JP3826153B1 - 積層型固体電解コンデンサおよび当該積層型固体電解コンデンサにおける陰極引き出し層の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 積層されるコンデンサ素子間の抵抗を低減することで、ＥＳＲが低く、かつ歩留の高い積層型固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】 弁作用金属箔１と、当該弁作用金属箔の表面に形成した誘電体酸化皮膜２と、この誘電体酸化皮膜の表面に順次形成した固体電解質層３、カーボン層４、銀層５からなるコンデンサ素子複数枚を、導電性接着剤層６を介して積層した後、得られた積層素子の表面を覆い、一体化するように銀層７を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、積層型固体電解コンデンサ、及び当該積層型固体電解コンデンサにおける陰極引き出し層の形成方法に関するものである。

近年、インテル社のＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）に代表されるＣＰＵは、処理速度が高速化し、動作クロックは３ＧＨｚ以上に達しており、そのＣＰＵ周辺に使用されるコンデンサに対しても、高速化への対応、すなわち低ＥＳＲ（等価直列抵抗）、低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化が強く要求されるようになった。また、機器の小型薄型化に伴い、コンデンサに対する低背化も要求されている。

一方、低ＥＳＲを要求されるコンデンサにおいては、固体電解質に固有抵抗の低い導電性高分子を採用した固体電解コンデンサが開発され、広く使用されている。この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には、現在、アルミニウム箔を陽極とした巻回型、及び積層型、さらにタンタル焼結体を陽極としたものに大別され、各々の特徴を有している。

一般に、積層型固体電解コンデンサは低背化、低ＥＳＲ化に対応しやすく、弁作用金属箔表面をエッチングし、多孔質体を形成後、その表面に誘電体酸化皮膜を形成した陽極素子と、誘電体酸化皮膜上に形成された固体電解質層、カーボン層、銀層からなる陰極引き出し層とで形成されたコンデンサ素子を、導電性接着剤層を介して複数枚積層後、外部電極を接続し、構成される。

しかし、上記の積層方法の場合、コンデンサ素子間の界面抵抗が非常に大きくなるため、固体電解質層を形成したコンデンサ素子を積層後、該積層素子を覆うようにカーボン層、銀層を順次形成し、積層素子を構成するものもあった（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−２８１５１５号公報

しかしながら、特許文献１記載の方法では、固体電解質形成後に積層し、陰極引き出し層を形成するため、特に固体電解質が機械的強度の低い導電性高分子である場合、コンデンサ素子の漏れ電流が増大するため、歩留を低くする問題がある。

上記のような課題があるため、低ＥＳＲ、高歩留が可能な構造を有した積層型固体電解コンデンサが求められていた。
また、本発明の課題は、積層型固体電解コンデンサの低ＥＳＲ化を図るのに有用な陰極引き出し層を形成するための方法を提供することにもある。

本発明の積層型固体電解コンデンサは、弁作用金属箔と、前記弁作用金属箔の表面に形成された誘電体酸化皮膜と、前記誘電体酸化皮膜の表面に順次形成された固体電解質層、カーボン層、銀層とからなるコンデンサ素子が複数枚、導電性接着剤層を介して積層されて積層素子を形成しており、当該積層素子の表面が銀ペーストによって被覆され、一体化されていることを特徴とし、このような積層型固体電解コンデンサは、弁作用金属箔表面に形成された誘電体酸化皮膜に、固体電解質層、カーボン層、銀層が順次形成されたコンデンサ素子複数枚を導電性接着剤層を介して積層した後、得られた積層素子の表面を覆い、一体化するように導電性の銀層を形成することによって製造される。
又、本発明は、上記の特徴を有した積層型固体電解コンデンサにおいて、前記弁作用金属箔が、タンタル箔、ニオブ箔およびアルミニウム箔からなる群より選ばれたものであることを特徴とするものでもある。

さらに、本発明は、積層型固体電解コンデンサの低等価直列抵抗化（低ＥＳＲ化）を図ることが可能な陰極引き出し層を形成するための方法であって、この方法は、弁作用金属箔の表面に誘電体酸化皮膜を形成させ、さらに前記誘電体酸化皮膜の表面に、固体電解質層、カーボン層、銀層を順次形成させたコンデンサ素子を複数枚製造する工程と、前記の複数枚のコンデンサ素子を導電性接着剤層を介して積層し、積層素子を製造する工程と、前記積層素子の表面を銀ペーストにて被覆し、一体化することにより、積層した全てのコンデンサ素子から陰極を引き出すことが可能な陰極引き出し層を形成する工程とを含むことを特徴とする。
上記の本発明の陰極引き出し層形成方法により、コンデンサ素子を接合する導電性接着剤ではカバーできないコンデンサ素子のエッジ部分の接続抵抗を最大限に低下させることができ、且つコンデンサ素子間の界面抵抗を低くすることができるので、積層型コンデンサの低ＥＳＲ化を図ることが可能である。

また、本発明の陰極引き出し層形成方法の場合、コンデンサ素子の積層工程を、銀層形成後に導電性接着剤を介して行うため、機械的ストレスによる誘電体酸化皮膜の損傷を防ぐことができ、製品の歩留を高くすることができる。

なお、積層素子に塗布する導電性の銀ペーストについては、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ゴム系樹脂等をバインダとする一般的なもので良いが、積層前のコンデンサ素子に塗布しているものと同じ材料であるのが望ましい。
また、積層素子に形成する導電性の銀層は、銀ペースト中にコンデンサ素子を漬けるディッピング後、乾燥する等の公知の方法で行えば良い。

本発明の積層型固体電解コンデンサの場合、積層後の全てのコンデンサ素子全体を覆うようにして導電性銀層が形成されているので、低抵抗で効率よく全ての積層素子から陰極を引き出すことができ、且つ導電性接着剤のみではカバーできないコンデンサ素子のエッジ部分の接続抵抗を低くすることができるため、積層型固体電解コンデンサの低ＥＳＲ化が達成できる。また、本発明の積層型固体電解コンデンサは、銀層形成後のコンデンサ素子が積層された構造を有しているので、機械的ストレスによる誘電体酸化皮膜の損傷が抑制され、漏れ電流不良率を低減することもできる。
又、本発明の積層型固体電解コンデンサの製造における陰極引き出し層の形成方法は、積層後の全てのコンデンサ素子を覆うように導電性の銀層を形成することで、低抵抗で効率よく全ての素子から陰極を引き出すことができ、且つ導電性接着剤のみではカバーできないコンデンサ素子のエッジ部分の接続抵抗を低くすることができるので、よりＥＳＲの低い積層型固体電解コンデンサを製造するのに有用である。しかも、銀層形成後のコンデンサ素子を導電性接着剤を介して積層するため、機械的ストレスによる誘電体酸化皮膜の損傷が抑制され、漏れ電流不良率を低減することもできる。

（実施例１）
以下、本発明の積層型固体電解コンデンサの好ましい実施例を図面に示して説明する。図１は、本発明の積層型固体電解コンデンサにおける積層素子断面構造の好ましい一例を示す図であり、図５は、積層素子の概観図である。

図１および図５に例示した本発明の積層型固体電解コンデンサにおける弁作用金属箔１としては、エッチング処理を施したアルミニウム箔を使用した。このアルミニウム箔表面の陰極層形成部分に、誘電体酸化皮膜２を形成し、陽極素子とした。そして、陽極と陰極の短絡を防止するため、絶縁層８を形成後、固体電解質層３を形成した。ここでは固体電解質はポリチオフェンからなる導電性高分子を用いた。その後、カーボン層４、銀層５を順次形成し、コンデンサ素子を構成した後、図１に示すように、導電性接着剤層６を介して２枚のコンデンサ素子を積層し、該積層素子を導電性銀ペースト中にディッピング後、乾燥して、積層素子の周囲を囲むように銀層（陰極引き出し層７）を形成した。ここでは、積層前、積層後、いずれもエポキシ系樹脂を含む銀ペーストを用いた。

上記で得られた積層素子の陽極側の箔を外部電極と抵抗溶接で接合し、銀層が形成された陰極側と外部電極を導電性接着剤で接合した後、エポキシ樹脂でパッケージした後、エージングを実施し、定格電圧が６．３Ｖ、定格容量が１００ｕＦの本発明の積層型固体電解コンデンサを得た。

（比較例１）
実施例１と同様の方法でカーボン層４、銀層５まで形成し作製したコンデンサ素子を、導電性接着剤層６を介して２枚積層し、その後、実施例１と同様に外部電極端子を構成、パッケージ、エージングを実施し、積層型固体電解コンデンサを得た。図２に、この比較例１で製造した積層型固体電解コンデンサの断面構造を示す。

（比較例２）
実施例１と同様の方法で固体電解質層３まで形成したコンデンサ素子を２枚積層し、該積層素子を覆うようにして、カーボン層４および銀層７を形成した。その後、実施例１と同様の工程を経て、積層型固体電解コンデンサを得た。図３に、この比較例２で製造した積層型固体電解コンデンサの断面構造を示す。

（比較例３）
実施例１と同様の方法でカーボン層４まで形成したコンデンサ素子を２枚積層し、該積層素子を覆うように、銀層７を形成した。その後、実施例１と同様の工程を経て、積層型固体電解コンデンサを得た。図４に、この比較例３で製造した積層型固体電解コンデンサの断面構造を示す。

上記実施例および比較例１〜３で作製した積層型固体電解コンデンサのＥＳＲ値、及び漏れ電流不良率を以下の表１に示す。

表１の実験結果から、実施例で得られた積層型固体電解コンデンサは、比較例１〜３の積層型固体電解コンデンサよりもＥＳＲが低く、かつ、漏れ電流不良率も低いこと（高歩留）が分かる。

このようにしてＥＳＲを低減することができたのは、図１に示すように、積層後の素子を覆うように銀層７を形成することで、コンデンサ素子間の界面抵抗が低減し、且つ電流の流れをロスしやすいコンデンサ素子のエッジ部分も銀層７でカバーされ、抵抗が低減した効果によるものである。

また、漏れ電流不良率が低減したのは、樹脂を含む銀層５を形成した後に導電性接着剤を介して積層するため、機械的ストレスによる誘電体酸化膜２の損傷を防ぐことができた効果によるものである。

なお、上記実施例においては、弁作用金属箔にアルミニウム箔を用いたが、タンタル箔やニオブ箔、さらには弁金属粉体を焼結してシート状に形成した素子を用いても同様の効果が得られた。

また、上記実施例においては、積層後の素子にディッピングにより銀層を形成したが、スプレーによる噴射など、他の公知の形成方法を用いても同様の効果が得られる。

さらに、実施例においては、エポキシ系樹脂を含む銀ペーストを用いたが、アクリル系樹脂、ゴム系樹脂等、他の一般に使用されている導電性銀ペーストを用いても同様の効果が得られる。

また、上記実施例においては、固体電解質にポリチオフェンからなる導電性高分子を用いたが、ポリピロール、ポリアニリン等のその他公知の導電性高分子を用いても同様の効果が得られ、ＥＳＲの絶対値は高くなるが、二酸化マンガン層を固体電解質に用いても、同様の効果が得られることが確認された。

さらに、上記実施例においては、コンデンサ素子の積層枚数を２枚としたが、２枚以上積層した場合であっても同様の効果が得られる。

本発明の実施例１における積層型固体電解コンデンサの断面図である。 比較例１における積層型固体電解コンデンサの断面図である。 比較例２における積層型固体電解コンデンサの断面図である。 比較例３における積層型固体電解コンデンサの断面図である。 積層素子の概観図である。

符号の説明

１ 弁作用金属箔（アルミニウム箔）
２ 誘電体酸化皮膜
３ 固体電解質層
４ カーボン層
５ 銀層
６ 導電性接着剤層
７ 陰極引き出し層（積層後に塗布した銀層）
８ 絶縁層

Claims (3)

1. 弁作用金属箔と、前記弁作用金属箔の表面に形成された誘電体酸化皮膜と、前記誘電体酸化皮膜の表面に順次形成された固体電解質層、カーボン層、銀層とからなるコンデンサ素子が複数枚、導電性接着剤層を介して積層されて積層素子を形成しており、当該積層素子の表面が銀ペーストによって被覆され、一体化されていることを特徴とする積層型固体電解コンデンサ。
2. 前記弁作用金属箔が、タンタル箔、ニオブ箔およびアルミニウム箔からなる群より選ばれたものであることを特徴とする請求項１記載の積層型固体電解コンデンサ。
3. 積層型固体電解コンデンサの陰極引き出し層を形成するための方法であって、
   当該方法が、弁作用金属箔の表面に誘電体酸化皮膜を形成させ、さらに前記誘電体酸化皮膜の表面に、固体電解質層、カーボン層、銀層を順次形成させてコンデンサ素子を複数枚製造する工程と、前記の複数枚のコンデンサ素子を導電性接着剤層を介して積層し積層素子を製造する工程と、前記積層素子の表面を銀ペーストにて被覆し、一体化することにより、全てのコンデンサ素子から陰極を引き出すことが可能な陰極引き出し層を形成する工程とを含むことを特徴とする、積層型固体電解コンデンサにおける陰極引き出し層の形成方法。