JP6492424B2

JP6492424B2 - 固体電解コンデンサの製造方法

Info

Publication number: JP6492424B2
Application number: JP2014118643A
Authority: JP
Inventors: 茂樹白勢
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 2014-06-09
Filing date: 2014-06-09
Publication date: 2019-04-03
Anticipated expiration: 2034-06-09
Also published as: JP2015233046A

Description

本発明は、平板状のコンデンサ素子と該コンデンサ素子の一方の面に形成された電極とを有する固体電解コンデンサの製造方法に関する。

コンデンサは、静電容量を有し、この静電容量に応じた電荷の蓄電及び放電を行う受動素子である。固体電解コンデンサは、陽極体としてアルミニウムなどの弁作用金属を用い、この電極を化学処理して誘電体層を形成し、さらに導電性高分子等を固体電解質層として用いたコンデンサである。

近年の電子機器の高周波化に伴い、コンデンサは、従来よりも十分な速さで電荷供給ができるように過渡応答性に優れ、従来よりも高周波領域でのインピーダンス特性に優れた製品が求められている。これは、高周波数で動作し、かつ大電流が求められるデジタル回路の電源電圧安定化に対応するためである。

この要求に応えるべく、固体電解コンデンサにおいては、高周波化に対応するための低ＥＳＲ（等価直列抵抗）化、及びノイズ除去や過渡応答性に優れた低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化が強く要求される。固体電解コンデンサにおいて低ＥＳＬ化を図るためには、電流経路の長さを極力短くする方法、また電流経路によって形成される磁場を別の電流経路によって形成される磁場により相殺する方法が提案されている。

出願人は、コンデンサ素子と基板を組み合わせた新規な固体電解コンデンサとして、特許文献１や特許文献２を提案している。このうち、特許文献１の固体電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子は、陽極体の中央に設けた凹部の内面に誘電体酸化皮膜層を形成し、固体電解質層および陰極部を介してコンデンサ素子の外部に電力の引き出し口を形成する。

コンデンサ素子は、搭載基板を介して固体電解コンデンサの外部に陰極電極を引き出すと共に、コンデンサ素子の中央部分の周囲を陽極部とし、この陽極部および搭載基板の導体を介して陽極電極を引き出す。このような固体電解コンデンサによれば、陽極、陰極とも固体電解コンデンサ内部での電流経路を短くすることができる。

特許文献２の固体電解コンデンサでは、コンデンサ素子と組み合わせる基板として、次のような端子板を備えている。すなわち、端子板には、薄い金属板からなる陽極電極部および陰極電極部を同一平面上に間隙を保って配置する。これら陽極電極部と陰極電極部の間隙部には絶縁性樹脂を介在させ、絶縁性樹脂により陽極電極部と陰極電極部とを電気的に絶縁すると共に両電極部をシート状に一体化している。

このような端子板をコンデンサ素子の接続面に重ね合わせ、コンデンサ素子の陽極引出部に端子板の陽極電極部を、コンデンサ素子の陰極引出部に端子板の陰極電極を、それぞれ電気的に接続する。このような技術によれば、コンデンサ素子の陽極引出部および陰極引出部から、電流の出口である端子板の陽極電極部および陰極電極部までの距離が、端子板の厚さの距離だけで達成可能であり、電流経路の短縮化を図ることができる。

上述した特許文献１や特許文献２に開示された技術では、いずれも、固体電解コンデンサの容量形成部から、電力の引き出し口としての電極までの距離が極めて短くなり、また、固体電解コンデンサの薄型化を進めることができる。したがって、電流経路の短縮化を図って低ＥＳＬ化を進めることができ、過応答特性の良好な固体電解コンデンサが実現可能となる。

特開２０１０−２３９０９１号公報ＷＯ／２０１１／０２１５５号公報

特許文献１及び２に示された固体電解コンデンサは、陽極引出部又は陽極電極部に導電性接着剤を塗布するとともに、陰極引出部又は陰極電極部に導電性接着剤を塗布し、コンデンサ素子と端子板とを重ね合わせ、隙間から絶縁性の封止樹脂を充填して熱硬化させることによって製造されていた。

しかしながら、端子板を用いる場合には、コンデンサ素子の陽極引出部、陰極引出部の大きさに合致させた端子板が必要であった。このため、コンデンサ素子全体あるいは陰極引出部のサイズの違いに応じた端子板を用意しておかなければならなかった。このことは固体電解コンデンサの設計の自由度を狭めることともなる。

本発明の目的は、固体電解コンデンサの製造方法を簡便なものとすると共に、固体電解コンデンサの設計の自由度を高めた固体電解コンデンサの製造方法を提供することにある。

本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、弁作用金属からなる陽極体の片面に拡面層が形成され、該拡面層の表面に誘電体酸化皮膜層、固体電解質層、陰極引出部が順次形成されており、かつ、前記陽極体には、前記陰極引出部と電気的に区分して陽極引出部が設けられ、前記陰極引出部と前記陽極引出部の表面には導電性接着層が形成されたコンデンサ素子と、陽極電極及び陰極電極が形成される平板状の電極板と、を重ね合わせた後、前記電極板を陽極電極と陰極電極とに分離し、前記陰極引出部と前記陰極電極とを接続し、かつ前記陽極引出部と前記陽極電極とを接続することを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る固体電解コンデンサのコンデンサ素子を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。本発明の一実施形態に係る固体電解コンデンサの製造方法を示す模式図であり、（ａ）は分離層を形成したコンデンサ素子の構成、（ｂ）は導電性接着層を形成した後の状態、（ｃ）は素子と電極板の貼付前の状態、（ｄ）は素子と電極板の貼付後の状態、（ｅ）は電極板を陽極電極部及び陰極電極部に分離した後の状態、を示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

（コンデンサ素子）
図１は、本発明の一実施形態に係る固体電解コンデンサのコンデンサ素子を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図１に示すコンデンサ素子１０は、１００〜５００μｍ程度の厚みを有する略正方形の板であり、正方形板の各辺に沿って陽極部の陽極引出部１３を有し、中心部に陰極部の陰極引出部１４を有する。陽極引出部１３と陰極引出部１４とは、分離層１５で区分されている。

このコンデンサ素子１０は、陽極体１１として機能する弁金属板または弁金属箔から形成される。この実施形態では、弁金属として、アルミニウムを例として説明する。アルミニウムとしては、純度９９％以上の純アルミニウムや、アルミニウムにマンガンを添加したアルミニウム−マンガン合金等を好適に使用することができる。特に純アルミニウムとしては、ＪＩＳ規格Ｈ０００１で規定する調質記号がＨであるアルミニウム材、いわゆるＨ材を用いると好適である。Ｈ材は硬度が高く、陽極体としてのアルミニウム材の変形を抑制することができる。

陽極体１１の片面中央部には拡面層としてのエッチング層１２が形成され、エッチング層１２には誘電体層となる誘電体酸化皮膜が形成され、その表面に陰極引出部１４が形成される。陰極引出部１４は、固体電解質層、グラファイト層、及び銀ペースト層からなる。

エッチング層１２は、エッチング処理により拡面化された多孔質の層である。例えば、厚さ１００μｍ程度の陽極体１１であれば、エッチング層１２は、４０μｍ程度の深さで形成する。従って、陽極体のエッチングされなかった層の厚さは６０μｍ程度となる。陽極体１１の両端部は、未エッチング部であるが、この未エッチング部が陽極引出部１３となる。

なお、拡面層の形成方法としては、上記のエッチング処理に限定されない。アルミニウム等の金属微粒子を蒸着して拡面層を形成したものであっても良い。

誘電体酸化皮膜は、陽極酸化処理にて形成し、エッチングされ多孔質層となったアルミニウムの表面（エッチング層１２の内部の表面）に酸化アルミニウムからなる誘電体酸化皮膜を形成する。陽極酸化は、エッチング層１２をホウ酸やアジピン酸等の水溶液に浸漬した状態で所定の電圧を印加する。

（固体電解質層）
固体電解質層は誘電体酸化皮膜の上に形成される。すなわち、誘電体酸化皮膜が形成された陽極体１１を重合性モノマー溶液と酸化剤溶液に順次浸漬し、各液より引き上げて重合反応を進めることにより、エッチング層１２の内部に各液が浸透し、誘電体酸化皮膜の上に固体電解質層が形成される。この固体電解質層の形成は、重合性モノマー溶液と酸化剤溶液をエッチング層１２の上から塗布または吐出する方法によって形成してもよい。また、重合性モノマー溶液と酸化剤を混合した混合溶液に陽極体１１を浸漬したり、塗布したりする方法であってもよい。また、固体電解コンデンサの分野で用いられる電解重合による方法や、導電性高分子の溶液または分散液を塗布・乾燥する方法によっても固体電解質層を形成することもできる。

これらの固体電解質の形成方法に用いられる重合性モノマー溶液としては、チオフェン、ピロール、またはそれらの誘導体を好適に使用することができる。チオフェン誘導体の中でも、３，４−エチレンジオキシチオフェンを用いると好適である。酸化剤としては、エタノールに溶解したパラトルエンスルホン酸第二鉄、過ヨウ素酸、もしくはヨウ素酸の水溶液を用いることができる。

固体電解質の上には、固体電解質層を覆うようにカーボン層、銀ペースト層が形成される。このカーボン層、銀ペースト層は、固体電解質層の全面を被覆するように形成する。固体電解質層の上に部分的にカーボン層、銀ペースト層を形成しても引き出し電極としての機能は果たすものの、固体電解質とカーボン層、銀ペースト層との接触面積が小さくなる。このことで、カーボン層、銀ペースト層を固体電解質層の一部の上にのみ形成した場合には、固体電解質層とカーボン層、銀ペースト層との界面接触抵抗が大きくなり、固体電解コンデンサのＥＳＲの増加を引き起こす要因となる。

（分離層）
分離層１５は、陽極引出部１３の内周囲と陰極引出部１４の外周囲との境界に位置し、陽極引出部１３と陰極引出部１４との絶縁を図っている。

分離層１５の高さは後に説明する導電性接着剤を充填しても、互いに短絡を起こさない高さに形成する。分離層１５は、分離層１５の形状の孔を持つスクリーン印刷板を用い、絶縁性樹脂をスクリーン印刷する方法などで形成することができる。また、図１（ｂ）に示すように、陽極引出部１３の外周囲においても絶縁性の樹脂を塗布してもよい。

また、分離層１５は陽極体１１のエッチング層１２の外周部にも形成しておくと、陽極と陰極の電気的な絶縁を確実に図ることができるために好ましい。このため、陽極体１１の片面にエッチング処理を施した後に、あるいは誘電体酸化皮膜層を形成した後に、分離層１５を形成し、その後に固体電解質層を形成することが好ましい。

［固体電解コンデンサの製造方法］
次に、図２に従って本発明の一実施形態に係る固体電解コンデンサの製造方法について説明する。
まず、図１に示すように、分離層１５を形成して陽極引出部１３と陰極引出部１４を分離した状態のコンデンサ素子１０を用意する（図２（ａ））。

（導電性接着層の形成）
次に、陽極引出部１３と陰極引出部１４にそれぞれ導電性接着剤を塗布して、導電性接着層１６を形成する（図２（ｂ））。導電性接着剤は分離層１５により分離されているため、導電性接着剤同士が互いに短絡することはない。ここで、導電性接着剤としては、種々のものを用いることができるが、固体電解コンデンサの分野で多用されている銀ペーストを用いることが好ましい。

（コンデンサ素子と電極板の貼付）
このようにして導電性接着層１６を形成したコンデンサ素子１０に対して電極板２０を貼付けて一体化する（図２（ｃ）、（ｄ））。
電極板２０としては、薄い金属板を用いることができる。金属板としては、例えば、厚さが１５〜１００μｍ程度の薄い銅板であり、圧延銅箔や銅合金箔を挙げることができる。
貼付ける際は、コンデンサ素子１０と電極板２０を重ね合わせた状態で加圧することにより、導電性接着剤と電極板２０が電気的に接続される。

さらに、コンデンサ素子１０を所定の治具によって熱を加えて、コンデンサ素子１０を温めておくと好ましい。コンデンサ素子１０に熱を加えると、導電性接着剤は半硬化状態となる。この状態で加圧すると、導電性接着剤はその形状を維持しやすくなるため、導電性接着剤が分離層を乗り越えて短絡することが無く、陽極と陰極の確実な絶縁を維持することができる。

（電極板の分離）
前述のようにコンデンサ素子１０と電極板２０を一体化した後、分離箇所１７によって電極板２０を陰極電極部２１と陽極電極部２２とに分離する。
分離する方法としては、電極板２０として残す部分を耐薬品性のレジスト樹脂でマスキングを行い、薬品を用いて溶解させるエッチング法を用いて分離箇所１７を形成することによって行うことができる。また、レーザーの照射によるトリミング法、機械的な治具によるトリミング法で所定の箇所を除去しても良い。

ここで、電極板２０における陰極電極部２１を正方形状に形成し、陰極電極部２１と陽極電極部２２とを区画する分離箇所１７を正方形状の穴として形成する。この正方形状の穴は、正方形状の陰極電極部２１よりも大きい寸法となる。この陽極電極部２２と陰極電極部２１とは、陽極電極部２２が陰極電極部２１を囲むように同一平面上に０．１ｍｍ程度の間隙を保って配置される。

（実施形態の作用、効果）
本実施形態の固体電解コンデンサの製造方法によれば、コンデンサ素子１０の陰極引出部１４の形状に合わせて、電極板２０を陰極電極部２１及び陽極電極部２２に分離することができるので、コンデンサ素子１０の形状に合わせた端子板を準備する必要が無く、固体電解コンデンサの設計の自由度が向上する。

また、本実施形態では、コンデンサ素子１０の片面に予め分離層１５及び導電性接着層１６を形成しておき、コンデンサ素子１０と電極板２０とを重ね合わせるため、従来のようにコンデンサ素子１０と電極板２０との隙間から封止樹脂を充填する必要はなく、固体電解コンデンサを封止する工程は簡便なものとなる。

さらに、コンデンサ素子１０と電極板２０との隙間から封止樹脂を充填する場合には、狭い隙間に封止樹脂を充填していため、充填の際に同時に空気を巻き込んでしまっていた。そのため、封止樹脂を硬化した後に、空気が残存し、熱硬化後の封止樹脂中にいわゆるボイドとして存在していた。これに対して、本実施形態では、予め分離層１５を形成したコンデンサ素子１０上に導電性接着剤を塗布しておくことで、空気を取り入れるおそれはなくなる。このため、ボイドの発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、電極板２０の所定位置にのみ封止樹脂を貼り付けあるいは塗布するための位置制御が不要となり、製造工程の簡略化を図ることができる。

［他の実施形態］
本明細書においては、本発明に係る実施形態を例として提示したが、発明の範囲を限定することを意図したものではなく、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。本実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…コンデンサ素子
１１…陽極体
１２…エッチング層
１３…陽極引出部
１４…陰極引出部
１５…分離層
１６…導電性接着層
１７…分離箇所
２０…電極板
２１…陰極電極部
２２…陽極電極部

Claims

弁作用金属からなる陽極体の片面に拡面層が形成され、該拡面層の表面に誘電体酸化皮膜層、固体電解質層、陰極引出部が順次形成されており、かつ、前記陽極体には、前記陰極引出部と電気的に区分して陽極引出部が設けられ、前記陰極引出部と前記陽極引出部の表面には導電性接着層が形成されたコンデンサ素子と、
陽極電極及び陰極電極が形成される平板状の電極板と、を重ね合わせた後、
前記電極板を陽極電極と陰極電極とに分離し、前記陰極引出部と前記陰極電極とを接続し、かつ前記陽極引出部と前記陽極電極とを接続することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
前記陽極引出部と前記陰極引出部は、分離層によって電気的に区分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の製造方法。
前記コンデンサ素子と前記電極板とを重ね合わせる際に、前記コンデンサ素子を予め加熱しておくことを特徴とする請求項１又は２に記載の固体電解コンデンサの製造方法。