DE69712999T2

DE69712999T2 - Festelektrolytkondensator mit vorplattierten Leiteranschlüssen und dessen Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69712999T2
Application number: DE69712999T
Authority: DE
Inventors: Yoshio Ida; Akiyoshi Tainaka
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2017-07-19
Also published as: US6127205A; KR100279861B1; US6294826B1; EP0823719A1; EP0823719B1; CN1175881A; CN1115084C; DE69712999D1; KR980013559A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf in Kunststoff eingekapselte elektronische Bauteile mit Leitungsanschlüssen und insbesondere auf einen chipartigen Festelektrolytkondensator mit plattierten Leitungsanschlüssen und dessen Herstellungsverfahren.
Mit der schrittweisen Verringerung des Gewichtes und der Größe von elektronischem Gerät und dem Fortschritt der Auflötverfahrenstechnologie, haben sich solche chipartigen Bauteile wie z. B. Festelektrolytkondensatoren, die eine geringe Größe und eine hohe Kapazität aufweisen, immer mehr eines erweiterten Marktumfanges erfreut und werden für verschiedene Anwendungen benutzt.
Wie in Fig. 8 gezeigt, hat herkömmlicherweise ein chipartiger Festelektrolytkondensator ein Kondensatorbauteil 1 mit einer Kathodenschicht 3, eine Anodenleitung 2, einen Anodenleitungsanschluß 8, der mit der Anodenleitung 2 durch Schweißen od. dgl. verbunden ist, und einen Kathodenleitungsanschluß 9, der mit der Kathodenschicht 3 verbunden ist.
Ferner sind die Kathodenschicht 3 und der Kathodenleitungsanschluß 9 durch einen leitenden Kleber 10 wie z. B. Silberpaste verbunden. Der Kondensator ist durch einen Kunststoff 6 gekapselt, wobei Teile der Anoden und Kathodenleitungsanschlüsse 8 und 9 zugänglich bleiben. Zusätzlich werden die Anoden und Kathodenleitungsanschlüsse 8 und 9 entlang der äußeren Oberfläche der Kunststoffkapselung 6 gebogen. Da diese Leitungsanschlüsse 8 und 9 mit einer Plattierschicht aus Lot od. dgl. durch ein direktes Stromplattierverfahren, das einen wie in Fig. 9 gezeigten linearen Stromverlauf benutzt, vorplattiert sind, weisen sie die folgenden Nachteile (1) und (2) auf.
(1) Organische Komponenten, die in einer Plattierlösung enthalten sind, wie z. B. Aufheller oder Dispergiermittel, werden in die Plattierschicht eingebaut. Demzufolge enthält die Plattierschicht aus Lot od. dgl., die auf den Anoden- und Kathodenleitungsanschlüssen 8 und 9 gebildet wurde, eine beträchtliche Menge der folgenden organischen Substanzen.
Probe: Plattierschicht, die durch direktes Stromplattieren gebildet wurde.
Nachgewiesene Komponenten: Dichlortoluol
N, N, 2,6-Tetramethylbenzolamin,
Trichlorbenzol,
Chlorbenzolmethanol,
Dichlorbenzoylwasserstoff,
Dichlorbenzolmethanol,
Laurinsäuremethyl
Wenn solche vorplattierten Leitungsanschlüsse für kunststoffgekapselte Arten von elektronischen Bauteilen verwendet werden, werden die organischen Substanzen in der Plattierschicht des Lots od. dgl. durch thermischen Streß verdampft, wenn das Bauteil aufgebracht wird, um eine beträchtliche Menge von Gas zu erzeugen.
Das Gas, das somit in einer haftenden Zwischenschicht zwischen dem leitenden Kleber 10 und dem Kathodenleitungsanschluß 9 erzeugt wird, beeinträchtigt die Verbindungsverläßlichkeit und verringert die Verbindungsstärke zwischen dem leitenden Kleber 10 und dem Kathodenleitungsanschluß 9. Schlimmstenfalls kann der Kathodenleitungsanschluß sich ablösen, was einen elektrisch offenen Stromkreis ergibt.
(2) Das plattierte Lot der Leitunganschlüsse 8 und 9 in der Kunststoffkapselung 6 neigt dazu, sich aus der Kunststoffkapselung herauszulösen, um Lötperlen 7 zu bilden. Dies geschieht, wenn eine übermäßig große Menge einer organischen Substanz aufgrund thermischen Stresses beim Aufbringen des elektronischen Bauteils erzeugt wird. Die sich daraus ergebenden Lötperlen 7 können die Verdrahtungsmuster kurzschließen, wenn das Bauteil auf eine Leiterplatte angebracht wird.
Um die vorangegangenen Nachteile zu vermeiden, ist es möglich, nur die freiliegenden Teile der Leitungsanschlüsse zu plattieren. Allerdings erhöht solch ein selektives Plattieren die Produktionskosten.
Die Patent Abstracts of Japan, Vol. 95, Nr. 11 und JP07202100A (Yamaha Corporation) offenbaren ein Verfahren zum Plattieren von Leitungsteilen einer Halbleitervorrichtung, bei dem abwechselnd positive Strompulse und negative Strompulse mit Absolutwerten, die geringer als die der positiven Strompulse sind, zugeführt werden. Durch diese Maßnahmen können plattierte Schichten mit einer fast konstanten Dicke über die gesamten Leitungsteile erhalten werden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Bauteil wie z. B. ein Festelektrolytkondensator, der unter Gebrauch von leitendem Kleber eine gute Verbindungsverläßlichkeit an seinen Verbindungsbereichen aufrechterhält und das Entstehen von Lötperlen verhindert, und ein Verfahren zum Herstellen desselben bereitzustellen, ohne auf ein selektives Plattierverfahren zurückzugreifen.
Nach der vorliegenden Erfindung wird die obige Aufgabe durch einen Festelektrolytkondensator nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen desselben nach Anspruch 4 erreicht; die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung.
Die obige Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch Gebrauch von elektroplattierten Leitungsanschlüssen erreicht, die organische Substanzen in einer Menge von 0,03 Gew.-% oder weniger enthalten. Für den Fall eines Festelektrolytkondensators wird ein vorplattierter Anodenleitungsanschluß an eine Anodenleitung eines Kondensatorbauteiles geschweißt und ein vorplattierter Kathodenleitungsanschluß wird mit einer Kathodenschicht des Kondensatorbauteiles unter Gebrauch eines leitenden Klebers verbunden. Das Kondensatorbauteil wird durch ein Isolationsteil so eingekapselt, daß ein Bereich der Anoden- und Kathodenleitungsanschlüsse zugänglich bleibt. Sowohl die eingekapselten als auch die zugänglichen Bereiche der vorplattierten Anoden- und Kathodenleitungsanschlüsse haben eine vorplattierte Schicht, die organische Substanzen in einer Menge von 0,03 Gew.-% oder weniger enthält.
Solch eine geringe Menge der organischen Substanzen in der elektroplattierten Schicht kann durch Gebrauch eines besonderen Pulsplattierverfahrens mit einem Stromverlauf erreicht werden, der einen Gegenpuls aufweist. Einschaltzeit und Ausschaltzeit des Stromverlaufes wird auf ungefähr 10 bis 500 msec ausgewählt und die Ausschaltzeit enthält einen (negativen) Gegenpuls, der eine Amplitude von der der Einschaltzeit von ¹/&sub2; bis 1/50 und eine Dauer von 2 bis 20 msec aufweist.
Fig. 1 ist eine Seitenquerschnittsansicht eines chipartigen Festelektrolytkondensators nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
Fig. 2A ist eine perspektivische Darstellung eines chipartigen Festelektrolytkondensators, der vor einem Gußprozeß in einem Leiterrahmen eingebaut wird.
Fig. 2B ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung, die einen in Fig. 2A gezeigten Hauptbereich B zeigt.
Fig. 3 ist ein Verlaufsdiagramm, das ein Beispiel des Stromverlaufs zeigt, das in dem Pulsplattierverfahren der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
Fig. 4 ist ein Verlaufsdiagramm, das ein Beispiel des Stromverlaufes zeigt, das in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
Fig. 5 ist ein Diagramm eines Plattiergerätes zum Gebrauch bei der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 ist ein Graph, der den Verunreinigungsgehalt der Plattierschicht mit der Kathodenverbindungsstärke in Beziehung setzt.
Fig. 7 ist ein Graph, der die Entstehungsrate von Lötperlen als eine Funktion des Verunreinigungsgehaltes zeigt.
Fig. 8 ist eine Seitenquerschnittsansicht eines Beispiels eines herkömmlichen chipartigen Festelektrolytkondensators.
Fig. 9 ist ein Verlaufsdiagramm, das ein Beispiel des Stromverlaufes zeigt, das bei einem herkömmlichen direkten Stromplattierverfahren benutzt wird.
Unter Bezug auf Fig. 1 wird ein Anodenkörper eines Ventilmetalls wie z. B. Tantal einer anodischen Oxidation unterworfen und darauf werden nacheinander eine Festelektrolytschicht wie z. B. eine Manganoxidschicht, eine Kohlenstoffschicht und eine Silberpastenschicht gebildet. Demzufolge wird ein Festelektrolytkondensatorbauteil 1 mit einer Kathodenschicht 3 in der äußersten Schicht gebildet. Wie in Fig. 2A gezeigt, sind die in diesem Kondensatorbauteil 1 eingebettete Anodenleitung 2 und ein vorplattierter Anodenleitungsanschluß 8 miteinander mittels Schweißen od. dgl. verbunden. Ein vorplattierter Kathodenleitungsanschluß 9 ist mit der Kathodenschicht 3 über einen leitenden Kleber 10 verbunden. Der Aufbau wird danach mit einem elektrisch isolierenden Teil 6, wie z. B. Epoxydharz mittels eines Preßspritzverfahrens so eingekapselt, daß jeweils ein Bereich der Anoden- und Kathodenleitungsanschlüsse 8 und 9 zugänglich ist.
Da ein Leiterrahmen 900 aus einem (nicht gezeigten) lötplattierten Metallband ausgestanzt wird, sind die Leitungsanschlüsse 8 und 9 mit einer oberen Lötplattierschicht 91 und einer unteren Lötplattierschicht 92 versehen und deren Seitenkanten sind, wie in Fig. 2B gezeigt, nicht plattiert. Es braucht nicht erwähnt zu werden, daß Lötplattieren für den Leiterrahmen nach dem Ausstanzen aus einem nichtplattierten Metallband durchgeführt werden kann. In diesem Fall ist die ganze Oberfläche des Leiterrahmens mit einer Plattierschicht überzogen.
Die Lötplattierschicht der vorliegenden Erfindung wird unter Gebrauch eines Pulsplattierverfahrens mit einem Stromverlauf gebildet, der eine Einschaltzeit von ungefähr 10 bis ungefähr 500 msec einschließlich eines positiven Strompulses und eine Ausschaltzeit von ungefähr 10 bis 500 msec einschließlich eines negativen Strompulses, wie in Fig. 3 gezeigt, aufweist. Der negative Strompuls (Gegenpuls) hat eine Amplitude, die 1/2 bis 1/50 der des positiven Strompulses beträgt, und eine Dauer von 2 bis 20 msec. Vorzugsweise fließt außer dem Gegenpuls kein Strom während des AUS-Bereiches des Verlaufes. Der Zeitpunkt des negativen Strompulses ist nicht auf die in Fig. 3 gezeigte Stellung begrenzt, sondern kann jede Stellung zweier angrenzender positiver Strompulse annehmen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Stromverlauf eine Einschaltzeit (positiver Puls) von 200 msec und eine Ausschaltzeit von 200 msec einschließlich eines negativen Pulses von 10 msec bei der abfallenden Flanke des positiven Pulses wie in Fig. 4 gezeigt. Die Amplitude des negativen Pulses wird ausgewählt, 1/10 des positiven Pulses zu sein. Das Pulsplattierverfahren der vorliegenden Erfindung verringert die Menge der organischen Substanzen (z. B. Dispergiermittel und/oder Aufheller) von der Lötplattierschicht mit einer Dicke von ungefähr 4 gm.
Eine wohlbekannte wie in Fig. 5 gezeigte Plattiervorrichtung einschließlich eines Plattierbades 13, einer Elektrode 14, eines Leitungsanschlußbasismetalls 15 und einer Stromquelle 16 kann für diese Erfindung benutzt werden. Wenn positive und negative Pulse an die Elektrode 14 angelegt werden, kann das Basismetall 15 geerdet werden. Die Elektrode 14 besteht aus einer Pb/Sn-Legierung und das Lötplattierbad enthält 10 bis 60 Vol% Sn(BF&sub4;)&sub2;, 1 bis 40 Vol% Pb(BF&sub4;)&sub2;, 10 bis 70 Vol% HBF&sub4; und 1 bis 20 Vol% Zusätze. Das Basismetall wird aus der bekannten 42-Legierung hergestellt, die häufig für Leitungsanschlüsse von elektronischen Bauteilen benutzt wird. Selbstverständlich ist das Lötplattierbad nicht auf die oben beschriebene Lösung beschränkt, sondern es kann z. B. die im US-Patent Nr. 4 589 962 offenbarte Lötplattierlösung benutzt werden.
Die Verbindungsstärke zwischen der Kathodenschicht 3 und dem Kathodenleitungsanschluß 9 des somit vor dem Bilden der externen Kapselung hergestellten chipartigen Festelektrolytkondensators wurde beurteilt. Wie in Fig. 6 gezeigt, fanden die Erfinder, daß die Verbindungsstärke bei der vorliegenden Erfindung ungefähr 1,5 mal größer als bei einer herkömmlichen Vorrichtung war. Die Schwankungen der Verbindungsstärke wurden auch um 20% oder mehr verringert.
Nachdem die externe Kapselung gebildet wurde, wurde zusätzlich das Produkt in einem Wärmeofen befördert, um es thermischem Streß zu unterwerfen, und es wurde auf Lötperlenbildung untersucht. Man fand, daß die Lötperlen zu 75% der Zeit (75% Lötperlenerzeugungsrate) erzeugt wurden, wenn der Kathodenleitungsanschluß eine darauf unter Gebrauch eines herkömmlichen Direktstromplattierverfahrens gebildete Plattierschicht hatte, während keine Lötperlen beim Herstellen des Festelektrolytkondensators der vorliegenden Erfindung erzeugt wurden.
Wie man weiterhin deutlich aus der Beziehung zwischen der Kathodenverbindungsstärke und dem Verunreinigungsgewichtsanteil sieht, fanden die Erfinder, daß wie in Fig. 7 gezeigt, im wesentlichen keine Lötperlen gebildet wurden, wenn der Anteil an organischen Substanzen (Verunreinigung) in der Lötplattierschicht 0,03 Gew.-% oder weniger beträgt.
Diese Wirkung wird erreicht, indem eine Plattierschicht auf allen Oberflächen der Anoden- und Kathodenleitungsanschlüsse bereitgestellt wird oder indem nur die obere Plattierschicht 91 der Anoden- und Kathodenleitungsanschlüsse 8 und 9 bereitgestellt wird, deren Oberfläche nacheinander auf eine Leiterplatte gelötet wird.
Der Anteil der organischen Substanzen (Verunreinigungen), die in einer Plattierschicht enthalten sind, die auf den Anoden- und Kathodenleitungsanschlüssen nach einem herkömmlichen Direktstromplattierverfahren gebildet wurden, beträgt ungefähr 0,2 Gew.-%. Andererseits kann bei dem Pulsplattierverfahren der vorliegenden Erfindung der Verunreinigungsanteil verringert werden, wenn das Bauteil einer thermischen Montagebeanspruchung unterworfen wird und keine Lötperlen gebildet werden.
Gleichwohl sind zum Bereitstellen einer einheitlichen Plattierschicht einfache Pulsplattierverfahren bekannt. Zum Beispiel zeigt die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 62-151592, daß ein Pulsstrom mit einer Einschaltzeit von einer Millisekunde und einer Ausschaltzeit von 25 bis 35 Millisekunden an die Plattierelektroden angelegt wird, um eine defektfreie Edelmetallplattierschicht zu bilden. Da allerdings die Einschaltzeit sehr kurz ist und während der Ausschaltzeit kein Gegenpuls bereitgestellt wird, enthält die Plattierschicht noch organische Substanzen in einer Menge von 0,05 bis 0,08 Gew.-%.
Andererseits zeigt die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 62-95698 ein Lötplattierverfahren zum Erhalten einer gleichförmigen Lötplattierschicht auf sowohl leitenden Schaltmustern als auch auf Durchgangslöchern einer Mehrschichtenleitungsplatine. Obwohl ein Gegenpuls an die Plattierelektroden angelegt wird, wird dort keine Bemerkung über die organischen Substanzen in der Plattierschicht gemacht. Da die Pulsbreite ausgewählt wurde, ohne Ausschaltzeit 4,0 msec oder weniger zu sein und sowohl der positive als auch der negative Puls die gleiche Amplitude haben, ist es ungewiß, ob die Menge der organischen Substanzen in der Plattierschicht weniger als 0,03 Gew.-% beträgt oder nicht. Selbst wenn die Menge der organischen Substanzen weniger als 0,03 Gew.-% betrüge, würde die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 63-95-689 die vorliegende Erfindung nicht vorwegnehmen, da sie nichts über den Festelektrolytkondensator und seine lötplattierten Leitungsanschlüsse erwähnt, die mit der Kathodenschicht durch Gebrauch eines leitenden Klebers verbunden ist, geschweige denn daß sie die Probleme der Erzeugung von Gasblasen und Lötperlen erwähnt, die besonders die Arten von gegossenen elektronischen Bauteilen betrifft, die vorplattierte Leitungsanschlüsse haben, die durch deren vergossene Verkapselung durchführen.
Wie oben beschrieben werden die oben beschriebenen Vorteile verwirklicht, indem die Anoden und Kathodenleitungsanschlüsse mit einer Lötschicht oder dgl. unter Gebrauch des Pulsplattierverfahrens der vorliegenden Erfindung plattiert werden.
(1) Da organische Substanzen wie z. B. Aufheller und/oder Dispergiermittel, die üblicherweise in der Plattierlösung enthalten sind, nicht in die Plattierschicht eingebaut werden, im Unterschied zu dem Fall, bei dem das Lot durch ein Direktstrom-Plattierverfahren plattiert wird, haben die Plattierschichten, die auf den Anoden- und Kathodenleitungsanschlüssen gebildet wurden, einen niedrigen Anteil an organischen Substanzen. Somit wird beim Aufbringen des fertiggestellten elektronischen Bauteils kaum irgendein Gas aufgrund des thermischen Streß in der haftenden Zwischenschicht zwischen dem leitenden Kleber und dem Kathodenleitungsanschluß erzeugt. Demzufolge wird die Verbindungsverläßlichkeit erhöht.
(2) Zusätzlich ist es möglich, das Problem der Lötperlenerzeugung zu beseitigen.
Für den Fachmann sollte es offensichtlich sein, daß verschiedene Abänderungen im Aufbau und Detail der wie oben gezeigten und beschriebenen Erfindung gemacht werden können. Dies bedeutet, daß solche Änderungen in dem Umfang der hier beigefügten Ansprüche eingeschlossen sein sollen.

Claims

1. Festelektrolytkondensator mit:

einem Kondensatorelement (1), vorbeschichteten Anoden- und Kathoden-Leitungsanschlüssen (8, 9), wobei der Anodenleitungsanschluß (8) an eine Anodenleitung (2) des Kondensatorelementes geschweißt ist und der Kathodenleitungsanschluß (9) über ein leitendes Haftmittel (12) mit einer Kathodenschicht (3) des Kondensatorelementes verbunden ist, und

einem Isolierelement (6), das das Kondensatorelement (1) einkapselt und einen Teil der Leitungsanschlüsse (8, 9) freiläßt, wobei die vorbeschichteten Leitungsanschlüsse (8) eine Plattierschicht (91) aufweist, die organische Substanzen zu einem Anteil von 0,03 Gew-% oder weniger enthält, wobei die Plattierungsschicht durch Verwendung eines Pulsplattierungsverfahrens mit Pulsplattierung mit einer Stromsignalform mit einem Gegenpuls gebildet wird.

2. Kondensatorelektronik nach Anspruch 1, wobei die Plattierungsschicht eine Lotplattierungsschicht aufweist.

3. Kondensator nach Anspruch 1, wobei die Plattierungsschicht (91) nur auf einer oberen und einer unteren Fläche der Anoden- und Kathodenleitungsanschlüsse vorhanden ist.

4. Verfahren zum Herstellen eines Festelektrolytkondensators mit:

Ausbilden von vorplattierten Anoden- und Kathoden-Leitungsanschlüssen (8, 9) mit einer Plattierungsschicht (91), die organische Substanzen zu einem Anteil von 0,03 Gew-% oder weniger enthält, unter Einsatz eines Pulsplattierungsverfahrens mit einer Pulsplattierung mit einem Stromsignalverlauf mit einem Gegenpuls,

Vorsehen eines Kondensatorelementes (1),

Schweißen des vorplattierten Anodenleitungsanschlusses (8) an eine Anodenleitung (2) des Kondensatorelementes (1) und Verbinden des Kathodenleitungsanschlusses (9) mit einer Kathodenschicht (3) des Kondensatorelementes über ein leitfähiges Haftmittel (10) und

Einkapseln des Kondensatorelementes (1) unter Freilassung eines Teils des vorplattierten Leitungsanschlusses (8, 9).

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Stromverlauf eine Einschaltzeit von etwa 10 bis 500 ms einschließlich eines positiven Strompulses aufweist, eine Ausschaltzeit von 10 ms bis 500 ms einschließlich eines Gegenpulses, wobei der Gegenpuls ein negativer Strompuls ist mit einer Amplitude, die von ¹/&sub2; bis 1/50 der des positiven Strompulses beträgt, und mit einer Dauer von 2 bis 20 ms.

6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt der Ausbildung einer Plattierungsschicht (91) ein Elektroplattierungsbad und eine Pulsstromquelle vorsieht, das Eintauchen eines Leitungsanschlußbasismetalls in das Plattierungsbad und das Durchlaufenlassen eines Pulsierstroms mit einem Gegenpuls durch das Plattierungsbad.

7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt der Ausbildung einer Plattierungsschicht (91) das Plattieren eines Metallbleches und Stanzen des Metallbleches umfaßt, um vorplattierte Leitungsanschlüsse zu erhalten, die eine Plattierungsschicht nur auf einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche der Leitungsanschlüsse aufweisen.