專利名稱：多元件電容器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電容器組件，包括在共同殼體中有公共端子的至少一個陶瓷電容元件和至少一個的鉭電容元件，用于提高高頻特性。這種多電容元件，在較寬頻率范圍內，比單獨任何一種電容元件顯示出較低的高頻阻抗和等效串聯(lián)電阻，并帶有單獨安裝操作的節(jié)省。
較高速度的微處理器芯片的發(fā)展和使用于這些芯片供給電能的電源轉換電路(通常開關模式供給)的小型化，已導致增加對少引線印刷、低ESR電容器的需求。這些電容器必須使在開關頻率和電源諧波頻率下電壓輸出波動降低到最小。它也用于向微處理器芯片提供局部電能，在如處理器移位的電流要求之類可允許的限度內保持電源電壓。
電源在開關頻率100kHz下進行工作，而且上述的器件就是這樣的器件類型。重要的是，電容器在該頻率下呈現(xiàn)低阻抗和等效串聯(lián)電阻(ESR)以及低等效串聯(lián)電感(ESL)。用于這種電源中的電容器應該具有大的低頻電荷存儲量，使得電源能經(jīng)受輸入電能瞬時的變動而不會干擾輸出。
以前，電子設備制造廠已經(jīng)采用金屬氧化物和陶瓷電容器的組合，將其并聯(lián)安裝和通過改變連接電路進行連接，以提供電荷存儲量和滿意的高頻阻抗/ESR特性?？上У氖?，用以安裝這種芯片系統(tǒng)的可用空間隨著制造者設計越來越小和更加有效的系統(tǒng)而縮小。制造廠還必須承擔每個連接到裝配這種電路上的安裝費用，而且相互連接的電路的改變引起電路印制板制造廠之間最終所得到的ESL不同。
在高頻下應具有低對抗和ESR的電容器元件，能以最小的空間大小安裝在電路板上的優(yōu)點。
還應有助于具有以并聯(lián)安裝金屬氧化物和陶瓷電容器方式減少ESL變化的裝置。
本發(fā)明的目的是提供一種以小型的組件方式在高頻下具有低阻抗和ESR，以及有良好的低頻電荷存儲量的電容器元件。
本發(fā)明的另一個目的是提供一個用于減少平行安裝金屬氧化物和陶瓷電容器的ESL變化的裝置。
按照本發(fā)明的這些和其它的目的，從這里的描述中將變得更清楚，根據(jù)本發(fā)明的電容器包括一個多元件電容組件包括在一個共同的殼體上具有公共端子的至少一個金屬氧化物電容元件和至少一個陶瓷電容元件。
根據(jù)本發(fā)明的電容器，提供在1MHz以上的頻率下改善性能超過單個金屬氧化物電容元件，并提供緊湊的形狀，以便減少電路板連接線數(shù)，且使電容器中間連接距離達到最小，而形成與ESL特性一致的電容器。本發(fā)明的多元件電容器使電源輸出電壓波動降到最小，從而改善有關電路，象微處理器之類的邏輯錯誤率，于是改善了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。減少電容器間隙和均勻的中間電容器連接設計也可以改善系統(tǒng)的瞬變響應時間、降低電源噪音，以及允許使用較少電容元件，以便在整個特定的溫度和電壓波動范圍內提供的穩(wěn)定性。在一致地控制制造廠條件下，通過在電路板裝配時的減少對陶瓷電容元件的損傷(例如，熱沖擊破裂和/或撓曲破裂)，使金屬氧化物和陶瓷電容元件的組件增加可靠性。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的多元件電容器的一種配置示意圖。
圖2是與典型的現(xiàn)有技術鉭電容器元件的性能比較，說明本發(fā)明多元件電容器提高了阻抗和ESR性能的曲線圖。
根據(jù)本發(fā)明的多元件電容器，在共同的殼體內由帶有公共引線的至少一個金屬電容元件和至少一個陶瓷電容元件制成。優(yōu)選的組件包括1-5個金屬氧化物電容元件和1-5個陶瓷電容元件。特別優(yōu)選的組合件包括在陶瓷電容元件的兩對邊上的鉭陽極電容元件。
用于本發(fā)明的優(yōu)選的金屬電容元件是選自各種金屬電容元件之中，在頻率直到100kHz時具有有效串聯(lián)電容為至少1微法，其單個元件呈現(xiàn)出在100kHz時ESR小于100毫歐姆和在120Hz下?lián)p耗因數(shù)(DF)約小于6％。這些元件的等效串聯(lián)電容在頻率約1MHz下減少到低于使用量值點和由于介質材料與電極之間的內部連接高電阻比較高。該優(yōu)選的金屬氧化物電容元件包括由市場上買得到的鉭和鋁金屬制成的電容元件。請看Piper的美國專利號3686535，這里參照結合其公開內容。
應用于本發(fā)明的陶瓷電容元件，在頻率直到100MHz下具有至少約0.1微法的等效串聯(lián)電容。其單個元件具有在1MHz下ESR小于20毫歐姆和在1KHz下?lián)p耗因數(shù)小于10％。通常這些元件直到頻率約100MHz仍能保持其電容量。這樣的電容元件一般由至少具有一個正、負電極的一層或多層陶瓷介質材料制成。應用于本發(fā)明的陶瓷電容元件，可以由各種不同構形的各種組分制成。一般，請看Sanada的美國專利號5561587；Sano的美國專利號5600533；以及Wilson等的美國專利號5599757，這里參照結合其公開內容。用于本發(fā)明中的優(yōu)選的陶瓷電容元件是由具有X7R溫度特性(EIA標準)的介質制成的多層陶瓷電容元件。
電容元件可以在或不在固定前連接到負端子上。例如，該各元件先與導電材料電連接而后固定到端子上、可以直接連接到端子上而沒有互連，或以互連本身形成端子的方式進行互連。這些連接物更可取的是由電學上導電的材料，例如焊料或填充金屬的黏合劑象銀、銅、或填充鎳的環(huán)氧樹脂之類材料制成。
正電極的連接可以用電容性的放電焊接到適當引線架的正端上來完成。然后將所得到的器件封入一般由金屬、模塑環(huán)氧樹脂、或其他適宜的塑性材料制成的適合的殼體中。
本發(fā)明的多元件電容器使用一個共同殼體而且各電容元件的端子以各種可能的結構進行配置。形成端子可以有許多方法，包括無電鍍鍍敷法、濺射涂覆法和/或蒸發(fā)金屬凝結法。圖1示出了一種可行的結構，其中把金屬氧化物電容元件1、2配置在陶瓷電容元件3的相對的邊上。導電黏合劑4提供一個對負端引線架5的導電共同連接。最好將正引線6焊接或其他永久性地固定于正引線架7上。該陶瓷電容元件3可以用各種方法，例如導電材料8或經(jīng)過球焊引線(未畫出)直接或間接地固定到引線架7上。然后將整個組件密封在由金屬、樹脂、或適合的塑料制成的適當共同外殼里。
伴隨著本發(fā)明的多元件電容器，有許多優(yōu)點。值得注意的是，多元件電容器組件·使電容元件兩端電壓波動降到最小，從而使瞬變引起的有關微處理器或其他有關電路的邏輯錯誤率降到最低；·通過削減了與安裝陶瓷電容元件有關的額外費用，估計約為陶瓷電容元件價格的4-5倍，而降低整個生產組件的總成本；
·通過在同樣的有形的殼體中實際地集成金屬和陶瓷電容器，且消除了在電路板連接之間用于外加殼體厚度的所需間隔，而組裝上是有效的；·通過消除在電路板上電容器互連的電感的不規(guī)則和不同，改善了最終系統(tǒng)的性能；以及·減小了由于在焊接場合中例行地遭受到的熱應力使陶瓷電容器受損傷。
本發(fā)明的多元件電容器可用于各種產品和系統(tǒng)，包括計算機電源、通用開關方式電源、以及除了主電源外，廣義上的局部電荷存儲和高頻旁路應用。這樣的應用包括從移動控制和通信系統(tǒng)邏輯和計算機系統(tǒng)。由電氣工程師用本領域現(xiàn)有的技術水平就容易確定這種應用的位置和連接。
實施例具有兩個鉭電容元件和一個陶瓷電容元件的多元件電容器，是以鉭元件安置在位于中心的陶瓷元件的兩邊，如圖1所示。將填充銀的環(huán)氧樹脂用于把各個元件固定到負端子上。為求出各種頻率下與兩個鉭電容器元件而不包括一個陶瓷電容元件的性能的ESR和阻抗而對該組件進行檢測。所得結果的曲線表現(xiàn)為圖2。
對該曲線的檢驗將表明，剛好在超過1MHz處性能上大有改善，而在2-10MHz之間有最佳改善。電路分析指出，這一改善將一直持續(xù)到至少100MHz。特別是，將陶瓷元件加入到有兩個鉭電容器元件的殼體中，與沒有陶瓷電容元件的兩個鉭電容器的阻抗比較，改善綜合阻抗，在10MHz下幾乎為一個數(shù)量級而且在該頻率下改善ESR為3-4倍。
應該知道，這里給出的實施例和附圖，意在有益于對本發(fā)明的理解而不是用作對附屬權利要求書范圍的限制。
權利要求
1．一種多元件電容器組件，包括在一個共同殼體中具有公共端子的至少一個金屬電容元件和至少一個陶瓷電容元件。
2．根據(jù)權利要求1所述的電容器組件，其特征是，至少包括一個鉭電容元件。
3．根據(jù)權利要求1所述的電容器組件，其特征是，至少包括配置在所述陶瓷電容元件兩邊的鉭電容元件。
4．根據(jù)權利要求1所述的電容器組件，其特征是，所述電容元件的負極是與一導電材料電連接的。
5．根據(jù)權利要求4所述的電容器組件，其特征是，所述導電材料包括填充銀的環(huán)氧樹脂。
6．根據(jù)權利要求4所述的電容器組件，其特征是，所述導電材料包括焊料。
7．根據(jù)權利要求1所述的電容器組件，其特征是，在3MHz下顯示的等效串聯(lián)電阻小于所述至少一個金屬電容元件單獨的等效串聯(lián)電阻。
8．根據(jù)權利要求1所述的電容器組件，其特征是，在3MHz下顯示的阻抗小于所述至少一個金屬電容元件單獨的阻抗。
9．根據(jù)權利要求1所述的電容器組件，其特征是，所述各個電容元件連接在一起并連接到公共端子上。
10．根據(jù)權利要求1的電容器組件，其特征是，所述各個電容元件連接到公共端子上而不以其它方式電互連。
11．根據(jù)權利要求1的電容器組件，其特征是，一個公共端子電互連上述電容元件。
全文摘要
多元件電容器在共同殼體中具有至少一個金屬電容器和至少一個陶瓷電容器用公共端子。該金屬電容元件在頻率達100kHz時具有至少1微法的有效串聯(lián)電容。單個金屬電容元件具有在100kHz時小于100毫歐姆的ESR和在120Hz時約小于6%的損耗因子(DF)。用于本發(fā)明的陶瓷電容元件,在達約100MHz的頻率下具有約0.1微法的等效串聯(lián)電容。單個陶瓷電容元件具有在1MHz時小于20毫歐姆的ESR和在1KHz時約小于10%的損耗因子。
文檔編號H01G15/00GK1217590SQ9811858
公開日1999年5月26日 申請日期1998年9月4日 優(yōu)先權日1997年9月5日
發(fā)明者埃里克·K·里德 申請人:克米特電子公司