JP2006216786A - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パッケージ内の収納効率が高く、積層化に適した固体電解コンデンサの製造方法を提供する。
【解決手段】 平板状アルミニウム箔の両面に、複数のマス目を残して絶縁性樹脂でマスキングし、マス目内にエッチング層を形成し、該エッチング層の表面に誘電体酸化皮膜を形成し、マス目内に固体電解質層及び陰極導電層を形成し、同一アルミニウム箔上に複数のコンデンサ素子群を設け、コンデンサ素子単位に裁断する。裁断したコンデンサ素子端面に外部陽極端子を溶接する。また、コンデンサ素子群が設けられたアルミニウム箔を予め複数枚積層し、一体化した後、コンデンサ素子単位に裁断し、裁断した素子の各端面に外部陽極端子を溶接する。上記平板状アルミニウム箔の板厚が１５０〜５００μｍである。
【選択図】 図４

Description

本発明は、誘電体酸化皮膜を形成させた弁作用金属箔の表面に、固体電解質層を形成させてなる固体電解コンデンサの製造方法に関する。

アルミニウム等の弁作用金属箔表面に誘電体酸化皮膜を形成し、該誘電体酸化皮膜上に固体電解質を形成させてなる固体電解コンデンサは、静電容量が高く、特に等価直列抵抗（以下、「ＥＳＲ」と略記する。）が低く優れた特性を有する。

上記固体電解コンデンサは、例えば誘電体酸化皮膜を形成させた弁作用金属表面に、陽極引出部を残した任意の部位に固体電解質層を形成し、固体電解質層上に、カーボン及び銀ペーストからなる陰極導電層を形成し、コンデンサ素子単位に裁断し、コンデンサ素子の陰極を導電性ペースト、陽極を金属線などによりリードフレーム等の外部端子に接続し、トランスファーモールド等による外装を施し、製品化される。

近年、小型大容量化のためコンデンサ素子を積層化したものの要求が高まっているが、上記に示した金属線による陽極接合法は積層化が困難で、量産性に劣り、積層化に適した陽極接続方法が望まれていた。

特許文献１には、平板状のコンデンサ素子の陽極部に切り欠き部を設け、大きさが切り欠き部の一部まで延長した長さの金属板を陽極部に接続し、ついでこれらのコンデンサ素子を複数枚、方向を揃えて並べて各コンデンサ素子の切り欠き部を通して導電材で接合する積層型固体電解コンデンサの製造方法が開示されている。

このような工程で製造された固体電解コンデンサは、一枚の弁作用金属箔上に、固体電解質層を形成する陰極形成部と、陽極引出を行うための陽極引出部とが必要となるため、コンデンサ素子内における陰極形成部が制限され、トランスファーモールドパッケージ内での収納効率が低下するという解決すべき課題を有していた。

特許文献２には、陽極引出部の端面に、該端面に沿うように平板状の陽極端子を接続した後、弁作用金属箔の表面に固体電解質からなる電解質層を形成した固体電解コンデンサの製造方法が開示されている。前記課題に鑑みた場合、該特許文献によれば、陽極引出部を極力小さくすることが可能で収納効率を高くすることが期待できる。しかし、該方法によって積層型固体電解コンデンサを製造するには、一素子ずつ積層する必要があり、量産性に劣る製造方法であった。

また、該文献において、板厚が９０〜１１０μｍで、該箔の両面に３０〜４０μｍのエッチング層及び中心部に約３０μｍのアルミニウム芯部を有する一般的な平板状アルミニウムエッチング箔を用いる場合、アルミニウム芯厚が薄すぎ、陽極引出部の端面に外部陽極端子の接続を行うことは困難であった。

特開平６−１８８１５７号公報 特開平５−２６７１０６号公報

本発明の目的は、上記課題に鑑み、パッケージ内の収納効率が高く、かつ積層化に適した固体電解コンデンサの製造方法を提供することである。

本発明は、平板状アルミニウム箔の両面に、複数のマス目を残して絶縁性樹脂でマスキングさせた後、マス目内にエッチング層を形成する工程、該エッチング層の表面に誘電体酸化皮膜を形成させ、マス目内に固体電解質層を形成する工程、該固体電解質層上にカーボン及び銀ペーストからなる陰極導電層を形成し、同一アルミニウム箔上に複数のコンデンサ素子群を設ける工程、コンデンサ素子単位に裁断する工程、該コンデンサ素子を、陽極端子及び陰極端子を備えたリードフレームに接合させる工程、外装樹脂で封止成形する工程を包含する固体電解コンデンサの製造方法において、裁断したコンデンサ素子端面に外部陽極端子を溶接することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法である。

また、本発明は上記記載の固体電解コンデンサの製造方法において、コンデンサ素子群が設けられたアルミニウム箔を予め複数枚積層し、一体化した後、コンデンサ素子単位に裁断し、裁断した素子の各端面に外部陽極端子を溶接することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法である。

また、上記記載の平板状アルミニウム箔の板厚が１５０〜５００μｍであることを特徴とした固体電解コンデンサの製造方法である。

本発明のように、所定の厚さのアルミニウム箔の陰極形成部のみエッチングした構成のアルミニウム箔を使用することによって、従来、コンデンサ素子と同一面上に設けていた陽極接続位置を、コンデンサ素子の側面にすることが可能で、陰極形成部を大きくすることができるため、同一パッケージ内でのコンデンサ素子の収納効率を向上できる。また、コンデンサ素子の側面から陽極引出できることから、コンデンサ素子群が設けられた大面積箔を予め積層することが可能で、量産性に優れている。

以下、本発明を実施する最良の形態について詳細に説明する。

本発明に用いられる弁作用金属箔としては、アルミニウム、タンタル、ニオブまたはチタンからなる群から選ばれる少なくとも１種が好ましく用いられ、金属箔の形状で用いられる。

以下、エッチドアルミニウム箔を用いた固体電解コンデンサを例にとり図面を用いて、詳細に説明する。

平板状アルミニウム箔の両面にコンデンサ素子の陰極形成部となる複数のマス目を残して絶縁性樹脂によりマスキングを施し、ついで、アルミニウム金属部が露出した各マス目内をエッチング処理により粗面化させる。

その後、アジピン酸アンモニウム等の水溶液中で、エッチドアルミニウム箔を化成処理し、エッチドアルミニウム箔表面に誘電体皮膜を形成させる。

ついで、図１に示すように、表面にエッチング層及び誘電体酸化皮膜を形成させたアルミニウム箔１の両面に、コンデンサ素子の陰成形成部４を設け、陰極形成部４を残してマス目状に絶縁性塗膜５を被覆する。

上記絶縁性塗膜としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂またはシリコン樹脂等が用いられる。

ついで、マス目内の陰極形成部４に固体電解質層を形成させる。固体電解質層は、ピロール、チオフェンまたはそれらの誘導体モノマーを化学重合させる従来公知の方法により形成することができる。

次に、図２に示すように、陰極形成部に表裏の陰極層の導通を目的とし、貫通孔６を穿った後、化成処理を施す。該貫通孔を穿つ手段としては、金型による打ち抜き加工や、ドリル等による切削加工、あるいはレーザー加工などが適用可能である。

ついで、従来公知の方法により、化学酸化重合による固体電解質層上に、外部から給電を行い、支持電解質と共にピロールを電解重合させて、ポリピロールの電解重合層からなる固体電解質を形成させる。

次に、固体電解質層８の表面に、導電性カーボンペースト、次いで、導電性銀ペーストからなる、陰極導電層１０を形成させる。

積層型固体電解コンデンサを製造する場合、導電性銀ペーストを塗布後に、大面積の弁作用金属箔を重ね合わせた後に硬化する方法、または、陰極導電層を形成した後、改めて導電性銀ペーストを塗布し、重ね合わせた後に硬化し、積層体を得る方法などが挙げられる。

さらに、積層体の強度を上げる目的で、陰極形成部の一部分に、接着力の強い絶縁性ペーストを塗布してもよい。

ついで、図２中、点線で示す切断箇所に沿って、個々のコンデンサ素子単位に切り離し、コンデンサ素子を得る。該コンデンサ素子の裁断手段としては、金型による打ち抜き加工や、ダイシングソーによる切削加工、あるいはレーザー加工等が適用可能である。

次に、切り離したコンデンサ素子を、図４に示すように、リードフレームの所定の位置に固定する。コンデンサ素子とリードフレームとの接続は、陰極側は、導電性銀ペースト１２などの従来公知の方法で接続される。また、陽極側は、コンデンサ素子の切断面に陽極引出側のリードフレーム１１をあてがい、溶接法により接合される。

上記、溶接方法としては、抵抗溶接等も使用可能だが、非接触方式のレーザー溶接が好ましい。

また、陽極側の接続は、リードフレームに直接溶接するだけでなく、予め、陽極引出用の金属板にコンデンサ素子を溶接した後、陽極引出側のリードフレームに接合してもよい。

本方法によれば、図４に示した通り、予め絶縁樹脂を塗布した後、エッチング処理を施しているため、コンデンサ素子の裁断面にはエッチング層が含まれず、アルミニウム金属面が露出されることになる。そのため、陽極部の強度は適正に保たれており、かつ溶接可能な面積が大きいため外部陽極端子へ簡便に接合することが可能である。

本発明によるアルミニウム弁金属箔の箔厚は、１５０〜５００μｍであることが望ましい。これ以下であると、素子端面に露出するアルミニウム金属露出面積が小さく、溶接が困難である。これ以上であると、該箔の裁断作業の加工性が劣るとともに、切断時に受ける機械的ストレスにより、コンデンサ素子の漏れ電流が増大する場合がある。

図４は、本発明の固体電解コンデンサの構成を示す概略断面図である。

ついで、外装用樹脂１５でモールドし、本発明の固体電解コンデンサを完成する。

以下、本発明を実施例に基づき、より詳細に説明する。実施例中、「％」は「質量％」を表す。なお、本発明は、実施例により、なんら限定されない。

図４に示す固体電解コンデンサを、以下に示す手順で作製した。

厚さ２００μｍ（縦２５０ｍｍ×横３００ｍｍ）のアルミプレーン箔にマス目状に陰極形成部を設け、エポキシ樹脂を塗布し、加熱、硬化させて絶縁性塗膜を形成した。

該箔の表面をエッチング処理により粗面化させた後、アジピン酸アンモニウム水溶液中、電圧１０Ｖで化成処理して、表面に誘電体酸化皮膜を形成させた。

上記箔に、マス目状に陰極形成部４（縦３．５ｍｍ×横６ｍｍ）を設け、陰極形成部３を除く部分にエポキシ樹脂を塗布し、加熱、硬化させて絶縁性塗膜５を形成した。

ついで、上記箔を、ピロールモノマー３０％エタノール溶液中に浸漬した後、ドーパントであるパラトルエンスルホン酸アンモニウム１５％及び酸化剤である過硫酸アンモニウム１５％水溶液中に、浸漬・乾燥させる操作を３回繰り返して、陰極形成部４内に化学重合ポリピロール膜からなるプレコート層を形成させた。

ついで、図２に示すように、陰極形成部４の中央に、金型を用いて貫通孔６を穿ち、アジピン酸アンモニウム溶液中、電圧１０Ｖで化成処理した。

ついで、上記箔を、ステンレス容器中、ピロールモノマー０．４ｍｏｌ／Ｌと、支持電解質である１，７−ナフタレンスルホン酸テトラエチルアンモニウム０．４ｍｏｌ／Ｌとのアセトニトリル溶液からなる電解重合液中に浸漬し、先に形成させた化学重合ポリピロール膜の表面に、ステンレスワイヤを接触させて陽極とし、陰極形成部１個あたり０．３ｍＡ／ｃｍ２の電流で、９０分間、電解重合させ、電解重合ポリピロール膜を形成させた。該操作により、陰極形成部４内に、化学重合ポリピロール膜及び電解重合ポリピロール膜からなる固体電解質層８を形成させた。

ついで、スクリーン印刷法により、両面に形成させた陰極形成部４内の固体電解質層に、カーボンペースト（日本黒鉛工業（株） Ｔ６０２）を印刷し、加熱硬化させた後、銀ペースト（日本黒鉛工業（株） Ｍ１２５５）を印刷し、加熱硬化させて、陰極導電層１０を形成させた。

ついで、陰極導電層上に、銀ペースト（日本黒鉛工業（株） Ｍ１２５５）を片面のみ印刷した二枚の箔を重ね合わせ、加熱・硬化し、一体化させた後、図２中点線で示す切断箇所を、ダイヤモンドカッター刃を装着したダイサーを用いて切断して、個々のコンデンサ素子に切り離し、積層型コンデンサ素子を得た。

得られたコンデンサ素子を、図４に示すようにリードフレームに載置し、コンデンサ素子端面をリードフレームの陽極端子１１へレーザー溶接により接合し、陰極導電層１０を、導電性接着剤１２（銀ペースト）を用いて陰極端子１４に接着し、ついで、エポキシ樹脂製の外装用樹脂１５でモールドさせて、固体電解コンデンサを完成した。

得られたコンデンサの周波数１２０Ｈｚにおける静電容量（以下、「Ｃ」と略記する。）及び誘電損失（以下、「ｔａｎδ」と略記する。）、周波数１００ｋＨｚにおけるＥＳＲ及び電圧６．３Ｖを印加し、１分後の漏れ電流（以下、「ＬＣ」と略記する。）をそれぞれ測定した。測定に供したコンデンサ５０個の各平均値を表１に示す。

比較例
実施例１同様、化成処理を行ったアルミニウム箔に、図３に示すように、マス目状に陰極形成部４（縦３．２ｍｍ×横５．２ｍｍ）及び、陽極引出部３（縦３．２ｍｍ×横０．５ｍｍ）を設け、陰極形成部３を除く部分にエポキシ樹脂を塗布し、加熱、硬化させて絶縁性塗膜５を形成し、実施例１と同様な方法で陰極層を形成したのち、陽極引出部の絶縁性樹脂を、切削加工により剥ぎ取り、ダイヤモンドカッター刃を装着したダイサーを用いて切断して、個々のコンデンサ素子に切り離し、コンデンサ素子を得た。

得られたコンデンサ素子を、図５に示すように、リードフレームの表裏に、陰極端子１４側は導電性接着剤１２を用い接合し、陽極端子１１側は、金ワイヤー１３を用いてリードフレームに接合した。

得られたコンデンサについて、実施例１と同様にして、Ｃ、ｔａｎδ、ＥＳＲ、ＬＣをそれぞれ測定し、結果を表１に示す。

表１に示すように、コンデンサ素子の側面から、溶接法により陽極接続を行った、本発明の固体電解コンデンサは、従来の金ワイヤーにより陽極接続を行った、比較例のコンデンサに比べ、内部素子が大きく出来るため、静電容量が大きく、収納効率が良い。

また、本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、従来の金ワイヤーにより陽極接続を行った比較例のコンデンサに比べ、製造工程が簡便で、量産性に優れており、特に、積層化に適している。

マス目状に絶縁性塗膜を被覆させた本発明の概略平面図 固体電解質層形成後に貫通孔を穿った例を示す概略平面図 マス目状に絶縁性塗膜を被覆させた従来公知の概略平面図 本発明により得られる固体電解コンデンサの構成を示す概略断面図 従来公知の固体電解コンデンサの構成を示す概略断面図

符号の説明

１ 弁作用金属箔（アルミニウム箔）
２ エッチング層及び誘電体酸化皮膜
３ 陽極引出部
４ 陰極形成部
５ 絶縁性塗膜
６ 貫通孔
８ 固体電解質層
９ 誘電体酸化皮膜
１０ 陰極導電層
１１ 陽極端子
１２ 導電性接着剤
１３ 金ワイヤー
１４ 陰極端子
１５ 外装用樹脂

Claims (3)

1. 平板状アルミニウム箔の両面に複数のマス目を残して絶縁性樹脂でマスキングし、マス目内にエッチング層を形成する工程、該エッチング層の表面に誘電体酸化皮膜を形成し、マス目内に固体電解質層を形成する工程、該固体電解質層上にカーボン及び銀ペーストからなる陰極導電層を形成し、同一アルミニウム箔上に複数のコンデンサ素子群を設ける工程、コンデンサ素子単位に裁断する工程、該コンデンサ素子を、陽極端子及び陰極端子を備えたリードフレームに接合させる工程、外装樹脂で封止成形する工程を包含する固体電解コンデンサの製造方法において、裁断した素子端面に外部陽極端子を溶接することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
2. 請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法において、コンデンサ素子群が設けられたアルミニウム箔を複数枚積層し、一体化した後、コンデンサ素子単位に裁断し、裁断した素子の各端面に外部陽極端子を溶接することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
3. 平板状アルミニウム箔の箔厚が１５０〜５００μｍであることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサの製造方法。

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