JP2013077787A - 固体電解コンデンサの製造方法及び固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】封止樹脂によるコンデンサ素子と端子板との絶縁をより確実且つ簡便に図ることのできる固体電解コンデンサの製造方法、及び固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】弁作用金属の一部を拡面化して誘電体酸化皮膜層、固体電解質層、及び電極引出部を形成した陰極部、及び弁作用金属の一部に電極引出部を形成した陽極部を有するコンデンサ素子を形成する。陽極電極板及び陰極電極板を同一平面上に間隙を保って配置して、その間隙に絶縁樹脂を介在させた端子板を形成する。コンデンサ素子を端子板に重ね合わせる前に、端子板の陽極電極板上に未硬化の封止樹脂を配置するとともに、端子板の陰極電極板に導電性接着剤を配置しておく。そして、コンデンサ素子と端子板とを加圧しながら重ね合わせて、電極引出部を端子板の陽極電極板に接触させ、封止樹脂と導電性接着剤とを硬化させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、端子板とコンデンサ素子とを重ね合わせることで面実装に対応した固体電解コンデンサに関する。

コンデンサは、静電容量を有し、この静電容量に応じた電荷の蓄電及び放電を行う受動素子である。固体電解コンデンサは、一方のアルミニウムなどの弁作用金属を電極とし、この電極を化学処理して誘電体層を形成し、さらに導電性高分子を固体電解質層として用いたコンデンサである。

近年の電子機器の高周波化に伴い、コンデンサは、従来よりも十分な速さで電荷供給ができるように過渡応答性に優れ、従来よりも高周波領域でのインピーダンス特性に優れた製品が求められている。これは、大高周波数で動作し、かつ大電流が求められるデジタル回路の電源電圧安定化に対応するためである。

そこで、この要求に応えるべく、固体電解コンデンサにおいては、高周波化に対応するための低ＥＳＲ（等価直列抵抗）化、及びノイズ除去や過渡応答性に優れた低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化が強く要求される。固体電解コンデンサにおいて低ＥＳＬ化を図るためには、電流経路の長さを極力短くする方法、また電流経路によって形成される磁場を別の電流経路によって形成される磁場により相殺する方法が提案されている。

例えば、出願人は、コンデンサ素子と基板を組み合わせた新規な固体電解コンデンサとして、特開２０１０−２３９０９１号公報や国際公開公報ＷＯ／２０１１／０２１５５号を提案している。このうち、特開２０１０−２３９０９１号公報の固体電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子は、陽極体の中央に設けた凹部の内面に誘電体酸化皮膜層を形成し、固体電解質層および陰極部を介してコンデンサ素子の外部に電力の引き出し口を形成する。

さらに、コンデンサ素子は、搭載基板を介して固体電解コンデンサの外部に陰極電極を引き出すと共に、コンデンサ素子の中央部分の周囲を陽極部とし、この陽極部および搭載基板の導体を介して陽極電極を引き出す。このような固体電解コンデンサによれば、陽極、陰極とも固体電解コンデンサ内部での電流経路を短くすることができる。

また、国際公開公報ＷＯ／２０１１／０２１５５号の固体電解コンデンサでは、コンデンサ素子と組み合わせる基板として、次のような端子板を備えている。すなわち、端子板には、薄い金属板からなる陽極電極板および陰極電極板を同一平面上に間隙を保って配置する。これら陽極電極板と陰極電極板の間隙部には絶縁性樹脂を介在させ、絶縁性樹脂により陽極電極板と陰極電極板とを電気的に絶縁すると共に両電極部をシート状に一体化している。

このような端子板をコンデンサ素子の接続面に重ね合わせ、コンデンサ素子の陽極引出部に端子板の陽極電極板を、コンデンサ素子の陰極引出部に端子板の陰極電極を、それぞれ電気的に接続する。このような技術によれば、コンデンサ素子の陽極引出部および陰極引出部から、電流の出口である端子板の陽極電極板および陰極電極板までの距離が、端子板の厚さの距離だけで達成可能であり、電流経路の短縮化を図ることができる。

上述した特開２０１０−２３９０９１号公報や国際公開公報ＷＯ／２０１１／０２１５５号に開示された技術では、いずれも、固体電解コンデンサの容量形成部から、電力の引き出し口としての電極までの距離が極めて短くなり、また、固体電解コンデンサの薄型化を進めることができる。したがって、電流経路の短縮化を図って低ＥＳＬ化を進めることができ、過応答特性の良好な固体電解コンデンサが実現可能となる。

特開２０１０−２３９０９１号公報 ＷＯ／２０１１／０２１５５号公報

特許文献１及び２に示された固体電解コンデンサは、まず、陽極引出部又は陽極電極板に導電性接着剤を塗布し、陰極引出部又は陰極電極板に導電性接着剤を塗布し、コンデンサ素子と端子板とを重ね合わせ、隙間から絶縁性の封止樹脂を充填して熱硬化させることによって製造されていた。

しかしながら、コンデンサ素子と端子板との隙間は小さく、絶縁を要する箇所の全てを確実に覆うように封止樹脂を充填するには高度な技術の下でも高度な注意を要していた。また、そのために、この封止樹脂を充填する工程が追加されることは、固体電解コンデンサの生産効率の低下に繋がっていた。

そこで、本発明は、上記のような問題点を解決するために提案されたもので、封止樹脂によるコンデンサ素子と端子板との絶縁をより確実且つ簡便に図ることのできる固体電解コンデンサの製造方法、及び固体電解コンデンサを提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明の態様は、コンデンサ素子を端子板に重ね合わせた固体電解コンデンサの製造方法であって、弁作用金属の一部を拡面化して誘電体酸化皮膜層、固体電解質層、及び電極引出部を形成した陰極部、及び前記弁作用金属の一部に電極引出部を形成した陽極部を有する前記コンデンサ素子を形成し、陽極電極板及び陰極電極板を同一平面上に間隙を保って配置して、その間隙に絶縁樹脂を介在させた前記端子板を形成し、前記コンデンサ素子を前記端子板に重ね合わせる前に、前記端子板の前記陽極電極板上に未硬化の封止樹脂を配置するとともに、前記端子板の前記陰極電極板に導電性接着剤を配置しておき、前記コンデンサ素子と前記端子板とを加圧しながら重ね合わせて、前記電極引出部を前記端子板の前記陽極電極板に接触させ、前記封止樹脂と前記導電性接着剤とを硬化させること、を特徴とする。

前記コンデンサ素子と前記端子板とを加圧しながら重ね合わせるとともに加熱し、前記封止樹脂と前記導電性接着剤とを硬化させるようにしてもよい。

前記導電性接着剤は、無溶剤としてもよい。

前記電極引出部は、先鋭化されたバンプ電極であり、重ね合わせの際に、前記バンプ電極が前記封止樹脂を貫通して、前記バンプ電極を介して前記陽極部と前記陽極電極板を電気的に接続するようにしてもよい。

前記バンプ電極は、前記封止樹脂を硬化させる際の加圧によって前記陽極電極板と圧接するようにしてもよい。

また、上記目的を達成すべく、本発明の他の態様は、コンデンサ素子を端子板に重ね合わせてなる固体電解コンデンサであって、前記コンデンサ素子の陽極部に立設し、前記端子板の陽極電極板に当接して先端が潰れた複数のバンプ電極と、前記コンデンサ素子と前記端子板との間に介在し、前記バンプ電極に貫通された封止樹脂と、前記コンデンサ素子の陰極部と前記端子板の陰極電極板との間に介在する導電性接着剤と、を備え、前記バンプ電極と前記端子板の陽極電極板とは、圧接加圧により接続されていること、を特徴とする。

本発明によれば、コンデンサ素子と端子板との隙間から封止樹脂を充填する必要はなく、固体電解コンデンサを封止樹脂によって封止する工程は極めて簡便なものとなる。また、確実に絶縁を要する箇所を封止樹脂でより確実に覆うことで絶縁することができる。

コンデンサ素子を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 端子板を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 コンデンサ素子と端子板との実装関係を示す図である。 固体電解コンデンサの製造に係る第１のステップを示す図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は上面図である。 固体電解コンデンサの製造に係る第２のステップを示す図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は上面図である。 固体電解コンデンサの製造に係る第３のステップを示す側断面図である。 陽極引出部の接続の一例を示す図である。 陽極引出部の接続の他の例を示す図である。

以下、本発明に係る固体電解コンデンサ、及びその製造方法の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

（コンデンサ素子）
図１は、コンデンサ素子を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図１に示すコンデンサ素子１０は、１００〜５００μｍ程度の厚みを有する略正方形の板であり、正方形板の各辺に沿って陽極部の陽極引出部１３を有し、中心部に陰極部の陰極引出部１４を有する。陽極引出部１３と陰極引出部１４とは、分離層１５で区分されている。陽極引出部１３の表面には、多数のバンプ電極１６が立設されている。

このコンデンサ素子１０は、陽極体１１として機能する弁金属板または弁金属箔から形成される。この実施形態では、弁金属として、アルミニウムを例として説明する。陽極体１１の片面中央部にはエッチング層１２が形成され、エッチング層１２には誘電体層となる誘電体酸化皮膜が形成され、その表面に陰極引出部１４が形成される。陰極引出部１４は、固体電解質層、グラファイト層、及び銀ペースト層からなる。

エッチング層１２は、エッチング処理により拡面化された多孔質の層である。例えば、厚さ１００μｍ程度の陽極体１１であれば、エッチング層１２は、４０μｍ程度の深さで形成する。従って、陽極体のエッチングされなかった層の厚さは６０μｍ程度となる。陽極体１１の両端部は、未エッチング部であるが、この未エッチング部が陽極引出部１３となる。

誘電体酸化皮膜は、陽極酸化処理にて形成し、エッチングされ多孔質層となったアルミニウムの表面（エッチング層１２の内部の表面）に酸化アルミニウムからなる誘電体酸化皮膜を形成する。陽極酸化は、エッチング層１２をホウ酸やアジピン酸等の水溶液に浸漬した状態で所定の電圧を印加する。

固体電解質層は、陽極体１１を重合性モノマー溶液と酸化剤溶液に順次浸漬し、各液より引き上げて重合反応を進めることにより、エッチング層１２の内部に各液が浸透し、誘電体酸化皮膜の上に形成する。この固体電解質層の形成は、重合性モノマー溶液と酸化剤溶液をエッチング層１２の上から塗布または吐出する方法によって形成してもよい。また、重合性モノマー溶液と酸化剤を混合した混合溶液に陽極体１１を浸漬したり、塗布したりする方法であってもよい。また、固体電解コンデンサの分野で用いられる電解重合による方法や、導電性高分子溶液を塗布・乾燥によっても固体電解質層を形成することもできる。

これらの固体電解質の形成方法に用いられる重合性モノマー溶液としては、チオフェン、ピロール、またはそれらの誘導体を好適に使用することができる。チオフェン誘導体の中でも、３，４−エチレンジオキシチオフェンを用いると好適である。酸化剤としては、エタノールに溶解したパラトルエンスルホン酸第二鉄、過ヨウ素酸、もしくはヨウ素酸の水溶液を用いることができる。

分離層１５は、陽極引出部１３の内周囲と陰極引出部１４の外周囲との境界に位置し、陰極引出部１４の陽極引出部１３と陰極引出部１４との絶縁を図っている。この分離層１５は、陽極引出部１３と陰極引出部１４との間に絶縁性の樹脂を塗布することで形成されている。陽極引出部１３の外周囲においても絶縁性の樹脂を塗布してもよい。

バンプ電極１６は、陽極引出部１３と後述する端子板２０の陽極電極板２２とを導通させる電極引出部の一例であり、先鋭化された四角錐や円錐形状を有し、外力によって先端が潰れるような可撓性の突起電極である。

（端子板）
図２は、端子板を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図２に示す端子板２０は、プリント基板に接続される端子部分であり、コンデンサ素子１０とほぼ合致する搭載ランドを有する。すなわち、端子板２０には、中心に陰極電極板２１が設けられ、その陰極電極板２１の四方を囲むように陽極電極板２２が設けられている。四方の陽極電極板２２と陰極電極板２１との間は、絶縁性樹脂２３によって絶縁されている。

陽極電極板２２及び陰極電極板２１は、それぞれ薄い金属板からなる。金属板としては、例えば、厚さが１５〜１００μｍ程度の薄い銅板であり、圧延銅箔や銅合金箔を挙げることができる。陰極電極板２１となる金属板は、正方形状を有し、陽極電極板２２となる金属板は、正方形形状の穴を有する。陽極電極板２２となる金属板の穴は、陰極電極板２１の正方形状によりも大きい。この陽極電極板２２と陰極電極板２１とは、陽極電極板２２が陰極電極板２１を囲むように同一平面上に０．１ｍｍ程度の間隙を保って配置される。

そして、陽極電極板２２と陰極電極板２１との間に存在する隙間を埋めるように絶縁性樹脂２３が介在し、両金属板を同一平面上に保ちながら一体化させている。すなわち、絶縁性樹脂２３は、陰極電極板２１と陽極電極板２２とを電気的に絶縁する絶縁部材であると同時に、陰極電極板２１と陽極電極板２２とを一体化するバインダーである。絶縁性樹脂２３は、絶縁性、両電極板２１，２２との密着性、強度等が固体電解コンデンサに適合するものであり、例えばポリエステル樹脂やポリイミド樹脂である。

この端子板２０は、陰極電極板２１と陽極電極板２２とを同一平面上に配置し、隙間部を絶縁性樹脂２３で埋めて、熱硬化させることで形成される。尚、絶縁性樹脂２３は、隙間部の他、隙間部から連続する陰極電極板２１と陽極電極板２２の表面周縁に塗布し、一体化の強度を増強するようにしてもよい。

（固体電解コンデンサの製造方法）
図３は、コンデンサ素子１０と端子板２０との実装関係を示す図である。図３に示すように、固体電解コンデンサは、陽極引出部１３及び陰極引出部１４が形成されている面を向けて、コンデンサ素子１０を端子板２０に重ね合わせることにより構成される。この固体電解コンデンサにおいて、陽極引出部１３は、バンプ電極１６などの電極引出部による実装であり、陰極引出部１４に関しては導電性接着剤を介した実装である。

図４は、固体電解コンデンサの製造に係る第１のステップを示す図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は上面図である。まず、図４の（ａ）に示すように、端子板２０のコンデンサ素子１０を重ね合わせる搭載面上の周縁全体に封止樹脂３０を塗布により配置する。例えば、封止樹脂３０は、図４の（ｂ）に示すように、陽極電極板２２の表面全体も含めて、陰極電極板２１以外を覆うように封止樹脂３０が塗布により配置される。封止樹脂３０で陰極電極板２１の周縁も含めて覆うように配置してもよい。

この封止樹脂３０は、端子板２０とコンデンサ素子１０との隙間を埋める熱硬化性の絶縁樹脂である。例えば、封止樹脂３０は、絶縁性、コンデンサ素子１０と端子板２０との密着性、強度等が固体電解コンデンサに適合するエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、又はポリイミド樹脂である。

この封止樹脂３０は、加圧された際に先端の潰れたバンプ電極１６の高さと同程度となるように、その厚みが調節されて塗布して配置される。封止樹脂３０の配置態様としては、ペースト状の封止樹脂３０を吐出したり、印刷したりすればよく、また、フィルム状の封止樹脂３０を貼り付けるようにして配置してもよい。

図５は、固体電解コンデンサの製造に係る第２のステップを示す図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は上面図である。封止樹脂３０で陰極電極板２１以外をマスクした後は、陰極電極板２１の露出面に導電性接着剤４０を塗布する。

導電性接着剤４０としては、ガスの発生が少ない無溶剤が用いられることが望ましい。この導電性接着剤４０は、熱により速硬化する液状樹脂等のバインダーに導電フィラーが分散されている。

導電フィラーとしては、各種粒径や形状の金粉、銀粉、銅粉、ニッケル粉、アルミ粉、メッキ粉、カーボン粉、グラファイト粉などが使用される。導電フィラーの代表的な形状は、球状や針状、鱗片状等があるがこれらに限定されない。また、粒径や形状が異なる導電フィラーを組み合わせて配合されていてもよい。

バインダーとしては、主に有機バインダーであり、一般的にはエポキシ樹脂を用いることができる。また、固体電解コンデンサの要求特性や使用箇所に応じてウレタン、シリコーン、アクリル、ポリイミド、その他の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を使用してもよい。無機材料としては、高温焼成型の導電性接着剤４０の場合、２次バインダーとして低融点ガラスを使用することができる。

なお、この第１ステップから第３ステップにおいて、封止樹脂３０を塗布する工程と、導電性接着剤４０を塗布する工程を、反対の順番で行ってもよい。

図６は、固体電解コンデンサの製造に係る第３のステップを示す側断面図である。陰極電極板２１に導電性接着剤４０を形成した後は、コンデンサ素子１０を端子板２０に載置し、加圧保持し、それから熱を加えながら１０秒以下程度加圧を維持する。

このとき、陽極引出部１３と陽極電極板２２とを対向させ、陰極引出部１４と導電性接着剤４０とを対向させて、コンデンサ素子１０を端子板２０に載置する。バンプ電極１６は、先鋭化しているので封止樹脂３０を貫通して陽極電極板２２に至る。図７に示すように、陽極電極板２２に到達したバンプ電極１６は、バンプ電極１６の可撓性と封止樹脂３０の収縮応力とによって、先端が潰れながら陽極電極板２２と圧接し、電気的な接続が図れる。

尚、陽極引出部１３の接続においては、図８で示されるようにしてバンプ電極１６を陽極電極板２２に接続してもよい。例えば、図８の（ａ）に示すように、予め、陽極電極板２２の表面又はバンプ電極１６の表面に導電性接着剤４１を塗布しておき、接着剤によってバンプ電極１６を陽極電極板２２に接合してもよい。また、図９の（ｂ）に示すように、予め陽極電極板２２の表面に金等によるメッキ４２を施しておき、バンプ電極１６とメッキとを熱によって溶融させて金属接合するようにしてもよい。

（作用効果）
このように、固体電解コンデンサは、まず、端子板２０の搭載面上の周縁全体に封止樹脂３０を塗布しておく。そして、封止樹脂３０の塗布の後、コンデンサ素子１０と端子板２０とを重ね合わせる。そのため、コンデンサ素子１０と端子板２０との隙間から封止樹脂を充填する必要はなく、固体電解コンデンサを封止樹脂３０によって封止する工程は極めて簡便なものとなる。また、確実に絶縁を要する箇所を封止樹脂３０で確実に覆って絶縁することができる。

このとき、重ね合わせの前に封止樹脂３０を塗布してしまうと、導電性接着剤４０を熱硬化させる前に、コンデンサ素子１０と端子板２０との隙間が封止樹脂３０で埋められてしまうケースも考えられる。その場合は導電性接着剤４０をガスが発生しにくい無溶剤とすることで、コンデンサ素子１０と端子板２０とを熱を与えながら加圧する際に、大量のガスが導電性接着剤４０から発生するおそれはなくなる。従って、コンデンサ素子１０と端子板２０とを重ね合わせる前に封止樹脂３０を塗布したとしても、封口性能が良好な固体電解コンデンサを製造することができる。

また、陽極引出部１３に先鋭化されたバンプ電極１６を立設させておけば、封止樹脂３０で陽極電極板２２を覆ってしまっても、バンプ電極１６が封止樹脂３０を貫いて端子板２０の陽極電極板２２に至る。従って、封止樹脂３０で陽極電極板２２を覆ってしまっても導電に問題は生じない。そのため、封止樹脂３０を塗布する工程を更に簡便化することができる。また、コンデンサ素子１０と端子板２０との間の絶縁を要する箇所を更に確実に絶縁することができる。

このバンプ電極１６は予め陽極電極板２２に先端が潰れた状態で圧接させておき、その後に封止樹脂３０と導電性接着剤４０とを硬化させるための加熱及び加圧を実施する。バンプ電極１６には封止樹脂３０や導電性接着剤４０による収縮応力がかかるため、バンプ電極１６と陽極電極板２２とは圧接させるのみで、電気的に導通した状態が維持される。そのため、バンプ電極１６は陽極電極板２２に圧接させるのみでよく、作業工程の簡便化を図ることができる。

以上のように、本明細書においては、本発明に係る実施形態を例として提示したが、発明の範囲を限定することを意図したものではなく、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。そして、本実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０ コンデンサ素子
１１ 陽極体
１２ エッチング層
１３ 陽極引出部
１４ 陰極引出部
１５ 分離部
１６ バンプ電極
２０ 端子板
２１ 陰極電極板
２２ 陽極電極板
２３ 絶縁性樹脂
３０ 封止樹脂
４０ 導電性接着剤

Claims (6)

1. コンデンサ素子を端子板に重ね合わせた固体電解コンデンサの製造方法であって、
   弁作用金属の一部を拡面化して誘電体酸化皮膜層、固体電解質層、及び電極引出部を形成した陰極部、及び前記弁作用金属の一部に電極引出部を形成した陽極部を有する前記コンデンサ素子を形成し、
   陽極電極板及び陰極電極板を同一平面上に間隙を保って配置して、その間隙に絶縁樹脂を介在させた前記端子板を形成し、
   前記コンデンサ素子を前記端子板に重ね合わせる前に、前記端子板の前記陽極電極板上に未硬化の封止樹脂を配置するとともに、前記端子板の前記陰極電極板に導電性接着剤を配置しておき、
   前記コンデンサ素子と前記端子板とを加圧しながら重ね合わせて、前記電極引出部を前記端子板の前記陽極電極板に接触させ、前記封止樹脂と前記導電性接着剤とを硬化させること、
   を特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
2. 前記コンデンサ素子と前記端子板とを加圧しながら重ね合わせるとともに加熱し、前記封止樹脂と前記導電性接着剤とを硬化させること、
   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. 前記導電性接着剤は、無溶剤であること、
   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. 前記電極引出部は、先鋭化されたバンプ電極であり、
   重ね合わせの際に、前記バンプ電極が前記封止樹脂を貫通して、前記バンプ電極を介して前記陽極部と前記陽極電極板を電気的に接続すること、
   を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の固体電解コンデンサの製造方法。
5. 前記バンプ電極は、前記封止樹脂を硬化させる際の加圧によって前記陽極電極板と圧接すること、
   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. コンデンサ素子を端子板に重ね合わせてなる固体電解コンデンサであって、
   前記コンデンサ素子の陽極部に立設し、前記端子板の陽極電極板に当接して先端が潰れた複数のバンプ電極と、
   前記コンデンサ素子と前記端子板との間に介在し、前記バンプ電極に貫通された封止樹脂と、
   前記コンデンサ素子の陰極部と前記端子板の陰極電極板との間に介在する導電性接着剤と、
   を備え、
   前記バンプ電極と前記端子板の陽極電極板とは、圧接加圧により接続されていること、
   を特徴とする固体電解コンデンサ。

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