DE4223937B4

DE4223937B4 - Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von elektrischen Bauelementen mit einem dielektrischen Substrat, insbesondere von chipförmigen Kondensatoren

Info

Publication number: DE4223937B4
Application number: DE4223937A
Authority: DE
Inventors: Hiroji Nagoya Kitagawa
Original assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Current assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Priority date: 1991-08-19
Filing date: 1992-07-21
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2012-07-22
Also published as: US5391392A; JPH0547600A; JP3045573B2; GB2260024B; GB9217457D0; DE4223937A1; GB2260024A

Abstract

Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von elektrischen Bauelementen (2; 102) mit einem dielektrischen Substrat (4), insbesondere von chipförmigen Kondensatoren, durch die Verfahrensschritte:
a) Bildung einer Vielzahl von Perforationen (3) in einem dielektrischem Substrat (4), durch die einzelne Bauelemente aus dem Substrat (4) heraustrennbar sind.
b) Versehen jedes der auf dem Substrat (4) angeordneten Bauelemente (2; 102) mit zwei parallelen Nuten (5, 6),
c) Befüllen der Nuten (5, 6) mit einem pastenförmigen, elektrisch leitfähigen Material (12),
d) Entfernen des über die Nuten (5, 6) überstehenden elektrisch leitfähigen Materials (12) von der Oberfläche des Substrats (4),
e) Trocknen und Verfestigen des in die Nuten (5, 6) gefüllten elektrisch leitfähigen Materials (12), um elektrische Leiter (7, 8; 171, 181) zu bilden, und
f) Teilen des Substrats (4) an den gebildeten Perforationen (3), um die einzelnen Bauelemente (2; 102) zu erhalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von elektrischen Bauelementen mit einem dielektrischen Substrat, insbesondere von chipförmigen Kondensatoren.

Ein bekannter Kondensator wird dadurch gebildet, daß zwei dielektrische Blätter abwechselnd mit zwei elektrisch leitfähigen Folien rohrförmig aufgerollt werden und daß Leitungsdrähte mit Kanten oder Anschlußenden der elektrisch leitfähigen Folien verbunden werden.

Wenn die Leitungsdrähte sowohl mit der Kante als auch mit dem Anschlußende der ersten elektrisch leitfähigen Folie verbunden sind, bilden eine induktive Komponente der ersten elektrisch leitfähigen Folie und eine zwischen der ersten und der zweiten elektrisch leitfähigen Folie gebildete kapazitive Komponente ein bekanntes Rauschfilter, das eine ein breites Frequenzband überdeckende Dämpfung erzeugt.

Eine bekannte Vorrichtung zur Herstellung der bekannten Kondensatoren oder Rauschfilter enthält zwei Rollen zur Zuführung der dielektrischen Bogen, zwei andere Rollen zur Zuführung von Aluminiumfolien als elektrisch leitfähige Folien und einen Aufnahmeschaft zum Aufwickeln der dielektrischen Bogen und der Aluminiumfolien. Die Vorrichtung enthält weiterhin eine Vielzahl von Führungsrollen oder anderen Mitteln zur Führung der dielektrischen Bogen und der Aluminiumfolien von den jeweiligen Rollen zum Aufnahmeschacht. Bei der Vorrichtung werden die beiden dielektrischen Bogen und die beiden Aluminiumfolien von den jeweiligen Rollen unter konstanter Spannung zugeführt und auf den Aufnahmeschaft aufgewickelt, so daß diese Bogen und Folien sich abwechselnd überdecken.

Die bekannte Vorrichtung ist kostenaufwendig, die dielektrischen Bogen sind schwierig gleichmäßig eng anliegend aufzuwickeln, und eine Anzahl defekter Kondensatoren oder Rauschfilter kommen als Ergebnis heraus. Daher führt die Herstellung der Kondensatoren oder Rauschfilter zu hohen Kosten bei geringer Produktivität.

Aus der EP 0 388 985 A2 oder DE 76 35 588 U sind elektrische Bauelemente mit einem dielektrischen Substrat bekannt, die zwei separate parallel verlaufende Nuten zur Bildung von Leiterbahnen und zur Bildung von Kondensator-Elementen aufweisen. Informationen bezüglich der Massenherstellung derartiger Bauelemente sind nicht enthalten.

Aus der DE 34 14 808 A1 ist zwar eine Massenfertigung von Kondensator-Elementen in so genannten Nutzen beschrieben, es handelt sich dabei jedoch um Dünnfilmkondensatoren in mehrschichtiger Bauweise.

Aus der US 4 684 438 ist das Befüllen von Nuten mit leitfähigem Material unter Vakuum beschrieben, jedoch handelt es sich auch hier um eine mehrschichtige Anordnung, wobei zudem keine Anregungen für eine günstige Herstellung in der Massenproduktion enthalten sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein für die Massenproduktion geeignetes Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von elektrischen Bauelementen in einschichtiger Bauweise aufzuzeigen, das die Produktionseffizienz verbessert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße elektrische Bauelement weist einen sehr einfachen Aufbau auf. Beispielsweise durch Verbinden von Leitungsdrähten mit den parallelen elektrischen Leitern erhält man einen Kondensator. Wenn andererseits. die Leitungsdrähte sowohl mit einer Windungskante als auch mit einem Anschlußende des ersten elektrischen Leiters sowie mit einer Windungskante oder einem Anschlußende des zweiten elektrischen Leiters verbunden werden, bilden eine induktive Komponente durch den ersten elektrischen Leiter und eine zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Leiter gebildete kapazitive Komponente ein Rauschfilter mit drei Anschlüssen. Dieses Rauschfilter hat effektiv rauschdämpfende Eigenschaften, die ein breites Frequenzband erfassen. Durch Verbinden der Leitungsdrähte auch mit beiden Windungskanten und Anschlußenden des zweiten elektrischen Leiters kann ein Rauschfilter mit vier Anschlüssen erhalten werden.

Die Verwendung von multiplen Kondensator- oder Rauschfilter-Chips erhöht die Produktionseffizienz. Weiterhin kann durch Testen der Chips in Kombination auf ihre elektrischen Eigenschaften zur selben Zeit Prüfzeit eingespart und die Prüfeffizienz verbessert werden. Durch Verpacken und Transportieren des elektrischen Substrats mit ungeteilten Chips werden die Verpackungs- und Transportschritte erleichtert.

Das Herstellungsverfahren kann vollautomatisierte Schritte aufweisen, durch die äußerst zuverlässige Kondensatoren und Rauschfilter in kurzer Zeit bei großen Mengen und hoher Produktionseffizienz hergestellt werden.

Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Kondensators auf einem dielektrischen Multi-Chip-Substrat gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2A und 2B Querschnittsdarstellungen der in das dielektrische Substrat eingeformten Nuten,
3A bis 3E Querschnittsdarstellungen, die die Herstellungsschritte eines Verfahrens zur Herstellung des Kondensators gemäß 1 zeigen,
4 eine erläuternde Ansicht der Multi-Chip-Konfiguration des dielektrischen Substrats gemäß der Erfindung,
5 eine erläuternde Ansicht eines Rauschfilters mit drei Anschlüssen gemäß der Erfindung und
6 ein Ersatzschaltbild des in 5 dargestellten Rauschfilters mit drei Anschlüssen.
Wie in 1 dargestellt, enthält eine Multi-Kondensator-Struktur 1 ein dielektrisches Substrat 4 aus Polyester, das eine Vielzahl von chipförmigen Kondensatoren aufweist, die an Perforationen 3 trennbar sind und die im folgenden als Kondensator-Chips 2 bezeichnet werden. Wie in den 1 und 2A gezeigt, ist an einer Seite des dielektrischen Substrats 4 jeder der Kondensator-Chips 2 mit zwei parallelen windungsartigen Nuten 5 und 6 versehen, in denen jeweils elektrische Leiter 7 und 8 aus Kupfer oder einem anderen leitfähigen Material eingeformt sind. In Modifikation der Nuten 5 und 6 erstrecken sich diese Nuten 5 und 6 gemäß 2B durch die Dicke des dielektrischen Substrats 4, so daß pastenförmiges Kupfer schnell in die Nuten 5 und 6 eindringen kann, wenn es als leitfähiges Material eingesetzt wird. Die Nuten 5 und 6 können sich über das dielektrische Substrat 4 entweder teilweise oder über seine gesamte Länge erstrecken. Die Enden der elektrischen Leiter 7 und 8 sind jeweils mit Anschlüssen 9 und 10 verbunden. Die in die Nuten 5 und 6 eingeformten elektrischen Leiter 7 und 8 sind durch eine Wandung 11 getrennt. Folglich existiert eine Kopplung mit der Kapazität C zwischen den elektrischen Leitern 7 und 8. Daher kann durch Ausbildung des dielektrischen Substrats 4 mit einem Material hoher Dielektrizitätskonstante der Wert der Kapazität so groß wie erforderlich festgelegt werden.
Ein Verfahren zur Herstellung der in 1 dargestellten Multi-Kondensator-Struktur 1 wird nun unter Bezugnahme auf die 3A bis 3E erläutert.
Wie in 3B dargestellt, sind die Nuten 5 und 6 in jedem der Kondensator-Chips 2 des in 3A dargestellten dielektrischen Substrats 4 eingeformt. Die Nuten 5 und 6 können eingeformt werden durch Einschneiden des dielektrischen Substrats 4, durch Belichten und Entwickeln der entsprechenden Muster über Fotogravüre-Verfahrensschritte oder durch Eindrücken von Kunstharz in Formen, die die entsprechenden Muster aufweisen.
Nachfolgend wird das dielektrische Substrat 4 mit den darin eingeformten Nuten 5 und 6 in einen Niederdruckbehälter mit pastenförmigem Kupfer eingesetzt. Wie in 3C dargestellt, werden die Nuten 5 und 6 dabei mit dem pastenförmigen Kupfer 12 gefüllt. Nach der Herausnahme des dielektrischen Substrats 4 aus dem Niederdruckbehälter ist das pastenförmige Kupfer 12 auch an der Oberfläche des dielektrischen Substrats 4 angebracht. Nachfolgend werden die elektrischen Leiter 7 und 8 durch Trocknen und Verfestigen des pastenförmigen Kupfers 12 jeweils in den Nuten 5 und 6 gebildet.
Durch Polieren bzw. Abschleifen der Oberfläche des dielektrischen Substrats 4 mit einer automatischen Poliermaschine oder anderen geeigneten Mitteln wird überhöhte feste Kupferpaste von der Oberfläche des dielektrischen Substrats 4 weggenommen, wie dies in 3D dargestellt ist.
Nachfolgend wird gemäß 3E eine isolierende Oberflächenschicht 13 über das dielektrische Substrat 4 einschließlich der elektrischen Leiter 7 und 8 übergeformt. Zuletzt werden Löcher in Bereichen entsprechend den elektrischen Leitern 7 und 8 der isolierenden Oberflächenschicht 13 gemacht, und die Anschlüsse 9 und 10 werden in die Löcher eingesetzt.
Nachbearbeitungsschritte werden nun erläutert. Wie in 4 dargestellt, wird die Multi-Kondensator-Struktur 1, die durch die in den 3A bis 3E dargestellten Schritte hergestellt wurde, bezüglich der elektrischen Eigenschaften getestet. Da die Anschlüsse 9 und 10 von der Oberfläche der Multi-Kondensator-Struktur 1 in vertikal und horizontal gleichen Intervallen überstehen, weist ein Testgerät vorzugsweise Anschlüsse auf, die in einer den Anschlüssen 9 und 10 der Multi-Kondensator-Struktur 1 entsprechenden Weise angeordnet sind, für die das Testgerät eingesetzt wird. Ein solches Testgerät gestattet die Prüfung aller Kondensator-Chips 2 der Multi-Kondensator-Struktur 1 zur selben Zeit.
Nach durchgeführtem Test wird die mit den verbundenen Konden sator-Chips 2 versehene Multi-Kondensator-Struktur 1 zum Transport verpackt.
Im Gebrauch wird die Multi-Kondensator-Struktur 1 an den Perforationen 3 in individuelle Kondensator-Chips 2 aufgeteilt.
Wie vorstehend erwähnt, enthält jeder der Kondensator-Chips 2 das dielektrische Substrat 4 mit den beiden parallelen Nuten 5 und 6, die mit den elektrischer. Leitern 7 und 8 unter reduziertem Druck gefüllt sind. Die Multi-Kondensator-Struktur 1 besitzt dadurch einen einfachen Aufbau.
Bei einer Massenproduktion der Kondensator-Chips 2 kann die Produktionseffizienz vergrößert werden. Beispielsweise können 3200 Kondensator-Chips 2 von 5 mm auf 10 mm aus einem einzelnen dielektrischen Substrat 4 von 40 cm auf 40 cm erhalten werden. Weiterhin können die Herstellungsschritte für die Kondensator-Chips 2 automatisiert werden, und äußerst zuverlässige Kondensator-Chips 2 können daher in großen Mengen bei hoher Produktionseffizienz hergestellt werden. Die Kondensator-Chips 2 können auch in einer Charge bezüglich ihrer elektrischen Eigenschaften getestet werden, wodurch die erforderliche Zeit für den Test stark reduziert werden kann, und die Kondensator-Chips 2 können zum Trans port verpackt werden, ohne aufgeteilt zu werden, wodurch der Verpackungsschritt erleichtert wird.
Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Chip 102, der die Funktion eines Rauschfilters mit drei Anschlüssen aufweist, durch Verbinden eines Anschlusses 191 an einem Ende eines ersten elektrischen Leiters 171 und durch Verbinden von Anschlüssen 101 und 111 an beiden Enden eines zweiten elektrischen Leiters 181 erhalten. Wie durch das Ersatzschaltbild des Rauschfilters mit drei Anschlüssen in 6 gezeigt wird, entsprechen die Anschlüsse 101 und 111 Eingangsanschlüssen, und der Anschluß 191 entspricht einem Erdungs- oder Masseanschluß. Der zweite, mit den Eingangsanschlüssen verbundene elektrische Leiter 181 entspricht einer Induktivität L1, und der erste, mit dem Erdungs- oder Masseanschluß verbundene elektrische Leiter 171 entspricht einer Induktivität L2. Da der erste und der zweite elektrische Leiter 171 und 181 voneinander durch eine Wandung 121 getrennt sind, wird eine Kapazität C zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Leiter 171 und 181 gebildet. Im Ergebnis funktioniert der Chip 102 als induktiv-kapazitives Rauschfilter mit drei Anschlüssen. Die Chips 102 können auch als Rauschfilter mit vier Anschlüssen ausgebildet sein, indem ein Anschluß bzw. Anschluß-Pin mit dem anderen Ende des ersten elektrischen Leiters 171 verbunden wird.
Eine Vielzahl der Chips 102 des Ausführungsbeispiels gemäß 6 und der Variante mit vier Anschlüssen wird hergestellt, getestet und in Betrieb genommen, entsprechend der Kondensatoranordnung 1. Daher beinhaltet dieses Ausführungsbeispiel sehr zuverlässige Rauschfilter, die mit hoher Produktivität hergestellt werden können.

Claims

Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von elektrischen Bauelementen (2; 102) mit einem dielektrischen Substrat (4), insbesondere von chipförmigen Kondensatoren, durch die Verfahrensschritte: a) Bildung einer Vielzahl von Perforationen (3) in einem dielektrischem Substrat (4), durch die einzelne Bauelemente aus dem Substrat (4) heraustrennbar sind. b) Versehen jedes der auf dem Substrat (4) angeordneten Bauelemente (2; 102) mit zwei parallelen Nuten (5, 6), c) Befüllen der Nuten (5, 6) mit einem pastenförmigen, elektrisch leitfähigen Material (12), d) Entfernen des über die Nuten (5, 6) überstehenden elektrisch leitfähigen Materials (12) von der Oberfläche des Substrats (4), e) Trocknen und Verfestigen des in die Nuten (5, 6) gefüllten elektrisch leitfähigen Materials (12), um elektrische Leiter (7, 8; 171, 181) zu bilden, und f) Teilen des Substrats (4) an den gebildeten Perforationen (3), um die einzelnen Bauelemente (2; 102) zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung von Anschlussmitteln (9, 10; 191, 101, 111) an den Bauelementen (2; 102) Löcher an den entsprechenden Bereichen gebildet werden, in die Anschlüsse eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (5, 6) durch Einschneiden des Substrats (4) oder über Fotogravüre-Verfahrensschritte gebildet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisch leitfähiges Material (12) pastenförmiges Kupfer oder Kunstharz verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Trocknen und Verfestigen des elektrisch leitfähigen Materials (12) die Oberfläche des Substrats poliert und/oder abgeschliffen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine isolierende Oberflächenschicht (13) über dem Substrat (4) einschließlich der elektrischen Leiter (7, 8; 171, 181) angeformt wird.