DE2228803C3 - Verfahren zur Herstellung bipolarer Elektrolytkondensatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung bipolarer Elektrolytkondensatoren, bei dem auf jeweils 2 Anodenkörpern aus Metall, die durch eine

gemeinsame metallene Tragvorrichtung nahe beieinander gehalter werden, eine dielektrische Metalloxydschicht gebildet wird, die anschließend von einer halbleitenden Metalloxydschicht bedeckt wird, worauf über dieser halbleitenden Schicht eine beiden Anodenkörpern gemeinsame, zusammenhängende, elektrisch leitende Kathodenschicht aufgebracht wird, die anschließend von einem Kunstharz überzogen wird, worauf die metallene Tragvorrichtung derart zerteilt wird, daß an den Anodenkörpern elektrisch voneinander isolierte Reststücke als Anschlußelemente verbleiben.

Bei einem aus der l'SA.-Patentschrift 3 600 796 bekannten Verfahren dieser allgemeinen Art wird als Tragvorrichtung für die Anodenkörper ein Drahtbü-

gel in Form einer Haarnadel verwendet, an dessen beiden Enden jeweils einer der Anodenkörper hängt. Nachdem die Anodenkörper nacheinander mit der dielektrischen und der halbleitenden Metalloxydschicht sowie mit der Kathodenschicht und dem Kunstharz überzogen worden sind, werden als letzter Schritt des Verfahrens die Anschlußelemcnte dadurch hergestellt, daß der äußere gebogene Teil des Drahtbügels abgetrennt wird, so daß 2 getrennte aus dem Kunstharzüberzug herausragende Drahtstümpfc übrigbleihen.

Dieses bekannte Verfahren eignet sich nicht besonders gut zur Massenfertigung von Elektrolytkondensatoren, da die als Drahtbügel ausgebildeten Tragvorrichtungen für die Anodenkörper vor deren Beschich-Hing eigens an kleinen aus den Anodenkörpern herausstehenden Verbindungsdrähten befestigt werden müssen. Ein solcher Vorgang läßt sich nur mit relativ großem Aufwand automatisieren. Ein nach dem bekannten Verfahren hergestelller Kondensator hat außerdem den Nachteil, daß infolge der drahtförmigcn Ausbildung der Anschlußelemente seine Verlötung mit einer gedruckten Schaltungsplatte nur durch das veraltete und umständliche Verfahren möglich ist, bei welchem die Drähte in Kontaktlöcher der Platte gesteckt und von der Rückseite her festgelötet werden. Die so hergestellten Kontakte sind wegen ihrer kleinen Kontaktfläche fchlcranfällig, und das besagte Kontaktierungsverfahren eignet sich schlecht für

die miniaturisierte Ausbildung hybrider integrierter Schaltungen. Auch läßt sich mit dem bekannten Verfahren ein bipolarer Elektrolytkondensator nicht derart klein herstellen, wie es für solche Schaltung häufig gefordert wird.

Zur Herstellung von für miniaturisierte Schaltungen geeigneten Elektrolytkondensatoren ist es andererseits aus der USA.-Patentschrift 3 469 294 bekannt, die verschiedenen Schichten der Kondensatoren mitijls der Maskentechnik auf einem Metallsubstrat übereinander niederzuschlagen. Hierbei werden auf dem Metallsubstrat nacheinander eine dielektrische Metalloxydschicht, eine halbleitende Metalloxydschicht, eine leitende Graphitschicht und zuletzt eine leitende Kathodenschicht aufgebracht. Zur Bildung der fertigen Einzelkondensatoren wird diese Schichtanordnung zerteilt, und sowohl an der Silberschicht als auch am Metall>ubslrat wi/d dann jeweils ein Zuleiiungsdraht angeordnet. Dieses bekannte Verfahren liefert jedoch einen polaren Elektrolytkondensator, und zum Erhalt eines bipolaren Kondensators muß man 2 solcher Kondensatoren Rucken an Rücken miteinander verbinden. Für den Verbindungsvorgang sind Präzisionsvorrichtungen und -Werkzeuge erforderlich, und seine Durchführung ist schwierig und zeitraubend. Die auf diese Weise hergestellten bipolaren Kondensatoren sind daher nicht nur verhältnismäßig teuer, sondern werden auch ziemlich groß und eignen sich nicht für einen flächigen Anschluß oder direktes Einloten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Angabe eines Verfahrens, mit dem sich auf einfache Weise dünne scheiben- oder plättchenförmige bipolare Halbleiter-Elektrolytkondensatoren herstellen lassen. Außerdem soll das Verfahren zur Massenfertigung solcher Kondensatoren geeignet sein.

Bei einem Verfahren der eingangs umrissenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Tragvorrichtung eine erste aus lötfähigem Metall bestehende Schicht eines laminierten Blechs herangezogen wird, auf dem sich mindestens eine zweite Schicht aus filmbildendem Metall befindet; und daß die Anodenkörper durch selektives Ätzen dieser filmbildenden Metallschicht unter Stehenlassen diskreter Inseln gebildet werden, und daß nach Aufbringen des Kunstharzüberzugs auf die Kathodenschicht die lötfähige Metallschicht derart selektiv fortgeätzt wird, daß an den Stellen der stehengebliebenen Inseln der filmbildenden Metallschicht elektrisch voneinander isolierte Anschlußflecken verbleiben.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß es sich unter Verwendung photolithographischer Methoden mit Photolack, und durch Maskier- und Aufdampfverfahren, wie sie von der Herstellung von MOS- und anderen Feldeffekt-Halbleiterbauelementen bekannt sind, durchführen läßt. Es braucht weder mechanische Kraft noch Hitze, wodurch die dielektrischen Eigenschaften des Kondensators beeinträchtigt werden könnten, angewendet zu werden. Da die Anschlußelemente eines erfindungsgemäß hergestellten Kondensators 2 benachbarte, in gleicher Ebene liegende Flächen sind, ist ein guter flächiger Kontakt mit den Leitern eines Substrats möglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht außerdem die Massenfertigung von bipolaren Elektrolytkondensatoren mit sehr guten und gleichförmigen Eigenschaften bei niedrigen Kosten. In einer entsprechenden Ausgestaltung der Erfindung wird auf der lötfähigen Metallschicht gleichzeitig eine Vielzahl von Inseln der filmbildenden Metallschicht zur Schaffung einer Vielzahl von Anodenkörpern gebildet, die an-

schließend gemeinsam mit der dielektrischen Metalloxydsehicht, der halbleitenden Metalloxydschicht, der zusammenhängenden elektrisch leitenden Kathodenschicht und dem Kunstharzüberzug überzogen werden. Beim Ätzen der lötfähigen Metallschicht wird

ίο dann an der Stelle jeder Insel ein Anschlußfleck stehengelassen, und anschließend wird die gesamte Anordnung an den Grenzen von jeweils Paaren der Anschlußkörper zerschnitten.

Einzelheiten des erfindungsgemäßen Herstellungs-

Verfahrens und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachstehend an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 Schnittansichten von Anordnungen entsprechend verschiedenen Herstellungsstufen eines Ausführungsbeispieles des Verfahrens gemäß der Erfindung.

F i g. 2 eine Draufsicht auf einen Teil einer der Anordnungen gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Draufsicht auf eine Anordnung gemäß einer Verfahrensstufe eines gegenüber Fig. I abgewandelten Ausführungsbeispieles der Erfindung,

Fig. 4 Schnittansichten von Anordnungen entsprechend verschiedenen Verfahrensstufen der gleichen abgewandelten Ausführungsform wie bei Fig. 3.

Fig. 5 Schnittansichten von Anordnungen entsprechend verschiedenen Stufen einer weiteren Aus-

führungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung, Fig. 6 Schnittansichten von Anordnungen entsprechend verschiedenen Stufen wieder eines anderen Ausführungsbeispieles des Verfahrens gemäß der Erfindung,

Fig. 7 eine Schnittansicht einer Anordnung entsprechend einer Stufe eines gegenüber Fig. 6 etwas abgewandelten Verfahrens, und

Fig. 8 Schnittansichten von Anordnungen entsprechend einer weiteren Abwandlung des Verfahrens gemäß Fig. 6.

In den Zeichnungen sind entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Fig. 1 zeigt einen Elektrolytkondensator in den verschiedenen Stufen seiner Herstellung gemäß einem typischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung. Das Verfahren geht aus von einem in Fig. 1 (1) schematisch diargestellten laminierten Metallblech 1 aus einer ersten Schicht 2 aus einem sogenannten Ventilmetall oder einem filmbildenden Metall, wie Tantal, Titan, Aluminium oder Niob, und einer zweiten Schicht 2 aus einem lötbaren Metall, wie Kupfer, Nickel. Eisen oder Kovar. Die Dicken der beiden Schichten können beispielsweise jeweils 0,5 mm betragen.

Wie Fig. 1 (2) zeigt, wird die erste Schicht 2derart selektiv geätzt, daß zwei diskrete Inseln 4 aus dem filmbildenden Metall zurückbleiben, die als Anodenelektroden bestimmt sind. Dieser Verfahrensschritt wird vorzugsweise mittels eines Photolackmaskier-

und Ätzverfahrens (photolithographisches Verfahren) durchgeführt. Gemäß Fig. 1 (3) werden die Anodenelektroden 4 dann auf bekannte Weise unter Bildung jeweils einer dünnen

schicht 5 oxydiert. Diese Oxydation wird zweckmäßigerweise durch anodische Behandlung in einem Elektrolyten bewirkt, sie kann jedoch auch durch thermische Behandlung erfolgen. Die Dicke der Oxidschicht kann beispielsweise zwischen wenigen und einigen tausend Angström liegen.

Auf den Oxidschichten S wird dann eine halbleitende Metalloxidschicht 6, z. B. aus Mangandioxid, gebildet, wie es in Fig. 1 (4) dargestellt ist. Dieser Verfahrensschritt kann zweckmäßigerweise durch Elektrolysieren einer Mangansulfatlösung oder durch Pyrolyse einer Mangannitratlösung erfolgen. Die halbleitende Schicht 6 kann wenige zehn oder wenige hundert μηι dick sein. Dann wird auf der halbleitenden Schicht 6 eine beiden Anodenelektroden 4 gemeinsame, einzige elektrisch leitende Kathodenschicht 7 gebildet, wie Fig. 1 (5) zeigt. Die Kathodenschicht 7 kann durch Aufsprühen einer Graphitsuspcnsion oder einer elektrisch leitenden Farbe oder durch irgendein anderes bekanntes Metallisierungsvcrfahren gebildet werden.

Beim nächsten Verfahrensschritl wird ein synthetisches Gießharz auf die Kathodenschicht aufgegossen oder durch Preßspritzen aufgebracht, um eine Kunstharzschicht 8 zu bilden, wie es in Fig. 1 (6) dargestellt ist. Als nächstes wird die lötbare Metallschicht 3 durch ein ähnliches Verfahren, wie es zur Bildung der Anodenelektroden 4 verwendet wurde, selektiv derart geatzt, daß auf den Anodenelektroden 4 jeweils ein Anschlußfleck 9 verbleibt. Um die durch das Ätzen der Anschlußflecke 9 freigelegte halbleitende Schicht 6 zu schützen, werden die freiliegenden "leile der Schicht 6 mit einem Kunstharz 10 überzogen. Die Stirnflächen der Anschlußflecke können schließlich noch mit einem Lotüberzug 11 versehen werden, wie es in Fig. i (8) dargestellt ist. um das Einlöten des Kondensators zu erleichtern.

In den obenerwähnten Figuren war jeweils nur ein Paar von Anodenelektroden 4 für einen Kondensator dargestellt, selbstverständlich kann und wird man bei Ätzen gleichzeitig eine größere Anzahl von Anodenelcktroden bilden, die in Zeilen und Spalten angeordnet sein können, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Wenn man die oben beschriebenen Verfahrensschritie mit einer solchen Struktur durchgeführt hat, wird dann die ebene plattenartige, kunststoffgekapselte Struktur in getrennte, piättchenförmige, bipolare Elektrolytkondensatoren mit festem Elektrolyten zerschnitten, wie einer in Fig. 1 (9) dargestellt ist.

Wenn man in der lötfähigen Metallschicht 3 nach dem Ausätzen der Anodenelektroden 4 Löcher 12 bildet, wie es in Fi g. 3 dargestellt ist, fließt das Gießharz der Schicht 8 bei dem in Fi g. 1 (6) entsprechenden Verfahrensschritt in diese Löcher, wie es bei 13 in Fi g. 4 (1) dargestellt ist und bildet nach dem Ausätzen der Anodenanschlußflecke 9 Vorsprünge 14, wie es in Fi g. 4 (2) dargestellt ist. Diese Vorsprünge 14 verankern die Kunstharzschutzschicht 10 und verhindern deren Abblättern.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun an Hand von Fig. 5 erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird, nachdem die Anodenelektroden 4 wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 durch Ätzen auf der lötbaren Metallschicht 3 gebildet worden sind, auf den freigelegten Teilen der lötbaren Metallschicht, z. B. durch ein Maskier- und Aufsprühverfahren eine Kunstharzschicht 15 gebildet, wie es in Fig. 5 (1) dargestellt ist. Anschließend werden die dielektrischen, isolierenden Oxidschich ten 5 und die halbleitende Schicht 6 nacheinander im ter Anwendung derselben Verfahren wie beim Hei spiel gemäß Fig. 1 gebildet, wie es in Fig. 5 (2) um Fig. 5 (3) dargestellt ist. In diesem Falle werden au den jeweiligen Anodenelektroden 4 durch Elektro Iysc jedoch zwei getrennte Halblciterschichten 6 gc liildet. wie es in Fig. 5 (3) dargestellt ist, da die diinni Harzschicht 15 nicht leitet.

ίο Anschließend werden die Kathodenschicht 7 um der Kunstharzüberzug 8gebildet, wie es in Fig. 5 (4 und Fig. 5 (5) dargestellt ist und die lötbare Metall schicht 3 wird dann wie im Falle des Ausführungsbei spiels gemäß F i g. 1 zur Bildung der beiden Anschluß

•5 flecke 9 selektiv geätzt, wie es in Fig. 5 (ft) dargestell ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch durcl das Ätzen der lötfähigen Metallschicht 3 nur die elek trisch isolierende und mechanisch feste Kunstharz schicht 15 freigelegt. Die Kunstharzschutzschicht U in Fig. 1 (8) ist daher nicht erforderlich. Der fertig« Kondensator ist in Fig. 5 (7) dargestellt.

Bei dem abgewandelten Ausführungsbeispiel ge maß Fig. 6 wird an Stelle der Kunstharzschicht Ii in F i g. 5 (1) eine Plattierung 16 aus einem filmbilden den Metall niedergeschlagen. In diesem Falle win dann durch die gleiche Behandlung wie beim Beispie gemäß Fig. 1 eine zusammenhängende dielektrisch! Oxidschicht 5 über beiden Anodenelektroden 4 ge bildet, wie es in Fig. 6 (2) dargestellt ist. und diesi dichte und mechanisch feste Schicht wird, wie es it Fig. 6 (3) dargestellt ist, freigelegt, wenn die Me tallplattierung 16 zusammen mit der lötfähigen Me tallschicht 3 weggeätzt wird. Da die halbleitendi Schicht 6 durch die Oxidschicht 5 einwandfrei gc

schützt wird, ist keine weitere Schutzschicht mehr er forderlich.

Die gleiche Wirkung kann dadurch erreicht werden daß man an Stelle der Metallplattierung 16 gemäl Fig. 6 (1) einen Teil der filmbildenden Metall schicht 2stchenläßt.wieesbei 17in Fig. 7 dargestell ist und diesen Teil 17 dann zusammen mit der lötfähi gen Metallschicht 3 wegätzt.

F i g. 8 zeigt eine Abwandlung, bei der das Aufplat tieren der filmbildenden Metallschicht 16 gemäl

Fig. ft (1) entfallen kann und das schwierige Steuert der Dicke des Teiles 17 der Schicht 4 gemäß Fig. vermieden wird. Bei dieser Abwandlung geht man vo einem in Fig. 8 (1) dargestellten laminierten Metall blech 1 aus, das aus drei Schichten besteht, nämlic einer ersten Schicht 2 aus filmbildendem Metall, eine zweiten Schicht 4 aus lötfähigem Metall und eine dünnen Zwischenschicht 18 aus einem zweiten film bildenden Metall, das eine kleinere Ätzgeschwindig keit hat als das erste filmbildende Metall der Schicht 2 Die folgenden Schritte der Verfahren gemäß Fig. und 8 entsprechen den des Verfahrens gemä Fig. 6.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele las sen sich z. B. dadurch abwandeln, daß man die Katho denschicht nicht auf die ganze Fläche aufbringt son dem. was in gewisser Beziehung vorteilhaft sein kann nur auf den beiden Anodenelektroden und einem zwi sehen diesen liegenden Verbindungsbereich. Dies« Begrenzung der Kathodenschicht 7 kann durch Mas kierung bewirkt werden. Die Oxidschichten 5 un halbleitenden Schichten 6 auf den beiden Anoden elektroden können entweder zusammenhängend odei getrennt ausgebildet sein, solange die die beiden Ano

elektroden überdeckenden Teile der Kathodencht 7 zusammenhängen.

in Stelle von Mangandioxid können auch Blcidiojder andere halbleitende Metalloxide für die halb- :nde Schicht 6 verwendet werden. Die Anschluß-

flecke 9 brauchen nicht innerhalb der Bodenfläche der Anodenelektrode 4 ju liegen, sie können auch durch entsprechende Wahl der Ätzmaske auch als längliche Streifen ausgebildet sein, die seillich über den Kondensatorkörper hinausstehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung bipolarer Elektrolytkondensatoren, bei dem auf jeweils zwei Anodenkörpern aus Metall, die durch eine gemeinsame metallene Tragvorrichtung nahe beieinandergehalten werden, eine dielektrische Melalloxydschicht gebildet wird, die anschließend von einer halbleitenden Metalloxydschicht bedeckt wird, worauf über dieser halbleitenden Schicht eine beiden Anodenkörpern gemeinsame, zusammenhängende, elektrisch leitende Kathodenschicht aufgebracht wird, die anschließend von einem Kunstharz überzogen wird, worauf die metallene Tragvorrichtung derart zerteilt wird, daß an den Anodenkörpern elektrisch voneinander isolierte Reststücke als Anschlußelemente verbleiben, dadurch gekennzeichnet, daß als Tragvorrichtung eine erste aus lötfähigem Metall bestehende Schicht (3) eines laminierten Blechs (1) herangezogen wird, auf dem sich mindestens eine zweite Schicht (2) aus filmbildendem Metall befindet; und daß die Anodenkörper durch selektives Ätzen dieser filmbildenden Metallschicht (2) unter Stehenlassen diskreter Inseln (4) gebildet werden; und daß nach Aufbringen des Kunstharzüberzuges (8) auf die Kathodenschicht (7) die lötfähige Metallschicht (3) derart selektiv fortgeätzt wird, daß an den Stellen der stehengebliebenen Inseln (4) der filmbildenden Metallschicht (2) elektrisch voneinander isolierte Anschlußflecken (9) verbleiben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der lötfähigen Metallschicht

(3) gleichzeitig eine Vielzahl von Inseln (4) der filmbildenden Metallschicht (2) zur Schaffung einer Vielzahl von Anodenkörpern gebildet wird, die anschließend gemeinsam mit der dielektrischen Metalloxydschicht (5), der halbleitenden Metalloxydscl.icht (6), der zusammenhängenden elektrisch leitenden Kathodenschicht (7) und dem Kunstharzüberzug (8) überzogen werden; und daß beim Ätzen der lötfähigen Metallschicht (3) an der Stelle jeder Insel (4) ein Anschlußfleck (9) stehengelassen wird; und daß anschließend die gesamte Anordnung an den Grenzen von jeweils Paaren der Anschlußkörper zerschnitten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der Schicht (3) aus dem lötfähigen Material, die durch das Ätzen der Schicht (2) aus dem filmbildenden Material freigelegt worden ist, eine dünne Kunstharzschicht (IS) gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf uie durch das Ausätzen der Inseln (4) aus dem filmbildenden Material freigelegte Oberfläche der Schicht (3) aus dem lötbaren Metall ein filmbildendes Metall (16) aufplattiert wird und daß das aufplattierte Metall beim selektiven Ätzen der Schicht aus dem lötbaren Metall weggeätzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Herausätzen der Inseln

(4) aus der Schicht (2) aus dem filmbildenden Metall ein Teil (17, Fig. 7) dieser Schicht zwischen den Inseln belassen wird und daß dieser Teil (1.7) der Schicht (2) dann beim Ätzen der Schicht (3)

aus dem lötfähigen Metall weggeätzt wird.

6 Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch ^-kennzeichnet, daß das Metallblech zwischen der ersten Schicht (2) aus dem filmbildenden Metall und der zweiten Schicht (3) aus dem lotbaren Metall eine dritte Schicht (lfc) aus filmbildendem Metall, das eine kleinere Ätzgeschwindigkeit hat als das filmbildende Metall der ersten Schicht (2) angeordnet ist: daß die dritte Schicht (18) beim Ätzen der ersten Schicht im wesentlichen erhalten bleibt und daß die dritte Schicht beim Ätzen der zweiten Schicht (3) aus dem lötfähigen Material, soweit sie sich mit den weggeätzten Teilen dieser Schicht deckt, mit weggeätzt wird.