固態電容器的製造方法
2023-08-13 15:38:26
專利名稱：固態電容器的製造方法
技術領域：
本發明涉及固態電容器領域，特別，本發明涉及固態電容器的大批量生產的製造方法。
在美國專利第5,357,399號(發明人Ian Salisbury)中描述固態鉭電容器的大批量生產方法。這種方法包括提供固態鉭的襯底圓片，在襯底上形成經燒結的，有很多孔的鉭層，用通道的正交圖案鋸開多孔鉭層，以產生直立的多孔鉭直線體的陣列，對所述體進行陽極氧化，以在其上產生電解質層，把所述體浸漬在硝酸錳溶液中，並加熱使所施加的溶液轉化成二氧化錳，從而形成陰極層，通過除去連接鄰近所述體的二氧化錳，沿通道切割，以使各個直立體的陰極和陽極端子隔離，在通過隔離切割而得到的新暴露的鉭襯底上再形成電解質層，施加相應的碳的導電層，然後把銀施加到每個體的頂端，把包括固態金屬圓片的蓋粘合到銀層上，把絕緣樹脂材料注入襯底和蓋所限定的所述體之間的通道，在垂直於圓片的平面方向和沿每個通道的中心線切開組件，從而產生多個電容器，其中，陽極端子包括襯底材料，陰極極端子包括蓋材料，而電容體包括被塗覆的多孔鉭體。
這個方法允許製造很小的、可靠的、高容量效率的電容器。然而，電子工業對元件的小型化不斷地提出要求，對於製造更小的和效率更高的電容器存在一定的壓力。
我們最近的PCT出版物WO 00/28599描述Salisbury方法的修改版本。在這個版本中，通過直接在多孔電容器的銀/碳塗覆的頂端上形成陰極端子而增加各個電容器的容量效率。這樣，可以省略Salisbury方法中施加的固態蓋層。由固態蓋層佔據的體積因此可用於增加多孔體的大小。所以，對於給定的電容器大小，可以包括較大體積的電容材料。
對於在這些製造方法中的有效的改進還繼續存在壓力。本發明進行尋求以提供上述類型的多個電容器製造方法的簡化方法，從而在經濟上提供有利條件，這導致較廉價的電容器。
根據本發明的一個方面，提供一種多個固態電容器的製造方法，所述方法包括下列步驟提供襯底層，在襯底層的上表面上形成多個直立體，所述直立體由多孔的經燒結的閥作用材料構成，在所述體上形成電解質層，把電氣絕緣保護層施加到在分開鄰近直立體的區域中出現的電解質層上，在直立體上和所述體之間的保護層上的暴露的電解質層上形成陰極層，把陰極端子施加到每個直立體的上端區域，把經處理的襯底分割成多個獨立的電容器，每個獨立的電容器具有在包括經分割襯底的一端的陽極端子部分，包括多孔體之一的電容部分以及在另一端的陰極端子部分。
在形成電解質層之後和在形成陰極層之前施加絕緣保護層，大大地簡化了每個電容器的陽極和陰極部分的隔離。現有技術隔離方法包括磨削在相鄰體之間的區域中的陰極和電解質層兩者，從而暴露新的襯底。然後必須在新形成的襯底上通過第二電解質形成方法形成電解質層。本發明提供一種方法，其中，進行單次的電解質層形成處理。因為保護層屏蔽相鄰體之間的電解質層，所以不需要通過襯底的磨削。因此，大大地簡化了隔離步驟，降低了生產時間和成本。
所述方法可以進一步包括一個步驟，其中，除去塗覆在陰極層上的至少一部分保護層。可以通過機械、化學或其它合適的手段除去。最好，除去圍繞每個直立體的一部分保護層，從而形成沒有陰極層材料圍繞每個體的邊界表面。在本發明的一個方面，通過機械加工形成保護層的鏟削薄層。可以藉助切割輪或鋸子進行鏟削。不得把切削擴展到保護層下面的電解質層。這樣，保持了電解質層的完整性。
必須把保護層較好地粘合到電解質層，並與電解質層形成緊密的接觸，以便防止陰極層材料汙染塗覆保護層的電解質層。可以施加保護層作為永久的部件或臨時的部件。例如，永久保護層可以保留在通過本發明的方法製造的電容器的結構中。典型的保護材料是含氟聚合物和環氧樹脂。在保護層中結合相對於封裝材料突出的彩色或結合在保護層中的對比度，可以得到永久保護層的另一個優點。這樣，所提供的成品電容器具有指示電容器極性的定位指示，其中，保護層相應於陽極端。
在錳化處理(陰極層形成)之前施加臨時保護層，並在封裝之前除去。臨時保護層可以是光刻保護層，可化學分離的保護層或可機械地除去的保護層。
在封裝處理中，可在塗覆的陰極和終止的電容器體之間填充絕緣材料。當接著分割襯底時，所填充的絕緣材料形成圍繞電容器的中間部分的保護套，只留下暴露的陽極和陽極端子部件。最好，封裝材料是塑料樹脂材料，特別，是設定環氧樹脂。
封裝可以包括初始階段，在該階段中，例如，在直立體之間的空間中摻入粉末狀的熱塑性樹脂，然後對襯底加熱使之熔化，以形成在每個體的側面上的部分(partway)熱塑性層。最好，使用與主封裝樹脂的顏色不同的樹脂進行這個初始的部分—封裝，從而在成品電容器中提供可看到的極性指示。另一方面，可以通過諸如雷射蝕刻之類的其它標記形成來指示極性。
可以通過終端處理使電容器體形成有用的電容器，在該處理中，每個電容器體的各個暴露的陰極和陽極表面是用終端材料塗覆的液相或氣相，所述終端材料促進電容器的各個端子到電路的電氣連接。
各個終端塗覆可以在電容器體的每個端子形成一個柱頭，如同在工業—標準5—側面的終端處理中。
在某些較佳實施例中，閥作用(valve-action)材料是鉭。然而，在本發明的方法中可以使用其它閥作用材料。這些材料可以是金屬或非金屬，基本特徵是電容器形成能力。合適的金屬材料有鈮、鉬、鋁、鈦、鎢、鋯以及它們的合金。較佳例子是鈮和鉭。
當閥作用材料是鉭時，最好襯底是固態鉭圓片，從而保證與多孔材料的物理和化學相容性。
可以通過處理形成直立陽極體，這個處理包括把閥作用材料粉末層壓制到襯底上，並燒結而使粉末粒子熔化。一般，在較細等級的粉末壓制到襯底上之前，可以把粗等級粉末的種子層(seeding layer)施加到襯底上，並進行燒結。粗等級粉末提供機械固定(keying)，保證在堅固的多孔層和襯底之間產生強連接。強連接是必需的，以保證在接著的製造方法步驟期間，不會發生多孔層與襯底的分離。從而，可以對所產生的多孔閥作用金屬的相關層進行加工或處理，以產生獨立的陽極體。可以對在襯底上形成的多孔燒結層進行加工而形成體。可以藉助正交鋸割進行加工而形成直線的體。可以使用其它的體形成處理，例如，各個體的壓制和鑄造的組合，如在我們的申請號9918852.6的專利中所述。
可以通過電解陽極氧化處理形成電解質層，在該處理中，在多孔經燒結的陽極體上逐漸生成氧化膜。合適的方法為熟悉本技術領域的人員眾知。
把陽極體浸漬到諸如硝酸錳之類的陰極層產物母液中可以形成陽極體，然後加熱以產生二氧化錳的陰極層。可以重複進行浸漬和加熱步驟，以便逐漸生成所要求的深度以及陰極層的完整性。
施加了陰極層，陽極體就變成包括陽極部分的電容體，所述陽極部分包括閥作用粉末、閥作用氧化物的絕緣層以及摻氧化物的導電陰極層的互連基體。
根據本發明的又一個方面，提供由上述任何方法製造的電容器。
根據本發明的另一個方面，提供電子或電氣裝置，所述裝置包括由上述任何方法製造的電容器。
下面參考實現本發明的一種方法的附圖，僅對例子進行說明。
在附圖中
圖1是在根據本發明的一個實施例進行處理期間的襯底的剖視圖。
圖2是在處理中的加工步驟之後從襯底上面的視圖。
圖3是在根據本發明的一個實施例進行處理期間的襯底的剖視圖。
圖4是在根據本發明的一個實施例進行處理期間的襯底的剖視圖。
圖5是在根據本發明的一個實施例進行處理期間的襯底的剖視圖。
圖6示出從根據本發明的方法製造的電容器的一個側面的剖視圖。
在圖1中示出通過固態鉭圓形圓片的橫截面為10。已經在圓片的上表面上燒結粗粒電容器等級鉭粉末12的散布物。然後把細-粒電容器等級鉭粉末的綠色(即，未燒結的)混合物壓制到襯底的上表面，以形成綠色層13。
燒結綠色層，以使細粒粉末熔化成整體的多孔網狀物。在約攝氏1600度處進行燒結(最佳溫度有賴於粉粒的大小和燒結處理的持續期)。燒結處理還把多孔層熔化到粗粒種子層12上。
然後對襯底組件進行加工，以產生橫向通道14和縱向通道15的正交柵格，如在圖2中所示。使用移動旋轉切割輪磨削通道。切割通道，使它們的深度剛超過多孔鉭層的高度，以致切割落到襯底上，如在圖3中所示。
加工處理在襯底上產生正交部分體16的陣列。多孔體形成電容器的陽極部分。通過在電解槽(例如，0.1％的磷酸溶液)中的陽極氧化把絕緣電解質層(未圖示)施加到陽極體上，而同時把直流電源的正端連接到襯底上。這導致在所述體的閥作用多孔表面和暴露的襯底上形成形成薄的五氧化鉭層。
然後沿通道14和15施加耐熱電氣絕材料的保護層30。保護層圍繞直立體16，並屏蔽在襯底的暴露表面上形成的下面的氧化鉭層。還通過保護層的厚度屏蔽陽極體的下面的暴露表面31。
如果保護材料要求高溫固化，或沉積或固化處理給予電容器的外部表面任何應力，則可能需要在施加陰極層之前重複陽極氧化處理。
然後通過眾知的錳化處理在陽極體上形成陰極層(未圖示)。在這個處理中，把經陽極氧化的陽極體浸入硝酸錳溶液中，在每個體上留下一層溼的溶液，並覆蓋它的內部多孔性。在潮溼空氣中使襯底加熱，以把硝酸鹽塗層轉化為二氧化物。可以重複浸入和加熱循環多達20次或更多，以便生成所要求的相關陰極層。絕緣保護層的厚度提供襯底(在成品電容器中它成為陽極端予)和電氣地連接到陰極端子的陰極層之間的絕緣隔離。在錳化處理期間(陰極層沉積)和/或碳/銀陰極終端處理期間，可能已經用導電材料對保護層進行部分塗覆，而這是一個潛在的漏電流通路。為了防止這個問題，最好保護層材料在能量方面和化學方面相對於陰極層材料或終端材料(例如，碳和銀膏)是不相容的。在能量方面和化學方面不相容意味著保護層相對於陰極層或終端層液體材料應該是基本上不可沾溼的和在化學方面是惰性的。然而，當不可避免不希望有的汙染時，通過又一個處理步驟除去雜散材料。在永久保護材料的情況下，可以通過化學蝕刻或分解、機械磨削或切割或諸如藉助雷射器的局部加熱來除去雜散材料。對於臨時材料，可以通過通常除去該材料的合適方法選擇地除去保護層。因此，在本發明的一個例子中，沿每個通道的中心線通過薄的切割32除去保護材料的薄層和任何塗覆的導電材料，以便除去保護材料的窄小通道和它的被塗覆陰極材料的層。
一旦完成錳化，就浸入液體碳膏的槽中，用導電碳的中間層塗覆被錳化的所述體的頂端。在已經固化碳層之後，把被塗覆碳的所述體浸入液體銀膏中，把又一個銀的中間層21塗覆到碳層上。為了保證銀不直接接觸不相容的氧化物層，所以不允許銀層超過碳層27。然後允許銀層21固化成固態。
用液體環氧樹脂20填充電容器之間的通道14、15，如在圖5中所示。環氧樹脂圍繞每個電容器的側面，高度正好在每個電容器的頂端的下面。通過注入環氧樹脂而填充通道，從而保證填充通道所確定的全部空間。用又一個銀膏層22塗覆整個組件的頂部表面。可以把臨時固體蓋板(未圖示)施加到銀層，以便保證產生平坦的成品。在環氧樹脂注入期間，還可以使用蓋來提供結構限定。
現在可以沿每個通道14、15的中心線把圓片切成片(如圖5中的虛線所示)，以便把每個電容器與它的鄰居分開。在圖6中示出所產生的獨立的電容器結構。
每個電容器包括陽極端子部分23，所述陽極端子部分包括襯底材料。電容器16是直立在襯底上，封裝在環氧樹脂側壁24、25中的。在碳膏層27、銀膏層21和又一個銀膏層22(它形成元件的陰極端子部分)中覆蓋每個電容器的頂端區域。圍繞每個體16的底部的是保護層30。把保護層塗覆在襯底上表面41的電解質層上以及體16的側壁的較下區域。示出二氧化錳陰極層為層42。該層基本上經過體的整個上表面而延伸。陰極層還覆蓋保護層的內部邊界部分43。窄小切割32在保護層中形成一個臺階。該臺階沒有陰極層材料，並且與封裝材料24/25形成緊密結合。保護層的厚度提供陰極層42/43和陽極端子23之間的隔離間隔。
成品處理階段是5-側面的終端處理。這是電子工業中眾知的方法，它包括形成終端柱頭28、29，所述柱頭形成電容器的外部端子。終端層金屬可以包括銀、鎳和錫的分立的層(最好按該次序)。這些是形成電氣連接的合適的金屬，用於把電容器的端子焊接到觸點或電氣或電子線路的其它元件。
本發明是以往已知方法的精美的適配，它提供極簡化的製造方法，不需要第二個費時間的電解質層形成步驟，大大地改進了處理的效率，允許降低成本和提高可靠性。
權利要求
1.一種多個固態電容器的製造方法，其特徵在於，所述方法包括下列步驟提供襯底層，在所述襯底層的表面上形成多個直立體，所述直立體由多孔的經燒結的閥作用材料構成，在所述體上形成電解質層，把電氣絕緣保護層施加到在分開鄰近直立體的區域中出現的電解質層上，在直立體上和所述體之間的保護層上的暴露的電解質層上形成陰極層，把陰極端子施加到每個直立體的上端區域，把經處理的襯底分割成多個獨立的電容器，每個獨立的電容器具有在包括經分割襯底的一端的陽極端子部分，包括多孔體之一的電容部分以及在另一端的陰極端子部分。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，在形成陰極層之後，把電容器側壁封裝在保護絕緣材料中。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，在施加陰極層之後，除去至少一部分塗覆在陰極層上的保護層。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，除去圍繞每個直立體的一部分保護層，從而形成沒有陰極層材料圍繞每個體的邊界表面。
5.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，在電容器的結構中保留保護層，從而形成一部分電容器封裝層。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，保護層是有顏色的，或相對於封裝材料有對比色調，從而提供的成品電容器具有指示電容器極性的定位指示，保護層部分相應於陽極端。
7.如上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，襯底材料與閥作用材料是熱和電氣相容的。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，閥作用材料是鉭，而襯底材料是固態鉭。
全文摘要
本發明涉及固態電容器,特別涉及固態電容器的大批量生產的製造方法。本發明尋求提供一種簡化方法,以便提供經濟的優點。根據本發明的一個方面,提供一種多個固態電容器的製造方法,所述方法包括下列步驟:提供襯底層,在襯底層的上表面上形成多個直立體,所述直立體由多孔的經燒結的閥作用材料構成,在所述體上形成電解質層,把電氣絕緣保護層施加到在分相鄰近直立體的區域中出現的電解質層上,在直立體上和所述體之間的保護層上的暴露的電解質層上形成陰極層,把陰極端子施加到每個直立體的上端區域,把經處理的襯底分割成多個獨立的電容器,每個獨立的電容器具有在包括經分割襯底的一端的陽極端子部分,包括多孔體之一的電容部分以及在另一端的陰極端子部分。
文檔編號H01G9/15GK1375107SQ00812930
公開日2002年10月16日 申請日期2000年9月15日 優先權日1999年9月17日
發明者D·亨廷頓 申請人:Avx有限公司