专利名称：贯通孔电容器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种贯通孔电容器(through hole capacitor)及其制造方法，且 特别涉及一种可提高电容量的贯通孔电容器及其制造方法。
背景技术：
传统在电路板上的电容器多属于表面组装器件(surface mounted device, SMD)元件，其配置主要是将电容器固定于配垫(pad)上，而配垫则固定于电 路板上。
随着IC的功能日益复杂，其外部与其他元件连接的接脚数目也跟着增 加，使得电路板的布线工作愈趋复杂，而SMD电容器的安装也占据了 IC基 板的表面积。因此需要使用更多层的电路板或是加大电路板的面积，而这将 使生产成本提高。
另外，为因应电子产品的多功能需求，将不同功能的IC以三维堆叠型 态封装成多功能IC模块，是系统级封装(System in Package, SiP)的技术趋势。 随着堆叠层数的提高，以表面组装器件(surface mounted device, SMD)电容 布局于电路板上并不足以达到稳定多层芯片堆叠下的稳压需求。
所以目前已经发展出一种可减少电容器占据电路板表面积的贯通孔电 容器结构，如图1所示。请参照图1,已知的贯通孔电容器10包括位在基板 100的贯通孔102中的两层导体层104和106以及在导体层104和106之间 介电层108。这种电容器因不占电路板表面积，所以已经发表在多个专利中， 如中国台湾专利公告号第525417号、美国专利第6717071号、美国专利第 6518670号与美国专利第6446317号等。
虽然上述专利中所提的贯通孔电容器可以节省电路板面积，但是其电容 量并不大，特别是随着基板上堆叠的IC数目增加，有些IC可能需要瞬间的 大电流，此时需要有高电容量电容器来稳定整个元件的电压与电流
发明内容
本发明提供一种贯通孔电容器，属于高电容量的贯通孔电容器。 本发明另提供一种贯通孔电容器的制造方法，可制作出具高电容量的贯 通孔电容器。
本发明提出一种贯通孔电容器，至少包括一个基板、 一层正极层、 一层 介电层、 一层第一负极层及一层第二负极层。上述基板具有数个贯通孔，而 正极层是位于至少一贯通孔的内表面，且至少一贯通孔内正极层的表面为多 孔结构。介电层则位于正极层的多孔结构上。至于第一负极层是覆盖于介电 层的表面，第二负极层是覆盖于第一负极层的表面，其中第二负极层的电导 率大于第一负极层的电导率。
在本发明的一实施例中，上述介电层包括延伸至贯通孔以外的基板表面。
在本发明的 一 实施例中，上述第 一 负极层包括导电高分子或二氧化锰或 者导电高分子与二氧化锰的双层结构。
在本发明的一实施例中，上述第二负极层包括含碳与金属的复合层，其 中复合层中的金属包括银、铜、金或镍。
在本发明的一实施例中，上述第二负极层包括填满上述贯通孔。 在本发明的一实施例中，上述基板中的贯通孔呈阵列排列。 本发明另提出 一种贯通孔电容器的制造方法，包括在一个基板中形成数 个贯通孔，再于至少一贯通孔的内表面形成一层正极层。接着，对正极层进 行一道表面处理，使正极层的表面成为多孔结构，再于多孔结构上形成一层 介电层。然后，在介电层上形成第一负极层，再于第一负极层上形成第二负 极层，其中第二负极层的电导率大于第一负极层的电导率。
在本发明的另 一实施例中，上述表面处理包括蚀刻工艺。 在本发明的另一实施例中，上述形成介电层的方法包括阳极氧化法。 在本发明的另 一 实施例中，上述形成第二负极层的方法包括在贯通孔内 用填入导电胶、溅射、电镀、化学气相沉积或以上方法的组合方式将第二负 极层镀在该第 一 负极层表面。
在本发明的各实施例中，上述贯通孔电容可以全部或部分彼此并联。
在本发明的各实施例中，正极层的材料包括铝(A1)、钽(Ta)、铌(Nb)或一 氧化铌(NbO)。
在本发明的各实施例中，第一负极层的材料包括有机半导体、无机半导体或有机-无机混合(organic-inorganichybrid)导电材料。其中，上述无才几半导 体包括二氧化锰(Mn02)、上述有机半导体包括电荷转移错盐或导电高分子。 而上述导电高分子包括聚吡咯(polypyrrole)、聚噻吩(polythi叩hene)或聚苯胺 (polyaniline)。
在本发明的各实施例中，上述第 一 负极层的材料包括单一导电高分子材 料或混合的两种导电高分子材料。
在本发明的各实施例中，上述第二负极层的材料包括含碳与金属的复合 材料。至于复合材料中的金属则包括银、铜、金或镍。
在本发明的各实施例中，上述第二负极层包括纯金属层。
在本发明的各实施例中，当上述第一负极层与第二负极层为信号传输层 时，贯通孔电容可做阻抗匹配用。
在本发明的各实施例中，上述基板包括硅基板、绝缘基板或金属基板。
因此大大增加贯通孔电容器的电容量。而且，本发明的贯通孔电容器因为离 需稳压的IC较传统的表面组装器件(SMD)的电容器为近，因此可达到较佳 的稳压效果。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并 配合附图，作详细说明如下。
图l是已知的一种贯通孔电容器的剖面示意图。
图2是依照本发明的第 一 实施例的 一 种贯通孔电容器的剖面示意图。
图3是则是图2的一种变形例的贯通孔电容器的剖面示意图
图4是依照本发明的第二实施例的一种贯通孔电容器的制造流程步骤
附图标记说明 10、 20:贯通孔电容器 102、 210:贯通孔 108、 204、 300:介电层 202a:表面
208、 302:第二负极层
100、 200:基板
104、 106:导体层 202:正极层 206:第一负极层 212:内表面214:多孔结构 400-410:步骤
具体实施例方式
下文中请参阅附图来更充分地了解本发明，其中附图显示本发明的各实 施例。不过，本发明还可用多种不同形式来实践，且不应将其解释为限于下 文所陈述的实施例。实际上，提供这些实施例只是为了使本发明被披露得更 详尽且完整，同时由此将本发明的范畴完全传达至所属技术领域技术人员。 在图式中，为明确起见可能将各层的尺寸以及相对尺寸作夸张的描绘。
图2是依照本发明的第一实施例的一种贯通孔电容器的剖面示意图。
请参照图2，第一实施例的贯通孔电容器20包括一个基板200、 一层正 极层202、 一层介电层204、 一层第一负极层206及一层第二负极层208。上 述基板200具有贯通孔210,且在第一实施例中，基板200为硅基板，此外 基板200还可以是绝缘基板或金属基板。在图2中虽然只显示一个贯通孔210 以及一个贯通孔电容器20，但是基板200还可以有其他贯通孔，除可设置贯 通孔电容器，还可当作电路配线的一部分。而且，多个贯通孔电容之间可以 全部或部分彼此并联。上述基板中的贯通孔可选择以阵列排列。而且，第一 实施例是用剖面说明来描述，而剖面说明只是将其作理想化示意说明，因此 可能会因为制造技术以及/或是容许度而与实际形状有所偏离，所以本发明不 应被解释为限于第一实施例中所描绘的特定形状，而是包括其他可施行的形 状。举例而言，图2中的贯通孔210通常被认为是圆孔，但是本发明的贯通 孔210还可以是矩形通孔、六角形通孔等贯通孔。因此，剖面图本质上为示 意性的，且其形状并不意味元件的精确形状，且不用以限制本发明的范围。
请继续参照图2,正极层202位于贯通孔210的内表面212，其中正极 层202的材料例如铝(A1)、钽(Ta)、铌(Nb)或一氧化铌(NbO)等。而且，正极 层202的表面202a为多孔结构214，如图2右上的放大图。介电层204则是 位于正极层202的多孔结构214上；举例来说，当正极层202为铝层，而多 孔结构214是金属铝经蚀刻后的结构，则介电层204则为多孔结构214经阳 极氧化后形成在多孔结构214表面的氧化铝(八1203)。前述多孔结构214亦可 称为「海绵状结构」。至于第一负极层206是覆盖于介电层204的表面。第 一负极层206的材料例如有才几半导体、无机半导体或有机-无才几混合 (organic-inorganic hybrid)导电材料，其中无机半导体譬如二氧化锰(Mn02)、有机半导体则例如电荷转移错盐或导电高分子。而上述导电高分子例如聚吡
咯(polypyrrole)、聚逸吩(polythiophene)、聚苯胺(polyaniline)或其它合适的导 电高分子。而第一负极层206的材料也可选择是单一导电高分子材料或混合 的两种导电高分子材料。此外，第一负极层206也可以是导电高分子或二氧 化锰或者导电高分子与二氧化锰的双层结构，而不限于第一实施例所描述的 单一层结构。
请再度参照图2，上述第一负极层206的材料因为具有自修补作用，所 以在高漏电区域会有自行绝缘化的能力，用以降低电容元件的漏电。第二负 极层208则是填满上述贯通孔210,以覆盖第一负极层206表面，其中第二 负极层208的电导率大于第 一 负极层206的电导率。当上述第 一 负极层206 与第二负极层208为信号传输层时，贯通孔电容可当阻抗匹配用。其中，第 二负极层208包括含碳与金属的复合层，其中复合层中的金属包括银、铜、 金或镍；也就是说，第二负极层208的材料可为C/Ag或C/Cu或C/Au。 第二负极层208也可以是纯金属层。上述第二负极层208包括填满上述贯通 孔。
图3是则是图2的一种变形例的贯通孔电容器的剖面示意图，其中使用 和图2中相同的元件符号来代表相同的构件。请参照图3，其与图2最大差 异在于正极层202的多孔结构300是延伸至贯通孔210以外的基板200表面。 换言之，介电层(未标示)也将延伸至贯通孔210以外的基板200表面，因此 介电层(未标示)与正极层202之间的接触面积将更大。而第二负极层302则 4又覆盖于第 一 负极层206的表面。
以上第一实施例的各种形式的贯通孔电容器均可通过增加电容表面积 达传统贯通孔电容器的数十倍以上，而大大增加贯通孔电容器的电容量。而 且，这种贯通孔电容器因为离需稳压的IC较传统的表面组装器件(surface mounted device, SMD)的电容器为近，因此稳压效果将较好。
图4则是依照本发明的第二实施例的一种贯通孔电容器的制造流程步骤图。
请参这图4，于步骤400中，在一个基板中形成数个贯通孔，上述基板 例如硅基板、绝缘基板或金属基板。
于步骤402中，在至少一贯通孔的内表面形成一层正极层。正极层的材 泮+例如铝、钽、铌或一氧化铌。接着，于步骤404中，对正极层进行一道表面处理，使正极层的表面成 为多孔结构，上述表面处理譬如是蚀刻工艺或其它可使正极层表面粗糙化的 方法。举例来说，当正极层的材料为铝时，可用盐酸、硫酸、磷酸或混合前 述几种酸，来进行蚀刻。
于步骤406中，于多孔结构上形成一层介电层。上述形成介电层的方法 例如阳极氧化法。举例来说，当正极层的材料为铝时，可经电化学阳极氧化， 形成氧化铝(八1203)作为介电层。此外，也可选择在氧化后的多孔结构的表面 上再沉积另 一层介电材料。
然后，于步骤408中，在介电层上形成一层第一负极层，第一负极层的 材料例如有机半导体、无机半导体或有机-无机混合导电材料。其中，上述 无机半导体例如二氧化锰、上述有机半导体例如电荷转移错盐或导电高分 子。而上述导电高分子例如聚吡咯、聚p塞吩或聚苯胺。此外，当第一负极层 的材料为导电高分子时，可以是单一导电高分子材料或混合的两种导电高分 子材料。
于步骤410中，于第一负极层上形成一层第二负极层，其中第二负极层 的电导率大于第一负极层的电导率。至于形成第二负极层的方法，例如在贯 通孔内用填入导电胶、溅射、电镀、化学气相沉积或以上方法的组合将第二 负极层镀在第一负极层表面。上述第二负极层的材料例如含碳与金属的复合 材料。至于复合材料中的金属则例如银、铜、金或镍。此外，第二负极层也 可以是纯金属层。
综上所述，本发明的贯通孔电容器因为使用具有多孔结构的正极层，所 以在正极层与介电层之间的接触面积会大幅增加，进而使贯通孔电容器的电 容量大幅增加。因此，本发明的贯通孔电容器适用于IC堆叠层数多的三维 封装结构，由贯通孔提供不同层间的IC信号传递，并同时有贯通孔电容来 提供多层IC的稳压需求，因设计于多层IC的堆叠结构内，因此有较传统布 局于电路板上的独立表面组装器件(SMD)电容，有较佳的稳压功效。
虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领 域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因 此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。
权利要求
1. 一种贯通孔电容器，至少包括基板，该基板具有多个贯通孔；正极层，位于至少一贯通孔的内表面，其中至少一贯通孔内该正极层的表面为多孔结构；介电层，位于该正极层的该多孔结构上；第一负极层，覆盖于该介电层的表面；以及第二负极层，覆盖于该第一负极层的表面，其中该第二负极层的电导率大于该第一负极层的电导率。
2. 如权利要求1所述的贯通孔电容器，其中该正极层的材料包括铝、钽、 铌或一氧化铌。
3. 如权利要求1所述的贯通孔电容器，其中该介电层包括延伸至该贯通 孑L以夕卜的该基4反表面。
4. 如权利要求1所述的贯通孔电容器，其中该第一负极层的材料包括有 机半导体、无机半导体或有机-无机混合导电材料。
5. 如权利要求4所述的贯通孔电容器，其中该无机半导体包括二氧化锰。
6. 如权利要求4所述的贯通孔电容器，其中该有机半导体包括电荷转移 错盐或导电高分子。
7. 如权利要求6所述的贯通孔电容器，其中该导电高分子包括聚吡咯、 聚p塞吩或聚苯胺。
8. 如权利要求6所述的贯通孔电容器，其中该第一负极层的材料包括单 一导电高分子材料或混合的两种导电高分子材料。
9. 如权利要求1所述的贯通孔电容器，其中该第一负极层包括导电高分 子或二氧化锰或者导电高分子与二氧化锰的双层结构。
10. 如权利要求1所述的贯通孔电容器，其中该第二负极层包括含碳与 金属的复合层。
11. 如权利要求10所述的贯通孔电容器，其中该复合层中的金属包括银、 铜、金或纟臬。
12. 如权利要求1所述的贯通孔电容器，其中该第二负极层包括纯金属层。
13. 如权利要求1所述的贯通孔电容器，其中该第二负极层包括填满该贯通孔。
14. 如权利要求1所述的贯通孔电容器，其中该基板包括珪基板、绝缘 基板或金属基板。
15. 如权利要求1所述的贯通孔电容器，其中该基板中的该贯通孔呈阵 列排列。
16. 如权利要求1所述的贯通孔电容器，其中该基板中的该贯通孔电容 可以全部或部分彼此并联。
17. 如权利要求1所述的贯通孔电容器，其中该第一负极层与该第二负 极层可为接地层或信号传输层，当阻抗匹配用。
18. —种贯通孔电容器的制造方法，包括 在基板中形成多个贯通孔； 于至少一贯通孔的内表面形成正极层；对该正极层进行表面处理，使该正极层的表面成为多孔结构； 在该多孔结构上形成介电层； 在该介电层上形成第一负极层；以及在该第一负极层上形成第二负极层，其中该第二负极层的电导率大于该 第一负极层的电导率。
19. 如权利要求18所述的贯通孔电容器的制造方法，其中该表面处理包 括蚀刻工艺。
20. 如权利要求18所述的贯通孔电容器的制造方法，其中形成该介电层 的方法包括阳极氧化法。
21. 如权利要求18所述的贯通孔电容器的制造方法，其中该正极层的材 料包括铝、钽、铌或一氧化铌。
22. 如权利要求18所述的贯通孔电容器的制造方法，其中该第一负极层 的材料包括有机半导体、无机半导体或有机-无机混合导电材料。
23. 如权利要求22所述的贯通孔电容器的制造方法，其中该无机半导体 包括二氧化锰。
24. 如权利要求22所述的贯通孔电容器的制造方法，其中该有机半导体 包括电荷转移错盐或导电高分子。
25. 如权利要求24所述的贯通孔电容器的制造方法，其中该导电高分子包括聚吡咯、聚瘗吩或聚苯胺。
26. 如权利要求24所述的贯通孔电容器的制造方法，其中该第 一 负极层 的材料包括单一导电高分子材料或混合的两种导电高分子材料。
27. 如权利要求18所述的贯通孔电容器的制造方法，其中该第二负极层 的材料包括含碳与金属的复合材料。
28. 如权利要求27所述的贯通孔电容器的制造方法，其中该复合材料中 的金属包括银、铜、金或镍。
29. 如权利要求18所述的贯通孔电容器的制造方法，其中该第二负极层 包括纯金属层。
30. 如权利要求18所述的贯通孔电容器的制造方法，其中形成该第二负 极层的方法包括在至少一贯通孔内用填入导电胶、溅射、电镀、化学气相沉 积或以上方法的组合将第二负极层镀在该第 一 负极层表面。
31. 如权利要求18所述的贯通孔电容器的制造方法，其中该基板包括硅 基板、绝缘基板或金属基板。
32. 如权利要求18所述的贯通孔电容器，其中该基板中的该贯通孔电容 可以全部或部分纟皮此并联。
33. 如权利要求18所述的贯通孔电容器，其中当该第一负极层与该第 二负极层为信号传输层时，该贯通孔电容器当阻抗匹配用。
全文摘要
本发明公开了一种贯通孔电容器及其制造方法。该贯通孔电容器至少包含一个基板、一层正极层、一层介电层、一层第一负极层及一层第二负极层。上述基板具有数个贯通孔，且于至少一贯通孔的内表面有正极层，且至少一贯通孔内正极层的表面为多孔结构。介电层则位于正极层的多孔结构上。至于第一负极层是覆盖于介电层的表面，第二负极层是覆盖于第一负极层的表面，其中第二负极层的电导率大于第一负极层的电导率。当此通孔的负极层作为信号传输时，此结构电容又可当成阻抗匹配结构使用。
文档编号H01G4/00GK101471176SQ200710305450
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者吴邦豪, 李明林, 蔡丽端, 郑丞良 申请人:财团法人工业技术研究院