JP2002343686A - 固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高容量で高周波応答性と実装性に優れた固体
電解コンデンサ及びその製造方法を提供することを目的
とする。 【解決手段】 片面に電極部を有する多孔質化された弁
金属シート体１１と、この弁金属シート体１１の多孔質
化された部分に形成した誘電体被膜と、この誘電体被膜
上に形成した固体電解質層１７と、この固体電解質層１
７上に形成した集電体層１８とからなり、上記電極部側
または集電体層１８側のいずれか一方から集電体層１８
または電極部に至る穴を設け、この穴内にも充填された
絶縁体１５の中央部に集電体層１８または電極部と電気
的に接続される導電体１６を設け、上記絶縁体１５の表
出部の面積を導電体１６に接続する電子部品のバンプ以
上の大きさとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種電子機器に利用
される固体電解コンデンサ及びその製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来における固体電解コンデンサとして
は、アルミニウムやタンタルなどの多孔質化された弁金
属シート体の厚み方向の片面あるいは中間の芯部を電極
部とし、この弁金属シート体の多孔質部の表面に誘電体
酸化被膜を形成し、その表面に機能性高分子などの固体
電解質層を設け、その固体電解質層の表面に集電体層、
この集電体層上に金属による電極層を設けてコンデンサ
素子を構成し、このコンデンサ素子を積層し各コンデン
サ素子の電極部または電極層をまとめて外部端子に接続
し、この外部端子を表出するように外装を形成して構成
されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の固体電解コ
ンデンサにおいては、大容量化と等価直列抵抗（以下Ｅ
ＳＲと称す）を下げることはできるが、一般的な固体電
解コンデンサと同様に、外部端子を介して回路基板上に
実装しなければならない。

【０００４】このように半導体部品と同じように回路基
板に表面実装される固体電解コンデンサでは、実際の回
路を構成した状態でのＥＳＲや等価直列インダクタンス
（以下ＥＳＬと称す）特性が端子長や配線長が存在する
ために大きくなり、高周波応答性に劣るといった課題を
有するものであった。

【０００５】本発明は以上のような従来の欠点を除去
し、半導体部品と直接接続でき、高周波応答性に優れた
大容量の固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供す
ることを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の請求項１に記載の発明は、片面に電極部を有
する多孔質化された弁金属シート体と、この弁金属シー
ト体の多孔質化された部分に形成した誘電体被膜と、こ
の誘電体被膜上に形成した固体電解質層と、この固体電
解質層上に形成した集電体層とからなる固体電解コンデ
ンサにおいて、上記電極部側または集電体層側のいずれ
か一方から集電体層または電極部に至る穴を設け、この
穴内に充填された絶縁体の中央部に集電体または電極部
と電気的に接続される導電体を設け、上記絶縁体の表出
部の面積を導電体に接続する電子部品の接続バンプ以上
の大きさとした固体電解コンデンサであり、表面に陽陰
極両方の電極部を有するため半導体部品を直接実装する
ことができて、高周波応答性に優れた固体電解コンデン
サが得られ、孔の中に絶縁部を充填した後に絶縁部にス
ルホールを設けて導電体を充填するので、導電体と弁金
属シート体との絶縁が容易であり、かつ電子部品を実装
する際に固体電解コンデンサに加わる応力を絶縁体の部
分で受けるので誘電体被膜を破壊しないといった作用効
果が得られる。

【０００７】請求項２に記載の発明は、弁金属シート体
として片面のみエッチングされたアルミニウム箔を用い
た請求項１に記載の固体電解コンデンサであり、エッチ
ングされていない面においては電気的接続が良好であり
低いＥＳＲが得られ、またエッチングされた面において
は表面積が大きいので大きな容量が得られ、上記の構成
はアルミニウム箔であるので容易に得ることができる。

【０００８】請求項３に記載の発明は、弁金属シート体
として弁金属箔上に弁金属粉末の焼結体を設けたものを
用いた請求項１に記載の固体電解コンデンサであり、焼
結体内の粒界の面積において大きな容量が得られる。

【０００９】請求項４に記載の発明は、固体電解質層と
して機能性高分子を用いた請求項１に記載の固体電解コ
ンデンサであり、多孔質化した部分の内部においても容
易に電極を形成することができるので高い容量が得ら
れ、個体であるので封止等が容易であり、かつ高分子で
あるので弾性に富み、外力に対して破壊しにくい。

【００１０】請求項５に記載の発明は、片面に電極部を
有する多孔質化された弁金属シート体に必要とする数だ
けの貫通孔を設け、少なくともこの貫通孔内に実装する
電子部品の接続バンプより大きな表面積を有する絶縁体
を充填硬化し、この絶縁体の中央にスルホールを設けた
後、弁金属シート体の多孔質化された部分に誘電体被膜
を形成し、この誘電体被膜上に固体電解質層を形成した
後上記スルホールおよびこのスルホールの延長線上の固
体電解質層に形成された孔に導電体を充填し、この導電
体の端面を含む固体電解質層上に集電体層を形成する固
体電解コンデンサの製造方法であり、ＥＳＲの低い固体
電解コンデンサを容易に構成できる。

【００１１】請求項６に記載の発明は、片面に電極部を
有する多孔質化された弁金属シート体に必要とする数の
貫通孔を設け、この貫通孔に中央にスルホールをもち実
装する電子部品の接続バンプより大きな表面積を有する
絶縁体を挿入した後、弁金属シート体の多孔質化された
部分の表面に誘電体被膜、この誘電体被膜上に固体電解
質層を形成し、上記絶縁体のスルホールおよび絶縁体の
存在によって形成されるスルホールの延長線上の固体電
解質層の孔に導電体を形成した後、この導電体の一方の
端面を含む固体電解質層上に集電体層を形成する固体電
解コンデンサの製造方法であり、請求項５の効果に加
え、絶縁体の形状を正確に決めることができ、またより
耐熱性の高い丈夫な絶縁体を用いることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の固体電解コンデン
サ及びその製造方法について一実施の形態および図面を
用いて説明する。

【００１３】本発明の一実施の形態および図１〜図９に
より請求項１から６に記載の発明を説明する。

【００１４】図１は本発明の一実施の形態における固体
電解コンデンサの断面斜視図であり、１１は弁金属シー
ト体、１２は第１の電極端子、１３は第２の電極端子、
１４は絶縁層、１５は絶縁体、１６は導電体、１７は固
体電解質層、１８は集電体層である。

【００１５】弁金属シート体１１はアルミニウムであり
かつ複数の孔（図示せず）が設けられて互いに近接して
配置しており、前記の孔に絶縁体１５が充填され、さら
に絶縁体１５にはスルホール（図示せず）が設けられ、
スルホールの内部に導電体１６が充填され、この導電体
１６の表出部は第２の電極端子となる。また弁金属シー
ト体１１の片方の面には絶縁層１４が形成され、絶縁層
１４は絶縁体１５が設けられた孔の間に位置する開口部
を有し、この開口部はアルミニウムが表出した部位であ
って第１の電極端子１２を構成している。また弁金属シ
ート体１１のもう一方の面側には多孔質部（図示せ
ず）、誘電体被膜（図示せず）が設けられており、さら
にその上にピロール等による固体電解質層１７、カーボ
ンや銀ペーストなどによる集電体層１８が形成されてい
る。多孔質部及び誘電体被膜は図７の拡大断面図のとお
りである。

【００１６】弁金属シート体１１の片側表面にエッチン
グ等によって多孔質部２０が設けられ、もって表面積を
拡大している。多孔質部２０の表面において誘電体被膜
３０が、例えばアルミニウムの表面を酸化させるなどの
方法によって形成されており、この誘電体被膜３０がコ
ンデンサとして機能する。表面を多孔質化することによ
って表面の誘電体被膜３０の面積が拡大され、より大き
な容量が得られることになり、弁金属シート体１１の材
料としてアルミニウムを用いることによって、多孔質化
及び誘電体被膜３０の形成が容易に行えるのである。そ
して本発明の固体電解コンデンサはシート形状であるの
で、誘電体被膜３０を曲げなどによって破壊することが
ない構成となっている。

【００１７】図１の構成によれば、アルミニウムの表面
において第１の電極端子１２と第２の電極端子１３の両
方を配置することができる。この構成によれば、半導体
部品などを直接固体電解コンデンサ上に実装することが
できるので、配線を省略でき、よって配線に起因するＥ
ＳＲやＥＳＬが低減でき、装置の高周波化により対応し
た特性を得ることができる。加えて、コンデンサ内部に
おいて近接した部位において逆向き電流が流れることに
よって、互いに磁界が相殺されてＥＳＬが低下する効果
も有する。

【００１８】ところで図１の構成の固体電解コンデンサ
は、絶縁体１５にスルホールを設け、その中に導電体１
６を充填した構成となっている。絶縁体１５は導電体１
６と弁金属シート体１１を絶縁するものであるが、本発
明の構成によれば容易に絶縁が達成できる。

【００１９】図５〜図９は図１との比較のための図面で
ある。

【００２０】図５〜図９は弁金属シート体に設けた孔の
内壁に絶縁膜を樹脂を電着などによって塗布して形成し
た一例であるが、これらの場合においては十分な絶縁特
性が得られにくいといった課題があった。図５、図６は
構成を示す斜視図および断面斜視図であり、図１とほぼ
同一の構成を有しているが、弁金属シート体１１の孔
（図示せず）の内壁に絶縁膜（図示せず）が塗布されて
いる点で異なる。

【００２１】図７は弁金属シート体の孔及び第２の電極
端子の周辺の断面図、図８はその拡大図であり、図９
（ａ）〜（ｅ）は形成プロセスの一例である。

【００２２】図７は図９のプロセスによって作成したコ
ンデンサの構造であり、１１は弁金属シート体、１２は
第１の電極端子、１３は第２の電極端子、１４は絶縁
層、１６は導電体、１７は固体電解質層、１９は開口
部、２０は多孔質部、２２はスルホール、２４ａ、２４
ｂは絶縁膜、３０は誘電体被膜、２６は絶縁不良個所で
ある。

【００２３】図７、図８において、弁金属シート体１１
の片側面に絶縁層１４、第１の電極端子１２、及び孔の
内部に充填された導電体１６の表出部が第２の電極端子
１３を構成している。もう一方側の面では多孔質部２０
が形成され、その表面には誘電体被膜３０が形成されて
おり、さらに固体電解質層１７によって覆われている。
弁金属シート体１１の孔の内壁には絶縁膜２４ａ、２４
ｂが形成され、導電体１６と弁金属シート体１１とを電
気的に絶縁している。この構成は図９（ａ）にあるよう
に片面に多孔質部２０及び誘電体被膜（図示せず）が形
成された弁金属シート体１１の平坦な面側に感光性樹脂
を用いて、図９（ｂ）に示すように開口部１９を有する
絶縁層１４を形成し、次に開口部１９において図９
（ｃ）に示すようにスルホール２２をレーザ加工などに
よって形成し、スルホール２２の内壁に図９（ｄ）に示
すように電着などによって絶縁膜２４を形成しスルホー
ル２２中に銀ペーストなどの導電体１６を充填し、さら
に図９（ｅ）に示すように化学重合、電解重合によって
固体電解質層１７を形成する。

【００２４】ここでスルホール２２が小さい場合には、
図７にあるように絶縁膜２４ａ、２４ｂの厚みが異なっ
たり、また図８の拡大図のように絶縁不良個所２６が発
生する場合がある。これは多孔質部２０の端部の形状が
鋭敏である場合などに、絶縁膜２４の形成のための樹脂
がつきにくいこと等による。これらの不具合は、絶縁信
頼性の低下や、導電体形状の不均一による特性ばらつき
などの原因となる。

【００２５】そこで図１にあるように絶縁体１５を弁金
属シート体１１の孔の中に充填した後にスルホールを設
け、導電体１６を充填する構成とすることによって、上
記のような問題が回避できるようになる。

【００２６】図２（ａ）〜（ｆ）は図１の固体電解コン
デンサのプロセスを示すものであり、片側表面をエッチ
ングにより多孔質化して多孔質部２０を形成し、この多
孔質部２０に陽極酸化処理によって誘電体被膜を形成し
たアルミニウムからなる弁金属シート体１１の多孔質化
されていない他面に図２（ａ）に示すように開口部１９
を有する絶縁層１４を形成し、上記開口部１９に図２
（ｂ）に示すように孔２１を設け、図２（ｃ）に示すよ
うに絶縁体１５を例えば前記の電着の方法によって孔２
１のほぼ全体に形成される条件によって行うことで形成
し、レーザ加工などによってスルホール２２を図２
（ｄ）に示すように絶縁体１５に形成し、図２（ｅ）に
示すように多孔質部２０の表面に固体電解質層１７を形
成した後に、図２（ｆ）に示すようにスルホール２２の
内部に導電体１６を充填するものである。またこれとは
別に、絶縁体１５としてあらかじめ硬化され、かつスル
ホールが設けられたものを用い、これを孔２１に挿入し
てもよい。この場合は弁金属シート体１１に液状樹脂を
塗布するなどの工程が不要であり、弁金属シート体１１
に汚れを生じることがなく、スルホール加工の際の過熱
や、応力によって弁金属シート体１１にダメージが生じ
ることがなくなる。

【００２７】この方法によれば導電体１６が固体電解質
層１７より表出した状態となっており、この後形成する
集電体層１８と導電体１６が直接接触できる構成とで
き、これによって導電体１６と固体電解質層１７の接触
よりも接触抵抗を低くして、ＥＳＲを低下させることが
できる。

【００２８】加えて、導電体１６の周辺にある大きさの
絶縁体１５を設けることにより、他の部品を実装した際
に、誘電体被膜に加わる応力を低減でき、絶縁不良の発
生を防止できる。

【００２９】図３は固体電解コンデンサに部品を実装し
た状態を示す断面図であり、１１は弁金属シート体、１
５は絶縁体、１７は固体電解質層、１８は集電体層、２
３は電極箔、２５は電子部品、２７は接続バンプであ
る。弁金属シート体１１、絶縁体１５、導電体１６、固
体電解質層１７はそれぞれ図１に示した固体電解コンデ
ンサと同様の構成を有しており、固体電解質層１７の表
面にカーボンと銀ペーストによる集電体層１８が設けら
れ、さらに集電体層１８によってＣｕなどの電極箔２３
が貼り付けられた構成となっている。

【００３０】電子部品２５の下面には接続バンプ２７が
設けられ、導電体１６と電気的に導通して実装されてい
る。実装の際及び実装後において電子部品２５から応力
が加わった場合、導電体１６を通じて絶縁体１５およ
び、弁金属シート体１１の表面の誘電体被膜にも応力が
加わることとなり、誘電体被膜を破壊して絶縁劣化を引
き起こす場合がある。そこで本実施の形態の構成をと
り、かつ接続バンプ２７より大きな表面積を有する絶縁
体１５とすることによって、電子部品２５から誘電体被
膜が直接応力を受けることを防止でき、絶縁信頼性を向
上することができる。

【００３１】またこれまでの実施の形態においては弁金
属シート体１１としてアルミニウムを用いてきたが、例
えば弁金属箔上に弁金属粉末の焼結体を設けたものであ
っても、同様の構成をとることができる。図４はその断
面図であり、１５は絶縁体、１６は導電体、１７は固体
電解質層、１８は集電体層、２８は弁金属粉末の焼結
体、２９は弁金属箔である。弁金属箔２９は例えばＴａ
箔であり、焼結体２８は例えばＴａ粉末の焼結体であ
る。焼結体２８中の粒界には細かい空孔が存在し、空孔
と焼結体２８の表面において固体電解質層１７が形成さ
れている。粉末の表面には酸化層からなる誘電体被膜が
形成されており、この誘電体被膜がコンデンサとして機
能する。焼結体２８の内部においても誘電体被膜および
固体電解質層１７が存在するので表面積が大きく、高い
容量が得られる。この焼結体２８は弁金属箔２９上に設
けられており、この弁金属箔２９がもう一方の電極とな
る。これに対して前述と同様に孔を設け、絶縁体１５や
導電体１６を設けることによって、アルミニウムを用い
たものと同様の構成をとることができ、かつ粉末を微細
化することによってより高い容量を得ることができるも
のである。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明の固体電解コンデン
サは構成されるため、半導体部品を直接接続できること
になり、高周波応答性に優れ、しかも容量の大きなもの
とすることができる。また弁金属シート体の孔に絶縁体
を充填した後に孔を設けたので、絶縁が容易にかつ確実
に行えるようになる。加えて、絶縁体の面積を実装する
部品のバンプよりも大きくしたので、実装時及び実装後
に固体電解コンデンサに加わる応力を吸収でき、破壊を
防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における固体電解コンデ
ンサの断面斜視図

【図２】（ａ）〜（ｆ）同固体電解コンデンサの製造方
法を示す工程図

【図３】同電子部品を実装した状態の拡大断面図

【図４】同他の例の拡大断面図

【図５】本発明と比較のための固体電解コンデンサの斜
視図

【図６】同断面斜視図

【図７】同要部の拡大断面図

【図８】同要部の拡大断面図

【図９】（ａ）〜（ｅ）同製造方法を示す工程図

【符号の説明】

１１ 弁金属シート体 １２ 第１の電極端子 １３ 第２の電極端子 １４ 絶縁層 １５ 絶縁体 １６ 導電体 １７ 固体電解質層 １８ 集電体層 １９ 開口部 ２０ 多孔質部 ２１ 孔 ２２ スルホール ２３ 電極箔 ２４、２４ａ、２４ｂ 絶縁膜 ２５ 電子部品 ２６ 絶縁不良個所 ２７ 接続バンプ ２８ 焼結体 ２９ 弁金属箔 ３０ 誘電体被膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｇ 9/052 Ｈ０１Ｇ 9/05 Ｚ (72)発明者 中野 慎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 御堂 勇治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 片面に電極部を有する多孔質化された弁
   金属シート体と、この弁金属シート体の多孔質化された
   部分に形成した誘電体被膜と、この誘電体被膜上に形成
   した固体電解質層と、この固体電解質層上に形成した集
   電体層とからなる固体電解コンデンサにおいて、上記電
   極部側または集電体層側のいずれか一方から集電体層ま
   たは電極部に至る穴を設け、この穴内に充填された絶縁
   体の中央部に集電体または電極部と電気的に接続される
   導電体を設け、上記絶縁体の表出部の面積を導電体に接
   続する電子部品の接続バンプ以上の大きさとした固体電
   解コンデンサ。
2. 【請求項２】 弁金属シート体として片面のみエッチン
   グされたアルミニウム箔を用いた請求項１に記載の固体
   電解コンデンサ。
3. 【請求項３】 弁金属シート体として弁金属箔上に弁金
   属粉末の焼結体を設けたものを用いた請求項１に記載の
   固体電解コンデンサ。
4. 【請求項４】 固体電解質層として機能性高分子を用い
   た請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
5. 【請求項５】 片面に電極部を有する多孔質化された弁
   金属シート体に必要とする数だけの貫通孔を設け、少な
   くともこの貫通孔内に実装する電子部品の接続バンプよ
   り大きな表面積を有する絶縁体を充填硬化し、この絶縁
   体の中央にスルホールを設けた後、弁金属シート体の多
   孔質化された部分に誘電体被膜を形成し、この誘電体被
   膜上に固体電解質層を形成した後上記スルホールおよび
   このスルホールの延長線上の固体電解質層に形成された
   孔に導電体を充填し、この導電体の端面を含む固体電解
   質層上に集電体層を形成する固体電解コンデンサの製造
   方法。
6. 【請求項６】 片面に電極部を有する多孔質化された弁
   金属シート体に必要とする数の貫通孔を設け、この貫通
   孔に中央にスルホールをもち実装する電子部品の接続バ
   ンプより大きな表面積を有する絶縁体を挿入した後、弁
   金属シート体の多孔質化された部分の表面に誘電体被
   膜、この誘電体被膜上に固体電解質層を形成し、上記絶
   縁体のスルホールおよび絶縁体の存在によって形成され
   るスルホールの延長線上の固体電解質層の孔に導電体を
   形成した後、この導電体の一方の端面を含む固体電解質
   層上に集電体層を形成する固体電解コンデンサの製造方
   法。