專利名稱：用于制造電容器的夾具、電容器的制造方法以及電容器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種制造能獲得穩定的電容表觀(appearance)因子的電容器的方法，一種用于制造電容器的夾具，以及一種通過利用該制造方法或夾具制造的電容器。
背景技術：
要求用于個人計算機等的CPU(中央處理器)的外圍中的電容器抑制電壓波動，并且為了減少通過高波紋電流時的熱產生，要求電容器具有高電容和低ESR(等效串連電阻)。
通常，使用兩種或多種鋁或鉭固體電解電容器。
這樣的固體電解電容器由用作一部分(one part)電極(電導體)的在表面層中具有微孔的鋁箔或在內部具有微孔的鉭粉燒結體、在電極的表面層上形成的介電層，以及在介電層上設置的另一個(反)電極(通常為半導體層)構成。
關于利用半導體層作為另一個(反)電極形成電容器的半導體層的方法，例如，在日本專利1,868,722、1,985,056和2,054,506中說明了通過通電(energization)形成半導體層的一種方法。該方法是將具有在其表面上設置的介電層的電導體浸入半導體層形成溶液中，并在用作陽極的電導體與在半導體層形成溶液中制備的外部電極(陰極)之間施加電壓(通過電流)，從而形成半導體層。
發明內容
如上所述，在具有在其上形成的介電層的電導體上通過通電形成半導體層的情況下，當在一個電導體上形成半導體層時沒有問題出現，但是當處理兩個或多個電導體時，單個電導體未必是均勻的，或者在電導體之間半導體形成速率可以變化。具體地說，當在多個電導體上同時形成半導體層時，流經電導體的電流的電流值的變化導致某些情況下在形成半導體層時電容器的制造不均勻，且這使得難以制造電容穩定的電容器。
例如，極端情況下，一個電導體出現故障(通常，短路的)，電流集中在該電導體上，結果，幾乎沒有電流流到其它電導體。
作為為了解決這些問題而集中研究的結果，本發明人發現，當通過對電導體施加恒定電流形成半導體層時，可得到具有小的電容變化的電容器。基于該發現實現了本發明。
也就是說，如下所述，本發明提供了一種用于制造電容器的夾具、一種電容器的制造方法以及一種電容器。
1.一種用于制造電容器的夾具，用于在兩個或多個各具有在其表面上形成的介電層的電導體上通過通電形成半導體層，所述夾具包括兩個或多個電流注入型恒定電流源，所述電流注入型恒定電流源各具有與用于所述電導體的連接接線端串聯電連接的輸出。
2.一種用于制造電容器的夾具，用于在兩個或多個電導體上通過通電形成介電層和半導體層，其中所述夾具包括各具有與所述電導體的各連接接線端連接的陰極并各具有相互電連接的陽極的二極管，以及兩個或多個電流注入型恒定電流源，所述電流注入型恒定電流源各具有與用于所述電導體的連接接線端電連接的輸出。
3.如以上1或2所述的用于制造電容器的夾具，其中所述電流注入型恒定電流源由兩個或多個各陽極電連接且各陰極用作輸出的電流調節二極管構成。
4.如以上1或2所述的用于制造電容器的夾具，其中通過電纜電連接用于所述電導體的所述連接接線端和所述電流注入型恒定電流源的所述輸出。
5.如以上2或3所述的用于制造電容器的夾具，其中所述夾具包括與所述電流調節二極管的各陽極電連接的接線端。
6.如以上1至4中任何一項所述的用于制造電容器的夾具，其中所述夾具還包括各陰極連接到各電導體的所述連接接線端的二極管，并包括與所述二極管的各陽極電連接的接線端。
7.如以上1、2、4或6所述的用于制造電容器的夾具，其中用于所述電導體的所述連接接線端具有插孔(socket)結構。
8.如以上1、2、4或6所述的用于制造電容器的夾具，其中用于所述電導體的所述連接接線端是金屬片。
9.如以上1、2、4或6所述的用于制造電容器的夾具，其中用于所述電導體的所述連接接線端是通過印刷形成的箔狀金屬材料。
10.如以上2、8或9所述的用于制造電容器的夾具，其中用于所述電導體的所述連接接線端具有梳子形狀。
11.一種制造電容器的方法，包括利用如以上1至10中任何一項所述的用于制造電容器的夾具。
12.一種制造電容器的方法，包括利用具有在其表面上形成的介電層的電導體作為一部分電極，并通過通電形成半導體層設置另一個電極，其中通過利用恒定電流源進行通電。
13.如以上12所述的制造電容器的方法，其中所述恒定電流源由電流調節二極管構成。
14.如以上11所述的制造電容器的方法，其中將在其上具有介電層并連接到用于制造電容器的所述夾具的用于電導體的各連接接線端的所述電導體浸入半導體層形成溶液中，并利用所述電導體側作為陽極，利用在所述半導體層形成溶液中設置的電極作為陰極，通過通電形成所述半導體層。
15.如以上11所述的制造電容器的方法，其中通過利用相同的用于制造電容器的夾具進行在所述電導體的所述表面上所述介電層的形成和所述半導體層的形成。
16.一種通過利用以上11至15中的任何一項所述的方法制造的電容器組。
下面詳細說明本發明的電容器的制造方法和用于制造電容器的夾具。
用于本發明的電導體的實例包括金屬、無機半導體、有機半導體、碳、包括至少一種這些材料的混合物，以及通過在其表面層上層疊電導體得到的層疊體。
無機半導體的實例包括金屬氧化物，例如二氧化鉛、二氧化鉬、二氧化鎢、一氧化鈮、二氧化錫和一氧化鋯。有機半導體的實例包括導電聚合物，例如聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺和具有這種聚合物骨架的替代產品或共聚物，以及低分子配合物，例如四氰代二甲基苯醌(TCNQ)和四硫代并四苯的絡合物，以及TCNQ鹽。通過在表面層上層疊電導體得到的層疊體的實例包括在紙、絕緣聚合物、玻璃等上層疊上述電導體的層疊體。
在利用金屬作為電導體的情況下，在使用前部分金屬可經受至少一種選自碳化、磷化、硼化、氮化和硫化的處理。
不具體限制電導體的形狀，可以是，例如箔、板、條或電導體本身形成為粉末接著成形后的形狀或成形接著燒結后的形狀。例如，可通過蝕刻以具有微孔，處理電導體的表面。在電導體形成為粉末后成形或成形然后燒結的情況下，通過適當選擇成形時的壓力，可在成形或燒結的制品內部產生微孔。并且，在電導體形成為粉末后，部分分別制備的輸出引線布線可以與電導體一起成形，并且在成形部分外部的輸出引線布線可用作電容器的一部分電極的輸出引線。當然，輸出引線也可直接連接到電導體。
本發明的在電導體的表面上形成的介電層的實例包括主要包括至少一種選自例如Ta2O5、Al2O3、Zr2O3和Nb2O5中的金屬氧化物的介電層，以及在陶瓷電容器或薄膜電容器領域中常規已知的介電層。就主要包括至少一種選自金屬氧化物的前一介電層而言，當通過電化學形成具有金屬氧化物的金屬成分的電導體形成介電層時，制造的電容器變成具有極性的電解電容器。在陶瓷或薄膜電容器領域中常規已知的介電層的實例包括在均由本申請人提交的JP-A-63-29919(這里使用的術語“JP-A”表示“未審查的已
公開日本專利申請”)和JP-A-63-34917中說明的介電層。通過層疊兩個或多個這些層，可以利用主要包括至少一種選自金屬氧化物的介電層或者在陶瓷或薄膜電容器領域中常規已知的介電層。并且，主要包括至少一種選自金屬氧化物的介電層和在陶瓷或薄膜電容器領域中常規已知的介電層的混合物可用作介電層。
用于本發明的電容器的反電極的實例包括至少一種選自有機半導體和無機半導體的化合物，但是這里通過以下將要說明的通電形成該化合物很重要。
有機半導體的特定實例包括這樣的有機半導體，該有機半導體包括苯并吡咯啉四聚物和氯醌、主要包括四硫代并四苯的有機半導體、主要包括四氰代二甲基苯醌的有機半導體，以及主要包括通過對包括由下面的分子式(1)或(2)表示的重復單元的聚合物中摻雜摻雜劑得到的導電聚合物的有機半導體 其中，可以相同或不同的R1至R4各自表示氫原子、具有1至6個碳原子的烷基團或具有1至6個碳原子的烷氧基團，X表示氧原子、硫原子或氮原子，僅僅當X是氮原子時R5存在，R5表示氫原子或具有1至6個碳原子的烷基團，并且各R1和R2對及R3和R4對可以相互結合形成環。
用于本發明的包括由分子式(1)表示的重復單元的導電聚合物的優選實例包括這樣的導電聚合物，該聚合物包括由下面的分子式(3)表示的結構單元作為重復單元 其中各R6和R7各自單獨代表氫原子、具有1至6個碳原子的線形或支化的、飽和或不飽和的烷基團，或者當烷基團在任意位置相互結合時用于形成包括兩個氧原子的至少一個5-、6-或7-元的飽和烴環結構的取代基。該環結構包括具有可被替代的亞乙烯基鍵的結構，以及可被替代的亞苯基結構。
包括這種化學結構的導電聚合物被充電，并在其中摻雜摻雜劑。不特別限制摻雜劑，可以利用已知的摻雜劑。
包括由分子式(1)、(2)或(3)表示的重復單元的聚合物的實例包括聚苯胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚噻吩、聚呋喃、聚吡咯、聚甲基吡咯，及其替代衍生物和共聚物。在這些聚合物中，優選聚吡咯、聚噻吩及其替代衍生物(例如，聚(3，4-亞乙基二氧噻吩))。
無機半導體的特定實例包括至少一種選自二氧化鉬、二氧化鎢、二氧化鉛和二氧化錳的化合物。
當所用的有機或無機半導體的電導率為10-2至103S/cm時，制造的電容器可具有小ESR值，這是優選的。
通常，通過不進行通電操作的純化學反應(例如，溶液反應、氣相反應、固體-液體反應或它們的組合)，或通過通電或通過這些方法的組合形成半導體層。然而，本發明中，在半導體層的形成步驟中采用至少一次通電。在通過通電形成半導體層時，通過利用恒定電流源以施加電流，進行至少一次通電操作，從而可實現本發明的目的。
如果可構成能夠對在其表面上具有介電層的電導體施加恒定電流的恒定電流電路，則該恒定電流源已足夠。例如，優選由電路簡單且可使得部件數量少的電流調節二極管構成恒定電流源。電流調節二極管可以是商業可得的電流調節二極管或者可以由場效應晶體管構成。
下面，主要參考利用電流調節二極管的例子說明恒定電流源，但恒定電流源并非限于此。
具體地說，電流調節二極管的陰極與其表面上具有介電層的電導體(一部分電極)串聯電連接。制備溶液(半導體層形成溶液)，其中，如果需要，溶解用于在通電后形成半導體的原材料和上述摻雜劑。在該半導體層形成溶液中，浸入電導體，并在該半導體層形成溶液中設置的外部電極與電流調節二極管的陽極之間施加預定電壓，結果，根據電流調節二極管(也可以選取電流調節二極管以供給特定的電流范圍)的等級(電流標準)，恒定電流通過。在電導體的介電層上該電流形成半導體層。例如，當電導體是具有在其表面上形成的Ta2O5介電層并與輸出引線接線端連接的鉭燒結體，并且輸出引線布線和電流調節二極管的陰極串聯電連接時，可制造目標通電電路。這種情況下，對陽極和陰極施加電壓，該陽極是電流調節二極管的陽極，該陰極是在半導體層形成溶液中設置的外部電極。在電流調節二極管中，當正向地施加規定范圍內的電壓時，預定的恒定電流通過。這里，通過選取電流調節二極管的等級或通過并聯連接具有適當等級的兩個或多個電流調節二極管，可以逐步改變電流值，因此，通過根據電導體的尺寸或形成的半導體的希望量選取電流調節二極管，可使任意范圍內的恒定電流通過。
下面說明本發明的用于制造電容器的夾具，該夾具用于在兩個或多個在其表面上各具有介電層的電導體上通過通電形成半導體層。
本發明的用于制造電容器的夾具包括電流注入型恒定電流源，并且用于各電導體的連接接線端電連接到各恒定電流源的輸出。在通過利用電流調節二極管構成恒定電流源的情況下，該夾具具有這樣的結構，例如，其中兩個或多個電流調節二極管的各自的陽極電連接，并且用于電導體的連接接線端串聯電連接到各電流調節二極管的陰極。圖1是示意圖，示出了用于制造電容器的板狀夾具的一個實例。在絕緣襯底2上，平行設置并相互連接兩個或多個電流調節二極管1。電流調節二極管1的各自的陽極(圖中，1的頂端部分)電連接到在圖左方的接線端3(下文中，有時該接線端稱為“電流收集接線端”)。各陰極1a分別連接到用于各電導體的連接接線端4的一個端部，而各連接接線端4的另一個端部電開路。通過將具有在其表面上形成的介電層的電導體(沒有示出)連接到各連接接線端(4)，實際使用具有圖1的結構的夾具。
在另一個實施例中，用于在兩個或多個各具有在其表面上形成的介電層的電導體上通過通電形成半導體層的本發明的用于制造電容器的夾具是這樣的用于制造電容器的夾具，其中通過電纜電連接用于電導體的連接接線端和電流注入型恒定電流源的輸出。例如，該夾具是這樣的用于制造電容器的夾具，其中以相同方向對準并絕緣地設置各自通過將用于電導體的連接接線端串聯電連接到電纜接線端而得到的兩個或多個電子構件，通過布線，各電纜接線端還與各電流調節二極管的陰極連接，并且將電流調節二極管的互相電連接的各自的陽極連接到電流收集接線端上。
圖2是示意圖，示出了用于制造電容器的夾具的一個實例，包括通過布線連接到用于制造電容器的部分板狀夾具的電流調節二極管組。在絕緣襯底2上，以相同的方向設置通過將用于電導體的連接接線端4串聯連接到電纜接線端5而得到的兩個或多個電子構件6。通過布線，將電流調節二極管1的各陰極1a連接到各電纜接線端5，并通過電路，將電流調節二極管組的陽極連接到接線端3。通過調整具有在其表面上形成的介電層的電導體(沒有示出)的尺寸，然后將其連接到各連接接線端4，實際使用具有圖2的結構的夾具。
在圖1中，電流收集接線端和電流調節二極管存在于絕緣襯底的同一側(前表面上)，但是電流收集接線端和電流調節二極管可以分別設置在絕緣襯底的相反側，例如，通過在絕緣襯底中設置的兩個或多個孔將電路連接到絕緣襯底的后表面，可在絕緣襯底的后表面上設置電流收集接線端。對于在連接接線端與電流調節二極管之間的布線，例如，可通過在絕緣襯底中穿孔設置對后表面的布線，并且可分別在絕緣襯底的相反表面上設置連接接線端和電流調節二極管。優選形成在絕緣襯底中的穿透的孔以得到通孔結構，因為印刷布線應用于通孔的內部，這有利于前表面與后表面之間的電連接。此外，圖1中，在絕緣襯底的同一表面上設置電流調節二極管和連接接線端，但是，例如，可在后表面上設置連接接線端，并通過通孔將其連接到在前表面上設置的電流調節二極管的陰極部分。
下面說明通過利用上述用于制造電容器的夾具通過通電形成半導體層的方法。
在其表面上具有介電層的一個電導體用于調整尺寸，并連接到用于制造電容器的夾具的用于電導體的各連接接線端上，然后僅僅將各電導體浸入半導體層形成溶液中。隨后，利用電流調節二極管側作為陽極并利用在半導體層形成溶液中設置的外部電極作為陰極，通過通電可形成半導體層。
通過使電流在半導體層形成溶液中經過，在介電層上形成半導體層，其中在該半導體層形成溶液中，溶解用于在通電后形成半導體的原材料以及如上所述的可選添加的摻雜劑(例如，已知的摻雜劑，例如芳基磺酸或其鹽、烷基磺酸或其鹽，以及各種聚磺酸或其鹽)。根據所用的電導體的種類、尺寸、質量、所形成的半導體層的希望厚度等，通電時間、半導體層形成溶液的濃度、pH和溫度，以及通電電流和電壓變化，因此，通過進行初步的實驗預先確定這些條件。并且，通過改變通電條件，可多次進行通電。此外，為修復在電導體上形成的介電層的缺陷，可在半導體層形成的過程中的任意階段(一次或多次)和/或最后階段進行常規已知的再次電化學形成操作。
在半導體層形成溶液中設置的外部電極用作通電時的反電極，因此利用導電物質，特別是金屬箔或片。優選利用電連接到至少一個電源部分的兩個或多個外部電極并將其設置為使功率可均勻地分布到浸入半導體層形成溶液中的所有的大量電導體。
并且，如以下實例所述，在電導體的表面上形成的介電層中產生電學微缺陷后，通過本發明的方法可形成半導體層。
例如，如圖3所示，當在圖1和2所示的絕緣樹脂板2的后表面上形成僅僅各自電連接到在前表面上的連接接線端4的電路，并且各電路的端部通過二極管8(優選整流二極管；陽極在用于電化學形成的電源接線端7的一側上；在本發明中，當簡稱為“二極管”時，該詞語不包括電流調節二極管)連接到在從前表面看時的右側中設置的接線端7(下文中，有時稱為“電源接線端”)時，可通過同樣的夾具進行在連接到各連接接線端4的電導體表面上的介電層的形成和半導體層的形成，這是有利的。更具體地說，通過電化學形成在電導體的表面上設置介電層時，電流從在絕緣襯底2的后表面上存在的用于電化學形成的電源接線端7中通過，此后，在介電層上形成半導體層時，電流從絕緣襯底2的電源接線端7或從電流調節二極管組的電流收集接線端3通過，因此雖然用于電化學形成的電流值和用于形成半導體層的通電值不同，但可通過相同的夾具實現這些操作。
不具體限制在絕緣襯底上的電流收集接線端、電流調節二極管、二極管和電源接線端的設置，但優選有利于形成電路的設置。例如，它們都可設置在絕緣襯底的一個表面上，或者分開設置在兩個表面上。具體地說，可以利用在絕緣襯底的一個表面上設置圖1的半導體層形成電路而在相反表面上設置圖3的用于電化學形成的電路的設置，或者在一個表面上設置圖4的電路(半導體層形成電路和電化學形成電路的主要部分)而在相反表面上設置圖5的電路(電化學形成電路的陽極側公共布線)的設置。雖然圖4和5中為了突出放大了連接接線端的尺寸，連接接線端4可以具有這樣的尺寸，以使連接接線端4的底部表面可與絕緣襯底的底部表面結合。
下面說明通過利用用于制造電容器的該夾具在電導體表面上形成介電層和在介電層上形成半導體層的方法。
將一個電導體置于并連接到用于制造電容器的夾具的各連接接線端，然后將各電導體浸入電化學形成溶液中。隨后，例如，可通過利用用于電化學形成的電源接線端作為陽極并通過利用在電化學形成溶液中設置的外部電極作為陰極，形成介電層。在電化學形成溶液中，溶解或懸浮常規已知的電解質，例如有機酸或鹽(例如己二酸、乙酸、己二酸銨、苯甲酸)及無機酸或鹽(例如磷酸、硅酸、磷酸銨、硅酸銨、硫酸、硫酸銨)。在考慮所用的電導體的種類、尺寸和質量及電容器的客觀標準時，通過進行初步實驗確定例如電化學形成溫度、時間、電流值和電壓的條件。在電導體表面上形成介電層后，停止用于電化學形成的來自電源接線端的電力供應，然后沖洗并干燥電導體。隨后，以與上述形成半導體層的方法相同的方式，使電流從絕緣襯底的前表面上的接線端或從電流調節二極管組的接線端通過，因此可在具有在其上形成的介電層的電導體的介電層上形成半導體層。
本發明的連接接線端的實例包括插孔結構的連接接線端、金屬板和由通過印刷技術形成的箔狀金屬材料構成的連接接線端。
在電導體具有條形或具有包括與其連接的引線的結構的情況下，通過將條形電導體或引線插入由金屬材料形成以使連接接線端能與電導體電連接的插孔部分，插孔結構的連接接線端可用于與電導體連接。用于插孔部分的金屬材料的實例包括金屬和合金，該金屬和合金包括至少一種選自銅、鐵、銀和鋁的金屬，并且可以用至少一種常規已知的鍍敷，例如錫、焊料鍍敷、鎳鍍敷、金鍍敷、銀鍍敷和銅鍍敷，表面鍍敷該金屬材料。
優選在其中平行排列各自包括金屬插孔和覆蓋該插孔的絕緣樹脂部分的連接接線端的連接接線端組用作本發明的連接接線端。例如，在用于在印刷板上安裝半導體元件的連接器之中，具有插孔部分和電連接到插孔部分的線性引線部分的連接器，其中引線部分機電地(electrically·mechanically)連接到下面將說明的在絕緣襯底上設置的電流注入型恒定電流源的輸出。通過該連接器，可以電連接電導體和電流注入型恒定電流源。
作為另一個實例，設置不具有引線但具有將襯底內安裝型(in-substrate fitting-type)接收部分電連接到插孔部分的結構的連接器。在這種情況下，將連接器的接收部分安裝到具有在其上設置的電流注入型恒定電流源的絕緣襯底的輸出布線部分中，從而可以通過連接器連接恒定電流源和電導體。
作為又一個實例，連接器可具有表面安裝型結構，其中設置了連接器電連接到插孔部分的印刷電路接觸部分。在這種情況下，例如，糊狀焊料附著到印刷電路接觸部分上，并且通過回流將印刷電路接觸部分焊接到具有在其上設置的電流注入型恒定電流源的絕緣襯底的預定布線部分，可以連接連接器和恒定電流源。
在連接部分是金屬片的連接接線端中，具有足夠大的能夠向其上連接電導體的尺寸的金屬片用作連接部分。為了有利于與電導體的連接，優選使金屬片表面經受至少一種鍍敷，例如錫鍍敷、焊料鍍敷、鎳鍍敷、金鍍敷和銀鍍敷。
如果金屬片具有足夠大的能夠連接電導體的尺寸，則金屬片的形狀已足夠。而且，如果以能夠維持設置的電導體間隔的間隔(與設置的電導體間隔幾乎相同的間隔)設置金屬片，則金屬片的設置已足夠。
具體地說，在設置的各電導體之間的間隔足夠寬的情況下，可將各金屬片的形狀做得像具有兩個或多個齒部分的梳子，因此最初使用金屬片時，進行將電導體連接到各金屬片的梳狀部分的一個齒部分并形成半導體層的一系列操作，并且從金屬片去除電導體后，通過利用金屬片在電導體上再次形成半導體層時，將電導體連接到各金屬片的梳狀部分的未用的齒部分，可重復該過程與齒部分的數量一樣多的次數。這是高效的，因為電容器的制造過程不需要每次都從用于制造電容器的夾具的連接接線端部分去除連接剩余物(例如，電導體的引線布線剩余物、連接處的焊接剩余物)的操作，而在重復電容器的制造過程與金屬片的梳狀部分的齒部分的數量一樣多的次數后，可一起去除連接剩余物。
在金屬片用作具有在其上設置的稍后所述的電流注入型恒定電流源的絕緣襯底的連接接線端的情況下，當例如通過插入操作，將金屬片附在并連接到襯底底部側(形成使用中的下端的側)，以從襯底的后表面擴展到前表面時，可通過在襯底的上側中具有電極且在下側中具有接收電極的普通電阻焊接機，將電導體連接到金屬片，這是優選的。
通過印刷電路印刷連接接線端本身得到包括箔狀金屬材料并通過印刷形成的連接接線端，因此該方法的實例包括利用主要包括銅的材料或主要包括金屬粉末和樹脂的導電膠的方法。
為了得到與電導體的良好連接，優選地，連接接線端部分經受至少一種選自錫鍍敷、鎳鍍敷、焊料鍍敷、金鍍敷、銀鍍敷等的鍍敷。
與上述利用金屬片作為連接接線端的情況類似地，在用于制造電容器的夾具上設置各自包括箔狀金屬材料并通過印刷形成以及與多個電導體連接的兩個或多個連接接線端的情況下，如果電導體可以連接到連接接線端，則各連接接線端的形狀已足夠，并且如果以足以維持設置的電導體間隔的間隔(與設置的電導體的間隔幾乎相同的間隔)設置連接接線端，則連接接線端的設置也已足夠。具體地說，與利用金屬片作為連接接線端的情況類似地，當設置的各電導體之間的間隔較寬時，可利用形狀像梳子的連接接線端。
也優選形成連接接線端部分，以從襯底的前表面擴展到后表面，并且電連接前和后表面上的這些連接接線端。例如，在襯底底部部分的兩個表面上印刷連接接線端部分，并且使得襯底底部部分的厚度部分通過利用導電膠等進行電連接，從而可在前和后表面上的連接接線端部分之間得到電導通。可選地，在襯底底部部分的兩個表面上印刷連接接線端部分之前或之后，可在印刷部分或在印刷部分的附近設置通孔，通過在通孔的內部也應用印刷布線，可在前和后表面上的連接接線端部分之間得到電導通。
優選通過在絕緣襯底上繪制的電路的預定部分設置恒定電流源的方法，將包括箔狀金屬材料并通過印刷技術繪制的連接接線端連接到電流注入型恒定電流源，因為這很簡單。
具有利用插孔結構和金屬片的結構的連接接線端也落入本發明的范圍。其實例包括具有包括襯底內安裝型的接收部分和電連接到接收部分的金屬片的結構的連接接線端，以及具有包括線性引線部分和電連接到引線部分的金屬片的結構的連接接線端。例如，在前一種情況下，將上述接收部分安裝到具有在其上設置的電流注入型恒定電流源的絕緣襯底的輸出布線部分中，且電導體進一步連接到金屬片，從而發揮了連接接線端的功能。在后一種情況下，將線性引線部分插入到在具有在其上設置的電流注入型恒定電流源的絕緣襯底中產生的通孔中，且電導體進一步連接到金屬片，從而發揮了連接接線端的功能。
例如，可通過焊接、焊接后插入安裝等，將連接電流調節二極管、二極管以及如果需要，各具有插孔結構或包括金屬片的連接接線端連接到具有在其上形成的電路的絕緣襯底上，制造和使用本發明的用于制造電容器的夾具。用于絕緣襯底的材料的實例包括玻璃纖維環氧樹脂、酰亞胺樹脂和陶瓷。絕緣襯底的厚度優選為1至10mm，更優選為1.5至4.0mm，進一步優選為1.2至4.0mm，當使用這個厚度范圍內的絕緣襯底時，可有利地確保良好的尺寸精度、即使在多次使用后的較小的變形和容易的可操縱性。
在本發明的電容器中，可在通過上述方法等形成的半導體層上設置電極層，以得到與電容器的外部輸出引線(例如引線框架)的良好電學接觸。
例如，可通過固化導電膠、鍍敷、氣相沉積金屬或形成熱阻導電樹脂膜形成電極層。導電膠的優選實例包括銀膠、銅膠、鋁膠、碳膠和鎳膠，可以單獨使用或兩種或多種結合使用這些導電膠。在使用兩種或多種膠的情況下，可以使其混合或使其作為分離的層一個疊加在另一個上面。然后通過允許其處于空氣中或加熱下固化施加的導電膠。
導電膠主要包括樹脂和例如金屬的導電粉末，如果需要，可以包括溶解樹脂的溶劑、樹脂固化劑等。固化時溶劑散失。
對于導電膠中的樹脂，可以使用各種已知的樹脂例如醇酸樹脂、丙烯酸樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、imidamide樹脂、酰胺樹脂、苯乙烯樹脂和聚氨酯樹脂。對于導電粉末，使用至少一種銀、鋁、金、碳、鎳的粉末或主要包括此類金屬的合金、表面層上具有此類金屬的涂覆粉末，及其混合粉末。
通常包括的導電粉末的量為40至97質量％。如果含量小于40質量％，制造的導電膠的電導率不利地很低，而如果含量超過97質量％，導電膠發生膠粘力破壞，這不是優選的。在將上述用于形成半導體層的導電聚合物或金屬氧化物粉末混合到導電膠后，可以使用導電膠。
鍍敷的實例包括鎳鍍敷、銅鍍敷、銀鍍敷和鋁鍍敷。氣相沉積的金屬的實例包括鋁、鎳、銅和銀。
具體地說，例如，在反電極上依次層疊碳膠和銀膠，然后用例如環氧樹脂的材料模制該整體，從而制造電容器。該電容器可具有包括預先或后來連接到電導體的金屬布線的引線。
例如通過樹脂模型、樹脂外殼、金屬套外殼、樹脂浸泡或層壓膜為具有本發明的結構的電容器裝套，從而完成為用于各種用途的電容器產品。
在這些電容器中，優選通過樹脂模型裝套的芯片電容器，因為可實現尺寸和成本的降低。
具體說明通過樹脂模型為電容器裝套的例子。將如上得到的電容器元件的部分導電層置于具有一對相反設置的端部部分的分別制備的引線框架的一個端部部分上，將部分陽極引線部分(為了調節尺寸，在切掉其末端后可以使用陽極引線)置于引線框架的另一端部部分上。在電或機械接合后，例如，通過固化導電膠接合前者和通過焊接接合后者，用樹脂模制該整體而將引線框架的部分各端部部分留在外面，并且在樹脂模型外部的預定部分切割并彎曲引線框架(當引線框架存在于樹脂模型的底部表面上并且模制該整體而僅僅留下引線的底部表面或底部和側表面未模制時，可以僅切割引線框架而不進行彎曲處理)，從而制造本發明的電容器。
如上所述切割引線框架，并最后形成電容器的外部接線端。其形狀是箔或扁平的形狀，并且用于該引線框架的材料是鐵、銅、鋁或主要包括此類金屬的合金。引線框架可以部分地或整體鍍敷有焊料、錫、鈦、鎳等。在引線框架與鍍敷之間，可以設置例如鎳和銅的底層鍍敷。
在上述切割和彎曲步驟之后或之前，可通過這些不同的金屬或合金鍍敷引線框架。也可以在安裝和連接電容器元件之前鍍敷引線框架，并在模制后的任意時間再次鍍敷引線框架。
在引線框架中，存在一對相反設置的端部部分，在端部部分之間設置間隙，從而各電容器單元的陽極部分和陰極部分彼此絕緣。
對于用于樹脂模型裝套的樹脂的種類，可以使用用于模制固體電解電容器的已知的樹脂，例如環氧樹脂、苯酚樹脂和醇酸樹脂，但各樹脂優選低應力樹脂，因為當使用這樣的樹脂時，可以減輕模制時產生的在電容器單元上的模制應力。用樹脂進行模制的生產機器優選傳送機。
這樣制造的電容器可以經受老化處理以修復在形成電極層時或在裝套時引起的介電層的熱的和/或物理的劣化。
通過施加預定的電壓(通常在額定電壓的2倍內)進行老化。根據電容器的種類和電容以及額定電壓，老化時間和溫度的最優值變化，并且通過進行實驗預先確定最優值，但是考慮到施加電壓的夾具的熱劣化，老化時間通常從幾分鐘到幾天，老化溫度通常為300℃或更低。對于老化氣氛，可以在降低的壓力、大氣壓力和外加壓力的任何一種條件下進行老化。并且，老化氣氛可以是空氣或例如Ar、N2和He的氣體，但是優選地是水汽的氣氛。當在包括水汽的氣氛中進行老化，然后在空氣或例如Ar、N2和He的氣體中進行老化時，有時進行介電層的穩定化。也可以在水汽的氣氛中進行老化，并且通過使電容器在150至250℃下空氣中保持1分鐘至10小時，去除多余的水含量后，進行老化。提供水汽的方法的實例包括通過利用加熱從置于老化爐中的水池提供水汽的方法。
對于施加電壓的方法，可以設計使任意的電流，例如直流、疊加在直流上的交流(具有任意波形)，以及脈沖電流通過。也可以在老化過程中停止施加電壓一次，然后再施加電壓。
因為可在恒定條件下形成半導體層，根據本發明制造的電容器的電容很穩定。結果，與常規產品相比，電容器組(同時制造的大量電容器)中的電容的變化很小。因此，在得到具有特定電容范圍的電容器的情況下，提高了產量。
根據本發明制造的電容器組可用于數字器件，例如個人計算機、服務器、照相機、游戲機、DVD、AV設備和蜂窩式電話，以及例如各種功率源的電子器件中。
圖1是示意圖，示出了根據本發明的用于制造電容器的夾具的一個實施例的結構；圖2是示意圖，示出了根據本發明的用于制造電容器的夾具的另一個實施例的結構；圖3是示意圖，示出了根據本發明的用于制造電容器的夾具的一個實施例的后表面的結構；圖4是示意圖，示出了根據本發明的用于制造電容器的夾具的另一個
具體實施例方式
參考實例更詳細地說明了本發明，然而，本發明不限于這些實例。
實例11.用于制造電容器的夾具的制造在長度為320mm，寬度為30mm和厚度為2mm的聚酰亞胺板2的一個表面(下文中，稱為“前表面”)上，通過印刷布線形成連接用于電導體的如圖1所示的連接接線端4(用示出了電導體的引線將連接到的位置的標記標明)與電流調節二極管1的各陽極，并在板的左側(在該實例中，頂側、底側、左側和右側以圖1為準)到達接線端3的電路。并且，在另一個表面(下文中，稱為“后表面”)上，如圖3所示，通過印刷布線形成僅電連接到前表面上的用于電導體的連接接線端的電路(當從前表面觀察時，該電路經過整流二極管8(10D-1，由Nihon Inter ElectronicsCorporation制造)，到達右側中用于電化學形成的電源接線端7)。這里，以均勻間隔設置60個用于電導體的連接接線端4。40μA或更低的電流調節二極管選自E-101L(產品代碼由Ishizuka Electronics Corporation制造)，并且通過焊接，將各電流調節二極管連接到板2上的固定位置(連接到用于電導體的連接接線端4的板中心側和在左側中到達接線端3的電路的陽極側)。
2.電容器的制造CV為80,000μF·V/g的鉭燒結體(尺寸為4×3×1mm，質量為72mg，以及輸出引線布線為0.29mmφ，其中從表面突出7mm的引線端部)用作電導體。為了防止溶液在隨后形成半導體層的步驟中向上飛濺，將由四氟乙烯制成的墊圈附在引線布線上。在對準方向和高度的同時，通過焊接將這些電導體連接到上述制造的用于制造電容器的夾具的連接接線端。在制備共10片用于制造電容器的夾具(共連接了600個電導體)后，在框架(由金屬制成的框架，支撐用于制造電容器的各夾具的左和右側，其中左和右支撐部分相互電絕緣，左側電連接到在夾具的前表面上存在的用于半導體形成的接線端，而右側電連接到在夾具的后表面上存在的用于電化學形成的電源接線端)上設置夾具，其中可以7mm的間隔平行排列夾具。
首先對該框架進行將電導體部分和部分引線布線浸入包括0.1％磷酸水溶液的電化學形成槽中的處理，并通過利用在用于制造電容器的夾具的后表面上存在的用于電化學形成的電源接線端作為陽極，利用在電化學形成槽中設置的外部電極(鉭板)作為陰極，通過在80℃下對電導體施加10V的電壓10小時，進行電化學形成，從而在電導體上和部分輸出引線上形成包括Ta2O5的介電層。然后從電化學形成槽中拉出該框架，用水沖洗并在100℃下干燥。
隨后，多次重復對框架進行的將電導體部分交替地浸入包括20％鉬酸鈉(sodium molybdenum)水溶液的槽中和包括10％硼氫化鈉水溶液中的處理操作，從而在介電層中產生微電缺陷部分。
此后，對框架進行將電導體部分浸入包括半導體層形成溶液(20％乙二醇和水的混合溶液，其中0.2M蒽醌磺酸鈉和亞乙基二氧噻吩被充以足夠大量的電以使不溶解部分存在)的槽(在該槽上層壓鉭箔，且該槽本身用作外部電極)中的處理，并通過利用在電流調節二極管側中的接線端3作為陽極，利用外部電極作為陰極，在8V下使接線端3通過電流1小時，以形成半導體層。然后拉出框架，沖洗并在100℃下干燥。進一步對該框架進行將電導體部分浸入上述電化學形成槽中的處理，并在通過利用用于電化學形成的電源接線端對電導體施加7V的電壓1小時的同時，在80℃下再次進行電化學形成。然后拉出框架，沖洗并在100℃下干燥。重復10次形成半導體層并再次進行電化學形成的該處理后，對該框架進行將電導體部分順序浸入碳膠槽中然后浸入銀膠槽中的處理，然后干燥，從而在半導體層上層疊電極層。
在形成電極層后，從用于制造電容器的各夾具去除各電導體。在具有錫鍍敷表面的分別制備的引線框架的兩個凸出部分上，將電導體的引線布線置于陽極側并通過點焊接連接，將電導體的銀膠側置于陰極側并通過銀膠連接。此后，用環氧樹脂模制除了部分引線框架外的該整體(在樹脂模型外部的預定位置切割引線框架，然后彎曲該引線框架)，以制造尺寸為7.3×4.3×1.8mm的芯片電容器。在2.5V的額定電壓下得到的電容器的電容為480μF，其電容分布是在470至490μF的范圍內的電容器的數量為469，在490至510μF的范圍內的電容器的數量為85，在510至530μF的范圍內的電容器的數量為4，在450至470μF的范圍內的電容器的數量為39以及在430至450μF的范圍內的電容器的數量為3。
比較實例1通過在8V下直接對電導體通過電流1小時而不插入本發明的用于制造電容器的夾具的同時，形成實例1中的半導體層，制造用于比較的電容器。用于比較的電容器的電容分布是在470至490μF的范圍內的電容器的數量為285，在490至510μF的范圍內的電容器的數量為54，在510至530μF的范圍內的電容器的數量為16，在530至550μF的范圍內的電容器的數量為3，在450至470μF的范圍內的電容器的數量為144，在430至450μF的范圍內的電容器的數量為71，以及在380至430μF的范圍內的電容器的數量為27。
由實例1和比較實例1的結果可以看出，在實例1中得到的電容器組具有明顯窄于在比較實例1中得到的電容器組的電容分布。
實例21.用于制造電容器的夾具的制造在長度為320mm，寬度為30mm和厚度為1.2mm的玻璃環氧板2的一個表面(稱為“前表面”)上，通過印刷布線形成圖4的電路，并且在另一個表面(稱為“后表面”)上，通過印刷布線形成圖5的電路。更具體地說，形成連接具有用于電導體的插孔結構的連接接線端4與電流調節二極管1的各自的陽極并到達在板左側中的電流收集接線端3的電路，以及連接到在板前表面上的連接接線端，經過與調節二極管交替地平行排列的各整流二極管8并從通孔9到達在板的后表面上的用于電化學形成的電源接線端7的電路。所用的用于電導體的連接接線端是具有間隔為2.54mm的64針的倒角針DIP插孔結構的連接接線端(PCD插座399系列，由Tokiwa & Co.，Inc.制造)，并且通過在玻璃環氧板中設置與插孔對應的64個通孔，將插孔針插入通孔中，并通過焊接連接。40至70μA的電流調節二極管選自由Ishizuka Electronics Corporation制造的E-101L，并通過焊接連接各電流調節二極管。并且，由Nihon Inter Electronics Corporation制造的EP05DA40用作整流二極管，并通過焊接連接各整流二極管。
2.電容器的制造CV為70,000μF·V/g的鉭燒結體(尺寸為4.1×3×1.5mm，質量為115mg，以及輸出引線布線為0.52mmφ，其一個端部的引線嵌入燒結體內4mm，而另一端部從表面突出10mm)用作電導體。為了阻止溶液在隨后形成半導體層的步驟中向上飛濺，將由四氟乙烯制成的墊圈附在引線布線上。在對準方向的同時，將這樣構成的電導體插入前面制造的用于制造電容器的夾具的連接接線端中。
在制備共10片用于制造電容器的夾具(共連接了640個電導體)后，在與實例1所用的框架相同的框架上設置夾具，其中可以11mm的間隔平行排列夾具。首先對該框架進行將電導體部分和部分引線布線浸入包括0.1％磷酸水溶液的電化學形成槽中的處理，并通過利用用于制造電容器的夾具的后表面上存在的用于電化學形成的電源接線端作為陽極，利用在電化學形成槽中設置的外部電極(鉭板)用作陰極，通過在80℃下對電導體施加9V的電壓10小時，進行電化學形成，從而在電導體上和部分輸出引線上形成包括Ta2O5的介電層。然后從電化學形成槽中拉出該框架，用水沖洗并在100℃下干燥。隨后，通過重復對框架進行的將電導體部分浸入包括2％亞乙基二氧噻吩的乙醇溶液的槽中的處理、拉出、擱置、將電導體部分浸入包括18％萘磺酸鐵的乙醇溶液的槽中的處理、拉出、在40℃下擱置30分鐘、將電導體部分浸入包括乙醇的槽中的處理，拉出并在80℃下干燥的一系列操作，在介電層上產生主要包括亞乙基二氧聚合物的微電缺陷部分。
此后，對框架進行將電導體部分浸入包括0.1％的乙酸水溶液的電化學形成槽中的處理，并通過利用用于制造電容器的夾具的后表面上存在的用于電化學形成的電源接線端作為陽極，利用在電化學形成槽中設置的外部電極(鉭板)作為陰極，通過在80℃下對電導體施加8V的電壓15分鐘，再次進行電化學形成。隨后，對該框架進行將電導體部分浸入包括半導體層形成溶液(20％乙二醇和水的混合溶液，其中溶解了飽和濃度或更低濃度的亞乙基二氧噻吩單體水溶液和蒽醌磺酸)的槽(在該槽上層壓鉭箔，且該槽本身用作外部電極)中的處理，并通過利用在電流調節二極管側中的電流收集接線端3作為陽極，利用外部電極作為陰極，在11V下對電流收集接線端3施加電流30分鐘，以形成半導體層。然后拉出框架，用水沖洗并進一步用乙醇沖洗，并在80℃下干燥。對框架進行將電導體部分浸入上述電化學形成槽中的處理，并在通過利用用于電化學形成的電源接線端對電導體施加7V的電壓15分鐘的同時，在80℃下再次進行電化學形成。然后拉出框架，用水沖洗并進一步用乙醇沖洗，并在80℃下干燥。在重復10次形成半導體層并再次進行電化學形成的該處理后，對該框架進行將電導體部分順序浸入碳膠槽中和銀膠槽中的處理，然后干燥，從而在半導體層上層疊電極層。
在形成電極層后，從用于制造電容器的各夾具去除各電導體。在具有錫鍍敷表面的分別制備的引線框架的兩個端部部分上，在切割并去除部分引線布線的同時，將電導體的引線布線置于陽極側，并通過點焊接連接，并且將電導體的銀膠側置于陰極側并通過銀膠連接。此后，用環氧樹脂模制除了部分引線框架外的該整體(在樹脂模型外部的預定位置切割引線框架，然后彎曲該引線框架)，以制造尺寸為7.3×4.3×2.8mm的芯片電容器。在60℃下和90％RH下恒濕度槽中擱置該電容器24小時，然后在185℃下干燥10分鐘，并對電導體施加3.5V的電壓的同時在125℃下進行老化5小時。在2.5V的額定電壓下得到的電容器的電容為680μF，其電容分布是在720至645μF的范圍內的電容器的數量為572，在720至750μF的范圍內的電容器的數量為42，在750至780μF的范圍內的電容器的數量為20，以及在645至610μF的范圍內的電容器的數量為6。
比較實例2通過在11V下直接對電導體通過電流30分鐘而不插入本發明的用于制造電容器的夾具的同時，形成實例1中的半導體層，制造用于比較的電容器。用于比較的電容器的電容分布是在720至645μF的范圍內的電容器的數量為351，在720至750μF的范圍內的電容器的數量為25，在750至780μF的范圍內的電容器的數量為2，在645至610μF的范圍內的電容器的數量為157，在610至575μF的范圍內的電容器的數量為88，在575至540μF的范圍內的電容器的數量為13，以及在540至510μF的范圍內的電容器的數量為4。
由實例2和比較實例2的結果可以看出，在實例2中得到的電容器組具有明顯窄于在比較實例2中得到的電容器組的電容分布。
工業適用性本發明提供了一種用于制造電容器的夾具和一種電容器的制造方法，其中通過使電流經過電流調節二極管形成半導體層。根據本發明，可得到具有窄的表觀電容分布的電容器組。
權利要求
1.一種用于制造電容器的夾具，用于在兩個或多個各具有在其表面上形成的介電層的電導體上通過通電形成半導體層，所述夾具包括兩個或多個電流注入型恒定電流源，所述電流注入型恒定電流源各具有與用于所述電導體的連接接線端串聯電連接的輸出。
2.一種用于制造電容器的夾具，用于在兩個或多個電導體上通過通電形成介電層和半導體層，其中所述夾具包括各具有與所述電導體的各連接接線端連接的陰極并各具有相互電連接的陽極的二極管，以及兩個或多個電流注入型恒定電流源，所述電流注入型恒定電流源各具有與用于所述電導體的連接接線端電連接的輸出。
3.根據權利要求1或2的用于制造電容器的夾具，其中所述電流注入型恒定電流源由兩個或多個各陽極電連接且各陰極用作輸出的電流調節二極管構成。
4.根據權利要求1或2的用于制造電容器的夾具，其中通過電纜電連接用于所述電導體的所述連接接線端和所述電流注入型恒定電流源的所述輸出。
5.根據權利要求2或3的用于制造電容器的夾具，其中所述夾具包括與所述電流調節二極管的各陽極電連接的接線端。
6.根據權利要求1或4的用于制造電容器的夾具，其中所述夾具還包括各陰極連接到各電導體的所述連接接線端的二極管，并包括與所述二極管的各陽極電連接的接線端。
7.根據權利要求1、2、4或6的用于制造電容器的夾具，其中用于所述電導體的所述連接接線端具有插孔結構。
8.根據權利要求1、2、4或6的用于制造電容器的夾具，其中用于所述電導體的所述連接接線端是金屬片。
9.根據權利要求1、2、4或6的用于制造電容器的夾具，其中用于所述電導體的所述連接接線端是通過印刷形成的箔狀金屬材料。
10.根據權利要求2、8或9的用于制造電容器的夾具，其中用于所述電導體的所述連接接線端具有梳子形狀。
11.一種制造電容器的方法，包括利用權利要求1至10中任何一項所述的用于制造電容器的所述夾具。
12.一種制造電容器的方法，包括利用具有在其表面上形成的介電層的電導體作為一部分電極，并通過通電形成半導體層設置另一個電極，其中通過利用恒定電流源進行通電。
13.根據權利要求12的制造電容器的方法，其中所述恒定電流源由電流調節二極管構成。
14.根據權利要求11的制造電容器的方法，其中將在其上具有介電層并連接到用于制造電容器的所述夾具的用于電導體的各連接接線端的所述電導體浸入半導體層形成溶液中，并利用所述電導體側作為陽極，利用在所述半導體層形成溶液中設置的電極作為陰極，通過通電形成所述半導體層。
15.根據權利要求11的制造電容器的方法，其中通過利用相同的用于制造電容器的夾具進行在所述電導體的所述表面上所述介電層的形成和所述半導體層的形成。
16.一種通過利用權利要求11至15中的任何一項所要求的方法制造的電容器組。
全文摘要
本發明提供了一種電容器制造方法，其中具有在其上形成的介電層的電導體用作一個電極，通過通電，包括通過恒定電流二極管進行的通電，形成將作為另一個電極的半導體層，并且提供了一種用于制造電容器的夾具，用于在兩個或多個各具有在其表面上形成的介電層的電導體上通過通電形成半導體層，根據所述電導體的數量，所述夾具包括兩個或多個電流注入型恒定電流源，所述電流注入型恒定電流源各具有與用于所述電導體的連接接線端串聯電連接的輸出。利用本發明的所述夾具，能夠制造電容變化小的包括作為一個電極的半導體的電容器。
文檔編號H01G9/04GK1820334SQ20048001975
公開日2006年8月16日 申請日期2004年7月9日 優先權日2003年7月10日
發明者內藤一美, 田村克俊 申請人:昭和電工株式會社