專利名稱：固態(tài)電容器的制造技術(shù)
本發(fā)明是有關(guān)固態(tài)電容器，并且特別涉及用于制造固態(tài)電容器的大規(guī)模生產(chǎn)方法。
一種用于固態(tài)鉭電容器的大規(guī)模生產(chǎn)方法在美國(guó)專利說明號(hào)5,357,399(發(fā)明人Ian Salisbury)中有描述。該方法包括配制固態(tài)鉭基底薄板，在襯底上形成燒結(jié)、高度多孔的鉭層，用垂直溝道圖將多孔鉭層分割來制造一系列直立多孔鉭直線基體排列，對(duì)基體陽(yáng)極氧化來在其上形成介電層，將基體浸入錳硝酸鹽，并通過加熱將經(jīng)處理的溶液轉(zhuǎn)化為二氧化錳，因而形成陰極層，涂覆相應(yīng)的碳導(dǎo)電層并隨后在每個(gè)襯底的頂端鍍銀，將由固體金屬薄片組成的蓋子焊接在鍍銀層上；在受到襯底和蓋子限制的基體之間注入絕緣樹脂材料；并且在垂直于薄片平面的方向上，沿每個(gè)溝道的中心線來切割組件，因而制造出多個(gè)電容，在電容器中，陽(yáng)極端由襯底材料組成，陰極端由蓋子材料組成，并且電容器基體由涂覆的多孔鉭基體組成。
我們正在申請(qǐng)PCT/GB99/03566(對(duì)應(yīng)于英國(guó)申請(qǐng)?zhí)?916047.5)，描述了對(duì)Salisbury方法的修改，其中取消了蓋層。在根據(jù)本方法制造的電容器中，制出的每個(gè)電容器的容積效率都已最大化。
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種制造固態(tài)電容器的改進(jìn)方法，特別是提供一種更簡(jiǎn)單并能減少材料浪費(fèi)的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種制造多個(gè)固態(tài)電容器的方法包括配制基底層；在基底層的表面上形成多個(gè)由多孔燒結(jié)閥作用材料組成的直立基體；在基體孔隙上形成并延伸的絕緣層；在絕緣層上形成導(dǎo)電陰極層；并且在每個(gè)基體的頂端形成陰極終端裝置；并且將經(jīng)處理的襯底分離開來形成多個(gè)單獨(dú)的電容器基體，在每個(gè)基體中襯底的一部分形成了陽(yáng)極端，多孔基體是一個(gè)在其頂部上配置了陰極終端裝置的陽(yáng)極端，制成的直立多孔基體的特征是(i)配制閥作用材料粉末和粘合劑的混合物，(ii)當(dāng)混合物處于粗加工狀態(tài)時(shí)，在襯底上將該混合物制成多個(gè)基體，并且(iii)而后燒結(jié)這些基體。
粗加工形成可能包括壓模工藝，例如通過使用沖模和沖頭組件，其中形成的沖模具有與所要求的基體形狀和分布相對(duì)應(yīng)的多個(gè)孔，以及使用多個(gè)沖頭對(duì)放置在襯底上的孔中的粗加工混合物進(jìn)行加壓。壓模處理可以重復(fù)進(jìn)行來在每個(gè)單獨(dú)基體中都制成粗加工材料層。
在較佳實(shí)施例中，閥作用材料是一種金屬，主要是鉭。然而，在本發(fā)明的處理中也可以使用其他閥作用金屬和材料。例如，適合的材料有鈮、鉬、硅、鋁、鈦、鎢、鋅以及它們的合金，以及其他閥作用氧化材料。適合金屬的最佳實(shí)例是鈮和鉭。當(dāng)閥作用金屬是鉭時(shí)，襯底就最好是固體鉭基片，以便確保多孔金屬的物理和化學(xué)協(xié)調(diào)性。通常，襯底必須與閥作用材料一致。典型的襯底材料是由固體閥作用材料組成。
在更好等級(jí)的粗加工粉末/粘合劑混合物在襯底上沖壓形成直立基體之前，可能必須在襯底上涂覆粗結(jié)晶粉末的籽晶層。粗結(jié)晶粉末提供了確保在燒結(jié)多孔基體和襯底之間產(chǎn)生牢固連接的機(jī)械鍵控。牢固連接對(duì)于確保在制造處理的隨后步驟期間不會(huì)發(fā)生多孔基體與襯底相分離是十分重要的。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，籽晶層最好僅放置在襯底上將要固定多孔基體的位置，一種制造多個(gè)固態(tài)電容器的方法包括配制襯底；在襯底層表面上形成多個(gè)直立由多孔燒結(jié)閥作用材料組成的基體；在基體孔隙上形成并延伸的絕緣層；在絕緣層上形成導(dǎo)電陰極層；并且在每個(gè)基體的頂部形成陰極終端裝置；以及將經(jīng)處理的襯底分離來形成多個(gè)單獨(dú)的電容器基體，在每個(gè)基體中襯底的一部分形成了陽(yáng)極端，多孔基體是一個(gè)在其頂部上配置了陰極終端裝置的陽(yáng)極端，其中在襯底上的閥作用基體形成之前，在襯底上涂覆了相對(duì)較粗結(jié)晶的籽晶層材料，其特征是該籽晶層是作為在襯底上形成的一系列籽晶種子排列而配制。
籽晶種子最好由與直立基體相同的閥作用材料組成。晶種可以通過應(yīng)用具有期望種子分布的絲網(wǎng)印刷層來形成?；蛘呖梢允褂媚＠L版來涂覆晶種的合適圖形。本發(fā)明的方法并不局限于這兩種辦法，并且還包括其他應(yīng)用合適的籽晶材料種子排列的方法。涂覆籽晶種子排列的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是繞過了均勻籽晶層的常規(guī)機(jī)械加工。另外，減少了籽晶層材料的浪費(fèi)，因而，具有隨之而來的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境利益。
在較佳實(shí)施例中，晶種是采用絲網(wǎng)印刷工藝將相對(duì)較粗結(jié)晶的閥作用材料粉末糊劑按要求的圖案涂覆在襯底上。
在敷設(shè)后，隨后，通常將晶種燒結(jié)固定在籽晶種子圖案中適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 對(duì)晶種排列的涂覆并沒有嚴(yán)格局限在必須要以本發(fā)明的方法來進(jìn)行，并且在替代實(shí)施例中，可以在襯底上涂覆均勻?qū)?，來用燒結(jié)方法固定，并且隨后，就用機(jī)械加工來選擇性去除籽晶層以產(chǎn)生籽晶種子要求的圖案。
陰極終端裝置可以包括涂覆在直立基體頂部上的一層或更多導(dǎo)電層。陰極終端裝置可以包括涂覆在每個(gè)直立基體上的金屬板部分。
在一個(gè)實(shí)施例中，終端裝置包括固體閥作用金屬蓋，該蓋是加在夾于蓋和襯底之間直立基體上。蓋最好沿襯底分割來形成單獨(dú)的電容器基體，在每個(gè)基體中，該蓋部分都是陰極端。這種方法在美國(guó)專利號(hào)5,357,399中進(jìn)行了充分的描述，并且在此不再做進(jìn)一步的描述。
在另一個(gè)實(shí)施例中，取消了蓋，并且在直立基體的頂部區(qū)域涂覆了導(dǎo)電材料終端層以形成每個(gè)電容器的陰極端。
在襯底上的直立電容器之間的空間最好用絕緣材料進(jìn)行填充。在較佳實(shí)施例中，該空間是用絕緣塑料樹脂材料，例如環(huán)氧樹脂，進(jìn)行填充。在這種方式中，當(dāng)分割襯底時(shí)，在每個(gè)電容器基體周圍都可能會(huì)留下保護(hù)樹脂體殼。
根據(jù)本發(fā)明的更多方面，提供了一種通過在此前所揭示的任何方法作制造的電容器。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種包括有通過在此前所揭示的任何方法作所制造的電容器的電子或電設(shè)備。
介電層可以通過作陽(yáng)極化電解處理來形成，在處理中，在多孔燒結(jié)陽(yáng)極基體的表面上仔細(xì)形成氧化膜。適合的方法對(duì)于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說已熟知。
陰極層可以通過在陰極層原始溶液例如錳硝酸鹽中浸入陽(yáng)極基體并隨后通過加熱陽(yáng)極基體產(chǎn)生二氧化錳陰極層的方法來形成。為了能逐漸形成陰極層所需的深度和整體性，可能要重復(fù)執(zhí)行浸入和加熱步驟。
通常，在浸入處理期間，陰極層不僅會(huì)在陽(yáng)極基體上形成，而且也會(huì)在襯底間暴露的鉭襯底表面上形成。為了能使每個(gè)陰極端與其各陽(yáng)極端絕緣，可以采用其他的步驟來從每個(gè)陽(yáng)極基體周圍的襯底上去除任何陰極層(和介電層)。這種處理可能包括其他的機(jī)械加工處理，其中，通過去除襯底的表面層在每個(gè)陽(yáng)極基體之間形成絕緣溝道。例如，在已經(jīng)對(duì)垂直行(orthogonal row)機(jī)械加工來形成直線陽(yáng)極基體的地方，可能沿在陽(yáng)極基體間的行和列的中心線絕緣溝道進(jìn)行機(jī)械加工。在這種方法中，在每個(gè)電容陽(yáng)極基體周邊形成梯階(step)，該梯階具有未敷層表面，因而，使陰極層與暴露的陽(yáng)極端相互絕緣。
通過陰極層的應(yīng)用，陽(yáng)極基體變成包括有由互連基質(zhì)組成的陽(yáng)極部分的電容性基體，該互連基質(zhì)是金屬粉末；金屬氧化物的介電絕緣層；以及摻雜氧化導(dǎo)電陰極。
密封樹脂可以依據(jù)特定樹脂的適用性和流動(dòng)性在加壓條件下或簡(jiǎn)單的浸入方法來應(yīng)用。一旦樹脂凝固，該樹脂和襯底就可以進(jìn)行機(jī)械加工，不然分割成單獨(dú)鄰近的電容基體。該封裝材料可以是塑料樹脂，例如環(huán)氧樹脂。
下面是僅通過實(shí)例并結(jié)合使本發(fā)明得以實(shí)現(xiàn)的一種方法的附圖進(jìn)行的說明。
在圖中

圖1和3到5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的處理期間，襯底的截面圖。
圖2是在處理中的粗加工形成步驟后的襯底的俯視圖。
圖6示出從根據(jù)本發(fā)明的方法所制造的電容器一側(cè)觀察的截面圖。
整個(gè)固態(tài)鉭基片的橫截面如圖1中的10所示出。在基片的上表面上燒結(jié)有多個(gè)籽晶種子12。籽晶種子包括一層粗結(jié)晶電容等級(jí)鉭粉末12的薄層。最好采用絲網(wǎng)印刷方法將粗結(jié)晶粉末以直線晶種的垂直圖案(或“方格圖案”)來涂覆。隨后將晶種燒結(jié)固定在襯底上。隨后將粗加工(即未經(jīng)燒結(jié))細(xì)結(jié)晶電容等級(jí)鉭粉末的混合物壓在襯底的上表面上來形成粗加工層13。用沖頭和沖模相結(jié)合的壓模使流動(dòng)的粗加工混合物成形來形成直立直線基體16，在圖2中示出。
壓模如圖7中所示。壓模包括底模40和一系列沖頭41。形成的模子具有一組矩形截面孔42。它的排列對(duì)應(yīng)于襯底上陽(yáng)極基體的要求分布的行和列。該?？子么旨庸ゃg混合物44進(jìn)行填充。隨后，襯底10放置在模頂部，籽晶種子(未示出)與模孔對(duì)準(zhǔn)。隨后，如圖7B中所示，對(duì)頂部圖案43施加壓力壓在襯底上。經(jīng)壓制的組件壓在沖頭上。沖頭對(duì)每個(gè)孔中的粗加工混合物的裝料進(jìn)行加壓，并且將每個(gè)裝料附著在襯底上。機(jī)械限位(未示出)用來限制模的移動(dòng)，并且防止粗加工裝料溢出密封。隨后，將該圖案釋放并從模分離。在圖案釋放時(shí)，一連串支撐模重量的輕彈簧45將模和襯底從沖頭上推開，留下一組附著在襯底上的粗加工矩形截面基體，如圖2中所示。壓模過程可以重復(fù)進(jìn)行通過堆積形成粗加工材料層來制造所需高度的粗加工基體。
粗加工基體經(jīng)燒結(jié)來將細(xì)結(jié)晶粉末熔入每個(gè)基體中的完整多孔網(wǎng)絡(luò)。該燒結(jié)在1600攝氏度左右進(jìn)行(最佳的溫度取決于結(jié)晶的大小以及燒結(jié)處理的持續(xù)時(shí)間)。燒結(jié)處理也將多孔基體與粗糙籽晶層12熔合。
形成的基體如圖2所示定義了橫向溝道14和縱向溝道15的垂直格柵。
多孔基體形成電容器的陽(yáng)極部分。通過當(dāng)將D.C.電源正極端與襯底相連同時(shí)，在電解液(例如0.1％磷酸溶液)中作陽(yáng)極化處理可以在陽(yáng)極基體上涂覆絕緣介電層(未示出)。這就導(dǎo)致在基體金屬多孔表面和暴露襯底上形成薄鉭五氧化物層。
隨后，通過熟知的錳(manganization)處理在陽(yáng)極基體上形成陰極層(未示出)。在這種處理中，經(jīng)陽(yáng)極化的陽(yáng)極基體16被浸入在錳硝酸鹽溶液中來去除在每個(gè)基體上的濕溶液涂層，并覆蓋其內(nèi)部多孔。襯底在潮濕空氣中加熱來將硝酸鹽涂層轉(zhuǎn)化為二氧化物。為堆積所需粘附陰極層，該浸入和加熱工序可以重復(fù)20次或更多次。
為了確保在每個(gè)陽(yáng)極基體襯底表面周邊上形成的任何介電層或陰極層都絕緣，就進(jìn)行進(jìn)一步的機(jī)械步驟，其中溝道的直角圖案沿分隔每個(gè)陽(yáng)極基體的中心線在襯底表面分割。
一旦完成錳化，通過將經(jīng)錳化的基體浸入在液態(tài)碳糊液中，就將傳導(dǎo)碳的中間過渡層27涂覆在經(jīng)錳化的基體上。在碳層固定后，通過將被碳涂覆的基體浸入在液態(tài)銀糊中，就將銀中間層涂覆在碳層上。為了確保銀不直接與不相容的氧化層接觸，銀層不允許穿過碳層27。隨后，允許銀層凝固為固體。
隨后，用PTFE層5作為脫模劑將鉭的固體片9涂覆在其一個(gè)表面上。隨后在PTFE暴露的表面上施加銀糊均勻?qū)?。隨后，將片從銀側(cè)向下放置到基體16的頂端上來形成如圖4所示的蓋。
為了迫使經(jīng)固定的糊22流入與中間過渡銀層21接觸的緊密粘合劑中，對(duì)片的頂側(cè)施加向下的壓力。另外，通過讓糊流入在每個(gè)電容器側(cè)壁下的小范圍內(nèi)但不超出碳層，就進(jìn)一步加強(qiáng)了接觸。
通過適當(dāng)?shù)纳w，在電容基體之間的溝道14、15，如圖4所示，用液態(tài)環(huán)氧樹脂20進(jìn)行填充。樹脂包圍了每個(gè)電容基體的側(cè)面，直到蓋糊22水平處。溝道在樹脂壓力下通過注入進(jìn)行填充，因而，確保實(shí)現(xiàn)對(duì)由溝道所定義的空間的完全填充。由鉭蓋9提供的結(jié)構(gòu)上的限制保持了在封裝處理期間中間過渡層27、21和22的完整性。
當(dāng)樹脂20已經(jīng)固化，就去除蓋片。PTFE層5很容易地從固定銀層22上分離，留下在固定的銀層中被涂覆的每個(gè)基體上部端面區(qū)域。蓋9的存在確保了在去除蓋后，形成平坦頂面層22，如圖5中所示。
現(xiàn)在，為了將每個(gè)電容器基體同其鄰近基體分隔，可以將薄片沿每個(gè)溝道14、15的中心線(在圖5中示出的虛線)進(jìn)行切片。所產(chǎn)生的單獨(dú)電容器結(jié)構(gòu)在圖6中示出。每個(gè)電容器由陽(yáng)極端部分23組成，該端部分由襯底材料組成。從襯底上直立的是電容器基體16，該基體用環(huán)氧樹脂側(cè)壁24、25包裹。在襯底中梯階30、31對(duì)應(yīng)于在原始襯底薄片中形成的機(jī)械絕緣溝道32。該梯階不具有經(jīng)錳化的敷層以及其他雜質(zhì)，并且因而，確保了暴露陽(yáng)極端與陰極端的絕緣。每個(gè)電容器的頂端區(qū)域敷層有碳糊27層、銀糊21層和形成部件陰極端部分的銀糊添加層。
最終處理階段是五面(five-sided)端處理。該處理在電子工業(yè)中為人們所熟知，涉及到形成電容器外部端的端蓋28、29的形成。終端層金屬可以由銀、鎳和錫的分離層組成(最好以這種次序)，這些都是使用的金屬，通過將電容器端點(diǎn)經(jīng)焊接，使得電容器可以接觸或與電器或電子電路的其他部件形成電氣連接。
本發(fā)明是對(duì)原先熟知的處理作了極好的改進(jìn)，在處理的經(jīng)濟(jì)效益方面具有顯著提高。消除了已知處理的制粉步驟以及它們的不可避免的浪費(fèi)鉭粉末的生產(chǎn)。這通過消除對(duì)貴重制粉設(shè)備的需求來簡(jiǎn)化生產(chǎn)機(jī)器。當(dāng)粗加工時(shí)，形成粉末/粘合劑混合物代替了原來磨掉經(jīng)燒結(jié)多孔層的方法來形成基體。在這種情況下，就很容易對(duì)過量的粗加工混合物進(jìn)行重利用和循環(huán)利用。
權(quán)利要求
1.一種制造多個(gè)固態(tài)電容器的方法，包括制備襯底層；在所述襯底層表面上形成多個(gè)由多孔經(jīng)燒結(jié)閥作用材料組成的直立基體；在所述基體多孔上形成并在其上延伸絕緣層；在所述絕緣層上形成導(dǎo)電陰極層；在每個(gè)基體的頂部形成陰極端裝置；和分割經(jīng)處理的所述襯底，形成多個(gè)單獨(dú)的電容器基體，在每個(gè)所述基體中，襯底部分形成陽(yáng)極端，多孔基體是陽(yáng)極端，在所述陽(yáng)極端頂部配置有陰極端裝置，其特征在于，所述直立多孔基體是通過下述方法形成(i)配制閥作用材料粉末和粘合劑的混合物(ii)當(dāng)混合物處于粗加工狀態(tài)時(shí)，在所述襯底上將所述混合物制成多個(gè)基體，以及(iii)此后，對(duì)所述基體進(jìn)行燒結(jié)，來形成。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔基體通過在所述襯底上壓制粗加工混合物來構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述壓模成形包括多模和沖頭組件的使用以在所述襯底上形成一種粗加工基體排列。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，形成具有一組對(duì)應(yīng)于所需基體截面和分布的孔排列的模，并且能將每個(gè)孔中的粗加工混合物填充壓入所述襯底的多個(gè)沖頭。
5.如前面任意權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，籽晶種子排列，每個(gè)晶種包括相對(duì)較粗結(jié)晶的經(jīng)燒結(jié)閥作用材料的粉末，在所述襯底上以對(duì)應(yīng)于粗加工基體的預(yù)定位置的圖案來形成，并且所述粗加工基體在所述籽晶種子上形成，因而，增強(qiáng)了在每個(gè)基體與所述襯底之間的結(jié)合。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，采用相對(duì)較粗粉末糊絲網(wǎng)印刷方法以對(duì)應(yīng)于所述排列的圖案來涂覆所述籽晶種子，并且對(duì)所述糊進(jìn)行燒結(jié)來將襯底上的籽晶固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，通過將相對(duì)較粗糙的粉末糊層貼在對(duì)應(yīng)于所述排列的模板上，來涂覆所述籽晶種子，并且對(duì)所述糊進(jìn)行燒結(jié)來將襯底上的籽晶固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 8.一種基本上如前所述結(jié)合附圖進(jìn)行了描述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及固態(tài)電容器領(lǐng)域,并且特別與用于制造固態(tài)電容器的大規(guī)模生產(chǎn)方法相關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,提供了一種制造多個(gè)固態(tài)電容器的方法包括:制備襯底層;在襯底層上表面上形成多個(gè)由多孔經(jīng)燒結(jié)閥作用材料組成的直立基體;在基體多孔上形成并延伸絕緣層;在絕緣層上形成導(dǎo)電陰極層;并且在每個(gè)基體的頂部形成陰極端裝置;和將經(jīng)處理的襯底分隔來形成多個(gè)單獨(dú)的電容器基體,在每個(gè)基體中,襯底的一部分形成陽(yáng)極端,多孔基體是陽(yáng)極端,在陽(yáng)極端頂部具有陰極端裝置,其中,直立多孔基體的特征是:當(dāng)混合物處于粗加工狀態(tài)時(shí),將閥作用金屬粉末/粘合劑的混合物壓制在所述襯底上并形成所需基體形狀,并且此后,對(duì)基體進(jìn)行燒結(jié)來形成。
文檔編號(hào)H01G9/048GK1369098SQ0081155
公開日2002年9月11日 申請(qǐng)日期2000年8月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月10日
發(fā)明者D·亨廷頓 申請(qǐng)人:Avx有限公司