CN103456502B - 固态电解电容器之改良制法 - Google Patents

Abstract

一种固态电解电容器之改良制法，包括以下步骤：首先，提供一绝缘基板；接着，于该绝缘基板上形成复数包含铝粉末之导电胶体；之后，进行一高温烧结程序，使该些导电胶体金属化以形成复数铝质基片；之后，于每一铝质基片之表面形成一介电层；之后，于每一介电层上形成一隔绝层，以定义出相互隔绝之一阳极区和一阴极区；最后，于每一阴极区之介电层表面形成一导电层即制成一固态电解电容单元。

Description

固态电解电容器之改良制法

技术领域

本发明系有关于一种固态电解电容器之制造方法，尤指一种制程简易之固态电解电容器之改良制法。

背景技术

由于半导体技术的日益演进，使得半导体构装产品在市场的高度需求下不断地发展成更先进、更精密的电子组件。以目前的半导体技术而言，如覆晶构装的技术、积层基板的设计及被动组件的设计等，均在半导体产业中占有不可或缺的地位。

以覆晶/球格数组封装结构为例，芯片系配置于封装基板的表面上并且相互电性连通；封装基板系由多层图案化电路层及多层绝缘层所积集而成，其中图案化电路层可利用微影蚀刻方法加以定义而成，而绝缘层配置于两相邻的图案化电路层之间。再者，为了得到更佳的电气特性，封装基板上还配置有电容、电感以及电阻等被动组件，其可经由封装基板之内部线路而电性连接于芯片以及其他电子组件。

上述之被动组件中，电容器依电解液的型态来分类，则有液态电解电容器和固态电解电容器两种。其中，前者的寿命决定于电解液干涸的时间，而后者则因使用固态电解质，故无电解液干涸之虞而具有寿命长的特点。

传统之表面黏着式钽质固态电容组件结构，其电容器组件本体之内部通常具有以钽金属粉末制成之阳极组件。然在传统的制造方法中，以钽金属粉末制作阳极组件具有相当高的技术门坎；举例来说，为了增加电容量，必须使用粒径较小的钽金属粉末以增加其表面积，并且钽金属粉末需经过高温烧结步骤后方可成型为钽烧结体。

再者，随着钽金属粉末的粒径越小，其制作越为困难，亦使得成本增加；此外，粒径较小的钽金属粉末容易造成阴极剂难以渗入，且制程中的高温烧结步骤更使得整体制程越加复杂。

先前技术如美国第US6249424号专利、美国第US6421227号专利和美国第US6249424号专利另揭露一种微小型积层电容器，系由多层金属层与多层介电层相互堆栈所构成，虽使得电容器之体积容易微型化，从而增加运用范围。但是，此种结构更具有制程复杂、成本高、短路率高、制造过程和组装困难等缺点。

缘是，本发明人有感于前述先前技术之缺点，乃依其从事各种电解电容器之制造经验和技术累积，针对上述缺失悉心研究各种解决方法，在经过不断的研究、实验与改良后，终于开发设计出一种确具实用性之本发明。

发明内容

为了能够简化制程的复杂度与降低制造成本，并制得高良率之固态电解电容器，本发明提供一种固态电解电容器之改良制法。

根据本发明之一实施例，所述固态电解电容器之改良制法包括以下步骤：首先，提供一绝缘基板；接着，于该绝缘基板上形成复数包含铝粉末之导电胶体，其中该等导电胶体呈矩阵排列且相邻的两导电胶体间定义有一切割道；之后，进行一高温烧结程序，将该等导电胶体金属化以形成复数铝质基片；之后，于每一铝质基片之表面形成一介电层；之后，于每一介电层上形成一隔绝层，以定义出一阳极区及一阴极区；最后，于每一阴极区之介电层表面覆盖一导电层，即制成一固态电解电容单元。

根据本发明之另一实施例，所述固态电解电容器之改良制法包括以下步骤：首先，提供铝粉末；接着，进行一冷压程序，将该些铝粉末压合形成一铝锭；之后于该铝锭之表面包覆一介电层；最后，于该介电层之表面包覆一导电层。

综上所述，本发明之一实施例透过先将包含铝粉末之导电胶体以局部网印方法成型于绝缘基板上，再将该等导电胶体烧结形成铝质基片的方式，除了能够精确地控制所有铝质基片的厚度、尺寸等，以提升电容器的良率外，还能够有效简化制造程序之复杂度、降低制造成本与减少制程时间。

又，本发明之另一实施例透过将铝粉末冷压形成铝锭而不需经由高温烧结的方式，能够形成结构强度更佳的阳极组件，并且具备简化制造程序之复杂度、降低制造成本与减少制程时间等优势。

附图说明

图1为本发明第一实施例之固态电解电容器之改良制法之流程示意图；

图2为本发明第一实施例之固态电解电容器之剖面示意图；

图3为本发明第一实施例之固态电解电容器之上视示意图；

图4为本发明本发明第二实施例之固态电解电容器之改良制法之流程示意图；

图5为本发明本发明本发明第二实施例之固态电解电容器之剖面示意图；

图6为本发明本发明第三实施例之固态电解电容器之改良制法之流程示意图；

图7为本发明本发明本发明第三实施例之固态电解电容器之剖面示意图。

【主要组件符号说明】

100固态电解电容单元

1固态电解电容器2固态电解电容器

10绝缘基板21铝锭

101切割道211引出电极

11铝质基片22介电层

12介电层23导电层

13隔绝层231导电高分子层

14导电层232碳胶层

141导电高分子层233银胶层

142碳胶层24封装结构

143银胶层25阳极电极

15电容阳极26阴极电极

16电容阴极

A阳极区

C阴极区

3固态电解电容器

30电容器芯子

31阳极箔

32阴极箔

33隔膜

34引出电极

35高分子层

36铝壳

37封装结构。

具体实施方式

本发明之实施例提出一种适于制作芯片型固态电解电容器之改良制法，透过使用铝(Al)粉取代钽(Ta)粉以有效解决利用钽粉制作电容器的过程中所产生的问题，以及简化积层型电容器制程的复杂度。

〔第一实施例〕

请参阅图1，其显示本发明第一实施例之固态电解电容器之改良制法的流程示意图；并配合参阅图2及3，以下将详细说明各步骤之具体特征。

步骤一：提供一绝缘基板10。所述绝缘基板10以氧化铝(Al₂O₃)基板最为合适。

步骤二：形成包含铝粉末之导电胶体(图未示)。所述导电胶体包含有0至50重量百分比之热固性树脂、30至100重量百分比之铝粉末及0至50重量百分比之固化剂。具体而言，热固性树脂以环氧树脂最为合适，但不限制于此；再者，为了具有更佳的导电度，铝粉末之粒径应介于0.05至5微米之间，并且铝粉末之表面可先经过前处理以形成凹凸状之不平整表面，从而具有高比表面积；固化剂则以潜伏性固化性最为合适。

此外，为了达到减少线性膨胀之目的，可于导电胶体内添加0至50重量百分比之无机填充剂，而可用作无机填充剂之材料可以是硅石、氧化铝或氢氧化铝。

上述之包含铝粉末之导电胶体能以印刷、喷涂等方法涂布于绝缘基板10上，其中该等导电胶体系呈矩阵排列，并且每两相邻的导电胶体之间定义有一切割道101，以利于后续进行切割程序。较佳地，该等导电胶体系以局部网印方法形成于绝缘基板10上，藉此能够精确地控制每一导电胶体的尺吋、厚度，并且降低制造成本和整体制程时间。

步骤三：进行高温烧结程序。具体而言，系透过高温烧结程序将成型于绝缘基板上10的导电胶体加以固化(金属化)，以形成复数铝质基片11(即导电胶体之烧结体)。较佳地，高温烧结程序的温度范围应介于300℃至550℃之间，而烘烤烧结的时间应介于0.5至1.5小时之间。

步骤四：形成介电层12。在本步骤中，系将绝缘基板10与成型于绝缘基板10上的铝质基片11进行一化成程序，藉由化成处理(即阳极氧化)使氧化被覆膜(即绝缘性之氧化铝膜)形成于该等铝质基片11之表面，以制成介电层12。

再者，上述之化成反应可依不同的化成电压、化成液来控制介电层12的厚度；在本实施例中系以己二酸铵系、邻酸系或两者混合之化成液来制作上述之介电层12。或者，在一变化实施例中，可将绝缘基板10与成型于绝缘基板10上的铝质基片11泡入电解液中，并且交叉进行氧化和热处理，亦可制成致密之介电层12(即氧化被覆膜)。

步骤五：形成隔绝层13，用于在绝缘基板10上定义出一阳极区A和一阴极区C。所述隔绝层13(例如绝缘树脂)系形成于每一介电层12之中央表面上，使而后成型于隔绝层13之相对二侧的电容阳极15和电容阴极16相互绝缘。

步骤六：形成导电层14。在本具体实施例中，形成导电层14的步骤包括：首先，于每一阴极区C之介电层12的表面上成型一导电高分子层141；接着，于每一导电高分子层141上成型一碳胶层142；之后，于每一碳胶层142上成型一银胶层143。换言之，导电层14可由导电高分子层141配合碳胶层142、银胶层143等所构成。

更详细地说，导电高分子层141系以场效机能控制之精密涂布法，将导电性高分子溶液均匀涂布于各介电层12之表面上而形成的导电高分子薄膜，用以作为固态电解质；而上述之导电性高分子可选自聚苯胺(polyaniline)、聚吡咯(polypyrrole)或聚噻吩(polythiophen)，其中又以聚苯胺最为合适，此导电性高分子溶液的组成包括苯胺、氧化剂及掺杂剂。

碳胶层142可以是由导电碳胶、碳糊或碳膏所制成，并且形成于导电高分子层141之表面上，银胶层143则系形成于碳胶层142之表面上，以作为电容阴极16，而未被导电层14覆盖之铝质基片11即为向外突出之电容阳极15。如此，即制成固态电解电容单元100。

步骤七：切割成型。沿着绝缘基板10之切割道进行切割，将固态电解电容单元100分割成多数个固态电解电容器1。

步骤八：形成封装结构(图未示)。具体而言，可将电容阳极15和电容阴极16分别固定于一导线架的支脚上(图未示)，以作为引出两者的终端电极；并且利用被覆材料(例如绝缘、隔热之树脂)覆盖于固态电解电容器1，再经由固化、熟化(aging)等程序以形成封装结构，使其能够利用表面贴装技术(surface-mounttechnology，SMT)焊接于电路板上。

〔第二实施例〕

请参阅图4，其显示为本发明第二实施例之固态电解电容器之改良制法的流程示意图；并请配合图5，以下将详细说明各步骤之具体特征。

步骤一：提供铝粉末。所述铝粉末中还能添加黏结剂，例如樟脑、硬脂酸、聚乙烯醇、萘等，而黏结剂的添加量大致为3至5wt%。

步骤二，成型铝锭；具体而言，系先将上述铝粉末与黏结剂充分混合后，再进行一冷压程序，利用压模将铝粉末压制成型为矩体状的铝锭21；较佳地，冷压时之荷重为3至15MN(MegaNewton)/m²，藉以使冷压后之铝锭21具有更佳的体密度。再者，上述之冷压程序中，更包括将一引出电极211插设于铝粉末中，以使引出电极211与铝粉末共同被压合成型，并且相互电性连通。

引出电极211可以是铝线或钽丝，由于目前铝线的厚度较钽丝为薄，故于本实施例中，引出电极211系选用厚度约为20m之铝线，以进一步缩小电容组件之尺寸，但本发明不以此为限，引出电极211仍可根据实际的应用而选择合适电极材料。

此外，为使制成之电容器具备电容量大及漏电流小等优点，可在进行冷压程序之前利用蚀刻方法于铝粉末之表面形成海绵状之不平整表面；例如将铝粉末浸滞于酸性蚀刻液中，让铝粉末之表面被侵蚀而形成有凹凸状之不平整表面，以提高铝粉末的比表面积，从而使所压制之铝锭21可用于提供更佳的电容特性。

步骤三：形成介电层22。在本步骤中，系将压制出之铝锭21进行一化成程序，藉由化成处理(即阳极氧化)于铝锭21之表面形成氧化被覆膜(即绝缘性之氧化铝膜)，以制成介电层22。

同样地，上述化成反应可依不同的化成电压、化成液来控制介电层22的厚度，在本实施例中系以己二酸铵系、邻酸系或两者混合之化成液来制作上述介电层22。或者，在一变化实施例中，可将铝锭21泡入电解液中，并且交叉进行氧化和热处理，亦可制成致密之介电层22(即氧化被覆膜)。

步骤四：形成导电层22。在本具体实施例中，形成导电层23的步骤中包括：首先，于介电层22之表面成型一导电高分子层231；接着，于导电高分子层231上成型一碳胶层232；之后，于碳胶层142上成型一银胶层233，以作为电容阴极(未标示)，而连接于铝锭21之引出电极211即作为向外突出之电容阳极(未标示)。形成导电层22的具体方法可参考前一实施例，故在此不予赘述。

步骤五：形成封装结构24。具体而言，形成封装结构24的步骤包括：首先，将连接于铝锭21之引出电极211及导电层23分别通过导电性接合剂连接一导电端子，例如一阳极电极24和一阴极电极25；接着，利用树脂等被覆材料包覆引出电极211、导电层23、部分阳极电极24与部分阴极电极25；之后，藉由进行固化、熟化(aging)等程序以形成封装结构24，即制成本发明之固态电解电容器2。

〔第三实施例〕

请参阅图6，其显示本发明第三实施例之固态电解电容器之改良制法的流程示意图；并请配合图7，以下将详细说明各步骤之具体特征。

步骤一：制作阳极箔31和阴极箔32。具体而言，所述阳极箔31系先将铝粉末喷涂于片状铝箔上，待干燥后进行高温烧结程序以形成铝多孔质高温烧结体，之后于高温烧结体之表面化成一氧化膜所制成；其中有关于高温烧结程序的温度范围及时间可参考第一实施例，故在此不予赘述；在一变化实施例中，铝粉末中还可选择性添加有钛及/或氢化物等烧结助剂而成为铝混合原料粉末。另外，所述阴极箔32可选自一般碳箔、铝箔或钛箔，但不限制于此。

步骤二：进行卷绕程序。所述卷绕程序系将一隔膜33夹置在阳极箔31和阴极箔32之间，并连同引出电极34一起卷制成电容器芯子30；其中隔膜33可选用马尼拉麻纤维电解纸，但不限制于此，并且隔膜33的厚度约为30至60m，而密度约为0.2至0.6g/cm³。

步骤三：进行碳化程序，而碳化温度约介于200℃至300℃之间。

步骤四：进行化成程序。同样前述实施例，系将电容器芯子30泡入电解液中，以于表面形成介电层。

步骤五：形成高分子层35。具体而言，系先将电容器芯子30浸渍于高分子溶体中，并于取出后加热固化，以形成一高导电性之高分子层35于电极之间。

步骤六：进行组装程序。具体而言，系先将电容器芯子30组装于一铝壳36内，再以密封性能优良的环氧树脂或丁基橡胶进行封装，以覆盖一封装结构37于电容器芯子30上，并裸露出引出电极34。

步骤七：附加指定之电压进行老化程序，老化的温度和时间可依电容器的种类、容量、电压而有所调整，经由上述之步骤即制成本发明第三实施例之固态电解电容器3。

〔实施例之功效〕

本发明实施例所提出的固态电解电容器之改良制法能藉由铝粉本身的物化特性以有效简化制程的复杂度。

举例来说，本发明之第一实施例透过先将包含铝粉末之导电胶体以局部网印方法成型于绝缘基板上，再将该等导电胶体烧结形成铝质基片的方式，除了能够精确地控制所有铝质基片的厚度、尺寸等以提升电容器的良率外，还能够有效简化制造程序之复杂度、降低制造成本与减少制程时间。

另外，本发明之第二实施例透过将铝粉末冷压形成铝锭而不需经由高温烧结的方式，能够形成结构强度更佳的阳极组件，并且具备简化制造程序之复杂度、降低制造成本与减少制程时间等优势。

再者，所述之铝粉末可先经过前处理，使之具有高比表面积，进而提升制成之电容器的电气特性。此外，本发明之改良制法使用铝粉取代钽粉，能够有效解决以钽粉制作电容器之过程中所产生的问题。

以上所述仅为本发明之较佳可行实施例，非因此局限本发明之专利范围，故举凡运用本发明说明书及图示内容所为之等效技术变化，均包含于本发明之范围内。

Claims (6)

1.一种固态电解电容器之改良制法，包括以下步骤：

提供一绝缘基板；

于该绝缘基板上形成复数包含铝粉末之导电胶体，其中相邻的两导电胶体间定义有一切割道；

进行高温烧结程序，将该等导电胶体金属化以形成复数铝质基片；

于每一铝质基片之表面形成一介电层；

于每一介电层上形成一隔绝层，以定义出一阳极区及一阴极区；以及

于每一阴极区之介电层表面覆盖一导电层，以制成固态电解电容单元。

2.如权利要求1所述的固态电解电容器之改良制法，其特征在于：其中该覆盖导电层的步骤中，更包括以下之步骤：

于每一阴极区之介电层表面成型一导电高分子层；

于每一导电高分子层上成型一碳胶层；以及

于每一碳胶层上成型一银胶层。

3.如权利要求2所述的固态电解电容器之改良制法，其特征在于：其中该碳胶层系由导电碳胶、碳糊或碳膏所制成。

4.如权利要求1所述的固态电解电容器之改良制法，其特征在于：其中该些包含铝粉末之导电胶体包括：

0至50重量百分比之热固性树脂；

30至100重量百分比之铝粉末；

0至50重量百分比之固化剂；以及

0至50重量百分比之无机填充剂。

5.如权利要求4所述的固态电解电容器之改良制法，其特征在于：其中该些铝粉末之粒径介于0.05至5微米之间。

6.如权利要求1所述的固态电解电容器之改良制法，其特征在于：其中该些导电胶体系以局部网印的方式形成于该绝缘基板上，该高温烧结程序之温度范围介于300℃至550℃之间且时间介于0.5至1.5小时之间。