JP4863896B2 - 固体電解コンデンサ素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体電解コンデンサ素子およびその製造方法に関するものである。

固体電解コンデンサをＩＣカード内に組み込むとかプリント配線板内に内蔵するため、従来、アルミニウム箔のような板状の陽極体の両面に、化成皮膜、電解質層と陰極層との積層部分を設けた固体電解コンデンサ素子が提案されていた。そして、アルミニウム箔表面に、部分的な非エッチング部分や非化成皮膜部分を設け、その部分にはんだ付け可能な金属として銅等の接続端子を接続させていた（特許文献１）。
特開平４−４８６１６号公報

解決しようとする問題点は、アルミニウム箔表面に、部分的な非エッチング部分や非化成皮膜部分を設けことなく陽極接続端子である異種金属の接続端子用金属箔設ける点である。

本発明は、両面をエッチングし、表面に化成皮膜を形成したアルミニウム箔と、このアルミニウム箔の表面に、電解質層と陰極層との積層部分と、片面または両面に銅、鉄、亜鉛、ニッケル、またはそれらの合金の接続端子用金属箔を超音波溶接により接続させた外部陽極端子部分とを有する固体電解コンデンサ素子を提供することである。
また、本発明は、アルミニウム箔の両面をエッチングし、表面に化成皮膜を形成する第１工程と、このアルミニウム箔の表面に、電解質層と陰極層との積層部分を設ける第２工程と、このアルミニウム箔の片面または両面に銅、鉄、亜鉛、ニッケル、またはそれらの合金の接続端子用金属箔を重ねる部分を設け、一方の前記接続端子用金属箔の表面に、台形状の凹凸高さがアルミニウム箔厚の０．５から１．５倍のアンビル面をまた、他方面を、前記接続端子用金属箔の厚さよりも小凹凸の溶接チップで押さえて、超音波溶接により接続させた前記接続端子用金属箔からなる外部陽極端子部分を設ける第３工程を有する固体電解コンデンサ素子の製造方法を提供することである。
特徴とする。

本発明の固体電解コンデンサ素子は、アルミニウム箔表面に、部分的な非エッチング部分や非化成皮膜部分を設けることなく陽極接続端子である異種金属の接続端子用金属箔設けることができるので、作業工程を減らすことができ、生産性を向上することができる。
また、接続部分以外のアルミニウム箔と接続端子用金属箔の重なった部分において、アルミニウム箔には表面に化成皮膜があるので、接続端子用金属箔との間のすきま腐食が起きにくく、結果として接続部分の耐食性が向上するという利点がある。

本発明に述べる化成皮膜は、アルミニウム箔表面を大気中の放置すると形成される自然酸化膜ではなくて、化成液と呼ばれる例えばアジピン酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩、フタル酸塩、マレイン酸塩、安息香酸塩及び酒石酸塩やクエン酸塩のようなオキシ酸塩等の中性溶液中で、コンデンサとして必要な電圧の２倍程度の電圧をかけて酸化皮膜を設ける、一般的な化成工程により形成される皮膜である。
例えば、１０Ｖの定格に対して、２０Ｖの電圧をかけ、できた被膜の厚さは３００Å（オングストローム）程度である。
本発明に述べる接続端子用金属箔は、銅、鉄、亜鉛、ニッケル、またはそれらの合金で、それらにニッケル、亜鉛、錫などをメッキしてもかまわない。合金の例としては真鍮、４２アロイなど、メッキ例としてはトタン、ブリキなども含まれる。いずれの金属も延性展性等の加工性に富み、かつ、はんだや錫等のめっき性、導電ペーストとの接続性が良好なものが選択できる。
本発明に述べるアンビルは、超音波溶接の際に用いられる溶接片を乗せる台で、その先端面上で溶接片は、溶接される。
本発明に述べる溶接チップは、超音波溶接の際に用いられ、アンビルとは反対面から溶接片を押さえ、超音波振動を溶接片に与えるものである。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る固体電解コンデンサ素子の概略図を示している。図１（ａ）は上面を、図１（ｂ）は断面を、図１（ｃ）は背面の概略図を示している。
１は、陽極側電極で、膜厚が２０μｍから２００μｍ程度のアルミニウム箔をエッチングして、拡面化し、化成処理したものである。エッチングは、塩酸などのエッチング水溶液で無電解または電解エッチングを行う。そして、化成処理により陽極酸化して、表面に酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の皮膜を形成する。陽極酸化には、例えばアジピン酸や、クエン酸や、リン酸などのアンモニウム塩の水溶液を化成液に用い、コンデンサとして必要な電圧の１．５〜３．０倍程度の電圧をかける。膜厚は９０〜１１２５Å（オングストローム）程度である。
２は、固体電解質で、上記化成皮膜の表面に設けたもので、材質として、二酸化マンガンや導電性高分子を用いることができる。導電性高分子には、チオフェンモノマーを化学酸化重合させて得たポリチオフェンのほか、例えばポリピロール或いはポリアニリンなどを用いることもできる。また、形成方法についても、化学酸化重合に限らず、電解酸化重合によって形成することもできる。
３は、陰極側電極で、固体電解質の表面に形成し、グラファイトの層とその上層に銀ペーストの層を一般的に積層する。
４は、外部陽極端子で、膜厚が５μｍから１００μｍ程度の銅箔からなる。外部陽極端子４の場所は、固体電解質２とその表面の陰極側電極３に接しない陽極側電極面であればよく、陽極側電極１の表面または背面の片面または両面に設ける。

図２は、本発明に係る外部陽極端子の超音波溶接方法を示している。特に、外部陽極端子である銅箔を両面に設けた場合の溶接後を示している。
５は、アンビルで、その表面にアルミニウム箔厚の０．５倍から１．５倍の好ましくは０．７倍から１．２倍の高さの台形状の凹凸を設ける。凸部間のピッチは、アルミニウム箔厚の０．７倍から８倍、好ましくは２から６倍で設ける。上記の数値にすることにより、超音波発振器から発せられた振動を直接受けていなくとも、アンビル側のアルミニウム箔表面の化成膜を飛散させ直接金属同士の接合ができる。逆に、凹凸が大きすぎると、アルミニウム箔に亀裂等の不具合が発生してしまう場合がある。また、この凹凸はアルミニウム箔を大きく変形させるため、アルミニウム箔が直接アンビルと向き合う場合には容易に食い込んでしまう。
６は、溶接チップで、その表面にアルミニウム箔厚の０．０２倍から０．２倍の好ましくは０．０４倍から０．１倍の高さのなし地状もしくは波状の凹凸を設ける。溶接チップ６は、超音波発振器から発せられた振動を、トランスデューサー７から受け取って溶接部分に与えている。
溶接チップおよびアンビル表面に凹凸をもうけると溶接の際のアルミ箔と銅箔の超音波振動の伝わりがよく、溶接強度が増すとともに、それと向き合って銅箔表面にも凹凸ができるので、その後、そのコンデンサを外部とはんだや接着剤等で接続する際にその凹凸部のアンカー効果により溶接強度が増す効果もある。

図３は、本発明に係る外部陽極端子の接合部分の拡大断面概略図を示している。
８は、化成皮膜で、陽極側電極１であるアルミニウム箔の表面に設けたものである。接続部分以外のアルミニウム箔と銅箔の重なったすきま部分９において、アルミニウム箔には表面に化成皮膜があるので、銅箔との間のすきま腐食が起きにくく、結果として接続部分の耐食性が向上するという利点がある。

先ず、コンデンサ素子は陽極側電極にエッチドアルミニウム箔を用い、固体電解質に導電性高分子を用いたものであり、従来公知の方法で、以下のようにして準備した。すなわち、始めに陽極側電極となる厚さ１１０μｍのアルミニウム箔をエッチングして、拡面化する。エッチング液には、塩酸の水溶液を用いる。そして、そのアルミニウム箔を電圧２０Ｖで陽極酸化して、そこに酸化アルミニウム（Ａｌ_２ Ｏ_３ ）の皮膜を形成する。陽極酸化には、アジピン酸アンモニウム塩の水溶液を化成液に用いる。
次いで、上記陽極酸化アルミニウム皮膜の上に、固体電解質としての導電性高分子の層を形成し、更にその上に厚さ約１０μｍグラファイトの層と厚さ約２０μｍ銀ペーストの層とを積層して、エッチドアルミニウム箔を陽極側電極とし、酸化アルミニウム皮膜を誘電体とし、導電性高分子層とグラファイト層と銀ペースと層とを陰極側電極とする固体電解コンデンサ素子を得る。本実施例においては、導電性高分子にチオフェンモノマーを化学酸化重合させて得たポリチオフェンを使用する。本実施例においては、導電性高分子層の形成に先立って、容量発現領域の隣りの部分（この例の場合は、ポリチオフェン層などが形成されている部分の左側）に、後に外部陽極端子を取り付けるだけの分を設けておいた。
その後、アルミニウム箔の上記外部陽極端子取付けのために空けておいた部分の両面に、外部陽極端子を取り付ける。外部陽極端子は、本実施例においては、厚さ１８μｍの銅箔を用いた。
超音波溶接の際に溶接機のアンビルの表面に高さ約７０μｍの台形状の凹凸で凸部間のピッチは、約２５０μｍのものを設ける。また、他方面の溶接チップホーンに平均厚さ約５μｍのなし地状凹凸を設ける。バワーは５．０Ｊ（ジュール）、時間０．０５ｓ、押し圧０．１ＭＰａ（メガパスカル）とした。

また、比較例として外部陽極端子部分の化成皮膜をサンドペーパーで削り落とす以外実施例１と同じにし、８５℃８５％ＲＨ中で５００時間放置後の、外部陽極端子とアルミニウム箔間の接続抵抗増加を比較したところ、サンプル１００個中、実施例１の平均増加率は７％に対して、比較例の平均増加率は２６％であった。また、比較例には実施例１と比較してすきま腐食が多数観察された。

本発明に係る固体電解コンデンサ素子の概略図を示している。 本発明に係る外部陽極端子の超音波溶接方法を示している。 本発明に係る外部陽極端子の接合部分の拡大断面概略図を示している。

符号の説明

１…陽極側電極、２…固体電解質、３…陰極側電極、４…外部陽極端子、５…アンビル、６…溶接チップ、７…トランスデューサー、８…化成皮膜、９…すきま部分。

Claims (1)

1. アルミニウム箔の両面をエッチングし、表面に化成皮膜を形成する第１工程と、このアルミニウム箔の表面に、電解質層と陰極層との積層部分を設ける第２工程と、このアルミニウム箔の片面または両面に銅、鉄、亜鉛、ニッケル、またはそれらの合金の接続端子用金属箔を重ねる部分を設け、一方の前記接続端子用金属箔の表面に、台形状の凹凸高さがアルミニウム箔厚の０．５から１．５倍のアンビル面をまた、他方面を、前記接続端子用金属箔の厚さよりも小凹凸の溶接チップで押さえて、超音波溶接により接続させた前記接続端子用金属箔からなる外部陽極端子部分を設ける第３工程を有する固体電解コンデンサ素子の製造方法。

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