TWI398889B - Capacitor wafer and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
本發明係有關電容器晶片及其製造方法，尤其有關層積型固體電解電容器及其製造方法。
近年來，隨著電氣機器之數位化、個人電腦等電子機器之小型化．高速化，係要求小型且大容量之電容器，和在高頻範圍有低阻抗的電容器。最近，提案有使用具有電子傳導性之導電性聚合物來作為固體電解質的固體電解電容器。尤其要求具有更大容量之製品，而層積複數電容器元件，加以密封來製造出層積型固體電解電容器。
例如日本特開2002－319522號公報(專利文件1)(EP1160809號說明書)中，記載有一種固體電解電容器，其縮小陽極體之電氣性一體化所需要之空間，藉此謀求小型大容量化，此外尤其有關陽極體彼此之電氣連接，可得到低阻抗且高可靠度的連接狀態。
第1圖係表示先前之層積型固體電解電容器之構造的剖面圖。
一般來說，在蝕刻處理後之相對表面積較大之金屬箔或薄板所構成的陽極基體(1)表面，形成介電質之氧化皮膜層(2)，通常再設置遮罩層(5)之後，將上述氧化皮膜層(2)之外側依序形成工作為陰極部之固體半導體層(以下簡稱固體電解質)或導電黏膠等導電體(3)，來製作電容器元件(6)。將如此形成之複數個電容器元件(6)湊齊方向加以層積，適當設置導體層(4)，更追加電極導線部(7、8)，將整體以樹脂(9)密封來作為層積型固體電容器。
層積型固體電解電容器中，藉由增加所層積之電容器元件(6)的厚度或數量，可提高電容器的靜電容量。但是所層積之電容器元件厚度總計若過大，容易有從電容器元件從密封樹脂露出，或包覆電容器晶片之密封樹脂產生針孔或裂痕等外觀不良產生，故有所層積之電容元件厚度總計有其限制的問題。
[專利文件1]日本特開2002－319522號公報
本發明之目的，係提供一種技術，其不會產生層積型固體電解電容器的外觀不良，加寬所層積之電容器元件之厚度的容忍範圍，而可提高靜電容量。
本發明者，就上述課題精心檢討之結果，針對一種對用以將電氣取出到電容器晶片外之導線框，層積一個以上電容器元件，然後以樹脂密封的電容器晶片；發現藉由將層積體之配置作為一定範圍內的配置，即使層積體厚度變厚也不容易產生外觀不良，而完成本發明。
亦即本發明係有關以下所示之電容器晶片及其製造方法，尤其有關層積型固體電解電容器及其製造方法。
[1]一種電容器晶片，係於導線框之一邊或兩面層積電容器元件，將所得到之層積體加以樹脂密封而成：其特徵係：在將晶片內之上述層積體厚度作為Hs，將電容器晶片之厚度作為Hc，將從層積體上部到密封樹脂上面為止之距離的最小距離作為Dt，將從層積體下部到密封樹脂下面為止之距離的最小距離作為Db時，Hc-Hs在0.1mm以上，且Dt及Db之比Dt/Db為0.1到9，且Dt及Db之任一個都在0.02mm以上。
[2]上述1所記載之電容器晶片，其中，Hc-Hs在0.3mm以上。
[3]上述2所記載之電容器晶片，其中，Hc-Hs在0.6mm以上。
[4]上述1~3之任一項所記載之電容器晶片，其中，Dt/Db為0.2~6。
[5]上述1~3之任一項所記載之電容器晶片，其中，Dt/Db為0.2~0.7或是1.5~5。
[6]上述1~5之任一項所記載之電容器晶片，其中，最少在導線框之一邊的面，層積有2個以上的層積型電容器晶片。
[7]上述1~6之任一項所記載之電容器晶片，其中，電容器元件係一種固體電解電容器元件，其包含閥作用金屬所構成的陽極基體，而上述閥作用金屬之表面一部分形
成有介電質層之氧化皮膜層，和陰極層之固體電解質層。
[8]上述7所記載之電容器晶片，其中，閥作用金屬係從以鎂、矽、鋁、鋯、鈦、鉭、鈮、鉿等任一種為主要成份之金屬及該等之合金所選擇者。
[9]一種電容器晶片之製造方法，係包含於導線框之一邊或兩面層積電容器元件，將所得到之層積體加以樹脂密封的工程：其特徵係：在將晶片內之上述層積體厚度作為Hs，將電容器晶片之厚度作為Hc，將從層積體上部到密封樹脂上面為止之距離的最小距離作為Dt，將從層積體下部到密封樹脂下面為止之距離的最小距離作為Db時，Hc-Hs在0.1mm以上，且Dt及Db之比Dt/Db為0.1到9，且Dt及Db之任一個都在0.02mm以上。
若依本發明，則可製造沒有外觀不良、靜電容量較高的層積型固體電解容器。另外本發明可適用於一般電容器晶片。
以下，參考圖示舉例具體說明本發明之電容器晶片，尤其是理想型態之層積型固體電解電容器。
第2圖係本發明之理想實施方式之電容器晶片(層積型固體電解電容器)的剖面圖。
本發明之電容器晶片，係對為了於電容器晶片施加電壓之金屬製導線框(11)層積1個以上的電容器元件(6)，以密封樹脂(9)密封成為電容器晶片；其特徵係：在將層積後之電容器元件(6)與導線框(11)的總計厚度作為Hs，將不包含黏膠墊(10)等突起部之密封後的電容器晶片厚度作為Hc，將從層積體上部到密封樹脂上面為止之距離的最小距離作為Dt，將從層積體下部到不含黏膠墊等突起部之密封樹脂下面為止之距離的最小距離作為Db時，Hc－Hs在0.1mm以上，且Dt及Db之比Dt/Db為0.1到9，且Dt及Db之任一個都在0.02mm以上。
亦即本發明藉由在密封體內將包含電容器元件與導線框之層積體的位置定位於特定範圍，來消除外觀不良。
Hc－Hs(＝Dt＋Db)係如上述般作為0.1mm以上。當未滿0.1mm就會產生外觀不良。依據目的或用途不同，允許某種程度之厚度時，理想為0.3mm以上，更理想為0.6mm以上。Hc－Hs之上限雖無限定，但Hc－Hs是不對電容器容量造成影響的厚度，而必需確保每單位體積更大的容量，故一般以5mm以下，理想以2mm以下，更理想以1mm以下為佳。
Dt/Db係如上述般作為0.1~9的範圍內。Dt/Db在Hc－Hs較大之情況下(例如0.6mm以上)只要在上述範圍內即可，但是在Hc－Hs較小之情況下(例如未滿0.6mm)則以接近1之值為佳，例如0.2~6，更理想為0.3~3。
另外，Dt/Db比若超過某個範圍，則要考慮到樹脂密封時，層積體上面與層積體下面之樹脂流入速度的平衡崩潰。例如Dt>Db時，層積體下面與密封模具之距離較窄，密封時樹脂之流入速度比層積體上面要快，而可想見密封時之流入速度造成的作用力會施加於元件。此時當Dt/Db較小則不會對洩漏電流造成影響，但是若超越某個值，則要考慮該作用力對洩漏電流造成影響。Dt<Db時也一樣。另外上述機構係依據本發明所考察者，並非在本發明之前就設想到的。又，本發明並不限於是否要經由該機構。
又，Dt及Db之任一個都在0.02mm以上係就耐濕性的觀點來看較理想，而就確保每單位體積之容量的觀點來看為5mm以下，理想為2mm以下，更理想為1mm以下。
另外，Dt及Db之任一個都是樹脂層厚度，在電容器晶片之厚度中，並不包含上述黏膠墊等其他安裝輔助構件(第2圖中10)或安裝用電極(同圖中之陽極導線部7、陰極導線部8)。
電容器元件(6)，只要可層積則無特別限定，有板狀、棒狀、線狀，理想者為大略平板狀之元件，例如箔乃至薄板等元件。典型來說就如第1圖及第2圖所示，在陽極基體(1)上具有氧化皮膜層(2)，更在其上具有固體電解質層(3)的電容器元件。
本發明中，作為用作固體電解電容器之陽極基體的閥作用金屬，可舉出以鎂、矽、鋁、鋯、鈦、鉭、鈮、鉿等任一種為主要成份之金屬及該等之合金。也可以是此等各金屬的多孔體。在多孔質之型態下，可以是延展箔之蝕刻物、微粉燒結體等，多孔質成型體的任一種型態。
作為陽極基體(1)之形狀，可舉出平板狀之箔或板或棒狀等。
厚度雖依使用目的而不同，但例如係使用約40~300 μ m的範圍。為了作為薄型之固體電解電容器，金屬(例如鋁)箔係使用80~250 μ m者為佳。
金屬箔之大小及形狀也依用途而不同，但作為平板狀元件單位寬度約1~50 mm，長度約1~50mm之矩形者為佳，更理想為寬度約2~15mm，長度約2~25mm。
氧化皮膜層(2)，係可將上述陽極基體(1)做化合處理來得到。
設置於陽極基體表面之介電質皮膜層，可以是閥作用金屬之表面部分所設之金屬本身的氧化物層，或者也可以是設在閥作用金屬箔之表面上的其他介電質層，但是尤其以閥作用金屬本身之氧化物所構成的層為佳。
其次，在陰極部之介電質皮膜層上形成固體電解質層(3)。固體電解質層之種類並無特別限制，可使用先前已知的固體電解質，但是尤其將高導電率之導電性高分子作為固體電解質來製作的固體電解電容器，比起先前使用電解液之濕式電解電容器或使用二氧化錳之固體電解電容器，其等效串聯阻抗成分較低，成為大容量且小型，高頻性能良好故較理想。
又，也可因應必要在固體電解質(3)上設置導電體層(未圖示)。導電體層，係例如以導電黏膠、鍍或蒸鍍、導電樹脂薄膜之黏貼等來形成。為了使陰極部分亦即固體電解質(3)和陽極部分亦即金屬基體(1)的絕緣更加確實，也可設置遮罩(5)。
本發明之理想實施方式中的層積型固體電解電容器，係可由一種方法製造，該方法包含以下工程：在導線框(11)(也可在陰極部及陽極部下面設置高低差)上層積固體電解電容器元件(6)，或是將固體電解電容器元件(6)之層積體固定在導線框(11)上後，使上述導線框(11)之陰極導線部(8)與陽極導線部(7)之至少一部分分別露出，以樹脂密封。
通常在使複數陰極導線部(8)與複數陽極導線部(7)隔開空隙而相對設置的導線框(11)上，使其分別定位有陰極導線部(8)與陽極導線部(7)地來層積固體電解電容器元件(6)，或是固定有預先形成之固體電解電容器元件的層積體。
此時，陽極層積部係與陽極導線部(7)電氣連接，陰極層積部係與陰極導線部(8)電氣連接。如第2圖所示，陽極端面也可設置導體層/構件(4)。
電容器元件(6)，一般係使陰極部分位於其他電容器元件之陰極部分上來層積，並使陽極部分位於其他電容器元件之陽極部分上來層積。
為了將陰極部分層積於其他電容器元件的陰極部分，可以使用將其分別電氣連接的任意方法，可舉出例如使用導電性黏膠的層積法、錫銲、熔接等。又，固體電解電容器元件層積體對導線框(11)的固定也可以此為準來進行。
另外，第2圖中係使用導線部來形成導線框(11)，在其上設置電容器元件(6)的層積體，但是也可如第1圖般將陽極導線部從電容器側面拉出。
更且，第2圖中雖於層積體之間設置陰極導線部，但陰極、陽極之任一個也可將導線部分設置在層積體上或下(亦即在導線部份單側分別設置1個或複數個固體電解電容器元件(6))。
接著，將電容器元件層積構造體(具有電容器元件層積體之導線框)，留下要露出之陰極導線部及陽極導線部而樹脂密封，在樹脂硬化後，將所形成之電容器從該側端部亦即導線框之外框部分(未圖示)切開。
樹脂密封，係以在使用環境中保護電容器元件為目的，以該領域中慣用之任意方法來進行。例如可以有注模成型、壓縮成型、射出成型等，但是在注模成型中以具有使用複數壺(pot)之多活塞的轉移成型為佳。
所使用之樹脂，只要具有能承受基板安裝時之銲錫熱的耐熱性，在適當加熱狀態或常溫下可得到液體狀態的樹脂即可理想使用，但是就耐濕性、絕緣性等觀點來看以常用的環氧系樹脂為佳。
環氧系樹脂只要是液狀、且作為密封用途則無特別限制，但是可舉出例如液狀之o－甲酚酚醛清漆型環氧樹脂、二苯基型環氧樹脂、二環戊二烯型環氧樹脂、二酚型環氧樹脂、含溴環氧樹脂、具有二甲酸乙二酯骨架之環氧樹脂等。
以下雖表示本發明之實施例，但這只是單純用於說明的舉例，本發並不受限於該等。
將鋁化合箔(厚度100 μ m)切出短軸方向3mm×長軸方向10mm，然後將長軸方向區分為4mm與5mm的部分，在雙面塗佈寬度1mm之聚醯亞胺溶液為周狀，乾燥後成為遮罩。將此化合箔中3mm×4mm之部分，以10質量%之己二酸銨水溶液施加4V電壓在切口部分化合，而形成介電質氧化皮膜。其次，將此化合箔之3mm×4mm之部分，浸泡於含3,4－乙烯二氧化吩25質量%的異丙醇(IPA)溶液中共10秒，將此以室溫乾燥10分鐘，再將此浸泡於將2－蒽菎碸酸鈉調整為0.05質量%之1mol/L的過硫酸銨水溶液中共10秒。接著將此鋁箔以40℃放置3分鐘進行氧化聚合。更將此等浸泡工程與聚合工程重複12次，於鋁箔外表面形成導電性聚合物的固體電解質層。
最後以純水洗淨所產生之聚(3,4－乙烯二氧化吩)，之後以100℃進行乾燥3分鐘，形成固體電解質層。
其次，將形成有固體電解質層之3mm×4mm之部分，浸泡於15質量%之己二酸銨水溶液中，對沒有形成固體電解質層之部分的閥作用金屬箔設置陽極接點來施加3.8V電壓，進行再化合。
其次覆蓋碳黏膠與銀黏膠，使用膜厚計(Peacock公司製造：數位轉盤量表DG－205，精度3 μ m)，將元件慢慢夾在膜厚計之測定部來測定厚度，平均膜厚為0.25mm。
將所製作之電容器元件在0.1mm之金屬製導線框上面層積2片，下面層積一片，來製作包含導線框之厚度為0.85mm的層積電容器元件。
使得從層積上面到密封樹脂上面的距離為0.35mm，從層積下面到排除黏膠墊之密封樹脂下面的距離為0.5mm地，來以環氧樹脂進行密封，來製作出100個除去黏膠墊以外之高度為1.7mm的電容器晶片。更以105℃施加額定電壓(2V)進行2小時的舊化，總計製作100個電容器。
進行密封後之外觀檢查，將0.05mm以上之穴、層積元件之露出、或密封樹脂產生0.05mm以上之裂痕等作為外觀不良。將結果表示於第1表。又針對此等100個電容器，作為初期特性而測量120Hz下之容量與損失係數(tan δ×100(%))、等效串聯電阻(ESR)、還有洩漏電流。另外，洩漏電流係施加額定電壓1分鐘之後來測定。第2表表示此等測定值之平均值，和將0.002CV以上之洩漏電流當做不良品時的不良率。在此，洩漏電流之平均值係去除不良品而計算的值。
將實施例1所製作之厚度0.25mm的電容器元件，在0.1mm之金屬製導線框上面層積3片，下面層積2片，來製作包含導線框之厚度為1.35mm的層積電容器元件。
除了使得從層積上面到密封樹脂上面的距離為0.15mm，從層積下面到排除黏膠墊之密封樹脂下面的距離為0.2mm以外，以與實施例1相同之方法，來製作出100個除去黏膠墊以外之高度為1.7mm的電容器晶片。又，以與實施例1相同之方法實施外觀檢查及電容器特性的測定。將結果表示於第1、2表。
將實施例1所製作之厚度0.25mm的電容器元件，在0.1mm之金屬製導線框上面層積2片，下面層積2片，來製作包含導線框之厚度為1.1mm的層積電容器元件。
除了使得從層積上面到密封樹脂上面的距離為0.3mm，從層積下面到排除黏膠墊之密封樹脂下面的距離為0.3mm以外，以與實施例1相同之方法，來製作出100個除去黏膠墊以外之高度為1.7mm的電容器晶片。又，以與實施例1相同之方法實施外觀檢查及電容器特性的測定。將結果表示於第1、2表。
將實施例1所製作之厚度0.25mm的電容器元件，在0.1mm之金屬製導線框上面層積3片，下面層積1片，來製作包含導線框之厚度為1.1mm的層積電容器元件。
除了使得從層積上面到密封樹脂上面的距離為0.1mm，從層積下面到排除黏膠墊之密封樹脂下面的距離為0.5mm以外，以與實施例1相同之方法，來製作出100個除去黏膠墊以外之高度為1.7mm的電容器晶片。又，以與實施例1相同之方法實施外觀檢查及電容器特性的測定。將結果表示於第1、2表。
將實施例1所製作之厚度0.25mm的電容器元件，在0.1mm之金屬製導線框上面層積3片，下面層積2片，來製作包含導線框之厚度為1.35mm的層積電容器元件。
除了使得從層積上面到密封樹脂上面的距離為0.1mm，從層積下面到排除黏膠墊之密封樹脂下面的距離為0.25mm以外，以與實施例1相同之方法，來製作出100個除去黏膠墊以外之高度為1.7mm的電容器晶片。又，以與實施例1相同之方法實施外觀檢查及電容器特性的測定。將結果表示於第1、2表。
將實施例1所製作之厚度0.25mm的電容器元件，在0.1mm之金屬製導線框上面層積3片，下面層積1片，來製作包含導線框之厚度為1.1mm的層積電容器元件。
除了使得從層積上面到密封樹脂上面的距離為0.12mm，從層積下面到排除黏膠墊之密封樹脂下面的距離為0.48mm以外，以與實施例1相同之方法，來製作出100個除去黏膠墊以外之高度為1.7mm的電容器晶片。又，以與實施例1相同之方法實施外觀檢查及電容器特性的測定。將結果表示於第1、2表。
將實施例1所製作之厚度0.25mm的電容器元件，在0.1mm之金屬製導線框上面層積1片，下面層積3片，來製作包含導線框之厚度為1.1mm的層積電容器元件。
除了使得從層積上面到密封樹脂上面的距離為0.52mm，從層積下面到排除黏膠墊之密封樹脂下面的距離為0.08mm以外，以與實施例1相同之方法，來製作出100個除去黏膠墊以外之高度為1.7mm的電容器晶片。又，以與實施例1相同之方法實施外觀檢查及電容器特性的測定。將結果表示於第1、2表。
將厚度0.29mm的電容器元件，在0.1mm之金屬製導線框上面層積3片，下面層積2片，來製作包含導線框之厚度為1.55mm的層積電容器元件。
除了使得從層積上面到密封樹脂上面的距離為0.10mm，從層積下面到排除黏膠墊之密封樹脂下面的距離為0.05mm以外，以與實施例1相同之方法，來製作出100個除去黏膠墊以外之高度為1.7mm的電容器晶片。又，以與實施例1相同之方法實施外觀檢查及電容器特性的測定。將結果表示於第1、2表。
將實施例1所製作之厚度0.25mm的電容器元件，在0.1mm之金屬製導線框上面層積3片，下面層積2片，來製作包含導線框之厚度為1.35mm的層積電容器元件。
使得從層積上面到密封樹脂上面的距離為0.32mm，從層積下面到排除黏膠墊之密封樹脂下面的距離為0.03mm地，來以環氧樹脂進行密封，來製作出100個除去黏膠墊以外之高度為1.7mm的電容器晶片。又，以與實施例1相同之方法實施外觀檢查及電容器特性的測定。將結果表示於第1、2表。
將厚度0.30mm的電容器元件，在0.1mm之金屬製導線框上面層積3片，下面層積2片，來製作包含導線框之厚度為1.60mm的層積電容器元件。
使得從層積上面到密封樹脂上面的距離為0.09mm，從層積下面到排除黏膠墊之密封樹脂下面的距離為0.01mm地，來以環氧樹脂進行密封，來製作出100個除去黏膠墊以外之高度為1.7mm的電容器晶片。又，以與實施例1相同之方法實施外觀檢查及電容器特性的測定。將結果表示於第1、2表。
將厚度0.26mm的電容器元件，在0.1mm之金屬製導線框上面層積3片，下面層積3片，來製作包含導線框之厚度為1.66mm的層積電容器元件。
使得從層積上面到密封樹脂上面的距離為0.02mm，從層積下面到排除黏膠墊之密封樹脂下面的距離為0.02mm地，來以環氧樹脂進行密封，來製作出100個除去黏膠墊以外之高度為1.7mm的電容器晶片。又，以與實施例1相同之方法實施外觀檢查及電容器特性的測定。將結果表示於第1、2表。
由結果來看，實施例所製作之本發明的層積型固體電解電容器，比起比較例所製作之固體電解電容器，外觀不良明顯較少。
若依本發明，即可製造出外觀不良較少，靜電容量較高的層積型固體電解電容器。因此，本發明之電容器及其製造方法，在廣泛領域之層積電容器製造中相當有用。
1．．．陽極基體
2．．．氧化皮膜層
3．．．固體電解質層
4．．．導電層
5．．．遮罩
6．．．電容器元件
7．．．陽極導線部
8．．．陰極導線部
9．．．密封樹脂
10．．．黏膠墊
11．．．金屬導線框
[第1圖]表示層積型固體電解電容器元件之先前一般構造的剖面圖。
[第2圖]表示本發明之層積型固體電解電容器元件之構造的剖面圖。
1．．．陽極基體
2．．．氧化皮膜層
3．．．固體電解質層
4．．．導電層
5．．．遮罩
6．．．電容器元件
7．．．陽極導線部
8．．．陰極導線部
9．．．密封樹脂
10．．．黏膠墊
11．．．金屬導線框
Claims (9)
- 一種電容器晶片，係於導線框之一面或兩面層積電容器元件，將所得到之層積體加以樹脂密封而成；其特徵係：在將晶片內之上述層積體厚度作為Hs，將電容器晶片之厚度作為Hc，將從層積體上部到密封樹脂上面為止之距離的最小距離作為Dt，將從層積體下部到密封樹脂下面為止之距離的最小距離作為Db時，Hc-Hs在0.1mm以上，且Dt及Db之比Dt/Db為0.1到9，且Dt及Db之任一個都在0.02mm以上。
- 如申請專利範圍第1項所記載之電容器晶片，其中，Hc-Hs在0.3mm以上。
- 如申請專利範圍第2項所記載之電容器晶片，其中，Hc-Hs在0.6mm以上。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中之任一項所記載之電容器晶片，其中，Dt/Db為0.2~6。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中之任一項所記載之電容器晶片，其中，Dt/Db為0.2~0.7或是1.5~5。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中之任一項所記載之電容器晶片，其中，最少在導線框之一邊的面，層積有2個以上電容器元件。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中之任一項所記載之電容器晶片，其中，電容器元件係固體電解電容器元件，其包含閥作用金屬所構成的陽極基體，而上述閥作用金屬之表面一部分形成有介電質層之氧化皮膜層，和陰極層之固體電解質層。
- 如申請專利範圍第7項所記載之電容器晶片，其中，閥作用金屬係從以鎂、矽、鋁、鋯、鈦、鉭、鈮、鉿任一種為主要成份之金屬及該等之合金所選擇者。
- 一種電容器晶片之製造方法，係包含：於導線框之一邊或兩面層積電容器元件，將所得到之層積體加以樹脂密封的工程；其特徵係：在將晶片內之上述層積體厚度作為Hs，將電容器晶片之厚度作為Hc，將從層積體上部到密封樹脂上面為止之距離的最小距離作為Dt，將從層積體下部到密封樹脂下面為止之距離的最小距離作為Db時，Hc-Hs在0.1mm以上，且Dt及Db之比Dt/Db為0.1到9，且Dt及Db之任一個都在0.02mm以上。
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