JP5104380B2

JP5104380B2 - 固体電解コンデンサ及びその製造方法

Info

Publication number: JP5104380B2
Application number: JP2008035317A
Authority: JP
Inventors: 進安藤; 博和市原; 淳川村
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2028-02-15
Also published as: JP2009194258A

Description

本発明は、薄型で部品配置の自由度に優れ、構造と製造工程が単純で製造効率と信頼性に特に優れた、多端子型の固体電解コンデンサ及びその製造方法に関するものである。

現代では、さまざまな電子回路の分野において、多様なコンデンサが用いられ、その一種として、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が小さく周波数特性に優れた固体電解コンデンサが広く利用されている。特許文献１は、従来の固体電解コンデンサとその製造方法の一例を示すもので、この例は、陽極体となる金属板に設けた凹部に固体電解質層などを設け個片に切断したもの二つで陰極体をサンドイッチするとともに陽極端子を取り付けるものである。
特開平３−２８４８１８号

しかし、近年、パーソナルコンピュータなどデジタル機器の分野においては、低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）など特性改善の点で多端子型の固体電解コンデンサが求められるとともに、機器の小型化や、高速動作に対応した優れた過渡応答性の要請ともあいまって、より薄型で部品配置の自由度に優れた固体電解コンデンサが求められている。さらに、増大する需要への対応やコストなどの面から、製造効率をより一層改善する要請も大きい。

この点、上記のような従来の固体電解コンデンサは、個片二つで陰極体をサンドイッチしたり陽極端子を取り付ける構造であり、製造効率の改善やサイズ上の薄型化にも限界があった。また、上記のような従来の固体電解コンデンサでは、サイズや形状の制約から、電流供給対象となるＬＳＩとは水平方向のずれた位置で基板へ実装することが必須となることから過渡応答性の改善に限界があり、この点からも、部品配置における自由度の増大が希求されていた。

本発明は、上記のような従来の問題点を解決するもので、その目的は、薄型で部品配置の自由度に優れ、構造と製造工程が単純で製造効率と信頼性に特に優れた、多端子型の固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明の一態様である固体電解コンデンサは、弁金属からなる金属板表面に、金属板の長手方向に順列するように一又は二以上の凹部を形成し、前記凹部の内面に酸化皮膜層、固体電解質層、陰極端子部を順次形成し、前記金属板の長手方向における両端面に、陽極端子となる金属部材を接合し、隣接する凹部の間で前記金属板を、前記金属部材と共に切断することにより、個片の固体電解コンデンサとしたことを特徴とする。

このように、金属板の凹部に酸化皮膜層、固体電解質層、陰極端子といった固体電解コンデンサの各要素を金属板の片面に集積構成することで、電流経路が短く過渡応答性に優れ、薄型で部品配置の自由度にも優れた多端子型の固体電解コンデンサを優れた効率で製造可能となることに加え、陽極を引き出す金属板の長手方向両端面に金属部材を接合したうえ個片に切断するという単純な工程で陽極端子が作成できるため、金バンプや半田ボールなど時間のかかる端子形成が不要となり、構造も単純で信頼性にも優れ、製造効率も一層改善される。

本発明の他の態様である固体電解コンデンサは、前述した段落０００６に記載の固体電解コンデンサにおいて、前記金属板の長手方向における両端面の両辺肩部に段部を形成し、前記段部に、陽極端子となる金属部材を接合したことを特徴とする。

本発明の他の態様は、上記態様を固体電解コンデンサの製造方法という見方からとらえたもので、弁金属からなる金属板表面に、金属板の長手方向に順列するように一又は二以上の凹部を形成する工程と、前記凹部の内面に酸化皮膜層、固体電解質層、陰極端子部を順次形成する工程と、前記金属板の長手方向における両端面の両辺肩部に段部を形成し、前記段部に、陽極端子となる金属部材を接合する工程と、隣接する凹部の間で前記金属板を、前記金属部材と共に切断することにより、個片の固体電解コンデンサとする工程と、を含むことを特徴とする。

このように、金属板の凹部に酸化皮膜層、固体電解質層、陰極端子といった固体電解コンデンサの各要素を金属板の片面に集積構成することで、電流経路が短く過渡応答性に優れ、薄型で部品配置の自由度にも優れた多端子型の固体電解コンデンサを優れた効率で製造可能となることに加え、陽極を引き出す金属板の長手方向両辺肩部に段部を形成し、金属部材を接合したうえ個片に切断するという単純な工程で陽極端子が作成できるため、金バンプや半田ボールなど時間のかかる端子形成が不要となり、構造も単純で信頼性にも優れ、製造効率も一層改善される。特にこの態様では、金属部材が二面で強固に段部へ接合され優れた強度が得られる。

前述した段落０００６に記載の固体電解コンデンサにおいて、金属板の長手方向における両辺端面から肩部に、陽極端子となる断面Ｌ字型の金属部材を接合し、隣接する凹部の間で金属板を、前記金属部材と共に切断することにより、個片の固体電解コンデンサとしたことを特徴とする。

このように、金属板の凹部に酸化皮膜層、固体電解質層、陰極端子といった固体電解コンデンサの各要素を金属板の片面に集積構成することで、電流経路が短く過渡応答性に優れ、薄型で部品配置の自由度にも優れた多端子型の固体電解コンデンサを優れた効率で製造可能となることに加え、陽極を引き出す金属板の長手方向両辺の端面から肩部にかけて、断面Ｌ字形の金属部材を接合したうえ個片に切断するという単純な工程で陽極端子が作成できるため、金バンプや半田ボールなど時間のかかる端子形成が不要となり、構造も単純で信頼性にも優れ、製造効率も一層改善される。特にこの態様では、金属板への段部の形成が不要となり製造効率がさらに改善できるうえ、金属部材が二面で金属板に接合され強度に優れる。

以上のように、本発明によれば、薄型で部品配置の自由度に優れ、構造と製造工程が単純で製造効率と信頼性に特に優れた、多端子型の固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供でき、過渡応答性などの特性も改善される。

次に、本発明を実施するための最良の実施形態について図に沿って説明する。なお、背景技術や課題で既に説明した内容と共通の前提事項は適宜省略する。
（１）構成
本実施形態は、以下のような工程Ａ〜Ｇによる固体電解コンデンサの製造方法と、そのように製造される固体電解コンデンサに関するものである。ここで、各工程段階を図１と図２の断面図に示し、また、工程の一部について図３の斜視図に示す。

Ａ．金属板の用意
まず、弁金属すなわち弁作用金属からなる金属板１を用意し（図１（１））、金属板１の少なくとも片面に保護層２を形成する（図１（２））。ここで、金属の種類はアルミニウムが望ましく、厚さは２００から８００ミクロン程度が一般的と考えられるが、金属の種類や厚さは適宜変更可能である。例えば、アルミニウムの他、タンタル、ニオブ、チタン等の弁作用金属を用いることができる。

また、保護層２については、金属板１の全面を覆う必要は無く、その後の加工のための窓部が形成されていても良い。また、保護層２としては、樹脂被覆層のほか、陽極酸化皮膜を形成するなどでもよく、後述のエッチングによる拡面処理の際に、エッチング液により腐食されない層であれば、種類や形成の手段などは自由に選択可能である。

Ｂ．凹部の形成
続いて、保護層２を形成した金属板の一面（図１では上方の面）に、金属板の長手方向に順列するように、一又は二以上の凹部３を所定間隔で形成することにより、その凹部３の内面に陽極部を形成する金属板１の地金を露出させる（図１（３））。なお、図１及び図２は、長尺の金属板１に形成した複数の凹部３の一つを、金属板１の幅方向に横断する断面を示す断面図である。

ここで、凹部３を形成する手段としては、金属板１の切削が好適である。保護層２に窓部が形成されている場合には、その窓部の部分をプレス加工もしくはエッチングするなどにより凹部を形成してもよく、特に、エッチングによって凹部３を形成する場合には、後述する「Ｃ．エッチングと酸化皮膜の形成」の工程のエッチング工程を同時に行うことで効率よく凹部を形成することができる。

Ｃ．エッチングと酸化皮膜の形成
その後、凹部３の内面の地金を、エッチングで拡面処理し、さらにその拡面処理した凹部の表面に陽極酸化により酸化皮膜層４を形成する（図１（４））。ここで、エッチング及び陽極酸化は公知の手段を用いることができる。

Ｄ．固体電解質層の形成
また、酸化皮膜層４の上に、固体電解質層５を形成する（図１（５））。ここで、固体電解質層５としては、導電性高分子が好適であり、このような導電性高分子層は、チオフェン、ピロール等をもとに、化学重合、電解重合など、公知の技術により形成すればよい。

Ｅ．陰極端子部の形成
そして、固体電解質層５の上に、グラファイト（Ｇｒ）層と銀ペースト層（あわせて符号６で示す）を形成し（図１（６））、これを介して陰極外部電極を設けることで、陰極端子部７を形成する（図１（７））。このグラファイト（Ｇｒ）層と銀ペースト層自体は、固体電解コンデンサにおける公知技術と同様でよく、保護層２を有する金属板１に陰極端子部７を形成した状態を、図３（１）の斜視図に示す。

また、陰極外部電極は、銀ペースト層の上に銅メッキを施して構成してもよいが、銅等の金属を素材とする平板状の板材を、導電性接着剤で接続することが好適である。いずれの場合も、陰極外部電極のうち外部端子部となる図１上面については、周囲の金属板１の上面との間には絶縁のための距離すなわちギャップを設け、また、前記上面は、金属板１の上面と同一の平坦面、もしくは略同一面を構成するように形成する。

この時点で、陽極を引き出す金属板１の表面（上面）地金と、陰極端子部７と、のギャップなどを、レジストや熱硬化性エポキシ樹脂に代表される絶縁樹脂８で被覆してもよく（図２（８））、この絶縁樹脂８が前記ギャップに入り込むことで陽極と陰極の絶縁性を改善でき、陰極外部電極と周囲との接合強度も改善される。

Ｆ．段部の形成と金属部材の接合
続いて、金属板１の長手方向における両辺肩部に、切削や研磨等の手段で段部９を形成し（図２（９）、図３（２））、この段部９に、陽極端子となる角棒状の金属部材（リードフレーム）１０を超音波溶接など公知の溶接手段で接合する（図２（１０）、図３（３））。なお、金属部材１０の材質は銅または銅合金が電気抵抗が低く好適であるが、適宜変更可能である。たとえば、４２アロイに金メッキ等を施した金属部材を用いることもできる。

Ｇ．個片への切断
そして、最後に、隣接する凹部すなわち陰極端子部７の間で、金属部材１０ごと金属板１を切断することにより、個片の固体電解コンデンサとする（図３（４））。この際に、陽極と陰極の外部端子部の高さが同一平面位置となるように、上流の各工程Ａ〜Ｆにおいて、陰極外部電極の厚さや、陽極端子を構成する段部や金属部材の高さなどを予め設定もしくは調整しておく。

（２）作用効果
以上のように、本実施形態では、金属板の凹部に酸化皮膜層、固体電解質層、陰極端子といった固体電解コンデンサの各要素を金属板の片面に集積構成することで、電流経路が短く過渡応答性に優れ、薄型で部品配置の自由度にも優れた多端子型の固体電解コンデンサを優れた効率で製造可能となることに加え、陽極を引き出す金属板の長手方向両辺肩部に段部を形成し、角棒状金属を接合したうえ個片に切断するという単純な工程で陽極端子が作成できるため、金バンプや半田ボールなど時間のかかる端子形成が不要となり、構造も単純で信頼性にも優れ、製造効率も一層改善される。特にこの態様では、金属部材が二面で強固に段部へ接合され優れた強度が得られる。

また、本実施形態では、コンデンサとしての容量保持部である酸化皮膜と固体電解質層の界面の近傍に陰極端子部が形成される構造であり、容量保持部と陰極端子部と接続する回路パターンやＬＳＩ等のデバイスまでの距離が短く、コンデンサ内部の電流引回し経路が短縮されるため、電源電圧の不安定化に対する過渡応答性が改善される。

特に、従来のようなサンドイッチ構造が不要となるため薄型化と共に、上記のような単純合理的な端子構造を用いることによって小型化が実現され、実装面積が５ｍｍ四方程度まで縮小可能となる。また、陰極外部電極の厚さや各外部端子部の高さを制御し、各極外部端子部の高さを同一平面位置に統一することで、全体を無駄のない同一平面形状とすることができ、固体電解コンデンサを、電流供給対象であるＬＳＩに対して、基板との間や基板の裏面など、垂直方向に積層配置するなど配置や配線の自由度が一層増大し、過渡応答性が一層改善される。

さらに、上記のようにＬＳＩと近接して設置して電流経路が短縮されることと、実装される回路パターンやＬＳＩ等のデバイスの端子位置に合致するように、固体電解コンデンサの陽極端子や陰極端子の導出位置、サイズなどの条件を任意に設定することができるため、実装する回路パターンや接続されるＬＳＩ等のデバイスに対し最適な電極引き出し構造を実現できる。

（３）他の実施形態
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、次に例示するもの及びそれ以外の他の実施形態も含むものである。例えば、金属板の長手方向両辺肩部に段部を形成するまでもなく、金属板の長手方向における両端面に、陽極端子となる角棒状の金属部材を接合したうえ（図２（１１））、個片に切断してもよい。これにより、金属板への段部の形成が不要となり製造効率がさらに改善できる。また、角棒状の金属部材に換えて、銅ペースト等の塗布や、金属メッキにより金属板に金属部材を接合することもできる。

また、他の例として、金属板の長手方向両辺肩部に段部を形成するまでもなく、金属板の長手方向における両辺端面から肩部に、陽極端子となる断面Ｌ字型の金属部材を接合したうえ（図２（１２））、個片に切断してもよい。これにより、金属板への段部の形成が不要となり製造効率がさらに改善できるだけでなく、金属部材が二面で金属板に接合され強度に優れる。なお、この例では、金属部材を接続する面の保護層は予め適宜除去する。この場合も、断面L字型の金属部材に換えて、銅ペースト等の塗布や、金属メッキにより金属板に金属部材を接合することもできる。

さらに、個片の固体電解コンデンサに切断する場合に、一つの個片に複数の凹部を有するように切断してもよい。

本発明の実施形態における固体電解コンデンサの製造方法（前半）を示す断面図。本発明の実施形態における固体電解コンデンサの製造方法（後半）を示す断面図。本発明の実施形態における固体電解コンデンサの製造方法（一部分）を示す斜視図。

符号の説明

１…金属板
２…保護層
３…凹部
４…酸化皮膜層
５…固体電解質層
７…陰極端子部
８…絶縁樹脂
９…段部
１０〜１２…金属部材（リードフレーム）

Claims

弁金属からなる金属板表面に、金属板の長手方向に順列するように一又は二以上の凹部を形成する工程と、
前記凹部の内面に酸化皮膜層、固体電解質層、陰極端子部を順次形成する工程と、
前記金属板の長手方向における両端面の両辺肩部に段部を形成し、
前記段部に、陽極端子となる金属部材を接合する工程と
隣接する凹部の間で前記金属板を、前記金属部材と共に切断することにより、個片の固体電解コンデンサとする工程と、
を含むことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。