JP2005236090A - 固体電解コンデンサ及び伝送線路素子とそれらの製造方法とそれらを用いた複合電子部品 - Google Patents

固体電解コンデンサ及び伝送線路素子とそれらの製造方法とそれらを用いた複合電子部品 Download PDF

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Abstract

【課題】 薄型の固体電解コンデンサおよび伝送線路素子を提供する。また、半導体チップと組み合わせてデカップリング機能を内蔵した複合電子部品を提供する。
【解決手段】 板状または箔状の弁作用金属を母材とし、表面にはその母材金属の酸化物からなる誘電体層が形成された陽極体1と、前記陽極体の所定の部分を残して覆う陰極導体層3を有する固体電解コンデンサ101または伝送線路素子であって、板状または箔状の二つの主面から絶縁性樹脂5,5で挟み込んだ後、絶縁性樹脂5,5に陽極体1および陰極導体層3に達する孔6を形成し、孔と絶縁性樹脂の所定の表面に外部との電気的接続のための陽極端子7及び陰極端子8を形成した構造を有する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、薄型の固体電解コンデンサおよび伝送線路素子およびそれらと半導体チップを組み合わせた複合電子部品およびその製造方法に関する。
近年、電子機器の小型・薄型化、高機能化が進展しており、特に携帯機器の小型・薄型化、高機能化は著しい。これに伴いこれらに搭載する電子部品においても小型・薄型化、高機能化の必要性は増してきている。
こうした状況において、半導体部品のみならず受動部品、特に電源回路のデカップリング用途などに使用される固体電解コンデンサや伝送線路素子においても小型・薄型化への要求はますます強まっている。
また、これらの受動部品を半導体部品と組み合わせてさらに小型化を図る検討もなされている。特に固体電解コンデンサや伝送線路素子はセラミックコンデンサなどに比較して大容量であるのでこれらと半導体チップを組み合わせれば優れたデカップリング効果が期待できる。
従来、表面実装して使用する固体電解コンデンサなどではモールド樹脂で外装することが一般的に行なわれている。図11に従来のモールド外装型固体電解コンデンサの一例の断面図を示す。
図11を参照すると、モールド外装型固体電解コンデンサ110は、アルミニウム、ニオブ、タンタルまたはそれらの合金などからなる板状または箔状の弁作用金属を母材とし、その表面を拡面化してその母材金属の酸化物からなる誘電体層を形成した陽極体1の表面をレジスト層2で二つの領域に分離し、陽極体1の大部分を覆う陰極導体層3と、陽極体1の陰極導体層3に覆われていない部分に固着された陽極端子61と、陰極導体層3に固着された陰極端子62と、モールド外装樹脂63とから構成されている。
また、モールド外装型よりもさらに薄型化をするために、特許文献1のような構造も提案されている。図12は特許文献1に示された従来の薄型固体電解コンデンサの断面図を示す。図12を参照すると、薄型固体電解コンデンサ111では、陽極体1に陽極端子71を固着し、陰極導体層3に陰極端子72を固着し、金属板73ではさんだ構造とすることにより、モールド外装樹脂をなくした分だけ全体の厚みを減らしている。尚,符合74は絶縁部である。
従来の固体電解コンデンサなどの問題は、図12の例においても薄さが十分でないことにある。図12に示された固体電解コンデンサでは陽極端子71や陰極端子72や金属板73には金属板が使用されており、これらが全体の厚みを厚くする要因となっている。
半導体部品と組み合わせて複合電子部品とするためには、例えば、厚さが0.3mm以下など半導体チップ並みの厚みが要求されている。
特開2003−249418号公報
そこで、本発明の一技術的課題は、薄型化された固体電解コンデンサおよび伝送線路素子を提供することにある。
また、本発明のもう一つの技術的課題は、半導体チップと一つの複合電子部品とすることができ、半導体の高速動作が可能となるとともに外付けの受動部品が不要となることで電子機器の小型化にも貢献できる複合電子部品を提供することにある。
本発明によれば、表面を拡面化したアルミニウム、ニオブ、タンタルまたはそれらの合金等からなる板状または箔状の弁作用金属からなる母材及び前記母材の表面に形成された前記母材の金属の酸化物からなる誘電体層を備えた陽極体と、前記陽極体から少なくとも1つの領域を分離するためのレジスト層と、前記少なくとも一つの領域に形成された陰極導体層とを有する固体電解コンデンサであって、前記固体コンデンサは板状または箔状を備え、さらに、前記固体コンデンサを当該固体コンデンサの二つの主面から挟み込む絶縁性樹脂と、前記絶縁性樹脂に前記陽極体および前記陰極導体層に達するように夫々設けられた孔と、前記孔と前記絶縁性樹脂の表面の少なくとも一部に、外部との電気的接続のために設けられためっき層からなる電極端子とを有する構造を備えていることを特徴とする固体電解コンデンサが得られる。
また、本発明によれば、表面を拡面化したアルミニウム、ニオブ、タンタルまたはそれらの合金等からなる板状または箔状の弁作用金属からなる母材及び前記母材の表面に形成された前記母材の金属の酸化物からなる誘電体層を備えた陽極体と、前記陽極体から少なくとも1つの領域を分離するためのレジスト層と、前記少なくとも一つの領域に形成された陰極導体層とを有する伝送線路素子であって、板状または箔状の二つの主面から絶縁性樹脂で挟み込み、前記絶縁性樹脂に前記陽極体および前記陰極導体層に達する孔を形成し、前記の孔と前記絶縁性樹脂の表面の所定部分にめっき層による外部との電気的接続のための電極端子を有した構造であることを特徴とする伝送線路素子が得られる。
また、本発明において、前記絶縁性樹脂はプリプレグまたは接着剤と絶縁性樹脂板であってもよい。
また、本発明において、前記陰極導体層の前記電極端子と電気的に接続される部分がめっき層または金属箔であってもよい。
また、本発明において、前記陽極体の前記電極端子と電気的に接続される部分がめっき層または金属箔であってもよい。
さらに、本発明において、前記固体電解コンデンサまたは伝送線路素子は前記絶縁性樹脂表面に形成された電極端子を複数個有していてもよい。
本発明の複合電子部品は半導体チップの厚み方向の上側または下側に前記固体電解コンデンサまたは伝送線路素子を配置し、前記固体電解コンデンサまたは伝送線路素子の電極端子と半導体チップの電極を電気的に接続した構造を特徴とする。
また、半導体チップの実装されたインタ−ポーザ基板上において前記半導体チップの実装面と同一の面上または裏側の面上に、前記固体電解コンデンサまたは伝送線路素子を実装していることを特徴とする。
また、本発明によれば、板状または箔状の弁作用金属を拡面化し、表面に母材弁作用金属の酸化物の層を形成して陽極体を得る工程と、前記陽極体の表面の領域を分割するレジスト層を形成する工程と、前記陽極体の所定の部分を残して覆う陰極導体層を形成する工程と、絶縁性樹脂で挟み込む工程と、絶縁性樹脂に孔を形成する工程と、めっきにより前記の孔と絶縁性樹脂の所定表面に外部との電気的接続のための電極端子を形成する工程と、所定の位置で切断することにより個々の部品とする工程とを有することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法が得られる。
さらに、本発明によれば、板状または箔状の弁作用金属を拡面化し、表面に母材弁作用金属の酸化物の層を形成して陽極体を得る工程と、前記陽極体の表面の領域を分割するレジスト層を形成する工程と、前記陽極体の所定の部分を残して覆う陰極導体層を形成する工程と、絶縁性樹脂で挟み込む工程と、絶縁性樹脂に孔を形成する工程と、めっきにより前記の孔と絶縁性樹脂の所定表面に外部との電気的接続のための電極端子を形成する工程と、所定の位置で切断することにより個々の部品とする工程とを有することを特徴とする伝送線路素子の製造方法が得られる。
本発明による固体電解コンデンサおよび伝送線路素子は薄型化が可能である。また、本発明によれば、半導体チップと一つの複合電子部品とすることができ、半導体の高速動作が可能となるとともに外付けの受動部品が不要となることで電子機器の小型化にも貢献できる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態に係わる固体電解コンデンサの断面図である。図1を参照すると、固体電解コンデンサ101は、アルミニウム、ニオブ、タンタルまたはそれらの合金などからなる板状または箔状の弁作用金属を母材とし、その表面を拡面化してその母材金属の酸化物からなる誘電体層を形成した陽極体1を備えている。陽極体1の表面をレジスト層2で二つの領域に分離し、一方の領域に固体電解質などからなる陰極導体層3を形成し、他方の領域に金属めっき4を施して固体電解コンデンサの基本構造とする。この固体電解コンデンサを二つの主面から絶縁樹脂5で挟み込み、さらに絶縁樹脂5に陽極体1又は陽極体1表面の金属めっき4および陰極導体層3に達する孔6,6を夫々形成し、孔6,6と絶縁樹脂5の表面の一部にめっき層を形成し、これらをそれぞれ陽極端子7及び陰極端子8とした構造である。尚、金属めっき4は省略することもできるが、後加工での陽極体1へのダメージを少なくするように施すことが好ましい。
図2は本発明の第2の実施の形態に係わる伝送線路素子の断面図である。図2を参照すると、伝送線路素子102においては陽極体1を備えている。この陽極体1の表面をレジスト層2で三つの領域に分離し、中央の領域に固体電解質などからなる陰極導体層3を形成し、両端の領域に金属めっき4を形成し、陽極端子7を両端に2箇所、陰極端子8を中央に一箇所夫々設置した(但し、2箇所以上設置しても良い)以外は図1の固体電解コンデンサ101と同構造である。
次に、本発明の第1の実施の形態による固体電解コンデンサ101及び第2の実施の形態による伝送線路素子102の製造方法について説明する。前述したように、固体電解コンデンサ101と伝送線路素子102とは、陽極端子7が一端のみに形成され、他端が陰極端子8である端子が1:1の構成か、陰極端子8を中心に両側に形成されている端子が2:1かの構成の相違、即ち、陽極端子7の個数の相違だけであるので、固体電解コンデンサについてのみ説明する。なお、伝送線路素子の場合には、両端に夫々陽極端子を設ければ良い。
図3は本発明の固体電解コンデンサの製造方法を示した製造工程フロー図である。図3を参照すると、はじめに表面を拡面化したアルミニウム、ニオブ、タンタルまたはそれらの合金などの弁作用金属からなる板状または箔状の陽極体1(図1参照)を用意する(ステップS1)。ここで、表面の拡面化の方法としてはエッチング処理や弁作用金属板と弁作用金属粉末を焼結し一体化する方法などがある。
次に、化成処理により陽極体1の表面にその母材金属の酸化物からなる誘電体層を形成する(ステップS2)。尚、図1及び図2については、誘電体層は省略されている。
次に、陽極体1の表面の所定の領域にレジスト層2を塗布、形成(ステップS3)し、所定の陰極となる領域には固体電解質などからなる陰極導体層3を形成する(ステップS4)。固体電解質としては、二酸化マンガンやポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンまたはそれらの複合体などの導電性高分子を既知の方法で形成する。さらに固体電解質の表面にグラファイト層、銀ペースト層などを形成してもよい。
ここで、陰極導体層3の最外層は金属めっきまたは金属箔を導電性接着剤で接着した構造が後工程のレーザー加工によるダメージを小さくする意味で望ましい。
また、陽極体1においても同様の理由で最外層は金属めっき4または金属箔を溶接した構造が望ましい。
次に、二つの主面から絶縁樹脂5で挟み込む(ステップS5)。絶縁樹脂5はプリプレグのような半硬化のエポキシ樹脂シートを使用して熱プレスで硬化させる。あるいは接着剤を塗布して絶縁性樹脂板を接着させる。
次に、絶縁樹脂5に陽極体1および陰極導体層3に達する孔6をレーザー加工などにより形成し(ステップS6)、孔6と絶縁樹脂5の所定部分にめっきを施し(ステップS7)、陽極端子7,7、陰極端子6を形成する。
最後に所定の位置で切断し個々の部品とする。
次に、本発明の第3の実施の形態による固体電解コンデンサおよび第4の実施の形態による伝送線路素子の電極の構成について述べる。
図4は本発明の第3の実施の形態による固体電解コンデンサの一例の電極面を示す平面図である。また、図5は本発明の第4の実施の形態による伝送線路素子の一例の電極面を示す平面図である。図5及び図6は基本的な電極の構成である。図6は本発明の第5の実施の形態による固定電解コンデンサもしくは伝送線路素子の一例の電極面を示す平面図である。
図4の固体電解コンデンサに示すように、両側に孔6内の導体と一体に形成された陽極端子7及び陰極端子8が夫々配置配置されている。
図5の伝送線路素子に示すように、中央に孔6内の導体と一体に形成された陰極端子8、両側に夫々孔6内の導体と一体に形成された陽極端子が配置されている。
図4及び図5に示すもの以外に、図6に示すように、陽極端子7と陰極端子8を複数個形成しても良い。即ち、具体的には、孔6と一体に形成された陽極端子8を3列の両側の列には、中央に、中央の列には、両端に夫々配置し、孔6と一体に形成された陰極端子7を3列の両側の列には、夫々両端に、中央の列には、中央に配置している。図6の例においては、陰極端子8と、陽極端子7の接続の仕方によって、固体電解コンデンサにも、伝送線路素子にもなりうる。
本発明の第3乃至第5の実施の形態によれば陽極端子7および陰極端子8は、めっきにより形成するので比較的任意の位置に形成することができる。このように陽極端子7、陰極端子8を複数形成することで陽陰極端子7,8間の距離が縮まりループインダクタンスが小さくなって、高速の応答が可能になる。
また、陽極端子7及び陰極端子8は必要に応じてはんだボールを付加してBGAの構造としても良い。
本発明の固体電解コンデンサおよび伝送線路素子は単体においても薄型の表面実装部品として有用であるが、本発明による固体電解コンデンサおよび伝送線路素子の薄型で大容量の特長を生かして半導体チップと組み合わせて複合電子部品とした例について述べる。
図7は本発明の第6の実施の形態による複合電子部品の断面図である。図8は本発明の第7の実施の形態による複合電子部品の断面図である。
図7を参照すると、複合電子部品103は、本発明による固体電解コンデンサ101を半導体チップ11の厚み方向の上に配置し、一方、半導体チップ11の下面には、半田ボール12を配置した構成を備えている。
なお、固体コンデンサ101の代わりに、伝送線路素子102を配置しても良いことは勿論である。
図8を参照すると、複合電子部品104は、図1に示すものと同様な本発明による固体電解コンデンサ101を半導体チップ11の厚み方向の下に配置し、一方、半導体チップ11の上面には、ボンディングワイヤ13を配置した構成を備えている。
なお、固体コンデンサ101の代わりに、図2に示すような伝送線路素子102を配置しても良いことは勿論である。
図9は本発明の第8の実施の形態による複合電子部品の断面図である。図9を参照すると、複合電子部品105は、固体電解コンデンサ101と半導体チップ11をインターポーザ基板14の同一面に配置した構成を備えている。インターポーザ基板14の下面には、半田ボール12が配置されている。なお、固体電解コンデンサ101の代わりに伝送線路素子102を用いても良い。
図10は本発明の第9の実施の形態による複合電子部品の断面図である。図10を参照すると、複合電子部品106は、本発明による固体電解コンデンサ101をインターポーザ基板14の実装面側、即ち、半導体チップ11とは反対側の面に配置した構成である。また、固体電解コンデンサ101側の基板面には、半田ボール12が配置されている。なお、固体電解コンデンサ101の代わりに伝送線路素子102を用いても良いことは勿論である。
このように薄型で大容量の固体電解コンデンサまたは伝送線路素子を半導体チップの近傍に配置することによりデカップリング効果が高まり、半導体チップの高速動作が可能となる。さらに外付けの受動部品等が不要となることで電子機器の小型化にも貢献できる。
また、本発明の実施の形態による固体電解コンデンサおよび伝送線路素子は薄型化が可能である。
以上説明の通り、本発明の固体電解コンデンサ及び伝送線路素子は、パーソナルコンピュータ、携帯端末等の電子機器に用いることができる。
本発明の第1の実施の形態に係わる固体電解コンデンサの断面図である。 本発明の第2の実施の形態に係わる伝送線路素子の断面図である。 本発明の固体電解コンデンサの製造方法を示した製造工程フロー図である。 本発明の第3の実施の形態による固体電解コンデンサの一例の電極面を示す平面図である。 本発明の第4の実施の形態による伝送線路素子の一例の電極面を示す平面図である。 本発明の第5の実施の形態による固定電解コンデンサもしくは伝送線路素子の一例の電極面を示す平面図である。 本発明の第6の実施の形態による複合電子部品の断面図である。 本発明の第7の実施の形態による複合電子部品の断面図である。 本発明の第8の実施の形態による複合電子部品の断面図である。 本発明の第9の実施の形態による複合電子部品の断面図である。 従来のモールド外装型固体電解コンデンサの一例の断面図である。 特許文献1に示された従来の薄型固体電解コンデンサの断面図である。
符号の説明
1 陽極体
2 レジスト層
3 陰極導体層
4 金属めっき
5 絶縁樹脂
6 孔
7 陽極端子
8 陰極端子
11 半導体チップ
12 半田ボール
13 ボンディングワイヤ
14 インターポーザ基板
61 陽極端子
62 陰極端子
63 モールド外装樹脂
71 陽極端子
72 陰極端子
73 金属板
74 絶縁部
101,110 固体電解コンデンサ
102 伝送線路素子
103,104,105,106 複合電子部品
111 薄型固体電解コンデンサ

Claims (16)

  1. 表面を拡面化したアルミニウム、ニオブ、タンタルまたはそれらの合金等からなる板状または箔状の弁作用金属からなる母材及び前記母材の表面に形成された前記母材の金属の酸化物からなる誘電体層を備えた陽極体と、前記陽極体から少なくとも1つの領域を分離するためのレジスト層と、前記少なくとも一つの領域に形成された陰極導体層とを有する固体電解コンデンサであって、
    前記固体コンデンサは板状または箔状を備え、さらに、前記固体コンデンサを当該固体コンデンサの二つの主面から挟み込む絶縁性樹脂と、前記絶縁性樹脂に前記陽極体および前記陰極導体層に達するように夫々設けられた孔と、前記孔と前記絶縁性樹脂の表面の少なくとも一部に、外部との電気的接続のために設けられためっき層からなる電極端子とを有する構造を備えていることを特徴とする固体電解コンデンサ。
  2. 請求項1記載の固体電解コンデンサにおいて、前記絶縁性樹脂は、プリプレグまたは接着剤と絶縁性樹脂板であることを特徴とする固体電解コンデンサ。
  3. 請求項1または2記載の固体電解コンデンサにおいて、前記陰極導体層の前記電極端子と電気的に接続される部分がめっき層または金属箔であることを特徴とする固体電解コンデンサ。
  4. 請求項1から3の内のいずれか一つに記載の固体電解コンデンサにおいて、前記陽極体の前記電極端子と電気的に接続される部分がめっき層または金属箔であることを特徴とする固体電解コンデンサ。
  5. 請求項1から4までのいずれか一つに記載の固体電解コンデンサにおいて、前記固体電解コンデンサは前記絶縁性樹脂表面に形成された電極端子を複数個有することを特徴とする固体電解コンデンサ。
  6. 半導体チップの厚み方向の上側または下側に、請求項1から5までのいずれか一つに記載の固体電解コンデンサを配置し、前記固体電解コンデンサの電極端子と半導体チップの電極を電気的に接続した構造を備えていること特徴とする複合電子部品。
  7. 半導体チップの実装されたインタ−ポーザ基板上において前記半導体チップの実装面と同一の面上または裏側の面上に、請求項1から5の内のいずれか一つに記載の固体電解コンデンサを実装していることを特徴とする複合電子部品。
  8. 表面を拡面化したアルミニウム、ニオブ、タンタルまたはそれらの合金等からなる板状または箔状の弁作用金属からなる母材及び前記母材の表面に形成された前記母材の金属の酸化物からなる誘電体層を備えた陽極体と、前記陽極体から少なくとも1つの領域を分離するためのレジスト層と、前記少なくとも一つの領域に形成された陰極導体層とを有する伝送線路素子であって、板状または箔状の二つの主面から絶縁性樹脂で挟み込み、前記絶縁性樹脂に前記陽極体および前記陰極導体層に達する孔を形成し、前記の孔と前記絶縁性樹脂の表面の所定部分にめっき層による外部との電気的接続のための電極端子を有した構造であることを特徴とする伝送線路素子。
  9. 請求項8記載の伝送線路素子において、前記絶縁性樹脂はプリプレグまたは接着剤と絶縁性樹脂板であることを特徴とする伝送線路素子。
  10. 請求項8又は9記載の伝送線路素子において、前記陰極導体層の前記電極端子と電気的に接続される部分がめっき層または金属箔であることを特徴とする伝送線路素子。
  11. 請求項8から10の内のいずれか一つに記載の伝送線路素子において、前記陽極体の前記電極端子と電気的に接続される部分がめっき層または金属箔であることを特徴とする伝送線路素子。
  12. 請求項8から11の内のいずれか一つに記載の伝送線路素子において、前記伝送線路素子は、前記絶縁性樹脂表面に形成された電極端子を複数個有することを特徴とする伝送線路素子。
  13. 半導体チップの厚み方向の上側または下側に請求項8から12の内のいずれか一つに記載の伝送線路素子を配置し、請求項8から12の内のいずれか一つの伝送線路素子の電極端子と半導体チップの電極を電気的に接続した構造を備えたことを特徴とする複合電子部品。
  14. 半導体チップの実装されたインタ−ポーザ基板上において前記半導体チップの実装面と同一の面上または裏側の面上に、請求項8から12の内のいずれか一つに記載の伝送線路素子を実装していることを特徴とする複合電子部品。
  15. 板状または箔状の弁作用金属を拡面化し、表面に母材弁作用金属の酸化物の層を形成して陽極体を得る工程と、前記陽極体の表面の領域を分割するレジスト層を形成する工程と、前記陽極体の所定の部分を残して覆う陰極導体層を形成する工程と、絶縁性樹脂で挟み込む工程と、絶縁性樹脂に孔を形成する工程と、めっきにより前記の孔と絶縁性樹脂の所定表面に外部との電気的接続のための電極端子を形成する工程と、所定の位置で切断することにより個々の部品とする工程とを有することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
  16. 板状または箔状の弁作用金属を拡面化し、表面に母材弁作用金属の酸化物の層を形成して陽極体を得る工程と、前記陽極体の表面の領域を分割するレジスト層を形成する工程と、前記陽極体の所定の部分を残して覆う陰極導体層を形成する工程と、絶縁性樹脂で挟み込む工程と、絶縁性樹脂に孔を形成する工程と、めっきにより前記の孔と絶縁性樹脂の所定表面に外部との電気的接続のための電極端子を形成する工程と、所定の位置で切断することにより個々の部品とする工程とを有することを特徴とする伝送線路素子の製造方法。

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