JP3128831B2 - 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】

【産業上の利用分野】本発明は高周波領域において低イ
ンピーダンスで、容量の体積効率の良い固体電解コンデ
ンサの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器のデジタル化に伴って電
子回路に使用されるコンデンサも高周波領域における低
インピーダンス、小形大容量が厳しく要求されるように
なってきた。小形大容量を特徴とする電解コンデンサの
分野においても、従来の乾式アルミ電解コンデンサや二
酸化マンガンを固体電解質とするタンタル固体電解コン
デンサおよびアルミ固体電解コンデンサなどに対し、複
素環式化合物の重合物である導電性高分子を固体電解質
とする固体電解コンデンサが、この要求に応え得るコン
デンサとして数多く提案され、一部で商品化されるよう
になってきた。

【０００３】高周波領域における低インピーダンスは複
素環式化合物の重合物である導電性高分子を固体電解質
とすることにより達成されるが、固体電解質である特質
から定格電圧よりかなり高い化成電圧を余儀なくされる
ことにより、乾式アルミ電解コンデンサに比べ容量の容
積効率は低く、したがって、この容積効率を上げるため
には積層構造をとる必要がある。積層構造をとる方法
は、以前より公知であるが、導電性高分子を固体電解質
として用いる例としては、特開昭６３−２３９９１７号
公報がある。

【０００４】この一例のものは、図１０および図１１に
示すように、帯状のアルミニウムエッチド箔１の一側部
に複数の突起部２を形成し、この複数の突起部２の所定
位置の全面にレジスト層３を形成することにより、突起
部２を二つの部分に区分している。そして前記レジスト
層３により区分された一方の部分（陰極部）に誘電体と
して酸化アルミニウム皮膜層４を、電解質となる複素環
式化合物のポリマー層としてピロールよりなるポリマー
層５を、端子取り出し用の導体層としてグラファイト層
６および銀ペースト層７を順次形成してコンデンサ素子
板８を構成している。

【０００５】上記のように構成したコンデンサ素子板８
を図１２（ａ）に示すように複数枚積み重ねる。この場
合、複数枚のコンデンサ素子板８の突起部２と突起部２
とが互いに対応するように積み重ね、そして突起部２を
高温下で加圧し、レジスト層３で区分された一方の部分
（陰極部）９の銀ペースト層７を仮乾燥させてコンデン
サ素子板８の一方の部分９を互いに固着させて一体化す
るとともに、レジスト層３で区分された他方の部分に当
たるアルミニウムエッチド箔１の部分（図１１の×印で
示す陽極部）１０を溶接等により互いに接合させてコン
デンサ素子本体１１を構成する。次に、このコンデンサ
素子本体１１のレジスト層３で区分された一方の部分
（陰極部）９の仮乾燥させている銀ペースト層７に板状
の陰極端子１２の外表面を圧設し、そして銀ペースト層
７を本乾燥させて硬化させることにより、一方の部分
（陰極部）９に板状の陰極端子１２を取り付けるととも
に、レジスト層３で区分された他の部分（陽極部）１０
に同じく板状の陽極端子１３をスポット溶接または超音
波溶接あるいはシーマ溶接等により取り付けてコンデン
サ素子とし、このコンデンサ素子に樹脂外装を施し、積
層型の固体電解コンデンサを構成していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
従来の構成方法では、いくつかの欠点があり、特に陽極
部の接続方法に信頼性が乏しいという大きな欠点があっ
た。

【０００７】すなわち、アルミニウムのような弁金属の
表面には化成皮膜が存在しない場合でも、空気中での酸
化による強固な酸化皮膜が存在するため、従来例に挙げ
られたような抵抗溶接や超音波溶接では、複数枚の積層
された箔における何重もの酸化皮膜を突き破っての信頼
性のある溶接を行うことは極めて至難のことである。ま
た、見かけ上接合されていても接触抵抗が大きく、使用
中に剥離するなどの危険があった。

【０００８】これは、従来の溶接法ではエネルギーが小
さいために、隣り合った箔間の酸化皮膜を突き破った個
所のみで溶接されているためで、溶接の基本である溶接
部が一体に合金化された状態とかけ離れているためと考
えられる。

【０００９】また、従来例のような抵抗溶接では、溶接
時に溶接電流以外の電流が流れ、酸化皮膜や導電性高分
子膜の破壊をきたすことがしばしばあった。

【００１０】本発明は上記従来例の問題点を解決するも
ので、特に積層した複数枚のコンデンサ素子の陽極部の
接合条件を適正化してレーザ溶接することにより、信頼
性の高い固体電解コンデンサの製造方法を提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、酸化皮
膜を形成した弁金属よりなる箔を絶縁体層で区分し、こ
の区分された一方の部分（陰極部）に導電物質層，導電
性高分子膜、グラファイト層と銀ペイント層からなる導
体層を順次形成してコンデンサ素子を構成し、かつこの
コンデンサ素子を複数枚積層するとともに、この複数枚
のコンデンサ素子における一方の部分（陰極部）を引出
し端子を兼ねるコムの一部分に積層して接続し、さらに
前記複数枚のコンデンサ素子における他方の部分（陽極
部）を前記コムの別の部分に積層するとともに、このコ
ムの別の部分の先端部を１８０度折り曲げて、複数枚の
コンデンサ素子における他方の部分（陽極部）を密着さ
せた状態で挾み込み、この挾み込んだ状態の前記複数枚
のコンデンサ素子における他方の部分（陽極部）とコム
とをレーザ溶接により接続するとともに、全体をモール
ド樹脂で外装するようにしたものである。

【００１２】

【作用】上記した製造方法によれば、複数枚積層された
弁金属よりなるコンデンサ素子における他方の部分（陽
極部）を引出し端子を兼ねるコムの別の部分に積層する
とともに、このコムの別の部分の先端部を１８０度折り
曲げて、複数枚のコンデンサ素子における他方の部分
（陽極部）を密着させた状態で挾み込んでいるため、複
数枚の弁金属よりなるコンデンサ素子における他方の部
分（陽極部）間に空間ギャップが生じることはなくな
り、その結果、複数枚の弁金属よりなるコンデンサ素子
の陽極部と引出し端子を兼ねるコムとをレーザ溶接によ
り接続する場合、理想的な溶接状態を実現することがで
きるため、信頼性の高い溶接法が得られ、これにより、
高周波領域において低インピーダンスで小形大容量の固
体電解コンデンサを提供することができるものである。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の各実施例を添付図面にもとづ
いて説明する。

【００１４】（実施例１）厚さ１００μｍの弁金属であ
るアルミニウム箔を公知の方法でエッチング処理して多
孔質化した後、化成処理によりその表面に酸化皮膜を形
成し、そしてこのアルミニウム化成箔を図１に示すよう
な突起部２１を有する櫛形電極２２に打ち抜く。また前
記突起部２１の所定の位置には絶縁体層２３を設け、陰
極部２４と陽極部２５に区分する。なお、前記アルミニ
ウム箔の打ち抜きは、金属箔の状態で行った後、エッチ
ング、化成処理を行っても良いが、生産性を考えると、
広い幅の化成済みの箔で行うのが得策である。また、絶
縁体層２３はアルミニウム化成箔を打ち抜いた後、絶縁
塗料を塗布することにより設けても良いが、アルミニウ
ム化成箔の所定の位置に予め接着剤を塗布した絶縁テー
プ、たとえば耐熱性のポリイミドテープを貼り付けてお
き、その後、打ち抜いて図１に示すような櫛形電極２２
を構成しても良い。

【００１５】次いで、少なくとも陰極部２４の全面以上
を化成液中に浸漬して切断面及び酸化皮膜の修復化成を
行ってから、櫛形電極２２の陰極部２４の部分を硝酸マ
ンガンの水溶液中に浸漬した後、約３００℃で１０分間
熱処理し、図２（ｂ）に示すように二酸化マンガンより
なる導電物質層２６を形成する。この後、熱処理により
劣化した酸化皮膜を修復するため、再化成を行った方が
万全ではあるが、この再化成は省略しても良い。

【００１６】次に、図３に示すように、電解重合して導
電性高分子を形成するピロールと支持電解質としてのト
リイソプロピルナフタレンスルフォン酸とを水に溶解し
た電解重合液２７を、対極を兼用するステンレス製の容
器２８内に入れ、そしてこの容器２８内に、櫛形電極２
２を絶縁体層２３の中途まで浸漬し、さらに櫛形電極２
２に対応した形のステンレス電極２９の先端が陰極部２
４の導電物質層２６に極力近い絶縁体層２３の部分に接
触した状態で、ステンレス電極２９を陽極、かつ容器２
８を陰極として電圧を印加することにより電解重合を行
い、図２（ｂ）に示すように導電性高分子膜３０を導電
物質層２６の上に形成する。

【００１７】さらにこの導電性高分子膜３０の上に図２
（ｂ）に示すように、公知の方法でグラファイト層３１
と銀ペイント層３２を順次形成する。この場合、グラフ
ァイト層３１は薄いため、通常の浸漬して焼き付ける方
法で良いが、銀ペイント層３２の場合は浸漬方式では下
部が厚くなって積層時の弊害となるため、印刷方式など
の均一な塗布方法が好ましい。こうして完成した櫛形電
極２２において、図１および図２（ａ），（ｂ）のＣ−
Ｃ線の部分で突起部２１を切断し、単一のコンデンサ素
子３３を構成する。この場合、櫛形電極２２の状態でそ
のまま積層する手段もあるが、生産上の歩留まりと後の
組立工程との関連からすれば、この手段は得策ではな
い。例えば、単一のコンデンサ素子３３で９０％の歩留
まりとすると、５枚の単一のコンデンサ素子３３を櫛形
電極２２の状態で積層した場合、それだけで５９％の歩
留まりの確率となる。したがって、単一のコンデンサ素
子３３の状態で良否の判別を行い、それらを積層した方
が有利なことは自明の理である。

【００１８】次に、図４および図５（ａ），（ｂ）に示
すような引出し端子を兼ねるコム（金属枠）３４上に単
一のコンデンサ素子３３を積層して設置するが、ここで
は、引出し端子を兼ねるコム３４としては、厚さ０．１
mmの平板を打ち抜いた鉄基材に銅３μｍ，錫１μｍのメ
ッキを施して使用した。そしてこのコム３４はあらかじ
め図５（ａ）の陰極搭載部３５および陽極搭載部３６の
破線で示す部分を直角に曲げておき、そしてコンデンサ
素子３３の陰極部２４間とコム３４の間に接着剤として
少量の銀ペイントを塗布し、単一のコンデンサ素子３３
を複数枚積層して装填する。さらに、コム３４の陽極搭
載部３６の先端部３７をさらに９０度折り曲げ、すなわ
ち、陽極搭載部３６は全体で１８０度折り曲げて図５
（ｂ）および図６に示すように複数枚積層したコンデン
サ素子３３の陽極部２５を密着させた状態でコム３４に
より挾み込んだ形としている。そしてこの状態でコム３
４の陽極搭載部３６における先端部３７の上部からレー
ザ溶接を行った。この場合、溶接点は２点または３点と
した。

【００１９】このレーザ溶接を良好に行うためには、レ
ーザ光を当てたスポット部分の複数枚のアルミニウム箔
を構成する弁金属と引出し端子を兼ねるコム３４を構成
する金属を溶融し、均一に混合または合金化された状態
とする必要がある。前記引出し端子を兼ねるコム３４は
一般に鉄を基材とし、これに半田と合金化し易い金属、
例えば銅，ニッケル，錫などのメッキが施されたもの
で、鉄の融点が１５３５℃であるのに対し、弁金属はア
ルミニウムの融点が６６０℃、タンタルの融点が２９９
６℃、ニオブの融点が２４６８℃という具合に鉄と弁金
属の融点がかけ離れているため、両者を同時に溶融しよ
うとすると融点の低い金属が蒸発して失われ、孔が空く
などの現象を生じ易い。また、これに加え、複数枚のア
ルミニウム箔の表面に施された酸化皮膜を突き破るエネ
ルギーが同時に必要となるものである。

【００２０】さらに、コンデンサ素子３３を積層したと
きに陽極部２５の厚さは例えば１００μｍのアルミニウ
ム箔を５枚重ねたとすると計５００μｍとなるのに対
し、陰極部２４の厚さは導電性高分子膜３０および導電
体層３１，３２の厚さを加えて１枚当たり約０．５mm
で、５枚では２．５mmにも達するため、溶接される陽極
部２５を構成するアルミニウム箔間ではそのまま重ねた
だけでは約０．４mmの空間が存在することになる。

【００２１】しかるに、本発明の一実施例においては、
上記したように、引出し端子を兼ねるコム３４の陽極搭
載部３６の先端部３７をさらに９０度折り曲げ、すなわ
ち、陽極搭載部３６を全体で１８０度折り曲げて図５
（ｂ）および図６に示すように複数枚積層したコンデン
サ素子３３の陽極部２５を密着させた状態でコム３４に
より挾み込んだ形としているため、この状態で、コム３
４の陽極搭載部３６における先端部３７の上部からレー
ザ溶接を行うと、理想的な溶接の状態が得られる。すな
わち、図７（ａ）に示すように、コム３４の陽極搭載部
３６における金属とコンデンサ素子３３における陽極部
（この例の場合はアルミニウム箔）２５が溶融して一体
３８となっており、しかもレーザの入射側のみならず、
裏面からも溶解痕が認められるものである。この溶解部
のＸ線マイクロアナライザによる成分分析図を図８に示
したが、この図８からもＡｌ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｓｎが一様
に溶解していることがわかる。また、レーザ光が強すぎ
ると、図７（ｂ）のように低融点金属が主に蒸発して孔
３９があいた状態となる。例えば、ＳＩ（ステップ・イ
ンデックス）方式の光学ファイバーを使用すると、広く
浅く溶解しやすいため、底まで溶解しようとすると、図
７（ｂ）のようになりやすい。また、複数枚積層したコ
ンデンサ素子３３の陽極部２５のアルミニウム箔間に空
間ギャップが存在すると、均一に溶解させることができ
ないため、溶接できないかまたは似たような状態とな
る。一方、レーザ光が弱すぎると、底まで溶解できない
ことは勿論のこと、溶接の是非が確認できない。

【００２２】また、本発明の一実施例におけるレーザ溶
接の溶接条件については、まず発振方式は炭酸ガスレー
ザ方式に比べ、ＹＡＧレーザ方式が小エネルギーに適し
ているため、ＹＡＧレーザ方式を選択した。そしてレー
ザ光のモードを微小エネルギーで小スポットに集中して
連続して供給し、小さな面積で深く複数枚の金属を溶融
させるために、ＳＩ（ステップ・インデックス）方式の
光学ファイバーではなく、ＧＩ（グレーテッド・インデ
ックス）方式の光学ファイバーを用いた。

【００２３】そして本発明の一実施例においては、コム
３４の陽極搭載部３６における金属とコンデンサ素子３
３における陽極部２５をレーザ溶接した後、陰極部を構
成する銀ペイント層３２を硬化させ、さらに成形用金型
にコム３４を設置し、エポキシ樹脂でモールド成形した
後、端子部を切断し、固体電解コンデンサを取り出し
た。この固体電解コンデンサの外観を図９に示す。この
固体電解コンデンサ４０における陽極端子４１および陰
極端子４２は上記コム３４をそのまま利用しているもの
で、この場合、モールド樹脂に沿って陽極端子４１と陰
極端子４２を折り曲げれば、チップ形固体電解コンデン
サを得ることができる。

【００２４】（実施例２）コム３４の陽極搭載部３６に
おける金属とコンデンサ素子３３における陽極部２５の
溶接をレーザ溶接で行う。この場合、レーザ溶接はＳＩ
（ステップ・インデックス）方式の光学ファイバーを用
い、その他は実施例１と同じ条件で固体電解コンデンサ
を製作した。

【００２５】（比較例）コム３４の陽極搭載部３６にお
ける金属とコンデンサ素子３３における陽極部２５の溶
接を抵抗溶接で行い、その他は実施例１と同じ条件で固
体電解コンデンサを製作しようとしたが、陽極部２５を
構成する複数枚のアルミニウム箔の溶接を抵抗溶接で行
うのは困難で固体電解コンデンサを構成することはでき
なかった。

【００２６】なお、化成電圧２８Ｖで突起部２１の寸法
が３×７mmのアルミニウム箔を５枚積層して製作した実
施例１および実施例２の固体電解コンデンサ各１０個の
初期特性と熱衝撃試験（−４０℃３０分間保持，１０５
℃３０分間保持を交互に１００回繰り返す試験）による
信頼性試験をした結果は（表１）と（表２）に示す通り
であった。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】上記（表１），（表２）から明らかなよう
に、（表１）に示す実施例１においては、高周波領域
（５００kHz）におけるインピーダンスはほとんど変化
していなかったが、（表２）に示す実施例２において
は、試験後におけるインピーダンスが大幅に高くなって
いるのが見受けられた。

【００３０】なお、上記実施例においては、陽極部２５
をアルミニウム箔で構成したものについて説明したが、
これに限定されるものではなく、他の弁金属箔、例えば
タンタル，ニオブなどで構成しても良い。また導電性高
分子膜３０はポリピロールよりなる導電性高分子で構成
したものについて説明したが、他の導電性高分子、例え
ばポリフラン，ポリチオフェンよりなる導電性高分子で
構成しても、製造条件が異なるだけで本発明の要件を損
うものではない。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明の固体電解コンデン
サの製造方法によれば、複数枚積層された弁金属よりな
るコンデンサ素子における他方の部分（陽極部）を引出
し端子を兼ねるコムの別の部分に積層するとともに、こ
のコムの別の部分の先端部を１８０度折り曲げて、複数
枚のコンデンサ素子における他方の部分（陽極部）を密
着させた状態で挾み込んでいるため、複数枚の弁金属よ
りなるコンデンサ素子における他方の部分（陽極部）間
に空間ギャップが生じることはなくなり、その結果、複
数枚の弁金属よりなるコンデンサ素子の陽極部と引出し
端子を兼ねるコムとをレーザ溶接により接続する場合、
理想的な溶接状態を実現することができるため、信頼性
の高い溶接法が得られ、これにより、高周波領域におい
て低インピーダンスで小形大容量の固体電解コンデンサ
を提供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に使用した複数の突起部を有す
る櫛形電極の平面図

【図２】（ａ）導電性高分子膜や導体層を形成してコン
デンサ素子を完成させた櫛形電極の突起部の拡大図 （ｂ）（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図

【図３】本発明の実施例における導電性高分子膜を形成
する電解重合層の概略図

【図４】本発明の実施例に使用した引出し端子を兼ねる
コム（金属枠）の横断面図

【図５】（ａ）図４のＢ−Ｂ線で示されるコムの部分拡
大図 （ｂ）（ａ）におけるコム部にコンデンサ素子を積層し
て充填した状態を示す概要図

【図６】図５（ｂ）におけるＤ−Ｄ線で示す本発明の実
施例のコンデンサ素子を複数枚積層した状態の側断面図

【図７】（ａ）本発明のレーザ溶接による陽極部の理想
的な溶融溶接状態を示す断面図 （ｂ）本発明の実施例２の不満足な溶接状態を示す断面
図

【図８】本発明のレーザ溶接における溶解部のＸ線マイ
クロアナライザによる成分分析を示すグラフ

【図９】本発明の実施例で製作した固体電解コンデンサ
の外観を示す斜視図

【図１０】（ａ）従来例を示すアルミニウムエッチド箔
の側部に設けた突起部の拡大図 （ｂ）（ａ）におけるＥ−Ｅ線断面図

【図１１】従来例を示す複数の突起部を設けたアルミニ
ウムエッチド箔の平面図

【図１２】（ａ）従来例を示す複数枚のコンデンサ素子
を積層した状態の側面図 （ｂ）同平面図

【符号の説明】

２２ 櫛形電極 ２３ 絶縁体層 ２４ 陰極部 ２５ 陽極部 ２６ 導電物質層 ３０ 導電性高分子膜 ３１ グラファイト層 ３２ 銀ペイント層 ３３ コンデンサ素子 ３４ コム ３６ 陽極搭載部 ３７ 陽極搭載部の先端部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川村 賢二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 中島 秀郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 山下 実 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−171223（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−278011（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01G 9/012 H01G 9/00 H01G 9/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸化皮膜を形成した弁金属よりなる箔を絶
   縁体層で区分し、この区分された一方の部分（陰極部）
   に導電物質層，導電性高分子膜、グラファイト層と銀ペ
   イント層からなる導体層を順次形成してコンデンサ素子
   を構成し、かつこのコンデンサ素子を複数枚積層すると
   ともに、この複数枚のコンデンサ素子における一方の部
   分（陰極部）を引出し端子を兼ねるコムの一部分に積層
   して接続し、さらに前記複数枚のコンデンサ素子におけ
   る他方の部分（陽極部）を前記コムの別の部分に積層す
   るとともに、このコムの別の部分の先端部を１８０度折
   り曲げて、複数枚のコンデンサ素子における他方の部分
   （陽極部）を密着させた状態で挾み込み、この挾み込ん
   だ状態の前記複数枚のコンデンサ素子における他方の部
   分（陽極部）とコムとをレーザ溶接により接続するとと
   もに、全体をモールド樹脂で外装するようにした固体電
   解コンデンサの製造方法。