TWI739648B - 堆疊型固態電容器、積體電路產品及電子產品 - Google Patents

Abstract

本發明的堆疊型固態電容器包含一電容模組、一導電模組及一封裝結構，封裝結構包圍電容模組及導電模組。電容模組包含依序堆疊的複數個電容單元，各個電容單元包含一正極部及一負極部，正極部彼此電性連接且負極部彼此電性連接。導電模組包含一正極端子、一負極端子及至少一抗氧化層，正極端子電性連接其中一電容單元的正極部，負極端子以一導電膠層電性連接所述電容單元的負極部，抗氧化層位於負極端子與導電膠層之間。藉由設置抗氧化層，可以減緩端子的氧化速率，使負極端子與電容單元之間不易形成氧化層，進而降低電容器的等效串聯電阻。

Description

堆疊型固態電容器、積體電路產品及電子產品

本發明是有關一種固態電容器，特別是有關一種可以降低等效串連電阻（equivalent series resistance）的堆疊型固態電容器。

電容器是電路中常見的被動電子元件之一，電容器可以完成儲存能量、去耦、濾波或旁路等功能。為配合不斷推出的輕薄且多功能的電子產品，電容器持續朝高容量、高穩定性、低阻抗及微型化等方向邁進，也因此發展出各種材質或結構的電容器，例如陶瓷、鋁質、鉭質、鈮質，以及捲繞型電容器及堆疊型電容器等。

習知堆疊型固態電容器包含一電容組件及一導電組件，導電組件係以金屬製成，且電容組件及導電組件間由導電膠接合，確保電流能順利通過導電組件及電容組件。然而，導電組件在長期使用下、或是在高溫製程中容易發生氧化，並在電容組件及導電組件之間形成氧化層，造成電容組件及導電組件之間的介面電阻上升，進而增加堆疊型固態電容器的等效串聯電阻，加劇能量耗損，更可能導致電容器升溫並縮短其壽命。

有鑑於此，如何降低電容組件及導電組件之間的介面電阻，仍為待解決的問題。

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種堆疊型固態電容器，其電容組件及導電組件之間不易形成氧化層。

本發明提供一種堆疊型固態電容器，其包含一電容模組、一導電模組及一封裝結構，封裝結構包圍電容模組及導電模組。電容模組包含依序堆疊的複數個電容單元，各個電容單元包含一正極部及一負極部，正極部彼此電性連接且朝向電容模組的一側彎曲，負極部彼此電性連接。導電模組包含一正極端子、一負極端子及至少一抗氧化層，正極端子由所述電容模組的一側電性連接其中一電容單元的正極部，負極端子以一導電膠層電性連接所述電容單元的負極部，抗氧化層位於負極端子與導電膠層之間，且正極端子及負極端子部分露出於封裝結構外。

據此，本發明的堆疊型固態電容器藉由設有抗氧化層，大幅減緩負極端子表面的氧化速率，負極端子與電容單元之間不易形成氧化層，能有效使負極端子與電容單元之間的介面電阻下降，進而降低堆疊型固態電容器的等效串聯電阻。

依據前述的堆疊型固態電容器，其中正極端子及負極端子的材料可以為銅或銅鋅合金。

依據前述的堆疊型固態電容器，其中抗氧化層的材料可以為銀、金、鈀、鉑、石墨、氮化鈦或碳化鈦。

依據前述的堆疊型固態電容器，其中抗氧化層的材料可以為鈀，且抗氧化層的厚度可以為0.1～900奈米。

依據前述的堆疊型固態電容器，其中抗氧化層的材料可以為金，且抗氧化層的厚度可以為0.1～500奈米。

依據前述的堆疊型固態電容器，其中抗氧化層可以包含一第一抗氧化層及一第二抗氧化層，第一抗氧化層及第二抗氧化層由負極端子往導電膠層依序堆疊，第一抗氧化層的材料可以為鈀，且第二抗氧化層的材料可以為金。此外，導電模組更可以包含一鎳層，位於負極端子及第一抗氧化層之間。

依據前述的堆疊型固態電容器，其中導電模組更可以包含一鎳層，位於負極端子及抗氧化層之間。

依據前述的堆疊型固態電容器，其中鎳層的厚度可以為0.1～5微米。

依據前述的堆疊型固態電容器，其中負極端子與導電膠層的介面電阻可以小於1毫歐姆。

本發明另提供一種積體電路產品，其包含前述之堆疊型固態電容器。

本發明更提供一種電子產品，其包含前述之堆疊型固態電容器。

以下將參照圖式說明本發明之實施例。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示。

請參照第1圖，第1圖為本發明之一實施方式的堆疊型固態電容器100之剖面示意圖。堆疊型固態電容器100包含一電容模組110、一導電模組120及一封裝結構130，電容模組110與導電模組120電性連接，且封裝結構130包圍電容模組110及導電模組120。

電容模組110包含依序堆疊的複數個電容單元111，在第1圖中雖以三個電容單元111為例，惟本發明並不以電容單元111的數量為限。各個電容單元111包含一正極部111a及一負極部111b，正極部111a均朝向電容模組110的一側彎曲且彼此電性連接，負極部111b亦彼此電性連接，如此電性連接各個電容單元111，可以提升堆疊型固態電容器100的電容大小。

請一併參照第2圖，第2圖為第1圖的堆疊型固態電容器100於區域R的局部放大示意圖。導電模組120包含一正極端子121及一負極端子122，正極端子121由電容模組110的所述一側電性連接其中一電容單元111的正極部111a，例如可以採用焊接方式連接正極端子121與所述電容單元111的正極部111a，負極端子122則以一導電膠層123電性連接所述電容單元111的負極部111b，而正極端子121及負極端子122的材料可以為銅或銅鋅合金。藉由上述配置，便能透過正極端子121及負極端子122，對電容模組110施加電流。

值得注意的是，導電模組120更包含至少一抗氧化層124，其位於負極端子122與導電膠層123之間，藉此保護負極端子122與所述電容單元111電性連接的表面，避免在所述表面形成氧化層。其中，抗氧化層124的材料可以為銀、金、鈀、鉑、石墨、氮化鈦或碳化鈦。當抗氧化層124的材料為鈀時，抗氧化層124的厚度可以為0.1～900奈米；當抗氧化層124的材料為金時，抗氧化層124的厚度可以為0.1～500奈米。設有抗氧化層124的堆疊型固態電容器100，其負極端子122與導電膠層123之間的介面電阻可以小於1毫歐姆，能有效降低堆疊型固態電容器100的等效串聯電阻。

值得注意的是，抗氧化層124也可以包含一第一抗氧化層及一第二抗氧化層（均未繪示），第一抗氧化層及第二抗氧化層由負極端子122往導電膠層123依序堆疊，第一抗氧化層的材料可以為鈀，且第二抗氧化層的材料可以為金。藉由選擇不同材料的抗氧化層124，並適當地組合配置，可以進一步降低堆疊型固態電容器100的等效串聯電阻。有關多層抗氧化層124對等效串聯電阻的降低效果，將於後續的實驗中提出，於此不再贅述。

導電模組120更可以包含一鎳層（未繪示），位於負極端子122及抗氧化層124之間，例如可以位於負極端子122及前述第一抗氧化層之間，所述鎳層可以幫助焊接，更可以作為擴散阻障層，避免負極端子122中的金屬原子擴散至介電層中，延長堆疊型固態電容器100的使用壽命。鎳層的厚度可以為0.1～5微米，以利有效阻絕金屬原子。

封裝結構130係包圍電容模組110及導電模組120，且正極端子121及負極端子122部分露出於封裝結構130外，便於和電路相接。由於電容模組110、以及電容模組110與導電模組120電性連接處等較為精細的結構均被封裝結構130包覆，使得這些精細結構可以獲得良好的保護，同時提高堆疊型固態電容器100的耐用程度。

本發明另提供一種積體電路產品或電子產品，其包含前述之堆疊型固態電容器。由前述內容可知，本發明的堆疊型固態電容器的等效串聯電阻較小，在積體電路產品或電子產品中，更適合做為降噪用的去耦電容、平滑電流用的濾波電容以及保護其他電子元件的緩衝電容等。

以下將針對具有不同抗氧化層配置的導電模組進行測量，以判斷抗氧化層的設置是否能夠降低堆疊型固態電容器的等效串聯電阻。

1. 不同抗氧化層配置

本實驗係測量比較例1、實施例1及實施例2的介面電阻，以確認設置抗氧化層是否能有效降低負極端子至導電膠層之間的介面電阻。

實施例1及實施例2係於銅製的負極端子與導電膠層（銀膠，厚度為100 μm）之間設置一或二層抗氧化層，並多次測量負極端子至導電膠層之間的介面電阻後取其平均電阻值。另將未設有抗氧化層的導電模組作為本實驗的比較例1，以與實驗例1及實驗例2進行比對。比較例1、實施例1及實施例2的詳細結構及平均電阻值均列於下表1。

表1、比較例1、實施例1及實施例2的結構及電阻值
	第一抗氧化層	第二抗氧化層	平均 介面電阻 （mΩ）
材料	厚度 （nm）	材料	厚度 （nm）
比較例1			4.905
實施例1	金	150		0.353
實施例2	鈀	50	金	150	0.365

由表1可以得知，比較例1的電阻值明顯大於設有抗氧化層的實施例1及實施例2，係因為在不具有抗氧化層的結構中，銅材料極易氧化，並在負極端子表面形成絕緣的氧化銅，影響電流傳遞。反之，抗氧化層可以保護金屬材料不易氧化，故可以大幅降低負極端子與導電膠層之間的介面電阻。

2. 不同抗氧化層厚度

本實驗係測量比較例2及實施例3到實施例5的等效串聯電阻，以確認不同厚度的抗氧化層降低等效串聯電阻的效果。

實施例3到實施例5的堆疊型固態電容器具有銅製的負極端子，且負極端子與導電膠層之間設有二層抗氧化層，並調整其中一層抗氧化層的厚度，而比較例2為不具有抗氧化層的堆疊型固態電容器。前述電容器的電容值均為470 μF，且於通以100 kHz的交流電下，多次測量其等效串聯電阻，並取得平均ESR值。比較例2及實施例3到實施例5的詳細結構及平均ESR值均列於下表2。

表2、比較例2及實施例3到實施例5的結構及ESR值
	第一抗氧化層	第二抗氧化層	平均 ESR值 （mΩ）
材料	厚度 （nm）	材料	厚度 （nm）
比較例2			4.23
實施例3	鈀	100	金	100	2.68
實施例4	80	100	2.85
實施例5	40	100	3.32

由表2可以得知，比較例2的等效串聯電阻明顯大於實施例3到實施例5，是以抗氧化層的設置確實能有效降低等效串聯電阻。除此之外，當抗氧化層的厚度增加，減少了負極端子中的集膚效應（skin effect），故可以更進一步降低堆疊型固態電容器的等效串聯電阻。

綜上所述，本發明的堆疊型固態電容器藉由設有抗氧化層，大幅減緩負極端子表面的氧化速率，負極端子與電容單元之間不易形成氧化層，能有效使負極端子與電容單元之間的介面電阻下降，進而降低堆疊型固態電容器的等效串聯電阻。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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。

100:堆疊型固態電容器 110:電容模組 111:電容單元 111a:正極部 111b:負極部 120:導電模組 121:正極端子 122:負極端子 123:導電膠層 124:抗氧化層 130:封裝結構 R:區域

第1圖為本發明之一實施方式的堆疊型固態電容器之剖面示意圖；以及 第2圖為第1圖的堆疊型固態電容器於區域R的局部放大示意圖。

111:電容單元

122:負極端子

123:導電膠層

124:抗氧化層

Claims (12)

1. 一種堆疊型固態電容器，包含： 一電容模組，包含依序堆疊的複數個電容單元，各該電容單元包含： 一正極部，該些電容單元的該些正極部彼此電性連接，該些正極部朝向該電容模組的一側彎曲；及 一負極部，該些電容單元的該些負極部彼此電性連接； 一導電模組，包含： 一正極端子，由該電容模組的該側電性連接其中一該電容單元的該正極部； 一負極端子，以一導電膠層電性連接該其中一電容單元的該負極部；及 至少一抗氧化層，位於該負極端子與該導電膠層之間；以及 一封裝結構，包圍該電容模組及該導電模組，且該正極端子及該負極端子部分露出於該封裝結構外。
2. 如請求項1所述之堆疊型固態電容器，其中該正極端子及該負極端子的材料為銅或銅鋅合金。
3. 如請求項1所述之堆疊型固態電容器，其中該抗氧化層的材料為銀、金、鈀、鉑、石墨、氮化鈦或碳化鈦。
4. 如請求項3所述之堆疊型固態電容器，其中該抗氧化層的材料為鈀，且該抗氧化層的厚度為0.1～900奈米。
5. 如請求項3所述之堆疊型固態電容器，其中該抗氧化層的材料為金，且該抗氧化層的厚度為0.1～500奈米。
6. 如請求項3所述之堆疊型固態電容器，其中該抗氧化層包含一第一抗氧化層及一第二抗氧化層，該第一抗氧化層及該第二抗氧化層由該負極端子往該導電膠層依序堆疊，該第一抗氧化層的材料為鈀，且該第二抗氧化層的材料為金。
7. 如請求項6所述之堆疊型固態電容器，其中該導電模組更包含一鎳層，位於該負極端子及該第一抗氧化層之間。
8. 如請求項1所述之堆疊型固態電容器，其中該導電模組更包含一鎳層，位於該負極端子及該抗氧化層之間。
9. 如請求項7或8所述之堆疊型固態電容器，其中該鎳層的厚度為0.1～5微米。
10. 如請求項1所述之堆疊型固態電容器，其中該負極端子與該導電膠層的介面電阻小於1毫歐姆。
11. 一種積體電路產品，包含如請求項1所述之堆疊型固態電容器。
12. 一種電子產品，包含如請求項1所述之堆疊型固態電容器。

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