JP2005260227A - 表面実装型チップコンデンサー - Google Patents
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Abstract
【課題】 表面実装型チップコンデンサーおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 ワイヤー（32）と、このワイヤーに電気的に接続された導電性粉部材（34）とを具備してなる表面実装型チップコンデンサー（30）である。この表面実装型チップコンデンサーは上記導電性粉部材の少なくとも一部およびこの導電性粉部材から延出した上記ワイヤーを囲む絶縁性物質（38）を有する。第1の端子（60）が上記ワイヤーの第1の端面で表面実装チップコンデンサー上に形成され、第2の端子（56）が上記導電性粉部材に電気的に接続することにより形成されている。この表面実装型チップコンデンサーはワイヤーを形成する工程と、このワイヤーに導電性粉体を設ける工程とを含む方法により製造される。1形態として、ホイルシートから上記ワイヤーをプレスし、このワイヤー上に導電性粉体部材を電気泳動的に堆積させる。
【選択図】図１
【解決手段】 ワイヤー（32）と、このワイヤーに電気的に接続された導電性粉部材（34）とを具備してなる表面実装型チップコンデンサー（30）である。この表面実装型チップコンデンサーは上記導電性粉部材の少なくとも一部およびこの導電性粉部材から延出した上記ワイヤーを囲む絶縁性物質（38）を有する。第1の端子（60）が上記ワイヤーの第1の端面で表面実装チップコンデンサー上に形成され、第2の端子（56）が上記導電性粉部材に電気的に接続することにより形成されている。この表面実装型チップコンデンサーはワイヤーを形成する工程と、このワイヤーに導電性粉体を設ける工程とを含む方法により製造される。1形態として、ホイルシートから上記ワイヤーをプレスし、このワイヤー上に導電性粉体部材を電気泳動的に堆積させる。
【選択図】図１
Description
本発明はコンデンサーに係わる。特に、本発明は改良された表面実装型チップコンデンサーおよびその製造方法に関するが、これらに限定されるものではない。
従来、コンデンサーはタンタルスラグ又はタンタルペレットのような容量性素子から作られている。従来、タンタルスラグを作るため、タンタル粉をバインダーと共にプレスし、ついで正極端部および負極端部を有する有極コンデンサーを形成するためのプロセスに向けられる。典型的なタンタルスラグはそこから延出するワイヤーからなる陽極と、その反対側に形成された導電性表面からなる陰極とを有する。
タンタルコンデンサーに使用されるタンタルペレットを製造する通常の方法は、タンタル粉を最初にプレス又は圧縮してペレットにし、それを焼成処理することからなり、ここでペレットは真空中で加熱される。この加熱によりタンタル粒子相互が固着し、陽極として機能するリード線を保持することができるようになっている。
この焼成工程に続いて、タンタルペレットは酸溶液中に浸漬され、ペレットおよびペレット内の粒子の外表面に誘電性フィルムを形成させる。この誘電性フィルムは通常、五酸化タンタルである。ペレットおよびペレット内の粒子はついで、陰極を形成する他の種々の金属含有物質で塗布される。
これらのコンデンサーは、接続ワイヤーにより回路基板に固着される陽極と陰極とを有する。
これらのコンデンサーは、接続ワイヤーにより回路基板に固着される陽極と陰極とを有する。
部品を装着する最近の方法では、接続ワイヤーを使用せずに部品を回路基板の導電路に直接、半田付けする方法がとられる。この技術は“表面実装装置”（SMD）として次第に広く使用されている。
SMD技術に適したコンデンサーは、チップ部品として、並びにMELF部品として製造することができる。チップ部品は一般に、半田付けに適した端面を有する直角平行六面体の形態の、若しくは半田付けに適した陰極および陽極末端の双方を有する面を備えたフリップチップの形態の支持部材を有する。MELF（Metal Electrode Face Bonding）部品は一般に、接続ワイヤーが省かれた接続キャップ（複数）を有する円筒状支持部材からなり、これらキャップは端面が半田付けに適するように電気メッキにより形成され、回路基板の導電路に直接、半田付けされるようになっている。
このSMD技術の大きな利点は、回路基板上への部品の装着密度を著しく高めることができることである。更に装着密度を高めるため、SMD技術に適したより小さな部品が必要となっている。
しかし、このSMD技術には、生産性および均一性を備えた装置を製造することについて問題がある。従って、改良された表面実装型チップコンデンサーおよびその製造方法についての必要性が理解されるであろう。
更に、現在のSMD技術は、コンデンサーの大量処理のための技術を使用するのとは反対に個々のコンデンサーの処理を要する。大量処理の特に有用な１つの技術はリール・ツー・リールプロセス（reel to reel process）の使用を介して行われる。従って、本発明の更なる特徴は、リール・ツー・リールプロセスを使用して効率的に製造することができるコンデンサーを提供することである。
更に、従来のSMD技術は電気泳動塗装の使用により改善することができる。電気泳動塗装の幾つかの利点は、基板上での帯電粒子の高塗装速度が得られること、その結果得られる基板上の帯電粒子のフィルムは高密度で均一であること、塗装条件を制御することによりフィルムの厚みを制御することができること、簡単なプロセスで容易にスケールアップすることができることなどである。従って、本発明の更なる特徴は、コンデンサーの均一性、許容度、静電容量および堆積当たりの密度を増大することができる方法を提供することである。
本発明の更なる特徴は、製造が容易で、経済的な表面実装型チップコンデンサーを提供することである。
次に、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、この実施形態は本発明を制限することを意図するものではない。すなわち、本発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて、全ての変形、改良および均等物を包含するものである。
図15は従来の典型的なコンデンサー10を示すものである。コンデンサーは多くのタイプの電子機器に使用されている。コンデンサーのポピュラーな用途は、パソコン、ディスクドライブ、携帯電話、プリンター、手持ちポケットベル、自動車および軍事用機器などである。
図示のコンデンサー10は、２つの導体、すなわち、タンタルペレット12と、二酸化マンガン（MnO2）16（実際には半導体）とを有する。誘電性フィルム14は五酸化タンタル（Ta2O５）からなる。コンデンサー10の使用時において、タンタルペレット12は正に帯電し、陽極として機能し、二酸化マンガン16は負に帯電し、陰極として機能する。このコンデンサーは更に、タンタル陽極リード線18、カーボン層22、蒸着外部電極20を含む。
従来のコンデンサー10は通常、タンタル粉を使用し、これを圧縮してペレットとすることにより作られる。この得られた圧縮ペレット12はついで、焼成プロセスに向けられ、そこで、ペレット12は真空中で加熱される。この加熱によりタンタル粒子が相互に固着し、それによりリード線18が保持される。
この焼成プロセスの後、ペレット12は一般に酸溶液中に浸漬され、ペレット12の外表面に誘電性フィルム14が形成される。ついで、ペレット12は他の種々の金属含有物質で被覆され、陰極が形成される。一般に、MnO216は誘電性フィルム14の周りに配置され、その周りにグラファイト22の層が設けられ、このグラファイト22の層には銀プリント20が塗布されている。なお、二酸化マンガンの代わりに他の導電性ポリマー、例えばポリピロールを使用することもできる。陰極部分は陰極末端で終わっている。
リード線18は通常、テフロン（登録商標）などの絶縁物質（図示しない）で被覆される。このリード線18は典型的には陽極末端である。これらの末端は、電気回路にコンデンサー10を装着するため、回路基板に接続される。
図１は、本発明の表面実装型MELFコンデンサー30を示している。本図において、説明の便宜上、コンデンサーの種々の部分が直線および鋭角のエッジを用いて示されている。しかし、実際のコンデンサーは若干丸みの角部を有している。更に、コンデンサーコンデンサーは標準的形状およびサイズで示されているが、これら形状およびサイズは種々変化させてもよく、異なる長さ、幅、高さ、部分相互のサイズの割合のものとすることができる。
このコンデンサー30はワイヤー32を有している。このワイヤー32は典型的にはタンタルから作られる。その他、ワイヤーは他のバルブ金属（valve metal）(すなわち、ニオブ（Nb）、ハフニウム（Hf）、ジルコニウム（Zr）、チタン（Ti）、バナジウム（V）、タングステン（W）、ベリリウム（Be）又はアルミニウム（Al）)からなるものでもよい。その他、ワイヤーはバルブ金属（すなわち、Ta、Nb、Hf、Zr、Ti、V、W、Be又はAl）を含む基板からなるものでもよい。このワイヤーの厚みは好ましくは、50-100μｍの範囲とする。このワイヤー32は直角六面体であってもよい。その他、このワイヤーは他の種々の形状のものであってもよい。
導電性粉部材34はワイヤー32上に設けられる。この導電性粉部材34はバルブ金属であってもよい。その他、導電性粉部材はバルブ金属基板のものであってもよい。この導電性粉部材34は静電容量-電圧（CV）が低いもの（すなわち10CV）から100-150KCVまでのものでもよい。ワイヤー32上に設けられる以前において、導電性粉部材34は粉状でもよく、これは規則的に凝集させ、篩別および/又は粉砕させる。導電性粉部材34はワイヤー32に層として付着させたとき、3-8g/ccの範囲の密度を有する。
誘電性フィルム36は導電性粉部材34および陽極ワイヤー32の表面に設けられる。この誘電性フィルム36は典型的には五酸化タンタル（Ta2O５）からなる。ワイヤー32および焼成タンタル層34の各一部がテフロン（登録商標）などの絶縁性コーティング38で塗布されている。
誘電性フィルム36は導電性粉部材34および陽極ワイヤー32の表面に設けられる。この誘電性フィルム36は典型的には五酸化タンタル（Ta2O５）からなる。ワイヤー32および焼成タンタル層34の各一部がテフロン（登録商標）などの絶縁性コーティング38で塗布されている。
固体電解質、すなわち二酸化マンガン（MnO2）又は導電性ポリマーが誘電性フィルム40として用いられる。この固体電解質は誘電性フィルム（36）被覆導電性粉部材34内の空隙中に含浸しコンデンサーの陰極を形成する。
導電性対電極層が二酸化マンガン層40上に積層され、コンデンサー30の二酸化マンガン層40と電気的に連続したものとなる。この対電極層は好ましくは、黒鉛系炭素の第1の下層42と、金属粒子44、好ましくは銀、をバインダー又は有機樹脂に包含させた上層とからなる。この対電極層は導電性粉部材34の陰極末端46の上に延びている必要があり、同時に二酸化マンガン層40を封止するのを助けている。この対電極層は導電性粉部材34の実質的に全ての側面および陰極末端46を被覆し、それにより最小誘電正接およびESRを有するコンデンサーを得ているが、陽極ワイヤー32との電気的連続性からの分離を維持している。
導電性対電極層が二酸化マンガン層40上に積層され、コンデンサー30の二酸化マンガン層40と電気的に連続したものとなる。この対電極層は好ましくは、黒鉛系炭素の第1の下層42と、金属粒子44、好ましくは銀、をバインダー又は有機樹脂に包含させた上層とからなる。この対電極層は導電性粉部材34の陰極末端46の上に延びている必要があり、同時に二酸化マンガン層40を封止するのを助けている。この対電極層は導電性粉部材34の実質的に全ての側面および陰極末端46を被覆し、それにより最小誘電正接およびESRを有するコンデンサーを得ているが、陽極ワイヤー32との電気的連続性からの分離を維持している。
有機質コーティング又はパシベーションコーティング48がタンタル層34の側面の対電極層上、およびタンタル層34の陽極末端50で絶縁コーティング38上に形成されているが、陰極末端15の上には延びていない。銀プリント陽極52が有機コーティング48上のタンタル層34の陽極末端50にて接合され、かつ、陽極ワイヤー32と接触している。陰極末端キャップ54が対電極層の陰極末端46と接触、接合し、陰極端子又は第2の端子56を形成している。陽極末端キャップ58が銀プリント陽極52をコーティングする陽極末端50および絶縁性コーティング48の一部に接触、接合され、陽極端子又は第1の端子60を形成している。
陰極端子56および陽極端子60は、電気回路中にコンデンサー30を装着するため回路基板に接続することができる接続部である。下記および図2-14に示す方法はコンデンサーに適用したものであるが、この方法を反対側端部に端子を必要とする任意のタイプのチップ部品に利用することも可能である。
図2はくし型のホイルストリップ70の平面図を示している。このくし型は機械的打ち抜き（パンチング）により作成することができる。その他、このくし型は他の化学的又は物理的方法により作成してもよい。好ましくは、このホイルストリップ70は厚みが50-100μｍ、長さが0.8ｍｍ、幅が0.08ｍｍのものである。このくし型は個々のタンタルワイヤー32で作られている。
ホイルストリップ70は外側エッジ部に複数の孔72を有している。これらの孔72はホイルストリップ70をフレーム74に配置させるのに使用される。図3に示すように、フレーム74は頂部76と底部（図示しない）とを有している。この底部には孔72を受理するためのオス型受け部（図示しない）が設けられている。ホイルストリップ70はワイヤー32相互が互いに対向するように配置されている。図3のフレーム74は20個のホイルストリップ70を保持している。いったん、全てのホイルストリップが所定位置に配置されたとき、コネクター78がホイルストリップ70を所定位置にて固定する。いったん、所定位置に固定されると、ホイルストリップがマスクされる。
ホイルストリップ70およびフレーム74は、打抜きされたワイヤー32を取扱うための唯一の装置である。その他、1列のワイヤー32を有する単一のホイルストリップを用いてもよい。更に、単一の広いホイルストリップを使用して図３に示すように数連のホイルストリップ70と置き換えてもよい。この幅広のホイルストリップを打ち抜いて複数のワイヤー32を形成する。
図4はマスクされた後のホイルストリップ70を平面を示している。ホイルストリップ70に対するワイヤー32の接続端部は、ホイルストリップ70およびホイルストリップ70に接触するワイヤー32の一部に平坦な物理的バリヤー80を配置することにより物理的にマスクされる。ついで、導電性粉部材34がこのワイヤー32上に形成される。
すなわち、導電性粉部材34は電気泳動塗装によりワイヤー上に配置され、これは基本的に2つの工程からなされる。すなわち、最初に、懸濁液中の粉体（0.2-40μｍ）の帯電粒子を印加電圧によりワイヤー32に移動させ、次に、粉体粒子がワイヤー32上に堆積（放電、凝集）される。この得られた帯電粒子のフィルムが導電性粉部材34となり、これは緻密で均一のものである。
図5は、マスク80が除去されているが導電性粉部材34が堆積されたホイルストリップ70の平面を示している。
図5は、マスク80が除去されているが導電性粉部材34が堆積されたホイルストリップ70の平面を示している。
図6に示すように、次の工程は、ホイルストリップ70を有するフレーム74全体を焼成プロセスに送り、導電性粉部材34を真空中で加熱することである。このプロセスにおける温度は、タンタルおよびニオブについては600-1400℃である。この導電性粉部材34は所定の温度にて約2-20分間、真空中で保持され、ついで周知の従来同様の冷却手法に従って冷却される。
図７に示すように、焼成プロセスの後、この導電性粉部材34は酸素-形成溶液中に浸漬され、薄い誘電性フィルム36を形成させる。一例として、タンタル又はニオブ粉を使用する場合は、薄い誘電性フィルム36は五酸化タンタル又は五酸化ニオブとなる。
図8に示すように、次の工程は、テフロン（登録商標）プリント又は他の絶縁性物質38を付加することである。
ついで、図9に示すように、コンデンサーの陰極部分が形成される。典型的には、二酸化マンガン40が誘電性フィルム36の周りに配置され、ついで、銀44でプリントされた黒鉛層42が形成される。この銀プリント44は銀フレークで充満された有機樹脂からなり導電性となっている。
ついで、図9に示すように、コンデンサーの陰極部分が形成される。典型的には、二酸化マンガン40が誘電性フィルム36の周りに配置され、ついで、銀44でプリントされた黒鉛層42が形成される。この銀プリント44は銀フレークで充満された有機樹脂からなり導電性となっている。
図10に示すように、絶縁性又はパシベーション物質48が、導電性粉部材34およびワイヤー32の側面の少なくも一部を囲むように配置される。
図11に示すように、陽極がレーザーで開口され、ワイヤー32が露出される。レーザーによる開口はワイヤー32の導電性表面を露出させるための好ましい方法ではあるが、他の手法を使用することもできる。その他のプロセスを用いて、ワイヤー32の導電性表面を露出させてもよい。ワイヤーが一旦露出されると、銀プリント44と同様に銀プリント52を適用することができる。
次の工程は、図13に示すように、ストリップ70から表面実装型チップコンデンサー30を切断することである。表面実装型チップコンデンサー30は周知の種々の方法でストリップ70から分断してもよい。
最終工程は、図14に示すように、陰極末端キャップ52および陽極末端キャップ58を半田付けすることである。この陰極末端キャップ52は対電極層の陰極末端46と接触していて陰極端子56を形成している。陽極末端キャップ58は銀プリント陽極52をコーティングする陽極末端50および絶縁コーティング48の一部と接触、接合していて陽極端子60を形成している。
本発明は上記の種々の方法で達成することができるが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で他の方法を使用することも可能である。
本発明の好ましい実施態様について図面および明細書に記載され、特定の用語が使用されたが、これらは説明のためのものであり、限定することを意図するものではない。部材の形状、寸法割合は適宜変更することが可能であり、請求の範囲で規定したように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で状況により種々の均等物で置換するようにしてもよい。
30 コンデンサー
32 ワイヤー
34 導電性粉部材
36 誘電性フィルム
40 二酸化マンガン層
44 金属粒子
46 陰極末端
50 陽極末端
54 陰極リング
58 陽極末端キャップ
60 陽極端子
70 ホイルストリップ
72 孔
74 フレーム
32 ワイヤー
34 導電性粉部材
36 誘電性フィルム
40 二酸化マンガン層
44 金属粒子
46 陰極末端
50 陽極末端
54 陰極リング
58 陽極末端キャップ
60 陽極端子
70 ホイルストリップ
72 孔
74 フレーム
Claims (17)
- 対向する第1および第2の端面と、側面とを有するワイヤーと；
上記ワイヤーに電気的に接続すると共に、上記第2の端面およびワイヤー側面の一部を被覆する導電性粉部材と；
上記導電性粉部材の少なくとも一部および上記ワイヤー側面の一部を囲む絶縁性物質と；
上記ワイヤーの第1の端面および上記絶縁性物質の一部の上に配置された導電性物質の第1の部材により形成された第1の端子と；
上記導電性粉部材の第2の端部上に配置され、この第2の端部と電気的に接続された導電性物質の第2の部材により形成された第2の端子と；
を具備してなることを特徴とする表面実装型チップコンデンサー。 - 上記第1の端子が陽極であり、上記第2の端子が陰極末端である請求項１記載の表面実装型チップコンデンサー。
- 上記導電性粉部材が粉体からなるものである請求項１記載の表面実装型チップコンデンサー。
- 上記粉体が、Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, V, W, BeおよびAlからなる群から選択されるものである請求項３記載の表面実装型チップコンデンサー。
- 上記粉体が、Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, V, W, BeおよびAlからなる群から選択される金属の基板である請求項３記載の表面実装型チップコンデンサー。
- 上記粉体が、上記ワイヤー上に電気泳動的に堆積されたものである請求項３記載の表面実装型チップコンデンサー。
- 上記導電性粉部材が3-8g/ccの密度を有する請求項１記載の表面実装型チップコンデンサー。
- 上記導電性粉部材が10CV-150KCVの静電容量-電圧を有する請求項１記載の表面実装型チップコンデンサー。
- 対向する第1および第2の端面と、側面とを有するワイヤーを提供する工程と；
上記ワイヤー上に導電性粉部材を形成し、上記第2の端面およびワイヤーの側面の一部を被覆する工程であって、該導電性粉部材が陰極末端と、陽極末端と、該陰極末端と陽極末端との間に延出した導電性粉部材側面とを有するものと；
絶縁物質を、上記陽極末端および上記導電性粉部材上に適用し上記陽極末端および上記導電性粉部材の外に、かつ、これらを被覆するようにして絶縁物質層を形成させ、それにより導電性ワイヤーが該絶縁物質層を貫通して延出し、該絶縁物質層の外面から突出するワイヤー突出部を形成させる工程と；
導電性物質の陽極層を上記ワイヤーの第1の端面および導電性粉部材の陰極末端近傍の上記絶縁性物質の外面に適用し、それにより導電性物質の陽極層を上記ワイヤー末端に電気的に接触、被覆させる工程と；
導電性陽極端子キャップを、導電性物質の陽極層を被覆し、電気的接触を生じさせるように取着させ、それにより電気的連続性を、上記導電性粉部材の陽極末端から、上記ワイヤーおよび導電性物質の陽極層を介して、導電性陽極端子キャップまで達成させる工程と；
導電性物質の陰極層を上記導電性粉部材の陰極末端の少なくとも一部上に適用させる工程と；
導電性陰極端子キャップを、上記導電性粉部材の陰極末端を被覆し、電気的接触を生じさせるように取着させる工程と；
を具備してなることを特徴とする表面実装型チップコンデンサーの製造方法。 - ワイヤーを形成する工程を、ホイルをプレスすることにより行う請求項９記載の方法。
- ホイルをリール・ツー・リールプロセスに適用させるべく配置する工程を更に含む請求項10記載の方法。
- 粉体を、上記ワイヤー上に適用するため上記ホイルをマスクする工程を更に含む請求項11記載の方法。
- 粉体を、上記ワイヤー上に電気泳動的に堆積させる工程を更に含む請求項12記載の方法。
- 上記粉体が、Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, V, W, BeおよびAlからなる群から選択されるものである請求項13記載の方法。
- 上記粉体が、Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, V, W, BeおよびAlからなる群から選択される金属の基板である請求項13記載の方法。
- 上記導電性粉部材が3-8g/ccの密度を有する請求項13記載の方法。
- 上記導電性粉部材が10CV-150KCVの静電容量-電圧を有する請求項13記載の方法。
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