JP2006032586A

JP2006032586A - 固体電解コンデンサの製造方法

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Publication number: JP2006032586A
Application number: JP2004208142A
Authority: JP
Inventors: Shizue Kizu; 静恵木津; Tatsuo Fujii; 達雄藤井; Katsumasa Miki; 勝政三木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2006-02-02

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

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。

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。

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。

本発明の実施の形態１における固体電解コンデンサの斜視図同図１のＡ−Ａ部における断面図同要部の断面拡大図同別の一例の固体電解コンデンサの断面図同製造方法を説明するための断面図同製造方法を説明するための断面図同製造方法を説明するための断面図同製造方法を説明するための断面図同製造方法を説明するための断面図同製造方法を説明するための断面図同製造方法を説明するための断面図同製造方法を説明するための断面図同製造方法を説明するための断面図同製造方法を説明するための断面図同製造方法を説明するための断面図同エポキシ樹脂の数平均分子量に対する静電容量達成率を示す特性図

符号の説明

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

Claims

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。