TW200837788A

TW200837788A - Solid electrolytic capacitor

Info

Publication number: TW200837788A
Application number: TW097107447A
Authority: TW
Inventors: Koji Sakata; Takeshi Saito; Yuji Yoshida; Takeo Kasuga; Masanori Takahashi; Yoshida Katsuhiro
Original assignee: Nec Tokin Corp
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2008-09-16
Also published as: CN101290831A; CN102522222A; US7525791B2; DE102008012595A1; KR20080081848A; TWI377588B; CN101290831B; JP2008218779A; US20080218943A1; JP4915856B2

Description

200837788 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明已於2007年3月6日提出日本專利申請並享有優先權’專利申請號為2〇〇7 —〇55299。本發明係係關於運用於電子裝置中電源供應之 f電容（decoupling capacit〇r)，特別是具有複數嵌端子（mounting terminal)之固體電解電容々里解入【先前技術】提升2來電子裝置已朝微型、薄化及高度功能性發展， ^升電路驅動頻率為有效地提高電子裝置效能的方法之課題為此’降低等效串聯電感（以下簡稱ESL)為新興的 ESL的增加可導因於裝 $山守口於衣置中電谷之導磁性、裝置内部主敗入端子之佈線長度曰§又料之㈣等等。為解決此類問、來提出包括陽極與陰極嵌+ + 、彳+ + 1 、^邳瓜入鳊子之方法，利用彼此相近之方式降低陽極與陰極 ή女八子間發生所謂迴路電感之電琢成分，以及包括減少嵌入維之始晶別4、之數目，並變換一維或二、、隹豐i或鋸齒型之配置方式。例如，在專利參考文獻 2002 獻中（日本專利早期公開第 343686號）揭示出一極端子即柽媳；夕士種電〜構’利用變換配置陽丁，、U極‘子之方式形成在开钍加\ 风為完成此方式之配置，在兀件邛分之母材與固體成絕绫^ \ 电解貝、、且成之孔洞材質部分上形取、、巴緣树脂部分後，在维邑緣树月曰中形成穿越洞並填入導電

2153-9471-PF 5 200837788 物貝，70件部分之陰極導體連接至陰極嵌入端子，並直在:件部分之母材上形成陽極嵌人端子。此外，陰極與陽極嵌入端子之表面上覆蓋絕緣保護層（被覆樹脂）。

另一電容結構實例揭示於專利文獻2(日本專利公開第2002-289469號）中，其鋸齒狀配置之端子不”Λ 用母材上形成穿越洞之方式形成。非孔洞材質之電極部分形成於構成母材之閥作用（valye咖⑽）金屬之一側二片上，且連接至電極部分之一連接端子作為一正嵌入端 :。在部分閥金屬薄片而非電極形成孔洞材質I，在此部恭成；丨电層進一步在此介電層上形成固體電解層與集電層’且—連接至集電層之連接端子作為負嵌人端子。: 極與陰極嵌入端子間採用絕緣體相互絕緣。然而習知的電容結構存在一些問題。亦即在習知專利文之固體電解質電容中，於孔洞材質部分上形成所需之T細灸，填入絕緣樹脂，固化此填入樹脂，並在此： :树月曰部分之中心形成直徑不超過第一階段穿越洞之第二 -:、接著以電鍵覆蓋並填入穿越洞之内部而形成導 :。然而’因機械與熱應力、或因形成第二穿越洞使環繞牙越洞之孔洞部分發生損害，造成固體電解質電容存在漏電流之問題。 ’ 此外，在專利文獻2揭示之習知固態電解質電容中，因在孔洞材質部分未形成穿越洞’故可解決發生於上述專利文獻山1揭示之固態電解質電容之問題，然而，因陽極與陰極之队入端子直接形成於母材金屬與此母材金屬之孔洞

2153-9471-PF 6 200837788 材質上，當固態電解質電容—上上 t入基底或處於熱循環狀態下’固態電解質電容之效能、&主特別疋專效串聯電阻特性將因基底與固態電解質電容間之勒版e〆a 奋間之熱膨脹係數差異所形成之熱應力而衰減。 … 本發明為解決上述問題，挺畸 k供一種可有效並可靠地解決熱應力之固態電解質電容。根據本發明之第一特徵，楹絲η… 徒供一種固態電解質電容，包括有· 一底膜，該底膜之上表面上具有一電谷元件連接表面，且該底膜之下表面上具有一電極肷入表面，該底膜還具有含至少一第一導體與至少一 > 弟一 V體之一絕緣板，每一該專導體於該上表面盥該下# /、忑下表面間提供傳導；以及一電容元件，具有至少一晤 ,主夕除極部分與至少一陰極部为，配置於該底膜之上表面以導體，運接至母—该弟一與該第二 (plate VkT電“件包括—陽極本體，係由板狀 (灿士⑷或片狀（f〇ll_Uke) 材所構成，其部分作為兮陽托加、^ 取（甘底膜之該第一導係經由-陽極連接至該緣體；一介電二有部分陽極之之-絕一，…“，部分之該母金屬表面上之 ^ 3所構成；以及一陰極本體，、音田後盍於該介電層上

之一V電複晶層與一陰極導電層所構成，以及 2153-9471-PF 7 200837788 其中，作為該陰極部分接至該底膜之該第二導體。根據本發明之第二特徵包括有：之該陰極導電層之一部分係連 ’提供一種固態電解質電容，底膜’該底膜之上表面上具有—電容元件連接表面’且該底膜之下表面上具有—電極♦人表面，該底膜還具有，至少-第-導體與至少—第二導體之—絕緣板，每

一该等導體於該上表面與該下表面間提供傳導，且係以一交錯型式配置；以及電谷兀件’具有至少一陽極部分與至少一陰極部分’且係以-交錯型式配置於該底膜之上表面以連接至每一該第一與該第二導體，其中，該電容元件包括__陽極本體，係由板狀 (Plate-like)或片狀（fGU_like)閥動金屬形成之一母材所構成，其複數部分作為每—該等陽極部分係經由一陽極連接至該底膜之每—該#第—導體，該陽極具有圍繞該部:分陽極之之一絕緣體；複數介電層，由不含該陽極部分之該母金屬表面上之複數氧化層所構成；以及一陰極本體’由覆蓋於每-該等介電層上之—導電複晶層與二陰極導電層所構成，以及其中，作為每一該陰極部分之該陰極導電層之複數部分係連接至該底膜之每一該第二導體。此外，在一較佳實施例中，該底膜之至少一該上表面與下表面上形成複數第一金屬板或複數第一金屬片與複數

2153-9471-PF 8 200837788 第二金屬板或複數第二金屬片，卷一孟屬板或金屬片連接至每一該等第一導體與該等第二 ^ 守餸，其中每一該等金屬板或該等金屬片連接至每一該蓉甘通等％極部分與該等陰極部分。在另一較佳實施例中，与r念睹 J T °亥底膜之該電極嵌入之一表面部分中’用以形成該電检奴人㈣貝冑令之-合纟材質之-熱膨脹係數，丨於16 pPm/°C與26 ppm/t：之間。 :用上述特徵’電容元件經由底膜嵌入基底，因此， ::谷二嵌，基底以及固態電解質電容之特性減弱時或後在，凰度循環中可釋放埶雍士 _ 敌…、應力，4寸別是可抑制等效串連电阻效應，此舉可使固能 w认處口心、電解貝電容發揮優異的效能並可罪地應付熱應力效應。【實施方式】為讓本發明之上述和直他目的、特徵、和優點能更明顯易ΙΪ，下文特舉阜說明如下。貝施例，並配合所附圖式，作詳細

第1 立體圖；之剖面圖使電極嵌 :係顯示本發明第-實施例中固態電解質電容之

。、圖係顯不第1圖中固態電解質電容沿線A-A :、更於榣述，第1圖之固態電解質電容係翻轉入面朝上顯示。如第1與圖所不第一實施例中固態電解質電容包含

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有底膜5,其上表面具有電容元件連接面，且下表面具有電極後入面，以及連接至底膜5之電容元件6。底膜5包括具網格狀形成穿越洞t絕緣I 1;$成於每—穿越洞中之第-導體2(陽極插塞）與第二導體3(陰極插塞），由絕緣層1之一表面穿越至對應的另一表面，並交錯或鑛齒形配置；以及由如含銅之金屬板或金屬薄片形成之陰極層 4’形成於每-第二導體3 (陰極插塞）上。電容元件6且有陰極部分與陽極部分，每-對應連接至第-導體2(陽極插塞）與第二導體3 (陰極插塞）。 =之閥動母材作為陽# 7，形成並自陽極7中隔離所需數罝、由金、鋁或其他相似材質所構成之陽極8。每 ==至對叙每—第—導體2(陽極插塞> m 9 ::去:一陽極8之部分區•，利用如塗佈或掃晦印 = 樹脂或環氧(ep〇xy)樹脂構成。在陽心 ^非㈣8所接觸之部分形成介電層Μ，在介電声^ 上非％極8與絕緣層9所形成之部分曰 η，且陰極導體12由石墨、銀或相類似之材層外，介電層1〇、導電複晶石夕層u與陰 #成。此陽極7之表面，亦即位於上表面、 $層12形成於側面。部分之每一陰極導體12，亦即：以及於陽極7之每-陰極層4連接至每―第二導 <陰極部分經由層4之形成並非必要，然而：極插基）。陰極導體3(陰極插塞）上延伸而獲得連曰接4之之：成可因於第二广硬接之穩定性。

2153-9471-PF 10 200837788 用以形成底膜5之絕緣層1係由含玻璃纖維之環氧樹脂（glass fiber-impregnated epoxy，以下稱 glaep〇)、液晶複晶矽或相類似材質所構成之絕緣膜，且以網格狀穿越絕緣層1之陽極插塞2與陰極插塞3係採用銅電鍍或導電貧貼裝法（conductive paste bonding method)等類似方法形成。此外，電容元件6之上表面係塗佈保護材質i3。此例中基底表面部分之熱膨脹係數較佳為介於17ppm/ C與25 ppm/1之間。此因發明人發現當採用具有介於 17ppm/t與25 ppm/X：之間熱膨脹係數之基底作為固態電解質電容之成分時，一次嵌入之失敗發生率可得以降低。第二實施例第3圖係顯示本發明第二實施例中固態電解質電容之剖面圖。

第二實施例所採用之底膜與第一實施例不同。如第3 圖所示’第二實施例之固態電解質電容之上表面具有電容兀件連接面，且其下表面具有一電極嵌入面，底膜5包括具網狀配置穿越洞之絕緣板1;形成於每__穿越洞之第一 =體2 (陽極插塞）與第二導體3 (陰極插塞），自一表面牙越至對應表面’且兩者皆呈交錯狀排列；陽極板Μ與陰極板/ ’母—陰極板4由如銅或相類似之金屬或合金所組成’陽極板14與陰極板4係配置於陽極插塞2與陰極插塞 3上且形成於同-表面，亦即底Μ 5之電容元件連接面，以及面對陽極板14與每—陰極片4之主要表面；複數個嵌

2153-9471-PF 11 200837788 入端板15,由如銅或合金形成於入表面。絕緣層16覆蓋於每一 ’點嵌入板1 ^ ^ 人尺寸之環形裸露部分（此部分在嵌入 3設為厚度約10“m之電阻芦τ：τ捋連接）。絕緣層16 卞r: 一之電阻層可採用印刷方法或編帶材料技術（tape material)完成。以下將特別針對固態電解質電容審述令义衣私實例加以詳

實例一容之製程請參閱關於本發明第一實例中固態電解質電第2圖。 (第一步製程：形成陽極之絕緣層）首先描述電容元件之製程。採用金屬簿片作為銘電解質電容之材質，提供每平方公分200 /z m之電容值，並以 _ 9V料形成介電f之電壓。將金屬箱片切割成—尺寸之 =方班為，在此切割金屬箔片一侧基底之表面上陽極7之母一介電質10上，採用具0.6_直徑之環形環氧樹脂，以印刷方法交錯塗佈具〇.6mm間距（pitch)之網點，最後形成具1 · 2mm間距之介電質1 〇。 (第一步製程··形成陽極）接著，利用雷射光束宜除絕緣體9之中央部分，裸露出直徑0.3_之金屬鋁箱核心，其中形成金凸塊（g〇id 2153-9471-Pf 12 200837788 bump)以分隔每一陽極此部分即謂陽極部分 (第三部製程：形成導電複晶矽層與陰極導體）然後，形成導電複晶矽層丨丨於環繞每一質10、基底側之絕緣體9與相對側介電f 1〇 8之介電 r石磨與銀膏(sllverpaste)依序覆蓋形二 =體 (第四步製程：準備母材）接著，由含玻璃不織纖維（glaepo)之環氧樹月匕厚度60㈣之底膜以包t (w θ/ 之上與下表面結合，與電容元件6之上上電：…9 m 1 q , 表面…合之底膜係 :=，與電容元件6之下表面結合之底膜係為絕緣 :。二美，利用雷射束形成直徑0.15mm、w^^ ::數二越―反1上，進-步利用銅電鑛方法形成 p ；_亦P於母-穿越洞中形成陽極插塞2與陰極插塞3, 斤弟一步製程中之每一陽極8耦合至每一陽極插塞2,在 μ 私中之每_陰極導體12麵合至每一陰極插塞3。將導體填滿每—陽極插塞2與陰極插塞3之内部，每一插塞2與3則作為嵌入端點。 c上2固態電解質電容之10組平均電性中，在120HZ頻今值為20 # F，在100Hz頻率下之等效電阻值為l〇m Ω。

2153-9471-PF 13 200837788 關於本發明第二實例中固態第3圖。电解貝電各之製程請參間在本發明第二實例中所揭示之固態容元件δ之製程盥第二" 貝電容中，電

农枉/、弟實例之刖四步驟相同，LV 丁收碎、十、第五步驟以下之製程。下將评’L (第五步製程：底膜製程）接著，利用具直徑18 之鋼奋An A 白μ合底膜5兩側盥厚度60//m之含玻璃不織纖維（gU ，、施以帝射击…」之级虱樹脂，然後田、形成網格間隔〇· 6mm之洞（亩斤穿赭户谇</U (直杈〇· 09mm)以牙越尽度叫m之底膜5，並利用電鍍電兩側之銅落與該洞之内部，進接^口底膜5 宾q拉# 成味極插基2與陰極插土 3。接者，對結合底膜5兩宕报灿女B 幻治知以蝕刻以形成特 7 。’、P ’利用㈣方法移除銅荡上面對每—配陽極與陰極部分，在電容有移除㈣上面對每—陽極/4= 形式，亦即 ^ # ° …、陰極板4部分，剩餘之銅泊表面可絕緣分隔。同樣地， ^ __方式移除mi上正 ^極插基2與陰極插塞3之特定尺寸區域，端點嵌入板々一可f以絕緣分隔。在銅落上經姓刻後剩餘部分中，對應 =陽極板14之直徑為〇·3_，對應每—陰極板4之直徑 :〇.山6_ ’對應端點嵌入板15之直徑為〇.—。此外，在山瓜入板15上裸露具特定尺寸（此例為直徑ϋ·03πιπι) 底膜並Μ厚度！〇 # m之環氧樹脂之絕緣層】6覆蓋剩餘

2153-9471-PF 14 200837788 口戸刀，形成具特定尺寸之嵌入端點，凡成底膜5之製程。 (第六步製程：母材至電容元件之連結）接著，將第四步製程所完成之底膜5連接至電容- 。此連結係利用如銀膏導兀件元株+ — 月之¥電@ (未不於圖中）結合電交兀件6上之母一陰極導體12與底膜5 窀各第二步製程中自電容元件6繞接、之陰極板4’教使 •塊構成之陽極8覆蓋於底臈5上並在者同％加熱形成陽極部分。對兩 (第七步製程··形成保護）取後，結合底膜5組合物上之保護膜U盘電容 1 6而形成固態電解質電容。 7M牛上述固態電解質電容之彳n 產π + —、千均電性中，在120Ηζ^ 、包谷值為20//F，在100Hz頻率下之蓉％ φ ^ ι Ω。此外，麻趑领半下之專效電阻值為l0m 20Ppm/〇c。卸P刀之熱膨脹係數可為在本發明第三實例之製程係描述於第二之固態電解質電容製程中，、斤揭不 τ不同在於底膜5之雷朽电入品部分之熱膨脹係數可為16_/。0之製電極肷入面例之製鋥盥筮-杏点丨▲ 在本發明第三實 q之衣耘與弟一實例中所揭示之固態電解相同，不同點在於第四步製程（m 、谷I私大致乂…準備底膜）中，厚度

2153-9471-PF 15 200837788 且結合底則與第二之底膜中玻璃不織纖維比第二實例中增加〗〇% 膜兩側之銅箔厚度改變成25/z m。其他製程步實例相同。平均電性中，在120Hz頻頻率下之等效電阻值為

Ji述固態電解質電容之1 〇組率下電容值為20//F，在100Hz 1 〇· 5mΩ 〇貫例四在本發明第四實例之製程係描述於第二實之固態電解質電容製程中，+同在於底膜5 揭不部分之熱膨脹係數可為26ppm/<3c之浐、^ *入入面 ^J ^ f a ^ m ^ ^ , 氣裎。在本發明第四實例之Μ與弟1例中所揭示之固態電相同’不同點在於第五步製程（底膜中耘大致之底膜5改變成1GMm，玻^ ’^度60“ %。i他f裎牛驟@ Μ 、維比實例2中增加20 /〇，、他袠私步驟則與第二實例相同。上述固態電解質電容之1〇組平均電性率下電容值為20#F’s 1〇。 2頻 12Π1Ω。肩旱下之專效電阻值為在此比對實例中係採用專利參考出10組固態電解質雷办中之製ί王製造第四步製程製造電容元件，接#受一疋弟一實例之第一至上每-陽極與陰極導體妾：覆盍環氧樹脂於電容元件之區域。上述固態電解質電容

2153-9471-PF 16 200837788 之10組平均電性中，在120Hz頻率下電容值為2〇#F，在 100Hz頻率下之等效電阻值為ΠπιΩ。製造此固態電解質電容之條件與第二實例相同，包括鋁箔亦/或介電質之形成電壓、陽極隔離與形成區域之面積、環繞絕緣體之尺寸、固態電解質電容之效能以及設定等效電阻之因素等。在基底上嵌入固態電解質電容後，執行重流製程 (reflow process)使固態電解質電容以無鉛電鍍方式通過250°C之重流熔爐1〇秒鐘，重流製程在25〇它下重複執打，亚施以溫度循環測試（―、持續3〇分鐘、 500次循環）。表-係顯示每一實例與比對實例在測試1〇組固態電解質電容之平均電容值與等效串聯電阻值（剛之前後結果。表一

電容值（120Hz) 單位·· JU

ESR(IOOKHZ) :mQ

如表一所示’實例—至實例比對實例在一系列之可靠度測試中有車 =電，質電容相對在實例二至實例四之熱膨脹係數二土：特性。特別是文化中，實例二之固態電

2153-9471-PF 17 200837788 解質電容之熱膨脹係數大於1 6 ppm/°c (實例三之值），且小於26ppm/°c (實例四之值），提供良好之可靠度。任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。【圖式簡單說明】第1 立體圖；第2 面圖；第3 剖面圖。圖係顯示本發明第一實施例中固態電解質電容之圖係顯π第1圖中固態電解質電容沿線A —A之剖圖係顯不本發明第二實施例中固態電解質電容之【主要元件符號說明】 1〜絕緣層； 2〜第一導體； 3〜第二導體； 4〜陰極層； 5〜底膜； 6〜電容元件； 7〜陽極； 8〜陽極； 9〜絕緣層；

2153-9471-PF 18 200837788 i 〇〜介電層； 11〜導電複晶矽層； 12〜陰極導體； 13〜保護材質； 14〜陽極板； 1 5〜嵌入端板； 1 6〜絕緣層。

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Claims

200837788 十、申請專利範圍： 1. 一種固％電解質電容，包括：底膜，該底膜之上表面上具有一電容元件連接表面，且該底膜之下表面上具有一電極嵌入表面，該底膜還具有^至^第一導體與至少一第二導體之一絕緣板，每 -該等導體於該上表面與該下表面間提供傳導；以及一電容元件，具有至少一陽極部分與至少—陰極部分，配置於該底膜之上表面以連接至每一該第一舆：第二導體，人一其中，該電容元件包括一陽極本體，係由板狀 (Plate—like)或片狀（—like)閥動金屬形成之一母材所構成其°卩刀作為該陽極部分係經由一陽極連接至兮底膜之該第一導體，該陽極具有圍繞該部分陽極之之一：緣體；-介電層，由不含該陽極部分之該母金屬表面上： -氧化層所構成；以及—陰極本體，由覆蓋於該介電層上之一導電複晶層與一陰極導電層所構成，以及其中，作為該陰極部分之該陰極導電層之一部分係連接至該底膜之該第二導體。 2. 如申明專利範圍第1項所述之固態電解質電容，其中於該底膜之至少-該上表面與下表面上形成複數第一金屬板，複數第-金屬片與複數第二金屬板或複數第二金屬片，每一該金屬板或金屬片連接至每一該等帛—導體與該等第-導體’ m該等金屬板或該等金屬片連接至每一該等陽極部分與該等陰極部分。 2153-9471-PF 20 200837788 3.如申請專利範圍第1或2項所述之固態電解質電谷’其中於邊底膜之該電極嵌入之一表面部分中，用以形成該電解質電容之一合成材質之一熱膨脹係數介於Η ppm/°C 與 26 ppm/°C 之間。 4· 一種固態電解質電容，包括：

一底膜，該底膜之上表面上具有一電容元件連接表面，且該底膜之下表面上具有一電極嵌入表面，該底膜還具有含至少-第-導體與至少一第二導體之一絕緣板，每 —該等導體於該上表面與該下表面間提供傳導，且係以— 交錯型式配置；以及一電容元件，具有至少一陽極部分與至少一陰極部分，且係以一交錯型式配置於該底膜之上表面以連接至每一該第一與該第二導體，其中，該電容元件包括一陽托^ _ • 丨卞匕枯％極本體，係由板狀 (plate—like)或片狀（f〇ii — 戸弓紅人符 like)閥動金屬形成之一母材所構成，其複數部分作為每一爷蓉 ^ Θ寺除極部分係經由一陽極連接至該底膜之每一該等第一 ¥體该陽極具有圍繞該邛为％極之之一絕緣體；複數介電# "电層，由不含該陽極部分之該母金屬表面上之複數氧化層 ^ ^ ^ ^ ^ 層所構成，以及一陰極本體，由覆盍於每一該等介電層上之— 措；^ ♦电铍晶層與一陰極 V電層所構成，以及其中，作為每一該陰極部分八位、*拉s 2 ^ ^陰極導電層之複數部刀係連接至该底膜之每一該第二導體。 5.如申請專利範圍第4項所述疋之口恶電解質電容，其 2153-9471-PF 21 200837788 中於該底膜之至少-該上表面與下表面上形成複數第屬板錢數第一金屬片與複數第二金屬板或複數第二金屬片，每一該金屬板或金屬片連接至每一該等第一導體與节等第二導體’其中每一該等金屬板或該等金屬片連接至每一該等陽極部分與該等陰極部分。

6 ·如申請專利範圍第4或5項所述之固態電解質電容’其中於該底膜之該電極嵌入之一表面部分中，用以形成4電解質電容之一合成材質之一熱膨脹係數介於16 ppm/°c 與 26 ppm/°C 之間。

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