JP5428471B2

JP5428471B2 - 固体電解コンデンサ及びその製造方法

Info

Publication number: JP5428471B2
Application number: JP2009087575A
Authority: JP
Inventors: 茂樹白勢
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP2010239052A

Description

本発明は、等価直列抵抗（ＥＳＲ）や等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）の悪化の要因を排除した過渡応答性の良好な固体電解コンデンサ及びその製造方法に関する。

近年、電子回路のデジタル化が進み、大電流かつ低電圧で動作するＬＳＩなどの電源電圧安定化に対応するために、電荷供給が速い過渡応答性の良いコンデンサが望まれている。そのような過渡応答性に優れるコンデンサとしては、実装基板面側にバンプ電極を形成し、半導体に直接接続する固体電解コンデンサが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００５−１４２４３７号公報特開２００３−３１４３８号公報

しかしながら、特許文献１の発明のコンデンサでは、陽極電極の端子と誘電体層の経路を長くする必要があるので、等価直列抵抗（ＥＳＲ）や等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）が悪化し、過渡応答性が悪化する要因となっていた。また、容量に寄与しない陽極部の体積が増加するという問題点があった。

さらに、コンデンサ素子と基板が別々に形成されている。これにより、素子陽極部と陽極電極部との接続を、導電性接着剤や溶接で行う必要があった。また、陰極層と陰極電極部との接続も、導電性接着剤で行う必要があった。このように、接続に導電性接着剤を用いる場合は、接着剤のバルク抵抗及び各界面抵抗によって等価直列抵抗（ＥＳＲ）が上昇するので過渡応答性が悪化する問題点があった。また、接続に溶接を用いる場合は、多数の陽極電極接続を個別に行うなど作業性が悪かった。そのうえ、素子に機械的ストレスがかかることにより、漏れ電流（ＬＣ）が増加したり、コンデンサ内部でのショートが発生したりする要因となっていた。

特許文献２の発明のスルーホール電極は、抵抗の比較的高い導電性ペースト電極を用いる等の必要があり、過渡応答性が悪化する要因となる問題点がある。また、半導体部品との電気的接続を良好にするには、スルーホール電極表面に接続バンプ等を形成する必要があり、界面抵抗分が増大する。さらに、多数の陽極接続端子の箔の他面への接続、スルーホールの形成や内壁への絶縁膜形成など製造工程が非常に煩雑である。さらに、スルーホールは、箔の多孔質部に設けられている。多孔質部に絶縁膜を形成する場合、塗布絶縁物が多孔質部に染み入るため、コンデンサの容量減少及び容量のバラツキの要因となる。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、等価直列抵抗（ＥＳＲ）及び等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）を低減し、更なる過渡応答性の改善要望に対応できる固体電解コンデンサと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に、本発明の固体電解コンデンサは、絶縁基板と、この絶縁基板上に形成された弁金属多孔体と、この弁金属多孔体の上部に形成された陰極層とを備えた固体電解コンデンサにおいて、前記絶縁基板に、陽極電極及び陰極電極を挿入するための複数の貫通孔を形成し、前記陽極電極及び陰極電極の一端を、絶縁基板の下面に露出させることにより、接続端子部を形成し、前記貫通孔に挿入した陽極電極の他端を、前記絶縁基板の上面に露出させ、前記貫通孔に挿入した陰極電極の他端を、前記絶縁基板の上面に露出させるとともに該絶縁基板上面より突起させ、この突起した陰極電極の他端の側面に絶縁被膜を形成し、前記絶縁基板上面に露出した陽極電極の他端を、前記絶縁基板上面の弁金属多孔体に直接接続したことを特徴とする。

以上のような本発明によれば、電極を配置した基板上に、コンデンサ素子部弁金属多孔体と陰極引出部とを配置する構造とすることで、コンデンサ素子部弁金属多孔体、陰極引出部及び各電極との間で、接着剤の使用や溶接を行うことなく接続することができる。これにより、コンデンサ素子部弁金属多孔体部及び陰極引出部と各電極部間で接続界面における抵抗を排除することができ、等価直列抵抗（ＥＳＲ）の低減が図れる。また、陽極側では、容量に寄与しない陽極の経路を短くすることができるので、等価直列抵抗（ＥＳＲ）だけでなく、等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）の低減も図ることができ、これにより過渡応答性の改善を図ることができる。

本発明の実施例１における固体電解コンデンサの構成を示す図。本発明の実施例１における固体電解コンデンサの製造工程を示す図。本発明の他の実施例における固体電解コンデンサの構成を示す図。本発明の他の実施例における固体電解コンデンサの構成を示す図。

以下、本発明に係る固体電解コンデンサの構成と固体電解コンデンサの製造方法の実施例１を、図面を参照して説明する。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．固体電解コンデンサの構成］
図１は、本実施例における固体電解コンデンサの断面図を示したものである。基板１には、所定の間隔で貫通孔１ａが形成されている。基板１は、シリコンなどの絶縁物から形成される。各貫通孔１ａには、陽極及び陰極電極２ａ，２ｂが挿入されている。各貫通孔１ａ及びこれに挿入する電極２ａ，２ｂの形状は任意で、陽極電極２ａと陰極電極２ｂとで形状を変えることもできる。貫通孔１ａ及び電極２ａ，２ｂの数は任意であり、陽極電極２ａと陰極電極２ｂの電極数が同数である必要もない。

陽極及び陰極電極２ａ，２ｂは、基板１の下面に突出したコンデンサ素子部弁金属多孔体の端子部（他の電子部品との接続部）２１と、基板１の貫通孔１ａに挿入される柱状の軸部２２とから構成される。陽極電極２ａと陰極電極部２ｂとでは、端子部２１の形状は同一であるが、軸部２２の長さが異なる。陽極電極２ａの軸部２２の長さは、基板１の厚さと同一である。一方、陰極電極２ｂの軸部２２の長さは、基板１の厚さよりも長く、基板１に積層されたコンデンサ素子部弁金属多孔体４と基板１の厚さを加えた寸法になっている。

このため、陽極電極２ａの軸部２２の先は、基板１の表面に露出はするが、基盤１の表面からは突出しない。また、陽極電極２ａの軸部２２の先端の露出部分は、基板１の上面に形成されたコンデンサ素子部弁金属多孔体４の下面に接触する。本実施例において、このコンデンサ素子部弁金属多孔体４は、弁作用を有する金属の多孔質体であり、その表面に誘電体酸化被膜を形成し、さらにその誘電体酸化被膜の上に、導電性高分子層を形成する。従って、前記陽極電極２ａの軸部２２の先端の露出部分は、コンデンサ素子部弁金属多孔体４の下面に存在する弁金属と電気的に導通する。なお、コンデンサ素子部弁金属多孔体４に形成する導電性高分子としては、チオフェンまたはピロールなどを材料として、化学重合や電解重合などの公知の技術により製造したものが使用できる。

一方、陰極電極２ｂの軸部２２の先端は、基板１の表面からコンデンサ素子部弁金属多孔体４の厚み分突出している。この基板１の表面から突出した軸部１１の側面（外周面）には、絶縁被膜３が形成されている。前記基板１の上面に形成されたコンデンサ素子部弁金属多孔体４は、この絶縁被膜３を介して軸部２２と接するので、陰極電極２ｂとコンデンサ素子部弁金属多孔体４とは、絶縁されている。

コンデンサ素子部弁金属多孔体４の表面と、コンデンサ素子部弁金属多孔体４の表面に露出している陰極電極２ｂの軸部２２の先端を覆うように、固体電解コンデンサの陰極引出部５となるグラファイト層と銀ペースト層が形成される。なお、このグラファイト層と銀ペースト層を順次コンデンサ素子部４の上に形成する構成は、公知の固体電解質コンデンサの構成と同様である。そのため、図１においては、グラファイト層と銀ペースト層との積層物を陰極引出部５として一体に示している。その結果、コンデンサ素子部弁金属多孔体４の表面に露出している陰極電極２ｂの軸部２２の先端と、コンデンサ素子部弁金属多孔体４の上面に形成された陰極引出部５とが接触し、電気的に導通する。

この陰極引出部５の上面と外周部、及び前記コンデンサ素子部弁金属多孔体４の外周部を被覆するように、モールド樹脂６が設けられている。そのため、本実施例の固体電解コンデンサは、絶縁性の基板１及びその下面に露出した陽極及び陰極電極部２ａ，２ｂの端子分２１以外の部分が、モールド樹脂６によって被覆されている。

［２．固体電解コンデンサの製造工程］
本実施例の固体電解コンデンサの製造方法は、次のような各工程を有する。
（１）基板１を貫通する貫通孔１ａをあける基板作成工程。
（２）貫通孔１ａに陽極及び陰極電極２ａ，２ｂを埋め込んで電極を形成する電極形成工程。
（３）基板１の上面に突出した陰極電極の軸部２２に絶縁被膜３を形成する絶縁処理工程。
（４）基板１の上面にコンデンサ素子部４を形成する素子部形成工程。
（５）コンデンサ素子部弁金属多孔体４の表面と、コンデンサ素子部弁金属多孔体４の表面に露出している陰極電極２ｂの軸部２２の先端とを覆うように陰極引出部５を形成する陰極引出工程。
（６）陰極引出部５の上面部と外周部及びコンデンサ素子部弁金属多孔体４の外周部を被覆するように、モールド樹脂６によりパッケージするパッケージ工程。
以下、各工程を具体的に説明する。

（１）基板作成工程
基板作成工程では、基板１を貫通する貫通孔１ａを作成する。図２（１）に示すように、基板１は、平坦な板であり、シリコンなどの絶縁物で形成される。この基板１に、陽極及び陰極電極２ａ，２ｂを挿入する貫通孔１ａを作成する。前述のとおり、貫通孔１ａの数及び形状は任意である。

（２）電極形成工程
電極形成工程では、陽極及び陰極電極２ａ，２ｂを形成する。図２（２）に示すように、基板１の穴に銅などの良導体を埋め込んで、陽極及び陰極電極２ａ，２ｂとする。端子部２１と柱状部２２からなる陽極及び陰極電極２ａ，２ｂを、基板１の下面から埋め込むことにより、基板１の下面に端子部２１が突出する。この時、基板１の上面では、陽極の電極２ａの軸部２２の先端は、露出するが突出はしない。一方、陰極電極２ｂの軸部２２の先端は、固体電解質層４の厚さの分だけ突出する。

（３）絶縁処理工程
絶縁処理工程では、図２（３）に示すように、陰極電極２ｂの軸部２２の側面に絶縁被膜３を形成する。この絶縁被膜３の形成方法は、固体電解コンデンサにおける公知技術と同様でよい。また、絶縁被膜３は、陰極電極２ｂを貫通孔１ａに埋め込んでから形成する必要は無く、陰極電極２ｂの軸部２２に絶縁被膜３を形成したものを、基板１に埋め込んでも良い。

（４）素子部形成工程
素子部形成工程では、基板１の上面部に弁金属多孔体をもうけ、その多孔質体の表面に誘電体層を形成し、この誘電体層の表面に固体電解質層を形成する。まず、図２（４）に示すように、弁作用をもつ金属を、陰極電極部２が突出した厚さと同じ分だけ蒸着させることにより、多孔質体層を形成する。また、弁金属を蒸着させる代わりに、陰極電極部２の突出した部分に穴が開いた弁金属板を使用することもできる。この場合は、弁金属板に、交流あるいは直流エッチングなど公知の手段により、エッチングをすることで、弁金属多孔体を形成することができる。

次に、弁金属多孔体を陽極酸化させる。これによって、多孔質体層に誘電体酸化皮膜を形成する。さらに、形成した誘電体酸化皮膜の上に、固体電解質層を形成する。ここで、固体電解質層としては、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ることができる。

（５）電極引出工程
陰極引出工程では、コンデンサ素子部弁金属多孔体４の上面に陰極引出部５を作成する。まず、図２（５）に示すように、コンデンサ素子部４の上に、グラファイト（Ｇｒ）層と銀ペースト層を積層することにより陰極引出部５を形成する。このグラファイト（Ｇｒ）層と銀ペースト層の形成手段は、固体電解コンデンサにおける公知技術と同様でよい。この陰極引出部５は、コンデンサ素子部４を流れる電流のバイパス電流経路となる。

（６）パッケージ工程
パッケージ工程では、図２（６）に示すように、陰極引出部５の上面と外周部、及び前記コンデンサ素子部４の外周部をモールド樹脂６により覆う。樹脂モールドとしては、エポキシ樹脂などの公知の樹脂を使用することができる。

［３．実施例１の作用効果］
以上のような工程を有する本実施例では、コンデンサ素子部弁金属多孔体４において、陽極電極２ａとコンデンサ素子部弁金属多孔体４を（蒸着法などによって）電気的に直接接続しているので、接続抵抗等の過渡応答性の悪化要因を排除することができる。一方、陰極側においても、陰極引出部５と陰極電極２ｂとを直接接続するので、導電性接着剤の介在による界面抵抗及びバルク抵抗からなる抵抗が増大する要因も排除することができる。

また、基板１上で、コンデンサ素子部弁金属多孔体４を形成することができる。コンデンサ素子部弁金属多孔体４と接触する絶縁被膜３の形成も、コンデンサ素子部弁金属多孔体４を形成する前に、予め行っておけば良く、コンデンサ素子部弁金属多孔体４への影響が無い。このように、コンデンサの要部であるコンデンサ素子部４に対し、煩雑な工程を行う必要が無いので、製造工程におけるストレス要因も無い。

さらに、コンデンサ素子部弁金属多孔体４に接続する陽極及び陰極電極２ａ，２ｂの数は、任意とすることができ、電流経路を自由に増やせる構造である。このため、電流経路をｎ個に分割することで、実質的に等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）を１／ｎとできる。さらに、陽極及び陰極電極２ａ，２ｂを交互配置することで、流れる電流により形成される磁場を互いに相殺する構造とすることができる。これらにより、等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）の低減を可能とする。

コンデンサ素子部弁金属多孔体４ａは、陽極電極２ａの真上に形成されているので、コンデンサ素子部弁金属多孔体の端子部２１までの電流経路（配線長）を短くすることができる。これにより、等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）を低減することができる。さらに、陽極及び陰極電極２ａ，２ｂの端子部２１を基板１の下面である実装面側に配設しているので、新たに接続バンプ等を形成する必要がない。そのうえ、陽極及び陰極電極２ａ，２ｂに金属材料を用いることが出来るので、接続界面抵抗及びバルク抵抗が排除され、過渡応答性が改善される。

［４．他の実施例］
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。

前記実施例１では、１つの固体電解コンデンサの製造方法について述べているが、ウェハなどで作成することにより、複数のコンデンサ素子を一度に作成することができる。ウェハで作成時には、パッケージ工程で基板１の上面部をパッケージした後に、個々のコンデンサに切断することにより、複数のコンデンサ素子を製造することができる。

また、図３，４に示すように電極引出部を用いずに、弁金属多孔体と陰極電極の端部を接続してもよい。これにより、電極引出部を用いた場合に比べて、界面抵抗を低減することができる。

１…基板
２ａ…陽極電極
２ｂ…陰極電極
２１…端子部
２２…軸部
３…絶縁被膜
４…弁金属多孔体
５…陰極引出部
６…モールド樹脂

Claims

絶縁基板と、この絶縁基板上に形成された弁金属多孔体と、この弁金属多孔体の上部に形成された陰極層とを備えた固体電解コンデンサにおいて、
前記絶縁基板に、陽極電極及び陰極電極を挿入するための複数の貫通孔を形成し、
前記陽極電極及び陰極電極の一端を、絶縁基板の下面に露出させることにより、接続端子部を形成し、
前記貫通孔に挿入した陽極電極の他端を、前記絶縁基板の上面に露出させ、
前記貫通孔に挿入した陰極電極の他端を、前記絶縁基板の上面に露出させるとともに該絶縁基板上面より突起させ、
この突起した陰極電極の他端の側面に絶縁被膜を形成し、
前記絶縁基板上面に露出した陽極電極の他端を、前記絶縁基板上面の弁金属多孔体に直接接続したことを特徴とする固体電解コンデンサ。
前記陰極電極の他端と陰極層とが、グラファイト層及び銀ペースト層からなる陰極引出部を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
前記陰極層が、弁金属多孔体に設けられた固体電解質層であって、
前記陰極電極の他端と陰極層とが、前記陰極電極の他端と、この固体電解質層が直接接続されていることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
前記陽極電極及び陰極電極がそれぞれ複数個設けられると共に、交互に配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。
絶縁基板に陽極電極及び陰極電極を挿入するための複数の貫通孔を開ける基板作成工程と、
前記貫通孔に前記陽極電極及び陰極電極の一端を埋め込んで、絶縁基板の下面に露出させる電極部作成工程と、
前記陰極電極の基板上面部に突起した部分に、絶縁被膜を形成する絶縁処理工程と、
前記基板の上面部に、弁金属多孔体を形成する素子部形成工程と、
前記弁金属多孔体の外周を絶縁樹脂によってモールドするパッケージ工程とを備えた固体コンデンサの製造方法。
素子部形成工程後に、
前記陰極電極の他端と前記弁金属多孔体内部に形成した陰極層とを、
グラファイト層及び銀ペースト層からなる陰極引出部で接続させる陰極引出工程とを備えることを特徴とする請求項５に記載の電解コンデンサの製造方法。
素子形成工程において成形される弁金属多孔体に設けられた固体電解層は、
前記陰極電極の他端と前記弁金属多孔体内部に形成した陰極層と、この固体電解質層が直接接続するように形成されることを特徴とする請求項５に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
前記陽極電極及び陰極電極がそれぞれ複数個設けられると共に、交互に配置されたことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサの製造方法。