JP2006032586A - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】陽陰極電極の短絡を防止し、静電容量の低下を抑制した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】多孔質層6が設けられた弁金属シート体1を形成する工程と、この弁金属シート体1の多孔質層6に誘電体被膜11を形成する工程と、この誘電体被膜11の上に導電体層8を形成する工程と、この導電体層8の上に集電体層9を形成する工程と、弁金属シート体1の周縁部に絶縁部7を形成する工程からなる固体電解コンデンサの製造方法において、数平均分子量が700〜6,000である絶縁性樹脂を用いて絶縁部7を形成する。
【選択図】図2
【解決手段】多孔質層6が設けられた弁金属シート体1を形成する工程と、この弁金属シート体1の多孔質層6に誘電体被膜11を形成する工程と、この誘電体被膜11の上に導電体層8を形成する工程と、この導電体層8の上に集電体層9を形成する工程と、弁金属シート体1の周縁部に絶縁部7を形成する工程からなる固体電解コンデンサの製造方法において、数平均分子量が700〜6,000である絶縁性樹脂を用いて絶縁部7を形成する。
【選択図】図2
Description
本発明は、各種電子機器に用いられる固体電解コンデンサの製造方法に関するものである。
従来この種の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設け、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を設け、この集電体層の上に金属による電極層を設けたコンデンサ素子を構成し、このコンデンサ素子を積層して各コンデンサ素子の電極部または電極層を溶接などの技術を用いて外部端子に接続し、この外部端子を外装の両端面に表出するように形成するように構成されていた。
また、最近では大容量で等価直列インダクタンス(以下ESLと称す)を低くするために、陰電極に接続されたスルホール電極を介してシート状の弁金属箔の片面に陽陰極に対応する接続端子を有した固体電解コンデンサの製造方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−7569号公報
しかしながら、前記従来の構成(特許文献1)では電極の構造が複雑になり、特に陽陰極の分離が非常に重要となり、この陽陰極の分離のための絶縁部の形成方法によっては陽陰極の短絡不良、あるいはこの陽陰極の分離のために設けた樹脂材料が弁金属箔の多孔質内部まで浸透してしまうことにより所定の静電容量が低下するという課題を有していた。
本発明は前記従来の課題を解決するもので、陽陰極の短絡不良を防止できる、あるいは静電容量の低下を抑制できる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。
前記従来の課題を解決するために、本発明は、多孔質層が設けられた弁金属シート体を形成する工程と、この弁金属シート体の多孔質層に誘電体被膜を形成する工程と、この誘電体被膜の上に導電体層を形成する工程と、この導電体層の上に集電体層を形成する工程と、弁金属シート体の周縁部に絶縁部を形成する工程からなる固体電解コンデンサの製造方法において、数平均分子量が700〜6,000である絶縁性樹脂を用いて絶縁部を形成するものである。
本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、多孔質層に適度の粘度で絶縁部を形成できるとともに最適な数平均分子量を有することにより高温における粘度の低下が少ないことから、陽陰極の短絡不良を防止できる、あるいは静電容量の低下を抑制できる固体電解コンデンサの製造方法を提供することができる。
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における固体電解コンデンサの製造方法について、図面を参照しながら説明する。
以下、本発明の実施の形態1における固体電解コンデンサの製造方法について、図面を参照しながら説明する。
図1は本発明の実施の形態1における製造方法により作製した固体電解コンデンサの斜視図、図2は図1のA−A部における断面図および図3は同要部の拡大断面図である。
図1〜図3において、大容量で低い等価直列インダクタンス特性(以下ESLと称す)を実現するために、アルミニウム箔などからなる多孔質層6を形成した弁金属シート体1に銅電極などからなるスルホール電極2が弁金属シート体1を貫通するように設けられており、このスルホール電極2と弁金属シート体1とはスルホールの内壁に形成された絶縁部3によって電気的に絶縁されている。
また、多孔質層6の表面には誘電体被膜11を形成し、この誘電体被膜11の上に固体電解質層よりなる導電体層8を形成し、この導電体層8の上にカーボンおよび銀電極よりなる集電体層9を形成しており、前記スルホール電極2はこの集電体層9に接続されるように形成している。このとき、多孔質層6が形成された弁金属シート体1の周縁部には絶縁部7を形成している。この絶縁部7は陽極である弁金属シート体1と導電体層8または集電体層9との短絡不良を防止するために設けられており、この絶縁部7を数平均分子量が700〜6,000である絶縁性樹脂を用いて形成することにより、前記絶縁部7を高精度に形成でき、所定の静電容量の確保と陽陰極の絶縁性を高められる固体電解コンデンサの製造方法を提供することができる。ここで、数平均分子量(Mn)の測定はゲル・パーミエーション・クロマトグラフィ(GPC)を用いてポリスチレン換算で算出した数値である。
また、弁金属シート体1の他面には陽極である弁金属シート体1と接続された接続端子4と陰極である集電体層9と接続された接続端子5を配置し、それぞれの接続端子4、5を交互に配置した構成としている。このような構成とすることにより、スルホール電極2における電流の向きと、弁金属シート体1を流れる電流の向きを逆方向とすることができることから、それぞれに発生する電磁界をキャンセルする効果が生じることにより、ESLの極小化を実現することができる。
また、この固体電解コンデンサの接続端子4、5を介して半導体部品などの各種部品を直接接続することにより配線長を最短とすることができ、全体での高周波域で優れた低インピーダンス特性を発揮することができる。
このような構造の固体電解コンデンサを効率良く作製するためには、絶縁部3を高精度に形成する必要があり、この絶縁部3にはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂あるいはシリコン樹脂などの熱硬化性の絶縁性樹脂を用いることが効果的であり、このような材料を用いて絶縁部3を高精度に形成する製造方法が非常に重要である。
これらの絶縁部3、7を形成するときに用いる熱硬化性を有する前記の絶縁材料は、エポキシ樹脂などのように未硬化の状態では流動性を有し、その流動性を利用して印刷あるいは塗布などの方法で絶縁材料をパターニングしながら形成する方法が生産効率の観点から好ましい。
しかしながら、このエポキシ樹脂などは硬化のために所定の温度まで加熱する必要があり、温度が上昇してから樹脂の硬化が始まるまでの間に粘度が急激に下がり、流動性が非常に高まる温度流域が発生する。このエポキシ樹脂の流動性が高まると多孔質層6のエッチングピットあるいは焼結体の隙間のなかにエポキシ樹脂が染み込みやすくなり、多孔質層6のエッチングピットあるいは焼結体の奥深くまでエポキシ樹脂が浸入してしまう。熱硬化型のエポキシ樹脂は他の熱硬化型樹脂の中でも特に粘度が低下することから、染み込みやすい。
この多孔質層6へのエポキシ樹脂などの絶縁材料の染み込みは固体電解コンデンサの静電容量を低下させることになる。従って、絶縁部3、7を形成するにあたっては多孔質層6へ絶縁材料が染み込まないように、数平均分子量が700〜6,000である絶縁性樹脂を用いて形成することが非常に重要であることが分かった。
また、図4は本実施の形態1における別の一例の固体電解コンデンサの断面図を示したものであり、図4に示した固体電解コンデンサは図1〜図3に示した固体電解コンデンサの構成からスルホール電極2を設けていない構成を示したものである。この図4に示した固体電解コンデンサは図1に示した固体電解コンデンサと比較してESL特性という観点からはあまり低くすることはできないが、多孔質層6の有効面積が大きくなることから静電容量をより大きくすることができるものである。この図4に示した固体電解コンデンサにおいても絶縁部7を、数平均分子量が700〜6,000である絶縁性樹脂を用いて形成しておくことにより、静電容量の低下を防止するとともに陽陰極の短絡不良を防止することができる高信頼性の固体電解コンデンサを実現することができる。
以下に、図1に示した固体電解コンデンサの製造方法について説明する。
図5〜図15は本発明の実施の形態1における固体電解コンデンサの製造方法を説明するための断面図である。
まず、図5に示すようにアルミニウム箔からなる弁金属シート体1の片面に多孔質層6を形成した後、誘電体被膜11を形成する。この多孔質層6はアルミニウム箔などの弁金属シート体を化成処理することによって作製することができ、この多孔質層6の表面を陽極酸化によって誘電体被膜11を形成することができる。
なお、この多孔質層6および誘電体被膜11は弁金属シート体1の両面に形成しても良い。また、弁金属シート体1はTaやNbとしても良い。
また、他の方法としてタンタル箔などにタンタル粉末を所定の厚みに焼結することにより多孔質層6を形成することもできる。
次に、図6に示すように弁金属シート体1にパンチング加工やレーザー加工などによってスルホール14を所定の位置に高精度に形成した後、図7に示すような弁金属シート体1の片面を吸収体15に押圧する。この吸収体15には和紙のように液体を適度に吸収する材質のものを用いることが好ましい。
次に、図8に示すように弁金属シート体1の他面側より、絶縁性樹脂であるエポキシ樹脂を用いてスキージ16により塗布形成することにより絶縁部3を形成する。この絶縁性樹脂であるエポキシ樹脂は弁金属シート体1の他面の表面とスルホール14の内部に充填され、弁金属シート体1の片面からはみ出したエポキシ樹脂は吸収体15によって吸収される。その後、吸収体15を取り外して図9となる。
このときのエポキシ樹脂の数平均分子量は700〜6,000の範囲であることが好ましい。この範囲とすることによりエポキシ樹脂の熱硬化における加熱時の流動性の高まりによる多孔質層6への染み込みを防止することができる。
また、絶縁性樹脂を塗布する方法としてはスピンコート法、スプレー法などによって塗布形成する方法でも良い。
また、スルホール14の内壁に塗布形成する絶縁性樹脂の粘度は1〜5000(P・sec)が好ましい。このときの粘度は0.1/secにおけるときの粘度である。また、このスルホール14の寸法形状によって粘度は適宜選択することができ、比較的小径(100μmφ以下)でアスペクト比の大きなスルホール14であるときには粘度を低めに設定し、100μmφ以上のスルホール径の場合には粘度を高めに設定することができる。これらは信頼性と生産性の観点から選択すれば良い。また、粘度の異なる絶縁性樹脂を用いて複数回塗布形成することがより好ましい。
次に、図10に示すように弁金属シート体1の片面より圧縮空気を噴射するなどしてスルホール14の内部に充填されている余分な絶縁性樹脂を除去することにより、スルホール14の内壁に所定の厚みで絶縁性樹脂膜を形成した後、樹脂を熱硬化させることによって絶縁部3を形成する。なお、この絶縁性樹脂を塗布する工程から熱硬化までの工程を複数回行うことにより、絶縁部3のピンホールなどの構造欠陥を更に減らすことができ、より絶縁信頼性を高めることが可能となる。
次に、図11に示すように弁金属シート体1の片面の周縁部に前記絶縁性樹脂を塗布して前記と同じ方法により熱硬化させることにより絶縁部7を形成する。
なお、このとき絶縁性樹脂の粘度は印刷性、塗布性、ピンホールの発生率、液ダレの観点から1〜5000(P・sec)の粘度であることが好ましい。そのためには、希釈溶媒を用いて絶縁性樹脂と混合することによりその粘度を制御することが可能である。この希釈溶媒は有機溶剤であれば良いが、特に沸点、安全性の観点からイソプロピルアルコール、MEK、錯酸ブチルなどがスクリーン印刷、転写印刷あるいはディスペンサなどによって塗布形成するときに好ましい。またその時の粘度は100〜5000(P・sec)がより好ましい。
次に、図12に示すように多孔質層6の上に導電体層8を形成する。この導電体層8は固体電解質層で形成することが可能であり、例えばポリチオフェンなどの導電性高分子膜を化学重合法、電解重合法などによって形成する。この化学重合反応を多孔質層6に形成されたエッチングピットあるいは焼結体の深部まで行うことによって、電解重合による導電性高分子膜も多孔質層6の内部に形成できることにより静電容量の取り出しが効率良く行え、また有機膜であることから柔軟性に富み機械的な破壊を防止することができる。
なお、導電性高分子の粉末の縣濁液を塗布・乾燥した後、電解重合を行う方法によっても形成可能であり、選択的に電極を形成することができる。さらに、硝酸マンガンを熱分解して二酸化マンガンを形成することでも可能である。このとき硝酸マンガンを熱分解して二酸化マンガンを形成した後、導電性高分子を電解重合して形成することでも同様の構成が得られる。
その後、図13に示すように導電体層8の上にカーボン微粒子を用いてカーボン層(図示せず)の薄層を塗布形成し、その後Agペーストまたは銅ペーストを用いて前記カーボン層の上とスルホール14の内部に塗布・充填することによりスルホール電極2と集電体層9を形成する。なお、この集電体層9は樹脂電極を用いて形成しても良いし、めっき法によって導電性に優れた銀、銅などの金属による電極を形成することも可能である。
次に、図14に示すように、Ag、Cu板などからなる導電性の補強板10と集電体層9とをAgペーストなどによって接着する。この補強板10は固体電解コンデンサの剛性を高めるとともに、陰電極側の抵抗値を下げて電荷の取り出しを容易にする。なお、この補強板10は必ずしも必要ではなく、適宜、固体電解コンデンサの低ESR特性あるいは機械的強度の観点から用いることができるものである。
次に、レーザー加工などによって絶縁部3の所定の位置を孔あけ加工することにより開口部17を形成し、弁金属シート体1の表層を露出させる。
その後、図15に示すように、めっき法などによってスルホール電極2の表出面と、陽極の開口部17に銅電極などの接続端子4、5を形成する。
このような製造方法によって作製された固体電解コンデンサは、陽陰極の短絡不良を防止し、静電容量の低下を抑制した固体電解コンデンサとすることができる。
次に、絶縁部3、7の形成方法についてさらに詳細に説明する。
(実施例1)
実施例1として、絶縁部3、7を数平均分子量がそれぞれ500、700、3500、6000のエポキシ樹脂で形成する場合について説明する。
実施例1として、絶縁部3、7を数平均分子量がそれぞれ500、700、3500、6000のエポキシ樹脂で形成する場合について説明する。
まず、エポキシ樹脂をMEK(メチル・エチル・ケトン)溶液にて粘度を5,000(P・sec)以下になるように希釈した。なお、この希釈溶媒はMEKに限定するものではなく、有機溶剤であれば良い。このエポキシ樹脂、MEK溶液、硬化剤を混合してエポキシ樹脂インクを作製した。このエポキシ樹脂インクをスルホール14が形成された弁金属シート体1の他面側より50μm厚で塗布形成した後、スルホール14の内部に充填されたエポキシ樹脂インクを圧縮空気で吹き飛ばし、スルホール14の内壁にエポキシ樹脂膜を形成した。これを希釈溶媒であるMEKの沸点温度以上である110℃で30分乾燥して溶媒を除去した後、エポキシ樹脂を硬化させるために160℃で2時間加熱した。
このように、エポキシ樹脂インクの粘度を1〜5,000(P・sec)に調整することにより、スクリーン印刷などによって効率よく塗布形成することができ、さらに圧縮空気でスルホール14の内部に充填された余分のエポキシ樹脂インクを適量吹き飛ばすことによりスルホール14の内壁に適度の厚みを有するエポキシ樹脂膜を形成できる。
なお、スルホール14の内容積が大きくなるほど、スルホール14の内部に充填された樹脂インクを空気で除去することは困難となるが、厚みが50〜300μm、スルホール径が100〜500μmにおいては、樹脂インクの粘度が5,000P・sec以下であれば、圧縮空気でうまく除去することが可能であった。エポキシ樹脂インクの粘度が5,000P・secより高い場合には、スルホール14の内部に充填された樹脂インクを圧縮空気でうまく吹き飛ばすことはできなかった。
また、エポキシ樹脂インクの熱硬化の工程を、希釈溶媒の沸点以上の温度で加熱保持する段階と、エポキシ樹脂材料の硬化温度で加熱保持する段階の2段階による加熱硬化工程とすることにより、分子量の高いエポキシ樹脂を用いる場合でもピンホールのない絶縁部3、7を形成することができる。
比較例として、絶縁部3、7を数平均分子量が400のエポキシ樹脂で形成する場合について説明する。実施例1と同様に、数平均分子量400のエポキシ樹脂、硬化剤を混合して樹脂インクを作製する。この樹脂インクを実施例1と同じように粘度を調整して弁金属シート体1に50μm厚で塗布し、スルホール14の内部に埋まった樹脂インクを圧縮空気で吹き飛ばした。これを加熱硬化させるために110℃、30min乾燥後、160℃、2時間で硬化させた。
以上のようにして製造したそれぞれの固体電解コンデンサについて電気特性を評価した。その評価結果を図16に示す。
図16は固体電解コンデンサの絶縁部3、7を形成するエポキシ樹脂の数平均分子量に対する容量達成率を示す。図16に示すように、エポキシ樹脂の分子量が400の場合には容量達成率が13%であったのに対し、数平均分子量が700では容量達成率が97%となり、数平均分子量が6000では達成率はほぼ100%であった。以上の結果より多孔質層6と接する絶縁部3、7を数平均分子量が700〜6000であるエポキシ樹脂を用いて形成することにより、多孔質層6への染み込みが抑制されることにより静電容量の低下を防止するとともに陽陰極の短絡不良を防止できることから、高信頼性の固体電解コンデンサの製造方法を提供することができる。
本発明にかかる固体電解コンデンサの製造方法は、陽陰極の短絡不良を防止し、静電容量の低下を抑制した固体電解コンデンサの製造方法を提供することができ、特に小型大電流が要求される各種電子機器の電源回路などに有用である。
1 弁金属シート体
2 スルホール電極
3 絶縁部
4 接続端子
5 接続端子
6 多孔質層
7 絶縁部
8 導電体層
9 集電体層
10 補強板
11 誘電体被膜
14 スルホール
15 吸収体
16 スキージ
17 開口部
2 スルホール電極
3 絶縁部
4 接続端子
5 接続端子
6 多孔質層
7 絶縁部
8 導電体層
9 集電体層
10 補強板
11 誘電体被膜
14 スルホール
15 吸収体
16 スキージ
17 開口部
Claims (6)
- 少なくとも片面に多孔質層が設けられた弁金属シート体を形成する工程と、この弁金属シート体の多孔質層に誘電体被膜を形成する工程と、この誘電体被膜の上に導電体層を形成する工程と、この導電体層の上に集電体層を形成する工程と、前記弁金属シート体の周縁部に絶縁部を形成する工程とからなる固体電解コンデンサの製造方法において、数平均分子量が700〜6,000である絶縁性樹脂を用いて絶縁部を形成する固体電解コンデンサの製造方法。
- 少なくとも片面に多孔質層が設けられた弁金属シート体を形成する工程と、この弁金属シート体の多孔質層に誘電体被膜を形成する工程と、この弁金属シート体にスルホールを形成する工程と、このスルホールの内壁に絶縁部を形成する工程と、前記誘電体被膜の上に導電体層を形成する工程と、この導電体層の上に集電体層を形成する工程と、前記弁金属シート体の周縁部に絶縁部を形成する工程とからなる固体電解コンデンサの製造方法において、数平均分子量が700〜6,000である絶縁性樹脂を用いて絶縁部を形成する固体電解コンデンサの製造方法。
- 絶縁性樹脂にエポキシ樹脂を用いる請求項1または2に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 絶縁性樹脂の粘度を希釈溶媒を用いて1〜5,000(P・sec)とする請求項1または2に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 希釈溶媒を有機溶剤とした請求項4に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 絶縁性樹脂の硬化を、希釈溶媒の沸点以上の温度に加熱保持する段階と、樹脂の硬化温度に加熱保持する段階の二段階による加熱工程を有する請求項1または2に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
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