JP2006147738A - 固体電解コンデンサの電極接合方法およびその方法を使用して製造した固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】陽極箔上の誘電体皮膜を除去することなく、また弁金属同志ではないアルミニウム箔とパラジウムメッキされた陽極端子とを直接超音波接合できる電極接合方法を提供する。
【解決手段】誘電体皮膜が形成されたアルミニウム箔と、銅またはパラジウムメッキされた陽極端子とを、誘電体皮膜を挟んだ状態で重ね合わせ、所定の接合条件のもとで、超音波接合により直接接合する。このような直接接合法を採用することで、従来のワイヤボンディング法を使用した固体電解コンデンサに比較して、コンデンサ自体を小型化することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体電解コンデンサの電極接合方法およびその方法を使用して製造した固体電解コンデンサに関するものである。

固体電解コンデンサはノートパソコン、デジタルスチ−ルカメラ、ＨＤＤなどに用いられ、高度情報化に伴いよりいっそうの高性能化が求められている。固体電解コンデンサは陽極箔として、表面が粗面化され、誘電体皮膜が形成されたアルミニウム箔を使用し、銅あるいはパラジウムメッキされた陽極端子に、前記アルミニウム箔を電気的に接合する構造となっている。特に固体電解コンデンサ素子の陽極部（陽極箔）と陽極端子の接合を金線によるワイヤボンディング法により行う場合には、接合性を重視して陽極端子としてパラジウムメッキ電極材が使用される。

これらの接合は固体電解コンデンサの高エネルギー化、小型化など性能を向上させる上で重要な要素であり、様々な開発が行われてきている。一般にアルミニウム箔とパラジウムメッキされた陽極端子との接合は、前記金線を用いたワイヤボンディングにより行われる場合が多いが、その他にも超音波を用いた様々な工法が提案されている。

例えば、従来の超音波接合法として、接合面にアンビル加工（接合面に凹凸ができるように前処理加工したもの）を施し接合する技術（特許文献１）、陽極箔をいくつか重ね、陽極端子と一緒に超音波接合で仮止めし、さらにスポット溶接を施す技術（特許文献２）がある。
また、上記とは別に、２枚以上の陽極箔同士を超音波接合法により接合する技術（特許文献３）、弁金属同士を超音波接合する技術（特許文献４）（特許文献５）も提案されている。

特開平１１−５１７８公報 特開２００１−２２３１３５公報 特開２００２−２６０９６８号公報 特開２００２−３５９１６３号公報 特開平９−２６６１３８号公報

これら先行技術のうち、特許文献５に対応する接合技術を図３を参照して簡単に説明すると、図３は従来公知のコンデンサ断面図である。
図３において、１は陽極箔としてのアルミニウム箔、２は前記陽極箔（アルミニウム箔）表面に形成した誘電体皮膜、３は前記誘電体皮膜２の表面に形成した高分子半導体、４は銀・カーボンペースト、５は導電性接着材、６は陰極端子、７はパラジウムメッキされた陽極端子、８は金線であり、これらは図のように接合され、さらに、外装樹脂９によって全体が被覆されている。

上記固体電解コンデンサでは、誘電体皮膜２が形成されたアルミニウム箔１とパラジウムメッキされた陽極端子７との電気的な接合は、アルミニウム箔１の表面に形成されている誘電体皮膜２を、図３中符号１０で示すように予め除去しておき、剥き出しとなったアルミニウム箔１表面と陽極端子７とを金線８を用いたワイヤーボンディン法により行っていた。

しかし、上記のようなワイヤーボンディング法を使用する場合には、陽極箔１表面に形成した誘電体皮膜２をわざわざ除去する前処理工程が必要となり、組付け効率の面で改善の余地がある。また、金線８を接合するためにアルミニウム箔上の誘電体皮膜を除去するための余分なスペース（図３中符号Ｌ参照）が必要となり、コンデンサの小型化が困難である。
また特許文献３および特許文献４に記載のものは、金属同士を重ね合わせて超音波接合するだけで、工程的には効率が良いが、特許文献３の方法では、接合金属が同じ弁金属同士でなければ超音波接合出来ない等の問題があり、特許文献４の方法では、弁金属表面に誘電体皮膜のない領域を生成しておく必要がある。

このような背景から、本発明者らは陽極箔上の誘電体皮膜を除去することなく、また弁金属同志ではないアルミニウム箔とパラジウムメッキされた陽極端子とを直接超音波接合できる新技術の研究に取り組み、その結果、新規な電極接合方法の開発に成功した。

本発明は上記知見に基づいてなされたもので、誘電体皮膜が形成されたアルミニウム箔と、銅またはパラジウムメッキされた陽極端子とを、誘電体皮膜を挟んだ状態で重ね合わせ、所定の接合条件のもとで、超音波接合により直接接合することを特徴としている。このような直接接合法を採用することで、従来のワイヤボンディング法を使用した固体電解コンデンサに比較して、コンデンサ自体を小型化することができる。また、誘電体皮膜の除去工程を省くことができるので生産性が向上する。

このため、本発明が採用した技術解決手段は、
誘電体皮膜が形成されたアルミニウム箔と、銅またはパラジウムメッキを施した陽極端子とを、直接重ね合わせた状態で、予め定めた条件のもとで負荷をかけ、超音波接合により直接接合することを特徴とする固体電解コンデンサの電極接合方法である。
前記予め定めた条件とは、超音波の周波数は２０〜４０ＫＨｚ、超音波接合時間は０．１ｓ〜１．０ｓ、振動振幅は１μｍ〜１０μｍ、負荷応力は１０〜１００ＭＰａであることを特徴とする固体電解コンデンサの電極接合方法である。
誘電体皮膜が形成されたアルミニウム箔と、銅またはパラジウムメッキを施した陽極端子とを、重ね合わせた状態で予め定めた条件で負荷をかけ、超音波接合により直接接合して構成したことを特徴とする固体電解コンデンサである。

従来の固体電解コンデンサの陽極箔と陽極端子の接合法は前述したような金線を介して接合するワイヤボンディング接合法が採用されてきたが、この場合、ワイヤを接合するためのスペースを陽極箔側に確保する必要があった。本開発ではワイヤを用いず超音波接合により陽極箔と陽極端子を直接接合するため、ワイヤ接合面のスペースを不要とすることが出来、固体電解コンデンサのさらなる小型化が可能である。また従来の超音波技術のように接合前に表面処理を必要とする必要が無く、また接合後の加工も不必要な、超音波接合法のみでの陽極箔と陽極端子接合を可能とする。超音波接合法のみでの陽極箔と陽極端子接合を可能とするため、生産性が向上する。

本発明は、固体電解コンデンサにおいて、誘電体皮膜が形成されたアルミニウム箔と、銅またはパラジウムメッキされた陽極端子とを、誘電体皮膜を挟んだ状態で重ね合わせ、所定の接合条件のもとで、超音波接合により直接接合することを特徴とする。

以下、図面を参照して本発明に係る実施例を説明すると、図１は本実施例に係る固体電解型コンデンサの断面図である。
図１において、１は陽極箔としてのアルミニウム箔、２は前記陽極箔（アルミニウム箔）表面に形成した誘電体皮膜、３は誘電体皮膜２の表面に形成した高分子半導体、４は銀・カーボンペースト、５は導電性接着材、６は陰極端子、７はパラジウムメッキされた陽極端子であり、これらは図のように接合されている。なお、図３に対応する外装樹脂は省略された図となっている。

本実施例に係る固体電解コンデンサに用いる素子は、表面が粗面化され、誘電体皮膜２が形成されたアルミニウム箔１（厚み１００μｍ）に導電性高分子としてポリピロールを形成し、さらにカーボン・銀ペーストを塗布して陰極部分を形成した。陽極部分はアルミニウム箔表面に誘電体皮膜が形成された状態になっている。陽極端子としてパラジウムメッキされた銅リード７を使用する。まずパラジウムメッキされた銅リード７をジグ上に固定し、その上に、固体電解コンデンサ素子の陽極部分を配置する。この状態で超音波ヘッドにより固体電解コンデンサ素子の陽極部分と陽極端子７を超音波により直接接合する。このように誘電体皮膜を除去することなくアルミニウム箔と陽極端子との接合部面積Ｓを小さくすることができる。また接合条件として超音波周波数２０〜６０ＫＨｚ、接合時間０．１ｓ〜１．０ｓ、振動振幅１μｍ〜１０μｍ、負荷応力１０〜１００ＭＰａ範囲の条件で超音波接合を行う。

１２Ｖで化成したアルミニウム箔を使用して作成した固体電解コンデンサの陽極部（誘電体皮膜厚み約３５μｍ）とパラジウムメッキ銅リードとの接合実験を行った。 実験例として超音波周波数４０ＫＨｚ、接合時間０．５ｓ、振動振幅５μｍに固定した際の負荷応力毎の接合結果を図２に示す。
図２からも明らかなように、超音波周波数、接合時間、振動振幅を固定した場合、所定の負荷応力（負荷応力として２１．５ＭＰａ〜２３．７ＭＰａ）の時にのみ、接合結果として満足な状態を得ることができた。

同様な実験を行った結果、少なくとも、超音波周波数２０〜４０ＫＨｚ、超音波接合時間０．１ｓ〜１．０ｓ、振動振幅１μｍ〜１０μｍ、負荷応力１０〜１００ＭＰａの範囲の時に満足する接合結果が得られた。
以上のように、本発明では従来不可能であるとされていた超音波によるアルミニウム箔とパラジウム電極リードの直接接合を、超音波接合条件を所定の範囲に設定することで初めて可能にし、この結果、従来のワイヤボンディング法による金線を不要とし、固体電解コンデンサのよりいっそうの小型化を実現できた。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はその精神また主要な特徴から逸脱することなく、他の色々な形で実施することができる。そのため前述の実施例は単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。更に特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。

固体電解コンデンサの製造技術として利用できる。

本実施例に係る固体電解型コンデンサの断面図である。 実験例として超音波周波数４０ＫＨｚ、接合時間０．５ｓ、振動振幅６μｍに固定した際の負荷応力毎の接合結果を示す図である。 従来の固体電解型コンデンサの断面図である。

符号の説明

１ 陽極箔としてのアルミニウム箔
２ 陽極箔（アルミニウム箔）表面に形成した誘電体皮膜
３ 誘電体皮膜の表面に形成した高分子半導体
４ 銀・カーボンペースト
５ 導電性接着材
６ 陰極端子
７ パラジウムメッキされた陽極端子
８ 金線
９ 外装樹脂

Claims (3)

1. 誘電体皮膜が形成されたアルミニウム箔と、銅またはパラジウムメッキを施した陽極端子とを、直接重ね合わせた状態で、予め定めた条件のもとで負荷をかけ、超音波接合により直接接合することを特徴とする固体電解コンデンサの電極接合方法。
2. 前記予め定めた条件とは、超音波の周波数は２０〜４０ＫＨｚ、超音波接合時間は０．１ｓ〜１．０ｓ、振動振幅は１μｍ〜１０μｍ、負荷応力は１０〜１００ＭＰａであることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサの電極接合方法。
3. 誘電体皮膜が形成されたアルミニウム箔と、銅またはパラジウムメッキを施した陽極端子とを、重ね合わせた状態で予め定めた条件で負荷をかけ、超音波接合により直接接合して構成したことを特徴とする固体電解コンデンサ。
   
   

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