JP4627031B2

JP4627031B2 - コンデンサ製造用冶具の反り防止法

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Publication number: JP4627031B2
Application number: JP2005313115A
Authority: JP
Inventors: 一美内藤; 克俊田村
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2025-10-27
Also published as: JP2007123515A

Description

本発明は、コンデンサ製造用冶具の反り防止方法に関する。

パソコン等に使用されるＣＰＵ（中央演算処理装置）周りのコンデンサは、電圧変動を抑え、高リップル（ripple）通過時の発熱を低くするために、高容量かつ低ＥＳＲ（等価直列抵抗）であることが求められている。

一般には、アルミニウム固体電解コンデンサや、タンタル固体電解コンデンサが複数個使用されている。
このような固体電解コンデンサは、表面層に微細な細孔を有するアルミニウム箔や、内部に微小な細孔を有するタンタル粉の焼結体を一方の電極（導電体）とし、該電極の表層に形成した誘電体層と該誘電体層上に設けられた他方の電極（通常は、半導体層）とから構成されている。

半導体層を他方の電極とするコンデンサの該半導体層の形成方法としては、例えば、特許第１８６８７２２号公報（特許文献１）、特許第１９８５０５６号公報（特許文献２）や特許第２０５４５０６号公報（特許文献３）に記載された通電手法により形成する方法がある。各々、表面に誘電体層を設けた導電体を半導体層形成溶液に漬け、導電体側を陽極にして半導体層形成溶液中に用意した外部電極（陰極）との間に電圧を印加する（電流を流す）ことにより半導体層を形成する方法である。

このように、いずれの製造方法でも導電体（陽極基体）を各種溶液に浸漬し通電し引き上げる操作を含むため、浸漬、通電及び引き上げ操作を効率的に行なう必要がある。このため、通常、固体電解コンデンサ素子の製造においては長尺の基板（コンデンサ製造用冶具）に複数のソケットを設け、各ソケットに導電体を取り付けて同時に処理している。
しかしこのようなコンデンサ製造用冶具に対して高温乾燥・室温冷却する操作を繰り返すと冶具が反り、機械装置により自動的に導電体を冶具の連結ソケット部に挿入する場合、反った冶具に挿入することが困難となる。

特許第１８６８７２２号公報特許第１９８５０５６号公報特許第２０５４５０６号公報

コンデンサ製造用冶具の反りについては、一般に冶具の片面のみに部品を搭載した場合には、冶具の長手方向に反りを生じ、両面に搭載した場合には幅方向に反りを生ずる。
冶具は基板が厚いと反りにくくなるが、コンデンサ製造冶具は複数枚規定間隔を空けてフレームに並列に装着した後に、冶具の連結ソケットに挿入された導電体に誘電体層、導電体層（電極層）を形成するので、冶具の厚さが所定以上厚くなるとフレームに装着される冶具数が少なくなり、一度に製造されるコンデンサ素子の数が減少するので好ましくない。

したがって、本発明の課題は、表面及び裏面に各種部品を搭載したコンデンサ製造用冶具の反り防止方法を提供することにある。

本発明者らは、上記背景技術で説明した、例えば図１の構成のコンデンサ製造用冶具に搭載したガラス混入エポキシ基板（１）上の各部品の搭載位置を種々変更して詳細に検討し、部品の配置を特定の範囲に規定すれば、反応液に浸漬後これを取りだし高温（約１５０℃）で乾燥し、室温に戻す操作を繰り返しても反りを生じないことを確認し、冶具の反りを防止することができることを見出した。

すなわち、本発明は以下のコンデンサ製造用冶具の反り防止方法及びコンデンサ製造用冶具を提供する。
１．複数個の導電体の表面に通電手法により誘電体層または半導体層を形成するための長尺状の基板（１）の片方の長辺にコンデンサ素子接続部（２）を有し、前記基板上の幅方向の片面（表面）に、チップ部品１（３ａ）、反対面（裏面）にチップ部品５（５ｂ）、チップ部品６（４ｂ）の各部品を搭載し、それらチップ部品が前記基板の長手方向に複数回繰り返し配置されたコンデンサ製造用冶具の反り防止方法であって、前記基板の幅Ｗに対して、コンデンサ素子接続部を有する側の長辺からのチップ部品１中央部までの距離をＬ１、チップ部品５中央部までの距離をＬ４、チップ部品６中央部までの距離をＬ５としたとき、下記の条件を満たし、かつ各部品が接触しないように搭載することを特徴とするコンデンサ製造用冶具の反り防止方法：
Ｌ１＝０．９９Ｗ〜０．６６Ｗ、
Ｌ４＝０〜０．５Ｗ、
Ｌ５＝０．５Ｗ±０．１５Ｗ、
２．複数個の導電体の表面に通電手法により誘電体層または半導体層を形成するための長尺状の基板（１）の片方の長辺にコンデンサ素子接続部（２）を有し、前記基板上の幅方向の片面（表面）に、チップ部品２（３ｂ）、反対面（裏面）にチップ部品３（５ａ）、チップ部品４（４ａ）の各部品を搭載し、それらチップ部品が前記基板の長手方向に複数回繰り返し配置されたコンデンサ製造用冶具の反り防止方法であって、前記基板の幅Ｗに対して、コンデンサ素子接続部を有する側の長辺からのチップ部品２中央部までの一方の長辺からの距離をＬ２、チップ部品３中央部までの距離をＬ６、チップ部品４中央部までの距離をＬ７としたとき、下記の条件を満たし、かつ各部品が接触しないように搭載することを特徴とするコンデンサ製造用冶具の反り防止方法：
Ｌ２＝０．５Ｗ±０．１５Ｗ、
Ｌ６＝０〜０．９Ｗ、
Ｌ７＝０．９９Ｗ〜０．６６Ｗ。
３．複数個の導電体の表面に通電手法により誘電体層または半導体層を形成するための長尺状の基板（１）の片方の長辺にコンデンサ素子接続部（２）を有し、前記基板上の幅方向の片面（表面）に、チップ部品１（３ａ）、チップ部品２（３ｂ）、反対面（裏面）にチップ部品３（５ａ）、チップ部品４（４ａ）、チップ部品５（５ｂ）、チップ部品６（４ｂ）の各部品を搭載し、それらチップ部品が前記基板の長手方向に複数回繰り返し配置されたコンデンサ製造用冶具の反り防止方法であって、前記基板の幅Ｗに対して、
［１］コンデンサ素子接続部を有する側の長辺からのチップ部品１中央部までの距離をＬ１、チップ部品５中央部までの距離をＬ４、チップ部品６中央部までの距離をＬ５としたとき、下記の条件を満たし、かつ各部品が接触しないように搭載することを特徴とするパターン、および
［２］コンデンサ素子接続部を有する側の長辺からのチップ部品２中央部までの一方の長辺からの距離をＬ２、チップ部品３中央部までの距離をＬ６、チップ部品４中央部までの距離をＬ７としたとき、下記の条件を満たし、かつ各部品が接触しないように搭載するパターン
を導電体１つおきに組み合わせたことを特徴とする前記１または２に記載の固体電解コンデンサ製造用冶具の反り防止方法：
Ｌ１＝０．９９Ｗ〜０．６６Ｗ、
Ｌ２＝０．５Ｗ±０．１５Ｗ、
Ｌ４＝０〜０．５Ｗ、
Ｌ５＝０．５Ｗ±０．１５Ｗ、
Ｌ６＝０〜０．９Ｗ、
Ｌ７＝０．９９Ｗ〜０．６６Ｗ。
４．基板がガラス混入エポキシ基板である前記１〜３のいずれかに記載の固体電解コンデンサ製造用冶具の反り防止方法。
５．前記１〜４のいずれかに記載の反り防止方法の施されている固体電解コンデンサ製造用冶具。
６．前記５に記載のコンデンサ製造用冶具を用いて得られた固体電解コンデンサ群。

搭載部品の配置場所を規定した本発明のコンデンサ製造冶具によれば、高温乾燥及び例冷却（室温）の加熱サイクルを繰り返す際の反りが発生しない。

本発明によるコンデンサ製造用冶具は、複数の導電体を支持するとともに通電手法によって導電体表面に誘電体層または半導体層を形成するための長尺の部材であり、通電制御を可能とするための電気回路を搭載した基板を含む。
本発明では、前記基板上の部品搭載の位置を上記のように規定することにより、コンデンサ製造用冶具全体の反りを抑制する。
なお、具体的な部品は回路の目的に応じて設計されるが、例えば、定電流回路を構成する場合、チップ部品１、２として整流ダイオード、チップ部品３、５として抵抗、また、チップ部品４、６として電界効果トランジスタを用いた例が挙げられる。

本発明の導電体としては、タンタル、アルミニウム、ニオブ或いはこれらを主成分とする合金等の弁作用金属または、一酸化ニオブ等の金属酸化物が使用できる。
導電体の形状は特に限定されず、箔状、板状、棒状、導電体自身を粉状にして成形または成形後焼結した形状等として用いてもよい。導電体表面をエッチング等で処理して、微細な細孔を有するようにしてもよい。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には、成形時の圧力を適当に選択することにより、成形または焼結後の内部に微小な細孔を設けることができる。また、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、コンデンサの一方の電極の引き出しリードとすることもできる。勿論、導電体に引き出しリードを直接接続することも可能である。箔状または棒状の場合、後に記述する連結ソケットに挿入可能なリード線を接続しておく。

本発明の導電体表面に形成される誘電体層としては、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｚｒ₂Ｏ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅等の金属酸化物から選ばれる少なくとも１つを主成分とする誘電体層が挙げられる。

一方、本発明のコンデンサの他方の電極としては、有機半導体および無機半導体から選ばれる少なくとも１種の化合物が挙げられるが、ここで前記の化合物を後述する通電手法により形成することが肝要である。

有機半導体の具体例としては、ベンゾピロリン４量体とクロラニルからなる有機半導体、テトラチオテトラセンを主成分とする有機半導体、テトラシアノキノジメタンを主成分とする有機半導体、下記一般式（１）または（２）で示される繰り返し単位を含む高分子にドーパントをドープした導電性高分子を主成分とした有機半導体が挙げられる。

式（１）および（２）において、Ｒ¹〜Ｒ⁴は水素原子、炭素数１〜６のアルキル基または炭素数１〜６のアルコキシ基を表わし、これらは互いに同一であっても相違してもよく、Ｘは酸素、イオウまたは窒素原子を表わし、Ｒ⁵はＸが窒素原子のときのみ存在して水素原子または炭素数１〜６のアルキル基を表わし、Ｒ¹とＲ²およびＲ³とＲ⁴は、互いに結合して環状になっていてもよい。

さらに、本発明においては、前記一般式（１）で示される繰り返し単位を含む導電性高分子として、好ましくは下記一般式（３）で示される構造単位を繰り返し単位として含む導電性高分子が挙げられる。

式中、Ｒ⁶及びＲ⁷は、各々独立して水素原子、炭素数１〜６の直鎖状もしくは分岐状の飽和もしくは不飽和のアルキル基、またはそのアルキル基が互いに任意の位置で結合して、２つの酸素原子を含む少なくとも１つ以上の５〜７員環の飽和炭化水素の環状構造を形成する置換基を表わす。また、前記環状構造には置換されていてもよいビニレン結合を有するもの、置換されていてもよいフェニレン構造のものも含まれる。

このような化学構造を含む導電性高分子は、荷電されており、ドーパントがドープされる。ドーパントは特に限定されず公知のドーパントが使用できる。
式（１）乃至（３）で示される繰り返し単位を含む高分子としては、例えば、ポリアニリン、ポリオキシフェニレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリピロール、ポリメチルピロール、およびこれらの置換誘導体や共重合体などが挙げられる。中でも、ポリピロール、ポリチオフェン及びこれらの置換誘導体（例えば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）等）が好ましい。

無機半導体の具体例としては、二酸化モリブデン、二酸化タングステン、二酸化鉛、二酸化マンガン等から選ばれる少なくとも１種の化合物が挙げられる。
上記有機半導体および無機半導体として、電導度１０^-2〜１０³Ｓ／ｃｍの範囲のものを使用すると、作製したコンデンサのＥＳＲ値が小さくなり好ましい。

前述した半導体層は、通電操作を行わない純粋な化学反応（溶液反応、気相反応、固液反応およびそれらの組み合わせ）によって形成したり、通電手法によって形成したり、あるいはこれらの方法を組み合わせて形成するが、本発明では、半導体層形成工程で少なくとも１回は通電手法を採用する。また、通電手法により半導体層を形成する場合に、少なくとも１回の通電を、通電時に定電流源により行うことにより本発明の目的が達成される。

コンデンサ素子接続部には市販の連結ソケットを用いてもよい。連結ソケットのピッチ間隔としては、市販されている１ｍｍ、１．２７ｍｍ、１．７７８ｍｍ、２．０ｍｍ、２．５４ｍｍのうち任意のものを導電体の形状に応じて使用可能である。連結ソケットの連結数は６４個のものが市販されているので、６４個のものを最大５個基板に実装しても使用可能である。長さ２．５４ｍｍ×６４×５＝８１２．８ｍｍの長さ（基板の左右に設けられる電極部分を含まない）の基板でも適応できる。一般には基板の長さが長くなると反りが発生しやすくなるが、本方法を適応すれば、この長さの基板でも反りの発生はごく僅かとなる。また、連結数を６４個以下にして使用することも可能であるが、基板の長さを５０ｍｍ以下で使用すると、反りの発生は少ないが、一度に作成できるコンデンサ数が減少する。
本発明に使用される基板の幅は、通常１０〜６０ｍｍである。１０ｍｍ以下であると大きい部品の実装をしにくくなり、また、６０ｍｍを超えると基板の材料費が高くなる。基板としては、ガラス混入エポキシ基板が好ましく使用される。

以下、本発明の具体例についてさらに詳細に説明するが、以下の例により本発明は限定されるものではない。

実施例１〜３９及び比較例１〜２１
図１に示す搭載部品構成で基板の厚さ１．６ｍｍ，幅Ｗ３３ｍｍのコンデンサ製造冶具に対して、第一の整流ダイオード（チップ部品１）中央部までの距離をＬ１、第二の整流ダイオード（チップ部品２）中央部までの距離をＬ２、第二の抵抗（チップ部品５）中央部までの距離をＬ４、第二の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：チップ部品６）中央部までの距離をＬ５、第一の抵抗（チップ部品３）中央部までの距離をＬ６、第一の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：チップ部品４）中央部までの距離Ｌ７を表１に示す値に設定した、各コンデンサ製造冶具をヒ−トサイクル装置で、１５０℃３０分放置と２５℃３０分放置を連続して５００回繰り返した後に冶具を側面から見た最大反り（ｄ（ｍｍ））（図２参照）を測定した結果を表１〜３に合わせて示す。

基板の厚さが、１．０ｍｍ及び１．９ｍｍの場合も同様な実験を行い、同様の結果を得た。すなわち、厚さ１．０ｍｍの場合は実施例の条件では、ｄは０．１ｍｍ未満、比較例の条件では、厚さ１．６ｍｍの基板に比較して各５倍の反りを認めた。また厚さ１．９ｍｍの基板の場合、実施例の条件ではｄは０．１ｍｍ未満、比較例の条件では、厚さ１．６ｍｍの基板と同様な反りを認めた。なお、チップ部品と同様に、連結ソケットについても図１で示す位置Ｌ３（ソケット最端部までの距離）が−１、０、２ｍｍの場合及び連結ソケットが無い場合について同様な実験を行ったが、反りへの影響は認められなかった。

上記実施例及び比較例の結果から明らかなように、表面に誘電体層を形成した複数個の導電体に通電手法により半導体層を形成するための、各種部品（導電体ピン連結ソケット、整流ダイオード、抵抗、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ））を搭載した長尺状の基板上の部品の配置を特定の範囲（特許請求の範囲に規定した範囲）として本発明によれば基板の反りが認められず、長期間に亘って安定して使用できる。

コンデンサ製造冶具の１例の側面図（Ａ）、一部省略表面図（Ｂ）、一部省略裏面図（Ｃ）。実施例（比較例）におけるコンデンサ製造冶具最大反りの説明図。

符号の説明

１基板
２６４丸ピン連結ソケット（コンデンサ素子接続部）
３整流ダイオード
４電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
５抵抗
６電極（誘電体層形成用）
７電極（半導体層形成用）
８電気回路
ｄ最大反り

Claims

複数個の導電体の表面に通電手法により誘電体層または半導体層を形成するための長尺状の基板（１）の片方の長辺にコンデンサ素子接続部（２）を有し、前記基板上の幅方向の片面（表面）に、チップ部品１（３ａ）、チップ部品２（３ｂ）、反対面（裏面）にチップ部品３（５ａ）、チップ部品４（４ａ）、チップ部品５（５ｂ）、チップ部品６（４ｂ）の各部品を搭載し、それらチップ部品が前記基板の長手方向に複数回繰り返し配置されたコンデンサ製造用冶具の反り防止方法であって、前記基板の幅Ｗに対して、
［１］コンデンサ素子接続部を有する側の長辺からのチップ部品１中央部までの距離をＬ１、チップ部品５中央部までの距離をＬ４、チップ部品６中央部までの距離をＬ５としたとき、下記の条件を満たし、かつ各部品が接触しないように搭載することを特徴とするパターン、および
［２］コンデンサ素子接続部を有する側の長辺からのチップ部品２中央部までの一方の長辺からの距離をＬ２、チップ部品３中央部までの距離をＬ６、チップ部品４中央部までの距離をＬ７としたとき、下記の条件を満たし、かつ各部品が接触しないように搭載するパターン
を導電体１つおきに組み合わせたことを特徴とする固体電解コンデンサ製造用冶具の反り防止方法：
Ｌ１＝０．９９Ｗ〜０．６６Ｗ、
Ｌ２＝０．５Ｗ±０．１５Ｗ、
Ｌ４＝０〜０．５Ｗ、
Ｌ５＝０．５Ｗ±０．１５Ｗ、
Ｌ６＝０〜０．９Ｗ、
Ｌ７＝０．９９Ｗ〜０．６６Ｗ。
基板がガラス混入エポキシ基板である請求項１に記載の固体電解コンデンサ製造用冶具の反り防止方法。
請求項１または２に記載の反り防止方法の施されている固体電解コンデンサ製造用冶具。
請求項３に記載のコンデンサ製造用冶具を用いて得られた固体電解コンデンサ群。