JPWO2013088954A1 - 固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
体積容量比率の高い固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供する。
固体電解コンデンサ１０は、互いに対向する２つの主面を有する弁作用金属基体１２と、弁作用金属基体１２の表面を覆うように形成された誘電体酸化皮膜１４と、誘電体酸化皮膜１４の表面を覆うように形成された陰極層１６と、を有する複数のコンデンサ素子１８が、複数のコンデンサ素子１８の主面同士が重なるように積層され、２つの主面と複数の側面を有し、複数の側面のうち少なくとも１つの側面に弁作用金属基体１２が露出している積層体２０と、積層体２０の弁作用金属基体１２が露出している側面と電気的に接続されている陽極端子２２と、を備え、陰極層１６と陽極端子２２とは、陰極層１６の絶縁化物２６を介して絶縁されていることを特徴とする。
固体電解コンデンサ１０は、互いに対向する２つの主面を有する弁作用金属基体１２と、弁作用金属基体１２の表面を覆うように形成された誘電体酸化皮膜１４と、誘電体酸化皮膜１４の表面を覆うように形成された陰極層１６と、を有する複数のコンデンサ素子１８が、複数のコンデンサ素子１８の主面同士が重なるように積層され、２つの主面と複数の側面を有し、複数の側面のうち少なくとも１つの側面に弁作用金属基体１２が露出している積層体２０と、積層体２０の弁作用金属基体１２が露出している側面と電気的に接続されている陽極端子２２と、を備え、陰極層１６と陽極端子２２とは、陰極層１６の絶縁化物２６を介して絶縁されていることを特徴とする。
Description
本発明は、固体電解コンデンサ及びその製造方法に関するものである。
電子機器の小型、高性能化に伴い、電子部品の一つである固体電解コンデンサには、単位体積あたりの静電容量、すなわち体積容量比率が大きいことが求められている。この種の従来の固体電解コンデンサの構成を図５に示す。
図５に示された固体電解コンデンサ２０１は、表面に誘電体酸化皮膜２０２が形成された弁作用金属基体２０３が複数枚積層された積層体２０４で構成されている。弁作用金属基体２０３は、所定の位置に設けられた絶縁部２０５により陽極電極部２０６と陰極形成部２０７に区分されている。そして、陰極形成部２０７の誘電体酸化皮膜２０２の表面は陰極層２０８により被覆されている。一般的に、この陰極層２０８は導電性高分子層とカーボン層と銀ペースト層を備える。また、陽極電極部２０６と陰極層２０８にはそれぞれ陽極端子２０９と陰極端子２１０が接続されている。さらに積層体２０４は外装体２１１により被覆されている。このような固体電解コンデンサ２０１は、例えば特許文献１に開示されている。
ところで、図５の固体電解コンデンサ２０１の場合には、弁作用金属基体２０３における絶縁部２０５より右側の領域を、陽極リード端子２０９と接続するための陽極電極部２０６として確保する必要がある。ところが、固体電解コンデンサにおいて容量形成に寄与する部分は、陰極層２０８が誘電体酸化皮膜２０２に被覆している領域のみである。したがって、陰極層２０８が誘電体酸化皮膜２０２に被覆する領域である静電容量形成部は、弁作用金属基体２０３における絶縁部２０５より左側の領域に限定されてしまう。このため固体電解コンデンサ２０１の構造において、体積容量比率を更に高めるには限界があるという問題があった。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、体積容量比率の高い固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供することをその目的とする。
本発明に係る固体電解コンデンサは、互いに対向する２つの主面と、２つの主面をつなぐ複数の側面を有する弁作用金属基体と、弁作用金属基体の表面を覆うように形成された誘電体酸化皮膜と、誘電体酸化皮膜の表面を覆うように形成された陰極層と、を有する複数のコンデンサ素子が、複数のコンデンサ素子の主面同士が重なるように積層され、２つの主面と複数の側面を有し、複数の側面のうち少なくとも１つの側面に弁作用金属基体の側面が露出している積層体と、積層体の弁作用金属基体が露出している側面と電気的に接続されている陽極端子と、を備え、陰極層と陽極端子とは、陰極層の絶縁化物を介して絶縁されていることを特徴とする。
また、本発明に係る固体電解コンデンサでは、絶縁化物は、積層体の弁作用金属基体が露出している側面に位置した陰極層が絶縁化されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法は、互いに対向する２つの主面を有する弁作用金属基体を準備する弁作用金属基体準備工程と、弁作用金属基体の表面の全面または複数の面を覆うように誘電体酸化皮膜を形成する誘電体酸化皮膜形成工程と、誘電体酸化皮膜の表面の全面または複数の面を覆うように陰極層を形成して複数のコンデンサ素子を形成するコンデンサ素子形成工程と、複数のコンデンサ素子の主面同士が重なるように積層して、２つの主面と複数の側面を有し、複数の側面のうち少なくとも１つの側面に、弁作用金属基体の側面が露出している積層体を形成する積層体形成工程と、積層体の弁作用金属基体が露出している側面に位置している陰極層を絶縁体化して絶縁化物を形成する陰極層絶縁体化工程と、積層体の側面に露出している弁作用金属基体と陽極端子とを電気的に接続する陽極端子接続工程と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法では、絶縁化物は、積層体の側面に位置している陰極層を加熱することによって形成されることが好ましい。
本発明に係る固体電解コンデンサによれば、積層体の側面に位置している陰極層を絶縁化して絶縁化物を形成するため、同じ体積で比較した場合、静電容量に寄与する領域を従来よりも大きくすることが可能である。したがって、体積容量比率の高い固体電解コンデンサを提供することができる。
以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る固体電解コンデンサを示す断面図である。固体電解コンデンサ１０は、積層体２０と、陽極端子２２と、陰極端子２４と、樹脂２８と、を備える。
積層体２０は、２つの主面と、２つの主面をつなぐ複数の側面を有し、複数のコンデンサ素子１８の主面同士が重なるように積層されている。本実施形態では、積層体２０は２つの主面と４つの側面を有し、直方体状である。そして、４つの側面のうち少なくとも１つの側面には弁作用金属基体１２の側面が露出している。
個々のコンデンサ素子１８は、弁作用金属基体１２と、誘電体酸化皮膜１４と、陰極層１６と、を有している。そして、複数のコンデンサ素子１８の陰極層１６は、積層により互いに電気的に接続されている。
弁作用金属基体１２は、互いに対向する２つの主面と、２つの主面をつなぐ複数の側面を有する。弁作用金属基体１２の材質の例としては、タンタル、チタン、アルミニウム、ニオブ、ジルコニウムおよびこれらを含む合金が挙げられる。
誘電体酸化皮膜１４は、弁作用金属基体１２の表面を覆うように形成される。誘電体酸化皮膜１４は弁作用金属基体１２の酸化物からなる。また、陰極層１６は、誘電体酸化皮膜１４の表面を覆うように形成される。陰極層１６の例としては、チオフェン、ピロール、フラン、アニリンやその誘導体等をモノマーとする導電性高分子が挙げられる。
陽極端子２２は、積層体２０の弁作用金属基体１２が露出している側面と電気的に接続されるように、積層体２０の側面に接合されている。陽極端子２２と積層体２０の接合方法の例としては、レーザーによる接合が挙げられる。また、陰極端子２４は、積層体２０の側面と、主面の一部に接合されており、陰極層１６と電気的に接続されている。陰極端子２４と積層体２０の接合方法の例としては、導電性ペーストによる接合が挙げられる。
樹脂２８は、積層体２０の全体を被覆するように形成されている。樹脂２８の材質の例としては、エポキシ樹脂が挙げられる。
コンデンサ素子１８において、弁作用金属基体１２の表面に誘電体酸化皮膜１４と陰極層１６が形成されている領域が、静電容量に寄与する領域である。本実施形態では、陰極層１６と陽極端子２２とは、陰極層１６の絶縁化物２６を介して絶縁されている。したがって、本実施形態の場合には、弁作用金属基体１２のうち、絶縁化物２６が形成されている領域以外の領域全てが、静電容量に寄与することになる。そのため、従来に比べて、静電容量に寄与する領域を大きくすることができ、体積容量比率の高い固体電解コンデンサが得られる。
次に、固体電解コンデンサの製造方法の一例を、図２〜図４に基づいて説明する。
まず、図２（Ａ）のように、互いに対向する２つの主面を有する板状の弁作用金属基体１２を準備する。
次に、図２（Ｂ）のように、弁作用金属基体１２の表面の全面または複数の面を覆うように誘電体酸化皮膜１４を形成する。本実施形態では、誘電体酸化皮膜１４は、弁作用金属基体１２の主面の一部と、後に陽極端子と接続する側面以外の側面とを覆うように形成されている。
誘電体酸化皮膜１４は、例えば陽極酸化法によって形成される。陽極酸化法では、弁作用金属基体１２をリン酸、ホウ酸やアジピン酸等の電解液に浸漬して、弁作用金属基体１２を正極側、溶液中の対極を負極側として通電する。
次に、図２（Ｃ）のように、誘電体酸化皮膜１４の表面の全面または複数の面を覆うように陰極層１６を形成してコンデンサ素子１８を形成する。陰極層１６が導電性高分子層からなる場合には、次のように形成する。まず、誘電体酸化皮膜１４が形成された弁作用金属基体１２をモノマー溶液に浸漬する。モノマー溶液はチオフェン、ピロール、フラン、アニリンやその他の誘導体等が溶質として溶解しているものである。その後、弁作用金属基体１２を酸化剤とドーパントの混合溶液に浸漬することにより、化学酸化重合反応を進めて、導電性高分子層を形成する。この反応において、酸化剤はモノマーの重合を開始させる役割を果たす。また、ドーパントは陰極層１６に導電性を付与する役割を果たす。
次に、図２（Ｄ）のように、弁作用金属基体１２の一部を切断する。この切断された部分は、弁作用金属基体１２のうち、誘電体酸化皮膜１４と陰極層１６が形成されていなかった部分である。このようにすることで、弁作用金属基体１２の側面のみが露出しているコンデンサ素子１８が得られる。この工程を省略して、弁作用金属基体１２の表面のうち、後に陽極端子と接続する側面以外を全て覆うように、誘電体酸化皮膜１４と陰極層１６を形成してもよい。
次に、図３（Ｅ）のように、複数のコンデンサ素子１８の主面同士が重なるように積層して、積層体２０を形成する。本実施形態では、積層体２０は２つの主面と４つの側面を有し直方体状である。そして、積層体２０の４つの側面のうち少なくとも１つの側面には弁作用金属基体１２が露出している。
なお、本実施形態ではコンデンサ素子１８の切断後に積層して、積層体２０を形成した。積層体２０を形成した後に、積層体２０の一部を切断して、弁作用金属基体１２の側面を露出させてもよい。
次に、図３（Ｆ）のように、積層体２０の弁作用金属基体１２が露出している側面に位置している陰極層１６を絶縁化して、絶縁化物２６を形成する。
本実施形態では、陰極層１６を加熱することにより絶縁化して、絶縁化物２６が形成される。加熱方法としては、ヒーター等の熱源の接触、熱風、光の照射、などが挙げられる。また、積層体２０と後述する陽極端子２２を接合するときに発生する熱を利用しても良い。陰極層１６が加熱により絶縁化する理由としては、例えば、陰極層１６に導電性高分子層を用いた場合には、ドーパントの脱離や高分子の分解によるものと考えられる。
また、積層体２０の側面にレーザーを照射してもよい。このとき、積層体２０の側面に位置している陰極層１６はレーザーの照射により加熱され絶縁化して、絶縁化物２６が形成される。
次に、図３（Ｇ）のように、積層体２０の側面に露出している弁作用金属基体１２と陽極端子２２を電気的に接続する。本実施形態では、積層体２０の弁作用金属基体１２が露出している側面に接するように、陽極端子２２を接合する。また、陰極端子２４を、積層体２０の他の側面と主面の一部に接合する。陽極端子２２と陰極端子２４は、同時に接合してもよい。なお、弁作用金属基体１２の側面に酸化膜ができている場合は、側面の酸化膜を公知の方法により除去しながら陽極端子２２を接合すればよい。
次に、図４（Ｈ）のように、積層体２０の全体を被覆するように樹脂２８を形成する。樹脂２８は、陽極端子２２と陰極端子２４が樹脂２８から引き出されるように形成される。以上のようにして固体電解コンデンサ１０を形成する。
なお、コンデンサ素子１８の陰極層１６の表面に、カーボン層と銀ペースト層をさらに形成してもよい。この場合には、カーボン層及び銀ペースト層と陽極端子２２が導通するとコンデンサとして機能しなくなるため、積層体２０の弁作用金属基体１２が露出している側面に、カーボン層と銀ペースト層が到達しないように形成することが好ましい。
また、本実施形態は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
１０ 固体電解コンデンサ
１２ 弁作用金属基体
１４ 誘電体酸化皮膜
１６ 陰極層
１８ コンデンサ素子
２０ 積層体
２２ 陽極端子
２４ 陰極端子
２６ 絶縁化物
２８ 樹脂
２０１ 固体電解コンデンサ
２０２ 誘電体酸化皮膜
２０３ 弁作用金属基体
２０４ 積層体
２０５ 絶縁部
２０６ 陽極電極部
２０７ 陰極形成部
２０８ 陰極層
２０９ 陽極リード端子
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１２ 弁作用金属基体
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２０１ 固体電解コンデンサ
２０２ 誘電体酸化皮膜
２０３ 弁作用金属基体
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２０６ 陽極電極部
２０７ 陰極形成部
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２０９ 陽極リード端子
２１１ 樹脂
Claims (4)
- 互いに対向する２つの主面と、前記２つの主面をつなぐ複数の側面を有する弁作用金属基体と、前記弁作用金属基体の表面を覆うように形成された誘電体酸化皮膜と、前記誘電体酸化皮膜の表面を覆うように形成された陰極層と、を有する複数のコンデンサ素子が、前記複数のコンデンサ素子の主面同士が重なるように積層され、
２つの主面と複数の側面を有し、前記複数の側面のうち少なくとも１つの側面に、前記弁作用金属基体の側面が露出している積層体と、
前記積層体の前記弁作用金属基体が露出している側面と電気的に接続されている陽極端子と、を備え、
前記陰極層と前記陽極端子とは、前記陰極層の絶縁化物を介して絶縁されていることを特徴とする、固体電解コンデンサ。 - 前記絶縁化物は、前記積層体の前記弁作用金属基体が露出している側面に位置した陰極層が絶縁化されたものであ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。
- 互いに対向する２つの主面を有する弁作用金属基体を準備する弁作用金属基体準備工程と、
前記弁作用金属基体の表面の全面または複数の面を覆うように誘電体酸化皮膜を形成する誘電体酸化皮膜形成工程と、
前記誘電体酸化皮膜の表面の全面または複数の面を覆うように陰極層を形成して複数のコンデンサ素子を形成するコンデンサ素子形成工程と、
前記複数のコンデンサ素子の主面同士が重なるように積層して、２つの主面と複数の側面を有し、前記複数の側面のうち少なくとも１つの側面に、前記弁作用金属基体の側面が露出している積層体を形成する積層体形成工程と、
前記積層体の前記弁作用金属基体が露出している側面に位置している陰極層を絶縁体化して絶縁化物を形成する陰極層絶縁体化工程と、
前記積層体の前記側面に露出している前記弁作用金属基体と陽極端子とを電気的に接続する陽極端子接続工程と、
を備えることを特徴とする、固体電解コンデンサの製造方法。 - 前記絶縁化物は、前記積層体の側面に位置している陰極層を加熱することによって形成されることを特徴とする、請求項３に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
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