JP2021192407A - 金属皮膜の製造方法、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
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Abstract
【課題】安価に製造できる小型の固体電解コンデンサ、金属皮膜の製造方法、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】本開示の実施の形態に係る固体電解コンデンサの製造方法は、導電体である陰極体６を覆う外装体から陰極体６の一部である陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃを露出させるとともに、露出した陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃに金属皮膜であるコンタクト電極１２を形成する工程を含む。【選択図】図２
Description
本開示は、金属皮膜の製造方法、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に関する。
近年、パーソナルコンピュータ等の電子機器には、高周波領域でのインピーダンス特性に優れた固体電解コンデンサが用いられている。電子機器の高周波化に対応するため、固体電解コンデンサの低ＥＳＲ（Equivalent Series Resistance：等価直列抵抗）化や低ＥＳＬ（Equivalent Series Inductance：等価直列インダクタンス）化が要望されている。このような要望に応え、かつ小型な固体電解コンデンサを提供するために、陽極端面及び陰極端面を外部電極と直接接続する、端面集電構造が提案されている。端面集電構造を有する固体電解コンデンサは、例えば特許文献１に開示されている。
固体電解コンデンサを安価に製造するため、製造コストを削減することが強く要望されている。また、固体電解コンデンサのさらなる小型化も要望されている。
したがって、本開示の目的は、安価に製造できる小型の固体電解コンデンサ、金属皮膜の製造方法、および固体電解コンデンサの製造方法を提供することである。
本開示の一態様に係る金属皮膜の製造方法は、導電体を覆う外装体から前記導電体の一部を露出させるとともに、露出した前記導電体に金属皮膜を形成する工程を含む。
本開示の一態様に係る固体電解コンデンサの製造方法は、陽極体および陰極体を有する複数のコンデンサ素子を形成する工程と、前記複数のコンデンサ素子を互いに積層する工程と、前記複数のコンデンサ素子を外装体で被覆する工程と、前記複数のコンデンサ素子の前記陰極体側から固相の金属粒子を吹き付けて前記外装体を研削することで前記陰極体を露出させるとともに、露出した前記陰極体に前記金属粒子を衝突させて金属皮膜を形成する工程と、を含む。
本開示の一態様に係る固体電解コンデンサは、陽極体、前記陽極体を被覆する誘電体被膜、および、前記誘電体被膜上に形成された陰極体を有するコンデンサ素子と、前記陰極体が露出するように形成された外装体と、を備え、前記陰極体の前記外装体から露出した部分には、金属皮膜が形成されている。
本開示によれば、小型の固体電解コンデンサを安価に製造することができる。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において共通する構成要素については同一の符号を付し、それらの説明は適宜省略する。
＜第一の実施の形態＞
本開示の第一の実施の形態に係る固体電解コンデンサの構成について、図１Ａ，図１Ｂ及び図２を用いて説明する。図１Ａは、本開示の第一の実施の形態に係る固体電解コンデンサの斜視図であり、図１Ｂは、固体電解コンデンサの上面図である。図２は、図１ＢのＡ−Ａ’線断面図である。
本開示の第一の実施の形態に係る固体電解コンデンサの構成について、図１Ａ，図１Ｂ及び図２を用いて説明する。図１Ａは、本開示の第一の実施の形態に係る固体電解コンデンサの斜視図であり、図１Ｂは、固体電解コンデンサの上面図である。図２は、図１ＢのＡ−Ａ’線断面図である。
本開示の第一の実施の形態の固体電解コンデンサ２０は、コンデンサ素子１、支持部材７、外装体１０、下地電極１１、コンタクト電極１２、導電層１３、表面処理層１４、陽極側外部電極１５ａ、及び陰極側外部電極１５ｂを有する。図２に示す例では、図の左側が陰極側であり、図の右側が陽極側である。本開示の第一の実施の形態では、図１及び図２に示すように、陽極側外部電極１５ａが配置されている平面と、陰極側外部電極１５ｂが配置されている平面とは、互いに平行である、
（コンデンサ素子１）
コンデンサ素子１は、陽極体２、誘電体３、レジスト部４、陽極電極部５、陰極体６を有する。誘電体３は、例えば弁金属であるＡｌ（アルミニウム）箔両面に化学エッチング等の方法で多孔質層を形成し、その多孔質層上に誘電体被膜及び固体電解質層を形成して得られる。
コンデンサ素子１は、陽極体２、誘電体３、レジスト部４、陽極電極部５、陰極体６を有する。誘電体３は、例えば弁金属であるＡｌ（アルミニウム）箔両面に化学エッチング等の方法で多孔質層を形成し、その多孔質層上に誘電体被膜及び固体電解質層を形成して得られる。
陽極体２は、多孔質化されずに残っているＡｌ箔の芯材部である。陽極体２の上面及び下面には、誘電体３が配置されている。
陽極体２の厚み及び誘電体３の厚みは、それぞれ、２０μｍ以上８０μｍ以下である。なお、陽極体２及び誘電体３の材料としては、Ａｌ箔に限定されず、例えば、コンデンサ材料として一般的に使用されるＴａ（タンタル）等であってもよい。
陽極電極部５は、陽極体２の陽極側の端部である。陽極電極部５近傍において、陽極体２の上面及び下面には、レジスト部４が形成されている。レジスト部４により、陽極電極部５と、誘電体３および後述する陰極体６と、が電気的に分離されている。
レジスト部４の形成方法としては、既知の適宜の方法を採用すればよい。例えば、誘電体３の一部をレーザや化学エッチングで完全に除去した後に、陽極体２上に絶縁性の樹脂であるポリイミドや、ポリアミド、エポキシ等をコーティングする方法が採用されうる。または、例えば、誘電体３に圧縮応力を与えて緻密な層にすることで絶縁性を持たせる方法や、多孔質の誘電体３の一部に絶縁性の樹脂を含侵させる方法等が採用されてもよい。
また、図１ではレジスト部４が単構造である場合を例示しているが、レジスト部４は、異種材料を組み合わせた複合構造であってもよい。例えば、レジスト部４は、緻密なＡｌ酸化膜とポリイミド樹脂との積層構造であってもよい。
レジスト部４により陽極電極部５と絶縁されている誘電体３は、Ａｌ箔両面に化学エッチング等の方法で形成された多孔質層に、固体電解質層が形成された構成である。固体電解質層は、例えば、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性高分子材料を用いて、化学重合または電解重合等の方法によって形成される。
誘電体３上には、陰極体６が形成されている。陰極体６は、例えば印刷法または転写法等により、カーボン層と導電性Ａｇ（銀）ペースト層とが順次積層されたものである。
なお、陰極体６は、カーボン層及び導電性Ａｇペースト層の積層構造に限定されない。例えば、陰極体６は、導電性Ａｇペーストの代わりに、Ａｇ以外のフィラーを用いた導電性ペースト、またはシンタリング材等を含むものであってもよい。Ａｇ以外のフィラーの例としては、例えばＣｕ（銅）や、Ｎｉ（ニッケル）コア材をＡｇコートしたものが挙げられる。
（コンデンサ素子１）
図２に示すように、固体電解コンデンサ２０は、互いに積層された複数のコンデンサ素子１を有する。図２に示す例では、３つのコンデンサ素子１ａ，１ｂ，１ｃが積層されているが、本開示では互いに積層されるコンデンサ素子１の数については３つに限定されるものではない。
図２に示すように、固体電解コンデンサ２０は、互いに積層された複数のコンデンサ素子１を有する。図２に示す例では、３つのコンデンサ素子１ａ，１ｂ，１ｃが積層されているが、本開示では互いに積層されるコンデンサ素子１の数については３つに限定されるものではない。
最も下側に配置されているコンデンサ素子１ｃは、支持部材７上に接着剤８を介して固定されている。固定されたコンデンサ素子１ｃの上には、導電性接着剤９を介してコンデンサ素子１ｂ，１ａが積層されている。なお、以下の説明において、積層されたコンデンサ素子１ａ，１ｂ，１ｃのいずれか１つを指して、または複数のコンデンサ素子をまとめて、コンデンサ素子１と記載することがある。
支持部材７としては、例えば、ガラスエポキシ基板、ＢＴ（Bismaleimide-Triazine）レジンまたはポリイミド樹脂基板等の耐熱性に優れた基板、またはＣｕ製のリードフレーム等を採用できる。ただし、リードフレーム等の導電材料を用いる場合では、陽極側と陰極側とを絶縁する必要がある。
導電性接着剤９としては、例えば、導電性Ａｇペースト等の導電性ペーストが採用される。導電性接着剤９は、コンデンサ素子１の陰極体６と電気的に接続されている。
接着剤８としては、絶縁性の樹脂系接着剤の他、導電性接着剤９と同様の導電性ペーストが採用されてもよい。
なお、接着剤８及び導電性接着剤９は、ペースト状ではなく、貼り付け可能なシート状であってもよい。
また、図２に示す例では、隣接するコンデンサ素子間には導電性接着剤９のみが設けられているが、例えば、導電性接着剤９の他に、Ａｌ、Ｃｕ、またはＩｎ（インジウム）等の金属箔を介在させてもよい。
複数のコンデンサ素子１の全体は、陽極側の端部及び陰極側の端部がそれぞれ露出するように、外装体１０で被覆されている。
（下地電極１１）
下地電極１１は、コンデンサ素子１の陽極側の端部、すなわち陽極電極部５を覆うように設けられている。下地電極１１は、陽極電極部５と電気的に接続されている。また、下地電極１１は、導電性を有する陽極側外部電極１５ａで覆われている。
下地電極１１は、コンデンサ素子１の陽極側の端部、すなわち陽極電極部５を覆うように設けられている。下地電極１１は、陽極電極部５と電気的に接続されている。また、下地電極１１は、導電性を有する陽極側外部電極１５ａで覆われている。
下地電極１１は、例えば以下の方法で形成される。すなわち、陽極電極部５の端面に、無電解Ｎｉめっき処理を施した後、Ａｇめっきを形成し、更に導電性Ａｇペーストで被覆することで、下地電極１１が形成される。また、別の方法として、コールドスプレー法により、陽極電極部５の端面に金属粒子を堆積させた後、導電性ペーストで被覆して下地電極１１を形成する方法を採用してもよい。コールドスプレー法の詳細については後述する。なお、コールドスプレー法を採用した場合に用いられる金属粒子としては、例えばＣｕやＺｎ（亜鉛）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｓｎ（スズ）、Ａｇ等の単元素金属の他、青銅や、黄銅等の合金等が採用される。また、導電性ペーストとしては、導電性Ａｇペーストや、導電性Ｃｕペーストの他、複合金属フィラーを樹脂に含有させたものや、シンタリング材等がある。また、導電性ペーストによる被覆をせずに、コールドスプレー法のみで下地電極１１を形成してもよい。
（コンタクト電極１２）
上述したように、コンデンサ素子１の陰極側の端部である陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃは、外装体１０から露出している。陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃとは、それぞれ、コンデンサ素子１ａ，１ｂ，１ｃの陰極体６の陰極側の端部である。コンタクト電極１２は、コンデンサ素子１の陰極側の端部、すなわち陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃを覆うように設けられている。
上述したように、コンデンサ素子１の陰極側の端部である陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃは、外装体１０から露出している。陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃとは、それぞれ、コンデンサ素子１ａ，１ｂ，１ｃの陰極体６の陰極側の端部である。コンタクト電極１２は、コンデンサ素子１の陰極側の端部、すなわち陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃを覆うように設けられている。
コンタクト電極１２は、金属フィラーを含む導電性ペーストからなる陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃには形成されているが、樹脂系材料である外装体１０及び支持部材７には形成されていない。
コンタクト電極１２の材料としては、電気抵抗が低くイオン化傾向の小さい金属を用いることが好ましい。このような金属としては、例えば、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｇ等が挙げられる。このような金属を用いることで、コンタクト電極１２の表面における酸化膜の形成が抑制されるので、コンタクト電極１２と導電層１３との電気的接続を確実にすることができる。なお、コンタクト電極１２は、単元素金属で構成される以外に、青銅や黄銅等の合金で構成されてもよいし、Ｃｕ及びＡｇ等の異なる単金属が積層されて構成されてもよい。
（外装体１０）
外装体１０は、例えば絶縁フィラーが混入された樹脂で形成されており、上述したように積層されたコンデンサ素子１を、支持部材７及びコンデンサ素子１の両端部を除いて被覆している。絶縁フィラーとしては、例えばシリカ（ＳｉＯ２）等の無機フィラーが採用される。また、樹脂としては例えばエポキシ樹脂等が採用される。
外装体１０は、例えば絶縁フィラーが混入された樹脂で形成されており、上述したように積層されたコンデンサ素子１を、支持部材７及びコンデンサ素子１の両端部を除いて被覆している。絶縁フィラーとしては、例えばシリカ（ＳｉＯ２）等の無機フィラーが採用される。また、樹脂としては例えばエポキシ樹脂等が採用される。
外装体１０の絶縁フィラーの重量含有率は、陰極体６の導電性ペーストの金属フィラーの重量含有率よりも少ない事が望ましい。さらに言えば、コンタクト電極１２の材料をＣｕまたはＺｎ、外装体の樹脂をエポキシ樹脂、外装体の絶縁フィラーをシリカ、陰極体６の金属フィラーをＡｇとした場合、外装体１０の絶縁フィラーの重量含有率は８５％未満、陰極体６の導電性ペーストの金属フィラーの重量含有率は、８５％以上が望ましく、さらに言えば、外装体１０の絶縁フィラーの重量含有率は７５％未満、陰極体６の導電性ペーストの金属フィラーの重量含有率は、８６％以上の組み合わせとすると、より好ましい。
その理由は、詳細は後述するが、外装体１０及び陰極体６がこのような関係を有することにより、コンタクト電極１２が、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃに好適に形成されるからである。
（陽極側外部電極１５ａ及び陰極側外部電極１５ｂ）
陽極側外部電極１５ａ及び陰極側外部電極１５ｂは、それぞれ、下地電極１１、及びコンタクト電極１２を覆うように形成されている。陽極側外部電極１５ａ及び陰極側外部電極１５ｂは、それぞれ、導電層１３及び表面処理層１４で構成される。
陽極側外部電極１５ａ及び陰極側外部電極１５ｂは、それぞれ、下地電極１１、及びコンタクト電極１２を覆うように形成されている。陽極側外部電極１５ａ及び陰極側外部電極１５ｂは、それぞれ、導電層１３及び表面処理層１４で構成される。
導電層１３の材料としては、例えば、バインダとなる樹脂材料中にＡｇまたはＣｕ等の金属フィラーを混入させた導電性ペースト材料が採用される。
表面処理層１４は、導電層１３の表面に形成された被膜層である。表面処理層１４は、例えば、Ｎｉ層とＳｎ層との積層構造である。なお、表面処理層１４の材料は、その外表面が、はんだとの濡れ性に優れた金属であればよい。このような金属としては、例えば、Ｓｎ、Ａｕ（金）、Ａｇ、Ｐｄ（パラジウム）等が挙げられる。
＜第二の実施の形態＞
次に、本開示の第二の実施の形態に係る固体電解コンデンサ３０の構成について、図３、及び図４を用いて説明する。図３Ａは、本開示の第二の実施の形態に係る固体電解コンデンサを示す斜視図であり、図３Ｂは、固体電解コンデンサの上面図である。図４は、図３のＢ−Ｂ’線断面図である。
次に、本開示の第二の実施の形態に係る固体電解コンデンサ３０の構成について、図３、及び図４を用いて説明する。図３Ａは、本開示の第二の実施の形態に係る固体電解コンデンサを示す斜視図であり、図３Ｂは、固体電解コンデンサの上面図である。図４は、図３のＢ−Ｂ’線断面図である。
本開示の第二の実施の形態では、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、陽極側外部電極１５ａが配置されている平面と直交する平面に、陰極側側面電極１６が形成されている。このような構造により、陰極側側面電極１６が形成されていない場合と比較して、陽極の近くに陰極側電極を配置できるので、固体電解コンデンサ３０の周波数特性を向上させることができる。
なお、図３Ａ及び図３Ｂにおいては、陰極側外部電極１５ｂと、陰極側側面電極１６と、の両方が形成されているが、例えば陰極側外部電極１５ｂを形成せずに、陰極側側面電極１６のみを形成してもよい。
図４に示すように、陰極側側面電極１６は、陰極側外部電極１５ｂと同様に、導電層１３及び表面処理層１４で構成されている。陰極側側面電極１６は、陰極体６の外装体１０から露出した部分に設けられたコンタクト電極１２を覆うように配置されており、陰極体６と電気的に接続されている。その他の構成については、第一の実施の形態に係る固体電解コンデンサ２０と同様である。
＜製造方法＞
次に、本開示に係る固体電解コンデンサの製造方法について説明する。以下では、図１及び図２に示す、第一の実施の形態に係る固体電解コンデンサ２０の製造方法について、図５Ａ〜図５Ｃ及び図６Ａ〜図６Ｃを用いて説明する。図５Ａ〜図５Ｃ及び図６Ａ〜図６Ｃは、それぞれ、固体電解コンデンサの製造方法の各工程における固体電解コンデンサの断面図である。
次に、本開示に係る固体電解コンデンサの製造方法について説明する。以下では、図１及び図２に示す、第一の実施の形態に係る固体電解コンデンサ２０の製造方法について、図５Ａ〜図５Ｃ及び図６Ａ〜図６Ｃを用いて説明する。図５Ａ〜図５Ｃ及び図６Ａ〜図６Ｃは、それぞれ、固体電解コンデンサの製造方法の各工程における固体電解コンデンサの断面図である。
（積層工程）
最初に、図５Ａに示す積層工程が行われる。積層工程では、支持部材７上に接着剤８を適量塗布し、その上に、あらかじめ用意された複数のコンデンサ素子１のうちの１つ（コンデンサ素子１ｃ）を精度良く載置する。
最初に、図５Ａに示す積層工程が行われる。積層工程では、支持部材７上に接着剤８を適量塗布し、その上に、あらかじめ用意された複数のコンデンサ素子１のうちの１つ（コンデンサ素子１ｃ）を精度良く載置する。
次に、コンデンサ素子１ｃの上に導電性接着剤９を適量塗布し、その上にコンデンサ素子１ｂを載置する。更に、コンデンサ素子１ｂの上に導電性接着剤９を適量塗布し、その上にコンデンサ素子１ａを載置する。
接着剤８及び導電性接着剤９の塗布方法としては、例えば、ディスペンス方式、印刷、インクジェット法、ディップ法、または転写法等の既知の方法を適宜採用することができる。
そして、高温炉等を用いて接着剤８及び導電性接着剤９を熱硬化させ、各コンデンサ素子１の陰極体６同士を導通させる。なお、熱硬化の手段としては、高温炉に限定されず、例えば、ホットプレートまたはリフロー炉等を用いてもよい。
なお、上記説明では、支持部材７上の一箇所においてコンデンサ素子１を順次積層する場合について説明したが、支持部材７上の複数箇所において（例えば、複数列、複数行のマトリクス状に）複数のコンデンサ素子の積層が同時に行われてもよい。
（封止工程）
次に、図５Ｂに示す封止工程が行われる。封止工程では、図５Ｂに示すように、積層されたコンデンサ素子１全体を覆うように外装体１０で封止する。この際、外装体１０は、積層されたコンデンサ素子１同士の隙間、及び、支持部材７とコンデンサ素子１との隙間にも充填されることが好ましい。積層されたコンデンサ素子１同士の隙間、及び、支持部材７とコンデンサ素子１との隙間には、予め外装体１０とは別の樹脂材料が充填されていてもよい。
次に、図５Ｂに示す封止工程が行われる。封止工程では、図５Ｂに示すように、積層されたコンデンサ素子１全体を覆うように外装体１０で封止する。この際、外装体１０は、積層されたコンデンサ素子１同士の隙間、及び、支持部材７とコンデンサ素子１との隙間にも充填されることが好ましい。積層されたコンデンサ素子１同士の隙間、及び、支持部材７とコンデンサ素子１との隙間には、予め外装体１０とは別の樹脂材料が充填されていてもよい。
外装体１０を用いてコンデンサ素子１を封止する方法としては、例えば、トランスファー法、コンプレッション法、または、液状樹脂を型に流し込んだ後に熱硬化させる方法等の既知の方法が適宜採用されればよい。
（端面出し工程）
次に、図５Ｃに示す端面出し工程が行われる。端面出し工程では、外装体１０に封止されたコンデンサ素子１の陽極側については、陽極電極部５が外装体１０から露出するように端面出しが行われる。これにより、陽極側端面１７ａが形成される。また、陰極側については、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃが露出しない程度に端面出しが行われる。これにより、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃが露出しない程度に外装体１０を残した陰極側端面１７ｂが形成される。
次に、図５Ｃに示す端面出し工程が行われる。端面出し工程では、外装体１０に封止されたコンデンサ素子１の陽極側については、陽極電極部５が外装体１０から露出するように端面出しが行われる。これにより、陽極側端面１７ａが形成される。また、陰極側については、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃが露出しない程度に端面出しが行われる。これにより、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃが露出しない程度に外装体１０を残した陰極側端面１７ｂが形成される。
端面出しの方法としては、例えば、ダイヤモンド粒子をボンド材で固定したダイシングブレードを高速回転させて外装体１０に封止されたコンデンサ素子１をカットする方法が採用されればよい。
なお、陰極側端面１７ｂは、上述した封止工程で予め形成されていてもよい。また、上記説明では、端面出し工程において、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃが外装体１０から露出しない程度に端面出しを行うとしたが、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃの一部が外装体１０から露出してもよい。
（コンタクト電極形成工程）
次に、図６Ａに示すコンタクト電極形成工程が行われる。コンタクト電極形成工程では、コールドスプレー法が用いられる。
次に、図６Ａに示すコンタクト電極形成工程が行われる。コンタクト電極形成工程では、コールドスプレー法が用いられる。
コールドスプレー法は、空気、窒素、ヘリウム等の圧縮された気体により、数μｍから数十μｍオーダーの金属粒子を亜音速から超音速に加速して、固相状態のまま基材に衝突させて金属粒子を基材と接合させ、金属皮膜を形成する技術である。
コールドスプレー法では、基材が金属である場合、金属粒子の基材への衝突エネルギーによって金属粒子または金属基材が塑性変形し、新生面が露出することによって金属表面が活性化し、金属粒子と基材とが接合されると考えられる。
一方、基材が樹脂である場合、樹脂の硬度がある程度高ければ、金属粒子の衝突により生じた樹脂基材の表面の凹凸に、塑性変形した金属粒子が食い込むことによって、機械的に接合されると考えられる。なお、樹脂の硬度がある程度低い場合には、金属粒子の衝突によって樹脂基材が破壊されるため、樹脂基材の表面には金属粒子が接合されない。
本開示に係る固体電解コンデンサの製造方法では、コールドスプレー法を利用して、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃが外装体１０から露出していない陰極側端面１７ｂに対して金属粒子を吹き付ける。これにより、樹脂材料である外装体１０の破壊と、金属材料である陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃへの金属粒子の接合と、を一度に行うことが可能となっている。
なお、コールドスプレー法によって外装体１０を好適に破壊し、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃの表面に金属皮膜を形成するためには、外装体１０の硬度を好ましい硬度範囲に調整する必要がある。好ましい硬度範囲とは、金属粒子が外装体１０に衝突するエネルギーにより、金属粒子が効率よく塑性変形するとともに基材が効率よく破壊される硬度範囲である。
金属粒子をＣｕまたはＺｎ、外装体１０をエポキシ樹脂とフィラー（シリカ）との混合材料とした場合、上述したように、外装体１０のフィラー重量含有率を８５％未満とすることで、外装体１０が好ましい硬度範囲となることが実験によりわかっている。
また、陰極体６をエポキシ樹脂とフィラー（Ａｇ）との混合材料とした場合、陰極体６の金属フィラー重量含有率を８５％以上とすることで、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃの表面に金属粒子が好適に接合され、金属皮膜が形成される。
さらに、外装体１０の絶縁フィラーの重量含有率を７５％未満、陰極体６の金属フィラーの重量含有率を８６％以上の組み合わせとすると、金属粒子が外装体１０を好適に研削し、金属皮膜が陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃの表面に選択的に形成されるため、より好ましい。
なお、金属粒子にＣｕやＺｎよりもヤング率、硬度ともに低いＳｎ等の材料を使用する場合は、外装体１０における絶縁フィラーの重量含有率、及び陰極体６における金属フィラー重量含有率をより低い値に設定すればよい。
図７Ａ〜図７Ｄは、コンタクト電極形成工程における、コンタクト電極１２が形成される様子を説明するための図である。図７Ａ〜図７Ｄにおいて、２３はコールドスプレー装置、２４はコールドスプレー装置２３から高速で噴射される金属粒子、２５は陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃに形成された金属皮膜である。
まず、図７Ａに示すように、外装体１０で覆われたコンデンサ素子１ａ，１ｂ，１ｃを用意する。次に、図７Ｂに示すように、コールドスプレー装置２３から加速した金属粒子２４を噴射させ、コールドスプレー装置２３を徐々に移動させて、外装体１０を研削する。
図７Ｃに示すように、コールドスプレー装置２３を引き続き移動させることで、コンデンサ素子１ａ．１ｂ．１ｃを覆う外装体１０を削り、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃを順次露出させる。このとき、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃの露出した箇所には金属粒子２４が接合され、金属皮膜２５が形成される。したがって、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃの露出した箇所は、ほとんど研削されずに金属皮膜２５によって被覆される。
図７Ｄでは、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃが外装体１０から露出し、それぞれに金属皮膜２５が形成された様子が示されている。
なお、陰極体６を被覆する外装体１０を研削する方法としては、上記説明した方法以外に、例えばアルミナ等の研削砥粒を高速で吹き付けて研削を行うサンドブラスト法等が考えられる。しかしながら、サンドブラスト法の場合、外装体１０の研削とともに、露出された陰極体６及び誘電体３も同時に研削されてしまい、本来誘電体３で絶縁されている陽極体２と陰極体６が電気的にリークしてしまう恐れがある（図１参照）。これを防止するためには、例えば陰極体６の厚みを厚くする必要がある。
上記説明したコールドスプレー法であれば、コンデンサ素子１を被覆する外装体１０を研削して陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃを露出させる工程と、露出した箇所に金属皮膜を形成する工程を一度に行うことができる。このため、サンドブラスト法を採用した場合と比較して、陰極体６の厚みを薄くしても、外装体１０とともに陰極体６が研削されてしまう事態を防止することができるとともに、外装体１０から露出した陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃ表面に金属皮膜２５を確実に形成する事ができる。なお、本開示に係る固体電解コンデンサでは、陰極体６（陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃ）の厚みを、例えば２００μｍ以下とすることができる。
図６Ａの説明に戻る。図７Ｃ及び図７Ｄに示す金属皮膜２５が、図６Ａに示すコンタクト電極１２である。すなわち、コールドスプレー法を用いて、外装体１０を研削して陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃを露出させるとともに、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃにコンタクト電極１２を形成させることができる。
なお、図５Ａ〜図５Ｃ及び図６Ａ〜図６Ｃに示すように、積層された複数のコンデンサ素子１において、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃの水平方向の位置が互いに異なっていることがある。これは、例えば複数のコンデンサ素子１を積層する際の載置誤差、コンデンサ素子自体のサイズばらつき、または接着剤８や導電性接着剤９を硬化させる際の膨張もしくは収縮等に起因して生じうる。
コンタクト電極形成工程では、全ての陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃを露出させる必要がある。このため、図７Ｃ等に示す、コールドスプレー法を用いて外装体１０を研削する工程において、金属粒子を加速させる速度や金属粒子の噴射量は、コールドスプレーが行われる外装体１０の表面から最も深い位置にある陰極体端部（図５Ｃの例では６ｂ）を確実に露出させることができる値に設定される。金属粒子を加速させる速度や金属粒子の噴射量と、外装体１０の表面から最も深い位置にある陰極体端部までの距離との関係は、例えばあらかじめ実験等によって求められていればよい。
なお、コールドスプレー法を用いたコンタクト電極１２の形成が一度開始されると、コンタクト電極１２の形成が終了するまで、金属粒子を加速させる速度や金属粒子の噴射量は一定である。このため、コールドスプレーが行われる外装体１０の表面から陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃの表面までの距離に応じて、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃに形成される金属皮膜（コンタクト電極１２）の厚みが異なる。
具体例を挙げて説明する。比較的深い位置にある陰極体端部（図５Ｃの例では６ｂ）よりも、比較的浅い位置にある陰極体端部（図５Ｃの例では６ａ）の方が、陰極体端部が露出するまでに研削されるべき外装体１０の量が少なくて済む。このため、比較的深い位置にある陰極体端部を露出させるための時間よりも、比較的浅い位置にある陰極体端部を露出させるための時間の方が、短くなる。時間あたり、単位面積あたりに対して噴射される金属粒子の量は一定であるため、比較的深い位置にある陰極体端部の表面に形成される金属皮膜の厚みよりも、比較的浅い位置にある陰極体端部の表面に形成される金属皮膜の厚みの方が、厚くなる。
（下地電極形成工程）
次に、図６Ｂに示すように、下地電極形成工程が行われる。なお、本実施例においては、コンタクト電極形成工程の後に下地電極形成工程を実施しているが、コンタクト電極形成工程の前に、下地電極形成工程を実施してもよい。
次に、図６Ｂに示すように、下地電極形成工程が行われる。なお、本実施例においては、コンタクト電極形成工程の後に下地電極形成工程を実施しているが、コンタクト電極形成工程の前に、下地電極形成工程を実施してもよい。
図６Ｂに示すように、陽極側端面１７ａを被覆するように下地電極１１が形成される。下地電極１１の形成方法としては、例えば、コールドスプレー法を用いて陽極電極部５の端面にＣｕ等の金属粒子を衝突させて金属被膜を形成した後に、導電性Ａｇペーストをディップ法等で陽極側端面１７ａ全面を被膜する方法がある。
また、コンタクト電極形成工程と同様に、外装体１０で陽極電極部５の一部が被覆された状態から、コールドスプレー法で外装体１０を研削して陽極電極部５の端面を露出すると同時に、金属皮膜を形成して、下地電極１１を形成してもよい。
更に、他の方法としては、めっき法によって、陽極電極部５の端面にめっきで金属皮膜を形成した後に、導電性Ａｇペーストを被膜する方法を採用してもよい。
（形成工程）
最後に、図６Ｃに示すように、陽極側外部電極１５ａ及び陰極側外部電極１５ｂの形成工程が行われる。陽極側外部電極１５ａ及び陰極側外部電極１５ｂの形成工程では、まず下地電極１１及びコンタクト電極１２の表面を覆うように導電層１３が形成された後、導電層１３の表面を覆うように表面処理層１４が形成される。
最後に、図６Ｃに示すように、陽極側外部電極１５ａ及び陰極側外部電極１５ｂの形成工程が行われる。陽極側外部電極１５ａ及び陰極側外部電極１５ｂの形成工程では、まず下地電極１１及びコンタクト電極１２の表面を覆うように導電層１３が形成された後、導電層１３の表面を覆うように表面処理層１４が形成される。
導電層１３は、例えば導電性Ａｇペーストを、ディップ法、転写法、印刷法、ディスペンス法等で各端面に塗布し、その後、高温で硬化させることによって形成される。
表面処理層１４は、例えば電解めっき法の一つであるバレルめっき法で形成されればよい。表面処理層１４は、例えばＮｉとＳｎとの積層構造である。
なお、図５Ｃ等に示すように陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃの水平方向の位置が異なっている場合、陰極側外部電極１５ｂの外側の面からみて、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃは凹凸を形成している。このような場合、陰極体端部が凹凸を形成していない場合と比較して、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃと、これらを被覆する導電層１３との結合強度が強くなりやすい。このため、陰極側外部電極１５ｂに外力が掛かったとしても、陰極側外部電極１５ｂが陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃが外れてしまう事態が低減されうる。
＜作用、効果＞
本開示の実施の形態に係る固体電解コンデンサの製造方法は、導電体である陰極体６を覆う外装体から陰極体６の一部である陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃを露出させるとともに、露出した陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃに金属皮膜であるコンタクト電極１２を形成する工程を含む。
本開示の実施の形態に係る固体電解コンデンサの製造方法は、導電体である陰極体６を覆う外装体から陰極体６の一部である陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃを露出させるとともに、露出した陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃに金属皮膜であるコンタクト電極１２を形成する工程を含む。
このように、本開示の実施の形態に係る固体電解コンデンサの製造方法によれば、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃの外装体１０からの露出と、露出した陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃにおけるコンタクト電極１２の形成とを、一度に行うことができる。このため、固体電解コンデンサの製造に必要な工数を削減することができるので、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃの外装体１０からの露出と、露出した陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃにおけるコンタクト電極１２の形成とを別々に行う場合と比較して、安価に固体電解コンデンサを製造することができる。
また、本開示の実施の形態に係る固体電解コンデンサの製造方法によれば、図５Ｃ等に示すように、コンデンサ素子１の陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃの水平方向の位置が互いに異なっている場合でも、それぞれの表面にコンタクト電極１２を好適に形成することができる。コンタクト電極１２を導電層１３で被覆し、導電層１３の表面を覆うように表面処理層１４を形成することで、小型な固体電解コンデンサを製造することができる。
以下では、本開示の実施の形態に係る固体電解コンデンサの製造方法で製造された固体電解コンデンサが比較的小型である理由について、比較例と比較しながら説明する。
図８は、本開示の実施の形態に係る固体電解コンデンサの比較例である、従来の製造方法で製造された固体電解コンデンサを示す断面図である。図８に示す例では、固体電解コンデンサ１００は、上述した実施の形態の固体電解コンデンサ２０，３０と同様に、３つのコンデンサ素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃが積層されて構成されている。
それぞれの素子の陰極体１０６は、導電性接着剤１０９によって互いに接着されており、互いに電気的に接続されている。複数の素子は、絶縁性の樹脂等の外装体１１０によって、陰極側および陽極側の電極、並びに基板１０７を除いて被覆されている。なお、図８に示す例では、図の左側が陰極側、右側が陽極側である。
図９は、図８における陰極側外部電極１１５ｂ周辺の拡大図である。陰極体１０６の端部である陰極体端部１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃは、外装体１１０から露出しており、導電性ペースト１１２および中間電極１１３を介して外部電極１１４と接続されている。
導電性ペースト１１２は、中間電極１１３と外部電極１１４とを電気的に接続する役割を果たす。導電性ペースト１１２は、図９に示すように、水平方向の位置が互いに異なる陰極体端部１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃを、確実に、中間電極１１３と接続するために設けられている。
図１０は、図８及び図９に示す、固体電解コンデンサ１００の製造方法の一部を説明するための図である。図１０に示すように、互いに積層された複数のコンデンサ素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの陰極体端部１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃを、導電性ペースト１１２で覆い、ダイシング等で適宜のカット位置１１３ａにて導電性ペースト１１２をカットする。その後、カット面に中間電極１１３及び外部電極１１４を形成することで、陰極側外部電極１１５ｂが形成されている。
図９等に示す従来の固体電解コンデンサ１００の構造と、図１等に示す本開示の実施の形態に係る製造方法で製造された固体電解コンデンサ２０とを比較すると、以下のようなことが言える。すなわち、本開示の実施の形態に係る製造方法で製造された固体電解コンデンサ２０では、陰極体端部６ａ，６ｂ，６ｃと導電層１３とが直接接合されているため、陰極体端部１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃと中間電極１１３とが導電性ペースト１１２を介して接続されている従来の製造方法で製造された固体電解コンデンサ１００と比較して、導電性ペーストの使用量を低減することができる。
導電性ペーストには、主にＡｇ（銀）を主成分とするペーストが用いられることが多く、また、導電性Ａｇペーストは高価であることから、導電性ペーストの使用量を低減させることで、固体電解コンデンサを製造するためのコストを低減させることができる。すなわち、本開示の実施の形態に係る製造方法で製造された固体電解コンデンサ２０は、図８、図９等に示す、従来の製造方法で製造された固体電解コンデンサ１００と比較して、より安価に製造することができる。
また、本開示の実施の形態に係る製造方法で製造された固体電解コンデンサ２０では、従来の固体電解コンデンサ１００における導電性ペースト１１２層が不要であるため、導電性ペースト１１２の水平方向の厚みの分、水平方向に小型化することができる。
なお、本開示は、上記実施の形態の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。
本開示の固体電解コンデンサは、良好な電気特性を維持しながら、高い信頼性及び生産性を有するため、電子機器（例えば、パソコン、携帯端末）、産業用装置、車載用装置等、あらゆる分野のコンデンサとして有用である。
２０，３０ 固体電解コンデンサ
１，１ａ，１ｂ，１ｃ コンデンサ素子
２ 陽極体
３ 誘電体
４ レジスト部
５ 陽極電極部
６ 陰極体
６ａ，６ｂ，６ｃ 陰極体端部
７ 支持部材
８ 接着剤
９ 導電性接着剤
１０ 外装体
１１ 下地電極
１２ コンタクト電極
１３ 導電層
１４ 表面処理層
１５ａ 陽極側外部電極
１５ｂ 陰極側外部電極
１６ 陰極側側面電極
１７ａ 陽極側端面
１７ｂ 陰極側端面
１，１ａ，１ｂ，１ｃ コンデンサ素子
２ 陽極体
３ 誘電体
４ レジスト部
５ 陽極電極部
６ 陰極体
６ａ，６ｂ，６ｃ 陰極体端部
７ 支持部材
８ 接着剤
９ 導電性接着剤
１０ 外装体
１１ 下地電極
１２ コンタクト電極
１３ 導電層
１４ 表面処理層
１５ａ 陽極側外部電極
１５ｂ 陰極側外部電極
１６ 陰極側側面電極
１７ａ 陽極側端面
１７ｂ 陰極側端面
Claims (16)
- 導電体を覆う外装体から前記導電体の一部を露出させるとともに、露出した前記導電体に金属皮膜を形成する工程を含む、
金属皮膜の製造方法。 - 前記工程は、亜音速、音速または超音速に加速した固相の金属粒子を前記外装体及び前記導電体に衝突させる工程を含む、
請求項１に記載の金属皮膜の製造方法。 - 前記導電体は、コンデンサ素子の一部である、
請求項１または請求項２に記載の金属皮膜の製造方法。 - 前記コンデンサ素子は、陽極体と、前記陽極体を被覆する誘電体と、前記誘電体上に形成された陰極体と、を有し、
前記導電体は、前記陰極体である、
請求項３に記載の金属皮膜の製造方法。 - 前記陰極体は、樹脂内に金属フィラーを混入した導電性ペーストで形成されている、
請求項４に記載の金属皮膜の製造方法。 - 前記陰極体は、２００μｍ以下の厚みを有する、
請求項４または請求項５に記載の金属皮膜の製造方法。 - 前記外装体は、絶縁フィラーを混入した樹脂材料で構成されており、
前記外装体の絶縁フィラー重量含有率は、前記陰極体の金属フィラー重量含有率よりも少ない、
請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の金属皮膜の製造方法。 - 前記コンデンサ素子は、陽極体と、前記陽極体を被覆する誘電体と、前記誘電体から予め露出された前記陽極体の一部である陽極電極部と、前記誘電体上に形成された陰極体と、を有し、
前記導電体は、前記陽極電極部である、
請求項３に記載の金属皮膜の形成方法。 - 陽極体および陰極体を有する複数のコンデンサ素子を形成する工程と、
前記複数のコンデンサ素子を互いに積層する工程と、
前記複数のコンデンサ素子を外装体で被覆する工程と、
前記複数のコンデンサ素子の前記陰極体側から固相の金属粒子を吹き付けて前記外装体を研削することで前記陰極体を露出させるとともに、露出した前記陰極体に前記金属粒子を衝突させて金属皮膜を形成する工程と、
を含む、固体電解コンデンサの製造方法。 - 陽極体、前記陽極体を被覆する誘電体被膜、および、前記誘電体被膜上に形成された陰極体を有するコンデンサ素子と、
前記陰極体が露出するように形成された外装体と、
を備え、
前記陰極体の前記外装体から露出した部分には、金属皮膜が形成されている、
固体電解コンデンサ。 - 前記陰極体は、樹脂内に金属フィラーを混入した導電性ペーストで形成されている、
請求項１０記載の固体電解コンデンサ。 - 前記陰極体は、２００μｍ以下の厚みを有する、
請求項１０または請求項１１記載の固体電解コンデンサ。 - 前記外装体は、絶縁フィラーを混入した樹脂材料で構成されており、
前記外装体の絶縁フィラー含有体積率は、前記陰極体の金属フィラー含有体積率よりも少ない、
請求項１１または請求項１２記載の固体電解コンデンサ。 - 前記誘電体被膜と電気的に接続される陽極側外部電極が配置されている平面と、前記金属皮膜と電気的に接続される陰極側外部電極が配置されている平面とは、互いに平行である、
請求項１０から請求項１３のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサ。 - 前記誘電体被膜と電気的に接続される陽極側外部電極が配置されている平面と、前記金属皮膜と電気的に接続される陰極側外部電極が配置されている平面とは、互いに直交する、
請求項１０から請求項１４のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサ。 - 複数の前記コンデンサ素子が積層されており、
前記金属被膜の厚みは、前記外装体からの前記陰極体の突出長さが長いほど厚い、
請求項１０から請求項１５のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサ。
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