JP5450001B2

JP5450001B2 - 電解コンデンサの製造方法

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Publication number: JP5450001B2
Application number: JP2009269856A
Authority: JP
Inventors: 貴行松本
Original assignee: Saga Sanyo Industry Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Saga Sanyo Industry Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: CN102097210A; US8252068B2; JP2011114201A; CN102097210B; US20110126389A1

Description

本発明は電解コンデンサの製造方法に関するものである。

特開２００８−１９２７１６号公報（特許文献１）によれば、互いに積層された複数のコンデンサ素子を有する積層型固体電解コンデンサが開示されている。コンデンサ素子は、弁作用を有する金属箔からなる陽極体と、誘電体層と、陰極体層とを有する。

特開２００８−１９２７１６号公報

コンデンサの製造効率を高めるためには、複数の陽極部の各々の上に一括して陰極部を形成すること、すなわち複数のコンデンサ素子を一括して形成することが望まれる。この目的を達成するために、たとえば、以下の方法が考えられる。

まず各々が余剰部分を有する複数の陽極部が準備される。各余剰部分が連結部によってつながれることで、複数の陽極部が一体化される。一体化された複数の陽極部の各々に陰極部が一括して形成される。各余剰部分が切り離されることで、各余剰部分および連結部が除去される。これにより複数のコンデンサ素子が得られる。

この方法においては、余剰部分の切り離し、すなわち陽極部に対する切断が行われる際に、陽極部および陰極部の間の界面にストレスがかかりやすい。その結果この界面にダメージが生じることで、電解コンデンサの漏れ電流が大きくなってしまうことがある。すなわち電解コンデンサの信頼性が低下してしまうことがある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、高い信頼性を有する電解コンデンサを製造することができる電解コンデンサの製造方法を提供することである。

本発明の電解コンデンサの製造方法は、陽極部と、陽極部の一部を覆う誘電体被膜と、誘電体被膜上にある陰極部とを各々が有する少なくとも１つのコンデンサ素子と、陽極部の各々に取り付けられた個片部とを含む電解コンデンサの製造方法であって、以下の工程を有する。

上記陽極部を含む複数の陽極部の各々の上に誘電体被膜が形成される。複数の陽極部を互いにつなぐ連結部が設けられる。連結部を設ける工程の後に、少なくとも１つのコンデンサ素子を含む複数のコンデンサ素子を形成するために誘電体被膜上に陰極部が形成される。陰極部を形成する工程の後に、複数のコンデンサ素子を互いに分離するために連結部から個片部が切り出される。

本発明の電解コンデンサの製造方法によれば、複数のコンデンサ素子を互いに分離するための切断が、陽極部に対してではなく、連結部に対して行われる。よって陽極部および陰極部の間の界面にストレスを加えることなく複数のコンデンサ素子を互いに分離することができるので、上記界面へのダメージを抑制することができる。これにより、高い信頼性を有する電解コンデンサを製造することができる。

上記の電解コンデンサの製造方法において好ましくは、少なくとも１つのコンデンサ素子は第１および第２のコンデンサ素子を含み、第１および第２のコンデンサ素子は個片部を介して互いに接続される。これにより、第１および第２のコンデンサ素子が互いに接続される際に、陽極部のうち陰極部に覆われている部分と覆われていない部分との境界部に加わるストレスが、上記個片部がスペーサとして機能することで軽減される。つまりスペーサを設ける工程を別途設けることなく境界部へのダメージを防止することができるので、より高い信頼性を有する電解コンデンサを、工程を複雑化することなく、製造することができる。

上記の電解コンデンサの製造方法において好ましくは、個片部の厚さは、誘電体被膜の厚さと、陰極部の厚さとの和の略２倍である。これにより、境界部へのダメージをより確実に防止することができる。

上記の電解コンデンサの製造方法において好ましくは、電解コンデンサは第３のコンデンサ素子を含み、少なくとも１つのコンデンサ素子の１つと、第３のコンデンサ素子とが接続される。

以上説明したように、本発明によれば、高い信頼性を有する電解コンデンサを製造することができる。

本発明の実施の形態１における固体電解コンデンサの構成を概略的に示す断面図である。本発明の実施の形態１における固体電解コンデンサが有する、スペーサが設けられたコンデンサ素子の構成を概略的に示す正面図である。本発明の実施の形態１における固体電解コンデンサが有する、スペーサが設けられたコンデンサ素子の構成を概略的に示す断面図である。本発明の実施の形態１における固体電解コンデンサの製造方法を概略的に示すフロー図である。本発明の実施の形態１における固体電解コンデンサの製造方法の一工程を概略的に示す平面図である。第１の比較例の固体電解コンデンサの製造方法の一工程を概略的に示す平面図である。第１の比較例の固体電解コンデンサの製造方法の一部を概略的に示すフロー図である。第２の比較例の固体電解コンデンサの製造方法の一工程を概略的に示す断面図である。本発明の実施の形態２における固体電解コンデンサの構成を概略的に示す断面図である。本発明の実施の形態３における固体電解コンデンサの構成を概略的に示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１を参照して、本実施の形態の固体電解コンデンサ１０１は、複数のコンデンサ素子ＥＣと、複数のスペーサ１１Ｓ（個片部）と、陽極端子９と、陰極端子８と、外装樹脂７と、導電性接着剤６とを有する。コンデンサ素子ＥＣの各々は、陽極露出部ＸＡと、陰極露出部ＸＣとを有する。陽極露出部ＸＡの厚さ（図中、縦方向の寸法）は、陰極露出部ＸＣの厚さに比して薄い。

各コンデンサ素子ＥＣにはスペーサ１１Ｓが取り付けられている。スペーサ１１Ｓは導体から形成され、好ましくは銅または銅系の材料から形成されている。またスペーサ１１Ｓは、好ましくは、０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の厚さと、１ｍｍ以上２ｍｍ以下の長さ（図中、横方向の寸法）と、陽極露出部ＸＡの幅と同じ幅とを有する。またスペーサ１１Ｓの長さは、陽極露出部ＸＡの長さよりも短くされており、陰極露出部ＸＣに接触しないように配置されている。

複数のコンデンサ素子ＥＣは厚さ方向（図中、縦方向）に積層されている。より詳しくは、複数の陽極露出部ＸＡがスペーサ１１Ｓを介して溶接されることで積層され、複数の陰極露出部ＸＣが導電性接着剤６を介して接着されることで積層されている。なおスペーサ１１Ｓの厚さは、導電性接着剤６の厚さに比して、十分に大きい。

図２および図３を参照して、各コンデンサ素子ＥＣは、金属箔１０（陽極部）と、酸化被膜２０（誘電体被膜）と、陰極部３０とを有する。

金属箔１０の表面には、表面積を大きくするためのエッチングが施されている。また金属箔１０は、弁金属から形成されており、本実施の形態においてはアルミニウムから形成されている。なおアルミニウム以外に、たとえばタンタルまたはニオブが用いられてもよい。

酸化被膜２０は、金属箔１０のうち陰極露出部ＸＣに含まれる部分を覆うように、金属箔１０が酸化されることで形成されている。

陰極部３０は酸化被膜２０上に形成されている。より詳しくは、金属箔１０上に、酸化被膜２０を介して、固体電解質層３１、カーボン層３２、および銀ペイント層３３が順に形成されている。固体電解質層３１は、たとえば、ポリチオフェン系、ポリピロール系、またはポリアニリン系の導電性高分子から形成されている。

なお陰極露出部ＸＣは、図３に示すように、陰極部３０と、金属箔１０のうち陰極部３０によって覆われた部分と、両者を絶縁する酸化被膜２０とから構成されている。また陽極露出部ＸＡは、金属箔１０のうち陰極部３０から露出されている部分から構成されている。よって陰極露出部ＸＣは、陽極露出部ＸＡに比して、陰極部３０の厚さと酸化被膜２０の厚さとの和の２倍分だけ厚くなっている。

次に固体電解コンデンサ１０１の製造方法について説明する。
図３を参照して、ステップＳ１１（図４）にて、各々に酸化被膜２０が設けられた複数の金属箔１０が形成される。酸化被膜２０は、たとえば、金属箔１０が所定濃度のリン酸などの水溶液中において所定電圧で化成処理されることで形成される。

さらに図５を参照して、ステップＳ１２（図４）にて、まず金属バー１１Ｂ（連結部）が準備される。金属バー１１Ｂは、スペーサ１１Ｓと同じ材料から形成されており、またスペーサ１１Ｓの長さに対応する幅（図５における縦方向の寸法）と、スペーサ１１Ｓの厚さに対応する厚さとを有する。次に複数の金属箔１０の各々の一方端部（図５における上端部）に金属バー１１Ｂが抵抗溶接される。これにより複数の金属箔１０が互いにつなげられるので、複数の金属箔１０を一括して容易に取り扱うことができるようになる。

なお金属箔１０上の酸化被膜２０の一部は、上記の溶接にともなって除去される。よって金属箔１０と金属バー１１Ｂとは、酸化被膜２０によって電気的に絶縁されることなく接続される。

ステップＳ１３（図４）にて、複数の金属箔１０の各々の他方端部（図５における下端部）上の酸化被膜２０上に、陰極部３０が形成される。具体的には、以下の工程が行われる。

まず上記他方端部が、３，４−エチレンジオキシチオフェンと、Ｐ−トルエンスルホン酸鉄（ＩＩＩ）と、Ｉ−ブタノールとを含む混合液に浸漬される。これにより酸化被膜２０上に、固体電解質層３１として、導電性高分子ポリ３，４−エチレンジオキシチオフェンから形成された導電性ポリマー層が化学酸化重合にて形成される。

上記のように固体電解質層３１が形成された部分の上に、カーボン層３２が形成される。具体的には、水または有機溶媒にカーボン粉末が拡散された液体中への浸漬と、乾燥とが繰り返し行われる。

上記のようにカーボン層３２が形成された部分の上に、銀ペイント層３３が形成される。以上により、図５に示す構成、すなわち、陰極露出部ＸＣおよび陽極露出部ＸＡを各々が有する複数のコンデンサ素子ＥＣと、陽極露出部ＸＡの各々に溶接された金属バー１１Ｂとからなる構成が得られる。

ステップＳ１４（図４）にて、コンデンサ素子ＥＣになるべくストレスを加えないようにしつつ、切断線ＣＢ（図５）に沿って金属バー１１Ｂが切断される。これにより複数のコンデンサ素子ＥＣが互いに分離され、かつ各コンデンサ素子ＥＣに溶接されたスペーサ１１Ｓ（図２）が金属バー１１Ｂから切り出される。

図１を参照して、ステップＳ１５（図４）にて、陰極端子８および陽極端子９の上に、複数のコンデンサ素子ＥＣが積層される。具体的には、陰極露出部ＸＣの各々が導電性接着剤６によって接着されることで積層され、陽極露出部ＸＡの各々がスペーサ１１Ｓを介して抵抗溶接されることで積層される。

ステップＳ１６（図４）にて、外装樹脂７が形成される。以上により、固体電解コンデンサ１０１が得られる。

主に図６を参照して、本実施の形態に対する第１の比較例の製造方法について、以下に説明する。

まず複数の金属箔が準備される。各金属箔は、本実施の形態の金属箔１０に比して、余剰部分ＸＭの分だけ大きくされている。また各金属箔上には酸化被膜２０が形成されている。

次に各余剰部分ＸＭが、たとえばステンレス、アルミニウム、鉄、またはそれらの系の材料から形成された搬送バー１２へ溶接される。これにより搬送バー１２によって複数の金属箔が一体化される。一体化された複数の金属箔の各々に、陰極部３０が一括して形成される。これにより、図６に示す構成、すなわち、複数の金属箔の各々を用いて形成された、陰極露出部ＸＣと、陽極露出部ＸＡと、余剰部分ＸＭとを有する素子ＥＴが形成される。次に素子ＥＴのうち余剰部分ＸＭが切断線ＣＥに沿って切り離されることで、余剰部分ＸＭおよび搬送バー１２が除去される（図７：ステップＳ２１）。これにより複数のコンデンサ素子ＥＣ（図２）が得られる。次にコンデンサ素子ＥＣの各々に、スペーサ１１Ｓ（図２）が溶接される（図７：ステップＳ２２）。以降、本実施の形態と同様の工程が行われることで、固体電解コンデンサ１０１（図１）が得られる。

本比較例によると、素子ＥＴ（図６）が切断される際に、金属箔および陰極部３０の間の界面にストレスがかかりやすく、その結果この界面にダメージが生じやすい。このダメージは電解コンデンサの漏れ電流の増加を引き起こし、電解コンデンサの信頼性を低下させることがある。なお金属箔の表面には表面積を大きくするための微細な構造が形成されており、この構造がより微細であるほど、コンデンサの静電容量を高めることができるものの、上記のダメージは生じやすくなる。

これに対して本実施の形態によれば、複数のコンデンサ素子ＥＣを互いに分離するための切断が、切断線ＣＢ（図５）に示すように、金属箔１０に対してではなく金属バー１１Ｂに対して行われる。よって金属箔１０および陰極部３０（図３）の間の界面にストレスを加えることなく、複数のコンデンサ素子ＥＣを互いに分離することができる。よって上記界面へのダメージを抑制することができるので、固体電解コンデンサ１０１（図１）の信頼性を高めることができる。

また本比較例によると、搬送バー１２を設ける工程が必要となる。これに対して本実施の形態によれば、金属バー１１Ｂが、スペーサ１１Ｓを形成するための材料としての機能だけでなく、陰極部３０の形成時における搬送バー１２と同様の機能をも果たすことから、搬送バー１２を設ける工程が不要である。よって製造工程がより簡略化される。

また本比較例によると、互いに分離された複数のスペーサ１１Ｓの各々をコンデンサ素子ＥＣに溶接する必要がある。これに対して本実施の形態によれば、複数のスペーサ１１Ｓとなる１つの金属バー１１Ｂを溶接すればよいので、溶接の作業性が向上する。

また本比較例によると、図６における切断線ＣＥよりも上の部分が廃棄されることになる。すなわち、搬送バー１２と、素子ＥＴの余剰部分ＸＭとが廃棄されることになる。これに対して本実施の形態によれば、廃棄される部分が金属バー１１Ｂ（図５）の一部のみであるので、材料コストおよび廃棄物量を低減することができる。

主に図８を参照して、本実施の形態に対する第２の比較例の製造方法について説明する。本比較例においては、複数のコンデンサ素子ＥＣが、スペーサ１１Ｓなしに積層される。この積層は、たとえば、ステンレス板４１上に設けられたシリコンゴム４２を押さえ力４３でコンデンサ素子ＥＣに押し付けながら行われる。この際、陰極露出部ＸＣおよび陽極露出部ＸＡの境界部に位置する陰極露出部ＸＣの端部（図８の破線部ＢＤ）にストレスが集中し、この結果コンデンサ素子ＥＣにダメージが生じることがある。このダメージはコンデンサ素子ＥＣの漏れ電流の増大の原因となり得るものであるため、固体電解コンデンサ１０１の信頼性が低下してしまう。

これに対して本実施の形態によれば、コンデンサ素子ＥＣが積層されて接続される際に、上記ストレスがスペーサ１１Ｓによって軽減される。よって固体電解コンデンサ１０１の信頼性を高めることができる。

好ましくは、スペーサ１１Ｓ（図３）の厚さ、すなわち金属バー１１Ｂ（図５）の厚さは、酸化被膜２０（図３）の厚さと、陰極部３０（図３）の厚さとの和の略２倍とされる。これにより、陰極露出部ＸＣおよび陽極露出部ＸＡの間での厚さの差異をスペーサ１１Ｓによって、より精度よく打ち消すことができる。これにより、上記ストレスを軽減する効果が高められる。

（実施の形態２）
主に図９を参照して、本実施の形態における固体電解コンデンサ１０２は、上述したコンデンサ素子ＥＣに加えて、コンデンサ素子ＥＣａ（第３のコンデンサ素子）を有する。コンデンサ素子ＥＣａは、コンデンサ素子ＥＣの陰極露出部ＸＣおよび陽極露出部ＸＡのそれぞれと同様の構成の、陰極露出部ＸＣａおよび陽極露出部ＸＡａを有する。また固体電解コンデンサ１０２の部品としてのコンデンサ素子ＥＣａは、コンデンサ素子ＥＣとは異なる工程によって形成されたものであり、スペーサ１１Ｓが取り付けられていないものとして形成される。このようにして得られたコンデンサ素子ＥＣａは、コンデンサ素子ＥＣに取り付けられたスペーサ１１Ｓに取り付けられることで、コンデンサ素子ＥＣと接続される。

上述したように部品としてのコンデンサ素子ＥＣａがスペーサ１１Ｓが取り付けられていないものとして形成されることで、固体電解コンデンサ１０２は、陽極露出部ＸＡａおよび陽極端子９の間にスペーサ１１Ｓを有しない。

なおこれ以外の構成については実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

本実施の形態によれば、実施の形態１の寸法Ｄ１（図１）を、より小さい寸法Ｄ２へと低減することができる。すなわち固体電解コンデンサの厚さをより小さくすることができる。

（実施の形態３）
図１０を参照して、本実施の形態における固体電解コンデンサ１０３は、複数のコンデンサ素子ＥＣではなく、１つのコンデンサ素子ＥＣを有する。これ以外の構成については実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

本実施の形態によれば、複数の固体電解コンデンサ１０３を製造するために複数のコンデンサ素子ＥＣを形成する工程において、図５に示すように複数のコンデンサ素子ＥＣが互いに分離されることで、実施の形態１と同様にコンデンサ素子ＥＣへのダメージを軽減することができる。これにより固体電解コンデンサ１０３の信頼性を高めることができる。

なお上記の各実施の形態においては酸化被膜２０は金属バー１１Ｂが溶接される前に形成されるが、酸化被膜２０は金属バー１１Ｂが溶接された後に形成されてもよい。この場合、酸化被膜２０が、複数の金属箔１０のうち陰極露出部ＸＣに含まれることになる部分の各々の上にのみ選択的に形成されてもよく、そのような工程は、金属バー１１Ｂ（図５）の存在によって、複数の金属箔１０に対して一括して行うことができる。

今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。

６導電性接着剤、７外装樹脂、８陰極端子、９陽極端子、１０金属箔、１１Ｓスペーサ、１１Ｂ金属バー、１２搬送バー、２０酸化被膜、３０陰極部、３１固体電解質層、３２カーボン層、３３銀ペイント層、１０１〜１０３固体電解コンデンサ、ＥＣコンデンサ素子、ＥＣａコンデンサ素子（第３のコンデンサ素子）、ＸＡ陽極露出部、ＸＣ陰極露出部。

Claims

陽極部と、前記陽極部の一部を覆う誘電体被膜と、前記誘電体被膜上にある陰極部とを各々が有する少なくとも１つのコンデンサ素子と、前記陽極部の各々に取り付けられた個片部とを含む電解コンデンサの製造方法であって、
複数の陽極部の各々の上に誘電体被膜を形成する工程と、
前記複数の陽極部を互いにつなぐ連結部を設ける工程と、
前記連結部を設ける工程の後に、前記少なくとも１つのコンデンサ素子を含む複数のコンデンサ素子を形成するために前記誘電体被膜上に陰極部を形成する工程と、
前記陰極部を形成する工程の後に、前記複数のコンデンサ素子を互いに分離するために、前記陽極部を切断することなく前記連結部から前記個片部を切り出す工程とを備え、
前記少なくとも１つのコンデンサ素子は第１および第２のコンデンサ素子を含み、
前記第１および第２のコンデンサ素子を前記個片部を介して互いに接続する工程をさらに備えた、電解コンデンサの製造方法。
前記個片部の厚さは前記誘電体被膜の厚さと前記陰極部の厚さとの和の略２倍である、請求項１に記載の電解コンデンサの製造方法。
前記電解コンデンサは第３のコンデンサ素子を含み、
前記少なくとも１つのコンデンサ素子の１つと、前記第３のコンデンサ素子とを接続する工程をさらに備えた、請求項１又は２のいずれかに記載の電解コンデンサの製造方法。