TWI559349B - 導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之製造方法 - Google Patents

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Description

導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之製造方法
本發明涉及被動元件的堆疊構裝技術，特別是指一種增強了對於電容單元的密封性能，進而可延長元件壽命並增加元件信賴性與可靠度的導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之製造方法。
按，電容器已廣泛地被使用於消費性家電用品、電腦主機板及其周邊、電源供應器、通訊產品、及汽車等的基本元件，其主要的作用包括：濾波、旁路、整流、耦合、去耦、轉相等。是電子產品中不可缺少的元件之一。隨著半導體製程技術的進步，由半導體構裝的電子產品因為市場的需求而開始朝更加精密先進的方向發展。就可攜式電子產品而言，消費者所期待的產品需滿足輕薄化、高頻化、多功能化、高可靠度並且符合RoHS，是以傳統液態電解電容器已逐漸無法滿足產品需求，固態電解電容器因此應運而生。
固態電解電容器依照不同的材質及用途有不同的型態，目前工業化生產的電解電容器主要以鋁質固態電解電容器(Aluminum solid electrolytic capacitor)和鉭質固態電解電容器(Tantalum solid electrolytic capacitor)為主。一般而言，為增加電容器的電容量，業界最常利用堆疊或層疊的方式將多個鋁質固態電解電容器單元並聯連接，並構裝成一個高電容量的固態電解電容器封裝結構， 其總電容量為各電容量之總和。然而，對於現有的固態電解電容器封裝結構，導電端子與封裝體兩者的接觸面之間容易產生因封裝不佳孔隙，若大氣中的濕氣侵入則會影響電容器的電氣特性強度，更嚴重的是可能會加速元件的損毀，並大幅降低元件壽命。
是故，如何透過封裝技術的最佳化暨導電端子的結構改良設計，來提升導電端子與封裝體兩者的接觸面之間的密封性，已成為本業界亟欲解決的重要課題之一。
本發明之主要目的在於提供一種導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之製造方法，其可有效解決因封裝不佳而造成的密封性不良及信賴性與可靠度較差等諸多問題。
為達上述目的及功效，本發明採用以下技術方案：一種導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之製造方法，包括下列步驟：首先，提供至少一導電端子，其包含一核心層及一包覆所述核心層的包覆層；接著，利用一乾式移除製程移除部分所述包覆層，使所述核心層形成一從所述包覆層裸露而出的外露表面，且所述外露表面具有一接合區域及一彎折區域；然後，將多個堆疊型電容器依序堆疊在一起，並電性連接至所述導電端子；之後，形成一封裝體以完全包覆所述堆疊型電容器，並於所述導電端子上定義出一位於所述封裝體內的導接部及一位於所述封裝體外的一引出部，其中，所述外露表面由所述導接部與所述引出部之相連處分別往所述導接部及所述引出部的方向延伸一小段距離，且所述外露表面的接合區域為所述封裝體所覆蓋；最後，將所述引出部彎折，使其順著所述封裝體的外表面延伸。
本發明另外一實施例所提供的一種導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之製造方法，其包括下列步驟：首先，提供一陽極端子及一陰極端子，所述陽極端子與所述陰極端子相隔一段距離，所述陽極端子包含一第一核心層及一包覆所述第一核心層的 第一包覆層，所述陰極端子包含一第二核心層及一包覆所述第二核心層的第二包覆層；接著，利用一乾式移除製程移除部分所述第一包覆層及部分所述第二包覆層，使所述第一核心層形成一從所述第一包覆層裸露而出的第一外露表面，並使所述第二核心層形成一從所述第二包覆層裸露而出的第二外露表面，其中所述第一外露表面具有一第一接合區域及一第一彎折區域，所述第二外露表面具有一第二接合區域及一第二彎折區域；然後，將多個堆疊型電容器依序堆疊在一起，並電性連接於所述陽極端子及所述陰極端子；之後，形成一封裝體以完全包覆所述堆疊型電容器，並於所述陽極端子上定義出一位於所述封裝體內的第一導接部及一位於所述封裝體外的一第一引出部，以及於所述陰極端子上定義出一位於所述封裝體內的第二導接部及一位於所述封裝體外的一第二引出部；最後，將所述第一引出部及所述第二引出部彎折，使所述第一引出部及所述第二引出部皆順著所述封裝體的外表面延伸；其中，所述第一外露表面由所述第一導接部與所述第一引出部之相連處分別往所述第一導接部及所述第一引出部的方向延伸一小段距離，所述第二外露表面由所述第二導接部與所述第二引出部之相連處分別往所述第二導接部的方向延伸至其末端及往所述第二引出部的方向延伸一小段距離，且所述第一外露表面的第一接合區域與所述第二外露表面的第二接合區域為所述封裝體所覆蓋。
本發明至少具有以下有益效果：本發明實施例可透過“利用一乾式移除製程移除部分的包覆層”及“核心層從包覆層裸露而出的外露表面的接合區域被封裝體所覆蓋”的設計，以提升封裝體與導電端子之間的密封效果，藉此防止大氣中的水氣侵入而造成元件損毀。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術內容得到進一步的了解。為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點 能更明顯易懂，下文特舉實施例並配合所附圖式作詳細說明如下。
Z‧‧‧固態電解電容器封裝結構
1‧‧‧電容單元
10‧‧‧堆疊型電容器
11‧‧‧基材層
111‧‧‧閥金屬箔片
112‧‧‧氧化皮膜
P‧‧‧陽極部
N‧‧‧陰極部
12‧‧‧導電高分子層
13‧‧‧電極層
131‧‧‧碳膠層
132‧‧‧銀膠層
14‧‧‧絕緣層
2‧‧‧陽極端子
2a‧‧‧第一導接部
2b‧‧‧第一引出部
21‧‧‧第一核心層
211‧‧‧第一外露表面
2111‧‧‧第一接合區域
2112‧‧‧第一彎折區域
212‧‧‧第一貫穿孔
2121‧‧‧第一填充部
2122‧‧‧第一鏤空部
22‧‧‧第一包覆層
221‧‧‧連接層
222‧‧‧焊接層
3‧‧‧陰極端子
3a‧‧‧第二導接部
3b‧‧‧第二引出部
31‧‧‧第二核心層
311‧‧‧第二外露表面
3111‧‧‧第二接合區域
3112‧‧‧第二彎折區域
312‧‧‧第二貫穿孔
3121‧‧‧第二填充部
3122‧‧‧第二鏤空部
32‧‧‧第一包覆層
321‧‧‧連接層
322‧‧‧焊接層
4‧‧‧封裝體
41‧‧‧第一側面
42‧‧‧第二側面
43‧‧‧底面
圖1為本發明之導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之製造方法之流程示意圖。
圖2為本發明所用一種堆疊型電容器之剖面示意圖。
圖3為本發明之堆疊型電容器設置在導線架上之上視示意圖。
圖4為本發明之導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之上視示意圖。
圖5為本發明之導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之側視示意圖。
圖6為圖5中之A部分之放大剖面示意圖。
圖7為圖5中之B部分之放大剖面示意圖。
有鑑於現有技術存在之缺失，本發明提供一種工藝簡單、經濟、操作便利且適用於規模化製備的堆疊型固態電解電容器封裝結構之製造方法，其主要特點為，利用雷射雕刻製程取代傳統的化學蝕刻製程將導線架進行圖案化，並形成一封裝體以覆蓋於圖案化導線架；如此一來，封裝體之外端緣可以和導線架上經雷射雕刻加工後之表面緊密接合在一起，進而大大提高了電容器堆疊構裝元件的密封性、信賴性與可靠度。
接下來將透過一較佳的實施例，並配合所附圖式來說明本發明的製程步驟及操作條件等，使本領域的普通技術人員可由本發明所揭示的內容，輕易暸解本發明相對於先前技術具有的創新、進步或功效等獨特的技術部分。可以理解的是，本領域的普通技術人員在不悖離本發明的精神下所進行的修飾與變更，均不脫本發明的保護範疇。
〔第一實施例〕
請參考圖1，為本發明第一實施例之導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之製造方法之流程示意圖。如圖1所示，本實施例之導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之製造方法主要包括：步驟S100，提供至少一導電端子，其包含一核心層及一包覆核心層的包覆層；步驟S102，利用一乾式移除製程將導電端子之包覆層圖案化，以部分地暴露出其核心層；步驟S104，將多個堆疊型電容器依序堆疊在一起，並電性連接至所述導電端子；步驟S106，形成一封裝體以完全包覆該些堆疊型電容器，並於導電端子上定義出一位於封裝體內的導接部及一位於封裝體外的一引出部，其中部分核心層的外露表面為封裝體所覆蓋；以及步驟S108，將導電端子之引出部折彎，使其順著封裝體的外表面延伸。
請先參考圖2，在詳細說明本發明之前先介紹一種堆疊型電容器(或稱晶片型電容器)的基本結構，本發明所揭示內容尤其是涉及將多個所述堆疊型電容器組裝在一起後(形成電容器組件)進行封裝的方法。如圖2所示，所述堆疊型電容器10主要包括一基材層11、一導電高分子層12及一電極層13；其中，基材層11為一閥金屬箔片111及一完全包覆閥金屬箔片111的氧化皮膜112所組成，並藉由絕緣層14區隔出一陽極部P及一陰極部N，導電高分子層12包覆陰極部N，電極層13包覆導電高分子層12，電極層13為一由碳膠層131及一銀膠層132所組成的雙層電極層。
請一併參考圖3、圖4及圖5，首先，在具體執行步驟S100時，主要提供一陽極端子2及一陰極端子3，陽極端子2可提供位於最下方的堆疊型電容器10的陽極部P作電性接觸用，陽極端子2包含一第一核心層21與一包覆第一核心層21的第一包覆層22；陰極端子3可提供位於最下方的堆疊型電容器10的陰極部N作電性接觸用，陰極端子3包含一第二核心層31與一包覆第二核心層31的第二包覆層32。
在本實施例中，陽極端子2之第一核心層21上還利用衝壓加 工而形成一第一貫穿孔212，陰極端子3之第二核心層31上還利用衝壓加工而形成一第二貫穿孔312，所述第一和第二貫穿孔212、312可以在後續的步驟中，提供封裝模具進行封裝用。第一核心層21及第二核心層31之材質可為Cu或Cu合金，第一包覆層22及第二包覆層32可為雙層包覆的結構，具體地說，第一包覆層22及第二包覆層32各為一Ni(Nickel)材質之內側連接層221、321與一Sn(Stannum)材質之外側焊接層222、322所組成。以上關於各層所用材料的描述只是舉一個例子來說明，本發明並不限制於此。
為方便說明，特別在陽極端子2上定義出一第一導接部2a及一第一引出部2b，以及在陰極端子3上定義出一第二導接部3a及一第二引出部3b。如圖3及圖5所示，所述第一和第二導接部2a、3a於封裝完成後係位於封裝體4的內部，並與電容單元1電性連接；所述第一和第二引出部2b、3b於封裝完成後則係位於封裝體4的外部，提供與一電路板(圖中未顯示)進行焊接。
接著，在具體執行步驟S102時，主要是利用雷射雕刻製程(Laser trimming or Laser stripping)將陽極端子2之第一包覆層22給局部刻除，使其第一核心層21具有一從第一包覆層22裸露而出的一第一外露表面211，並將陰極端子3之第二包覆層32給局部刻除，使其第二核心層31具有一從第二包覆層32裸露而出的一第二外露表面311，其中部分的第一外露表面211為第一貫穿孔212所貫穿，部分的第二外露表面311則為第二貫穿孔312所貫穿。值得一提的是，雷射雕刻製程具有雕刻範圍廣、雕刻速度快、雕刻品質高、雕刻耗能少以及能避免化學蝕刻製程所用化學藥劑容易造成環境污染的問題等優點，本發明將雷射雕刻製程轉用至導電端子的圖案化，可以在非常短的時間內精確地將導電端子之包覆層給局部刻除。
在本實施例中，所述第一外露表面211係由第一導接部2a與 第一引出部2b之相連處分別往第一導接部2a及第一引出部2b的方向各延伸一小段距離，並且第一外露表面211具有一第一接合區域2111及一第一彎折區域2112；另外，所述第二外露表面311係由第一導接部2a與第一引出部2b之相連處分別往第二導接部3a的方向延伸至其末端及往第二引出部3b的方向延伸一小段距離，並且第二外露表面311具有一第二接合區域3111及一第二彎折區域3112。
更進一步來說，雷射雕刻製程可使用半導體雷射或光纖雷射來進行，舉例來說，可使用半導體雷射直接產生紅光、綠光或藍光雷射，當光束照射到第一和第二包覆層22、32表面後即與材料間發生熔蝕效應、氣化效應或光化學反應，藉此將第一和第二包覆層22、32給局部刻除。所述雷射雕刻製程之最佳操作條件如下：加工速度為500~3000mm/s、雷射光波長為1060nm、額定輸出功率為10W~100W且雷射重複頻率為25K~250KHz。
然後，在具體執行步驟S104時，主要是將多個(如圖2所示的)堆疊型電容器10依序堆疊設置，使其達成並聯連接而構成一電容單元1，其中位於最下方的堆疊型電容器10的陽極部P係設置於陽極端子2的第一導接部2a上，位於最下方的堆疊型電容器10的陰極部N則係設置於陰極端子3的第二導接部3a上。就相鄰的兩個堆疊型電容器10而言，兩個層疊的陰極部N可透過彼此的電極層13電性連接，兩個層疊的陽極部P可藉由焊接層(圖中未標示)結合在一起。
此後，在具體執行步驟S106時，主要是利用封裝模具(圖中未顯示)來形成一封裝體4，其可包含不透光的封裝材料(如Epoxy或Silicone)，並藉此將電容單元1、陽極端子2的第一導接部2a及陰極端子3的第二導接部3a完全包覆起來，只露出陽極端子2的第一引出部2b與陰極端子3的第二引出部3b在外面。於此同時，陽極端子2的第一貫穿孔212內形成一被封裝體4部分填充 而形成的第一填充部2121及一與第一填充部2121相連且位於封裝體4之外的第一鏤空部2122，陰極端子3的第二貫穿孔312內形成一被封裝體4部分填充而形成的第二填充部3121及一與第二填充部3121相連且位於封裝體4之外的第二鏤空部3122。
值得注意的是，封裝體4與陽極端子2和陰極端子3接合之處是在經過雷射雕刻處理後的第一和第二外露表面211、311上，具體地說，封裝體4覆蓋陽極端子2之第一外露表面211的第一接合區域2111及陰極端子3之第二外露表面311的第二接合區域3111。據此，由於經過雷射雕刻處理後的第一和第二外露表面211、311可形成粗糙的表面，因此能有效提升封裝體4與陽極端子2和陰極端子3之間的接合效果，進而能提升封裝體4對於堆疊型電容器10的密封性。附帶一提，在惰性氣氛下進行雷射雕刻製程，能有效降低Cu或Cu合金材質之第一和第二核心層31的第一和第二外露表面211、311因發生氧化而形成的氧化層的厚度，此亦有助於提升封裝體4與陽極端子2和陰極端子3之間的接合效果。
最後，在具體執行步驟S108時，主要是對陽極端子2的第一引出部2b與陰極端子3的第二引出部3b進行折彎加工，具體地說，第一引出部2b係從第一外露表面211的第一彎折區域2112開始彎折，並沿著相對應的封裝體4的外表面延伸，第二引出部3b係從第二外露表面311的第二彎折區域3112開始彎折，並沿著相對應的封裝體4的外表面延伸。更進一步來說，封裝體4具有一第一側面41、一與第一側面41相對的第二側面42及一位於第一側面41與第二側面42之間的底面43，第一引出部2b係順著封裝體4的第一側面41與底面43來進行延伸，並且第二引出部3b係順著封裝體4的第二側面42與底面43來進行延伸。
當以上步驟S100至S108逐步完成之後，即完成本發明的導電端子改良之固態電解電容器封裝結構Z。
〔實施例的可能功效〕
首先，為總結上述之雷射雕刻製程所使用的操作條件，以及在此等操作條件下藉由本發明之製造方法所製得的固態電解電容器封裝結構與市面上同類產品相比，在功能上的表面有何不同，可參考表1所顯示的實驗結果：
由此可知，本發明以雷射雕刻製程取代化學蝕刻製程來將陽極端子和陰極端子上之部分包覆層作局部移除(特別是使用紅光雷射並配合特定的操作條件)，如此陽極端子和陰極端子上之經雷射雕刻處理後的外露表面可以和封裝體緊密接合，進而能提升封裝體的氣密性。進一步而言，基於固態電解電容器封裝結構的氣密性已得到有效提升，其在ESR值與電容量的容升率往往比市面上同類產品有更好的表現(ESR更低且電容量更高)。
以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，非因此侷限本發明的專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的保護範圍內。
S100~S108‧‧‧流程步驟

Claims (10)

  1. 一種導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之製造方法，包括下列步驟：提供至少一導電端子，其包含一核心層及一包覆所述核心層的包覆層；利用一乾式移除製程移除部分所述包覆層，使所述核心層形成一從所述包覆層裸露而出的外露表面，且所述外露表面具有一接合區域及一彎折區域；將多個堆疊型電容器依序堆疊在一起，並電性連接至所述導電端子；形成一封裝體以完全包覆所述堆疊型電容器，並於所述導電端子上定義出一位於所述封裝體內的導接部及一位於所述封裝體外的一引出部，其中，所述外露表面由所述導接部與所述引出部之相連處分別往所述導接部及所述引出部的方向延伸，且所述外露表面的接合區域為所述封裝體所覆蓋；以及將所述引出部彎折，使其順著所述封裝體的外表面延伸。
  2. 如請求項1所述的導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之製造方法，其中在提供至少一導電端子的步驟中，進一步以衝壓加工方式於所述導接部上形成一貫穿孔，且部分的所述外露表面為所述貫穿孔所貫穿。
  3. 如請求項2所述的導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之製造方法，其中在所述形成一封裝體以完全包覆所述堆疊型電容器的步驟中，所述貫穿孔內形成一被所述封裝體填充而形成的填充部及一與所述填充部相連且位於所述封裝體之外的鏤空部。
  4. 如請求項1所述的導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之製造方法，其中在所述利用一乾式移除製程移除部分所述核心層的步驟中，所使用的乾式移除製程為一雷射雕刻製程。
  5. 如請求項4所述的導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之製造方法，其中所述雷射雕刻製程係以紅光光束之半導體雷射進行，且所述雷射雕刻製程之操作條件包括500~3000mm/s之加工速度、1060nm之雷射光波長、10W~100W之雷射輸出功率及25K~250KHz之雷射頻率。
  6. 一種導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之製造方法，包括下列步驟：提供一陽極端子及一陰極端子，所述陽極端子與所述陰極端子彼此相隔，所述陽極端子包含一第一核心層及一包覆所述第一核心層的第一包覆層，所述陰極端子包含一第二核心層及一包覆所述第二核心層的第二包覆層；利用一乾式移除製程移除部分所述第一包覆層及部分所述第二包覆層，使所述第一核心層形成一從所述第一包覆層裸露而出的第一外露表面，並使所述第二核心層形成一從所述第二包覆層裸露而出的第二外露表面，其中所述第一外露表面具有一第一接合區域及一第一彎折區域，所述第二外露表面具有一第二接合區域及一第二彎折區域；將多個堆疊型電容器依序堆疊在一起，並電性連接於所述陽極端子及所述陰極端子；形成一封裝體以完全包覆所述堆疊型電容器，並於所述陽極端子上定義出一位於所述封裝體內的第一導接部及一位於所述封裝體外的一第一引出部，以及於所述陰極端子上定義出一位於所述封裝體內的第二導接部及一位於所述封裝體外的一第二引出部；將所述第一引出部及所述第二引出部彎折，使所述第一引出部及所述第二引出部皆順著所述封裝體的外表面延伸；其中，所述第一外露表面由所述第一導接部與所述第一引出部之相連處分別往所述第一導接部及所述第一引出部的方向延 伸，所述第二外露表面由所述第二導接部與所述第二引出部之相連處分別往所述第二導接部的方向延伸至其末端及往所述第二引出部的方向延伸，且所述第一外露表面的第一接合區域與所述第二外露表面的第二接合區域為所述封裝體所覆蓋。
  7. 如請求項6所述的導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之製造方法，其中在提供一陽極端子及一陰極端子的步驟中，進一步以衝壓加工方式於所述第一導接部上形成一第一貫穿孔及於所述第二導接部上形成一第二貫穿孔，部分的所述第一外露表面為所述第一貫穿孔所貫穿，部分的所述第二外露表面為所述第二貫穿孔所貫穿。
  8. 如請求項7所述的導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之製造方法，其中在所述形成一封裝體以完全包覆所述堆疊型電容器的步驟中，所述第一貫穿孔內形成一被所述封裝體填充而形成的第一填充部及一與所述第一填充部相連且位於所述封裝體之外的第一鏤空部，所述第二貫穿孔內形成一被所述封裝體填充而形成的第二填充部及一與所述第二填充部相連且位於所述封裝體之外的第二鏤空部。
  9. 如請求項6所述的導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之製造方法，其中在所述利用一乾式移除製程移除部分所述核心層的步驟中，所使用的乾式移除製程為一雷射雕刻製程。
  10. 如請求項9所述的導電端子改良之固態電解電容器封裝結構之製造方法，其中所述雷射雕刻製程係以紅光光束之半導體雷射進行，且所述雷射雕刻製程之操作條件包括500~3000mm/s之加工速度、1060nm之雷射光波長、10W~100W之雷射輸出功率及25K~250KHz之雷射頻率。
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