包括电容器和分立变阻器的集成组件的制作方法

包括电容器和分立变阻器的集成组件
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求申请日为2019年4月25日的美国临时专利申请序列第62/838,410号的申请权益，该临时专利申请的全部内容通过引用合并于此。


背景技术：

3.一段时间以来，各种电子组件的设计已由朝向小型化和功能增加的一般行业趋势所驱动。在这方面，需要具有改进的操作特性的更小的电子组件。某些应用将受益于多个组件的等效性，但在此类电子组件可能占据的空间量(例如，在电路板上)方面受到严重限制。
4.多层陶瓷器件，例如多层陶瓷电容器或变阻器(varistor)，有时由布置成堆叠体(stack)的多个介电电极层(dielectric
‑
electrode layer)构成。制造期间，这些层可以被压制并形成为单片堆叠结构。
5.因此，如果可以提供导致改进的小型化、以及增加的功能和/或操作特性的器件和相应的方法，则将是有利的。


技术实现要素：

6.根据本发明的一个实施方案，一种具有电容器和变阻器功能的集成组件可以包括多层电容器，该多层电容器包括第一有源终端、第二有源终端、至少一个接地终端、以及在第一有源终端与第二有源终端之间串联连接的成对电容器。该集成组件可以包括分立变阻器，该分立变阻器包括：与多层电容器的第一有源终端连接的第一外部变阻器终端；和与多层电容器的第二有源终端连接的第二外部变阻器终端。
7.根据本发明的另一实施方案，一种用于形成具有电容器和变阻器功能的集成组件的方法可以包括：提供多层电容器主体，该多层电容器主体包括形成成对电容器的电极；在多层电容器主体的外部形成第一有源终端、第二有源终端和至少一个接地终端，使得该成对电容器在第一有源终端与第二有源终端之间串联连接；以及将分立变阻器与多层电容器主体堆叠，使得该分立变阻器的第一变阻器终端与第一有源终端连接，并且第二变阻器终端与第二有源终端连接。
8.本发明的其他特征和方面在下面更详细地讨论。
附图说明
9.在参照附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的当前公开主题的完整且可行的公开，包括当前公开主题的最佳模式，在附图中：
10.图1a示出了根据用于例如smd配置的当前公开主题的多终端多层器件的示例性实施方案的外部立体图；
11.图1b示出了图1a的器件的第一电极层；
12.图1c示出了图1a的器件的第二电极层；
13.图1d示出了图1a的器件的交替的第一电极层和第二电极层的叠层(stack
‑
up)；
14.图1e示出了进一步包括与器件的相应外部终端连接的引线的图1a的器件；
15.图1f是图1a的器件的示意图；
16.图2a和图2b示出了用于图1a的器件的交替的第一电极层和第二电极层，其中第二电极层包括t
‑
电极；
17.图2c示出了如图2a和图2b所示的交替的第一电极层和第二电极层的叠层；
18.图3a示出了根据当前公开主题的包括堆叠配置的多层电容器和分立变阻器的集成组件；
19.图3b是图3a的器件的示意图；
20.图3c示出了根据当前公开主题的集成组件的另一实施方案的外部立体图。
21.遍及本说明书和附图，重复使用的附图标记旨在表示其相同或相似的特征、元件或步骤。
具体实施方式
22.现在将详细参考本发明的各种实施方案，下面阐述本发明的一个或多个实施例。以解释本发明而不是限制本发明的方式提供每个实施例。事实上，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。例如，作为一个实施方案的一部分示出或描述的特征可用于另一实施方案以产生又一实施方案。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变化。
23.一般而言，本发明涉及一种包括多层电容器和分立变阻器的集成器件。不受理论的限制，电容器是一种在电场中储存电能的电气组件。不受理论的限制，变阻器是一种电阻可随施加的电压变化，从而使其成为压敏电阻器(voltage
‑
dependent resistor)的电气组件。
24.电容器和变阻器组合起来，可以在单个封装中提供滤波与emi和/或emi/esd电路保护，这在空间有限时可能特别有用。本发明可以特别适用于汽车应用，例如电机启停应用。
25.集成组件的多层电容器可以具有分体馈通型构造(split feedthrough type construction)，并包括第一有源终端、第二有源终端以及在第一有源终端与第二有源终端之间串联连接的成对电容器。该电容器可以由通过介电层分开的内部电极形成。
26.分立变阻器可以包括：与多层电容器的第一有源终端连接的第一外部变阻器终端；和与多层电容器的第二有源终端连接的第二外部变阻器终端。例如，分立变阻器与多层电容器可以堆叠以形成单个单片集成组件。在一些实施方案中，引线可以与外部终端连接和/或集成组件可以是包覆成型的(over
‑
molded)。因此，包覆成型层可以封装分立变阻器和多层电容器。
27.多层电容器可以包括位于陶瓷主体的外部的至少一个接地终端。第一多个电极层可以设置在主体内并与第一有源终端连接。第二多个电极层可以设置在主体内并与第二有源终端连接。第三多个电极层可以与接地终端连接并与第一多个电极层和第二多个电极层中的每一者电容耦合以形成分体馈通型构造。第一电容器可以形成在第一多个电极层与第三多个电极层之间的第一重叠区域处。第二电容器可以形成在第二多个电极层与第三多个
电极层之间的第二重叠区域处。
28.在一实施方案中，第一电容器可以具有第一电容，且第二电容器可以具有第二电容。在一些实施方案中，第一重叠区域和第二重叠区域可以近似相等，使得第二电容可以近似等于第一电容。然而，在其他实施方案中，第一重叠区域和第二重叠区域可以不同，使得第一电容可以大于或小于第二电容。
29.例如，第一电容和第二电容中的至少一者可以在从约10nf到约3μf的范围内，在一些实施方案中在从约200nf到约2μf的范围内，在一些实施方案中在从约400nf到约1.5μf的范围内。第二电容可以在从第一电容的约5％到约500％的范围内，在一些实施方案中在从约10％到约300％的范围内，在一些实施方案中在从约25％到约200％的范围内，以及在一些实施方案中在从约50％到约150％的范围内。
30.在一些实施方案中，第三多个电极层通常可以是十字形的并且可以与成对的相对接地终端连接。例如，第三多个电极层可以各自包括成对的相对边缘。该相对边缘中的一者可以与第一接地终端连接，并且该相对边缘中的另一者可以与第二接地终端连接。
31.单片主体可以没有在单片主体内形成的任何附加电容器。例如，第一多个电极、第二多个电极和第三多个电极可以布置成延伸穿过单片主体的大部分厚度的电极叠层中。例如，该电极叠层的厚度与单片主体的厚度之比可以在从约0.5到约0.97的范围内，在一些实施方案中在从约0.6到约0.95的范围内，以及在一些实施方案中在从约0.7到约0.9的范围内。
32.在一些实施方案中，该组件可以包括与外部终端连接的一根或多根引线。例如，第一引线和第二引线可以分别与第一有源终端和第二有源终端耦合。第三引线和/或第四引线可以与接地终端耦合。该组件可以是包覆成型的，使得引线从包覆成型的封装中突出以用于连接该组件。
33.在其他实施方案中，第一有源终端、第二有源终端或至少一个接地终端中的至少一者可以沿集成组件的底表面暴露，以用于表面安装该组件，例如作为表面安装器件(surface mount device，smd)或使用栅格阵列型安装(例如，接点栅格阵列(land grid array，lga)、球栅格阵列(ball grid array，bga)等)。
34.本公开的方面可以通过用单个集成电容器件代替多个分立电容器来简化引线式或smd组件的组装和/或安装。例如，在smd配置中，pcb上避免了多个分立组件，这样节省了pcb上的空间，并且在某些情况下，降低了电感和/或等效串联电阻(esr)。此外，可以减少焊点的数量，从而增加可靠性。
35.通常，多层电容器的介电层可以由本领域中通常采用的任何材料制成。例如，介电层可以由包括钛酸盐作为主要组分的陶瓷材料制成。钛酸盐可以包括但不限于钛酸钡(batio3)。陶瓷材料还可以含有稀土金属的氧化物和/或如mn、v、cr、mo、fe、ni、cu或co等受体型元素(acceptor type element)的化合物。钛酸盐还可以含有mgo、cao、mn3o4、y2o3、v2o5、zno、zro2、nb2o5、cr2o3、fe2o3、p2o5、sro、na2o、k2o、li2o、sio2或wo3等。除了陶瓷粉末之外，陶瓷材料还可以包括其他添加剂、有机溶剂、增塑剂、粘合剂或分散剂等。
36.通常，多层电容器的内部电极可以由本领域中通常采用的任何材料制成。例如，内部电极可以通过烧结导电膏来形成，该导电膏的主要组分为贵金属材料。这些材料可以包括但不限于钯、钯
‑
银合金、镍和铜。例如，在一实施方案中，电极可由镍或镍合金制成。该合
金可含有mn、cr、co、al和w等中的一种或多种，并且合金中的ni含量优选为95重量％或更多。ni或ni合金可以含有0.1重量％或更少的各种微量组分，例如p、c、nb、fe、cl、b、li、na、k、f和s等。
37.可以使用本领域公知的任何方法形成多层电容器的陶瓷主体。例如，陶瓷主体可以通过以下方式形成：形成具有交替堆叠的陶瓷片和图案化内部电极的层状主体(laminated body)；从层状主体去除粘合剂；在1200℃到1300℃范围内的高温下在非氧化性气氛中烧结去除了粘合剂的层状主体；以及在氧化气氛中重新氧化经烧结的层状主体。
38.通常，变阻器可以配置为将电涌转移到地。例如，变阻器具有的钳位电压可以在从约3伏特到约150伏特的范围内，在一些实施方案中在从约5伏特到约100伏特的范围内，在一些实施方案中在从约10伏特到约50伏特的范围内，以及在一些实施方案中在从约15伏特到约30伏特的范围内。
39.变阻器可以包括具有外部电极的陶瓷主体。陶瓷主体通过烧结由交替堆叠的陶瓷层和内部电极形成的层状主体来制造。相邻内部电极中的每一对彼此面对、其间有陶瓷层，并且可以分别电耦合到不同的外部电极。
40.通常，介电层可以包括任何合适的介电材料，例如钛酸钡、氧化锌或任何其他合适的介电材料。各种添加剂可以包括在介电材料中，例如，产生或增强介电材料的压敏电阻的介电材料。例如，在一些实施方案中，添加剂可以包括钴、铋、锰或其组合的氧化物。在一些实施方案中，添加剂可以包括镓、铝、锑、铬、硼、钛、铅、钡、镍、钒、锡或其组合的氧化物。介电材料可以掺杂有从约0.5摩尔百分比到约3摩尔百分比的范围内的添加剂，以及在一些实施方案中掺杂有从约1摩尔百分比到约2摩尔百分比的范围内的添加剂。介电材料的平均粒颗粒尺寸可能有助于介电材料的非线性特性。在一些实施方案中，平均颗粒尺寸可以在从约10微米到100微米的范围内，在一些实施方案中在从约20微米到80微米的范围内。变阻器还可以包括两个终端，并且每个电极可以与相应的终端连接。电极可以沿电极的长度和/或在电极与终端之间的连接部处设置电阻。
41.通常，内部电极可以由本领域通常采用的任何材料制成。例如，内部电极可以通过烧结导电膏来形成，该导电膏的主要组分为贵金属材料。这些材料可以包括但不限于钯、钯
‑
银合金、银、镍和铜。例如，在一实施方案中，电极可由镍或镍合金制成。该合金可含有mn、cr、co、al和w等中的一种或多种，并且合金中的ni含量优选为95重量％或更多。ni或ni合金可以含有0.1重量％或更少的各种微量组分，例如p、c、nb、fe、cl、b、li、na、k、f和s等。
42.集成组件可以具有各种尺寸。例如，集成组件的外壳尺寸可以在从eia0504或更小到eia2920或更大的范围内。示例性外壳尺寸包括0805、1206、1806、2020等。
43.如上所述，在一些实施方案中，集成组件可以是使用多种合适的方法进行包覆成型的。实施例包括硅橡胶、热塑性弹性体或其他类似聚合物。
44.现在将参考附图讨论示例性实施方案。图1a示出了根据当前公开主题的多终端多层器件100的示例性实施方案的外部立体图。如图所示，器件100可以包括主体102，例如六边主体。器件100可以包括第一端部终端104、第二端部终端106、第一侧部终端108和第二侧部终端110。所有这样的外部终端通常出现在器件100的指定底侧112上，用于例如在表面安装器件(smd)配置中使用。
45.器件100可以包括串联在第一终端104和第二终端106中的两个之间的两个形成的
电容器。如本领域普通技术人员相对于本文描述的所有实施方案所理解的，主题多层构造中的协作层(cooperating layer)包括电极层，该电极层继而形成集成的电容性结构。
46.图1b示出了图1a的器件100的第一电极层120。电极布置120可以包括十字形电极122，该十字形电极122具有分别与第一侧部终端108和第二侧部终端110(图1a)连接的成对的相对边缘124、126。图1c示出了第二电极层128，该第二电极层128包括与第一端部终端104连接的第一电极130和与第二端部终端106连接的第二电极132。图1d示出了交替的第一电极层120和第二电极层128的电极叠层133。应当理解，电极叠层133可以包括任何合适数量的电极层120、128。
47.再次参照图1b，十字形电极122可以沿第一重叠区域134与第一电极130重叠以形成第一电容器，并且可以沿第二重叠区域136与第二电极132重叠以形成第二电容器。
48.在一些实施方案中，单片主体102(图1a)在单片主体102(图1a)内可以没有任何额外的电容器(除了第一电容器和第二电容器之外)。例如，上面参照图1d描述的电极叠层133可以在垂直于电极122、130、132的z方向140上延伸穿过单片主体102(图1a)的大部分厚度138。例如，电极叠层133在z方向140上的厚度142与单片主体102的厚度138之比可以在从约0.4到约0.97的范围内。
49.图1e示出了根据本技术的方面的器件100的另一实施方案的立体图。图1a，添加了引线配置。更具体地，引线148、150和152分别附接到外部终端104、108和106。引线148和152可以构成分别附接到第一对终端104和106的第一引线和第二引线，而引线150可以构成附接到第二对终端108和110中的至少一者的第三引线。本领域普通技术人员还将理解，终端108和110都连接到层122，使得引线150可以与具有相同电路结果的这样的终端108或110连接。应用图1c的最终配置是包覆成型的三引线式组件。
50.图1f示出了应用图1a的器件100的示意图，该器件处于其连接/安装配置中(如由应用图1c所示)。更具体地，引线148、150和152被示为分别与串联电容器和并联电容器接触。所指示的电容值旨在仅作为示例，而非限制。
51.如图所示，器件100提供用于含有串联电容器和并联电容器的单个器件解决方案。第一电容器154可以在第一重叠区域134处形成在十字形电极122与第一电极130之间。第二电容器156可以在第二重叠区域136处形成在十字形电极122与第二电极132之间。第一重叠区域134可以近似等于第二重叠区域136，使得第一电容器和第二电容器呈现近似电容。然而，在其他实施方案中，第一重叠区域134可大于或小于第二重叠区域136，使得第一电容可大于或小于第二电容。第一电容和第二电容中的一者或两者可以在从约10nf到约3μf的范围。
52.图2a和图2b示出了根据本公开的方面的另一实施方案的电极配置。第一电极层220可包括十字形电极222，该十字形电极具有分别与第一侧部终端108和第二侧部终端110(图1a)连接的成对的相对边缘224、226。图1c示出了第二电极层228，该第二电极层包括与第一端部终端104连接的第一电极230和与第二端部终端106连接的第二电极232。第一电极230和/或第二电极232可以是t
‑
电极，使得电极230、232延伸到电极层227的侧部边缘235、237并沿单片主体102的至少一个侧表面239与各自的端部终端104、106(图1a)连接。
53.图2c示出了交替的第一电极层220和第二电极层228的电极叠层233。电极叠层233在z方向140上可具有厚度242。
54.电极叠层233在z方向140上的厚度242与单片主体102(图1a)的厚度138之比可在约0.4到约0.97的范围内。
55.再次参照图2a，十字形电极222可以沿第一重叠区域234与第一电极230重叠，并且可以沿第二重叠区域236与第二电极232重叠。
56.图3a示出了大体上根据当前公开主题的多终端多层器件600的示例性实施方案的外部立体图，该多终端多层器件用于在与变阻器器件660的堆叠配置中使用，该变阻器器件具有相应的附加引线648、650和652，如图所示。如本文进一步讨论的，图3b示出了应用图3a的示例性实施方案600的示意图。
57.变阻器660可具有外部变阻器终端662、664。可以使用引线配置布置来相对于彼此平行地放置器件600和变阻器660。更具体地，引线648、650和652可以分别附接到器件600的外部(电容器器件)终端604、608和606，而引线648和652分别如图所示连接到变阻器660的外侧(变阻器)终端662和664。应用图3a的最终配置可以是包覆成型的。
58.图3b大体地示出了应用图3a的示例性实施方案600的示意图，该实施方案处于其连接/安装配置中(如由应用图3a所示)。更具体地，引线648、650和652被示为分别与串联电容器和并联电容器接触。所指示的电容值旨在仅作为示例，而非限制。变阻器660同样与如图所示的引线648和652接触，以便与器件600处于并联关系。指示的变阻器特性旨在仅作为示例，而非限制。
59.图3c示出了根据本公开的方面的具有电容器和变阻器功能的集成组件的立体图。一般而言，图3c示出了另一视角中的图3a的器件。例如，图3c的实施方案在底部上提供器件600(例如多层陶瓷器件)，在顶部上提供变阻器660。这样的配置可以允许在将器件600和变阻器660例如通过焊接组合在一起之后用作表面安装器件。此外，如图3c所示的实施方案没有图3a所示的引线。然而，应当理解，当在这种配置中时，也可以采用引线。
60.如图所示，器件600提供用于含有串联电容器和并联电容器的单个器件解决方案。器件600示出了两个代表性电容器654和656，例如可以由器件600的隔离区中的多个层的分体馈通配置形成。
61.虽然可以针对本文公开的示例性实施方案中的任一个实践各种尺寸，但是器件600和变阻器660可以被视为标准mlc外壳尺寸的代表，例如1206外壳尺寸。当然，根据特定应用的需要或期望，可以在各种实施方案中实践各种尺寸。示例性电容值的所有这些变化和变化都旨在与当前公开主题的精神和范围一致。
62.如本公开所示，对于在smd布置中使用的一些实施方案而言，当前公开主题可以导致印刷电路板(pcb)上的多个分立组件的替换，从而节省空间，并且在一些情况下降低电感。所有这些当前公开的示例性实施方案可以通过封装在包覆成型的三引线式组件中而在其某些用途中使用。根据当前公开主题，获得了器件尺寸的显著减小，这导致焊点数量的减少，这相应地增加了可靠性。
63.图4是用于形成根据本公开的方面的具有电容器和变阻器功能的集成组件的方法400的流程图。一般而言，本文将参照上面参照图1a至图3c描述的集成组件100、200来描述方法400。然而，应当理解，所公开的方法400可以用任何合适的集成组件来实现。此外，尽管为了说明和讨论的目的，图4描绘了以特定顺序执行的步骤，但本文讨论的方法不限于任何特定顺序或布置。使用本文提供的公开内容，本领域技术人员将理解，在不脱离本公开内容
的范围的情况下，可以以各种方式省略、重新布置、组合和/或适应调整本文公开的方法的各个步骤。
64.该方法400可以包括：在(402)处，提供分体馈通型构造的多层电容器主体，该多层电容器主体包括形成成对电容器的电极，例如如上文参照图1a至图3c所描述的。
65.该方法可以包括：在(404)处，在多层电容器主体的外部形成第一有源终端和第二有源终端，使得该成对电容器在第一有源终端与第二有源终端之间串联连接，例如如上文参照图1a至图3c所描述的。
66.该方法可以包括：在(406)处，将分立变阻器与多层电容器主体堆叠，使得分立变阻器的第一变阻器终端与第一有源终端连接，并且第二变阻器终端与第二有源终端连接。
67.应当理解，实现所公开的配置的各个步骤仅旨在作为本公开的代表，而不表示超出本公开的一般性质的其他方面的所需使用，否则以其他方式指示。例如，本领域的普通技术人员将认识到，可以实践选定的步骤以产生为当前公开主题的给定应用选择的特定设计。
68.实施例
69.根据本公开的一个示例性实施方案，集成组件具有第一电容器和第二电容器，每个电容器呈现约475nf。集成组件包括具有约22伏特的钳位电压的分立变阻器。
70.根据本公开的一个示例性实施方案，集成组件具有第一电容器和第二电容器，第一电容器和第二电容器每个均呈现约685nf。集成组件包括具有约22伏特的钳位电压的分立变阻器。
71.根据本公开的另一示例性实施方案，集成组件具有第一电容器和第二电容器，第一电容器和第二电容器每个均呈现约1μf。集成组件包括具有约22伏特的钳位电压的分立变阻器。
72.测试方法
73.以下部分提供了用于测试变阻器以确定多层陶瓷电容器、分立电容器和/或集成组件的各种特性的示例方法。
74.变阻器的钳位电压可以使用吉时利(keithley)2400系列源测量单元(smu)，例如吉时利2410
‑
c smu来测量。变阻器可能会受到8/20μs电流波的影响，例如根据ansi标准c62.1。电流波可具有1ma的峰值电流值。可选择峰值电流值，使得峰值电流使变阻器“钳位”电压。电流可能会增加到峰值电流值，然后衰减。“上升”时间段可以是从电流脉冲的开始到电流达到峰值电流值的90％时。“上升”时间可以是8μs。“衰减时间”可以是从电流脉冲的开始到峰值电流值的50％。“衰减时间”可以是20μs。钳位电压测量为电流波期间变阻器两端的最大电压。
75.多层电容器的电容可以使用吉时利2400系列源测量单元(smu)，例如吉时利2410
‑
c smu来测量。例如，可以在地与多层电容器的第一外部终端之间测量第一电容器的第一电容。可以在地与多层电容器的第二外部终端之间测量第二电容器的第二电容。
76.虽然已经参照当前公开主题的特定实施方案详细描述了当前公开主题，但是应当理解，本领域技术人员在理解了上述内容后可以容易地对这些实施方案进行更改、变化和等效。因此，本公开的范围是作为示例而不是作为限制，并且本主题公开不排除包括对当前公开主题的这类修改、变化和/或添加，这对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。