JP2005294291A - 固体電解コンデンサ、その製造方法、および複合電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄型の固体電解コンデンサを提供する。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】 陰極導体層３が形成された陽極体１の２つの主面に形成された絶縁性樹脂４と、陽極体１に達するように絶縁性樹脂４の片面または両面に形成された第１の孔部５１に導体めっき処理を施して成る陽極端子５１ａと、陰極導体層３に達するように絶縁性樹脂４の片面または両面に形成された第２の孔部５３に導体めっき処理を施して成る陰極端子５３ａとを有している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、固体電解コンデンサ、その製造方法、ならびに半導体チップに固体電解コンデンサを組み合わせた複合電子部品に関する。

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１は、従来のモールド外装型の固体電解コンデンサの一例の断面図を示す。この固体電解コンデンサは、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て成る陽極体１と、陽極体１の表面を第１および第２の領域に分離するレジスト層２と、陽極体１の大部分である第１の領域を覆う陰極導体層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に示すような構造を呈する固体電解コンデンサをも提案されている。

図２は、特許文献１に開示された構造に類似した構造の断面図を示す。この固体電解コンデンサにおいては、陽極体１の一方の主面に陽極端子７１を固着し、陰極導体層３の一方の主面に陰極端子７２を固着し、陰極導体層３の他方の主面に金属板７３を形成した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さを減らしている。尚、符号７４は、絶縁部を示す。

また、基板実装密度の向上に伴い、半導体チップを重ねる階層構造ＩＣも実用化されつつある。

特開２００３−２４９４１８号公報

図２に示した固体電解コンデンサは、図１に示したものよりも薄型化が可能であるけれども、他の電子部品と組み合わせて複合電子部品を構成する用途からすれば、より一層の薄型化が望まれるところである。

例えば、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、半導体チップ並みの厚さである０．３ｍｍ以下の厚さが要求される。しかし、図２に示した固体電解コンデンサは、金属板である陽極端子７１、陰極端子７２、および金属板７３を有しているため、そのような厚さとすることは困難である。

それ故、本発明の技術的課題は、より一層の薄型化がなされた固体電解コンデンサ、その製造方法、ならびに半導体チップに固体電解コンデンサを組み合わせた複合電子部品を提供することである。

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、その表面に当該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と、前記陽極体を第１および第２の領域に分離する絶縁体層と、前記陽極体の前記第１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において、前記陰極導体層が形成された前記陽極体の２つの主面に形成された絶縁性樹脂と、前記陽極体に達するように前記絶縁性樹脂の片面または両面に形成された第１の孔部に導体めっき処理を施して成る陽極端子と、前記陰極導体層に達するように前記絶縁性樹脂の片面または両面に形成された第２の孔部に導体めっき処理を施して成る陰極端子とを有することを特徴とする固体電解コンデンサが得られる。

本発明によればまた、前記絶縁性樹脂は、エポキシ、プリプレグ、ならびに接着剤と絶縁性樹脂板との組み合わせのうちのいずれかである前記固体電解コンデンサが得られる。

本発明によればさらに、前記陽極端子の末端にそれぞれ形成された、はんだボール、めっき層、および金属箔のうちの少なくとも１つから成る拡張接続部をさらに有する前記固体電解コンデンサが得られる。

本発明によればさらにまた、前記陰極端子の末端にそれぞれ形成された、はんだボール、めっき層、および金属箔のうちの少なくとも１つから成る拡張接続部をさらに有する前記固体電解コンデンサが得られる。

また、本発明によれば、前記陽極端子および陰極端子を、複数個有することを特徴とする前記固体電解コンデンサが得られる。

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、前記陽極体を第１および第２の領域に分離するレジスト層を形成する工程と、前記陽極体の前記第１の領域に陰極導体層を形成する工程と、前記陰極導体層が形成された前記陽極体の２つの主面に絶縁性樹脂を形成する工程と、前記陽極体および前記陰極導体層にそれぞれ達するように前記絶縁性樹脂の片面または両面に第１および第２の孔部を形成する工程と、前記第１および前記第２の孔部に導体めっき処理を施すことによって陽極端子および陰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。

さらにまた、本発明によれば、半導体チップの上側または下側に、前記固体電解コンデンサを配置し、前記陽極端子および前記陰極端子と半導体チップの電極とを電気的に接続したことを特徴とする複合電子部品が得られる。

また、本発明によれば、２個の半導体チップの間に、前記固体電解コンデンサを配置し、前記陽極端子および前記陰極端子とそれぞれの半導体チップの電極とを電気的に接続したことを特徴とする複合電子部品が得られる。

本発明による固体電解コンデンサは、薄型化が可能である。

また、薄型化された大容量の本固体電解コンデンサを、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の向上、ならびに、配線長が短くなることによる半導体チップの高速動作が可能となる。さらに外付けの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、本発明について説明する。

本発明の固体電解コンデンサは、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からなる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と、陽極体を所定の領域に分離する絶縁体層と、所定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る。陰極導体層が形成された陽極体の２つの主面に形成された絶縁性樹脂と、絶縁性樹脂の片面または両面に陰極導体および層陽極体に達する第２および第１の孔部を形成し、第２および第１の孔部に電気接続のための導体めっき処理を施して陽極端子および陰極端子を構成した構造である。

また、絶縁性樹脂は、プリプレグまたはソルダーレジストや接着剤と絶縁性樹脂板であってもよい。また、陰極導体層の陰極端子と電気的に接続される部分は、はんだボール、めっき層または金属箔であってもよい。また、陽極体の陽極端子と電気的に接続される部分は、はんだボール、めっき層または金属箔であってもよい。

さらに、陽極端子の末端にそれぞれ形成された、はんだボール、めっき層、および金属箔のうちの少なくとも１つから成る拡張接続部をさらに有する構造であってもよい。

また、陰極端子の末端にそれぞれ形成された、はんだボール、めっき層、および金属箔のうちの少なくとも１つから成る拡張接続部をさらに有する構造であってもよい。

さらに、固体電解コンデンサは、絶縁性樹脂表面に形成された陽極端子および陰極端子を複数個有していてもよい。

また、本発明の複合電子部品は、半導体チップの厚さ方向の上側または下側に固体電解コンデンサを配置し、固体電解コンデンサの陽極端子および陰極端子と半導体チップの電極を電気的に接続した構造である。

さらに、本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、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、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、絶縁性樹脂に孔部を形成する工程と、めっきにより絶縁性樹脂の表面に外部との電気的接続のための陽極端子および陰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を有している。

本発明の実施例について、図面を参照して説明する。

図３（ａ）を参照して、本発明の実施例１に係る固体電解コンデンサは、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で第１および第２の領域（図中、左右の領域）に分離し、第１の領域（図中、左の領域）に固体電解質などからなる陰極導体層３を形成し、固体電解コンデンサの基本構造とする。

この陰極導体層３が形成された陽極体１の二つの主面に絶縁樹脂４を形成し、さらに、絶縁樹脂４の片面に陽極体１および陰極導体層３にそれぞれ達する第１および第２の孔部５１および５３を形成し、第１および第２の孔部５１および５３の内部をＣｕ等導電性金属材料でめっきを施し、めっき面高さを絶縁樹脂４よりも高くして陽極端子５１ａおよび陰極端子５３ａとした構造である。

図３（ｂ）を参照して、本発明の実施例１に係る他の固体電解コンデンサは、固体電解コンデンサの二つの主面に絶縁樹脂４を形成し、さらに絶縁樹脂４の両面に陽極体１および陰極導体層３に達する第１および第２の孔部５１および５３を形成し、第１および第２の孔部５１および５３の内部をＣｕ等導電性金属材料でめっきを施し、めっき面高さを絶縁樹脂４よりも高くして陽極端子５１ａおよび陰極端子５３ａが両面に存在する構造である。

図３（ｃ）を参照して、本発明の実施例１に係るさらに他の固体電解コンデンサは、固体電解コンデンサの二つの主面に絶縁樹脂４を形成し、さらに絶縁樹脂４の両面に陽極体１および陰極導体層３に達する第１および第２の孔部５１および５３を多数個を形成し、第１および第２の孔部５１および５３の内部をＣｕ等導電性金属材料でめっきを施し、めっき面高さを絶縁樹脂４よりも高くして陽極端子５１ａおよび陰極端子５３ａが両面に多数個存在する構造である。

次に、本発明の固体電解コンデンサの製造方法を説明する。

図４を参照して、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を用意する。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。

次に、陽極体表面の所定の領域にレジスト層を塗布、形成し、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を形成する。固体電解質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、陽極体においても同様の理由で最外層は金属めっきまたは金属箔を溶接した構造が望ましい。

次に、陰極導体層が形成された陽極体の二つの主面に絶縁樹脂を形成する。絶縁樹脂は、プリプレグやソルダーレジストのような半硬化の絶縁性樹脂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、絶縁樹脂に陰極導体および層陽極体に達する第２および第１の孔部をレーザ加工などにより形成し、孔部と絶縁樹脂の所定部分にめっきを施し陽極端子、陰極端子を形成する。

最後に所定の位置で切断し、個々の部品とする。

図５（ａ）を参照して、本発明の実施例２に係る固体電解コンデンサは、第１および第２の孔部５１および５３の内部をＣｕ等導電金属材料でめっきを施して成る陽極端子５１ａおよび陰極端子５３ａを有している。陽極端子５１ａおよび陰極端子５３ａの末端面は、絶縁樹脂４の表面と同じ高さである。

本固体電解コンデンサはさらに、めっき面に、拡張接続部５１ｂおよび５３ｂとしてのはんだボールを形成したＢＧＡ（Ball Grid Array）構造を呈している。

図５（ｂ）を参照して、本発明の実施例２に係る他の固体電解コンデンサは、第１および第２の孔部５１および５３の内部をＣｕ等導電金属材料でめっきを施して成る陽極端子５１ａおよび陰極端子５３ａを有している。陽極端子５１ａおよび陰極端子５３ａの末端面は、絶縁樹脂４の表面と同じ高さである。

本固体電解コンデンサはさらに、めっき面に、拡張接続部５１ｃおよび５３ｃとしての導電性金属片を取り付けた構造を呈している。

本実施例では、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電極の構成について述べる。

図６（ａ）を参照して、本発明の実施例３に係る固体電解コンデンサは、本発明による固体電解コンデンサの陽極端子５１ａおよび陰極端子５３ａを、各１個有している。

また、図６（ｂ）を参照して、本発明の実施例３に係る他の固体電解コンデンサは、陽極端子５１ａおよび陰極端子５３ａを、複数個有している。

本発明においては、陽極端子５１ａおよび陰極端子５３ａは、めっきにより形成するため、任意の位置に形成することができる。また、陽極端子５１ａおよび陰極端子５３ａを複数形成することにより、陽陰−極端子間の距離が縮まり、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。

前述の固体電解コンデンサは、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、本実施例では、本発明による固体電解コンデンサの薄型かつ大容量の特長を生かし、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（ａ）を参照して、本発明の実施例４に係る複合電子部品は、固体電解コンデンサ８を半導体チップ９の上に表面実装技術（ＳＭＴ: Surface Mount Technology）によって配置および接合し、一つの複合電子部品としている。

即ち、固体電解コンデンサ８は、表面に誘電体層が形成された陽極体１と、陽極体１を第１および第２の領域に分離するレジスタ２と、陽極体１の第１の領域に形成された陰極導体層３と、陰極導体層３が形成された陽極体１の２つの主面に形成された絶縁性樹脂４と、陽極体１に達するように絶縁性樹脂４の下面に形成された第１の孔部５１に導体めっき処理を施して成る陽極端子５１ａと、陰極導体層３に達するように絶縁性樹脂４の下面に形成された第２の孔部５３に導体めっき処理を施して成る陰極端子５３ａとを有している。陽極端子５１ａおよび陰極端子５３ａの末端面には、拡張接続部５１ｃおよび５３ｃとしての導電性金属片が接合されている。

一方、半導体チップ９は、その下面に形成されたはんだボール１０と、その上面に形成されたランド１３とを備えている。

固体電解コンデンサ８の拡張接続部５１ｃおよび５３ｃは、半導体チップ９のランド１３上に接合されている。

また、図７（ｂ）を参照して、本発明の実施例４に係る他の複合電子部品は、固体電解コンデンサ８を半導体チップ９の上に配置および接着し、一つの複合電子部品とした例である。

即ち、固体電解コンデンサ８は、表面に誘電体層が形成された陽極体１と、陽極体１を第１および第２の領域に分離するレジスタ２と、陽極体１の第１の領域に形成された陰極導体層３と、陰極導体層３が形成された陽極体１の２つの主面に形成された絶縁性樹脂４と、陽極体１に達するように絶縁性樹脂４の上面に形成された第１の孔部５１に導体めっき処理を施して成る陽極端子５１ａと、陰極導体層３に達するように絶縁性樹脂４の上面に形成された第２の孔部５３に導体めっき処理を施して成る陰極端子５３ａとを有している。陽極端子５１ａおよび陰極端子５３ａの末端面には、ボンディングワイヤ１１が接合されている。

一方、半導体チップ９は、その下面に形成されたはんだボール１０と、その上面に形成されたランド１３とを備えている。

固体電解コンデンサ８の陽極端子５１ａおよび陰極端子５３ａは、ボンディングワイヤ１１介して、半導体チップ９のランド１３に接続されている。

図８を参照して、本発明の実施例５に係る複合電子部品は、固体電解コンデンサ８を互いに上下に配置された２つの半導体チップ９１および９２の間に配置および接合し、さらに半導体チップ９１をインターポーザ基板１２上に配置および接合し、一つの複合電子部品とした例である。

即ち、固体電解コンデンサ８は、表面に誘電体層が形成された陽極体１と、陽極体１を第１および第２の領域に分離するレジスタ２と、陽極体１の第１の領域に形成された陰極導体層３と、陰極導体層３が形成された陽極体１の２つの主面に形成された絶縁性樹脂４と、陽極体１に達するように絶縁性樹脂４の上下面に形成された複数の第１の孔部５１に導体めっき処理を施して成る複数の陽極端子５１ａと、陰極導体層３に達するように絶縁性樹脂４の上下面に形成された複数の第２の孔部５３に導体めっき処理を施して成る複数の陰極端子５３ａとを有している。下側と上側の一部との陽極端子５１ａおよび陰極端子５３ａの末端面には、拡張接続部５１ｃおよび５３ｃとしての導電性金属片が接合されている。また、上側の残部の陽極端子５１ａおよび陰極端子５３ａの末端面には、ボンディングワイヤ１１が接合されている。

一方、半導体チップ９１は、その下面に形成されたランド１４と、その上面に形成されたランド１３とを備えている。また、半導体チップ９２も、その下面に形成されたランド１４と、その上面に形成されたランド１３とを備えている。さらに、インターポーザ基板１２は、その下面に形成されたはんだボール１０と、その上面に形成されたランド１３とを備えている。

固体電解コンデンサ８の下側と上側の一部の拡張接続部５１ｃおよび５３ｃは、半導体チップ９１のランド１３と半導体チップのランド１４に接合されている。また、固体電解コンデンサ８の上側の残部の陽極端子５１ａおよび陰極端子５３ａは、ボンディングワイヤ１１介して、インターポーザ基板１２のランド１３に接続されている。さらに、半導体チップ９２のランド１３は、ボンディングワイヤ１１介して、半導体チップ９１のランド１３に接続されている。さらにまた、半導体チップ９１のランド１４は、インターポーザ基板１２のランド１３に接合されている。

以上幾つかの実施例によって本発明を説明してきたが、本発明は、その請求の範囲内において種々に変形可能であることは、当業者にとっては明らかなことである。例えば、本発明は、伝送線路素子、その製造方法、ならびにこの伝送線路素子を有する複合電子部品にも適用可能である。

従来のモールド外装型の固体電解コンデンサの一例を示す断面図である。 従来の非モールド外装型の固体電解コンデンサの一例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例１による固体電解コンデンサを示す断面図である。 本発明の実施例１による固体電解コンデンサの製造方法を説明するための製造工程図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施例２による固体電解コンデンサを示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施例３による固体電解コンデンサを説明するための平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施例４による固体電解コンデンサを示す断面図である。 本発明の実施例５による固体電解コンデンサを示す断面図である。

符号の説明

１ 陽極体
２ レジスト層
３ 陰極導体層
４ 絶縁性樹脂
８ 本発明の固体電解コンデンサ
９ 半導体チップ
１０ はんだボール
１１ ボンディングワイヤ
１２ インターポーザ基板
１３、１４ ランド
５１ 第１の孔部
５１ａ 陽極端子
５１ｂ、５１ｃ 拡張接続部
５３ 第２の孔部
５３ａ 陰極端子
５３ｂ、５３ｃ 拡張接続部
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
９１、９２ 半導体チップ

Claims (8)

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、その表面に当該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と、前記陽極体を第１および第２の領域に分離する絶縁体層と、前記陽極体の前記第１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において、
   前記陰極導体層が形成された前記陽極体の２つの主面に形成された絶縁性樹脂と、
   前記陽極体に達するように前記絶縁性樹脂の片面または両面に形成された第１の孔部に導体めっき処理を施して成る陽極端子と、
   前記陰極導体層に達するように前記絶縁性樹脂の片面または両面に形成された第２の孔部に導体めっき処理を施して成る陰極端子とを有することを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 前記絶縁性樹脂は、エポキシ、プリプレグ、ならびに接着剤と絶縁性樹脂板との組み合わせのうちのいずれかである請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
3. 前記陽極端子の末端にそれぞれ形成された、はんだボール、めっき層、および金属箔のうちの少なくとも１つから成る拡張接続部をさらに有する請求項１または２に記載の固体電解コンデンサ。
4. 前記陰極端子の末端にそれぞれ形成された、はんだボール、めっき層、および金属箔のうちの少なくとも１つから成る拡張接続部をさらに有する請求項１乃至３のいずれか１つに記載の固体電解コンデンサ。
5. 前記陽極端子および陰極端子を、複数個有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の固体電解コンデンサ。
6. 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、
   前記陽極体を第１および第２の領域に分離するレジスト層を形成する工程と、
   前記陽極体の前記第１の領域に陰極導体層を形成する工程と、
   前記陰極導体層が形成された前記陽極体の２つの主面に絶縁性樹脂を形成する工程と、
   前記陽極体および前記陰極導体層にそれぞれ達するように前記絶縁性樹脂の片面または両面に第１および第２の孔部を形成する工程と、
   前記第１および前記第２の孔部に導体めっき処理を施すことによって陽極端子および陰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。
7. 半導体チップの上側または下側に、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の前記固体電解コンデンサを配置し、前記陽極端子および前記陰極端子と半導体チップの電極とを電気的に接続したことを特徴とする複合電子部品。
8. ２個の半導体チップの間に、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の前記固体電解コンデンサを配置し、前記陽極端子および前記陰極端子とそれぞれの半導体チップの電極とを電気的に接続したことを特徴とする複合電子部品。
   
   

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