JP2006245476A - 三端子型固体電解コンデンサ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 生産性のよい三端子型固体電解コンデンサ素子の製造方法を提供。
【解決手段】 弁作用金属箔に、貫通孔を一定間隔で設ける工程、隣接した貫通孔の間に狭持された弁作用金属箔を、陽極引出部及び陰極形成部を有するコンデンサ素子部とし、絶縁性テープを陽極引出部及び貫通孔内の少なくとも一部に覆い被さるよう該弁作用金属箔の表裏から貼付し、貫通孔端から貫通孔内側に係る部分において、前記表裏から貼付した絶縁性テープ同士を貫通孔内で重複させ、重複させた位置において該絶縁性テープを圧着することにより貫通孔断面及び陽極引出部を絶縁被覆する工程、陰極形成部に固体電解質層次いで陰極導電層を形成する工程、陽極引出部に形成した絶縁性テープを部分的に除去する工程、貫通孔断面が被覆されている部分を裁断し、個々の素子に切り離す工程を包含することを特徴とする三端子型固体電解コンデンサ素子の製造方法。
【選択図】 図７

Description

本発明は、固体電解コンデンサ素子の製造方法に関し、特に、広い周波数領域において低インピーダンスを実現でき、高いノイズ除去特性を示す三端子型固体電解コンデンサ素子の製造方法に関する。

電源の駆動周波数は、電子機器の小型化、高速化及びデジタル化に伴い、上昇する一方である。また、スイッチング電源または種々の電子デバイス等から発生するノイズ除去の重要性も増加している。

従来、電解コンデンサは、デバイスから発生するノイズ除去を目的として広く利用されている。図１に示すように、電源とデバイスとの間に、二端子コンデンサを、並列に接続させることにより、上記ノイズの除去ができる。しかしながら、この方法では各コンデンサに固有の共振点付近の周波数のノイズのみ除去できるだけである。特に、高周波数領域においては、陽極及び陰極リード線のインダクタンスＬ、Ｌ’により、インピーダンスが増大してしまうため、広い周波数領域に対応すべく、種々のコンデンサを、多数並列に使用せざるを得なかった。

一方、ノイズ除去専用コンデンサとして、図２に示す三端子コンデンサがあげられる。このコンデンサは、陽極板を、直接、回路の一部とすることにより、高周波領域における陽極リード線によるインダクタンスを低減させるというものである。

三端子コンデンサは、その中心導体が導線の一部となるため、シールド線同様に陰極が中心導体を完全に被覆している構造が好ましい。

特許文献１には、そのような構造を有する素子及びその製造方法が開示されている。該文献によれば、該素子が、広い周波数領域で低インピーダンスを示し、ノイズ除去が可能であることが示されている。

三端子コンデンサは上記の通り、回路の導線の一部と置き換えて使用できるため、小型化、細長化が求められる。

前記特許文献１に開示されている製造方法は、素子形状をＵ字型やコの字型など特殊な形状にすることによって、陽極引出部が陰極形成用溶液に浸漬されないようにできるため有用な方法であるが、形状が複雑であるために、無駄になる材料が多く不経済である。

また、固体電解コンデンサの製造方法に関して特許文献２を例示することができる。その要旨とするところは、誘電体酸化皮膜を形成させた弁作用金属表面に、マス目状パターンを残して絶縁性塗膜を形成する工程、該マス目上に導電性プレコート層を形成する工程、導電性プレコート層上に電解重合によるポリピロール膜を形成する工程、該ポリピロール層上にカーボン及び銀ペーストで陰極導電層を形成する工程、マス目毎に切り離してコンデンサ素子を得、製品化する工程を包括する固体電解コンデンサの製造方法である。

三端子型固体電解コンデンサ素子を製造するにあたり、前記特許文献２の製造方法を適用すると、陰極形成部周辺を裁断する際の機械的ストレスによって漏れ電流不良が多発するという不具合が生じていた。

また、裁断断面には固体電解質層が形成されていないため、表裏の陰極形成部は電気的に導通されておらず、三端子型固体電解コンデンサ素子として好ましい構造、すなわち中心導体の外周を導電体で被覆された構造とするためには、裁断断面に再度絶縁性樹脂を塗布した後、表裏の陰極導電層を導電性ペースト等で導通させる処理のような煩雑な工程が必要となる。

特開２００３−１２４０６６号公報 特開平５−１５９９８３号公報

小型、細長型の三端子型固体電解コンデンサ素子の製造においては、前記に示したような課題があり、より好ましい製造方法が望まれていた。

従って、本発明の目的は、弁作用金属からなる中心導体の外周に、誘電体酸化皮膜を介して陰極導電層が配置されてなる小型、細長型の三端子型固体電解コンデンサ素子を生産性良く製造する方法を提供することである。

本発明は、誘電体酸化皮膜が形成された弁作用金属箔に、貫通孔を一定間隔で設ける工程、隣接した貫通孔の間に狭持された弁作用金属箔を、陽極引出部及び陰極形成部を有するコンデンサ素子部とし、絶縁性テープを陽極引出部及び貫通孔内の少なくとも一部に覆い被さるよう該弁作用金属箔の表裏から貼付し、貫通孔端から貫通孔内側に係る部分において、前記表裏から貼付した絶縁性テープ同士を貫通孔内で重複させ、重複させた位置において該絶縁性テープを圧着することにより貫通孔断面及び陽極引出部を絶縁被覆する工程、陰極形成部に固体電解質層次いで陰極導電層を形成する工程、陽極引出部に形成した絶縁性テープを部分的に除去する工程、貫通孔断面が被覆されている部分を裁断し、個々の素子に切り離す工程を包含することを特徴とする三端子型固体電解コンデンサ素子の製造方法である。

また、前記弁作用金属箔の厚さが０．１５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることを特徴とする三端子型固体電解コンデンサ素子の製造方法である。

また、前記製造方法において、貫通孔端から貫通孔内側に係る部分において、表裏から貼付した絶縁性テープ同士を貫通孔内で重複させる部分の長さが、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることを特徴とする三端子型固体電解コンデンサ素子の製造方法である。

また、前記固体電解質を形成する工程が、導電性プレコート層を形成した後、電解重合ポリピロールを形成する工程を包含することを特徴とする三端子型固体電解コンデンサ素子の製造方法である。

また、前記導電性プレコート層が、気相化学重合により形成されたポリピロールを含む事を特徴とする三端子型固体電解コンデンサ素子の製造方法である。

また、前記製造方法において、陽極引出部に形成した絶縁性テープを部分的に除去する際、陰極形成部端から０．３ｍｍ以上１.０ｍｍ以下の離間距離を置き、該絶縁性テープを除去することを特徴とする三端子型固体電解コンデンサ素子の製造方法である。

本発明方法によって得られる三端子型固体電解コンデンサ素子は、漏れ電流特性に優れる。また、本製造方法によれば、弁作用金属からなる中心導体の外周に、誘電体酸化皮膜を介して陰極導電層が配置された三端子型固体電解コンデンサ素子を生産性良く製造することができる。

本発明に用いる弁作用金属箔としては、加熱による酸素酸化、薬品による酸化処理、あるいは液中にて電圧を印加する陽極酸化により誘電体酸化皮膜を形成する金属箔が挙げられ、特にアルミニウム、ジルコニウム、チタン、タンタル、ニオブ、一酸化ニオブのうちの少なくとも一種からなる金属箔が好ましい。また、弁作用金属表面の形態としては、平板でも構わないが、表面を化学的または電気化学的にエッチング処理したものが好ましい。中でも、電気化学的にエッチング処理を施したアルミニウム箔（以下、「エッチドアルミ箔」と略記する。）は、価格や加工性の点で最も好ましい。弁作用金属箔の厚さは、中心導体に電気を流すため、ある程度厚い方が良い。例えばエッチドアルミ箔の場合、アルミの電導度が銅の約１／３程度であるため、厚さ０．０３５ｍｍの銅パターンを置き換えるためにはエッチドアルミ箔の中心導体部の厚さが最低０．１ｍｍ必要であり、エッチング層を含めた箔全体の厚さは０．１５ｍｍ以上が好ましい。しかし厚すぎると穿孔や裁断等の作業性が悪くなり、また材料の無駄である。このため０．１５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が適当である。

まず、この弁作用金属箔に、打ち抜き金型を用いて複数の貫通孔を設ける。図３は、弁作用金属箔に貫通孔を形成した様子を示す斜視模式図である。図３に示すように、弁作用金属箔１１に対し縦横一定間隔に貫通孔１２を設ける。本発明の工程では箔が平坦である状態で打ち抜くため、箔の変形を抑制するための金型への特殊な加工を要さず、金型の再研磨も容易である。

貫通孔１２の形状としては図４に示すような、長方形、面取りした長方形、長円形などが挙げられ、いずれも平行二辺を有することが好ましい。またその間隔は、狭い方が材料の無駄が少ないが、狭すぎる場合、固体電解質又は陰極導電層形成時に該貫通孔内に導電性高分子や導電性ペーストの膜が形成され不都合である。また打ち抜く際、平行二辺の間隔が狭い、すなわち金型が薄くなりすぎると破損しやすい。これらの点を考慮し、貫通孔の平行二辺の間隔は０．５〜１．５ｍｍの間隔が適当である。

その後、この貫通孔断面に酸化皮膜を形成するため、従来公知の方法で化成を行う。隣接した貫通孔の長辺に挟まれた部分をコンデンサ素子部２１とし、中央部は陰極形成部、その両端を陽極引出部とする。

次いで、陽極引出部を絶縁性テープによって被覆する。図５は、絶縁性テープによる絶縁被覆まで行なわれた弁作用金属箔の斜視模式図及びＡ−Ａ’部分の断面模式図である。絶縁性テープ３１は箔両面に貼付されている。その被覆形態は図５に示したように、陽極引出部及び貫通孔内一部を覆うように絶縁性テープを貼り、弁作用金属箔の両面から張り合わせる。貫通孔内で表裏の該絶縁性テープ同士が重複した位置を圧着することにより貫通孔断面を被覆する。

絶縁性テープについてはポリエステル、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイドなどの基材にシリコーン系熱硬化性粘着剤、アクリルゴム系熱硬化性粘着剤などを使用したものを使用することができる。

貫通孔を覆う部分の長さについては、短すぎると貫通孔断面の被覆が不十分で陽極引出部の弁作用金属箔と導電性高分子層が接触する場合があり、漏れ電流特性が悪化することがある。このため貫通孔端部から０．５ｍｍ以上貫通孔側に覆う部分をとることが適当である。この部分が長すぎると材料の無駄となるため、１．５ｍｍ以下程度が好ましい。

固体電解質層としては、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリチオフェンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリフェニレンビニレンまたはその誘導体、ＴＣＮＱ錯体またはその誘導体等、従来公知の有機固体導電体が挙げられる。固体電解質層形成方法においては、導電性プレコート層を形成し、その後、電解重合ポリピロールを形成する方法が好ましい。その理由として、導電性プレコート層を形成し、その後、電解重合を行うことによって、中心導体である弁作用金属箔の外周を取り巻くようにポリピロールが成長し、形成するからである。

導電性プレコート層としては、溶媒可溶性のポリアニリンやポリチオフェン誘導体に浸漬、乾燥する方法、ピロールやチオフェンまたはこれらの誘導体を化学重合する方法などが挙げられるが、前者の浸漬法では、プレコート層を形成するために多くの塗布回数が必要である。一方、ピロールの化学重合による方法では僅かな回数で電解重合に適したプレコート層が得られるため、該方法によるものが好適である。ポリピロールをプレコートとして化学重合する際、酸化剤を含む溶液とピロールモノマーを含む溶液とに弁作用金属箔を交互に浸漬させる方法が一般的であるが、この方法では薬液を汚染する。そこで、弁作用金属箔に酸化剤溶液を塗布あるいは、酸化剤溶液中に弁作用金属箔を浸漬し、次いでピロールモノマー蒸気に弁作用金属箔を接触させる、気相化学重合法を用いる事により、液の汚染が最小限に抑えられ、薬液の使用量低減が可能であり生産性よく最も好ましい。

固体電解質層形成後、ディッピング法など従来公知の方法で導電性ペーストによる陰極導電層を形成する。その後、絶縁性テープによって被覆された陽極引出部から外部陽極端子接続用に陽極引出部を露出させる必要があるため、絶縁性テープを一部除去する。図６は、陰極層を形成し陽極引出部を露出した後の斜視模式図およびＢ−Ｂ’部の断面模式図である。絶縁性テープ３１を一部残して除去し、陽極引出部４２を露出させる。その方法においては、薬品により絶縁性テープを溶解あるいは剥離させる方法、機械的に剥離する方法、カッター等の刃物により切除する方法、ドリル、ルーター等の回転工具により機械的に切削する方法、フライスやダイシングソーにより切削する方法、ヤスリで研削する方法、更にはレーザーや熱により燃焼、蒸発させて除去する方法などが挙げられる。このうち、ダイシングソーにより切削除去する方法は精度が良く除去できるために好適である。

陽極を露出させる部位は、陰極形成部に形成した固体電解質や導電ペースト層と接近しすぎると漏れ電流が大きくなるため、最低０．３ｍｍの離間距離が必要である。長い分には制限はないが、長すぎると材料の無駄、あるいは素子形状が大きくなってしまうことから１．０ｍｍまでが好適である。

その後、個々の素子を切り離し、本発明の三端子型固体電解コンデンサ素子を完成させる。図７は裁断部位を示す斜視模式図である。個々の素子を切り離す際には、図７中に示した裁断部位５１を裁断することが好ましい。横方向においては、絶縁性テープが貫通孔に掛かり圧着されている部分において、貫通孔と交差するように裁断する。

以下に実施例を挙げ、本発明を更に詳しく説明するが、本発明は、これら実施例に何ら制約されるものではない。

実施例１
誘電体酸化皮膜を形成した縦１６０ｍｍ×横１６０ｍｍ×厚さ０．１５ｍｍのエッチドアルミ箔に、打ち抜き金型で格子状に貫通孔を穿った。貫通孔の形状は１ｍｍ×５ｍｍの長方形で、隣接した貫通孔の間隔は縦１．５ｍｍであり、すなわち本実施例の素子陰極幅は１．５ｍｍであった。また横方向の間隔は５ｍｍとした。列数は１５列である。シート１枚から９００個の素子が得られた。

弁作用金属箔に幅６ｍｍの絶縁性テープを貼付した。使用した絶縁性テープはポリエステル基材にアクリルゴム系粘着剤を用いたものである。これを、貫通孔に０．５ｍｍ掛かるよう弁作用金属箔の両面から貼り付けた。貫通孔に掛かった部分は上下より圧着した。これを、１．５ｇ／Ｌのリン酸２水素１アンモニウム水溶液からなる化成液中に浸漬し通電し、化成処理を行なった。

弁作用金属箔に、ピロールの気相化学重合により導電性プレコート層を形成した。この作業を４回繰り返した。

化学重合により損傷を受けた誘電体皮膜を修復するため、弁作用金属箔を１５０ｇ／Ｌアジピン酸２アンモニウム水溶液からなる化成液中に浸漬し通電し、再化成処理を行なった。次いで、導電性プレコート層上に銅箔テープを貼りつけ、電解重合の給電点を形成した。

ピロール及び支持電解質を溶解した電解重合液中にシートを浸漬し、前記給電点に通電することによって、導電性プレコート層上にポリピロール層を形成した。次いで陰極導電層としてカーボンペースト、銀ペーストを順次塗布した。

最後に、ダイシングソーにより陽極部分の絶縁性テープを除去し、アルミニウムを露出させた後、再度ダイシングソーにより素子毎に切り離し、三端子型固体電解コンデンサ素子を完成させた。得られた素子の周波数１２０Ｈｚにおける静電容量、１００ｋＨｚにおける等価直列抵抗（以下、「ＥＳＲ」と略記する。）、および定格電圧６．３Ｖ印加させ１分後の漏れ電流を測定した結果を表１に示す。

比較例１
比較として、縦１６０ｍｍ×横１６０ｍｍ×厚さ０．１５ｍｍのエッチドアルミ箔に、実施例と同じ位置に絶縁性テープを貼付し、ポリピロールの化学重合によりプレコート層を形成した。

これを金型により打ち抜いた。金型が絶縁テープ部を押し込んでしまい、シートが大きく変形し、作業性は不良であった。実施例同様シート１枚から９００個の素子が得られた。

以下の工程は実施例１と同様に行い、三端子型固体電解コンデンサ素子を完成させた。得られた素子の特性および作業性結果を表１に示す。静電容量、ＥＳＲは同等であり、いずれもコンデンサとして良好な結果であったが、漏れ電流が増大した。

比較例２
特許文献１の方法に倣い、湾曲した形状の素子を作製した。縦１６０ｍｍ×横１６０ｍｍ×厚さ０．１５ｍｍのエッチドアルミ箔から得られた素子数は実施例１よりも少なく、およそ５００個であった。

切り出した個々の素子の湾曲部に、それぞれ固体電解質層としてポリエチレンジオキシチオフェンを形成し、次いで陰極導電層としてカーボンペースト、銀ペーストを順次塗布し、三端子型固体電解コンデンサ素子を完成した。得られた素子の特性および作業性結果を表１に示す。表１に示すように、得られた素子の特性については実施例１と同様であった。

本発明の製造方法によって高周波のノイズ除去性能が高く、漏れ電流の低い、三端子型固体電解コンデンサ素子が、生産性良く得られる。

コンデンサをノイズ除去に使用する回路模式図。 三端子コンデンサをノイズ除去に使用する回路模式図。 弁作用金属箔に貫通孔を形成した様子を示す斜視模式図。 貫通孔の形状模式図。 絶縁性テープによる絶縁被覆工程まで行なわれた弁作用金属箔の斜視模式図及びＡ−Ａ’部の断面模式図。 陰極層を形成し、陽極引出部を露出した後の斜視模式図及びＢ−Ｂ’部の断面模式図。 裁断部位を示す斜視模式図。

符号の説明

１１ 弁作用金属箔
１２ 貫通孔
２１ コンデンサ素子部
３１ 絶縁性テープ
４１ 陰極層形成後のコンデンサ素子部
４２ 陽極引出部
５１ 裁断部位

Claims (6)

1. 誘電体酸化皮膜が形成された弁作用金属箔に、貫通孔を一定間隔で設ける工程、互いに隣接した貫通孔の間に狭持された弁作用金属箔を、陽極引出部及び陰極形成部を有するコンデンサ素子部とし、絶縁性テープを陽極引出部及び貫通孔内の少なくとも一部に覆い被さるよう該弁作用金属箔の表裏から貼付し、貫通孔端から貫通孔内側に係る部分において、前記表裏から貼付した絶縁性テープ同士を貫通孔内で重複させ、重複させた位置において該絶縁性テープを圧着することにより貫通孔断面及び陽極引出部を絶縁被覆する工程、陰極形成部に固体電解質層次いで陰極導電層を形成する工程、陽極引出部に形成した絶縁性テープを部分的に除去する工程、貫通孔断面が被覆されている部分を裁断し、個々の素子に切り離す工程を包含することを特徴とする三端子型固体電解コンデンサ素子の製造方法。
2. 弁作用金属箔の厚さが０．１５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である事を特徴とする請求項１に記載の三端子型固体電解コンデンサ素子の製造方法。
3. 貫通孔端から貫通孔内側に係る部分において、表裏から貼付した絶縁性テープ同士を貫通孔内で重複させる部分の長さが、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の三端子型固体電解コンデンサ素子の製造方法。
4. 固体電解質を形成する工程が、導電性プレコート層を形成した後、電解重合ポリピロールを形成する工程を包含することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の三端子型固体電解コンデンサ素子の製造方法。
5. 導電性プレコート層が、気相化学重合により形成されたポリピロールを含む事を特徴とする請求項４に記載の三端子型固体電解コンデンサ素子の製造方法。
6. 陽極引出部に形成した絶縁性テープを部分的に除去する際、陰極形成部端から０．３ｍｍ以上１.０ｍｍ以下の離間距離を置き、該絶縁性テープを除去することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の三端子型固体電解コンデンサ素子の製造方法。

Images