JP2010098183A - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属部材とコンデンサ素子との強固な接合を実現し、かつ絶縁性樹脂の溶解に起因する接続不良の発生を抑制できる固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】固体電解コンデンサの製造方法では、コンデンサ素子２における陽極部４側の端部２ａ同士を繋ぐようにコンデンサ素子２間に充填材１５の第１の部分１５ａを充填させることにより、コンデンサ素子２の陽極側端部が補強される。したがって、コンデンサ素子２の積層体３を樹脂封止する際、樹脂の注入圧によって陽極部４と金属部材１２との接続が切断されることを防止でき、高い接続信頼性を確保できる。また、コンデンサ素子２における陽極部４側の端面２ｂに金属部材１２をレーザ溶接した後にコンデンサ素子２間に充填材１５を充填させているので、充填材１５がレーザ照射によって加熱されることはなく、充填材１５の溶解による接続不良も抑制できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、固体電解コンデンサの製造方法に関する。

固体電解コンデンサは、陽極部、陰極部、及びこれらを区切るレジスト層を有する箔状のコンデンサ素子を積層してなる積層体を有している。各コンデンサ素子の陽極部同士は、例えばコンデンサ素子の陽極部側端部に当接する金属部材によって互いに電気的に接続され、陰極部同士は、例えばコンデンサ素子の陰極部側端部を覆うように設けられた導電性ペースト部によって互いに電気的に接続される。

かかる固体電解コンデンサの従来例として、例えば特許文献１に記載の積層型固体電解コンデンサがある。この固体電解コンデンサでは、コンデンサ素子の層間において、陽極部側端部間に絶縁性部材が配置されており、積層時におけるコンデンサ素子の陽極部周辺の変形を抑制している。
特開２００５−７９４６３号公報

絶縁性部材を金属部材に接するようにコンデンサ素子の層間に介在させた場合、コンデンサ素子の陽極側端部が補強される。したがって、コンデンサ素子の積層体を樹脂封止する際、樹脂の注入圧によって陽極部と金属部材との接続が切断されることを有効に防止できると考えられる。一方、金属部材とコンデンサ素子との接合には、強固な接合が可能なレーザ溶接を用いることが好ましい。しかしながら、金属部材に接している絶縁性樹脂がレーザ照射時に加熱されて溶解し、接続不良を引き起こすおそれがあった。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、金属部材とコンデンサ素子との強固な接合を実現し、かつ絶縁性樹脂の溶解に起因する接続不良の発生を抑制できる固体電解コンデンサ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の製造方法は、陽極部と、陰極部と、陽極部及び陰極部を区分するレジスト層とを有するコンデンサ素子を複数用意し、コンデンサ素子を積層して積層体を形成する積層体形成工程と、コンデンサ素子における陽極部側の端面にレーザ溶接によって金属部材を接合し、陽極部同士を電気的に接続する陽極部接続工程と、コンデンサ素子における陽極部側の端部同士を繋ぐように、コンデンサ素子間に充填材を充填させる充填工程と、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、コンデンサ素子における陽極部側の端部同士を繋ぐようにコンデンサ素子間に充填材を充填させることにより、コンデンサ素子の陽極側端部が補強される。したがって、コンデンサ素子の積層体を樹脂封止する際、樹脂の注入圧によって陽極部と金属部材との接続が切断されることを防止でき、高い接続信頼性を確保できる。また、この固体電解コンデンサの製造方法では、コンデンサ素子における陽極部側の端面に金属部材をレーザ溶接した後にコンデンサ素子間に充填材を充填させているので、充填材がレーザ照射によって加熱されることはなく、充填材の溶解による接続不良も抑制できる。

また、充填工程において、金属部材に接するようにコンデンサ素子間に充填材を充填させることが好ましい。充填材が金属部材に接することで、コンデンサ素子の陽極側端部が更に補強され、陽極部と金属部材との接続信頼性を一層確保できる。

また、充填工程において、レジスト層の少なくとも一部同士を繋ぐようにコンデンサ素子間に充填材を充填させることが好ましい。充填材がレジスト層間を繋ぐように配置されることで、コンデンサ素子の陽極側端部が更に補強され、陽極部と金属部材との接続信頼性を一層確保できる。

また、金属部材は、コンデンサ素子における陽極部側の端面に当接する平面部分と、平面部分におけるコンデンサ素子の積層方向の上端部から最上層のコンデンサ素子における陽極部側に向かって張り出す第１の張出部分と、平面部分におけるコンデンサ素子の積層方向の下端部から最下層のコンデンサ素子における陽極部側に向かって張り出す第２の張出部分とを有し、充填工程において、最上層のコンデンサ素子における陽極部側の端部と第１の張出部分との間、及び最下層のコンデンサ素子における陽極部側の端部と第２の張出部分との間に充填材を充填させることが好ましい。これにより、コンデンサ素子の陽極側端部が更に補強され、陽極部と金属部材との接続信頼性を一層確保できる。

また、第１の張出部分及び第２の張出部分は、レジスト層の形成領域まで伸びており、充填工程において、最上層のコンデンサ素子におけるレジスト層の少なくとも一部と第１の張出部分との間、及び最下層のコンデンサ素子におけるレジスト層の少なくとも一部と第２の張出部分との間に充填材を充填させることが好ましい。コンデンサ素子の陽極側端部が更に補強され、陽極部と金属部材との接続信頼性を一層確保できる。

また、充填材として、非導電性の熱硬化樹脂を用いることが好ましい。この場合、コンデンサ素子の陰極部側に充填剤が到達した場合であっても、ショート不良の発生を防止できる。また、非導電性の熱硬化樹脂は、導電性フィラーを含有しない分、導電性の熱硬化樹脂と比べて粘度が低いため、コンデンサ素子の狭い層間への充填が容易となる。

本発明によれば、金属部材とコンデンサ素子との強固な接合を実現し、かつ絶縁性樹脂の溶解に起因する接続不良の発生を抑制できる

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製造方法を適用して製造され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、これらを区分するレジスト層６が設けられている。コンデンサ素子２の陽極部４側の端部２ａは、角部が矩形に切り欠かれており、積層体３の積層方向から見て凸状（図８参照）となっている。

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、所定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の一端側領域は、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及びレジスト層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１〜３μｍ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。

レジスト層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。レジスト層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、レジスト層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厚さ０．１ｍｍ程度の板状に形成されている。金属部材１２は、積層体３の積層方向の厚みよりも大きい長さを有する平面部分１２ａと、平面部分１２ａの上端部から側方に張り出す第１の張出部分１２ｂと、平面部分１２ｂの下端部から第１の張出部分１２ｂと同方向に張り出す第２の張出部分１２ｃとを備えている。金属部材１２の平面部分１２ａは、第１の張出部分１２ｂ及び第２の張出部分１２ｃが積層体３側を向くようにして、各コンデンサ素子２における陽極部４側の端面２ｂ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。

接合状態において、金属部材１２の第１の張出部分１２ｂは、最上層のコンデンサ素子２における陽極部４側に向かって張り出し、第１の張出部分１２ｂの先端は、レジスト層６の略中央部分に相当する位置まで伸びている。同様に、金属部材１２の第２の張出部分１２ｃは、最下層のコンデンサ素子２における陽極部４側に向かって張り出し、第２の張出部分１２ｃの先端は、レジスト層６の略中央部分に相当する位置まで伸びている。

一方、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−エポキシ系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、各コンデンサ素子２と金属部材１２との接合部分には、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂からなる充填材１５が充填されている。より具体的には、充填材１５は、図３に示すように、金属部材１２の平面部分１２ａ、第１の張出部分１２ｂ、及び第２の張出部分１２ｃで囲まれる領域内に充填されており、コンデンサ素子２の層間に介在する第１の部分１５ａと、最上層のコンデンサ素子２と第１の張出部分１２ｂとの間に介在する第２の部分１５ｂと、最下層のコンデンサ素子と第２の張出部分１２ｃとの間に介在する第３の部分１５ｃとを有している。

充填材１５の第１の部分１５ａは、コンデンサ素子２の陽極部４側の端部２ａ同士を上下に繋いでおり、第１の部分１５ａの一端側は、金属部材１２の平面部分１２ａに接した状態となっている。第１の部分１５ａの他端側は、コンデンサ素子２におけるレジスト層６の形成領域まで伸びており、レジスト層６における陽極部４側の端部同士を上下に繋いでいる。

充填材１５の第２の部分１５ｂは、最上層のコンデンサ素子２の陽極部４側の端部２ａと金属部材１２の第１の張出部分１２とを上下に繋いでおり、第２の部分１５ｂの一端側は、金属部材１２の平面部分１２ａに接した状態となっている。第２の部分１５ｂの他端側は、コンデンサ素子２におけるレジスト層６の形成領域まで伸びており、レジスト層６における陽極部４の端部と金属部材１２の第１の張出部分１２とを上下に繋いでいる。

充填材１５の第３の部分１５ｃは、最下層のコンデンサ素子２の陽極部４側の端部２ａと金属部材１２の第２の張出部分１２とを上下に繋いでおり、第３の部分１５ｃの一端側は、金属部材１２の平面部分１２ａに接した状態となっている。第３の部分１５ｃの他端側は、コンデンサ素子２におけるレジスト層６の形成領域まで伸びており、レジスト層６における陽極部４の端部と金属部材１２の第２の張出部分１２とを上下に繋いでいる。

続いて、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。

まず、アルミニウム基体７の大判２３を準備する。大判２３の両面は予め粗面化及び化成処理による酸化アルミニウム皮膜８の形成がなされており、陽極部４が形成されている。続いて、図４に示すように、アルミニウム基体７の大判２３を型で打ち抜くことにより、積層数に応じた短冊状のアルミニウム基体７を形成する。図４の形態において、短冊状のアルミニウム基体７は、所定の間隔をもって櫛歯状に並んでおり、アルミニウム基体７の基端側は、大判２３の本体部分２３ａに連結された状態となっている。次に、例えばスクリーン印刷法を用いることにより、図５に示すように、短冊状のアルミニウム基体７の基端側において、大判２３の本体部分２３ａから所定の間隔をあけた位置にレジスト層６を形成する。

レジスト層６を形成した後、図６に示すように、アルミニウム基体７を重合液２５に浸漬させ、重合液２５から引き上げた後に熱処理し、レジスト層６よりも先端側の表面に固体高分子電解質層９を形成する。次に、アルミニウム基体７を洗浄液に浸漬させて洗浄し、乾燥させる。その後、同様の要領で、アルミニウム基体７をグラファイトペースト及び銀ペーストに浸漬・乾燥させることにより、レジスト層６よりも先端側の表面に、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を含む陰極部５が形成される。

次に、図７に示すように、切断線Ｌに沿ってアルミニウム基体７の基端側を切断し、コンデンサ素子２を得る。切断線Ｌは、レジスト層６の形成領域よりも基端側でアルミニウム基体７の幅方向に伸び、角部がそれぞれ矩形に切り欠かれることにより、アルミニウム基体７の陽極部４側の端部２ａが凸状となるように設定されている。切断線Ｌに沿うアルミニウム基体７の切断は、レーザ切断によって実施することが好ましい。

次に、得られたコンデンサ素子２の向きを揃えて積層し、積層体３を得る。そして、コンデンサ素子２の陽極部４側の端部２ａを臨む端面２ｂに金属部材１２の平面部分１２ａを当接させ、金属部材１２側からレーザ照射を行うことにより、積層体３の積層方向に数点の溶接部１８を形成する。金属部材１２がコンデンサ素子２の端面２ｂに接合され、コンデンサ素子２の陽極部４同士が互いに電気的に接続される。この後、例えば浸漬法によってコンデンサ素子２における陰極部５側の端部２ｃ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同士を互いに電気的に接合する。

導電性ペースト部１３を形成した後、図８に示すように、例えばディスペンサ１９を積層体３の側面側に配置し、金属部材１２の平面部分１２ａ、第１の張出部分１２ｂ、及び第２の張出部分１２ｃで囲まれる領域内に充填材１５を供給する。充填材１５としては、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂であって、非加熱状態において例えば０．５Ｐａ・ｓ〜１０Ｐａ・ｓ程度の粘度を有するものが用いられる。なお、ディスペンサ１９を積層体３の上面側に配置し、積層体３の上側から充填剤１５を供給してもよい。

この後、積層体３を加熱することにより樹脂を硬化させ、コンデンサ素子２の陽極部４側の端部２ａ同士及びレジスト層６における陽極部４側の端部同士を上下に繋ぐ第１の部分１５ａと、最上層のコンデンサ素子２の陽極部４側の端部２ａ及びレジスト層６と金属部材１２の第１の張出部分１２とを上下に繋ぐ第２の部分１５ｂと、最下層のコンデンサ素子２の陽極部４側の端部２ａ及びレジスト層６と金属部材１２の第２の張出部分１２とを上下に繋ぐ第３の部分１５ｃとがそれぞれ形成される。これにより、図１に示した固体電解コンデンサ１が得られる。

以上説明したように、本実施形態に係る固体電解コンデンサの製造方法では、コンデンサ素子２における陽極部４側の端部２ａ同士を繋ぐようにコンデンサ素子２間に充填材１５の第１の部分１５ａを充填させることにより、コンデンサ素子２の陽極側端部が補強される。したがって、コンデンサ素子２の積層体３を樹脂封止する際、樹脂の注入圧によって陽極部４と金属部材１２との接続が切断されることを防止でき、高い接続信頼性を確保できる。また、コンデンサ素子２における陽極部４側の端面２ｂに金属部材１２をレーザ溶接した後にコンデンサ素子２間に充填材１５を充填させているので、充填材１５がレーザ照射によって加熱されることはなく、充填材１５の溶解による接続不良も抑制できる。

また、本実施形態では、金属部材１２は、平面部分１２ａの上端部からコンデンサ素子２側に張り出す第１の張出部分１２ｂと、平面部分１２ｂの下端部から第１の張出部分１２ｂと同方向に張り出す第２の張出部分１２ｃとを備えており、最上層のコンデンサ素子２の陽極部４側の端部２ａと金属部材１２の第１の張出部分１２との間、及び最下層のコンデンサ素子２の陽極部４側の端部２ａと金属部材１２の第２の張出部分１２との間にも、充填材１５の第２の部分１５ｂ及び第３の部分１５ｃを充填させている。

さらに、充填材１５の第１の部分１５ａ〜第３の部分１５ｃの一端は、金属部材１２の平面部分１２ａにそれぞれ接しており、かつ充填材１５の第１の部分１５ａ〜第３の部分１５ｃの他端は、レジスト層６の陽極部４側の端部まで伸びている。これにより、コンデンサ素子２の陽極側端部が更に補強され、陽極部４と金属部材１２との接続信頼性を一層確保できる。

また、本実施形態では、充填材１５として、非導電性の熱硬化樹脂を用いている。これにより、コンデンサ素子２の陰極部５側に充填剤１５が到達した場合であっても、ショート不良の発生を防止できる。また、非導電性の熱硬化樹脂は、導電性フィラーを含有しない分、導電性の熱硬化樹脂と比べて粘度が低いため、コンデンサ素子２の狭い層間への充填が容易となる。したがって、加熱前の熱硬化樹脂の流動性を利用して、所望の部位に充填材１５を充填できる。

本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法を適用して製造され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。 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。 コンデンサ素子と金属部材との接合部分を詳細に示す拡大断面図である。 本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法の一実施形態を示す図である。 図４の後続の工程を示す図である。 図５の後続の工程を示す図である。 図６の後続の工程を示す図である。 図７の後続の工程を示す図である。

符号の説明

１…固体電解コンデンサ、２…コンデンサ素子、２ａ…端部、２ｂ…端面、３…積層体、４…陽極部、５…陰極部、６…レジスト層、１２…金属部材、１２ａ…平面部分、１２ｂ…第１の張出部分、１２ｃ…第２の張出部分、１５…充填材。

Claims (6)

1. 陽極部と、陰極部と、前記陽極部及び前記陰極部を区分するレジスト層とを有するコンデンサ素子を複数用意し、前記コンデンサ素子を積層して積層体を形成する積層体形成工程と、
   前記コンデンサ素子における前記陽極部側の端面にレーザ溶接によって金属部材を接合し、前記陽極部同士を電気的に接続する陽極部接続工程と、
   前記コンデンサ素子における前記陽極部側の端部同士を繋ぐように、前記コンデンサ素子間に充填材を充填させる充填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。
2. 前記充填工程において、前記金属部材に接するように前記コンデンサ素子間に充填材を充填させ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の製造方法。
3. 前記充填工程において、前記レジスト層の少なくとも一部同士を繋ぐように前記コンデンサ素子間に充填材を充填させることを特徴とする請求項１又は２記載の固体電解コンデンサの製造方法。
4. 前記金属部材は、
   前記コンデンサ素子における前記陽極部側の端面に当接する平面部分と、
   前記平面部分における前記コンデンサ素子の積層方向の上端部から最上層のコンデンサ素子における前記陽極部側に向かって張り出す第１の張出部分と、
   前記平面部分における前記コンデンサ素子の積層方向の下端部から最下層のコンデンサ素子における前記陽極部側に向かって張り出す第２の張出部分とを有し、
   前記充填工程において、最上層のコンデンサ素子における前記陽極部側の端部と前記第１の張出部分との間、及び最下層のコンデンサ素子における前記陽極部側の端部と前記第２の張出部分との間に前記充填材を充填させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の固体電解コンデンサの製造方法。
5. 前記第１の張出部分及び前記第２の張出部分は、前記レジスト層の形成領域まで伸びており、
   前記充填工程において、前記最上層のコンデンサ素子における前記レジスト層の少なくとも一部と前記第１の張出部分との間、及び前記最下層のコンデンサ素子における前記レジスト層の少なくとも一部と前記第２の張出部分との間に前記充填材を充填させることを特徴とする請求項４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、非導電性の熱硬化樹脂を用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の固体電解コンデンサの製造方法。

Images