JP5434364B2 - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、簡単な構造で、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が小さく、周波数特性に優れ、等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）が低い固体電解コンデンサの製造方法に関する。

現在では、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ている。その一例として、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。さらに、近年パーソナルコンピュータなどのデジタル機器の分野において、等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）が低い固体電解コンデンサが求められている。

このような固体電解コンデンサとしては、特許文献１及び特許文献２のようなものが知られている。特許文献１には、バンプ電極を有する固体電解コンデンサにおいて、陽極と陰極の電流の向きを逆向きにすることにより、インダクタンスを低減させる技術が開示されている。また、特許文献２には、搭載面側に補強用電極板を配置して、バンプ電極で接続する固体電解コンデンサが記載されている。

特開２００１−２９９１６２号公報 特開２００６−２３７５２０号公報

ところで、前述した等価直列抵抗（ＥＳＲ）が小さく、等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）も小さい固体電解コンデンサとして、出願人は先に特願２００８−２２０１２として、新規な構造の固体電解コンデンサを提案している。この特願２００８−２２０１２で提案した固体電解コンデンサは、図７に示すような構成をしている。このようなコンデンサは以下の工程で製造される。
（１）弁金属からなる基板１に凹部１ａを形成する工程
（２）凹部１ａの周囲の陽極端子形成箇所にレジスト層５を形成する工程
（３）凹部１ａの内面に固体電解質層３、陰極層４を順次形成する工程
（４）陽極端子形成部６のレジスト層５を剥離し、基板１を露出させる工程
（５）陽極端子形成部６に、陽極端子７を形成する工程

このような工程では、図８（ａ）に示すように、陽極レジスト樹脂を形成した後に、凹部１ａの内部を拡面処理（エッチング）し、その表面に誘電体酸化皮膜層を形成する。この拡面処理（エッチング）では、塩酸等のエッチング液に浸漬して電圧を印加することにより、エッチング層２を形成する。さらにこのエッチング層２の上に陽極酸化処理により誘電体酸化皮膜を形成している。レジスト層５は、このエッチング層２を形成する工程、誘電体酸化皮膜を形成する工程において、固体電解コンデンサの陽極端子の形成箇所を化学的に保護するために塗布している。

しかしながら、凹部１ａの側面はレジストによる保護がされていないため、エッチングあるいは誘電体酸化皮膜の形成工程でエッチング液、あるいは化成液に晒されることになる。すると、図８（ｂ）に示すように、凹部１ａの側面の陽極端子形成部からレジスト層が剥離して、レジスト層５と基板１の間に、レジスト層剥離部５ａが形成される場合がある。

そのため、その後の固体電解質を形成する工程で、図８（ｃ）に示すように、レジスト層剥離部５ａに固体電解質が侵入してしまう。陽極端子形成部６は、基板１表面を覆っていたレジスト層５を剥離して陽極端子７を形成するが、レジスト層５が剥離した部分に固体電解質層３が形成されていた場合には、陽極端子７と固体電解質層３がショートしてしまうという問題点がある。また、このような問題点は、基板１に凹部１ａを形成した場合に限らず、平板の陽極体にレジスト層を形成し、容量形成部をエッチングする場合にも同様の問題が発生する可能性がある。

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、基板とレジスト層を強固に密着させることにより、陽極端子形成部となる部分からレジスト層の剥離を防止することにより、固体電解質層と陽極端子のショートを確実に防止した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は、弁金属を用いた基板と、その基板を拡面処理することによりエッチングされたエッチング層と、エッチング層の表面に形成された誘電体酸化皮膜層と、固体電解コンデンサの陽極部と陰極部を分離するレジスト層と、誘電体酸化皮膜層の上に形成された固体電解質層とを備え、レジスト層が前記陽極部の一部を被覆すると共に、前記陽極部と隣接するエッチング層の一部にレジストが浸透して形成されていることを特徴とする。

また、前記レジストが、光硬化型のフォトレジストである第１のレジスト層と、液状の樹脂を固めた第２のレジスト層からなり、第１のレジスト層が第２のレジスト層に覆われている固体電解コンデンサも本発明の一態様である。

一方、本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、弁金属を用いた基板の陽極端子形成箇所に第１のレジスト樹脂層を形成する第１のレジスト層形成工程と、基板をエッチングで拡面処理してエッチング層を形成する工程と、エッチングした部分に誘電体酸化皮膜を形成する工程と、前記陽極端子形成箇所を被覆するとともに、その陽極端子形成箇所に隣接するエッチング層の一部に浸透するように第２のレジスト樹脂層を形成する第２のレジスト層形成工程と、前記エッチング層の上誘電体酸化皮膜を形成した部分のうち第２のレジスト層を形成しなかった部分以外に、固体電解質層、陰極層を順次形成する固体電解質層及び陰極層形成工程と、前記レジスト層の一部を剥離し、基板を露出させて陽極端子形成部を形成する工程と、陽極端子形成部に、陽極端子を形成する陽極端子形成工程とを備えていることを特徴とする。

また、前記第１のレジスト層は、前記エッチング及び酸化皮膜の形成工程の後に剥離する固体電解コンデンサ製造方法も本発明の一態様である。

以上のような本発明によれば、レジスト層が基板と強固に密着することができ、レジスト層の剥離を防止することができる。これにより、レジスト層が剥離した箇所に固体電解質が侵入し、その固体電解質が陽極体１や陽極端子とショートする可能性の無い信頼性に優れた固体電解コンデサを得ることができる。

また、レジスト層の強度が高いために、薄いレジスト層でも十分な絶縁性能を発揮することができるため、コンデンサの静電容量部である誘電体酸化皮膜と固体電解質層の界面の近傍に陽極端子を形成することができ、部品間の配線を大幅に短縮することが可能となる。これにより、等価直列抵抗（ＥＳＲ）や等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）を低減することができる。

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（ａ）〜（ｄ）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（ｅ）〜（ｈ）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（ａ）〜（ｈ）を示す図。 本発明の他の実施例における第１のレジスト層を剥離せず第２のレジスト層形成工程を示す図。 本発明の他の実施例における第１のレジスト層を剥離せず第２のレジスト層形成工程を行って作製した固体電解コンデンサの構成を示す図。 従来技術の固体電解コンデンサを示す図。 従来技術の固体電解コンデンサにおいてレジスト層が剥離した部分に固体電解質が侵入した場合を示す図。

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は、板状の弁金属すなわち弁作用がある金属である。金属は、厚さ２００〜８００μｍ程度のアルミニウムが望ましいが、金属の種類や厚さは適宜変更が可能である。例えば、アルミニウムの他にも、タンタル、ニオブ及びチタン等の弁作用がある金属を用いることができる。

基板１の少なくとも片面には、エッチング処理することにより、基板１が多孔質状になったエッチング層２を設ける。このエッチング層２の表面は、エッチング部分を陽極酸化することにより形成した誘電体酸化皮膜が設けられる。この誘電体酸化皮膜は、薄い膜なので図中では省略してある。このエッチング層２は、基板１を上方から見た場合、基板１の縁の部分と、内周部分に設けられる。エッチング層２は、ポリマーなどの固体電解質が浸透している層とレジスト樹脂が浸透している層とがある。この固体電解質が浸透しているエッチング層２の上部には、固体電解質層３が設けられている。

この固体電解質層３を覆うように、固体電解コンデンサの陰極層４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固体電解質層３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。さらに、必要に応じて、銀ペースト層の上に銅板等による陰極端子を形成しても良い。

一方、レジスト樹脂が浸透しているエッチング層２の上部には、第２のレジスト層５が設けられている。第２のレジスト層５としては、絶縁性があるエポキシ樹脂などを利用することができる。このエポキシ樹脂等が、エッチング層２の内部に浸透することにより、エッチング層２と第２のレジスト層５が強固に密着している。

この第２のレジスト層５には、基板１の地金が露出するようにレジスト層５を剥離し基板１の地金を露出させた露出部が設けられており、この剥離部が陽極端子７を配置するための陽極端子形成部６となる。この陽極端子形成部６の深さは、基板１の地金が露出するのであれば良く、第２のレジスト層５の表面から基板１の表面までの深さでも良いが、基板１の一部を削ってさらに深くしても良い。

この陽極端子形成部６には、陽極端子７が配置される。陽極端子７としては、いわゆるバンプ電極を用いることができ、金ワイヤを熱圧着のうえ切断した金バンプのほか、銅メッキの上に半田ボールを接着しボール形状端子を格子状に形成したボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）などを選択することができる。

［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）弁金属からなる陽極体に凹部を形成する基板作成工程。
（２）凹部の周囲の陽極端子形成箇所に第１のレジスト樹脂層を形成する第１のレジスト層形成工程。
（３）基板１をエッチングで拡面処理し、エッチングした部分に誘電体酸化皮膜を形成するエッチング及び誘電体酸化皮膜の形成工程。
（４）第１のレジストを剥離し、レジストで覆われていた基板１の表面を露出する第１のレジスト層剥離工程。
（５）凹部の周囲の陽極端子形成箇所に第２のレジスト樹脂層を形成する第２のレジスト層形成工程。
（６）凹部の内面に固体電解コンデンサ層、陰極層を順次形成する固体電解質層及び陰極層形成工程。
（７）陽極端子形成部のレジスト樹脂層を剥離し、陽極体を露出させる陽極端子形成部の形成工程。
（８）陽極端子形成部に、陽極端子を形成する陽極端子形成工程。
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、図２（ａ）及び図４（ａ）に示すように基板１に凹部１ａを形成する。凹部１ａの形成方法としては、基板１を切削することにより凹部１ａを形成する方法が好適であるが、その他の方法を用いてもよい。

（２）第１のレジスト層形成工程
第１のレジスト層形成工程では、図２（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように基板１の一部分に第１のレジスト層８を形成する。このレジスト層８は、基板１に凹部１ａを形成した後、この凹部１ａ内にエッチングによる拡面処理を施す際に、エッチング液による溶解を防止するために形成される。この第１のレジスト層８の形成箇所は、基板１の凹部１ａの周囲で、陽極端子形成部６を形成する箇所に形成する。このとき、凹部１ａの縁部までレジスト層８で被覆せず、凹部１ａの周囲は基板１の地金が露出するように第１のレジスト層８を形成する。この第１のレジスト層８としては、樹脂被覆層が好適であり、光硬化型の樹脂であるフォトレジストを利用することができる。

（３）エッチング及び誘電体酸化皮膜の形成工程
エッチング及び酸化皮膜の形成工程では、図２（ｃ）及び図４（ｃ）に示すように凹部１ａの内面に露出した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１ａの表面を陽極酸化することにより誘電体酸化皮膜を形成する。この凹部１ａのエッチングによって、凹部１ａの内面及び第１のレジスト層８で保護されていない基板１の表面が拡面処理され、多孔質層のエッチング層２となる。さらに、陽極酸化処理によって、エッチング層２の上に、誘電体酸化皮膜層を形成する。なお、エッチング及び陽極酸化については、公知の手段を用いることができる。

（４）第１のレジスト層剥離工程
第１のレジスト層剥離工程では、図２（ｄ）及び図４（ｄ）に示すように第１のレジスト層８を剥離する。このとき、第１のレジストとして利用したフォトレジストは、密着性が弱いので剥離を容易に行うことが可能である。

（５）第２のレジスト層形成工程
第２のレジスト層形成工程では、図３（ｅ）及び図４（ｅ）に示すように、凹部１ａの周囲の基板１の表面に第２のレジスト樹脂層を形成する。この工程では、基板１の表面をエポキシ等の液状の樹脂で覆うとともに、基板１表面部のエッチング層２にエポキシ等の樹脂を浸透させる。このエポキシ等の樹脂が硬化することにより、第２のレジスト層５となる。

（６）固体電解質層及び陰極層形成工程
固体電解質層及び陰極層形成工程では、図３（ｆ）及び図４（ｆ）に示すように、凹部１ａに固体電解質層、陰極層を順次形成する。この工程では、凹部１ａのエッチング層２及びその上部に固体電解質層３を形成する。ここで、固体電解質層３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。このようにして形成した固体電解質層３の上に、グラファイト（Ｇｒ）層と銀ペースト層からなる陰極層４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。

（７）陽極部形成工程
陽極部形成工程では、図３（ｇ）及び図４（ｇ）に示すように、陽極端子形成部６のレジスト樹脂層を剥離する。この工程では、陽極端子７を設けるために、凹部１ａの周囲の基板１上に形成されている第２のレジスト層５を部分的に除去する。このとき、第２のレジスト層５を除去するだけでも良いが、基板１まで切削しても良い。基板１まで切削することで、サイズが大きい陽極端子７も配置することができる。

（８）陽極端子形成工程
陽極端子形成工程では、図３（ｈ）及び図４（ｈ）に示すように、陽極端子形成部の形成工程で形成した陽極端子形成部６に陽極端子７を形成する。陽極端子７としては、外径１００μｍ以上５００μｍ以下の大きさであることが望ましい。外径が１００μｍ未満の陽極端子７は許容電流値が小さくなり、電流供給ができなくなる恐れがある。一方、外径が５００μｍを超えると、許容電流値は十分に確保することは可能であるが、固体電解コンデンサの基板上での陽極端子７の占める面積が大きくなり、固体電解コンデンサの小型化を阻害する要因となる。

［３．作用効果］
以上のような一連の工程を有する本実施例では、第２のレジスト層５がエッチング層２にまで浸透しているため、基板１と第２のレジスト層５とが強固に密着する。これにより、レジスト層５の剥離を防止することができ、レジスト層が剥離した箇所に固体電解質が侵入し、その固体電解質３が陽極体１や陽極端子７とショートすることを確実に防止することができる。また、基板１とレジスト層とが強固に密着しているため、薄いレジスト層でも十分な絶縁性能を発揮することができる。これにより、コンデンサの容量保持部である誘電体酸化皮膜と固体電解質層の界面の近傍に陰極端子を形成することもでき、部品間の配線を大幅に短縮することが可能となる。

また、陰極層４に陰極端子を設け、この陰極端子と陽極端子７とを同一面上に配置し、導出させた構成した場合には、固体電解コンデンサに直接半導体部品を接続することができる。これにより、部品間の配線を大幅に短縮することができ、等価直列抵抗（ＥＳＲ）や等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）の低減が可能になる。

さらに、陽極端子形成部６は、レジスト層を切削することにより形成するため、陽極端子７を形成する面は平坦部である。このため、陽極端子７として、バンプ電極を用いることができ、陽極の引き出し面積を小さいものとすることができるために、コンデンサの小型化が実現できる。

［４．他の実施例］
なお、本発明は、上記実施例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）コンデンサの製造工程を簡略化するために、図５に示すように、第１のレジスト層剥離工程にて、第１のレジスト層８を剥離せず、第１のレジスト層８の表面及び基板１表面部のエッチング層２をエポキシ樹脂等にて処理しても良い。図６は、第１のレジスト層８を剥離せずに作製したコンデンサである。

（ｂ）前記実施例で形成した固体電解コンデンサは、単体で使用して固体電解コンデンサとして機能させることができる。また、この固体電解コンデンサを基板に搭載して固体電解コンデンサとすることも可能である。

（ｃ）前記実施例では、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、基板１の上面部に陽極端子を形成した後に、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効率よく製造することができる。

１ …基板
１ａ…凹部
２ …エッチング層
３ …固体電解質層
４ …陰極層
５ …第２のレジスト層
６ …陽極端子形成部
７ …陽極端子
８ …第１のレジスト層

Claims (1)

1. 弁金属を用いた基板の陽極端子形成箇所に第１のレジスト樹脂層を形成する第１のレジスト層形成工程と、
   基板をエッチングで拡面処理してエッチング層を形成する工程と、
   エッチングした部分に誘電体酸化皮膜を形成する工程と、
   前記陽極端子形成箇所を被覆するとともに、その陽極端子形成箇所に隣接するエッチング層の一部に浸透するように第２のレジスト樹脂層を形成する第２のレジスト層形成工程と、
   前記エッチング層の誘電体酸化皮膜を形成した部分のうち第２のレジスト層を形成しなかった部分以外に、固体電解質層、陰極層を順次形成する固体電解質層及び陰極層形成工程と、
   前記レジスト層の一部を剥離し、基板を露出させて陽極端子形成部を形成する工程と、
   陽極端子形成部に、陽極端子を形成する陽極端子形成工程とを備えた固体電解コンデンサの製造方法。
   

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