CN1574133A - 芯片式固体电解质电容器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种芯片式电解质电容器包括电容器元件(1a、1c)。包括板状导体的阴极端子(3a)介于电容器元件的阴极层之间。电容器元件通过例如焊料或导电粘合剂的粘合剂(5)相互接合。阴极端子设置有在与每个电容器元件接触的部分处形成的通孔(4a)。电容器元件的接合表面直接连接在通孔处。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用阀金属作为阳极构件的芯片式电解质电容器及其制造方法，特别是涉及一种具有大容量和低等效串联电阻(此后简称为ESR)的芯片式固体电解质电容器及其制造方法。
背景技术
在固体电解质电容器中，通过阳极构件的电解氧化获得的氧化层用作介电构件。阳极构件包括例如铝、钽、铌、钛、铪、锆的所谓阀金属制成的烧结主体，以形成致密和高绝缘的氧化层。
通常，所述的固体电解质电容器通过包括以下步骤的方法制成，即通过阀金属制成的烧结主体的电化学阳极氧化形成氧化层以便用作阳极构件，形成阴极层并将阴极端子连接其上，并且将阳极端子连接到阳极导线上，由此获得电容器。例如，二氧化锰用作阴极层。为了进一步改善频率特性，开发出固体电解质电容器，其中导电聚合物用作阴极层以便减小ESR。
参考图1A和1B，将描述典型传统的芯片式固体电解质电容器。如图1A和1B所示，固体电解质电容器包括电容器元件1、阳极导线2、阴极端子3和阳极端子6。电容器元件1包括阳极构件7、氧化层8和阴极层9。阳极导线2从阳极构件7抽出。所述部件封闭在由树脂模制而成的封装树脂件10内。
如图1A所示，阳极导线2通过阳极层8与阴极层9绝缘。如图1B所示，阴极端子3和阳极端子6通常沿封装树脂件10形成多种形状以便适用于表面安装。
具有适用于表面安装的这种结构的芯片式固体电解质电容器尺寸小、容量大并频率特性出色，其广泛地使用在CPU的供电电路或类似物中。但是，当CPU的操作频率更高时，日益需要改进供电电路的噪声特性以及增加许可的波纹电流。因此，需要进一步降低ESR的电容器。
另外，安装有CPU的设备正朝着小尺寸和先进功能的方向进行开发。因此，需要不仅同时满足低ESR的需要而且满足小尺寸、大容量和外观薄的需要。
通常，如果多个电容器并联连接，总电容(Ctotal)和总ESR(ESRtotal)通过以下给出：
Ctotal＝C1+C2+...+Cn (1)
1/ESRtotal＝1/ESR1+1/ESR2+...+1/ESRn (2)
这里Ci和ESRi分别表示第i个(i是1和n之间的自然数)电容器的电容和ESR。
因此，通过并联连接多个具有图1A所示形状的电容器，电容将增加并且ESR将降低。这同样适用于固体电解质电容器作为传输线噪声滤波器进行操作的情况。
日本专利申请出版物No.2001-284192(对比文献1)披露将多个电容器元件并联连接的第一现有技术。特别是，具有图1A所示结构的多个电容器元件阳极导线连接到包括导线架的阳极端子上。至少一个电容器元件的阴极层连接到包括导线架的阴极端子上。
参考图2，将描述参考文献1中披露的多个电容器元件的连接。在附图中，两个电容器元件1d通过使用银膏经由包括导线架的阴极端子3c相互连接。阴极导线2d分别连接到包括导线架的阳极端子6的相对表面上。
本发明人开发的第二现有技术作为参考文献1披露的第一现有技术的进一步的改进。与第二现有技术相关的本发明是日本专利申请No.2003-106565(还未公开)的主题。在第二现有技术中，多个电容器元件以下面的方式连接。板状阳极端子设置至少一个细槽并通过细槽分成多个部分，该部分在垂直于阳极端子的平面的方向上弯曲以便形成分支部分。电容器元件的阳极导线分别单独连接到阳极端子的分支部分上。
参考图3，将描述在第二现有技术中披露的多个电容器元件的连接。在图3中，两个电容器1a和1c相互连接。阳极导线2a和2c分别从电容器元件1a和1c中抽出。阴极端子3d介于电容器元件1a和1c之间。阳极导线2a和2c连接到阳极端子6a上。
如图3所示，阳极端子6a具有板状形状，并且具有被细槽分成两个部分的端部，该部分在图3中的垂直方向上弯曲以便形成分支部分。每个阳极导线2a和2c从每个电容器元件1a和1c的侧表面抽出，并定位在侧表面的端部附近内。电容器元件1a和1c层压，使得阳极导线2a和2c相互隔开。
电容器元件1a和1c经由阴极端子3d连接。因此，形成在每个电容器元件的表面上的阴极层(未示出)连接到阴极端子3d上。参考图2，阳极导线2a和2c以上面描述的方式连接到阳极端子6a上，使得可以由焊接形成的焊点之间或铜焊形成的填料之间的干涉并且抑制接合强度的变化。
但是，在所述参考文献中披露的技术中，电容器元件几乎单独并分开接合在阴极端子上。电容器元件的表面状态是不一致的。另外，被施加以便接合电容器元件和阴极端子的导电粘合剂量是不一致的。两个电容器元件分别通过导电粘合剂单独连接到阴极端子的相对表面上。因此，电容器元件和阴极端子之间的接合强度中会出现不一致或变化。例如，一个电容器元件和阴极端子之间的接合强度可以在所需标准内，而另一电容器元件和阴极端子之间的接合强度可不满足该标准。因此，难以抑制接合强度的变化。这可造成作为最终产品的固体电解质电容器性能的变化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种芯片式固体电解质电容器，其包括多个并联连接的电容器元件，可以满足电容的增加和ESR降低，并能够抑制电容器元件接合强度的变化。
本发明的另一目的在于提供一种制造所述芯片式固体电解质电容器的方法。
为了实现所述目的，对于介于电容器元件的接合表面之间的阴极端子的形状进行考虑。因此，作出本发明。
按照本发明，提供一种芯片式电解质电容器，其包括多个电容器元件，每个电容器元件具有包括由阀金属制成的烧结主体、介电氧化层、形成在介电氧化层表面上的阴极层和连接到阳极构件上的阳极导线，电容器元件相互并联连接。其中阴极层经由板状阴极端子相互面对，阴极层具有相互接合的相对表面，阳极导线连接到阳极端子上，阴极端子设置有在与阴极层接触的部分处形成的通孔或切口。
按照本发明，电容器元件通过在每个阴极层和阴极端子之间的界面和通孔或切口内填充粘合剂相互接合。
按照本发明，与电容器元件相对应的阳极导线在垂直于电容器元件接合表面的方向上相互隔开。
按照本发明，阳极端子具有多个分支部分，其数量至少等于电容器元件的数量。阳极导线在垂直于电容器元件的接合表面的方向上相互隔开，并单独连接到分支部分上。
按照本发明，提供一种制造芯片式固体电解质电容器的方法，其包括以下步骤：在通过烧结阀金属获得的阳极构件上形成介电氧化层和阴极层，通过将阳极导线连接到阳极构件上制造电容器元件，经由具有至少一个通孔和切口的阴极端子以阴极层相互面对方式层压多个电容器元件，在每个阴极层和阴极端子之间的界面和通孔和/或切口内填充粘合剂，并接合电容器元件，并且将电容器元件并联电连接。
按照本发明，该方法还包括以下步骤：对应于电容器元件布置阳极导线，使得阳极导线在垂直于电容器元件的接合表面的方向上相互隔开，并且将阳极导线布置在与其对应的电容器元件上，使得包含阳极导线中心线并垂直于接合表面的平面不相互叠加。
在本发明的芯片式固体电解质电容器中，介于电容器元件接合表面之间的阴极端子设置有在与电容器元件接触的部分处形成的通孔或切口。采用此结构，通过粘合剂直接连接的电容器元件的接合表面变宽。因此，可以抑制由于介入阴极端子造成的接合强度的变化。
形成在阴极端子内的通孔或切口显示出改进接合的固着效果的功能，以便不仅实现接合强度变化的减小而且改进本身的接合强度。因此，本发明有效地减小芯片式固体电解质电容器的特性变化并改进可靠性。
附图说明
图1A是典型传统固体电解质电容器中使用的电容器元件的截面图；
图1B是包括图1A所示电容器元件的固体电解质电容器的透视图；
图2是表示按照第一现有技术相互接合的多个电容器元件的透视图；
图3是表示按照第二现有技术相互接合的多个电容器元件的透视图；
图4A是表示按照本发明的一个实施例的芯片式电解质电容器的一部分的透视图，其中两个电容器元件相互接合；
图4B是图4A所示芯片式电解质电容器的侧视图；
图5A是表示按照本发明的另一实施例的芯片式电解质电容器的一部分的透视图，其中两个电容器元件相互接合；
图5B是图5A所示芯片式电解质电容器阴极端子的透视图；
图5C是阴极端子变型的透视图；
图6是表示没有任何分支的情况下阴极层通过阴极端子连接的实例的视图；
图7A是表示矩形通孔的视图；
图7B是表示形成在长边上的矩形切口的视图；
图7C是表示形成在短边上的矩形切口的视图；
图7D是表示形成在短边上的三角形切口的视图；
图7E是表示形成在短边上的三角形切口的视图；
图7F是表示形成在短边上的圆弧形切口的视图；
图7G是表示形成在长边上的圆弧形切口的视图。
具体实施方式
现在将参考附图描述本发明的实施例。
参考图4，按照本发明一个实施例的芯片式固体电解质电容器包括两个电容器元件1a和1c。阳极导线2a和2c从电容器元件1a和1c中抽出并连接到阳极端子6a上。阴极端子3a设置通孔4a。电容器元件1a和1c通过粘合剂5相互接合。
每个电容器元件1a和1c基本上与图1A所示结构类似。这里，对于使用钽作为阀金属的情况描述制造固体电解质电容器的典型方法。首先，将钽丝放置在模具的空腔内，并且钽粉末模制成模制主体。模制主体在预定温度下烧结。在所述方法中，获得分别具有阳极导线2a和2c的阳极构件7。每个阳极导线2a和2c从阳极构件7的侧表面抽出并定位在其一端上。烧结在真空氛围中进行。
接着，阳极构件7在钽丝之外的部分上进行阳极氧化，以便形成图1A所示的钽氧化层8。其上形成有钽氧化层8的阳极构件7浸入硝酸锰溶液中以便将硝酸锰接合在氧化层8内。因此，通过热分解形成二氧化锰。随后，形成由石墨或银制成的阴极层9。因此获得每个电容器元件1a和1c。
如果使用例如聚噻吩或聚吡咯的导电聚合物而不是二氧化锰作为阴极层9，便于降低ESR。这里，钽用作阀金属。作为选择，可以使用铌、铝、钛或类似物。
因此获得的两个电容器元件1a和1c经由阴极端子3a层压，使得偏心位置上的阳极导线2a和2c相互离开。两个电容器元件1a和1c通过使用例如焊料或导电粘合剂的粘合剂5相互接合。阴极端子3a设置在每个电容器元件1a和1c接触的位置处形成的通孔。
通过使用具有所述结构的阴极端子3a，电容器元件1a和1c的接合表面直接在通孔4a处接触，如图4B所示。因此可以改善接合强度并减小接合强度的变化。使用具有图4A所示分支部分的阳极端子6a并如图4A所示布置阳极导线2a和2c获得的效果与上面描述的相同。
这里，阴极端子3a设置具有圆形形状的通孔4a。但是，通孔4a的形状不局限于圆形形状。除了圆形形状之外，可以形成切口。另外，可以形成通孔和切口两者。参考图7A到7C，将描述通孔和切口的不同形状。在图7A中，通孔具有矩形形状。在图7B中，在长边上形成矩形形状的切口。在图7C中，在短边上形成矩形形状的切口。在7D中，在短边上形成三角形形状的切口。在图7E中，在长边上形成三角形形状的切口。在图7F中，在短边上形成圆弧形的切口。在图7G中，在长边上形成圆弧形的切口。根据电容器元件的形状，通孔或切口可进行适当的设计。
参考图5A和5B，按照本发明另一实施例的芯片式固体电解质电容器包括三个电容器元件1a、1b和1c。如图5A和5B所示，阳极导线2a、2b和2c在图中分别连接到最左侧位置、中间位置和最右侧位置。当三个电容器元件1a、1b和1c层压时，阳极导线2a、2b和2c在垂直于电容器元件1a、1b和1c的接合表面的方向上相互隔开，并定位成使得包含阳极导线2a、2b和2c的中心线并垂直于接合表面的三个平面不重叠。含有阳极导线2a、2b和2c的中心线并垂直于接合表面的平面相互平行并大致等间距隔开。
阳极端子6b通过两个细槽分成三个部分。在这三个部分中，相对端上的两个部分在图中的垂直方向上上下弯曲。因此，形成三个分支部分。阳极导线2a、2b和2c分别连接到阳极端子6b的三个分支部分上，可以抑制焊接和铜焊造成的相互干涉。
另一方面，如图5B所示，阴极端子3b在图中的垂直方向上分支。分支部分分别设置矩形通孔4b和4c。电容器元件1a和1b的接合表面在通孔4b处直接连接，同时电容器元件1b和1c的接合表面在通孔4c处直接连接。采用此结构，可以改善接合强度并减小接合强度中的变化。参考图5C，表示形状进行改变的阴极端子3b’。特别是，阴极端子3b’具有宽度变窄的分支部分，并可以由单片板状材料制成。
在接合三个或多个电容器元件的情况下，阴极端子不需要图5B所示的分支部分。电容器元件设置阴极层作为外层。因此，如果通过使用导电粘合剂确保将要接合的电容器元件的阴极层中的电连接，可以相对容易地整体组合阴极层。于是，阴极端子可连接在整体组合的阴极层上。
参考图6，电容器元件的阴极层9通过导电粘合剂5和阴极端子3c接合，而不连接任何分支。阴极端子3c具有通孔4d。
如图6所示，电容器元件的阴极层9通过粘合剂5电连接。因此，阴极端子3c不需要分支，并在图6中简单地连接到最下侧的电容器元件的底表面上。作为选择，阴极端子3c可介于中间电容器元件和最下侧电容器元件之间。同样在这种情况下，形成在阴极端子3c内的通孔4d在阴极层9和阴极端子3c之间的接合中提供固着作用。因此，改善连接的可靠性。
为了证实改善接合强度的效果，如下进行试验。制备包括图4A所示相互接合的两个电容器元件的固体电解质电容器的100个样品和除了阴极端子不具有通孔或不具有切口之外的图4A所示的结构类似的100个样品。对于这些样品，获得接合强度的平均和标准偏差。因此，与没有通孔的样品相比，这些阴极端子具有通孔的样品(即通过本发明的方法接合的两个电容器元件)实现平均偏差增加35％，标准偏差减小41％。
如上所述，按照本发明，在包括并联连接的多个电容器元件的芯片式固体电解质电容器中，可以荫罩电容器元件的接合强度的变化，增加平均接合强度，并减小特性的变化，确保高度可靠性。
尽管本发明结合其优选实施例进行说明和描述，本领域普通技术人员将容易理解到本发明不局限于以上描述，而可以在不偏离所附权利要求提出的本发明的精神和范围的情况下以不同的其他方式进行改型和变型。
Claims (7)
1.一种芯片式固体电解质电容器，其包括多个电容器元件，每个电容器元件具有包括由阀金属制成的烧结主体、介电氧化层、形成在介电氧化层表面上的阴极层和连接到阳极构件上的阴极导线，电容器元件相互并联电连接，其中：
阴极层经由板状阴极端子相互面对；
阴极层具有相互接合的面对表面；
阳极导线连接到阳极端子上；
阴极端子设置有形成在与阴极层接触的部分处的通孔或切口。
2.如权利要求1所述的芯片式固体电解质电容器，其特征在于，
电容器元件通过在每个阴极层和阴极端子之间的界面和在通孔或切口内填充粘合剂而相互接合。
3.如权利要求1或2所述的芯片式固体电解质电容器，其特征在于，
与电容器元件相对应的阳极导线在垂直于电容器元件的接合表面的方向上相互隔开。
4.如权利要求3所述的芯片式固体电解质电容器，其特征在于，
阳极端子具有多个分支部分，其数量至少与电容器元件的数量相同；
阳极导线在垂直于电容器元件的接合表面的方向上相互隔开并单独连接到分支部分上。
5.一种制造芯片式电解质电容器的方法，其包括以下步骤：
在通过烧结阀金属获得的阳极构件上形成介电氧化层和阴极层；
通过将阳极导线连接到阳极构件上制造电容器元件；
经由具有至少一个通孔和切口的阴极端子以阴极层相互面对方式层压多个电容器元件；
在每个阴极层和阴极端子之间的界面和通孔和/或切口内填充粘合剂，以及
接合电容器元件，并且将电容器元件并联电连接。
6.如权利要求5所述的制造芯片式固体电解质电容器的方法，其特征在于，
对应于电容器元件布置阳极导线，使得阳极导线在垂直于电容器元件的接合表面的方向上相互隔开。
7.如权利要求5或6所述的制造芯片式固体电解质电容器的方法，其特征在于，通孔具有圆形形状、矩形形状或多边形形状。
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