固体电解电容器的制作方法

固体电解电容器
1.本技术要求于2020年7月10日在韩国知识产权局提交的第10-2020-0085553号韩国专利申请的优先权的权益，所述韩国专利申请的公开内容通过引用被全部包含于此。
技术领域
2.本公开涉及一种固体电解电容器，更具体地，涉及一种具有优异的等效串联电阻(esr)性能以及改善的电容和粘附性能的固体电解电容器。


背景技术：

3.固体电解电容器是用于阻隔直流电流、允许交流电流从其中通过并且用于累积电力的电子组件。在所有类型的上述固体电解电容器之中，代表性地制造钽电容器。
4.钽(ta)是由于优异的机械和物理性能(诸如，高熔点、优异的柔韧性和耐腐蚀性等)而除了电气、电子、机械和化学领域之外还被广泛用于各种工业部门(诸如，航空航天和国防工业)的金属。
5.钽可形成稳定的阳极氧化膜，因此已经广泛地用作用于小型电容器的阳极的材料。近来，随着信息技术(it)、信息和通信技术(ict)以及电子技术的快速发展，钽的使用逐年增加。
6.电容器是其中彼此绝缘的两个板状电极彼此紧密间隔开、通过电介质分开并且在每个板状电极上积聚电荷的组件，并且用于通过在两个导体之间存储电荷来获得电容。
7.使用钽材料的钽电容器具有使用在钽粉末烧结时产生的空隙的结构。通过阳极氧化在钽的表面上形成氧化钽(ta2o5)，并且在用作电介质的氧化钽上形成二氧化锰(mno2)层作为电解质。在二氧化锰层上形成碳层和金属层以形成主体。在主体中形成阳极和阴极，然后形成用于安装在印刷电路板(pcb)上的模制部。
8.钽电容器不仅适用于一般工业机械，而且适用于在低额定电压范围内使用的应用电路。特别地，钽电容器用于降低其中频率特性可能有问题的电路或便携式通信设备的噪声。
9.常规的钽电容器采用如下结构：形成内部引线框架或者没有框架而将端子抽出到外部，以将钽材料连接到电极。
10.在采用内部引线框架的结构的情况下，模制部中由钽材料占据的空间会因形成阳极和阴极的引线框架而减小。此外，由于电容与钽材料的体积成比例，因此可能出现电容受限的问题。
11.另外，在其中没有框架而将端子抽出到外部的结构的情况下，由于以下原因使电容改善受到限制：因为诸如需要确保其中形成焊料以将设置在侧表面上的阳极引线框架结合到钽材料的焊接距离，所以内部的钽材料的体积减小。此外，由于存在多种接触材料，因此接触电阻增大，从而使电容器的esr增大。
12.此外，由于将阳极线直接引出并且连接到外部端子，因此它们之间的接触面积减小，这使表面电阻增大，并且可能发生脱离(detachment)。


技术实现要素：

13.本公开的一个方面在于提供一种作为其中未形成内部引线框架的结构的固体电解电容器，所述固体电解电容器具有改善的电容和降低的等效串联电阻(esr)。
14.本公开的另一方面在于提供一种固体电解电容器，所述固体电解电容器通过使用形成有图案的基板形成过孔电极并且使用镀覆方法形成阳极连接部而具有增大的安装表面积。
15.根据本公开的一个方面，一种固体电解电容器包括：主体，包括钽线，所述钽线设置在所述主体的一端上；基板，所述主体设置在所述基板上，所述基板包括绝缘层、分别设置在所述绝缘层的彼此面对的第一表面和第二表面上的第一布线层和第二布线层以及贯穿所述绝缘层以使所述第一布线层和所述第二布线层彼此连接的过孔电极；以及连接部，将所述钽线连接到所述第一布线层，其中，所述第一布线层和所述第二布线层与所述过孔电极一体地形成。
16.根据本公开的另一方面，一种固体电解电容器包括：主体，包括钽线，所述钽线设置在所述主体的一端上；基板，所述主体设置在所述基板上，所述基板包括绝缘层、第一布线层和第二布线层以及第一过孔电极和第二过孔电极，所述第一布线层和所述第二布线层分别设置在所述绝缘层的彼此相对的第一表面及第二表面上，所述第一布线层和所述第二布线层中的每者具有阳极部和阴极部，所述第一过孔电极和所述第二过孔电极贯穿所述绝缘层以分别使所述第一布线层的阳极部和所述第二布线层的阳极部彼此连接并且使所述第一布线层的阴极部和所述第二布线层的阴极部彼此连接；以及连接部，将所述钽线连接到所述第一布线层的阳极部。
17.根据本公开的又一方面，一种固体电解电容器包括：主体，包括钽线，所述钽线在所述主体的长度方向上设置在所述主体的一端上；基板，在所述主体的垂直于所述长度方向的厚度方向上设置在所述主体的下方，所述基板包括绝缘层、分别设置在所述绝缘层的彼此面对的第一表面和第二表面上的第一布线层和第二布线层以及贯穿所述绝缘层以使所述第一布线层和所述第二布线层彼此连接的过孔电极；以及连接部，将所述钽线连接到所述第一布线层。所述第一布线层和所述第二布线层不延伸到所述固体电解电容器的侧表面上，所述侧表面在所述长度方向上限定。
附图说明
18.根据下面结合附图进行的详细描述，将更清楚地理解本公开的以上和其他方面、特征和优点，在附图中：
19.图1是示出根据本公开的示例性实施例的固体电解电容器的示意性结构的透视图；
20.图2a和图2b是根据本公开的一些示例性实施例的沿着图1的线i-i'截取的截面图；以及
21.图3和图4是根据本公开的示例性实施例的固体电解电容器的基板的截面图。
具体实施方式
22.在此使用的术语仅用于描述具体实施例，而不是意在限制本发明。除非另外明确
陈述，否则单数术语也包括复数术语。如在此使用的，术语“包括”或“具有”用于指示存在如在此描述的特征、数量、步骤、操作、组件、部分或它们的组合，但不排除一个或更多个特征、数量、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在或添加的可能。此外，如在此使用的，术语“在......上”意味着定位在对象部上或下方，而非本质上意味着基于重力方向定位在对象部的上侧上。
23.当一个元件被描述为“结合”到另一元件时，它不仅指示这些元件之间的物理直接接触，而且还应包括又一个元件介于在这些元件之间并且这些元件中的每个与所述又一个元件接触的可能性。
24.为了更好地理解和便于描述，随机地指示了如附图中所示的元件的尺寸和厚度，因此本公开不必限于附图。
25.在附图中，“x方向”可指示第一方向或长度方向，“y方向”可指示第二方向或宽度方向，而“z方向”可指示第三方向或厚度方向。
26.在下文中，将参照附图描述根据本公开的优选实施例的固体电解电容器。利用相同的附图标记来标记相同或相似的元件，并且在下文中，将省略或简化相同或相似元件的任何重复的详细描述。
27.图1是示出根据本公开的示例性实施例的固体电解电容器的示意性结构的透视图，图2a和图2b是根据本公开的一些示例性实施例的沿着图1的线i-i'截取的截面图。图3和图4是根据本公开的示例性实施例的固体电解电容器的基板的截面图。
28.参照图1至图4，根据示例性实施例的固体电解电容器1000(或2000)可包括主体100、基板200、连接部300、模制部400和结合部500。在该示例性实施例中，可通过使用光学显微镜测量来计算基板200的横截面。例如，光学显微镜的放大率可设定为200
×
。
29.主体100可通过使用钽材料进行烧结来模制。此外，主体100可形成为具有长方体形状并且可包括阳极钽线110，阳极钽线110形成在主体100的一端上并被引出。
30.这种主体100可通过例如如下方式来制造：将钽粉末与粘合剂以一定比例混合并搅拌，并且将混合粉末压制形成长方体形状，然后在高温和高真空下对所述混合粉末进行烧结。
31.在这种情况下，在压制混合粉末之前，钽线110可插入到钽粉末和粘合剂的混合物中，以偏心地安装。
32.也就是说，主体100可通过如下方式来制造：将钽线110插入到与粘合剂混合的钽粉末中以形成期望尺寸的钽元件，并且在高真空气氛(10-5
托或更低)下在约1000℃至2000℃下持续烧结钽元件30分钟。
33.主体100可具有形成在其外表面上的二氧化锰(mno2)的阴极层，以实现负极性。此外，可在阴极层的外表面上进一步形成其上涂覆有碳和银(ag)的阴极增强层。在这种情况下，可提供碳以减小主体100的表面中的接触电阻，并且在本领域中通常可使用银(ag)(具有高导电率的材料)来形成导电层。然而，本公开不限于此。
34.已经认识到，就附图以及阴极层和阴极增强层的附图标记而言，主体100对应于本领域技术人员可充分理解的制造本公开所采用的固体电解电容器时的已知技术，而无需在附图中表示。
35.模制部400可通过模制树脂以围绕主体100和钽线110同时使钽线110的端部暴露
而形成。
36.基板200形成在主体100的下表面上，以电连接负极和正极。
37.在本示例性实施例中，绝缘层230包括彼此面对的一个表面和另一表面，其中，绝缘层230的一个表面是指在厚度方向上的上表面，绝缘层230的另一表面是指在厚度方向上的下表面。基板200包括绝缘层230以及形成在绝缘层230的上表面上的第一布线层210和形成在绝缘层230的下表面上的第二布线层220。形成在绝缘层230的上表面上的第一布线层210和形成在绝缘层230的下表面上的第二布线层220可通过形成为贯穿绝缘层230的过孔电极240彼此电连接。
38.代替其中形成有内部引线框架的常规结构，将主体100安装在基板200上，使得钽材料的内部体积增加并且电容得到改善，并且允许电流直接在内部流过过孔电极240，从而有利于实现相对较低的esr。
39.绝缘层230可包括热固性绝缘树脂(诸如，环氧树脂)、热塑性绝缘树脂(诸如，聚酰亚胺)或包括感光绝缘树脂的绝缘材料。绝缘层230可包括其中增强材料(诸如，玻璃纤维或无机填料)浸渍在这些绝缘材料中的绝缘材料。例如，绝缘层230可包括半固化片、abf(ajinomoto build-up film，味之素堆积膜)、fr-4、双马来酰亚胺三嗪(bt)树脂、感光电介质(pid)等，但不限于此。
40.可使用从由二氧化硅(sio2)、氧化铝(al2o3)、碳化硅(sic)、硫酸钡(baso4)、滑石、粘土、云母粉末、氢氧化铝(al(oh)3)、氢氧化镁(mg(oh)2)、碳酸钙(caco3)、碳酸镁(mgco3)、氧化镁(mgo)、氮化硼(bn)、硼酸铝(albo3)和锆酸钙(cazro3)组成的组中选择的一种或更多种作为无机填料。
41.另外，绝缘层230不限于具有结合到其两个表面的铜的覆铜层压板(ccl)，并且除了结合材料之外，还可包括通过物理气相沉积(pvd)方法沉积的材料。绝缘层230的厚度可为30μm至50μm。
42.形成在绝缘层230的上表面上的第一布线层210和形成在绝缘层230的下表面上的第二布线层220可包括诸如铜(cu)、镍(ni)、金(au)等的导电金属，并且可通过pvd方法等形成薄层然后通过蚀刻而形成。形成在绝缘层230的上表面上的第一布线层210形成具有彼此间隔开的阴极部210a和阳极部210b的内电极，形成在绝缘层230的下表面上的第二布线层220形成具有彼此间隔开的阴极部220a和阳极部220b的外电极。第一布线层210和第二布线层220中的每者的厚度可以是4μm至10μm。
43.基板200可包括：内电极，即第一布线层210，位于绝缘层230的上表面上；外电极，即第二布线层220，位于绝缘层230的下表面上；以及多个过孔电极240，贯穿绝缘层230，以连接第一布线层210和第二布线层220。多个过孔电极240可包括：第一过孔电极，使第一布线层210的阳极部210b和第二布线层220的阳极部220b彼此连接；以及第二过孔电极，使第一布线层210的阴极部210a和第二布线层220的阴极部220a彼此连接。
44.参照图2a和图2b，第一布线层210和第二布线层220与过孔电极240一体地形成，以与过孔电极240接触。就此而言，参照图3，在第一布线层210与第二布线层220之间可不形成界面。
45.过孔电极240可通过使用冲压工艺或激光钻孔工艺在绝缘层230内部形成孔而形成。在本示例性实施例中，过孔电极240可通过镀覆填充而在孔中形成。就此而言，作为内电
极的第一布线层210和作为外电极的第二布线层220可通过镀覆彼此电连接。此外，主体100的阴极部通过绝缘层230上的作为内电极的第一布线层210经由过孔电极240直接连接到第二布线层220。其中外电极(诸如，引线框架结构等)设置在侧表面上的常规电容器结构具有以下问题：由于外电极和内电极的接触表面积减小，电阻可能增大，并且外电极与内电极可能发生脱离。在本示例性实施例中，作为内电极的第一布线层210和作为外电极的第二布线层220一体地形成在绝缘层230上。结果，外电极与内电极之间的接触表面积增加，从而使电阻减小。作为另一示例性实施例，过孔电极240可通过填充诸如cu、ag等的导电材料来制造。过孔电极240的直径可以是50μm至200μm。
46.过孔电极240具有与第一布线层210接触的一个表面以及与第二布线层220接触的另一表面。过孔电极240的一个表面的线宽l1和另一表面的线宽l2可大于过孔电极240的中心部分的线宽lc。如先前所描述的，过孔电极240可通过激光工艺在绝缘层230内部形成内部孔而形成。通过控制激光的强度，可使过孔电极240的一个表面的线宽l1和另一表面的线宽l2大于过孔电极240的中心部分的线宽lc，从而确保第一布线层210与第二布线层220之间的电连接。在此使用的术语“线宽”指的是过孔电极240的直径。
47.主体100的阴极部可通过结合部500结合并且电连接到绝缘层230的上表面上的作为内电极的第一布线层210。
48.结合部500可包括具有粘性且具有导电金属(诸如，ag、au、pd、ni、cu等)的导电膏，并且可通过将导电膏涂覆到主体100的阴极部的下表面的一部分并且在30℃至300℃的温度下使该导电膏固化来形成。
49.参照图2a和图2b，阳极部的钽线110连接到基板200的第一布线层210和第二布线层220。根据图2b，作为本公开的另一实施例，固体电解电容器2000的钽线110可设置在比主体100的中心部分低的部分中，以增强结合力并且减小表面电阻。
50.另外，参照图2a和图2b，钽线110可通过连接部300直接连接到形成在绝缘层的上表面上的作为内电极的第一布线层210。
51.参照图2a和图2b，与连接部300一体地形成的第一布线层210与连接部300接触。就此而言，参照图4，可不形成第一布线层210与连接部300之间的界面。
52.在本示例性实施例中，第一布线层210和第二布线层220可通过镀覆分别形成在基板的上表面和下表面上。就此而言，第一布线层210和第二布线层220以及连接部300可通过镀覆而彼此电连接。此外，主体100的阳极部可通过连接部300直接连接到绝缘层230上的第一布线层210，以通过过孔电极240连接到第二布线层。
53.其中主体100的阳极部连接到外电极的常规电容器结构在外电极与钽线之间可具有相对小的接触表面积。就此而言，接触表面上的电阻增大，并且在外电极与钽线之间发生脱离。在本示例性实施例中，第一布线层210和第二布线层220与连接部300一体地形成。结果，外电极与钽线之间的接触表面积增大，从而使电阻减小。也就是说，阳极部和外电极通过具有分隔壁形状的连接部300连接，以增强结合稳定性。此外，与其中电极形成在主体100的侧表面上的常规结构相比，可通过将钽线直接连接到设置在主体100的下部上的作为外电极的第二布线层220来使安装表面最小化。
54.此外，通过将钽线110电结合到作为内电极的第一布线层210使得其中所有电极仅在内部导电的结构是可行的，并且可实现相对较低的esr。也就是说，由于不需要形成侧电
极，因此可简化工艺。
55.第一布线层210和第二布线层220、过孔电极240以及连接部300可包含种子层250以及形成在种子层250上的至少一个镀覆层260。
56.作为示例，当第一布线层210和第二布线层220、过孔电极240以及连接部300通过镀覆形成时，第一布线层210和第二布线层220、过孔电极240以及连接部300可包括电解镀层260和种子层250(诸如，无电镀层)等。在这种情况下，电解镀层260可具有单层结构或多层结构。多层电解层可形成为具有一个电解镀层被另一电解镀层覆盖的共形膜结构，或者其中一个电解镀层仅堆叠在另一电解镀层的一个表面上的形式。第一布线层210和第二布线层220的种子层250、过孔电极240的种子层250以及连接部300的种子层250一体地形成，因此在它们之间可不具有界面，但不限于此。第一布线层210和第二布线层220的电解镀层260以及过孔电极240的电解镀层260和连接部300的电解镀层260一体地形成，因此在它们之间可不形成界面，但不限于此。
57.第一布线层210和第二布线层220、过孔电极240以及连接部300可包括诸如cu、al、ag、sn、au、ni、pb、ti或它们的合金的导电材料，但不限于此。
58.根据本公开的示例性实施例，固体电解电容器具有其中不形成内部引线框架的结构，使得电容得到改善并且使得esr减小。
59.在一个示例性实施例中，第一布线层和第二布线层不延伸到固体电解电容器的侧表面上。
60.此外，通过使用形成有图案的基板形成过孔电极并使用镀覆方法形成阳极连接部，固体电解电容器可具有增加的安装表面积。
61.虽然上面已经示出和描述了示例性实施例，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，可做出修改和变型。