JP4050306B2 - 固体電解コンデンサの製造装置及び製造方法 - Google Patents
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Description
固体電解コンデンサは、表面層に微細の細孔を有するアルミニウム箔または内部に微小な細孔を有するタンタル粉の焼結体等を第1の電極(導電体)とし、この電極の表面層(細孔を含む)に誘電体層を形成し、さらに、その誘電体層上に第2の電極(通常は、半導体層)を設け、この第2電極上に導体層を積層することにより構成される。通常、第1の電極からはリード線が引き出され、このリード線と第2電極上の導体層に各々端子が接続される。
具体的には、図1に示すように、コンデンサ製造用の導電体1からリード線2を引き出しておき、その端を金属製の長尺板3に等間隔でハンダ4により固定し、長尺板3から複数の導電体1が垂下したコンデンサ製造用部材5を形成する。次いで、長尺板を陽極にして、別途用意した化成用溶液が入った容器に導電体を浸漬し、容器中の電極を陰極として通電することによって誘電体層を形成する。さらに、半導体層形成用の原料が入った容器と原料を酸化して半導体にする酸化剤溶液が入った容器とに前記導電体を交互に浸漬するか、導電体を半導体層形成用の原料が入った容器に浸漬し、導電体の近傍に配置された外部電極を陽極とし、容器中の電極を陰極として通電することによって誘電体層上に半導体層を電気化学的に積層する。
さらに、電気化学的な半導体層の形成に金属性の長尺板を陽極にして行うと、一つの導電体(例えば、図1の左端の導電体)に多量の電流が流れた場合、残りの導電体に流れる電流が充分でないという問題があり、均一な半導体層を形成することが困難な場合があった。
1.複数の固体電解コンデンサ用導電体をコンデンサ製造用冶具に固定し、前記冶具を処理液槽上に移送し、導電体を順次処理液に浸漬して通電することにより導電体に誘電体層及び半導体層を形成する固体電解コンデンサの製造装置において、コンデンサ製造用冶具に前記導電体から引き出したリード線の端部を固定するための複数のソケットを設け、ロボット装置により前記ソケットに前記リード線の端部を挿入固定することを特徴とする固体電解コンデンサの製造装置。
2.複数の前記コンデンサ製造用冶具を収納して作業ステージに1枚ずつ間欠的に送り出す送出装置をさらに有する前記1に記載の固体電解コンデンサの製造装置。
3.複数の前記固体電解コンデンサ用導電体を方向を揃えて整列させる整列器をさらに有する前記1または2に記載の固体電解コンデンサの製造装置。
4.前記ロボット装置が、前記整列器によって整列された固体電解コンデンサ用導電体を1個または複数個ずつ、作業ステージ上のコンデンサ製造用冶具のソケットに各導電体のリード線を嵌め込むことで固定する前記3に記載の固体電解コンデンサの製造装置。
5.コンデンサ製造用冶具のソケットへの導電体の嵌め込みが完了した時点でこれを処理液槽上に移送する移送装置を有する前記1〜4のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造装置。
6.コンデンサ製造用冶具を垂直に保持する複数のスロットを有するラックをさらに含み、導電体の嵌め込みが完了したコンデンサ製造用冶具を前記ラックの各スロットに順次挿入する挿入装置をさらに含む前記1〜5のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造装置。
7.処理液槽が、誘電体層形成用処理槽を含み、前記移送装置は、コンデンサ製造用冶具またはこれを複数枚保持するラックを順次各処理槽上に移送し、所定時間、冶具またはラックを処理液に向けて降下させ、冶具から垂下した導電体を処理液に浸漬してソケットを介して通電することにより誘電体層を形成する前記1〜6のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造装置。
8.処理液槽が、半導体層を形成するための半導体層形成処理槽を含み、前記移送装置は、コンデンサ製造用冶具またはこれを複数枚保持するラックを順次各処理槽上に移送し、所定時間、冶具またはラックを処理液に向けて降下させ、冶具から垂下した導電体を処理液に浸漬してソケットを介して通電することにより半導体層を形成する前記1〜7のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造装置。
9.導電体表面に導電層を形成した後、前記冶具のソケットからリード線ごとコンデンサを取り外す装置をさらに備えた前記1〜8のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造装置。
10.コンデンサ製造用冶具が、各導電体に対して等しく通電を行なうための回路を含む前記1〜9のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造装置。
11.前記回路が、各導電ソケットの接続端子それぞれに対し、カソード側を接続したダイオードと出力側を接続した電流吐き出し型の定電流源とを有する回路である前記10に記載の固体電解コンデンサの製造装置。
12.導電体の各リード線が、基部に絶縁性高分子製ワッシャーを有する前記1〜11のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造装置。
13.前記1〜12のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造装置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。
14.前記13に記載の固体電解コンデンサの製造方法を用いて製造された固体電解コンデンサ。
図2(a)に示すように、本発明のコンデンサ製造用冶具10は、絶縁基板11に複数の端子12(ソケット13に覆われており表面に見えてはいない。)を設けたもので、各端子に対応する位置にソケット13が実装されている。図2(b)に示すように、各ソケットにはリード線14を引き出した導電体15が接続され、コンデンサ製造用冶具10は、リード線14挿入後、各導電体15に誘電体層、半導体層(及び必要に応じて設ける電極層)を順次形成するための支持部材となる。通常は、絶縁基板11の両端に部分的に突出した耳部上に通電処理用の電極A及びBを設ける(耳部を設けず本体のいずれかの場所に通電処理用の電極を設けてもよい。)。
通常、ソケット13は導電ソケットである。すなわち、図2(b)のS-S’の断面図である図3に示すように、ソケット13は、リード線14が挿入接続される金属製のコンタクト部16、コンタクト部16に電気的に接続された基板への実装部17及びこれらを覆う絶縁性樹脂部18を有し、ソケットの実装部17が絶縁基板11上の各端子12に電気的に接続するように絶縁基板11に実装される。
また、以上では、絶縁基板11表面の端子12にソケット13(ソケット板19)を接続する態様を説明したが、図5に示すように、基板11にソケット部21を一体に成形することも可能である。この場合も、ソケット部21に前記のような第2のソケット板20を連結する構成としてもよい。
導電体の形状を焼結体とし、さらに粒径が細かい粉を使用して作製することにより質量あたりの比表面積が大きな焼結体が作製できる。
リード線は、予め製造した導電体に直接ハンダ付け等で接続することが可能であるが、導電体を粉状にして成形体形状または成形後焼結した形状とする場合は、成形時に別途用意した引き出しリード線の一部を導電体と共に成形し、引き出しリード線の成形外部の箇所をリード線とすることもできる。また、導電体の一部に半導体層を形成しない部分を残しておき、その部分にリード線を接続することもできる。半導体層を形成しない部分と半導体層形成部の境界には、半導体層の這い上がりを防ぐために絶縁性樹脂を鉢巻状に付着硬化させておいても良い。さらに、リード線の付け根(導電体に接する部分)に絶縁性樹脂製(例えばテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂やシリコン樹脂)のワッシャーを挿入しておき半導体層の這い上がりを防ぐことも可能である。
図7は、本発明の装置の1例を模式的に示す説明図である。簡単に言えば、本発明の装置30は、4つの動作部分、すなわち、送出装置31、整列器32、ロボット装置33、移送装置34及び作業ステージ35を含む。
送出装置31はソケット13が実装されたコンデンサ製造用冶具10を複数枚収容しており、作業ステージ35上に冶具10を1枚ずつ間欠的に送り出す。整列器32には、リード線(陽極リード)14を有する導電体15が複数個投入され、図示するように方向を揃えて整列されて作業ステージ35に向けて送られる。送出装置31から作業ステージ35上に送り出されたコンデンサ製造用冶具10は、導電体挿入位置まで進む。一方、整列器32から送り出され整列された導電体15は、ロボット装置33により取り上げられ、コンデンサ製造用冶具10のソケット13の各受け口にリード線14が挿入される。ソケット13全てに導電体15が接続された後、コンデンサ製造用冶具10は、移送装置34に送られる。移送装置34はコンデンサ製造用冶具10を処理槽50(図では1つのみ示してあるが、通常は複数設ける。)上に移送し、所定のプログラムに従って、導電体の浸漬や通電を行ない、誘電体層及び半導体層を形成する。処理槽50はペースト槽を含んでもよく、この場合、半導体層上にさらに導電層を形成することができる。
送出装置31は、前記の通り、複数のコンデンサ製造用冶具10を収納し、これを順次、間欠的に作業ステージ35に送出する装置である。コンデンサ製造用冶具10は図2以下に示すように複数のソケット13が一方の辺に沿って並列に設けられた板状の部材であり、送出装置31は、このような板状部材を順次、間欠的に送出するための装置であればいずれの装置も利用できる。
整列器32は、前記の通り、複数個投入された導電体15を、図示するように方向を揃えて整列して作業ステージ35に向けて送る装置である。このような装置の一例としては、パーツフィーダーという総称で市販されている整列器を挙げることができる。これは無秩序に投入された小部品(本願では導電体)を、装置に内蔵された振動機構により装置のストレート部に設けられた連続ポケット部に方向を揃えて収納するものである。
ロボット装置33は前述した通りである。
移送装置34は、前述したコンデンサ製造用冶具10を1枚ずつ搬送する方式以外に、これを複数枚、収容するラック36に入れて、ラックごと搬送する機構としてもよい(図8)。なお、図8ではラック36を明瞭に示すため、移送装置34は図示していないが、その構成は、個々の冶具10に代わりにラック36を握持・搬送する点を除いて図7と同様である。すなわち、ラック36に冶具10を挿入した後、適当な搬送装置(例えば、クレーン、コンベア)により、処理槽(図8では図示していない。)上に搬送する。
マガジンラック方式の場合は、通常、作業ステージ35からラック36への移送は同一平面で行われるが、本発明のこの時点では、製造用冶具10にリード線を介して導電体が接続しているので、作業ステージ35上の製造用冶具10を所定位置で、リード線が折れ曲がらないように全体をそのまま90度回転して垂直方向に維持し、順次、ラック36の溝部に挿入していく。製造用冶具10を90度回転するには、例えば、少なくとも1個のL型冶具の上に冶具10を運んだ後にL字型冶具を90度回転させるようにモーター駆動とカム機構を組み合わせて行う方式を挙げることができる。90度回転した冶具10をL字型冶具の近辺に組み込まれたプッシャーで押し出すことによってL字型冶具から離脱させ、ラック36の溝の上に運んだ後に例えば別のプッシャーによって冶具10を溝内に押し込み挿入する。
また、図7及び8では、作業ステージ35を矩形の平面としたが、送出装置31、整列器32、ロボット装置33、移送装置34を順次配置した円弧状または円形状としても良い。作業ステージ35をターンテーブル方式として、送出装置31から作業ステージ35上に載った冶具10を、ステージを適当な角度回転することにより整列器32に対応する位置まで移動させて導電体を挿入し、さらに移送装置34が設けられている位置に至るまで回転させる仕様とすることも可能である。
また、以上の各装置に加え、形成された固体電解コンデンサをソケットから取り外す装置を設けてもよい。取り外し装置は、固体電解コンデンサをソケットに挿入固定する場合に準じて、1個または複数の固体電解コンデンサを掴んでソケットから引き離す構成とすればよい。
また、上記センサーや個々の可動機構は当業者には周知の手段を適宜用いることができる。例えば、センサーとしては、各種の光学式センサー(例えば、赤外線センサー)や感圧式センサー(例えば、圧電素子センサー)等を用いることができる。また、一定範囲の可動機構にはステッピングモーター等を用いることができる。
なお、以下の例において用いた導電体は、CV値15万μF・V/gのタンタル粉を0.4mmφのタンタル線(リード線)と共に成形して1320℃で真空焼結した、1.0×1.51×4.45mmの直方体形状の焼結体(粉体質量41.4mg)である。リード線は、タンタル線が、1.0×1.51mmの面中央から10mm突出し、焼結体内部に3.8mm侵入するように設けた。
以下の手順によりソケットを有するコンデンサ製造用冶具を製造した。
194×33mmの長方形(厚さ1.6mm)のガラス混入エポキシ基板の長手方向の2端に8mm×23mmの耳部(図11及び図12の53、54)を有する回路基板55に、下記の均一通電回路を外部端子56が2.54mm間隔となるように設け、これら2.54mmピッチの外部端子(64個のスルホール)に(株)マックエイト製のPM−50製品64ピンソケット57をそれらの実装用端子が前記外部端子と一致するようにハンダ付けにより固定した。
送出装置は段間が6mmピッチの多段ケース(マガジンラック)である。マガジンラックは各段がローラーでコンデンサ製造用冶具を支持しており、全体がエレベーターで上下移動し、最上段から順次、冶具を送出する。
整列器は振動により導電体を整列する市販のパーツフィーダーを用いる。これはストレート部の各ポケットに前述の導電体が方向を揃えて整列するものである。
移送装置34は、冶具を収容したラックを掴み処理槽上に移送するクレーンを有し、誘電体層、及び、例えば、ピロールや、2、4−エチレンジオキシチオフェン等のモノマーを用いて各電導性重合体層を電解重合によって形成する。
作業ステージは、送出装置から1枚ずつ送り出された回路基板を搬送するガイドレールと、整列機から方向を揃えて送り出された導電体を搬送するガイドレール、導電体が接続された製造用冶具を90度回転する方向転換手段を主部品とする装置群および以上の動作を検出する各種センサー及び制御するコンピューターからなる。
上述の製造装置を用い、国際公開第2005/006360号パンフレットに記載の方法に準じてコンデンサの製造を行なった。具体的には以下の通りである。
1.コンデンサ製造用冶具の作製
長さ320mm、幅30mmのポリイミド板の面(以下、これを表面とする。)及び他方の面(以下、これを裏面とする。)に、図11及び12に示す回路を形成し、表面にPCBレセプタクル(2.54mmピッチ64ピンソケット)を前記回路と電気的に接続するように取り付けた。なお、定電流ダイオード(58)としては石塚電子製のE―101Lから40μA以下のものを選別して用い、整流ダイオード(59)としては(10D−1、日本インター(株)製)を用いた。
CV8万μF・V/gのタンタル焼結体(大きさ4×3×1mm、質量72mg、引き出しリード線0.29mmφが7mm表面に出ている)を導電体として使用した。リード線に後工程の半導体層形成時の溶液はねあがり防止のためテトラフルオロエチレン製ワッシャーを装着させた。このようにした導電体を前述したコンデンサ製造用冶具の接続ソケットに実施例1記載の装置を用いて接続した。コンデンサ製造用冶具を計10枚用意し(導電体が、計640個接続されている)、7mm間隔で冶具を並列できるフレーム(コンデンサ製造用治具の左右両端を保持し、電気的に左右の保持部分間が絶縁されていて、左側は冶具表面の半導体形成用の端子に電気的に接続され、右側は冶具裏面の化成用の給電端子に電気的に接続される金属製フレーム)に設置した。
次いでフレームを20%モリブデン酸ナトリウム水溶液が入った槽と10%水素化ホウ素ナトリウム水溶液が入った槽とに交互に導電体部分が漬かるように設置することを複数回繰り返すことにより、誘電体層に電気的な微小欠陥部分を作製した。
引き続きフレームを半導体層形成溶液(アントラキノンスルホン酸ナトリウム0.2Mとエチレンジオキシチオフェンが不溶な部分も存在するほど充分投入されている20%エチレングリコールと水の混合溶液)が入った槽(槽自身にタンタル箔が貼られていて外部電極になる)に導電体部分が漬かるように設置し、定電流ダイオード側の端子を陽極に、外部電極を陰極にしてこの端子に8Vで1時間通電し半導体層を形成した。フレームを引き上げエタノールで洗浄した後100℃で乾燥した。さらに先ほどの化成槽にフレームを導電体部分が漬かるように設置し、化成用の給電端子を使用して80℃、導電体への印加電圧7Vで1時間再化成を行った。フレームを引き上げ洗浄した後100℃で乾燥した。このような半導体層形成と再化成の工程を10回行った後に、フレームをカーボンペースト槽および銀ペースト槽と順に導電体部分が漬かるように設置、および乾燥を行うことにより、半導体層上に電極層を積層した。
なお、次表に、国際公開第2005/006360号パンフレット実施例1(本発明の装置を用いず溶接によりコンデンサ用焼結体のリード部を冶具に取り付け)における結果と対比結果を示す。国際公開第2005/006360号パンフレット実施例1は容量分布の狭いコンデンサの製造を実現したものである。この結果から、本発明の製造装置/方法を用いることにより、製造プロセスの効率化が実現されるだけでなく製品の均質性がより改善されるという予想外の結果が得られることが確認された。
2 リード線
3 長尺金属板
4 ハンダ
5 導電体付金属板
10 固体電解コンデンサ製造用冶具
11 絶縁基板
12 端子
13 ソケット
14 リード線
15 導電体
16 コンタクト部
17 実装部
18 絶縁性樹脂部
19 ソケット板
20 ソケット板
21 ソケット部
22 チャック
23 アーム部
24 バスケット
31 送出装置
32 整列器
33 ロボット装置
34 移送装置
35 作業ステージ
36 ラック
37 溝
38、39 受端ブロック
40 枠状部材
41、42 脚部
50 処理槽
51、52 処理槽の壁面
53、54 耳部
55 回路基板
56 外部端子
57 ソケット
58 定電流ダイオード
59 整流ダイオード
Claims (14)
- 複数の固体電解コンデンサ用導電体をコンデンサ製造用冶具に固定し、前記冶具を処理液槽上に移送し、導電体を順次処理液に浸漬して通電することにより導電体に誘電体層及び半導体層を形成する固体電解コンデンサの製造装置において、コンデンサ製造用冶具に前記導電体から引き出したリード線の端部を固定するための複数のソケットを設け、ロボット装置により前記ソケットに前記リード線の端部を挿入固定することを特徴とする固体電解コンデンサの製造装置。
- 複数の前記コンデンサ製造用冶具を収納して作業ステージに1枚ずつ間欠的に送り出す送出装置をさらに有する請求項1に記載の固体電解コンデンサの製造装置。
- 複数の前記固体電解コンデンサ用導電体を方向を揃えて整列させる整列器をさらに有する請求項1または2に記載の固体電解コンデンサの製造装置。
- 前記ロボット装置が、前記整列器によって整列された固体電解コンデンサ用導電体を1個または複数個ずつ、作業ステージ上のコンデンサ製造用冶具のソケットに各導電体のリード線を嵌め込むことで固定する請求項3に記載の固体電解コンデンサの製造装置。
- コンデンサ製造用冶具のソケットへの導電体の嵌め込みが完了した時点でこれを処理液槽上に移送する移送装置を有する請求項1〜4のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造装置。
- コンデンサ製造用冶具を垂直に保持する複数のスロットを有するラックをさらに含み、導電体の嵌め込みが完了したコンデンサ製造用冶具を前記ラックの各スロットに順次挿入する挿入装置をさらに含む請求項1〜5のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造装置。
- 処理液槽が、誘電体層形成用処理槽を含み、前記移送装置は、コンデンサ製造用冶具またはこれを複数枚保持するラックを順次各処理槽上に移送し、所定時間、冶具またはラックを処理液に向けて降下させ、冶具から垂下した導電体を処理液に浸漬してソケットを介して通電することにより誘電体層を形成する請求項1〜6のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造装置。
- 処理液槽が、半導体層を形成するための半導体層形成処理槽を含み、前記移送装置は、コンデンサ製造用冶具またはこれを複数枚保持するラックを順次各処理槽上に移送し、所定時間、冶具またはラックを処理液に向けて降下させ、冶具から垂下した導電体を処理液に浸漬してソケットを介して通電することにより半導体層を形成する請求項1〜7のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造装置。
- 導電体表面に導電層を形成した後、前記冶具のソケットからリード線ごとコンデンサを取り外す装置をさらに備えた請求項1〜8のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造装置。
- コンデンサ製造用冶具が、各導電体に対して等しく通電を行なうための回路を含む請求項1〜9のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造装置。
- 前記回路が、各導電ソケットの接続端子それぞれに対し、カソード側を接続したダイオードと出力側を接続した電流吐き出し型の定電流源とを有する回路である請求項10に記載の固体電解コンデンサの製造装置。
- 導電体の各リード線が、基部に絶縁性高分子製ワッシャーを有する請求項1〜11のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造装置。
- 請求項1〜12のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造装置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。
- 請求項13に記載の固体電解コンデンサの製造方法を用いて製造された固体電解コンデンサ。
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