有機(jī)化合物／有機(jī)金屬化合物的樹(shù)脂酸鹽和用于在其中溶解樹(shù)脂酸鹽的有機(jī)溶劑，所述金屬有機(jī)化合物／有機(jī)金屬化合物的樹(shù)脂酸鹽包括金屬有機(jī)化合物／有機(jī)金屬化合物和添加至該金屬有機(jī)化合物／有機(jī)金屬化合物中的樹(shù)脂。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的疊層式電子器件，其特征在于，所述金屬有機(jī)化合物／有機(jī)金屬化合物包含以下至少一種玻璃形成元素Si、Al和B。
11．根據(jù)權(quán)利要求6的疊層式電子器件，其特征在于，所述電極金屬漿料是一種混合漿料，它包括一種金屬粉末漿料和一種與所述金屬粉末漿料混合的金屬有機(jī)化合物漿料，所述金屬粉末漿料包含電極金屬粉末和用于在其中懸浮所述粉末的載體溶劑，所述金屬有機(jī)化合物漿料包含金屬有機(jī)化合物／有機(jī)金屬化合物的樹(shù)脂酸鹽和用于在其中溶解樹(shù)脂酸鹽的有機(jī)溶劑，所述金屬有機(jī)化合物／有機(jī)金屬化合物的樹(shù)脂酸鹽包括金屬有機(jī)化合物／有機(jī)金屬化合物和添加至該金屬有機(jī)化合物／有機(jī)金屬化合物中的樹(shù)脂。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的疊層式電子器件，其特征在于，所述金屬粉末漿料還包含下列至少一種玻璃形成成分SiO2、Al2O3和B2O3。
13．根據(jù)權(quán)利要求11的疊層式電子器件，其特征在于，所述金屬有機(jī)化合物包含以下至少一種玻璃形成元素Si、Al和B。
14．根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一權(quán)利要求的疊層式電子器件，其特征在于，所述外電極覆蓋所述薄膜電極。
15．根據(jù)權(quán)利要求14的疊層式電子器件，其特征在于，所述外電極和所述薄膜電極是由相同材料制備的。
16．根據(jù)權(quán)利要求14的疊層式電子器件，其特征在于，所述外電極和所述薄膜電極由在它們之間形成的一個(gè)空心空間相互隔開(kāi)。
17．根據(jù)權(quán)利要求14的疊層式電子器件，還包括一個(gè)絕緣玻璃層，所述絕緣玻璃層被部分地夾置在所述外電極和所述薄膜電極之間。
18．根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一權(quán)利要求的疊層式電子器件，其特征在于，所述外電極形成在所述外表面上的與所述薄膜電極總體不同的位置處。
19．根據(jù)權(quán)利要求18的疊層式電子器件，其特征在于，所述外電極和所述薄膜電極設(shè)置在所述外表面上的分開(kāi)的位置處，并且在所述外表面上的所述分開(kāi)的位置之間淀積有一個(gè)連接電極，所述連接電極連接所述外電極和所述薄膜電極。
20．根據(jù)權(quán)利要求18的疊層式電子器件，其特征在于，所述外電極和所述薄膜電極相互間局部地稍微重疊。
21．根據(jù)權(quán)利要求20的疊層式電子器件，其特征在于，所述薄膜電極由一保護(hù)性玻璃層覆蓋，所述保護(hù)性玻璃層的熔點(diǎn)低于所述薄膜電極的熔點(diǎn)，但高于用于將所述外電極焊接至所述外部電路的焊接溫度。
22．根據(jù)權(quán)利要求1-21中任一權(quán)利要求的疊層式電子器件，其特征在于，所述側(cè)表面、所述內(nèi)電極組、所述引出電極、所述外電極和所述薄膜電極分別為第一側(cè)表面、第一組內(nèi)電極、第一引出電極、第一外電極和第一薄膜電極，該電子器件還包括設(shè)置在所述陶瓷基體中的第二組內(nèi)電極和形成于所述陶瓷基體上的第二外電極，所述第二組內(nèi)電極具有其獨(dú)立的第二引出電極，所述第二引出電極具有在所述外表面中在與所述第一引出電極和所述第一外電極分開(kāi)的位置處暴露的延伸端部，所述第二外電極與所述第一引出電極和所述第一外電極分開(kāi)，但所述第二外電極共同地電連接至所述第二組內(nèi)電極。
23．根據(jù)權(quán)利要求22的疊層式電子器件，還包括連接至所述第二外電極的第二薄膜電極，所述第二薄膜電極淀積于所述外表面上并且共同地覆蓋所述獨(dú)立的第二引出電極的端面，從而被直接連接至所述第二引出電極。
24．根據(jù)權(quán)利要求23的疊層式電子器件，其特征在于，所述外表面包括所述第一側(cè)表面和位于所述第一側(cè)表面兩端的兩個(gè)相反的端面，并且所述第一和第二外電極形成在所述第一和第二端面上。
25．根據(jù)權(quán)利要求24的疊層式電子器件，其特征在于，所述第二引出電極暴露于所述第一側(cè)表面中，并且所述第二引出電極和所述第二外電極之間的距離與所述第一引出電極和所述第一外電極之間的距離相同。
26．根據(jù)權(quán)利要求24的疊層式電子器件，其特征在于，所述外表面還包括第二側(cè)表面，所述第二側(cè)表面位于所述第一側(cè)表面的相反側(cè)并且位于所述第一和第二端面之間，并且所述第二引出電極暴露于所述第二側(cè)表面中。
27．根據(jù)權(quán)利要求26的疊層式電子器件，還包括第一和第二虛設(shè)薄膜電極，所述第一和第二虛設(shè)薄膜電極分別設(shè)置在相反方向的所述第二和第一側(cè)表面上，并且處在與所述第一和第二薄膜電極相反的位置處。
28．根據(jù)權(quán)利要求22-27中任一權(quán)利要求的疊層式電子器件，其特征在于，該電子器件是一個(gè)疊層式電容器，所述第一組內(nèi)電極中的每一個(gè)內(nèi)電極和所述第二組內(nèi)電極中的每一個(gè)內(nèi)電極交替地設(shè)置在所述陶瓷基體中。
29．根據(jù)權(quán)利要求22-27中任一權(quán)利要求的疊層式電子器件，其特征在于，該電子器件是一個(gè)壓電陶瓷致動(dòng)器，所述第一組內(nèi)電極中的每一個(gè)內(nèi)電極和所述第二組內(nèi)電極中的每一個(gè)內(nèi)電極交替地設(shè)置在所述陶瓷基體中，并且所述陶瓷基體沿疊置方向上在相鄰電極之間是極化的。
全文摘要
一種具有熔斷功能的疊層式電容器,用于中斷異常電流,其中,相同極性的內(nèi)電極疊置于陶瓷基體中并且通過(guò)引出電極引出至陶瓷基體的外表面。引出電極具有在陶瓷基體的外表面中暴露的端面。用于熔斷功能的薄膜電極形成于外表面上,以覆蓋引出電極的端面并且被連接至形成于陶瓷基體上的外電極。薄膜電極是由金屬粉末和/或金屬有機(jī)化合物漿料制備的。漿料可以包含玻璃形成元素的粉末。
文檔編號(hào)H01L41/083GK1289443SQ99802610
公開(kāi)日2001年3月28日 申請(qǐng)日期1999年12月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月3日
發(fā)明者西宮幸雄, 相澤周二, 伊藤伸二, 鞍野正行 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東金, 東金陶瓷株式會(huì)社