CN102347137B - 电容器结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容器结构及其制造方法，包括至少一个固态电容基材及二载板，其中固态电容基材为收容于二载板相对内侧处，并具有阳极导体及可与载板内侧金属线路层形成电性连接的阴极导体，而固态电容基材与二载板内部之间利用绝缘性树脂封胶固化有绝缘座体，且绝缘座体二垂直侧平面上利用机械加工分别纵向形成有可供阳极导体、金属线路层露出的弧槽，并于绝缘座体二侧弧槽与载板表面处利用化学电镀法将导电金属浸积后分别形成有覆盖至阳极导体端部、金属线路层且呈电性连接的阳极导电端子、阴极导电端子，再进行切割、分离出各个单一电容器成品，便完成电容器制造方法。

Description

电容器结构及其制造方法

技术领域

本发明是提供一种电容器结构及其制造方法，尤指可利用二载板夹持于固态电容基材上、下层，提高着装时的抗拉拔力，且可透过电极端子内凹状弧形的结构设计，增加焊料集锡附着面积，使其电极端子部份隐藏于弧槽内，并保护电极端子与固态电容基材接着处的电性接触效果者。

背景技术

现今电子产品及其外围相关电子设备皆会使用到主动元件与被动元件，其中主动元件(如微处理器或芯片等)可单独执行运算、处理的功能，而被动元件相对于主动元件则是在进行电流或电压改变时，使其电阻或阻抗不会随之改变的元件，并以电阻、电容与电感合称做三大被动元件，即可由三者相互搭配应用于信息、通讯、消费电子或其它工业产品领域而达成电子回路控制的功能。

再者，所有被动元件中，电容器属于种类及规格特性最为复杂的元件，尤其为了配合不同集成电路及工作环境上的需求差异，即使是相同的电容量与额定电压，亦有其它不同种类及材质特性的选择，而电容器(Capacitor)简单来说，就是在两块金属电极中以电介质(Dielectric)进行隔离，使其所储存的正、负电荷等量分布在二端不直接导通的金属电极上，并具有滤波、整流、耦合与高速充放电功能，且大致上分为可变电容器及固定电容器二大类，而固定电容器依照材质的差异性又可分为纸质电容器、陶瓷电容器、铝质电解电容器、塑料薄膜电容器、钽质电容器、云母电容器等种类。

除此之外，随着集成电路的高密集化且功能更强的发展趋势，使电容器亦朝向芯片化生产，整体的尺寸也做得越来越小型化，并利用表面黏着技术(SMT)逐渐取代传统电容器插件型(Throught Hole)的焊接方式，所以电容器亦可再区分为电解质芯片电容器及陶瓷芯片电容器等类型，其中电解质电容器是指在铝、钽、铌、钛等阀金属(Valve Metal)的表面上采用阳极氧化法(Anodic Oxidation)生成一薄层氧化物做为电介质，并以电解质做为阴极所构成的电容器，且该阳极通常采用腐蚀箔或粉体烧结块结构。

目前工业化生产的电解质电容器主要以铝质电容器(Aluminium Electrolytic Capacitor)和钽质电容器(Tantalum Electrolytic Capacitor)为主，与芯片积层的陶瓷电容器相较之下，钽质电容器为具有小型及大电容量的优势，并具有耐温性较广、无电感性、较小的泄漏电流、低等效电阻(Low ESR)，以及较佳频率与温度等特性，不过现在陶瓷积层电容器(MLCC)陶瓷薄膜积层技术越来越进步，电容值的含量也越来越高，而逐渐有取代钽质电容器应用上的趋势，虽然陶瓷积层电容器电容值含量与产品表面积大小、陶瓷积层的层数成正比，但随着陶瓷积层的层数增加，制造上的困难度与材料成本也相对提高，造成陶瓷积层电容器同规格产品单价较钽质电容器高出8～10倍，故在下游产品实际使用的成本考虑上，陶瓷积层电容器尚不能完全取代传统钽质电容器，所以要能够量产化着实困难。

请参阅图9和图10所示，为现有钽质电容器的侧视剖面图及另一现有钽质电容器的侧视剖面图，一般钽质电容器工艺为包括有钽阳极成型、烧结、介电层形成、阴极制作、外电极制作及最后的封装，通常在钽粉生胚成型钽质金属块A时就已将钽线嵌入或焊上以作为阳极导线A1，并于成型后进行高温真空或还原烧结过程，然后再将其浸入加热的酸槽中，通过电化学的阳极氧化处理形成所需的氧化钽介电层(Ta₂O₅)厚度，续将制造完成的氧化钽介电层表面利用硝酸锰的热分解形成氧化锰阴极，再透过相同的方法覆盖上石墨层及银层作为阴极导线A2。

而现有钽质电容器封装程序是先将钽质金属块A的阳极导线A1、阴极导线A2与阳极端子B、阴极端子C接合，由于钽质金属块A中心嵌入的阳极导线A1为向外延伸且呈一悬空状，而无法固定在阳极端子B上，所以阳极端子B便需要弯折成ㄈ形状，或是利用L型的金属配件D来压接或焊固于阳极导线A1前端，并将弯折成多转角的阴极端子C与阴极导线A2压接或焊固形成电性连接，即可置入于模具中利用环氧树脂进行模铸(Molding)封装成型，使阳极端子B、阴极端子C只有一部份露出于外部后，便制造出芯片钽质电容器(Chip TantalumCapacitor)产品。

但是现有钽质电容器的阳极端子B、阴极端子C为呈连续弯折结构设计，或是可利用L型金属配件D与钽质金属块A中心的阳极导线A1形成电性连接，此种阳极端子B、阴极端子C与金属配件D生产时需要另开设模具才可进行制造，且配合不同尺寸也需要使用不同的模具，而造成制造上的准确度难以达成、加工机具的损耗也较大，其所耗费的工时与成本则相对大幅提高，同时阳极端子B、阴极端子C与金属配件D亦会占用钽质电容器内部一定的空间，使整体的体积变大，无法达成所需小型化的设计需求。

是以，便有业者采用另一种作法，其是将固态金属颗粒或小块的阳极主体为包封于绝缘材质的外壳中，使其阳极端子与阴极端子利用表面黏着技术(SMT)方式成型于外壳底部，并于阴极端子上透过黏着剂或打线接合的方式与固态金属颗粒上的阴极形成电性连接，而固态金属颗粒中心嵌入的金属线则延伸至外壳垂直侧平面上，即可透过外壳侧平面上所金属层沉积的电极导接端子使固态金属颗粒裸露的金属线末端与阳极端子形成电性连接，其虽可在不改变外壳尺寸前提之下，增加固态金属颗粒的尺寸，从而提高钽质电容器的容积效率及电容能力，但因金属层所沉积的电极导接端子为裸露于外壳侧表面上，而在钽质电容器组配于电路板上或输送的过程中，极易使电极导接端子产生刮擦所造成与固态金属颗粒的金属线电性接触不良，甚至是受到碰撞时，导致电极导接端子的剥落、电性连接失效等情况发生，此即为从事于此行业者所亟欲研究改善的方向所在。

发明内容

有鉴于此，发明人有鉴于上述现有钽质电容器的不足与缺失，乃搜集相关资料经由多方评估及考虑，方以从事于此行业的多年经验透过不断的试作与修改，始设计出此种电容器结构及其制造方法的发明专利诞生者。

本发明的主要目的乃在于利用二载板可为玻璃纤维板所具的板弯特性夹持于固态电容基材上、下层结合方式，提高电容器在表面黏着技术(SMT)着装时的抗拉拔力，并具有较佳结构稳定性，且可控制绝缘性树脂封胶灌填在固化时所产生的收缩应力，改善采用单一载板在整体大面积的封胶固化过程中造成板弯的情况发生。

本发明的次要目的乃在于电容器二侧的阳极导电端子、阴极导电端子为采用内凹状的弧形结构设计，即可增加焊料焊接时集锡于弧槽处的附着面积、提升爬锡率外，同时提高其结合力、焊接的强度，且因阳极导电端子、阴极导电端子部份为隐藏于弧槽内不外露，可保护与增强固态电容基材的阳极导体、载板上的金属线路层与阳极导电端子、阴极导电端子接着处的电性接触效果，防止其受到刮擦或碰撞时所造成的剥落、电性连接失效等情况发生。

本发明的再一目的乃在于绝缘座体二侧弧槽与载板表面处为利用化学电镀法将导电金属浸积分别形成有覆盖至阳极导体、金属线路层且呈电性连接的阳极导电端子、阴极导电端子，此种制造方法不需另外开设模具、特制机器制造出传统金属形式导线架，则可透过传统电路板电路布局(Layout)的工艺快速量产且更为简易，进而达到降低成本的效用者。

附图说明

图1是本发明的立体外观图。

图2是本发明的立体分解图。

图3是本发明的侧视剖面图。

图4是本发明较佳实施例的制造流程图。

图5是本发明较佳实施例工艺的剖面示意图(一)。

图6是本发明较佳实施例工艺的剖面示意图(二)。

图7是本发明较佳实施例工艺的剖面示意图(三)。

图8是本发明较佳实施例工艺的立体外观图。

图9是现有钽质电容器的侧视剖面图。

图10是另一现有钽质电容器的侧视剖面图。

【主要元件符号说明】

1、固态电容基材

11、阳极导体            13、镀电胶层

12、阴极导体

2、载板

21、金属线路层          22、标记

3、绝缘座体

4、剖沟

41、弧槽

5、阳极导电端子

6、阴极导电端子

A、钽质金属块

A1、阳极导线            A2、阴极导线

B、阳极端子

C、阴极端子

D、金属配件

具体实施方式

为达成上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及其构造，兹绘图就本发明的较佳实施例详加说明其特征与功能如下，俾利完全了解。

请参阅图1、2和3所示，分别为本发明的立体外观图、立体分解图及侧视剖面图，由图中可清楚看出，本发明为包括有至少一个固态电容基材1及二载板2，而固态电容基材1为收容于二载板2相对内侧处，并具有阳极导体11及可与载板2内侧表面上金属线路层21形成电性连接的阴极导体12，且固态电容基材1与二载板2内部之间一体成型有绝缘座体3，又载板2表面上相邻于固态电容基材1二侧周围处开设有至少二个贯通至绝缘座体3内的剖沟4，且各剖沟4垂直侧平面上则分别纵向形成有可供固态电容基材1阳极导体11端部、载板2上金属线路层21露出的内凹状弧槽41，再于绝缘座体3二侧弧槽41与载板2表面处分别形成有覆盖至阳极导体11端部、金属线路层21且呈电性连接的阳极导电端子5、阴极导电端子6。

再者，上述固态电容基材1可为钽(Ta)、铌(Nb)或铌氧化物(NbO)等金属材质所制成，并于固态电容基材1一侧为向外延伸有阳极导体11，且阳极导体11的另侧则形成有阴极导体12，但此部份有关固态电容基材1成型、烧结、介电层形成的工艺，为现有技术范畴，且该细部构成亦非本申请的发明要点，兹不再作赘述；而载板2可为玻璃纤维板(FRP)，其玻璃纤维板具有绝缘性佳、耐燃性高、良好的弯曲强度，以及适合加工(如铣削、锯切、钻孔等)的特性，即可将线路利用铜刻蚀或网印方式制作在玻璃纤维基板上，而于载板2表面上形成有金属线路层21，再将二载板2分别夹持于固态电容基材1上、下层的位置，使固态电容基材1的阴极导体12利用镀电胶层13(如银胶Ag或其它具导电性的接着剂)与载板2内侧表面上的金属线路层21形成电性连接。

而固态电容基材1与二载板2内部之间所一体成型的绝缘座体3，是利用环氧树脂(Epoxy)封胶灌填、固化后所制成，并采铣削方式在载板2相邻于固态电容基材1二侧周围处开设有剖沟4，以及剖沟4垂直侧平面上纵向形成可供阳极导体11端部、载板2上金属线路层21露出的内凹状弧槽41，再于绝缘座体3二侧弧槽41与载板2表面处分别形成有覆盖至阳极导体11端部、金属线路层21且呈电性连接的阳极导电端子5、阴极导电端子6，且使上、下层载板2表面上依照所需尺寸预先划分后，再经由切割的步骤进行切割分离出各个电容器的成品，此种二载板2分别夹持于固态电容基材1上、下层的结合方式，可控制封胶在固化时所产生的收缩应力，改善采用单一载板2在整体大面积的封胶固化过程中所造成板弯的情况发生，提高电容器在表面黏着技术(SMT)着装时的抗拉拔力，且可透过电容器二侧阳极导电端子5、阴极导电端子6采用内凹状的弧形结构设计，使电路板上的焊料在焊接时，可沿着阳极导电端子5、阴极导电端子6表面渗入后，增加焊料集锡于弧槽41的附着面积，以此提高结合力、焊接强度，亦不需另开设模具、特制机器制造传统的金属形式导线架，进而达到快速量产、降低成本的效用。

请继续参阅图4、5、6、7和8所示，分别为本发明较佳实施例的制造流程图、较佳实施例工艺的剖面示意图(一)、剖面示意图(二)、剖面示意图(三)及立体外观图，由图中可清楚看出，当利用本发明电容器制造方法，是依照下列步骤实施：

(101)组合，是先将至少一个固态电容基材1收容于二载板2相对内侧处，而固态电容基材1所具的阳极导体11为向外延伸且呈一悬空状，并以阳极导体11另侧的阴极导体12则分别抵贴于上、下层载板2内侧表面上的金属线路层21。

(102)镀电胶层固化，固态电容基材1的阴极导体12涂布有镀电胶层13后，并与载板2上的金属线路层21接着固化形成电性连接。

(103)封胶固化成型，固态电容基材1与二载板2内部之间利用绝缘性树脂(如环氧树脂Epoxy)进行模铸(Molding)或点胶(Dispensing)方式的封胶灌填，并依照封胶物性固化后一体成型有绝缘座体3。

(104)极性标示，载板2表面上相邻于固态电容基材1阳极导体11一侧处可利用激光雕刻、移印或刻蚀着色方式形成有标记22，以标示出对应的极性为阳极。

(105)机械加工，载板2表面上相邻于固态电容基材1二侧周围处利用机械加工方式开设有至少二个贯通至绝缘座体3内的剖沟4，且各剖沟4垂直侧平面上分别纵向形成有可供固态电容基材1阳极导体11端部、载板2上的金属线路层21露出的内凹状弧槽41。

(106)电极制作，绝缘座体3二侧剖沟4及其弧槽41与载板2表面处利用化学电镀法将导电金属浸积而分别形成有覆盖至阳极导体11端部、金属线路层21上且呈电性连接的阳极导电端子5、阴极导电端子6。

(107)切割分离，利用机械加工方式依据电容器制造零件的外形规范进行切割分离，使固态电容基材1可由一体成型的绝缘座体3分离出各个单一电容器的成品。

(108)测试包装，将通过特性测试的电容器进行包装，便完成本发明电容器的制造方法。

由上述的实施步骤可清楚得知，上述的构件于制造时，其实施步骤至少一个固态电容基材1收容于二载板2相对内侧处，使其固态电容基材1所具的阳极导体11向外延伸呈一悬空状，并以阳极导体11另侧的阴极导体12分别抵贴于上、下层载板2内侧表面上的金属线路层21，且该载板2可为玻璃纤维板、树脂基板，或是其它具相同功效的材质基板，而在固态电容基材1的阴极导体12上涂布有镀电胶层13(如银胶Ag或是其它具导电性的接着剂)后，即可透过镀电胶层13将阴极导体12与载板2上的金属线路层21接着固化形成电性连接，以此固态电容基材1与二载板2内部之间所形成的空间内，便可利用绝缘性树脂(如环氧树脂Epoxy)进行模铸(Molding)或点胶(Dispensing)方式封胶灌填，并依照封胶物性固化后一体成型有绝缘座体3，此时，上层载板2表面上相邻于固态电容基材1阳极导体11一侧处，便可使用U V油墨利用激光雕刻、移印或刻蚀着色方式形成有标记22，且该标记22可为极性条纹、电压代码清楚显示于其表面，藉以具体指示使用者所标示出对应的极性为阳极。

然后进行机械加工，使载板2上利用铣削、钻孔、研磨或其它机械加工方式在相邻于固态电容基材1周围处开设有至少二个贯通至绝缘座体3内的剖沟4，且各剖沟4垂直侧平面上则分别纵向形成有可供固态电容基材1阳极导体11端部、载板2上的金属线路层21露出的内凹状弧槽41，而绝缘座体3二侧剖沟4及其弧槽41与上、下层载板2表面处利用化学电镀法将导电金属(如铜Cu、银Ag、金Au、镍Ni、钯Pb、锡Sn或铂金合金(Pt+Au)等材质制成)浸积或以金属膏印制、真空镀膜方式形成有覆盖至阳极导体11端部、金属线路层21上且呈电性连接的阳极导电端子5、阴极导电端子6，再利用机械加工方式依据电容器制造零件的外形规范切割尺寸，即可沿着预定分离线进行切割、分离步骤，使固态电容基材1可由一体成型的绝缘座体3分离出各个单一电容器成品，进而制造出本发明电容器的单颗成品，且将切割分离后的电容器依据固体电容制作规范完成必要的特性测试流程，再将通过特性测试的电容器进行包装，便完成本发明电容器的制造方法。

是以，本发明电容器结构及其制造方法于实际使用时，为具有下列各项的优点：

1、本发明利用二载板2可为玻璃纤维板(FRP)、树脂基板或其它具相同功效之材质所具的板弯特性(如绝缘性佳、良好的弯曲强度及适合加工性等特性)夹持于固态电容基材1上、下层的结合方式，可提高电容器在表面黏着技术(SMT)着装时的抗拉拔力，并具有较佳的结构稳定性。

2、本发明利用二载板2分别夹持于固态电容基材1的上、下层结合方式，可控制封胶灌填在固化时所产生的收缩应力，改善采用单一载板2在整体大面积的封胶固化过程中所造成板弯的情况发生。

3、本发明为可透过电容器二侧阳极导电端子5、阴极导电端子6采用内凹状的弧形结构设计，增加焊料焊接时集锡于弧槽41处的附着面积、提升爬锡率外，同时提高其结合力、焊接强度者。

4、本发明可将电容器二侧阳极导电端子5、阴极导电端子6部份隐藏于弧槽41内而不外露，保护与增强固态电容基材1的阳极导体11、载板2上的金属线路层21与阳极导电端子5、阴极导电端子6接着处的电性接触效果，防止其受到刮擦或碰撞时所造成的剥落、电性连接失效的情况发生。

5、本发明绝缘座体3二侧弧槽41与载板2表面处为利用化学电镀法将导电金属浸积分别形成有覆盖至阳极导体11、金属线路层21的阳极导电端子5、阴极导电端子6，不需另开设模具、特制机器制造出传统金属形式的导线架，此种制造方法比传统金属形式的导电架更为简易，且可达到快速量产、降低成本的效用。

此外，以上所述仅为本发明较佳实施例而已，非因此即局限本发明的权利要求范围，本发明主要针对利用二载板2分别夹持于固态电容基材1的上、下层结合方式，可控制封胶在固化时产生的收缩应力，改善采用单一载板2所造成板弯的情况发生，提高着装时的抗拉拔力，且可透过电容器二侧阳极导电端子5、阴极导电端子6内凹状弧形结构设计，增加焊料焊接时集锡于弧槽41的附着面积、提升爬锡率，同时提高其结合力、焊接强度外，也可将阳极导电端子5、阴极导电端子6部份隐藏于弧槽41内而不外露，并保护与增强固态电容基材1的阳极导体11与阳极导电端子5、阴极导电端子6接着处的电性接触效果等多重功能，故举凡可达成前述效果的流程步骤、方法皆应受本发明所涵盖，此种简易修饰及等效结构变化，均应同理包含于本发明所要求保护的范围内，合予陈明。

综上所述，本发明电容器结构及其制造方法于使用时，为确实能达到其功效及目的，故本发明诚为一实用性优异的发明，为符合发明专利的申请要件，爰依法提出申请，盼审委早日赐准本申请，以保障发明人的辛苦发明，倘若钧局有任何稽疑，请不吝来函指示，发明人定当竭力配合，实感公便。

Claims (12)

1.一种电容器结构，包括至少一个固态电容基材及二载板，其中固态电容基材为收容于二上、下层的载板相对内侧处，并具有阳极导体及与载板内侧表面上金属线路层形成电性连接的阴极导体，并于固态电容基材与二载板内部之间一体成型有绝缘座体，而绝缘座体二宽度方向的垂直侧平面上分别纵向形成有可供阳极导体端部、金属线路层露出的弧槽，再于绝缘座体二侧弧槽与载板表面处则分别设有覆盖至阳极导体端部、金属线路层且呈电性连接的阳极导电端子、阴极导电端子。

2.根据权利要求1所述的电容器结构，其中该固态电容基材为钽(Ta)、妮(Nb)或妮氧化物，并于固态电容基材一侧向外延伸有悬空状的阳极导体，且阳极导体的另侧形成有阴极导体。

3.根据权利要求1所述的电容器结构，其中该载板表面上相邻于固态电容基材二侧宽度方向的周围处为开设有至少二个贯通至绝缘座体内的剖沟，且各剖沟垂直侧平面上分别纵向形成有内凹状的弧槽。

4.根据权利要求1所述的电容器结构，其中该载板为玻璃纤维板或树脂基板，并于载板表面上形成有铜(Cu)的金属线路层，再利用银胶的镀电胶层与固态电容基材的阴极导体形成电性连接。

5.根据权利要求1所述的电容器结构，其中该固态电容基材与二载板内部所一体成型的绝缘座体为利用环氧树脂封胶固化制成。

6.一种电容器的制造方法，该电容器包括有至少一个固态电容基材及二载板，并依照下列的步骤实施：

(A)将至少一个固态电容基材收容于二载板相对内侧处，而固态电容基材所具的阳极导体为向外延伸且呈一悬空状，并以阳极导体另侧的阴极导体则分别抵贴于上、下层载板内侧表面上的金属线路层；

(B)固态电容基材的阴极导体涂布有镀电胶层后与载板上的金属线路层接着固化形成电性连接；

(C)固态电容基材与二载板内部之间利用绝缘性树脂进行模铸或点胶方式的封胶固化一体成型有绝缘座体；

(D)载板表面上相邻于固态电容基材二侧周围处利用机械加工方式开设有至少二个贯通至绝缘座体内的剖沟，且各剖沟垂直侧平面上分别纵向形成有可供阳极导体端部、金属线路层露出的内凹状弧槽；

(E)绝缘座体二侧剖沟及其弧槽与载板表面处利用化学电镀法将导电金属浸积分别形成有覆盖至阳极导体、金属线路层上且呈电性连接的阳极导电端子、阴极导电端子；

(F)利用机械加工方式进行切割分离，使固态电容基材可由一体成型的绝缘座体分离出各个单一电容器成品，便完成电容器制造方法。

7.根据权利要求6所述的电容器的制造方法，其中该步骤(B)固态电容基材的阴极导体上涂布的镀电胶层为银胶。

8.根据权利要求6所述的电容器的制造方法，其中该步骤(C)固态电容基材与二载板内部一体成型有绝缘座体后，在载板表面上相邻于固态电容基材的阳极导体一侧处利用激光雕刻、移印或刻蚀着色方式形成有极性条纹或电压代码的标记，且标记为UV油墨。

9.根据权利要求6所述的电容器的制造方法，其中该步骤(D)载板上利用铣削、钻孔或研磨机械加工方式开设有剖沟及弧槽。

10.根据权利要求6所述的电容器的制造方法，其中该步骤(E)使用的导电金属为铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、镍(Ni)、钯(Pd)、锡(Sn)或铂/金合金(Pt/Au)材质制成。

11.根据权利要求6所述的电容器的制造方法，其中该步骤(F)为利用铣削、钻孔或研磨机械加工方式依据电容器制造零件的外形规范切割尺寸，即可沿着预定分离线进行切割和分离。

12.根据权利要求6所述的电容器的制造方法，其中该载板为玻璃纤维板或树脂基板。

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