Chipkondensator

Die Erfindung betrifft einen zur Oberflächenmontage geeigne¬ ten Chipkondensator, beispielsweise einen Tantalkondensator.

Aus der Druckschrift DE 100 57 488 Al ist ein Chipkondensator mit einem kapazitiven Element bekannt, das einen Anodenkörper mit einer Dielektrikumsschicht und einer Kathodenschicht um- fasst und das von einem Gehäuse umhüllt ist. Der Kondensator weist ferner einen Anodenableiter auf, der einerseits den A- nodenkörper kontaktiert und andererseits mit einem auf der Unterseite des Gehäuses angeordneten Anodenkontakt elektrisch verbunden ist . Die Kathodenschicht wird durch einen Kathoden¬ ableiter kontaktiert, der auf der Oberseite des kapazitiven Elements befestigt ist und der aus dem Gehäuse herausgeführt ist . Der Kathodenableiter ist mit einem auf der Unterseite des Gehäuses angeordneten Kathodenkontakt elektrisch leitend verbunden. Das Gehäuse wird beispielsweise durch Umpressen des kapazitiven Elements erzeugt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen zur Oberflä¬ chenmontage geeigneten Chipkondensator anzugeben, der eine geringe Bauhöhe aufweist . Die weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Chipkon¬ densators anzugeben.

Die erste Aufgabe der Erfindung ist durch einen Chipkondensa¬ tor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die zweite Auf¬ gabe der Erfindung ist durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er¬ findung sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen. Es wird ein Chipkondensator mit einem elektrisch isolierenden Trägersubstrat angegeben, wobei auf der Unterseite des Sub¬ strats Außenkontakte und auf seiner Oberseite Kontaktflächen vorgesehen sind. Der Chipkondensator weist ein auf dem Sub¬ strat montiertes kapazitives Element auf, das einen auf sei¬ ner Oberfläche angeordneten Kontaktbereich und einen Anoden¬ kontakt aufweist. Der Kontaktbereich entspricht beispielswei¬ se einem Kathodenanschluss des kapazitiven Elements. Vorzugs¬ weise weist die Mantelfläche und eine Stirnfläche des kapazi¬ tiven Elements eine elektrisch leitende Schicht auf, die eine Kathodenschicht bildet.

Das kapazitive Element ist direkt auf der Oberseite des Sub¬ strats angeordnet und mechanisch fest mit dem Substrat ver¬ bunden.

Der Chipkondensator lässt sich bei der Wahl eines dünnen Sub¬ strats als Trägersubstrat sowie eines entsprechend dünnen ka¬ pazitiven Elements in einer geringen Bauhöhe h bis 0,4 mm o- der kleiner herstellen. In einer Variante ist h < 1,2 mm, vorzugsweise h = 0,6 mm.

Die mechanische Stabilität der Anordnung wird z. B. dadurch erreicht, dass der Anodenkontakt des kapazitiven Elements mit einer ersten Kontaktfläche des Substrats vorzugsweise durch eine Löt-, Klebe- oder Schweißverbindung elektrisch und me¬ chanisch fest verbunden ist. Die mechanische Stabilität der Anordnung wird außerdem z. B. dadurch erreicht, dass der Kon¬ taktbereich des kapazitiven Elements mit einer zweiten Kon¬ taktfläche des Substrats elektrisch und mechanisch fest ver¬ bunden ist. Das kapazitive Element weist vorzugsweise einen porösen ge¬ sinterten Anodenkörper mit einem daraus herausragenden Ano¬ denkontakt auf. Der Anodenkörper ist - vorzugsweise auf allen seinen Flächen - mit einer dielektrischen Schicht beschich¬ tet. Auf der dielektrischen Schicht ist eine Kathodenschicht angeordnet. Alle Schichten des Schichtaufbaus des kapazitiven Elements können im Prinzip aus mehreren Teilschichten beste¬ hen. Beispielsweise kann die Kathodenschicht durch eine erste Teilschicht aus einem elektrisch leitenden Polymer und durch eine zweite Teilschicht aus einem Metall gebildet sein. Der Anodenkörper kann z. B. als Tantal und die dielektrische Schicht z. B. als Tantaloxid gewählt sein.

Das kapazitive Element kann auf der Substratoberseite mittels eines Klebstoffs aufgeklebt sein. Dies erhöht die mechanische Stabilität des Aufbaus.

In einer bevorzugten Variante weist der Chipkondensator eine Abdeckung auf, die das kapazitive Element überdeckt und vor¬ zugsweise dicht gegen die Substratoberfläche abschließt. Die Abdeckung schließt gegen die Substratoberfläche vorzugsweise allseitig ab. Die Abdeckung kann eine isolierende Folie, bei¬ spielsweise eine Laminatfolie sein. Die Abdeckung kann auch aus mehreren vorzugsweise elektrisch isolierenden Teilschich¬ ten bestehen. Die Abdeckung kann in einer Ausführungsform durch eine Vergussmasse gebildet sein, mit der das kapazitive Element vergossen und auf diese Weise verkapselt ist.

Die Abdeckung bildet einen ersten und das Substrat einen zweiten Teil des Gehäuses, in dem das kapazitive Element ver¬ kapselt ist. Der Anodenkontakt kann beispielsweise als flacher Streifen oder als Draht ausgebildet sein. Zwischen dem Anodenkontakt und der ihm zugeordneten Kontaktfläche kann ein zusätzliches Kontaktelement vorgesehen sein. Das zusätzliche Kontaktele¬ ment kann insbesondere den Höhenunterschied zwischen der ers¬ ten Kontaktfläche und dem Anodenkontakt ausgleichen.

Eine Möglichkeit zur Kontaktierung der ersten Kontaktfläche durch einen streifenförmigen Anodenkontakt besteht darin, dass der Anodenkontakt zweimal, z. B. U- oder S-förmig abge¬ winkelt ist . Beim Aufbringen des kapazitiven Elements ist ein Teil des Anodenkontakts zur ersten Kontaktfläche gewandt, wo¬ bei die Kontaktfläche direkt mit dem Anodenkontakt verlötet bzw. fest verbunden werden kann.

Das Substrat kann beispielsweise aus Keramik bestehen. Das Substrat kann eine oder mehrere Keramiklagen aufweisen. In einem Vielschichtsubstrat sind zwischen den Keramiklagen an¬ geordnete Metalllagen vorgesehen. Die Metalllagen sind zur Bildung von passiven Komponenten, beispielsweise Kapazität, Induktivität oder Leitungsabschnitt, strukturiert und durch vertikale elektrische Verbindungen (Durchkontaktierungen) miteinander sowie mit den Kontaktflächen und mit den Außenan¬ schlüssen des Substrats elektrisch verbunden.

Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines flachen Chip¬ kondensators angegeben. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: A) Ein dielektrisches Substrat mit Kontaktflächen und Außen¬ anschlüssen wird bereitgestellt; ein kapazitives Element mit einem Anodenkontakt und einem auf seiner Oberfläche angeord¬ neten Kontaktbereich wird bereitgestellt; B) das kapazitive Element wird auf der Oberseite des Sub¬ strats montiert, wobei der Anodenkontakt sowie der Kontaktbe¬ reich fest mit Kontaktflächen des Substrats verbunden werden.

In einer Variante werden auf die Kontaktflächen des Substrats Bumps aufgebracht bzw. aufgedruckt. Die zur Kontaktierung mit dem Anodenkontakt vorgesehene erste Kontaktfläche ist vor¬ zugsweise kleiner als die zur Kontaktierung mit dem Kontakt- bereich des kapazitiven Elements vorgesehene zweite Kontakt- fläche ausgebildet. Beim Schmelzen eines Bumps wird (vorzugs¬ weise die gesamte) Kontaktfläche durch das geschmolzene Lot benetzt. Durch die wie oben beschrieben gewählten, unter¬ schiedlich großen Kontaktflächen gelingt es, eine - gegenüber dem der größeren zweiten Kontaktfläche zugeordneten Bump - größere Höhe des auf der kleineren ersten Kontaktfläche ange¬ ordneten Bumps zu erreichen. Die Fläche der ersten Kontakt- fläche ist so gewählt, dass die Höhe des (z. B. geschmolze¬ nen) Bumps an die Höhenlage des Anodenkontakts angepasst ist. Damit wird durch den Bump selbst ein Hilfselement zur Kontak¬ tierung der ersten Kontaktfläche an den Anodenkontakt ge¬ schaffen. Ein elektrisch leitendes Hilfselement kann in einer anderen Variante durch ein anderes geeignetes Element gebil¬ det sein. Dieses Element kann vor der Montage der kapazitiven Elemente entweder mit der ersten Kontaktfläche des Substrats oder mit dem Anodenkontakt des Elements fest verbunden sein.

Als Substrat wird vorzugsweise eine großflächige Platte mit Einbauplätzen für mehrere kapazitive Elemente verwendet, wo¬ bei auf der Oberseite der Platte mehrere kapazitive Elemente montiert werden. Die Platte mit den darauf montierten kapazitiven Elementen wird nach der Montage der kapazitiven Elemente z. B. durch Sägen in einzelne Chipkondensatoren vereinzelt .

In einer Variante des Verfahrens werden vorzugsweise alle auf dem Substrat befestigten kapazitiven Elemente zunächst durch eine Abdeckung überdeckt, die dicht gegen das Substrat bzw. die Platte abschließt. Danach wird die Platte mit den so ver¬ kapselten kapazitiven Elementen in einzelne Chipkondensatoren zerlegt . Die Abdeckung verkapselt die kapazitiven Elemente vorzugsweise einzeln, wobei jedem kapazitiven Element ein ei¬ gener Hohlraum zugeordnet ist.

Als Abdeckung wird vorzugsweise eine Laminatfolie verwendet, die auf die Substratoberseite mit den darauf montierten kapa¬ zitiven Elementen laminiert wird. Möglich ist es auch, eine formstabile kappenförmige Abdeckung zu verwenden. Dabei sind vorzugsweise in einer großflächigen Abdeckung mehrere, je¬ weils zur Aufnahme von einem kapazitiven Element geeignete Einbuchtungen ausgebildet. Die großflächige Abdeckung wird auf der großflächen Platte so befestigt, dass die Einbuchtun¬ gen zusammen mit dem Substrat (bzw. Platte) Hohlräume bilden, in denen die kapazitiven Elemente verkapselt sind.

Möglich ist es auch, die kapazitiven Elemente zu vergießen. Die Oberseite des Chipkondensators bzw. der Vergussschicht kann danach planarisiert werden. Die Planarisierung erfolgt vorzugsweise vor der Vereinzelung der Chipkondensatoren.

Möglich ist es auch, auf der Oberseite eines - einem Chipkon¬ densator zugeordneten - Substrats mehrere kapazitive Elemente anzuordnen, die vorzugsweise mit einer gemeinsamen Abdeckung überdeckt sind. Dabei weist der Chipkondensator mehrere mit- einander verschaltete kapazitive Elemente auf. Die durch Lei¬ terbahnen realisierten elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen kapazitiven Elementen können auf der Oberseite des Substrats angeordnet sein. Möglich ist es auch, diese Leiter¬ bahnen in einer im Substratinneren befindlichen Metallage auszubilden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei¬ spielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen anhand schematischer und nicht maßstabsgetreu¬ er Darstellungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfin¬ dung. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind mit gleichen Be¬ zugszeichen bezeichnet. Es zeigen schematisch

Figur 1 im Querschnitt einen Chipkondensator mit einem ka¬ pazitiven Element, das auf einem Substrat montiert ist;

Figur 2 im Querschnitt einen Chipkondensator mit einem mehrlagigen Trägersubstrat;

Figur 3 ausschnittsweise einen Chipkondensator mit einem zylindrischen kapazitiven Element in einer perspek¬ tivischen Ansicht;

Figur 4 ausschnittsweise einen Chipkondensator mit einem kapazitiven Element mit einem rechteckigen Quer¬ schnitt und einem streifenförmigen Anodenableiter in einer perspektivischen Ansicht;

Figur 5 eine großflächige Platte mit mehreren darauf mon¬ tierten kapazitiven Elementen vor der Vereinzelung der Platte. Die Figur 1 zeigt einen Chipkondensator mit einem dielektri¬ schen Substrat 1 (Trägersubstrat) und einem darauf montierten kapazitiven Element 2. Das Substrat 1 weist auf seiner Unter¬ seite Außenkontakte 11 und auf seiner Oberseite zur Kontak- tierung des kapazitiven Elements 2 geeignete Kontaktflächen 12a und 12b auf.

Das kapazitive Element 2 weist einen Anodenkörper 21 mit ei¬ nem daraus herausragenden Anodenkontakt 22 auf. Der Anoden¬ kontakt 22 ist fest mit der ersten Kontaktfläche 12a des Sub¬ strats 1 verbunden. Das kapazitive Element umfasst ferner ei¬ ne dielektrische Schicht 25, die auf dem Anodenkörper ange¬ ordnet ist. Auf der dielektrischen Schicht 25 ist eine Katho¬ denschicht 26 angeordnet. Die Kathodenschicht 26 weist einen Kontaktbereich 23 auf, der z. B. durch Löten fest mit der zweiten Kontaktfläche 12b des Substrats 1 verbunden ist. Zwi¬ schen dem Anodenkontakt 22 und der Kontaktfläche 12a ist ein Hilfselement - zusätzlicher Kontakt 4 - angeordnet. Der Kon¬ takt 4 kann z. B. durch Lot bzw. Bump oder ein Metallstück gebildet sein.

Der Anodenkontakt bzw. der Kontaktbereich des kapazitiven E- lements ist mit den Kontaktflächen des Substrats z. B. verlö¬ tet, verklebt oder verschweißt.

Im Substrat 1 sind Durchkontaktierungen 13 angeordnet, welche die Kontaktflächen 12a, 12b mit den Außenkontakten 11 des Substrats 1 elektrisch verbinden. Über dem kapazitiven Ele¬ ment 2 ist eine Abdeckung 3 angeordnet, die gegen das Sub¬ strat 1 abschließt und das kapazitive Element insbesondere vor Umwelteinflüssen schützt. In der Figur 2 weist das Substrat 1 mehrere dielektrische La¬ gen auf, wobei zwischen zwei dielektrischen Lagen eine struk¬ turierte Metalllage 15 angeordnet ist.

Das hier nur ausschnittsweise gezeigte Bauelement kann neben dem kapazitiven Element ein weiteres elektrisches Element, z. B. ein zweites kapazitives Element aufweisen. Die elektri¬ schen Verbindungen zwischen den genannten Elementen sind vor¬ zugsweise in der Metalllage durch strukturierte Leiterbahnen ausgebildet.

In der Figur 3 ist ein Chipkondensator mit einem zylindri¬ schen kapazitiven Element 2 gezeigt. Der Anodenkontakt 22 stellt in diesem Beispiel einen Draht dar. Der zusätzliche Kontakt 4 weist eine vorzugsweise V-förmige Vertiefung auf, in der der Draht angeordnet ist .

In Figur 4 ist ein Chipkondensator mit einem kapazitiven Ele¬ ment 2 gezeigt, das einen rechteckigen Querschnitt aufweist. In diesem Beispiel ist der Anodenkontakt 22 streifenförmig ausgebildet. Der Streifen ist dabei so geformt, dass er einen zur ersten Kontaktfläche 12a gewandten Abschnitt aufweist. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die elektrische Ver¬ bindung zwischen dem Anodenkontakt 22 und der Kontaktfläche 12a ohne ein Hilfselement erfolgt.

Figur 5 zeigt eine großflächige Platte 10, in der mehrere durch Rechtecke angedeutete Einbauplätze für kapazitive Ele¬ mente vorgesehen sind. Jedem Einbauplatz ist jeweils eine erste 12a und eine zweite 12b Kontaktfläche zugeordnet. Ein Teil der Platte 10 ist mit den kapazitiven Elementen 2 be¬ legt. Die Platte 10 wird nach der Belegung von allen Einbau¬ plätzen, in einem der späteren Verfahrensschritte (vorzugs- weise nach der Verkapseiung der kapazitiven Elemente) entlang der gestrichelten Linien zersägt, wobei einzelne Chipkonden¬ satoren entstehen.

Obwohl in den Ausführungsbeispielen nur eine beschränkte An¬ zahl möglicher Weiterbildungen der Erfindung beschrieben wer¬ den konnte, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt. Es ist möglich, die in Zusammenhang mit einer Ausführungsform genannten Merkmale auf andere Ausführungsformen zu übertra¬ gen. Das kapazitive Element kann einen beliebigen Schichtauf- bau aufweisen. Zur Herstellung des TrägerSubstrats können be¬ liebige geeignete Materialien, insbesondere Kunststoffe he¬ rangezogen werden. Bezugszeichenliste

1 Substrat 11 Außenkontakte 12a erste Kontaktfläche 12b zweite Kontaktfläche 13 Durchkontaktierung 15 Metalllage 2 kapazitives Element 21 Anodenkörper 22 Anodenkontakt 23 Kontaktbereich der Kathodenschicht 26 25 dielektrische Schicht 26 Kathodenschicht 3 Abdeckung 4 zusätzlicher Kontakt