JP2009295645A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】過渡応答用の外部電極と電力供給用の外部電極の２つの機能を有する固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】弁金属からなる基材１の両面を拡面処理し、容量形成部を形成する誘電体酸化皮膜層４を設け、この誘電体酸化皮膜層４の上に、固体電解質層５、陰極層６を順次形成する。そして、前記基材の一方の面に形成された容量形成部に突起状の第１の陽極端子を形成すると共に、該容量形成部側の陰極層に突起状の第１の陰極端子を形成して過渡応答用の容量形成部とする。一方、前記基材の他方の面に形成された容量形成部を電力供給用の容量形成部とし、第１の陰極端子よりも第２の陰極端子の許容電流を大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、１つのデバイスでありながら、過渡応答用の外部電極と電力供給用の外部電極の２つの機能を備えた固体電解コンデンサに関する。

現代では、さまざまな電子回路の分野において多様なコンデンサが用いられ、その一例として、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が小さく、周波数特性に優れた固体電解コンデンサが広く利用されている。例えば、特許文献１には、コンデンサの搭載面側にバンプ電極を形成することで、バンプ電極を形成した面に半導体を直接接続することができることにより、高周波応答性にきわめて優れたものとすることができる技術が開示されている。
特開２００１−３０７９５５号公報

しかしながら、特許文献１で開示された固体電解コンデンサでは、高周波応答特性（過渡応答特性）に対する要求は満足するものの、次のような問題点を有していた。

すなわち、集積回路等を高周波で動作させた場合には、瞬時に電圧が低下することが知られており、コンデンサ等から電力が供給されると、動作電圧まで電圧が上昇するが、その後集積回路で消費される電力があり、電力は常に供給されないと動作電圧が低下してしまう。従って、集積回路を高周波で安定して動作させるには、過渡時に速やかに電力を供給するコンデンサと、消費される電力を供給するために、長時間にわたり安定した電力を供給することのできるコンデンサとが必要となる。

上記過渡応答特性に要求されるコンデンサの特性としては、コンデンサの容量形成部からの距離が短く、且つ電力を供給する外部端子部分でのインダクタンスが小さいことであり、また、安定した電力供給に要求されるコンデンサの特性としては、静電容量が大きく、且つ供給する電力量が大きいことである。

このため、従来の集積回路では、過渡応答特性に優れたセラミックコンデンサや電解コンデンサが用いられると共に、電力供給用に比較的大容量の電解コンデンサが用いられていた。このように、従来、集積回路の周囲には複数のコンデンサが必要となっており、１つのコンデンサで上記２つの特性を実現することができる電解コンデンサの開発が切望されていた。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解消するために提案されたものであって、その目的は、過渡応答用の外部電極と電力供給用の外部電極の２つの機能を有する固体電解コンデンサを提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、弁金属からなる基材の両面を拡面処理し、容量形成部を形成する誘電体酸化皮膜層を設け、この誘電体酸化皮膜層の上に、固体電解質層、陰極層を順次形成した固体電解コンデンサにおいて、前記基材の一方の面に形成された容量形成部を過渡応答用の容量形成部とし、前記基材の他方の面に形成された容量形成部を電力供給用の容量形成部としたことを特徴とするものである。

上記のような構成を有する請求項１に記載の発明によれば、１つのデバイスでありながら、過渡応答特性に優れた外部電極としての機能と、電力供給用の外部電極としての機能の両方を備えた固体電解コンデンサを提供することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の固体電解コンデンサにおいて、前記過渡応答用の容量形成部に突起状の第１の陽極端子を形成すると共に、前記過渡応答用の容量形成部側の陰極層に突起状の第１の陰極端子を形成し、前記電力供給用の容量形成部側の陰極層に第２の陰極端子を設けたことを特徴とするものである。

上記のような構成を有する請求項２に記載の発明によれば、コンデンサ搭載面側において、コンデンサとしての容量形成部である酸化皮膜と固体電解質層の界面の近傍に陰極端子部が形成される構造であるため、容量形成部と陰極端子部とを接続する回路パターンやＬＳＩ等のデバイスまでの距離が短く、コンデンサ内部の電流引回し経路が短縮されるため、電源電圧の不安定化に対する過渡応答性を改善することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の固体電解コンデンサにおいて、前記第１の陰極端子よりも第２の陰極端子の許容電流を大きくしたことを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項３に記載の発明によれば、コンデンサ搭載面と反対側の面に形成された電力供給用の外部電極においては、許容電流値が大きい端子により電力を供給することができる。

以上のように、本発明によれば、コンデンサの基材の両面にそれぞれ過渡応答用の容量形成部と電力供給用の容量形成部を有し、それぞれの容量形成部に適した機能の異なる２種類の外部電極を有することで、過渡応答特性に優れるとともに、充分な電力供給も可能となる固体電解コンデンサを提供することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して以下に説明する。なお、背景技術や課題で既に説明した内容と共通する事項は適宜説明を省略する。

（１）構成
本実施形態の固体電解コンデンサにおいては、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、弁作用金属からなる基材１の上下両面に保護層２ａ、２ｂが形成され、この保護層２が形成された基材１の上下両面のそれぞれに凹部３ａ、３ｂが形成されている。また、この凹部３ａ、３ｂの表面には陽極酸化により酸化皮膜層４ａ、４ｂが形成され、さらに、この酸化皮膜層４ａ、４ｂの上には固体電解質層５ａ、５ｂが形成され、さらに、前記固体電解質層５ａ、５ｂの上には、グラファイト（Ｇｒ）層と銀ペースト層から成る陰極層６ａ、６ｂが形成されている。

また、前記基材１の上下両面に形成された陰極層６ａ、６ｂのうち、コンデンサ搭載面側の陰極層６ｂには、突起状の第１の陰極端子７が形成されている。なお、この突起状の第１の陰極端子７としては、いわゆるバンプ電極を用い、金ワイヤを熱圧着のうえ切断した金バンプのほか、銅メッキの上に半田ボールを接着しボール形状端子を格子配列状に形成したボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）など、自由に選択可能である。

また、本実施形態においては、コンデンサ搭載面側の凹部３ｂの内部に形成された陰極層６ｂ、固体電解質層５ｂ及び酸化皮膜層４ｂを必要に応じて除去して、凹部３ｂに基材１の地金を露出させた露出部８が形成されている。そして、この露出部８に突起状の第１の陽極端子９が形成されている。また、コンデンサ搭載面側の凹部３ｂの周囲の基材１の表面に形成されている保護層２ｂを必要に応じて除去して、基材１の地金を露出させた露出部８が形成されている。そして、この露出部８にも突起状の第１の陽極端子９が形成されている。

この突起状の第１の陽極端子９としては、いわゆるバンプ電極を用い、金ワイヤを熱圧着のうえ切断した金バンプのほか、銅メッキの上に半田ボールを接着しボール形状端子を格子配列状に形成したボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）など、自由に選択可能である。

さらに、コンデンサ搭載面とは反対側の凹部３ａに形成された陰極層６ａには、リードフレーム等により形成された第２の陰極端子１０が電気的に接続されると共に、第２の陽極端子１１が基材１に接続され、全体に樹脂モールド１２が施されている。

このように、本実施形態においては、固体電解コンデンサの片面（コンデンサ搭載面）の容量形成部に、過渡応答特性に優れた外部電極が形成されると共に、固体電解コンデンサの他方の面の容量形成部に、電力供給用の外部電極が形成されている。

（２）固体電解コンデンサの製造方法
次に、上記の構成を有する固体電解コンデンサの製造方法について、以下のような工程Ａ〜Ｊに分けて順次説明する（図２〜図４参照）。

Ａ．基材の用意
まず、弁金属すなわち弁作用金属からなる基材１を用意する（図２（１））。金属の種類はアルミニウムが望ましく、厚さは２００から８００ミクロン程度が一般的と考えられるが、金属の種類や厚さは適宜変更可能である。例えば、アルミニウムの他、タンタル、ニオブ、チタン等の弁作用金属を用いることができる。

Ｂ．保護層の形成
次に、基材１の上下両面に保護層２ａ、２ｂを形成する（図２（２））。この保護層２は、後述するように基材１に凹部を形成した後、凹部内にエッチングによる拡面処理を施す際に、エッチング液による溶解を防止するために形成されるものである。従って、必ずしも基材１の全面を覆う必要はなく、凹部を形成する部位に対応した窓部が形成されていても良い。

また、保護層２としては、いわゆるレジストなどの樹脂被覆層のほか、陽極酸化皮膜を形成するなどでも良く、後述するエッチングによる拡面処理の際に、エッチング液により腐食されない層であれば、種類や形成の手段などは自由に選択可能である。また、この保護層２は、後述するエッチング処理後の任意の時期に除去しても良い。

Ｃ．凹部の形成
続いて、保護層２が形成された基材１の上下両面に所定間隔で凹部３ａ、３ｂを形成することにより、その凹部３の内面において陽極部を形成する基材１の地金を露出させる（図２（３））。ここで、凹部３を形成する手段としては、基材１の切削が好適である。

なお、保護層２に窓部が形成されている場合には、窓部の部分をプレス加工して凹部を形成しても良く、窓部の部分にエッチング等によって凹部を形成しても良い。特に、エッチングによって凹部を形成する場合には、後述する「Ｄ．エッチングと酸化皮膜の形成」の工程のエッチング工程を同時に行うことで効率よく凹部を形成することができる。

なお、基材１を切削して凹部３を形成する、あるいはプレスにより凹部３を形成する場合には、凹部３を形成した後に、凹部３の内面を除いた部分に保護層２を形成しても良い。また、本実施形態においては、図５に示すように、凹部３は基材１を横断するように形成されている。

Ｄ．エッチングと酸化皮膜の形成
続いて、凹部３の内面に露出した地金をエッチングで拡面処理し、さらにその拡面処理した凹部の表面に陽極酸化により酸化皮膜層４ａ、４ｂを形成する（図３（４））。なお、エッチング及び陽極酸化については公知の手段を用いることができる。

Ｅ．固体電解質層の形成
次に、酸化皮膜層４の上に固体電解質層５ａ、５ｂを形成する（図３（５））。ここで、固体電解質層５としては、導電性高分子層が好適であり、このような導電性高分子層は、チオフェン、ピロール等をもとに、化学重合、電解重合など、公知の技術により形成すればよい。この結果、図６に示すように、固体電解コンデンサの側面部分にも固体電解質層５が形成される。

Ｆ．陰極層の形成
続いて、固体電解質層５の上に、グラファイト（Ｇｒ）層と銀ペースト層から成る陰極層６ａ、６ｂを形成する（図３（６））。このグラファイト（Ｇｒ）層と銀ペースト層自体の形成は、固体電解コンデンサにおける公知技術と同様で良い。この結果、図６に示すように、固体電解コンデンサの側面部分にも陰極層６が形成される。

Ｇ．コンデンサ搭載面側における第１の陰極端子部の形成
次に、コンデンサ搭載面側の陰極層６ｂの上に、第１の陰極端子７を形成する（図４（７））。この陰極端子７は突起状の端子で、その形成にはいわゆるバンプ電極を用い、金ワイヤを熱圧着のうえ切断した金バンプのほか、銅メッキの上に半田ボールを接着しボール形状端子を格子配列状に形成したボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）など、自由に選択可能である。なお、上記突起状の陰極端子としては、平板状の陰極板の上に予め突起部を設けたものを用いても良い。この場合、この突起部を陰極端子とすることができる。

Ｈ．保護層の除去
また、陽極端子との電気的接続を図るため、コンデンサ搭載面側の凹部３ｂの周囲の基材１に形成された保護層２ｂを部分的に除去して基材１の地金を露出させ、陽極引き出し手段を形成する露出部８とする（図４（８））。この際、基材１の地金を露出するのみでもよいが、基材１まで切削しても良く、この後で形成する陽極端子の高さとの関連で、切削する深さは適宜調整可能である。

Ｉ．第１の陽極端子の形成
また、必要に応じて、凹部３ｂの内部に形成した陰極層６ｂ、固体電解質層５ｂ及び酸化皮膜層４ｂを除去して、凹部３ｂに基材１の地金を露出させ、露出部８とする（図４（８））。この陰極層６ｂ、固体電解質層５ｂ、酸化皮膜層４ｂの除去は、治具を押し当てて機械的に除去する方法や、レーザー光により除去することが可能である。

そして、上記のようにして形成した露出部８の上に第１の陽極端子９を形成する（図４（９））。この陽極端子９は、いわゆるバンプ電極を用い、金ワイヤを熱圧着のうえ切断した金バンプのほか、銅メッキの上に半田ボールを接着しボール形状端子を形成したボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）など、自由に選択可能である。なお、凹部３内を切削等により露出させた露出部８には、金バンプの上に金バンプを施すことを繰り返して、高さを調整することができる。なお、第１の陽極端子９は、前記第１の陰極端子７と近接していることが好ましい。

また、第１の陽極端子９と第１の陰極端子７の配置としては、格子配列状に交互に配置することで、第１の陽極端子９と第１の陰極端子７での誘導磁界の相殺効果が高まるために好適である。このように格子配列状に交互に第１の陽極端子９及び第１の陰極端子７を形成した状態を、図６の斜視図として示している。

Ｊ．第２の陽極端子、第２の陰極端子の形成
必要に応じて、コンデンサ搭載面と反対側の面の凹部３ａに形成された陰極層６ａと電気的に接続される第２の陰極端子１０を形成する。この第２の陰極端子１０は、例えばリードフレーム等で形成する。また、第２の陽極端子１１も基材１に接続する。この第２の陽極端子１１の接続は、超音波溶接、レーザー溶接等の手段で接続する。これらの第２の陽極端子１１、第２の陰極端子１０は、許容電流値が大きなものとなっている。そして、基材を樹脂モールド等によって外装を形成し、固体電解コンデンサとする。

なお、前記第２の陽極端子１１及び第２の陰極端子１０の形状については特に限定はなく、第２の陽極端子としては、コンデンサの搭載面の基材１に板状の端子を貼り付けて外部端子とすること等、多数の変形例が考えられる。

（３）作用・効果
上記のような製造方法により得られる本実施形態の固体電解コンデンサにおいては、コンデンサ搭載面側において、コンデンサとしての容量形成部である酸化皮膜と固体電解質層の界面の近傍に陰極端子部が形成される構造であるため、容量形成部と陰極端子部とを接続する回路パターンやＬＳＩ等のデバイスまでの距離が短く、コンデンサ内部の電流引回し経路が短縮されるため、電源電圧の不安定化に対する過渡応答性が改善される。

一方、コンデンサ搭載面と反対側の面においては、凹部３ａに形成された陰極層６ａに第２の陰極端子１０を形成し、第２の陽極端子１１も基材１に接続することにより、電気容量の大きい端子が形成される。この結果、消費される電力を供給するために、長時間にわたり安定した電力を供給することができる。すなわち、コンデンサ搭載面と反対側の面に形成された電力供給用の外部電極においては、容量形成部からは電流経路が遠くなるため過渡応答特性は優れないものの、許容電流値が大きい端子により電力を供給することができる。

また、第１の陽極端子９及び第１の陰極端子７を同一面上に配置する構成とすることにより、固体電解コンデンサに直接、半導体部品を接続することができる。これにより、部品間の配線を大幅に短縮することができ、ＥＳＲやＥＳＬの低減が可能となる。さらに、図１に示すような接続端子の配置とすることによって、陽極端子と陰極端子で電流の向きが逆方向になるため、誘導磁界が相殺され、ＥＳＬが低減できる効果が得られる。

このように本実施形態によれば、１つのデバイスでありながら、過渡応答特性に優れた外部電極としての機能と、電力供給用の外部電極としての機能を備えた固体電解コンデンサを提供することができる。

（４）他の実施形態
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、次に例示するもの及びそれ以外の他の実施形態も含むものである。例えば、図７に示すように、基材１のコンデンサ搭載面側に複数の凹部３を形成して、その凹部３の中に前述した方法で第１の陰極端子７を形成し、また、コンデンサ搭載面と反対側の面には、凹部を形成せずに、酸化皮膜層４、固体電解質層５及び陰極層６を順次積層することもできる。

図７（Ａ）〜（Ｃ）は、コンデンサ搭載面に第１の陽極端子９及び第１の陰極端子７を形成し、基材１の側面には、固体電解質層５及び陰極層６が形成されない構造を例示したものである。このように、第１の陽極端子、第１の陰極端子の形成個数は任意である。

また、この図７に示したようなコンデンサ素子の基材１の上面の陰極層６ａと電気的に接続するリードフレーム等を取り付けて、第２の陰極端子の引き出しを行うことができる。このような第２の陽極端子、第２の陰極端子の形成方法は、先の実施形態と同様であるため、その後の工程の記載は省略する。

本発明に係る固体電解コンデンサの構成を示す図であって、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は斜視図である。 （１）〜（３）は、本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法の工程Ａ〜Ｃを示す断面図である。 （４）〜（６）は、本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法の工程Ｄ〜Ｆを示す断面図である。 （７）〜（９）は、本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法の工程Ｇ〜Ｉを示す断面図である。 本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法の工程Ｃにおいて、基材に凹部が形成された状態を示す斜視図である。 本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法の工程Ｅ〜Ｆにおいて、凹部に固体電解質層及び陰極層が形成された状態を示す斜視図である。 本発明に係る固体電解コンデンサの他の実施形態の構成を示す図であって、（Ａ）は断面図、（Ｂ）はコンデンサ搭載面側から見た平面図、（Ｃ）は斜視図である。

符号の説明

１…基材
２…保護層
３…凹部
４…酸化皮膜層
５…固体電解質層
６…陰極層
７…第１の陰極端子
８…露出部
９…第１の陽極端子
１０…第２の陰極端子
１１…第２の陽極端子
１２…樹脂モールド

Claims (3)

1. 弁金属からなる基材の両面を拡面処理し、容量形成部を形成する誘電体酸化皮膜層を設け、この誘電体酸化皮膜層の上に、固体電解質層、陰極層を順次形成した固体電解コンデンサにおいて、
   前記基材の一方の面に形成された容量形成部を過渡応答用の容量形成部とし、
   前記基材の他方の面に形成された容量形成部を電力供給用の容量形成部としたことを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 前記過渡応答用の容量形成部に突起状の第１の陽極端子を形成すると共に、前記過渡応答用の容量形成部側の陰極層に突起状の第１の陰極端子を形成し、
   前記電力供給用の容量形成部側の陰極層に第２の陰極端子を設け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。
3. 前記第１の陰極端子よりも第２の陰極端子の許容電流を大きくしたことを特徴とする請求項２に記載の固体電解コンデンサ。

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