JP2895907B2 - 固体電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、固体電解コンデンサに関し、特に有機導
電性化合物を利用したチップ形の固体電解コンデンサの
改良にかかる。

〔従来の技術〕

近年の電子機器の小型化、プリント基板への実装の効
率化等の要請から電子部品のチップ化が進められてい
る。これに伴い、電解コンデンサのチップ化の要請も高
まり、各種の提案がなされている。

ところが、電解コンデンサ、特に電解質として電解液
を使用した電解コンデンサの場合、電解液を一定の収納
空間に密閉しておくことが必要である。一般的にこのよ
うな密閉は、弾性ゴムからなる封口体をコンデンサ素子
収納した有底筒状の外装ケースの開口部に装着して行わ
れている。

このような密閉構造を有する電解コンデンサを小型化
する場合、この密閉構造を同時に小型化する必要がある
が、充分な密閉度を保持するためには、封口体を装着す
る一定の空間、および密封手段を設けることが不可欠で
ある。電解コンデンサの小型化を困難にしている。その
ため、電解コンデンサ本体の小型化を前提とするチップ
形の電解コンデンサについては、各種の提案がなされて
いるものの、例えばプリント基板からの高さ寸法を10mm
ないし4mm程度とすることが限界であり、セラミックコ
ンデンサの外径寸法と同等の1mmないし3mm程度のチップ
形電解コンデンサを実現することは極めて困難であっ
た。

一方、電解液を使用しない固体電解コンデンサは、一
般的に、表面に酸化皮膜層が形成されたタンタル等から
なる陽極体に、例えば二酸化マンガン等からなる固体電
解質層を形成し、更にカーボンペーストおよび銀ペース
ト等からなる導電層を形成した構成からなる。

このような固体電解コンデンサは、電解質が固体であ
るため小型化が比較的容易であり、チップ化が可能であ
る。

しかしながら、従来の固体電解コンデンサでは静電容
量範囲が0.1〜10μＦ程度に限られてしまう。またその
インピーダンス特性は、電解液を使用した電解コンデン
サよりは優れるものの、セラミックコンデンサ等と比較
すると未だ充分ではなく、また陽極体にタンタルを使用
した場合はコスト高となってしまう。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、近年テトラシアノキノジメタン（TCNQ）、
ポリピロール等の有機導電性化合物を固体電解コンデン
サに応用したものが提案されている。例えば、ポリピロ
ールを利用した固体電解コンデンサとしては、特開昭63
−158829号、特開昭63−173313号、特開平１−228122
号、特開平１−232712号、特開平１−231605号、特開平
１−243510号、特開平１−260809号、特開平１−268111
号等が挙げられる。

これらの固体電解コンデンサは、従来の金属酸化物半
導体からなる固定電解質と比較して、電導度が高いこと
から、特に高周波のインピーダンス特性が優れるととも
に、液体を電解コンデンサ本体に密封する必要がないこ
とから小型化が容易である。

しかし、TCNQ錯体は化学的安定性に欠けるきらいがあ
り、特に耐熱性に劣る。そのため、アルミニウムからな
る陽極体の表面に、TCNQ錯体からなる電解質層を形成し
た固体電解コンデンサの場合、通常260℃前後に上昇す
る半田付け温度により電解質層が変成してしまうことが
あり、チップ化には不向きであった。

ポリピロールは高い電導度が得られ、これを電解質と
して用いた固体電解コンデンサは、電解質がポリマー化
しているため耐熱性にも優れることから、チップ化に最
適と言われている。

このポリピロールは、ピロールの化学重合、電解重合
あるいは気相重合等によって陽極体表面に生成されてい
る。ところが、このポリピロール自体の機械的強度は弱
く、製造工程中において陽極体にかかる機械的なストレ
スにより電解質層が破損してしまうことがあった。

また、ポリピロールは水分により特性が変動してしま
う。そのため、耐湿性を向上させた外装構造が必要とな
る。

このような要請は、従来の固体電解コンデンサのよう
に、強固なブロック状の陽極体にポリピロール層を形成
するとともに、外装を厚めの外装樹脂で被覆することに
よって満たすことはできる。しかしながら、部品全体の
小型化を阻害してしまうことになり、前記のように、セ
ラミックコンデンサと同程度の外径寸法とすることは困
難であった。

この発明の目的は、チップ形の電子部品として充分な
剛性を有し、機械的強度が脆弱な電解質層であっても製
造工程中に破損することのない、信頼性の高い固体電解
コンデンサを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、固体電解コンデンサにおいて、誘導体
層、電解質層および導電層が順次生成された凹部を備え
るとともに、外表面の一部もしくは全部に酸化皮膜層が
形成された陽極体を帯状の陰極体の両面に配置したこと
を特徴としている。

そして、その製造方法として、弁作用金属からなる平
板状の陽極体に、選択的な凹部を設けるとともに、この
凹部を含む外表面の一部もしくは全部に化成処理を施し
て酸化皮膜層を形成したのち、凹部に電解質層および導
電層を順次生成したことを特徴としている。

〔作 用〕

図面に示すように、この発明では、機械的に脆弱な電
解質層３、例えばポリピロール層は、導電層４とともに
陽極体１の一部に形成した凹部６に形成され、相対的な
凸部７に囲繞されることになる。そして、この陽極体１
を帯状の陰極体５の両面に配置している。そのため、電
解質層３は、電解質層３が生成されている陽極体１によ
って外部から遮断されることになり、電解質層３自体を
外気から密閉する必要がなくなる。また、陰極体５の両
面に陽極体１を配置することで、電解質層３と陰極体５
との電気的な接続を行うことができるので、接続構造が
簡略するとともに、陰極体５をそのまま外部接続用の端
子とすることもできる。

また、固体電解コンデンサの外表面となる陽極体１の
表面、すなわち陽極体１の凹部６内の表面以外の表面
に、硬質の絶縁体である酸化皮膜層が形成されており、
陽極体１自体の機械的強度が向上するので、製造工程お
よびプリント基板への実装工程においても、移送ノズル
等の押圧による電解質層３の破損を抑制することができ
るようになるほか、陽極体１の外表面を絶縁する必要が
なくなり、陰極端子となる陰極体５および陽極端子２を
陽極体１の外表面に沿って密着させることができるよう
になる。

また、アルミニウムからなる陽極体１は外部に露出し
ているものの、この外表面に酸化皮膜層を形成した場合
には、陽極体１を絶縁する必要がなくなる。

〔実施例〕

次いでこの発明の実施例を図面にしたがい説明する。

第１図は、この発明の実施例による製造工程を説明す
る部分断面斜視図、第２図はこの発明の実施例により形
成された固体電解コンデンサの概念構造を示した部分断
面図、第３図は実施例による固体電解コンデンサを示す
斜視図である。

帯状に形成された陽極体１は、アルミニウム等の弁作
用金属からなり、第１図（ａ）に示したように、その一
部に深さ約100μｍの選択的な凹部６が一定間隔に形成
されている。この凹部６は、プレス加工、切削加工等に
よる機械的加工もしくは化学エッチング加工等による化
学的処理のいずれの手段を用いて形成してもよい。そし
てこの凹部６内の表面積を拡大するため、エッチング処
理、例えば電解エッチング処理を施してその表面を粗面
化する。

次いで陽極体１の凹部６を含む外表面、すなわち陽極
体１の表面9a、裏面9bに化成処理を施して陽極体１の表
面9a、裏面9bに酸化皮膜層を形成する。この酸化皮膜層
は、アルミニウムからなる陽極体１の表層が酸化した酸
化アルミニウムからなり、絶縁性を示すとともにアルミ
ニウムと比較して硬質となる。

なお、この酸化皮膜層は、陽極体１の凹部６内におい
ては誘導体層となる。また、化成処理は通常実施されて
いる条件にしたがって行う。例えば、ホウ酸５％程度の
水溶液にアンモニアを加え、６〜7pHに調整したものに
陽極体１を浸漬するとともに、直流電圧を印加して化成
処理を施した。

更に、化成処理を施した陽極体１を酸化剤を含有する
ピロール溶液中に浸漬し、凹部６に化学重合によるピロ
ール薄膜を形成し、次いでピロールを溶解した電解重合
用の電解液中に浸漬するとともに電圧を印加して、第２
図に示したような厚さ数μｍないし数十μｍのポリピロ
ール層からなる電解質層３を生成する。

次いで、電解質層３の表面に導電層４をスクリーン印
刷する（第１図（ｂ））。その結果、第２図に示したよ
うに、陽極体１の凹部６には、電解質層３および導電層
４が順次生成されることになる。この導電層４は、カー
ボンペーストおよび銀ペーストからなる多層構造、もし
くは導電性の良好な金属粉を含有する導電性接着剤から
なる単層構造の何れでもよい。

そして、この陽極体１を、第１図（ｂ）に示したよう
に、陽極体１の幅手方向の切断線Y₁、Y₂ならびに長手方
向の切断線X₁において切断し、第１図（ｃ）に示したよ
うな、単体の陽極体1aを得る。なお必要に応じて、例え
ば陽極体１のほぼ中央部付近の切断線X₂で陽極体１を切
断し、より小型の固体電解コンデンサを得ることもでき
る。

陰極体５は、第３図に示すように、帯状のアルミニウ
ムもしくはその合金からなる。この陰極体５の両面に、
複数の陽極体1a、1bを、その導電層４が互いに対面する
ように配置して接合する。また、陰極体５が導出された
端面と対向する端面には、陽極引き出し用の陽極端子２
を超音波溶接、レーザ溶接等の手段で接続する。更に、
陰極体５の導出部分には耐熱性の合成樹脂からなる封止
部８を形成して、第３図に示したような固体電解コンデ
ンサを得る。封止部８は、耐熱性の弾性ゴムを挟み込ん
で形成してもよい。

なお、図示しないが、陽極体1a、1bの裏面9bは絶縁性
の酸化アルミニウムからなるため、陽極体1a,1bに接続
した陽極端子２および陰極体５の先端を陽極体1a、1bの
側面に沿って折り曲げて密着させてもよい。

以上のような製造方法により得られた固体電解コンデ
ンサでは、第２図に示したように、電解質層３が陰極体
５の両面に配置され、導電層４を介して、挟み込むよう
に陰極体５と接続されるので、電解質層３と陰極体５と
の電気的な接続構造が簡略になる。

また、電解質層３は、裏面9bに硬質の酸化アルミニウ
ムからなる酸化皮膜層が形成された陽極体1a、1bによっ
て外部から遮断されることになり、外部からの機械的ス
トレスに対しても強固になる。

なお、この実施例において、陰極体５および陽極端子
２は、半田付け可能な銅等の金属からなるものを使用し
たが、アルミニウムと銅等の半田付け可能な金属とのク
ラッド材を用いてもよい。

また、陽極体１の表面に形成する酸化皮膜層は、帯状
の陽極体１を所望箇所で切断したのちに化成処理を施し
て形成してもよい。この場合、陽極体１の切断端面にも
酸化皮膜層が形成されることになり、陽極体１の機械的
強度および絶縁がより強固なものとなる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明は、固体電解コンデンサにおい
て、誘導体層、電解質層および導電層が順次生成された
凹部を備えるとともに、外表面の一部もしくは全部に酸
化皮膜層が形成された陽極体を帯状の陰極体の両面に配
置したことを特徴としているので、固体電解コンデンサ
の外表面に配置されることになる陽極体が酸化皮膜層に
より強固なものとなる。そのため、固体電解コンデンサ
自体の機械的強度が向上し、内部の電解質層を外部の機
械的ストレスから保護することが容易となる。

また、両面に陽極体が配置される陰極体は、そのまま
外部接続用の陰極端子となる。そのため、陰極体を陽極
体の外表面に沿って折り曲げた場合、陰極体と陽極体と
を絶縁する必要があるが、陽極体の裏面、すなわち固体
電解コンデンサの外表面を絶縁体である酸化皮膜層で覆
った場合、陰極端子である陰極体と陽極体とを絶縁する
必要がなくなるとともに、プリント基板の配線パターン
との絶縁を同時に実現することができる。

また、この固体電解コンデンサの製造方法として、弁
作用金属からなる平板状の陽極体に、選択的な凹部を設
けるとともに、この凹部を含む外表面の一部もしくは全
部に化成処理を施して酸化皮膜層を形成したのち、凹部
に電解質層および導電層を順次生成したことを特徴とし
ているので、陽極体の凹部に誘導体となる酸化皮膜層を
形成する通常の工程において、同時に陽極体の表面に酸
化皮膜層を形成することができ、製造方法を変更するこ
となく、前記のような一部に酸化皮膜層が形成された固
体電解コンデンサを製造することができる。

また、陽極体の凹部に電解質層および導電層を形成す
る工程においては、既に陽極体の表面の一部に硬質の酸
化皮膜層が形成されているので、これらの工程中におい
て、陽極体に機械的なストレスがかかった場合でも、脆
弱な電解質層を破損する等のおそれがなくなり、信頼性
の高い固体電解コンデンサを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例による製造工程を説明する部
分断面斜視図、第２図はこの発明の実施例により形成さ
れた固体電解コンデンサの概念構造を示した部分断面図
である。第３図は実施例による固体電解コンデンサを示
す斜視図である。 １……陽極体、２……陽極端子、 ３……電解質層、４……導電層、 ５……陰極体、６……凹部、 ７……凸部、８……封止部。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘電体層、電解質層および導電層が順次生
   成された凹部を備えるとともに、外表面の一部もしくは
   全部に酸化皮膜層が形成された陽極体を帯状の陰極体の
   両面に配置したことを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 【請求項２】弁作用金属からなる平板状の陽極体に、選
   択的な凹部を設けるとともに、この凹部を含む外表面の
   一部もしくは全部に化成処理を施して酸化皮膜層を形成
   したのち、凹部に電解質層および導電層を順次生成した
   ことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。