TW492022B - Capacitor - Google Patents

Description

492022 A7 五、發明說明（ 【發明之技術領域】 本發明係有關於一種可利用於各種電子機器之電容 器’特別是可直接實裝半導體元件之電容器。 【發明之背景】 以往之大容量電容器中有一種電解電容器。電解電容 器則係於由紹或组等金屬多孔體所構成之陽極元件表面形 成介電體氧化膜，並於其上設置機能性高分子或二氧化錳 等固體電解質層，且於固體電解質層之外表面設置陰極 層’然後整體外裝模鑄，並於該外裝之兩端設置端子電極 而構成者。 上述習知之固體電解電容器與電阻及電感零件同為一 種晶片型之固體電解電容器，並可實裝於電路基板上而加 以利用。 然而’隨著現今電路之數位化，電子零件之高頻回應 性要求亦日漸提高，但用以與半導體元件一同對上述之電 路基板表面實裝之習知固體電解電容器則具有使電路之高 頻回應性降低之問題。 又’由於對介電體使用以電解法形成之氧化膜，故無 法承受機械應力，且，電容器具有極性，而不易使用於 裝。 ' 本發明之目的即在提供已去除以上之習知缺點，而可 直接進行凸塊連接半導體元件，且具極佳高頻回應性之電 容器。 〜 【發明之揭示】 297公釐） 冰 ▲ A7 圖 五、發明說明（ 本發明之電谷器包含有：一金屬多孔片；一電極部， 係《又於該金屬多孔片上者；一有機介電體層，係設於該金 屬夕孔片上者，一固體電解質層，係設於該有機介電體層 上者，一電極層，係設於該固體電解質層上者；及，一絕 緣保護I，係設於上述各部之外周面者。該絕緣保護層之 至少面上則形成有深達電極部與電極層之孔穴。穴内設 有與各電極部及電極層電性連接而與其他部分絕緣之導電 體，而露出於絕緣保護層上之導電體上則設有用以對電容 裔連接半導體元件、晶片零件等之連接凸塊。藉使用本發 明之電谷器，即可以半導體元件為始而對電容器表面之連 接凸塊上貫裝各種晶片零件，並構成具極佳高頻回應性之 半導體裝置或電路。 主要元件符號之說明】 第1圖係本發明第1實施例之固體電解電容器之立體 第2圖係本發明第1實施例之電容器之截面圖。 第3圖係金屬多孔片之截面圖。 第4圖係已於金屬多孔片上形成電極部後之截面圖。 第 > 圖係已於金屬多孔片上形成光阻劑層後之截面圖。 第（)圖係已於光阻劑層上形成有機介電體層後之截面 圖。 第7圖係已於有機介電體層上形成固體電解質層後之 截面圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） !1-裝 ill·! — 訂-! I!--線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費_ 合 作 社 印 製 -5- 492022 A7 ------__B7______ 五、發明說明（3 ) 第8圖係已於固體電解質層上形成電極層後之截面圖。 第9圖係已形成孔穴後之截面圖。 ---‘---Μ------餐--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第1 〇圖係已於穴内形成絕緣層後之截面圖。 第1 1圖係已去除光阻劑層後之截面圖。 第1 2圖係已形成絕緣保護層後之截面圖。 第1 3圖係已於絕緣保護層形成孔穴後之截面圖。 第I4圖係已於穴内形成導電體後之截面圖。 第I5圖係已於導電體上形成連接凸塊後之截面圖。 第16圖係已於絕緣保護層側面形成引出電極後之截面 第丨7圖係顯示其他金屬多孔片之截面圖。 第18圖係本發明第2實施例之電容器之立體圖。 第1()圖係本發明第2實施例之電容器之截面圖。 第20圖係本發明第3實施例之電容器之立體圖。 第21圖係本發明第3實施例之電容器之截面圖。 【本發明之實施例】 (第1實施例） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以下，參照附圖以就本發明第丨實施例之電容器加以說 明。 第1圖係本發明電容器之一實施例之立體圖，第2圖係 該電容器之截面圖。 在第1、2圖中，由業經單面蝕刻處理之鋁箔或金屬粉 末之燒結體所構成之金屬多孔片】上設有冑極部2。金 本紙張尺度適巾關家標準(cns)a4> -6-

電極部2可直接利用金屬多孔片，亦可為於金屬多孔月 之上形成金、鋼或鎳等其他金屬層而構成者。X，當金屬 多孔片係金屬粉末之燒結體時’亦可直接利用燒：體之 面’或為以錢、蒸鍵等方法於其上形成金、_、錄或组 等金屬層而構成者。 又’上述之金屬多孔片1表面及内部之空孔表面上所形 成之由丙烯酸酯樹脂等所構成之有機介電體層3之上形成 有固體電解質層4。該固體電解質層4則可藉化學聚合或電 訂 解聚合而形成由聚吼咯或聚噻吩等導電性高分子所構成之 機能性高分子層而得到。 固體電解質層4上可形成電極層5。電極層5則可藉對固 體電解質層4上貼附銅等金屬箔或塗布導電糊而形成。 ▲ 用以包覆全體之絕緣保護層6可使用諸如環氧樹脂 等，而藉模製、塗布、浸潰等方法形成之。 經濟部智慧財產局員工消f.合作社印製 電極層5側之絕緣保護層（)設有孔穴7，絕緣保護層（>、 電極層5、有機介電體層3、固體電解質層*則設有孔穴s。 孔穴7、8係可藉雷射加工、蝕刻加工或衝孔加工等而形成 者。 孔穴8之内壁上形成有絕緣層()。其次，絕緣層9之内壁 上藉鍍銅等而形成有導電體10,孔穴7内之導電體丨〇及孔穴 8内之導電體1 0則分別與電極層5及電極部2電性連接。 絕緣保邊層6表面之導電體〗〇上形成有由軟焊料、金、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 五、發明說明（5) 2等所構成之連接凸塊n。連接凸塊Η之數量及所形 :之間距則與隨後實裝之半導體元件之連接凸塊數量及間 、致或更多°而’使連接凸塊Η之數量大於半導體元件 之連接凸塊數量則係為於實裝半導體元件後，亦可於殘餘 之連接凸塊1 1間實梦曰κ Φ σΐ7 耳裝曰曰片電阻益、晶片陶瓷電容器甚至晶 片電感器專晶片零件之故。 又絕緣保護層6之側面及底面上則形成有分別與電極 αΡ 2與電極層5相連接之引出電極1 2、1 3。 如上所述，藉對電容器之單面上直接實裝半導體元件 等以製造半導體裝置，即可大幅提昇半導體裝置之高頻回 應性，而無須電路基板上之格紋導電圖形。 另，若使用業經單面蝕刻處理之鋁箔作為金屬多孔片 卜則可利用已確立之紹電極電容器之㈣之製造設備、生 產技術及專技知識。即，若將紹羯之單面遮蔽以進行餘刻 處理，即可輕易得到具有所欲之刻蝕痕之金屬多孔片I，且 無須投資新設備即可提昇該固體電解電容器之生產性。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，若使用金屬粉末之燒結體作為金屬多孔片丨，則可 增加介電體之表面積，並增加所得電容器之靜電容量。 進而，若以鋁箔或金屬粉末之燒結體單面為電極部2 , 則無須其他金屬層作為電極部2，即可減少構成零件並提昇 生產效率，而有助於成本之降低。 另’若於可形成金屬多孔片1之導電體〗()之面上形成 金、銅或鎳等金屬層以作為陽極電極部2,則可提昇形成於 孔穴7、8内之導電體1 〇與電極部2之連接強度。 度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210，297公釐 492022

經濟部智慧財產局員工消f.合作社印製 •五、發明說明（6 ) 又’藉使用聚U比咯或聚噻吩等導電高分子作為固體電 解質層4’則可得到阻抗較低之電容器，即，高頻回應性更 佳之電容器。 其次’參照附圖以說明本發明固體電解電容器之製造 方法之·"*例。 首先，如第3圖所示，準備業經單面蝕刻處理之鋁箔作 為金屬多孔片1。該鋁箔則可藉遮蔽箔片之單面再加以蝕刻 處理而輕易得到。 其次，如第4圖所示，於鋁箔之全面上形成由銅所構成 之電極部2。該電極部2則可藉喷濺、蒸鍍等而形成。 其次，如第5圖所示，於金屬多孔片丨之蝕刻處理面側 以外之處形成抗蝕性之光阻劑或遮蔽膠帶等光阻劑層丨4。 其次，如第6圖所示，將之浸潰於含有丙烯酸酯樹脂之 溶液中以進行電積層，並於未形成有光阻劑層14之部分形 成有機介電體層3。 然後，將已形成有機介電體層3之金屬多孔片浸潰於含 有吡咯之溶液中，接著將之浸潰於氧化劑溶液中以藉化學 氧化聚合於介電體膜3上形成聚吡咯薄層。其次，將已形成 有聚咄咯層之金属多孔片浸潰於含有吡咯之溶液中，並以 聚吼咯層為+極、以溶液中之電極為一極，以藉電解重合 於上述之聚吼咯層上形成極厚之聚咄咯層作為固體電解質 層4 〇 其次，如第s圖所示，對固體電解質層4上貼附銅之電 極層5,並使其與固體電解質層4電性導通，接著如第9圖所 !!!1 裝 ill·! — 訂-— I -線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

五、 發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 示，藉雷射加工而於電極層5側之預定位置上形成所需數量 左右之孔穴8，並使其深度深達電極部2。 其次，如第10圖所示，藉絕緣性樹脂之電積層而於該 孔穴8之内壁上形成絕緣層9。 接者，如第圖所示，於剝離光阻劑層丨4或予以溶解 去除後貝I!可如第I 2圖所示般，於全面上形成由環氧樹脂 等所構成之絕緣保護層6。 其次，如第1 3圖所示，以雷射加工形成可貫穿須具備 孔穴8之上部及孔穴7之部分絕緣保護層6之孔穴了、§，並於 絕緣保護層6侧面形成通往電極層5之開口 I 7與可由相反之 側面通往電極部2之開口 1 8。 然後，如第1 4圖所示，於孔穴7、8及開口部丨7、丨^之 内面形成鍍銅等而成之導電體1〇,並分別將孔穴7之導電體 1 〇及孔穴S内之導電體1 0與電極層5及電極部2電性連接。 最後，如第1 5圖所示，於導電體丨〇之由絕緣保護層6 露出之部分上形成由軟焊料、金或銀所構成之連接凸塊 Π ’同時並如第1()圖所示般，於側面及底面形成分別與電 極部2及電極層5相連接之引出電極1 2、1 3，即為電容器之 完成品。 又’本實施例之其他例子則如第丨7圖所示般，當使用 金屬粉末之燒結體作為金屬多孔片1時，即對鋁箱丨$之單面 結合鋁燒結體1 6以構成金屬多孔片1。 其他程序則可採用與上述使用業經單面蝕刻處理之紹 箔時相同之程序以製造電容器。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^ -----r---^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -10· 492022 A7 B7 〇 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費— 合 作 社 印 製 五、發明說明（8 ) 本實施例之電容器由於可對形成有連接凸塊之面直接 連接半導體元件，故將之使用於電子電路時，可構成高頻 回應性極佳之電子電路。因此，亦有助於構成數位電路。 且，由於本實施例之電容器係片狀之薄層體卻又具大容 量’故可埋設於諸如樹脂基板等之内部。因此，亦有助於 電路之輕薄化、小型化。具體而言，其可有效利用於薄型 卡nc卡）等平滑電路及噪音對策用之電容器。 又’本實施例之電容器中，由於介電體為有機介電體， 且電極之取出並無限制，故引出電極可構成任意之形狀。 因此，舉例言之，可於電容器上形成電感器，並對電感器 之内部埋設之而輕易形成LC之複合零件。 另，由於電解電容器使用氧化膜作為介電體，故由外 部施加之應力（諸如抗彎應力等）將破壞氧化膜而難以使用 於彈性基板等受到應力之處。然而，本發明之電容器由於 使用有機類材料作為介電體，故亦可對富於柔軟性且以往 受到抗彎應力而難以使用之電路及基板等裝著。 又，本實施例之電容器亦可於片狀之兩面上形成連接 凸塊Μ。此則可藉孔穴7、8之形成而達成，孔穴7可深達電 極層5，孔穴8可深達電極部2，孔穴内並可設置絕緣層（）， 而藉對其等形成電鍍而成之導電體1()，即可構成兩面具有 連接凸塊1 1之電容器。 另，引出電極12、13並非絕對必要，而亦可利用連接 凸塊11取代引出電極12、13。用以對連接凸塊1〗實裝之半 導體元件及晶片零件亦可代用以作為引出電極。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） !1! — 11 -裝！ l· I !訂 i ! I ! ! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -11- 492022 經濟部智慧財產局員工消費合作社印1 A7 B7 五、發明說明（9 ) 此外，亦可將絕緣保護層6之一部分開口，並以電極部 2及電極層3為引出電極，以直接與外部接合。 (第2實施例） 以下，就本發明第2實施例之電容器參照附圖加以說 明。 第1 8圖係本發明第2實施例之電容器之立體圖，第1 Q 圖係該電容器之截面圖。在此，第1 8及丨9圖中與第1實施例 相同之構成元件附有相同之標號並已省略詳細之說明。 在第1 9圖中，於由業經兩面蝕刻處理之鋁箔及金屬粉 末之燒結體所構成之金屬多孔片1上形成有電極部；2。該電 極部2則可直接利用金屬多孔片1，亦可為形成金、銅或錄 等其他金屬層而構成者。又，當金屬多孔片1為金屬粉末之 燒結體時，電極部2則可直接利用燒結體之面，或為以喷 錢、洛鍍等方法於金屬多孔片1表面形成金、銅或鎳等金屬 層而構成者。 另，金屬多孔片1之全面及空孔表面上形成有丙烯酸醋 樹脂等之有機介電體層3。有機介電體層3之上則形成有固 體電解質層4，而固體電解質層4之上則形成有電極層5。其 等全體則為絕緣保護層6所包覆。 電極層5側之絕緣保護層6設有孔穴7，並設有貫通電極 層5側之絕緣保護層6、電極層5、固體電解質層4、有機介 電體層3而深達電極部2之孔穴8。 孔穴8之内壁上形成有絕緣層9。其次，絕緣層9之内壁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --^---------------r---訂·--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 492022 A7 ---------B7 ___ _五、發明說明（10) ； 上則藉鍍銅等而形成有導電體10。孔穴7内之導電體10及孔 --!!!! -裝· ！ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 八8内之導電體1 〇則分別僅與電極層)及電極部2電性連接。 ’ 、、、邑緣保遵層6上之導電體丨()之露出面上形成有由軟焊 . 料金、錫或銀等所構成之連接凸塊1 1，絕緣保護層（)之側 面及底面上則形成有分別與上述之電極部2及電極層5相連 接之引出電極12、13。 || 根據本實施例，由於藉於業經兩面蝕刻處理之鋁箔全 面上設置介電體層，即可增大電極對向面積，故可大幅提 高電容器之容量。 (第3實施例） 以下’就本發明第3實施例之電容器參照附圖加以說 明。 第2()圖係本發明第3實施例之電容器之立體圖，第2丨 圖係該電容器之截面圖。在此，第2〇及2 1圖中與第1實施例 相同之構成元件附有相同之標號並已省略詳細之說明。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在第2】圖中，於由業經兩面蝕刻處理之鋁箔及金屬粉 末之燒結體所構成之金屬多孔片1表面上設有電極部2。電 極部2則可直接利用金屬多孔片1，或為形成金、銅或鎳等 其他金屬層而構成者。又，當金屬多孔片1為金屬粉末之燒 結體時，電極部2則可直接利用燒結體之面，或為以喷濺、 洛鍛專方法形成金、銅或錄等金屬層而構成者。 另，於由金屬多孔片1之全面及内部空孔表面上所形成 之丙烯酸酯樹脂等所構成之有機介電體層3之上形成有固 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -13- 492022 A7

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•五、發明說明（12) 電路構造及實裝上所要求之連接相對應。 【產業上之利用可能性】 由於本發明之固體電解電容器之構造如上，故可直接 對固體電解電容器之形成有連接凸塊之面上連接半導體元 件以形成半導體裝置。藉此，即可形成具極佳高頻回應性 之電子電路、半導體裝置，並可於構成數位電路時構成有 效之裝置。由此可知，本發明之電容器係最適用於要求高 頻回應性之數位電路者。 另，由於介電體係有機介電體，故亦可對富於柔軟性 且以往受到抗彎應力而難以使用之電路及基板等裝著。 又’由於雖為薄型亦可承受機械應力，並易於對基板埋設， 故有助於機器之小型化。 此外，在本發明之電容器中，由於電極之取出位置並 無限制，故可以任意形狀構成引出電極。因此，本發明之 電容器可輕易形成複合零件。 — — — — — — — — — — — — — — - I I I l· I I I — — — — — — — 、(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 45- 492022 A7 B7 五、發明說明（13) 【圖式之簡單說明】 ]…金屬多孔片 2…電極部 3…有機介電體層、介電體膜 4…固體電解質層 5…電極層 6…絕緣保護層 7、8···孔穴 9…絕緣層 10···導電體 1 1…連接凸塊 12、13···引出電極 1 4…光阻劑層 1 5…銘羯 16…鋁燒結體 17、18·.·開口 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) !l·!訂！！-線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -16-

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ____ C8 --------D8__ 六、申請專利範® K 一種電容器，包含有： —金屬多孔片； 一電極部，係設於該金屬多孔片上者； 有機介電體層，係設於該金屬多孔片上者； 一固體電解質層，係設於該有機介電體層上者； 一電極層，係設於該固體電解質層上者； —絕緣保護層，係用以包覆該金屬多孔片、該電極部、 該有機介電體層、該固體電解質層及電極層者； 導電體’係貫通該絕緣保護層而形成於深達該電極部 與該電極層之孔内，並分別與該電極部及該電極層電性 連接，而與其他部分絕緣者；及 一凸塊，係設於露出於該絕緣保護層上之該導電體上 者。 2·如申請專利範圍第i項之電容器，其中該金屬多孔片 係至少業經單面蝕刻處理之鋁箔。 3·如申請專利範圍第i項之電容器，其中該金屬多孔片 係金屬粉末之燒結體。 4.如申請專利範圍第i項之電容器，其中該電極部係形 成於鋁箔表面之他種金屬層。 5·如申請專利範圍第！項之電容器，其中該電極部係形 成於金屬粉末之燒結體表面之他種金屬層。 6. 如申請專利範圍第1項之電容器，其中該固體電解質 層係導電高分子。 7. 如申請專利範圍第1項之電容器，其中該凸塊之數量 大於與電容器相連接之半導體元件之凸塊數量。 本紙張尺度適用不國國家標準（ci^4規格咖χ 297公楚）----

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