JP2004281776A - コンデンサ素子、固体電解コンデンサ及びそれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係るコンデンサ素子12は、複数の辺を有する形状のアルミニウム基体18と、アルミニウム基体18の主面12b上の領域のうち、複数の辺の少なくとも1辺の縁領域に、部分的に形成された陽極部30と、アルミニウム基体18の主面12b上の領域のうち、陽極部30が形成された領域の残余領域に形成され、酸化アルミニウム皮膜20を介してアルミニウム基体18上に形成された固体高分子電解質層22及び該固体高分子電解質層22上に形成された銀ペースト層26とを有する陰極部32と、陽極部30と陰極部32とを電気的に絶縁するスリット28とを備える。そのため、陽極部30は、陰極部32が形成されているアルミニウム基体18の外周52よりも内側に位置している。
従って、コンデンサ素子12の面積を増加させて、このコンデンサ素子12を用いて作製されるコンデンサ10の外形寸法の面積に近づけることが可能となる。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンデンサ素子、固体電解コンデンサ及びそれらの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、固体電解コンデンサに用いられるコンデンサ素子は、絶縁性酸化皮膜形成能力を有するアルミニウム、チタン、真鍮、ニッケル、タンタルなどの金属、いわゆる弁金属を陽極に用い、この弁金属の表面を陽極酸化して、絶縁性酸化皮膜を形成した後、実質的に陰極として機能する電解質層を形成し、さらに、グラファイトや銀などの導電層を陰極として設けることによって形成されている。図10に示すように、このコンデンサ素子80は、多くの場合、長方形薄片状の蓄電部82と、蓄電部82の長辺の側面から外方に突出する、薄片状の複数対の電極部84とで構成されている。このような形状のコンデンサ素子は、例えば、下記特許文献1等に開示されている。なお、電極部84は、接続部材86を介して、リードフレーム(図示せず)と接続される。
【0003】
【特許文献1】
米国特許第5880925号明細書
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のコンデンサ素子には、次のような課題が存在している。すなわち、このコンデンサ素子によって作製されるコンデンサの外形寸法は、コンデンサ素子を含むような長方形88の寸法より大きくする必要があるが、従来のコンデンサ素子では、蓄電部82の側面から外方に突出する電極部84の分だけ、その長方形88の寸法が大きくなってしまう。すなわち、コンデンサ素子の外形寸法の面積とコンデンサ素子の実際に蓄電に供される領域の面積とが大きく相異するため、このようなコンデンサ素子を用いて作製されるコンデンサにおいては、外形寸法に見合う十分な静電容量が確保されないという問題があった。
【0005】
そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、同一寸法形状で、静電容量を有意に増大することができるコンデンサ素子、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。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るコンデンサ素子は、複数の辺を有する形状の弁金属基体と、弁金属基体の主面上の領域のうち、複数の辺の少なくとも1辺の縁領域に、部分的に形成された陽極部と、弁金属基体の主面上の領域のうち、陽極部が形成された領域の残余領域に形成され、絶縁層を介して弁金属基体上に形成された固体電解質層及び該固体電解質層上に形成された導電体層とを有する陰極部と、陽極部と陰極部とを電気的に絶縁する絶縁部と、を備えることを特徴とする。
【0007】
このコンデンサ素子において、陽極部は、弁金属基体の辺の縁領域に部分的に形成されている。また、この陽極部と絶縁部によって電気的に絶縁されている陰極部は、陽極部が形成された領域の残余領域に形成されている。すなわち、陽極部は、陰極部が形成されている弁金属基体の外周よりも内側に位置している。従って、陽極部の形成による、コンデンサ素子の外形寸法の増加がない。そのため、コンデンサ素子の面積を増加させて、このコンデンサ素子を用いて作製されるコンデンサの外形寸法の面積に近づけることが可能となる。なお、陽極部が形成された辺には、例えば、引き出し方向がその辺に直交する陽極リードが取り付けられる。
【0008】
また、弁金属基体は略方形の形状を有しており、複数の辺のうちの対向する2辺の縁領域に、陽極部が形成されていることが好ましい。この場合、対向する2辺の縁領域に形成された陽極部それぞれから陽極リードが引き出されて、電流経路の分割がおこなわれる。
【0009】
また、陽極部は、各辺の縁領域に複数形成されていることが好ましい。この場合、同じ辺に形成された複数の陽極部それぞれから陽極リードが引き出されて、電流経路の分割がおこなわれる。
【0010】
また、絶縁部の少なくとも一部分は、陽極部と陰極部との間に介在する絶縁性部材で形成されていることが好ましい。この場合、絶縁性部材により、陽極部と陰極部との確実な電気的な絶縁がおこなわれる。
【0011】
また、絶縁部の少なくとも一部分は、陽極部と陰極部とを隔離するように設けられたスリットで形成されていることが好ましい。この場合、スリットの間隙内の空気が絶縁材として機能し、陽極部と陰極部との確実な電気的な絶縁がおこなわれる。
【0012】
また、弁金属基体は、複数の辺を有し、その複数の辺の少なくとも1辺の縁領域に凹部を有する第1弁金属体と、凹部の周縁に該凹部を覆うように、陽極部として接続された第2弁金属体とから成るものであることが好ましい。この場合、第2弁金属体を第1弁金属体の所定位置に接続することにより、別途、絶縁性部材やスリットを設けることなく、容易に陽極部と陰極部との電気的な絶縁を図ることができる。
【0013】
本発明に係るコンデンサ素子の製造方法は、本発明のコンデンサ素子を有効に製造するための方法であって、複数の辺を有する形状の弁金属基体の主面上の領域のうち、該複数の辺の少なくとも1辺の縁領域に、部分的に陽極部を形成する第1ステップと、弁金属基体の主面上の領域のうち、陽極部が形成される領域の残余領域に、絶縁層を介して固体電解質層及び導電体層を順次積層して陰極部を形成する第2ステップと、陽極部と陰極部とを絶縁部で電気的に絶縁する第3ステップと、を備えることを特徴とする。なお、第1ステップから第3ステップまで、必ずしもその順序でおこなう必要はなく、必要に応じて順序を変更することが可能である。
【0014】
また、上述したように、弁金属基体は略方形の形状を有しており、第1ステップにおいては、陽極部を、複数の辺のうちの対向する2辺の縁領域に形成することが好ましい。また、第1のステップにおいては、陽極部を、各辺の縁領域に複数形成することが好ましい。
【0015】
さらに、第3ステップにおいては、少なくとも一部分の絶縁部として、絶縁性部材を陽極部と陰極部との間に配置すること、及び陽極部と陰極部とを隔離するようにスリットを形成することが好ましい。
【0016】
また、第1のステップにおいては、弁金属基体として、複数の辺を有し、その複数の辺の少なくとも1辺の縁領域に凹部を有する第1弁金属体と、凹部の周縁に該凹部を覆うように陽極部として接続された第2弁金属体とから成るものを用い、第1の弁金属体と第2の弁金属体とを接続することが好ましい。
【0017】
本発明に係る固体電解コンデンサは、複数の辺を有する形状の弁金属基体、弁金属基体の主面上の領域のうち複数の辺の少なくとも1辺の縁領域に部分的に形成された陽極部、弁金属基体の主面上の領域のうち陽極部が形成された領域の残余領域に形成され且つ絶縁層を介して弁金属基体上に形成された固体電解質層及び該固体電解質層上に形成された導電体層とを有する陰極部、及び陽極部と陰極部とを電気的に絶縁する絶縁部を有するコンデンサ素子と、陽極部及び陰極部に接続された導出部と、を備えることを特徴とする。
【0018】
この固体電解コンデンサにおいては、コンデンサ素子の外形寸法が増加することなく、蓄電作用を有するコンデンサ素子の陰極部が拡大している。そのため、同一寸法形状の従来の固体電解コンデンサの静電容量より大きな静電容量を有する。
【0019】
本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法は、本発明の固体電界コンデンサを有効に製造するための方法であって、複数の辺を有する形状の弁金属基体の主面上の領域のうち、複数の辺の少なくとも1辺の縁領域に、部分的に陽極部を形成する第1ステップと、弁金属基体の主面上の領域のうち、陽極部が形成される領域の残余領域に、絶縁層を介して固体電解質層及び導電体層を順次積層して、陰極部を形成する第2ステップと、陽極部と陰極部とを絶縁部で電気的に絶縁する第3ステップと、陽極部及び陰極部に導出部を接続する第4ステップと、を備える。なお、第1ステップから第4ステップまで、必ずしもその順序でおこなう必要はなく、必要に応じて順序を変更することが可能である。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係るコンデンサ素子、固体電解コンデンサ及びそれらの製造方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
【0021】
図1は、本発明の実施形態に係る固体電解コンデンサ10を示した斜視図である。図1に示すように、固体電解コンデンサ10は、コンデンサ素子12と、このコンデンサ素子12が搭載される8つのリード電極(導出部)14と、コンデンサ素子12及びリード電極14の一部をモールド固定する樹脂モールド16とを備えている。この固体電解コンデンサ10においては、固体電解コンデンサ10が搭載される回路基板(図示せず)からリード電極14を介してコンデンサ素子12に給電がおこなわれる。なお、リード電極14は、回路基板の陽極電極に接続される陽極リード14Aと、回路基板の陰極電極に接続される陰極リード14Bとで構成されている。
【0022】
コンデンサ素子12は、図2に示すように、表裏面12a,12bが粗面化(拡面化)されると共に化成処理が施された箔状のアルミニウム基体(弁金属基体)18上の一部の領域(後述する陰極部の領域)に、固体高分子電解質層(固体電解質層)及び導電体層が順次積層されたものである。この領域の積層状態をより具体的に説明すると、図3に示すように、エッチングによって粗面化されたアルミニウム基体18(厚さ100μm)は、化成処理、すなわち陽極酸化によって、その表面18aに絶縁性を有する酸化アルミニウム皮膜20が成膜されている。そして、さらに酸化アルミニウム皮膜20上には、アルミニウム基体18の凹部に含浸するように、導電性高分子化合物を含む固体高分子電解質層22が形成されている。なお、固体高分子電解質層22の形成は、導電性化合物をモノマーの状態でアルミニウム基体18の凹部に含浸させて、その後、化学酸化重合又は電解酸化重合する方法によっておこなわれる。
【0023】
この固体高分子電解質層22上には、グラファイトペースト層24及び銀ペースト層26(導電体層)が浸漬法(ディップ法)によって順次形成されている。上述した固体高分子電解質層22、グラファイトペースト層24及び銀ペースト層26によって、コンデンサ素子12の陰極電極が構成されている。なお、グラファイトペースト層24や銀ペースト層26の形成は、必要に応じ、スクリーン印刷法やスプレー塗布法で代用される。
【0024】
図2で示したとおり、コンデンサ素子12は、外形が略長方形状を有しており、その縁部には複数のスリット(絶縁部)28が形成されている。以下、説明の便宜上、コンデンサ素子12の外形の長辺方向をX方向、短辺方向をY方向、X方向及びY方向に直交する方向をZ方向として説明する。
【0025】
コンデンサ素子12に形成されたスリット28は、コンデンサ素子12の対向する2辺の縁領域に2対ずつ形成されており、いずれもY方向に延在している。これら4対のスリット28の位置は、コンデンサ素子外形の長方形の重心点を中心として点対称の位置関係を有している。なお、重心点は、長方形の対角線が交差したコンデンサ素子12表面上の一点として定義される。
【0026】
そして、コンデンサ素子12の4対のスリット28に挟まれた4つの部分が陽極部30となっており、この陽極部30以外が陰極部32となっている。1対のスリットに挟まれた陽極部30には、アルミニウム基体18上に酸化アルミニウム皮膜20のみ成膜されている。一方、陰極部32には、上述したように、アルミニウム基体18に成膜された酸化アルミニウム皮膜20上に、固体高分子電解質層22、グラファイトペースト層24及び銀ペースト層26からなる陰極電極がさらに形成されている。なお、上述した陽極部30と陰極部32との境界であって、粗面化処理が施されている部分には、その粗面化構造を圧縮によって破壊した絶縁溝部34が形成されている。
【0027】
ここで、コンデンサ素子12を作製する手順について、図4を参照しつつ説明する。図4は、コンデンサ素子を作製する手順を示した図である。
【0028】
まず、粗面化処理が施され、酸化アルミニウム皮膜20が形成されているアルミニウム箔シートから、長方形部36の長辺の端部から1対の突起部38が突出する形状のアルミニウム箔40を切り出す。そして、アルミニウム箔40の長方形部36の所定位置に、4対のスリット28を形成する。また、アルミニウム箔40の表面領域のうち、対をなすスリット28の端部を結ぶ帯状領域(例えば、幅1mm)を圧縮してその部分の粗面化構造を破壊し、絶縁溝部34を形成する。これらの1対のスリット28及び絶縁溝部34に囲まれた部分が陽極部30となっている。なお、絶縁溝部34を形成することにより、アルミニウム箔40の粗面化構造が陰極部32と陽極部30とで分断される。そのため、後述する固体高分子電解質層22の形成工程で、陰極部32に浸透した重合液が毛細現象によって陽極部30まで浸透することを確実に防ぐことができる。
【0029】
次に、突起部38の端面を支持して、アルミニウム箔40をステンレスビーカ41中に収容された化成溶液42中に浸漬する(図4(a)参照)。そして、支持された突起部38をプラス、ステンレスビーカ41をマイナスにして電圧を印加する。このように、アルミニウム箔40を化成溶液42に浸漬する(化成処理する)ことで、箔シートからの切り出し時に露出した端面のアルミニウム基体18に酸化アルミニウム皮膜20が形成される。また、スリット28を形成した後に、化成処理することでスリット28部分の端面にも酸化アルミニウム皮膜20が形成される。なお、化成溶液42は、例えば、濃度3%のアジピン酸アンモニウム水溶液等が好ましい。また、化成処理時の電圧は、所望する酸化アルミニウム皮膜の膜厚に応じて適宜決定することができ、10nm〜1μmの膜厚を有する酸化アルミニウム皮膜20を形成する場合には、通常、数ボルト〜20ボルト程度である。
【0030】
化成処理の後は、スリット28に挟まれた陽極部30となる部分の端面を含む全表面に、熱硬化型レジスト43を成膜する(図4(b)参照)。そして、このアルミニウム箔40を、ビーカ44内に収容された重合液45内に浸漬して化学酸化重合(又は、電解酸化重合)をおこない、アルミニウム箔40表面上に固体高分子電解質層22を形成する(図4(c)参照)。
【0031】
ここで、粗面化されたアルミニウム箔40表面の凹凸は微細なため、粗面化された表面にレジスト43を隙間無く緻密に形成することは困難である。そのため、レジスト43で覆った領域であっても、粗面化構造の部分における毛細現象によって、その領域に固体高分子電解質層22が形成されてしまう場合がある。このような場合には、先に述べたように、粗面化構造を破壊した絶縁溝部34を陽極部30と陰極部32との境界に形成して、重合液45が、固体高分子電解質層22が形成される陰極部32領域から陽極部30領域へ浸透してしまうのを防止する。すなわち、絶縁溝部34が、陽極部30と陰極部32との絶縁を図る絶縁部として機能する。そのため、後段の処理によって除去されるレジスト43が成膜された領域、すなわち陽極部30には、固体高分子電解質層22が形成されないこととなる。また、アルミニウム箔40には、その端面にも酸化アルミニウム皮膜20が形成されているので、陰極電極の一部(固体高分子電解質層)と陽極電極(アルミニウム基体)とのショートが抑止される。
【0032】
そして、さらにアルミニウム箔40の表面上に、グラファイトペースト層24及び銀ペースト層26をディップ形成する。最後に、レジスト43を溶解させると共に、上述した突起部38を切断することで、図2に示したコンデンサ素子12が得られる。なお、アルミニウム箔40表面上に固体高分子電解質層22を形成する前に、上述した化成処理と同様の方法で、皮膜修復処理(エージング)をおこなってもよい。
【0033】
次に、上述したコンデンサ素子12を用いて固体電解コンデンサ10を作製する方法について、図5を参照しつつ説明する。
【0034】
図5に示すように、リードフレーム46は、コンデンサ素子12を搭載させるべく、りん青銅製の基体が所定の形状に打ち抜き加工された物である。リードフレーム46には、四方を囲むフレーム部46aの中央を結ぶ支持部46bが設けられており、また支持部46bとの直交方向(図のY方向)には、フレーム部46aから支持部46bに向けて突出した4つの陽極リード部47a,47b,47c,47dが設けられ、さらに、これらの陽極リード部47a,47b,47c,47dと所定間隔を置いて並行に設けられ、フレーム部46aと支持部46bとをつなぐ4つの陰極リード部48a,48b,48c,48dが設けられている。
【0035】
コンデンサ素子12は、リードフレーム46の支持部46b上に面(主面)12bが対向するように搭載され、支持部46bとコンデンサ素子12の下面12bにある銀ペースト層26とを、銀を含む導電性接着剤50を用いて接着固定する。コンデンサ素子12の4つの陽極部30の各領域は、対応する4つの陽極リード部47a,47b,47c,47dの端部と重なるように配置されると共に、レーザスポット溶接機で溶接される。レーザスポット溶接機で溶接することで、陽極部30に形成されている酸化アルミニウム皮膜20を突破して、陽極部30と陽極リード部47a,47b,47c,47dとが電気的に接続される。
【0036】
そして、リードフレーム46上に固定されたコンデンサ素子12が、インジェクションまたはトランスファモールドによって、エポキシ樹脂でモールドされる。樹脂モールドされたコンデンサ素子12は、リードフレーム46から切り離される。そして、陽極部30が形成された辺に直交するように延びる陽極リード部47a,47b,47c,47dを折り曲げて、図1に示した陽極リード14Aが構成される。また、陰極リード部48a,48b,48c,48dも折り曲げて、図1に示した陰極リード14Bが構成される。このように、コンデンサ素子12からは、4つの陽極リード14Aと4つの陰極リード14Bとが引き出されて電流経路の分割が図られている。
【0037】
以上、詳細に説明したように、陽極部30は、アルミニウム基体18と同形状であるコンデンサ素子12の、外周52よりも内側に位置しており、コンデンサ素子12の外方に突出することなく形成されている。従って、陽極部30の形成による、コンデンサ素子12の外形寸法の増加がない。それにより、コンデンサ素子12の表面積と外周52の面積とが略等しいことになり、このコンデンサ素子12と外形寸法が同じである従来のコンデンサ素子に比べると、蓄電に供される陰極部32の面積が大きいため、コンデンサ素子12の静電容量は増加している。また、コンデンサ素子12は、同一面積において従来のコンデンサ素子よりも静電容量の増加が図られているため、このコンデンサ素子12で構成される固体電解コンデンサ10も、同一寸法形状を有する従来の固体電解コンデンサに比べて静電容量が増加している。
【0038】
次に、上述した固体電解コンデンサ10に適用されるコンデンサ素子であって、上述したコンデンサ素子12とは異なる態様のコンデンサ素子について説明する。
【0039】
コンデンサ素子12Aは、図6に示すように、上記スリット28の代わりに絶縁性樹脂層が形成された点でのみ、上述したコンデンサ素子12と異なる。すなわち、コンデンサ素子12Aには、縁領域に部分的に形成された陽極部30を3方から囲み、且つ陽極部30に対応する端面を挟むように、シリコーン樹脂製の絶縁性樹脂層(絶縁性部材、絶縁部)53が形成されている。この絶縁性樹脂層53が形成された領域には、上述した絶縁溝部34が形成されており、その溝の部分に上記シリコーン樹脂が塗布されている。以下、このコンデンサ素子12Aを作製する方法について、図7を参照しつつ説明する。
【0040】
まず、図4に示したコンデンサ素子12の作製と同様に、アルミニウム箔40を用意する。そして、このアルミニウム箔40をコンデンサ素子12Aに成形した際に陽極部30となる領域を囲むように、例えば、約1mm幅で粗面化構造を破壊し、絶縁溝部34を形成する。そして、陽極部30なる領域及び端面に上述したレジスト43を塗布する(図7(a)参照)。そして、陽極部30にレジスト43を塗布した状態で、上述した方法と同様の方法で化成処理をおこなう(図7(b)参照)。また、陽極部30にレジスト43を塗布した状態で、上述した方法と同様の方法で重合処理をおこない、固体高分子電解質層22を形成する(図7(c)参照)。そして、さらにアルミニウム箔40の表面上に、グラファイトペースト層24及び銀ペースト層26をディップ形成する。最後に、レジスト43を溶解させると共に、上述した突起部38を切断する。なお、この態様においても、先に述べたように、重合液45が、陰極部32となる領域から陽極部30となる領域へ浸透してしまうのを絶縁溝部34により防止している。
【0041】
この状態では、化成処理が施されていない陽極部30が露出しているため、コンデンサ素子12Aへの給電時に、陽極部30と陰極部32とがショートし易くなっている。そのため、コンデンサ素子12では、陽極部30と陰極部32との境界付近に絶縁性樹脂層53を形成し、陽極部30と陰極部32とを電気的に絶縁している。なお、アルミニウム箔40に化成処理を施す前に、陽極部30にレジスト43を形成するこのコンデンサ素子12Aの作製方法によれば、陽極部30とリードフレーム46の陽極リード部47a,47b,47c,47dとの接続の際、レーザスポット溶接機等の接続機械を用いることなく、陽極部30と陽極リード部47a,47b,47c,47dとを単に接触させるだけで電気的接続をおこなうことができる。そのため、陽極部30と陽極リード部47a,47b,47c,47dとの接続が、より容易且つ簡便になる。
【0042】
なお、上記説明では、固体高分子電解質層22、グラファイトペースト層24、銀ペースト層26を形成した後に、絶縁性樹脂層53を形成する態様を示したが、例えば、陽極部30となる部分を囲むように絶縁溝部34を形成した後に陽極部30の部分にレジスト43を塗布し、次に絶縁性樹脂層53を形成して、その後に重合処理等をおこなって固体高分子電解質層22、グラファイトペースト層24及び銀ペースト層26を形成するようにしてもよい。また、レジスト43又は絶縁性樹脂層53が緻密に設けられ、重合液45の陽極部30部分への侵入が防止されている場合等には、粗面化構造を破壊する絶縁溝部34を形成しなくてもよい。この場合には、陽極部30に形成された酸化アルミニウム皮膜20が絶縁部として機能する。
【0043】
以上で説明したように、このコンデンサ素子12Aにおいても、コンデンサ素子12と同様に、陽極部30は、アルミニウム基体18と同形状であるコンデンサ素子12Aの、外周52よりも内側に位置しており、コンデンサ素子12Aの外方に突出することなく形成されている。従って、コンデンサ素子12Aの表面積と外周52の面積とが略等しいことになり、このコンデンサ素子12Aと外形寸法が同じである従来のコンデンサ素子に比べると、蓄電に供される陰極部32の面積が大きいため、コンデンサ素子12Aの静電容量は増加している。
【0044】
また、コンデンサ素子12Bは、図8に示すように、2部材で構成されている点でのみ、上述したコンデンサ素子12と異なる。すなわち、コンデンサ素子12Bには、上述した陽極部30の部分に、方形状の切り欠き部(凹部)54が形成されている。そして、コンデンサ素子12Bの面上の切り欠き部54の周縁であってX方向に延びる縁領域に、陽極電極箔(第1弁金属体)56が超音波溶接により接続されている。この陽極電極箔56は、粗面化されていないアルミニウム箔シートから切り出したものであり、アルミニウム基体18と電気的に接続されている。そして、この陽極電極箔56の陰極電極が形成されていない部分が陽極部30Aとなっており、この陽極部30A以外の領域が陰極電極(図3に示した固体高分子電解質層22、グラファイトペースト層24及び銀ペースト層26)が形成された陰極部32Aとなっている。
【0045】
ここで、このコンデンサ素子12Bの作製手順を、図9を参照しつつ説明する。コンデンサ素子12Bに作製に用いられるアルミニウム箔40Aは、粗面化されていないアルミニウム箔シートから切り出した4つの陽極電極箔56と、これら陽極電極箔56の取り付け位置に対応する領域を切り欠くように、粗面化されていないアルミニウム箔シートから切り出した箔(第1弁金属体)57で構成される。そして、このアルミニウム箔40Aの片側の陽極電極箔56端部を支持して、上述した方法と同様の方法で化成処理をおこなう(図9(a)参照)。それにより、切り欠き部54を含む箔57の端面及び陽極電極箔56の浸漬部分に、酸化アルミニウム皮膜20が形成される。
【0046】
化成処理の後は、陽極部30Aとなる部分を覆うように、熱硬化型レジスト43を成膜する(図9(b)参照)。そして、陽極部30Aにレジスト43を塗布した状態で、上述した方法と同様の方法で重合処理をおこない、固体高分子電解質層22を形成する(図9(c)参照)。そして、さらにアルミニウム箔40Aの表面上に、グラファイトペースト層24及び銀ペースト層26をディップ形成する。最後に、レジスト43を溶解させると共に、突出する部分の陽極電極箔56を切断する。
【0047】
このコンデンサ素子12Bにおいては、陽極部30Aの表面に形成された酸化アルミニウム皮膜20の一部が、陽極部30Aと陰極部32Aとを絶縁する絶縁部として機能する。
【0048】
以上で説明したように、このコンデンサ素子12Bにおいても、コンデンサ素子12及びコンデンサ素子12Aと同様に、陽極部30Aは、コンデンサ素子12Bの外周52よりも内側に位置しており、コンデンサ素子12Bの外方に突出することなく形成されている。従って、コンデンサ素子12Bの表面積と外周52の面積とが略等しいことになり、このコンデンサ素子12Bと外形寸法が同じである従来のコンデンサ素子に比べると、蓄電に供される陰極部32Aの面積が大きいため、コンデンサ素子12Bの静電容量は増加している。なお、コンデンサ素子12Bにおいては、別途、スリットや絶縁性樹脂層を設けなくても、簡単に陽極部30Aと陰極部32Aとの電気的な絶縁を図ることができる。
【0049】
本発明は、上述した実施形態に限定されず、以下のような態様であってもよい。例えば、陽極部30を陰極部32から絶縁する方法は、上述の態様に限定されず、スリット、絶縁溝部、絶縁樹脂層及び酸化アルミニウム皮膜を、適宜、単独又は組み合わせて利用する態様であってもよい。すなわち、絶縁部は、陽極部30と陰極部32とが、単に物理的に離間されている構成とされていてもよく、絶縁性を高めるために絶縁性樹脂等からなる絶縁性部材を設けた構成とされてもよい。
【0050】
【実施例】
以下、本発明の効果をより一層明らかなものとするため、実施例および比較例を掲げる。
【0051】
(実施例1)
固体電解コンデンサを、以下のようにして、作製した。
【0052】
まず、図9に示した作製方法によってコンデンサ素子を以下のように作製した。まず、粗面化処理が施され、酸化アルミニウム皮膜が形成されている厚さ100μmのアルミニウム箔シートから、0.8cm×2.0cmの寸法で、アルミニウム箔を切り出し、対向する2つの端部の所定位置をそれぞれ2箇所ずつ、0.2cm×0.5cmの寸法で切り抜いた。また、粗面化処理が施されていない厚さ70μmのアルミニウム箔シートから、0.25cm×0.4cmの寸法で3つ、1.25cm×0.4cmの寸法で1つのアルミニウム箔を切り出した。
【0053】
これら4つのアルミニウム箔(陽極電極箔)を、粗面化されたアルミニウム箔の切り抜いた部分に合わせて配置し、それぞれの一端部領域が0.5mmだけ重なり合うように重ね合わせ、それぞれの一端部領域が重なり合った部分を、日本エマソン株式会社ブランソン事業本部製の40kHz−超音波溶接機によって接合するとともに電気的に接続して、陽極電極箔と粗面化処理が施されているアルミニウム箔との接合体(コンデンサ素子用電極体)を作製した。
【0054】
そして、このようにして得られたコンデンサ素子用電極体を、粗面化処理が施されているアルミニウム箔が完全に浸漬されるように、3重量%の濃度で6.0のpHに調整されたアジピン酸アンモニウム水溶液中に浸漬した。次いで、電極箔を陽極とし、化成電流密度が50〜100mA/cm2、化成電圧が12ボルトの条件下で、アジピン酸アンモニウム水溶液中に浸漬されたコンデンサ素子の切断部端面を酸化させ、酸化アルミニウム皮膜を形成した。この化成処理により、電極体表面に酸化アルミニウム皮膜が形成された。
【0055】
その後、電極体をアジピン酸アンモニウム水溶液から引き上げると共に、電極体の陽極電極箔部分に熱硬化型レジストを塗布して、電極体表面にポリピロールからなる固体高分子電解質層を化学酸化重合によって形成した。
【0056】
ここで、ポリピロールからなる固体高分子電解質層は、精製した0.1モル/リットルのピロールモノマー、0.1モル/リットルのアルキルナフタレンスルホン酸ナトリウムおよび0.05モル/リットルの硫酸鉄(III)を含むエタノール水混合溶液セル中に電極体をセットし、30分間にわたって攪拌し、化学酸化重合を進行させ、同じ操作を3回にわたって、繰り返して、生成した。その結果、最大厚さが、約50μmの固体高分子電解質層が形成された。
【0057】
さらに、こうして得られた固体高分子電解質層の表面にカーボンペースト及び銀ペーストをディップ形成して、陰極電極を形成した。そして、ペースト層が形成された後に、陽極電極箔部分に塗布したレジストを有機溶媒にて溶解して、陽極部を露出させた。また、粗面化されたアルミニウム箔から突出する部分の陽極電極箔を切断した。以上の処理によって、コンデンサ素子(0.8cm×2.0cm)が完成した。
【0058】
以上のようにして作製されたコンデンサ素子を、図5に示した所定の形状に加工されたリードフレーム上に搭載し、銀を含む導電性接着剤で最下面の銀ペースト層とリードフレームとを接着した。なお、コンデンサ素子のそれぞれの陽極部を、NEC製YAGレーザスポット溶接機でリードフレームの陽極リード部に溶接して、コンデンサ素子とリードフレームとを一体化した。
【0059】
リードフレーム上に固体電解コンデンサ素子が固定された後に、インジェクションまたはトランスファモールドによって、エポキシ樹脂でモールドした。モールド後の固体電解コンデンサをリードフレームから切り離し、陽極リードおよび陰極リードを折り曲げて、図1に示すような8端子型のディスクリート型固体電解コンデンサ#1を得た。その後、既知の方法にて、固体電解コンデンサに一定の電圧を印加して、エージング処理を行い、漏れ電流を十分に低減させて、完成させた。
【0060】
こうして得られた8端子型固体電解コンデンサ#1の電気的特性について、アジレントテクノロジー社製インピーダンスアナライザー4194A、ネットワークアナライザー8753Dを用いて、静電容量およびS21特性を測定し、得られたS21特性をもとに、等価回路シミュレーションを行い、ESR、ESL値を決定した。その結果、120Hzでの静電容量は144.0μFであり、100kHzでのESRは20mΩであり、ESLは155pHであった。
【0061】
(実施例2)
固体電解コンデンサを、以下のようにして作製した。
【0062】
まず、粗面化処理が施されている厚さ100μmのアルミニウム箔シートから、0.8cm×2.0cmの寸法でアルミニウム箔を切り出した。また、粗面化処理が施されていない厚さ70μmのアルミニウム箔シートから、1.05cm×0.4cmの寸法でアルミニウム箔を切り出した。このアルミニウム箔を、所定の位置に配置し、それぞれの一端部領域が0.5mmだけ重なり合うように重ね合わせ、それぞれの一端部領域が重なり合った部分を、日本エマソン株式会社ブランソン事業本部製の40kHz−超音波溶接機によって接合するとともに電気的に接続して、粗面化処理が施されていないアルミニウム箔と粗面化処理が施されているアルミニウム箔との接合体(コンデンサ素子用電極体)を作製した。
そして、このようにして得られたコンデンサ素子用電極体を、粗面化処理が施されたアルミニウム箔上で、陽極部となる領域にレジストを塗布した。
【0063】
さらに、実施例1と同様、電極体に化成処理を施すと共に、電極体に陰極電極(ポリピロールからなる固体高分子電解質層、カーボンペースト層及び銀ペースト層)を形成した。そして、ペースト層が形成された後に、上述のレジスト層を有機溶媒にて溶解して、化成処理が施されていない陽極部を露出させた。また、粗面化されたアルミニウム箔から粗面化処理が施されていないアルミニウム箔を分離した。そして、露出した陽極部と陰極電極との境界に、幅1mmの絶縁性樹脂層(シリコーン製)を形成した。以上の処理によって、コンデンサ素子(0.8cm×2.0cm)が完成した。
【0064】
以上のようにして作製されたコンデンサ素子を、図5に示した所定の形状に加工されたリードフレーム上に搭載し、銀を含む導電性接着剤で最下面の銀ペースト層とリードフレームとを接着した。コンデンサ素子のそれぞれの陽極部を、NEC製YAGレーザスポット溶接機でリードフレームの陽極リード部に溶接して、コンデンサ素子とリードフレームとを一体化した。
【0065】
リードフレーム上に固体電解コンデンサ素子が固定された後に、インジェクションまたはトランスファモールドによって、エポキシ樹脂でモールドした。モールド後の固体電解コンデンサを、リードフレームから切り離し、陽極リードおよび陰極リードを折り曲げて、図1に示すような8端子型のディスクリート型固体電解コンデンサ#2を得た。その後、既知の方法にて、固体電解コンデンサに一定の電圧を印加して、エージング処理を行い、漏れ電流を十分に低減させて完成させた。
【0066】
こうして得られた8端子型固体電解コンデンサ#2の電気的特性について、実施例1と同様の手法で評価した。その結果、120Hzでの静電容量は147.0μFであり、100kHzでのESRは18mΩであり、ESLは155pHであった。
【0067】
(実施例3)
固体電解コンデンサを、以下のようにして作製した。
【0068】
まず、粗面化処理が施され酸化アルミニウム皮膜が形成されている厚さ100μmのアルミニウム箔シートから、0.8cm×2.0cmの寸法でアルミニウム箔を切り出し、対向する2つの端部の所定位置にそれぞれ4箇所ずつ幅1mm長さ2mmのスリットを設けた。
【0069】
また、粗面化処理が施されていない厚さ70μmのアルミニウム箔シートから、1.05cm×0.4cmの寸法でアルミニウム箔を切り出した。このアルミニウム箔を、所定の位置に配置し、それぞれの一端部領域が0.5mmだけ重なり合うように重ね合わせ、それぞれの一端部領域が重なり合った部分を、日本エマソン株式会社ブランソン事業本部製の40kHz−超音波溶接機によって接合するとともに電気的に接続して、粗面化処理が施されていないアルミニウム箔および粗面化処理が施されているアルミニウム箔の接合体(コンデンサ素子用電極体)を作製した。
【0070】
以上のようにして作製されたアルミニウム箔の電極体から、実施例1と同様の方法によりコンデンサ素子(0.8cm×2.0cm)を作製した。そして、このコンデンサ素子を用いて、8端子型固体電解コンデンサ#3を作製し、上述の実施例1及び実施例2と同様の手法でその電気的特性について評価した。その結果、120Hzでの静電容量は146.0μFであり、100kHzでのESRは19mΩであり、ESLは155pHであった。
【0071】
(比較例1)
まず、粗面化処理が施され、酸化アルミニウム皮膜が形成されている厚さ100μmのアルミニウム箔シートから、0.4cm×2.0cmの寸法で、アルミニウム箔を矩形状に切り出した。また、粗面化処理が施されていない厚さ70μmのアルミニウム箔シートから、0.25cm×0.4cmの寸法で、4つのアルミニウム箔を矩形状に切り出した。これら4つのアルミニウム箔を、対向する2つの端部にそれぞれ2つずつ、所定間隔だけ離間させて配置した。そして、アルミニウム箔のそれぞれの一端部領域が、0.5mmだけ重なり合うように重ね合わせ、それぞれの一端部領域が重なり合った部分を、日本エマソン株式会社ブランソン事業本部製の40kHz−超音波溶接機によって接合するとともに電気的に接続して、粗面化処理が施されていないアルミニウム箔および粗面化処理が施されているアルミニウム箔の接合体(コンデンサ素子用電極体)を作製した。
【0072】
以上の処理によって、粗面化処理が施されているアルミニウム箔に、4つの粗面化処理が施されていないアルミニウム箔が接合されたコンデンサ素子用電極体を作製した。
【0073】
以上のようにして作製されたアルミニウム箔の電極体から、実施例1と同様の方法によりコンデンサ素子(0.8cm×2.0cm)を作製した。そして、このコンデンサ素子を用いて、8端子型固体電解コンデンサ#4を作製し、上述の実施例1等と同様の手法でその電気的特性について評価した。その結果、120Hzでの静電容量は93.0μFであり、100kHzでのESRは37mΩであり、ESLは156pHであった。
【0074】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、弁金属基体の材料として、アルミニウムが用いられているが、アルミニウムに代えて、アルミニウム合金、または、タンタル、チタン、ニオブ、ジルコニウムもしくはこれらの合金などによって、弁金属基体を形成することもできる。また、コンデンサ素子の外形は、長方形状に限らず、正方形状、三角形状、多角形状であってもよく、また曲線を有する形状であってもよい。さらに、コンデンサ素子の陽極部と導出部とが一体的に成形されていてもよい。
【0075】
【発明の効果】
本発明によれば、同一寸法形状で、静電容量を有意に増大することができるコンデンサ素子、固体電解コンデンサ及びそれらの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による固体電解コンデンサを示す斜視図である。
【図2】図1に示したコンデンサ素子を示した斜視図である。
【図3】図2に示したコンデンサ素子の要部を示す模式断面図である。
【図4】コンデンサ素子を作製する手順を示した図である。
【図5】図2に示したコンデンサ素子がリードフレーム上に搭載された状態を示す斜視図である。
【図6】本発明によるコンデンサ素子の別の一態様を示す斜視図である。
【図7】コンデンサ素子を作製する手順を示した図である。
【図8】本発明によるコンデンサ素子の別の一態様を示す斜視図である。
【図9】コンデンサ素子を作製する手順を示した図である。
【図10】従来のコンデンサ素子を示す斜視図である。
【符号の説明】
10,80…固体電解コンデンサ、12,12A,12B…コンデンサ素子、12b…主面、14…リード電極、16…樹脂モールド、18…アルミニウム基体、20…酸化アルミニウム皮膜、22…固体高分子電解質層、26…銀ペースト層、28…スリット、30,30A,84…陽極部、32,32A…陰極部、34…絶縁溝部、46…リードフレーム、53…絶縁性樹脂層、54…切り欠き部、56…陽極電極箔。
Claims (9)
- 複数の辺を有する形状の弁金属基体と、
前記弁金属基体の、前記複数の辺の少なくとも1辺の縁領域に、部分的に形成された陽極部と、
前記弁金属基体の主面上の領域のうち、前記陽極部が形成された領域の残余領域に形成され、絶縁層を介して前記弁金属基体上に形成された固体電解質層及び該固体電解質層上に形成された導電体層とを有する陰極部と、
前記陽極部と前記陰極部とを電気的に絶縁する絶縁部と、を備えるコンデンサ素子。 - 前記弁金属基体は略方形の形状を有しており、
前記複数の辺のうちの対向する2辺の縁領域に、前記陽極部が形成されている、請求項1に記載のコンデンサ素子。 - 前記陽極部は、前記各辺の前記縁領域に複数形成されている、請求項1又は2に記載のコンデンサ素子。
- 前記絶縁部の少なくとも一部分は、前記陽極部と前記陰極部との間に介在する絶縁性部材で形成されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載のコンデンサ素子。
- 前記絶縁部の少なくとも一部分は、前記陽極部と前記陰極部とを隔離するように設けられたスリットで形成されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載のコンデンサ素子。
- 前記弁金属基体は、
複数の辺を有し、その複数の辺の少なくとも1辺の縁領域に凹部を有する第1弁金属体と、
前記凹部の周縁に該凹部を覆うように、前記陽極部として接続された第2弁金属体とから成るものである、請求項1〜5のいずれか一項に記載のコンデンサ素子。 - 複数の辺を有する形状の弁金属基体の主面上の領域のうち、該複数の辺の少なくとも1辺の縁領域に、部分的に陽極部を形成する第1ステップと、
前記弁金属基体の主面上の領域のうち、前記陽極部が形成される領域の残余領域に、絶縁層を介して固体電解質層及び導電体層を順次積層して陰極部を形成する第2ステップと、
前記陽極部と前記陰極部とを絶縁部で電気的に絶縁する第3ステップと、を備えるコンデンサ素子の製造方法。 - 複数の辺を有する形状の弁金属基体、前記弁金属基体の主面上の領域のうち前記複数の辺の少なくとも1辺の縁領域に部分的に形成された陽極部、前記弁金属基体の主面上の領域のうち前記陽極部が形成された領域の残余領域に形成され且つ絶縁層を介して前記弁金属基体上に形成された固体電解質層及び該固体電解質層上に形成された導電体層とを有する陰極部、及び前記陽極部と前記陰極部とを電気的に絶縁する絶縁部を有するコンデンサ素子と、
前記陽極部及び前記陰極部に接続された導出部と、を備える固体電解コンデンサ。 - 複数の辺を有する形状の弁金属基体の主面上の領域のうち、前記複数の辺の少なくとも1辺の縁領域に、部分的に陽極部を形成する第1ステップと、
前記弁金属基体の表面のうち、前記陽極部が形成される領域の残余領域に、絶縁層を介して固体電解質層及び導電体層を順次積層して、陰極部を形成する第2ステップと、
前記陽極部と前記陰極部とを絶縁部で電気的に絶縁する第3ステップと、
前記陽極部及び前記陰極部に導出部を接続する第4ステップと、を備える固体電解コンデンサの製造方法。
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