JPWO2018043223A1 - 固体電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

互いに交差する第１方向および第２方向に沿って設けられた複数の素子接続部および複数の素子接続部を一体に連結する連結部を具備するフレームと、複数の素子接続部にそれぞれ接続された複数のコンデンサ素子とを具備する接続体を準備する工程と、第１方向にストライプ状に延びる封止樹脂により、接続体が具備する複数のコンデンサ素子を封止する工程と、第１方向において隣接するコンデンサ素子間にブレードを走行させて、第２方向に沿って封止樹脂をダイシングして、封止樹脂に溝を形成する工程と、溝の底面に沿って封止樹脂をレーザーで切断するとともに、フレームの素子接続部と連結部との境界をレーザーで切断して、封止樹脂で封止されたコンデンサ素子を個片化する工程とを備える、固体電解コンデンサの製造方法。

Description

本発明は、固体電解コンデンサおよびその製造方法に関する。

チップ型などの形状を有する固体電解コンデンサは、複数のコンデンサ素子が配置されたフレームを封止樹脂で覆って複数の固体電解コンデンサを含む集合体を形成した後、コンデンサ素子ごとに集合体を個片化して製造されている。集合体を構成するフレームは、マトリックス状に設けられた複数の素子接続部を具備する二次元的シートであり、各々の素子接続部にコンデンサ素子の陽極部および陰極部がそれぞれ電気的に接続される。

封止樹脂は、通常、二次元シートの片面のほぼ全面を覆うようにして複数のコンデンサ素子とフレームとを覆っている。図９は、フレーム１００´の片面のほぼ全面を封止樹脂２３０´で覆うようにコンデンサ素子を封止した従来の固体電解コンデンサの集合体７００を示す平面図である。図９に示すようなマトリックス状の集合体７００の場合、ブレードを、矢印ＸおよびＹの方向に縦横に走行させて、フレーム１００´とともに封止樹脂２３０´を切断して、固体電解コンデンサ２０´を個片化する必要がある（特許文献１、実施例２参照）。

特開２００３−１３３１７６号公報

しかし、ブレードを縦横に走行させて集合体を個片化する工程は、ブレードの走行方向の変更を伴うため、工数が多くなり、煩雑である。また、ブレードでフレームを切断すると、フレームの切断面にバリが発生しやすく、ブレードの消耗も激しい。

フレームをレーザーで切断する場合には、バリが発生しにくくなると考えられる。しかし、フレームは、コンデンサ素子以上の厚さを有する封止樹脂で覆われているため、レーザーで精度良く切断することが困難である。仮に、封止樹脂を切断できたとしても、切断面に封止樹脂の溶融痕が残り、外観の良好な製品を製造することは困難である。さらに封止樹脂を切断する際に、コンデンサ素子にレーザーの熱が伝わり、ダメージを与えてしまう虞がある。

上記に鑑み、本発明の一局面は、互いに交差する第１方向および第２方向に沿ってマトリックス状に設けられた複数の素子接続部および前記複数の素子接続部どうしを一体に連結する連結部を具備するシート状のフレームと、前記複数の素子接続部にそれぞれ接続された複数のコンデンサ素子と、を具備する接続体を準備する工程と、前記接続体が具備する前記複数のコンデンサ素子を、封止樹脂によって前記第１方向にストライプ状に封止する工程と、前記第１方向において隣接する前記コンデンサ素子間にブレードを走行させて、前記第２方向に沿って前記封止樹脂をダイシングして、前記封止樹脂に溝を形成する工程と、前記溝の底面に沿って前記封止樹脂をレーザーで切断するとともに、前記フレームの前記素子接続部と前記連結部との境界をレーザーで切断して、前記封止樹脂で封止された前記コンデンサ素子を個片化する工程と、を備える、固体電解コンデンサの製造方法に関する。

本発明の別の局面は、陽極体と、前記陽極体に形成された誘電体層と、前記誘電体層に形成された陰極部と、を備えるコンデンサ素子と、前記陽極体と電気的に接続された陽極端子と、前記陰極部と電気的に接続された陰極端子と、前記コンデンサ素子を覆い、かつ、前記陽極端子および前記陰極端子の少なくとも一部をそれぞれ露出させる封止樹脂と、を備え、前記封止樹脂が、６つの主面を有する六面体の形状を有し、前記６つの主面のうちの一つが実装面であり、前記実装面とそれぞれ一辺を共有する一対の互いに対向する第１側面および第２側面に、それぞれ前記陽極端子および前記陰極端子が露出しており、前記実装面と前記第１側面および前記第２側面とが、それぞれ９０°未満の鋭角で交わり、前記実装面とそれぞれ一辺を共有する別の一対の互いに対向する第３側面および第４側面と、前記実装面とが、それぞれ実質的に直交している、固体電解コンデンサに関する。

本発明によれば、効率的に外観の良好な固体電解コンデンサを製造することができる。

本発明の一実施形態に係るフレームの一例を示す平面図である。 フレームとその素子接続部に接続されたコンデンサ素子とを具備する接続体の一例を示す平面図である。 接続体のコンデンサ素子をストライプ状の封止樹脂で封止して得られた固体電解コンデンサの集合体の一例の平面図である。 ストライプ状の封止樹脂をブレードでダイシングする様子を概念的に示す平面図である。 ストライプ状の封止樹脂がダイシングされた、個片化される途中の固体電解コンデンサの集合体の一例を示す平面図である。 レーザーにより個片化された固体電解コンデンサと、全ての固体電解コンデンサが取り除かれた後のフレーム残部を概念的に示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る固体電解コンデンサの一例を模式的に示す断面図である。 図７に示す固体電解コンデンサを方向Ｄから見た正面図である。 フレームの片面のほぼ全面を封止樹脂で覆うようにコンデンサ素子を封止した従来の固体電解コンデンサの集合体を示す平面図である。

以下、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、図面を参照しながら更に説明する。

（i）接続体準備工程
固体電解コンデンサの製造方法は、互いに交差する第１方向および第２方向に沿ってマトリックス状に設けられた複数の素子接続部および複数の素子接続部どうしを一体に連結する連結部を具備するシート状のフレームと、複数の素子接続部にそれぞれ接続された複数のコンデンサ素子とを具備する接続体を準備する工程を具備する。第１方向と第２方向とは、９０°で交差することが好ましいが、これに限定されず、例えば８８〜９２°の角度で交差させてもよい。

図１は、本発明の一実施形態に係るフレームの一例を示す平面図である。シート状のフレーム１００は、互いに交差する第１方向（矢印Ｄ１の方向）および第２方向（矢印Ｄ２の方向）に沿ってマトリックス状に設けられた複数の素子接続部１１０と、複数の素子接続部１１０を一体に連結する連結部１２０とを具備する。フレーム１００のうち、素子接続部１１０以外の部分は、連結部１２０と見なしてよい。フレーム１００は、金属シートもしくは金属箔を打ち抜き加工して、複数のＨ形状の打ち抜き開口１０１をマトリックス状に形成したものである。なお、打ち抜き開口の形状は、特に限定されず、コンデンサ素子の形状等に応じて適宜変更すればよい。

フレーム１００が具備する複数の素子接続部１１０に、複数のコンデンサ素子１０をそれぞれ接続することにより、フレーム１００とコンデンサ素子１０とを具備する接続体２００が得られる。複数の素子接続部１１０は、それぞれが陽極端子部１１１と陰極端子部１１２とを具備する。図２は、接続体２００をコンデンサ素子１０が配置されている側から見た平面図である。各々のコンデンサ素子１０は、概ね矩形の陽極体と、陽極体に形成された誘電体層と、誘電体層に形成された陰極部とを備える。陽極体には、陽極リード２が植立するように設けられている。陽極リード２は、素子接続部１１０の一方（陽極端子部１１１）に電気的に接続される。陽極リード２は、所定の枕部材などを介して陽極端子部１１１に接続することができる。陰極部は、素子接続部１１０の他方（陰極端子部１１２）に電気的に接続される。接続の方法は、特に限定されないが、溶接による接合、導電性ペーストを介在させた接着などが好ましい。

（ii）接続体封止工程
次に、第１方向にストライプ状に延びる封止樹脂により、接続体が具備する複数のコンデンサ素子を封止する工程を行う。すなわち、従来のようにフレームの片面のほぼ全面を封止樹脂で覆うのではなく、マトリックス状に存在する複数の固体電解コンデンサを行または列ごとに覆うようにストライプ状の封止樹脂が設けられる。これにより、封止樹脂の使用量を従来よりも低減することができる。このとき、ストライプ状の封止樹脂は、フレームの素子接続部と連結部との境界を覆うように設けてもよく、当該境界が露出するように設けてもよい。このような封止樹脂の成形は、例えば、トランスファー成形法により行われる。封止樹脂には、トランスファー成形の際に硬化する熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。

図３は、接続体２００のコンデンサ素子１０をストライプ状の封止樹脂２３０で封止して得られた固体電解コンデンサの集合体３００の平面図である。金型のキャビティ（凹部）内に収容された封止樹脂２３０は、コンデンサ素子１０を保護する外装部２３０Ａを形成する。一方、金型のキャビティ（凹部）内に収容されなかった封止樹脂の残部は、Ｈ形状の打ち抜き開口１０１を埋めるように、フレーム１００と同様の厚さの第１薄板部２３０Ｂを形成する。

シート状のフレームが、長辺および短辺を有する長方形である場合、フレームが具備する複数の素子接続部にそれぞれ接続された複数のコンデンサ素子と当該フレームとを具備する接続体の形状も同形状になる。つまり接続体の形状は、シート状のフレームの周縁の輪郭により決定される。

接続体が長辺および短辺を有する長方形であるとき、第１方向（つまりストライプ状に延びる封止樹脂の延在方向）は、接続体の短辺と実質的に平行であることが好ましい。第１方向を接続体の短辺方向と合わせることで、トランスファー成形法によりストライプ状の封止樹脂を形成する際に、封止樹脂の流動長さを短くすることができる。よって、封止樹脂の流動性が妨げられにくく、マトリックス状に配置された全てのコンデンサ素子を封止樹脂で覆うことが容易となるためである。

なお、長方形とは、それぞれ実質的に平行な２対の長辺と短辺（曲線や波線を含んでいてもよい）を有する形状であり、実質的に平行とは、２方向が互いに０〜１０°の角度を成す場合をいう。

図３では、フレーム１００の形状は、第１方向（矢印Ｄ１の方向）の短辺と、第２方向（矢印Ｄ２の方向）の長辺とを有する長方形である。よって、トランスファー成形法によりストライプ状の封止樹脂２３０を形成する際には、接続体２００を挟み込んだ金型内において、溶融樹脂を第１方向に沿って流動させることが望ましい。これにより、第１方向に延在するストライプ状の封止樹脂２３０が形成される。ただし、溶融樹脂を流動させる第１方向とフレームの短辺の方向とが必ずしも対応している必要はなく、溶融樹脂を流動させる第１方向とフレームの長辺の方向とを対応させてもよい。

（iii）封止樹脂切断工程
次に、第１方向において隣接するコンデンサ素子間にブレードを走行させて、第２方向に沿って封止樹脂をダイシングして、封止樹脂に溝を形成する工程を行う。ブレードは、従来のように縦横に走行するのではなく、一方向のみに走行させればよい。よって、ブレードの走行方向を変更する工程は不要である。また、ブレードは、一方向においても、封止樹脂の存在する領域と、封止樹脂の存在しない領域とを、順繰りに走行する。更に、ブレードは、封止樹脂をダイシングするだけでよく、フレームをダイシングする必要がない。よって、ブレードを縦横に走行させて封止樹脂とフレームとを切断する場合に比べて、ブレードの消耗が顕著に抑制される。

図４は、封止樹脂２３０をブレード４０１でダイシングする様子を示す平面図である。これにより、図５に示すように、封止樹脂２３０に溝Ｇが形成される。図５は、封止樹脂２３０のダイシングが終了したとき（個片化される途中）の固体電解コンデンサの集合体５００を示す平面図である。これにより、封止樹脂２３０に、溝Ｇの底面に沿う第２薄板部２３０Ｃが形成される。

ここで、封止樹脂２３０に形成された溝Ｇの底面と、フレーム１００の一方の面とは、実質的に面一であることが好ましい。つまり、Ｈ形状の打ち抜き開口１０１において、フレーム１００の厚さと実質的に同じだけの厚さの第２薄板部２３０Ｃが残るように、封止樹脂２３０をダイシングすることが好ましい。これにより、レーザーによる第２薄板部２３０Ｃの切断が容易になり、外観に優れた固体電解コンデンサを更に得やすくなる。

なお、実質的に面一とは、ここでは、打ち抜き開口における第２薄板部の厚さが、フレーム１００の厚さの９５％〜１０５％である場合をいう。

封止樹脂２３０をダイシングする際には、ブレード４０１とフレーム１００とを接触させないことが望ましい。ただし、ブレード４０１の消耗が大きくならない程度に、フレーム１００の連結部１２０を部分的にブレードで切削してもよい。

（iv）個片化工程
次に、封止樹脂に形成された溝の底面に沿って、封止樹脂もしくは第２薄板部をレーザーで切断するとともに、フレームの素子接続部と連結部との境界をレーザーで切断して、封止樹脂で封止されたコンデンサ素子を個片化する工程を行う。より具体的には、切り出す固体電解コンデンサの封止樹脂の輪郭に沿ってレーザーを走査させる。図５に示される集合体５００の場合、第２薄板部２３０Ｃとフレームの上記境界１１５だけでなく、封止樹脂の第１薄板部２３０Ｂもレーザーで切断される。つまり、レーザーで切断される封止樹脂は、薄板部だけであるため、精度よく切断することができる。また、薄板部のレーザーによる切断面は、ほとんど乱れることがなく、外観を損なう懸念もなくなる。更に、フレームの素子接続部と連結部との境界がレーザーで切断されるため、バリが発生しにくくなる。

図６は、レーザーにより個片化された固体電解コンデンサ２０と、全ての固体電解コンデンサ２０が取り除かれた後のフレーム残部６００を示す平面図である。

次に、本発明の一実施形態に係る固体電解コンデンサの構造について説明する。

＜固体電解コンデンサ＞
固体電解コンデンサは、陽極体と、陽極体に形成された誘電体層と、誘電体層に形成された陰極部とを備えるコンデンサ素子と、陽極体と電気的に接続された陽極端子と、陰極部と電気的に接続された陰極端子と、コンデンサ素子を覆い、かつ、陽極端子および陰極端子の少なくとも一部をそれぞれ露出させる封止樹脂を備える。

図７は、固体電解コンデンサの一例を模式的に示す断面図であり、図８は、図７に示す固体電解コンデンサを方向Ｄから見た正面図である。固体電解コンデンサ２０は、陽極部６および陰極部７を有するコンデンサ素子１０と、コンデンサ素子１０を封止する外装体１２と、陽極部６と電気的に接続し、かつ、外装体１２から一部が露出する陽極端子１３と、陰極部７と電気的に接続し、かつ、外装体１２から一部が露出する陰極端子１４とを備えている。

外装体１２は、封止樹脂２３０の外装部２３０Ａから切り出された部分で構成されている。陽極端子１３は、フレーム１００の素子接続部１１０の陽極端子部１１１に由来する。陰極端子１４は、素子接続部１１０の陰極端子部１１２に由来する。

＜陽極部＞
陽極部６は、陽極体１と、陽極体１の一面から延出して陽極端子１３と電気的に接続する陽極リード２とを有する。陽極体１は、例えば、金属粒子を焼結して得られる直方体の多孔質焼結体である。金属粒子として、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）などの弁作用金属の粒子が用いられる。

陽極リード２は、例えば、導電性を有するワイヤーから構成されている。陽極リード２の材料としても、上記弁作用金属を用いることができるが、これに限定されるものではない。陽極リード２は、陽極体１の一面から陽極体１の内部へ埋設された第一部分２ａと、陽極体１の上記一面から延出した第二部分２ｂとを有する。第二部分２ｂは、枕部材１３ａを介して陽極端子１３と接続されている。

＜誘電体層＞
陽極体１の表面には、誘電体層３が形成されている。誘電体層３は、例えば、金属酸化物から構成されている。陽極体１の表面に金属酸化物を含む層を形成する方法として、例えば、化成液中に陽極体１を浸漬して陽極体１の表面を陽極酸化する方法が挙げられる。

＜陰極部＞
陰極部７は、誘電体層３上に形成された固体電解質層４と、固体電解質層４を覆う陰極層５とを有している。固体電解質層４は、誘電体層３の少なくとも一部を覆うように形成されていればよい。固体電解質層４には、例えば、マンガン化合物や導電性高分子が用いられる。導電性高分子として、例えば、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリチオフェン、あるいはこれらの誘導体が用いられる。

陰極層５は、例えば、固体電解質層４を覆うように形成されたカーボン層５ａと、カーボン層５ａの表面に形成された金属ペースト層５ｂとを有している。カーボン層５ａは、黒鉛等の導電性炭素材料と樹脂を含む。金属ペースト層５ｂは、例えば、金属粒子（例えば銀）と樹脂とを含む。陰極層５は、集電機能を有すればよい。

固体電解コンデンサがチップ型の形状などを有する場合、封止樹脂に由来する外装体１２は、通常、６つの主面を有する六面体の形状を有する。このとき、６つの主面のうちの一つが実装面１２Ｓである。実装面１２Ｓとは、固体電解コンデンサ２０が回路部材もしくは基板に搭載される際に、回路部材もしくは基板と対面配置される面である。実装面１２Ｓとそれぞれ一辺を共有する一対の互いに対向する第１側面１２Ａおよび第２側面１２Ｂには、それぞれ陽極端子１３および陰極端子１４が露出している。陽極端子１３および陰極端子１４の露出部は、既に述べたように、レーザーによりフレーム１００の素子接続部１１０と連結部１２０との境界１１５を切断することにより形成される。

ここで、上記製造方法で得られる固体電解コンデンサ２０においては、実装面１２Ｓと、各端子が露出する第１側面１２Ａおよび第２側面１２Ｂとは、図７に示すように、それぞれ９０°未満の鋭角θで交わっている。第１側面１２Ａおよび第２側面１２Ｂは、ストライプ状の封止樹脂２３０を形成するときに、金型と接触していた側面である。よって、第１側面１２Ａおよび第２側面１２Ｂと実装面１２Ｓとの角度は、離型性を考慮して設計された金型形状により決定される。ストライプ状の封止樹脂２３０の離型性を考慮すると、ストライプ状の封止樹脂２３０の長さ方向（第１方向）に垂直な断面は、図７に示すような台形であることが望ましい。すなわち、実装面１２Ｓ側の底辺は、対向する底辺よりも長く、かつこれら２本の対辺は実質的に平行であることが好ましい。よって、実装面１２Ｓと、第１側面１２Ａおよび第２側面１２Ｂとは、それぞれ９０°未満の鋭角θで交わることになる。鋭角θは、例えば８０°≦θ＜９０°であり、好ましくは８０°≦θ＜８８°である。

一方、実装面１２Ｓとそれぞれ一辺を共有する、別の一対の互いに対向する第３側面１２Ｃおよび第４側面１２Ｄと、実装面１２Ｓとは、図８に示すように、それぞれ実質的に直交している。第３側面１２Ｃおよび第４側面１２Ｄは、封止樹脂２３０をブレードでダイシングするとともに、形成された溝Ｇの底面に沿う第２薄板部２３０Ｃをレーザーで切断するときに形成される側面である。よって、第３側面１２Ｃおよび第４側面１２Ｄは、それぞれ実質的に実装面１２Ｓと直交するように形成される。また、第３側面１２Ｃおよび第４側面１２Ｄの実装面１２Ｓ側の端部は、レーザーによる溶融痕を有する。

なお、実質的に直交するとは、２面が互いに８８°〜９２°の角度を成す場合をいう。

本発明に係る製造方法によれば、様々なタイプの固体電解コンデンサを効率的に製造することができるが、中でも小型かつチップ型の固体電解コンデンサの製造方法として好適である。

１：陽極体、２：陽極リード、２ａ：第一部分、２ｂ：第二部分、３：誘電体層、４：固体電解質層、５：陰極層、５ａ：カーボン層、５ｂ：金属ペースト層、６：陽極部、７：陰極部、１０：コンデンサ素子、１２：外装体、１２Ｓ：実装面、１２Ａ：第１側面、１２Ｂ：第２側面、１２Ｃ：第３側面、１２Ｄ：第４側面、１３：陽極端子、１３ａ：枕部材、１４：陰極端子、２０：固体電解コンデンサ、２０´：固体電解コンデンサ、１００：フレーム、１００´：フレーム、１１０：素子接続部、１２０：連結部、１０１：打ち抜き開口、１１１：陽極端子部、１１２：陰極端子部、１１５：素子接続部と連結部との境界、２００：接続体、２３０：封止樹脂、２３０Ａ：外装部、２３０Ｂ：第１薄板部、２３０Ｃ：第２薄板部、２３０´：封止樹脂、３００：集合体、４０１：ブレード、５００：個片化途中の集合体、６００：フレーム残部、７００：集合体、Ｇ：溝

Claims (6)

1. 互いに交差する第１方向および第２方向に沿ってマトリックス状に設けられた複数の素子接続部および前記複数の素子接続部どうしを一体に連結する連結部を具備するシート状のフレームと、前記複数の素子接続部にそれぞれ接続された複数のコンデンサ素子と、を具備する接続体を準備する工程と、
   前記接続体が具備する前記複数のコンデンサ素子を、封止樹脂によって前記第１方向にストライプ状に封止する工程と、
   前記第１方向において隣接する前記コンデンサ素子間にブレードを走行させて、前記第２方向に沿って前記封止樹脂をダイシングして、前記封止樹脂に溝を形成する工程と、
   前記溝の底面に沿って前記封止樹脂をレーザーで切断するとともに、前記フレームの前記素子接続部と前記連結部との境界をレーザーで切断して、前記封止樹脂で封止された前記コンデンサ素子を個片化する工程と、を備える、固体電解コンデンサの製造方法。
2. 前記溝の底面と前記フレームの一方の面とが、実質的に面一である、請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
3. 前記接続体の形状が、長辺および短辺を有する長方形であり、
   前記第１方向と前記短辺とが実質的に平行である、請求項１または２に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
4. 前記コンデンサ素子が、陽極体と、前記陽極体に形成された誘電体層と、前記誘電体層に形成された陰極部と、を備え、
   前記素子接続部が、前記陽極体と電気的に接続される陽極端子部と、前記陰極部と電気的に接続される陰極端子部と、を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
5. 陽極体と、前記陽極体に形成された誘電体層と、前記誘電体層に形成された陰極部と、を備えるコンデンサ素子と、
   前記陽極体と電気的に接続された陽極端子と、
   前記陰極部と電気的に接続された陰極端子と、
   前記コンデンサ素子を覆い、かつ、前記陽極端子および前記陰極端子の少なくとも一部をそれぞれ露出させる封止樹脂と、を備え、
   前記封止樹脂が、６つの主面を有する六面体の形状を有し、
   前記６つの主面のうちの一つが実装面であり、
   前記実装面とそれぞれ一辺を共有する一対の互いに対向する第１側面および第２側面に、それぞれ前記陽極端子および前記陰極端子が露出しており、
   前記実装面と前記第１側面および前記第２側面とが、それぞれ９０°未満の鋭角で交わり、
   前記実装面とそれぞれ一辺を共有する別の一対の互いに対向する第３側面および第４側面と、前記実装面とが、それぞれ実質的に直交している、固体電解コンデンサ。
6. 前記第３側面および前記第４側面の前記実装面側の端部が、溶融痕を有する、請求項５に記載の固体電解コンデンサ。

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