JP4626556B2 - 固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、固体電解コンデンサ及びその製造方法に関する。
一般に、固体電解コンデンサに用いられるコンデンサ素子は、絶縁性酸化皮膜形成能力を有するアルミニウム、チタン、タンタルなどの金属(いわゆる弁金属)を陽極に用い、この弁金属の表面を陽極酸化して、絶縁性酸化皮膜を形成した後、実質的に陰極として機能する有機化合物等からなる固体電解質層を形成し、さらに、グラファイトや銀などの導電層を陰極として設けることによって作製される。
また、固体電解コンデンサに用いられる基板としては、一般に、ガラスクロス(ガラス布)とエポキシ樹脂とからなる複合材料(FR4)で構成される複合材料基板が用いられる(下記特許文献1参照)。そして、この複合材料基板に対して、適宜、配線パターン印刷やビアホール形成等の加工が施されて、実際にコンデンサ素子が搭載される搭載基板が得られる。このようにして得られた搭載基板上に、上述したコンデンサ素子が搭載され、コンデンサ素子と搭載基板とが一体的にモールド封止される。
特開2001−102252号公報
しかしながら、上述した従来の固体電解コンデンサでは、利用する複合材料基板を加工して搭載基板を作製する作業に多大な手間と時間を要する。つまり、上記搭載基板を得るためには、プレート状の平坦な複合材料基板を準備し、準備した複合材料基板に対して、(a)ビアホールを形成するために貫通孔を空ける作業工程、(b)その貫通孔内に導体を充填する作業工程、(c)基板面に配線パターンを印刷する作業工程、(d)所定領域を絶縁膜でコーティングする作業工程等の様々な作業工程が必要であった。従って、このような搭載基板を用いた固体電解コンデンサに関しても、その作製に多大な手間と時間を要した。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、作製の容易化が図られた固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る固体電解コンデンサは、コンデンサ素子と、コンデンサ素子が搭載される基板であって、複数の金属片と樹脂とを含み、樹脂から露出した部分の金属片によって、コンデンサ素子の電極部に接続される複数の電極端子が構成された基板と、コンデンサ素子と基板とを一体的に封止する樹脂モールドとを備える。
この固体電解コンデンサにおいては、コンデンサ素子が搭載される基板は、金属片と樹脂とを含んでおり、樹脂から露出した部分の金属片によって電極端子が構成されている。そのため、この基板は、金属片を樹脂でモールド封止することにより、容易に作製することができる。従って、このような基板を用いた本発明に係る固体電解コンデンサに関しても容易に作製することができる。
本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法は、複数の金属片と樹脂とを含み、樹脂から露出した部分の金属片によって複数の電極端子が構成された基板を準備する工程と、基板にコンデンサ素子を、コンデンサ素子の電極部が基板の複数の電極端子に接続されるように搭載する工程と、コンデンサ素子と基板とを樹脂モールドによって一体的に封止する工程とを有する。
この固体電解コンデンサの製造方法においては、固体電解コンデンサは、金属片と樹脂とを含む基板にコンデンサ素子を搭載して作製される。この基板では、樹脂から露出した部分の金属片によって電極端子が構成されている。そのため、この基板は、金属片を樹脂でモールド封止することにより、容易に作製することができる。従って、本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法においては、このような基板を用いることにより容易に固体電解コンデンサを作製することができる。
本発明によれば、作製の容易化が図られた固体電解コンデンサ及びその製造方法が提供される。
以下、添付図面を参照して本発明を実施するにあたり最良と思われる形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る固体電解コンデンサ10に含まれる2端子タイプのコンデンサ素子20の内部構造を示した概略断面図である。
図1に示すように、コンデンサ素子20は弁作用金属であるアルミニウムで構成された箔状の弁金属基体26を含んでおり、この弁金属基体26は長方形板状(例えば、3.5mm×6.5mm)の形状を有している。この弁金属基体26の表面は、表面積を増やすためにエッチングが施されることにより粗面化(拡面化)されてポーラス状になっている。このポーラス状の表面26a全体は化成処理(陽極酸化)によって絶縁性の酸化皮膜(誘電体層)28が形成されている。この化成処理は、例えば、弁金属基体26をアジピン酸アンモニウム水溶液などの化成溶液に浸漬させた状態で6Vの電圧を印加しておこなわれる。
そして、弁金属基体26の長手方向(図1の紙面左右方向)の一端部(図1の紙面右側の端部)26b側の一部分が、陽極部22となっている。弁金属基体26の表面領域のうち、陽極部22が形成された表面領域27Aの残余領域(すなわち、陽極部22の左側の縁から弁金属基体26の他端部26cまでの部分の領域)27Bの全域には陰極部24が形成されている。
陰極部24は、図1及び図2に示すような3層構造となっている。上述したように、エッチングによって粗面化された弁金属基体26は、化成処理によって、その表面26aに絶縁性を有する酸化皮膜28が成膜されている。そして、さらに酸化皮膜28上には、弁金属基体26の凹部に含浸するように、導電性高分子化合物を含む固体高分子電解質層(固体電解質層)24aが形成されている。なお、固体高分子電解質層24aの形成は、3,4−エチレンジオキシチオフェン(Bayer社製BAYTRONM)0.9gと、パラトルエンスルホン酸鉄溶液(Bayer社製BAYTRON C−B50)10.81gと、ブタノール2.63gの混合溶液に含浸させて、その後、化学酸化重合する方法によっておこなわれる。
この固体高分子電解質層24a上には、厚さ3μmのグラファイト層24b及び厚さ20μmのAg層24c(導電体層)が浸漬法(ディップ法)によって順次形成されている。上述した固体高分子電解質層24a、グラファイト層24b及びAg層24cによって、コンデンサ素子20の陰極部24が構成されている。なお、グラファイト層24bやAg層24cの形成は、必要に応じ、スクリーン印刷法やスプレー塗布法で代用される。
図1に戻って、陽極部22の表面領域27Aと陰極部24の形成領域27Bとの境界に
は、絶縁性を有するエポキシ系樹脂等からなるレジスト29が設けられている。レジスト
29は、固体高分子電解質層24aを形成するために弁金属基体26を溶液に浸漬させて
いるときに、ポーラス状になっている弁金属基体26の表面における毛細管現象により溶
液が所定の領域よりも図1の右側の方へ上がってくることを防止する。
次に、以上のようなコンデンサ素子20を用いて、第1実施形態に係る固体電解コンデンサ10を作製する手順について説明する。
固体電解コンデンサ10の作製には、図3に示すように、リードフレーム50を用いる。このリードフレーム50は、プレート状の平坦な金属板(10cm×10cmサイズ、厚さ0.05〜0.3mm)を図のように所定形状に打ち抜いて形成したものである。リードフレーム50は、例えば、銅、リン青銅、鉄、ニッケル、銀などによって構成されており、必要に応じて、表面にめっき処理が施されたものを用いてもよい。また、リードフレーム50は、その打ち抜き形状によっては、金属板を複数回打ち抜いて作製するようにしてもよい。
以下、説明の便宜上、リードフレームの面方向のうちのリードフレームの延在方向をX方向、リードフレームの面方向のうちのX方向に直交する方向をY方向、リードフレームの厚さ方向をZ方向として説明する。
このようなリードフレーム50は複数個(例えば、200個)の固体電解コンデンサ10の作製に用いられる。そのため、リードフレーム50は、個々の固体電解コンデンサとなるべき複数のユニット領域60に区分けされている。そして、各ユニット領域60は、一対のフレーム部61A,61Bと、一対の陽極電極部(金属片)62A,62Bと、一対の陰極電極部63A,63B(金属片)とで構成されている。
フレーム部61A,61Bは、リードフレームの長手方向(図3のX方向)に沿って、所定距離だけ離間して平行に延びる部分である。陽極電極部62A,62Bは、フレーム部61A及びフレーム部61Bそれぞれの対応位置から互いに接近する方向(図3のY方向)に延びる部分である。陰極電極部63A,63Bは、フレーム部61A及びフレーム部61Bそれぞれの対応位置であって、上記陽極電極部62A,62Bの位置とは異なる位置から互いに接近する方向(図3のY方向)に延びる第1の部分63aと、その第1の部分63aの端部から陽極電極部62A,62Bの向きに互いに平行にX方向に沿って延びる第2の部分63bとから構成されている。
そして、このリードフレーム50に対して折り曲げ加工を施す。すなわち、図4に示すように、リードフレーム50の各ユニット領域60に関して、陽極電極部62A,62Bをそれぞれの端部62aがフレーム部61A,61Bと平行となるように折り上げ、陰極電極部63A,63Bをそれぞれの第2の部分63bがフレーム部61A,61Bと平行となるように折り上げる。
続いて、以上のような折り曲げ加工が施されたリードフレーム50に対して樹脂プレートの付着をおこなう。つまり、図5に示すように、リードフレーム50上の全面に、平板状の樹脂プレート70(例えば、厚さ0.1mm〜0.3mm)が付着されるように、エポキシ樹脂のトランスファーモールド成形をおこなう。使用する樹脂は、一般にエポキシ樹脂などを使用することが可能である。また、樹脂の強度や熱膨張係数を調整するために、フィラーを入れることも可能である。さらに、この樹脂は、後述する樹脂モールドを構成する樹脂と同じものでも異なるものでもよく、例えば、松下電工製CV8500Bを利用することができる。このトランスファーモールド成形では、折り曲げ加工において折り上げられた陽極電極部62A,62Bの端部62aと、陰極電極部63A,63Bの第2の部分63bとが、樹脂プレート70の上面70aから露出するように、その金型が調整されている。そして、この樹脂プレート70の上面70aから露出した陽極電極部62A,62Bの各端部62aが、本実施形態に係る固体電解コンデンサ10の陽極電極端子64となり、樹脂プレート70から露出した陰極電極部63A,63Bの各第2の部分63bが、本実施形態に係る固体電解コンデンサ10の陰極電極端子65となる。なお、樹脂プレート70は、リードフレーム50の上面に接するように形成され、リードフレーム50のフレーム部61A,61Bと、フレーム部61A,61B側の陽極電極部62A,62Bの端部と、フレーム部61A,61B側の陰極電極部63A,63Bの端部とは、樹脂プレート70の下面70bから露出している。
さらに、樹脂プレート70の上面70a領域のうち、一対の陽極電極端子64に挟まれた領域に導電性接着剤72A(例えば、藤倉化成製DOTITEXA874)をスクリーン印刷によって塗布して、陽極電極端子64同士を電気的に接続する。同様に、樹脂プレート70の上面70a領域のうち、一対の陰極電極端子65に挟まれた領域に、導電性接着剤72Aと同様の導電性接着剤72Bを塗布して、陰極電極端子65同士を電気的に接続する。このように、リードフレームだけでは作製が困難な回路でも、導電性の材料(導電性接着剤やめっき等)を用いて2次的に回路を付加することができる。それにより、樹脂プレート70上には、一対の陽極電極端子64と導電性接着剤72Aとで構成された陽極電極66が形成されると共に、一対の陰極電極端子65と導電性接着剤72Bとで構成された陰極電極67が形成される。
そして、陽極電極66及び陰極電極67が形成された樹脂プレート70の各ユニット領域60に、上述したコンデンサ素子20を搭載する。このとき、コンデンサ素子20の陽極部22が陽極電極66に接続され、陰極部24が陰極電極67に接続される。なお、コンデンサ素子20の陽極部22と陽極電極66との接続にはレーザ溶接等が利用され、コンデンサ素子20の陰極部24と陰極電極67との接続には導電性接着剤等が利用される。なお、コンデンサ素子20を1つだけ搭載する態様のみ示しているが、適宜、複数のコンデンサ素子20からなる積層体を搭載する態様に変更することもできる。
その後、樹脂プレート70上の全面に、コンデンサ素子20を覆う樹脂モールド80を形成する。この樹脂モールド80は、コンデンサ素子20が完全に覆われる程度の厚さ(1.5mm〜3.0mm)となっており、エポキシ樹脂のトランスファーモールド成形やキャスティング、減圧印刷工法により形成される。用いる樹脂には、例えば、松下電工製の液状エポキシ封止樹脂CV5788MAを利用することができる。そして、最後に、リードフレーム50のユニット領域60それぞれに対してダイシング切断をおこない、本実施形態に係る固体電解コンデンサ10を切り出す。すなわち、各ユニット領域60において、フレーム部61A,61Bと陽極電極部62A,62Bとの連結位置においてフレーム部61A,61Bと陽極電極部62A,62Bとが切り離され、フレーム部61A,61Bと陰極電極部63A,63Bとの連結位置においてフレーム部61A,61Bと陰極電極部63A,63Bとが切り離されるように、切断領域68(例えば、7.3mm×4.3mm)で切断をおこなう。それにより、リードフレーム50から切り離された各陽極電極部62A,62B及び各陰極電極部63A,63Bが金属片となり、図8に示すような本実施形態に係る固体電解コンデンサ10が得られる。
つまり、固体電解コンデンサ10は、コンデンサ素子20と、樹脂プレート70とリードフレーム50の陽極電極部62A,62Bと陰極電極部63A,63Bとで構成された基板90と、コンデンサ素子20と基板90とを一体的に封止する樹脂モールド80とを備えて構成されている。また、樹脂プレート70から露出した部分(すなわち、陽極電極部62A,62Bの端部62a及び陰極電極部63A,63Bの第2の部分)が、それぞれ基板90の陽極電極端子64及び陰極電極端子65となっており、これらの電極端子64,65がコンデンサ素子20の対応する電極部(すなわち、陽極部22及び陰極部24)に接続されている。また、基板90の樹脂プレート70の下面70bから露出した陽極電極部62A,62Bの端部及び陰極電極部63A,63Bの端部が、それぞれ実装基板等の端子に接続される陽極端子及び陰極端子として機能する。
以上で詳細に説明したとおり、この固体電解コンデンサ10の基板90は、所定形状に変形させたリードフレーム50を樹脂でモールド封止することにより容易に作製される。つまり、(a)ビアホールを形成するために貫通孔を空ける作業工程、(b)その貫通孔内に導体を充填する作業工程、(c)基板面に配線パターンを印刷する作業工程、(d)所定領域を絶縁膜でコーティングする作業工程等の様々な作業工程が必要であった従来の複合材料基板に比べて、大幅な作業工程の削減が実現されており、それに伴って製造コストの削減も実現されている。従って、このような基板90を用いた固体電解コンデンサ10も、容易に作製されることとなる。また、
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る固体電解コンデンサ110について説明する。第2実施形態は、第1実施形態とは、主に、コンデンサ素子の形状及びリードフレームの打ち抜き形状が異なっている。
すなわち、本実施形態においては、リードフレーム150の各ユニット領域160は、一対のフレーム部161A,161Bと、4対の陽極電極部と陰極電極部とで構成されている。
フレーム部161A,161Bは、第1実施形態に係るフレーム部61A,61B同様、リードフレームの長手方向(図3のX方向)に沿って、所定距離だけ離間して平行に延びている。そして、各フレーム部61A,61Bの4箇所の等間隔の対応位置からは、陽極電極部(金属片)162と陰極電極部(金属片)163とが互いに接近するように延びている。なお、各フレーム部61A,61Bにおいては、陽極電極部162と陰極電極部163とが交互に突出している。また、陽極電極部162の突出長さに比べて、陰極電極部163の突出長さのほうが長くなっている。
そして、リードフレーム150の陽極電極部162及び陰極電極部163に対して、第1実施形態の陽極電極部62A,62Bと同様の折り曲げ加工を施す。すなわち、図10に示すように、リードフレーム150の各ユニット領域60に関して、陽極電極部162をそれぞれの端部162aがフレーム部161A,161Bと平行となるように折り上げ、陰極電極部163をそれぞれの端部163aがフレーム部161A,161Bと平行となるように折り上げる。
続いて、第1実施形態と同様にして、図11に示すように、リードフレーム150上の全面に樹脂プレート70を、各陽極電極部162の端部162aと各陰極電極部163の端部163aとが樹脂プレート70から露出するように付着する。この樹脂プレート70から露出した陽極電極部162の各端部162aが、本実施形態に係る固体電解コンデンサ110の陽極電極端子164となり、樹脂プレート70から露出した陰極電極部163の各端部163aが、本実施形態に係る固体電解コンデンサ110の陰極電極端子165となる。なお、樹脂プレート70は、リードフレーム150の上面70aに接するように形成され、リードフレーム150のフレーム部161A,161Bと、フレーム部61A,61B側の陽極電極部162の端部と、フレーム部161A,161B側の陰極電極部163の端部とは、樹脂プレート70の下面70bから露出している。
さらに、樹脂プレート70の上面70a領域のうち、4つの陰極電極端子165で形成される矩形領域に導電性接着剤172をスクリーン印刷によって塗布して、4つの陰極電極端子165を電気的に接続する。それにより、樹脂プレート70上には、4つの陰極電極端子165が導電性接着剤172で接続されてなる陰極電極167が形成される。
そして、4つの陽極電極端子164と陰極電極167が形成された樹脂プレート70の各ユニット領域60に、第2実施形態に係る8端子タイプのコンデンサ素子120を搭載する。このコンデンサ素子120は、長方形薄片の対向する長辺端部から2つずつ矩形部が突出する形状を有しており、4つの各矩形部がコンデンサ素子20の陽極部に相当し、残りの長方形部の表面にコンデンサ素子20と同様の陰極部24が形成された構造となっている。すなわち、コンデンサ素子120は、4つの陽極部122と1つの陰極部124(第1実施形態の陰極部24に相当)とを有しており、陽極部122の表面領域と陰極部124の形成領域とのそれぞれの境界にレジスト29が設けられている。
なお、コンデンサ素子120の陽極部122と陽極電極端子164との接続にはレーザ溶接等が利用され、コンデンサ素子120の陰極部124と陰極電極167との接続には導電性接着剤等が利用される。
その後、樹脂プレート70上の全面に、コンデンサ素子120を覆う樹脂モールド80を形成する。そして、最後に、リードフレーム150のユニット領域60それぞれに対してダイシング切断をおこない、本実施形態に係る固体電解コンデンサ110を切り出す。すなわち、各ユニット領域60において、フレーム部161A,161Bと陽極電極部162との連結位置においてフレーム部161A,161Bと陽極電極部162とが切り離され、フレーム部161A,161Bと陰極電極部163との連結位置においてフレーム部161A,161Bと陰極電極部163とが切り離されるように、切断領域68で切断をおこなう。それにより、リードフレーム150から切り離された各陽極電極部162及び各陰極電極部163が金属片となり、図14に示すような本実施形態に係る固体電解コンデンサ110が得られる。
つまり、第2実施形態に係る固体電解コンデンサ110も、第1実施形態に係る固体電解コンデンサ10同様、は、コンデンサ素子120と、樹脂プレート70とリードフレーム150の陽極電極部162と陰極電極部163とで構成された基板190と、コンデンサ素子120と基板190とを一体的に封止する樹脂モールド80とを備えて構成されている。また、樹脂プレート70から露出した部分(すなわち、陽極電極部162の端部162a及び陰極電極部163の端部163a)が、それぞれ基板190の陽極電極端子164及び陰極電極端子165となっており、これらの電極端子164,165がコンデンサ素子120の対応する電極部(すなわち、陽極部122及び陰極部124)に接続されている。また、基板190の樹脂プレート70の下面70bから露出した陽極電極部162の端部及び陰極電極部163の端部が、それぞれ実装基板等の端子に接続される陽極端子及び陰極端子として機能する。
以上で詳細に説明したとおり、この固体電解コンデンサ110の基板190も、固体電解コンデンサ10の基板90同様、所定形状に変形させたリードフレーム150を樹脂でモールド封止することにより容易に作製される。従って、このような基板190を用いた固体電解コンデンサ110も、容易に作製されることとなる。
本発明の第1実施形態に係るコンデンサ素子の内部構造を示した概略断面図である。 図1に示したコンデンサ素子の陰極部を示した模式断面図である。 本発明の第1実施形態に係る固体電解コンデンサの作製段階の一つを示した図である。 本発明の第1実施形態に係る固体電解コンデンサの作製段階の一つを示した図である。 本発明の第1実施形態に係る固体電解コンデンサの作製段階の一つを示した図である。 本発明の第1実施形態に係る固体電解コンデンサの作製段階の一つを示した図である。 本発明の第1実施形態に係る固体電解コンデンサの作製段階の一つを示した図である。 本発明の第1実施形態に係る固体電解コンデンサを示した側面図である。 本発明の第2実施形態に係る固体電解コンデンサの作製段階の一つを示した図である。 本発明の第2実施形態に係る固体電解コンデンサの作製段階の一つを示した図である。 本発明の第2実施形態に係る固体電解コンデンサの作製段階の一つを示した図である。 本発明の第2実施形態に係る固体電解コンデンサの作製段階の一つを示した図である。 本発明の第2実施形態に係る固体電解コンデンサの作製段階の一つを示した図である。 本発明の第2実施形態に係る固体電解コンデンサを示した側面図である。
符号の説明
10,110…固体電解コンデンサ、20,120…コンデンサ素子、22,122…陽極部、24,124…陰極部、50,150…リードフレーム、62A,62B,162…陽極電極部、63A,63B,163…陰極電極部、64,164…陽極電極端子、65,165…陰極電極端子、70…樹脂プレート、80…樹脂モールド、90,190…基板。

Claims (2)

  1. 複数の固体電解コンデンサを製造するための製造方法であって、
    リードフレームからなる複数の金属片と樹脂プレートからなる樹脂とを含む基板であって、個々の固体電解コンデンサ用に区分けされた複数のユニット領域毎に、前記樹脂から露出した部分の前記金属片によって複数の電極端子それぞれが構成された前記基板を準備する工程と、
    複数のコンデンサ素子の各コンデンサ素子の電極部が前記基板の前記複数の電極端子にそれぞれ接続されるように前記複数のコンデンサ素子を前記基板に搭載する工程と、
    前記複数のコンデンサ素子と前記基板とを樹脂モールドによって一体的に封止する工程と、
    前記樹脂モールドによって封止された前記基板の前記複数のユニット領域それぞれに対して切断を行う工程と、を有し、
    前記基板を準備する工程では、平坦な前記リードフレームに対して折り曲げ加工を施すと共に、前記折り曲げ加工が施された前記リードフレームに対してその一部が前記樹脂プレートの上面から平坦面が露出するように前記樹脂プレートを付着させることで、前記基板が、前記複数のユニット領域毎に、フレーム部から延び且つ前記電極端子の一方を構成する平坦な陽極電極部と、前記陽極電極部の位置とは異なる前記フレーム部の位置から延び且つ前記電極端子の他方を構成する平坦な陰極電極部とを備えるように、前記複数の電極端子を構成し、
    前記複数のコンデンサ素子を前記基板に搭載する工程では、前記コンデンサ素子の電極部の一方を構成する陽極部と前記基板の前記平坦な陽極電極部とが接続され、且つ、前記コンデンサ素子の電極部の他方を構成する陰極部と前記基板の前記平坦な陰極電極部とが接続される、
    固体電解コンデンサの製造方法。
  2. 記切断を行う工程では、前記フレーム部と前記陽極電極部との連結位置において前記フレーム部と前記陽極電極部とが切り離され、且つ、前記フレーム部と前記陰極電極部との連結位置において前記フレーム部と前記陰極電極部とが切り離されるように、前記基板の前記複数のユニット領域それぞれに対して切断が行われることを特徴とする請求項1に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
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