TWI445032B - 固態電容及其製作方法 - Google Patents

Description

固態電容及其製作方法

本發明係有關於一種電容及其製作方法，尤指一種固態電容及其製作方法。

電容器依其功能大致可分為電解電容器與非電解電容器，電解電容器依正極材質又可分為鋁質及鉭質兩大類；依電解液的型態來分類，則有液態電解電容器和固態電解電容器兩種。一般來說，鉭質電解電容器的特性是耐溫性較廣、無電感性及較優良的漏電流特性。

傳統鉭質固態電容器的製作方法主要是利用模具將鉭質金屬粉壓成電容器的電極結構，然而，此種製作方法的速度較慢，一組模具通常僅用於製作單一的電容器，因此，電容器的生產效能受到限制而無法滿足量產的需求。

另外，現有的鉭質固態電容器結構中，內部材料需要藉由導線架才能與外部的印刷電路板電路連結，如此不僅使製程更為複雜，元件的體積也會較大，而無法符合現有電子產品輕薄短小的需求；再者，前述結構亦增加了導線架與鉭質固態電容結構接點所產生的介面阻抗，並引入了導線架本身之傳輸阻抗，此二者均會造成電容器之ESR值的升高。

本發明之目的之一，在於提供一種固態電容及其製作方法，本發明之製作方法可利用批量化的製程，一次生產多個電容元件，故可大幅提高生產效能。

本發明實施例係提供一種固態電容的製作方法，包含以下步驟：步驟一：提供一絕緣基板，其上具有至少兩個電容區域；步驟二：提供第一成型步驟，以分別於該兩電容區域上形成一具有固態電容金屬之黏著層；步驟三：將多個固態電容金屬導線置於該兩電容區域上之該黏著層；步驟四：提供第二成型步驟，以分別於該兩電容區域上形成一具有固態電容金屬之導電層，其中該導電層係覆蓋於該黏著層及該些固態電容金屬導線；步驟五：提供一輔助導電單元以進行一化成步驟，其中該輔助導電單元係電性連接於該些固態電容金屬導線，以將該兩電容區域上之該些固態電容金屬導線及該導電層的表面轉化成為一介電結構；步驟六：成型一疏水層於該些固態電容金屬導線上，並成型一導電單元以包覆於該介電結構；步驟七：進行一切割步驟，以區分該兩電容區域；步驟八：進行一封裝步驟；步驟九：進行一端電極製作步驟。

本發明實施例係提供一種固態電容，包括：一絕緣基板；一成型於該絕緣基板上之具有固態電容金屬之黏著層，其上具有多個固態電容金屬導線及一導電層，黏著層與固態電容金屬導線可形成一可陽極氧化的金屬燒結層，而導電層可連接於該可陽極氧化的金屬燒結層以引出正電極，該些固態電容金屬導線及該導電層的表面轉化形成一介電結構(例如氧化層)，該具有固態電容金屬之黏著層係部分覆蓋於該絕緣基板上，該些固態電容金屬導線係設於該具有固態電容金屬之黏著層與該絕緣基板上，而該導電層係覆蓋於該具有固態電容金屬之黏著層及該些固態電容金屬導線上以引出正電極；一包覆於該介電結構之導電單元，例如利用一或多層之導電材料附著於導電高分子層上形成引出負電極；一成型於該些固態電容金屬導線上之疏水層；一封裝層，其包覆該固態電容的中央部而裸露出該固態電容的兩端部；以及兩端電極，分別設於該固態電容之兩端部。(可參照新增摘要進行調整)

本發明實施例係提供一種固態電容的製作方法，包含以下步驟：步驟一：提供一絕緣基板，其上具有至少兩個電容區域；步驟二：提供第一成型步驟，以分別於該兩電容區域上形成一具有碳之黏著層；步驟三：將多個固態電容金屬導線置於該兩電容區域上之該黏著層；步驟四：提供第二成型步驟，以分別於該兩電容區域上形成一具有固態電容金屬之導電層，其中該導電層係覆蓋於該黏著層及該些固態電容金屬導線；步驟五：提供一輔助導電單元以進行一化成步驟，其中該輔助導電單元係電性連接於該些固態電容金屬導線，以將該兩電容區域上之該些固態電容金屬導線及該導電層的表面轉化成為一介電結構；步驟六：成型一疏水層於該些固態電容金屬導線上，並成型一導電單元以包覆於該介電結構；步驟七：進行一切割步驟，以區分該兩電容區域；步驟八：進行一封裝步驟；步驟九：進行一端電極製作步驟。

本發明實施例係提供一種固態電容，包括：一絕緣基板；一成型於該絕緣基板上之多個固態電容金屬導線及一導電層，固態電容金屬導線可為一可陽極氧化的金屬燒結層，而導電層可連接於該可陽極氧化的金屬燒結層，該些固態電容金屬導線及該導電層的表面轉化形成一介電結構(氧化層)，該些固態電容金屬導線係設於該絕緣基板上，而該導電層係覆蓋於該絕緣基板及該些固態電容金屬導線上以引出正電極；一包覆於該介電結構之導電單元，例如利用一或多層之導電材料附著於導電高分子層上形成引出負電極；一成型於該些固態電容金屬導線上之疏水層；一封裝層，其包覆該固態電容的中央部(即正電極、氧化層、負電極所形成的電容結構)而裸露出該固態電容的兩端部；以及兩端電極，分別設於該固態電容之兩端部。

本發明具有以下有益的效果：本發明可提高電容元件的生產效能。此外，本發明所製作的電容元件並不需傳統導線架，可提供符合輕薄短小的3C產品需求的薄型化元件，且電性特性亦可符合需求。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

本發明提出一種固態電容及其製作方法，本發明所提出之製作方法可達成批次化生產的效果以大幅提高生產效率；另外，本發明所提出之固態電容具有良好的電氣特性。

本發明之實施例係以鉭(Ta)質固態電容進行說明，但不以此為限。

本發明所提出的固態電容之製作方法包括以下步驟。請先參考圖1A、圖1B：提供一絕緣基板1，而絕緣基板1具有兩個電容區域10，例如利用切割道SI區分出前述的兩個電容區域10，電容區域10上係用於製作電容器的核心結構，而經過下文所述之步驟後，每一個電容區域10上均可製作出一個電容器，故本發明的製作方法可直接在絕緣基板1設計出多個電容區域10，以利後續製程的進行，因此本發明可以解決傳統製程受到模具的限制而僅能逐一、單顆進行生產電容器的問題。另外，絕緣基板1可為一陶瓷基板或任何的絕緣材料之基板。

接下來，請參考圖2A、圖2B；進行第一成型步驟，以分別於兩電容區域10上形成一具有固態電容金屬之黏著層11A，在本具體實施例中，係將具有鉭(Ta)質之材料(即固態電容金屬)以印刷的方式塗佈於兩電容區域10上；所塗佈完成的黏著層11A一方面可提供後續結構層的黏著與連接，另一方面，黏著層11A中所摻混的鉭質材料亦可提供產品的電容功能。前述的固態電容金屬亦可為鈮(Nb)、鉭與鈮之混和等等。

請參考圖3A、圖3B：將多個固態電容金屬導線11B置於該兩電容區域10上之黏著層11A，在本具體實施例中，係將三段之鉭(Ta)質導線跨設於兩黏著層11A上，且利用黏著層11A的黏著性而固接於前述之兩電容區域10上。

請參考圖4A、圖4B；提供第二成型步驟，以分別於該兩電容區域10上形成一具有固態電容金屬之導電層11C，其中該導電層11C係覆蓋於該黏著層11A及該些固態電容金屬導線11B。在本具體實施例中，係將具有鉭質之材料(如鉭質金屬粉末)以印刷的方式塗佈而覆蓋於每一電容區域10上的黏著層11A及固態電容金屬導線11B。

而在第二成型步驟之後更可包括一燒結步驟，以將上述三層材料加以固定以形成具強度的結構，並使其相互連結而電性導通。

請參考圖5A、圖5B；提供一輔助導電單元21以進行一化成步驟，在此步驟中，該兩電容區域10上之該些固態電容金屬導線11B及該導電層11C的表面會轉化成為一介電結構(由於介電結構僅為表面的氧化層，為了圖式的簡潔，並未標示於圖式中)，具體而言，在此步驟中，主要係將前述三層結構之表面的鉭(Ta)質之材料(即固態電容金屬)轉化成金屬氧化物，如五氧化二鉭金屬氧化物層。

在一具體實施例中，可利用濺鍍方式形成一輔助導電金屬層(即前述之輔助導電單元21)，例如鉭或鎳等導電層，該輔助導電金屬層係大致上沿著切割道SI成型，以電性連接於該些固態電容金屬導線11B，接著利用輔助導電金屬層進行電化學方法，以將該些固態電容金屬導線11B及該導電層11C的表面之鉭質金屬粉末轉化成為五氧化二鉭以形成所述之介電結構。

在另一實施例中，利用一導電治具(即前述之輔助導電單元21)固定且電性連接於該些固態電容金屬導線11B，接著利用導電治具進行電化學方法，以將該些固態電容金屬導線11B及該導電層11C的表面之鉭質金屬粉末轉化成為五氧化二鉭以形成所述之介電結構。

在上述步驟之後，黏著層11A、該些固態電容金屬導線11B及該導電層11C的鉭質材料即可作為電容器的陽極，而所形成之五氧化二鉭介電結構即為電容器中的介電層，且由於輔助導電單元21係屬於輔助性質的電化學製程中所使用之工具，故在後續的圖式及說明中將予以省略；而後續步驟則成型電容器的陰極，並形成封裝及端電極。

請參考圖6A、圖6B，下一步驟係成型一疏水層12於該輔助導電單元21上，在本具體實施例中，疏水層12大致沿著沿著切割道SI成型，其主要目的在於防止電容器中的結構因後續的濕製程而受影響；接著，成型一導電單元13以包覆於該介電結構(即固態電容金屬導線11B及導電層11C的表面氧化層)，在本實施例中，導電單元13可由導電高分子，如聚3,4-乙烯基二氧噻吩(PEDOT)材料、碳膠、銀膠等所構成；具體而言，聚3,4-乙烯基二氧噻吩(PEDOT)材料可形成導電性高分子聚合物電解質層，而碳膠、銀膠等則可形成電容器之陰極。

請參考圖7，下一步驟係為切割步驟，具體而言，本步驟可利用雷射切割配合刀具等工具沿著切割道SI將前述的兩電容區域10及其上的結構層切割成為單一的元件，例如先以雷射切割出細槽，再以刀具沿著細槽進行切割，而此步驟完成後已實質上完成電容器中的主要構件，如陽極、陰極及絕緣之介電結構。以下步驟主要進行封裝及電極引出的結構。

請參考圖8，下一步驟進行一封裝步驟，以成型一封裝層14包覆切割分離之每一電容區域10及其上的結構。如圖所示，本步驟可使用絕緣樹脂等材料作為封裝層14，其係包覆前述的導電單元13、固態電容金屬導線11B及該導電層11C等等，以達到保護元件、抗濕氣等效果，另外，封裝層14會裸露出前述陽極及陰極，以利後續進行電極的引出。

請配合圖9，進行一端電極製作步驟，此步驟主要在封裝層14裸露之陽極及陰極的部分(即固態電容的兩端部)製作端電極15，在具體實施例中，端電極15可利用濺鍍鎳金屬、沾銀等金屬化製程達成，再一方面，端電極15更可鍍上鎳/錫等金屬以形成焊接介面端，以利將所製成的電容器焊接於電子裝置中。

因此，本發明所提出之製造方法可利用批次化的製程進行電容器的生產，以提高整體的生產效能。經過前述步驟之後，本發明提出一種固態電容，其包括絕緣基板1、成型於該絕緣基板1上之具有固態電容金屬之黏著層11A、固態電容金屬導線11B及導電層11C、由該些固態電容金屬導線11B及該導電層11C的表面轉化形成之介電結構(圖未示)、成型於該些固態電容金屬導線11B上之疏水層12、包覆於該介電結構之導電單元13、封裝層14及兩端電極15。具體而言，具有固態電容金屬之黏著層11A可用於將固態電容金屬導線11B及導電層11C固定於絕緣基板1上，而黏著層11A、固態電容金屬導線11B及導電層11C可燒結成型為電容器之陽極，換言之，黏著層11A與固態電容金屬導線11B可形成一可陽極氧化的金屬燒結層，而導電層11C可連接於該可陽極氧化的金屬燒結層，在結構上，具有固態電容金屬之黏著層11A係部分覆蓋於絕緣基板1上，固態電容金屬導線11B係設於具有固態電容金屬之黏著層11A與絕緣基板1上，而導電層11C係覆蓋於具有固態電容金屬之黏著層11A及固態電容金屬導線11B上以引出正電極；而固態電容金屬導線11B及導電層11C的表面、四周可轉化形成一介電結構(例如一種氧化層)；疏水層12係覆蓋於固態電容金屬導線11B上，以隔絕製程中的液體對前製程所製作的結構之影響；導電單元13則包覆介電結構，導電單元13可具有導電高分子層及陰極(例如利用一或多層之導電材料附著於導電高分子層上形成引出負電極)；封裝層14(例如一絕緣材料)則包覆前述的絕緣基板1及其上之陽極、陰極、介電結構等以形成保護層，並部分裸露出陽極與陰極，如圖所示，封裝層14包覆整體固態電容的中央部而裸露出固態電容的兩端部；端電極15係成型於封裝層14所裸露的區域，以將陽極與陰極引出，另外，端電極15更可形成焊接部。

另外，本發明更提出一第二製作方法，其與前述方法的差異在於，第二製作方法使用具有碳之黏著層取代前述的具有固態電容金屬之黏著層11A。本實施例之具有碳之黏著層同樣可將固態電容金屬導線11B及導電層11C固定於絕緣基板1上，但在燒結步驟中，具有碳之黏著層會因燒結製程的高溫而氣化，故在最終製品中並無黏著層的結構。而第二製作方法的其他製程條件、步驟均可參考前述實施例，在此不予贅述。

換言之，請參考圖10，本發明利用第二製作方法所製成的固態電容具有以下結構，絕緣基板1、成型於該絕緣基板1上之固態電容金屬導線11B及導電層11C、由該些固態電容金屬導線11B及該導電層11C的表面轉化形成之介電結構(圖未示)、成型於該些固態電容金屬導線11B上之疏水層12、包覆於該介電結構之導電單元13、封裝層14及兩端電極15A、15B。具體而言，固態電容金屬導線11B及導電層11C係固定於絕緣基板1上，而固態電容金屬導線11B及導電層11C可燒結成型為電容器之陽極，且在燒結過程中，黏著層11A因高溫而氣化；因此，在產品結構上，固態電容金屬導線11B係設於絕緣基板1上，而導電層11C係覆蓋於絕緣基板1及固態電容金屬導線11B上；而固態電容金屬導線11B及導電層11C的表面可轉化形成一介電結構；疏水層12係覆蓋於固態電容金屬導線11B上，以隔絕製程中的液體對前製程所製作的結構之影響；導電單元13則包覆介電結構，導電單元13可具有導電高分子層及陰極；封裝層14則包覆前述的絕緣基板1及其上之陽極、陰極、介電結構等，並部分裸露出陽極與陰極，如圖所示，封裝層14包覆整體固態電容的中央部而裸露出固態電容的兩端部；端電極15A、15B係成型於封裝層14所裸露的區域，以將陽極與陰極引出，另外，端電極15A、15B更可形成焊接部。

綜上所述，本發明至少具有以下優點：

1、本發明提出一種批次化生產固態電容的方法，其可達到較佳的生產效能，且生產成本較低。

2、承1，本發明所製作之電容器的電性特性佳，且其厚度可控制在0.6至0.9mm之間，相較於傳統固態電解電容器製成品的厚度在1.9mm，本發明可大幅縮減元件的尺寸，以適用於小型化的電子產品。

以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖示內容所為之等效技術變化，均包含於本發明之範圍內。

1．．．絕緣基板

10．．．電容區域

11A．．．黏著層

11B．．．固態電容金屬導線

11C．．．導電層

12．．．疏水層

13．．．導電單元

14．．．封裝層

15．．．端電極

21．．．輔助導電單元

SI．．．切割道

圖1A係顯示本發明之製作方法的絕緣基板之上視圖。

圖1B係顯示本發明之製作方法的絕緣基板之側視圖。

圖2A係顯示本發明之製作方法之第一成型步驟的上視圖。

圖2B係顯示本發明之製作方法之第一成型步驟的側視圖。

圖3A係顯示本發明之製作方法之成型固態電容金屬導線的上視圖。

圖3B係顯示本發明之製作方法之成型固態電容金屬導線的側視圖。

圖4A係顯示本發明之製作方法之第二成型步驟的上視圖。

圖4B係顯示本發明之製作方法之第二成型步驟的側視圖。

圖5A係顯示本發明之製作方法之提供一輔助導電單元的上視圖。

圖5B係顯示本發明之製作方法之提供一輔助導電單元的側視圖。

圖6A係顯示本發明之製作方法之成型疏水層及導電單元的上視圖。

圖6B係顯示本發明之製作方法之成型疏水層及導電單元的側視圖。

圖7係顯示本發明之製作方法之切割步驟的示意圖。

圖8係顯示本發明之製作方法之封裝步驟的示意圖。

圖9係顯示本發明之製作方法之端電極製作步驟的示意圖。

圖10係顯示本發明第二實施例之固態電容的示意圖。

1．．．絕緣基板

10．．．電容區域

11A．．．黏著層

11B．．．固態電容金屬導線

11C．．．導電層

12．．．疏水層

13．．．導電單元

14．．．封裝層

15．．．端電極

Claims (12)

1. 一種固態電容的製作方法，包含以下步驟：提供一絕緣基板，其上具有至少兩個電容區域；提供第一成型步驟，以分別於該兩電容區域上形成一具有固態電容金屬之黏著層；將多個固態電容金屬導線置於該兩電容區域上之該黏著層；提供第二成型步驟，以分別於該兩電容區域上形成一具有固態電容金屬之導電層，其中該導電層係覆蓋於該黏著層及該些固態電容金屬導線；提供一輔助導電單元以進行一化成步驟，其中該輔助導電單元係電性連接於該些固態電容金屬導線，以將該兩電容區域上之該些固態電容金屬導線及該導電層的表面轉化成為一介電結構；成型一疏水層於該些固態電容金屬導線上，並成型一導電單元以包覆於該介電結構；進行一切割步驟，以區分該兩電容區域；進行一封裝步驟；以及進行一端電極製作步驟。
2. 如申請專利範圍第1項所述之固態電容的製作方法，其中前述的固態電容金屬係為鉭、鈮或兩者之組合。
3. 如申請專利範圍第1項所述之固態電容的製作方法，其中在提供一輔助導電單元的步驟中，係利用濺鍍方式形成一輔助導電金屬層以電性連接於該些固態電容金屬導線，或者係利用一導電治具電性連接於該些固態電容金屬導線。
4. 如申請專利範圍第1項所述之固態電容的製作方法，其中該化成步驟係利用電化學方法將該些固態電容金屬導線及該導電層之表面的固態電容金屬轉化成為氧化物以形成所述之介電結構。
5. 如申請專利範圍第1項所述之固態電容的製作方法，其中在第二成型步驟之後更包括有一燒結步驟。
6. 一種固態電容，包括：一絕緣基板；一成型於該絕緣基板上之具有固態電容金屬之黏著層，其上具有多個固態電容金屬導線及一導電層，該些固態電容金屬導線及該導電層的表面轉化形成一介電結構，該具有固態電容金屬之黏著層係部分覆蓋於該絕緣基板上，該些固態電容金屬導線係設於該具有固態電容金屬之黏著層與該絕緣基板上，而該導電層係覆蓋於該具有固態電容金屬之黏著層及該些固態電容金屬導線上；一包覆於該介電結構之導電單元；一成型於該些固態電容金屬導線上之疏水層；一封裝層，其包覆該固態電容的中央部而裸露出該固態電容的兩端部；以及兩端電極，分別設於該固態電容之兩端部。
7. 一種固態電容的製作方法，包含以下步驟：提供一絕緣基板，其上具有至少兩個電容區域；提供第一成型步驟，以分別於該兩電容區域上形成一具有碳之黏著層；將多個固態電容金屬導線置於該兩電容區域上之該黏著層；提供第二成型步驟，以分別於該兩電容區域上形成一具有固態電容金屬之導電層，其中該導電層係覆蓋於該黏著層及該些固態電容金屬導線；提供一輔助導電單元以進行一化成步驟，其中該輔助導電單元係電性連接於該些固態電容金屬導線，以將該兩電容區域上之該些固態電容金屬導線及該導電層的表面轉化成為一介電結構；成型一疏水層於該些固態電容金屬導線上，並成型一導電單元以包覆於該介電結構；進行一切割步驟，以區分該兩電容區域；進行一封裝步驟；以及進行一端電極製作步驟。
8. 如申請專利範圍第7項所述之固態電容的製作方法，其中前述的固態電容金屬係為鉭、鈮或兩者之組合。
9. 如申請專利範圍第7項所述之固態電容的製作方法，其中在提供一輔助導電單元的步驟中，係利用濺鍍方式形成一輔助導電金屬層以電性連接於該些固態電容金屬導線，或者係利用一導電治具電性連接於該些固態電容金屬導線。
10. 如申請專利範圍第7項所述之固態電容的製作方法，其中該化成步驟係利用電化學方法將該些固態電容金屬導線及該導電層的表面之固態電容金屬轉化成為氧化物以形成所述之介電結構。
11. 如申請專利範圍第7項所述之固態電容的製作方法，其中在第二成型步驟之後更包括有一燒結步驟，而該具有碳之黏著層在該燒結步驟中產生氣化。
12. 一種固態電容，包括：一絕緣基板；一成型於該絕緣基板上之多個固態電容金屬導線及一導電層，該些固態電容金屬導線及該導電層的表面轉化形成一介電結構，該些固態電容金屬導線係設於該絕緣基板上，而該導電層係覆蓋於該絕緣基板及該些固態電容金屬導線上；一包覆於該介電結構之導電單元；一成型於該些固態電容金屬導線上之疏水層；一封裝層，其包覆該固態電容的中央部而裸露出該固態電容的兩端部；以及兩端電極，分別設於該固態電容之兩端部。