JP2814985B2 - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解コンデン
サの製造方法に関し、特に、コンデンサ素子の陰極導体
層と外部接続用端子である陰極リードとの接続方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えばタンタルのような弁作用金属を用
いた固体電解コンデンサを製造するには、コンデンサ素
子側の電荷蓄積用の陽極（陽極導出線）および陰極（陰
極導体層）のそれぞれに、外部との接続用端子となるべ
き陽極リード、陰極リードをそれぞれ接続する工程が欠
かせない。その場合、陽極導出線と陽極リードとの接続
には、電気溶接を用いるのが、従来、一般的であった。
一方、陰極導体層と陰極リードとの接続には、様々な接
続方法が検討されてきている。

【０００３】陰極導体層と陰極リード線との接続に従来
よく行われている方法は、例えば銀粒子とエポキシ樹脂
とを混合した銀ペーストなどのような、導電性フィラー
と樹脂とを混合した導電性接着剤を用いる方法である。
図５に、そのような導電性接着剤を用いた、従来の固体
電解コンデンサの断面図を示す。図５に示すコンデンサ
では、コンデンサ素子１の側面と陽極導出線の植立面に
対向する端面に陰極導体層３が形成されている。そし
て、陰極リード６は導電性接着剤１３により、その陰極
導体層３に接着、固定されている。

【０００４】陰極導体層と陰極リード線とを接続する他
の方法として、はんだ付けがある。そのようなはんだ付
けの一つの方法として、パルスヒートはんだ付けを用い
る技術が、特開平２ー４６７１５号公報に開示されてい
る。このはんだ付け方法は、単純化すれば、例えば予め
加熱しておいたホットプレート上にコンデンサを載置
し、所定時間の後に取り去るというようにして、コンデ
ンサを急勾配で昇温、高温することにより、パルス波形
状の熱エネルギーを与えるものである。

【０００５】陰極導体層と陰極リード線とを接続する他
の方法として、この他に、電気溶接を用いる方法も試さ
れている。電気溶接法の一つとして、接合すべき部位の
近傍に二つの溶接電極を並行させて配置し、それら電極
間に電流を流すというパラレルギャップ溶接がある。そ
のようなパラレルギャップ溶接による接続を用いた固体
電解コンデンサの一例が、実公昭６２ー２７６２号公報
に開示されている。上記公報記載のヒューズ付き固体電
解コンデンサの平面図を示す図６を参照して、このコン
デンサでは、外部接続用端子である陰極リード６が、素
子１に間を隔てて並行しており、平板状のヒューズ１４
が陰極リード６と素子１との間の間隙を橋絡している。
上記公報では、このヒューズ１４の取付けのときに、パ
ラレルギャップ溶接が用いられている。

【０００６】電気溶接の他の方法としては、二つの溶接
電極を、接合すべきものを間に挟んで対向させ、それら
溶接電極間に圧力を加えつつ電流を流す方法がある。こ
のような電気溶接法をコンデンサの製造に適用する場合
には、通常、二つの溶接電極の間にコンデンサ素子と陰
極リードとを挟み、二つの溶接電極を結ぶ直線上で、素
子と陰極リードとに溶接電極から圧力を加えた状態で、
通電する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の陰極導
体層ー陰極リードの接続方法には、以下に述べるような
問題がある。

【０００８】先ず、銀ペーストのような導電性接着剤を
用いて接着、固定する方法では、陽極リードの接続と陰
極リードの接続とで方法が異ることから、それぞれの接
続工程を別々に行わなければならない。すなわち、生産
効率に乏しい。しかも、陰極リードの接続の際には、接
着剤を硬化させるために、高温雰囲気中に一定時間放置
しなければならない。そのため、陰極導体層と陰極リー
ドとの接続に長時間を要し生産性が低い。

【０００９】次に、パルスヒートはんだ付けによる方法
においても、上記の接着剤を用いる接続方法と同様に、
陽極リードの接続方法と陰極リードの接続法法とが異る
ことに基づく低効率性の問題がある。又、この方法で
は、接着部と被接着部とを接触させた上でこれをパルス
的に短時間加熱することを行うが、その場合、加熱には
たとえ短時間とはいえ少くとも数秒を要する。すなわ
ち、量産工程内で製品一個当りの接続所要時間が比較的
長いという問題がある。

【００１０】又、パラレルギャップ電極による電気溶接
を用いた場合、溶接用のパラレルギャップ電極を二本並
行に配置するだけのスペースが必要であるので、被接着
部が広くなくてはならない。すなわちこの方法は、小型
の製品には不向きである。

【００１１】一方、電気溶接法でも、コンデンサ素子と
陰極リードとを二つの対向溶接電極で挟みそれらに圧力
を加えるという溶接法を用いた場合、溶接電極間の圧力
が直接コンデンサ素子に加わる。そのため、素子の誘電
体酸化皮膜が損傷して漏れ電流が増大するなど、コンデ
ンサの特性不良や信頼性低下が生じ易いという問題があ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の固体電解コンデ
ンサの製造方法は、陽極体上に、半導体層とはんだ付け
可能な陰極導体層とを順次形成してコンデンサ素子を得
る素子形成工程と、前記コンデンサ素子の陽極導出線に
外部との接続のための端子となるべき陽極リードを接続
し、前記陰極導体層に外部との接続のための端子となる
べき陰極リードを接続する端子接続工程とを含む固体電
解コンデンサの製造方法において、前記端子接続工程
は、予め前記コンデンサ素子の陰極導体層上にはんだ層
を形成するはんだ層形成工程と、コンデンサ素子側面上
のはんだ層と前記陰極リードとを接触させ、前記はんだ
層と前記陰極リードとの間に電流を流してはんだ層と陰
極リードとを電気溶接する電気溶接工程とを含み、前記
電気溶接工程では、二つの溶接用電極の一方を、コンデ
ンサ素子側面上のはんだ層の前記陰極リードとの接触部
位に対向する部位に接触させ、他方の溶接用電極を、前
記陰極リードのコンデンサ素子から離れた引出し位置に
接触させると共に、前記二つの溶接用電極の間に力を加
え前記陰極リードの引出し部位を押圧した状態で溶接電
流を流すことを特徴とする。

【００１３】本発明では、陰極リードとコンデンサ素子
の陰極導体層とを電気溶接（ｓｐｏｔ ｗｅｌｄｉｎ
ｇ）で行う。陰極リードの接続と陽極リードの接続とを
電気溶接という同じ方法によっているので、二箇所の一
回の通電で、同時に完了する。しかも、その電気溶接接
続に要する時間は１秒以下程度と短いので、本発明の製
造方法は、非常に量産性に富む。

【００１４】電気溶接は、二つの溶接電極を対向させる
方法である。従って、パラレルギャップ溶接とは違っ
て、電極を二つ並べるだけのスペースを必要とせず、し
かも、電極の先端面積を小さくできる。本発明の製造方
法は、素子や陰極リードの寸法が小さいコンデンサの製
造にも適用でき、コンデンサの小型化を可能にする。

【００１５】電気溶接の際、溶接電極からの力は、陰極
リードのコンデンサ素子から離れた引出し部分に加えら
れる。すなわち、溶接電極の加圧力はコンデンサ素子に
は直接掛からず、陰極リードのばね性による間接的な加
圧となる。従って、コンデンサ素子の誘電体比膜の損傷
は、発生し難い。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の
実施の形態による固体電解コンデンサの断面図を、製造
工程順に示す図である。図１（ａ）を参照して、コンデ
ンサ素子１は、例えば金属タンタル粉末を円柱状や角柱
状のペレットに成形したものを母材としている。柱体の
一方の端面からは、ペレット形成時に植立した陽極導出
線２が導出されている。表面には、誘電体としての酸化
タンタル皮膜（図示せず）、二酸化マンガンのような半
導体層（同）及び陰極導体層３が、この順に順次形成さ
れている。陰極導体層３は、例えば銀、銅などのような
はんだ付け可能な金属の粒子を導電性フィラーとし、こ
れを６０ｗｔ％以上含むエポキシ樹脂系導電性材料を塗
布して形成したものである。厚さは、約５０μｍであっ
た。

【００１７】次に、図１（ｂ）に示すように、上記のコ
ンデンサ素子の側面に、はんだ層４を形成する。はんだ
層４は、高融点はんだの溶融はんだ浴にコンデンサ素子
をバッチ処理で浸漬することにより、形成した。厚さ
は、約１００μｍであった。

【００１８】次いで、図１（ｃ）に示すように、予め薄
い金属板にエッチング或いはプレス打抜きなどで陽極リ
ード，陰極リードを残してパターン形成したリードフレ
ームを、陽極リード５と素子の陽極導出線２とが接し、
陰極リード６が素子側面のはんだ層４に接するように位
置合せして配置する。リードフレームは、厚さ０．１〜
０．１５ｍｍの４２合金もしくは洋白を用い、後述する
工程での溶接の際に必要なばね性を持たせた。

【００１９】その後、図１（ｄ）に示すように、陽極リ
ード５と陽極導出線２とを電気溶接する。又、素子側面
のはんだ層４と陰極リード６とを溶接する。溶接は、図
示するように、陽極側の上部溶接電極７Ａ及び陰極側の
上部溶接電極７Ｋと下部溶接電極７Ｃとで陰極側、陽極
側それぞれの溶接部を挟み、溶接電極７Ａー７Ｃ間およ
び７Ｋー７Ｃ間に同時に通電する方法で行う。

【００２０】ここで、溶接時の模式的平面図を、図２に
示す。図２を参照して、リードフレーム２０が、素子１
に位置合せされている。陽極側の上部溶接電極７Ａは、
図中左から２番目の素子の陽極側溶接部上に位置してい
る。一方、陰極側の上部溶接電極７Ｋは、その右隣の素
子の陰極側溶接部上に位置している。このような溶接電
極の位置関係で二つの溶接電極７Ａ，７Ｋの昇降および
通電を同時に行い、或る素子の陽極リードの溶接とその
隣りの素子の陰極リードの溶接とを、同時に行う。以
後、溶接電極を図中左向きの矢印で示す方向に順次送
り、同様にして溶接をして行く。この溶接方法は、必ず
しも一回の溶接で同一素子の陰極側と陽極側とを同時に
溶接するわけではない。しかし、図示するようなリボン
状のリードフレームを用いて順次溶接を行って行くの
で、素子数が多数であれば、実質的には一回の溶接で一
つの素子の陽極側溶接と陰極側溶接とが同時に完了する
ことになる。本実施の形態におけるように、二つの上部
溶接電極７Ａ，７Ｋの位置を、素子単位でずらすことに
よって、同一のコンデンサ素子に陰・陽両リードから同
時に溶接用の大電流を流すときの僅かなタイミングのず
れによる素子の特性劣化を防げる。又、二つの上部溶接
電極を配置するスペースを、確保できる。

【００２１】陰極側の溶接は、以下のようにして行う。
すなわち、再び図１（ｄ）を参照して、上部溶接電極７
Ｋを陰極リード６に接触させると共に、下部溶接電極７
Ｃを素子のはんだ層４に宛がう。その際、上部溶接電極
７Ｋが陰極リード６に接触する位置は、コンデンサ素子
１から約１ｍｍ離れた引出し位置とした。陰極リードの
上部溶接電極７Ｋが押し当られる部分と下部溶接電極７
Ｃとの間には、予め絶縁層９を挟んで置く。この状態
で、二つの溶接電極７Ｋ，７Ｃの間を狭くするように約
５００ｇの力を加え陰極リード６を押し下げ、絶縁層９
に押し当てた。ここで、陰極リード６を押し下げる距離
を０．５ｍｍ程度にしておくと、陰極リード６のばね性
により、コンデンサ素子１に掛かる力が１００〜２００
ｇ程度となり、素子の誘電体酸化タンタル皮膜の損傷は
発生しなかった。次いで、溶接電流を瞬間的に流し、そ
の電流によるジュール熱ではんだ層４の陰極リード６と
の接触部分を溶融させ、はんだ層４と陰極リード６とを
電気的、機械的に接続する。溶接電流は、電流値３０〜
４０Ａ、持続時間約１ｍｓであった。この溶接電流パル
スは、陽極導出線２と陽極リード５とを溶接する条件と
同一である。電気溶接に要した時間は、上部溶接電極７
Ａ，７Ｋの昇降動作のための時間を含め、コンデンサ素
子１個当り０．３〜１．０秒であった。

【００２２】尚、本実施の形態では、陰極リード６のは
んだ層４と接続する面に、接触部の抵抗を高め溶接を安
定にするため、高さ０．０５〜０．１ｍｍ程度の突起を
複数設けておいた。

【００２３】最後に、図１（ｅ）に示すように、樹脂層
１０で外装を施し、陽極リード５、陰極リード６を適当
な長さに切断し、曲げ加工を行って、本実施の形態の固
体電解コンデンサを得た。

【００２４】図３に、陰極側の接続を電気溶接によった
本実施の形態の固体電解コンデンサと、導電性接着剤に
よった従来の固体電解コンデンサとで、製造工程のフロ
ーチャートと陰極側接続に要した時間とを比較して示
す。

【００２５】図３を参照して、本実施の形態では、端子
接続工程に、はんだ層形成工程Ｓ１が加わっている。し
かし、このはんだ層形成工程Ｓ１では、バッチ処理で一
度に大量に処理できるので、この工程増加によるコンデ
ンサ素子一個当りの所要時間の増加は、（電気溶接工程
Ｓ１，Ｓ１１での所要時間を１．０としたとき、相対的
に）０．１程度である。一方、電気溶接工程Ｓ１で、陽
極リードの電気溶接と同時に陰極リードの電気溶接も行
ってしまうので、従来必要であった、導電性接着剤の塗
布工程Ｓ１０（同、所要時間１．０）および硬化工程Ｓ
１２（同、所要時間０．３）が不要となる。結局、端子
接続工程の所要時間は、従来２．３であったものが、本
実施の形態では１．１に短縮された。

【００２６】又、表１に、陰極側の接続を、溶接電極を
対向させる電気溶接法によって行った固体電解コンデン
サについて、本実施の形態の方法（溶接電極間の力をコ
ンデンサ素子から離れた位置に加える）と、従来の方法
（溶接電極でコンデンサ素子に直接力を加える）とで、
漏れ電流の不良率を比較して示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１を参照すると、本実施の形態の漏れ電
流不良率は、従来の方法によるものの不良率の１／５０
以下であり、改善効果は非常に顕著である。

【００２９】尚、本実施の形態において、はんだ層４と
して高融点はんだを用いた例について述べたが、はんだ
層４としては共晶はんだ或いはＳｎなどのような低融点
金属を用いることも、可能である。又、陰極リード６の
はんだ層４との接触面の突起は、これを特には設けなく
ても構わない。

【００３０】次に、本発明の第２の実施の形態につい
て、説明する。図４は、本発明の第２の実施の形態によ
る固体電解コンデンサの断面を、製造工程順に示す図で
ある。図４（ａ）を参照して、第１の実施の形態におけ
ると同様にして、コンデンサ素子１を作製する。

【００３１】別に、薄板状金属に陽極リード・陰極リー
ドを残してパターン形成したリードフレームを準備す
る。そして、図４（ｂ）に示すように、陰極リード６
の、素子の陰極導体層３との接触面となる部分に、予め
クリームはんだ１１を塗布する。その後、図４（ｃ）に
示すように、加熱してクリームはんだを溶融、再固化さ
せて、はんだ層１２を形成しておく。はんだ層１２の厚
さは、約１５０μｍであった。尚、クリームはんだ１１
が塗布状態で導電性を示すものであるときは、塗布後の
加熱、溶融、再固化により予めはんだ層１２を形成して
おく必要はない。

【００３２】次いで、図４（ｄ）に示すように、はんだ
層形成済みの陰極リード６とコンデンサ素子の陰極導体
層３（本実施の形態では第１の実施の形態におけるとは
異って、陰極導体層３の上にはんだ層を形成しない）と
を接触させる。

【００３３】その後、図４（ｅ）に示すように、第１の
実施の形態におけると同様に、溶接電極を陰極リード６
のコンデンサ素子から離れた部分に押し当て、陰極導体
層３と陰極リード６とを電気溶接する。そして、樹脂層
で外装を施し、陽極リード５及び陰極リード６の切断、
曲げ加工を行って、本実施の形態の固体電界コンデンサ
を完成する。

【００３４】本実施の形態では、第１の実施の形態で必
要であったはんだ層４（図１参照）の形成工程を、陰極
リード６への前処理工程へ移行できる。従って、製造工
程の短縮が可能になる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、陰極
リードとコンデンサ素子の陰極導体層とを電気溶接（ｓ
ｐｏｔ ｗｅｌｄｉｎｇ）で行う。陰極リードの接続と
陽極リードの接続とを電気溶接という同じ方法によって
いるので、二箇所の一回の通電で、同時に完了する。し
かも、その電気溶接接続に要する時間は１秒以下程度と
短いので、本発明の製造方法は、非常に量産性に富む。

【００３６】上記の電気溶接は、二つの溶接電極を対向
させる方法である。従って、パラレルギャップ溶接とは
違って、電極を二つ並べるだけのスペースを必要とせ
ず、しかも、電極の先端面積を小さくできる。従って、
素子や陰極リードの寸法が小さいコンデンサの製造にも
適用できる。

【００３７】上記の電気溶接の際、溶接電極からの力は
これを、陰極リードのコンデンサ素子から離れた引出し
部分に加える。すなわち、コンデンサ素子に対しては、
溶接電極からの力は直接掛からず、陰極リードのばね性
による間接的な加圧となる。従って、コンデンサ素子の
誘電体比膜の損傷は、生じ難い。

【００３８】本発明によれば、素子側陰極導体層と陰極
リードとの接続の良品率が高く、接続の信頼性に富む小
型の固体電解コンデンサを、効率良く生産できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による固体電解コン
デンサの断面を、製造工程順に示す図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態における溶接電極の
配置を示す、模式的平面図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態と従来の固体電解コ
ンデンサの製造方法とで、フローチャート及び端子接続
の所要時間を比較して示す図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態による固体電解コン
デンサの断面を、製造工程順に示す図である。

【図５】従来の製造方法による固体電解コンデンサの一
例の断面図である。

【図６】従来の製造方法による固体電解コンデンサの他
の例の平面図である。

【符号の説明】

１ コンデンサ素子 ２ 陽極導出線 ３ 陰極導体層 ４ はんだ層 ５ 陽極リード ６ 陰極リード ７Ａ，７Ｂ 溶接電極 ９ 絶縁層 １０ 外装樹脂層 １１ クリームはんだ １２ はんだ層 １３ 導電性接着剤 １４ ヒューズ ２０ リードフレーム

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽極導出線を備え表面には誘電体皮膜を
   有する陽極体上に、半導体層とはんだ付け可能な陰極導
   体層とを順次形成してコンデンサ素子を得る素子形成工
   程と、前記コンデンサ素子の陽極導出線に外部との接続
   のための端子となるべき陽極リードを接続し、前記陰極
   導体層に外部との接続のための端子となるべき陰極リー
   ドを接続する端子接続工程とを含む固体電解コンデンサ
   の製造方法において、 前記端子接続工程は、予め前記コンデンサ素子の陰極導
   体層上にはんだ層を形成するはんだ層形成工程と、コン
   デンサ素子側面上のはんだ層と前記陰極リードとを接触
   させ、前記はんだ層と前記陰極リードとの間に電流を流
   してはんだ層と陰極リードとを電気溶接する電気溶接工
   程とを含み、 前記電気溶接工程では、二つの溶接用電極の一方を、コ
   ンデンサ素子側面上のはんだ層の前記陰極リードとの接
   触部位に対向する部位に接触させ、他方の溶接用電極
   を、前記陰極リードのコンデンサ素子から離れた引出し
   位置に接触させると共に、前記二つの溶接用電極の間に
   力を加え前記陰極リードの引出し部位を押圧した状態で
   溶接電流を流すことを特徴とする固体電解コンデンサの
   製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の固体電解コンデンサの製
   造方法において、 前記端子接続工程では、前記はんだ層形成工程で、予め
   前記コンデンサ素子の陰極導体層上にはんだ層を形成す
   るのに替えて、 予め前記陰極リードのコンデンサ素子側面上のはんだ層
   と接触すべき部位に、はんだ層を形成することを特徴と
   する固体電解コンデンサの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の固体電解コンデンサの製
   造方法において、 予め前記陰極リードのコンデンサ素子側面上のはんだ層
   との接触面に、複数個の突起を設けた陰極リードを用い
   ることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。