CN1499550A - 固体电解电容器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种固体电解电容器及其制造方法。在该固体电解电容器中，在第一面设置了多孔部的阀金属薄板体上，设置电介质覆膜、固体电解质层及集电体层，把加强板贴合到集电体层上。在阀金属薄板体的与第一面相反的第二面上设置了：与通孔电极连接起来的连接端子，该通孔电极与集电体层导通、贯通阀金属薄板体、并从第二面露出；以及以与阀金属薄板体导通的方式设置的连接端子。该结构的固体电解电容器是薄型形状，且提高了耐应力性，在高频响应性及安装性方面优异。
Description
技术领域
本发明涉及各种电子设备中利用的固体电解电容器及其制造方法。
背景技术
现有的固体电解电容器把铝或钽等的多孔化了的阀金属薄板体在厚度方向上的一个面或中间的芯部，作为电极部。在该阀金属薄板体的多孔部表面上形成电介质覆膜，在其表面上形成功能性高分子等的固体电解质层。在该固体电解质层的表面上形成集电体层，在该集电体层上形成金属的电极层，从而构成电容器元件。把该电容器元件层叠，把各电容器元件的电极部或电极层集中连接到外部端子上。以使该外部端子露出的方式来形成封装。这样，构成了现有的固体电解电容器。
上述现有的固体电解电容器能够大容量化或者降低等效串联电阻(下面称为ESR)，但是，必须与一般电容器一样，通过外部端子安装到电路基板上。
这样，与半导体部件一样，在被表面安装到电路基板上的固体电解电容器中，在构成实际电路的状态下的ESR及等效串联电感(下面称为ESL)的特性变大了。这是因为存在着端子长度及布线长度，故这样的固体电解电容器的高频响应性低。
为了解决这样的问题，在特开2001-307955号公报中提出了下面那样的薄型固体电解电容器。在该固体电解电容器中，在一个表面上交互地排列阳极及阴极这两者，通过在其上直接安装半导体器件等部件而降低了ESR及ESL。
但是，在这样直接安装半导体部件等的情况下，由于在安装时对端子部施加应力，故必须具有针对该应力的充分的强度。此外，在把固体电解电容器配置在半导体部件正下方的情况下，固体电解电容器被迫在比现有更高的温度环境下工作。
发明内容
本发明的固体电解电容器，包括：至少在第一面上设置了多孔部的阀金属薄板体；在该多孔部形成的电介质覆膜；在该电介质覆膜上形成的固体电解质层；以及在该固体电解质层上形成的集电体层。本发明的固体电解电容器还具有：与集电体层导通、贯通阀金属薄板体、并从与上述第一面相反的第二面露出的通孔电极；以及把通孔电极与阀金属薄板体绝缘开来的绝缘膜。还具有：在第二面上与通孔电极连接起来的第1连接端子；以及以与通孔电极绝缘，且与阀金属薄板体导通的方式在第二面上设置的第2连接端子。而且，具有贴合到集电体层上的加强板。
为了制造这样的固体电解电容器，在阀金属薄板体的第一面上形成多孔部，在多孔部的表面上形成电介质覆膜，在电介质覆膜上形成固体电解质层，及在固体电解质层上形成集电体层。然后，在阀金属薄板体上形成通孔，在通孔的内壁及阀金属薄板体的与第一面相反的第二面上形成绝缘膜。其后，在通孔内形成与集电体层连接的通孔电极，及在集电体层上形成与通孔电极导通的阴极层。进而，在绝缘膜的规定位置上形成开口部，在开口部及通孔电极的每一个上形成连接端子。然后，把阴极层与加强板接合起来。
附图说明
图1为本发明实施方式1的固体电解电容器的剖面图。
图2为本发明实施方式1的固体电解电容器中的电容元件的斜视图。
图3为图2电容元件的剖面图。
图4为图3的放大剖面图。
图5～图17为用于说明本发明实施方式1的固体电解电容器的制造方法的剖面工序图。
图18～图23为用于说明本发明实施方式2的固体电解电容器的制造方法的剖面工序图。
图24为本发明实施方式3的固体电解电容器的剖面图。
图25为本发明实施方式4的固体电解电容器的剖面图。
图26为本发明实施方式5的固体电解电容器的剖面图。
图27为本发明实施方式6的固体电解电容器的剖面图。
具体实施方式
下面，使用附图来说明本发明的固体电解电容器及其制造方法。对结构相同的部分标以相同的符号，并省略详细的说明。
(实施方式1)
图1为本发明实施方式1的固体电解电容器的剖面图。在图1示出的固体电解电容器中，封装14覆盖电容元件31。电容元件31为图2、图3所示那样的结构、形状。图2为把作为阳极与阴极的连接凸点13配置在阀金属薄板体(下面，称为薄板)1的与第一面相反的第二面上的电容元件31的斜视图。图3为其剖面图。
薄板1由铝构成。在薄板1的第一面上设置了多孔部7，贯通薄板1及多孔部7设置了通孔电极2。此外，在薄板1的第一面的外周部分设置了由绝缘材料构成的阳极阴极分离部9，可靠地防止了集电体层8、阴极层(下面，称为电极层)10、作为阳极的薄板1的短路。再有，用铝构成薄板1，由此该固体电解电容器是大容量的，且耐应力性优异。
图4放大示出通孔电极2附近的剖面。在多孔部7的表面上形成了电介质覆膜(下面，称为覆膜)15。覆膜15是通过对薄板1的多孔部7进行阳极氧化而形成的氧化铝，或者是通过在薄板1的表面上进行覆盖而形成的有机物的薄膜。
其次，在覆膜15上形成由聚吡咯或聚噻吩等构成的固体电解质层16，进而，在其上形成碳层17。碳层17形成集电体层8。进而，在集电体层8的上表面上设置了由银浆料、铜浆料等导电性粘接剂形成的电极层10。电极层10与通孔电极2连接起来，薄板1与电极层10作为阳极与阴极构成了固体电解电容器的电容元件结构。
此外，用绝缘膜3覆盖通孔18的内壁，贯通薄板1而形成的通孔电极2与电极层10形成为一体。绝缘膜3把通孔电极2与薄板1绝缘开来。此外，绝缘部6与绝缘膜3形成为一体，对在薄板1的第二面的表面上形成的连接端子(下面，称为端子)4、5以外的部分绝缘覆盖。
再有，在绝缘部6的规定位置上设置端子4，同时还在通孔电极2上设置端子5。交互地配置端子4、5。通过这样来配置端子4、5，可大幅度地减小高频的ESL。
进而，由金、焊锡等在端子4、5上形成连接凸点(下面，称为凸点)13。由于利用凸点13可直接连接半导体部件，故可得到具有低的ESL特性的模块部件等。
这样构成的电容元件31通过电极层10与加强板11贴合。通过在电极层10上使用导电性粘接剂，同时形成电极层10及通孔电极2。此外，还同时形成与加强板11的接合。作为该导电性粘接剂，从电阻值的观点出发优选含有粘接剂的银浆料、铜浆料等。由此，可兼顾强固的接合力与低ESR特性。
此外，加强板11由以银或铜或它们的合金形成的低电阻的导电体构成，加强板11与电极层10及通孔电极2以低电阻电导通。通过用这些材料构成加强板11，降低了热引起的应力。
进而，通过使用利用喷砂等把至少接合表面粗糙化了的加强板11，更加提高接合的强度，提高了作为电容器的可靠性。特别是，当把银用于加强板11时，其热膨胀系数与由铝构成的薄板1比较接近，在使银浆料热硬化而粘接后，其翘曲变小。
进而，通过把加强板11的两个面粗糙化，可提高与利用树脂材料形成的封装14的粘附性，减少通过界面进入封装14内部的潮气等的流入。
再有，从可靠性及使用的观点出发，除端子4、5以外，整体形成了封装14，但是，也可以如图1所示，在端子4、5上设置中间电极12。利用该结构也可以作为固体电解电容器而起作用，但是，为了更加减短与半导体部件的连接距离，在中间电极12之上设置凸点13是更优选的。再有，在本实施方式中，封装14覆盖电容元件31和加强板11等的、除了端子4、5之外的部分。为了提高固体电解电容器的可靠性，这样做是较优选的。但是，即使除了端子4、5的部分之外只覆盖至少薄板1，也密封了电容元件31的主要要素。
通过这样来构成，在成为薄型形状的同时，耐应力性提高，保护电容元件31免受外部应力，可靠性提高。此外，由于具有凸点13，故与半导体部件的连接可容易地进行，且通过短布线化可大幅度地降低阻抗。
其次，使用图5～图17，说明本实施方式的固体电解电容器的制造方法。
图5～图12为形成电容元件31的工序。图5为在第一面设置了多孔部7的薄板1，通过对铝箔的第一面进行酸处理来制作薄板1。其次，如图6所示，利用激光加工或冲孔加工等，在薄板1的规定位置形成通孔18。
其后，如图7所示，在通孔18的内壁上形成绝缘膜3，同时，在薄板1的与第一面相反的第二面上形成绝缘部6。此时，从绝缘可靠性的观点出发，绝缘膜3与绝缘部6在连接起来的膜的状态下形成是较优选的。例如，预先用抗蚀剂材料覆盖在多孔部7之上，利用电粘接法形成绝缘树脂层，然后在溶剂等中浸渍并去除抗蚀剂材料，然后对绝缘树脂层进行热硬化。从生产性、可靠性方面出发，这样的方法是最优选的。
其次，如图8所示，利用激光加工法、冲孔加工法等对绝缘部6的规定位置进行去除加工，形成开口部19。其后，如图9所示，在多孔部7的表面的外周部涂布或印刷绝缘树脂等之后，通过使之硬化而形成阳极阴极分离部9。
其次，如图10所示，在多孔部7之上形成固体电解质层16(未图示)及集电体层8。首先，利用聚合法形成聚吡咯或聚噻吩等的导电性高分子膜而形成固体电解质层16。进而，通过在固体电解质层16上涂布碳浆料等形成集电体层8。
接着，如图11所示，在集电体层8上涂布或印刷银浆料，同时，在通孔18内部也填充银浆料并使之硬化。由此，形成电极层10及通孔电极2。此时，通过在均匀加压下对银浆料进行挤压，把银浆料在通孔18的内部充填到均匀的高度。
然后，如图12所示，对通过开口部19露出的薄板1的表面及通孔电极2的银浆料露出部，利用电镀形成由铜、金等构成的端子4、5。通过以上的工序，完成电容元件31。
图13～图17示出为了成为可靠性高、容易操作的固体电解电容器结构，对电容元件31进行封装的方法的一例。
首先，如图13所示，使用作为导电性粘接剂的银浆料等把加强板11与电容元件31粘贴。通过使电容元件31与加强板11贴合来防止固体电解电容器的变形，同时保持其平坦性。得到对于外部应力可靠性也高的固体电解电容器。
然后，如图14所示，在端子4、5之上形成中间电极12。中间电极12通过例如在把焊锡球置于端子4、5之上的状态下进行加热而形成，或者在利用印刷涂布了焊锡浆料后使之熔化而形成。此外，也可以利用引线键合法来设置金(Au)凸点。利用这些方法，可容易地形成低ESR的中间电极12。
然后，一边把形成了中间电极12的固体电解电容器保持在适当的夹具内，一边用液态树脂将其完全覆盖。其后，使液态树脂加热硬化或者利用转印模树脂成形法等成形方法等来形成封装14，形成图15示出的结构。最后，如图16所示，通过对薄板1的第二面侧的面研磨等形成平坦面的方法使中间电极12的一部分从封装14露出。由此，得到在平面上高精度配置了中间电极12的固体电解电容器。
进而，在直接连接半导体部件的情况下，也可以如图17所示，在中间电极12之上形成金、焊锡等的凸点13。
按照上述那样的制造方法，得到了以高效率形成排列成平面状的电极端子，且平坦性高的固体电解电容器。即，得到能够容易地与半导体部件等的连接端子进行连接，且对于高频特性及外部应力的可靠性优异的固体电解电容器。
(实施方式2)
图18～图23为示出本发明实施方式2的固体电解电容器的制造方法的剖面工序图。
图18示出利用与实施方式1相同的方法形成的电容元件31。其后，如图19所示，在阀金属薄板体1的一面上使用导电性粘接剂，把具有导电性的加强板11与电容元件31粘接。该工序与用实施方式1的图13说明的工序一样。
然后，如图20所示，在使阀金属薄板体(下面称为薄板)1的一部分及加强板11的一部分露出的状态下，用封装14覆盖剩余的部分。接着，如图21所示，利用激光加工、蚀刻加工等方法去除封装14的、连接端子(下面称为端子)4、5的正上部。由此成为设置了开口部20，露出了端子4、5的状态。
然后，如图22所示，一边浸渍在电镀液中、一边从薄板1及加强板11的露出部馈电，利用电镀在开口部20上形成与连接端子4、5导通的中间电极12。由此，以高精度形成低电阻的中间电极12。该形成方法在生产性方面优异。
然后，如图23所示，用绝缘树脂等覆盖薄板1及加强板11的露出部分，使封装14完成。进而，在直接安装半导体部件的情况下，也可以利用与实施方式1相同的方法在中间电极12上设置连接凸点13。
按照该方法，由于使中间电极12露出，故不需要像实施方式1那样来研磨封装14。因此，能够效率良好地形成具有平滑性高的电极结构的固体电解电容器。此外，由于对固体电解电容器不施加应力，故固体电解电容器的可靠性更加提高。此外，由于通过使薄板1及加强板11露出作为电镀的馈电部，电镀的速度提高，故中间电极12的形成效率提高。
(实施方式3)
图24为示出本发明实施方式3的固体电解电容器的结构的剖面图。本实施方式的结构与实施方式1中示出的结构大体一样，其制造方法与实施方式1也大体一样。与实施方式1的不同点是，在加强板11上设置了孔21。通过把粘接加强板11与电容元件31时的导电性粘接剂的一部分充填到孔21中，阴极部的一部分被充填。此外，封装14的一部分也被充填。
通过在加强板11上设置孔21，多余的导电性粘接剂流入孔21。由此，介于电容元件31与加强板11之间的部分的电极层10的厚度尽可能变薄，电容元件31与加强板11、封装14与加强板11的密接性提高。而且整体平坦化。进而，如果在粘接电容元件31与加强板11时减小薄板1的第二面的凹凸，则端子4、5、中间电极12、连接凸点13的平坦性提高。另外，由于导电性粘接剂与加强板11、封装14与加强板11的接合面积分别变大，故粘接强度提高，因此，固体电解电容器的可靠性提高。
再有，本实施方式中，在加强板11上设置了孔21，但是，即使设置槽25来代替孔21也可得到相同的效果。此外，在设置了孔及槽这两者的情况下，也可得到相同的效果。
此外，本实施方式的制造方法与在实施方式1中说明了的制造方法在基本工序方面一样。本实施方式中，在加强板11上加工孔21的工序之后，与实施方式1相同地，用导电性粘接剂贴合加强板11与电容元件31。此外，在设置槽25来代替孔21的情况下，通过把加强板11的设置了槽的面与电容元件31贴合，可得到相同效果的固体电解电容器。
(实施方式4)
图25为示出本发明实施方式4的固体电解电容器的结构的剖面图。本实施方式的结构与实施方式3的基本结构一样，但是，它是在阀金属薄板体(下面，称为薄板)1的另一面上不形成封装14的结构，这一点是不同的。
在图25示出的固体电解电容器的结构中，在薄板1的另一面上绝缘部6代替了封装14。由于利用这样的结构不需要形成中间电极12，故整体变得进一步薄型了。此外，固体电解电容器的阻抗进一步降低。另外，由于减小从连接端子4、5到连接凸点13的高度和电极的宽度都变得容易，故能够以高精度形成形状更加微细的电极。
而且，该固体电解电容器的结构中，绝缘部6确保薄板1的另一面的密封性，同时封装14承担整体的强度。
再有，在本实施方式中，把封装14作成了不返入薄板1的第二面的结构，但是，也可以以比连接凸点13的高度低的厚度、以与薄板1的第二面的一部分重叠的方式来形成封装14。利用该结构，封装14不妨碍与其它部件的安装，在可靠性方面更加优异。
(实施方式5)
图26为示出本发明实施方式5的固体电解电容器的结构的剖面图。本实施方式的结构与实施方式3在基本结构上是一样的。与实施方式3的不同点是，封装14由内部封装(下面称为封装)22及外部封装(下面称为封装)23这2层构成。例如，用硬度比较高的材料构成封装22，用硬度比封装22的材料低的材料构成封装23。由此，封装22维持固体电解电容器的形状，而封装23吸收来自外部的冲击或应力。因此，可得到在耐应力性方面更加优异的固体电解电容器。
此外，相反地，用比较柔软的材料构成封装22，用比较硬的材料构成封装23。由此，封装14具有柔性且在耐磨损方面优异。这样，通过利用材质不同的多个层来构成封装14的结构，封装14既是薄型的、又具有硬度及柔软性等各种特性。
再有，也可以在实施方式1、2中使用这样的封装22、23。
(实施方式6)
图27为示出本发明实施方式6的固体电解电容器的结构的剖面图。本实施方式的结构与实施方式3中说明的结构基本上一样，但是，在加强板11的第一面上设置了缓冲构件24，这一点是不同的。该缓冲构件24在加强构件11的、与电容元件31的粘接面相反的面上形成。
缓冲构件24的材质与阀金属薄板体(下面，称为薄板)1的热膨胀系数相同，或者使用具有在薄板1与加强板11之间的热膨胀系数的材料，是较优选的。
通过使用这样的结构，可减小在使用导电性粘接剂把加强板11与电容元件31加热粘接起来时的翘曲。此外，因外部气温变化而发生的固体电解电容器的翘曲变小。此外，由于本发明固体电解电容器成为直接安装其它半导体部件的结构，故受到发热的影响较大，但是，利用本实施方式的结构，热的影响变小。
进而，由于粘接后的翘曲变小，故连接端子4、5的平坦性提高。由此，中间电极12及连接凸点13的形成变得容易，且与其它部件的安装精度也提高了。
此外，在薄板1的热膨胀系数比加强板11的热膨胀系数大的情况下，作为缓冲构件24使用具有在面方向上收缩的方向即图中的水平方向上的应力的材料。在相反的情况下，作为缓冲构件24使用具有在面方向上拉伸的方向的应力的材料。由此，可减小加热粘接后的翘曲量。
通过使用电镀法或蒸镀法、溅射法等成膜法，能够容易地形成具有这样的特性的缓冲构件24。例如，在利用溅射法形成铬膜的情况下，通过改变溅射速度、真空度、及成膜时的温度等可得到具有各种应力的薄膜。这样，几乎不增加加强板11的厚度，利用缓冲构件24就能够防止热所引起的固体电解电容器的变形。
再有，也可以在实施方式1、2中使用这样的缓冲构件24。
如上所述，按照本发明，可提高薄型且具有低阻抗特性的固体电解电容器的耐应力性及耐环境性，可获得使其它半导体部件等的安装变得容易的固体电解电容器。
Claims (24)
1.一种固体电解电容器，包括：
至少在第一面上设置了多孔部的阀金属薄板体；
在上述多孔部上形成的电介质覆膜；
在上述电介质覆膜上形成的固体电解质层；
在上述固体电解质层上形成的集电体层；
通孔电极，它与上述集电体层导通、贯通上述阀金属薄板体、并从与上述第一面相反的第二面上露出；
使上述通孔电极与上述阀金属薄板体绝缘的绝缘膜；
设置在上述第二面上、与上述通孔电极导通的第1连接端子；
设置在上述第二面上、与上述通孔电极绝缘，且与上述阀金属薄板体导通的第2连接端子；以及
在上述集电体层上贴合的加强板。
2.根据权利要求1所述的固体电解电容器，还包括：
至少除了上述第1、第2连接端子之外，覆盖上述阀金属薄板体的封装。
3.根据权利要求2所述的固体电解电容器，其中，
上述封装由硬度互不相同的多层构成。
4.根据权利要求2所述的固体电解电容器，其中，
上述封装还覆盖上述电介质覆膜、上述固体电解质层、上述集电体层、上述通孔电极、及上述加强板。
5.根据权利要求1所述的固体电解电容器，还包括：
与上述第1、第2连接端子中的任一个连接的多个中间电极；以及
除了多个上述中间电极之外，覆盖上述阀金属薄板体的上述第二面的封装。
6.根据权利要求1所述的固体电解电容器，还包括：
设置在上述阀金属薄板体的多孔部的外周部上的阳极阴极分离部。
7.根据权利要求1所述的固体电解电容器，还包括：
与上述第1、第2连接端子中的任一个连接的连接凸点。
8.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中，
上述阀金属薄板体由铝构成。
9.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中，
上述加强板由成分中包含银及铜中的至少任一种的金属构成。
10.根据权利要求1所述的固体电解电容器，还包括：
把上述阀金属薄板体的第一面与上述加强板接合起来的导电性粘接剂。
11.根据权利要求10所述的固体电解电容器，其中，
上述导电性粘接剂由银浆料及铜浆料中的任一种构成。
12.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中，
在上述加强板上设置了孔及槽中的任一种。
13.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中，
上述加强板的至少与上述集电体层贴合的面被粗糙化。
14.根据权利要求1所述的固体电解电容器，还包括：
设置在上述加强板的、与粘接上述阀金属薄板体的面相反的面上，且具有与上述阀金属薄板体相同的热膨胀系数的缓冲构件。
15.根据权利要求1所述的固体电解电容器，还包括：
设置在上述加强板的、与上述阀金属薄板体相粘接的面相反的面上，且具有在上述阀金属薄板体与上述加强板之间的热膨胀系数的缓冲构件。
16.根据权利要求1所述的固体电解电容器，还包括：
当上述阀金属薄板体的热膨胀系数比上述加强板的热膨胀系数大时，设置在上述加强板的、与上述阀金属薄板体相粘接的面相反的面上，且具有在面方向上收缩的方向上的应力的缓冲构件。
17.根据权利要求1所述的固体电解电容器，还包括：
当上述阀金属薄板体的热膨胀系数比上述加强板的热膨胀系数小时，设置在上述加强板的、与上述阀金属薄板体相粘接的面相反的面上，且具有在面方向上拉伸的方向上的应力的缓冲构件。
18.一种固体电解电容器的制造方法，该固体电解电容器通过在阀金属薄板体的第一面上形成多孔部，在上述多孔部的表面形成电介质覆膜，在上述电介质覆膜上形成固体电解质层，在上述固体电解质层上形成集电体层而形成，该方法包括：
在上述阀金属薄板体上形成通孔的工序；
在上述通孔的内壁及上述阀金属薄板体的与上述第一面相反的第二面上形成绝缘膜的工序；
在上述通孔内形成与上述集电体层连接的通孔电极，在上述集电体层上形成与上述通孔电极导通的阴极层的工序；
在上述绝缘膜的规定位置上形成开口部的工序；
在上述开口部及上述通孔电极的每一个上形成连接端子的工序；以及
把上述阴极层与上述加强板接合起来的工序。
19.根据权利要求18所述的固体电解电容器的制造方法，还包括：
在上述连接端子上形成中间电极的工序；
形成覆盖整个表面的封装的工序；以及
部分地去除上述封装，使中间电极露出的工序。
20.根据权利要求19所述的固体电解电容器的制造方法，其中，
在形成上述中间电极的步骤中，用电镀、引线键合、搭载焊锡球、及焊锡印刷中的任一种形成上述中间电极。
21.根据权利要求18所述的固体电解电容器的制造方法，还包括：
以使上述阀金属薄板体及上述加强板的一部分露出的方式形成封装的工序；
部分地去除上述封装，在上述连接端子上形成中间电极的工序；以及
在使上述阀金属薄板体及上述加强板的一部分露出的部位上形成上述封装的工序。
22.根据权利要求21所述的固体电解电容器的制造方法，其中，
在形成上述中间电极的工序中，通过从使上述加强板及上述阀金属薄板体的一部分露出的部位馈电进行电镀，形成上述中间电极。
23.根据权利要求18所述的固体电解电容器的制造方法，还包括：
在上述加强板上形成孔及槽中的任一种的工序。
24.根据权利要求23所述的固体电解电容器的制造方法，还包括：
在上述连接端子上形成中间电极的工序；
形成覆盖整个表面的封装的工序；以及
部分地去除上述封装，使中间电极露出的工序。
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