JP6435499B2 - 電子部品およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は電気機器・電子機器の電子回路などに使用される固体電解コンデンサに関するものである。

近年、高周波を用いた電子機器の発展に伴い、高周波領域において内部インピーダンスの低い高周波特性に優れた小型且つ大容量のコンデンサが必要とされている。特に、コンデンサの内部インピーダンスのうち、ＥＳＲ（等価直列抵抗）を低減する要求が大きくなってきている。

従来の技術としては、アルミニウムなどの弁金属箔の表面をエッチングして弁金属多孔質箔とし、この弁金属多孔質箔の表面に誘電体被膜を形成し、この誘電体被膜の表面に固体電解質層、さらに集電体層を形成してコンデンサ素子とし、このコンデンサ素子を任意の数だけ層間に銀ペーストを介在させて積層し、集電体層に銀ペーストによって陰極外部接続端子を接着し、弁金属多孔質箔の電極引出部に溶接等によって陽極外部接続端子を取り付け、全体を外装樹脂材でモールドした構造の電解コンデンサが提案されている（例えば、特許文献１に記載）。

また、タンタルやニオブなどの弁金属リード線の一端が埋没した弁金属多孔質体の表面に誘電体被膜を形成し、この誘電体被膜上に導電性高分子層を形成して固体電解質層とし、この固体電解質層上にカーボン層と銀層とからなる集電体層を形成し、この銀層側に陰極外部接続端子を接着し、弁金属リード線に溶接等によって陽極外部接続端子を取り付け、次に全体を外装樹脂材でモールドした構造の固体電解コンデンサが提案されている（ 例えば、特許文献２に記載） 。

しかしながら、アルミニウムを陽極体に用いた従来の固体電解コンデンサでは、ＥＳＲはタンタルに比べ低いものの、容量の点で大容量化が困難である。また、タンタルを陽極体に用いた従来の固体電解コンデンサでは、容量の点で優れているものの、ＥＳＲが比較的高い。このように、小型で大容量且つ低ＥＳＲという容量とＥＳＲのバランスのとれた固体電解コンデンサがないのが現実の姿である。

上記課題を解決するために特許第３８５７８５７号や特開２００４−８８０７３号公報では、タンタルやニオブなどの弁金属多孔質体からなる弁金属リード線が埋没した直方体のコンデンサ素子又はタンタルやニオブなどの弁金属箔を用いたシート状のコンデンサ素子とアルミニウムなどの弁金属多孔質箔からなるコンデンサ素子を複数積層した、小型で大容量且つ低ＥＳＲの固体電解コンデンサが開示されている。

特開２０００−０６８１５８号公報 特開平１０−０６０２３４号公報 特許第３８５７８５７号 特開２００４−８８０７３号公報

小型で大容量且つ低ＥＳＲの固体電解コンデンサを実現するために、タンタルを陽極体に用いたコンデンサとアルミニウムを陽極体に用いた端子形状の異なるコンデンサを複数並列接続するに当たり、製造工程が非常に煩雑になる課題があった。
特許第３８５７８５７号では、アルミ固体電解コンデンサのリードワイヤーとタンタル固体電解コンデンサの陽極リード線とを、陽極リードフレームに溶接にて接続することが記載されているが、積層素子数が増加するに連れて製造工程が煩雑になるという課題がある。また、各素子をリードワイヤーで接続するため、ＥＳＲが十分に低減しないという課題もある。

また特開２００４−８８０７３号公報では、タンタル固体電解コンデンサの弁金属ワイヤーをタンタル又はニオブの弁金属箔に代えることで、低抵抗化を実現している。しかしながら、レアメタルである弁金属の使用量が増加することで大幅なコストアップになる課題がある。

本発明は上記課題を解決するもので、製造工程が簡便で低ＥＳＲ且低コストの大容の電解コンデンサを提供するものである。

上記課題を解決するため本発明の電子部品は、陽極と陰極とを備えた形状の異なる基本素子を夫々１個以上積み重ね、基本素子間は、陽極と陽極との電気的接続、または陰極と陰極との電気的接続の内、少なくとも何れか一方の電気的接続を備え、この電気的接続は、夫々の基本素子に備えられた平板状の接続部を重ねた状態で接続部どうしが接続されている。

本発明にかかる電子部品によれば、形状の異なる基本素子に、同じ平板状の接続部を備え、この平板状の接続部で形状の異なる基本素子どうしを電気的に接続することで、製造工程を簡易化することができる。また、従来のような断面積が小さいワイヤーに比べて、平板状の接続部は断面積が大きくなるので、低ＥＳＲとすることができる。

本発明の実施の形態１における電解コンデンサの一部を示す平面図および断面図 本発明の実施の形態１におけるブロック状の基本素子の平面図および断面図 本発明の実施の形態１における平板状の基本素子の平面図および断面図 本発明の実施の形態２における電解コンデンサの一部を示す平面図および断面図 本発明の実施の形態における電解コンデンサの製造工程図 従来の電解コンデンサの平面図および断面図

以下、本発明の実施の形態について電解コンデンサを例に、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における電解コンデンサ１Ａの一部を示す平面図およびこの平面図をＡ−Ａ´で切断した断面図、
図２は本発明の実施の形態１におけるブロック状の基本素子の平面図およびこの平面図をＥ−Ｅ´で切断した断面図、図３は本発明の実施の形態１における平板状の基本素子の平面図およびこの平面図をＦ−Ｆ´で切断した断面図である。

図１において、本発明の電解コンデンサ１Ａは、第１基本素子１０と、この第１基本素子１０とは形状の異なる第２基本素子２０を備えている。第１基本素子１０の形状はブロック状で、第２基本素子２０の形状は平板状で、第１基本素子１０と第２基本素子２０とは積層されている。第１基本素子１０に形成された集電体層１５と第２基本素子２０に形成された集電体層２５とは陰極外部接続端子４に接続され、第１基本素子１０に設けられた平板状の接続部１７と第２基本素子２０に設けられた平板状の接続部２７とは、陽極外部接続端子３に接続されている。なお外装（図示せず）は必要に応じて備える。

図２において、ブロック状の第１基本素子１０は、タンタルやニオブなどの弁金属のワイヤー１８の表面に陽極となる直方体形状の弁金属多孔質体１１を形成し、この弁金属多孔質体１１の表面に誘電体被膜１２を形成し、この誘電体被膜１２の表面に固体電解質層１３を形成し、さらにこの固体電解質層１３の表面に陰極となる集電体層１５としてカーボン層１５ａおよび銀層１５ｂを形成して素子本体部１９を構成している。素子本体部１９の弁金属のワイヤー１８には平板状の接続部１７が溶接により接続されている。平板状の接続部１７の材料としては、安価で、低抵抗なアルミニウム箔が好ましい。

図３ において、平板状の第２基本素子２０は、アルミニウムなどの弁金属箔の表面をエッチングして陽極となる弁金属多孔質箔２１とし、この弁金属多孔質箔２１の表面に誘電体被膜２２を形成し、更に誘電体被膜２２の表面に固体電解質層２３を形成し、更に固体電解質層２３の表面に陰極となる集電体層２５としてカーボン層２５ａおよび銀層２５ｂを形成している。

平板状の接続部２７は、弁金属多孔質箔２１を素子本体部２９から延設して設けている、素子本体部２９の平板状の接続部２７側の端部には、誘電体被膜２２の表面に絶縁分離層２８が形成されている。

そして図１に示すように、第１基本素子１０と第２基本素子２０とは、第１基本素子１０が最上部になるように積層され、第１基本素子１０の陰極側の集電体層１５と第２基本素子２０の陰極側の集電体層２５とは、銀層よりなる合わせ部５を介して接続され、更に陰極外部接続端子４に接続されている。

第１基本素子１０の平板状の接続部１７と第２基本素子２０の平板状の接続部２７と陽極外部接続端子３とは、積層方向に直線的に連続する溶接部２で電気的に接続されている。この溶接部２は、第１基本素子１０と第２基本素子２０との積層時に、夫々の基本素子（１０、２０）に設けられた平板状の接続部（１７，２７）全てを陽極外部接続端子３上に重ねた後に、一回の溶接操作によって形成されたものである。

このように、素子の形状が異なっていても、形状の異なる素子夫々に形状が同じ平板状の接続部を設けることにより、全て同じ形状の素子（平板状の素子）と同様に素子の積層と溶接とが出来るので、製造工程を簡易にできるという効果が得られる。

また、一回の溶接操作で全ての平板状の接続部どうしと陽極外部接続端子とが積層方向に直線的に連続する溶接部で接続されることになるので低ＥＳＲ化にも貢献するという効果が得られる。

なお、第１基本素子１０の平板状の接続部１７と、第２基本素子２０の平板状の接続部２７とを重ねて溶接して接続部どうしを接続した後に、溶接以外の方法で接続部を陽極外部接続端子に接続してもよい。この場合でも、上記効果を奏することができる。

なお、平板状の接続部にアルミニウム箔を用いれば、タンタルやニオブなどからなる高価で高抵抗で、断面積が小さいワイヤーに比べて、安価で導電率が高く、断面積も大きくできるので、低コスト且つ低ＥＳＲの電解コンデンサを得ることができる。

また、形状の異なる基本素子に備える平板状の接続部を、全て同じ材質とすれば、接続部間の溶接強度の安定化を図ることが出来、電解コンデンサの信頼性の向上にも貢献する。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図４を参照しながら説明する。
図４は、本発明の実施の形態２における電解コンデンサ１Ｂの一部を示す平面図およびこの平面図をＢ−Ｂ´で切断した断面図である。

実施の形態２では、ブロック状の第１基本素子１０は、タンタルのワイヤー１８と平板状の接続部１７との接続箇所となる溶接部１６を、平面視で平板状の第２基本素子２０の絶縁分離層２８に重なる位置（図中Ｄ−Ｄ´間）に設けるようにした以外は実施の形態１と同じ構成となっている。

このような構成とすることで、第１基本素子１０の平板状の接続部１７のエッジ部分のバリと第２基本素子２０の平板状の接続部２７との接触による、第２基本素子の平板状の接続部２７の断線を防止する効果が得られる。

次に、本発明の電解コンデンサの製造工程について図５（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。

図５（ａ）〜（ｅ）は本発明の電解コンデンサの製造工程を順に示した図である。

図５（ａ）に示す工程では、タンタルやニオブなどの弁金属よりなるワイヤー１８の一端を埋設した、弁金属多孔質体よりなるブロック状の第１基本素子１０を作製する。

図５（ｂ）に示す工程では、図５（ａ）の工程で作製したブロック状の第１基本素子１０のワイヤー１８に、平板状の接続部１７としてアルミニウム箔を溶接により接続して平板状の接続部１７を備えたブロック状の第１基本素子１０を準備する。
なお、ワイヤー１８と平板状の接続部１７との溶接は、設備価格の比較的安価な抵抗溶接を適用することができる。

図５（ｃ）に示す工程では、平板状の接続部２７が設けられた弁金属多孔質箔２１を陽極体とする第２基本素子２０を準備する。この第２基本素子に設けられた平板状の接続部２７は、素子本体部２９から弁金属多孔質箔を延設したものである。

図５（ｄ）に示す工程では、夫々の基本素子（１０、２０）に設けられた平板状の接続部（１７，２７）全てが陽極外部接続端子３上に重なるように、第１基本素子１０と第２基本素子２０とを、陰極外部接続端子４上に、積層間に銀ペーストを介在させて積層して第１基本素子１０の陰極側の集電体層と第２基本素子２０の陰極側の集電体層および陰極外部接続端子４を接続する。

図５（ｅ）に示す工程では、陽極外部接続端子３と、この陽極外部接続端子３上に重ねられた第１基本素子１０の平板状の接続部１７と第２基本素子２０の平板状の接続部２７とをレーザー溶接により溶接する。この溶接で形成された溶接部２によって全ての基本素子の平板状の接続部どうしと陽極外部接続端子３とを電気的に接続する。

以下本発明の具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
実施例１について説明する。実施例１では、まず、ブロック状の第１基本素子は、弁金属多孔質体として、１０万ＣＶのタンタル粉末から成るタンタル多孔質体を用いた。このタンタル多孔質体にタンタルワイヤーの一部を埋め込み、真空焼結により３．２ｍｍ×４．４ｍｍ×０．３ｍｍの直方体形状のタンタル多孔質体を形成した。

このタンタル多孔質体の表面に誘電体酸化被膜を形成するため、純水中にリン酸を０．０１７重量％の濃度で含む電解液を用いて、タンタル多孔質体とタンタルワイヤーの一部を陽極酸化した。具体的には、６５℃の電解液中で定電圧１０Ｖを印加して１２時間陽極化成することにより、タンタル多孔質体の表面に誘電体被膜を形成した。

次に、タンタル多孔質体を、ピロール３．０Ｍ（モル／リットル）を含むエタノール溶液に５分間浸漬し、次に過硫酸アンモニウム０．１Ｍ及びアルキルナフタレンスルホン酸０．１Ｍを含む水溶液に２５℃で５分間浸漬して、第１導電性高分子層を形成した。さらに、ピロール０．２Ｍ及びアルキルナフタレンスルホン酸０．２Ｍを含む２５℃の水溶液中に、第１導電性高分子層を形成したタンタル多孔質体を浸漬し、第１導電性高分子層を陽極として、０．５ｍＡの電流を３時間通電することにより、第２導電性高分子層を形成した。この第２高分子層と第１導電性高分子層と合わせて固体電解質層とした。

次に、タンタル多孔質体の外周部の第２導電性高分子層の上に、カーボンペーストを塗布した後乾燥し、カーボン層を形成し、更にカーボン層の上に、銀ペーストを塗布して乾燥し銀層を形成した。この銀層とカーボン層とを合わせて集電体層とした。そして、タンタルワイヤーに厚みが０．１ｍｍのアルミニウム箔から成る平板状の接続部を抵抗溶接にて接続し第１基本素子とした。

平板状の第２基本素子は、陽極体となる弁金属多孔質箔として、表面をエッチングしたアルミニウム箔１（３×４×０．１ｍｍ）を用いた。このアルミニウム箔をリン酸アンモニウム溶液中で陽極化成（１０Ｖ）して表面に誘電体被膜を形成した。このアルミニウム箔は、素子本体部と、この素子本体部から延設された平板状の接続部を構成している。

素子本体部の平板状の接続部側の端部に、シリコン樹脂を塗布して絶縁分離層を形成した後、チオフェンとｐ−トルエンスルホン酸鉄（三価）とブタノールの溶液中に浸漬してプレコート層を形成し、次いで、チオフェンとアルキルナフタレンスルホン酸とイソプロピルアルコール溶液中で、作用電極であるステンレス線をプレコート層に軽く接触させ、ステンレス板を対電極として定電圧３Ｖを印加して３０分間電解重合を行い、アルミニウム箔の素子本体部分に導電性高分子よりなる固体電解質層を形成した。
さらに、固体電解質層の表面にカーボンペーストを塗布した後乾燥し、カーボン層を形成し、更にカーボン層の上に、銀ペーストを塗布して乾燥し銀層を形成した。この銀層とカーボン層とを合わせて集電体層とした。

そして、タンタル多孔質体よりなるブロック状の第１基本素子が最上部になるように、第１基本素子及びアルミニウム箔よりなる平板状の第２基本素子を、夫々の接続部が陽極外部接続端子上に順次重なるように積層して、各基本素子の陰極側の集電体層間および基本素子の集電体層と陰極外部接続端子とを銀ペーストによって形成した銀層で接続した。そして、陽極外部接続端子上に重ねた各基本素子の平板状の接続部と陽極外部接続端子とをレーザー溶接し、各平板状の接続部および陽極外部接続端子を電気的に接続した。

最後に、エポキシ樹脂でモールドして外装し電解コンデンサを作製した。
（実施例２）
次に実施例２について説明する。実施例２では、タンタル多孔質体よりなるブロック状の第１基本素子のタンタルワイヤーと平板状の接続部との接続箇所を、平面視で、アルミニウム箔よりなる平板状の第２基本素子の絶縁分離層上に位置するようにした以外は、実施の形態１と同じ方法にて電解コンデンサを作製した。

次に比較例について説明する。
（比較例）
比較例では、実施の形態１におけるタンタル多孔質体よりなるブロック状の第１基本素子において、平板状の接続部に替えてタンタルワイヤーを用いた以外は、実施例１と同様の方法にて電解コンデンサを作製した。
（電解コンデンサの特性の評価）
作製した電解コンデンサについて、静電容量及びＥＳＲを測定した。ＥＳＲは、ＬＣＲメータ（インダクタンス−キャパシタンス−レジスタンス測定装置）を用いて、周波数１００ｋＨｚで測定した。測定結果を表１に示す。

表１に示す測定結果から、本発明の実施例１と２の電解コンデンサは、比較例の電解コンデンサに比べ、ＥＳＲが小さくなっている。これは、第１基本素子が、従来のように、弁金属多孔質を用いた素子と陽極外部接続端子との接続に使用していたタンタル（抵抗率：１３１ｎΩ・ｍ）から成るワイヤーの一部を、抵抗率の低いアルミニウム（抵抗率：２８．２ｎΩ・ｍ）に置き換えた形になるので、第１基本素子のＥＳＲが低減し、それを積層した電解コンデンサとしてもＥＳＲが低減したと考えられる。
（積層工程の比較）
次に積層工程について、本発明と従来の技術との比較を、図面を参照しながら説明する。

図６は、従来の技術による電解コンデンサの積層状態を示す平面図およびこの平面図をＣ−Ｃ´で切断した断面図である。

従来の技術では、複数の形状の異なる素子を積層した電子部品を製造する場合、例えば、外部接続端子に接続するためのタンタルワイヤーを備えた弁金属多孔質体からなる第１素子と、弁金属箔からなる第２素子を複数層積層して並列接続する場合、図６に示すように、まず第１素子６０と、この第１素子とは形状の異なる一つ目の第２素子７０ａとの合わせ部５５ａに銀ペーストを塗布し、第１素子６０と第２素子７０とを重ね合わせた後に、第１素子６０のタンタルワイヤー６８と第２素子７０の弁金属箔７７ａとを溶接して溶接部５６で電気的に接続し、高温中で銀ペーストを硬化して一旦第１素子６０と第２素子７０との積層体５７を作製する。

次に第１素子６０と第２素子７０との積層体５７と、二つ目以降の複数の第２素子７０ｂ、７０ｃと、陰極外部接続端子５４とを積層間に銀ペーストを介して重ね合わせ、積層体５７の弁金属箔７７ａと、複数の第２素子の弁金属箔７７ｂ、７７ｃと陽極外部接続端子５３とを溶接し、高温中で銀ペーストを硬化させて作製していた。

一方、本発明では、第１基本素子のワイヤーに平板状の接続部を溶接し、この第１基本素子と第２基本素子とを夫々の平板状の接続部を重ねて積層し、積層部分を溶接して電気的に接続し、高温中で銀ペーストを硬化させることで形状の異なる素子の積層体を作製することができる。

このように従来の技術においては、第１素子と一つ目の第２素子とを積層するために銀ペーストを塗布し積層した後に一旦高温中で銀ペーストを硬化させ、さらに二つ目以降の第２素子を銀ペーストを挟んで積層した後に、再び高温中で銀ペーストを硬化させる必要があるのに対し、本発明では、高温中での銀ペーストの硬化は一度で済むことになるので、工程数とエネルギーを削減することが出来る。

また、本発明では、形状の異なる基本素子夫々に同じ平板状の接続部を備えているので、ブロック状の基本素子であっても、平板状の基本素子を積層する操作と同じ操作で積層することができる。従って大幅な生産装置の改造や新たな生産装置の導入を必要としないので、設備面のコストを削減することができる。

本発明は、形状の異なる素子を備えた電子部品に適用できる。

１Ａ、１Ｂ 電解コンデンサ
２、１６ 溶接部
３ 陽極外部接続端子
４ 陰極外部接続端子
５ 合わせ部
１０ 第１基本素子
１１ 弁金属多孔質体
１２、２２ 誘電体被膜
１３ 固体電解質層
１５ 集電体層
１５ａ カーボン層
１５ｂ 銀層
１７、２７ 平板状の接続部
１８ ワイヤー
１９、２９ 素子本体部
２０ 第２基本素子
２１ 弁金属多孔質箔
２３ 固体電解質層
２５ 集電体層
２５ａ カーボン層
２５ｂ 銀層
２８、７８ 絶縁分離層

Claims (3)

1. 多孔質体と前記多孔質体に接続されたワイヤー部とを有する陽極と、前記多孔質体の少なくとも一部に形成された陰極と、前記ワイヤー部に接続された平板状の接続部と、を備えた第１基本素子と、
   平板状の多孔質箔からなる陽極と、前記多孔質箔の少なくとも一部に形成された陰極と、前記多孔質箔における前記陰極が形成されていない部分で構成された接続部と、前記陰極と前記接続部とを分離する絶縁分離層と、を備えた第２基本素子と、を備え、
   前記第１基本素子と前記第２基本素子が夫々１個以上積層され、
   前記第１基本素子の前記接続部と前記第２基本素子の前記接続部とが重ねられた状態で接続され、
   前記第１基本素子における前記接続部と前記ワイヤー部との接続箇所は、平面視で、前記第２基本素子における前記絶縁分離層と重なる位置に設けられていることを特徴とする電子部品。
2. 前記第１基本素子の接続部と、前記第２基本素子の接続部とが、同じ材質であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
3. 前記第１基本素子の前記接続部と、前記第２基本素子の接続部とが、溶接により形成された積層方向に連続する少なくとも一つの溶接部で接続されていることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の電子部品。