JP2007180160A - コンデンサチップ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】積層型固体電解コンデンサの外観不良を生じさせることなく、積層したコンデンサ素子の厚さの合計の許容範囲を広げ、静電容量を高くする技術を提供する。
【解決手段】コンデンサ素子積層体を樹脂封止してなるコンデンサチップにおいて、封止体の厚さをＳ_H（ｍｍ）、最大幅をＳ_W（ｍｍ）とし、長さをＳ_L（ｍｍ）、Ｓ_H×Ｓ_W×Ｓ_LをＶ（ｍｍ³）で表わしたときに、封止時の樹脂注入速度を（Ｖ／６０）×０．５〜（Ｖ／６０）×１．８（但し、単位はｍｍ／ｓ）の範囲としたことを特徴とするコンデンサチップの製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明はコンデンサチップ及びその製造方法、特に積層型固体電解コンデンサ及びその製造方法に関する。

近年、電気機器のデジタル化、パーソナルコンピュータ等の電子機器の小型化・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。特に、より大きな容量を有する製品が求められており、複数のコンデンサ素子を積層し、封止することからなる積層型固体電解コンデンサとして製造されている。

例えば、特開2002-319522号公報（特許文献１）には、陽極体の電気的一体化に要する空間を小さくすることで小型大容量化を図り、尚且つ、特に陽極体同士の電気的接続に関して、低抵抗で信頼性の高い接続状態を得ることが可能な固体電解コンデンサについて記載されている。

図１は従来の積層型固体電解コンデンサの構造の一例を表す断面図である。
一般に、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）表面に誘電体の酸化皮膜層（２）を形成し、通常はさらにマスキング層（５）を設けた後、前記酸化皮膜層（２）の外側に陰極部として機能する固体の半導体層（以下、固体電解質という。）や導電ペーストなどの導電体層（３）を順次形成してコンデンサ素子（６）を作製する。こうして形成した複数個のコンデンサ素子（６）を方向を揃えて積層し、適宜、導体層（４）を設け、さらに電極リード部（７，８）を付加し、全体を樹脂（９）で封止して積層型固体電解コンデンサとする。

積層型固体電解コンデンサにおいては、積層するコンデンサ素子（６）の厚さや数を増やすことによりコンデンサの静電容量を高くすることができる。しかし、積層したコンデンサ素子の厚みの合計が大きくなると、コンデンサ素子の封止樹脂からの露出やコンデンサチップを包む封止樹脂にピンホールやウェルドライン、欠け（欠落部）等の外観不良が生じやすくなるため、積層したコンデンサ素子の厚さの合計が制限されることがあった。

特開2002-319522号公報

本発明の目的は、積層型固体電解コンデンサの外観不良を生じさせることなく、積層したコンデンサ素子の厚さの合計の許容範囲を広げ、静電容量を高くする技術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、コンデンサ素子積層体を樹脂で封止したコンデンサチップにおいて、樹脂封止時の樹脂注入速度を一定範囲内とすることによって積層体の厚さが厚くなっても外観不良が生じにくいことを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は以下に示すコンデンサチップ及びその製造方法に関する。
１．コンデンサ素子積層体を樹脂封止してなるコンデンサチップにおいて、封止体の厚さをＳ_H（ｍｍ）、最大幅をＳ_W（ｍｍ）とし、長さをＳ_L（ｍｍ）、Ｓ_H×Ｓ_W×Ｓ_LをＶ（ｍｍ³）で表わしたときに、封止時の樹脂注入速度を（Ｖ／６０）×０．５〜（Ｖ／６０）×１．８（但し、単位はｍｍ／ｓ）の範囲としたことを特徴とするコンデンサチップの製造方法。
２．Ｓ_H（ｍｍ）が１．７〜２．５の範囲内の値である前記１に記載のコンデンサチップの製造方法。
３．コンデンサ素子がリードフレームの一方または両面に積層されたものである前記１または２に記載のコンデンサチップの製造方法。
４．コンデンサ素子がリードフレームの一方または両面に積層されたコンデンサチップにおいて、樹脂注入部近傍におけるリードフレームの片側に積層されるコンデンサ素子の最大枚数をｐ枚、他方の側に積層されるコンデンサ素子の枚数をｑ枚、｜ｐ−ｑ｜／ｐをｒとしたときに、封止時の樹脂注入速度を
ｒ≦０．５では （Ｖ／６０）×１．０〜（Ｖ／６０）×１．８
ｒ＞０．５では （Ｖ／６０）×０．５〜（Ｖ／６０）×１．３
の範囲とする前記１〜３のいずれかに記載のコンデンサチップの製造方法。
５．Ｓ_L（ｍｍが１０以下の値である前記１〜４のいずれかに記載のコンデンサチップの製造方法。
６．Ｓ_W（ｍｍ）が６以下の値である前記１〜５のいずれかに記載のコンデンサチップの製造方法。
７．注入圧力を２〜４ＭＰａの範囲内とする前記１〜６のいずれかに記載のコンデンサチップの製造方法。
８．前記１〜７のいずれかに記載の製造方法により製造される積層型コンデンサチップ。
９．前記８に記載のコンデンサチップにおいて、コンデンサ素子が弁作用金属からなる陽極基体を含み、前記弁作用金属表面の一部に誘電体層である酸化皮膜層と陰極層である固体電解質層を形成してなる固体電解コンデンサ素子である固体電解コンデンサ。
１０．弁作用金属がマグネシウム、シリコン、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、タンタル、ニオブ、ハフニウムの何れかを主成分とする金属およびそれらの合金から選択される前記９に記載の固体電解コンデンサ。

本発明によれば、外観不良がなく、静電容量の高い積層型固体電解コンデンサを製造することができる。なお、本発明はコンデンサチップ一般に適用可能である。

以下、図面を参照して本発明のコンデンサチップ、特にその好適態様である積層型固体電解コンデンサを例としてより具体的に説明する。

図２は本発明の好ましい実施態様におけるコンデンサチップ（積層型固体電解コンデンサ）の断面図である。
本発明のコンデンサチップは、コンデンサ素子積層体を樹脂封止してなるコンデンサチップにおいて、封止体の厚さをＳ_H（ｍｍ）、最大幅をＳ_W（ｍｍ）とし、長さをＳ_L（ｍｍ）、Ｓ_H×Ｓ_W×Ｓ_LをＶ（ｍｍ³）で表わしたときに、封止時の樹脂注入速度を（Ｖ／６０）×０．５〜（Ｖ／６０）×１．８（但し、単位はｍｍ／ｓ）の範囲としたことを特徴とする。なお、図ではＳ_HとＳ_Lのみ示すが、Ｓ_Wは図の紙面と垂直な方向におけるチップの最大幅である。なお、Ｓ_H、Ｓ_W及びＳ_Lはいずれも樹脂層の厚さであり、コンデンサチップの厚みのうち、上記のグルーパッドその他の実装補助部材（図２中１０）や実装用電極（同図中の陽極リード部７、陰極リード部８）は含まない。また、図２では導体層（４）によって陰陽両極の厚みを均等にしているが、陽極側の導体層（４）は素子を接続可能な程度であればよく、従って、積層体は陽極側で薄く、陰極側で厚い扇型（図１参照）であってもよい。

すなわち、本発明は、積層コンデンサ封止体において封止時の樹脂注入速度を封止体容積との関係で特定の範囲に位置づけることにより外観不良を解消したものである。樹脂の注入は、コンデンサ素子を使用環境から保護する目的で当分野で慣用されている任意の方法で行われる。例えば、注型成形、圧縮成形、射出成形などでよいが、注型成形の中でも複数のポットを用いるマルチプランジャーを有したトランスファー成形が好ましい。すなわち、成形すべき形状のキャビティを有し、かつ、前記キャビティ内に連通する樹脂注入口および樹脂排出口を有する加熱および冷却手段を備えた複数の金型と複数の樹脂注入ポットとを備えたトランスファー成形装置において、樹脂ポットの開口部を金型の前記樹脂注入口に接続し、熱硬化性樹脂を金型内に注型して行なう。本発明でいう樹脂注入速度とは、熱硬化性樹脂を金型内に注型する速度である。金型における樹脂注入口および樹脂排出口の配置は特に限定されないが、陽極リード部側から注入することが好ましい。

Ｓ_H（ｍｍ）は１．７〜２．５の範囲内の値であることが好ましい。Ｓ_L（ｍｍ）は１０以下、好ましくは６〜９の範囲の値であり、Ｓ_W（ｍｍ）は６以下、好ましくは３〜5の範囲の値である。

コンデンサは図１に示すように陽極リード部（７）をコンデンサ素子の陽極側端面（４）から引き出してもよいが、図２に示すように、コンデンサ素子がリードフレームの一方または両面に積層されたものが好ましい。
この場合、積層枚数は特に限定されず、製造可能な素子の厚みにより決定される。図２では積層体の間にリード部を設けているが、陰極、陽極のいずれもリード部分を積層体の上もしくは下に設ける（すなわち、リード部分の片側にそれぞれ１または複数の固体電解コンデンサ素子（６）を設ける）ことも可能である。

コンデンサ素子がコンデンサ素子がリードフレームの一方または両面に積層される構成においては、樹脂注入部近傍におけるリードフレームの片側に積層されるコンデンサ素子の最大枚数をｐ枚、他方の側に積層されるコンデンサ素子の枚数をｑ枚、｜ｐ−ｑ｜／ｐをｒとしたときに、封止時の樹脂注入速度を
（ａ） ｒ≦０．５では （Ｖ／６０）×１．０〜（Ｖ／６０）×１．８
（ｂ） ｒ＞０．５では （Ｖ／６０）×０．５〜（Ｖ／６０）×１．３
の範囲とすることが好ましい。
例えば、リードフレームの両面に２枚ずつ積層する場合は、ｐ＝ｑ＝２、従って、ｒ＝０であるので上記の条件（ａ）が好ましく、リードフレームの片面に３枚のみ積層する場合はｐ＝３、ｑ＝０、従って、ｒ＝１であるので、上記の条件（ｂ）が好ましい。

なお、注入圧力が高い程、樹脂封止の欠け（欠落部）のない封止体が得られるが、注入速度のコントロール程の効果はなく、また、注入速度を上記の範囲内に保ちつつ注入圧力を増そうとすると樹脂注入口の断面積を小さくする必要があるので、注入圧力は２〜４ＭＰａの範囲内が好ましい。

使用される樹脂は、基板実装時のハンダ熱に耐えられる耐熱性を有し、適宜な加熱状態或いは常温において液体状態を得ることができる樹脂であれば好適に使用することができるが、耐湿性、絶縁性等の観点から多用されているエポキシ系樹脂が好ましく使用される。

エポキシ樹脂は、液状であり、かつ封止用途に使用されるものであれば制限されることなく用いることができるが、例えば、液状のｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂等を挙げることができる。

本発明の方法は、任意のコンデンサ素子積層体について適用できるが、特に基材の厚みが薄い固体電解コンデンサ素子に対して好適に適用できる。そのような固体電解コンデンサ素子の構成例を以下に示す。具体的には、板状、棒状、線状、好ましくは概ね平板状の素子、例えば、箔ないし薄板等の素子であり、典型的には、図１および２に示すように、陽極基体（１）上に酸化皮膜層（２）を有し、さらにその上に固体電解質層（３）を有するコンデンサ素子である。

ここで、固体電解コンデンサの陽極基体としては弁作用金属が好ましい。このような弁作用金属の例としては、マグネシウム、シリコン、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、タンタル、ニオブ、ハフニウムの何れかを主成分とする金属およびそれらの合金が挙げられる。これらは各金属の多孔体でもよい。多孔質の形態については、圧延箔のエッチング物、微粉焼結体など、多孔質成形体のいずれの形態でもよい。

陽極基体（１）の形状としては、上述のように平板状の箔や板や棒状等が挙げられるが、例えば、箔または板の場合、厚さは使用目的によって異なるが、例えば、約４０〜３００μｍの範囲が使用される。薄型の固体電解コンデンサとするためには、金属（例えば、アルミニウム）箔では８０〜２５０μｍのものを使用することが好ましい。幅及び長さは前述の封止体の最大幅Ｓ_W、長さＳ_L（ｍｍ）未満であればよい。

酸化皮膜層（２）は、上記陽極基体（１）を化成処理して得ることができる。
陽極基体の表面に設ける誘電体皮膜層は、弁作用金属の表面部分に設けられた弁作用金属自体の酸化物層であってもよく、あるいは、弁作用金属箔の表面上に設けられた他の誘電体層であってもよいが、特に弁作用金属自体の酸化物からなる層であることが望ましい。

陰極部の誘電体皮膜層上に形成される固体電解質層（３）の種類には特に制限は無く、従来公知の固体電解質が使用できるが、とりわけ高導電率の導電性高分子を固体電解質として作製する固体電解コンデンサは、従来の電解液を用いた湿式電解コンデンサや二酸化マンガンを用いた固体電解コンデンサに比べて、等価直列抵抗成分が低く、大容量でかつ小形となり、高周波性能が良好なために好ましい。

また、必要に応じて固体電解質（３）上に導電体層（図示していない。）を設けてもよい。導電体層は、例えば、導電ペースト、メッキや蒸着、導電樹脂フィルムの貼付等により形成される。陰極部分である固体電解質（３）と陽極部分である金属基体（１）との絶縁をより確実にするためにマスキング（５）を設けてもよい。

（積層型固体電解コンデンサの製造方法）
本発明の好ましい実施態様における積層型固体電解コンデンサは、リードフレーム（１１）（陰極部及び陽極部下面に段差を設けてもよい）上に固体電解コンデンサ素子（６）を積層するか、固体電解コンデンサ素子（６）の積層体をリードフレーム（１１）上に固定した後、前記リードフレーム（１１）の陰極リード部（８）及び陽極リード部（７）のそれぞれ少なくとも一部を露出させて樹脂封止する工程を含む方法によって製造できる。

通常は、複数の陰極リード部（８）と複数の陽極リード部（７）が空隙を隔てて対向して設けられたリードフレーム（１１）上に、それぞれ陰極リード部（８）と陽極リード部（７）が位置するように固体電解コンデンサ素子（６）を積層するか、予め形成した固体電解コンデンサ素子の積層体を固定する。
この場合、陽極積層部は陽極リード部（７）と電気的に接続され、陰極積層部は陰極リード部（８）と電気的に接続される。図２に示すように、陽極端面に導体層／部材（４）を設けてもよい。

コンデンサ素子（６）は、通常は陰極部分が他のコンデンサ素子の陰極部分上に位置するように積層され、陽極部分が他のコンデンサ素子の陽極部分上に位置するように積層される。
陰極部分を他のコンデンサ素子の陰極部分に積層するにはそれぞれを電気的に接続する任意の方法が用いられるが、例えば、導電性ペーストを用いた積層法、ハンダ付け、溶接等が挙げられる。また、固体電解コンデンサ素子積層体のリードフレーム（１１）への固定もこれに準じて行なうことができる。

次いで、コンデンサ素子積層構造体（コンデンサ素子積層体を有するリードフレーム）を、露出させるべき陰極リード部及び陽極リード部を残して樹脂封止し、樹脂の硬化後、形成されたコンデンサをその側端部でリードフレームの外枠部分（図示していない）から切り離し、本発明に従って樹脂封止する。

以下に本発明の実施例を示すが、これらは説明のための単なる例示であって、本発明はこれらに何等制限されるものでない。

実施例１
アルミニウムをエッチングにより多孔質化し、その表面を陽極酸化処理による酸化アルミニウムで被覆した厚さ０．１ｍｍの箔に、陰極となる導電性高分子、カーボンペースト、銀ペーストを被覆し、最大厚さ０．２５ｍｍのコンデンサ素子を作製した。
作製したコンデンサ素子を厚さ０．１ｍｍの金属製リードフレームの上面に２枚、下面に２枚積層し、コンデンサ素子積層体を作製した。
これをマルチプランジャー式のトランスファー成形装置によってエポキシ樹脂封止し、封止体の厚さＳ_H（ｍｍ）が１．９、最大幅Ｓ_W（ｍｍ）が４．３、長さＳ_L（ｍｍ）が７．３となるように樹脂封止し、１０００個のコンデンサチップを製造した。樹脂の注入速度は１．５ｍｍ／ｓ、封止圧力は２．２ＭＰａとした。
封止後に外観検査を行い、０．０５ｍｍ以上の穴、積層素子の露出、あるいは封止樹脂に０．０５ｍｍ以上のひび割れが生じたものは外観不良とした。結果を表１に示す。

実施例２
実施例１において封止圧力を３ＭＰａとした他は同様にして１０００個のコンデンサチップを製造した。封止後に同様にして外観検査を行なった。結果を表１に示す。

実施例３
実施例１において作製したコンデンサ素子を厚さ０．１ｍｍの金属製リードフレームの上面にのみ３枚積層し（下面は０枚）、コンデンサ素子積層体を作製した。以下、実施例１と同様にして１０００個のコンデンサチップを製造した。封止後に同様にして外観検査を行なった。結果を表１に示す。

実施例４
実施例３において注入速度を０．８ｍｍ／ｓとした他は同様にして１０００個のコンデンサチップを製造した。封止後に同様にして外観検査を行なった。結果を表１に示す。

実施例５
実施例４において封止圧力を３ＭＰａとした他は同様にして１０００個のコンデンサチップを製造した。封止後に同様にして外観検査を行なった。結果を表１に示す。

比較例１
実施例１において注入速度を２．０ｍｍ／ｓとした他は同様にして１０００個のコンデンサチップを製造した。封止後に同様にして外観検査を行なった。結果を表１に示す。

比較例２
実施例３において注入速度を２．０ｍｍ／ｓとした他は同様にして１０００個のコンデンサチップを製造した。封止後に同様にして外観検査を行なった。結果を表１に示す。

比較例３
実施例３において注入速度を０．５ｍｍ／ｓとした他は同様にして１０００個のコンデンサチップを製造した。封止後に同様にして外観検査を行なった。結果を表１に示す。

以上の結果より、実施例で作製した本発明の積層型固体電解コンデンサは、比較例で作製した製品と比較して外観不良が明らかに少ないことがわかる。

本発明によれば、外観不良が少なく、静電容量の高い積層型固体電解コンデンサを製造することができる。このため、本発明のコンデンサ及びその製造方法は、広い分野の積層コンデンサの製造において有用である。

積層型固体電解コンデンサ素子の従来の一般的構造を示す断面図。 本発明の積層型固体電解コンデンサ素子の各パラメータを示す断面図。

符号の説明

１．陽極基体
２．酸化被膜層
３．固体電解質層
４．導電層
５．マスキング
６．コンデンサ素子
７．陽極リード部
８．陰極リード部
９．封止樹脂
１０．グルーパッド
１１．金属リードフレーム

Claims (10)

1. コンデンサ素子積層体を樹脂封止してなるコンデンサチップにおいて、封止体の厚さをＳ_H（ｍｍ）、最大幅をＳ_W（ｍｍ）とし、長さをＳ_L（ｍｍ）、Ｓ_H×Ｓ_W×Ｓ_LをＶ（ｍｍ³）で表わしたときに、封止時の樹脂注入速度を（Ｖ／６０）×０．５〜（Ｖ／６０）×１．８（但し、単位はｍｍ／ｓ）の範囲としたことを特徴とするコンデンサチップの製造方法。
2. Ｓ_H（ｍｍ）が１．７〜２．５の範囲内の値である請求項１に記載のコンデンサチップの製造方法。
3. コンデンサ素子がリードフレームの一方または両面に積層されたものである請求項１または２に記載のコンデンサチップの製造方法。
4. コンデンサ素子がリードフレームの一方または両面に積層されたコンデンサチップにおいて、樹脂注入部近傍におけるリードフレームの片側に積層されるコンデンサ素子の最大枚数をｐ枚、他方の側に積層されるコンデンサ素子の枚数をｑ枚、｜ｐ−ｑ｜／ｐをｒとしたときに、封止時の樹脂注入速度を
   ｒ≦０．５では （Ｖ／６０）×１．０〜（Ｖ／６０）×１．８
   ｒ＞０．５では （Ｖ／６０）×０．５〜（Ｖ／６０）×１．３
   の範囲とする請求項１〜３のいずれかに記載のコンデンサチップの製造方法。
5. Ｓ_L（ｍｍ）が１０ｍｍ以下の値である請求項１〜４のいずれかに記載のコンデンサチップの製造方法。
6. Ｓ_W（ｍｍ）が６ｍｍ以下の値である請求項１〜５のいずれかに記載のコンデンサチップの製造方法。
7. 注入圧力を２〜４ＭＰａの範囲内とする請求項１〜６のいずれかに記載のコンデンサチップの製造方法。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法により製造される積層型コンデンサチップ。
9. 請求項８に記載のコンデンサチップにおいて、コンデンサ素子が弁作用金属からなる陽極基体を含み、前記弁作用金属表面の一部に誘電体層である酸化皮膜層と陰極層である固体電解質層を形成してなる固体電解コンデンサ素子である固体電解コンデンサ。
10. 弁作用金属がマグネシウム、シリコン、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、タンタル、ニオブ、ハフニウムの何れかを主成分とする金属およびそれらの合金から選択される請求項９に記載の固体電解コンデンサ。
    

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