JP2005332871A - Solid electrolytic capacitor and method for manufacturing the same - Google Patents

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Hideaki Sakaguchi
秀明 坂口
Mitsuhiro Aizawa
光浩 相澤
Mitsutoshi Azuma
光敏 東
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid electrolytic capacitor that can be built in a wiring board and be arranged adjacent to a semiconductor chip such as a CPU or the like to be mounted, and to provide a method for manufacturing the same. <P>SOLUTION: The solid electrolytic capacitor 35 is formed of a plate-like capacitor not sealed by an insulating material, and the capacitor is provided with an electrode 31a having one polarity, an electrode 31b having the other polarity, and a solid electrolyte 17 between them. The electrode 31a is exposed over one surface of the plate-like capacitor, and the electrode 31b is exposed over the other surface. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体チップを搭載する配線基板あるいは半導体パッケージに内蔵できる薄型の固体電解キャパシタとその製造方法に関する。   The present invention relates to a thin solid electrolytic capacitor that can be built in a wiring board or a semiconductor package on which a semiconductor chip is mounted, and a method for manufacturing the same.

CPU等の半導体チップを搭載する配線基板あるいは半導体パッケージには、半導体チップに供給する電源電圧の変動を抑えるためのキャパシタ(デカップリングキャパシタ)が搭載される。例えば、現在市販されているCPUのパッケージには、セラミックチップキャパシタが外付けされている。   A capacitor (decoupling capacitor) for suppressing fluctuations in power supply voltage supplied to the semiconductor chip is mounted on a wiring board or semiconductor package on which a semiconductor chip such as a CPU is mounted. For example, a ceramic chip capacitor is externally attached to a currently available CPU package.

近年は、CPUの動作周波数の高周波化が進んでいるため、より大容量のキャパシタを、よりCPUの近傍に設けることが求められている。キャパシタをCPUに近づけて配置すると、CPUとキャパシタとを接続する配線のインダクタンスを減少させることができ、配線の電気的特性が向上する。よって、大容量のキャパシタをCPUに近づけて配置することにより、電源電圧の変動を好適に抑えることができる。そこで、キャパシタをCPUの近くに設けるため、配線基板(半導体パッケージ)内部にキャパシタを設けることが考えられている。   In recent years, since the operating frequency of the CPU has been increased, it is required to provide a capacitor with a larger capacity in the vicinity of the CPU. When the capacitor is arranged close to the CPU, the inductance of the wiring connecting the CPU and the capacitor can be reduced, and the electrical characteristics of the wiring are improved. Therefore, by arranging a large-capacity capacitor close to the CPU, fluctuations in the power supply voltage can be suitably suppressed. Therefore, in order to provide the capacitor near the CPU, it is considered to provide the capacitor inside the wiring board (semiconductor package).

例えば、特許文献1、特許文献2には、高容量化が可能な固体電解キャパシタを配線基板内に作り込み、絶縁層内に内蔵した配線基板が開示されている。しかし、固体電解キャパシタを配線基板内に作り込むのは、そのための工程が複雑であり、実際に製品化することは困難である。   For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a wiring board in which a solid electrolytic capacitor capable of increasing capacity is formed in a wiring board and built in an insulating layer. However, manufacturing a solid electrolytic capacitor in a wiring board is complicated in its process, and it is difficult to actually produce it.

特許文献3には、配線基板とは別に形成した単独の電子部品としてのキャパシタを配線基板内に内蔵させることが開示されている。この場合には、キャパシタは、導電性接着ペースト又は導電性接着シートを用いて形成された導電層を介して、基板内部の配線層に接続される。この技術により、電子部品としての固体電解キャパシタを配線基板内に内蔵すれば、工程が複雑で実際に製品化するのが困難であるという、固体電解キャパシタを配線基板内に作り込む上述の技術の難点を克服できると考えられる。   Patent Document 3 discloses that a capacitor as a single electronic component formed separately from a wiring board is built in the wiring board. In this case, the capacitor is connected to the wiring layer inside the substrate through a conductive layer formed using a conductive adhesive paste or a conductive adhesive sheet. With this technology, if a solid electrolytic capacitor as an electronic component is built in a wiring board, the process is complicated and it is difficult to actually produce the product. The difficulty can be overcome.

従来の電子部品としての固体電解キャパシタは容量が大きく、実績もあるが、電子部品としてのこれまでの固体電解キャパシタは、例えば特許文献4〜6に記載されたように、キャパシタ素子にリードを取り付け、そしてキャパシタ素子を樹脂封止して製作されるため外形が大きくなってしまう。そのため、これまでの固体電解キャパシタを薄く形成される配線基板の絶縁層内に内蔵することは難しい。その上、キャパシタの封止に用いる樹脂材料と、配線基板の層間絶縁層の樹脂材料との密着性にも問題がある。   Conventional solid electrolytic capacitors as electronic components have a large capacity and a proven record. However, conventional solid electrolytic capacitors as electronic components have a lead attached to the capacitor element as described in Patent Documents 4 to 6, for example. Since the capacitor element is manufactured by resin sealing, the outer shape becomes large. For this reason, it is difficult to incorporate the conventional solid electrolytic capacitor in the insulating layer of the wiring board to be thinly formed. In addition, there is a problem in the adhesion between the resin material used for sealing the capacitor and the resin material of the interlayer insulating layer of the wiring board.

特開2002−246272号公報JP 2002-246272 A 特開2002−260960号公報JP 2002-260960 A 特開2001−274034号公報JP 2001-274034 A 特開平6−310387号公報JP-A-6-310387 特開平7−226336号公報JP-A-7-226336 特開平11−288848号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-288848

上述の従来技術の問題を解決して、配線基板に内蔵でき、配線基板に搭載されるCPU等の半導体チップの近くに配置することが可能な薄型の固体電解キャパシタとその製造方法を提供することが、本発明の目的である。   To solve the above-mentioned problems of the prior art, and to provide a thin solid electrolytic capacitor that can be built in a wiring board and can be disposed near a semiconductor chip such as a CPU mounted on the wiring board, and a method for manufacturing the same. Is the object of the present invention.

本発明の固体電解キャパシタは、絶縁材料で封止されていない平板状のキャパシタ素子からなり、このキャパシタ素子は、一方の極性の電極ともう一方の極性の電極、及びそれらの間の固体電解質を含み、一方の極性の電極は平板状キャパシタ素子の一方の面に露出し、もう一方の極性の電極は他方の面に露出していることを特徴とする。   The solid electrolytic capacitor of the present invention is composed of a flat capacitor element that is not sealed with an insulating material. This capacitor element includes an electrode of one polarity, an electrode of the other polarity, and a solid electrolyte therebetween. In addition, the electrode having one polarity is exposed on one surface of the flat capacitor element, and the electrode having the other polarity is exposed on the other surface.

好ましくは、一方の極性の電極は一方の絶縁性基材上の導電性膜に接続し、もう一方の極性の電極はもう一方の絶縁性基材上の導電性膜に接続する。やはり好ましくは、各電極は固体電解質層を貫通する。   Preferably, one polarity electrode is connected to a conductive film on one insulating substrate, and the other polarity electrode is connected to a conductive film on the other insulating substrate. Again preferably, each electrode penetrates the solid electrolyte layer.

好ましくは、各面に露出している部分及び絶縁性基材上の導電性膜に接続している部分を除き、各電極の表面に誘電体層が存在する。   Preferably, a dielectric layer is present on the surface of each electrode except for a portion exposed on each surface and a portion connected to the conductive film on the insulating substrate.

本発明の固体電解キャパシタは、(a)孔の開いた絶縁材料の平板状の基材を用意する工程、(b)基材の片面に金属材料層を形成する工程、(c)この金属材料層の上に金属のバンプを形成する工程、(d)金属材料層及び金属バンプの材料を陽極酸化してそれらの表面に誘電体層を形成する工程、(e)基材の誘電体層を形成した側に、基材の孔を埋め且つ表面に誘電体層を形成した金属バンプが突出するよう、固体電解質層を形成する工程、(f)工程(a)〜(e)を繰り返して、バンプを形成した面どうしを向き合わせたときに基材の孔の位置が上記一方の部品のバンプの位置と一致し、バンプの位置が上記一方の部品の基材の孔の位置と一致する、キャパシタのもう一方の部品を製作する工程、(g)上記一方の部品ともう一方の部品をそれらのバンプを形成した面どうしを向き合わせて接合し、表面に誘電体層を備えた双方のバンプがそれぞれ他方の部品の固体電解質層を貫通して外部に突出する組立体を作製する工程、(h)この組立体の両面に絶縁層を形成する工程、(i)表面に誘電体層を備えた突出するバンプをこの絶縁層の少なくとも一部とともに除去して、組立体の表面にバンプの金属材料を露出させる工程、を含む方法により製造することができる。   The solid electrolytic capacitor of the present invention includes (a) a step of preparing a flat base material of an insulating material having a hole, (b) a step of forming a metal material layer on one side of the base material, (c) this metal material Forming a metal bump on the layer; (d) forming a dielectric layer on the surface of the metal material layer and the metal bump by anodizing the metal material layer; and (e) forming a dielectric layer of the substrate. On the formed side, a step of forming a solid electrolyte layer so that a metal bump having a hole filled in the base material and a dielectric layer formed on the surface protrudes, (f) Steps (a) to (e) are repeated, When the surfaces on which the bumps are formed face each other, the position of the hole of the base material matches the position of the bump of the one component, and the position of the bump matches the position of the hole of the base material of the one component, A process of manufacturing the other component of the capacitor; (g) the one component and the other The parts are bonded with their bump-formed surfaces facing each other, and an assembly is produced in which both bumps having a dielectric layer on the surface penetrate through the solid electrolyte layer of the other part and protrude to the outside. (H) forming an insulating layer on both surfaces of the assembly; (i) removing protruding bumps having a dielectric layer on the surface together with at least a part of the insulating layer; And a step of exposing the metal material of the bump.

好ましくは、工程(e)の固体電解質層の形成は、基材を導電性材料の別の基材上に仮固定し、この別の基材を電極として使用する電解重合により行う。   Preferably, the formation of the solid electrolyte layer in the step (e) is performed by electrolytic polymerization in which the base material is temporarily fixed on another base material of the conductive material, and the other base material is used as an electrode.

工程(g)のバンプの固体電解質層の貫通を容易にするため、工程(e)の後に、基材の孔内の固体電解質層に貫通孔を開けることもできる。   In order to facilitate the penetration of the solid electrolyte layer of the bump in the step (g), a through hole can be formed in the solid electrolyte layer in the hole of the base material after the step (e).

本発明によれば、従来の単独の電子部品としての固体電解キャパシタに比べて薄型の単独電子部品としての固体電解キャパシタの利用が可能になる。この薄型の固体電解キャパシタは、CPU等の半導体チップを搭載する配線基板(半導体パッケージ)に内蔵することができる。従って、本発明の固体電解キャパシタは、動作周波数の高周波化が進むCPUの近くに配置して、CPUにつながる配線インダクタンスを低下させ、電源電圧の変動を抑制するのに効果的に使用することができる。   According to the present invention, it is possible to use a solid electrolytic capacitor as a single electronic component that is thinner than a conventional solid electrolytic capacitor as a single electronic component. This thin solid electrolytic capacitor can be built in a wiring board (semiconductor package) on which a semiconductor chip such as a CPU is mounted. Therefore, the solid electrolytic capacitor of the present invention is disposed near the CPU whose operating frequency is increasing, and can be effectively used to reduce the wiring inductance connected to the CPU and suppress the fluctuation of the power supply voltage. it can.

また、平板状基材の表面に設けたバンプを利用して形成される電極を利用する本発明のキャパシタは、電極位置の自由度が高い。この自由度は、キャパシタの各面を覆う電極層を設けることにより一層向上する。更に、キャパシタの両方の極性の電極を構成するバンプの表面に誘電体層を設けることができるため、ノンポーラのキャパシタの利用が可能になる。また、本発明による固体電解キャパシタを使用すれば、等価直列インダクタンスの小さい配線回路を構成することも可能になる。   In addition, the capacitor of the present invention using an electrode formed by using a bump provided on the surface of a flat substrate has a high degree of freedom in electrode position. This degree of freedom is further improved by providing an electrode layer covering each surface of the capacitor. Furthermore, since a dielectric layer can be provided on the surface of the bump that constitutes both polar electrodes of the capacitor, a nonpolar capacitor can be used. If the solid electrolytic capacitor according to the present invention is used, a wiring circuit having a small equivalent series inductance can be configured.

図面を参照して本発明を説明する。言うまでもなく、以下の説明は一例であって、本発明がそれに限定されることはない。   The present invention will be described with reference to the drawings. Needless to say, the following description is an example, and the present invention is not limited thereto.

まず、本発明の第一の態様の固体電解キャパシタを、その製造方法とともに説明する。
シリコン基板(4mm×4mm、厚さ0.1mm)の片面にフォトレジストパターンを形成し、これをマスクに誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング(ICP−RIE)によりシリコン基板に2×2の4つの孔(開口径0.4mm、ピッチ1mm)を開ける。このときのエッチング条件は、2500W、15Paで、エッチングガスとしてSF6を使用する。エッチング後、レジストパターンを除去して、図1(a)の上面図に示したバンプ孔3の開いたシリコン基板1を得る。以下の説明で参照する図1(b)〜1(k)は、図1(a)のB−B線断面図に相当する。
First, the solid electrolytic capacitor according to the first aspect of the present invention will be described together with its manufacturing method.
A photoresist pattern is formed on one side of a silicon substrate (4 mm × 4 mm, thickness 0.1 mm), and 4 × 2 × 2 holes are formed in the silicon substrate by inductively coupled plasma reactive ion etching (ICP-RIE) using this as a mask. (Opening diameter 0.4 mm, pitch 1 mm). The etching conditions at this time are 2500 W and 15 Pa, and SF 6 is used as an etching gas. After the etching, the resist pattern is removed to obtain the silicon substrate 1 having the bump holes 3 shown in the top view of FIG. 1B to 1K referred to in the following description corresponds to a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.

次に、キャパシタの基材を構成するシリコン基板1を絶縁性にするため、その表面を1000℃で8時間程度熱酸化して、図1(b)に示したようにSiO2絶縁膜5を形成する。更に、0.3〜1Paのアルゴン雰囲気下に100〜500Wでアルミニウムをスパッタリングして、膜厚1μmのAl膜7をシリコン基板1の上面に形成する。以下で参照する図1(c)〜1(k)においては、簡素化のためにシリコン基板1の表面の絶縁膜5は割愛することにする。 Next, in order to make the silicon substrate 1 constituting the base material of the capacitor insulative, the surface is thermally oxidized at 1000 ° C. for about 8 hours, and the SiO 2 insulating film 5 is formed as shown in FIG. Form. Furthermore, aluminum is sputtered at 100 to 500 W in an argon atmosphere of 0.3 to 1 Pa to form an Al film 7 having a thickness of 1 μm on the upper surface of the silicon substrate 1. In FIGS. 1C to 1K referred to below, the insulating film 5 on the surface of the silicon substrate 1 is omitted for simplification.

直径0.2mmのAlボールを先の窪んだツールで1個ずつ吸着してAl膜7の上に配置し、ボール1個当たり10〜50gの荷重を加えながら室温で超音波接続(超音波発振時間2〜20msec)して、2×2の4つのAlバンプ9をピッチ1mmでAl膜7に接続する(図1(c))。接続後のAlバンプ高さは150μm程度になる(図1(c)のAlバンプ9は、作図の都合上、高さが誇張されている)。   The Al balls with a diameter of 0.2 mm are adsorbed one by one with the tool that has been recessed and placed on the Al film 7, and ultrasonic connection is performed at room temperature while applying a load of 10 to 50 g per ball (ultrasonic oscillation) After 2 to 20 msec), 2 × 2 four Al bumps 9 are connected to the Al film 7 with a pitch of 1 mm (FIG. 1C). The height of the Al bump after connection is about 150 μm (the height of the Al bump 9 in FIG. 1C is exaggerated for convenience of drawing).

シリコン基板1の1辺を上にして、基板1の4×3.3mmの部分をアジピン酸アンモニウム水溶液中に浸漬し、そしてこれを陽極とし、ステンレス鋼の陰極を用いて10〜80VでAl膜7とAlバンプ9の表面を陽極酸化して、図1(d)に示したように誘電体膜(陽極酸化膜)11を形成する。   With the silicon substrate 1 facing up, a 4 × 3.3 mm portion of the substrate 1 is immersed in an aqueous solution of ammonium adipate, and this is used as the anode, and an Al film is formed at 10-80 V using a stainless steel cathode. 7 and the surface of the Al bump 9 are anodized to form a dielectric film (anodized film) 11 as shown in FIG.

図1(e)に示したように、シリコン基板1をステンレス鋼の板13に、Alバンプ9を形成した面を露出するように周辺部をポリイミドテープテープ15で貼り付けて仮固定する。続いて、ステンレス鋼の板13に支持されたシリコン基板1を、過塩素酸イオン又は四フッ化ホウ素イオンを添加したピロールモノマーのアセトニトリル溶液に浸漬し、そしてこのステンレス鋼の板13を陽極とし、別のステンレス鋼の陰極を用いて、ピロールの電解重合を行い、図1(f)に示したように、シリコン基板1の露出した側にポリピロール導電性高分子の厚さ20μmの固体電解質層17を形成する。仮固定用のテープ15を除去し、固体電解質層17を形成したシリコン基板1をステンレス鋼の板13から剥がす。ポリピロールとステンレス鋼の板とは接着が弱いので、シリコン基板1のこの剥離は容易である。   As shown in FIG. 1 (e), the silicon substrate 1 is temporarily fixed to a stainless steel plate 13 by adhering the periphery with a polyimide tape tape 15 so that the surface on which the Al bumps 9 are formed is exposed. Subsequently, the silicon substrate 1 supported by the stainless steel plate 13 is immersed in an acetonitrile solution of pyrrole monomer to which perchlorate ions or boron tetrafluoride ions are added, and the stainless steel plate 13 is used as an anode. Using another stainless steel cathode, pyrrole was electropolymerized, and as shown in FIG. 1 (f), a solid electrolyte layer 17 of polypyrrole conductive polymer having a thickness of 20 μm was formed on the exposed side of the silicon substrate 1. Form. The tape 15 for temporary fixing is removed, and the silicon substrate 1 on which the solid electrolyte layer 17 is formed is peeled off from the stainless steel plate 13. Since the adhesion between the polypyrrole and the stainless steel plate is weak, this peeling of the silicon substrate 1 is easy.

本発明のこの態様では、基板を貼り付けたステンレス鋼の板を一方の電極として利用できることから、電解重合だけで固体電解質膜を形成することができる。従来の固体電解キャパシタの製造では、多くの場合、化学重合膜、MnO2膜を前もって形成してから電解重合により固体電解質膜を形成しており、本発明のこの態様ではそれに比べてずっと簡単に固体電解質膜を形成可能である。 In this aspect of the present invention, since the stainless steel plate with the substrate attached can be used as one electrode, the solid electrolyte membrane can be formed only by electrolytic polymerization. In the production of a conventional solid electrolytic capacitor, in many cases, a chemically polymerized film and a MnO 2 film are formed in advance, and then a solid electrolyte film is formed by electrolytic polymerization. A solid electrolyte membrane can be formed.

剥離したシリコン基板1に被着している固体電解質層17に、レーザー加工により、図1(g)に示したように誘電体膜11を形成したバンプ9の径と同じかそれより小さい径の貫通孔19を開けて、キャパシタの一方の部品21を作製する。孔19の径は150〜200μm程度でよい。この工程は、この後で説明するキャパシタの二つの部品の接合の際に、一方の部品のバンプが他方の部品の固体電解質層を簡単に突き破ることができる場合は、必ずしも必要でない。   The solid electrolyte layer 17 deposited on the peeled silicon substrate 1 has a diameter equal to or smaller than the diameter of the bump 9 formed with the dielectric film 11 as shown in FIG. The through-hole 19 is opened to produce one component 21 of the capacitor. The diameter of the hole 19 may be about 150 to 200 μm. This step is not always necessary when the two components of the capacitor, which will be described later, are joined if the bumps of one component can easily break through the solid electrolyte layer of the other component.

同様の手順により、キャパシタのもう一方の部品23(図1(g))を作製する。   The other component 23 (FIG. 1 (g)) of the capacitor is manufactured by the same procedure.

次いで、部品21、23の一方又は両方の周辺部の固体電解質層17が存在しない部分(電解重合による固体電解質層17の形成時に仮固定用テープで覆われていた部分)にエポキシ系接着剤25(図1(h))を塗布する(エポキシ系接着剤のほかに、例えばポリイミド、アクリル、シリコーン系接着剤などを使用してもよい)。部品21、23のバンプ9の形成面どうしを向き合わせ、一方の部品21(又は23)のバンプ9ともう一方の部品23(又は21)の固体電解質層17に開けた貫通孔19の位置を合わせて積層し、温度150℃、荷重100g〜1kgの条件で30分プレスして、部品21、23を組み合わせた組立体27(図1(h))を作製する。図1(h)では、一方のシリコン基板1に形成したバンプ9がもう一方のシリコン基板1に形成した固体電解質層17を突き抜ける様子をはっきり示すため、バンプ9の高さを更に誇張している。   Next, the epoxy adhesive 25 is applied to a part where the solid electrolyte layer 17 is not present in one or both of the parts 21 and 23 (a part covered with the temporary fixing tape when the solid electrolyte layer 17 is formed by electrolytic polymerization). (FIG. 1 (h)) is applied (in addition to the epoxy adhesive, for example, polyimide, acrylic, silicone adhesive, etc. may be used). The formation surfaces of the bumps 9 of the components 21 and 23 face each other, and the position of the through hole 19 opened in the bump 9 of one component 21 (or 23) and the solid electrolyte layer 17 of the other component 23 (or 21) is determined. They are laminated together and pressed for 30 minutes under conditions of a temperature of 150 ° C. and a load of 100 g to 1 kg to produce an assembly 27 (FIG. 1H) in which the parts 21 and 23 are combined. In FIG. 1 (h), the height of the bump 9 is further exaggerated in order to clearly show that the bump 9 formed on one silicon substrate 1 penetrates the solid electrolyte layer 17 formed on the other silicon substrate 1. .

図1(i)に示したように、組立体27の各面にフェノール樹脂を印刷し、180℃で30分加熱して、誘電体膜11を形成したバンプ9の上部が露出した絶縁層29を形成する(絶縁層29の形成には、例えばポリイミド、シリコーン、エポキシ、又はアクリル樹脂を使用してもよい)。研磨紙を用いて、周囲の誘電体膜11を備えたバンプ9の上部を絶縁層29とともに研削して、図1(j)に示したように、周囲を誘電体膜11に取り囲まれた電極31a、31b(図1(i)までのバンプ9に由来する)を露出させ、電極31a、31bと層17の電解質との接触による短絡を防ぐため絶縁層29の一部を薄く残す。電極31a、31bを露出させた組立体27は、本発明の固体電解キャパシタとなる。   As shown in FIG. 1 (i), a phenol resin is printed on each surface of the assembly 27 and heated at 180 ° C. for 30 minutes to expose the upper portion of the bump 9 on which the dielectric film 11 is formed. (For example, polyimide, silicone, epoxy, or acrylic resin may be used to form the insulating layer 29). The upper surface of the bump 9 provided with the surrounding dielectric film 11 is ground together with the insulating layer 29 using polishing paper, and the electrode surrounded by the dielectric film 11 as shown in FIG. 31a and 31b (derived from the bump 9 up to FIG. 1 (i)) are exposed, and a part of the insulating layer 29 is left thin to prevent a short circuit due to contact between the electrodes 31a and 31b and the electrolyte of the layer 17. The assembly 27 with the electrodes 31a and 31b exposed is a solid electrolytic capacitor of the present invention.

こうして作製した固体電解キャパシタの少なくとも一方の面に、図1(k)に示したように、金属膜33a、33bを形成してもよい。金属膜33a、33bは、例えばTiとCu、あるいはCrとCuなどを、Ar雰囲気下に0.3〜1Pa、100〜500Wの条件でスパッタリングして、膜厚0.2μm程度の薄膜として形成することができる。   As shown in FIG. 1 (k), metal films 33a and 33b may be formed on at least one surface of the solid electrolytic capacitor thus manufactured. The metal films 33a and 33b are formed as thin films having a film thickness of about 0.2 μm by sputtering Ti and Cu or Cr and Cu, for example, under conditions of 0.3 to 1 Pa and 100 to 500 W in an Ar atmosphere. be able to.

図2(a)と2(b)に、金属膜33a、33bを形成していない図1(j)の状態の本発明の固体電解キャパシタ35を示す。このキャパシタ35は、絶縁材料で封止されていない平板状のキャパシタ素子からなり、その一方の面に一方の極性の電極31aが露出し、他方の面にもう一方の極性の電極31bが露出している。各電極31a、31bの周囲には、電極材料の陽極酸化で作られた陽極酸化膜11が存在する。   FIGS. 2A and 2B show the solid electrolytic capacitor 35 of the present invention in the state of FIG. 1J in which the metal films 33a and 33b are not formed. The capacitor 35 is composed of a plate-shaped capacitor element that is not sealed with an insulating material. The electrode 31a having one polarity is exposed on one surface, and the electrode 31b having the other polarity is exposed on the other surface. ing. Around each electrode 31a, 31b, there is an anodic oxide film 11 made by anodic oxidation of the electrode material.

次に、本発明の第二の態様の固体電解キャパシタを、その製造方法とともに説明する。この態様のキャパシタは、電極材料のバンプをアルミニウムでなく金で作ることを除いて、第一の態様と同様である。従って、その製造方法も、バンプの形成を除いて、先に説明した第一の態様の場合と同様である。   Next, the solid electrolytic capacitor according to the second aspect of the present invention will be described together with its manufacturing method. The capacitor of this embodiment is the same as that of the first embodiment except that the bump of the electrode material is made of gold instead of aluminum. Therefore, the manufacturing method is the same as that in the case of the first embodiment described above, except for the formation of bumps.

より具体的に説明すると、厚さが70μmであることを除いて第一の態様におけるのと同様のシリコン基板1(図1(a))を用い、図1(b)を参照して説明したAl膜7の形成までの工程を行う。次に、ワイヤーボンディング装置を利用して、直径0.15mmのAuボールを、1mmのピッチでAl膜7の上に2×2の4個形成する。ボール1個当たり10〜100gの荷重を加えながら100〜200℃で超音波接続(超音波発振時間2〜20msec)して、図3(a)に示したように、Al膜7に接続する高さ100μmのAuバンプ51を形成する。ここでの説明では、図1(a)〜1(k)を参照して説明した第一の態様の部材と共通の部材については、第一の態様における部材の符号と同じ符号を用いることにする。   More specifically, the same silicon substrate 1 (FIG. 1A) as in the first embodiment except that the thickness is 70 μm was used and described with reference to FIG. Processes up to the formation of the Al film 7 are performed. Next, four 2 × 2 Au balls having a diameter of 0.15 mm are formed on the Al film 7 at a pitch of 1 mm using a wire bonding apparatus. Ultrasonic connection (ultrasonic oscillation time 2 to 20 msec) is applied at 100 to 200 ° C. while applying a load of 10 to 100 g per ball, and as shown in FIG. An Au bump 51 having a thickness of 100 μm is formed. In the description here, the same reference numerals as those in the first embodiment are used for members common to the members in the first embodiment described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (k). To do.

続いて、図3(b)に示したように、Auバンプ51を覆うAl膜53をスパッタリング(Ar雰囲気、0.3〜1Pa、100〜500W)により形成する。この図では、Auバンプ51の上だけにAl膜53を形成しているが、Al膜7の上にもAl膜53を形成してもよい。   Subsequently, as shown in FIG. 3B, an Al film 53 covering the Au bump 51 is formed by sputtering (Ar atmosphere, 0.3 to 1 Pa, 100 to 500 W). In this figure, the Al film 53 is formed only on the Au bump 51, but the Al film 53 may also be formed on the Al film 7.

次に、Auバンプ51の表面のAl膜53と、シリコン基板1の表面のAl膜7を、先に図1(d)を参照して説明したように陽極酸化して、図3(c)に示したように誘電体膜(陽極酸化膜)55を形成する。   Next, the Al film 53 on the surface of the Au bump 51 and the Al film 7 on the surface of the silicon substrate 1 are anodized as described above with reference to FIG. A dielectric film (anodized film) 55 is formed as shown in FIG.

この後は、先に図1(e)〜1(j)を参照して説明した、化学重合による固体電解質層形成のためのステンレス鋼の板への仮固定から両面の電極(この場合はAu電極)の露出までの工程を実施して、第二の態様の固体電解キャパシタを製造することができる。なお、図1(g)を参照して説明した固体電解質層17に開ける穴19の径は、第二の態様のAuバンプ51の径が第二の態様のAlバンプ9より小さいことを考慮して、100〜150μm程度とする。   After this, from the temporary fixing to the stainless steel plate for the formation of the solid electrolyte layer by chemical polymerization described above with reference to FIGS. 1 (e) to 1 (j), the electrodes on both sides (in this case Au The solid electrolytic capacitor of the second embodiment can be manufactured by performing the steps up to the exposure of the electrode). In addition, the diameter of the hole 19 opened in the solid electrolyte layer 17 described with reference to FIG. 1 (g) is taken into consideration that the diameter of the Au bump 51 of the second aspect is smaller than the Al bump 9 of the second aspect. And about 100 to 150 μm.

次に、本発明の第三の態様の固体電解キャパシタとその製造方法を説明する。この態様のキャパシタは、シリコン基板に替えてガラス基板を用いることを除き、第一の態様と同様である。従って、その製造方法も、基板への穴開けを除き、先に説明した第一の態様の場合と同様である。   Next, the solid electrolytic capacitor of the third aspect of the present invention and the manufacturing method thereof will be described. The capacitor of this embodiment is the same as the first embodiment except that a glass substrate is used instead of the silicon substrate. Therefore, the manufacturing method is also the same as that in the case of the first embodiment described above, except for drilling holes in the substrate.

より具体的に説明すると、ガラス基板(4mm×4mm、厚さ0.1mm)の片面にフォトレジストパターンを形成し、これをマスクとするサンドブラスト(研摩材粒子径:#600〜#2500、圧力:0.5〜2MPa)によりガラス基板に2×2の4つの孔(開口径0.4mm、ピッチ1mm)を開ける。次いで、基板表面にSiO2絶縁膜を形成することなく、先に図1(c)〜1(j)を参照して説明した、基板表面へのAlスパッタ膜の形成から両面の電極の露出までの工程を実施して、第二の態様の固体電解キャパシタを製造する。 More specifically, sand blasting (abrasive material particle diameter: # 600 to # 2500, pressure: pressure mask) is formed using a photoresist pattern on one side of a glass substrate (4 mm × 4 mm, thickness 0.1 mm) as a mask. 0.5 to 2 MPa), 2 × 2 four holes (opening diameter 0.4 mm, pitch 1 mm) are opened in the glass substrate. Next, without forming the SiO 2 insulating film on the substrate surface, from the formation of the Al sputtered film on the substrate surface described above with reference to FIGS. 1C to 1J to the exposure of the electrodes on both sides. The solid electrolytic capacitor of the second aspect is manufactured by performing the process.

絶縁材料で封止されていないキャパシタ素子からなる本発明の固体電解キャパシタは、薄く製造でき、配線基板に内蔵するのが容易である。図4に、本発明のキャパシタを内蔵した配線基板の一部分を示す。この図の例では、コア基板60の上に絶縁層62a、62b、62c、62dが位置し、コア基板60上と各絶縁層62a、62b、62c、62d上に配線64が形成され、コア基板60の両面の配線はスルーホール66で、またコア基板60の片側の各層の配線はビア68で相互に接続されている。本発明のキャパシタ70は、絶縁層62bの上の絶縁層62c中に埋め込まれている。このキャパシタ70の一方の極性の電極(図示せず)は上面、もう一方の極性の電極(図示せず)は下面に露出しており、それぞれ上層及び下層の配線に接続されている。   The solid electrolytic capacitor of the present invention comprising a capacitor element that is not sealed with an insulating material can be manufactured thinly and can be easily incorporated in a wiring board. FIG. 4 shows a part of a wiring board incorporating the capacitor of the present invention. In the example of this figure, insulating layers 62a, 62b, 62c, 62d are positioned on the core substrate 60, and wirings 64 are formed on the core substrate 60 and on the insulating layers 62a, 62b, 62c, 62d. The wirings on both sides of 60 are connected to each other by through holes 66, and the wirings of each layer on one side of core substrate 60 are connected to each other by vias 68. The capacitor 70 of the present invention is embedded in the insulating layer 62c on the insulating layer 62b. An electrode (not shown) having one polarity of the capacitor 70 is exposed on the upper surface, and an electrode (not shown) having the other polarity is exposed on the lower surface, and is connected to upper and lower wirings, respectively.

本発明のキャパシタでは、上述の態様のほかにも、様々な態様が可能である。例えば、バンプ材料には、上述のアルミニウム、あるいは表面にアルミニウム層を設けた金などの金属材料のほかに、タンタルなどの、陽極酸化の可能な金属材料を使用することができる。タンタルを使用する場合には、タンタル箔を基材として使用し、これをプレスして、バンプとなる凸部を形成することができ、基材の孔はレーザー、ドリル加工などで開けることができる。   The capacitor of the present invention can have various modes other than the above-described modes. For example, as the bump material, a metal material capable of anodization such as tantalum can be used in addition to the above-mentioned aluminum or a metal material such as gold provided with an aluminum layer on the surface. When tantalum is used, a tantalum foil can be used as a base material, which can be pressed to form bumps, and holes in the base material can be opened by laser, drilling, etc. .

シリコンの基材を使用する場合の、基材を絶縁性にするための基材表面の絶縁膜は、熱酸化に替えてCVD法などにより形成することも可能である。また、キャパシタの基材には有機樹脂材料を用いることも可能である。   In the case of using a silicon base material, the insulating film on the base material surface for making the base material insulative can be formed by a CVD method or the like instead of thermal oxidation. An organic resin material can also be used for the base material of the capacitor.

本発明の第一の態様の固体電解キャパシタの製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the solid electrolytic capacitor of the 1st aspect of this invention. 本発明の第一の態様の固体電解キャパシタの製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the solid electrolytic capacitor of the 1st aspect of this invention. 本発明の第一の態様の固体電解キャパシタの製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the solid electrolytic capacitor of the 1st aspect of this invention. 本発明の第一の態様の固体電解キャパシタの製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the solid electrolytic capacitor of the 1st aspect of this invention. 本発明の第一の態様の固体電解キャパシタの製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the solid electrolytic capacitor of the 1st aspect of this invention. 本発明の第一の態様の固体電解キャパシタの製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the solid electrolytic capacitor of the 1st aspect of this invention. 本発明の第一の態様の固体電解キャパシタの製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the solid electrolytic capacitor of the 1st aspect of this invention. 本発明の第一の態様の固体電解キャパシタの製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the solid electrolytic capacitor of the 1st aspect of this invention. 本発明の第一の態様の固体電解キャパシタの製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the solid electrolytic capacitor of the 1st aspect of this invention. 本発明の第一の態様の固体電解キャパシタの製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the solid electrolytic capacitor of the 1st aspect of this invention. 本発明の第一の態様の固体電解キャパシタの製造工程を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing process of the solid electrolytic capacitor of the 1st aspect of this invention. 本発明の固体電解キャパシタを説明する図である。It is a figure explaining the solid electrolytic capacitor of this invention. 本発明の固体電解キャパシタを説明する図である。It is a figure explaining the solid electrolytic capacitor of this invention. 本発明の第二の態様の固体電解キャパシタの製造工程の一部を説明する図である。It is a figure explaining a part of manufacturing process of the solid electrolytic capacitor of the 2nd aspect of this invention. 本発明の第二の態様の固体電解キャパシタの製造工程の一部を説明する図である。It is a figure explaining a part of manufacturing process of the solid electrolytic capacitor of the 2nd aspect of this invention. 本発明の第二の態様の固体電解キャパシタの製造工程の一部を説明する図である。It is a figure explaining a part of manufacturing process of the solid electrolytic capacitor of the 2nd aspect of this invention. 本発明の固体電解キャパシタを内蔵した配線基板の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the wiring board which incorporated the solid electrolytic capacitor of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…シリコン基板
3…バンプ孔
5…SiO2絶縁膜
7…Al膜
9…Alバンプ
11…誘電体膜
17…固体電解質層
21、23…キャパシタ部品
25…接着剤
29…絶縁層
31a、31b…電極
35…固体電解キャパシタ
1 ... silicon substrate 3 ... bump hole 5 ... SiO 2 insulating film 7 ... Al film 9 ... Al bumps 11 ... dielectric film 17 ... solid electrolyte layers 21 and 23 ... capacitor component 25 ... adhesive 29 ... insulating layer 31a, 31b ... Electrode 35 ... Solid electrolytic capacitor

Claims (7)

絶縁材料で封止されていない平板状のキャパシタ素子からなり、このキャパシタ素子は、一方の極性の電極ともう一方の極性の電極、及びそれらの間の固体電解質を含み、一方の極性の電極は平板状キャパシタ素子の一方の面に露出し、もう一方の極性の電極は他方の面に露出していることを特徴とする固体電解キャパシタ。   The capacitor element comprises a flat capacitor element that is not sealed with an insulating material. The capacitor element includes an electrode having one polarity, an electrode having the other polarity, and a solid electrolyte therebetween. A solid electrolytic capacitor characterized in that it is exposed on one surface of a flat capacitor element and an electrode of the other polarity is exposed on the other surface. 一方の極性の電極が一方の絶縁性基材上の導電性膜に接続し、もう一方の極性の電極がもう一方の絶縁性基材上の導電性膜に接続している、請求項1記載の固体電解キャパシタ。   The electrode of one polarity is connected to a conductive film on one insulating substrate, and the electrode of the other polarity is connected to a conductive film on the other insulating substrate. Solid electrolytic capacitor. 各絶縁性基材上の導電性膜に接続する双方の極性の電極がそれぞれ固体電解質層を貫通している、請求項2記載の固体電解キャパシタ。   The solid electrolytic capacitor according to claim 2, wherein electrodes of both polarities connected to the conductive film on each insulating base material respectively penetrate the solid electrolyte layer. 各面に露出している部分及び絶縁性基材上の導電性膜に接続している部分を除き、双方の極性の電極の表面に誘電体層が存在している、請求項1又は2記載の固体電解キャパシタ。   The dielectric layer exists on the surface of the electrode of both polarities except the part exposed to each surface and the part connected to the electroconductive film on an insulating base material. Solid electrolytic capacitor. 絶縁材料で封止されていない平板状のキャパシタ素子からなり、このキャパシタ素子は、一方の極性の電極ともう一方の極性の電極、及びそれらの間の固体電解質を含み、一方の極性の電極は平板状キャパシタ素子の一方の面に露出し、もう一方の極性の電極は他方の面に露出している固体電解キャパシタの製造方法であって、
(a)孔の開いた絶縁材料の平板状の基材を用意する工程、
(b)基材の片面に金属材料層を形成する工程、
(c)この金属材料層の上に金属のバンプを形成する工程、
(d)金属材料層及び金属バンプの材料を陽極酸化してそれらの表面に誘電体層を形成する工程、
(e)基材の誘電体層を形成した側に、基材の孔を埋め且つ表面に誘電体層を形成した金属バンプが突出するよう、固体電解質層を形成する工程、
(f)工程(a)〜(e)を繰り返して、バンプを形成した面どうしを向き合わせたときに基材の孔の位置が上記一方の部品のバンプの位置と一致し、バンプの位置が上記一方の部品の基材の孔の位置と一致する、キャパシタのもう一方の部品を製作する工程、
(g)上記一方の部品ともう一方の部品をそれらのバンプを形成した面どうしを向き合わせて接合し、表面に誘電体層を備えた双方のバンプがそれぞれ他方の部品の固体電解質層を貫通して外部に突出する組立体を作製する工程、
(h)この組立体の両面に絶縁層を形成する工程、
(i)表面に誘電体層を備えた突出するバンプをこの絶縁層の少なくとも一部とともに除去して、組立体の表面にバンプの金属材料を露出させる工程、
を含む、固体電解キャパシタ製造方法。
The capacitor element comprises a flat capacitor element that is not sealed with an insulating material. The capacitor element includes an electrode having one polarity, an electrode having the other polarity, and a solid electrolyte therebetween. A method of manufacturing a solid electrolytic capacitor in which one surface of a flat capacitor element is exposed and the other polarity electrode is exposed on the other surface,
(A) a step of preparing a flat base material made of an insulating material having a hole;
(B) forming a metal material layer on one side of the substrate;
(C) forming a metal bump on the metal material layer;
(D) a step of anodizing the material of the metal material layer and the metal bump to form a dielectric layer on the surface thereof;
(E) a step of forming a solid electrolyte layer so that metal bumps filling the holes of the base material and forming the dielectric layer on the surface thereof protrude on the side of the base material on which the dielectric layer is formed;
(F) When the steps (a) to (e) are repeated and the surfaces on which the bumps are formed face each other, the positions of the holes of the base material coincide with the positions of the bumps of the one component, and the positions of the bumps Producing the other part of the capacitor that matches the position of the hole in the base material of the one part;
(G) The above-mentioned one part and the other part are joined with their bump-formed surfaces facing each other, and both bumps having a dielectric layer on the surface penetrate the solid electrolyte layer of the other part, respectively. And producing an assembly protruding outside,
(H) forming an insulating layer on both sides of the assembly;
(I) removing protruding bumps having a dielectric layer on the surface together with at least a part of the insulating layer to expose the bump metal material on the surface of the assembly;
A method for producing a solid electrolytic capacitor, comprising:
工程(e)の固体電解質層の形成を、基材を導電性材料の別の基材上に仮固定し、この別の基材を電極として使用する電解重合により行う、請求項5記載の固体電解キャパシタ製造方法。   6. The solid according to claim 5, wherein the formation of the solid electrolyte layer in the step (e) is performed by electrolytic polymerization in which the base material is temporarily fixed on another base material of the conductive material, and the other base material is used as an electrode. Electrolytic capacitor manufacturing method. 工程(e)の後に、基材の孔内の固体電解質層に貫通孔を開ける工程を更に含む、請求項5又は6記載の固体電解キャパシタ製造方法。   The method for producing a solid electrolytic capacitor according to claim 5 or 6, further comprising a step of forming a through hole in the solid electrolyte layer in the hole of the base material after the step (e).
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