JP2006032382A - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性に優れ、レーザ溶接を用いても信頼性の高い固体電解コンデンサの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】コンデンサ素子２２をリードフレーム２３に接続するときに、相対向させたコンデンサ素子２２の陽極部の間に溶接用保護材２４を配置してレーザ溶接により接続することにより、レーザ溶接の生産性に優れ、かつ外部端子となるリードフレーム２３にアルミニウム溶融物の付着がなくなり、固体電解質の周りを確実に外装樹脂で被覆することができるので、固体電解質の特性を充分に引き出すことができ、また、プリント基板等に固体電解コンデンサを実装した場合でも端子のハンダ付け不良がなくなる。
【選択図】図３

Description

本発明は高周波領域において低インピーダンスで、容量の体積効率の良い固体電解コンデンサの製造方法に関するものである。

近年、電子機器のデジタル化に伴って電子回路に使用されるコンデンサも高周波領域における低インピーダンス、小形大容量が厳しく要求されるようになってきた。小形大容量を特徴とする電解コンデンサの分野においても、従来の乾式アルミ電解コンデンサや二酸化マンガンを固体電解質とするタンタル固体電解コンデンサおよびアルミ固体電解コンデンサなどに対し、複素環式化合物の重合物である導電性高分子を固体電解質とする固体電解コンデンサが、この要求に応え得るコンデンサとして数多く提案され、商品化されている。

高周波領域における低インピーダンスは複素環式化合物の重合物である導電性高分子を固体電解質とすることにより達成されるが、固体電解質である特質から定格電圧よりかなり高い化成電圧を余儀なくされることにより、乾式アルミ電解コンデンサに比べ容量の容積効率は低く、この容積効率を上げるために例えば特許文献１のようにコンデンサ素子を積層することが知られている。

このコンデンサ素子は図５に示すように、アルミニウムエッチド箔３１の表面に誘電体酸化皮膜３２を形成し、この誘電体酸化皮膜３２の所定位置の全面にレジスト層３３を形成することにより、誘電体酸化皮膜３２を二つの部分に区分している。そして前記レジスト層３３により区分された一方の部分（陰極部）に、電解質となる複素環式化合物のポリマー層としてピロールよりなるポリマー層３４を、端子取り出し用の導体層としてグラファイト層３５および銀ペースト層３６を順次形成してコンデンサ素子３７を構成している。

そして、このコンデンサ素子３７をコム端子にレーザ溶接等により接続し、外装樹脂を被覆することにより固体電解コンデンサを得ることができる。

前記レーザ溶接は、他の溶接方法（抵抗溶接、超音波溶接等）に比べてアルミニウムを溶融して溶接することができるので、接触抵抗の少ない接続が可能となることが記載されている。

なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
特開平１０−１４４５７３号公報

しかしながら前記した従来の固体電解コンデンサは、いくつかの欠点があり、特に陽極部の接続方法により信頼性が乏しくなるという大きな欠点があった。

すなわち、コンデンサ素子３７の陽極部をリードフレームにレーザ溶接すると、その熱容量の差からアルミニウムが多く溶融し、アルミニウムの溶融物が外部端子となるリードフレームに付着してしまう。その結果、その後の外装樹脂がリードフレームを密接に被覆することができず、固体電解質の特性を充分に引き出すことができないという問題を有している。

また、この固体電解コンデンサをプリント基板等に実装した場合、端子のハンダ付け不良となるという問題も有している。

さらに、ハンダ付け不良とならないまでも、プリント基板等に実装された固体電解コンデンサは、高周波領域における低インピーダンスの特性を充分に発揮することができないという問題もある。

本発明は前記従来例の問題点を解決するもので、レーザ溶接工程の生産性に優れ、レーザ溶接を用いても信頼性の高い固体電解コンデンサの製造方法を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、誘電体酸化皮膜を形成した弁金属箔を絶縁体層で区分し、この区分された一方の部分（陰極部）に導電物質層、導電性高分子膜、グラファイト層と銀ペイント層からなる導体層を順次形成してコンデンサ素子を構成し、このコンデンサ素子をコンデンサ素子の他方の部分（陽極部）を相対向させてフープ状のリードフレームに所定の間隔で２列に設けるとともに、相対向させたコンデンサ素子の他方の部分（陽極部）の間に溶接用保護材を配置して、このコンデンサ素子の他方の部分（陽極部）とリードフレームをレーザ溶接により接続し、その後、溶接用保護材を排除してコンデンサ素子の全体をモールド樹脂で外装し、前記コンデンサ素子をリードフレームから切断するようにした製造方法とするものである。

本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、コンデンサ素子の他方の部分（陽極部）を相対向させてフープ状のリードフレームに所定の間隔で２列に設けるとともに、相対向させたコンデンサ素子の他方の部分（陽極部）の間に溶接用保護材を配置して、このコンデンサ素子の他方の部分（陽極部）とリードフレームをレーザ溶接により接続し、その後、溶接用保護材を排除してコンデンサ素子の全体をモールド樹脂で外装し、前記コンデンサ素子をリードフレームから切断するようにしたことにより、レーザ溶接工程の生産性に優れ、かつ外部端子となるリードフレームにアルミニウム溶融物の付着がなくなり、固体電解質の周りを確実に外装樹脂で被覆することができるので、固体電解質の特性を充分に引き出すことができる。また、プリント基板等に固体電解コンデンサを実装した場合でも、端子のハンダ付け不良になるという問題もなくなる。これにより、高周波領域において低インピーダンスで小形大容量の固体電解コンデンサを提供することができるものである。

以下、本発明の一実施の形態を添付図面にもとづいて説明する。

本実施の形態に用いるコンデンサ素子は、厚さ１００μｍの弁金属であるアルミニウム箔１６を公知の方法でエッチング処理して多孔質化した後、化成処理によりその表面に誘電体酸化皮膜１７を形成し、そしてこのアルミニウム化成箔を図１に示すような突起部１１（寸法：３×７ｍｍ）を有する櫛形電極１２に打ち抜く。また前記突起部１１の所定の位置には絶縁体層１３を設け、陰極部１４と陽極部１５に区分する。

なお、前記アルミニウム化成箔の打ち抜きは、金属箔の状態で行った後、エッチング、化成処理を行っても良いが、生産性を考えると、広い幅の化成済みの箔で行うのが得策である。また、絶縁体層１３はアルミニウム化成箔を打ち抜いた後、絶縁塗料を塗布することにより設けても良いが、アルミニウム化成箔の所定の位置に予め接着剤を塗布した絶縁テープ、たとえば耐熱性のポリイミドテープを貼り付けておき、その後、打ち抜いて図１に示すような櫛形電極１２を構成しても良い。

次いで、少なくとも陰極部１４の全面以上を化成液中に浸漬して切断面及び誘電体酸化皮膜の修復化成を行ってから、櫛形電極１２の陰極部１４の部分を硝酸マンガンの水溶液中に浸漬した後、約３００℃で１０分間熱処理し、二酸化マンガンよりなる導電物質層１８を形成する。この後、熱処理により劣化した誘電体酸化皮膜を修復するため、再化成を行った方が万全ではあるが、この再化成は省略しても良い。

次に、電解重合して導電性高分子を形成するピロールと支持電解質としてのトリイソプロピルナフタレンスルフォン酸とを水に溶解した電解重合液を、対極を兼用するステンレス製の容器内に入れ、そしてこの容器内に、櫛形電極１２を絶縁体層１３の中途まで浸漬し、さらに櫛形電極１２に対応した形のステンレス電極の先端が陰極部１４の導電物質層１８に極力近い絶縁体層１３の部分に接触した状態で、ステンレス電極を陽極、かつ容器を陰極として電圧を印加することにより電解重合を行い、導電性高分子膜１９を導電物質層１８の上に形成する。

さらにこの導電性高分子膜１９の上に、公知の方法でグラファイト層２０と銀ペイント層２１を順次形成する。この場合、グラファイト層２０は薄いため、通常の浸漬して焼き付ける方法で良いが、銀ペイント層２１の場合は浸漬方式では下部が厚くなって積層時の弊害となるため、印刷方式などの均一な塗布方法が好ましい。このようにして作製したコンデンサ素子２２の断面図を図２に示す。

次に、図３に示すような引出し端子を兼ねるリードフレーム２３上にコンデンサ素子２２の陽極部１５が相対向するように２列に設置する。この引出し端子を兼ねるリードフレーム２３は、厚さ０．１ｍｍの平板を打ち抜いた鉄基材に銅３μｍ、錫１μｍのメッキを施して使用した。そしてこのリードフレーム２３は予めコンデンサ素子２２の陰極部１４とリードフレーム２３の間に接着剤として少量の銀ペイント層を塗布し、コンデンサ素子２２を装填する。このときコンデンサ素子２２を２〜６枚積層しても良い。

前記コンデンサ素子２２の陽極部１５とリードフレーム２３の接続はレーザ溶接により行いレーザ溶接部２５を形成する。このレーザ溶接部２５は、相対向するコンデンサ素子２２の陽極部１５をそれぞれ１ヶ所ずつ溶接することにより形成されるが、予め相対向するコンデンサ素子２２の陽極部１５間に溶接用保護材２４を配置してから溶接を行う。

このレーザ溶接を良好に行うためには、レーザ光を当てたスポット部分のアルミニウム箔と引出し端子を兼ねるリードフレーム２３を構成する金属を溶融し、均一に混合または合金化された状態とする必要がある。前記引出し端子を兼ねるリードフレーム２３は鉄を基材とし、これにハンダと合金化し易い銅、ニッケル、錫などのメッキが施されたもので、鉄の融点が１５３５℃であるのに対し、アルミニウムの融点は６６０℃と、鉄とアルミニウムの融点がかけ離れているため、両者を同時に溶融しようとすると融点の低い金属が溶融物として飛び散り、この溶融物がリードフレーム２３に付着すると製品の不良を引き起こすことになる。

そこで、引出し端子を兼ねるリードフレーム２３上に溶接用保護材２４を配置してからレーザ溶接を最適条件化で行うことにより製品の不良を撲滅することができる。また、製品のプリント基板への実装によるハンダ付け不良もなくなる。

この溶接用保護材２４は酸化皮膜を形成した帯状の金属箔を用いることにより、レーザ溶接工程をスムーズに行うことができる。酸化皮膜を有しない金属箔を用いると、アルミニウムの溶融物が金属箔に穴を開けリードフレーム２３に付着してしまったり、溶接用保護材２４とリードフレーム２３を接合してしまうので、金属箔の酸化皮膜はこのような不具合をなくすことができる。

また、溶接用保護材２４に酸化皮膜を形成した金属箔を使用することにより、着脱自在で何度も使用することができ、レーザ溶接工程の生産性にも優れる。この効果をさらに発揮させるには、酸化皮膜を形成した帯状の金属箔の片面に樹脂テープを張り合わせたものを用いることができる。その構成を示す断面図を図４に示す。同図において金属箔２６の表面に酸化皮膜２７が形成され、その一方の面に金属箔２６の幅よりも狭い幅で樹脂テープ２８を貼り付けた構成からなる。

このような構成の溶接用保護材２４を用いることにより、リードフレーム２３を傷つけることなく、着脱も容易に行うことができる。またレーザ溶接の際のアルミニウム溶融物が金属箔の端面に飛散したとしても、樹脂テープ２８が焼損することがなく、樹脂テープ２８の機能を損なうことがない。

本発明の実施の形態におけるレーザ溶接の溶接条件については、まず発振方式は炭酸ガスレーザ方式に比べ、ＹＡＧレーザ方式が小エネルギーに適しているため、ＹＡＧレーザ方式を選択した。そしてレーザ光のモードを微小エネルギーで小スポットに集中して連続して供給し、小さな面積で深く複数枚の金属を溶融させるために、ＳＩ（ステップ・インデックス）方式の光学ファイバーではなく、ＧＩ（グレーテッド・インデックス）方式の光学ファイバーを用いた。

なお、レーザ溶接条件は、熱量：１０〜２０Ｊ、パルス：２〜４ｍｓの範囲で行うのが好ましい。

そして本発明の実施の形態においては、リードフレーム２３の金属とコンデンサ素子２２における陽極部１５をレーザ溶接した後、陰極部を構成する銀ペイント層２１を硬化させ、さらに成形用金型にリードフレーム２３を設置し、エポキシ樹脂でモールド成形した後、端子部を切断し、固体電解コンデンサを取り出した。この固体電解コンデンサにおける陽極端子および陰極端子は前記リードフレーム２３をそのまま利用しているもので、この場合、モールド樹脂に沿って陽極端子と陰極端子を折り曲げれば、チップ形固体電解コンデンサを得ることができる。

（実施例１）
前記実施の形態において、溶接用保護材として厚さ１５０μｍのアルミニウム箔の表面に陽極酸化処理した酸化皮膜層を形成したものを用い、リードフレームに相対向させたコンデンサ素子の陽極部（それぞれ１ヶ所）を同時にレーザ溶接（条件 熱量：１０Ｊ、パルス：２ｍｓ）で接続し、それ以外は前記実施の形態と同様にして固体電解コンデンサを作製した。なお、コンデンサ素子は１枚づつで、５００個の固体電解コンデンサを作製した。

（実施例２）
前記実施の形態において、溶接用保護材として厚さ１００μｍのアルミニウム箔の表面に陽極酸化処理した酸化皮膜層を形成したものに、樹脂テープ（ＰＥＴ）を張り合わせたものを用い、リードフレームに相対向させたコンデンサ素子の陽極部（それぞれ１ヶ所）を同時にレーザ溶接（条件 熱量：１０Ｊ、パルス：２ｍｓ）で接続し、それ以外は前記実施の形態と同様にして固体電解コンデンサを作製した。なお、コンデンサ素子は１枚づつで、５００個の固体電解コンデンサを作製した。

（実施例３）
前記実施の形態において、溶接用保護材として厚さ１５０μｍのアルミニウム箔の表面に陽極酸化処理した酸化皮膜層を形成したものに、樹脂テープ（ＰＥＴ）を張り合わせたものを用い、コンデンサ素子を４枚積層し、リードフレームに相対向させたコンデンサ素子の陽極部（それぞれ１ヶ所）を同時にレーザ溶接（条件 熱量：１５Ｊ、パルス：３ｍｓ）で接続し、それ以外は前記実施の形態と同様にして固体電解コンデンサを作製した。なお、固体電解コンデンサは５００個作製した。

（比較例１）
前記実施の形態において、溶接用保護材を用いないで、リードフレームに相対向させたコンデンサ素子の陽極部（それぞれ１ヶ所）を同時にレーザ溶接（条件 熱量：１０Ｊ、パルス：２ｍｓ）で接続し、それ以外は前記実施の形態と同様にして固体電解コンデンサを作製した。なお、コンデンサ素子は１枚づつで、５００個の固体電解コンデンサを作製した。

（比較例２）
前記実施の形態において、溶接用保護材として厚さ２００μｍのアルミニウム箔を用い、リードフレームに相対向させたコンデンサ素子の陽極部（それぞれ１ヶ所）を同時にレーザ溶接（条件 熱量：１０Ｊ、パルス：２ｍｓ）で接続し、それ以外は前記実施の形態と同様にして固体電解コンデンサを作製した。なお、コンデンサ素子は１枚づつで、５００個の固体電解コンデンサを作製した。

前記実施例１〜３と比較例１および２の固体電解コンデンサについて、エージング完成後のコンデンサ特性（容量値、ｔａｎδ、漏れ電流値）を測定し、その平均値と特性不良率を（表１）に示す。また、固体電解コンデンサをプリント基板に実装したときのハンダ付け不良率も（表１）に示す。

（表１）から明らかなように本発明の実施例による固体電解コンデンサは、コンデンサ素子をリードフレームにレーザ溶接するときに溶接用保護材を用いることにより、完成品の不良が撲滅し、特性の安定した固体電解コンデンサを得ることができる。また、プリント基板に実装したときでもハンダ付け不良になるものはなかった。

これに対して比較例１では溶接用保護材を用いていないので、コンデンサ特性の不良率が５１％と、約半数の固体電解コンデンサが不良となり、比較例２でも約３割の固体電解コンデンサが不良となった。また、コンデンサ特性のばらつきも大きく、実装後のハンダ付け不良率も高かった。

前記実施の形態においては、陽極部１５をアルミニウム箔で構成したものについて説明したが、これに限定されるものではなく、他の弁金属箔、例えばタンタル、ニオブなどで構成しても良い。また導電性高分子膜１９はポリピロールよりなる導電性高分子で構成したものについて説明したが、他の導電性高分子、例えばポリフラン、ポリチオフェンよりなる導電性高分子で構成しても、製造条件が異なるだけで本発明の要件を損なうものではない。

本発明の固体電解コンデンサの製造方法によれば、コンデンサ素子をリードフレームに接続するときに、相対向させたコンデンサ素子の陽極部の間に溶接用保護材を配置してレーザ溶接により接続することにより、レーザ溶接の生産性に優れ、かつ外部端子となるリードフレームにアルミニウム溶融物の付着がなくなり、固体電解質の周りを確実に外装樹脂で被覆することができるので、固体電解質の特性を充分に引出すことができる。また、プリント基板等に固体電解コンデンサを実装した場合でも、端子のハンダ付け不良になるという問題もなくなる。これにより、高周波領域において低インピーダンスで小形大容量の固体電解コンデンサを得ることができる。

本発明の実施の形態における複数の突起部を有する櫛形電極の平面図 同コンデンサ素子の構成を示す断面図 本発明の実施の形態におけるコンデンサ素子をリードフレームに配置し、レーザ溶接を示す平面図 同溶接用保護材の一例を示す断面図 従来のコンデンサ素子の構成を示す断面図

符号の説明

１１ 突起部
１２ 櫛形電極
１３ 絶縁体層
１４ 陰極部
１５ 陽極部

Claims (3)

1. 誘電体酸化皮膜を形成した弁金属箔を絶縁体層で区分し、この区分された一方の部分（陰極部）に導電物質層、導電性高分子膜、グラファイト層と銀ペイント層からなる導体層を順次形成してコンデンサ素子を構成し、このコンデンサ素子をコンデンサ素子の他方の部分（陽極部）を相対向させてフープ状のリードフレームに所定の間隔で２列に設けるとともに、相対向させたコンデンサ素子の他方の部分（陽極部）の間に溶接用保護材を配置して、このコンデンサ素子の他方の部分（陽極部）とリードフレームをレーザ溶接により接続し、その後、溶接用保護材を排除してコンデンサ素子の全体をモールド樹脂で外装し、前記コンデンサ素子をリードフレームから切断するようにした固体電解コンデンサの製造方法。
2. 溶接用保護材が酸化皮膜が形成された帯状の金属箔である請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
3. 溶接用保護材が酸化皮膜を形成した帯状の金属箔の片面に樹脂テープを張り合わせた構成からなり、前記樹脂テープ側をリードフレーム側に接するようにした請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法。

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