CN1832070A - 嵌入式多层片形电容器及具有其的印刷电路板 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种嵌入式多层片形电容器，以及具有该嵌入式多层片形电容器的印刷电路板。嵌入式多层片形电容器包括：电容器器身，具有一个堆叠在另一个上的多个介电层；多个第一和第二内部电极，形成在电容器器身内部，由介电层隔离；以及第一和第二过孔，在电容器器身内部垂直地延伸。第一过孔连接至第一内部电极，并且第二过孔连接至第二内部电极。第一过孔通向电容器器身的底部，并且第二过孔通向电容器器身的顶部。

Description

嵌入式多层片形电容器 及具有其的印刷电路板

相关申请

本申请要求于2005年3月7日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请第2005-0018702号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种多层片形电容器。更特别地，本发明涉及一种高可靠性的嵌入式多层片形电容器，以及具有其的印刷电路板。

背景技术

由于电子电路的高密度和集成化，印刷电路板缺少用于装配无源器件的空间。为了克服这一点，已经做出了采用嵌入板中的嵌入式装置或零件的努力。特别地，已经提出了关于在板中嵌入作为电容性部件的电容器的方法的各种建议。在板中嵌入电容器的方法中，利用板本身作为电容器的介电材料，并且使用铜线作为其电极。在另一种方法中，在板的内部形成具有高介电常数或薄介电膜的聚合体薄片以提供嵌入式电容器。其他方法包括在板中嵌入多层片形电容器。

一般地，多层片形电容器包括由陶瓷材料制成的多个介电层，以及插入介电层之间的内部电极。设置于板内的多层片形电容器可以具有高电容。例如，日本公开专利申请第2002-100875号公开了一种用于在中心基板中嵌入两端多层片形电容器的技术。前述文件中公开的嵌入式多层片形电容器包括形成在电容器的两侧的两个外部电极。根据传统技术，薄膜多层片形电容器通常用于在板中嵌入电容器。

图1(a)和图1(b)示出用作嵌入式电容器的传统两端多层片形电容器。参照图1(a)和图1(b)，嵌入式片形电容器10包括在电容器两侧形成的两个外部电极11、13以及由介电材料制成的电容器器身15。如图1(b)所示，第一内部电极23和第二内部电极23设置在电容器器身15内部的相对面上。第一内部电极21连接至第一外部电极11，并且第二内部电极23连接至第二外部电极13，因此呈现相反的极性。

为了嵌入板中，应当将多层片形电容器10制成薄的。薄的多层片形电容器10在其制造期间或制造之后可能易于经受碎化5和裂化6。碎化或者裂化破坏电容器的可靠性并可能引起其故障。

图2(a)是示出嵌入有多层片形电容器10的传统印刷电路板20的截面图。参照图2(a)，印刷电路板20包括顶部多层板30、底部多层板35、以及插入它们之间的中心基板40。多层片形电容器10设置在形成于中心基板中的凹槽中。电容器的外部电极11、13分别通过导电过孔51、53连接到衬垫61、63。

为了制造印刷电路板20，将电容器10插入中心基板40的内部。然后通过激光器在顶部多层板30和底部多层板35打出过孔，以将基板布线连接至电容器的外部电极11、13。该激光处理显著地增加了印刷电路板的制造成本。此外，多层片形电容器10的小尺寸降低了激光处理的精确度，使得难以充分地对准过孔。此外，如果电路板20在制造嵌入有传统电容器10的印刷电路板20或者处理制造的印刷电路板20的过程中弯曲，则板内部的电容器可能会经受机械损坏。即，如图2(b)所示，万一电路板20弯曲，则薄膜电容器10可能容易出现裂缝70，从而可能折断电容器10。

发明内容

本发明用于解决现有技术的上述问题，因此本发明的目的在于提供一种高可靠性的嵌入式多层电容器，其经受较少碎化或裂化。

本发明的另一个目的在于提供一种高可靠性的印刷电路板，其具有能够节约制造成本并且防止电容器的机械损坏的嵌入式多层片形电容器。

根据用于实现这一目标的本发明的一个方面，提供了一种嵌入式多层片形电容器，包括：电容器器身，具有一个堆叠在另一个上面的多个介电层；多个第一和第二内部电极，形成在电容器器身内部，由介电层隔开；以及第一和第二过孔(via)，在电容器器身内部垂直延伸，第一过孔连接至第一内部电极并且第二过孔连接至第二内部电极，其中，第一过孔通向电容器器身的底部，并且第二过孔通向电容器器身的顶部。

根据本发明，第一过孔通向底部的部分连接至嵌入有多层片形电容器的印刷电路板的下导电层，并且第二过孔通向顶部的部分连接至印刷电路板的上导电层。

根据本发明的具体实施例，第一和第二电极中的每个均具有通孔，并且第一过孔在不与第二内部电极的通孔的内圆周接触的情况下通过第二内部电极的通孔，并且第二过孔在不与第一内部电极的通孔的内圆周接触的情况下通过第一电极的通孔。此外，第一过孔与第一内部电极的电极表面接触，而第二过孔与第二内部电极的电极表面接触。通孔的这种结构使得第一内部电极仅被连接至第一过孔，并且第二内部电极仅被连接至第二过孔。但是本发明不限于前述的通孔，并且内部电极可以具有其他结构。

根据本发明的一个实施例，嵌入式多层片形电容器可以进一步包括：上外部电极，形成在电容器器身的顶部；以及下外部电极，形成在电容器器身的底部，其中，下外部电极通过第一过孔连接至第一内部电极，并且上外部电极通过第二过孔连接至第二内部电极。

根据本发明的另一个实施例，嵌入式多层片形电容器可以进一步包括：第一凸起，形成在第一过孔通向底部的部分上；以及第二凸起，形成在第二过孔通向顶部的部分上。该凸起能够起到一种电容器终端的作用。因此，在这种情况下，该凸起使得内部电极连接至没有单独外部电极的印刷电路板的布线结构。

根据本发明的又一实施例，多层片形电容器可以不具有在第一和第二过孔通向底部和顶部的部分上形成的外部电极或凸起。在这种情况下，第一过孔通向底部的部分直接连接至下导电层，并且第二过孔通向顶部的部分直接连接至上导电层。

根据优选实施例，嵌入式多层片形电容器的宽度为0.4mm到2.0mm，长度为0.4mm到2.0mm，并且厚度为0.05mm到1.0mm。厚度相对于宽度和长度的比率应当足够大，以确保电容器的较高机械性能。

根据本发明的一个实施例，第一和第二过孔可以具有圆形横截面。在这种情况下，第一和第二过孔的截面的直径为50μm到500μm。

此外，在本发明的另一个实例中，第一和第二过孔具有矩形横截面。在这种情况下，第一和第二过孔的截面的宽度和长度分别为50μm到500μm。第一和第二过孔可以具有三角形、六边形、或其他形状的横截面。

根据用于实现该目标的本发明的另一个方面，提供了一种印刷电路板，包括：中心基板；多个多层片形电容器，水平地设置在中心基板的内部；上导电层和下导电层，平行地连接多层片形电容器，上导电层形成在多层片形电容器的顶部，并且下导电层形成在多层片形电容器的底部。

上和下导电层可以包括从由导电粘合聚合体层、导电带、导电环氧树脂层、导电性胶层、和电镀(plated)层组成的组中选择的一种。

根据本发明，多层片形电容器中的每个均可以包括：电容器器身，具有一个堆叠在另一个上面的多个介电层；多个第一和第二内部电极，形成在电容器器身内部，由介电层隔开；以及第一和第二过孔，在电容器器身内部垂直延伸，第一过孔连接至第一内部电极并且第二过孔连接至第二内部电极，其中，第一过孔通向电容器器身的底部，并且第二过孔通向电容器器身的顶部。

根据本发明的一个实施例，多层片形电容器中的每个均可以进一步包括：上外部电极，形成在电容器器身的顶部；以及下外部电极，形成在电容器器身的底部，其中，上外部电极直接连接至上导电层，并且下外部电极直接连接至下导电层。

根据本发明的另一个实施例，多层片形电容器中的每个可以进一步包括：第一凸起，形成在第一过孔通向底部的部分上；以及第二凸起，形成在第二过孔通向顶部的部分上，并且其中，第一凸起直接连接至下导电层，并且第二凸起直接连接至上导电层。

根据本发明还有的另一实施例，多层片形电容器中的每个均可以不具有第一和第二过孔通向底部和顶部的部分的外部电极或凸起。在这种情况下，第一过孔通向底部的部分直接连接至下导电层，并且第二过孔通向顶部的部分直接连接至上导电层。

根据本发明，尽管印刷电路板是弯曲的，但是嵌入板中的电容器不会遭受损坏。为此目的，具有小于典型的薄膜嵌入式片形电容器(参照图1(a))的水平长度的多个嵌入式片形电容器在印刷电路板内部水平设置，然后并联连接。这防止了电容器的机械损坏并确保了高电容。

此外，不同于传统的两端多层片形电容器(参照图1(a)和图1(b))，嵌入印刷电路板的电容器的端子形成在电容器的底部和顶部，而不是其两侧(即，嵌入式片形电容器包括顶部端子和底部端子)。因此，具有与多层片形电容器相同极性的内部电极通过通向电容器的顶部和底部的过孔彼此连接。过孔通向顶部和底部的部分、或者其上形成的凸起、或者连接过孔通向顶部和底部的部分的内部或外部电极构成多层片形电容器的上端子和下端子。

水平设置的多层片形电容器的上和下端子直接连接至形成在印刷电路板上的相应顶部和底部导电层。这排除了对多层板(参考图1(b)的数字30、35)上的过孔的需要，并排除了将基板布线连接至电容器端子的激光处理的需要，从而显著地减小了印刷电路板的制造成本。

附图说明

本发明的上述和其他目标、特征、和其他优点从以下结合附图的详细描述中将更加显而易见，其中：

图1(a)是示出传统的嵌入式多层片形电容器的透视图；

图1(b)是示出沿着图1(a)中的线AA’截取的电容器的截面图；

图2(a)是示出传统印刷电路板的示意性截面图；

图2(b)是用于说明图2(a)的印刷电路板的问题的示意性的截面图；

图3(a)是示出根据本发明的嵌入式多层片形电容器的实施例的不完整透视图；

图3(b)是沿着图3(a)中的线XX’截取的电容器的截面图；

图4a到4c是示出根据本发明的若干实施例的嵌入式多层片形电容器的内部电极的形状的平面图；

图5是示出根据本发明的印刷电路板的实施例的分解透视图；

图6是图5示出的印刷电路板的示意性截面图；

图7是示出根据本发明的嵌入式多层片形电容器的另一个实施例的截面图；

图8是示出根据本发明的印刷电路板的另一个实施例的示意性截面图；

图9是示出根据本发明的嵌入式多层片形电容器的另一个实施例的截面图；以及

图10是示出根据本发明的印刷电路板的另一个实施例的示意性截面图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明，附图中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以以多种形式实现，而不应该解释为限定于在此所举出的实施例。相反地，给出这些实施例使得本公开将更加充分和完全，并且使本领域的技术人员完全理解本发明的范围。附图中，为了清晰起见，放大了层和区域的厚度。

图3(a)是根据本发明的嵌入式多层片形电容器的实施例的不完整透视图，并且图3(b)是沿着图3(a)中的线XX’截取的电容器的截面图。参照图3(a)和图3(b)，本发明的嵌入式多层片形电容器100包括：电容器器身105；上外部电极101，形成在电容器器身105的顶部；以及下外部电极，形成在电容器器身105的底部。电容器器身105具有一个堆叠在另一个上的多个介电层(参考图4的数字51、52)。

如图3(b)所示，多个第一内部电极103和第二内部电极104形成在电容器器身105内部，通过介电层51、52隔离。第一内部电极103和第二内部电极104显示相反的极性。此外，第一过孔113和第二过孔114在电容器器身105内部垂直延伸。第一过孔113连接至第一内部电极103，第二过孔114连接至第二内部电极104。过孔113和114能导电。第一过孔113通向电容器器身105的底部，并且第二过孔114通向电容器器身105的顶部。第一过孔113通向底部的部分连接至下外部电极102，并且第二过孔114通向顶部的部分连接至上外部电极101。这样的过孔允许顶部-底部结构的外部端子。

图4a是示出位于多层片形电容器100内部的内部电极103、104的形状的平面图。参照图4a，第一内部电极103和第二内部电极104形成在介电层51、52上。第一和第二内部电极103、104分别具有通孔61、62。第一过孔113通过形成在第二内部电极104中的通孔62，但是不与通孔62的内圆周接触。而且，第一过孔113接触并连接至第一内部电极103。如图4a所示，在第一内部电极103的电极表面示出的虚线部分表示第一内部电极103接触并连接至第一过孔113的部分。因此，第一过孔113仅连接至第一内部电极103而不连接至第二内部电极104。同样地，第二过孔114仅连接至第二内部电极104而不连接至第一内部电极103。因此，具有相反极性的电压被施加到第一内部电极103和第二内部电极104。根据这个实施例，通孔形成在内部电极中，但是本发明并不局限于此。可以采用具有其他结构的内部电极。例如，可以采用图4b或者图4c示出的内部电极结构。

参照图4b，在拐角处均具有切口的第一内部电极203和第二内部电极204形成在介电层51、52上。每个第一内部电极203的一个拐角均被切掉，使得第二过孔214不连接至第一内部电极203。结果，第一内部电极203仅连接至第一过孔213，而不连接至第二过孔214。同样地，每个第二内部电极204的一个拐角被切掉，使得第二内部电极204仅连接至第二过孔214，而不连接至第一过孔213。因此，具有相反极性的电压可以被施加到第一内部电极203和第二内部电极204。

参照图4c，在介电层51、52上选择性地使第一内部电极303和第二内部电极304偏向左和偏向右。第一内部电极303偏向一侧，使得第二个过孔314不连接至第一内部电极303。结果，第一内部电极303仅连接至第一过孔313而不连接至第二过孔314。第二内部电极304偏向另一侧，从而仅连接至第二过孔314而不连接至第一过孔313。因此，可以将具有相反极性的电压施加到第一内部电极303和第二内部电极304。

不同于传统的嵌入式多层片形电容器(参照图1(a))，电容器100的水平长度和厚度的比率较小。优选地，多层片形电容器100的宽度为0.4mm到2.0mm，长度为0.4mm到2.0mm，并且厚度为0.05mm到1.0mm。充分减小了水平长度(宽度和长度)的比率，即使印刷电路板是弯曲的，也能够防止板中的嵌入式电容器100损坏。此外，电容器的小尺寸(尤其是水平长度)降低了在制造或处理多层片形电容器的过程中出现碎化或裂化的可能性。如下所述，由小尺寸导致的电容减小可以通过并联多个电容器100来克服。

参照图4a到4c，第一和第二过孔113、114具有圆形横截面。优选地，过孔113、114的截面直径为50μm到500μm。可选地，第一和第二过孔可以具有矩形横截面。优选地，第一和第二过孔的截面的宽度和长度分别为50μm到500μm。此外，第一和第二过孔可以具有三角形、六边形、或者其他形状的横截面。本发明不限于一种过孔横截面的形状。

下文将给出包括嵌入式多层片形电容器的印刷电路板的说明。图5是示出根据本发明的印刷电路板的实施例的分解透视图。图6是图5中的印刷电路板的示意性截面图。参照图5和图6，印刷电路板500具有嵌入其中的多个多层片形电容器100。嵌入印刷电路板500的电容器100的结构已经在前面解释过(参照图3和图4a到图4c)。

如图5和图6所示，印刷电路板500包括具有用于在其中嵌入电容器的凹槽的中心基板140。上多层板130和下多层板135堆叠在中心基板140的顶部和底部。在形成于中心基板140上的凹槽中，多层片形电容器水平设置。此外，上导电层110和下导电层120形成在水平设置的多层片形电容器的顶部和底部。导电粘合聚合体层、导电带、导电环氧树脂层、导电胶层、或者电镀层可以被用作上和下导电层110、120。用于上和下导电层110、120的导电带包括各向异性导电带或者碳带。

上导电层110和下导电层120并联连接水平设置的电容器100。即，电容器100的上外部电极101连接至上导电层110，而下外部电极102连接至下导电层120。上导电层110和下导电层120分别连接至形成在印刷电路板上的布线结构(未示出)，以向电容器100施加电压。

通过将具有顶部-底部结构的小尺寸电容器100连接至上和下导电层110、120，确保了足够的电容，并即使印刷电路板500是弯曲的，也能防止电容器被损坏。

根据本发明，嵌入式多层片形电容器的端子可以用不同方法配置。换句话说，可以在不采用上述上和下外部电极的情况下配置顶部-底部电容器端子。实例在图7和图9中示出。

图7是示出根据本发明的嵌入式多层片形电容器的另一个实施例的截面图。参照图7，多层片形电容器200在其顶部和底部不具有外部电极。取而代之地，通向顶部和底部的过孔113、114的部分113a、114a起到电容器200的外部端子的作用。电容器200的其他部件如上所述。图8示出通过采用嵌入式片形电容器200制造的印刷电路板600。

参照图8，水平设置的多个多层片形电容器200通过没有独立外部电极的上和下导电层110、120彼此连接。即，第一过孔113通向底部的部分113a直接连接至下导电层120，而第二过孔114通向顶部的部分114a直接连接至上导电层110。因此，多个多层片形电容器200并联连接以确保高电容。

可选地，如图9所示，嵌入式多层片形电容器300可以在过孔112、113通向顶部和底部的部分中具有凸起113b、114b。当电容器被嵌入到印刷电路基板中时，凸起直接连接至上和下导电层。图10示出通过采用具有凸起113b、114b的嵌入式片形电容器300制造的印刷电路板700。

参照图10，水平设置的多个多层片形电容器300通过没有独立外部电极的上和下导电层110、120彼此连接。即，第一过孔113的凸起113b直接连接至下导电层120，而第二过孔114的凸起114b直接连接至上导电层。结果，多层片形电容器300彼此并联连接，以达到高电容。

如上所述，根据本发明，嵌入式多层片形电容器可以通过在其内部形成过孔而具有顶部-至-底部端子，以便经受更少的诸如碎化和裂化的机械损坏。此外，具有减小的水平长度的多个片形电容可以被水平设置以被并联连接，使得在印刷电路板弯曲的情况下，嵌入电路板中的电容器也不会经受机械损坏。另外，通过连接多个嵌入式片形电容器可以实现高电容。这排除了形成过孔以将嵌入式多层片形电容器连接至板布线的独立处理的需要。因此，不会出现激光处理期间发生未对准的问题，从而可以节约印刷电路板的制造成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种嵌入式多层片形电容器，包括：

电容器器身，具有多个介电层，一个堆叠在另一个上；

多个第一和第二内部电极，形成在所述电容器器身内部，由所述介电层隔离；以及

第一和第二过孔，在所述电容器器身内部垂直地延伸，所述第一过孔连接至所述第一内部电极，并且所述第二过孔连接至所述第二内部电极，

其中，所述第一过孔通向所述电容器器身的底部，并且所述第二过孔通向所述电容器器身的顶部。

2.根据权利要求1所述的嵌入式多层片形电容器，其中，所述第一过孔通向所述底部的部分被连接至嵌入有所述多层片形电容器的印刷电路板的下导电层，并且所述第二过孔通向所述顶部的部分被连接至所述印刷电路板的上导电层。

3.根据权利要求1所述的嵌入式多层片形电容器，其中，所述第一和第二电极中的每个均具有通孔，以及

其中，所述第一过孔在不与所述第二内部电极的所述通孔的内圆周接触的情况下通过所述第二内部电极的所述通孔，并且所述第二过孔在不与所述第一内部电极的所述通孔的内圆周接触的情况下通过所述第一电极的所述通孔。

4.根据权利要求1所述的嵌入式多层片形电容器，其中，所述第一内部电极在拐角处具有切口，使得所述第二过孔不连接至所述第一内部电极，并且所述第二内部电极在拐角处具有切口，使得所述第一过孔不连接至所述第二内部电极。

5.根据权利要求1所述的嵌入式多层片形电容器，其中，所述第一内部电极偏向一侧，使得所述第二过孔不连接至所述第一内部电极，并且所述第二内部电极偏向另一侧，使得所述第一过孔不连接至所述第二内部电极。

6.根据权利要求1所述的嵌入式多层片形电容器，进一步包括：上外部电极，形成在所述电容器器身的顶部；以及下外部电极，形成在所述电容器器身的底部，

其中，所述下外部电极通过所述第一过孔连接至所述第一内部电极，并且所述上外部电极通过所述第二过孔连接至所述第二内部电极。

7.根据权利要求1所述的嵌入式多层片形电容器，进一步包括：第一凸起，形成在所述第一过孔通向所述底部的部分上；以及第二凸起，形成在所述第二过孔通向所述顶部的部分上。

8.根据权利要求2所述的嵌入式多层片形电容器，其中，所述第一过孔通向所述底部的部分直接连接至所述下导电层，并且所述第二过孔通向所述顶部的部分直接连接至所述上导电层。

9.根据权利要求1所述的嵌入式多层片形电容器，其中，所述电容器的宽度为0.4mm至2.0mm，长度为0.4mm至2.0mm，以及厚度为0.05mm至1.0mm。

10.根据权利要求1所述的嵌入式多层片形电容器，其中，所述第一和第二过孔具有圆形横截面。

11.根据权利要求10所述的嵌入式多层片形电容器，其中，所述第一和第二过孔的截面的直径为50μm至500μm。

12.根据权利要求1所述的嵌入式多层片形电容器，其中，所述第一和第二过孔具有矩形横截面。

13.根据权利要求12所述的嵌入式多层片形电容器，其中，所述第一和第二过孔的截面的宽度和长度分别为50μm至500μm。

14.一种印刷电路板，包括：

中心基板；

多个多层片形电容器，水平设置在所述中心基板内部；

以及

上导电层和下导电层，与所述多层片形电容器并联连接，所述上导电层形成在所述多层片形电容器的顶部，并且下导电层形成在所述多层片形电容器的底部。

15.根据权利要求14所述的印刷电路板，其中，所述多层片形电容器中的每个均包括：

电容器器身，具有多个介电层，一个堆叠在另一个上；

多个第一和第二内部电极，形成在所述电容器器身内部，由所述介电层分开；

第一过孔和第二过孔，在所述电容器器身内部垂直地延伸，所述第一过孔连接至所述第一内部电极，并且所述第二过孔连接至所述第二内部电极；

其中，所述第一过孔通向所述电容器器身的底部，并且第二过孔通向所述电容器器身的顶部。

16.根据权利要求14所述的印刷电路板，其中，所述上导电层和下导电层包括选自由导电粘合聚合物层、导电带、导电环氧树脂层、导电胶层、和镀金属层组成的组中的一种。

17.根据权利要求15所述的印刷电路板，其中，所述多层片形电容器中的每个进一步包括：

上外部电极，形成在所述电容器器身的顶部；

下外部电极，形成在所述电容器器身的底部；

其中，所述上外部电极直接连接至所述上导电层，并且所述下外部电极直接连接至所述下导电层。

18.根据权利要求15所述的印刷电路板，其中，所述多层片形电容器中的每个进一步包括：

第一凸起，形成在所述第一过孔通向所述底部的部分上；以及第二凸起，形成在所述第二过孔通向所述顶部的部分上；

其中，所述第一凸起直接连接至所述下导电层，并且所述第二凸起直接连接至所述上导电层。

19.根据权利要求15所述的印刷电路板，其中，所述第一过孔通向所述底部的部分直接连接至所述下导电层，并且所述第二过孔通向所述顶部的部分直接连接至所述上导电层。

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