JP5428472B2 - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

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が良好で、かつ、大容量の固体電解コンデンサ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開発されている。

しかしながら、集積回路等を高周波で動作させた場合には、瞬時に電圧が低下することが知られており、コンデンサ等から電力が供給されると、動作電圧まで電圧が上昇するが、その後集積回路で消費される電力があり、電力は常に供給されないと動作電圧が低下してしまう。従って、集積回路を高周波で安定して動作させるには、過渡時に速やかに電力を供給するコンデンサと、消費される電力を供給するために、長時間にわたり安定した電力を供給することのできるコンデンサとが必要となる。

このようなコンデンサとしては、２または３個のコンデンサ素子を備え、この内の１又は２個のコンデンサ素子の一方の電極を、スルーホール電極を通してそれぞれ下面接続し、各コンデンサ素子の他方または両方の電極を接続端子で接続しているコンデンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２９９１６２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、複数のコンデンサ素子を並列に接続して大容量化するとともに、それぞれの素子の一方の電極を下面配置して電流経路の複数化および短縮でＥＳＬ低減を図っているが、少なくとも他方の電極は、１つの接続端子を引き出し電極としており、過渡応答特性は十分ではないという問題点があった。

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、電子回路の更なる大電流化かつ低電圧化に対応するために、過渡応答機能部と電力供給機能部を有する固体電解コンデンサにおいて、過渡応答機能部による、集積回路を高周波で動作させた場合の瞬時の電圧低下に対応するだけでなく、電力供給機能部においても電力供給が素早く行われ、集積回路の消費電力を遅滞無く供給できる固体電解コンデンサ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の製造方法は、絶縁基板を貫通する貫通孔をあける基板作成工程と、前記基板にあけた孔に、陽極及び陰極用の外部電極を作成する電極部作成工程と、前記陰極電極の基板上面部に突出した部分に、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、第１のコンデンサ素子部を形成する第１素子形成工程と、前記陽極電極の上面に第２のコンデンサ素子部を形成する第２素子形成工程と、前記第１のコンデンサ素子部及び陰極電極の軸部の先端と第２のコンデンサ素子部とを陰極引出部を介して接続するコンデンサ接続工程と、前記第１及び第２のコンデンサ素子を絶縁樹脂で被覆するパッケージ工程を備えたことを特徴とする。

以上のような本発明によれば、２つのコンデンサ素子を並列接続して大容量化するとともに、第１のコンデンサ素子部では、陽極電極及び陰極電極ともに、基板の下面に端子（他の電子部品との接続部）を設けることができる。これにより、各電極の経路を短くすることができるので、過渡応答特性を高めることができる。また、第２のコンデンサ素子の陰極電極部は第１のコンデンサ素子と共通である。これにより、第１のコンデンサ素子において容量無効部と成る電極部を増加させること無く、電力供給が素早く行われ、集積回路の消費電力を遅滞無く供給できる。さらに、陽極及び陰極電極を複数備える構成であるので、第１及び第２のコンデンサ素子ともに複数電極引き出し構成とすることができる。これにより、電流経路を分割することで大容量で過渡応答性の良好な固体電解コンデンサを得ることができる。

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（１）〜（４）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（５）〜（７）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に積層された第１のコンデンサ素子部４ａ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第１のコンデンサ素子部４ａの下面に接触する。本実施例において、この第１のコンデンサ素子部４ａは、弁作用を有する金属の多孔質体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したものを使用する。従って、前記陽極電極２ａの軸部２２の先端の露出部分は、第１のコンデンサ素子部４ａの下面に存在する弁金属と電気的に導通する。なお、第１のコンデンサ素子部４ａを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の表面から第１のコンデンサ素子部４ａ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第１のコンデンサ素子部４ａ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と第１のコンデンサ素子部４ａとは、絶縁されている。

第１のコンデンサ素子部４ａの表面と、第１のコンデンサ素子部４ａ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第１のコンデンサ素子部４ａの上に形成する構成は、公知の固体電解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、第１のコンデンサ素子部４ａの表面に露出している陰極電極２ｂの軸部２２の先端と、第１のコンデンサ素子部４ａ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の上部に、コンデンサ素子部４ｂが設けられている。コンデンサ素子部４ｂは、第１のコンデンサ素子部４ａと同様に、弁作用を有する金属の多孔質体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したものを使用する。このコンデンサ素子部４ｂの陰極部分は、陰極引出部５と電気的に接続されている。

第２のコンデンサ素子部４ｂの上部には、陽極電極２ｃが設けられている。陽極電極２ｃの形状及び数は、任意である。本実施例において、この陽極電極２ｃは、前記第１のコンデンサ素子部４ａを外側から覆うような略コ字形状をした金属フレームによって形成される。この陽極電極２ｃを構成する金属フレームとしては、例えば、銅などが使用される。略コ字形をした陽極電極２ｃの左右の脚部は、基板１、第１のコンデンサ素子部４ａ、陰極引出部５及び第１のコンデンサ素子部４ａとを合わせた厚さの分の寸法を有し、その先端部が実装基板への接続部２３，２３になっている。略コ字形をした陽極電極２ｃの中央の水平部分は、第１及び第２のコンデンサ素子部４ａ，４ｂ及び陰極引出部５の上面よりも広くなっており、この部分が第２のコンデンサ素子４ｂへの接続部２４になっている。

この陽極電極２ｃの内側と外側、第２のコンデンサ素子４ｂの外周、陰極引出部５の外周部、及び第１のコンデンサ素子部４ａ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，の端子部２１と、第２のコンデンサ素子の陽極部２ｃに設けられた基板接続部２４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を空ける基板作成工程。
（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第１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の上面に第１のコンデンサ素子部４ａを形成する第１素子形成工程。
（５）陽極電極２ｃの上面にコンデンサ素子部４ｂを形成する第２素子形成工程
（６）第１のコンデンサ素子部４ａ及び陰極電極２ｂの軸部２２の先端とコンデンサ素子部４ｂとを陰極引出部５を介して接続するコンデンサ接続工程
（７）陽極電極２ｃの内側と外側、第２のコンデンサ素子４ｂの外周、陰極引出部５の外周部、及び第１のコンデンサ素子部４ａ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）第１素子形成工程
第１素子形成工程では、基板１の上面部に第１のコンデンサ素子部４ａ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、多孔質体層を形成することができる。

次に、多孔質体層を陽極酸化させる。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）第２素子形成工程
第２素子形成工程では、略コ字型をした陽極電極２ｃの接続部２４の内面に第２のコンデンサ素子部４ｂを形成する。まず、図３（５）に示すように、陽極電極２ｃの接続部２４に弁作用をもつ金属を、所定の厚さの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、第１素子形成工程と同様に、弁金属を蒸着させる代わりに、弁金属板をエッチングをすることで、多孔質体層を形成することができる。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。

（６）コンデンサ接続工程
コンデンサ接続工程では、第１のコンデンサ素子部４ａ及び陰極電極２ｂの軸部２２の先端と第２のコンデンサ素子部４ｂとを、陰極引出部５を介して接続する。すなわち、先ず、図３（６）に示すように、第１のコンデンサ素子部４ａと陰極電極２ｂの軸部２２の先端に、陰極引出部５を設ける。この陰極引出部５は、一例として、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。その後、この陰極引出部５の上面に第２のコンデンサ素子部４ｂを積層し固定する。このとき、コンデンサ素子部４ｂには、陽極電極２ｃが形成されている。よって、コンデンサ素子４ｂと陰極引出部５を接続することにより、陽極電極２ｃの左右の脚部の先端に設けられた素子接続部２４が、基板１の下面よりも突出する。素子接続部２４の位置は、陽極及び陰極２ａ，２ｂの端子部２１と同一の位置となる。

この陰極引出部５は、第１及び第２のコンデンサ素子部４ａ，４ｂを流れる電流のバイパス電流経路となる。

（７）パッケージ工程
パッケージ工程では、図３（７）に示すように、陽極電極２ｃの内側と外側、第２のコンデンサ素子４ｂの外周、陰極引出部５の外周部、及び第１のコンデンサ素子部４ａ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、第１及び第２のコンデンサ素子部４ａ，４ｂにおいて、陽極電極２ａ，２ｃと第１及び第２のコンデンサ素子部４ａ，４ｂの多孔質層とを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または陽極電極２ｃ上で、第１及び第２のコンデンサ素子部４ａ，４ｂ形成することができる。第１のコンデンサ素子部４ａと接触する絶縁被膜３の形成も、第１のコンデンサ素子部４ａを形成する前に、予め行っておけば良く、第１のコンデンサ素子部４ａ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、第１及び第２のコンデンサ素子部４ａ，４ｂ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。

第１のコンデンサ素子部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。そのために、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。

コンデンサ素子部４ｂを設けることにより、大容量化することができる。またコンデンサ素子部４ｂの陰極電極は、第１のコンデンサ素子部４ａと共通であり、コンデンサ素子４ａにおいて容量無効部と成る陰極を増加させること無く、電力供給を遅滞無く行える。また、第２のコンデンサ素子４ｂの陽極電極も、複数とすることができる。これにより、大容量で過渡応答性の良好な固体電解コンデンサが得られる。

［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。

（ａ）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。

（ｂ）前記実施例１では、陰極電極２ｂが基板１及び第１のコンデンサ素子部４ａを貫通すると共に、陽極電極２ａが基板１を貫通する構成となっているが、陽極及び陰極電極２ａ，２ｂが基板１及びコンデンサ素子４ａを貫通する必要はない。陽極及び陰極電極２ａ，２ｂが基板１及びコンデンサ素子４ａを貫通する以外の方法で、基板との接続面設けられた陽極電極及び陰極電極の端子部（他の電子部品との接続部）と、コンデンサ素子の陽極及び陰極側と接続することもできる。

（ｃ）前記実施例１では、固体電解コンデンサは第１及び第２のコンデンサ素子部４ａ，４ｂの２つの素子部を有していたが、素子の数は２つでなくてもよい。固体電解コンデンサで必要な、容量を得るために、コンデンサ素子部を増やすことも可能である。

１…基板
２ａ…陽極電極
２ｂ…陰極電極
２ｃ…陽極電極
２１…端子部
２２…軸部
２３…基板接続部
２４…素子接続部
３…絶縁被膜
４…コンデンサ素子部
５…陰極引出部
６…モールド樹脂

Claims (4)

1. 絶縁基板を貫通する貫通孔をあける基板作成工程と、
   前記基板にあけた孔に、陽極及び陰極用の外部電極を作成する電極部作成工程と、
   前記陰極電極の基板上面部に突出した部分に、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、第１のコンデンサ素子部を形成する第１素子形成工程と、
   前記陽極電極の上面に第２のコンデンサ素子部を形成する第２素子形成工程と、
   前記第１のコンデンサ素子部及び陰極電極の軸部の先端と第２のコンデンサ素子部とを陰極引出部を介して接続するコンデンサ接続工程と、
   前記第１及び第２のコンデンサ素子を絶縁樹脂で被覆するパッケージ工程を備えたことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
2. 前記陰極電極が基板及びコンデンサ素子部を貫通すると共に、前記陽極電極が基板を貫通す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の製造方法。
3. 前記コンデンサ素子部が、多孔質の弁金属の表面に陽極酸化被膜層を形成し、その上に導電性高分子層を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
4. 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の製造方法。

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