CN103310990A - 固态电解电容基板模块及包括其的电路板 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种固态电解电容基板模块及包括该固态电解电容基板模块的电路板。固态电解电容基板模块包括基板、氧化层、第二电极、绝缘层、导通薄片及导通孔。基板包括第一电极与多孔隙结构，第一电极包括第一表面。多孔隙结构包括表面及多个分布区域，每一分布区域分别具有一深度。氧化层设置于多孔隙结构的表面上。第二电极设置于氧化层之上，并包括导电性高分子材料。绝缘层设置于第二电极上，且包括第三表面及第四表面，第四表面连接第二电极。导通薄片设置于第一电极的第一表面上及绝缘层的第三表面上，并依照不同的极性相对应性地与导通孔电连接。

Description

固态电解电容基板模块及包括其的电路板

技术领域

本发明涉及一种电容基板模块，且特别是涉及一种具有低共生电感的固态电解电容基板模块及包括该固态电解电容基板模块的电路板。 

背景技术

可携式电子产品发展讲求轻、薄、短、小、高速、低耗电率及多功能性。近年来，随着IC制作工艺技术不断地提升以及信号传输速度增加，印刷电路板（Printed Circuit Board）或IC载板（substrate）必须要传输更高频的信号，同步切换所产生的电源杂讯相互干扰也日益严重。目前被广泛用于降低电源杂讯的方法是在电源接脚（power/ground pin）附近放置SMD电容，称之为去耦合电容（decoupling capacitor）或是旁路电容（bypass capacitor）。主要功能是将电能储存在电容器中，在电能不足时可以适时补给电能，以达到吸收突波（glitch）、降低电源杂讯及稳定电源的效果。 

然而，未来电路系统强调多功能（Multi-function），其杂讯产生的频带也愈来愈宽，在IC载板有限的面积下，摆放的SMD型式电容数目势必受限，因此以前述方法抑制电源杂讯也将遇到瓶颈。而近年来开发内藏式电容基板，例如某些金属-绝缘体-金属（MIM）结构的电容，其单位面积所能提供的电容值仍然不能满足CPU载板上的电容值需求。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种固态电解电容基板模块，以解决上述问题。 

为达上述目的，本发明提供一种固态电解电容基板模块，其包括基板、第二电极、绝缘层、导通薄片及导通孔。所述基板包括第一电极与多孔隙结构，第一电极包括第一表面，相对于第一表面为多孔隙结构。多孔隙结构包括表面及多个分布区域，分布区域具有多个深度，氧化层设置于多孔隙结构的表面上。第二电极设置于氧化层之上，第二电极包括具有导电性的高分子 材料。绝缘层设置于第二电极相对于面向基板的相对另一面上，绝缘层包括第三表面以及第四表面，第四表面连接第二电极。所述导通薄片设置于第一电极的第一表面上及绝缘层的第三表面上。所述导通孔依照不同的极性相对应地与导通薄片电连接。 

在多个实施例其中之一，提供一种固态电解电容基板模块，包括多个固态电解电容结构、绝缘层、导通薄片及导通孔，以阵列方式依序相邻排列，其中每一固态电解电容结构包括基板及第二电极。所述基板包括第一电极与多孔隙结构，第一电极包括第一表面，相对于第一表面为多孔隙结构。氧化层设置于多孔隙结构的表面上。第二电极设置于氧化层之上，第二电极包括导电性高分子材料。其中，每两固态电解电容结构的多孔隙结构包括至少一第一分布区域以及至少一第二分布区域，第一分布区域以与第二分布区域具有不同的深度。绝缘层设置于固态电解电容结构的上方，绝缘层包括第三表面以及第四表面，第四表面连接固态电解电容结构的第二电极。所述导通薄片，分别设置于固态电解电容结构的第一电极的第一表面上以及绝缘层的第三表面上。所述导通孔，依照不同的极性相对应地与导通薄片电连接。 

为让本发明的上述特征能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。 

附图说明

图1A及图1B为本发明内容的固态电解电容基板模块侧视剖面图及俯视图； 

图2A及图2B为本发明内容的包括固态电解电容阵列的固态电解电容基板模块剖面图及俯视图； 

图3A、图3B及图3C为本发明内容的固态电解电容基板模块侧视剖面图、俯视图及等效电路图； 

图4A、图4B及图4C为本发明内容的包括固态电解电容阵列的固态电解电容基板模块侧视剖面图、俯视图及等效电路图； 

图5为应用本发明内容多个实施例的固态电解电容基板模块的印刷电路板结构的侧视剖面图。 

主要元件符号说明 

100、300：固态电解电容基板模块 

110、310：基板 

112、312、412：第一电极 

112a、412a：第一表面 

112b、412b、512b：氧化层 

116、316、416：第一分布区域 

116H、416H：第一深度 

118、318、418：第二分布区域 

118H、418H：第二深度 

121、321：多孔隙结构 

130、330：第二电极 

132、332、332a：导电性高分子材料 

134、334、334a：含碳层 

136、336、336a：导电银胶 

150：绝缘层 

152：第三表面 

154：第四表面 

160、660：导通薄片 

162：第一导通薄片 

164：第二导通薄片 

166：正电极导通薄片 

168：负电极导通薄片 

170：导通孔 

172、672：盲孔 

173：绝缘贯通孔 

174、674：贯通孔 

174a：绝缘材料 

C1：第一电容 

C2：第二电容 

A1：第一区域 

A2：第二区域 

200、400：具有阵列式排列的固态电解电容结构的固态电解电容基板模块 

330a：第四电极 

340、440：沟槽 

L1、L2：寄生电感 

R1、R2：寄生电阻 

410：第一基板 

421：第一多孔隙结构 

510：第二基板 

512：第三电极 

512a：第三表面 

521：第二多孔隙结构 

600：电路板结构 

60：固态电解电容基板模块 

62：表面 

70：集成电路 

具体实施方式

图1A为本发明内容的一种实施例的固态电解电容基板模块结构剖面示意图。固态电解电容基板模块100可内藏于印刷电路板或是IC载板内部，其包括一基板110、氧化层112b、第二电极130、绝缘层150、多个导通薄片160以及多个导通孔170。固态电解电容结构包括上述的基板110、氧化层112b以及第二电极130。在本发明的实施例中，提供一基板110，其中此基板110包括多孔隙结构121与第一电极112，其中，基板110经由蚀刻制作工艺在不同区域(116,118)形成不同深度(118H,116H)的多孔隙结构121，此多孔隙结构121相较于传统MIM平板电容为一具有较高表面面积的粗糙界面（High Surface Area Interface）。而基板110通过蚀刻制作工艺区域的控制，此多孔隙结构121可以具有不同的深度。 

底下以图示的实施例说明。请参照图1A，此基板110为一铝基板，在经过蚀刻制作工艺后，此铝基板形成包括第一电极112与多孔隙结构121。在此，由电化学制作工艺产生的多孔隙结构是不规则状，故在图1A的剖面 图中，多孔隙结构的剖面例如是一不规则的锯齿线。铝基板经由电化学制作工艺在多孔隙结构121的表面上形成氧化层112b，例如是氧化铝（Al₂O₃)，且氧化层112b覆盖在多孔隙结构121的表面上，此氧化层112b是绝缘物质，即可当作是电容结构中的介电层(Dielectric layer)。因此在图1A的部分结构剖面放大图中，氧化层112b即为覆盖在锯齿线的上缘。而多孔隙结构121的分布区域包括第一分布区域116以及第二分布区域118。在第一分布区域116中的多孔隙结构深度为第一深度116H，在第二分布区域118中的多孔隙结构深度为第二深度118H，其中，第一深度116H小于第二深度118H。 

第二电极130设置于氧化层112b之上，在一实施例中，覆盖在氧化层112b上的导电材料可以是导电性高分子材料132。所述第二电极130可单独为导电性高分子材料132，在另一实施例中，还可包括一含碳层134以及一导电银胶136，以提供较佳的导电率。在其他未绘示实施例中，导电银胶还可以导电锡膏取代。上述含碳层134设置于导电性高分子材料132之上，导电银胶136还设置于含碳层134之上。 

绝缘层150设置于固态电解电容基板模块100的第二电极130上方，包括一第三表面152以及一第四表面154，其中第四表面154与第二电极130相连接。在第一电极112的第一表面112a，以及绝缘层150的第三表面152设置有多个导通薄片160。在本实施例中，导通薄片160包括一第一导通薄片162以及多个第二导通薄片164，第一导通薄片162与第一电极112的第一表面112a电连接，第二导通薄片164设置在绝缘层150的第三表面152上。 

导通孔170包括多个盲孔172以及多个贯通孔174，盲孔172贯穿绝缘层150，在本实施例中，盲孔172具有一导通层，且盲孔172通过该导通层与第二导通薄片164的负电极导通薄片168以及第二电极130电连接。贯通孔174是通过先在固态电解电容基板模块100上设置多个绝缘贯通孔173，绝缘贯通孔173穿过绝缘层150、第二电极130及基板110，且在绝缘贯通孔173内再设置一层绝缘材料174a，使得绝缘贯通孔173可通过绝缘材料174a分别与第一电极112及第二电极130电性绝缘。接着，并在绝缘材料174a内层再设置一导通层成为一贯通孔174。其中，绝缘贯通孔173的孔壁直径较贯通孔174大。贯通孔174贯穿绝缘材料174a，分别与第一导通薄片162以及第二导通薄片164的正电极导通薄片166电连接。 

在本实施例中，第一电极112为一正电极，且电连接至第一导通薄片162后，再经由贯通孔174电连接至第二导通薄片164的正电极导通薄片166上。第二电极130为一负电极，通过盲孔172电连接至第二导通薄片164的负电极导通薄片168上。 

在图1A中，多孔隙结构121上的第一分布区域116，具有一第一电容C1，多孔隙结构121上的第二分布区域118具有一第二电容C2，因为第一分布区域116的铝基板蚀刻深度较第二分布区域118的铝基板蚀刻深度小，换句话说，第一深度116H较第二深度118H小。在蚀刻深度较深的区域，孔隙结构较多相对的其表面积也较大，因此有效电容面积也越大，故第二电容C2大于第一电容C1。 

此外，因盲孔172位在多孔隙结构中的蚀刻深度较浅的第一分布区域116，所以第二电极130通过盲孔172电连接至负电极导通薄片168的距离较短，因此本发明内容的固态电解电容基板模块100还具有低寄生电感值的特点。 

图1B为图1A的固态电解电容基板模块的实施例俯视示意图。请参考图1B，在本发明内容的范例实施例中，第一区域A1为图1A中的第一分布区域116，第二区域A2为图1A中的第二分布区域118。第一分布区域116周围被第二分布区域118围绕，在固态电解电容基板模块100中，中央区域A1的第一电容C1小于周围区域A2的第二电容C2。因此中央区域A1可抑制较高频的杂讯，而周围区域A2通过贯通孔174将第一电极引出，可抑制较低频的杂讯区。因此，此固态电解电容基板模块100可以为具有宽频效应的固态电解电容基板模块。此外，中央区域A1的第一电容C1可以大于或小于周围区域A2的第二电容C2。 

图2A为本发明内容其中一个实施例的阵列式固态电解电容基板模块剖面示意图，图2B为图2A的俯视示意图。请同时参考图2A与图2B，本实施例中，固态电解电容基板模块200具有多个阵列式排列的固态电解电容结构，其包括至少一分布区域，且此分布区域相对于第二电极130具有一深度。而本实施例的固态电解电容基板模块200，每两相邻的固态电解电容结构包括至少一第一分布区域116以及至少一第二分布区域118。在此实施例中，采用如图1A的固态电解电容结构加以说明，但并非以此为限制。为方便说明，图2A与图1A的固态电解电容基板模块相同元件部分以相同标号表示， 不再冗述。 

在本实施例中，因为每两相邻的固态电解电容结构包括不同的多孔隙结构分布区域，所以第一分布区域116及第二分布区域118即相邻且周期性地交互地排列。因为第一分布区域116的第一电容C1小于第二分布区域118的第二电容C2，故图2B中电容较大的第二区域A2与电容较小的第一区域A1相互交错排列于固态电解电容阵列中。然而，第一区域A1与第二区域A2可具有不同电容值，其面积及多孔隙结构深度可依照电路需求作不同的排列设计，例如此实施例以矩阵的方式排列，但并非以此为限制。 

图3A为本发明内容的其中一种实施例的固态电解电容基板模块剖面示意图，图3B为图3A的俯视示意图，而图3C为图3A的等效电路示意图。为方便说明，图3A与图1A的固态电解电容基板模块相同元件部分以相同标号表示，不再冗述。 

请参考图3A及图3B，在本实施例中，固态电解电容基板模块300包括基板310、第二电极330、绝缘层150、多个导通薄片160以及多个导通孔170。此外，固态电解电容基板模块300还可包括一沟槽340，以将在基板310上的第二电极330、多孔隙结构321及第一电极310间隔出第一分布区域316以及第二分布区域318，其中第二电极330中的第一分布区域316与第二分布区域318通过沟槽340相互电性绝缘。第二电极330的导电性高分子材料332、含碳层334、导电银胶336以及多孔隙结构321也被沟槽340相互电性绝缘隔开成不同区域。 

本实施例中，基板310的第一电极312仍与第一导通薄片162电连接，并通过贯通孔174连接至第二导通薄片164的正电极导通薄片166上，不同区域的第二电极330通过盲孔172引出至第二导通薄片164的负电极导通薄片168上，提供多组电容值。因此，在图3B中，固态电解电容基板模块300的第一区域A1所示为图3A的第一分布区域316的上视区域，第二区域A2所示为图3A的第二分布区域318的上视区域，在第一区域A1与第二区域A2之间，即具有一沟槽340间将此二区域绝缘地间隔开。 

此外，在图3C所示的等效电路示意图中，第一分布区域316具有一第一电容C1，并有一寄生电感L1及寄生电阻R1，而第二分布区域318具有一第二电容C2，并有一寄生电感L2及寄生电阻R2。当不同区域的负电极导通薄片168相互电连接时，即可将不同区域的固态电解电容结构所产生的 电容相互并联，因此而更能降低固态电解电容的寄生电感值。 

图4A为本发明内容多个实施例其中之一的阵列式固态电解电容基板模块剖面示意图，图4B为图4A的俯视示意图，而图4C为图4A的等效电路示意图。请同时参考图4A以及图4B，在本实施例中，固态电解电容基板模块400包括多个第一固态电解电容结构与多个第二固态电解电容结构。第一固态电解电容结构包括一第一基板410及第二电极330。第一基板410包括第一电极412与第一多孔隙结构421，第一电极412包括一第一表面412a，相对于第一表面412a为第一多孔隙结构421，第一多孔隙结构421包括至少一第一分布区域416，且第一分布区域416中的多孔隙结构深度为第一深度416H。经由电化学制作工艺，在具有高表面面积的第一多孔隙结构421的表面形成一氧化层412b。第二电极330设置于一氧化层412b之上，第二电极330包括导电性高分子材料332、含碳层334及导电银胶336。 

第二固态电解电容结构包括第二基板510及第四电极330a，第二基板510包括第三电极512与第二多孔隙结构521，第三电极512包括一第三表面512a，相对于第三表面512a为第二多孔隙结构521，第二多孔隙结构521包括至少一第二分布区域418，且第二分布区域418中的多孔隙结构深度为第二深度418H。经由电化学制作工艺，在具有高表面面积的第二多孔隙结构521的表面形成一氧化层512b。第四电极330a设置于氧化层512b之上，第四电极330a包括导电性高分子材料332a、含碳层334a及导电银胶336a。 

如图4A及图4B所示，在第一基板410以及第二基板510的多孔隙结构421,521分布中，第一分布区域416以及第二分布区域418相邻交互地排列，且第一深度416H小于第二深度418H。此外，通过沟槽440使得第一分布区域416以及第二分布区域418相互电性绝缘。因此，由图4B所示的俯视示意图可知，具有阵列式排列的固态电解电容结构的固态电解电容基板模块400由多个不同蚀刻深度的第一分布区域416及第二分布区域418在水平方向以阵列方式排列而成。且因为第一分布区域416的第一电容C1小于第二分布区域418的第二电容C2，故图4B中电容较大的第二区域A2与电容较小的第一区域A1相互交错排列于固态电解电容结构阵列中。然而，第一区域A1与第二区域A2可具有不同电容值，其面积及多孔隙结构深度可依照电路需求作不同的排列设计，例如此实施例以矩阵的方式排列，但并非以此为限制。 

因此在图4C的等效电路图中，通过第一分布区域416以及第二分布区域418矩阵地排列，并将不同区域的负电极导通薄片168电连接，则不同区域的固态电解电容结构所产生的电容也可以如矩阵形式地并联，因此而更能降低固态电解电容的寄生电感值。 

图5为应用本发明多个实施例的固态电解电容基板模块的印刷电路板剖面示意图。请参考图5，在本实施例中，电路板结构600中的固态电解电容基板模块60，可为图1A至图4C任一固态电解电容基板模块。通过在导通薄片660走线并联电容，贯通孔674及盲孔672可将电容引出至电路板结构600的表面62，提供集成电路70所需的电容值。因此本发明内容的固态电解电容结构以及基板模块可内藏应用在软式或硬式的印刷电路板或IC载板中，并可提供一电容值提供给集成电路使用。 

综上所述，本发明内容的固态电解电容基板模块，其基板的多孔隙结构在不同的区域具有不同的深度，使得固态电解电容基板模块可同时具有多种不同的电容值。且多孔隙结构深度较深的区域具有更大的导体表面积，因此还可具有较大的电容值。此外，在本发明内容的多个实施例其中之一，将固态电解电容结构周期性排列，形成包括固态电解电容阵列的固态电解电容基板模块，再通过走线将不同分布区域的负极电连接，更可降低基板模块的寄生电感值。 

虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明内容，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明内容的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明内容的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。 

Claims (18)

1.一种固态电解电容基板模块，包括：

基板，包括第一电极与多孔隙结构，该第一电极包括第一表面，相对于该第一表面为该多孔隙结构，该多孔隙结构包括表面及多个分布区域，每一分布区域分别具有一深度；

氧化层，设置于该多孔隙结构的该表面上；

第二电极，设置于该氧化层之上，该第二电极包括导电性高分子材料；

绝缘层，设置于该第二电极面向该基板的相对另一面上，该绝缘层包括第三表面以及第四表面，该第四表面连接该第二电极；

多个导通薄片，分别设置于该第一电极的该第一表面上以及该绝缘层的该第三表面上；以及

多个导通孔，依照不同的极性相对应地与该些导通薄片电连接。

2.如权利要求1所述的固态电解电容基板模块，其中该材质为一铝基板。

3.如权利要求1所述的固态电解电容基板模块，其中该第二电极还包括：

含碳层，设置于该导电性高分子材料之上；以及

导电银胶，设置于该含碳层之上。

4.如权利要求1所述的固态电解电容基板模块，其中该些分布区域包括第一分布区域及第二分布区域，该第一分布区域相对于该第二电极具有第一深度及第一电容，该第二分布区域相对于该第二电极具有第二深度及第二电容，该第一深度小于该第二深度，且该第一电容不等于该第二电容。

5.如权利要求1所述的固态电解电容基板模块，其中该第一分布区域与该第二分布区域相邻交互排列。

6.如权利要求1所述的固态电解电容基板模块，还包括沟槽，设置于该第一分布区域与该第二分布区域之间，并且电性绝缘该第一分布区域与该第二分布区域之间的该第一电极与该第二电极。

7.如权利要求1所述的固态电解电容基板模块，其中该些导通孔包括：

多个盲孔，每一盲孔具有一导通层，该些盲孔贯穿该绝缘层并通过该导通层与该些第二电极电连接；以及

多个贯通孔，每一贯通孔具有一导通层，该些贯通孔贯通该固态电解电容结构，并通过该导通层对应地与该些导电薄片电连接。

8.如权利要求1所述的固态电解电容基板模块，其中该些导通薄片还包括：

多个第一导通薄片，设置于该第一电极的第一表面上，并与该第一电极电连接；以及

多个第二导通薄片，分别设置于该绝缘层的该第三表面上。

9.一种固态电解电容基板模块，包括

多个固态电解电容结构，以阵列方式依序相邻排列，其中每一该固态电解电容结构包括：

基板，包括第一电极与多孔隙结构，该第一电极包括第一表面，相对于该第一表面为该多孔隙结构，该多孔隙结构包括一表面；

氧化层，设置于该多孔隙结构的该表面上；以及

第二电极，设置于该氧化层之上，该第二电极包括导电性高分子材料；

其中，每两固态电解电容结构的该些多孔隙结构包括至少一第一分布区域以及至少一第二分布区域，该第一分布区域与该第二分布区域具有不同的深度；

绝缘层，设置于该些固态电解电容结构的上方，该绝缘层包括第三表面以及第四表面，该第四表面连接该些固态电解电容结构的该些第二电极；

多个导通薄片，分别设置于该些固态电解电容结构的该些第一电极的第一表面上以及该绝缘层的该第三表面上；以及

多个导通孔，依照不同的极性相对应地与该些导通薄片电连接。

10.如权利要求9所述的固态电解电容基板模块，其中该基板材质为一铝基板。

11.如权利要求9所述的固态电解电容基板模块，其中该第二电极还包括：

含碳层，设置于该导电性高分子材料之上；以及

导电银胶，设置于该含碳层之上。

12.如权利要求9所述的固态电解电容基板模块，其中该第一分布区域相对于该第二电极具有第一深度及第一电容，该第二分布区域相对于该第二电极具有第二深度及第二电容，该第一深度小于该第二深度，且该第一电容不等于该第二电容。

13.如权利要求9所述的固态电解电容基板模块，其中该第一分布区域与该第二分布区域相邻交互排列。

14.如权利要求9所述的固态电解电容基板模块，还包括沟槽，设置于该第一分布区域与该第二分布区域之间，并且电性绝缘该第一分布区域与该第二分布区域之间的该第一电极与该第二电极。

15.如权利要求9所述的固态电解电容基板模块，其中该些导通孔包括：

多个盲孔，每一盲孔具有导通层，该些盲孔贯穿该绝缘层并通过该导通层与该些第二电极电连接；以及

多个贯通孔，每一贯通孔具有导通层，该些贯通孔贯通该固态电解电容结构，并通过该导通层对应地与该些导电薄片电连接。

16.如权利要求9所述的固态电解电容基板模块，其中该些导通薄片还包括：

多个第一导通薄片，设置于该第一电极的该第一表面上，并与该第一电极电连接；以及

多个第二导通薄片，分别设置于该绝缘层的该第三表面上。

17.一种固态电解电容基板模块，包括：

多个第一固态电解电容结构与多个第二固态电解电容结构，以阵列方式共平面依序相邻排列其中，在每一该第一固态电解电容结构与每一该第二固态电解电容结构之间具有一绝缘沟槽，

每一该第一固态电解电容结构包括：

第一基板，包括第一电极与第一多孔隙结构，该第一电极包括第一表面，相对于该第一表面为该第一多孔隙结构，该第一多孔隙结构包括至少一第一分布区域及一表面，该第一分布区域具有第一深度；

氧化层，设置于该多孔隙结构的该表面上以及

第二电极，设置于该氧化层之上，该第二电极包括导电性高分子材料；

每一该第二固态电解电容结构包括：

第二基板，包括第三电极与第二多孔隙结构，该第三电极包括第三表面，相对于该第三表面为该第二多孔隙结构，该第二多孔隙结构包括至少一第二分布区域及一表面，该第二分布区域具有第二深度；

氧化层，设置于该多孔隙结构的该表面上；以及

第四电极，设置于该氧化层之上，该第四电极包括导电性高分子材料，

其中，该第一深度大于该第二深度；

绝缘层，包括第一表面与第二表面，其中该绝缘层的该第二表面连接该些第一固态电解电容结构中该第二电极面向该第一基板的相对另一面，以及设置于该些第二固态电解电容结构中该第四电极面向该第二基板的相对另一面；

多个导通薄片，分别设置于该些第一固态电解电容结构中该第一电极的该第一表面上、该些第二固态电解电容结构中该第三电极的该第三表面上，以及该绝缘层的该第一表面上；以及

多个导通孔，依照不同的极性相对应地与该些导通薄片电连接。

18.一种电路板，内嵌至少一如权利要求1到17其中任一项所述的固态电解电容基板模块。

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