JP2021192408A - 固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】良好な電気特性を維持しながら、高い気密性を維持することで高信頼性と高生産性を有した固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供すること。【解決手段】陽極体２、陽極体２を被覆する誘電体酸化被膜層３、及び、陽極体２と絶縁されるように誘電体酸化被膜層３上に形成された陰極体６を有するコンデンサ素子１と、コンデンサ素子１を被覆する外装体１０と、陽極体２の端部である陽極端子部９に形成され、所定の表面粗さの表面１１Ｓを有するコンタクト層１１と、表面１１Ｓを被覆する陽極側電極層（１２）と、を備える。【選択図】図２
Description
本発明は、固体電解コンデンサ及びその製造方法に関するものである。
電子機器の高周波化に伴って電子部品の一つであるコンデンサにも、高周波領域での優れたインピーダンス特性が求められている。このような要求に応えるために電気伝導度の高い導電性高分子を固体電解質に用いた固体電解コンデンサが種々検討されている。このような固体電解コンデンサとして、例えば特許文献１に開示されたものがある。
また、近年、パーソナルコンピュータのＣＰＵ周り等に使用される固体電解コンデンサには、小型大容量化が強く望まれている。更に、高周波化に対応して低ＥＳＲ（Equivalent Series Resistance：等価直列抵抗）化や、ノイズ除去や過渡応答性に優れた低ＥＳＬ（Equivalent Series Inductance：等価直列インダクタンス）化も要望されている。このような要望に応えるために種々の検討がなされている。
図６を参照して、特許文献１に記載された従来の積層型固体電解コンデンサの構成について説明する。固体コンデンサ素子３１は、複数のコンデンサ素子が積層されて構成されている。コンデンサ素子は、芯部３５とその表面に沿って形成される粗面部３６とを有する弁作用金属基体３４と、粗面部３６上に形成された誘電体酸化被膜層３７と誘電体酸化被膜層３７上に形成された固体電解質層と集電体層の複合層３９と、を有する。複数のコンデンサ素子の各集電体層は、互いに電気的に接続されている。
電気絶縁性の外装４３は、弁作用金属基体３４の一方端面が露出された状態で積層体３３を被覆している。外装４３の一方端面には、弁作用金属基体３４の芯部３５と電気的に接続された陽極側外部電極４７が設けられている。また、外装４３の他方の端面には、集電層と電気的に接続された陰極側外部電極４８が設けられている。
陽極側外部電極４７は、第１導電層４９、第２導電層５０、及び第３導電層５１で構成されている。第１導電層４９は、弁作用金属基体３４の芯部３５に直接接するように形成されており、第２導電層５０は第１導電層４９の外側に形成されている。
特許文献１に開示された固体電解コンデンサでは、弁作用金属基体３４の一方端面にスパッタリング等で第１導電層４９を形成したのち、第１導電層４９を覆うように第２導電層５０及び第３導電層５１が順次形成される。このような場合、導電層同士は、アンカー効果により接合されていると考えられる。
アンカー効果による導電層同士の接合は比較的接合強度が低いため、剥離等の不良が発生しやすい。剥離等の不良が発生すると、固体電解コンデンサの電気特性及び機械的特性（機械強度）が低下してしまうため、対策が要望されている。
本開示は、電気特性及び機械的特性を向上させた固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、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酸化被膜層、及び、前記誘電体酸化被膜層上に形成された陰極体を有するコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を被覆する外装体と、前記陽極体の端部である陽極端子部に形成され、所定の表面粗さの表面を有するコンタクト層と、前記表面を被覆する陽極側電極層と、を備える。
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、陽極体を有するコンデンサ素子を形成する工程と、前記コンデンサ素子を外装体で被覆する工程と、前記外装体から、前記陽極体の端部である陽極端子部を露出させる工程と、前記陽極端子部にコンタクト層を形成する工程と、前記コンタクト層の表面に所定の粗さを形成する工程と、前記コンタクト層の表面を陽極側電極層で被覆する工程と、を含む。
電気特性及び機械的特性を向上させた固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
＜構造＞
図１Ａは、本開示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る。図１Ｂは、固体電解コンデンサの上面図である。図１Ｃは、図１ＢのＡ−Ａ’線における矢視断面図である。なお、以下の説明における上方向は、図１Ｃの上方向に対応し、以下の説明における下方向は、図１Ｃの下方向に対応する。
図１Ａは、本開示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る。図１Ｂは、固体電解コンデンサの上面図である。図１Ｃは、図１ＢのＡ−Ａ’線における矢視断面図である。なお、以下の説明における上方向は、図１Ｃの上方向に対応し、以下の説明における下方向は、図１Ｃの下方向に対応する。
図１Ａ〜図１Ｃに示す固体電解コンデンサ２０は、コンデンサ素子１、支持部材７、導電材８、陽極端子部９、外装体１０、コンタクト層１１、陽極側電極層１２ａ、陰極側電極層１２ｂ、陽極側外部電極１３ａ、及び陰極側外部電極１３ｂを有する。
（コンデンサ素子１）
図１Ｃに示すように、コンデンサ素子１は、陽極体２、誘電体酸化被膜層３、絶縁層４、固体電解質層５、及び陰極体６を有する。
図１Ｃに示すように、コンデンサ素子１は、陽極体２、誘電体酸化被膜層３、絶縁層４、固体電解質層５、及び陰極体６を有する。
誘電体酸化被膜層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。誘電体酸化被膜層３は、陽極体２の上面及び下面に配置されている。
陽極体２の厚み及び誘電体酸化被膜層３の厚みは、それぞれ、２０μｍ以上８０μｍ以下である。なお、陽極体２及び誘電体酸化被膜層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。
固体電解質層５は、陽極体２の陽極側の端部である。固体電解質層５近傍において、陽極体２の上面及び下面には、絶縁層４が形成されている。絶縁層４により、固体電解質層５と、誘電体酸化被膜層３及び後述する陰極体６と、が電気的に分離されている。
絶縁層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、誘電体酸化被膜層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、誘電体酸化被膜層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、多孔質の誘電体酸化被膜層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では絶縁層４が単構造である場合を例示しているが、絶縁層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、絶縁層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。
絶縁層４により固体電解質層５と絶縁されている誘電体酸化被膜層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。
誘電体酸化被膜層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１Ｃに示すように、固体電解コンデンサ２０は、上下方向に互いに積層された複数のコンデンサ素子１を有する。図１Ｃ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１Ｃに示すように、固体電解コンデンサ２０は、上下方向に互いに積層された複数のコンデンサ素子１を有する。図１Ｃ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上に導電材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、導電材８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。
導電材８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。導電材８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。なお、導電材８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１Ｃに示す例では、隣接するコンデンサ素子間には導電材８のみが設けられているが、例えば、導電材８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は、陰極側の端部である陰極端子部８ｂ、及び、陽極側の端部である陽極端子部９が露出するように、外装体１０で被覆されている。
（コンタクト層１１）
陽極体２の陽極側の端部には陽極端子部９が形成されており、上述したように、陽極端子部９は外装体１０で被覆されていない。
陽極体２の陽極側の端部には陽極端子部９が形成されており、上述したように、陽極端子部９は外装体１０で被覆されていない。
陽極端子部９には、陽極体２よりもイオン化傾向が小さい金属材料を用いたコンタクト層１１が形成されている。コンタクト層１１は、樹脂系材料である外装体１０及び絶縁層４には形成されておらず、金属材料である陽極端子部９の表面のみに選択的に形成されている。コンタクト層１１のさらに外側には陽極側電極層１２ａ及び陽極側外部電極１３ａが形成されている。コンタクト層１１と、陽極側電極層１２ａ及び陽極側外部電極１３ａとは、電気的に接続されている。これにより、積層されたコンデンサ素子１の陽極端子部９同士の電気的な導通が、主に陽極側電極層１２ａを介して行われる。
上述したように陽極体２がＡｌで形成されている場合、コンタクト層１１の材料の例としては、Ｚｎ（亜鉛）、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ａｇ等が挙げられる。陽極体２よりイオン化傾向が小さい金属材料を用いることにより、コンタクト層１１の表面における酸化膜の形成が抑制されるため、コンタクト層１１と陽極側電極層１２ａとの電気的接続をより確実にすることができる。
なお、コンタクト層１１の材料として、原子間距離が近いＣｕ、Ｚｎ、またはＡｇを用いることがより好ましい。コンタクト層１１の材料としてＣｕ、Ｚｎ、またはＡｇを用いた場合、陽極体２との間に金属結合による合金層が形成されるため、コンタクト層１１と陽極体２との間の接合強度をより強固にすることができる。なお、コンタクト層１１は、単元素金属で構成される以外に、青銅や黄銅などの合金で構成されてもよいし、ＣｕとＡｇ等の異なる金属が積層されて構成されてもよい。
図２は、本開示におけるコンタクト層１１の好ましい断面形状を示す拡大断面図である。コンタクト層１１の陽極側電極層１２側の表面１１Ｓは、所定の粗さを有する。コンタクト層１１の表面１１Ｓが有する表面粗さ（算術平均粗さＲａ）は、例えば３μｍ以上であることが好ましい。このような表面粗さにより、表面１１Ｓの表面積が増えるため、コンタクト層１１と陽極側電極層１２ａとの接触面積も増える。これにより、詳細は後述するが、コンタクト層１１と陽極側電極層１２ａとの電気抵抗を下げることができ、接合強度（機械強度）を上げることができる。
コンタクト層１１の製造工程については後に詳しく説明するが、コンタクト層１１はコールドスプレー法で形成されることが好ましい。コールドスプレー法とは、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、音速または超音速に加速して、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。
コンタクト層１１がコールドスプレー法で形成された場合、表面１１Ｓにおいて、コンタクト層１１の形成のために衝突させられた金属粒子の粒形状が残っている。このため、図２に示すように、コンタクト層１１の表面１１Ｓは金属粒子の粒形状に起因する凹凸により、上述した表面粗さを有する。理由は後述するが、例えばメジアン径が５μｍ〜１０μｍの金属粒子を用いることにより、表面１１Ｓの表面粗さを３μｍ以上とすることができる。
なお、本開示において、コンタクト層１１は必ずしもコールドスプレー法で形成されなくてもよく、例えばめっき法、半田ディップ法、スパッタリング、または蒸着法等によって形成されてもよい。この場合、めっき法、半田ディップ法、スパッタリング、または蒸着法等によってコンタクト層１１を形成したのち、ブラスト法等を用いて表面１１Ｓを物理的に粗化する工程が必要となる。図３は、コンタクト層１１がコールドスプレー法以外で形成された場合の拡大断面図である。
＜陽極側電極層１２ａ及び陰極側電極層１２ｂ＞
上述したように、コンデンサ素子１の積層体は、外装体１０で被覆されているが、陰極側の端部である陰極端子部８ｂ、及び、陽極側の端部である陽極端子部９は外装体１０から露出している。以下の説明において、陽極端子部９、絶縁層４の陽極側端面４ａ、外装体１０の陽極側端面１０ａ、及び支持部材７の陽極側端面７ａを含むコンデンサ素子１の積層体の端面を、陽極側端面１４と記載する。また、導電材８の陰極側端面である陰極端子部８ｂ、外装体１０の陰極側端面１０ｂ、及び支持部材７の陰極側端面７ｂを含むコンデンサ素子１の積層体の端面を、陰極側端面１５と記載する。
上述したように、コンデンサ素子１の積層体は、外装体１０で被覆されているが、陰極側の端部である陰極端子部８ｂ、及び、陽極側の端部である陽極端子部９は外装体１０から露出している。以下の説明において、陽極端子部９、絶縁層４の陽極側端面４ａ、外装体１０の陽極側端面１０ａ、及び支持部材７の陽極側端面７ａを含むコンデンサ素子１の積層体の端面を、陽極側端面１４と記載する。また、導電材８の陰極側端面である陰極端子部８ｂ、外装体１０の陰極側端面１０ｂ、及び支持部材７の陰極側端面７ｂを含むコンデンサ素子１の積層体の端面を、陰極側端面１５と記載する。
陽極側端面１４及び陰極側端面１５は、それぞれ、陽極側電極層１２ａ及び陰極側電極層１２ｂにより被覆されている。また、陽極側電極層１２ａ及び陰極側電極層１２ｂは、それぞれ、陽極側外部電極１３ａ及び陰極側外部電極１３ｂにより被覆されている。
陽極側電極層１２ａ及び陰極側電極層１２ｂの材料は、バインダとなる樹脂材料中にＡｇまたはＣｕなどの金属フィラー（金属粒子）を混入させた導電ペースト材料（導電樹脂材料）であることが望ましい。これにより、絶縁層４、外装体１０、支持部材７を構成する材料との接着に適したバインダ成分を樹脂材料中に添加することができるので、絶縁層４、外装体１０、及び支持部材７と陽極側電極層１２ａ及び陰極側電極層１２ｂとの化学結合または水素結合による結合が期待できる。
さらに、絶縁層４の陽極側端面４ａ及び陰極側端面４ｂ、外装体１０の陽極側端面１０ａ及び陰極側端面１０ｂ、並びに支持部材７の陽極側端面７ａ及び陰極側端面７ｂそれぞれの表面粗さ（Ｒａ）を、５μｍ以上にすることが望ましい。このような構成により、各端面と陽極側電極層１２ａ及び陰極側電極層１２ｂとの接触面積を増加させることができるとともに、アンカー効果による強固な結合を付与することができる。
＜製造方法＞
次に、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ついて、図４Ａ〜図４Ｃ及び図５Ａ〜図５Ｃを用いて説明する。図４Ａ〜図４Ｃ及び図５Ａ〜図５Ｃ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、本開示の実施の形態に係る固体電解コンデンサの製造方法について、図４Ａ〜図４Ｃ及び図５Ａ〜図５Ｃを用いて説明する。図４Ａ〜図４Ｃ及び図５Ａ〜図５Ｃ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４Ａに示す積層工程が行われる。積層工程では、支持部材７上に導電材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４Ａに示す積層工程が行われる。積層工程では、支持部材７上に導電材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の上に導電材８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の上に導電材８を適量塗布し、その上にコンデンサ素子１ａを載置する。
導電材８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、高温炉等を用いて導電材８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４Ｂに示す封止工程が行われる。封止工程では、図４Ｂ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４Ｂに示す封止工程が行われる。封止工程では、図４Ｂ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４Ｃ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、陽極端子部９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１４が形成される。また、陰極側については、陰極端子部８ｂが露出するように端面出しが行われる。これにより、陰極側端面１５が形成される。
次に、図４Ｃ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、陽極端子部９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１４が形成される。また、陰極側については、陰極端子部８ｂが露出するように端面出しが行われる。これにより、陰極側端面１５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。
（コンタクト層形成工程）
次に、図５Ａに示すコンタクト層形成工程が行われる。コンタクト層形成工程では、まず陽極側端面１４を構成する各端面（陽極側端面４ａ、陽極側端面１０ａ、及び陽極側端面７ａ）をそれぞれ粗化させる。これにより、陽極側端面４ａ、陽極側端面１０ａ、及び陽極側端面７ａと後述する陽極側電極層１２ａの密着力がアンカー効果により強化される。そして、陽極端子部９の表面にのみ選択的にコンタクト層１１を形成する。
次に、図５Ａに示すコンタクト層形成工程が行われる。コンタクト層形成工程では、まず陽極側端面１４を構成する各端面（陽極側端面４ａ、陽極側端面１０ａ、及び陽極側端面７ａ）をそれぞれ粗化させる。これにより、陽極側端面４ａ、陽極側端面１０ａ、及び陽極側端面７ａと後述する陽極側電極層１２ａの密着力がアンカー効果により強化される。そして、陽極端子部９の表面にのみ選択的にコンタクト層１１を形成する。
上述したように、コンタクト層１１の形成方法としては、コールドスプレー法が用いられることが好ましい。コールドスプレー法により、コンタクト層１１の材料となるＣｕ粒子が陽極側端面１４に噴射されると、Ｃｕ粒子は樹脂材料で形成されている陽極側端面４ａ、陽極側端面１０ａ、及び陽極側端面７ａとは結合せず、金属材料で形成されている陽極端子部９にのみ結合する。
より詳細には、高速で陽極端子部９に衝突したＣｕ粒子は、陽極端子部９表面の酸化膜を突き破る。これにより、陽極端子部９の材料であるＡｌとＣｕ粒子とが、衝突箇所において衝突のエネルギーによって塑性変形し、新生面が形成される。ＡｌとＣｕ粒子との新生面同士が接触することで、ＡｌとＣｕとの金属結合による合金層が形成される。
陽極側端面１４において、Ａｌで形成される陽極端子部９の厚みは、樹脂で形成される陽極側端面４ａ、陽極側端面１０ａ、及び陽極側端面７ａと比較して薄い。このため、陽極端子部９の端面のうち、樹脂との境界に相当する上下端付近にはＣｕ粒子が付着しにくい。したがって、陽極体２の厚み方向における表面１１Ｓの断面形状は、図２に示すように、中央部が凸の形状となる。また、表面１１Ｓには、Ｃｕ粒子が固相の粒子形状を残したまま塑性変形して付着しているため、粒子形状に起因する凹凸が形成される。これにより、表面１１Ｓには、Ｃｕ粒子の大きさによって決まる表面粗さが与えられる。上述したように、表面１１Ｓの表面粗さ（Ｒａ）は、３μｍ以上であることが好ましいため、コンタクト層１１の材料として用いられるＣｕ粒子の大きさは、メジアン径で５μｍ〜１０μｍ程度が好ましい。また、Ｃｕ粒子は、球形またはほぼ球形であることが好ましい。
使用するＣｕ粒子のメジアン径を５μｍ〜１０μｍ程度と大きくすることによって、コールドスプレー法によるコンタクト層１１の形成において、十分な加速を行うことができ、陽極端子部９との良好な金属結合状態を形成しやすくなる。
また、Ｃｕ粒子を球形または球形に近い形状の粒子とすることによって、十分な加速を行うことができ、陽極端子部９との良好な金属結合状態を形成しやすくすることができる。なお、Ｃｕ粒子を球形または球形以外の形状の粒子、例えば棒状や多面体形状等である場合、粒子の体積により形成される表面１１Ｓに鋭角の角が生じる。すると、コンタクト層１１と後述の電極層形成工程において形成される陽極側電極層１２ａとの接合面において、陽極側電極層１２ａに鋭角の角を起点とするクラックが生じやすくなる。つまり、Ｃｕ粒子を球形または球形の粒子とすることで、表面１１Ｓが曲面を主体として形成されるため、クラックが生じにくくすることができる。
コンタクト層１１の表面１１Ｓの表面粗さを３μｍ以上とすることで、以下のような効果が得られる。コンタクト層１１の表面１１Ｓ側には、後述の電極層形成工程において陽極側電極層１２ａが形成される。ここで、陽極側電極層１２ａに含まれるＡｇ等の導電フィラーは、１μｍ未満程度の大きさを有するため、表面１１Ｓの表面粗さを３μｍ以上とすることで、表面１１Ｓの凹凸の内部に導電フィラーが入り込みやすくなる。これにより、表面１１Ｓが滑らかに形成されている場合と比較して、表面１１Ｓと陽極側電極層１２ａとの接触面積を大きくすることができ、接触抵抗を下げることができるようになる。また、表面１１Ｓの凹凸に陽極側電極層１２ａの一部が入り込むことによって生じるアンカー効果のため、コンタクト層１１と陽極側電極層１２ａとの接合強度（機械的強度）を上げることができるようになる。
なお、本開示においては、コンタクト層１１の形成にコールドスプレー法が用いられることが好ましいが、上述したように、めっき法、半田ディップ法、スパッタリング、または蒸着法等のような、他の金属皮膜形成方法によりコンタクト層１１が形成されてもよい。めっき法を用いる場合、陽極端子部９のＡｌ表面にイオン化傾向が小さいＮｉを用いためっきが行われればよい。また、Ｎｉ＋Ａｇめっきのように複数層の組み合わせでコンタクト層１１を形成してもよい。このような場合、陽極体２の厚み方向における表面１１Ｓの断面形状は、図３に示すように、ほぼ直線形状となる。
めっき法、半田ディップ法、スパッタリング、または蒸着法等のような、コールドスプレー法以外の金属皮膜形成方法を用いる場合、上述したように、金属皮膜の形成後、物理的に表面を粗化する工程が必要となる。粗化の方法としては、アルミナ、砂、ガラス等の非金属粒子を吹き付けるブラスト法等が用いられればよい。このような方法でも、図３に示すような表面粗さを有するコンタクト層１１を形成できる。なお、ブラスト処理の際、３μｍ以上の細かいサイズの非金属粉を用いることで、表面１１Ｓの表面粗さを３μｍ以上とすることができる。
また、図示はしていないが、絶縁層４に絶縁樹脂等を充填して、シール性を向上することにより、めっき液などの侵入を防ぐことも可能である。
（電極層形成工程）
次に、図５Ｂに示すように、電極層形成工程が行われる。電極層形成工程では、陽極側端面１４及び陰極側端面１５のそれぞれに、陽極側電極層１２ａ及び陰極側電極層１２ｂが形成される。これにより、陽極体２が陽極側電極層１２ａと電気的に接続されるとともに、陰極体６が陰極側電極層１２ｂと電気的に接続される。
次に、図５Ｂに示すように、電極層形成工程が行われる。電極層形成工程では、陽極側端面１４及び陰極側端面１５のそれぞれに、陽極側電極層１２ａ及び陰極側電極層１２ｂが形成される。これにより、陽極体２が陽極側電極層１２ａと電気的に接続されるとともに、陰極体６が陰極側電極層１２ｂと電気的に接続される。
具体的には、陽極側電極層１２ａ及び陰極側電極層１２ｂは、Ａｇペーストを、ディップ法、転写法、印刷法、ディスペンス法等を用いて陽極側端面１４及び陰極側端面１５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。
なお、陽極側電極層１２ａは、陽極側端面１４だけでなく、外装体１０の上面または支持部材７の下面の少なくとも一部を被覆してもよい。同様に、陰極側電極層１２ｂは、陰極側端面１５だけでなく、外装体１０の上面または支持部材７の下面の一部を被覆してもよい。
（外部電極形成工程）
最後に、図５Ｃに示すように、外部電極形成工程が行われる。図５Ｃに示すように、陽極側電極層１２ａの外表面に陽極側外部電極１３ａが形成されるとともに、陰極側電極層１２ｂの外表面に陰極側外部電極１３ｂが形成される。
最後に、図５Ｃに示すように、外部電極形成工程が行われる。図５Ｃに示すように、陽極側電極層１２ａの外表面に陽極側外部電極１３ａが形成されるとともに、陰極側電極層１２ｂの外表面に陰極側外部電極１３ｂが形成される。
具体的には、陽極側外部電極１３ａ及び陰極側外部電極１３ｂは、電解めっき法の一つであるバレルめっき法等を用いて形成される。陽極側外部電極１３ａ及び陰極側外部電極１３ｂは、例えばＮｉとＳｎとの積層構造である。
なお、陽極側外部電極１３ａ及び陰極側外部電極１３ｂは、上述したコールドスプレー法を用いて、Ａｇ及びＳｎを含む構造として形成されてもよい。または、陽極側外部電極１３ａ及び陰極側外部電極１３ｂは、バレルめっき法と半田ディップ法との組み合わせで形成されてもよい。
更に、陽極側外部電極１３ａ及び陰極側外部電極１３ｂは、予めＳｎ被膜を施したＣｕ材のキャップを、接着剤として機能するＡｇペーストで形成されている陽極側電極層１２ａ及び陰極側電極層１２ｂに接着させる方法で形成されてもよい。
＜効果＞
本開示の実施の形態に係る固体電解コンデンサ２０は、陽極体２、陽極体２を被覆する誘電体酸化被膜層３、及び、誘電体酸化被膜層３上に形成された陰極体６を有するコンデンサ素子１と、コンデンサ素子１を被覆する外装体１０と、陽極体２の端部である陽極端子部９に形成され、所定の表面粗さの表面１１Ｓを有するコンタクト層１１と、表面１１Ｓを被覆する陽極側電極層１２と、を備える。
本開示の実施の形態に係る固体電解コンデンサ２０は、陽極体２、陽極体２を被覆する誘電体酸化被膜層３、及び、誘電体酸化被膜層３上に形成された陰極体６を有するコンデンサ素子１と、コンデンサ素子１を被覆する外装体１０と、陽極体２の端部である陽極端子部９に形成され、所定の表面粗さの表面１１Ｓを有するコンタクト層１１と、表面１１Ｓを被覆する陽極側電極層１２と、を備える。
このように、弁作用金属箔からなる陽極端子部９に金属結合され、所定の表面粗さを有するコンタクト層１１を備えることにより、コンタクト層１１と陽極側電極層１２ａとの接触面積が大きくなる。このため、コンタクト層１１と陽極側電極層１２ａとの接触抵抗が下がるとともに、コンタクト層１１と陽極側電極層１２ａとの接合強度が上がる。このため、陽極体２から陽極側外部電極１３ａまで低抵抗な電流経路を確保でき、固体電解コンデンサ２０の電気特性を向上させることができるとともに、機械的強度を向上させることができるため、信頼性が上がる。
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。
本発明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、高い信頼性と生産性を有し、パソコンや携帯端末、産業用や、車載用途など、あらゆる分野のコンデンサとして適用できる。
２０ 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 誘電体酸化被膜層
４ 絶縁層
４ａ 陽極側端面
４ｂ 陰極側端面
５ 固体電解質層
６ 陰極体
７ 支持部材
７ａ 陽極側端面
７ｂ 陰極側端面
８ 導電材
８ｂ 陰極端子部
９ 陽極端子部
１０ 外装体
１０ａ 陽極側端面
１０ｂ 陰極側端面
１１ コンタクト層
１１Ｓ 表面
１２ａ 陽極側電極層
１２ｂ 陰極側電極層
１３ａ 陽極側外部電極
１３ｂ 陰極側外部電極
１４ 陽極側端面
１５ 陰極側端面
１，１ａ，１ｂ，１ｃ コンデンサ素子
２ 陽極体
３ 誘電体酸化被膜層
４ 絶縁層
４ａ 陽極側端面
４ｂ 陰極側端面
５ 固体電解質層
６ 陰極体
７ 支持部材
７ａ 陽極側端面
７ｂ 陰極側端面
８ 導電材
８ｂ 陰極端子部
９ 陽極端子部
１０ 外装体
１０ａ 陽極側端面
１０ｂ 陰極側端面
１１ コンタクト層
１１Ｓ 表面
１２ａ 陽極側電極層
１２ｂ 陰極側電極層
１３ａ 陽極側外部電極
１３ｂ 陰極側外部電極
１４ 陽極側端面
１５ 陰極側端面
Claims (9)
- 陽極体、前記陽極体を被覆する誘電体酸化被膜層、及び、前記誘電体酸化被膜層上に形成された陰極体を有するコンデンサ素子と、
前記コンデンサ素子を被覆する外装体と、
前記陽極体の端部である陽極端子部に形成され、所定の表面粗さの表面を有するコンタクト層と、
前記表面を被覆する陽極側電極層と、
を備える、固体電解コンデンサ。 - 表面粗さは、３μｍ以上である、
請求項１に記載の固体電解コンデンサ。 - 前記陽極体の厚さ方向における前記表面の断面形状は、中央部が凸の形状、またはほぼ直線形状に形成されている、
請求項１または２に記載の固体電解コンデンサ。 - 前記コンタクト層は、前記陽極端子部に金属粒子が堆積して形成された金属皮膜である、
請求項１から３のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサ。 - 前記金属粒子は、球形、またはほぼ球形である、
請求項４に記載の固体電解コンデンサ。 - 前記コンタクト層と前記陽極端子部とは、金属結合されている、
請求項４または５に記載の固体電解コンデンサ。 - 前記コンタクト層は、前記陽極体よりもイオン化傾向の小さい金属で形成されている、
請求項１から６のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。 - 陽極体を有するコンデンサ素子を形成する工程と、
前記コンデンサ素子を外装体で被覆する工程と、
前記外装体から、前記陽極体の端部である陽極端子部を露出させる工程と、
前記陽極端子部にコンタクト層を形成する工程と、
前記コンタクト層の表面に所定の粗さを形成する工程と、
前記コンタクト層の表面を陽極側電極層で被覆する工程と、
を含む、固体電解コンデンサの製造方法。 - 前記コンタクト層を形成する工程と、前記コンタクト層の表面に所定の粗さを形成する工程と、は一度に行われる、
請求項８に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
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