晶片型固態電解電容器及其製造方法
2023-06-11 05:32:31
晶片型固態電解電容器及其製造方法
【專利摘要】一種晶片型固態電解電容器，包括一基材層、一電性絕緣件、一導電高分子層、一圖案化補強層及一電極層，其中該電性絕緣件形成於該基材層上，用以在該基材層上定義出一陽極部及一陰極部，該導電高分子層形成於該陰極部上，該圖案化補強層形成於該導電高分子層上，該電極層形成於該圖案化補強層上。採用本發明之晶片型固態電解電容器，可以在不影響電容值的前提下增加整體的結構強度。本發明另提供一種晶片型固態電解電容器之製造方法。
【專利說明】晶片型固態電解電容器及其製造方法
【技術領域】
[0001]本發明是關於一種固態電解電容器，特別是指一種產品良率高且可靠度優異之晶片型固態電解電容器及其製造方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體製程技術的進步，使得半導體構裝的產品因市場需求開始發展出更精密、更先進的電子組件。就可攜式電子產品而言，消費者所期待者須充分滿足輕薄化、高頻化、多功能化、高可靠度及符合RoHS，故傳統液態電解電容器已逐漸無法滿足需求，進而固態電解電容器因應而生。
[0003]固態電解電容器為最常見的電容被動元件之一，主要是在鋁、鉭、鈮、鈦等閥金屬(Valve metal)的表面採用陽極氧化法(Anodic oxidat1n)生成一薄層氧化物作為電介質後，再以電解質作為陰極而構成；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(Aluminium solid electrolytic capacitor)和組質固態電解電容器(Tantalum solidelectrolytic capacitor)為主。
[0004]對於鋁質固態電解電容器，其所使用的鋁質基材是先對鋁原箔進行電解蝕刻，形成表面具有微孔之腐蝕箔後，再利用切割或衝壓等方式將腐蝕箔切割成符合預定大小及形狀的鋁箔單元，最後對鋁箔單元進行化成而形成的表面具有氧化皮膜之化成箔(Formingfoil)。然而，在經過切割或衝壓後，鋁質基材的周緣多少會產生微裂、毛邊(毛刺)、形變等缺陷，造成其上之氧化皮膜附著不完全，從而在後續的製程中造成因應力引起的損傷與漏電流。除此之外，諸如溫度、溼度、氣壓、振動等許多外在的環境因素都會引起現有的鋁質固態電解電容器性能上的劣化。
[0005]進一步而言，為增加電容器之電容量，業界常以陰極部彼此堆棧的方式將多個鋁質固態電解電容器並聯連接，從而獲得較大的電容量相加(為該等電容器之電容量的總和)。惟，不論使用何種堆棧方式，皆可能有單一電容器因其本身機械強度不足而發生損壞的情形發生。
[0006]針對上述的鋁質固態電解電容器存在的缺陷或不足，本發明人遂以其多年從事各種電容器的製造經驗和技術累積，積極地研究如何利用較簡單的結構改良設計完成可靠度較佳的鋁電解電容器，終於在各方條件的審慎考慮下開發出本發明。
【發明內容】
[0007]本發明之主要目的在於提供一種機械強度較佳且抗形變能力較強的晶片型固態電解電容器及其製造方法，以期能改善先前技術之缺失。
[0008]為達上述的目的及功效，本發明採用以下技術內容:一種晶片型固態電解電容器，包括一基材層、一電性絕緣件、一導電高分子層、一圖案化補強層及一電極層，其中該電性絕緣件形成於該基材層上，用以在該基材層上界定出一陽極部及一陰極部，該導電高分子層形成於該陰極部上，該圖案化補強層形成於該導電高分子層上，該電極層形成於該圖案化補強層上。
[0009]本發明另採用以下技術內容:一種晶片型固態電解電容器之製造方法，包括下列步驟:首先，提供一基材層；接著，形成一電性絕緣件於該基材層上，用以在該基材層上界定出一陽極部及一陰極部；然後，形成一導電高分子層於該陰極部上；此後，形成一圖案化補強層於該導電高分子層上；最後，形成一電極層於該圖案化補強層上。
[0010]本發明至少具有以下有益效果:本發明晶片型固態電解電容器透過在導電高分子層與電極層(包含碳膠層和銀膠層)之間配置一圖案化補強層，除了能有效防止因受擠壓或撞擊而發生性能劣化外，還能補強氧化皮膜或高分子層的缺陷，以防止漏電流。另外，本發明晶片型固態電解電容器之製造方法能有效簡化製程、大幅降低製造成本及改善產品良率。
[0011]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。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明之第一實施例之晶片型固態電解電容器之立體示意圖。
[0013]圖2為本發明之第一實施例之晶片型固態電解電容器之剖面示意圖。
[0014]圖3A為本發明之晶片型固態電解電容器之圖案化補強層之一種態樣之示意圖(一)°
[0015]圖3B為本發明之晶片型固態電解電容器之圖案化補強層之一種態樣之示意圖(二)。
[0016]圖4為本發明之晶片型固態電解電容器之圖案化補強層之另一種態樣之示意圖。
[0017]圖5A為本發明之晶片型固態電解電容器之圖案化補強層之又一種態樣之示意圖(一)°
[0018]圖5B為本發明之晶片型固態電解電容器之圖案化補強層之又一種態樣之示意圖(二)。
[0019]圖6為本發明之晶片型固態電解電容器之圖案化補強層之再一種態樣之示意圖。
[0020]圖7為本發明之第二實施例之晶片型固態電解電容器之立體示意圖。
[0021]圖8為本發明之晶片型固態電解電容器之製造方法之流程示意圖。
[0022]【符號說明】
[0023]C晶片型固態電解電容器
[0024]1基材層
[0025]la陽極部
[0026]lb陰極部
[0027]11金屬基材
[0028]111 第一表面
[0029]112 第二表面
[0030]113環側表面
[0031]12氧化皮膜層
[0032]2電性絕緣件
[0033]3導電高分子層
[0034]4圖案化補強層
[0035]40 孔洞
[0036]41結構單體
[0037]42連接橋
[0038]5電極層
[0039]51碳膠層
[0040]52銀膠層
[0041]6護面層
【具體實施方式】
[0042]本發明所揭示之內容涉及一種構造新穎的晶片型固態電解電容器，其特點在於，電容器陰極部內配置有一圖案化補強層，而且陰極部之周緣更進一步配置有一護面層，如此一來，可以防止在堆棧構裝的過程中受到擠壓或撞擊而造成電容器性能劣化。
[0043]接下來將透過多個實施例，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，輕易了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。
[0044][第一實施例]
[0045]請參考圖1及圖2，圖1為本發明第一實施例之晶片型固態電解電容器之立體示意圖，圖2為本發明第一實施例之晶片型固態電解電容器之剖面示意圖。如以上圖式所示，本實施例之晶片型固態電解電容器C主要包括一基材層1、至少一電性絕緣件2、一導電高分子層3、一圖案化補強層4及一電極層5。
[0046]基材層1包括一金屬基材11及一形成於金屬基材11上的氧化皮膜層12,金屬基材11可選用鉭燒結體、鋁箔或鈮錠，雖然本實施例是以厚度20?100mm且純度99.8%以上之鋁箔當作基材，但本發明並不限制於此。應注意的是，若金屬基材11所含不純物過多，氧化皮膜層12於化成時容易產生缺陷，此會造成漏電流增大，從而減低使用壽命。
[0047]進一步而言，金屬基材11具有相對設置的第一表面111及第二表面112與位於兩者之間的一環側表面113，為增加金屬基材11的有效面積以增加小型大容量化的優勢，本實施例可運用機械腐蝕、化學腐蝕、電子化學腐蝕或雷射雕刻等方法對其進行表面處理，在第一、第二表面111、112及環側表面113上形成坑洞(圖中未顯示)；附帶一提，熟習此項技藝者可以根據電容器的性能要求而腐蝕出具不同坑洞形貌的金屬基材11，本發明並不對此加以限制。
[0048]氧化皮膜層12可為一氧化鋁膜層(A1203)，其被覆金屬基材11之第一、第二表面111、112及一部分的環側表面113 (如後側表面)，主要當作晶片型固態電解電容器C的誘電體。值得說明的是，氧化皮膜層12厚度可以決定電容器兩極之間的距離，是以控制氧化皮膜層12厚度可得所需之電容量，具體地說，氧化皮膜層12厚則電容量低，氧化皮膜層12薄則電容量高。
[0049]再者，氧化皮膜層12之相對二表面上各形成有一電性絕緣件2，其材質可為電性絕緣樹脂，其中一電性絕緣件2由靠近金屬基材11之第一表面111處往遠離此第一表面111的方向延伸，另一電性絕緣件2由靠近金屬基材11之第二表面112處往遠離此第二表面112的方向延伸。據此，可以在基材層1上區隔出一陽極部la及一陰極部lb，也就是定義出晶片型固態電解電容器C之一陽極區域及一陰極區域(圖中未標示)。
[0050]導電高分子層3形成於陰極部lb上，具體地說是被覆在位於陰極區域內之氧化皮膜層12的表面上，主要當作晶片型固態電解電容器C的固態電解質。導電高分子層3可包括聚乙烯二氧噻吩(polyethylene d1xyth1phene, PED0T)、聚噻吩(Polyth1phen, PT)、聚乙塊(Polyacetylene, PA)、聚苯胺(Polyaniline, PAni)或聚卩比咯(Polypyrrole, PPy),雖然本實施例所用導電高分子層3為PED0T材質，但本發明並不限制於此。附帶一提，上述所有導電高分子材料皆具備高導電度、優異的耐熱性和溫度特性、易附著於介電層上且不會破壞介電層及在外加電壓下不會劣化等特性，相當適合被應用於固態電解電容器的電解質。
[0051]請再次參考圖1及圖2，並請配合參考圖3A至圖6，圖案化補強層4形成於導電高分子層3上，其可包括絕緣材料例如環氧樹脂(Epoxy)、娃膠(Silicone)或聚亞醯胺(Polyimide)，但本發明並不限制於此。舉例來說，熟習此項技藝者也可以根據電容器的性能要求而選擇使用導電材料例如碳膠、銀膠或其他合適的導電膠來形成的圖案化補強層4。
[0052]就圖案化補強層4的結構特徵而言，首先參圖3A及圖3B所示，根據一實施態樣，圖案化補強層4上形成有複數個呈均勻分布的孔洞40，該些孔洞40之形狀可包括圓形、蜂巢形、橢圓形、矩形等(後兩者於圖中未顯示)。接著如圖4所示，根據另一實施態樣，圖案化補強層4包括複數個以矩陣方式排列的結構單體41，該些結構單體41可包括任何立體形狀例如0狀、X狀、Y狀、T狀等(後三者圖中未顯示)，但本發明並不限制於此。
[0053]然後如圖5A及圖5B所示，根據又一實施態樣，圖案化補強層4包括複數個以矩陣方式排列的結構單體41及複數個連接橋42，其中該些結構單體41可包括任何立體形狀，而且相鄰的兩個結構單體41經由至少一連接橋42相連；換句話說，又一實施態樣之圖案化補強層4上形成有複數個呈非均勻分布的孔洞(由結構單體及連接橋所界定，圖中未標示)。最後如圖6所示，根據再一實施態樣，圖案化補強層4為一網狀多邊結構。
[0054]請再次參考圖1及圖2，電極層5形成於圖案化補強層4上，主要當作晶片型固態電解電容器C的第二電極層。具體地說，電極層5為一碳膠層51及一銀膠層52所組成的雙層電極層，其中碳膠層51被覆在圖案化補強層4的表面上，銀膠層52被覆在碳膠層51的表面上。
[0055][第二實施例]
[0056]請參考圖7，為本發明第二實施例之晶片型固態電解電容器之立體示意圖。如圖所不，本實施例之晶片型固態電解電容器C同樣包括一基材層1、至少一電性絕緣件2、一導電高分子層3、一圖案化補強層4及一電極層5，而且除了上述的必要組件以外，所述晶片型固態電解電容器C更進一步包括於形成導電高分子層3時因材料溢出而形成的至少一護面層6。同樣地，所述護面層6可包括絕緣材料例如環氧樹脂(Epoxy)、娃膠(Silicone)或聚亞醯胺(Polyimide)，但本發明並不限制於此；舉例來說，護面層6也可以導電材料例如碳膠、銀膠或其他合適的導電膠製成。
[0057]護面層6主要被設計來將裸露的金屬基材11 (即鋁芯層)完全包覆，具體地說是被覆在金屬基材11、氧化皮膜層12及導電高分子層3之裸露側表面(包含左側表面及右側表面)上，以此方式補償經切割或衝壓後之金屬基材11周緣的微裂、毛邊(毛刺)、形變等缺陷，以長時間維持電容器的特性；不僅如此，護面層6還可以加強鋁芯層周緣的受力強度，避免晶片型固態電解電容器C在堆棧封裝時受到損壞。
[0058]請參考圖8，並請配合參考圖1及圖2，本發明之晶片型固態電解電容器C的結構特徵已詳述如上，接下來將進一步說明所述晶片型固態電解電容器C之製造方法，主要包括下列步驟:
[0059]首先，執行步驟S100:提供金屬基材11。金屬基材11具有一第一表面111、一與第一表面111相對的第二表面及一位於第一表面111與第二表面112之間的環側表面113,對於金屬基材11的細部特徵可參考第一實施例內容，在此不多加贅述。
[0060]接著，執行步驟S102:對金屬基材11進行表面處理。表面處理的方法如參考第一實施例所述，其中機械腐蝕法例如用砂紙等器具並配合研磨劑，直接對金屬基材11之第一及第二表面111、112與環側表面113作腐蝕加工，可增加面積約1.5?3倍。化學腐蝕法例如用鹽酸、氯化銅等溶液對金屬基材11之該些表面作腐蝕加工,可增加面積約1.5?7倍。電子化學腐蝕法例如用鹽酸、氯化銅等溶液並於其中施加一特定的AC或DC電流，以此方式對金屬基材11之該些表面作腐蝕加工，可增加面積約6?100倍。除以上所述方法之夕卜，熟習此項技藝者當然可以根據電容器的性能要求或製程需求而選擇其他的腐蝕加工方式(如雷射雕刻)，本發明並不局限於此。
[0061]然後，執行步驟S104:形成氧化皮膜層12於經表面處理之金屬基材11上，以構成基材層1。氧化皮膜層12可利用化成方法形成，具體地說是將經表面處理之金屬基材11置於有機酸或無機酸之化成液中，並利用電氣化原理使金屬基材11表面氧化而形成A1203氧化皮膜，如此便完成基材層1的準備。
[0062]此後，執行步驟S106:形成電性絕緣件2於基材層1上，用以界定出一陽極部la及一陰極部lb。在具體施行此步驟時可先塗布絕緣材料於氧化皮膜層12上，等待此絕緣材料成型後即可用以區隔出晶片型固態電解電容器C的陽極和陰極區域。
[0063]此後，執行步驟S108:形成導電高分子層於陰極部上。在具體施行此步驟時可將步驟106之完成品(具電性絕緣件的基材層)含浸於導電高分子溶液中，然後透過高溫烘烤使導電高分子材料成型。
[0064]此後，執行步驟S110:形成圖案化補強層4於導電高分子層3上。在具體施行此步驟時，主要是利用局部網印方式將一絕緣或導電材料形成於導電高分子層3上，並且根據實際需求，在網印過程中可使材料溢出而進一步形成包覆側邊的護面層6。值得說明的是，透過局部網印方式形成圖案化補強層4，不僅能夠精準控制其立體圖案、其尺吋及厚度，還能夠降低製造成本和整體製程時間。最後，執行步驟S112:形成碳膠層51於圖案化補強層4上，並形成銀膠層52於碳膠層51上。
[0065][本發明實際達成的功效]
[0066]本發明晶片型固態電解電容器透過在導電高分子層與電極層(包含碳膠層和銀膠層)之間配置一圖案化補強層，除了能有效防止因受擠壓或撞擊而發生性能劣化外，還能補強氧化皮膜或高分子層的缺陷，以防止漏電流。
[0067]其次，所述晶片型固態電解電容器可進一步在金屬基材之周緣配置一護面層，透過其絕緣包覆之設計，能補償經切割或衝壓後之金屬基材周緣的微裂、毛邊(毛刺)、形變等缺陷，達到長時間維持電容器特性的功效。
[0068]再者，所述圖案化補強層能增強電容器本身的機械強度，而且所述護面層能加強鋁芯層周緣的受力強度，因此可避免所述晶片型固態電解電容器在堆棧封裝時受到損壞。
[0069]此外，本發明晶片型固態電解電容器之製造方法能有效簡化製程、大幅降低製造成本及改善產品良率。
[0070]以上所述僅為本發明的實施例，其並非用以限定本發明的專利保護範圍。任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明的精神與範圍內，所作的更動及潤飾的等效替換，仍落入本發明的專利保護範圍內。
【權利要求】
1.一種晶片型固態電解電容器，其特徵在於，包括: 一基材層； 一電性絕緣件，形成於該基材層上，用以在該基材層上界定出一陽極部及一陰極部； 一導電高分子層，形成於該陰極部上； 一圖案化補強層，形成於該導電高分子層上；以及 一電極層，形成於該圖案化補強層上。
2.如權利要求1所述的晶片型固態電解電容器，其特徵在於，其中該圖案化補強層具有複數個呈均勻分布的孔洞。
3.如權利要求1所述的晶片型固態電解電容器，其特徵在於，其中該圖案化補強層包括複數個以矩陣方式排列的結構單體。
4.如權利要求3所述的晶片型固態電解電容器，其特徵在於，其中該圖案化補強層還包括複數個連接橋，該些結構單體中之相鄰的兩個結構單體之間具有至少一連接橋。
5.如權利要求1所述的晶片型固態電解電容器，其特徵在於，其中該圖案化補強層為一網狀多邊結構。
6.如權利要求1所述的晶片型固態電解電容器，其特徵在於，其中該基材層包括一金屬基材及一氧化皮膜層，該金屬基材具有一第一表面、一與該第一表面相對的第二表面及一位於該第一表面與該第二表面之間的環側表面，該氧化皮膜層包覆該金屬基材之第一及第二表面與一部分的環側表面。
7.如權利要求6所述的晶片型固態電解電容器，其特徵在於，其中該圖案化補強層進一步溢出而形成一護面層，該護面層包覆該金屬基材、該氧化皮膜層及該導電高分子層的裸露側表面。
8.如權利要求6所述的晶片型固態電解電容器，其特徵在於，其中該金屬基材為一鉭燒結體、一鋁箔或一鈮錠，該電極層包括一碳膠層及一形成於該碳膠層上的銀膠層。
9.如權利要求1所述的晶片型固態電解電容器，其特徵在於，其中該圖案化補強層包括絕緣材料或導電材料。
10.一種晶片型固態電解電容器之製造方法，其特徵在於，包括下列步驟: 提供一基材層； 形成一電性絕緣件於該基材層上，用以在該基材層上界定出一陽極部及一陰極部； 形成一導電高分子層於該陰極部上； 形成一圖案化補強層於該導電高分子層上；以及 形成一電極層於該圖案化補強層上。
【文檔編號】H01G9/15GK104299789SQ201410589422
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月28日 優先權日:2014年10月28日
【發明者】陳明宗, 王懿穎 申請人:鈺邦電子（無錫）有限公司