JP5206958B2 - 固体電解コンデンサとその製造方法 - Google Patents

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、固体電解コンデンサと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。

上記の問題を解決するために、出願人は先に特願２００８−３５３７１号として、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を提案している。

しかしながら、上記のような固体電解コンデンサでは、陽極端子となる金属部材を接合する工程において、超音波溶接等により接合した場合でも、陽極端子となる金属部材と陽極体との接合状態が一様では無く、陽極体と陽極端子との接合部における界面抵抗にばらつきが生じるという問題があった。

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る固体電解コンデンサおよ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、本願の請求項１の固体電解コンデンサは、弁金属からなる金属板表面に、銅層を形成した複合金属板の銅層の面より弁金属の地金が露出するように形成した凹部の内面に酸化皮膜層、固体電解質層、陰極端子部が順次形成された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、複合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複合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、予め陽極体に形成された銅層をそのまま陽極端子として利用することができるため、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。

また本願の請求項２の固体電解コンデンサは、請求項１の固体電解コンデンサにおいて、陰極端子部が複合金属板の銅層の面と同一面となるように陰極端子部を配置したことを特徴とする固体電解コンデンサである。

凹部に形成する陰極端子部を、複合金属板の銅層の面と同一面となるように陰極端子部を配置することで、固体電解コンデンサをそのまま表面実装することが可能となり、部品配置の自由度に優れた固体電解コンデンサとなる。

さらに、本願の請求項３の固体電解コンデンサの製造方法は、請求項１の固体電解コンデンサを製造方法の観点から捉えたもので、弁金属からなる金属板の片面に銅層を形成した複合金属板の銅層の少なくとも一部を被覆する保護層を形成する工程と、前記銅層の面より複合金属板に凹部を形成することにより、その凹部の内面に弁金属の地金を露出させる工程と、前記凹部の内面の弁金属の地金の表面に酸化皮膜層を形成する工程と、前記酸化皮膜層の上に固体電解質層を形成する工程と、前記固体電解質層の上に陰極端子部を形成する工程と、前記保護層を剥離して銅層を露出させる工程と、を有することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法である。

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の断面図に示す。
Ａ．複合金属板の用意
まず、弁金属１１からなる金属板の片面に銅層１２を形成した複合金属板１を用意する（図１（１））。ここで、弁作属１１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、複合金属板１は、アルミニウム板に銅メッキを施して銅層を形成する方法の他、アルミニウム板と銅板を重ねて圧延したクラッド材を用いても良い。

また、アルミニウム板に銅メッキを施す場合には、アルミニウム板の全面をメッキする必要ななく、後に説明する「Ｂ．凹部の形成」の工程で形成される凹部の部分を除いてメッキを施すことができる。また、クラッド材を用いる場合にも、凹部の部分を除いた、いわゆる井桁状の銅板を圧延してクラッド材とすることもできる。

そして、複合金属板１の少なくとも銅層が形成された面に保護層２を形成する（図１（２））。この保護層２については、複合金属板１の全面を覆う必要は無く、その後の加工のための窓部２１が形成されていても良い（図３参照）。前述したように凹部となる部分に銅メッキを施していない複合金属材を用いる場合には、銅層の上にのみ保護層２を形成すればよい。また、保護層２としては、樹脂被覆層が好ましく、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を形成した複合金属板の一面（図１では上方の面）に、複合金属板１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複合金属板１の地金を露出させる（図１（３））。なお、図１及び図２は、長尺の複合金属板１に形成した複数の凹部３の一つを、複合金属板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、複合金属板１の切削することができる。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、好適である。
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の方法で作成することができる。

この陰極端子部は、銀ペースト層の上に銅メッキを施して構成することができる。また、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も好適である。いずれの場合も、陰極外部電極のうち外部端子部となる上面については、周囲の複合金属板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、複合金属板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、陽極を引き出す複合金属板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で被覆してもよい（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。なおこの絶縁樹脂８は保護層２に用いた絶縁樹脂と同様のものを用いることができる。

そして、保護層２と絶縁樹脂８の一部を除去して、複合金属板１の銅面が露出するようにする（図２（９）。この保護層２の除去は機械的研磨等によって行うことで、複合金属板１と陰極端子部７をより同一の平面とすることも可能である。

そして、陰極端子を中心とした所定領域でダイシングを行い、個片の固体電解コンデンサを得る（図２（１０）。この個片とした固体電解コンデンサは、凹部を一個のみを含むように切断するもであってもよく、また凹部を二個以上含むように個片とすることもできる。

なお、保護層２の除去は、ダイシングによる個片化の前の行うことも可能であり、前述した製造方法に限定されるものではない。
（２）作用効果
以上のように、本実施形態では、複合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複合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。さらに、陽極を引き出す電極が陽極体のアルミニウムに予め形成されている銅層を陽極端子として利用することができるため、陽極端子を形成する工程を省略することができ、工程の簡略化を図ることができる。

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。

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複合金属板の一例を示す斜視図。

符号の説明

１ 複合金属板
１１ 弁金属
１２ 銅層
２ 保護層
２１ 窓部
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

Claims (3)

1. 弁金属からなる金属板表面に、銅層を形成した複合金属板の銅層の面より弁金属の地金が露出するように形成した凹部の内面に酸化皮膜層、固体電解質層、陰極端子部が順次形成された固体電解コンデンサ。
2. 前記陰極端子部が前記複合金属板の銅層の面と同一面となるように陰極端子部を配置した請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
3. 弁金属からなる金属板の片面に銅層を形成した複合金属板の銅層の少なくとも一部を被覆する保護層を形成する工程と、
   前記銅層の面より複合金属板に凹部を形成することにより、その凹部の内面に弁金属の地金を露出させる工程と、
   前記凹部の内面の弁金属の地金の表面に酸化皮膜層を形成する工程と、
   前記酸化皮膜層の上に固体電解質層を形成する工程と、
   前記固体電解質層の上に陰極端子部を形成する工程と、
   前記保護層を剥離して銅層を露出させる工程と、
   を有することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。