JP2008193096A - 金属キャパシタ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、既存のアルミニウム電解コンデンサの電解液と固体電解質の代わりに金属材質を適用して電気伝導度を大きく改善させた金属キャパシタ及びその製造方法を提供するものである
【解決手段】本発明の中、金属キャパシタ１０は両面に夫々多数個の溝１１ａが形成される金属部材１１と、金属部材１１に形成される金属酸化膜１２と、金属酸化膜１２に形成されるシード電極層１３と、多数個の溝１１ａが満たされるようにシード電極層１３に形成されるメーン電極層１４と、メーン電極層１４に設けられる多数個のリード端子１５と、多数個のリード端子１５が外部に突出されて金属部材１１と金属酸化膜１２とシード電極層１３とメーン電極層１４が密封されるように設置されるモールディング部材１６を具備することを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明の中、金属キャパシタ１０は両面に夫々多数個の溝１１ａが形成される金属部材１１と、金属部材１１に形成される金属酸化膜１２と、金属酸化膜１２に形成されるシード電極層１３と、多数個の溝１１ａが満たされるようにシード電極層１３に形成されるメーン電極層１４と、メーン電極層１４に設けられる多数個のリード端子１５と、多数個のリード端子１５が外部に突出されて金属部材１１と金属酸化膜１２とシード電極層１３とメーン電極層１４が密封されるように設置されるモールディング部材１６を具備することを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
本発明は、金属キャパシタ及びその製造方法に係るもので、より詳しくは電解質で金属材質を適用して電気伝導度を大きく改善させた金属キャパシタ及びその製造方法に関するものである。
電源回路から出力される電源を一定な値になるように平滑させるか又は低周波バイパスで使用されるアルミニウム電解キャパシタ(aluminum electrolytic capacitor)の製造方法を概略的に説明すると次のようになる。
まず、アルミニウム箔の表面積を広げて静電容量を大きくするために、アルミニウム箔(aluminum foil)の表面を食刻(etching)する過程を実施する。食刻が完了したらアルミニウム箔に誘電体を形成させる化成(forming)過程を実施する。食刻や化成過程を通じてそれぞれ陰極と陽極のアルミニウム箔が製造されたら、アルミニウム箔と電解紙を製品の長さによって必要寸法の幅だけ切る断裁（slit）過程を実施する。断裁が完了したらアルミニウム箔に引き出し端子であるリード棒を接合させるステッチ(stitch)過程を実施する。
アルミニウム箔と電解紙の断裁が完了したら陽極アルミニウム箔と陰極アルミニウム箔の間に電解紙を挿入した後円筒状で巻いて解かされないようにテープで接着させる巻取り(winding)過程を実施する。巻取り過程が完了したらこれをアルミニウムケースに挿入した後電解液を注入する含浸（impregnation）を実施する。電解液の注入が完了したらアルミニウムケースを封口材で封入する封入(curling)過程を実施する。封入過程が完了したら誘電体損傷を復旧するエージング(aging)過程を実施してアルミニウム電解キャパシタの組立を完了する。
ところが、従来の電解キャパシタを適用する場合、最近電子機器のデジタル及び小型化の進展で次のような問題点がある。
即ち、アルミニウム電解キャパシタは電解質で電解液が使用されるので、電気伝導度が低くて高周波領域での寿命が短くなる限界があって、信頼性の改善、高周波数特性、低損失化(低ＥＳＲ(Equivalent Series Resistance)、低インピーダンス(impedance)化)に限界があって、リプル発熱が高くて発煙、発火という安全性及び耐環境性に限界がある。
即ち、アルミニウム電解キャパシタは電解質で電解液が使用されるので、電気伝導度が低くて高周波領域での寿命が短くなる限界があって、信頼性の改善、高周波数特性、低損失化(低ＥＳＲ(Equivalent Series Resistance)、低インピーダンス(impedance)化)に限界があって、リプル発熱が高くて発煙、発火という安全性及び耐環境性に限界がある。
本発明の目的は前記のような問題点を解決するためのもので、電解質で金属材質を適用して電気伝導度を従来の電解質で電解液や有機半導体を使用することに比べて１０，０００〜１，０００，０００倍改善させた金属キャパシタとこれを用いた積層金属キャパシタ及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、電解質で金属材質を使用することによって小型化、低損失化、リプル発熱低減、長寿命化、耐熱安全性、非発煙、非発火及び耐環境性を改善させることができる金属キャパシタとこれを用いた積層金属キャパシタ及びその製造方法を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、電解質で金属材質を使用することによって直列積層が容易で既存のアルミニウム電解キャパシタの構造としては不可能な高電圧用金属キャパシタとこれを用いた積層金属キャパシタ及びその製造方法を提供することにある。
このような目的を達成するための本発明の金属キャパシタは、両面に夫々多数個の溝が形成される金属部材と、金属部材に形成される金属酸化膜と、金属酸化膜に形成されるシード電極層(seed electrode layer)と、多数個の溝が満たされるようにシード電極層に形成されるメーン電極層(main electrode layer)と、メーン電極層に設けられる多数個のリード端子(lead terminal)と、多数個のリード端子が外部に突出されて金属部材と金属酸化膜とシード電極層とメーン電極層が密封されるように形成されるモールディング部材を具備することを特徴とする。
本発明の金属キャパシタの製造方法は，ＤＣ（Direct Current）食刻方法を用いて金属部材の両面に多数個の溝を形成する食刻工程と、金属部材に多数個の溝が形成されると両極酸化方法を用いて金属部材に金属酸化膜(metal oxide)を形成する化成(forming)工程と、金属酸化膜が形成されると無電解メッキ方法を用いて金属酸化膜に浸透するようにシード電極層を形成する工程と、シード電極層が形成されると無電解メッキ方法や電解メッキ方法を用いてシード電極層を媒介として金属部材に形成された多数個の溝が埋没されるようにメーン電極層を形成する工程と、メーン電極層が形成されるとそれぞれのメーン電極層にリード端子を形成する工程と、リード端子が形成されるとリード端子が外部に突出されるように前記金属部材を密封させるモールディング工程を具備することを特徴とする。
本発明の金属キャパシタは、電解質で金属材質を適用することによって従来の電解質で電解液や有機半導体を使用することに比べて電気伝導度を１０，０００〜１，０００，０００倍改善させることができて、また直列積層して高電圧化が可能で、極性の方向性がなくて安全性が高くて、小型化、低損失化(低ＥＳＲ、低インピーダンス化)、耐熱安全性、非発煙、非発火及び耐環境性を改善させることができる利点を提供する。
以下、本発明について更に詳しく説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係る金属キャパシタの断面図を示す。
本発明の金属キャパシタ１０は、両面に夫々多数個の溝１１ａ(図２Ｂ参照)が形成される金属部材１１と、金属部材１１に形成される多数個の溝１１ａに形成される金属酸化膜１２と、金属酸化膜１２に形成されるシード電極層１３と、多数個の溝１１ａが満たされるようにシード電極層１３に形成されるメーン電極層１４と、メーン電極層１４に設けられる多数個のリード端子１５と、多数個のリード端子１５が外部に突出されて，金属部材１１と金属酸化膜１２とシード電極層１３とメーン電極層１４が密封されるように形成されるモールディング部材１６とで構成される。
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係る金属キャパシタの断面図を示す。
本発明の金属キャパシタ１０は、両面に夫々多数個の溝１１ａ(図２Ｂ参照)が形成される金属部材１１と、金属部材１１に形成される多数個の溝１１ａに形成される金属酸化膜１２と、金属酸化膜１２に形成されるシード電極層１３と、多数個の溝１１ａが満たされるようにシード電極層１３に形成されるメーン電極層１４と、メーン電極層１４に設けられる多数個のリード端子１５と、多数個のリード端子１５が外部に突出されて，金属部材１１と金属酸化膜１２とシード電極層１３とメーン電極層１４が密封されるように形成されるモールディング部材１６とで構成される。
前記金属キャパシタ１０の構成をより詳しく説明すると、次のとおりである。
図１に示されたように、金属キャパシタ１０は、金属部材１１、金属酸化膜１２、シード電極層１３、メーン電極層１４、リード端子１５及びモールディング部材１６で構成されて、夫々の構成を順次に説明すると次のとおりである。
図１に示されたように、金属キャパシタ１０は、金属部材１１、金属酸化膜１２、シード電極層１３、メーン電極層１４、リード端子１５及びモールディング部材１６で構成されて、夫々の構成を順次に説明すると次のとおりである。
金属部材１１はホイル（foil)及び平板からなり、金属部材１１の表面積を増加させるために夫々多数個の溝１１ａが配列され形成されている。多数個の溝１１ａが形成される金属部材１１の材質は、アルミニウム（Ａｌ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔｉ）のうちいずれか一つが適用される。
金属酸化膜１２は金属部材１１に形成され、金属酸化膜１２の材質は金属部材１１がアルミニウム（Ａｌ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔｉ）のうちいずれか一つが適用される場合に各材質によってアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ニオビウム（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）及び酸化チタン（ＴｉＯ２）のうちいずれか一つが適用される。
シード電極層１３は図１に示された小さい円形で配列された部分であって、金属酸化膜１２上に形成されて、金属部材１１に形成された多数個の溝１１ａにメーン電極層１４を埋立することができない場合に形成される。このようなシード電極層１３は、金属酸化膜１２に浸透されるように、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、錫（Ｓｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｄ）、コバルト（Ｃｏ）、インジウム（Ｉｎ）のうちいずれか一つを適用して形成させる。
メーン電極層１４は多数個の溝１１ａが満たされるようにシード電極層１３に形成されて、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、錫（Ｓｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、コバルト（Ｃｏ）、インジウム（Ｉｎ）のうちいずれか一つが使用される。メーン電極層１４は、多数個が具備され図１のように金属部材１１の両面に形成されたシード電極層１３に夫々形成されて、導電性接着層１７を具備することができる。
導電性接着層１７は、ソルダーペースト(solder paste)や電解メッキ方法又は無電解メッキ方法等を用いて形成されて、多数個のリード端子１５の接着の際、接着力を改善させるために形成される。多数個のリード端子１５は、メーン電極層１４に設けられる。図１のように、多数個のリード端子１５は導電性接着層１７に設置されるか又は導電性接着層１７が具備されない場合にメーン電極層１４に高圧力による機械的な力で設置することになる。
モールディング部材１６には、ＥＭＣ（Epoxy Molding Compound）モールディング材質が使用される。モールディング部材１６は、メーン電極層１４や導電性接着層１７にリード端子１５が設置されると、リード端子１５が外部に突出された状態で金属部材１１と金属酸化膜１２とシード電極層１３とメーン電極層１４が密封されるように設置される。モールディング部材１６でモールディングの際、モールディング部材１６は図１に示されたように板状でモールディングすることができ、また、円筒状(図示せず)でモールディングすることができる。円筒状でモールディングの際、金属部材は従来のアルミニウム電解コンデンサのように巻き取った状態でモールディングされる。
次に、実施例１に係る金属キャパシタの製造方法について図２Ａ〜図２Ｆを参照して説明する。
１）まず、図２Ａの金属部材１１の表面積を増加させるため、図２Ｂのように金属部材１１を電気化学的な方法であるＤＣ（Direct Current）食刻方法を用いて金属部材１１の両面にそれぞれ多数個の溝１１ａが配列されるように形成する食刻工程を実施する。ここで、溝１１ａの幅（ａ，ｂ）は夫々０．１乃至５μｍになるように形成され、高さ（ｃ）は夫々１０乃至１００μｍになるように形成されるが、溝１１ａの幅（ａ，ｂ）は好ましくは１μｍになるように形成し、溝１１ａの高さ(ｃ)は好ましく４０μｍになるように形成する。
１）まず、図２Ａの金属部材１１の表面積を増加させるため、図２Ｂのように金属部材１１を電気化学的な方法であるＤＣ（Direct Current）食刻方法を用いて金属部材１１の両面にそれぞれ多数個の溝１１ａが配列されるように形成する食刻工程を実施する。ここで、溝１１ａの幅（ａ，ｂ）は夫々０．１乃至５μｍになるように形成され、高さ（ｃ）は夫々１０乃至１００μｍになるように形成されるが、溝１１ａの幅（ａ，ｂ）は好ましくは１μｍになるように形成し、溝１１ａの高さ(ｃ)は好ましく４０μｍになるように形成する。
２）次に、図２Ｃに示すように、両極酸化方法を用いて金属部材１１に金属酸化膜１２を形成する化成工程を実施する。ここで、金属部材１１の材質がアルミニウム（Ａｌ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔｉ）のうちいずれか一つが適用される場合に、夫々の材質によってアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ニオビウム（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）及び酸化チタン（ＴｉＯ２）のうちいずれか一つが適用される。なお、両極酸化の際、金属キャパシタ１０の定格電圧が６.３乃至５００Ｖの１４０乃至１６０％電圧になるように両極酸化処理する。
３）つづいて、図２Ｄに示すように、金属酸化膜１２の片面（下面）に、無電解メッキ方法、ＣＶＤ、熱蒸着（thermal evaporation）又は分子層成長方法のうちいずれか一つを用いて金属酸化膜１２に浸透され成長し得るようにシード電極層１３を形成する工程を実施する。ここで、分子層成長方法としてはＭＯＣＶＤ（Metal Organic CVD）やＭＢＥ（molecular beam epitaxy）を使用する。シード電極層１３は、金属部材１１に形成された多数個の溝１１ａにメーン電極層１４を埋立させ形成することができない場合に形成する。さらに、上記と同様な方法により、図２Ｅに示すように、金属酸化膜１２の反対面（上面）にシード電極層１３を形成する。なお、シード電極層１３やメーン電極層１４の材質としては、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、錫（Ｓｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、コバルト（Ｃｏ）、インジウム（Ｉｎ）のうちいずれか一つが使用される。
４）ひきつづき、図２Ｆのように無電解メッキ方法や電解メッキ方法(ＡＣ；交流もしくはＤＣ；直流)を用いて、シード電極層１３を媒介として金属部材１１に形成された多数個の溝１１ａが埋没されるようにメーン電極層１４を形成する工程を実施する。
また、メーン電極層１４を形成する工程で、メーン電極層１４が形成されるとメーン電極層１４に導電性接着層１７を形成する工程をさらに具備することができる。導電性接着層１７はリード端子１５の接着力を改善させるために具備され、ソルダーペースト、無電解メッキ方法又は電解メッキ方法を適用して形成される。
また、メーン電極層１４を形成する工程で、メーン電極層１４が形成されるとメーン電極層１４に導電性接着層１７を形成する工程をさらに具備することができる。導電性接着層１７はリード端子１５の接着力を改善させるために具備され、ソルダーペースト、無電解メッキ方法又は電解メッキ方法を適用して形成される。
メーン電極層１４が形成されると、図１に示されたように夫々のメーン電極層１４にリード端子１５を形成する工程を実施し、リード端子１５が形成されるとリード端子１５が外部に突出されるように金属部材１１を密封させるモールディング工程を実施して金属キャパシタ１０を製造することになる。金属部材１１の密封の際、板状もしくは円筒状でモールディングすることができる。円筒状でモールディングの際、メーン電極層１４が形成された金属部材１１は従来のアルミニウム電解コンデンサのように巻き取った状態でモールディングされる。
上述したように、実施例１に係る金属キャパシタは、両面に夫々多数個の溝１１ａが形成された金属部材１１と、金属部材１１に形成された金属酸化膜１２と、金属酸化膜１２に形成されたシード電極層１３と、多数個の溝１１ａが満たされるようにシード電極層１３に形成されたメーン電極層１４と、メーン電極層１４に設けられたリード端子１５と、リード端子１５が外部に突出されて，金属部材１１と金属酸化膜１２とシード電極層１３とメーン電極層１４が密封されるように形成されたモールディング部材１６とを具備した構成となっている。従って、上記金属キャパシタによれば、電解質で金属材質を適用して電気伝導度を従来の電解質で電解液や有機半導体を使用することに比べて１０，０００〜１，０００，０００倍改善させることができる。また、電解質で金属材質を使用することによって小型化、低損失化、リプル発熱低減、長寿命化、耐熱安全性、非発煙、非発火及び耐環境性を改善させることができる。
（実施例２）
図３は、本発明の実施例２に係る積層金属キャパシタの断面図を示す。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図３に示すように、本発明の積層金属キャパシタ１００は、両面に夫々多数個の溝１１ａが形成される金属部材１１と、金属部材１１に形成される金属酸化膜１２と、金属酸化膜１２に形成されるシード電極層１３と、多数個の溝１１ａが満たされるようにシード電極層１３に形成されるメーン電極層１４からなる多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス（capacitance）部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎと、多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎの中、第１金属キャパシタンス部材１０ａと第ｎ金属キャパシタンス部材１０ｎの夫々の外側に位置されるメーン電極層１４に設置される多数個のリード端子１５と、多数個のリード端子１５が外部に突出されて、多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎが密封されるように設置されるモールディング部材１６、とで構成される。
図３は、本発明の実施例２に係る積層金属キャパシタの断面図を示す。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図３に示すように、本発明の積層金属キャパシタ１００は、両面に夫々多数個の溝１１ａが形成される金属部材１１と、金属部材１１に形成される金属酸化膜１２と、金属酸化膜１２に形成されるシード電極層１３と、多数個の溝１１ａが満たされるようにシード電極層１３に形成されるメーン電極層１４からなる多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス（capacitance）部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎと、多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎの中、第１金属キャパシタンス部材１０ａと第ｎ金属キャパシタンス部材１０ｎの夫々の外側に位置されるメーン電極層１４に設置される多数個のリード端子１５と、多数個のリード端子１５が外部に突出されて、多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎが密封されるように設置されるモールディング部材１６、とで構成される。
以下、実施例２の積層金属キャパシタの構成をより詳しく説明する。
本発明の積層金属キャパシタ１００は、大きく多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎ、リード端子１５及びモールディング部材１６で構成されて、夫々の構成を順次に説明すると次のようになる。
多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎは、夫々金属部材１１、金属酸化膜１２、シード電極層１３及びメーン電極層１４からなり、各々は本発明の実施例１による金属キャパシタ１０の構成と同一なので概略的に説明する。
本発明の積層金属キャパシタ１００は、大きく多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎ、リード端子１５及びモールディング部材１６で構成されて、夫々の構成を順次に説明すると次のようになる。
多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎは、夫々金属部材１１、金属酸化膜１２、シード電極層１３及びメーン電極層１４からなり、各々は本発明の実施例１による金属キャパシタ１０の構成と同一なので概略的に説明する。
金属部材１１の両側面には、夫々多数個の溝１１ａが配列され形成されている。金属部材１１に配列され形成される多数個の溝１１ａには、金属酸化膜１２が形成される。金属酸化膜１２にはシード電極層１３が形成されて、シード電極層１３に多数個の溝１１ａが満たされるようにメーン電極層１４が形成される。メーン電極層１４は導電性接着層１７がさらに具備されて、導電性接着層１７は多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎをより容易に積層するか又は多数個のリード端子１５の設置の際接着力を改善するために具備される。
多数個のリード端子１５は、図３に示されたように、積層金属キャパシタ１００を高電圧小容量に使用するために直列積層型で使用するか又は低電圧大容量に使用するために並列積層型で使用する場合によって別に設置される。
積層金属キャパシタ１００を高電圧小容量に使用するために直列積層型で使用される場合に、多数個のリード端子１５は図３に実線で示されたもののように設置される。即ち、多数個のリード端子１５は多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎの中、第１金属キャパシタンス部材１０ａと第ｎ金属キャパシタンス部材１０ｎの夫々の外側に位置されるメーン電極層１４に設置される。
積層金属キャパシタ１００を高電圧小容量に使用するために直列積層型で使用される場合に、多数個のリード端子１５は図３に実線で示されたもののように設置される。即ち、多数個のリード端子１５は多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎの中、第１金属キャパシタンス部材１０ａと第ｎ金属キャパシタンス部材１０ｎの夫々の外側に位置されるメーン電極層１４に設置される。
積層金属キャパシタ１００を低電圧大容量に使用するために並列積層型で使用する場合に、多数個のリード端子１５は図３に点線で示されたもののように設置される。即ち、多数個のリード端子１５のうち一つは多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎの中、奇数番目に位置した多数個の金属キャパシタンス部材１０ａ，…，１０n-1のメーン電極層１４に連結され設置されて、残りの一つは偶数番目に位置した多数個の金属キャパシタンス部材１０ｂ，…，１０ｎの夫々のメーン電極層１４に連結され設置される。
多数個のリード端子１５が多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎに設置されると、モールディング部材１６を設置することになる。モールディング部材１６はリード端子１５が外部に突出されるように多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎが密封されるように設置される。多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎの密封の際、図３に示されたように、板状や円筒状(図示せず)のうちいずれか一つの形状でモールディングし、円筒状で多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎのモールディングの際、多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎを巻き取った後モールディングすることになる。
次に、実施例２に係る積層金属キャパシタの製造方法について図２Ａ〜図２Ｆ、図３及び図４を参照して説明する。
積層金属キャパシタ１００の製造方法は、金属部材１１をＤＣ食刻方法を用いて材質がアルミニウムが使用される金属部材１１の両面に夫々多数個の溝１１ａが配列されるように形成する食刻工程からシード電極層１３を媒介として金属部材１１に形成された多数個の溝１１ａが埋没されるようにメーン電極層１４を形成する工程までは本発明の実施例１による金属キャパシタの製造過程と同一なので省略する。
積層金属キャパシタ１００の製造方法は、金属部材１１をＤＣ食刻方法を用いて材質がアルミニウムが使用される金属部材１１の両面に夫々多数個の溝１１ａが配列されるように形成する食刻工程からシード電極層１３を媒介として金属部材１１に形成された多数個の溝１１ａが埋没されるようにメーン電極層１４を形成する工程までは本発明の実施例１による金属キャパシタの製造過程と同一なので省略する。
１）図２Ａ〜図２Ｆに示された過程を通じてメーン電極層１４を形成した後、メーン電極層１４が形成された金属部材１１を切断して多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎを形成する工程を実施する。多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎが形成されると多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎを積層した後、高圧で圧着して金属キャパシタンス積層体１００ａを形成する工程を実施する（図４参照）。
２）多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎをより容易に積層するために、図２Ｆに示されたように導電性接着層１７を形成する工程がさらに具備される。導電性接着層１７を形成する工程は、多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎを加熱してより容易に積層するか又はメーン電極層１４に多数個のリード端子１５をより容易に設けるために具備される。
３）次に、金属キャパシタンス積層体１００ａを形成した後、図３に示すように、金属キャパシタンス積層体１００ａの中、第１金属キャパシタンス部材１０ａと第ｎ金属キャパシタンス部材１０ｎの夫々の外側に位置されるメーン電極層１４にリード端子１５を形成する工程を実施する。リード端子(１５)を第１金属キャパシタンス部材(１０ａ)と第ｎ金属キャパシタンス部材１０ｎの夫々の外側に位置されるメーン電極層１４に形成する場合に、積層金属キャパシタ１００は直列積層型で構成され高電圧小容量キャパシタで使用し得る。
４）積層金属キャパシタ１００を低電圧大容量構造で使用するために並列積層型で構成する場合、図３に点線で示されたリード端子１５のように設置される。即ち、リード端子１５は、多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎの中、奇数番目に位置した金属キャパシタンス部材１０ａ，…，１０n-1のメーン電極層１４と、偶数番目に位置した多数個の金属キャパシタンス部材１０ｂ，…，１０ｎのメーン電極層１４に連結される。
５）直列や並列積層型で多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎの積層の際、金属キャパシタ１０の製造方法のように導電性接着層１７を用いてリード端子１５と多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎの接着力と接着作業を容易にすることができて、導電性接着層１７はソルダーペースト、無電解メッキ方法又は電解メッキ方法を適用して形成される。このように導電性接着層１７が具備される場合に、多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎは加熱によって積層されて、導電性接着層１７が具備されない場合には高圧力による機械的な力で圧着して積層することになる。
６）多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎが導電性接着層１７又は機械的な力によって直列積層型や並列積層型で積層されると、リード端子１５が外部に突出されるように金属キャパシタンス積層体１００ａを密封させるモールディング工程を実施して積層金属キャパシタ１００を製造することになる。このようなモールディング工程で多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎのモールディングの際、多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎを板状又は円筒状でモールディングすることができる。
７）金属キャパシタンス積層体１００ａのモールディング方法は、多様な方法でモールディングすることができる。例えば、モールディング部材１６を円筒状にする場合に、多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎは切断した後食刻工程乃至メーン電極層１４を形成する工程を繰り返して金属キャパシタンス積層体１００ａを形成する。即ち、金属部材１１を巻き取ることができる大きさで切断した状態で金属キャパシタンス積層体１００ａを形成する。モールディング部材１６を図３のように板状で形成する場合には、板状に合うように金属部材１１を一定な大きさで切断した後食刻工程乃至メーン電極層１４を形成する工程を繰り返して多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎを形成した後積層して金属キャパシタンス積層体１００ａを形成することができる。
実施例２によれば、電解質で金属材質を使用することによって、直列積層が容易で既存のアルミニウム電解キャパシタの構造としては不可能な高電圧用金属キャパシタとこれを用いた積層金属キャパシタが得られる。
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１０…金属キャパシタ、１１…金属部材、１１ａ…溝、１２…金属酸化膜、１３…シード電極層、１４…メーン電極層、１５…リード端子、１６…モールディング部材、１７…導電性接着層、１００…積層金属キャパシタ、１００ａ…金属キャパシタ積層体、１０ａ，１０ｂ，…，１０n-1，１０ｎ…金属キャパシタンス部材。
Claims (26)
- 多数個の溝が形成される金属部材と、前記金属部材に形成される金属酸化膜と、前記多数個の溝が満たされるように前記金属酸化膜に形成されるメーン電極層を具備することを特徴とする金属キャパシタ。
- 前記金属部材の両面に多数個の溝が夫々形成されることを特徴とする請求項１記載の金属キャパシタ。
- 前記メーン電極層は、前記金属部材の両面に夫々位置されるように多数個形成されていることを特徴とする請求項１記載の金属キャパシタ。
- 両面に夫々多数個の溝が形成される金属部材と、前記金属部材に形成される金属酸化膜と、前記金属酸化膜に形成されるシード電極層と、前記多数個の溝が満たされるように前記シード電極層に形成されるメーン電極層と、前記メーン電極層に設けられる多数個のリード端子と、前記多数個のリード端子が外部に突出されて前記金属部材と前記金属酸化膜と前記シード電極層と前記メーン電極層が密封されるように形成されるモールディング部材を具備することを特徴とする金属キャパシタ。
- 前記金属部材は、アルミニウム（Ａｌ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔｉ）のうちいずれか一つが適用されることを特徴とする請求項４記載の金属キャパシタ。
- 前記金属酸化膜は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ニオビウム（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）及び酸化チタン（ＴｉＯ２）のうちいずれか一つが適用されることを特徴とする請求項４記載の金属キャパシタ。
- 前記シード電極層と前記メーン電極層は、夫々アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、錫（Ｓｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、コバルト（Ｃｏ）及びインジウム（Ｉｎ）のうちいずれか一つが使用されることを特徴とする請求項４記載の金属キャパシタ。
- 前記メーン電極層には、前記多数個のリード端子を接着するための導電性接着層がさらに形成されていることを特徴とする請求項４記載の金属キャパシタ。
- 前記モールディング部材は、前記メーン電極層が形成された前記金属部材を板状と円筒状のうちいずれか一つの形状でモールディングして、前記円筒状でモールディングの際金属部材を巻き取った後モールディングされることを特徴とする請求項４記載の金属キャパシタ。
- 両面に夫々多数個の溝が形成される金属部材と、前記金属部材に形成される金属酸化膜と、前記金属酸化膜に形成されるシード電極層と、前記多数個の溝が満たされるように前記シード電極層に形成されるメーン電極層と、からなる多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材と、
前記多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材のうち、第１金属キャパシタンス部材と第ｎ金属キャパシタンス部材のメーン電極層に夫々設置される多数個のリード端子と、
前記多数個のリード端子が外部に突出されて前記多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材が密封されるように設置されるモールディング部材を具備することを特徴とする積層金属キャパシタ。 - 前記多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材の間に、多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材を接着させるか又は前記多数個のリード端子を接着させるための導電性接着層がさらに形成されていることを特徴とする請求項１０記載の積層金属キャパシタ。
- 前記多数個のリード端子のうち一つは多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材のうち、奇数番目に位置した多数個の金属キャパシタンス部材のメーン電極層に連結されて設置され、残りの一つは偶数番目に位置した多数個の金属キャパシタンス部材の夫々のメーン電極層に連結されて設置されていることを特徴とする請求項１０記載の積層金属キャパシタ。
- 前記モールディング部材は前記多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材を板状と円筒状のうちいずれか一つの形状でモールディングして、前記円筒状でモールディングの際多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材を巻き取った後モールディングされることを特徴とする請求項１０記載の積層金属キャパシタ。
- ＤＣ食刻方法を用いて金属部材に多数個の溝を形成する食刻工程と、前記金属部材に多数個の溝を形成した後，両極酸化方法を用いて金属部材に金属酸化膜を形成する化成工程と、前記金属酸化膜を形成した後，無電解メッキ方法や電解メッキ方法を用いて多数個の溝が埋没されるようにメーン電極層を形成する工程を具備することを特徴とする金属キャパシタの製造方法。
- ＤＣ食刻方法を用いて金属部材の両面に多数個の溝を形成する食刻工程と、前記金属部材に多数個の溝を形成した後，両極酸化方法を用いて金属部材に金属酸化膜を形成する化成工程と、前記金属酸化膜を形成した後，無電解メッキ方法を用いて金属酸化膜に浸透するようにシード電極層を形成する工程と、前記シード電極層を形成した後，無電解メッキ方法や電解メッキ方法を用いてシード電極層を媒介として前記金属部材に形成された多数個の溝が埋没されるようにメーン電極層を形成する工程と、前記メーン電極層を形成した後，夫々のメーン電極層にリード端子を形成する工程と、前記リード端子を形成した後，前記リード端子が外部に突出されるように前記金属部材を密封させるモールディング工程を具備することを特徴とする金属キャパシタの製造方法。
- 前記金属部材に多数個の溝を形成する食刻工程で多数個の溝の幅は夫々０.１乃至５μｍに、高さは夫々１０乃至１００μｍになるように形成されることを特徴とする請求項１５記載の金属キャパシタの製造方法。
- 前記食刻工程で金属部材の材質は、アルミニウム（Ａｌ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔｉ）のうちいずれか一つが適用されることを特徴とする請求項１５記載の金属キャパシタ製造方法。
- 前記化成工程で金属酸化膜の材質は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ニオビウム（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）及び酸化チタン（ＴｉＯ２）のうちいずれか一つが適用されることを特徴とする請求項１５記載の金属キャパシタの製造方法。
- 前記シード電極層を形成する工程でシード電極層は、ＣＶＤ、熱蒸着方法又は分子層成長方法を適用することができることを特徴とする請求項１５記載の金属キャパシタの製造方法。
- 前記シード電極層を形成する工程と前記メーン電極層を形成する工程で夫々形成されるシード電極層とメーン電極層の材質は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、錫（Ｓｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、コバルト（Ｃｏ）及びインジウム（Ｉｎ）のうちいずれか一つが使用されることを特徴とする請求項１５記載の金属キャパシタの製造方法。
- 前記メーン電極層を形成する工程で、リード端子を接着させるためにメーン電極層に導電性接着層を形成する工程がさらに具備されて、導電性接着層の形成はソルダーペースト、無電解メッキ方法又は電解メッキ方法を適用することを特徴とする請求項１５記載の金属キャパシタの製造方法。
- 前記モールディング工程は、前記メーン電極層が形成された前記金属部材を板状と円筒状のうちいずれか一つの形状でモールディングして、前記円筒状でモールディングの際金属部材を巻き取った後モールディングすることを特徴とする請求項１５記載の金属キャパシタの製造方法。
- ＤＣ食刻方法を用いて金属部材の両面に夫々多数個の溝が配列されるように形成する食刻工程と、前記金属部材に多数個の溝を形成した後，両極酸化方法を用いて金属部材に金属酸化膜を形成する化成工程と、前記金属酸化膜を形成した後，無電解メッキ方法を用いて金属酸化膜に浸透するようにシード電極層を形成する工程と、前記シード電極層を形成した後，無電解メッキ方法や電解メッキ方法を用いてシード電極層を媒介として前記金属部材に形成された多数個の溝が埋没されるようにメーン電極層を形成する工程と、前記メーン電極層が形成された前記金属部材を切断して多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材を形成する工程と、前記多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材を形成した後，多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材を積層し、更に高圧で圧着して金属キャパシタンス積層体を形成する工程と、前記金属キャパシタンス積層体を形成した後，金属キャパシタンス積層体の中、第１金属キャパシタンス部材と第ｎ金属キャパシタンス部材のメーン電極層にリード端子を形成する工程と、前記リード端子を形成した後，リード端子が外部に突出されるように前記金属キャパシタンス積層体を密封させるモールディング工程を具備することを特徴とする積層金属キャパシタの製造方法。
- 前記メーン電極層を形成する工程は、多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材を加熱して積層するか又はリード端子を接着させるためにメーン電極層に導電性接着層を形成する工程がさらに具備されて、導電性接着層の形成はソルダーペースト、無電解メッキ方法又は電解メッキ方法を適用することを特徴とする請求項２３記載の積層金属キャパシタの製造方法。
- 前記リード端子を形成する工程でリード端子は多数個の第１乃至第ｎ金属キャパシタンス部材のうち、奇数番目に位置した多数個の金属キャパシタンス部材のメーン電極層と偶数番目に位置した多数個の金属キャパシタンス部材のメーン電極層に連結され設置されることを特徴とする請求項２３記載の積層金属キャパシタの製造方法。
- 前記モールディング工程は、金属キャパシタンス積層体を板状と円筒状のうちいずれか一つの形状でモールディングして、前記円筒状でモールディングの際金属キャパシタンス積層体を巻き取った後モールディングすることを特徴とする請求項２３記載の積層金属キャパシタの製造方法
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