JP4756649B2 - 表面実装薄型コンデンサ - Google Patents
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Description
本発明は、表面実装薄型コンデンサに関し、特に、陽極端子となる金属板にコンデンサ素子の陽極体を電気的に接続するための構造に関するものである。
弁作用を有する金属（以下弁作用金属と称する）の表面に多孔質層を有する陽極体を用いたコンデンサにおいては、電気的な接続がより確実になるように、箔状の陽極体に形状、強度的に安定で、かつ固有抵抗が低い金属板を接続する必要がある。また、このような金属板を多孔質層に直接接続することは、空孔が多い多孔質層の形状もあって、従来の技術では非常に困難となっている。従って、この陽極体と金属板の接続に関しては、特許文献１に記載されるように、多孔質層（特許文献１ではエッチング層と記載）を取り除いた状態、つまり表面に非多孔質層を露出させたうえで陽極端子となる金属板を接続する必要がある。
図２は従来の表面実装薄型コンデンサを示す断面図である。図２に示すコンデンサは、特許文献１に開示されたコンデンサと類似の構造をもつものであって、陽極体の中央部では、陽極体の非多孔質層１の外側に陽極体の多孔質層２２、さらにその外側に固体電解質層となる導電性高分子層３、及び導電性物質層となるグラファイト層４と銀層５が陰極部として形成され、レジスト層８が形成された部分を介して、更に外側に延在する陽極体の両端部では多孔質層が除去され、露出した陽極体の非多孔質層１に金属板６が接続された陽極部が設けられている。この表面実装薄型コンデンサは、導電性高分子を固体電解質とするコンデンサを例に採ると次のようにして製造される。
まず、箔状の弁作用金属の、中芯部に非多孔質層を残しその両側に多孔質層をエッチング等により形成し、次いで、この多孔質層の表面に誘電体皮膜となる酸化皮膜を、陽極酸化法などを用いて形成する。その後、陽極体の中央部の酸化皮膜上に、固体電解質となる導電性高分子層３、更には導電性物質層となるグラファイト層４、銀層５を順次形成して陰極部となる陰極導体層を設ける。
一方、陽極体の端部の陰極導体層が形成されていない部分の陽極体の多孔質層については、絶縁性樹脂を成分とするレジスト層８を導電性高分子層３の両端に隣接する部分に形成する。また、このレジスト層８が形成された部分を介して、更に外側に延在する陽極体の多孔質層２２については、切削加工などにより除去し、その内側の陽極体の非多孔質層１を露出させる。その後、この非多孔質層１の露出面に金属板６を溶接にて接続して陽極部を成し、単体のコンデンサ素子を得る。
最後に、この単体のコンデンサ素子を複数積み重ねて積層し、陰極部については、陰極導体層の銀層５同士は銀ペースト７を介して接着する。また陽極部については、積層したコンデンサ素子の陽極体の非多孔質層１と金属板６を溶接などで接続することで、図２に示す構造の表面実装薄型コンデンサを完成する。
このコンデンサでは、特に陽極体の端部の非多孔質層１の露出面に金属板６を溶接する際に加わるストレスによって、多孔質層２２を有する部分と非多孔質層１が露出する部分との境界部において、多孔質層２２の残っている状態から、多孔質層が完全に無くなり非多孔質層１が露出する状態に至るまでの多孔質層の段差が大きく、陽極体の垂直方向にストレスが加わった場合には、一箇所に応力集中し陽極体の非多孔質層１の切れが発生しやすいという問題があった。
この切れが、製造工程中のストレスなどによりさらに進行して、完全に陽極体の非多孔質層１が切断して、金属板６と陰極部の電気的導通が無くなった場合には、コンデンサとしての電気的特性に大きな悪影響を及ぼすことになる。
本発明の課題は、弁作用金属の表面に多孔質層を有する陽極体の中央部に陰極部を設け、端部に陽極部を設けた表面実装薄型コンデンサにおいて、陽極体の端部に金属板を接続する際に陽極体が切れることなく安定して陽極体と金属板が接続される表面実装薄型コンデンサを提供することにある。
本発明の表面実装薄型コンデンサは、弁作用金属の表面に誘電体皮膜を形成した多孔質層を有する陽極体の中央部の前記誘電体皮膜上に固体電解質層及び導電性物質層を形成した陰極部を設け、陽極部を構成する金属板に前記陽極体の端部を接続した表面実装薄型コンデンサであって、前記陰極部から前記陽極体の端部に向かい前記金属板の前記陰極部側の端面の間で前記多孔質層の厚さが徐々に薄くなるように形成するとともに、前記陽極体の端部に前記多孔質層がない非多孔質層を露出し、前記非多孔質層と前記金属板を、前記非多孔質層が露出する前記多孔質層との境界と、前記金属板の前記陰極部側の端面とが一致するように接続したコンデンサ素子を有する。
また、本発明の表面実装薄型コンデンサは、前記多孔質層を有する陽極体が、前記弁作用金属をエッチングし形成されていてもよいし、前記弁作用金属からなる粉末を焼結し形成されていてもよいし、また、前記コンデンサ素子が２個以上並列に接続されていることが好ましい。
本発明によれば、陽極体の多孔質層を有する部分と、多孔質層が無く非多孔質層が露出する部分との境界部において、多孔質層の厚みを次第に薄くし極端な段差がなく、非多孔質層を露出させるため、製造工程中でこの部分にストレスが加わった場合においても、極端に一箇所に応力集中することがなく陽極体の切れも発生しないため、安定した製造ができ、信頼性の高い表面実装薄型コンデンサを得ることが出来る。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態による表面実装薄型コンデンサの断面図である。
本発明の実施の形態による表面実装薄型コンデンサは、陽極体の多孔質層１２の形状を除いては、図２に示す従来の表面実装薄型コンデンサと内部構造は同じである。陽極体の多孔質層１２が、陽極体の両端へと進むにつれて段階的に厚みが薄くなって、陽極体の非多孔質層１が露出している点が、従来の表面実装薄型コンデンサと異なっている。本実施の形態のコンデンサは、次のようにして製造される。
まず、板状または箔状の弁作用金属を、塩酸などの塩化物水溶液に入れて化学的あるいは電気化学的にエッチングを行い、無数の空孔を形成して表面積を２００倍等に大きくする拡面化を施す方法、もしくは、板状、箔状に加工した弁作用金属を、同じ弁作用金属の微粉末により両側から挟みこんでプレス成形した後に、高温真空中で焼結する方法により、中央に厚さ１０〜３００μｍの陽極体の非多孔質層１を備え、かつその上に厚み１０〜３００μｍの陽極体の多孔質層１２を備えた弁作用金属の陽極体を形成する。ここで、弁作用金属としては、アルミニウム、タンタル、ニオブ等を用いることができる。
上記のように表面に多孔質層が形成された陽極体の表面に誘電体となる酸化皮膜を、陽極酸化法などを用いて形成する。次に、陽極体の中央部を除いた両端部の表面に、絶縁性樹脂を用いてレジスト層８を形成する。次に、陽極体の中央部の誘電体皮膜上に、導電性高分子層３、更にはグラファイト層４、銀層５を順次形成して陰極導体層とする。次に、レジスト層８で覆われた陽極体の両端部の多孔質層１２を、図１に示すように左右両端へと進むにつれて段階的に深くなるように切削し、その下の陽極体の非多孔質層１を露出させる。
ここで、陽極体の多孔質層１２の厚みをｔとし、陽極体の非多孔質層１の表面を基準としたときの切削表面の位置を、横方向にｘとし、縦方向にｙとしたときに、これらの変数を用いて切削加工を表した場合には、０≦ｘ≦（１／α）・ｔの範囲では、ｙ＝ｔ−α・ｘであり、ｘ＞（１／α）・ｔの範囲では、ｙ＝０である（ここで、αは切削加工の傾きを示す。）。なお、αは傾きの生じる値の範囲を取るが、その下限値は、この傾きの影響で、切削加工によっても陽極体の非多孔質層１が露出しなくなり、その表面上に残った、陽極体の多孔質層１２の影響で、金属板６が接続不可能となるまでであり、上限値は応力集中による箔への影響が発生しない３．０程度までである。
ここで、陽極体の多孔質層１２を傾きαの直線状に切削加工を行った構造に限らず、曲線状、階段状など、前述の直線を基準として、陽極体の多孔質層１２の厚みｔの±７０％の幅内で、切削加工が行われる構造にしても、本実施の形態におけると同様の効果が得られる。本発明は、陽極体の多孔質層１２の厚みが陽極の両端に進むにつれて段階的に薄く切削加工されており、陽極体の非多孔質層１が露出する境界に、段差が生じない構造であれば良い。
なお、このとき陽極体の多孔質層１２の切削は、研削加工、レーザー加工などによって行い、同様にして、上下２箇所、かつ左右両端で計４箇所実施する。
次に、この露出した陽極体の非多孔質層１に、銅もしくは銅系合金からなる金属板６を、抵抗溶接、レーザー溶接、超音波溶接などの方法で接続して陽極部を成し、単層状のコンデンサ素子を得る。
最後に、この単層状のコンデンサ素子を複数積み重ねて積層し、陰極導体層の銀層５は銀ペースト７を介して接着する。また陽極部については、重なったコンデンサ素子の陽極体の非多孔質層１を金属板６を介して接続する。なお、この陽極体の非多孔質層１と金属板６の接続は、レーザー溶接、電子ビーム溶接、超音波溶接などによって行うことができる。
以上で、図１に示す構造の表面実装薄型コンデンサを完成する。
なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。
厚み１００μｍのアルミニウム箔を塩酸に入れて、電気化学的にエッチングすることにより、表面積を２００倍に大きくする拡面化を行い、中央に厚み４０μｍの陽極体の非多孔質層１を設け、表面に深さ３０μｍの陽極体の多孔質層１２を備えた箔上の弁作用金属体を形成する
次に、この陽極体の多孔質層１２の表面に電気化学的方法により化成処理を行い誘電体となる酸化皮膜を形成する。また、陽極体の多孔質層１２の中央部を除いた両端部の表面に、エポキシ樹脂をベースとする絶縁性樹脂を用いて、厚み３０μｍのレジスト層８を形成する。
次に、この酸化皮膜が表面に形成された陽極体の多孔質層１２の中央部を覆うように、ポリピロールからなる導電性高分子層３を化学重合により形成し、さらにその周囲にグラファイト層４、銀層５をスクリーン印刷により順次形成し、陰極部となる陰極導体層を設ける。
次に、レジスト層８で覆われた陽極体の両端部の多孔質層１２を、図１に示すように左右両端へと進むにつれて段階的に深くなるように切削し、その下の陽極体の非多孔質層１を露出させる。
ここで、陽極体の多孔質層１２の厚み３０μｍをｔとし、切削加工の傾き１／３をαとし、陽極体の非多孔質層１の表面を基準としたときの切削表面の位置を、横方向にｘ（μｍ）とし、縦方向にｙ（μｍ）としたときに、これらの変数を用いて切削加工を表した場合には、０≦ｘ≦９０の範囲では、ｙ＝３０−（１／３）・ｘであり、ｘ＞９０の範囲では、ｙ＝０である。
なお、このとき陽極体の多孔質層１２の切削は、レーザー加工によって行い、同様にして、上下２箇所、かつ左右両端で計４箇所実施する。
次に、この露出した陽極体の非多孔質層１に銅からなる金属板６を、超音波溶接で接続して陽極部を成し、単層状のコンデンサ素子を得る。
最後に、この単層状のコンデンサ素子を２個積み重ねて積層し、陰極導体層の銀層５は銀ペースト７を介して接着する。また陽極部については、重なったコンデンサ素子の陽極体の非多孔質層１同士を金属板６を介してレーザー溶接を行い接続する。
以上で、図１に示す構造の表面実装薄型コンデンサを完成する。
タンタル箔を、タンタルの微粉末により両側から挟みこんでプレス成形した後に、高温真空中で焼結することにより、中央に厚み５０μｍの陽極体の非多孔質層１を設け、表面に深さ３０μｍの陽極体の多孔質層１２を備えた箔上の弁作用金属体を形成する
実施例１と同様に、陽極体の多孔質層１２の表面に誘電体となる酸化皮膜を形成し、同様にレジスト層８、導電性高分子層３、グラファイト層４、銀層５を順次形成し、陰極部となる陰極導体層を設ける。
次に、実施例１と同様に、レジスト層で覆われた陽極体の両端部の多孔質層１２を、図１に示すように左右両端へと進むにつれて段階的に深くなるように切削し、その下の陽極体の非多孔質層１を露出させる。
なお、このとき陽極体の多孔質層１２の切削は、研削加工によって行い、実施例１同様にして、上下２箇所、かつ左右両端で計４箇所実施する。
次に、この露出した陽極体の非多孔質層１に銅系合金からなる金属板６を、抵抗溶接で接続して陽極部を成し、単層状のコンデンサ素子を得る。この単層状のコンデンサ素子を２個積み重ねて積層し、実施例１と同様に、陰極部ならびに陽極部を接続する。
以上で、図１に示す構造の表面実装薄型コンデンサを完成する。
１ （陽極体の）非多孔質層
３ 導電性高分子層
４ グラファイト層
５ 銀層
６ 金属板
７ 銀ペースト
８ レジスト層
１２、２２ （陽極体の）多孔質層
３ 導電性高分子層
４ グラファイト層
５ 銀層
６ 金属板
７ 銀ペースト
８ レジスト層
１２、２２ （陽極体の）多孔質層
Claims (4)
- 弁作用金属の表面に誘電体皮膜を形成した多孔質層を有する陽極体の中央部の前記誘電体皮膜上に固体電解質層及び導電性物質層を形成した陰極部を設け、陽極部を構成する金属板に前記陽極体の端部を接続した表面実装薄型コンデンサであって、前記陰極部から前記陽極体の端部に向かい前記金属板の前記陰極部側の端面の間で前記多孔質層の厚さが徐々に薄くなるように形成するとともに、前記陽極体の端部に前記多孔質層がない非多孔質層を露出し、前記非多孔質層と前記金属板を、前記非多孔質層が露出する前記多孔質層との境界と、前記金属板の前記陰極部側の端面とが一致するように接続したコンデンサ素子を有する表面実装薄型コンデンサ。
- 前記多孔質層を有する陽極体が、前記弁作用金属をエッチングし形成されたことを特徴とする請求項１に記載の表面実装薄型コンデンサ。
- 前記多孔質層を有する陽極体が、前記弁作用金属からなる粉末を焼結し形成されたことを特徴とする請求項１に記載の表面実装薄型コンデンサ。
- 前記コンデンサ素子が２個以上並列に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の表面実装薄型コンデンサ。
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