JP2010165909A - 電気化学セル及び電気化学セルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】時間をかけることなく効率良く製造されて低コスト化を図ることができるうえ、電界腐食の恐れがなく高品質化を図ること。
【解決手段】凹部の底面に貫通孔１５、１６が並設された容器本体２と、弁作用金属によって貫通孔の内周面に成膜された集電体３と、集電体が成膜された貫通孔を気密封止するアルミニウム製の充填材４と、凹部内を密閉状態に封止する封口板５と、密閉された凹部の底面上に固定されると共に集電体に導通する電極活物質６、７と、密閉された凹部内に充填され、電極活物質を浸漬させる非水電解液Ｗと、容器本体の下面に成膜され、集電体に導通する外部電極膜８、９と、を備えている電気化学セル１を提供する。
【選択図】図４

Description

本発明は、非水電解液二次電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学セル、これの製造方法に関するものである。

電気化学セルは、従来から携帯電話、ＰＤＡ、携帯用ゲーム機等の各種小型電子機器において、メモリのバックアップ用電源や時計機能のバックアップ用電源等として利用されている。この種の電気化学セルは、一般的に円盤状のボタンタイプが多用されている。しかしながら、ボタンタイプのものは、サイズ、保存日数の点で依然として改良の余地が残されている。
サイズの点について具体的に説明すると、近年の技術進歩に伴って直径が３ｍｍ〜４ｍｍ程度、厚みが１．１ｍｍ〜１．５ｍｍ程度まで小型化、薄型化されている。ところが、基板等に実装する場合には、通常リフロー半田付けを行うので、半田付け用の２つの端子をケースに設けておく必要がある。そのため、端子の分だけサイズがどうしても大きくなってしまい、さらなる小型化及び薄型化を図るには難しいものであった。

次に、保存日数の点について具体的に説明する。ボタンタイプのものは、通常ケースに対して蓋体をカシメによって封止している構造である。そのため、気密が万全とはいえず、湿気等により内部に水分等が侵入し易かった。その結果、長期間保存することが難しかった。

そこで、近年では上述した点を改良するべく、表面実装可能なチップ型の電気化学セルが開発されている（特許文献１参照）。
図２３に示すように、このタイプの電気化学セル１００は、ガラス、セラミックやセラミックガラス等から焼結によって作製された凹状容器１０１と、凹状容器１０１の内部を密閉する導電性の蓋体１０２とでチップ型に構成されている。蓋体１０２は、負極集電体として機能するものであり、金属リング１０３を介して凹状容器１０１に溶接されている。凹状容器１０１の内部には、非水電解液１０４が満たされていると共に、底面側から順に正極活物質１０５、セパレータ１０６、負極活物質１０７が収容されている。負極活物質１０７は、導電性接着剤１０８を介して蓋体１０２に接触しており、導通している。一方、正極活物質１０５は、導電性接着剤１０８を介して凹状容器１０１の内部に固定されている。

凹状容器１０１の底面には、導電性材料からなる２つの外部接続端子１１０、１１１が離間して形成されている。このうち一方の外部接続端子１１０は、凹状容器１０１の側面を伝って金属リング１０３まで延設するようにパターニングされており、金属リング１０３を介して蓋体１０２に導通している。つまり、一方の外部接続端子１１０は、負極活物質１０７に導通する端子となっている。

他方の外部接続端子１１１は、凹状容器１０１の内部に入り込むようにパターニングされており、凹状容器１０１の底面又は底面近くまで延設している。この延設している部分は、正極集電体１１１ａとして機能する。ところで、この正極集電体１１１ａと正極活物質１０５との間には、導電性材料からなる被覆部１１２が介在しており、被覆部１１２を介して正極集電体１１１ａと正極活物質１０５とが導通している。つまり、他方の外部接続端子１１１は、正極活物質１０５に導通する端子となっている。また、正極集電体１１１ａは、被覆部１１２によって保護されており、非水電解液１０４に直接触れないように設計されている。

このように構成されたチップ型の電気化学セル１００によれば、凹状容器１０１の底面に、負極活物質１０７に導通する外部接続端子１１０と、正極活物質１０５に導通する外部接続端子１１１とが形成されているので、表面実装が可能とされており、ボタンタイプのようにリフロー半田付け用の端子が不要である。そのため、ボタンタイプに比べて小型化、薄型化が図りやすく、今後の主流になるものと期待されている。
また、凹状容器１０１に対して蓋体１０２を溶接しているので、ボタンタイプに比べて遥かに気密性に優れている。そのため、保存日数を大幅に向上することができ、高品質化を図ることができる。この点においても、今後の主流になるものと期待されている。

特開２００５−２１００６４号公報

ところで、上述したチップ型の電気化学セル１００においては、外部接続端子１１１の一部を凹状容器１０１の底面又は底面近くまで延設する必要があるので、凹状容器１０１と同じタイミングで作製する必要がある。そのため、焼結温度（約１５００℃）に耐えられる導電性材料、例えば、タングステンを利用して外部接続端子１１１を形成せざるを得ない。
ところが、電気化学セル１００は、非水電解液１０４を収容している関係上、導電性材料の腐食性に注意を払う必要がある。この点、タングステン等の導電性材料は、電界腐食し易く、耐腐食性という点では劣っている。そのため、この点を補うために、耐腐食性に優れているアルミニウム等の弁作用金属を被覆部１１２に利用し、正極集電体１１１ａと正極活物質１０５との間に介在させている。

このように、従来のチップ型の電気化学セル１００を製造する際には、外部接続端子１１０、１１１のパターニングを考慮しながら凹状容器１０１を焼結する必要があるうえ、その後、弁作用金属を利用して被覆部１１２を形成する必要がある。従って、製造に手間がかかり、効率良く製造することが困難であった。
特に、正極集電体１１１ａの電界腐食を防ぐためには、被覆部１１２を利用して正極集電体１１１ａを確実に保護する必要がある。仮に、被覆部１１２に割れやピンホール等が発生してしまった場合には、非水電解液１０４の接触により正極集電体１１１ａが腐食してしまい、電気特性に悪影響を与えしまう。従って、安全を見て被覆部１１２を厚めに形成する必要がある。この点、特許文献１には、膜厚が３μｍ以下の場合には、ピンホールが発生する可能性が記載されている。また、同時に膜厚が１５μｍ以上にする場合には、蒸着に時間がかかり製造コスト上好ましくないとの記載もある。これらの点を考慮すると、被覆部１１２の膜厚は、３μｍよりも厚く、１５μｍよりも薄くすることが好ましい。

しかしながら、実際に凹状容器１０１の底面に被覆部１１２を形成する場合には、被覆部１１２の厚みとして１５μｍ以上の膜厚が要求される。これは、実際上、凹状容器１０１の表面は粗れが目立ち、ピンホールのない状態とするには１５μｍ以上の膜厚にせざるを得ないからである。従って、被覆部１１２の形成に時間がかかってしまい、製造コストの低減化を図ることが困難であった。

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、時間をかけることなく効率良く製造されて低コスト化を図ることができるうえ、電界腐食の恐れがなく高品質化されたチップ型の電気化学セル、及び、この電気化学セルの製造方法を提供する。

本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る電気化学セルは、凹み形成された凹部を有し、該凹部の底面に一対の貫通孔が間隔を開けて並設されたガラス製の容器本体と、弁作用金属によって前記一対の貫通孔の内周面に成膜された集電体と、前記集電体が成膜された前記一対の貫通孔内に充填され、一対の貫通孔を気密封止するアルミニウム製の充填材と、前記凹部の開口を塞ぐように前記容器本体に接合され、凹部内を密閉状態に封止する封口板と、前記一対の貫通孔に対向するように密閉された前記凹部の底面上に固定されると共に、前記集電体の一端側に導通する一対の電極活物質と、密閉された前記凹部内に充填され、前記一対の電極活物質を浸漬させる非水電解液と、導電性材料により前記容器本体の下面に電気的に切り離された状態で成膜され、前記集電体の他端側に導通する一対の外部電極膜と、を備えていることを特徴とする。

本発明に係る電気化学セルの製造方法は、ガラスウエハを利用して一度に複数の電気化学セルを製造する方法であって、前記ガラスウエハに複数の凹部を形成すると共に、各凹部の底面に間隔を開けて一対の貫通孔を並設した状態でそれぞれ形成するウエハ加工工程と、前記一対の貫通孔の内周面に弁作用金属を成膜して集電体を形成する集電体形成工程と、前記集電体が成膜された前記一対の貫通孔内にアルミニウムからなる塊状の孔埋材をセットすると共に、該孔埋材を溶融させた後に固化させることで一対の貫通孔を充填する充填材とし、該充填材によって一対の貫通孔を気密封止する封止工程と、前記ガラスウエハの下面に導電性材料を成膜して、前記集電体の他端側にそれぞれ導通すると共に、互いに電気的に切り離された一対の外部電極膜を形成する外部電極膜形成工程と、気密封止された前記一対の貫通孔に対向するように前記凹部の底面上に一対の電極活物質を固定すると共に、前記一対の貫通孔に成膜された前記集電体の一端側にそれぞれ導通させる固定工程と、前記凹部内に非水電解液を充填して前記一対の電極活物質を浸漬させると共に、凹部の開口を塞ぐように封口板を接合して凹部内を密閉状態に封止する充填接合工程と、前記固定工程及び前記充填接合工程を行う前段階又は後段階で、前記ガラスウエハを切断して複数の容器本体に個片化する切断工程と、を行うことを特徴とする。

この発明に係る電気化学セル及び電気化学セルの製造方法においては、まず、一枚のガラスウエハに複数の凹部を形成するウエハ加工工程を行う。この際、各凹部の底面に、間隔を開けて一対の貫通孔を並設した状態でそれぞれ形成しておく。この工程により、ガラスウエハには、一対の貫通孔が開けられた凹部が複数形成された状態となる。
続いて、複数の凹部にそれぞれ形成された一対の貫通孔の内周面に弁作用金属を成膜し、集電体を形成する集電体形成工程を行う。集電体を形成した後、一対の貫通孔を気密封止する封止工程を行う。この工程は、まず一対の貫通孔内にアルミニウムからなる塊状の孔埋材をセットする。続いて、この孔埋材を溶融させた後に固化させることで、一対の貫通孔を充填する充填材とする。特に、溶融させることで一対の貫通孔を完全に塞ぐので、確実に気密封止することができる。しかも、アルミニウムからなるので、集電体との相性も良く、確実に密着して高い気密性を期待することができる。この工程により、一対の貫通孔は隙間なく完全に埋まった状態となる。また、一対の貫通孔の内周面に成膜された集電体は、一端側が凹部の底面側に露出し、他端側がガラスウエハの下面側に露出した状態となっている。

続いて、ガラスウエハの下面に導電性材料を成膜して、一対の外部電極膜を形成する外部電極膜形成工程を行う。この際、互いに電気的に切り離された状態で、ガラスウエハの下面側に露出している集電体にそれぞれ導通するように一対の外部電極膜を形成する。これにより、一方の外部電極膜が一方の集電体に導通し、他方の外部電極膜が他方の集電体に導通した状態となる。

外部電極膜を形成した後、固定工程又は切断工程のいずれかの工程を行う。ここでは、先に固定工程を行う場合を説明する。
即ち、ガラスウエハに形成された複数の凹部内のそれぞれに、一対の電極活物質を固定する固定工程を行う。この際、凹部側に露出している集電体の一端側にそれぞれ導通するように、一対の電極活物質を凹部の底面上に固定する。これにより、一方の電極活物質が一方の集電体を介して一方の外部電極膜に導通し、他方の電極活物質が他方の集電体を介して他方の外部電極膜に導通した状態となる。

一対の電極活物質を固定した後、充填接合工程を行う。即ち、複数の凹部内に非水電解液を充填して固定した一対の電極活物質を浸漬させると共に、凹部の開口を塞ぐように封口板を接合して凹部内を密閉状態に封止する。これにより、一対の電極活物質及び非水電解液を凹部内に確実に閉じ込めて、気密封止することができる。
そして、最後にガラスウエハを切断して、複数の容器本体に個片化する切断工程を行う。これにより、１枚のガラスウエハからチップ型の電気化学セルを一度に複数製造することができる。

なお、固定工程前に切断工程を行う場合には、外部電極膜が形成された時点でガラスウエハを切断し、複数の容器本体に個片化する。そして、個片化した各容器本体の凹部内に一対の電極活物質を固定する固定工程を行い、その後、非水電解液の充填と封口板の接合とを行う充填接合工程を行う。この場合も同様に、１枚のガラスウエハからチップ型の電気化学セルを一度に複数製造することができる。

特に、本発明に係る製造方法によれば、１枚のガラスウエハから一度に複数の電気化学セルを製造できるので、非常に効率良く製造することが可能であり、電気化学セルの低コスト化を図ることができる。しかも、従来のように、容器本体の内部に入り込むように集電体を形成する必要がなく、一対の貫通孔の内周面に単に成膜するだけで済む。従って、製造が容易であり、この点においても製造効率の向上化に繋げることができる。
また、集電体は、弁作用金属であるので、一対の電極活物質に導通する一端側が非水電解液に触れたとしても電界腐食の恐れがない。よって、電気特性に何ら影響を与えることなく、電気化学セルの高品質化を図ることができる。なお、充填材に関しても、アルミニウム製であるので電界腐食の恐れがない。よって、電界腐食によって気密封止が損なわれる恐れがない。

更に、集電体は、正極集電体を保護する役割を担っていた従来の被膜部とは違うので、膜厚を必要以上に厚くする必要がなく、数μｍ程度で十分である。従って、短時間で容易に成膜することができ、集電体形成工程に費やす時間を極力短くすることができる。この点、全体の製造時間の短縮に非常に貢献することができ、やはり製造効率の向上化に繋げることができる。

また、一対の貫通孔が充填材で確実に気密封止されているうえ、凹部の開口は封口板の接合によってやはり確実に封止されている。つまり、一対の電極活物質及び非水電解液が収容されている凹部内は、確実に気密封止されている。従って、この電気化学セルは、耐久性に優れており、長期的な保存が可能である。
更に、一対の電極活物質は、凹部の底面上に横に並んだ状態で固定されている。よって、厚さ方向に並ぶ場合よりも、遥かに薄型化を図ることができる。

本発明に係る電気化学セルは、上記本発明の電気化学セルにおいて、前記集電体が、前記凹部の底面側及び前記容器本体の下面側に延出するように形成されていることを特徴とする。

本発明に係る電気化学セルの製造方法は、上記本発明の電気化学セルの製造方法において、前記集電体形成工程の際、前記凹部の底面側及び前記ガラスウエハの下面側に前記集電体が延出するように前記弁作用金属を成膜することを特徴とする。

この発明に係る電気化学セル及び電気化学セルの製造方法においては、集電体が一対の貫通孔の内周面だけでなく、凹部の底面側とガラスウエハの下面側（容器本体の下面側）とに延出するように形成されている。そのため、電極活物質及び外部電極膜に対して集電体をより広範囲に接触させることができ、導通性をより確実なものにすることができる。

本発明に係る電気化学セルは、上記本発明の電気化学セルにおいて、前記集電体が、アルミニウム又はチタンからなることを特徴とする。

本発明に係る電気化学セルの製造方法は、上記本発明の電気化学セルの製造方法において、前記集電体形成工程の際、前記弁作用金属としてアルミニウム又はチタンを利用することを特徴とする。

この発明に係る電気化学セル及び電気化学セルの製造方法においては、集電体がアルミニウム又はチタンの成膜によって形成されている。これらアルミニウム又はチタンは、成膜に適したものであるので、より短時間で集電体を形成することができるうえ、膜剥がれ等を防止することができる。従って、さらなる製造効率の向上化、品質の向上化に繋げることができる。更に、アルミニウム又はチタンは、弁作用金属として優れているので、耐腐食性をより高めることができる。

本発明に係る電気化学セルは、上記本発明の電気化学セルにおいて、前記凹部の底面には、前記一対の貫通孔の間を横切るように凸条部が形成され、前記一対の電極活物質が、前記凸条部によって直接的な接触が規制されていることを特徴とする。

本発明に係る電気化学セルの製造方法は、上記本発明の電気化学セルの製造方法において、前記ウエハ加工工程の際、前記凹部の底面上に、前記一対の電極活物質が互いに直接的に干渉することを規制する凸条部を前記一対の貫通孔の間を横切るように形成することを特徴とする。

この発明に係る電気化学セル及び電気化学セルの製造方法においては、ウエハ加工工程の際、凹部の底面上に凸条部を形成する。この際、間隔を開けて並設された一対の貫通孔の間を横切るように凸条部を形成する。これにより、この後に固定される一対の電極活物質は、凸条部を間にして左右に隔離配置される。よって、一対の電極活物質が、直接的に接触して電気的にショートし難い。従って、より安全で高品質な電気化学セルとすることができる。

本発明に係る電気化学セルは、上記本発明の電気化学セルにおいて、前記一対の電極活物質と前記封口板との間には、前記非水電解液が含浸された板状の含浸材が設けられていることを特徴とする。

本発明に係る電気化学セルの製造方法は、上記本発明の電気化学セルの製造方法において、前記充填接合工程の際、前記非水電解液を含浸する板状の含浸材を前記一対の電極活物質と前記封口板との間に挟み込ませた状態で、封口板を接合することを特徴とする。

この発明に係る電気化学セル及び電気化学セルの製造方法においては、一対の電極活物質と封口板との間に、非水電解液が含浸された板状の含浸材が挟み込まれているので、非水電解液を凹部内でより安定させた状態にすることができる。従って、安定した性能特性を得ることができる。また、非水電解液を凹部内に充填する際、含浸材が非水電解液を積極的に凹部内に引き込むので、短時間で速やかに凹部内に非水電解液を充填できる。よって、充填接合工程をより短時間で終わらせることができる。

本発明に係る電気化学セルは、上記本発明の電気化学セルにおいて、前記容器本体には、前記封口板を位置決めさせる段差部が前記凹部の内周面に亘って形成されていることを特徴とする。

本発明に係る電気化学セルの製造方法は、上記本発明の電気化学セルの製造方法において、前記ウエハ加工工程の際、前記封口板を位置決めさせる段差部を前記凹部の内周面に亘って形成することを特徴とする。

この発明に係る電気化学セル及び電気化学セルの製造方法においては、封口板を接合する際に、段差部を利用して封口板を位置決めすることができる。従って、封口板の位置ずれを防止した状態で接合でき、凹部内を確実に気密封止することができる。また、接合前に封口板が安定するので、封口板の接合作業が行い易くなる。

本発明に係る電気化学セルは、上記本発明の電気化学セルにおいて、前記封口板上には、封口板を封止する耐腐食性の封止材が設けられていることを特徴とする。

本発明に係る電気化学セルの製造方法は、上記本発明の電気化学セルの製造方法において、前記充填接合工程後、耐腐食性の封止材を利用して前記封口板をさらに封止することを特徴とする。

この発明に係る電気化学セル及び電気化学セルの製造方法においては、封止材によって封口板がさらに封止されているので、凹部内の気密性をさらに確実なものとすることができる。従って、耐久性をさらに高めることができ、より長期的な保存が可能となる。

本発明に係る電気化学セルは、上記本発明の電気化学セルにおいて、前記封口板が、前記容器本体と熱膨張係数が略同一の材料からなり、接着剤により接合されていることを特徴とする。

本発明に係る電気化学セルの製造方法は、上記本発明の電気化学セルの製造方法において、前記充填接合工程の際、前記封口板として前記ガラスウエハと熱膨張係数が略同一の材料からなる封口板を利用し、該封口板を接着剤により接合することを特徴とする。

この発明に係る電気化学セル及び電気化学セルの製造方法においては、接着剤を利用して封口板を強固に接合するので、凹部内をより確実に気密封止することができる。特に、封口板は、容器本体となるガラスウエハと熱膨張係数が略同一であるので、接合時に接着剤を乾燥させるために加熱したとしても、熱膨張率の違いにより割れや歪等が発生することを抑制することができる。更には、製品完成後に、周囲の環境温度が過度に変化したとしても、やはり熱膨張率の違いに起因する割れや歪等が発生することを抑制することができる。従って、品質信頼性をより高めることができる。

本発明に係る電気化学セルは、上記本発明の電気化学セルにおいて、前記封口板が、絶縁性の板材であることを特徴とする。

本発明に係る電気化学セルの製造方法は、上記本発明の電気化学セルの製造方法において、前記充填接合工程の際、前記封口板として絶縁性の封口板を利用することを特徴とする。

この発明に係る電気化学セル及び電気化学セルの製造方法においては、封口板が絶縁性でるので、万が一衝撃等によって一対の電極活物質が封口板に接触してしまったとしても、封口板を介して電気的にショートしまうことを防止することができる。従って、より安全で高品質な電気化学セルとすることができる。

本発明に係る電気化学セルの製造方法は、上記本発明の電気化学セルの製造方法において、前記封止工程の際、前記孔埋材にレーザ光を照射することで溶融させることを特徴とする。

この発明に係る電気化学セルの製造方法においては、孔埋材が、融点が低いアルミニウムであるので、封止工程の際、レーザ光を照射することで容易に加熱して溶融させることができる。従って、短時間で効率良く充填材にすることができ、生産効率をより高めることができる。

本発明に係る電気化学セルの製造方法は、上記本発明の電気化学セルの製造方法において、前記充填接合工程が、前記封口板に前記非水電解液を注入するための注入孔を予め形成しておく注入孔形成工程と、前記注入孔が形成された前記封口板を接合する接合工程と、前記注入孔から前記非水電解液を注入して前記凹部内に充填させ、前記一対の電極活物質を浸漬させる注入工程と、前記注入孔を塞いで、前記非水電解液が充填された前記凹部内を密閉状態に封止する塞ぎ工程と、を備えていることを特徴とする。

この発明に係る電気化学セルの製造方法においては、充填接合工程の際、まず、接合前の段階で封口板に注入孔を予め形成する注入孔形成工程を行う。そして、注入孔が形成された封口板を接合する接合工程を行う。続いて、接合した封口板の注入孔から、非水電解液を凹部内に注入して充填させ、一対の電極活物質を浸漬させる注入工程を行う。最後に、注入孔を塞いで、凹部内を密閉状態に完全に封止する塞ぎ工程を行う。
上述したように、封口板を接合した後に非水電解液を注入できるので、非水電解液が零れたり、周囲に飛散したりするような可能性を低減することができる。よって、充填接合工程をより容易に行うことができると共に、電気化学セルの高品質化に繋げることができる。

本発明に係る電気化学セルによれば、電界腐食の恐れがなく高品質化を図ることができるうえ、従来よりも遥かに薄型化を図ることができる。
また、本発明に係る電気化学セルの製造方法によれば、上記電気化学セルを、１枚のガラスウエハから時間をかけることなく一度に効率良く製造することができ、低コスト化を図ることができる。

本発明に係る電気化学セルの一実施形態を示す上面図である。 図１に示す電気化学セルの側面図である。 図１に示す電気化学セルの下面図である。 図１に示す電気化学セルの断面矢視Ａ−Ａ図である。 図１に示す電気化学セルから、封止材、封口板、含浸材を取り外した状態を示す図である。 図１に示す電気化学セルを構成する容器本体の断面図である。 図１に示す電気化学セルを製造する際のフローチャートである。 図７に示すフローチャートに沿って図１に示す電気化学セルを製造する際の一工程であって、ガラスウエハの斜視図である。 図８に示すガラスウエハを加工して複数の凹部を形成した状態を示す斜視図である。 図９に示すガラスウエハの一部拡大図である。 図９に示す状態の後、凹部の貫通孔に弁作用金属を成膜して集電体を形成した状態を示す断面図である。 図１１に示す状態の後、ガラスウエハを加工容器内に投入すると共に、集電体が形成された貫通孔内に孔埋材をセットする状態を示す断面図である。 図１２に示す状態の後、ガラスウエハに向けてレーザ光を照射し、孔埋材を加熱により溶融している状態を示す断面図である。 図１３に示す状態の後、ガラスウエハの下面に外部電極膜を形成した状態を示す断面図である。 図１４に示す状態の後、充填材で気密封止された貫通孔上に電極活物質を固定した状態を示す断面図である。 図１５に示す状態の後、非水電解液の注入と含浸材のセットとを行った後、封口板で気密封止した状態を示す断面図である。 図１６に示す状態の後、封止材で封口板をさらに封止した状態を示す断面図である。 本発明に係る電気化学セルの製造方法の変形例を示すフローチャートである。 本発明に係る電気化学セルの製造方法において、充填接合工程を行う際の変形例を示すフローチャートである。 図１９に示すフローチャートに沿って充填接合工程を行う際の一工程を示す図であって、封口板に注入孔を形成した状態を示す図である。 図２０に示す状態の後、注入孔が形成された封口板を容器本体に接合した状態を示す図である。 図２１に示す状態の後、注入孔を介して非水電解液を注入している状態を示す図である。 従来の電気化学セルの一例を示す断面図である。

以下、本発明に係る一実施形態を、図１から図１７を参照して説明する。なお、本実施形成では、電気化学セルの一例として、電気二重層キャパシタを例に挙げて説明する。
本実施形態の電気二重層キャパシタ１は、図１から図３に示すように、外観が略直方体のチップ形状とされた表面実装型タイプのキャパシタである。サイズの一例としては、長辺Ｌが約１ｍｍ〜２ｍｍ、短辺Ｗが約０．６ｍｍ〜１．６ｍｍ、高さＨが約０．６ｍｍ〜０．９ｍｍであり、非常に小型で薄型に設計されている。
この電気二重層キャパシタ１は、例えば、回路基板の半田が印刷された端子パターン上に載置した後、リフロー処理等を行うことで表面実装されるようになっている。

以下、電気二重層キャパシタ１の構成について、詳細に説明する。
この電気二重層キャパシタ１は、図４に示すように、ガラス製の容器本体２と、集電体３と、充填材４と、封口板５と、一対の電極活物質６、７と、非水電解液Ｗと、一対の外部電極膜８、９と、で主に構成されている。なお、図４は、図１に示す電気二重層キャパシタ１の断面矢視Ａ−Ａ図である。

容器本体２は、図４から図６に示すように、ソーダライムガラスによって略直方体状に形成されており、上面には凹み形成によって上方に開口した凹部１０が形成されている。なお、図５は、後述する封止材１８、封口板５及び含浸材１９を取り外した状態での電気二重層キャパシタ１の上面図であり、図６は、容器本体２の断面図である。
凹部１０は、後述する型のプレスによる熱成形によって形成されたものであり、下方に向かって漸次開口面積が小さくなる断面テーパ状に形成されている。つまり、凹部１０の内周面は、垂直面から略２０度程度傾斜した傾斜面となっている。

凹部１０の底面には、一対の貫通孔１５、１６が間隔を開けて左右に並ぶように形成されている。これら一対の貫通孔１５、１６は、凹部１０と同様に型のプレスによる熱成形によって形成されたものであり、下方に向かって漸次縮径する断面テーパ状に形成されている。この際、一対の貫通孔１５、１６は、深さＤが略０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ程度、容器本体２の下面側に露出する径φが略０．３ｍｍ程度となるように形成されている。

また、容器本体２には、封口板５を位置決めさせるための段差部２ａが凹部１０の内周面に亘って形成されている。これにより、傾斜面である凹部１０の内周面は、段差部２ａを境として第１の傾斜面（底面側）２ｂと第２の傾斜面（開口側）２ｃとに分かれるように設計されている。
ところで、凹部１０の底面には、一対の貫通孔１５、１６の間を横切るように上方に膨出した凸条部１７が形成されている。この凸条部１７は、断面台形状とされ、容器本体２の短手方向（図５に示す矢印Ｌ方向）に沿って真っ直ぐ土手状に形成されている。この凸条部１７によって、凹部１０の底面は、長手方向に２つ区分けされた状態となっている。

上記集電体３は、弁作用金属によって一対の貫通孔１５、１６の内周面に成膜された電極膜である。本実施形態の集電体３は、アルミニウムを０．５μｍ〜３μｍの膜厚で成膜した薄膜の電極膜とされている。また、この集電体３は、貫通孔１５、１６の内周面だけでなく、凹部１０の底面側と容器本体２の下面側とに若干延出するように形成されている。これにより、集電体３は、一対の電極活物質６、７と一対の外部電極膜８、９とに対してそれぞれ広範囲に接触して、導通性が確実に確保されるようになっている。

上記充填材４は、集電体３が成膜された一対の貫通孔１５、１６内に充填され、一対の貫通孔１５、１６を気密封止している。この充填材４は、後述する孔埋材（アルミニウムの塊状）４ａを溶融させた後に固化したものであって、集電体３に良好に密着して一対の貫通孔１５、１６を確実に気密封止している。

上記封口板５は、平面視長方形状の板材であり、凹部１０の開口を塞ぐように容器本体２に接合され、凹部１０内を密閉状態に封止している。具体的には、凹部１０の内周面に形成された段差部２ａ上に載って位置決めがされた状態で、絶縁性の接着剤Ｍ１によって接合されている。この際、接着剤Ｍ１は、封口板５と段差部２ａとの間、及び、封口板５と第２の傾斜面２ｃとの間に入り込んでいるので、凹部１０内は確実に封止された状態となっている。しかも、封口板５は、段差部２ａ上に載って位置決めされているので、凹部１０の底面に対して平行で、且つ、一定の距離を保った状態で接合されている。つまり、封口板５は、接合位置や傾き等の姿勢が常に最適な状態となったうえで接合されている。

ところで、本実施形態の封口板５は、ニッケルを５０％含む合金で、３０℃〜３８０℃間の平均熱膨張係数が９．４〜１０ｐｐｍのニッケル鉄合金で形成されており、ソーダライムガラスと熱膨張係数が近似（略同一）している。そのため、接着剤Ｍ１を乾燥させるために接合時に仮に加熱をしたとしても、熱膨張率の違いに起因する割れや歪等が容器本体２に生じ難くなっている。この点は、製品完成時に周囲の温度環境が変化した場合も同様の効果を期待することができる。
しかも、封口板５は、熱酸化処理により表面に酸化膜が形成された絶縁性の板材とされている。なお、封口板５の厚みとしては、５０μｍ〜１００μｍ程度であるが、ニッケル鉄合金の金属であるので、割れ等が生じ難く、取り扱いに優れている。

また、凹部１０内を封止しているこの封口板５は、耐腐食性の封止材１８によってさらに封止されている。この封止材１８は、封口板５を覆うように塗布されたポッティング用樹脂が熱硬化したものであり、封口板５及び第２の傾斜面２ｃに対して強固に固着されている。

上記一対の電極活物質６、７は、例えば、活性炭（フェノール樹脂による活性炭とヤシガラによる活性炭との組み合わせ）を導電性材料からなるバインダを利用して円筒状に形成されたものであり、導電性接着剤Ｍ２によって一対の貫通孔１５、１６に対向するように凹部１０の底面上に固定されている。この際、一対の電極活物質６、７は、それぞれ集電体３の一端側に電気的に接続されており、導通した状態となっている。つまり、一方の電極活物質６は一方の集電体３に導通し、他方の電極活物質７は他方の集電体３に導通している。
また、これら一対の電極活物質６、７は、凸条部１７を間にして左右に隔離配置された状態となっている。そのため、一対の電極活物質６、７は、直接的な接触が規制されており、衝撃等を受けたとしても接触して電気的にショートがし難いように設計されている。

上記非水電解液Ｗは、予め水を除去した有機溶媒であり、封口板５によって密閉された凹部１０内に充填されており、一対の電極活物質６、７を浸漬させている。ところで、一対の電極活物質６、７と封口板５との間には、非水電解液Ｗが含浸された板状の含浸材１９が設けられている。より具体的には、含浸材１９は、一対の電極活物質６、７と封口板５との間に挟み込まれた状態で設けられている。非水電解液Ｗは、この含浸材１９によって落ち着いて安定した状態となっている。

上記一対の外部電極膜８、９は、導電性材料により容器本体２の下面に電気的に切り離された状態で成膜され、集電体３の他端側に導通する電極膜である。よって、一方の外部電極膜８が一方の集電体３を介して一方の電極活物質６に導通し、他方の外部電極膜９が他方の集電体３を介して他方の電極活物質７に導通している。そして、実装する際には、これら一対の外部電極膜８、９が回路基板側の端子パターン上に載った状態でリフロー処理することで、表面実装が可能とされている。
これら一対の外部電極膜８、９は、単一金属による単層の電極膜でも構わないし、異なる金属層が積層した電極膜でも構わない。積層する場合には、例えば、クロムと金とが２層に積層された電極膜、ニッケルクロムと金とが２層に積層された電極膜、クロムとパナジウムと金とが３層に積層された電極膜等である。

このように構成された電気二重層キャパシタ１によれば、一対の外部電極膜８、９を介して電圧が印加されると、非水電解液Ｗ中の陽イオンと陰イオンとが一対の電極活物質６、７の表面において電気二重層を構成するので、電荷が蓄積されて電流が流れるようになっている。
この電気二重層キャパシタ１は、主に携帯電話、ＩＣカード、コードレス電話、デジタルスチルカメラ、ＰＤＡ、携帯用ゲーム機等のメモリや時計機能の電源バックアップとして好適である。

次に、上述したように構成された電気二重層キャパシタ１を製造する製造方法について、図７に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。
本実施形態の製造方法は、図８に示すガラスウエハ２０を利用して、一度に複数の電気二重層キャパシタ１を製造する方法であって、ウエハ加工工程（Ｓ１）と、集電体形成工程（Ｓ２）と、封止工程（Ｓ３）と、外部電極膜形成工程（Ｓ４）と、固定工程（Ｓ５）と、充填接合工程（Ｓ６）と、切断工程（Ｓ７）と、を主に備えている。これら各工程について、詳細に説明する。

はじめに、ガラスウエハ２０に複数の凹部１０をメッシュ状に形成すると共に、各凹部１０の底面に間隔を開けて一対の貫通孔１５、１６を並設した状態でそれぞれ形成するウエハ加工工程（Ｓ１）を行う。
具体的には、まず図８に示すように、ソーダライムガラスからなるガラスウエハ２０を用意する。次に、このガラスウエハ２０を約１０００℃程度まで加熱した後、ガラスウエハ２０と熱膨張係数が近似するセラミックス材料からなる図示しない型によりガラスウエハ２０をプレスして熱成形する。これにより、図９及び図１０に示すように、ガラスウエハ２０に複数の凹部１０をメッシュ状に一度に形成することができる。この際、凹部１０だけでなく、型を利用して同時に、段差部２ａ、一対の貫通孔１５、１６及び凸条部１７を形成する。

なお、本実施形態では、プレス後に型をガラスウエハ２０から円滑に離型させるために、略２０度のテーパ角度がついた突起部を有する型を利用する。そのため、凹部１０及び一対の貫通孔１５、１６は、自然と断面テーパ状に形成されるようになっている。ところで、各図には明確に図示していないが、容器本体２の角部は意図的にＲ部を設けるのが好ましい。これは、型の耐久性（長寿命化）の点で、重要な点である。本実施形態では、容器本体２の下面側に露出する貫通孔１５、１６の径φが約０．３ｍｍであるので、型の突起部の径を極めて細くする必要がある。そのため、突起部の根元は、とくに折損し易い。よって、この折損を防ぐ意味でも、Ｒ部を設けることが好ましい。

なお、図１０に示す点線は、後にガラスウエハ２０を切断して容器本体２に個片化するための切断線Ｌ１、Ｌ２である。このうち切断線Ｌ１は容器本体２の長辺方向に並ぶ切断線であり、切断線Ｌ２は短辺方向に並ぶ切断線である。本実施形態では、切断代が“０”で凹部１０が隣接するように複数形成している。これは、切断代が“０”であっても、各切断線Ｌ１、Ｌ２に沿って切断することが可能だからである。この点は、後の切断工程（Ｓ７）の際に説明する。
また、容器本体２のサイズを、長辺が２ｍｍ、短辺が１．６ｍｍに想定した場合には、直径３インチのガラスウエハ２０に対して約１２００個の凹部１０をメッシュ状に形成することが可能である。但し、図９及び図１０では、図面を見易くするために、凹部１０を大きく図示し、数を省略して図示している。

以上によりウエハ加工工程（Ｓ１）が終了する。続いて、集電体形成工程（Ｓ２）に移行する前に、熱成形したガラスウエハ２０をラッピングして粗加工した後、加工変質層をエッチングで取り除き、その後ポリッシュ等の鏡面研磨加工を行って、約０．６ｍｍの厚みに調整する。

そして、ガラスウエハ２０に洗浄等の適切な処理を施した後、一対の貫通孔１５、１６の内周面に弁作用金属であるアルミニウムを約１μｍ〜２μｍ成膜して集電体３を形成する集電体形成工程（Ｓ２）を行う。具体的には、一対の貫通孔１５、１６だけが露出するように図示しないメタルマスクでガラスウエハ２０を両面マスクする。この際、一対の貫通孔１５、１６周辺の凹部１０の底面と、ガラスウエハ２０の下面とが若干露出するようにマスクする。
マスクが終了した後、蒸着法等によりマスクされていない部分にアルミニウムを成膜する。これにより、図１１に示すように、一対の貫通孔１５、１６の内周面にアルミニウムが成膜した集電体３を形成することができる。しかも、凹部１０の底面側とガラスウエハ２０の下面側に延出した状態で集電体３を形成することができる。

なお、集電体３を形成する際、まず、下地層としてクロム層を約０．２μｍ形成した後にアルミニウム膜を形成することが好ましい。このように下地層を形成することで、アルミニウム膜をソーダライムガラスからなるガラスウエハ２０に対してより密着性良く形成することができる。従って、膜剥がれ等の可能性をより低減することができる。なお、下地層としては、クロム層以外にチタン層でも良く、同様の効果を得ることができる。

次いで、集電体３が形成された一対の貫通孔１５、１６を充填材４により気密封止する封止工程（Ｓ３）を行う。具体的には、まず、図１２に示すように、加工容器３０を準備する。この加工容器３０は、内部にガラスウエハ２０を収容可能とされ、上部が開口した真空チャンバー３１と、レーザ光Ｒに対して透過性を有する材料（石英等）からなり、Ｏリング３２を介して真空チャンバー３１の開口を塞ぐ蓋部３３と、真空チャンバー３１内を真空排気させる排気ポート３４と、収容したガラスウエハ２０を加熱する加熱手段３５と、で主に構成されている。
なお、図１２では、ガラスウエハ２０を拡大した状態で図示している。

続いて、ガラスウエハ２０を真空チャンバー３１内に収容すると共に、集電体３が形成された一対の貫通孔１５、１６内にアルミニウムからなる孔埋材４ａをセットする。この際、孔埋材４ａは、一対の貫通孔１５、１６の形状に倣うように円錐状に予め形成されている。
続いて、排気ポート３４を利用して内部を真空排気しながら或いは減圧した状態で、図１３に示すように、レーザ光Ｒをガラスウエハ２０に向けて照射する。すると、このレーザ光Ｒは、蓋部３３を透過して孔埋材４ａを加熱する。これにより、孔埋材４ａは溶融され、一対の貫通孔１５、１６を隙間なく埋める。そして、溶融した孔埋材４ａは、レーザ光Ｒの照射後に固化した状態となり、一対の貫通孔１５、１６内に気密に埋め込まれた充填材４となる。特に、溶融させることで一対の貫通孔１５、１６を完全に塞ぐので、確実に気密封止することができる。しかも、アルミニウムからなるので、集電体３との相性も良く確実に密着して高い気密性を期待することができる。

なお、本実施形態では、孔埋材４ａを円錐状としたが、この形状に限定されるものではない。円錐状の場合には、事前の加工が難しいと予想される。そのため、単純な球状や円筒状であっても構わない。但し、これらの場合には、孔埋材４ａを貫通孔１５、１６から落下しない大きさにする必要がある。また、孔埋材４ａの形状としては、好ましくは貫通孔１５、１６の形状に倣った円錐状である。こうすることで、間に隙間を開けることなく孔埋材４ａを貫通孔１５、１６内にセットすることができ、溶融時に密着性をより高めることができる。
また、アルミニウムは、純度が９９％以上の純アルミニウムが好ましい。これは、マグネシウム等の不純物が少なく、凝固割れ等の発生を抑制することができるからである。

また、照射するレーザ光Ｒとしては、例えば、波長が１０６３ｎｍのＹＡＧレーザである。この際、出力としては、４００Ｗ〜１．５ＫＷ程度で十分である。但し、アルミニウムは、ＹＡＧレーザに対して高反射材料であるため、高出力のレーザーパワーの方が有利であるが、いわゆるアルミニウムの爆発現象（溶融後に一気に反射率が低下して、ＹＡＧレーザに対する吸収率が上昇し、アルミニウムが爆発したように溶融する）を防ぐために、レーザ光Ｒの波形を制御して照射することが好ましい。

また、加熱手段３５は、レーザ光Ｒの照射時にガラスウエハ２０全体を加熱することで、アルミニウムの溶融と密着とを促進する役割を果している。但し、この加熱手段３５は、必須な構成ではない。
また、本実施形態では、真空チャンバー３１内を真空排気或いは減圧状態としたが、窒素ガス（Ｎ_２）やアルゴンガス（Ａｒ）等の不活性ガスを導入し、シールドガスで置換された雰囲気で行っても構わない。この場合には、アルミニウムの酸化を抑制することができ、白濁する現象や、凝固割れの発生を抑制することができる。

次いで、ガラスウエハ２０の下面に導電性材料を成膜して、一対の外部電極膜８、９を形成する外部電極膜形成工程（Ｓ４）を行う。具体的には、外部電極膜８、９の形状で孔が形成された図示しないメタルマスクをガラスウエハ２０の下面側にセットする。メタルマスクのセット後、マスクされていない部分にスパッタ法等で導電性材料を成膜する。これにより、図１４に示すように、ガラスウエハ２０の下面に、互いに電気的に切り離された状態で、下面側に露出している集電体３にそれぞれ導通する一対の外部電極膜８、９を形成することができる。つまり、この時点で一方の外部電極膜８が一方の集電体３に導通し、他方の外部電極膜９が他方の集電体３に導通した状態となる。

なお、本実施形態では、導電性材料を成膜する際に、先にクロムを成膜した後に金を成膜する。つまり、クロムと金とが２層に積層された外部電極膜８、９とする。こうすることで、ガラスウエハ２０の下面側には、２層に積層された一対の外部電極膜８、９が複数形成されることになるので、ガラスウエハ２０の剛性を高めることができる。ガラスウエハ２０には、凹部１０が複数形成されているので、剛性が若干低下した状態であると予想できるが、外部電極膜形成工程（Ｓ４）以降に関しては、ガラスウエハ２０の剛性を高めることができ。曲げや反り等の変形に強いウエハとすることができる。従って、これ以降、切断工程（Ｓ７）に至るまでガラスウエハ２０の取り扱いに極端な慎重を期する必要がない。

上記外部電極膜８、９の形成後、固定工程（Ｓ５）又は切断工程（Ｓ７）のいずれかに移行するが、本実施形態では固定工程（Ｓ５）を先に行う。
即ち、ガラスウエハ２０に形成された複数の凹部１０内のそれぞれに、一対の電極活物質６、７を固定する固定工程（Ｓ５）を行う。具体的には、一対の貫通孔１５、１６に充填されて気密封止を行っている充填材４上に導電性接着剤Ｍ２を適量塗布した後、一対の電極活物質６、７を載置する。載置された一対の電極活物質６、７は、凹部１０側に露出している集電体３の一端側にそれぞれ導通する。これにより、一方の電極活物質６が一方の集電体３を介して一方の外部電極膜８に導通し、他方の電極活物質７が他方の集電体３を介して他方の外部電極膜９に導通した状態となる。
なお、凹部１０の底面上には、凸条部１７が形成されているので、一対の電極活物質６、７が接触し難く、ショートを防止することができる。

そして、全ての凹部１０内に一対の電極活物質６、７を載置した後、導電性接着剤Ｍ２を乾燥させる。この際、真空中でガラスウエハ２０を所定の温度まで加熱することで乾燥させても構わない。これにより、図１５に示すように、全ての凹部１０内で一対の電極活物質６、７を強固に固定することができる。その後、ガラスウエハ２０を大気中に戻し、常温になるまで待機させる。

次いで、凹部１０内に非水電解液Ｗを充填して一対の電極活物質６、７を浸漬させると共に、凹部１０の開口を塞ぐように封口板５を接合して凹部１０内を密閉状態に封止する充填接合工程（Ｓ６）を行う。具体的には、まず、ガラスウエハ２０の各凹部１０内に非水電解液Ｗを所定量注入して充填し、固定した一対の電極活物質６、７を非水電解液Ｗに浸漬させる。
続いて、封口板５を接合する前に、板状の含浸材１９を一対の電極活物質６、７を覆うように凹部１０内にセットする。すると、非水電解液Ｗは含浸材１９に含浸されるので、凹部１０内でより安定した状態となり、凹部１０内から溢れることがない。
なお、非水電解液Ｗを注入する前に含浸材１９をセットしても構わない。この場合には、含浸材１９の後に非水電解液Ｗを注入するので、含浸材１９が非水電解液Ｗを積極的に凹部１０内に引き込む。従って、短時間で速やかに非水電解液Ｗを凹部１０内に充填することができる。

非水電解液Ｗの注入が終了した後、各凹部１０に形成された段差部２ａと、内周面の開口側である第２の傾斜面２ｃの段差部２ａ側とに絶縁性接着剤Ｍ１を塗布する。その後、各凹部１０内に封口板５をセットして、各凹部１０の開口を塞ぐ。この際、一対の電極活物質６、７との間で含浸材１９を挟み込みながら段差部２ａ上に載置するように封口板５を接着する。特に、段差部２ａで封口板５を位置決めできるので、凹部１０の底面に平行で且つ一定の距離離間した状態で封口板５を確実に接着することができる。

なお、封口板５は、以下のようにして事前に準備しておく。
まず、厚みが５０μｍ〜１００μｍ程度のニッケル鉄合金を、凹部１０の開口に収まる形状、サイズにプレスやエッチングで切断した後、バリ等をバレル研磨で取り除く。続いて、表面を洗浄した後、熱酸化処理を施して絶縁性を付与する。このようにして、封口板５を事前に準備しておく。

各凹部１０内に封口板５を接着した後、ガラスウエハ２０を加熱炉に投入し、所定の温度に加熱する。これにより、絶縁性接着剤Ｍ１を乾燥させることができ、図１６に示すように、封口板５により凹部１０内を確実に気密封止することができる。

続いて、ガラスウエハ２０を切断する前に、耐腐食性の封止材１８を利用して封口板５をさらに封止する工程を行う。即ち、封口板５上にポッティング用樹脂を塗布して封口板５を埋没させる。そして、加熱炉等を利用してガラスウエハ２０を所定の温度に加熱して、ポッティング用樹脂を熱硬化させる。これにより、図１７に示すように、ポッティング用樹脂は、封口板５及び第２の傾斜面２ｃに対して強固に固着した封止材１８となる。これにより、凹部１０内の気密封止をさらに確実なものとすることができる。この時点で、充填接合工程（Ｓ６）が終了する。

次いで、ガラスウエハ２０を切断して複数の容器本体２に個片化する切断工程（Ｓ７）を行う。具体的には、波長が３５５ｎｍのＵＶレーザ装置を準備し、レーザ出力、繰り返し周波数、走査速度を所定の値にセットする。続いて、ＵＶレーザ装置からレーザ光を照射しながら図１０に示す切断線Ｌ１、Ｌ２に沿って走査させ、表面近傍の内部にマイクロクラックを発生させる。続いて、ブレイク装置を利用して、切断線Ｌ１、Ｌ２に沿ってマイクロクラックが内部に発生しているガラスウエハ２０を機械的に割断して個片化する。これにより、ガラスウエハ２０を複数の容器本体２に小分けすることができ、図１から図４に示す電気二重層キャパシタ１を一度に複数製造することができる。

特に、マイクロクラックを利用した割断を行うので、切断代を“０”にすることが可能であり、より多くの電気二重層キャパシタ１を多数個取りすることができる。また、マイクロクラックを利用した割断を行う場合には、レーザ光の走査速度を約５０ｍｍ／秒程度に設定することが可能である。従って、直径３インチ程度のガラスウエハ２０を切断するのに要する時間を、１枚当たり数分以内で行うことが十分に可能である。

その後、個片化した電気二重層キャパシタ１について電気特性検査を行うと共に、外観検査を行って寸法や品質等を最終的にチェックする。これをもって電気二重層キャパシタ１の製造が終了する。

特に、上述した製造方法によれば、１枚のガラスウエハ２０から一度に複数の電気二重層キャパシタ１を製造できるので、非常に効率良く製造することが可能であり、低コスト化を図ることができる。しかも、従来のように容器本体２の内部に入り込むように集電体３を形成する必要がなく、一対の貫通孔１５、１６の内周面に単に成膜するだけで済む。従って、製造が容易であり、この点においても製造効率の向上化に繋げることができる。

また、集電体３は、弁作用金属であるアルミニウムからなるので、一対の電極活物質６、７に導通する一端側が非水電解液Ｗに触れたとしても、電界腐食の恐れがない。よって、電気特性に何ら影響を与えることがなく、電気二重層キャパシタ１の高品質化を図ることができる。なお、充填材４に関しても、アルミニウム製であるので電解腐食の恐れがない。よって、電界腐食によって気密封止が損なわれる恐れがない。

更に、本実施形態の集電体３は、正極集電体３を保護する役割を担っていた従来の被膜部とは違うので、膜厚を必要以上に厚くする必要がなく、１μｍ〜２μｍ程度の薄膜で十分である。従って、短時間で容易に成膜することができ、集電体形成工程（Ｓ２）に費やす時間を極力短くすることができる。この点、全体の製造時間の短縮に非常に貢献することができ、やはり製造効率の向上化に繋げることができる。

また、一対の貫通孔１５、１６が充填材４で確実に気密封止されているうえ、凹部１０の開口は封口板５の接合によってやはり確実に封止されている。つまり、一対の電極活物質６、７及び非水電解液Ｗが収容されている凹部１０内は、確実に気密封止されている。従って、この電気二重層キャパシタ１は、耐久性に優れており、長期的な保存が可能である。
更に、一対の電極活物質６、７は、凹部１０の底面上に横に並んだ状態で固定されている。よって、厚さ方向に並ぶ場合よりも、遥かに薄型化を図ることができる。従って、本実施形態の電気二重層キャパシタ１は、今後ますます小型化が図られる各種電子機器に好適に実装することが可能である。

更に、本実施形態によれば、上記作用効果に加え、以下の作用効果を奏することができる。
まず、集電体３が一対の貫通孔１５、１６の内周面だけでなく、凹部１０の底面側とガラスウエハ２０の下面側（容器本体２の下面側）とに延出するように形成されている。そのため、電極活物質６、７及び外部電極膜８、９に対して集電体３をより広範囲に接触させることができ、導通性をより確実なものにすることができる。しかも、集電体３は、成膜に適したアルミニウム膜であるので、短時間で集電体３を形成することができるうえ、膜剥がれ等を防止することができる。従って、この点においても製造効率の向上化、品質の向上化に繋げることができる。加えて、アルミニウムは、弁作用金属として非常に優れているので、耐腐食性を高めることができる。

また、孔埋材４ａが、融点が低いアルミニウムであるので、封止工程（Ｓ３）の際、レーザ光Ｒを照射することで容易に加熱して溶融させることができる。従って、短時間で効率良く充填材４にすることができ、生産効率を高めることができる。
また、封口板５が容器本体２となるガラスウエハ２０と熱膨張係数が略同一のニッケル鉄合金で形成されているので、加熱時や環境温度が過度に変化した時等でも、やはり熱膨張率の違いに起因する割れや歪等が発生することを抑制することができる。

また、この封口板５は、表面が熱酸化処理されて絶縁性となっている。そのため、万が一、衝撃等によって一対の電極活物質６、７が封口板５に接触したとしても、封口板５を介して電気的にショートしてしまうことを防止することができる。従って、より安全で高品質な電気二重層キャパシタ１とすることができる。
また、封口板５を接合する際、凹部１０の内周面に形成された段差部２ａに嵌め込むことで位置決めすることができる。従って、封口板５の位置ずれを防止した状態で接合でき、凹部１０内を確実に気密封止できるうえ、接合作業が行い易くなる。
しかも、この封口板５は、封止材１８によってさらに封止されている。従って、凹部１０内の気密性をさらに確実なものとすることができ、耐久性を高めて、より長期的な保存が可能となる。

また、凹部１０内に固定された一対の電極活物質６、７は、凸条部１７を間にして左右に隔離配置されている。よって、衝撃等を受けたとしても、一対の電極活物質６、７が直接的に接触して電気的にショートしてしまうことを規制することができる。この点においても、より安全で高品質な電気二重層キャパシタ１とすることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では、電気化学セルの一例として、電気二重層キャパシタ１を例に挙げて説明したが、この場合に限定されず、非水電解液二次電池等でも適用可能である。

また、上記実施形態では、容器本体２となるガラスウエハ２０をソーダライムガラスとして説明したが、硼珪酸ガラスを用いても構わない。但し、この場合には、熱膨張係数が近似する鉄ニッケルコバルト合金を利用して封口板５を形成することが好適である。特に、硼珪酸ガラスは、ソーダライムガラスよりも耐熱性や耐熱衝撃特性に優れることから、温度環境がより厳しい用途に適している。
また、ガラスウエハ２０の一例として、円板状のウエハを例に挙げて説明したが、円板状に限定されず、長方形や正方形等の角形のウエハであっても構わない。

また、上記実施形態では、一対の電極活物質６、７の一例として、フェノール樹脂による活性炭とヤシガラによる活性炭とを組み合わせ活性炭を、導電性材料からなるバインダを利用して円筒状に形成した場合を例に挙げて説明したが、この場合に限定されるものではない。
例えば、おが屑、椰子殻、ピッチ等を賦活処理して得られる粉末状活性炭を、適当なバインダと一緒にプレス成形又は圧延ロールしたものを電極活物質としても構わない。また、フェノール系、レーヨン系、アクリル系、ピッチ系等の繊維を、不融化及び炭化賦活処理して活性炭又は活性炭素繊維とし、これをフェルト状、繊維状、紙状又は焼結体状にしたものを電極活物質としても構わない。さらには、ポリアニリン（ＰＡＮ）やポリアセン等も利用することが可能である。

また、上記実施形態において、非水電解液Ｗとしては、環状エステル類、鎖状エステル類、環状エーテル類、鎖状エーテル類等が好適に用いられる。
具体的には、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、γ−ブチロラクトン（γＢＬ）、２メチル−γ−ブチロラクトン、アセチル−γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、１，２−エトキシエタン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジアルキルエーテル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、トリエチレングリコールジアルキルエーテル、テトラエチレングリコールジアルキルエーテル、ジプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メチルブチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ブチルプロピルカーボネート、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、アルキルテトラヒドロフラン、ジアルキルアルキルテトラヒドロフラン、アルコキシテトラヒドロフラン、ジアルコキシテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、アルキル−１，３−ジオキソラン、１，４−ジオキソラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、リン酸トリエステル、無水マレイン酸、スルホラン、３−メチルスルホラン等の非水溶媒及びこれらの誘導体や混合物等が好ましく用いられる。

また、非水電解液Ｗ中に存在する主な不純物としては、水分や、有機過酸化物（例えばグリコール類、アルコール類、カルボン酸類）等が挙げられる。この種の各不純物は、電極活物質の表面に絶縁性の被膜を形成し、界面抵抗を増大させるものと考えられる。従って、サイクル寿命や容量の低下に影響を与える恐れがある。また高温（６０℃以上）貯蔵時の自己放電も増大する恐れがある。このようなことから、非水電解液Ｗにおいては不純物ができるだけ低減されることが好ましい。具体的には、水分は５０ｐｐｍ以下、有機過酸化物は１０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。

また、上記実施形態では、ウエハ加工工程（Ｓ１）の際、型を利用した型成形で行う場合を例に挙げて説明したが、他の方法で行っても構わない。例えば、型成形の場合には、凹部１０と貫通孔１５、１６とを同時に形成できるという利点があるが、サンドブラスト法を用いたとしても、同様の加工精度で凹部１０と貫通孔１５、１６とを同時に形成することが可能である。
特に、サンドブラスト法を採用した場合には、型成形の場合に比べて、より大口径のガラスウエハであっても加工が可能である点と、加工後に原則としてガラスの厚みを調整する研磨工程が不要となる点とが、利点として挙げられる。従って、ガラスウエハ２０を大口径化して、容器本体２の取り個数を増大させるという点では、有利な方法である。加えて、サンドブラスト法の場合には、型成形とは異なり、ガラスウエハ２０の温度を上げる必要がない。そのため、温度上昇に費やす時間を短縮できるうえ、ガラスウエハ２０に与える加熱時の負荷を抑制することができる。

また、上記実施形態では、凸条部１７を形成した場合を例に挙げて説明したが、必須なものではなく設けなくても構わない。但し、一対の電極活物質６、７を物理的に左右に隔離して直接的な接触を未然に防止できるので、振動や落下衝撃等に対する信頼性を向上できる点で凸条部１７を設けることが好ましい。仮に、凸条部１７を設けない場合には、一対の電極活物質６、７間にセパレータを挟み込むように配置しても構わない。
一方、凸条部１７を設ける場合には、電極活物質６、７の形状に倣った形にしても構わない。つまり、電極活物質６、７が球状や円筒状の場合には、凸条部１７の外表面が球の曲率に近い曲線となるように形成しても構わない。こうすることで、一対の電極活物質６、７を互いにより近接させて、且つ、安定に保持することが可能である。

また、上記実施形態では、アルミニウムを成膜して集電体３を形成したが、弁作用金属であればアルミニウムでなくても構わない。例えば、チタンを１μｍ〜２μｍの膜厚に成膜して、チタン膜を集電体３として機能させても構わない。この場合であっても、アルミニウムの場合と同様の作用効果を奏することができる。

また、上記実施形態では、ニッケル鉄合金で封口板５を形成したが、この材料に限定されるものではない。例えば、ガラスウエハ２０と同じソーダライムガラスを封口板５として利用しても構わない。但し、この場合には、ニッケル鉄合金の時とは違い、板厚を５０μｍ〜１００μｍ程度にしてしまうと取り扱いに慎重を要する必要がある。従って、板厚のやや厚いものを選択するほうが好ましい。よって、電気二重層キャパシタ１の厚みがやや厚くなることが許容される場合に適している。
なお、封口板５の別材料の候補としては、耐熱性及び絶縁性を有するＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）等の樹脂を用いても構わない。

また、上記実施形態では、封止材１８を利用して封口板５をさらに封止したが、封止材１８は必須なものではなく、設けなくても構わない。但し、凹部１０内の気密封止をより確実なものにするには、封止材１８を設けることが好ましい。封止材１８を設ける場合には、凹部１０内だけでなく、容器本体２の上面側まで面積を拡大して塗布するように設けても構わない。

また、上記実施形態では、切断工程（Ｓ７）を行う際に、マイクロクラックを利用した割断による方法で切断した場合を例に挙げたが、切断代として０．１ｍｍ程度を許容できる場合にはダイサーを用いた切断をすることも可能である。特に、ダイシングをベベルカットとフルカットとの２段階で実施すれば、ベベルカットによる容器本体２の外形輪郭時にＣ面取りを施すことが可能となる。従って、完成した電気二重層キャパシタ１をピンセット等で掴むときに、ガラスのチッピングをより抑制することができるという利点がある。

ところで、上記実施形態では、図７に示すように、最後に切断工程（Ｓ７）を行った場合を例に挙げて説明したが、この工程順序に限定されるものではない。図１８に示すように、ガラスウエハ２０の下面側に一対の外部電極膜８、９を形成した後、一対の電極活物質６、７を固定する前に、切断工程（Ｓ７）を行っても構わない。
この場合には、下面側に一対の外部電極膜８、９が複数形成された時点でガラスウエハ２０を切断し、複数の容器本体２に個片化する。そして、個片化した各容器本体２の凹部１０内に一対の電極活物質６、７を固定する固定工程（Ｓ５）を行い、その後、非水電解液Ｗの充填と、含浸材１９のセットと、封口板５の接合と、封止材１８の形成とを行う充填接合工程（Ｓ６）を行う。
この場合であっても同様に、１枚のガラスウエハ２０からチップ型の電気二重層キャパシタ１を一度に複数製造することができる。但し、切断工程（Ｓ７）を最後に行うことで、充填接合工程（Ｓ６）までを１枚のガラスウエハ２０のままで行えるので、製造効率をより高めることができ、好ましい。

また、上記実施形態では、充填接合工程（Ｓ６）の際、さきに非水電解液Ｗを充填した後に封口板５を接合したが、封口板５を接合した後に非水電解液Ｗを充填しても構わない。この場合の充填接合工程（Ｓ６）について、図１９に示すフローチャートを参照しながら説明する。
まず、導電性接着剤Ｍ２の熱硬化によって一対の電極活物質６、７を固定した後、含浸材１９をセットしておく。次に、図２０に示すように、封口板５に非水電解液Ｗを注入するための注入孔５ａを予め形成しておく注入孔形成工程（Ｓ６ａ）を行う。この際、注入孔５ａのサイズや位置や数は、自由に設定して構わない。
続いて、図２１に示すように、注入孔５ａが形成された封口板５を接合する接合工程（Ｓ６ｂ）を行う。つまり、絶縁性接着剤Ｍ１を介して注入孔５ａが形成された封口板５を段差部２ａ上に載るように凹部１０の内周面に接着する。そして、加熱炉で絶縁性接着剤Ｍ１を熱硬化させ、封口板５を接合する。

続いて、図２２に示すように、接合した封口板５の注入孔５ａから非水電解液Ｗを凹部１０内に注入して充填させ、一対の電極活物質６、７を浸漬させる注入工程（Ｓ６ｃ）を行う。そして、最後に注入孔５ａを塞いで凹部１０内を密閉状態に完全に封止する塞ぎ工程（Ｓ６ｄ）を行う。この際、注入孔５ａを塞ぐ方法としては、例えば、注入孔５ａ内に穴埋め材料をセットし、局所的にレーザ光を照射して溶融させたり、溶接したりする方法が簡単である。

特に、上記順番で充填接合工程（Ｓ６）を行う場合には、封口板５を接合した後に非水電解液Ｗを注入できるので、非水電解液Ｗが零れたり、周囲に飛散したりするような可能性を低減することができる。また、非水電解液Ｗを先に注入した場合には、絶縁性接着剤Ｍ１を塗布する領域である、段差部２ａや第１の傾斜面２ｂに非水電解液Ｗが付着する可能性があり、付着した非水電解液Ｗを拭き取る手間が必要となってしまう。しかしながら、封口板５を接合した後に、非水電解液Ｗを注入するので、このような手間を省くことができる。
いずれにしても、充填接合工程（Ｓ６）をより容易に行うことができ、製造効率のさらなる向上化や、高品質化に繋げることができる。

Ｒ…レーザ光
Ｗ…非水電解液
Ｍ１…接着剤
１…電気二重層キャパシタ（電気化学セル）
２…容器本体
２ａ…段差部
３…集電体
４…充填材
４ａ…孔埋材
５…封口板
５ａ…封口板の注入孔
６、７…電極活物質
８、９…外部電極膜
１０…容器本体の凹部
１５、１６…容器本体の貫通孔
１７…凸条部
１８…封止材
１９…含浸材
２０…ガラスウエハ
Ｓ１…ウエハ加工工程
Ｓ２…集電体形成工程
Ｓ３…封止工程
Ｓ４…外部電極形成工程
Ｓ５…固定工程
Ｓ６…充填接合工程
Ｓ６ａ…注入孔形成工程
Ｓ６ｂ…接合工程
Ｓ６ｃ…注入工程
Ｓ６ｄ…塞ぎ工程
Ｓ７…切断工程

Claims (20)

1. 凹み形成された凹部を有し、該凹部の底面に一対の貫通孔が間隔を開けて並設されたガラス製の容器本体と、
   弁作用金属によって前記一対の貫通孔の内周面に成膜された集電体と、
   前記集電体が成膜された前記一対の貫通孔内に充填され、一対の貫通孔を気密封止するアルミニウム製の充填材と、
   前記凹部の開口を塞ぐように前記容器本体に接合され、凹部内を密閉状態に封止する封口板と、
   前記一対の貫通孔に対向するように密閉された前記凹部の底面上に固定されると共に、前記集電体の一端側に導通する一対の電極活物質と、
   密閉された前記凹部内に充填され、前記一対の電極活物質を浸漬させる非水電解液と、
   導電性材料により前記容器本体の下面に電気的に切り離された状態で成膜され、前記集電体の他端側に導通する一対の外部電極膜と、を備えていることを特徴とする電気化学セル。
2. 請求項１に記載の電気化学セルにおいて、
   前記集電体は、前記凹部の底面側及び前記容器本体の下面側に延出するように形成されていることを特徴とする電気化学セル。
3. 請求項１又は２に記載の電気化学セルにおいて、
   前記集電体は、アルミニウム又はチタンからなることを特徴とする電気化学セル。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の電気化学セルにおいて、
   前記凹部の底面には、前記一対の貫通孔の間を横切るように凸条部が形成され、
   前記一対の電極活物質は、前記凸条部によって直接的な接触が規制されていることを特徴とする電気化学セル。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の電気化学セルにおいて、
   前記一対の電極活物質と前記封口板との間には、前記非水電解液が含浸された板状の含浸材が設けられていることを特徴とする電気化学セル。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の電気化学セルにおいて、
   前記容器本体には、前記封口板を位置決めさせる段差部が前記凹部の内周面に亘って形成されていることを特徴とする電気化学セル。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の電気化学セルにおいて、
   前記封口板上には、封口板を封止する耐腐食性の封止材が設けられていることを特徴とする電気化学セル。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の電気化学セルにおいて、
   前記封口板は、前記容器本体と熱膨張係数が略同一の材料からなり、接着剤により接合されていることを特徴とする電気化学セル。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の電気化学セルにおいて、
   前記封口板は、絶縁性の板材であることを特徴とする電気化学セル。
10. ガラスウエハを利用して一度に複数の電気化学セルを製造する方法であって、
    前記ガラスウエハに複数の凹部を形成すると共に、各凹部の底面に間隔を開けて一対の貫通孔を並設した状態でそれぞれ形成するウエハ加工工程と、
    前記一対の貫通孔の内周面に弁作用金属を成膜して集電体を形成する集電体形成工程と、
    前記集電体が成膜された前記一対の貫通孔内にアルミニウムからなる塊状の孔埋材をセットすると共に、該孔埋材を溶融させた後に固化させることで一対の貫通孔を充填する充填材とし、該充填材によって一対の貫通孔を気密封止する封止工程と、
    前記ガラスウエハの下面に導電性材料を成膜して、前記集電体の他端側にそれぞれ導通すると共に、互いに電気的に切り離された一対の外部電極膜を形成する外部電極膜形成工程と、
    気密封止された前記一対の貫通孔に対向するように前記凹部の底面上に一対の電極活物質を固定すると共に、前記一対の貫通孔に成膜された前記集電体の一端側にそれぞれ導通させる固定工程と、
    前記凹部内に非水電解液を充填して前記一対の電極活物質を浸漬させると共に、凹部の開口を塞ぐように封口板を接合して凹部内を密閉状態に封止する充填接合工程と、
    前記固定工程及び前記充填接合工程を行う前段階又は後段階で、前記ガラスウエハを切断して複数の容器本体に個片化する切断工程と、を行うことを特徴とする電気化学セルの製造方法。
11. 請求項１０に記載の電気化学セルの製造方法において、
    前記集電体形成工程の際、前記凹部の底面側及び前記ガラスウエハの下面側に前記集電体が延出するように前記弁作用金属を成膜することを特徴とする電気化学セルの製造方法。
12. 請求項１０又は１１に記載の電気化学セルの製造方法において、
    前記集電体形成工程の際、前記弁作用金属としてアルミニウム又はチタンを利用することを特徴とする電気化学セルの製造方法。
13. 請求項１０から１２のいずれか１項に記載の電気化学セルの製造方法において、
    前記ウエハ加工工程の際、前記凹部の底面上に、前記一対の電極活物質が互いに直接的に干渉することを規制する凸条部を前記一対の貫通孔の間を横切るように形成することを特徴とする電気化学セルの製造方法。
14. 請求項１０から１３のいずれか１項に記載の電気化学セルの製造方法において、
    前記充填接合工程の際、前記非水電解液を含浸する板状の含浸材を前記一対の電極活物質と前記封口板との間に挟み込ませた状態で、封口板を接合することを特徴とする電気化学セルの製造方法。
15. 請求項１０から１４のいずれか１項に記載の電気化学セルの製造方法において、
    前記ウエハ加工工程の際、前記封口板を位置決めさせる段差部を前記凹部の内周面に亘って形成することを特徴とする電気化学セルの製造方法。
16. 請求項１０から１５のいずれか１項に記載の電気化学セルの製造方法において、
    前記充填接合工程後、耐腐食性の封止材を利用して前記封口板をさらに封止することを特徴とする電気化学セルの製造方法。
17. 請求項１０から１６のいずれか１項に記載の電気化学セルの製造方法において、
    前記充填接合工程の際、前記封口板として前記ガラスウエハと熱膨張係数が略同一の材料からなる封口板を利用し、該封口板を接着剤により接合することを特徴とする電気化学セルの製造方法。
18. 請求項１０から１７のいずれか１項に記載の電気化学セルの製造方法において、
    前記充填接合工程の際、前記封口板として絶縁性の封口板を利用することを特徴とする電気化学セルの製造方法。
19. 請求項１０から１８のいずれか１項に記載の電気化学セルの製造方法において、
    前記封止工程の際、前記孔埋材にレーザ光を照射することで溶融させることを特徴とする電気化学セルの製造方法。
20. 請求項１０から１９のいずれか１項に記載の電気化学セルの製造方法において、
    前記充填接合工程は、前記封口板に前記非水電解液を注入するための注入孔を予め形成しておく注入孔形成工程と、
    前記注入孔が形成された前記封口板を接合する接合工程と、
    前記注入孔から前記非水電解液を注入して前記凹部内に充填させ、前記一対の電極活物質を浸漬させる注入工程と、
    前記注入孔を塞いで、前記非水電解液が充填された前記凹部内を密閉状態に封止する塞ぎ工程と、を備えていることを特徴とする電気化学セルの製造方法。

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