JP2002289471A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波応答性に優れるとともに電気的接続の
信頼性に優れた固体電解コンデンサを提供することを目
的とする。 【解決手段】 弁金属シート体１の片面に誘電体被膜
４、固体電解質層５、集電体層６、第二の接続端子７を
設けたものを外装８で被ったものにおいて、この外装８
の少なくとも片面に弁金属シート体（下地電極層２、上
層電極層３）と第二の接続端子７にそれぞれの電極と電
気的に接続され他とは絶縁された導電体１２を表出さ
せ、この導電体１２上に接続バンプ１４を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種電子機器に利用
され、特に半導体を実装できる固体電解コンデンサに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来における固体電解コンデンサとして
は、アルミニウムやタンタルなどの多孔質化された弁金
属シート体の厚み方向の片面あるいは中間の芯部を電極
部とし、この弁金属シート体の多孔質部の表面に誘電体
酸化被膜を形成し、その表面に機能性高分子などの固体
電解質層を設け、その固体電解質層の表面に集電体層、
この集電体層上に金属による電極層を設けてコンデンサ
素子を構成し、このコンデンサ素子を積層し、各コンデ
ンサ素子の電極部または電極層をまとめて外部端子に接
続し、この外部端子を表出するように外装を形成して構
成されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の固体電解コ
ンデンサにおいては、大容量化と等価直列抵抗（以下Ｅ
ＳＲと称す）を下げることはできるが、一般的な固体電
解コンデンサと同様に、外部端子を介して回路基板上に
実装しなければならない。

【０００４】このように半導体部品と同じように回路基
板に表面実装される固体電解コンデンサでは、実際の回
路を構成した状態でのＥＳＲや等価直列インダクタンス
（以下ＥＳＬと称す）特性が端子長や配線長が存在する
ために大きくなり、高周波応答性に劣るといった課題を
有するものであった。

【０００５】本発明は以上のような従来の欠点を除去
し、半導体部品と直接接続でき高周波応答性に優れた大
容量の固体電解コンデンサを提供することを目的とする
ものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の請求項１に記載の発明は、表面および空孔表
面に誘電体被膜を形成した弁金属シート体の片面にはん
だ喰われの起こらない金属層からなる下地電極層と、こ
の下地電極層の上にはんだ濡れ性に優れた金属層からな
る上層電極層の二層で構成された第一の接続端子を設
け、この弁金属シート体の他面に固体電解質層と第二の
接続端子を設け、これらの外周面に外装を設け、この外
装の弁金属シート体の表面に上記二層の電極構造で構成
された第一の接続端子と第二の接続端子に至る穴を設
け、この穴内にそれぞれの電極と電気的に接続され他と
は絶縁された導電体を設け、この導電体の表出面に接続
バンプを設けた固体電解コンデンサであり、固体電解コ
ンデンサの表面にはんだなどの接続バンプを形成し、そ
の接続バンプ上に半導体を始めとして各種チップ部品を
実装可能とし、高周波応答性の著しい向上と接続信頼性
の向上を図ることができる。

【０００７】請求項２に記載の発明は、弁金属シート体
として片面をエッチング処理したアルミニウム箔を用い
た請求項１に記載の固体電解コンデンサであり、上記請
求項１の作用に加えて生産性に優れたものとすることが
できる。

【０００８】請求項３に記載の発明は、弁金属多孔体シ
ートとして弁金属粉末の焼結体を用いた請求項１に記載
の固体電解コンデンサであり、上記請求項１の作用に加
えて容量の大きなものとすることができる。

【０００９】請求項４に記載の発明は、弁金属シート体
のエッチングされない面に形成する下地電極層として、
ニッケル、白金、チタン、クロム、モリブデン、タング
ステン、ニッケル−クロム合金のうち少なくとも一種類
で構成することによって電気的接続の信頼性を高めるこ
とができる。

【００１０】請求項５に記載の発明は、弁金属シート体
のエッチングされない面に形成する上層電極層として、
金、銀、銅のうち少なくとも一種類で構成することによ
って接続バンプとの電気的接続の信頼性を高めることが
できる。

【００１１】請求項６に記載の発明は、誘電体被膜の形
成されな弁金属粉末の焼結体面の上に下地電極層と上層
電極層を有した弁金属シート体にて形成された固体電解
コンデンサであり、電気的接続の信頼性を高めることが
できる。

【００１２】請求項７に記載の発明は、固体電解質層と
して機能性高分子を用いた請求項１に記載の固体電解コ
ンデンサであり、インピーダンスの低いものとすること
ができる。

【００１３】請求項８に記載の発明は、固体電解質層と
して二酸化マンガンを用いた請求項１に記載の固体電解
コンデンサであり、確立された技術で確実に生産できる
ことになる。

【００１４】請求項９に記載の発明は、接続バンプを半
導体の接続バンプの数以上設けた請求項１に記載の固体
電解コンデンサであり、半導体を実装できるものとでき
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の請求項１〜９に係
る発明について図１〜図１７を用いて説明する。

【００１６】図１は本発明の固体電解コンデンサの一実
施の形態の斜視図、図２は同固体電解コンデンサの断面
図、図３は同要部の拡大断面図である。図１、図２、図
３において、１は片面をエッチング処理したアルミニウ
ム箔やタンタルなどの弁金属粉末の焼結体からなる弁金
属シート体、２はこの弁金属シート体１の片面に設けた
下地電極層（第一の接続端子）であり、この下地電極層
（第一の接続端子）２は、はんだ喰われの発生しないニ
ッケル、白金、チタン、クロム、モリブデン、タングス
テン、ニッケル−クロム合金などの金属で構成し、その
上にはんだ濡れ性に優れた金、銀、銅などの金属で上層
電極層（第一の接続端子）３を形成する。この下地電極
層２と上層電極層３の二層構造にて第一の接続端子を構
成する。弁金属粉末の焼結体の場合には誘電体被膜の形
成されない焼結体の片面に構成する。その形成はスパッ
タリング、蒸着、電気めっき、無電解めっきなどの方法
で構成してもよい。

【００１７】また、４は上記弁金属シート体１の下地電
極層２、上層電極層３を除いて陽極酸化することにより
表面および空孔表面に形成された誘電体被膜、５はこの
誘電体被膜４の上に形成された固体電解質層であり、こ
の固体電解質層５はポリピロールやポリチオフェンなど
の機能性高分子層を化学重合や電解重合によって形成し
たり、硝酸マンガン溶液を含浸させて熱分解することに
よって二酸化マンガン層を形成することで得ることがで
きる。そして固体電解質層５の上にはカーボン粉末、銀
ペーストなどを主成分とする集電体層６が形成される。

【００１８】さらに、７は集電体層６上に形成された第
二の接続端子であり、銅などの金属箔を貼付けたり、導
電ペーストを塗布したりして形成することができる。ま
た、８はこれら全体を被う外装でエポキシ樹脂などを用
いモールド成形によって形成される。

【００１９】９は上層電極層３側の外装８に設けたブラ
インドビア穴、１０は同じく上層電極層３側の外装８、
上層電極層３、下地電極層２、弁金属シート体１、誘電
体被膜４、固体電解質層５、集電体層６に設けたスルホ
ール穴であり、これらのブラインドビア穴９、スルホー
ル穴１０はレーザ加工、エッチング加工やパンチング加
工などにより形成される。

【００２０】上記スルホール穴１０の内壁には絶縁膜１
１が形成されている。そして、スルホール穴１０内には
めっきあるいは導電性樹脂などによって導電体１２が形
成されて、第二の接続端子７のみと電気的に接続されて
いる。

【００２１】ブラインドビア穴９にも導電体１２が形成
されている。この導電体１２は上記の方法で形成しても
良いが、この上に形成する接続バンプ１４がはんだバン
プのときには、はんだバンプと同時に形成することがで
きる。その結果として、はんだ濡れ性に優れた上層電極
層３からはんだバンプまでが金属結合された構造とな
り、より一層電気的接続の信頼性が高まるとともに、製
造工程の簡略化が図れる。

【００２２】このブラインドビア穴９内とスルホール穴
１０内に形成された導電体１２の表出面上にははんだ、
金、錫や銀などからなる接続バンプ１４が形成されてお
り、この接続バンプ１４の数や形成されるピッチは後で
実装する半導体の接続バンプと一致するか、それ以上の
数となっている。半導体の接続バンプ以上の数とするの
は、半導体を実装した後、残りの接続バンプ１４間にチ
ップ抵抗器やチップセラミックコンデンサ、さらにはチ
ップインダクタンスなどのチップ部品を実装することも
可能としたものである。また、外装８の側面および底面
には第一の接続端子（下地電極層と上層電極層で構成）
に接続された引出し電極１３と第二の接続端子７とそれ
ぞれ接続された外部端子１５，１６が形成されている。

【００２３】このように、固体電解コンデンサの片面に
直接半導体などを実装することができることにより、引
きまわしの導電パターンが不要となって高周波応答性が
著しく向上することになる。

【００２４】なお、弁金属シート体１として片面をエッ
チング処理したアルミニウム箔を用いるのは既に確立さ
れているアルミ電解コンデンサのアルミニウム箔を利用
することができ、アルミニウム箔の片面をマスキングし
てエッチング処理をすれば簡単に所望とするエッチング
ピットを有した弁金属シート体１を得ることができ、生
産性を高めることができることになる。

【００２５】また、弁金属シート体１としてタンタルな
どの弁金属粉末の焼結体を用いるのは、得られる静電容
量が大きくなるからである。

【００２６】また、固体電解質層５としてポリピロール
やポリチオフェンなどの機能性高分子を用いることによ
りインピーダンスの低い固体電解コンデンサとすること
ができてより高周波応答性に優れたものとすることがで
きる。しかし、完全に確立された技術としては二酸化マ
ンガンを形成する方法があり、緻密なしかも厚みのコン
トロールも自由に行える方法とすることにより、生産
性、信頼性の向上を図ることが可能となる。

【００２７】また、外部端子１５，１６は必ずしも必要
ではなく、接続バンプ１４を利用して外部端子１５，１
６の代りとして利用することもできるし、接続バンプ１
４に実装する半導体やチップ部品を外部端子として代用
することも可能である。

【００２８】そして、多数の接続バンプを必要としない
場合においてはブラインドビア穴９、スルホール穴１０
を形成しないで弁金属シート体１の誘電体被膜４が形成
されていない面を上面電極として、第二の接続端子７を
下面電極として利用することによっても低インピーダン
スのコンデンサとして機能する。このとき、上面電極は
はんだ濡れ性に優れた金属材料で構成しているので、半
導体部品、あるいは、その他の受動部品の端子とはんだ
にて容易に接続することができる。

【００２９】次に本発明の固体電解コンデンサの製造方
法の一例を図４〜図１６を用いて説明する。まず、図４
に示すように片面がエッチング処理されたアルミニウム
箔を弁金属シート体１として準備する。このアルミニウ
ム箔は片面をマスキングしてエッチング処理することに
よって容易に得ることができる。

【００３０】次に図５に示すようにアルミニウム箔から
なる弁金属シート体１のエッチングされていない片面に
ニッケル、白金、チタン、クロム、モリブデン、タング
ステン、ニッケル−クロム合金のうちから少なくとも一
種類からなる、はんだ喰われの発生しない下地電極層２
を形成する。この下地電極層２はスパッタリング、蒸着
あるいはめっきプロセスなどによって形成することがで
きる。次に図６に示すように下地電極層２の上には金、
銀、銅のうちから少なくとも一種類からなるはんだ濡れ
性に優れた上層電極層３を形成する。

【００３１】次に図７に示すように両面に耐薬品性のフ
ォトレジストやマスキングテープなどのレジスト層１９
を形成し、レジスト層１９を硬化させた後図８に示すよ
うに必要な部分に必要な数だけ貫通したスルホール穴１
０をパンチングにより形成し、このスルホール穴１０の
内壁に図９に示すように樹脂の電着により絶縁膜１１を
形成する。

【００３２】続いて図１０に示すように上層電極層３側
とは反対側のレジスト層１９を剥離または溶解除去して
弁金属シート体１の他面を表出させ、これを化成液中で
陽極酸化させて図１１に示すように表面および空孔表面
に誘電体被膜４を形成し、この誘電体被膜４を形成した
ものをポリピロールを含む溶液に浸漬し、続いて酸化剤
溶液に浸漬して化学酸化重合により薄く誘電体被膜４上
にポリピロール層を形成し、このポリピロール層を形成
したものをポリピロールを含む溶液に浸漬してポリピロ
ール層を＋側、溶液中の電極を−側として電解重合する
ことにより上記ポリピロール層上に十分な厚さのポリピ
ロール層を形成して固体電解質層５を形成する。

【００３３】その後、この固体電解質層５上にカーボン
層及び銀ペースト層などの集電体層６を形成した後、図
１２に示すように銅からなる第二の接続端子７を片面に
形成した樹脂シート１８を第二の接続端子７が集電体層
６に電気的に導通するように張付け、続いて図１３に示
すように上層電極層３側にブラインドビア穴９を所定の
位置に形成するとともに上層電極層３および下地電極層
２の側面に通ずる開口部２０を形成したエポキシ樹脂な
どからなる外装８を側面も含めて形成する。

【００３４】そして、図１４に示すようにブラインドビ
ア穴９およびスルホール穴１０の内面にはんだ、金、銅
などのメッキによる導電体１２を形成し、開口部２０の
内面に引出し電極１３を形成する。ブラインドビア穴９
内の導電体１２は弁金属シート体（上層電極層３）側
と、スルホール穴１０内の導電体１２は第二の接続端子
７と電気的に接続されるように形成する。

【００３５】最後に図１５に示すように導電体１２の表
出する部分にはんだ、金または銀による接続バンプ１４
を形成すると同時に、側面および底面に第一の接続端子
（上層電極層３、下地電極層２から構成）側と第二の接
続端子７とそれぞれに接続された外部端子１５，１６を
形成して図１６に示す固体電解コンデンサの完成品とす
る。

【００３６】また、他の例として弁金属粉末の焼結体を
弁金属シート体１として用いる場合は、図１７に示すよ
うにタンタル箔２１の片面にタンタル焼結体２２を結合
して弁金属シート体１を構成する。

【００３７】他の工程は上記片面をエッチング処理した
アルミニウム箔を用いた場合と同じ工程をとって固体電
解コンデンサを製造する。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明の固体電解コンデン
サは構成されるため、接続バンプの形成した面に半導体
を直接接続することができることにより、高周波応答性
に極めて優れたものとすることができるとともに、下地
電極層、上層電極層の二層構造で構成される第一の接続
端子から接続バンプまで電気的接続の信頼性と量産性に
優れた半導体実装技術を提供することができる。その結
果、高速デジタル回路を構成するうえで有効なものとす
ることができる。またさらに、多数の接続バンプを必要
としないときには上記構造で構成された第一の接続端子
と第二の接続端子とで低インピーダンスのコンデンサを
構成することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における固体電解コンデ
ンサの斜視図

【図２】同断面図

【図３】同要部の拡大断面図

【図４】同固体電解コンデンサに用いる弁金属シート体
の断面図

【図５】同弁金属シート体に下地電極層（第一の接続端
子）を形成した状態の断面図

【図６】同弁金属シート体に上層電極層（第一の接続端
子）を形成した状態の断面図

【図７】同弁金属シート体の両面にレジストを形成した
状態の断面図

【図８】同スルホール穴を形成した状態の断面図

【図９】同スルホール穴に絶縁膜を形成した状態の断面
図

【図１０】同片面のレジストを除去した状態の断面図

【図１１】同誘電体被膜、固体電解質層を形成した状態
の断面図

【図１２】同第二の接続端子を形成した状態の断面図

【図１３】同外装を形成した状態の断面図

【図１４】同ブラインドビア穴、スルホール穴、開口部
内に導電体を形成した状態の断面図

【図１５】同導電体上に接続バンプを形成した状態の断
面図

【図１６】同外部端子を形成した状態の断面図

【図１７】他の弁金属シート体を示す断面図

【符号の説明】

１ 弁金属シート体 ２ 下地電極層（第一の接続端子） ３ 上層電極層（第一の接続端子） ４ 誘電体被膜 ５ 固体電解質層 ６ 集電体層 ７ 第二の接続端子 ８ 外装 ９ ブラインドビア穴 １０ スルホール穴 １１ 絶縁膜 １２ 導電体 １３ 引出し電極 １４ 接続バンプ １５，１６ 外部端子 １８ 樹脂シート １９ レジスト層 ２０ 開口部 ２１ タンタル箔 ２２ タンタル焼結体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 達雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 ▲高▼瀬 喜久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 是近 哲広 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面および空孔表面に誘電体被膜を形成
   した弁金属シート体の片面にはんだ喰われの起こらない
   金属層からなる下地電極層と、この下地電極層の上には
   んだ濡れ性に優れた金属層からなる上層電極層の二層で
   構成された第一の接続端子を設け、この弁金属シート体
   の他面に固体電解質層と第二の接続端子を設け、これら
   の外周面に外装を設け、この外装の弁金属シート体の表
   面に上記二層の電極構造で構成された第一の接続端子と
   第二の接続端子に至る穴を設け、この穴内にそれぞれの
   電極と電気的に接続され他とは絶縁された導電体を設
   け、この導電体の表出面に接続バンプを設けた固体電解
   コンデンサ。
2. 【請求項２】 弁金属シート体として片面をエッチング
   処理したアルミニウム箔を用いた請求項１に記載の固体
   電解コンデンサ。
3. 【請求項３】 弁金属シート体として弁金属粉末の焼結
   体を用いた請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
4. 【請求項４】 弁金属シート体のエッチングされない面
   に形成する下地電極層として、ニッケル、白金、チタ
   ン、クロム、モリブデン、タングステン、ニッケル−ク
   ロム合金のうち少なくとも一種類を用いた請求項１に記
   載の固体電解コンデンサ。
5. 【請求項５】 弁金属シート体のエッチングされない面
   に形成する上層電極層として、金、銀、銅のうち少なく
   とも一種類を用いた請求項１に記載の固体電解コンデン
   サ。
6. 【請求項６】 誘電体被膜の形成されない弁金属粉末の
   焼結体面の上に下地電極層と上層電極層を有した弁金属
   シート体にて形成した請求項１に記載の固体電解コンデ
   ンサ。
7. 【請求項７】 固体電解質層として機能性高分子を用い
   た請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
8. 【請求項８】 固体電解質層として二酸化マンガンを用
   いた請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
9. 【請求項９】 接続バンプを半導体の接続バンプの数以
   上設けた請求項１に記載の固体電解コンデンサ。