JP2009260235A - 固体電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 作業工程が簡略化でき、体積効率も高く、作製時に陰極部への負担が少なく、且つ小型化が可能な固体電解コンデンサおよびその製造方法を提供することである。
【解決手段】 表面を拡面化したアルミ陽極体１０の表面に、化成処理によって誘電体酸化皮膜１２を形成し、絶縁体１３によってアルミ陽極体１０を二つの領域に区分する。一方の領域の誘電体酸化皮膜１２を剥離し、アルミ基体１４を露出させる。このアルミ基体１４にアルミ線１５をウェッジボンディングにより接続し、これを陽極リード部１７とする。あるいはアルミ基体１４をこのまま陽極リード部１７として用いる。その後、再度化成処理によって、アルミ基体１４の切断面、陽極リード部１７の露出したアルミ基体１４、およびアルミ線１５の表面に誘電体酸化皮膜を再形成する。その後、他方の領域に陰極部２１を形成し、実装用基板２へ接続し、外装を施す。
【選択図】 図１
Description
本発明は、固体電解コンデンサおよびその製造方法に関する。
近年、電子機器の小型化、薄型化が進展しているが、アルミ固体電解コンデンサは小型で大きな容量が得られるため、このような電子機器において多数採用されている。しかし今後、より一層の小型化が求められてくると現在の製造方法では対応が困難になると予想され、その一つとして陽極リード部の形成方法がある。
アルミ固体電解コンデンサは、表面を拡面化した板状または箔状を呈するアルミ陽極体と、誘電体酸化皮膜、絶縁体、および陰極層からなるコンデンサ素子とを備え、アルミ陽極体と陰極層の一部を実装用基板等に電気的に接続し、全体を外装樹脂で外装する構造となっている。
図４を用いて、従来のアルミ固体電解コンデンサの製造方法について説明する。図４は、従来のアルミ固体電解コンデンサの構成の一例について示す図で、図４（ａ）は、従来のアルミ固体電解コンデンサの構成の側面方向の断面図で、図４（ｂ）は、図４（ａ）のコンデンサ素子の側面方向の断面図である。
図４に示すように、表面に拡面化層１１を有する板状あるいは箔状のアルミニウムから成るアルミ陽極体１０の表面に、化成処理（陽極酸化処理）によって絶縁膜である誘電体酸化皮膜１２を形成する。この誘電体酸化皮膜１２の所定位置にエポキシ樹脂などにより絶縁体１３を形成して、アルミ陽極体１０を二つの領域に区分し、前記領域のうちの一方のみに、導電性高分子から成る固体電解質層１８を形成する。更に、この固体電解質層１８の上にスクリーン印刷などによりグラファイト層１９を形成し、グラファイト層１９の上に銀ペースト等からなる金属電極層２０を形成して陰極部２１とする。
一方、絶縁体１３により区分された他方の領域では、アルミ陽極体１０の拡面化層１１と誘電体酸化皮膜１２をレーザー等により剥離させてアルミ基体１４を露出させ、銅等の金属から成る陽極リードフレーム２５の超音波溶接部２６に、超音波溶接して陽極リード部１７を形成する。陰極部２１および陽極リード部１７は、それぞれ導電性接着剤５により、インターポーザー基板等の実装用基板２の内部陰極端子６と内部陽極端子３にそれぞれ電気的に接続される。その後、実装用基板２の外部陽極端子７と外部陰極端子８の一部が露出するように、全体を絶縁外装樹脂９により被覆し、アルミ固体電解コンデンサとなる。
アルミ固体電解コンデンサの基本的な製造方法は上記のごとくであるが、上記の製造方法を用いた場合、アルミ基体１４に陽極リードフレーム２５を超音波溶接して陽極リード部１７を形成する工程と、その陽極リード部１７を導電性接着剤５により、実装用基板２に電気的に接続する工程が必要であり、煩雑となっている。
また、超音波溶接時に陰極部２１を損傷してしまわないように、陰極部２１と陽極リードフレーム２５の超音波溶接部２６との間に一定のマージンが必要とされる。これは、コンデンサ素子１をより小型にする場合には、コンデンサ素子１における、そのマージン部分の比率が大きくなり、結果的に静電容量に寄与しない部分の割合が増えることにより静電容量が更に低下してしまう。一般的にこのような構造は体積効率が低いと言われ、この体積効率を上げることが小型化の場合は重要となる。
このような問題に対して解決する方法としては、アルミ陽極体１０と実装用基板２との接続を、陽極リードフレーム２５を溶接する方法ではなく、金属線をワイヤボンディングや溶接する方法を採用することにより、体積効率を上げる方法が提案されている。
前述の方法は特許文献１や特許文献２等に開示されている。特許文献１では、コンデンサ素子における陰極端子膜及び陽極端子部と、プリント基板における各配線パターンとの間の各々を金属線にてワイヤボンディングする固体電解コンデンサが提案されている。特許文献２でも、４２アロイや銅等の金属から成るワイヤとコンデンサ素子の陽極用リード線を抵抗溶接によって接続し、ワイヤと陽極端子を導電接着剤で接続する方法が提案されている。このようにして製造することにより、銅等の金属から成る陽極リードフレームで溶接しないため、体積効率を低下させることのないアルミ固体電解コンデンサが得られる。
しかしながら、上述のようにして製造した固体電解コンデンサは、陰極部を形成した後に陽極リード部を形成するため、小型化する場合に、コンデンサ素子の陽極リード部と陰極部が近接するような構造においては、金属線をアルミ基体にワイヤボンディングする際に、陰極部を形成する領域のアルミ陽極体の誘電体酸化皮膜が破壊され、アルミ基体が露出する等、陰極部に少なからずストレスが加わってしまい、漏れ電流増大等の特性劣化を起こしてしまうことが懸念される。
前述したように、従来の固体電解コンデンサは、小型化の際には、作業工程の増加、低体積効率、陰極部損傷による特性劣化などの課題があった。
本発明は、前述した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的としては作業工程が簡略化でき、体積効率も高く、作製時に陰極部への負担が少なく、且つ小型化が可能な固体電解コンデンサおよびその製造方法を提供することである。
表面を拡面化した板状あるいは箔状のアルミニウムからなるアルミ陽極体の表面に、化成処理によって絶縁膜である誘電体酸化皮膜を形成する。そのアルミ板または箔を、目的とする素子形状に合わせ切断加工してアルミ陽極体とし、更に所定位置にエポキシ樹脂等により絶縁体を形成してアルミ陽極体を二つの領域に区分し、前記領域のうち一方の領域の誘電体酸化皮膜をレーザー等により剥離し、アルミ基体の部分を露出させる。このアルミ基体にアルミ線をウェッジボンディングにより接続し、これを陽極リード部とする。あるいはアルミ基体をこのまま陽極リード部として用いる。その後、再度化成処理によって、アルミ基体の切断面、陽極リード部の露出したアルミ基体、およびアルミ線の表面に誘電体酸化皮膜を再形成する。
次に、絶縁体により区分された他方の領域に対して、導電性高分子からなる固体電解質層を形成する。さらにこの固体電解質層の上にグラファイト層をスクリーン印刷等により形成し、さらにその上に銀ペースト等からなる金属電極層を同様な方法で形成して陰極部とする。
陽極リード部は、実装用基板に接合するリード接合部の誘電体酸化皮膜をレーザー等で除去した後、インターポーザー基板等の実装用基板の内部陽極端子にリードボンディングすることで接続する。一方、陰極部は、導電性接着剤により実装用基板の内部陰極端子と電気的に接続する。その後は従来技術と同様に、外部陽極端子と外部陰極端子を表面に露出するように絶縁樹脂で外装し、固体電解コンデンサとする。
即ち、表面を拡面化した板状または箔状の弁作用金属からなる陽極体と、前記陽極体の表面に形成された前記弁作用金属の酸化物から成る誘電体酸化皮膜と、前記誘電体酸化皮膜を第１の領域と第２の領域に区分する絶縁体と、前記第１の領域の誘電体酸化皮膜の表面に順次形成された固体電解質層、グラファイト層および金属電極層とからなり、前記第１の領域を含む部分を陰極部、前記第２の領域を含む部分を陽極リード部とするコンデンサ素子を有し、前記コンデンサ素子の陽極リード部および陰極部の一部は、実装用基板の内部陽極端子、内部陰極端子にそれぞれ接続され、前記実装用基板の外部端子の少なくとも一部が露出するように外装が施された固体電解コンデンサであって、前記陽極リード部は、アルミニウムで形成され、前記実装用基板の内部陽極端子にリードボンディングされたことを特徴とする。
また、本発明は、前記陽極体の弁作用金属はアルミニウムから成り、前記陽極リード部は、前記陽極体にアルミ線がウェッジボンディングにより接合されたことを特徴とする。アルミ線を使用する場合、ワイヤボンディングの１種であるウェッジボンディングを採用するのが一般的であるため、本発明においても、ウェッジボンディングを採用する。
また、本発明は、前記陽極体の弁作用金属はアルミニウムから成り、前記陽極リード部は、前記陽極体から形成されたことを特徴とする
また、本発明は、前記陽極体の弁作用金属はアルミニウムから成り、前記陽極リード部は、前記陽極体から形成され、前記陽極リード部と前記実装用基板の内部陽極端子の少なくとも一方に、アルミニウムまたは金から成るバンプが形成され、前記陽極リード部と前記実装用基板の内部陽極端子が、前記バンプの形成部分でリードボンディングにより接合されたことを特徴とする。
また、本発明は、前記陰極部は、前記陽極リード部形成後に形成されたことを特徴とする。
また、本発明は、前記陽極リード部および前記陰極部側の陽極体は、陽極リード部形成後に再化成処理を施すことにより、表面に誘電体酸化皮膜が形成されたことを特徴とする。
また、表面を拡面化した板状または箔状の弁作用金属からなる陽極体と、前記陽極体の表面に形成された前記弁作用金属の酸化物から成る誘電体酸化皮膜と、前記誘電体酸化皮膜を第１の領域と第２の領域に区分する絶縁体と、前記第１の領域の誘電体酸化皮膜の表面に順次形成された固体電解質層、グラファイト層および金属電極層とからなり、前記第１の領域を含む部分を陰極部、前記第２の領域を含む部分を陽極リード部とするコンデンサ素子を有し、前記コンデンサ素子の陽極リード部および陰極部の一部は、実装用基板の内部陽極端子、内部陰極端子にそれぞれ接続し、前記実装用基板の外部端子の少なくとも一部が露出するように外装を施す固体電解コンデンサの製造方法であって、前記陽極リード部は、アルミニウムで形成し、前記実装用基板の内部陽極端子にリードボンディングすることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法が得られる。
また、本発明によると、前記陽極体の弁作用金属はアルミニウムから成り、前記陽極リード部は、前記陽極体にアルミ線をウェッジボンディングにより接合することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法が得られる。
また、本発明によると、前記陽極体の弁作用金属はアルミニウムから成り、前記陽極リード部は、前記陽極体から形成し、前記陽極リード部と前記実装用基板の内部陽極端子は、陽極リード部あるいは実装用基板の内部陽極端子の少なくとも一方に、アルミニウムまたは金から成るバンプを形成した後、リードボンディングにより接合することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法が得られる。
また、本発明によると、前記陰極部は、前記陽極リード部形成後に形成することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法が得られる。
また、本発明によると、前記陽極リード部および前記陰極部側の陽極体に、陽極リード部形成後に再化成処理を施し、表面に誘電体酸化皮膜を形成することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法が得られる。
以上説明したとおり、本発明の固体電解コンデンサの陽極体の弁作用金属はアルミニウムから成り、陽極リード部は、前記陽極体にアルミ線をウェッジボンディングにより接合する構造であるため、従来のように、陽極リードフレームを溶接する場合必要であったマージンを、ウェッジボンディングに必要なマージンまで小さくすることができ、結果として素子の陰極部を大きくすることができ体積効率を高くすることができる。
また、本発明の固体電解コンデンサの陽極体はアルミニウムから成り、陽極リード部は、前記陽極体で形成され、前記陽極リード部を直接実装用基板にリードボンディングし接続する構造であるため、従来のように、陽極体にリードフレームを溶接する工程と、このリードフレームと実装用基板を導電性接着剤により接着する工程を１回のリードボンディングで置き換えることができるため、工程の簡略化が可能となる。
また、本発明の固体電解コンデンサは、陽極酸化可能なアルミニウムで形成されているため、陽極リード部形成後に、アルミ基体の切断面を再化成する際に同時に再化成できる。また、陽極リード部形成後に、再化成処理を行い、アルミ陽極体およびアルミ線に誘電体酸化皮膜を形成した後、陰極部を形成するので、陽極リード部形成時の陰極部へのダメージが低減できる。
本発明の実施の形態によるアルミ固体電解コンデンサについて、図面を用いて説明する。図１は、本発明の固体電解コンデンサの第１の実施の形態を示す図で、図１（ａ）は、第１の実施の形態における側面方向の断面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるコンデンサ素子の上面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）におけるコンデンサ素子の側面方向の断面図である。
図１（ｂ）、図１（ｃ）を参照して、本発明の固体電解コンデンサのコンデンサ素子１について説明する。先ずアルミ陽極体１０を、目的とする素子形状に切断加工する。このアルミ陽極体１０はアルミ箔からなり、その両面はエッチングにより拡面化層１１が形成されている。更に、このアルミ陽極体１０の両表面は化成処理により誘電体酸化皮膜１２が形成されている。
次いで、誘電体酸化皮膜１２の所定位置にエポキシ樹脂等の絶縁樹脂により絶縁体１３を形成して、アルミ陽極体１０を二つの領域に区分する。区分された一方の領域の誘電体酸化皮膜１２と拡面化層１１をレーザー等により全て剥離してアルミ基体１４を露出させる。露出したアルミ基体１４の少なくとも一部に、アルミ線１５をウェッジボンディングを行い、接合部１６を形成し、陽極リード部１７とする。アルミ線１５とアルミ基体１４をウェッジボンディングされる接合部１６は、実装用基板２の端子形状、端子数により１箇所、又は複数箇所設けることが出来る。また、接合部１６にウェッジボンディングするアルミ線１５の本数も、１本に限定されず、複数本設けてもよい。
その後、再度化成処理を施し、アルミ陽極体１０の切断面、陽極リード部１７のアルミ基体１４、およびアルミ線１５に誘電体酸化皮膜（図示せず）を再形成する。このとき、陽極リード部１７のアルミ基体１４にアルミ線１５をウェッジボンディングした際に、陰極部側のアルミ陽極体が損傷していた場合においても、同時に誘電体酸化皮膜１２が形成されるため、損傷部を修復することが可能となる。
続いて、陰極部２１となる、絶縁体１３により区分された他方の領域に対して、アルミ陽極体１０の誘電体酸化皮膜１２の表面に、導電性高分子からなる固体電解質層１８、グラファイト層１９、導電性ペーストなどによる金属電極層２０を、スクリーン印刷にて、順次に積層形成し、コンデンサ素子１を作製する。
次に、陽極リード部１７のアルミ線１５の先端の誘電体酸化皮膜（図示せず）を、レーザー等により除去した後、図１（ａ）のようにインターポーザー基板等の実装用基板２の内部陽極端子部３と、リードボンディングによってリード接合部４を形成し、接合する。また、陰極部２１は、導電性接着剤５により実装用基板２の内部陰極端子６と電気的に接続される。上記のように実装用基板２にコンデンサ素子１を接続することで、固体電解コンデンサの外部陽極端子７および外部陰極端子８を取り出す。なお、当然ながら、実装用基板２の内部陽極端子３と外部陽極端子７、内部陰極端子６と外部陰極端子８は、同極同士、電気的に導通する用に設計されているものとする。最後に、外部陽極端子７、外部陰極端子８の一部が表面に露出するように、絶縁外装樹脂９により外装し、アルミ固体電解コンデンサを構成する。
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図２は、本発明の固体電解コンデンサの第２の実施の形態を示す図で、図２（ａ）は、第２の実施の形態における側面方向の断面図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるコンデンサ素子の上面図である。
第２の実施の形態において、第１の実施の形態における作製方法と異なる点は、図２（ａ）および図２（ｂ）における陽極リード部１７の形成方法と、陽極リード部１７と実装用基板２の内部陽極端子３との接続方法であるため、その工程のみ説明する。
第１の実施の形態と同様の方法で、アルミ陽極体１０に絶縁体１３を形成し、これにより区分された二つの領域のうち、陽極リード部１７の形成領域とした側の領域の拡面化層 １１と誘電体酸化皮膜１２をレーザー等により全て剥離し、アルミ基体１４を露出させる。第２の実施の形態では、このアルミ基体１４をそのまま陽極リード部１７として利用する。このようにして形成された陽極リード部１７を、実装用基板２の内部陽極端子３と、リードボンディングすることでリード接合部４を形成し、接合する。なお、先に述べたように、陰極部２１の形成方法と、陰極部２１と実装用基板２の内部陽極端子３との接合方法、外装方法は、第１の実施の形態と同一である。
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図３は、本発明の固体電解コンデンサの第３の実施の形態を示す図で、図３（ａ）は、第３の実施の形態における側面方向の断面図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるコンデンサ素子の下面図である。
第３の実施の形態において、第１の実施の形態における作製方法と異なる点は、陽極リード部１７と実装用基板２の内部陽極端子３との接続方法であるため、その工程のみ説明する。
第１の実施の形態と同様の方法で、アルミ陽極体１０に絶縁体１３を形成し、これにより区分された二つの領域のうち、陽極リード部１７の形成領域とした側の領域の拡面化層１１と誘電体酸化皮膜１２をレーザー等により全て剥離し、アルミ基体１４を露出させる。第３の実施の形態でも、このアルミ基体１４をそのまま陽極リード部１７として利用する。このようにして形成された陽極リード部１７、または実装用基板２の内部陽極端子３のいずれかまたは両方に、アルミニウムから成るバンプ２２または金から成るバンプ２３を形成した後、リードボンディングすることでバンプ接合部２４を形成し、実装用基板２の内部陽極端子３と接合する。この構造によって、陽極リード部１７と内部陽極端子３の接合がより強固となり、確実な接続が可能となる。なお、先に述べたように、陰極部２１の形成方法と、陰極部２１と実装用基板２の内部陽極端子３との接合方法、外装方法は、第１の実施の形態と同一である。バンプを金で形成する場合、ワイヤボンディングの１種であるボールボンディングを採用するのが一般的であるため、本発明においてもボールボンディングにて形成するのが望ましい。また、バンプをアルミニウムで形成する場合は、ウェッジボンディングを採用するのが一般的であるため、本発明においてもウェッジボンディングにて形成するのが望ましい。
（実施例１）
第１の実施の形態のアルミ固体電解コンデンサを以下の方法にて作製した。まずアルミ陽極体１０として、拡面化層１１を有し、その表面に誘電体酸化皮膜１２が設けられたアルミ箔を用いた。これはアルミ固体電解コンデンサ用として市販されているものであり、表面に誘電体酸化皮膜１２を形成する際の公称化成電圧が４Ｖ、単位面積（ｃｍ2）あたりの静電容量が２９５μＦ、厚さが１０５μｍである。
第１の実施の形態のアルミ固体電解コンデンサを以下の方法にて作製した。まずアルミ陽極体１０として、拡面化層１１を有し、その表面に誘電体酸化皮膜１２が設けられたアルミ箔を用いた。これはアルミ固体電解コンデンサ用として市販されているものであり、表面に誘電体酸化皮膜１２を形成する際の公称化成電圧が４Ｖ、単位面積（ｃｍ2）あたりの静電容量が２９５μＦ、厚さが１０５μｍである。
この箔状のアルミ陽極体１０を幅２．５ｍｍ、長さ５．０ｍｍの長方形状に切断加工し、長さ方向の一端部から長さ方向に４．０ｍｍの長方形の領域を、陰極部２１の形成領域とし、陰極部２１が形成されていない側の長さ方向の端部から長さ方向に０．５ｍｍの長方形の領域を、陽極リード部１７の形成領域とした。また、陽極リード部１７と陰極部２１の間を電気的に絶縁するために、陽極リード部１７と陰極部２１の間に、幅０．５ｍｍ、厚さ１５μｍの絶縁体１３を、エポキシ樹脂をスクリーン印刷して形成した。
次に、陽極リード部１７側の領域の拡面化層１１と誘電体酸化皮膜１２をレーザー加工により全て剥離して、アルミ基体１４を露出させた。レーザーのパワーは１５Ｗと設定した。
この露出させたアルミ基体１４に、アルミ線１５をウェッジボンディングにより接合して、接合部１６を形成し、陽極リード部１７を作製した。ここで、アルミ線１５は、市販の直径７５μｍのものを使用し、ウェッジボンディングする側のアルミ線１５の先端部分に１０Ｗのパワーのレーザーをあて、アルミ線１５の表面の誘電体酸化皮膜を除去したものを用いた。
続いて陽極リード部１７を形成したコンデンサ素子１を、１０％のアジピン酸二アンモニウム水溶液に浸漬し、６Ｖの電圧を印加して、陽極リード部１７の形成によって露出したアルミ基体１４、および接合したアルミ線１５の表面、アルミ陽極体１０の切断面に、再度、誘電体酸化皮膜を形成した。
次に、陰極部２１形成用の領域に対して、アルミ陽極体１０の誘電体酸化皮膜１２の表面に、モノマーとして３、４−エチレンジオキシチオフェン、酸化剤としてペルオキソ二硫酸アンモニウム、ドーパントとしてパラトルエンスルホン酸を、それぞれモル比が６：１：２の割合で反応させて導電性高分子からなる固体電解質層１８を、厚み１０μｍとなるように形成した。さらに、その表面にスクリーン印刷によってグラファイト層１９を、厚み１５μｍになるように形成した。そして、グラファイト層１９上に、重量比８０％以上の銀を含有した導電性ペーストを厚さ３０μｍに形成し、１５０℃にて放置して前記導電性ペースト中の有機溶剤を揮発させ、同時に硬化させることで、金属電極層２０を形成した。このようにして、陰極部２１を形成した。
その後、ウェッジボンディングによりアルミ陽極体１０に接合したアルミ線１５の、接合されていない側の先端部分の誘電体酸化皮膜を、１０Ｗのパワーのレーザーをあて除去し、実装用基板２の内部陽極端子３に、リードボンディングによりリード接合部４を形成することで接合した。この実装用基板２の内部陽極端子３は、１８μｍの銅層に３μｍのニッケルメッキと０．１μｍの金メッキを形成して、リードボンディング可能な端子とした。その他の端子も同様の構造とした。さらに、陰極部２１の実装用基板側の面には、導電性接着剤５を厚み４０μｍになるように塗布して、実装用基板２の内部陰極端子６に接着した。その後、実装用基板２の外部陽極端子７、外部陰極端子８が表面に露出するように、エポキシ樹脂からなる絶縁外装樹脂９により、モールド外装することで、固体電解コンデンサを完成させた。本実施例では、固体電解コンデンサの作製数は１０個とした。
作製した１０個のアルミ固体電解コンデンサについて電気特性を測定した。測定項目は、静電容量、等価直列抵抗（以下、ＥＳＲと呼称）、漏れ電流の３項目である。静電容量およびＥＳＲはいずれも交流インピーダンスブリッジ法により測定した。このうち静電容量の測定条件は、印加した基準信号の周波数が１２０Ｈｚ、電圧が１Ｖｒｍｓで、ＤＣバイアスを０Ｖとした。一方、ＥＳＲは印加した基準信号の周波数が１００ｋＨｚ、電圧が１Ｖｒｍｓ、ＤＣバイアスは０Ｖとした。また、漏れ電流については固体電解コンデンサの定格電圧である２．５Ｖの信号を印加し、１分後の値を測定した。作製した１０個の固体電解コンデンサの各特性の平均値を、表１の実施例１に示す。
（実施例２）
第２の実施の形態のアルミ固体電解コンデンサを以下の方法にて作製した。実施例１と同様に陽極リード部１７と陰極部２１の形成領域を絶縁体１３により区分し、陽極リード部１７と決定した領域の拡面化層１１と誘電体酸化皮膜１２をレーザー加工により全て剥離して、アルミ基体１４を露出させた。このときのレーザーのパワーは実施例１と同様に１５Ｗである。露出したアルミ基体１４を、５０Ｗのパワーのレーザーにより図２（ｂ）に示すように櫛歯型に加工し、これを陽極リード部１７として形成した。なお、陽極リード部１７の形状は櫛歯型に限定されるものではない。
第２の実施の形態のアルミ固体電解コンデンサを以下の方法にて作製した。実施例１と同様に陽極リード部１７と陰極部２１の形成領域を絶縁体１３により区分し、陽極リード部１７と決定した領域の拡面化層１１と誘電体酸化皮膜１２をレーザー加工により全て剥離して、アルミ基体１４を露出させた。このときのレーザーのパワーは実施例１と同様に１５Ｗである。露出したアルミ基体１４を、５０Ｗのパワーのレーザーにより図２（ｂ）に示すように櫛歯型に加工し、これを陽極リード部１７として形成した。なお、陽極リード部１７の形状は櫛歯型に限定されるものではない。
次に、実施例１と同様に、再化成処理を行い、陰極部２１を形成した。その後、陽極リード部１７は露出したアルミ基体１４を直接実装用基板２の内部陽極端子３と、リードボンディングすることでリード接合部４を形成して、接合した。本実施例も実施例１と同様、アルミ固体電解コンデンサの作製数は１０個である。作製した１０個のアルミ固体電解コンデンサについて実施例１と同様にして電気特性の測定を行った。作製した１０個の固体電解コンデンサの各特性の平均値を、表１の実施例２に示す。
（実施例３）
第３の実施の形態のアルミ固体電解コンデンサを以下の方法にて作製した。実施例１と同様に陽極リード部１７と陰極部２１の形成領域を絶縁体１３により区分し、陽極リード部１７と決定した領域の拡面化層１１と誘電体酸化皮膜１２をレーザー加工により全て剥離して、アルミ基体１４を露出させた。このときのレーザーのパワーは実施例１と同様に１５Ｗである。露出したアルミ基体１４を、５０Ｗのパワーのレーザーにより図３（ｂ）に示すように櫛歯型に加工し、これを陽極リード部１７として形成した。なお、陽極リード部１７の形状は櫛歯型に限定されるものではない。 さらに、この陽極リード部１７に、ウェッジボンディングによりアルミニウムから成るバンプ２２を形成した。
第３の実施の形態のアルミ固体電解コンデンサを以下の方法にて作製した。実施例１と同様に陽極リード部１７と陰極部２１の形成領域を絶縁体１３により区分し、陽極リード部１７と決定した領域の拡面化層１１と誘電体酸化皮膜１２をレーザー加工により全て剥離して、アルミ基体１４を露出させた。このときのレーザーのパワーは実施例１と同様に１５Ｗである。露出したアルミ基体１４を、５０Ｗのパワーのレーザーにより図３（ｂ）に示すように櫛歯型に加工し、これを陽極リード部１７として形成した。なお、陽極リード部１７の形状は櫛歯型に限定されるものではない。 さらに、この陽極リード部１７に、ウェッジボンディングによりアルミニウムから成るバンプ２２を形成した。
次に、実施例１と同様に、再化成処理を行い、陰極部２１を形成した。その後、実装用基板２の内部陽極端子３に、ボールボンディングにより金から成るバンプ２３を形成した後、陽極リード部１７をリードボンディングすることでバンプ接合部２４を形成して、接合した。またリード陽極部１７または実装用基板２の内部陽極端子３に形成するバンプに使用する金属の組み合わせは、本実施例の組み合わせに限定されるものではなく、アルミニウムまたは金を用いる場合の全ての組み合わせを含む。本実施例も実施例１と同様、アルミ固体電解コンデンサの作製数は１０個である。作製した１０個のアルミ固体電解コンデンサについて実施例１と同様にして電気特性の測定を行った。作製した１０個の固体電解コンデンサの各特性の平均値を、表１の実施例３に示す。
（比較例１）
前述の実施例１、２に示した方法により作製したコンデンサと比較するために、従来工法により作製した固体電解コンデンサを比較例として作製した。図４は、従来のアルミ固体電解コンデンサの構成の一例について示す図で、図４（ａ）は、従来のアルミ固体電解コンデンサの構成の側面方向の断面図で、図４（ｂ）は、図４（ａ）のコンデンサ素子の側面方向の断面図である。
前述の実施例１、２に示した方法により作製したコンデンサと比較するために、従来工法により作製した固体電解コンデンサを比較例として作製した。図４は、従来のアルミ固体電解コンデンサの構成の一例について示す図で、図４（ａ）は、従来のアルミ固体電解コンデンサの構成の側面方向の断面図で、図４（ｂ）は、図４（ａ）のコンデンサ素子の側面方向の断面図である。
本比較例では実施例１および実施例２に用いたのと同様の箔状のアルミ陽極体１０を使用した。これを幅２．５ｍｍ、長さ５．０ｍｍの長方形状に切り出した。ここで、実施例１および実施例２と同様に陰極部２１を形成しようとすると、陽極リードフレーム２５の溶接に必要となる一定のマージンを確保することができなくなるため、この長さ方向の一端部から長さ方向に３．５ｍｍの長方形の領域を、陰極部２１の形成領域とし、陰極部２１が形成されていない側の長さ方向の端部から長さ方向に１．０ｍｍの長方形の領域を、陽極リード部１７の形成領域とした。次に、陽極リード部１７と陰極部２１の間を電気的に絶縁するために、エポキシ樹脂をスクリーン印刷することで幅０．５ｍｍ、厚さ１５μｍの絶縁体１３を形成した。
次いで、前述の陰極部２１形成用の領域に、実施例と同様の方法で陰極部２１を形成した。その後、陽極リード部１７に銅から成る陽極リードフレーム２５の超音波溶接部２６に、超音波溶接して陽極リード部１７を形成した。ここで使用した陽極リードフレーム２５の厚さは５０μｍである。次に、陽極リードフレーム２５と実装用基板２の内部陽極端子３とを導電性接着剤５により接着した。その後、本発明の実施例と同様に、陰極部２１と実装用基板２の内部陰極端子６との接続、外装を行い、アルミ固体電解コンデンサを作製した。本比較例においても、アルミ固体電解コンデンサの作製数は１０個であり、作製した１０個の固体電解コンデンサについて実施例と同様にして電気特性を測定した。作製した１０個の固体電解コンデンサの各特性の平均値を、表１の比較例１に示す。
（比較例２）
次に、本発明の第１の実施の形態と同様の構造で、陰極部２１を形成後に陽極リード部１７を形成する、従来技術の固体電解コンデンサを比較例２として作製した。
次に、本発明の第１の実施の形態と同様の構造で、陰極部２１を形成後に陽極リード部１７を形成する、従来技術の固体電解コンデンサを比較例２として作製した。
本比較例においても、実施例１と同様の箔状のアルミ陽極体１０を使用した。この箔状のアルミ陽極体１０を幅２．５ｍｍ、長さ５．０ｍｍの長方形状に切断加工し、長さ方向の一端部から長さ方向に４．０ｍｍの長方形の領域を、陰極部２１の形成領域とし、陰極部２１が形成されていない側の長さ方向の端部から長さ方向に０．５ｍｍの長方形の領域を、陽極リード部１７の形成領域とした。ここで、アルミ陽極体１０の切断面に、再度誘電体酸化皮膜を形成した。また、陽極リード部１７と陰極部２１の間を電気的に絶縁するために、陽極リード部１７と陰極部２１の間に、幅０．５ｍｍ、厚さ１５μｍの絶縁体１３を、エポキシ樹脂をスクリーン印刷して形成した。
次に、陰極部２１形成用の領域に対して、アルミ陽極体１０の誘電体酸化皮膜１２の表面に、モノマーとして３、４−エチレンジオキシチオフェン、酸化剤としてペルオキソ二硫酸アンモニウム、ドーパントとしてパラトルエンスルホン酸を、それぞれモル比が６：１：２の割合で反応させて導電性高分子からなる固体電解質層１８を、厚み１０μｍとなるように形成した。さらに、その表面にスクリーン印刷によってグラファイト層１９を、厚み１５μｍになるように形成した。そして、グラファイト層１９上に、重量比８０％以上の銀を含有した導電性ペーストを厚さ３０μｍに形成し、１５０℃にて放置して前記導電性ペースト中の有機溶剤を揮発させ、同時に硬化させることで、金属電極層２０を形成した。このようにして、陰極部２１を形成した。
次に、陽極リード部１７側の領域の拡面化層１１と誘電体酸化皮膜１２をレーザー加工により全て剥離して、アルミ基体１４を露出させた。レーザーのパワーは１５Ｗと設定した。
この露出させたアルミ基体１４に、アルミ線１５をウェッジボンディングにより接合して、接合部１６を形成し、陽極リード部１７を作製した。ここで、アルミ線１５は、市販の直径７５μｍのものを使用し、ウェッジボンディングする側のアルミ線１５の先端部分に１０Ｗのパワーのレーザーをあて、アルミ線１５の表面の誘電体酸化皮膜を除去したものを用いた。
続いて陽極リード部１７を形成したコンデンサ素子１を、１０％のアジピン酸二アンモニウム水溶液に浸漬し、６Ｖの電圧を印加して、陽極リード部１７の形成によって露出したアルミ基体１４、および接合したアルミ線１５の表面に、再度誘電体酸化皮膜を形成した。
その後、ウェッジボンディングによりアルミ陽極体１０に接合したアルミ線１５の、接合されていない側の先端部分の誘電体酸化皮膜を、１０Ｗのパワーのレーザーをあて除去し、実装用基板２の内部陽極端子３に、リードボンディングによりリード接合部４を形成することで接合した。その後、本発明の第１の実施の形態と同様に、陰極部２１と実装用基板２の内部陰極端子６との接続、外装を行い、アルミ固体電解コンデンサを作製した。本比較例においても、アルミ固体電解コンデンサの作製数は１０個であり、作製した１０個の固体電解コンデンサについて本発明の実施の形態と同様にして電気特性を測定した。作製した１０個の固体電解コンデンサの各特性の平均値を、表１の比較例２に示す。
表１は、実施例１、実施例２、実施例３、および比較例１、比較例２について陰極部の実効面積と、電気特性を測定した結果である。
表１において、本発明の実施例１、実施例２、および実施例３の固体電解コンデンサは、従来の銅等の陽極リードフレームをアルミ芯に溶接して陽極リード部を形成した比較例１と比べて、静電容量が１０％以上高く、さらにＥＳＲも低くなっていることがわかる。実施例１、実施例２および実施例３における静電容量の向上およびＥＳＲの低減は、比較例１に比べて、コンデンサとして機能する陰極部の実効面積を大きくとれたことによる。従って、外装寸法を大きくせず、静電容量の向上およびＥＳＲの低減を図れるため、体積効率およびコンデンサ特性に優れた固体電解コンデンサが得られることが確認できた。
また、本発明では、陽極リード部の形成後に再化成処理を行い、その後、陰極部を形成することができるため、アルミ線をアルミ基体にウェッジボンディングする際に発生した陰極部の損傷箇所が修復され、比較例２と比べて、漏れ電流が減少している。
以上、本発明によれば作業工程を簡略化でき、体積効率も高く、作製時に陰極部への負担が少なく、且つ小型化可能なアルミ固体電解コンデンサの作製が可能となる。
１ コンデンサ素子
２ 実装用基板
３ 内部陽極端子
４ リード接合部
５ 導電性接着剤
６ 内部陰極端子
７ 外部陽極端子
８ 外部陰極端子
９ 絶縁外装樹脂
１０ アルミ陽極体
１１ 拡面化層
１２ 誘電体酸化皮膜
１３ 絶縁体
１４ アルミ基体
１５ アルミ線
１６ 接合部
１７ 陽極リード部
１８ 固体電解質層
１９ グラファイト層
２０ 金属電極層
２１ 陰極部
２２ アルミニウムから成るバンプ
２３ 金から成るバンプ
２４ バンプ接合部
２５ 陽極リードフレーム
２６ 超音波溶接部
２ 実装用基板
３ 内部陽極端子
４ リード接合部
５ 導電性接着剤
６ 内部陰極端子
７ 外部陽極端子
８ 外部陰極端子
９ 絶縁外装樹脂
１０ アルミ陽極体
１１ 拡面化層
１２ 誘電体酸化皮膜
１３ 絶縁体
１４ アルミ基体
１５ アルミ線
１６ 接合部
１７ 陽極リード部
１８ 固体電解質層
１９ グラファイト層
２０ 金属電極層
２１ 陰極部
２２ アルミニウムから成るバンプ
２３ 金から成るバンプ
２４ バンプ接合部
２５ 陽極リードフレーム
２６ 超音波溶接部
Claims (11)
- 表面を拡面化した板状または箔状の弁作用金属からなる陽極体と、前記陽極体の表面に形成された前記弁作用金属の酸化物から成る誘電体酸化皮膜と、前記誘電体酸化皮膜を第１の領域と第２の領域に区分する絶縁体と、前記第１の領域の誘電体酸化皮膜の表面に順次形成された固体電解質層、グラファイト層および金属電極層とからなり、前記第１の領域を含む部分を陰極部、前記第２の領域を含む部分を陽極リード部とするコンデンサ素子を有し、前記コンデンサ素子の陽極リード部および陰極部の一部は、実装用基板の内部陽極端子、内部陰極端子にそれぞれ接続され、前記実装用基板の外部端子の少なくとも一部が露出するように外装が施された固体電解コンデンサであって、前記陽極リード部は、アルミニウムで形成され、前記実装用基板の内部陽極端子にリードボンディングされたことを特徴とする固体電解コンデンサ。
- 前記陽極体の弁作用金属はアルミニウムから成り、前記陽極リード部は、前記陽極体にアルミ線がウェッジボンディングにより接合されたことを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記陽極体の弁作用金属はアルミニウムから成り、前記陽極リード部は、前記陽極体から形成されたことを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記陽極体の弁作用金属はアルミニウムから成り、前記陽極リード部は、前記陽極体から形成され、前記陽極リード部と前記実装用基板の内部陽極端子の少なくとも一方に、アルミニウムまたは金から成るバンプが形成され、前記陽極リード部と前記実装用基板の内部陽極端子が、前記バンプの形成部分でリードボンディングにより接合されたことを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記陰極部は、前記陽極リード部形成後に形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記陽極リード部および前記陰極部側の陽極体は、陽極リード部形成後に再化成処理を施すことにより、表面に誘電体酸化皮膜が形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサ。
- 表面を拡面化した板状または箔状の弁作用金属からなる陽極体と、前記陽極体の表面に形成された前記弁作用金属の酸化物から成る誘電体酸化皮膜と、前記誘電体酸化皮膜を第１の領域と第２の領域に区分する絶縁体と、前記第１の領域の誘電体酸化皮膜の表面に順次形成された固体電解質層、グラファイト層および金属電極層とからなり、前記第１の領域を含む部分を陰極部、前記第２の領域を含む部分を陽極リード部とするコンデンサ素子を有し、前記コンデンサ素子の陽極リード部および陰極部の一部は、実装用基板の内部陽極端子、内部陰極端子にそれぞれ接続し、前記実装用基板の外部端子の少なくとも一部が露出するように外装を施す固体電解コンデンサの製造方法であって、前記陽極リード部は、アルミニウムで形成し、前記実装用基板の内部陽極端子にリードボンディングすることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記陽極体の弁作用金属はアルミニウムから成り、前記陽極リード部は、前記陽極体にアルミ線をウェッジボンディングにより接合することを特徴とする請求項７に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記陽極体の弁作用金属はアルミニウムから成り、前記陽極リード部は、前記陽極体から形成し、前記陽極リード部と前記実装用基板の内部陽極端子は、陽極リード部あるいは実装用基板の内部陽極端子の少なくとも一方に、アルミニウムまたは金から成るバンプを形成した後、リードボンディングにより接合することを特徴とする請求項７に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記陰極部は、前記陽極リード部形成後に形成することを特徴とする請求項７ないし請求項９のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記陽極リード部および前記陰極部側の陽極体に、陽極リード部形成後に再化成処理を施し、表面に誘電体酸化皮膜を形成することを特徴とする請求項７ないし請求項１０のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
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