JP2010080644A - 固体電解コンデンサ及び固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製品ごとのＥＳＲばらつきを抑制でき、かつ十分な低ＥＳＲ化及び信頼性の確保が図られる固体電解コンデンサ及び固体電解コンデンサの製造方法を提供する。
【解決手段】 固体電解コンデンサ１では、コンデンサ素子２の層間への導電性ペースト部１３の入り込み量が非導電性接着剤２１によって規制されるので、固体電解コンデンサ１間でのＥＳＲばらつきを低減できる。また、コンデンサ素子２の層間への導電性ペースト部１３の入り込みを規制することで、積層されたコンデンサ素子２の角部に相当する部分２３で導電性ペースト部１３が肉厚となるため、低ＥＳＲ化が図られる。さらに、端部領域Ｒを除いた領域が空隙Ｓとなっているので、金属部材１２をコンデンサ素子２の陽極部４に当接させる際の圧力がコンデンサ素子２の弾性によって逃げ易く、コンデンサ素子２のクラックの発生を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体電解コンデンサ及び固体電解コンデンサの製造方法に関する。

従来の固体電解コンデンサとして、例えば特許文献１に記載のコンデンサがある。この従来のコンデンサは、定電圧素子を設置した電極板の一方面に誘電体酸化皮膜及び導電性高分子層を形成してなるコンデンサ素子を有している。そして、導電性接着剤をコンデンサ素子間に介在させることにより、複数のコンデンサ素子を積層している。

また、例えば特許文献２に記載の固体電解コンデンサでは、例えば浸漬法を用いることにより、コンデンサ素子積層体における陰極部側の端部を覆うように導電性ペースト部を形成し、コンデンサ素子の陰極部同士を電気的に接続している。
特開平５−１６６６８２号公報 特開２００７−２３５１０１号公報

コンデンサ素子の陰極部側の端部に導電性ペースト部を形成する方法として、例えば浸漬法がある。この浸漬法によってコンデンサ素子の陰極部側の端部に導電性ペーストを塗布する際、例えば塗布装置の制御ばらつきにより、コンデンサ素子間への導電性ペーストの入り込み量が変化することが考えられる。導電性ペーストの入り込み量が変化すると、製造される固体電解コンデンサ間でＥＳＲばらつきが生じるという問題がある。

また、導電性ペーストの入り込み量が過剰になると、コンデンサ素子の端部に残る導電性ペーストの量が相対的に減少するおそれがある。この場合、積層されたコンデンサ素子の角部に相当する部分で導電性ペースト部が肉薄になり、コンデンサ素子のＥＳＲに影響することが考えられる。

一方、コンデンサ素子の陽極部の接続に金属部材を用いる場合、金属部材と陽極部とが確実に接続するように、金属部材を各コンデンサ素子の陽極部側の端面に押し付ける必要がある。このとき、金属部材からの圧力によってコンデンサ素子にクラックが生じると、固体電解コンデンサの信頼性が低下するおそれがある。そこで、コンデンサ素子のクラックを抑制できるようなコンデンサ素子間の構成を考慮する必要もある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、製品ごとのＥＳＲばらつきを抑制でき、かつ十分な低ＥＳＲ化及び信頼性の確保が図られる固体電解コンデンサ及び固体電解コンデンサの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明に係る固体電解コンデンサは、陽極部と陰極部とを有するコンデンサ素子を複数積層してなる固体電解コンデンサであって、各コンデンサ素子の長手方向の一端部を覆うように設けられ、コンデンサ素子の陰極部同士を電気的に接続する導電性ペースト部と、各コンデンサ素子の長手方向の他端部に当接して固定され、コンデンサ素子の陽極部同士を電気的に接続する金属部材とを備え、コンデンサ素子間において、導電性ペースト部に連続する端部領域には、コンデンサ素子の幅方向の一端部から他端部にかけて充填材が充填され、端部領域を除いた領域には、空隙が形成されていることを特徴としている。

この固体電解コンデンサでは、コンデンサ素子の層間への導電性ペースト部の入り込み量が充填材によって規制されるので、例えば塗布装置の制御ばらつきが生じたとしても、製造される固体電解コンデンサ間でのＥＳＲばらつきを低減できる。また、コンデンサ素子の層間への導電性ペースト部の入り込みを規制することで、積層されたコンデンサ素子の角部に相当する部分で導電性ペースト部が肉厚となるため、低ＥＳＲ化が図られる。さらに、コンデンサ素子の層間において、端部領域を除いた領域が空隙となっているので、金属部材をコンデンサ素子の陽極部に当接させる際の圧力がコンデンサ素子の弾性によって逃げ易い。したがって、コンデンサ素子のクラックの発生を抑制でき、信頼性を確保できる。

また、充填材は、非導電性接着剤によって形成されていることが好ましい。充填材として導電性接着剤を用いる場合、この導電性接着剤と導電性ペーストとを合わせた導電部分の体積が製品ごとにばらつき易くなる。したがって、充填材として非導電性接着剤を用いることで、製造される固体電解コンデンサ間でのＥＳＲばらつきを一層確実に低減できる。

また、本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法は、陽極部と陰極部とを有するコンデンサ素子を複数準備する準備工程と、コンデンサ素子における長手方向の一端部に連続する端部領域に、それぞれ充填材を塗布する充填材塗布工程と、充填材を塗布したコンデンサ素子を順次積層する積層工程と、コンデンサ素子を積層方向にプレスし、端部領域においてコンデンサ素子の幅方向の一端部から他端部にかけて充填材を充填させるプレス工程と、各コンデンサ素子の長手方向の他端部に金属部材を当接して固定し、コンデンサ素子の陽極部同士を電気的に接続する陽極部接続工程と、各コンデンサ素子の一端部を覆うように導電性ペースト部を形成し、コンデンサ素子の陰極部同士を電気的に接続する陰極部接続工程とを含むことを特徴としている。

この固体電解コンデンサの製造方法では、コンデンサ素子の層間への導電性ペーストの入り込み量が充填材によって規制されるので、例えば塗布装置の制御ばらつきが生じたとしても、製造される固体電解コンデンサ間でのＥＳＲばらつきを低減できる。また、コンデンサ素子の層間への導電性ペーストの入り込みを規制することで、積層されたコンデンサ素子の角部に相当する部分で導電性ペーストが肉厚となるため、低ＥＳＲ化が図られる。さらに、コンデンサ素子の層間において、端部領域を除いた領域が空隙となっているので、金属部材をコンデンサ素子の陽極部に当接させる際の圧力がコンデンサ素子の弾性によって逃げ易い。したがって、コンデンサ素子のクラックの発生を抑制でき、信頼性を一層確保できる。

また、充填材塗布工程において、コンデンサ素子の幅方向に沿って直線状に充填材を塗布することが好ましい。こうすると、プレス工程において充填材がコンデンサ素子の幅方向の一端部から他端部にかけてしっかりと押し広げられるので、陰極部接続工程において、コンデンサ素子の層間への導電性ペーストの入り込み量を充填材によってより確実に規制できる。

また、充填材塗布工程において、コンデンサ素子の一端部側に凸となる円弧状に充填材を塗布することが好ましい。この場合も、プレス工程において充填材がコンデンサ素子の幅方向の一端部から他端部にかけてしっかりと押し広げられるので、陰極部接続工程において、コンデンサ素子の層間への導電性ペーストの入り込み量を充填材によってより確実に規制できる。

また、充填材として非導電性接着剤を用いることが好ましい。充填材として導電性接着剤を用いる場合、この導電性接着剤と導電性ペーストとを合わせた導電部分の体積が製品ごとにばらつき易くなる。したがって、充填材として非導電性接着剤を用いることで、製造される固体電解コンデンサ間でのＥＳＲばらつきを一層確実に低減できる。

本発明によれば、製品ごとのＥＳＲばらつきを抑制でき、かつ十分な低ＥＳＲ化及び信頼性の確保が図られる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る固体電解コンデンサ及び固体電解コンデンサの製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る固体電解コンデンサの一実施形態を示す断面図である。同図において、固体電解コンデンサ１は、複数層（本実施形態では５層）のコンデンサ素子２を積層してなる積層体３を備えている。コンデンサ素子２は、略長方形状をなす箔状又は板状のアルミニウム基体７を有しており、長手方向にそって陽極部４と陰極部５とが形成されている。また、陽極部４と陰極部５との間には、レジスト部６が設けられている。

図２は、コンデンサ素子２の一部構造を詳細に示す拡大断面図である。同図に示すように、アルミニウム基体７の表面は、表面積を増やすべく粗面化（拡面化）されてポーラス状になっている。このポーラス状の表面には、化成処理によって絶縁性の酸化アルミニウム皮膜８が形成されている。化成処理は、例えばアジピン酸アンモニウム水溶液中にアルミニウム基体７を浸漬させた状態で、例えば６Ｖの電圧を印加して行われる。化成処理されたアルミニウム基体７の基端側領域は、表面の粗面化構造が破壊された状態となっており、上記の陽極部４を構成している。

アルミニウム基体７における陽極部４及びレジスト部６を除く領域の表面上には、導電性高分子化合物を含む固体高分子電解質層９が形成されている。この固体高分子電解質層９は、アルミニウム基体７の粗面化によって形成された微細穴７ａに入り込んだ状態となっている。固体高分子電解質層９の形成は、例えば３，４−エチレンジオキシチオフェン（Ｂａｙｅｌ社製ＢＡＹＴＲＯＮ Ｍ）０．９ｇと、パラトルエンスルホン酸鉄溶液（Ｂａｙｅｌ社製ＢＡＹＴＲＯＮ Ｃ−Ｂ５０）１０．８１ｇと、ブタノール２．６３ｇとの混合溶液（重合液）にアルミニウム基体７を含浸させ、化学酸化重合させることによって行われる。固体高分子電解質層９の最大厚さは、例えば１０μｍ程度である。

固体高分子電解質層９上には、グラファイトペースト層１０及び銀ペースト層１１が順に形成されている。グラファイトペースト層１０及び銀ペースト層１１は、例えば浸漬法により形成される。グラファイトペースト層１０の厚さは、例えば３μｍ程度であり、銀ペースト層１１の厚さは、例えば５〜２０μｍ程度である。以上の固体高分子電解質層９、グラファイトペースト層１０及び銀ペースト層１１は、上記の陰極部５を構成している。

レジスト部６は、例えばスクリーン印刷法等によりエポキシ樹脂等を塗布することによって形成されている。レジスト部６は、陽極部４と陰極部５とを電気的に絶縁する機能を有している。また、レジスト部６は、アルミニウム基体７を重合液に浸漬させる際に、ポーラス状になっているアルミニウム基体７の表面の毛細管現象によって重合液が陽極部４側に上がってくることを防止する機能を有している。

各コンデンサ素子２の陽極部４同士は、図１に示すように、金属部材１２を介して互いに電気的に接続されている。金属部材１２は、例えば鉄、ニッケル、銅及びこれらの合金等によって板状に形成されている。金属部材１２は、各陽極部４の位置が揃った状態でコンデンサ素子２における陽極部４側の端面２ａに当接し、例えばレーザ溶接によってコンデンサ素子２に接合されている。

また、各コンデンサ素子２の陰極部５同士は、導電性ペースト部１３を介して互いに電気的に接続されている。導電性ペースト部１３は、例えば浸漬法を用いた銀接着剤の塗布により、各コンデンサ素子２における陰極部５側の端部を覆うように設けられている。導電性ペースト部１３の厚みは、例えば１５０μｍ程度となっている。また、導電性ペースト部１３は、各コンデンサ素子２の層間において、各コンデンサ素子２の陰極部５側の端面２ｂから２００μｍ程度内側に入り込んでいる。これにより、陰極部５同士の電気的な接続及び物理的な固定が確保されている。

さらに、図１及び図３に示すように、コンデンサ素子２の層間には、例えばエポキシ系樹脂などからなる非導電性接着部１４がそれぞれ形成されている。非導電性接着部１４は、図３に示すように、積層方向から見て、コンデンサ素子２の層間に入り込んだ導電性ペースト部１３に連続する端部領域Ｒに充填されている。端部領域Ｒにおいて、非導電性接着部１４は、コンデンサ素子２の幅方向の一端部から他端部にかけて隙間なく充填されている。したがって、コンデンサ素子２の層間への導電性ペースト部１３の入り込み量は、非導電性接着部１４に接する位置で規制されている。

また、非導電性接着部１４は、コンデンサ素子２の長手方向について、コンデンサ素子２の陰極部５側の端面２ｂから２００μｍ程度内側の位置から１ｍｍ程度の幅で形成されている。コンデンサ素子２の層間において、端部領域Ｒを除いた領域、すなわち、端面２ｂ側から見て非導電性接着部１４よりも奥側の領域には、陽極部４側の端面２ａに至る空隙Ｓが形成されている。

次に、上述した構成を有する固体電解コンデンサ１の製造方法について説明する。

固体電解コンデンサ１の製造にあたっては、まず、陽極部４、陰極部５、及びレジスト部が形成された複数のコンデンサ素子２を準備する（準備工程）。コンデンサ素子２の製造手法については、公知技術を適用可能であるため、詳細な説明は省略する。

次に、コンデンサ素子２における陰極部５側の端部に連続する端部領域Ｒに、非導電性接着剤２１をそれぞれ塗布する（充填材塗布工程）。端部領域Ｒは、図４に示すように、コンデンサ素子２の幅と等幅に、コンデンサ素子２の陰極部５側の端面２ｂから２００μｍ程度内側の位置から１ｍｍ程度にわたって設定されている。そして、非導電性接着剤２１を吐出するディスペンサ（不図示）を用いることにより、端面２ｂ側に向かって凸となる円弧状に非導電性接着剤２１を塗布する。このときの非導電性接着剤２１の幅は、例えば５００μｍ程度とする。

次に、非導電性接着剤２１を塗布したコンデンサ素子２を順次積層し、積層体３を得る（積層工程）。積層体３の最上層には、非導電性接着剤２１が塗布されてないコンデンサ素子２を積層する。積層体３の形成の後、コンデンサ素子２を所定の圧力で積層方向にプレスする（プレス工程）。これにより、コンデンサ素子２の端面２ｂ側に向かって凸となる円弧状に塗布された非導電性接着剤２１がコンデンサ素子２の層間において押し広げられ、端部領域Ｒにおいて、コンデンサ素子２の幅方向の一端部から他端部にかけて非導電性接着部１４が形成される。プレス時に非導電性接着剤２１がコンデンサ素子２の幅方向の一端部又は他端部からはみ出た場合には、適宜これを除去する。

プレス工程の後、金属部材１２を各コンデンサ素子２における陽極部４側の端面２ａに当接して固定し、コンデンサ素子２の陽極部４同士を電気的に接続する（陽極部接続工程）。金属部材１２の固定の際、積層方向から見て各コンデンサ素子２の端面２ａの位置がばらついている場合を考慮し、図５に示すように、金属部材１２の平面部分をコンデンサ素子２の端面２ａに対して所定の圧力で押し付ける。これにより、コンデンサ素子２の端面２ａの位置が上下で揃い、金属部材１２と各陽極部４とを密着させることができる。その後、金属部材１２側から溶接用のＹＡＧレーザ等を数点照射することにより、金属部材１２を各陽極部４に固定する。

続いて、各コンデンサ素子２の陰極部５側の端部を覆うように導電性ペースト部１３を形成し、コンデンサ素子２の陰極部５同士を電気的に接続する（陰極部接続工程）。導電性ペースト部１３の形成には、例えば浸漬法が用いられる。浸漬法では、図６に示すように、例えば銀ペーストで満たされたペースト浴２２を用意する。そして、コンデンサ素子２の積層体３を塗布装置（不図示）にセットし、陰極部５が下向きになるようにペースト浴２２の上方に配置する。そして、積層体３を下降させ、コンデンサ素子２における陰極部５側の端部をペースト浴２２に浸漬させた後、ペースト浴２２から引き上げる。

これにより、各コンデンサ素子２の陰極部５側の端部を覆うように導電性ペースト部１３が形成される。また、浸漬によってコンデンサ素子２の層間にも導電性ペースト部１３が入り込み、陰極部５同士が導電性ペースト部１３によってしっかりと接続される。コンデンサ素子２の層間への導電性ペーストの入り込み量は、端部領域Ｒに予め形成されている非導電性接着部１４によって規制される。

なお、１回の浸漬では、コンデンサ素子２の層間に導電性ペースト部１３が入り込むことによって導電性ペースト部１３の体積が不足し、各コンデンサ素子２の陰極部５側の端部において、コンデンサ素子２の層間の位置に対応して導電性ペースト部１３に凹部が生じることがある。この場合には、ペースト浴２２への積層体３の浸漬を複数回実施することにより、導電性ペースト部１３の平坦化が図られる。

以上説明したように、固体電解コンデンサ１では、コンデンサ素子２の層間への導電性ペースト部１３の入り込み量が非導電性接着部１４によって規制されるので、例えば浸漬法を実施する際に塗布装置の制御ばらつきが生じたとしても、製造される固体電解コンデンサ１間でのＥＳＲばらつきを低減できる。

また、コンデンサ素子２の層間への導電性ペースト部１３の入り込みを規制することで、積層されたコンデンサ素子２の角部に相当する部分２３（図１参照）で導電性ペースト部１３が肉厚となるため、低ＥＳＲ化が図られる。さらに、固体電解コンデンサ１では、コンデンサ素子２の層間において、端部領域Ｒを除いた領域が空隙Ｓとなっているので、金属部材１２をコンデンサ素子２の陽極部４に当接させる際の圧力がコンデンサ素子２の弾性によって逃げ易くなっている。したがって、コンデンサ素子２のクラックの発生を抑制でき、信頼性を確保できる。

また、固体電解コンデンサ１では、導電性ペースト部１３の入り込み量を規制する充填材として非導電性接着剤２１を用いている。充填材として導電性接着剤を用いる場合、この導電性接着剤と導電性ペーストとを合わせた導電部分の体積が製品ごとにばらつき易くなる。したがって、充填材として非導電性接着剤２１を用いることで、製造される固体電解コンデンサ１間でのＥＳＲばらつきを一層確実に低減できる。

また、本実施形態に係る固体電解コンデンサ１の製造方法では、充填材塗布工程において、コンデンサ素子２における陰極部５側の端面２ｂに向かって凸となる円弧状に非導電性接着剤２１を塗布している。これにより、プレス工程においてコンデンサ素子２に積層方向の圧力をかけたときに、非導電性接着剤２１がコンデンサ素子２の幅方向の一端部から他端部にかけてしっかりと押し広げられる。したがって、ペースト塗布工程において、コンデンサ素子２の層間への導電性ペースト部１３の入り込み量を確実に規制できる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上述した実施形態では、充填材塗布工程において、コンデンサ素子２における陰極部５側の端面２ｂに向かって凸となる円弧状に非導電性接着剤２１を塗布しているが、例えば図７に示すように、端部領域Ｒの中央付近を通るように、コンデンサ素子２の幅方向に沿って直線状に非導電性接着剤２５を塗布してもよい。

続いて、本発明に係る固体電解コンデンサの効果確認試験について説明する。

この効果確認試験は、コンデンサ素子の端部領域に充填材を設けた場合と設けない場合とで、製造された固体電解コンデンサのＥＳＲを測定したものである。実施例として、図４と同様に陰極部側の端面に向かって凸となる円弧状に非導電性接着剤を塗布したコンデンサ素子を積層・プレスし、コンデンサ素子の層間への導電性ペーストの入り込み量を規制する構造を設けたサンプルを用意した。また、比較例として、非導電性接着剤によるコンデンサ素子の層間への導電性ペーストの入り込み量を規制する構造を設けないサンプルを用意した。各サンプルは、８０個を１セットとし、比較例ではＡ，Ｂ，Ｃの３セット分の測定を実施し、実施例ではＡ，Ｂの２セット分の測定を実施した。

図８は、その試験結果を示す図である。同図に示すように、比較例Ａでは、各サンプルのＥＳＲの値は、４．９ｍΩから８．５ｍΩであり、ＥＳＲの平均値は６．３ｍΩであった。比較例Ｂでは、各サンプルのＥＳＲの値は、５．５ｍΩから８．１ｍΩであり、ＥＳＲの平均値は６．７ｍΩであった。比較例Ｃでは、各サンプルのＥＳＲの値は、６．１ｍΩから９．９ｍΩであり、ＥＳＲの平均値は７．９ｍΩであった。

これに対し、実施例Ａでは、各サンプルのＥＳＲの値は、４．０ｍΩから９．９ｍΩであり、ＥＳＲの平均値は５．０ｍΩであった。また、実施例Ｂでは、各サンプルのＥＳＲの値は、４．２ｍΩから６．４ｍΩであり、ＥＳＲの平均値は５．０ｍΩであった。この結果から、本発明のようにコンデンサ素子間に導電性ペーストの入り込み量を規制する充填材を設けることが、固体電解コンデンサの製品ごとのＥＳＲばらつきを低減させ、かつ低ＥＳＲ化を実現できることが確認できた。

本発明の一実施形態に係る固体電解コンデンサを示す断面図である。 コンデンサ素子の一部構造を詳細に示す拡大断面図である。 コンデンサ素子を積層方向から見た平面図である。 充填材塗布工程における非導電性接着剤の塗布方法を示す図である。 陽極部固定工程における金属部材の接合方法を示す図である。 ペースト塗布工程における導電性ペースト部の形成方法を示す図である。 充填材塗布工程における非導電性接着剤の塗布方法の変形例を示す図である。 本発明に係る固体電解コンデンサの効果確認試験の試験結果を示す図である。

符号の説明

１…固体電解コンデンサ、２…コンデンサ素子、４…陽極部、５…陰極部、１２…金属部材、１３…導電性ペースト部、１４…非導電性接着部、２１，２５…非導電性接着剤、Ｒ…端部領域、Ｓ…空隙。

Claims (6)

1. 陽極部と陰極部とを有するコンデンサ素子を複数積層してなる固体電解コンデンサであって、
   前記各コンデンサ素子の長手方向の一端部を覆うように設けられ、前記コンデンサ素子の前記陰極部同士を電気的に接続する導電性ペースト部と、
   前記各コンデンサ素子の長手方向の他端部に当接して固定され、前記コンデンサ素子の前記陽極部同士を電気的に接続する金属部材とを備え、
   前記コンデンサ素子間において、前記導電性ペースト部に連続する端部領域には、前記コンデンサ素子の幅方向の一端部から他端部にかけて充填材が充填され、前記端部領域を除いた領域には、空隙が形成されていることを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 前記充填材は、非導電性接着剤によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の固体電解コンデンサ。
3. 陽極部と陰極部とを有するコンデンサ素子を複数準備する準備工程と、
   前記コンデンサ素子における長手方向の一端部に連続する端部領域に、それぞれ充填材を塗布する充填材塗布工程と、
   前記充填材を塗布したコンデンサ素子を順次積層する積層工程と、
   前記コンデンサ素子を積層方向にプレスし、前記端部領域においてコンデンサ素子の幅方向の一端部から他端部にかけて前記充填材を充填させるプレス工程と、
   前記各コンデンサ素子の長手方向の他端部に金属部材を当接して固定し、前記コンデンサ素子の前記陽極部同士を電気的に接続する陽極部接続工程と、
   前記各コンデンサ素子の前記一端部を覆うように導電性ペースト部を形成し、前記コンデンサ素子の前記陰極部同士を電気的に接続する陰極部接続工程とを含むことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
4. 前記充填材塗布工程において、前記コンデンサ素子の幅方向に沿って直線状に前記充填材を塗布することを特徴とする請求項３記載の固体電解コンデンサの製造方法。
5. 前記充填材塗布工程において、前記コンデンサ素子の前記一端部側に凸となる円弧状に前記充填材を塗布することを特徴とする請求項３記載の固体電解コンデンサの製造方法。
6. 前記充填材として非導電性接着剤を用いることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項記載の固体電解コンデンサの製造方法。

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