JP2007036146A

JP2007036146A - 電子部品及びその製造方法

Info

Publication number: JP2007036146A
Application number: JP2005221347A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Yamazaki; 勝彦山崎
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2007-02-08

Abstract

【課題】導電性ペースト材料を含む電子部品における電気的特性の改善、特にコンデンサ素子、例えば、固体電解コンデンサ用のコンデンサ素子のＥＳＲ（等価直列抵抗）のバラツキ（分散）及び平均値の改善を可能にする電子部品の製造方法及びこれにより得られるＥＳＲ（等価直列抵抗）等が安定して改善された電子部品の提供を目的とする。
【解決手段】電子部品の導電ペーストによる被覆または塗布処理後の乾燥工程を含む電子部品の製造方法であって、当該乾燥工程が、低温に保持する段階と高温に保持する段階とを含むことを特徴とする電子部品の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、電子部品及びその製造方法、特にコンデンサ素子、コンデンサ及びその製造方法に関する。

近年、電気機器のディジタル化、パーソナルコンピュータの高速化に伴い、小型で大容量のコンデンサ、高周波領域において低インピーダンスのコンデンサが要求されている。最近では、電子伝導性を有する導電性重合体を固体電解質として用いた固体電解コンデンサが提案されている。

固体電解コンデンサ（９）は、一般に、図１に示すようにエッチング処理された比表面積の大きな金属箔や薄板からなる陽極基体（１）に誘電体の酸化皮膜層（２）を形成し、この外側に対向する電極として固体の半導体層（以下、固体電解質という。）（３）を形成し、さらに導電ペーストなどの導電体層（４）を形成して作製される。通常はさらにマスキング層（５）が設けられ、適宜、電極リード部（６，７）が付加され、全体が樹脂（８）で封止されてコンデンサとされる。

導電ペースト層の形成は、従来、図２に示すように、上記各層を形成した陽極基体（１２）を導電ペースト（１１）を含む導電ペースト槽上に位置させ（図２（ａ））、浸漬し（図２（ｂ））、引き上げ（図２（ｃ））、熱風乾燥により乾燥させて導電ペースト層（１３）を形成することにより行なわれている。
最近ではこれらのコンデンサ素子を積層して用いることも多く、個々のコンデンサ素子の電気特性の均一性、低ＥＳＲ（等価直列抵抗）への要求は益々高まっている。しかし、従来法では、個々のコンデンサ素子の電気特性の均一性、低ＥＳＲ（等価直列抵抗）の改善には限界があった。このため、ＥＳＲの分散及び平均値が小さいコンデンサ素子の製造方法が求められている。

従って、本発明の課題は、コンデンサ素子、特に固体電解コンデンサ用コンデンサ素子の製造方法において、ＥＳＲのバラツキ（分散）及び平均値を改善する方法及びこれにより得られるＥＳＲが安定して低減されたコンデンサを提供することにある。

本発明者は、上記課題について鋭意検討した結果、上記のような従来法では導電ペースト層の乾燥時にペースト層内において溶剤の急激な揮発が起こること、導電ペーストは比較的粘稠なため、こうして発生した揮発ガスは円滑に解放されず、導電ペースト層に膨れが発生すること、この状態で乾燥すると膨れ部分がペースト層内欠陥の原因となること、この現象は、乾燥工程を低温に保持する段階と高温に保持する段階に分けて行なえば解消され得ることを見出し本発明を完成するに至った。なお、本発明の方法は、導電ペーストによる被覆や塗布を行なうプロセス一般に適用可能である。

すなわち、本発明は以下に示す電子部品及びその製造方法、特にコンデンサ素子、コンデンサ及びその製造方法に関する。
１．電子部品の導電ペーストによる被覆または塗布処理後の乾燥工程を含む電子部品の製造方法であって、当該乾燥工程が、低温に保持する段階と高温に保持する段階とを含むことを特徴とする電子部品の製造方法。
２．低温が１０〜５０℃の範囲内である前記１に記載の電子部品の製造方法。
３．高温が６０〜１５０℃の範囲内である前記１または２に記載の電子部品の製造方法。
４．各段階に１分以上保持して乾燥する前記１〜３のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
５．低温段階の終了後、５分以上かけて高温段階に遷移させる前記１〜４のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
６．低温乾燥段階及び／または高温乾燥段階がさらに複数の段階に分割されており、それぞれの段階で保持乾燥を行なう前記１〜５のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
７．導電ペーストが銀ペーストである前記１〜６のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
８．導電ペーストがカーボンペーストである前記１〜６のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
９．電子部品がコンデンサ素子である前記１〜８のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
１０．電子部品が、カーボンペーストで被覆されたコンデンサ素子である前記１〜７のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
１１．コンデンサ素子が固体電解コンデンサ素子である前記９に記載の電子部品の製造方法。
１２．前記１〜１１のいずれか１項に記載の方法で製造される電子部品。
１３．前記９に記載の方法で製造されるコンデンサ素子。
１４．前記１１に記載の方法で製造される固体電解コンデンサ素子。
１５．前記１３または１４に記載のコンデンサ素子を用いたコンデンサ。

本発明によれば、電気的特性の改善された電子部品、特にＥＳＲ（等価直列抵抗）が安定して低減されたコンデンサ素子、コンデンサを製造することができる。

本発明は、導電ペーストによる電子部品の被覆または塗布処理後の乾燥工程を、低温に保持する段階と高温に保持する段階とに多段階分割したことを特徴とする。
ここで、低温とは、導電ペースト塗布時の温度〜溶剤の揮発が比較的進みやすい温度未満の温度である。従って、製造条件や溶媒の種類にもよるが、通常は１０〜５０℃、好ましくは２０〜４０℃の範囲内である。一方、高温は、上記上限値を超え溶媒の沸点付近を含む温度である。従って、製造条件や溶媒の種類にもよるが、例えば、銀ペーストでは通常は６０〜１５０℃、好ましくは８０〜１３０℃の範囲内である。また、カーボンペーストでは通常は６０〜１２０℃、好ましくは７０〜１００℃の範囲内である。

本発明では、各段階において一定時間以上保持して乾燥を行なう。各段階での保持時間は、導電ペーストの種類や層厚、粘度等にもよるが、通常は１分以上、好ましくは５分以上、より好ましくは１０分以上である。より長い時間保持することが好ましいが、過度に長く保持しても効果が飽和し生産効率が低下するため、通常は１日以下、好ましくは１２時間以下、より好ましくは３時間以下である。例えば、固体電解コンデンサ素子の製造工程では、１分〜３０分、好ましくは１０分〜２０分程度である。

また、保持時間の１／３〜１倍程度の時間をかけて各段階間の遷移を行なうことが好ましい。
また、低温乾燥段階及び／または高温乾燥段階がさらに複数の段階に分割されており、それぞれの段階で保持乾燥を行なってもよい。
なお、保持乾燥は素子を当該温度に保持するだけでもよいし、当該温度の気流中に保持してもよい。

導電ペーストは、電子部品で慣用される種々の導電ペーストが含まれ、典型的には
バインダー樹脂組成物に導電粉を配合したものである。導電粉としては特に制限はなく各種のものが用いられるが、例えば、銀、金、銅、アルミニウム、ニッケルなどの金属粉単体もしくは合金、カーボンブラックなどの導電性微粉末等が挙げられる。これらは１種あるいは２種以上同時に配合してもよく、特に制限されない。導電粉の配合量は、特に制限されないが、導電ペースト固形分１００質量部に対し５〜９８質量部配合されたものであることが好ましく、７５〜９５質量部配合されたものであることがより好ましい。導電粉の量が５質量部未満であると必要とされる導電率を満たせなくなる場合があり、９８質量部を超えると粘度が著しく上がり、本発明の方法を適用しても十分な効果が発揮されない場合がある。コンデンサ素子の製造工程では、カーボンペースト、銀ペーストが慣用されており、本発明はこれらの導電ペーストに特に有効に適用できる。

バインダー樹脂の例としては、フッ素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、各種のゴムが挙げられる。また、特殊な機能を有する樹脂、例えば、光重合性樹脂等でもよい。

導電ペーストは一般に溶媒で希釈され、本発明の効果も主として溶媒揮発に伴うペースト層のダメージを解消することにある。有機溶剤としては、具体的には、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類；トルエン、キシレン、テトラメチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類；セロソルブ、メチルセロソルブ、カルビトール、メチルカルビトール、ブチルカルビトール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテルなどのグリコールエーテル類；酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル、セロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、カルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどの酢酸エステル類；エタノール、プロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのアルコール類；オクタン、デカンなどの脂肪族炭化水素；石油エーテル、石油ナフサ、水添石油ナフサ、ソルベントナフサなどの石油系溶剤、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレート、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールジイソブチレート、テルピネオール等が挙げられ、これらを単独で又は２種以上を組み合わせて用いたものに対して本発明の方法を有効に適用できる。但し、これらは例示であり、これ以外の有機溶媒を含む導電ペーストについても本発明は適用可能である。

導電ペーストは、吸湿剤、各種カップリング剤等の接着力向上剤、界面活性剤等の濡れ向上剤、消泡剤、イオントラップ剤、重合禁止剤、ブリード抑制剤等を含有していてもよい。

本発明の方法は、コンデンサ素子、特に固体電解コンデンサ素子に対して有効に適用できるが、その他の電子部品（電気部品を含む）、例えば、導電ペーストを用いた電極、平面コイル、抵抗、電気回路、導波路等にも適用できる。

本発明が適用され得る電子部品基材は、金属、プラスチック、セラミック等である。例として固体電解コンデンサについて言えば、弁作用金属、例えばアルミニウム、タンタル、チタン、ニオブ、ジルコニウムおよびこれらを基質とする合金等がいずれも使用できる。陽極基体の形状としては、平板状の箔や板や棒状等が挙げられる。このうちアルミニウム化成箔が経済性に優れているので実用上多く用いられている。特にこのアルミニウム化成箔に本発明の方法を好適に適用できる。

以下に本発明について代表的な例を示し、さらに具体的に説明する。なお、これらは説明のための例示であって、本発明は何等これらに制限されるものでない。

実施例１
短軸方向３ｍｍ×長軸方向１０ｍｍ、厚さ約１００μｍのアルミニウム化成箔（以下、化成箔と称する。）上にマスキング材（耐熱性樹脂）による幅１ｍｍのマスキングを周状に形成し、陰極部と陽極部に分け、この化成箔の先端側区画部分である陰極部を、電解液としてアジピン酸アンモニウム水溶液を使用して化成し、水洗した。次いで、陰極部を、３，４−エチレンジオキシチオフェンのイソプロピルアルコール溶液と酸化剤水溶液に浸漬し、この含浸工程及び重合工程を全体で１２回繰り返して固体電解質層を化成箔の微細孔内に形成した。この固体電解質層を水洗し乾燥を行なった。

カーボンペーストは、導電性充填材として黒鉛微粉５０質量％、バインダーとしてバイトン（登録商標：フッ化ビニリデン−４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体からなるフッ素系ゴム）５０質量％を含み、溶媒として酢酸ｎ-ビニルを添加混合した固形分１０〜２０質量％の粘稠なペーストを用いた。このカーボンペースト中に上記アルミニウム化成箔の固体電解質層部分を浸漬した後に引き上げ、その状態で室温１０分間の低温乾燥を行ない、次いで、１２分間かけて８０℃まで昇温し、その状態で１０分間保持した。

一方、銀粉（平均粒径５．５μｍ）８５質量％とバイトン（登録商標：フッ化ビニリデン−４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体からなるフッ素系ゴム）粉末１５質量％を混合し導電ペーストの固形分とした。これに溶媒として酢酸イソアミルを加え、混練して固形分６０質量％の粘稠な銀ペーストを調製した。
上記のカーボンペースト層を形成した上記アルミニウム化成箔のカーボンペースト層部分を浸漬した後に引き上げ、その状態で室温１０分間の低温乾燥を行ない、次いで、１２５℃で１時間保持した。
このようにして製造したコンデンサ素子を顕微鏡で観察したところ、カーボンペースト層上に約８０μｍの銀ペースト層が形成されており、各層とも膨れ等の異常は認められなかった。

実施例２
カーボンペーストの高温乾燥段階を８０℃で２０分間とした以外は実施例１と同様にしてコンデンサ素子を製造した。得られたコンデンサ素子を顕微鏡で観察したところ、カーボンペースト層上に約８０μｍの銀ペースト層が形成されており、各層とも膨れ等の異常は認められなかった。

実施例３
カーボンペーストの高温乾燥段階を８０℃で２０分間、銀ペーストの高温乾燥段階も８０℃で２０分間とした以外は実施例１と同様にしてコンデンサ素子を製造した。得られたコンデンサ素子を顕微鏡で観察したところ、カーボンペースト層上に約８０μｍの銀ペースト層が形成されており、各層とも膨れ等の異常は認められなかった。

比較例１
カーボンペーストの乾燥を８０℃で１０分間の１段階とした以外は実施例１と同様にしてコンデンサ素子を製造した。得られたコンデンサ素子を顕微鏡で観察したところ、カーボンペースト層上に約８０μｍの銀ペースト層が形成されていたが、部分的に膨れ異常が認められ、断面をさらに精査したところ、カーボンペースト層内での異常が認められた。

比較例２
銀ペーストの乾燥を１２５℃で１時間の１段階とした以外は実施例１と同様にしてコンデンサ素子を製造した。得られたコンデンサ素子を顕微鏡で観察したところ、カーボンペースト層上に約８０μｍの銀ペースト層が形成されていたが、部分的に膨れ異常が認められ、断面をさらに精査したところ、銀ペースト層内での異常が認められた。

試験例
これらのコンデンサ素子４枚をリードフレーム上に積層して定格容量２２０μＦ、定格電圧２Ｖの固体電解コンデンサ各５０個を得た。こうして得られた各２２４個の固体電解コンデンサを２５０℃のリフロー炉を用いて基板上にハンダ付けを行い、定格直流電圧を印加して１分後の漏れ電流（ＬＣ）を測定した。また、ヒューレットパッカード社製ＬＣＲメータ４２８４Ａを使用し１００ｋＨｚにて等価直列抵抗（ＥＳＲ）を測定した。これらの試験結果を表１に示す。なお、漏れ電流については、０．０１ＣＶ以下を合格として歩留まりを計算した。

以上の例に示されるように、本発明の製造方法によれば、欠陥がなく均一なペースト層が得られ、電気的特性、特にＬＣ及びＥＳＲが顕著に改善される。

本発明の方法によれば、導電ペーストにおける欠陥が解消されるため、電気的特性に優れた電子部品、例えば、ＬＣ（漏れ電流）やＥＳＲ（等価直列抵抗）が安定して低減されたコンデンサ素子を製造する。このため、電子部品分野全般において有用であり、低ＥＳＲや高い信頼性が求められる分野及びコンデンサの製造等において特に有用である。

固体電解コンデンサ素子の一般的構造を示す断面図。従来のペースト被覆方法を説明する模式図であり、(a)はペースト槽への浸漬前（左側は正面図、右側はその正中線における断面図）、(b)は浸漬時、(c)は引き上げ後（左側は正面図、右側はその正中線における断面図）を示す。

符号の説明

１陽極基体
２酸化皮膜層
３固体電解質層
４導電体層
５マスキング層
６陰極リード部
７陽極リード部
８封止樹脂
９固体電解コンデンサ
１１導電ペースト
１２コンデンサ素子材料
１３導電ペースト層

Claims

電子部品の導電ペーストによる被覆または塗布処理後の乾燥工程を含む電子部品の製造方法であって、当該乾燥工程が、低温に保持する段階と高温に保持する段階とを含むことを特徴とする電子部品の製造方法。
低温が１０〜５０℃の範囲内である請求項１に記載の電子部品の製造方法。
高温が６０〜１５０℃の範囲内である請求項１または２に記載の電子部品の製造方法。
各段階に１分以上保持して乾燥する請求項１〜３のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
低温段階の終了後、５分以上かけて高温段階に遷移させる請求項１〜４のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
低温乾燥段階及び／または高温乾燥段階がさらに複数の段階に分割されており、それぞれの段階で保持乾燥を行なう請求項１〜５のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
導電ペーストが銀ペーストである請求項１〜６のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
導電ペーストがカーボンペーストである請求項１〜６のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
電子部品がコンデンサ素子である請求項１〜８のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
電子部品が、カーボンペーストで被覆されたコンデンサ素子である請求項１〜７のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
コンデンサ素子が固体電解コンデンサ素子である請求項９に記載の電子部品の製造方法。
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法で製造される電子部品。
請求項９に記載の方法で製造されるコンデンサ素子。
請求項１１に記載の方法で製造される固体電解コンデンサ素子。
請求項１３または１４に記載のコンデンサ素子を用いたコンデンサ。