JP2007067065A - コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 等価直列抵抗が小さいコンデンサを提供する。
【解決手段】 この固体電解コンデンサでは、陽極1と、陽極1上に形成された誘電体層2と、誘電体層2上に形成された電解質層3と、電解質層3上に形成された陰極4とを有するコンデンサ素子5を備え、コンデンサ素子5の上面に形成された陰極4上には、銀粒子を含む導電性接着剤層6とアミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)からなる有機シラン層7とが順次形成され、導電性接着剤層6および有機シラン層7を介して陰極4と陰極端子8とが接続されている。また、陽極1から露出した陽極リード1a上には、陽極端子9が溶接により接続されている。さらに、陰極端子8および陽極端子9の端部が外部に引き出されるように、コンデンサ素子5、陰極端子8および陽極端子9の周囲には、モールド外装樹脂10が形成されている。
【選択図】図1

Description

この発明は、コンデンサおよびその製造方法に関し、特に、コンデンサ素子の電極に電極端子を接続するコンデンサおよびその製造方法に関する。
従来、コンデンサ素子の一対の電極にそれぞれ電極端子が接続されたコンデンサが知られている(例えば、特許文献1参照)。
図9は、従来の固体電解コンデンサの構造を説明するための断面図である。図9を参照して、従来の固体電解コンデンサの構造について説明する。
従来の固体電解コンデンサでは、図9に示すように、陽極101と、陽極101上に形成された誘電体層102と、誘電体層102上に形成された電解質層103と、電解質層103上に形成された陰極104とを有するコンデンサ素子105を備えている。
陽極101は、陽極リード101aと、陽極リード101a上に陽極リード101aの一部が露出するように形成されたタンタル粒子などの多孔質焼結体からなる板状の基体101bとから構成されている。
誘電体層102は、基体101bの周囲を覆うように形成されており、タンタルの酸化物などから構成されている。なお、誘電体層102は、陽極101を陽極酸化することにより形成される。
電解質層103は、誘電体層102の周囲を覆うように形成されており、二酸化マンガンやポリピロールなどの導電性高分子から構成されている。
陰極104は、電解質層103の周囲を覆うように形成されたグラファイトなどのカーボン粒子を含む第1導電層104aと、第1導電層104aの周囲を覆うように形成された銀粒子を含む第2導電層104bとから構成されている。なお、第1導電層104aは、カーボンペーストを電解質層103上に塗布、乾燥することにより形成され、第2導電層104bは、銀ペーストを第1導電層104a上に塗布、乾燥することにより形成される。
コンデンサ素子105の陰極104の上面には、導電性接着剤層106が形成され、導電性接着剤層106を介して陰極104と陰極端子108とが接続されている。導電性接着剤層106は、銀粒子から構成されており、銀ペーストを陰極104上に塗布、乾燥することにより形成される。また、陽極101から露出した陽極リード101a上には、陽極端子109が溶接により接続されている。なお、陰極端子108および陽極端子109は、ニッケル、銅およびこれらの合金から構成されており、特に、導電性接着剤106を介してコンデンサ素子105の陰極104と接続される陰極端子108の表面には、導電性接着剤層106と陰極端子108との接着性が向上するように、銀メッキ層108aが形成されている。
さらに、陰極端子108および陽極端子109の端部が外部に引き出されるように、コンデンサ素子105、陰極端子108および陽極端子109の周囲には、モールド外装樹脂110が形成されている。これにより、従来の固体電解コンデンサが構成されている。
特開2002−134361号公報
しかしながら、上記した従来の固体電解コンデンサにおいても、導電性接着剤層106と陰極端子107との間の接触抵抗が大きくなることがあり、高周波領域における等価直列抵抗(ESR)が大きくなりやすいという問題点があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、
この発明の1つの目的は、等価直列抵抗が小さいコンデンサを提供することである。
この発明のもう1つの目的は、等価直列抵抗が小さいコンデンサの製造方法を提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面によるコンデンサは、一対の電極の間に誘電体層を有するコンデンサ素子と、電極に接続される電極端子とを備え、電極と電極端子とは、電極上に形成された導電性接着剤層および導電性接着剤層上に形成された有機シラン層を介して接続されている。
この第1の局面によるコンデンサでは、上記のように、導電性接着剤層と陰極端子とは、有機シラン層を介して接続され、有機シラン層と導電性接着剤層との間には、化学的な結合が生じるので、導電性接着剤層と電極端子との接着性を向上させることができる。これにより、電極と電極端子との間の接触抵抗を低減することができるので、高周波領域においてESRの小さいコンデンサを得ることができる。
上記第1の局面によるコンデンサにおいて、好ましくは、導電性接着剤層は、銀粒子を含み、有機シラン層は、アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)およびメルカプトプロピルトリメトキシシラン(MPTMS)からなるグループより選択される少なくとも1つの有機シランを含む。このように構成すれば、APTES中のアミノ基およびMPTMS中のメルカプト基は、銀と強い結合力を有するので、さらに大きな密着性を得ることができる。
また、この発明の第2の局面によるコンデンサの製造方法は、一対の電極の間に誘電体層を有するコンデンサ素子を形成する工程と、電極上に形成された導電性接着剤層および導電性接着剤層上に形成された有機シラン層を介して電極と電極端子とを接続する工程とを備える。
この第2の局面によるコンデンサの製造方法では、上記のように、電極と電極端子とは、電極上に形成された導電性接着剤層および導電性接着剤層上に形成された有機シラン層を介して接続されるので、導電性接着剤層と陰極端子とは、有機シラン層を介して接続され、有機シラン層と導電性接着剤層との間には、化学的な結合が生じる。これにより、導電性接着剤層と電極端子との接着性を向上させることができるので、電極と電極端子との間の接触抵抗を低減することができる。その結果、高周波領域においてESRの小さいコンデンサを容易に製造することができる。
上記第2の局面によるコンデンサの製造方法において、好ましくは、有機シラン層は、前記電極端子を有機シランを含む水溶液中に浸漬することにより形成される。このように構成すれば、容易に電極端子の表面に有機シラン層を均一に形成することができるので、導電性接着剤層と電極端子との接着性をさらに向上させることができる。
なお、本発明における「コンデンサ素子」とは、アルミニウムやタンタルなどを用いた電解コンデンサ素子や、タンタル、ニオブ、チタンなどを用いた固体電解コンデンサ素子、あるいは、セラミックコンデンサ素子および電気2重層キャパシタ素子などを含む広い概念である。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
(実施例1)
図1は、本発明の実施例1による固体電解コンデンサの構造を説明するための断面図である。図1を参照して、本発明の実施例1による固体電解コンデンサの構造について説明する。
本発明の実施例1による固体電解コンデンサでは、図1に示すように、陽極1と、陽極1上に形成された誘電体層2と、誘電体層2上に形成された電解質層3と、電解質層3上に形成された陰極4とを有するコンデンサ素子5を備えている。
陽極1は、ニオブからなる陽極リード1aと、陽極リード1a上に陽極リード1aの一部が露出するように形成された約2μmの平均粒径を有するニオブ粒子の多孔質焼結体からなる約3.3mm×約2.7mm×約1.7mmの直方体状の基体1bとから構成されている。なお、陽極1は、本発明の「電極」の一例である。
誘電体層2は、基体1bの周囲を覆うように形成されており、酸化ニオブから構成されている。
電解質層3は、誘電体層2の周囲を覆うように形成されており、ポリピロールから構成されている。
陰極4は、電解質層3の周囲を覆うように形成された約5μm〜約6μmの平均粒径を有するグラファイト粒子を含む約10μmの膜厚を有する第1導電層4aと、第1導電層4aの周囲を覆うように形成された約3μm〜約4μmの平均粒径を有する銀粒子を含む約10μmの膜厚を有する第2導電層4bとから構成されている。なお、陰極4は、本発明の「電極」の他の一例である。
コンデンサ素子5の上面に形成された陰極4上には、約3μm〜約4μmの平均粒径を有する銀粒子を含む導電性接着剤層6が形成されている。また、導電性接着剤層6上には、アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)からなる有機シラン層7が形成されている。そして、導電性接着剤層6および有機シラン層7を介して陰極4と約0.1mmの厚みを有する銅からなる陰極端子8とが接続されている。
また、陽極1から露出した陽極リード1a上には、約0.1mmの厚みを有する銅からなる陽極端子9が溶接により接続されている。なお、陰極端子8および陽極端子9は、本発明の「電極端子」の一例である。
さらに、陰極端子8および陽極端子9の端部が外部に引き出されるように、コンデンサ素子5、陰極端子8および陽極端子9の周囲には、モールド外装樹脂10が形成されている。これにより、本発明の実施例1による固体電解コンデンサが構成されている。
図2〜図7は、本発明の実施例1による固体電解コンデンサの形成プロセスを説明するための断面図である。図2〜図7を参照して、次に、上記のような構造を有する本発明の実施例1による固体電解コンデンサの形成プロセスについて説明する。
[陽極の作製]
まず、図2に示すように、約2μmの平均粒径を有するニオブ粒子の多孔質焼結体からなる約3.3mm×約2.7mm×約1.7mmの直方体状の基体1bと陽極リード1aとを備える陽極1を形成した。多孔質焼結体の形成は、陽極リード1aの一部を埋め込んだニオブ粒子からなる成形体を真空中で熱処理することにより行った。
[誘電体層の形成]
次に、陽極1を約60℃に保持した約0.1wt%のリン酸水溶液中において約10Vの定電圧で約10時間陽極酸化を行うことにより、図3に示すように、基体1bの周囲を覆うように、酸化ニオブからなる誘電体層2を形成した。
[電解質層の形成]
次に、図4に示すように、重合などにより誘電体層2の周囲を覆うように、誘電体層2上にポリピロールからなる電解質層3を形成した。
[陰極の形成]
次に、図5に示すように、電解質層3の周囲を覆うように、電解質層3上に、約5μm〜約6μmの平均粒径を有するグラファイト粒子を含むグラファイトペーストを塗布し、約80℃で約30分間乾燥することによりグラファイト粒子を含む約10μmの膜厚を有する第1導電層4aを形成した後、第1導電層4aの周囲を覆うように、第1導電層4a上に約3μm〜約4μmの平均粒径を有する銀粒子を含む銀ペーストを塗布し、約160℃で約60分間乾燥することにより銀粒子を含む約10μmの膜厚を有する第2導電層4bを形成した。これにより、電解質層3の周囲を覆うように第1導電層4aおよび第2導電層4bが積層された陰極4を形成するとともに、陽極1と、陽極1上に形成された誘電体層2と、誘電体層2上に形成された電解質層3と、電解質層3上に形成された陰極4とを有するコンデンサ素子5を形成した。
[電極端子の接続]
次に、約0.1mmの厚みを有する銅からなる陰極端子8の一端をAPTESを約0.01wt%含有する水溶液中に約10分間浸漬した後、陰極端子8を水洗し、さらに約60℃で約10分間乾燥した。これにより、図6に示すように、陰極端子8の一端の周囲を覆うように、陰極端子8上にAPTESからなる有機シラン層7を形成した。さらに、有機シラン層7の下面上に約3μm〜約4μmの平均粒径を有する銀粒子を含む導電性接着剤6aを約2mg塗布した。
次に、図7に示すように、導電性接着剤6aを介してコンデンサ素子5の上面に形成された陰極4上に陰極端子8を接着し、陰極端子8をコンデンサ素子5に押圧しながら導電性接着剤6aを約160℃の温度で約60分間乾燥を行うことにより、陰極4と陰極端子8上の有機シラン層7とを接続する導電性接着剤層6を形成した。また、約0.1mmの厚みを有する銅からなる陽極端子9を陽極リード1a上に溶接した。
[モールド工程]
最後に、陰極端子8および陽極端子9の端部が外部に引き出されるように、コンデンサ素子5、陰極端子8および陽極端子9の周囲にモールド外装樹脂10を形成した。このようにして、図1に示すように、実施例1による固体電解コンデンサを作製した。
(実施例2〜6)
実施例2〜6として、上記実施例1において、APTESからなる有機シラン層7に代えて、それぞれ、メルカプトプロピルトリメトキシシラン(MPTMS)、メチルトリエトキシシラン(MTES)、フェニルトリエトキシシラン(PTES)、ビニルトリエトキシシラン(VTES)、および、テトラエトキシシラン(TES)からなる有機シラン層7とする以外は、実施例1と同様の構造を有する固体電解コンデンサを作製した。
ここで、実施例2〜6による固体電解コンデンサの作製においては、上記実施例1で用いた陰極端子8の一端を浸漬するAPTESを約0.01wt%含有する水溶液に代えて、それぞれ、MPTMS、MTES、PTES、VTESおよびTESを約0.01wt%含有する水溶液を用いる以外は、実施例1と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。
(比較例1)
比較例1として、上記実施例1で用いたAPTESからなる有機シラン層7が形成された陰極端子8に代えて、有機シラン層が形成された陰極端子を用いる以外は、実施例1と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。即ち、比較例1では、陰極と陰極端子とは導電性接着剤層のみを介して接続されている。
(比較例2)
比較例2として、上記実施例1で用いたAPTESからなる有機シラン層7が形成された陰極端子8に代えて、スズメッキ層が形成された陰極端子を用いる以外は、実施例1と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。即ち、比較例2では、陰極と陰極端子とは陰極上に形成された導電性接着剤層および導電性接着剤層上に形成されたスズメッキ層を介して接続されている。
[評価]
次に、実施例1〜実施例6、比較例1および比較例2において作製した固体電解コンデンサに対して、約100kHzの周波数におけるESR測定を行った。ESRの測定は、LCRメータを用いて陰極端子8と陽極端子9との間に電圧を印加することにより行った。結果を表1に示す。なお、表1においては、比較例2の測定結果を100として、実施例1〜実施例6および比較例1の測定結果を規格化した値を示している。
Figure 2007067065
表1に示すように、実施例1〜実施例6の固体電解コンデンサでは、いずれも比較例1および比較例2の固体電解コンデンサよりESRが低減していることが判明した。
ここで、上記熱処理後の実施例1において作製した固体電解コンデンサを分解し、図1に示す断面方向から陰極端子8と有機シラン層7および導電性接着剤層6との界面付近の元素分析を行った。
図8は、本発明の実施例1の固体電解コンデンサについて、エネルギー分散型X線分析(EDX)法による測定結果を示す特性図である。なお、図8において、縦軸は、元素の含有量(原子%)を示し、横軸は、図1に示す断面方向から観察した陰極端子8の内部から導電性接着剤層6の内部に向かう方向の位置を示している。
図8に示すように、本発明の実施例1の固体電解コンデンサでは、横軸が約20nm付近から約150nm付近に向かって、銅(Cu)濃度が減少するとともに銀(Ag)濃度が増加しており、また、約65nm付近にはケイ素(Si)の存在が認められた。これより、この約65nm付近が陰極端子8と導電性接着剤層6との界面であって、その界面には、非常に薄い有機シラン層7が形成されていることがわかった。
以上の結果より、有機シラン層7を導電性接着剤層6と陰極端子8との間に形成することにより、導電性接着剤層6と陰極端子8との密着性が向上し、ESRが低減することがわかった。
また、ESRの低減に対しては、特に、有機シラン層7がAPTESおよびMPTMSが好ましいことがわかった。この要因として、APTESのアミノ基およびMPTMSのメルカプト基がそれぞれ導電性接着剤層6中の銀粒子と強い結合力を有するためと考えられる。
なお、今回開示された実施例は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
たとえば、上記実施例では、有機シラン層7は、APTES、MPTMS、MTES、PTES、VTESおよびTESから構成されていたが、本発明はこれに限らず、他のメチル系シラン、フェニル系シラン、ビニル系シラン、アルコキシシラン、メルカプト系シラン、および、アミノ系シランから構成されていてもよく、あるいは、上記の有機シランからなるグループより選択される少なくとも1つの有機シランを含んでいてもよい。さらに、有機シラン層7は、これらの有機シラン以外に他の材料を含んでいてもよい。
また、上記実施例では、銀粒子を含む導電性接着剤層6を用いていたが、本発明はこれに限らず、銅や金など他の金属粒子や合金粒子を含有していてもよく、あるいは、これらの混合粒子を含有していてもよい。
また、上記実施例では、有機シランを含有する水溶液中に陰極端子8を浸漬し、これを水洗、乾燥することにより陰極端子8上に有機シラン層7を形成したが、本発明はこれに限らず、有機シランを含有する水溶液を陰極端子8に噴霧するなど、別の方法で陰極端子8に付着させ、これを乾燥することにより、有機シラン層7を形成してもよい。
また、上記実施例では、一方の電極と電極端子との接続、すなわち、陰極端子8と陰極4との接続にのみ導電性接着剤層6および有機シラン層7を用いたが、本発明はこれに限らず、他方の電極と電極端子との接続、すなわち、陽極端子9と陽極リード1aとの接続に対しても導電性接着剤層および有機シラン層を用いてよく、両方の電極と電極端子との接続に導電性接着剤層および有機シラン層を用いてもよい。
また、上記実施例では、コンデンサ素子5はニオブ固体電解コンデンサ素子から構成されていたが、本発明はこれに限らず、タンタルおよびチタンなどの他の弁作用金属を用いた材料固体電解コンデンサ素子であってもよく、あるいは、アルミニウム電解コンデンサ素子やセラミックコンデンサ素子および電気2重層キャパシタ素子など他のコンデンサ素子であってもよい。
本発明の実施例1による固体電解コンデンサの構造を説明するための断面図である。 本発明の実施例1による固体電解コンデンサの形成プロセスの第1工程を説明するための断面図である。 本発明の実施例1による固体電解コンデンサの形成プロセスの第2工程を説明するための断面図である。 本発明の実施例1による固体電解コンデンサの形成プロセスの第3工程を説明するための断面図である。 本発明の実施例1による固体電解コンデンサの形成プロセスの第4工程を説明するための断面図である。 本発明の実施例1による固体電解コンデンサの形成プロセスの第5工程を説明するための断面図である。 本発明の実施例1による固体電解コンデンサの形成プロセスの第6工程を説明するための断面図である。 本発明の実施例1の固体電解コンデンサについて、エネルギー分散型X線分析(EDX)法による測定結果を示す特性図である。 従来の固体電解コンデンサの構造を説明するための断面図である。
符号の説明
1 陽極
1a 陽極リード
1b 基体
2 誘電体層
3 電解質層
4 陰極
4a 第1導電層
4b 第2導電層
5 コンデンサ素子
6 導電性接着剤層
7 有機シラン層
8 陰極端子
9 陽極端子
10 モールド外装樹脂

Claims (4)

  1. 一対の電極の間に誘電体層を有するコンデンサ素子と、
    前記電極に接続される電極端子とを備え、
    前記電極と前記電極端子とは、前記電極上に形成された導電性接着剤層および前記導電性接着剤層上に形成された有機シラン層を介して接続されている、コンデンサ。
  2. 前記導電性接着剤層は、銀粒子を含み、
    前記有機シラン層は、アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)およびメルカプトプロピルトリメトキシシラン(MPTMS)からなるグループより選択される少なくとも1つの有機シランを含む、請求項1に記載のコンデンサ。
  3. 一対の電極の間に誘電体層を有するコンデンサ素子を形成する工程と、
    前記電極上に形成された導電性接着剤層および前記導電性接着剤層上に形成された有機シラン層を介して前記電極と電極端子とを接続する工程とを備える、コンデンサの製造方法。
  4. 前記有機シラン層は、前記電極端子を有機シランを含む水溶液中に浸漬することにより形成される、請求項3に記載のコンデンサの製造方法。
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