JP2002529931A - 固体コンデンサの製造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、固体コンデンサの分野に関し、特に、固体コンデンサ製造用の集中製造法に関する。本発明の第一の側面によると、金属基体層（１０）を与え；該基体層の上部表面上に、多孔性燒結弁作用金属から成る複数の直立体（１６）を形成し；該直立体の上に誘電層を形成し；該誘電層上にカソード層を形成し；各直立体の上端を、少なくとも１つの伝導性中間層（２７、２１）で、液相または気相沈着によりあるいは凝固可能なペーストなどの固定化された流動可能な組成物を塗布することにより被覆し、それにより、該カソード層と該中間層との間に密接な物理的な接触を形成し；各直立体の側壁を、電気絶縁性材料（２４）で封入し；そして封入材料のスリーブと、曝された基体から成る一方の端に陽極端子（２３）と、曝された中間層から成る他方の端に陰極端子（２１）とを各々が有する複数の個々のコンデンサ体に、該加工された基体を分ける；ことを包含する、複合固体コンデンサの製法、が提示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 この発明は、固体コンデンサの分野に関し、特に、固体コンデンサ製造用の集
中製造法（massed production method）に関する。

【０００２】 固体タンタルコンデンサの集中製造法は、米国特許公報第５，３５７，３９９
号（発明者はイアン サリスベリー）に開示されている。この方法は，固体タン
タルの基体ウエハーを与え、燒結された高度に多孔性のタンタル層を基体上に形
成し、多孔性タンタル層を直交パターンのチャンネルで切って直立する多孔性タ
ンタルの直線で囲まれた本体（rectilinear bodies）の配列を製造し、該キュー
ブを陽極酸化して該本体上に誘電層を製造し、該本体を硝酸マンガン溶液中に浸
しそして該塗布溶液を二酸化マンガンに変えるために加熱しそれによりカソード
層を形成し、炭素およびその後は銀の伝導性層の各々を各本体の上端上に塗布し
、固体金属のウエハーから成るふたを該銀層上に結合させ；絶縁性樹脂材料を基
体により固定された本体とふたとの間の中に注入し；そして、該アセンブリーを
ウエハーの面に垂直な方向に及び各チャンネルの中心線に沿ってスライスしてそ
れにより、陽極端子が基体材料から成り、陰極端子がふた材料から成りコンデン
サ本体が被覆多孔性タンタル体から成る複数のコンデンサを製造する、ことを包
含する。

【０００３】 この方法により、高インパクトで信頼性のある高体積効率のコンデンサが製造
される。しかし、電子産業により要求される部品の連続小型化には、より小さく
もありより大きい効率のコンデンサを製造する圧力がある。

【０００４】 本発明は、体積効率を更に改善し及び／又はコンデンサを更に小型化させる固
体コンデンサの新規な集中製造法を与えることを図る。

【０００５】 本発明の第一の側面によると、 金属基体層を与え； 該基体層の上部表面上に、多孔性燒結弁作用金属から成る複数の直立体を形成し
； 該直立体の上に誘電層を形成し； 該誘電層上にカソード層を形成し； 各直立体の上端を、少なくとも１つの伝導性中間層で、液相または気相沈着によ
りあるいは凝固可能なペーストなどの固定化された流動可能な組成物を塗布する
ことにより被覆し、それにより、該カソード層と該中間層との間に密接な物理的
な接触を形成し； 各直立体の側壁を、電気絶縁性材料で封入し；そして 封入材料のスリーブと、曝された基体から成る一方の端に陽極（アノード）端子
と、曝された中間層から成る他方の端に陰極（カソード）端子とを各々が有する
複数の個々のコンデンサ体に、該加工された基体を分ける； ことを包含する、複合（multiple）固体コンデンサの製法、が提示される。

【０００６】 曝された（exposed）陰極端子表面部分として中間層を使用することにより、
コンデンサから固体のふた層（lid layer：リッド層）を省略することが可能で
ある。これは、形成されたコンデンサの体積効率の顕著な改善となる。なぜなら
、従来技術の方法でふたにより以前に取り上げられた空間は、多孔性弁作用金属
に割り当てられる（be allocated：配分される）ことができるからである。

【０００７】 本発明のもう一つの側面によると、前記封入工程は、該アノード体の各々の上
端の上に固体のふたを並列させ、該封入材料を液相内に導入して該ふた層と基体
との間に自由空間を取り、該封入材料を固化させあるいは固化を許し、そして該
上端から該ふたを取り外し、それにより、各直立体の側壁が、該体の上端の並列
した部分の汚染なしに封入される、ことを含む。

【０００８】 該封入は、予備段階を包含してもよく、その予備段階では、例えば粉末熱可塑
性樹脂は、該直立体（複数）の間の空間の中に導入され、その後、基体の加熱に
より溶解させて、各直立体の側の上に熱可塑性部分の層を形成する。好ましくは
、この予備部分封入は、メインの封入樹脂とは異なる色合いの樹脂を使用しそれ
により最終コンデンサ中に目に見える極性表示を与えることにより、実施される
。あるいは、レーザーエッチングなどの他のマーキングにより、極性を表示して
もよい。

【０００９】 本発明の更にもう一つの側面によると、中間層を、前記ふたまたはふたの表面
上に中間層材料を塗布することにより、前記直立体上に被覆し、その後、前記材
料をふたからそれぞれの上端に移動させることにより前記上端を接触被覆するよ
うに前記ふたをアノード体上に並列させてその後ふたを取り外す。

【００１０】 剥離剤は好ましくは前記ふたと直立体上端との間に備え、この剥離剤は封入後
に該ふたの取り外しを促進させる。好ましくは、前記剥離剤は、該ふたの上に形
成された高表面エネルギーポリマー層を含む。１つの適したポリマーはＰＴＦＥ
である。接触被覆（コーティング）が方法の一部である場合には、被覆されるべ
き層を、それ自体ふたに塗布される該剥離剤上に塗布する。

【００１１】 ふた上に固定化されたペーストの中間材料をスクリーン印刷することにより、
前記中間層を前記直立体上端に塗布してもよい。

【００１２】 好ましくは、ふたと直立体端との間の密接な接触を確実にするために、圧力を
ふたにかける。更に、被覆がふたに塗布されていた場合には、該圧力は、材料を
ふたから該直立体端に有効に移動するのを確実にする。

【００１３】 伝導性の塗料あるいはペーストを固化させることにより、中間層を形成しても
い。該中間層は、ペースト溶液中に浸すことにより塗布してもよい。

【００１４】 好ましい態様では、２つの中間層を浸漬（dipping）により塗布し、最終中間
層は、第二の層の上に接触コーティング（contact coating）することにより、
塗布する。

【００１５】 １つの態様では、炭素を含む１つの中間層をカソード層上に被覆し、銀を含む
更なる１つの中間層を該炭素層上に被覆する。

【００１６】 各コンデンサ体の各々の曝されたカソード及びアノード表面が、コンデンサの
各々の端と電気回路との電気接続を促進させる端子材料で被覆された液体あるい
は気体相である端子法（termination process：端子処理）により、該コンデン
サ体を有用なコンデンサに形成してもよい。

【００１７】 工業標準の５側（five-sided）端子法にあるように、各々の端子被覆が、コン
デンサ体の各端上にキャップを形成してもよい。

【００１８】 好ましい態様では、前記弁作用金属はタンタルである。しかし、他の弁作用金
属を本発明の方法に使用してもよい。その例は、ニオブ、モリブデン、ケイ素、
アルミニウム、チタン、タングステン、ジルコニウム、及びそれらの合金である
。好ましい例は、ニオブとタンタルである。

【００１９】 弁作用金属がタンタルの時、前記基体は好ましくは固体タンタルウエハーであ
り、それにより、該多孔性金属との物理的及び化学的相容性を確固たるものとす
る。

【００２０】 基体上に弁作用金属粉末の層を押し付けそして該粉末粒子を融合するために燒
結することを包含する方法により、該直立したアノード体を形成してもよい。典
型的には、より細かいグレードの粉末を基体上に押し付ける前に、粗いグレード
の粉末のシーディング層を基体に塗布しそれらを燒結しなければならなくてもよ
い。粗いグレードの粉末は、実質的な多孔性層と基体との間の強い接続を製造す
ることを確実にする機械的なキーイング（keying）を与える。この強い接続は、
基体からの多孔性層の分離が製造プロセスのその後の工程中に起こらないことを
確実にするために、必要である。それにより製造された多孔性弁作用金属の密着
した層は、個々のアノード体を製造するために、加工（machine）あるいはさも
なくば処理（process）してもよい。この個々のアノード体は、基体上に形成さ
れた多孔性燒結層を加工することにより、形成してもよい。該加工は、直交する
のこ引き（orthogonal sawing）の手段により直線で囲まれた（rectilinear）本
体（bodies）を形成するものであってもよい。

【００２１】 本発明の更にもう一つの側面によると、上記のいかなる方法により製造された
コンデンサが提示される

【００２２】 本発明のもう一つの側面によると、上記のいかなる方法により製造されたコン
デンサを含む電子あるいは電気デバイスが提示される。

【００２３】 多孔性燒結アノード体の表面上に酸化物膜を注意深く作り上げる電解陽極酸化
法により、該誘電層を形成してもよい。適切な方法は、当業者に公知であろう。

【００２４】 硝酸マンガンなどのカソード層前駆体溶液中にアノード体を浸し（浸漬し）そ
の後二酸化マンガンのカソード層を製造するために加熱することにより、カソー
ド層を形成してもよい。カソード層の要求される深さ及び統合性（integrity：
一体性）を徐々に作り上げるために、繰り返し浸漬と加熱工程を行なってもよい
。

【００２５】 典型的には、浸漬工程の間に、カソード層を、アノード体上だけでなく体（複
数）間の曝されたタンタル基体表面上にも作り上げてもよい。各陰極端子をその
それぞれの陽極端子から分離させるために、更に工程を実施してアノード体の回
りの基体からいかなるカソード層（及び誘電層）を除去してもよい。この方法は
、基体の表面層を除去することにより各アノード体間に分離チャンネルを形成す
る更なる加工工程を包含してもよい。例えば、直交する列が加工されて直線で囲
まれたアノード体を形成する場合には、アノード体間の列及びカラムの中心線に
沿って分離チャンネル（isolating channel）を加工してもよい。このやり方で
は、各コンデンサアノード体の周囲に段が形成され、この段は、非被覆表面を有
しそれにより曝された陽極端子からカソード層を分離する。

【００２６】 カソード層を塗布すると、アノード体は、金属粉末；金属酸化物の誘電層；及
びドープ酸化物の伝導性カソード層：の相互結合したマトリックスから成るアノ
ード部分を含むコンデンサ体になる。

【００２７】 封入樹脂は、加圧下で、あるいは特定の樹脂の流動性及び適合性に依存する単
なる浸漬により、塗布してもよい。一度樹脂を設置したら、樹脂と基体を加工あ
るいはカットして隣接するコンデンサ体を分けてもよい。封入材料は、エポキシ
などのプラスチック樹脂であってもよい。

【００２８】 以下に例によってのみ記載し、図面については本発明を具体化する１つの方法
を記載する。

【００２９】 固体タンタルの円形のウエハーを通る横断面を図１の１０として示す。ウエハ
ーの上部表面は、その上の粗い粒子のコンデンサグレードのタンタル粉末１２の
分散物を燒結した。細かい粒子のコンデンサグレードのタンタル粉末の緑色の（
すなわち非燒結の）混合物をその後基体の上部表面上に押し付けて緑色の層１３
を形成する。

【００３０】 緑色の層を燒結し、該細かい粒子粉末を一体多孔ネットワークの中に融合する
。燒結は、約１６００℃で実施する（最適温度は粒子サイズ及び燒結プロセスの
持続時間に依存するであろう）。燒結プロセスは、該多孔性層を粗いシーディン
グ層１２に融合させもする。

【００３１】 基体集合体（アセンブリー）はその後加工されて図２に示すように横断チャン
ネル１４と垂直着色剤１５の直交格子を製造する。該チャンネルは、移動式回転
切断輪を使って粉砕する。図３に示すように、カットが基体上に突き当たるよう
に、多孔性多孔性層レベルをまさに超える深さまで該チャンネルをカットする。

【００３２】 加工プロセスは、基体上に直交区分体１６の列を製造する。該多孔性体は、コ
ンデンサのアノード部分を形成する。（例えば０．１％のリン酸溶液の）電解浴
中で陽極酸化し一方でＤＣ電源の正端子を基体に接続することにより、絶縁性の
誘電層（示されていないが）をアノード体に塗布する。これにより、曝された基
体及び該体の金属多孔性表面上に薄い五酸化タンタルの層が形成されることとな
る。

【００３３】 カソード層（図示されていないが）をその後周知のマンガン化（manganizatio
n）法によりアノード体上に形成する。この方法では、陽極酸化されたアノード
体１６を硝酸マンガン溶液中に浸して各体上の濡れた溶液の被覆を放置してその
内部多孔性を被覆する。基体を湿った空気中で加熱して硝酸塩の被覆を酸化物に
変える。浸漬及び加熱サイクルは、要求される密着したカソード層を作り上げる
ために、２０回以上もの多くの回数繰り返してもよい。

【００３４】 各アノード体の基体表面の周囲上に形成されたいかなる誘電層あるいはカソー
ド層が分離するのを確実にするために、チャンネル３２の直交パターンを、各ア
ノード体を分離する中心線に沿って基体表面内に切断する更なる加工工程を実施
する。

【００３５】 一度マンガン化を達成したら、マンガン化体を、液体炭素ペースト浴中に浸す
ことにより伝導性炭素の中間層２７で被覆する。炭素層が設定された後、液体銀
ペーストの中に炭素被覆体を浸すことにより、炭素層上に銀の更なる中間層２１
を被覆する。銀が不容性の酸化物層と直接に接触しないことを確実にするために
、銀層は炭素層２７を超えては通らない。銀層２１はその後固体にされる。

【００３６】 タンタルの固体シート９をその後剥離剤としてＰＴＦＥ層５を使ってそれらの
一表面上に被覆する。銀ペースト２２の均一層をその後ＰＴＦＥの曝された表面
に塗布する。このシートをその後、体１６の上端上に銀側を下にして置き、図４
に示すようにふた９を形成する。

【００３７】 固定化されたペースト２２を中間銀層２１との密接な接着接触に流し込ませる
ために、シートの上側に下向きの圧力をかける。追加で、少ない範囲で各コンデ
ンサの側壁に対して下にではあるが炭素層を超えずに流れる該ペーストにより、
該接触を更に高める。

【００３８】 所定位置のふたを用いて、コンデンサ体間のチャンネル１４、１５を、図４に
示すように液体エポキシ樹脂２０で満たす。樹脂は、ふたペースト２２のレベル
まで、各コンデンサ体の側を取り囲む。チャンネルを、加圧下で樹脂を注入する
ことにより満たし（充填し）、それにより、チャンネルで規定された空間の完全
な充填を確実にする。タンタルふた９により与えられた構造的な固定は、封入プ
ロセスの間に中間層２７、２１、及び２２の一体性を維持する。

【００３９】 樹脂２０をセットした時、ふたシートを取り外す。ＰＴＦＥ層５は、該セット
された銀層２２から容易に分離し、固体銀層に被覆された各体の上端範囲を残す
。ふた９の存在は、図５に示すように、ふたの取り外し後に平らな上部表面層２
２を形成するのを確実にする。

【００４０】 各コンデンサ体をその隣りから分離するために、各チャンネル１４、１５の（
図５に一点鎖線として示す）中心線に沿ってウエハーをここでスライスしてもよ
い。得られる個々のコンデンサ構造を、図６に示す。各コンデンサは、基体材料
から成る陽極端子部分２３から成る。基体から直立しているものは、エポキシ樹
脂側壁２４、２５内の鞘に収められているコンデンサ体２６である。基体の段３
０、３１は、元の基体ウエハー内に形成された加工分離チャンネル３２に対応す
る。この段は、マンガン化された被覆がなくいかなるタンタルの汚染もない。し
たがって、該曝された陽極端子が陰極端子から分離するのを確実にする（ensure
：保証する）。各コンデンサの上端領域を、炭素ペースト層２７、銀ペースト層
２１及び更に銀ペースト層２２で被覆し、これは、部品の陰極端子部分を形成す
る。

【００４１】 最終処理段階は、５側端子処理（five-sided termination process）である。
これは、コンデンサの外部端子を形成するエンドキャップ２８、２９の形成を包
含する電子産業では周知の方法である。端子層金属は、銀、ニッケル、及びスズ
（好ましくはこの順番で）の別個の層から成ってもよい。これらは、コンデンサ
端子のはんだ付けにより電気回路または電子回路の接触または他の部品との電気
接続を形成するのに適切な金属である。

【００４２】 本発明は、各コンデンサの体積効率に顕著な改善をもたらす従来の既知の方法
の洗練された適応形である。これは、従来技術の方法の固体金属のふたの層を省
略することにより、実現される。固体金属のふたの層を省略することにより、容
量性弁作用金属の作動容積は、全体のコンデンサ容積の非常により大きい比率を
形成しそれにより体積効率が顕著に改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一態様による処理中の基体の横断面図である。

【図２】 プロセスでの加工工程後の基体の上からの図である。

【図３】 本発明の一態様による処理中の基体の横断面図である。

【図４】 本発明の一態様による処理中の基体の横断面図である。

【図５】 本発明の一態様による処理中の基体の横断面図である。

【図６】 本発明の方法により製造されたコンデンサの一方の側からの断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属基体層を与え； 該基体層の上部表面上に、多孔性燒結弁作用金属から成る複数の直立体を形成し
   ； 該直立体の上に誘電層を形成し； 該誘電層上にカソード層を形成し； 各直立体の上端を、少なくとも１つの伝導性中間層で、液相または気相沈着によ
   りあるいは凝固可能なペーストなどの固定化された流動可能な組成物を塗布する
   ことにより被覆し、それにより、該カソード層と該中間層との間に密接な物理的
   な接触を形成し； 各直立体の側壁を、電気絶縁性材料で封入し；そして 封入材料のスリーブと、曝された基体から成る一方の端に陽極（アノード）端子
   と、曝された中間層から成る他方の端に陰極（カソード）端子とを各々が有する
   複数の個々のコンデンサ体に、該加工された基体を分ける； ことを包含する、複合（multiple）固体コンデンサの製法。
2. 【請求項２】 前記封入工程が、該アノード体の各々の上端の上に固体のふ
   たを並列させ、該封入材料を液相内に導入して該ふた層と基体との間に自由空間
   を取り、該封入材料を固化させあるいは固化を許し、そして該上端から該ふたを
   取り外し、それにより、各直立体の側壁が、該体の上端の並列した部分の汚染な
   しに封入される、ことを含む、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 中間層を、前記ふたまたはふたの表面上に中間層材料を塗布
   することにより、前記直立体上に被覆し、その後、前記材料をふたからそれぞれ
   の上端に移動させることにより前記上端を接触被覆するように前記ふたをアノー
   ド体上に並列させてその後ふたを取り外す、請求項１または２に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記ふたと直立体上端との間の剥離剤が、該ふたの取り外し
   を促進させる、請求項２または３に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記剥離剤が、該ふたの上に形成された高表面エネルギーポ
   リマー層を含む、請求項４に記載の方法。
6. 【請求項６】 ふた上に中間材料をスクリーン印刷することにより、前記中
   間層を、前記直立体上端に塗布する、請求項３〜５のいずれか１項に記載の方法
   。
7. 【請求項７】 ふたと直立体端との間の密接な接触を確実にするために、圧
   力をふたにかける、請求項２〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 【請求項８】 伝導性の塗料あるいはペーストを固化させることにより、中
   間層を形成する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 【請求項９】 炭素を含む１つの中間層をカソード層上に被覆し、銀を含む
   更なる１つの中間層を該炭素層上に被覆する、請求項１〜８のいずれか１項に記
   載の方法。
10. 【請求項１０】 各コンデンサ体の各々の曝されたカソード及びアノード表
    面が、コンデンサの各々の端と電気回路との電気接続を促進させる端子材料で被
    覆された液体あるいは気体相である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法
    。
11. 【請求項１１】 各々の端子被覆が、コンデンサ体の各端上にキャップを形
    成する、請求項１０に記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記弁作用金属がタンタルである、請求項１〜１１のいず
    れか１項に記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記基体がタンタルウエハーである、請求項１〜１２のい
    ずれか１項に記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記直立体が、基体上に形成された多孔性燒結層を加工す
    ることにより、形成される、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 【請求項１５】 前記封入材料がプラスチック樹脂である、請求項１〜１４
    のいずれか１項に記載の方法。
16. 【請求項１６】 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法により製造さ
    れたコンデンサ。
17. 【請求項１７】 請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法により製造さ
    れたコンデンサを含む電子あるいは電気デバイス。