JP3666521B2 - 固体電解コンデンサにおけるコンデンサ素子の製造方法 - Google Patents
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Landscapes
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，タンタル固体電解コンデンサ又はアルミ固体電解コンデンサ等の固体電解コンデンサに使用するコンデンサ素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の固体電解コンデンサに使用するコンデンサ素子は，図４及び図５に示すように構成されている。すなわち，このコンデンサ素子１は，タンタル等の金属粉末を，多孔質のチップ片２に，当該チップ片２内にタンタル等の金属製の陽極ワイヤ３の一端部を埋設するようにして固め成形したのち，高い温度で焼結したものに構成されている。
【０００３】
なお，このコンデンサ素子１におけるチップ片２には，これをりん酸水溶液等の化成液に浸漬した状態で，当該チップ片２から突出する陽極ワイヤ３と化成液との間に直流電流を印加すると言う陽極酸化を行うことにより，図６に示すように，当該チップ片２における各金属粉末の表面及び陽極ワイヤ３の付け根部に，五酸化タンタル等の誘電体膜４を形成し，次いで，前記チップ片２を，硝酸マンガン水溶液に浸漬したのち引き揚げて焼成することを複数回にわたって繰り返すことにより，図７に示すように，二酸化マンガン等の固体電解質膜５を形成し，更に，この固体電解質膜５の表面に，グラファイト膜を下地として銀又はニッケル等の金属膜を形成することにより，図８に示すように，前記チップ片
２のうち前記陽極ワイヤ３が突出する一端面を除く全表面に対して，固体電解質膜５，グラファイト膜及び金属膜による陰極膜６を形成する。
【０００４】
また，このコンデンサ素子１は，図９に示すように，左右一対のリード端子７，８の間に，当該コンデンサ素子１における陽極ワイヤ３を一方のリード端子７に対して溶接等にて固着しチップ片２における陰極膜６に他方のリード端子８を接続するように配設し，これらの全体を合成樹脂製のモールド部９にてパッケージすることによって，固体電解コンデンサに構成される。
【０００５】
そして，このコンデンサ素子１は，前記したように，そのチップ片２における一端面から突出する陽極ワイヤ３の一端部を，前記チップ片２に対して埋設した構成であるために，前記陽極ワイヤ３におけるチップ片２の一端面に対する付け根部には，応力が集中することにより，前記陽極ワイヤがチップ片に対する付け根部から曲がり変形し易く，この曲がり変形により，図９に示すような固体電解コンデンサに組み立てることができない事態を招来することになり，しかも，この曲がり変形が，前記チップ片２に対して誘電体膜４を形成したあとに発生すると，当該陽極ワイヤの当該付け根部に形成される誘電体膜４にクラックが入ってその絶縁性が破壊されることになるから，不良品の発生が高いのであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで，従来のコンデンサ素子１においては，前記陽極ワイヤ３における線径Ｄを或る程度まで太くするか，或いは，図５に二点鎖線で示すように，前記陽極ワイヤ３の付け根部に合成樹脂１０を塗布することにより，前記陽極ワイヤ３の付け根部からの曲がり変形を防止するようにしている。
【０００７】
しかし，
ａ．前者のように，一端部をチップ片に埋設する陽極ワイヤの線径Ｄを太くする方法は，陽極ワイヤ３の一端部をチップ片２に対して埋設することによって発生するチップ片２の有効体積の減少率は大きくなり，これが，固体電解コンデンサにおける小型・大容量化の妨げになるばかりか，太い線径Ｄの陽極ワイヤ３を使用することのために，材料費が嵩み，コンデンサ素子の製造コストの大幅なアップを招来する。
ｂ．後者のように，陽極ワイヤの付け根部を合成樹脂の塗布にて強化する方法は，合成樹脂を塗布すること，及び，この合成樹脂を乾燥・硬化することの二つの工程を必要とすることに加えて，これら両工程に長い時間を必要とするから，これまたコンデンサ素子の製造コストの大幅なアップを招来する。
ｃ．いずれの方法においても，陽極ワイヤをチップ片における金属粉末に対して，電気的に導通するように，焼結にて接合するものであることにより，その電気的な接合を確実ならしめるためには，高い温度で焼結するようにしなければならず，前記金属粉末を微細化することができないから，金属粉末の微細化により固体電解コンデンサの小型・大容量化を図ることに大きな妨げになっている。
と言う問題があった。
【０００８】
本発明は，これらの問題を解消した製造方法を提供することを技術的課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を達成するため本発明における請求項１は，
「金属粉末を，多孔質のチップ片に，当該チップ片の内部に陽極ワイヤの一端部を埋設するように固め成形したのち焼結し，次いで，前記陽極ワイヤのうち前記チップ片に対する付け根部分とチップ片との間に，レーザ光線の照射による溶接を施すことを特徴とする。」
ものである。
【００１０】
また，本発明における請求項２は，
「前記請求項１の記載において，溶接を，不活性ガス又は還元ガスの雰囲気の中で行うことを特徴とする。」
ものである。
【００１１】
【発明の作用・効果】
このように，一端部をチップ片内に埋設した陽極ワイヤのうちチップ片に対する付け根部分とチップ片との間に，レーザ光線の照射による溶接を施すことにより，陽極ワイヤにおける付け根部の一部と，チップ片における一部の金属粉末とが互いに溶融・凝固して，一体的に接合されることになるから，前記陽極ワイヤにおける付け根部を，陽極ワイヤの線径を太くしたり，当該付け根部に合成樹脂を塗布したりすることなく，確実に強化することができると共に，陽極ワイヤと，チップ片における金属粉末とを電気的に確実に接合できるのである。
【００１２】
そして，前記したレーザ光線の照射による溶接は，極く短い時間で行うことができるのである。
【００１３】
従って，本発明によると，陽極ワイヤの曲がり変形に起因する不良品の発生率を，製造コストの大幅なアップ及びチップ片における有効体積の減少率の増大を招来することなく，大幅に低減できるのであり，しかも，陽極ワイヤをチップ片における金属粉末に対して前記の溶接にて確実に電気的に接合することができて，従来のように，チップ片を高い温度で焼結することを必要としないから，金属粉末の微細化による小型・大容量化を達成できる効果を有する。
【００１４】
また，前記したレーザ光線の照射による溶接を，不活性ガス又は還元ガスの雰囲気の中で行うことにより，その溶接に際してチップ片及び陽極ワイヤの表面に酸化皮膜が発生することを防止できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の実施の形態について，図面を使用して説明する。
【００１６】
図１において符号１は，タンタルの金属粉末を，多孔質のチップ片２に，当該チップ片２内にタンタル製の陽極ワイヤ３の一端部を埋設するようにして固め成形したのち適宜温度で焼結して成るコンデンサ素子を示す。
【００１７】
そして，このコンデンサ素子１のうち陽極ワイヤ３におけるチップ片２に対する付け根部に対して，ノズル１１からアルゴンガス等の不活性ガスを吹き付ける等することにより，前記付け根部の部分を不活性ガスの雰囲気にし，この雰囲気の中で，前記付け根部に対してレーザ光線発射装置１２から発射されるレーザ光線１３を照射することにより，前記陽極ワイヤのうち前記チップ片に対する付け根部分とチップ片との間に溶接を施すのである。
【００１８】
この場合，本発明者の実験によると，電圧３５０〜４６０ボルトで，波長１０６５ｎｍのレーザ光線を，０．５〜１．０ｍｓｅｃの時間だけ照射することにより，陽極ワイヤ３における付け根部の一部と，チップ片２における一部の金属粉末とが，図２に示すように，互いに溶融・凝固して，一体的に溶接・接合されることになるから（この溶接部を符号１４で示す），前記陽極ワイヤ３における付け根部を，当該陽極ワイヤ３の線径を太くしたり，付け根部に合成樹脂を塗布したりすることなく，確実に強化することができ，前記陽極ワイヤ３のチップ片２に対する引っ張り力，及び陽極ワイヤ３の曲げ力を，前記レーザ光線１３の照射による溶接を施さない場合に比べて大幅に向上できるのであった。
【００１９】
しかも，前記レーザ光線１３の照射による溶接を，アルゴンガス等の不活性ガスの雰囲気の中で行うことにより，溶接に際してチップ片２及び陽極ワイヤ３に発生する酸化膜を殆ど皆無にすることができるのであった。
【００２０】
なお，前記したレーザ光線１３の照射による溶接は，陽極ワイヤ３の円周上における一箇所に対して行うようにしても良いが，図３に示すように，陽極ワイヤ３の円周上における左右二箇所に対して行うようにしたり，或いは，陽極ワイヤ３の円周上における三箇所以上にすることにより，前記陽極ワイヤ３の付け根部をより強化することができるのである。
【００２１】
また，前記アルゴンガス等の不活性ガスを使用することに代えて，不活性ガスに５パーセント程度の水素ガスを混合した還元ガスを使用しても良いのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による方法を示すコンデンサ素子の縦断正面図である。
【図２】 図１の要部拡大図である。
【図３】 別の例を示す要部拡大図である。
【図４】 従来におけるコンデンサ素子の斜視図である。
【図５】 従来におけるコンデンサ素子の縦断正面図である。
【図６】 従来のコンデンサ素子におけるチップ片に誘電体膜を形成した状態の縦断正面図である。
【図７】 従来のコンデンサ素子におけるチップ片に固体電解質膜を形成した状態の縦断正面図である。
【図８】 従来のコンデンサ素子におけるチップ片に陰極膜を形成した状態の縦断正面図である。
【図９】 コンデンサ素子を使用した固体電解コンデンサの縦断正面図である。
【符号の説明】
１ コンデンサ素子
２ チップ片
３ 陽極ワイヤ
１０ 不活性ガスの吹き出しノズル
１１ レーザ光線発射装置
１３ レーザ光線
１４ 溶接部
【産業上の利用分野】
本発明は，タンタル固体電解コンデンサ又はアルミ固体電解コンデンサ等の固体電解コンデンサに使用するコンデンサ素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の固体電解コンデンサに使用するコンデンサ素子は，図４及び図５に示すように構成されている。すなわち，このコンデンサ素子１は，タンタル等の金属粉末を，多孔質のチップ片２に，当該チップ片２内にタンタル等の金属製の陽極ワイヤ３の一端部を埋設するようにして固め成形したのち，高い温度で焼結したものに構成されている。
【０００３】
なお，このコンデンサ素子１におけるチップ片２には，これをりん酸水溶液等の化成液に浸漬した状態で，当該チップ片２から突出する陽極ワイヤ３と化成液との間に直流電流を印加すると言う陽極酸化を行うことにより，図６に示すように，当該チップ片２における各金属粉末の表面及び陽極ワイヤ３の付け根部に，五酸化タンタル等の誘電体膜４を形成し，次いで，前記チップ片２を，硝酸マンガン水溶液に浸漬したのち引き揚げて焼成することを複数回にわたって繰り返すことにより，図７に示すように，二酸化マンガン等の固体電解質膜５を形成し，更に，この固体電解質膜５の表面に，グラファイト膜を下地として銀又はニッケル等の金属膜を形成することにより，図８に示すように，前記チップ片
２のうち前記陽極ワイヤ３が突出する一端面を除く全表面に対して，固体電解質膜５，グラファイト膜及び金属膜による陰極膜６を形成する。
【０００４】
また，このコンデンサ素子１は，図９に示すように，左右一対のリード端子７，８の間に，当該コンデンサ素子１における陽極ワイヤ３を一方のリード端子７に対して溶接等にて固着しチップ片２における陰極膜６に他方のリード端子８を接続するように配設し，これらの全体を合成樹脂製のモールド部９にてパッケージすることによって，固体電解コンデンサに構成される。
【０００５】
そして，このコンデンサ素子１は，前記したように，そのチップ片２における一端面から突出する陽極ワイヤ３の一端部を，前記チップ片２に対して埋設した構成であるために，前記陽極ワイヤ３におけるチップ片２の一端面に対する付け根部には，応力が集中することにより，前記陽極ワイヤがチップ片に対する付け根部から曲がり変形し易く，この曲がり変形により，図９に示すような固体電解コンデンサに組み立てることができない事態を招来することになり，しかも，この曲がり変形が，前記チップ片２に対して誘電体膜４を形成したあとに発生すると，当該陽極ワイヤの当該付け根部に形成される誘電体膜４にクラックが入ってその絶縁性が破壊されることになるから，不良品の発生が高いのであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで，従来のコンデンサ素子１においては，前記陽極ワイヤ３における線径Ｄを或る程度まで太くするか，或いは，図５に二点鎖線で示すように，前記陽極ワイヤ３の付け根部に合成樹脂１０を塗布することにより，前記陽極ワイヤ３の付け根部からの曲がり変形を防止するようにしている。
【０００７】
しかし，
ａ．前者のように，一端部をチップ片に埋設する陽極ワイヤの線径Ｄを太くする方法は，陽極ワイヤ３の一端部をチップ片２に対して埋設することによって発生するチップ片２の有効体積の減少率は大きくなり，これが，固体電解コンデンサにおける小型・大容量化の妨げになるばかりか，太い線径Ｄの陽極ワイヤ３を使用することのために，材料費が嵩み，コンデンサ素子の製造コストの大幅なアップを招来する。
ｂ．後者のように，陽極ワイヤの付け根部を合成樹脂の塗布にて強化する方法は，合成樹脂を塗布すること，及び，この合成樹脂を乾燥・硬化することの二つの工程を必要とすることに加えて，これら両工程に長い時間を必要とするから，これまたコンデンサ素子の製造コストの大幅なアップを招来する。
ｃ．いずれの方法においても，陽極ワイヤをチップ片における金属粉末に対して，電気的に導通するように，焼結にて接合するものであることにより，その電気的な接合を確実ならしめるためには，高い温度で焼結するようにしなければならず，前記金属粉末を微細化することができないから，金属粉末の微細化により固体電解コンデンサの小型・大容量化を図ることに大きな妨げになっている。
と言う問題があった。
【０００８】
本発明は，これらの問題を解消した製造方法を提供することを技術的課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を達成するため本発明における請求項１は，
「金属粉末を，多孔質のチップ片に，当該チップ片の内部に陽極ワイヤの一端部を埋設するように固め成形したのち焼結し，次いで，前記陽極ワイヤのうち前記チップ片に対する付け根部分とチップ片との間に，レーザ光線の照射による溶接を施すことを特徴とする。」
ものである。
【００１０】
また，本発明における請求項２は，
「前記請求項１の記載において，溶接を，不活性ガス又は還元ガスの雰囲気の中で行うことを特徴とする。」
ものである。
【００１１】
【発明の作用・効果】
このように，一端部をチップ片内に埋設した陽極ワイヤのうちチップ片に対する付け根部分とチップ片との間に，レーザ光線の照射による溶接を施すことにより，陽極ワイヤにおける付け根部の一部と，チップ片における一部の金属粉末とが互いに溶融・凝固して，一体的に接合されることになるから，前記陽極ワイヤにおける付け根部を，陽極ワイヤの線径を太くしたり，当該付け根部に合成樹脂を塗布したりすることなく，確実に強化することができると共に，陽極ワイヤと，チップ片における金属粉末とを電気的に確実に接合できるのである。
【００１２】
そして，前記したレーザ光線の照射による溶接は，極く短い時間で行うことができるのである。
【００１３】
従って，本発明によると，陽極ワイヤの曲がり変形に起因する不良品の発生率を，製造コストの大幅なアップ及びチップ片における有効体積の減少率の増大を招来することなく，大幅に低減できるのであり，しかも，陽極ワイヤをチップ片における金属粉末に対して前記の溶接にて確実に電気的に接合することができて，従来のように，チップ片を高い温度で焼結することを必要としないから，金属粉末の微細化による小型・大容量化を達成できる効果を有する。
【００１４】
また，前記したレーザ光線の照射による溶接を，不活性ガス又は還元ガスの雰囲気の中で行うことにより，その溶接に際してチップ片及び陽極ワイヤの表面に酸化皮膜が発生することを防止できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の実施の形態について，図面を使用して説明する。
【００１６】
図１において符号１は，タンタルの金属粉末を，多孔質のチップ片２に，当該チップ片２内にタンタル製の陽極ワイヤ３の一端部を埋設するようにして固め成形したのち適宜温度で焼結して成るコンデンサ素子を示す。
【００１７】
そして，このコンデンサ素子１のうち陽極ワイヤ３におけるチップ片２に対する付け根部に対して，ノズル１１からアルゴンガス等の不活性ガスを吹き付ける等することにより，前記付け根部の部分を不活性ガスの雰囲気にし，この雰囲気の中で，前記付け根部に対してレーザ光線発射装置１２から発射されるレーザ光線１３を照射することにより，前記陽極ワイヤのうち前記チップ片に対する付け根部分とチップ片との間に溶接を施すのである。
【００１８】
この場合，本発明者の実験によると，電圧３５０〜４６０ボルトで，波長１０６５ｎｍのレーザ光線を，０．５〜１．０ｍｓｅｃの時間だけ照射することにより，陽極ワイヤ３における付け根部の一部と，チップ片２における一部の金属粉末とが，図２に示すように，互いに溶融・凝固して，一体的に溶接・接合されることになるから（この溶接部を符号１４で示す），前記陽極ワイヤ３における付け根部を，当該陽極ワイヤ３の線径を太くしたり，付け根部に合成樹脂を塗布したりすることなく，確実に強化することができ，前記陽極ワイヤ３のチップ片２に対する引っ張り力，及び陽極ワイヤ３の曲げ力を，前記レーザ光線１３の照射による溶接を施さない場合に比べて大幅に向上できるのであった。
【００１９】
しかも，前記レーザ光線１３の照射による溶接を，アルゴンガス等の不活性ガスの雰囲気の中で行うことにより，溶接に際してチップ片２及び陽極ワイヤ３に発生する酸化膜を殆ど皆無にすることができるのであった。
【００２０】
なお，前記したレーザ光線１３の照射による溶接は，陽極ワイヤ３の円周上における一箇所に対して行うようにしても良いが，図３に示すように，陽極ワイヤ３の円周上における左右二箇所に対して行うようにしたり，或いは，陽極ワイヤ３の円周上における三箇所以上にすることにより，前記陽極ワイヤ３の付け根部をより強化することができるのである。
【００２１】
また，前記アルゴンガス等の不活性ガスを使用することに代えて，不活性ガスに５パーセント程度の水素ガスを混合した還元ガスを使用しても良いのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による方法を示すコンデンサ素子の縦断正面図である。
【図２】 図１の要部拡大図である。
【図３】 別の例を示す要部拡大図である。
【図４】 従来におけるコンデンサ素子の斜視図である。
【図５】 従来におけるコンデンサ素子の縦断正面図である。
【図６】 従来のコンデンサ素子におけるチップ片に誘電体膜を形成した状態の縦断正面図である。
【図７】 従来のコンデンサ素子におけるチップ片に固体電解質膜を形成した状態の縦断正面図である。
【図８】 従来のコンデンサ素子におけるチップ片に陰極膜を形成した状態の縦断正面図である。
【図９】 コンデンサ素子を使用した固体電解コンデンサの縦断正面図である。
【符号の説明】
１ コンデンサ素子
２ チップ片
３ 陽極ワイヤ
１０ 不活性ガスの吹き出しノズル
１１ レーザ光線発射装置
１３ レーザ光線
１４ 溶接部
Claims (2)
- 金属粉末を，多孔質のチップ片に，当該チップ片の内部に陽極ワイヤの一端部を埋設するように固め成形したのち焼結し，次いで，前記陽極ワイヤのうち前記チップ片に対する付け根部分とチップ片との間に，レーザ光線の照射による溶接を施すことを特徴とする固体電解コンデンサにおけるコンデンサ素子の製造方法。
- 前記請求項１の記載において，溶接を，不活性ガス又は還元ガスの雰囲気の中で行うことを特徴とする固体電解コンデンサにおけるコンデンサ素子の製造方法。
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