WO2023190050A1 - 固体電解コンデンサ - Google Patents
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- H01G9/15—Solid electrolytic capacitors
Definitions
- the present invention relates to a solid electrolytic capacitor.
- Patent Document 1 in order to increase the area of the anode exposed from the end face and reduce the equivalent series resistance (ESR), the valve action metal base of the anode has a reverse tapered portion (thickness increases toward the exposed surface of the anode).
- a solid electrolytic capacitor is described (for example, see FIG. 4).
- the anode is limited to deformation within the valve metal base, that is, within the metal foil, and the ESR reduction effect is limited.
- the present invention was made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a solid electrolytic capacitor with a low equivalent series resistance.
- the solid electrolytic capacitor of the present invention includes a solid electrolytic capacitor element, an insulating resin provided around the solid electrolytic capacitor element, and an element body having a first surface and a second surface, and a solid electrolytic capacitor formed on the first surface. and a second external electrode formed on the second surface, and the solid electrolytic capacitor element includes an anode having a metal base portion and a porous portion on the metal base portion; a dielectric layer provided on the surface of the porous portion; and a cathode provided on the dielectric layer, the cathode being connected to the first external electrode on the first surface;
- the anode is connected to the second external electrode on the second surface, and the insulating resin includes an adjacent portion adjacent to the solid electrolytic capacitor element, and the adjacent portion is on the first external electrode side.
- the metal base portion has a first surface and a second surface on the side of the second external electrode, and the metal base portion extends to above the second surface of the adjacent portion.
- a solid electrolytic capacitor with low equivalent series resistance can be provided.
- FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of a solid electrolytic capacitor according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the solid electrolytic capacitor shown in FIG. 1 taken along line XX.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the solid electrolytic capacitor shown in FIG. 1 taken along line YY.
- FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of a solid electrolytic capacitor element and a mask layer included in the solid electrolytic capacitor shown in FIG.
- FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the mask layer adjacent to the solid electrolytic capacitor element shown in FIG.
- FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the second end face portion of the element body included in the solid electrolytic capacitor shown in FIG.
- FIG. 7 is a schematic diagram of the second end surface of the element body included in the solid electrolytic capacitor shown in FIG. 2, viewed from the front.
- FIG. 8 is a plan view schematically showing an example of the anode and mask layer of the solid electrolytic capacitor element included in the solid electrolytic capacitor shown in FIG.
- FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing an example of a solid electrolytic capacitor according to another embodiment of the present invention, and corresponds to the cross-sectional view of FIG. 6.
- FIG. 10 is a perspective view schematically showing an example of the first portion of the exterior body used in the method for manufacturing a solid electrolytic capacitor according to the embodiment of the present invention, showing a state in which some of the through holes are seen through.
- FIG. 10 is a perspective view schematically showing an example of the first portion of the exterior body used in the method for manufacturing a solid electrolytic capacitor according to the embodiment of the present invention, showing a state in which some of the through holes are seen through.
- FIG. 11 is a plan view schematically showing an example of a workpiece used in the method for manufacturing a solid electrolytic capacitor according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 12 is a diagram schematically showing an example of a process of preparing a stacked body in which a plurality of solid electrolytic capacitor elements overlap each other.
- FIG. 13 is a diagram schematically showing an example of the process of attaching the adhesive sheet to the first portion of the exterior body.
- FIG. 14 is a diagram schematically showing an example of a process of supplying conductive paste onto an adhesive sheet.
- FIG. 15A is a diagram schematically showing an example of a process of inserting a superimposed body into a through hole.
- FIG. 15B is a diagram schematically showing an example of a process of embedding the tip of each element in a conductive paste.
- FIG. 15C is a diagram schematically showing an example of a process of filling a liquid material around each element inserted into a through hole.
- FIG. 16 is a diagram schematically showing an example of a process of machining and cutting an unnecessary portion of the first portion of the exterior body.
- FIG. 17 is a photograph showing the processed surface when the first portion of the exterior body is diced.
- FIG. 18 is a photograph showing the processed surface when the first portion of the exterior body was end milled.
- FIG. 19 is a diagram schematically showing an example of a process of cutting the first portion of the exterior body around the through hole.
- the solid electrolytic capacitor of the present invention will be explained below.
- the present invention is not limited to the following configuration, and can be modified and applied as appropriate without changing the gist of the present invention.
- the present invention also includes a combination of two or more of the individual desirable configurations described below.
- FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of a solid electrolytic capacitor according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the solid electrolytic capacitor shown in FIG. 1 taken along line XX.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the solid electrolytic capacitor shown in FIG. 1 taken along line YY. Note that in FIG. 2, illustration of the dielectric layer 41 of the solid electrolytic capacitor element 10 is omitted. Further, in FIG. 3, illustration of the internal structure of the solid electrolytic capacitor element 10 is omitted.
- the length direction of the solid electrolytic capacitor 100 and the element body 110 is indicated by L
- the width direction is indicated by W
- the height direction is indicated by T.
- the length direction L, width direction W, and height direction T are orthogonal to each other.
- the solid electrolytic capacitor 100 has a substantially rectangular parallelepiped outer shape.
- Solid electrolytic capacitor 100 includes an element body 110, a first external electrode 120, and a second external electrode 130.
- the element body 110 includes a solid electrolytic capacitor element 10 (hereinafter sometimes simply abbreviated as "element 10"), and includes a superimposed body 11 in which a plurality of elements 10 are stacked on top of each other. Further, the element body 110 includes an insulating resin 12 and a current collecting electrode 13. Note that the number of elements 10 included in the superimposed body 11 is not particularly limited as long as it is two or more, and can be set as appropriate.
- the element body 110 has an approximately rectangular parallelepiped outer shape.
- the element body 110 has a first main surface 110a and a second main surface 110b facing each other in the height direction T, a first side surface 110c and a second side surface 110d facing each other in the width direction W, and a first side surface 110c and a second side surface 110d facing each other in the length direction L. It has a first end surface 110e and a second end surface 110f.
- the first end face 110e of the element body 110 is an example of the first face of the element body in the solid electrolytic capacitor of the present invention
- the second end face 110f of the element body 110 is an example of the first face of the element body in the solid electrolytic capacitor of the present invention. This is an example of the second page.
- the element body 110 has a substantially rectangular parallelepiped outer shape, but the corners and ridges may be rounded.
- the corner portion is a portion where three sides of the element body 110 intersect, and the ridgeline portion is a portion where two sides of the element body 110 intersect.
- the first external electrode 120 is formed on the first end surface 110e of the element body 110
- the second external electrode 130 is formed on the second end surface 110f of the element body 110.
- the plurality of elements 10 are arranged one on top of the other in the height direction T.
- the extending direction of each of the plurality of elements 10 is approximately parallel to the first main surface 110a and the second main surface 110b of the element body 110.
- Elements 10 adjacent to each other in the height direction T may be bonded to each other via a conductive adhesive (not shown).
- FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of a solid electrolytic capacitor element and a mask layer included in the solid electrolytic capacitor shown in FIG. 1.
- FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the mask layer adjacent to the solid electrolytic capacitor element shown in FIG.
- each element 10 is a substantially flat electronic component element, and has a rectangular thin film (foil ), a dielectric layer 41 provided on the surface of the porous portion 40b, and a cathode 43 provided on the dielectric layer 41.
- a cathode 43 faces an anode 40 with a dielectric layer 41 in between.
- planar view means viewing from the normal direction of the main surface of the anode.
- each cathode 43 is electrically connected to the first external electrode 120 via the current collecting electrode 13 at the first end surface 110e of the element body 110, and each anode 40 is connected to the first external electrode 120 via the current collecting electrode 13. It is electrically connected to the second external electrode 130 at the second end surface 110f of the electrode 110.
- the insulating resin 12 is provided around each element 10. That is, the insulating resin 12 is provided between adjacent elements 10 and around the stacked body 11.
- the insulating resin 12 includes an adjacent portion 30 adjacent to each element 10, and the adjacent portion 30 has a first surface 30a on the first external electrode 120 side and a second surface 30b on the second external electrode 130 side. .
- FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the second end face portion of the element body included in the solid electrolytic capacitor shown in FIG.
- FIG. 7 is a schematic diagram of the second end surface of the element body included in the solid electrolytic capacitor shown in FIG. 2, viewed from the front. Note that in FIG. 6, a portion corresponding to the second surface 30b of the adjacent portion 30 is indicated by a thick line X. Further, in FIGS. 6 and 7, illustration of the dielectric layer 41 of the solid electrolytic capacitor element 10 is omitted.
- the metal base portion 40a of each anode 40 extends above the second surface 30b of the adjacent portion 30. As shown in FIGS. Thereby, the contact area between the metal base portion 40a of each anode 40 and the second external electrode 130 can be increased, and as a result, the ESR of the solid electrolytic capacitor 100 can be reduced. This is because the metal base portion 40a extends to the outside of the metal foil in the height direction T.
- the second surface 30b of the adjacent portion 30 includes an uncoated region 30c that is not covered by the metal base portion 40a, and the second end surface 110f of the element body 110 has a recessed portion 110g whose bottom surface is the uncoated region 30c. It is provided. This increases the area of close contact between the element body 110 and the second external electrode 130, so the risk of the second external electrode 130 peeling off can be reduced, and as a result, the reliability of the solid electrolytic capacitor 100 can be improved.
- FIG. 8 is a plan view schematically showing an example of the anode and mask layer of the solid electrolytic capacitor element included in the solid electrolytic capacitor shown in FIG. 1. Note that in FIG. 8, illustration of members other than the anode 40 of the solid electrolytic capacitor element 10 is omitted.
- the anode 40 is a rectangular thin film (foil) made of a valve metal and has four sides in a plan view, and preferably has a pair of long sides and a pair of short sides. It has a rectangular shape (rectangular shape) in plan view. As shown in FIG. 2, the anode 40 extends between the first end surface 110e and the second end surface 110f of the element body 110.
- the anode 40 has a metal base portion 40a and a porous portion 40b provided with a plurality of recesses. Therefore, each main surface of the anode 40 is porous. This increases the surface area of the anode 40. Note that the present invention is not limited to the case where both main surfaces of the anode 40 are porous (the porous portion 40b), and only one of the both main surfaces of the anode 40 may be porous (the porous portion 40b).
- the metal base portion 40a is a metal core portion of the anode 40, and as shown in FIG. 6, the thickness of the metal base portion 40a is approximately constant except for the end portion 40c on the second external electrode 130 side.
- the end 40c of the metal base portion 40a on the second external electrode 130 side has a T-shape in cross section with a pair of flange portions 40d protruding in the height direction T, and each flange portion 40d is porous. It extends beyond the portion 40b and onto the adjacent portion 30 of the insulating resin 12.
- the metal base portions 40a (flange portions 40d) of adjacent elements 10 do not contact each other, and the gap between them serves as the above-mentioned uncovered region 30c.
- the recessed portion 110g whose bottom surface is the non-covered region 30c is a grooved portion extending linearly in the width direction W.
- the metal base portions 40a (flange portions 40d) of adjacent elements 10 may be in contact with each other, and the entire second surface 30b of the adjacent portion 30 may be covered with the metal base portions 40a. That is, the adjacent portion 30 may not include the above-mentioned uncovered region 30c.
- the anode 40 is made of, for example, a single metal such as aluminum, tantalum, niobium, titanium, or zirconium, or a valve metal such as an alloy containing these metals. An oxide film can be formed on the surface of the valve metal.
- the anode 40 only needs to be composed of a metal base portion 40a and a porous portion 40b provided on at least one main surface of the metal base portion 40a, and may be formed by etching the surface of metal foil, metal A foil in which a porous fine powder sintered body is formed on the surface of the foil can be appropriately used.
- the dielectric layer 41 is provided here on the surface of the porous portion 40b of the anode 40 (see FIG. 5). That is, the dielectric layer 41 is provided over the entire surface of the anode 40 except for the end 40c of the metal base portion 40a on the second external electrode 130 side. However, it is sufficient that the dielectric layer 41 is provided on at least one of both main surfaces of the anode 40, excluding at least the end portion 40c.
- the dielectric layer 41 is constituted by an oxide film provided on the surface of the porous portion 40b of the anode 40.
- the dielectric layer 41 is made of aluminum oxide.
- the aluminum oxide is formed by anodizing the surface of the valve metal base.
- the cathode 43 includes a solid electrolyte layer 44 provided on the dielectric layer 41 and a conductive layer 45 provided on the solid electrolyte layer 44. Further, as shown in FIG. 5, the cathode 43 is provided on the dielectric layer 41 closer to the first external electrode 120 than the mask layer 31, which will be described later.
- the solid electrolyte layer 44 is provided on the dielectric layer 41. As shown in FIG. 5, the solid electrolyte layer 44 is preferably provided so as to fill a plurality of pores (recesses) of the porous portion 40b of the anode 40. However, it is sufficient that a part of the outer surface of the dielectric layer 41 is covered by the solid electrolyte layer 44, and there are pores (recesses) in the porous portion 40b of the anode 40 that are not filled with the solid electrolyte layer 44. You can leave it there.
- the solid electrolyte layer 44 is provided on the dielectric layer 41 closer to the first external electrode 120 than the mask layer 31 is. Although the solid electrolyte layer 44 is in contact with the mask layer 31 here, it may be arranged up to this side of the mask layer 31.
- the conductive layer 45 is provided on the solid electrolyte layer 44, as shown in FIG.
- the conductive layer 45 covers substantially the entire solid electrolyte layer 44 .
- the conductive layer 45 is disposed up to this side of the mask layer 31 here, it may be in contact with the mask layer 31.
- the conductive layer 45 has a substantially constant thickness.
- the conductive layer 45 is, for example, a composite layer in which a cathode conductor layer 45b is provided on the outer surface of a carbon layer 45a. Note that the conductive layer 45 may include only one of the carbon layer 45a or the cathode conductor layer 45b, or may be a mixed layer containing carbon and cathode conductor layer material.
- the insulating resin 12 is an insulating member formed from an insulating resin material, and has a plurality of mask layers 31 and an exterior body 20, as shown in FIG.
- the mask layer 31 is provided adjacent to each element 10. That is, the mask layer 31 is included in the adjacent portion 30 of the insulating resin 12 and constitutes a part of the adjacent portion 30 .
- the mask layer 31 is provided on the dielectric layer 41 along the side 40e (preferably the short side) of the anode 40 on the second external electrode 130 side. It is a member that separates the anode 40 and cathode 43 and ensures insulation between them.
- the mask layer 31 is provided linearly (extends in a band shape) along the side 40e of the anode 40.
- the mask layer 31 has a first surface 31a on the first external electrode 120 side and a second surface 31b on the second external electrode 130 side. , are exposed at the second end surface 110f of the element body 110. That is, at least a portion of the second surface 30b of the adjacent portion 30 is constituted by the second surface 31b of the mask layer 31.
- the mask layer 31 is provided in a tubular shape so as to surround the anode 40, but the mask layer 31 is provided on at least one main surface of the anode 40 (however, the main surface on which the dielectric layer 41 is provided). It would be good if it was.
- the exterior body 20 (second portion 22 of the exterior body 20 described later) is interposed between the adjacent mask layers 31, but the adjacent mask layers 31 may be in contact with each other, and the adjacent mask layers 31 may be in contact with each other.
- the exterior body 20 (second portion 22) does not need to be interposed between the matching mask layers 31.
- the metal base portion 40a of the anode 40 extends to at least the second surface 31b of the mask layer 31.
- FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing an example of a solid electrolytic capacitor according to another embodiment of the present invention, and corresponds to the cross-sectional view of FIG. 6.
- a portion corresponding to the second surface 30b of the adjacent portion 30 is indicated by a thick line X, and the dielectric layer 41 of the solid electrolytic capacitor element 10 is not shown.
- the metal base portion 40a may extend to the front of the exterior body 20 (second portion 22) without exceeding the mask layer 31 as shown in FIG. 6, or may extend beyond the mask layer 31 as shown in FIG. It may extend beyond the outer casing 20 (second portion 22).
- the metal base portion 40a may extend over the second surface 30b of the adjacent portion 30 over the entire width direction W, as shown in FIG. 30 may extend to above the second surface 30b.
- the mask layer 31 is preferably provided so as to fill a plurality of pores (recesses) of the porous portion 40b of the anode 40.
- the outer surface of the dielectric layer 41 is partially covered by the mask layer 31, and there may be pores (recesses) in the porous portion 40b that are not filled with the mask layer 31.
- the exterior body 20 seals the plurality of elements 10. That is, a stacked body 11 of a plurality of elements 10 is embedded in the exterior body 20. Further, the exterior body 20 seals the current collecting electrode 13.
- the exterior body 20 has a first portion 21 containing a first resin material and a second portion 22 containing a second resin material.
- the first portion 21 corresponds to the exterior portion of the solid electrolytic capacitor of the present invention, is open on the first end surface 110e side and the second end surface 110f side of the element body 110, and surrounds the adjacent portion 30.
- the "exterior part" in the present invention may represent a different part from the "adjacent part” in the present invention.
- the first portion 21 has a tube structure (for example, a square tube structure) having a through hole 23, and accommodates a plurality of elements 10 (superimposed bodies 11) in the through hole 23.
- the second portion 22 exists within a through hole 23 in which a plurality of elements 10 (superimposed body 11) are housed.
- square tube structure refers to a structure in which the outer circumferential surface of the tube structure includes four planes, and two adjacent planes among the four planes intersect (preferably orthogonally) each other.
- the shape of the through hole 23 is not particularly limited.
- the second portion 22 is filled in a through hole 23 in which a plurality of elements 10 (superimposed bodies 11) are housed. That is, the second portion 22 is filled inside the first portion 21 and around the plurality of elements 10 (superimposed body 11).
- the state in which the second portion 22 is filled in the through hole 23 in which the plurality of elements 10 (superimposed bodies 11) are housed means that the second portion 22 is inside the first portion 21.
- the space around the plurality of elements 10 (superimposed body 11) may or may not be completely filled. In the latter case, for example, a few air bubbles may remain in the second part 22, a slight gap may remain between the second part 22 and the first part 21, or the second part 22 A slight gap may remain between and the at least one element 10.
- the first resin material may be the same material as the second resin material, but is preferably a different material from the second resin material.
- the first resin material of the first portion 21 is preferably an injection moldable resin, and specifically, PPS (polyphenylene sulfide), LCP (liquid crystal polymer), PBT (polybutylene terephthalate), polyimide, polyamide, etc.
- Thermoplastic resins are preferred.
- the first resin material may contain fillers such as silica particles, alumina particles, and metal particles, and fibers such as ceramic fibers as reinforcing materials.
- the first portion 21 preferably contains 30% by weight or more of a filler made of an inorganic material.
- first resin material for example, PPS
- PPS polystyrene resin
- the first portion 21 more preferably contains 40% by weight or more of a filler made of an inorganic material, and even more preferably 45% by weight or more of a filler made of an inorganic material.
- the upper limit of the content of the filler in the first portion 21 (first resin material) is not particularly limited, but is preferably 70% by weight or less, more preferably 60% by weight or less, and 55% by weight or less. % or less is more preferable.
- the filler inorganic material contained in the first portion 21 silica particles and alumina particles are suitable.
- the ratio w2/w1 of the weight w2 of the alumina particles to the weight w1 of the silica particles is preferably 0.01 or more and 0.5 or less, more preferably 0.02 or more and 0.3 or less. It is preferably 0.05 or more and 0.15 or less.
- thermosetting resins such as epoxy resins, silicone resins, and urethane resins are suitable.
- the second resin material may contain fillers such as silica particles, alumina particles, and metal particles, and fibers such as ceramic fibers as reinforcing materials. More specifically, for example, the second portion 22 (second resin material) may contain 80% by weight or more and 90% by weight or less of silica particles as a filler.
- the current collecting electrode 13 is electrically connected to the plurality of cathodes 43 of the plurality of elements 10.
- the current collecting electrode 13 is exposed on the first end surface 110e of the element body 110, and is provided at least in a portion of the element body 110 on the first end surface 110e side. Further, the current collecting electrode 13 is formed in a thick shape at a position recessed from the first end surface 110e.
- each cathode 43 on the first external electrode 120 side is embedded in the current collecting electrode 13, thereby creating a gap between each cathode 43 and the current collecting electrode 13. Electrical connection is ensured.
- the current collecting electrode 13 is a composite material of a conductive component (conductive material) and a resin component (resin material).
- the conductive component preferably contains as a main component an elemental metal such as silver, copper, nickel, or tin, or an alloy containing at least one of these metals.
- the resin component preferably contains epoxy resin, phenol resin, etc. as a main component.
- the current collecting electrode 13 can be formed using, for example, a conductive paste such as silver paste.
- the first external electrode 120 is provided on the first end surface 110e of the element body 110.
- the first external electrode 120 is provided from the first end surface 110e of the element body 110 to each of the first main surface 110a, the second main surface 110b, the first side surface 110c, and the second side surface 110d. There is.
- the first external electrode 120 is electrically connected to the current collecting electrode 13 exposed from the element body 110 at the first end surface 110e. That is, the first external electrode 120 is electrically connected to each cathode 43 via the current collecting electrode 13.
- the current collecting electrode 13 is present in the through hole 23 in which the plurality of elements 10 (superimposed body 11) is housed, and the current collecting electrode 13 and the first portion 21 of the exterior body 20 are connected to the first portion 21 of the element body 110. Since one end surface 110e is formed, the first external electrode 120 can be formed on this first end surface 110e. Therefore, the electrical connection between the first external electrode 120 and the current collecting electrode 13 is easy, and the first external electrode 120 can be formed with a small thickness.
- the first external electrode 120 may have a so-called sputtered film formed by a sputtering method.
- the material of the sputtered film include Ni, Sn, Ag, Cu, and Ag.
- the first external electrode 120 may have a so-called vapor deposited film formed by a vapor deposition method.
- the material of the deposited film include Ni, Sn, Ag, and Cu.
- the film thickness of the first external electrode 120 may be thinner than that of the second external electrode 130. good.
- the film thickness of the first external electrode 120 is preferably 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, more preferably 5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less, and even more preferably 10 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
- the second external electrode 130 is provided on the second end surface 110f of the element body 110.
- the second external electrode 130 is provided from the second end surface 110f of the element body 110 to each of the first main surface 110a, the second main surface 110b, the first side surface 110c, and the second side surface 110d. There is.
- the second external electrode 130 is electrically connected to the anode 40 of the element 10 exposed from the element body 110 at the second end surface 110f.
- the second external electrode 130 may be directly or indirectly connected to the anode 40 at the second end surface 110f of the element body 110.
- At least one of the first external electrode 120 and the second external electrode 130 may have a resin electrode layer containing a conductive component and a resin component.
- the conductive component preferably contains as a main component an elemental metal such as silver, copper, nickel, or tin, or an alloy containing at least one of these metals.
- the resin component preferably contains epoxy resin, phenol resin, etc. as a main component.
- the resin electrode layer can be formed using, for example, a conductive paste such as silver paste.
- At least one of the first external electrode 120 and the second external electrode 130 may have a so-called plating layer formed by a plating method.
- the plating layer include a zinc/silver/nickel layer, a silver/nickel layer, a nickel layer, a zinc/nickel/gold layer, a nickel/gold layer, a zinc/nickel/copper layer, a nickel/copper layer, and the like.
- a copper plating layer, a nickel plating layer, and a tin plating layer are provided in this order (or excluding some of the plating layers) on these plating layers.
- At least one of the first external electrode 120 and the second external electrode 130 may have a resin electrode layer and a plating layer.
- the first external electrode 120 may include a resin electrode layer connected to the current collecting electrode 13 and an outer plating layer provided on the surface of the resin electrode layer.
- the first external electrode 120 also includes an inner plating layer connected to the current collecting electrode 13, a resin electrode layer provided to cover the inner plating layer, and an outer plating layer provided on the surface of the resin electrode layer.
- the second external electrode 130 may include a resin electrode layer connected to the anode 40 and an outer plating layer provided on the surface of the resin electrode layer.
- the second external electrode 130 also includes an inner plating layer connected to the anode 40, a resin electrode layer provided to cover the inner plating layer, and an outer plating layer provided on the surface of the resin electrode layer. It may have.
- Solid electrolytic capacitor 100 can be manufactured by the following method. In the following example, a method for simultaneously manufacturing a plurality of solid electrolytic capacitor elements using a large valve metal substrate will be described.
- FIG. 10 is a perspective view schematically showing an example of the first portion of the exterior body used in the method for manufacturing a solid electrolytic capacitor according to the embodiment of the present invention, showing a state where some of the through holes are seen through.
- a first portion 221 of the exterior body 220 (a member that will become the first portion 21 of the exterior body 20) containing the above-described first resin material and having a plurality of through holes 223 is prepared.
- the first portion 221 is a flat plate having a predetermined thickness and a rectangular shape in a plan view, and a plurality of through holes 223 are provided vertically and horizontally. Each through hole 223 is provided in a direction perpendicular to the main surface of the first portion 221, and both ends thereof are open.
- the first portion 221 can be made by injection molding.
- the first resin material used for the first portion 221 is preferably an injection moldable resin, and specifically, PPS (polyphenylene sulfide), LCP (liquid crystal polymer), PBT (polybutylene terephthalate), polyimide, Thermoplastic resins such as polyamide are preferred.
- the first resin material may contain fillers such as silica particles, alumina particles, and metal particles, and fibers such as ceramic fibers as reinforcing materials.
- Each inner corner of each through hole 223 of the first portion 221 may be rounded (see FIG. 3) or cornered (forming an inclined surface).
- FIG. 11 is a plan view schematically showing an example of a workpiece used in the method for manufacturing a solid electrolytic capacitor according to an embodiment of the present invention.
- a workpiece 210 is prepared in which element parts 212 (a plurality of solid electrolytic capacitor elements 10) are connected in a strip shape to a band-shaped holding part 211 at regular intervals.
- a mask layer 31 is formed in each element portion 212.
- a valve metal base having a porous portion on the surface of the metal base is cut by laser machining, punching, etc., so as to be processed into a shape including a plurality of element parts 212 and holding parts 211. .
- the valve metal base is made of a valve metal such as a single metal such as aluminum, tantalum, niobium, titanium, or zirconium, or an alloy containing these metals.
- the valve metal base only needs to be composed of a metal base portion and a porous portion provided on at least one main surface of the metal base portion, and may be formed by etching the surface of metal foil, or by etching the surface of metal foil.
- a material having a porous fine powder sintered body formed on its surface can be appropriately used.
- mask layers 31 are formed on both main surfaces and both side surfaces of each element part 212 along the short sides of each element part 212.
- the mask layer 31 is formed, for example, by applying a mask material such as a composition containing an insulating resin by screen printing, roller transfer, a dispenser, inkjet printing, or the like.
- a mask material such as a composition containing an insulating resin
- the insulating resin include polyphenylsulfone (PPS), polyethersulfone (PES), cyanate ester resin, fluororesin (tetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene/perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, etc.), and soluble polyimide.
- examples include compositions made of siloxane and epoxy resins, polyimide resins, polyamideimide resins, and derivatives or precursors thereof.
- the mask layer 31 may or may not be coated with a hydrophilic material.
- the valve metal base is anodized to form an oxide film that will become a dielectric layer on the surface of the valve metal base.
- the dielectric layer is made of aluminum oxide.
- an oxide film is also formed on the side surface of the element portion 212 that has been cut by laser processing, punching, or the like.
- a chemically formed foil on which aluminum oxide has already been formed may be used as the valve metal base.
- an oxide film is formed on the side surface of the cut element portion 212 by anodizing the valve metal base after cutting.
- a solid electrolyte layer is formed on the dielectric layer of the element section 212. Specifically, by immersing the element portion 212 in a treatment liquid containing a solid electrolyte, the treatment liquid is impregnated into the porous portion of the valve metal base. After being immersed for a predetermined time, the element portion 212 is pulled out of the treatment liquid and dried at a predetermined temperature and for a predetermined time.
- a solid electrolyte layer is formed by repeating immersion in a treatment liquid, pulling up, and drying a predetermined number of times.
- the treatment liquid containing the solid electrolyte for example, a dispersion of a conductive polymer such as polypyrroles, polythiophenes, polyanilines, etc. is used. Among these, polythiophenes are preferred, and poly(3,4-ethylenedioxythiophene) called PEDOT is particularly preferred.
- the conductive polymer may contain a dopant such as polystyrene sulfonic acid (PSS).
- PSS polystyrene sulfonic acid
- a conductive polymer film can be formed by applying a conductive polymer dispersion to the outer surface of the dielectric layer and drying it.
- a liquid containing a polymerizable monomer such as 3,4-ethylenedioxythiophene, and an oxidizing agent may be used as the treatment liquid containing the solid electrolyte.
- a conductive polymer film can be formed by chemically polymerizing this containing liquid by adhering it to the outer surface of the dielectric layer. This conductive polymer film becomes a solid electrolyte layer.
- a carbon layer is formed in a predetermined area by applying carbon paste to the surface of the solid electrolyte layer and drying it.
- a carbon layer is formed by immersing the element portion 212 in carbon paste, pulling it up, and drying it.
- the carbon paste may be applied by, for example, sponge transfer, screen printing, spray coating, dispenser printing, inkjet printing, or the like.
- the carbon paste is a conductive paste containing carbon particles as a conductive component and a resin component such as an epoxy resin or a phenol resin.
- a cathode conductor layer is formed in a predetermined area.
- the cathode conductor layer is formed by immersing the element portion 212 in a conductive paste, pulling it up, and drying it.
- the conductive paste may be applied by, for example, sponge transfer, screen printing, spray coating, dispenser, inkjet printing, or the like.
- the conductive paste for forming the cathode conductor layer include those containing metal particles as a conductive component and a resin component such as an epoxy resin or a phenol resin. Examples of the metal particles include gold, silver, copper, and platinum.
- a silver paste containing silver particles as a conductive component is suitable as the conductive paste for forming the cathode conductor layer.
- a workpiece 210 is created in which the solid electrolytic capacitor element 10 and the mask layer 31 are formed in each element part 212.
- the first portion 221 has approximately rectangular parallelepiped-shaped through holes 223 with the same number and pitch as the elements 10 of the strip-shaped workpiece 210, and is provided with a plurality of rows of such through holes 223. There is.
- FIG. 12 is a diagram schematically showing an example of the process of preparing a stacked body in which a plurality of solid electrolytic capacitor elements overlap each other.
- a plurality of workpieces 210 each having a plurality of strip-shaped elements 10 are prepared, and a predetermined number of workpieces 210 are bundled together so that the plurality of elements 10 are overlapped, and held together using a clamp or the like. Fix with a jig (not shown).
- a plurality of superimposed bodies 11 in which a plurality of elements 10 are overlapped with each other are created. Note that the plurality of superimposed bodies 11 are arranged in a line (a line arranged in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 12).
- FIG. 13 is a diagram schematically showing an example of the process of attaching the adhesive sheet to the first portion of the exterior body.
- an adhesive sheet 250 (hereinafter sometimes simply abbreviated as “sheet 250") is attached to the first portion 221 so as to close the first opening 223a of each through hole 223. paste. That is, an adhesive sheet 250 is attached to the entire surface of one side of the first portion 221 to close one side of each through hole 223. This makes it possible to easily expose the current collecting electrode 13 on the first end surface 110e of the element body 110 by peeling off the sheet 250 after sealing.
- each through hole 223 only needs to have a first opening 223a (lower opening) covered, and instead of pasting the adhesive sheet 250, for example, the first portion 221 can be placed on a flat base.
- the first opening 223a may be covered by arranging the first opening 223a.
- FIG. 14 is a diagram schematically showing an example of the process of supplying the conductive paste onto the adhesive sheet.
- a sheet is inserted from the second opening 223b (upper opening) of each through hole 223.
- a conductive paste 230 is provided on top of the conductive paste 250 .
- conductive paste 230 is applied onto sheet 250 within each through hole 223 .
- the conductive paste 230 include those containing metal particles as a conductive component and a resin component such as an epoxy resin or a phenol resin.
- the metal particles include silver, copper, nickel, and tin.
- a silver paste containing silver particles as a conductive component is suitable as the conductive paste 230.
- FIG. 15A is a diagram schematically showing an example of the process of inserting the stacked body into the through hole.
- FIG. 15B is a diagram schematically showing an example of a process of embedding the tip of each element in a conductive paste.
- FIG. 15C is a diagram schematically showing an example of a process of filling a liquid material around each element inserted into a through hole.
- the fixed plurality of works 210 are moved relative to the first part 221, and the superimposed body 11 is inserted into the through holes 223 in the same row from the second opening 223b. do.
- the elements 10 can be inserted into the first portion 221 in units of strips.
- Productivity can be significantly improved compared to inserting the superimposed bodies 11 one by one into the first portion 221 one by one.
- the conductive paste 230 is spread out with the tip of each element 10, that is, the tip of the cathode 43, and the tip of the cathode 43 of each element 10 is embedded in the conductive paste 230. . That is, the conductive paste 230 is connected to all the elements 10.
- the conductive paste 230 is hardened by heating, for example, on the sheet 250.
- the current collecting electrode 13 is formed such that at least the tip of the cathode 43 of each element 10 is embedded in the current collecting electrode 13 (see FIG. 2).
- a liquid material is applied around each element 10 inserted into each through hole 223, that is, in the gaps between adjacent elements 10 and between the stacked body 11 and the first portion 221.
- 222 is filled.
- the liquid material 222 is injected into each through hole 223 using a dispenser or the like, and the liquid material 222 is filled around each element 10 by performing vacuum defoaming.
- the liquid material 222 is also filled between the adjacent mask layers 31, but if the adjacent mask layers 31 are in contact with each other, the liquid material 222 may not be filled between them. . Further, the viscosity of the liquid material 222 may be lowered by heating during injection or vacuum defoaming.
- the liquid material 222 includes the above-mentioned second resin material (but in liquid form before hardening).
- the resin contained in the liquid second resin material is preferably a thermosetting resin such as epoxy resin, silicone resin, or urethane resin.
- the liquid second resin material may contain fillers such as silica particles, alumina particles, and metal particles, and fibers such as ceramic fibers as reinforcing materials.
- the liquid material 222 before curing has a viscosity of 100 Pa ⁇ s or less at 25°C. If the viscosity is 100 Pa ⁇ s or less, it can be easily filled by simply defoaming and heating in a vacuum oven, so productivity can be increased.
- the viscosity of the liquid material 222 before curing at 25° C. is more preferably 30 Pa ⁇ s or less, and even more preferably 5 Pa ⁇ s or less.
- the liquid material 222 leaks from the gap between the first portion 221 and the sheet 250 after being filled with the liquid material 222 and before being heated and cured.
- the viscosity is preferably not too low to avoid problems. More specifically, the viscosity of the liquid material 222 before curing is usually 0.01 Pa ⁇ s or more, preferably 0.1 Pa ⁇ s or more, and more preferably 0.3 Pa ⁇ s at 25°C. That's all.
- the liquid material 222 filled in each through hole 223 is cured.
- the liquid material 222 is heated and hardened in a vacuum oven to form the second portion 222a of the exterior body 220 (the portion that will become the second portion 22 of the exterior body 20).
- the insulating resin 12 is formed, and the adjacent portion 30 of the insulating resin 12 is formed from the second portion 222a of the exterior body 220 and the mask layer 31.
- a few air bubbles may remain in the second portion 222a, which is the cured product of the liquid material 222.
- a slight gap may remain between the second portion 222a and the first portion 221 and/or between the second portion 222a and at least one element 10.
- the sheet 250 is peeled off from the first portion 221.
- the current collecting electrode 13 to which each element 10 is connected is exposed on the peeled surface, and this peeled surface becomes the first end surface 110e of the element body 110. Note that the end face of at least one cathode may be exposed to this peeling surface.
- the unnecessary portion of the upper part of the first portion 221 is scraped off with a grinder or the like along a predetermined cut line (for example, the dashed line in FIG. 15C).
- FIG. 16 is a diagram schematically showing an example of a process of machining and cutting an unnecessary portion of the first portion of the exterior body.
- the upper part of the first part 221 is further machined (machining process) to cut the upper surface of the first part 221.
- the metal base portion 40a of the anode 40 is cut on the cut surface and stretched so as to cover the adjacent portion 30 of the insulating resin 12. Further, a surface that becomes the second end surface 110f of the element body 110 is formed, and the metal base portion 40a of the anode 40 of each element 10 is exposed on this surface.
- the main surface of the first portion 221 may be scanned with the end mill 260 perpendicular to the main surface, or the end mill 260 may be perpendicular to the main surface of the first portion 221.
- the main surface may be scanned in a parallel state.
- the scanning speed (feeding speed) of the end mill 260 becomes faster and as the rotation speed of the end mill 260 becomes slower, the metal base portion 40a of the anode 40 is extended over a wider range.
- the range in which the metal base portion 40a spreads can also be controlled by the roughness of the blade of the end mill 260.
- FIG. 17 is a photograph showing the processed surface when the first portion of the exterior body is diced.
- FIG. 18 is a photograph showing the processed surface when the first portion of the exterior body was end milled.
- FIG. 19 is a diagram schematically showing an example of the process of cutting the first portion of the exterior body around the through hole.
- the first portion 221 is cut around each through hole 223.
- the first portion 21 having a tubular structure can be easily formed from the first portion 221.
- a predetermined cut line for example, a dashed line in FIG. 19
- a dicer or the like is cut with a dicer or the like.
- an element body 110 including a superimposed body 11 of elements 10 is obtained.
- the element body 110 may be barrel polished. Specifically, the element body 110 may be polished by enclosing the element body 110 together with an abrasive material in a barrel tank and rotating the barrel vessel. As a result, the corners and ridges of the element body 110 are rounded.
- metal fine particles for example, Cu fine particles
- a metal film contact layer
- a first external electrode 120 and a second external electrode 130 are formed on the first end surface 110e (cathode end surface) and second end surface 110f (anode end surface) of the element body 110, respectively.
- a conductive paste is applied by screen printing or the like and cured to form resin electrode layers as the first external electrode 120 and the second external electrode 130, respectively.
- the conductive paste for forming the resin electrode layer a silver paste containing silver particles as a conductive component is suitable. Thereafter, a plating layer may be formed on the resin electrode layer by plating.
- a thin sputtered film and/or vapor deposited film having a thickness of, for example, several ⁇ m may be formed by a sputtering method or a vapor deposition method.
- a solid electrolytic capacitor 100 can be obtained by the above method.
- the second surface 31b of the mask layer 31 is exposed to the second end surface 110f of the element body 110, and at least a portion of the second surface 30b of the adjacent portion 30 is exposed to the second surface of the mask layer 31.
- the mask layer 31 may be arranged at a predetermined distance from the second end surface 110f of the element body 110. That is, the second surface 31b of the mask layer 31 is not exposed to the second end surface 110f of the element body 110, and the second surface 30b of the adjacent portion 30 does not include the second surface 31b of the mask layer 31. Good too.
- the exterior body 20 is composed of only two types of resin materials, that is, the first portion 21 and the second portion 22, but the exterior body in the solid electrolytic capacitor of the present invention is made of three types. It may be made of resin material. For example, one or more intermediate resin layers made of a resin material may be provided between the first portion and the second portion.
- Such an intermediate resin layer can be formed by, for example, forming a second part for sealing a stack of a plurality of solid electrolytic capacitor elements by transfer molding or the like to have a size smaller than the through hole of the first part, and then forming a solid Formed by inserting the stacked body of electrolytic capacitor elements together with the second part into the through hole of the first part, and then filling the gap between the second part and the first part with a liquid resin material and hardening it. can do.
- the exterior body in the solid electrolytic capacitor of the present invention may be composed of only one type of resin material.
- only the second portion 22 may be provided without providing the first portion 21.
- Such a solid electrolytic capacitor can be manufactured, for example, by setting a cut line inside each through hole 223 and cutting and removing all of the first portion 221 in a cutting process for singulation. .
- each cathode 43 of each solid electrolytic capacitor element 10 may be directly connected to the first external electrode 120 without providing the current collecting electrode 13. good.
- each cathode 43 The first external electrode 120 may be formed on each cathode 43 exposed on the first end surface 110e.
- the second portion 222a of the exterior body 220 may be formed according to the following steps. That is, first, the liquid material 222 is injected and filled into each through hole 223 of the first portion 221 using a dispenser or the like. Next, a plurality of solid electrolytic capacitor elements 10 (superimposed bodies 11) are inserted into each through hole 223 filled with liquid material 222, and liquid material 222 is filled around each inserted element 10. For example, by performing vacuum defoaming after inserting a plurality of elements 10, the liquid material 222 is filled around each element 10. Then, the liquid material 222 filled in each through hole 223 is cured by heating, for example, in a vacuum oven.
- the element body 110 having a substantially rectangular parallelepiped shape has been described.
- the shape is not limited to a substantially rectangular parallelepiped shape, and may be, for example, a cylindrical shape.
- the solid electrolytic capacitor 100 includes a plurality of solid electrolytic capacitor elements 10, but the solid electrolytic capacitor of the present invention only needs to include at least one solid electrolytic capacitor element. Only one may be provided.
- Solid electrolytic capacitor element 11 Superimposed body 12 Insulating resin 13 Current collecting electrode 20 Exterior body 21 First part (exterior part) 22 Second portion 23 Through hole 30 Adjacent portion 30a First surface 30b Second surface 30c Uncovered area 31 Mask layer 31a First surface 31b Second surface 40 Anode 40a Metal base portion 40b Porous portion 40c End portion 40d Flange portion 40e Side 41 Dielectric layer 43 Cathode 44 Solid electrolyte layer 45 Conductive layer 45a Carbon layer 45b Cathode conductor layer 100 Solid electrolytic capacitor 110 Element body 110a First main surface 110b Second main surface 110c First side surface 110d Second side surface 110e First end surface 110f Second end face 110g Recessed portion 120 First external electrode 130 Second external electrode 210 Workpiece 211 Holding portion 212 Element portion 220 Exterior body 221 First portion 222 Liquid material 222a Second portion 223 Through hole 223a First opening 223b Second Opening 230 Conductive paste 250 Adhesive sheet 260 End mill
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
Abstract
固体電解コンデンサ素子10と、上記固体電解コンデンサ素子10の周囲に設けられた絶縁樹脂12とを含み、第1面110e及び第2面110fを有する素体110と、上記第1面110eに形成された第1外部電極120と、上記第2面110fに形成された第2外部電極130と、を備え、上記固体電解コンデンサ素子10は、金属基体部40a及び上記金属基体部40a上の多孔質部40bを有する陽極40と、上記多孔質部40bの表面上に設けられた誘電体層41と、上記誘電体層41上に設けられた陰極43とを含み、上記陰極43は、上記第1面110eにおいて上記第1外部電極120と接続されており、上記陽極40は、上記第2面110fにおいて上記第2外部電極130と接続されており、上記絶縁樹脂12は、上記固体電解コンデンサ素子10に隣接する隣接部30を含み、上記隣接部30は、上記第1外部電極120側の第1面30a及び上記第2外部電極130側の第2面30bを有し、上記金属基体部40aは、上記隣接部30の上記第2面30b上まで広がっている、固体電解コンデンサ100。
Description
本発明は、固体電解コンデンサに関する。
特許文献1には、端面から露出する陽極の面積を増加させて等価直列抵抗(ESR)を低減するために、陽極の弁作用金属基体が逆テーパー部(厚さが陽極露出面に向かって大きくなる部分)を有する固体電解コンデンサが記載されている(例えば図4参照)。
しかしながら、特許文献1に記載された固体電解コンデンサにおいては、陽極は、弁作用金属基体内、すなわち金属箔内での変形に収まっており、ESRの低減効果は限定的であった。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、等価直列抵抗が低い固体電解コンデンサを提供することを目的とする。
本発明の固体電解コンデンサは、固体電解コンデンサ素子と、上記固体電解コンデンサ素子の周囲に設けられた絶縁樹脂とを含み、第1面及び第2面を有する素体と、上記第1面に形成された第1外部電極と、上記第2面に形成された第2外部電極と、を備え、上記固体電解コンデンサ素子は、金属基体部及び上記金属基体部上の多孔質部を有する陽極と、上記多孔質部の表面上に設けられた誘電体層と、上記誘電体層上に設けられた陰極とを含み、上記陰極は、上記第1面において上記第1外部電極と接続されており、上記陽極は、上記第2面において上記第2外部電極と接続されており、上記絶縁樹脂は、上記固体電解コンデンサ素子に隣接する隣接部を含み、上記隣接部は、上記第1外部電極側の第1面及び上記第2外部電極側の第2面を有し、上記金属基体部は、上記隣接部の上記第2面上まで広がっている。
本発明によれば、等価直列抵抗が低い固体電解コンデンサを提供することができる。
以下、本発明の固体電解コンデンサについて説明する。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する個々の望ましい構成を2つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する個々の望ましい構成を2つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
[固体電解コンデンサ]
図1は、本発明の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斜視図である。図2は、図1に示す固体電解コンデンサのX-X線に沿った断面図である。図3は、図1に示す固体電解コンデンサのY-Y線に沿った断面図である。
なお、図2では、固体電解コンデンサ素子10の誘電体層41の図示は省略している。また、図3では、固体電解コンデンサ素子10の内部構造の図示は省略している。
図1は、本発明の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斜視図である。図2は、図1に示す固体電解コンデンサのX-X線に沿った断面図である。図3は、図1に示す固体電解コンデンサのY-Y線に沿った断面図である。
なお、図2では、固体電解コンデンサ素子10の誘電体層41の図示は省略している。また、図3では、固体電解コンデンサ素子10の内部構造の図示は省略している。
また、図1~図3においては、固体電解コンデンサ100及び素体110の長さ方向をL、幅方向をW、高さ方向をTで示している。ここで、長さ方向Lと幅方向Wと高さ方向Tとは互いに直交している。
固体電解コンデンサ100は、図1~図3に示すように、略直方体状の外形を有している。固体電解コンデンサ100は、素体110と、第1外部電極120と、第2外部電極130と、を備える。
素体110は、固体電解コンデンサ素子10(以下、単に「素子10」と略記する場合がある)を備え、複数の素子10が重ね合わされた重畳体11を備える。さらに、素体110は、絶縁樹脂12と、集電電極13と、を備える。
なお、重畳体11に含まれる素子10の数は、2以上であれば特に限定されず、適宜設定可能である。
なお、重畳体11に含まれる素子10の数は、2以上であれば特に限定されず、適宜設定可能である。
素体110は、略直方体状の外形を有している。素体110は、高さ方向Tにおいて相対する第1主面110a及び第2主面110b、幅方向Wにおいて相対する第1側面110c及び第2側面110d、並びに、長さ方向Lにおいて相対する第1端面110e及び第2端面110fを有している。ここで、素体110の第1端面110eは、本発明の固体電解コンデンサにおける素体の第1面の一例であり、素体110の第2端面110fは、本発明の固体電解コンデンサにおける素体の第2面の一例である。
上記のように素体110は、略直方体状の外形を有しているが、角部及び稜線部に丸みが付けられていてもよい。角部は、素体110の3面が交わる部分であり、稜線部は、素体110の2面が交わる部分である。
第1外部電極120は、素体110の第1端面110eに形成されており、第2外部電極130は、素体110の第2端面110fに形成されている。
複数の素子10は高さ方向Tに重ねて配置されている。複数の素子10の各々の延在方向は、素体110の第1主面110a及び第2主面110bと略平行となっている。高さ方向Tに隣接する素子10同士は、導電性接着剤(図示せず)を介して互いに接合されていてもよい。
図4は、図1に示す固体電解コンデンサが備える固体電解コンデンサ素子及びマスク層の一例を模式的に示す断面図である。図5は、図4に示す固体電解コンデンサ素子に隣接するマスク層部分を拡大した断面図である。
図4及び図5に示すように、各素子10は、略平板状の電子部品素子であり、金属基体部40a及び金属基体部40a上の多孔質部40bを有する平面視四角形状の薄膜(箔)である陽極40と、多孔質部40bの表面上に設けられた誘電体層41と、誘電体層41上に設けられた陰極43と、を備える。各素子10において、陰極43は、誘電体層41を介して陽極40と対向している。
なお、本明細書にて、「平面視」とは、陽極の主面の法線方向から見ることを意味する。
図2に示したように、各陰極43は、素体110の第1端面110eにおいて集電電極13を介して第1外部電極120と電気的に接続されており、各陽極40は、素体110の第2端面110fにおいて第2外部電極130と電気的に接続されている。
また、図2に示したように、絶縁樹脂12は、各素子10の周囲に設けられている。すなわち、絶縁樹脂12は、隣り合う素子10の間と、重畳体11の周囲とに設けられている。
絶縁樹脂12は、各素子10に隣接する隣接部30を含み、隣接部30は、第1外部電極120側の第1面30a及び第2外部電極130側の第2面30bを有している。
図6は、図2に示す固体電解コンデンサが備える素体の第2端面部分を拡大した断面図である。図7は、図2に示す固体電解コンデンサが備える素体の第2端面を正面から見た模式図である。
なお、図6において、隣接部30の第2面30bに相当する箇所は太線Xで示している。また、図6及び図7では、固体電解コンデンサ素子10の誘電体層41の図示は省略している。
なお、図6において、隣接部30の第2面30bに相当する箇所は太線Xで示している。また、図6及び図7では、固体電解コンデンサ素子10の誘電体層41の図示は省略している。
図6及び図7に示すように、各陽極40の金属基体部40aは、隣接部30の第2面30b上まで広がっている。
これにより、各陽極40の金属基体部40aと第2外部電極130との接触面積を広くでき、その結果、固体電解コンデンサ100のESRを低減できる。金属基体部40aが高さ方向Tにおいて金属箔の外側まで広がっているためである。
これにより、各陽極40の金属基体部40aと第2外部電極130との接触面積を広くでき、その結果、固体電解コンデンサ100のESRを低減できる。金属基体部40aが高さ方向Tにおいて金属箔の外側まで広がっているためである。
また、隣接部30の第2面30bは、金属基体部40aに覆われていない非被覆領域30cを含み、素体110の第2端面110fには、非被覆領域30cを底面とする凹部110gが設けられている。
これにより、素体110と第2外部電極130との密着面積が増すため、第2外部電極130の剥がれのリスクを低減でき、その結果、固体電解コンデンサ100の信頼性を向上できる。
これにより、素体110と第2外部電極130との密着面積が増すため、第2外部電極130の剥がれのリスクを低減でき、その結果、固体電解コンデンサ100の信頼性を向上できる。
固体電解コンデンサ100における各構成について以下に詳しく説明する。まず、各素子10の各構成について説明する。
図8は、図1に示す固体電解コンデンサが備える固体電解コンデンサ素子の陽極及びマスク層の一例を模式的に示す平面図である。なお、図8では、固体電解コンデンサ素子10の陽極40を除く部材の図示は省略している。
図8に示すように、陽極40は、弁作用金属から構成された、4つの辺を有する平面視四角形状の薄膜(箔)であり、好ましくは、一対の長辺及び一対の短辺を有する平面視矩形状(短冊状)である。図2に示したように、陽極40は、素体110の第1端面110e及び第2端面110fの間に延設されている。
陽極40は、図5に示したように、金属基体部40aと、複数の凹部が設けられた多孔質部40bとを有している。そのため、陽極40の各主面は、多孔質状になっている。これにより、陽極40の表面積が大きくなっている。なお、陽極40の両主面が多孔質状(多孔質部40b)である場合に限られず、陽極40の両主面の一方のみが多孔質状(多孔質部40b)であってもよい。
金属基体部40aは、陽極40の芯金部であり、図6に示したように、その第2外部電極130側の端部40cを除いて金属基体部40aの厚みは略一定である。他方、金属基体部40aの第2外部電極130側の端部40cは、高さ方向Tに突出した一対のフランジ部40dを有する断面視T字状をしており、各フランジ部40dが多孔質部40bを超えて絶縁樹脂12の隣接部30上まで延在している。
ここでは、隣り合う素子10の金属基体部40a(フランジ部40d)は互いに接触せず、両者の間の隙間が上述の非被覆領域30cとなっている。そして、非被覆領域30cを底面とする凹部110gは、幅方向Wに直線状に延在する凹条部である。
ただし、隣り合う素子10の金属基体部40a(フランジ部40d)は互いに接触し、隣接部30の第2面30bの全域が金属基体部40aで覆われていてもよい。すなわち、隣接部30は、上述の非被覆領域30cはなくてもよい。
ただし、隣り合う素子10の金属基体部40a(フランジ部40d)は互いに接触し、隣接部30の第2面30bの全域が金属基体部40aで覆われていてもよい。すなわち、隣接部30は、上述の非被覆領域30cはなくてもよい。
陽極40は、例えば、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム等の金属単体、又は、これらの金属を含む合金等の弁作用金属によって構成されている。弁作用金属の表面には、酸化被膜を形成することができる。
なお、陽極40は、金属基体部40aと、金属基体部40aの少なくとも一方の主面上に設けられた多孔質部40bとによって構成されていればよく、金属箔の表面をエッチングしたもの、金属箔の表面に多孔質状の微粉焼結体を形成したもの等を適宜採用することができる。
誘電体層41は、ここでは、陽極40の多孔質部40bの表面上に設けられている(図5参照)。すなわち、誘電体層41は、金属基体部40aの第2外部電極130側の端部40cを除いて陽極40上の全体に設けられている。
ただし、誘電体層41は、少なくとも端部40cを除いて陽極40の両主面の少なくとも一方上に設けられていればよい。
ただし、誘電体層41は、少なくとも端部40cを除いて陽極40の両主面の少なくとも一方上に設けられていればよい。
誘電体層41は、陽極40の多孔質部40bの表面に設けられた酸化被膜によって構成されていることが好ましい。例えば、誘電体層41は、アルミニウムの酸化物で構成されている。アルミニウムの酸化物は、後述するように、弁作用金属基体の表面が陽極酸化処理されることにより形成される。
陰極43は、図4に示したように、誘電体層41上に設けられた固体電解質層44と、固体電解質層44上に設けられた導電層45と、を有している。また、図5に示したように、陰極43は、後述するマスク層31よりも第1外部電極120側において誘電体層41上に設けられている。
固体電解質層44は、誘電体層41上に設けられている。図5に示したように、固体電解質層44は、陽極40の多孔質部40bの複数の細孔(凹部)を充填するように設けられていることが好ましい。ただし、固体電解質層44によって誘電体層41の外表面の一部が覆われていればよく、固体電解質層44によって充填されていない陽極40の多孔質部40bの細孔(凹部)が存在していてもよい。
固体電解質層44は、マスク層31よりも第1外部電極120側において誘電体層41上に設けられている。ここでは、固体電解質層44は、マスク層31と接触しているが、マスク層31の手前まで配置されていてもよい。
導電層45は、図4に示したように、固体電解質層44上に設けられている。導電層45は、固体電解質層44の略全域を覆っている。ここでは、導電層45は、マスク層31の手前まで配置されているが、マスク層31に接触していてもよい。導電層45は、略一定の厚さを有している。
導電層45は、例えば、カーボン層45aの外表面に陰極導体層45bが設けられた複合層である。なお、導電層45は、カーボン層45a又は陰極導体層45bの一方のみを含むものや、カーボン及び陰極導体層材料を含む混合層であってもよい。
絶縁樹脂12は、絶縁性の樹脂材料から形成された絶縁部材であり、図2に示したように、複数のマスク層31と、外装体20と、を有している。マスク層31は、各素子10に隣接して設けられている。すわなち、マスク層31は、絶縁樹脂12の隣接部30に含まれるものであり、隣接部30の一部を構成している。
より詳細には、図5及び図8に示すように、マスク層31は、陽極40の第2外部電極130側の辺40e(好ましくは短辺)に沿って誘電体層41上に設けられた部材であり、陽極40と陰極43とを隔て、両者間の絶縁を確保している。マスク層31は、陽極40の辺40eに沿って直線状に設けられている(帯状に延在している)。また、マスク層31は、図6に示すように、第1外部電極120側の第1面31a及び第2外部電極130側の第2面31bを有し、マスク層31の第2面31bは、素体110の第2端面110fに露出している。すなわち、隣接部30の第2面30bの少なくとも一部が、マスク層31の第2面31bから構成されている。
なお、ここでは、マスク層31は、陽極40の周囲を取り囲むように管状に設けられているが、陽極40の少なくとも一方の主面(ただし誘電体層41が設けられた主面)上に設けられていればよい。
また、ここでは、隣り合うマスク層31の間に外装体20(後述する外装体20の第2部分22)が介在しているが、隣り合うマスク層31は互いに接触していてもよく、隣り合うマスク層31の間には外装体20(第2部分22)が介在していなくてもよい。
また、ここでは、隣り合うマスク層31の間に外装体20(後述する外装体20の第2部分22)が介在しているが、隣り合うマスク層31は互いに接触していてもよく、隣り合うマスク層31の間には外装体20(第2部分22)が介在していなくてもよい。
そして、図6に示したように、陽極40の金属基体部40aは、少なくともマスク層31の第2面31b上まで広がっている。
図9は、本発明の他の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り、図6の断面図に対応する。
なお、図9において、隣接部30の第2面30bに相当する箇所は太線Xで示しており、また、固体電解コンデンサ素子10の誘電体層41の図示は省略している。
なお、図9において、隣接部30の第2面30bに相当する箇所は太線Xで示しており、また、固体電解コンデンサ素子10の誘電体層41の図示は省略している。
金属基体部40aは、図6に示したようにマスク層31を超えずに外装体20(第2部分22)の手前まで広がっていてもよいし、図9に示したようにマスク層31を超えて外装体20(第2部分22)上まで広がっていてもよい。
また、金属基体部40aは、図7に示したように幅方向Wの全域において隣接部30の第2面30b上まで広がっていてもよいし、幅方向Wにおける局所的な領域においてのみ隣接部30の第2面30b上まで広がっていてもよい。
図5に示したように、マスク層31は、陽極40の多孔質部40bの複数の細孔(凹部)を充填するように設けられていることが好ましい。ただし、マスク層31によって誘電体層41の外表面の一部が覆われていればよく、マスク層31によって充填されていない多孔質部40bの細孔(凹部)が存在していてもよい。
図2及び図3に示したように、外装体20は、複数の素子10を封止している。すなわち、外装体20には、複数の素子10の重畳体11が埋設されている。また、外装体20は、集電電極13を封止している。そして、外装体20は、第1樹脂材料を含む第1部分21と、第2樹脂材料を含む第2部分22と、を有している。
第1部分21は、本発明の固体電解コンデンサにおける外装部に相当し、素体110の第1端面110e側及び第2端面110f側が開口し、隣接部30を囲んでいる。このように、本発明における「外装部」は、本発明における「隣接部」とは異なる部分を表すものであってもよい。また、第1部分21は、貫通孔23を有する管構造(例えば四角管構造)であり、貫通孔23内に複数の素子10(重畳体11)を収納している。第2部分22は、複数の素子10(重畳体11)の収納された貫通孔23内に存在している。
なお、ここで、「四角管構造」とは、管構造の外周面が4つの平面を含む構造であって、4つの平面のうちの隣り合う2つの面がいずれも互いに交差(好ましくは直交)する構造であり、貫通孔23の形状は、特に限定されない。
なお、ここで、「四角管構造」とは、管構造の外周面が4つの平面を含む構造であって、4つの平面のうちの隣り合う2つの面がいずれも互いに交差(好ましくは直交)する構造であり、貫通孔23の形状は、特に限定されない。
第2部分22は、複数の素子10(重畳体11)の収納された貫通孔23内に充填されている。すなわち、第2部分22は、第1部分21の内側であって複数の素子10(重畳体11)の周囲に充填されている。
なお、ここで、第2部分22が複数の素子10(重畳体11)の収納された貫通孔23内に充填された状態とは、第2部分22が、第1部分21の内側であって複数の素子10(重畳体11)の周囲の空間を完全に満たしていてもよいし、完全には満たしていなくてもよい。後者の場合、例えば、第2部分22に気泡がわずかに残っていてもよいし、第2部分22と第1部分21との間に隙間がわずかに残っていてもよいし、第2部分22と少なくとも1つの素子10との間に隙間がわずかに残っていてもよい。
なお、ここで、第2部分22が複数の素子10(重畳体11)の収納された貫通孔23内に充填された状態とは、第2部分22が、第1部分21の内側であって複数の素子10(重畳体11)の周囲の空間を完全に満たしていてもよいし、完全には満たしていなくてもよい。後者の場合、例えば、第2部分22に気泡がわずかに残っていてもよいし、第2部分22と第1部分21との間に隙間がわずかに残っていてもよいし、第2部分22と少なくとも1つの素子10との間に隙間がわずかに残っていてもよい。
第1樹脂材料は、第2樹脂材料と同じ材料であってもよいが、第2樹脂材料と異なる材料であることが好ましい。
第1部分21の第1樹脂材料としては、射出成型可能な樹脂が好適であり、具体的には、PPS(ポリフェニレンスルフィド)、LCP(液晶ポリマー)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、ポリイミド、ポリアミド等の熱可塑性樹脂が好適である。第1樹脂材料は、強化材として、シリカ粒子、アルミナ粒子、金属粒子等のフィラーや、セラミック繊維等の繊維を含んでいてもよい。
第1部分21は、無機材料からなるフィラーを30重量%以上含有していることが好ましい。上述の第1樹脂材料(例えばPPS)にフィラーを含有させた場合、所定の含有量、具体的には30重量%近くに達すると加工することが急激に難しくなる。具体的には樹脂が加工中に練り飴のように伸びてバリが増大する。加工が難しい組成の樹脂に対してさらにフィラーを加えて、第1部分21(第1樹脂材料)に無機材料からなるフィラーを30重量%以上含有させると、この問題を解決することができる。このような観点から、第1部分21は、無機材料からなるフィラーを40重量%以上含有することがより好ましく、無機材料からなるフィラーを45重量%以上含有することがさらに好ましい。
なお、第1部分21(第1樹脂材料)中における上記フィラーの含有量の上限は特に限定されないが、70重量%以下であることが好ましく、60重量%以下であることがより好ましく、55重量%以下であることがさらに好ましい。
第1部分21に含有されるフィラーの無機材料としては、シリカ粒子及びアルミナ粒子が好適である。この場合、シリカ粒子の重量w1に対するアルミナ粒子の重量w2の比w2/w1は、0.01以上、0.5以下であることが好ましく、0.02以上、0.3以下であることがより好ましく、0.05以上、0.15以下であることがさらに好ましい。
第2部分22の第2樹脂材料としては、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂が好適である。第2樹脂材料は、強化材として、シリカ粒子、アルミナ粒子、金属粒子等のフィラーや、セラミック繊維等の繊維を含んでいてもよい。より具体的には、例えば、第2部分22(第2樹脂材料)は、フィラーとしてシリカ粒子を80重量%以上、90重量%以下含有していてもよい。
図2に示したように、集電電極13は、複数の素子10の複数の陰極43と電気的に接続されている。集電電極13は、素体110の第1端面110eに露出しており、少なくとも素体110の第1端面110e側の部分に設けられている。また、集電電極13は、第1端面110eから奥まった位置に厚みを持った形状で形成されている。
そして、図2に示したように、各陰極43の少なくとも第1外部電極120側の部分が集電電極13内に埋め込まれており、これにより、各陰極43と集電電極13との間の電気的接続が確保されている。
集電電極13は、導電成分(導電材料)及び樹脂成分(樹脂材料)の複合材料である。導電成分は、銀、銅、ニッケル、錫等の金属単体、又は、これらの金属の少なくとも1種を含有する合金等を主成分として含むことが好ましい。樹脂成分は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等を主成分として含むことが好ましい。集電電極13は、例えば、銀ペースト等の導電性ペーストを用いて形成可能である。
図2に示したように、第1外部電極120は、素体110の第1端面110eに設けられている。図1では、第1外部電極120は、素体110の第1端面110eから、第1主面110a、第2主面110b、第1側面110c及び第2側面110dの各々に亘って設けられている。第1外部電極120は、第1端面110eにおいて素体110から露出した集電電極13と電気的に接続されている。すなわち、第1外部電極120は、集電電極13を介して各陰極43と電気的に接続されている。
また、集電電極13は、複数の素子10(重畳体11)の収納された貫通孔23内に存在しており、集電電極13及び外装体20の第1部分21が素体110の第1端面110eを形成しているため、第1外部電極120は、この第1端面110e上に形成することができる。したがって、第1外部電極120と集電電極13との電気的接続が容易であり、かつ、第1外部電極120を薄い厚みで形成することが可能となる。
具体的には、第1外部電極120は、スパッタ法により形成される、いわゆるスパッタ膜を有していてもよい。スパッタ膜の材質としては、例えば、Ni、Sn、Ag、Cu、Ag等が挙げられる。
また、第1外部電極120は、蒸着法により形成される、いわゆる蒸着膜を有していてもよい。蒸着膜の材質としては、例えば、Ni、Sn、Ag、Cu等が挙げられる。
このように、第1外部電極120は、スパッタ膜及び/又は蒸着膜から形成可能であることから、第1外部電極120の膜厚は、第2外部電極130の膜厚に比べて薄くてもよい。具体的には、第1外部電極120の膜厚は、1μm以上、100μm以下であることが好ましく、5μm以上、50μm以下であることがより好ましく、10μm以上、30μm以下であることがさらに好ましい。
図2に示したように、第2外部電極130は、素体110の第2端面110fに設けられている。図1では、第2外部電極130は、素体110の第2端面110fから、第1主面110a、第2主面110b、第1側面110c及び第2側面110dの各々に亘って設けられている。第2外部電極130は、第2端面110fにおいて素体110から露出する素子10の陽極40と電気的に接続されている。第2外部電極130は、素体110の第2端面110fにおいて陽極40と直接的に接続されてもよく、間接的に接続されてもよい。
第1外部電極120及び第2外部電極130の少なくとも一方は、導電成分と樹脂成分とを含む樹脂電極層を有していてもよい。導電成分は、銀、銅、ニッケル、錫等の金属単体、又は、これらの金属の少なくとも1種を含有する合金等を主成分として含むことが好ましい。樹脂成分は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等を主成分として含むことが好ましい。樹脂電極層は、例えば、銀ペースト等の導電性ペーストを用いて形成可能である。
第1外部電極120及び第2外部電極130の少なくとも一方は、めっき法により形成される、いわゆるめっき層を有していてもよい。めっき層としては、例えば、亜鉛・銀・ニッケル層、銀・ニッケル層、ニッケル層、亜鉛・ニッケル・金層、ニッケル・金層、亜鉛・ニッケル・銅層、ニッケル・銅層等が挙げられる。これらのめっき層上には、例えば、銅めっき層と、ニッケルめっき層と、錫めっき層とが順に(あるいは、一部のめっき層を除いて)設けられることが好ましい。
第1外部電極120及び第2外部電極130の少なくとも一方は、樹脂電極層及びめっき層をともに有していてもよい。例えば、第1外部電極120は、集電電極13に接続された樹脂電極層と、樹脂電極層の表面上に設けられた外層めっき層と、を有していてもよい。また、第1外部電極120は、集電電極13に接続された内層めっき層と、内層めっき層を覆うように設けられた樹脂電極層と、樹脂電極層の表面上に設けられた外層めっき層と、を有していてもよい。また、第2外部電極130は、陽極40に接続された樹脂電極層と、樹脂電極層の表面上に設けられた外層めっき層と、を有していてもよい。また、第2外部電極130は、陽極40に接続された内層めっき層と、内層めっき層を覆うように設けられた樹脂電極層と、樹脂電極層の表面上に設けられた外層めっき層と、を有していてもよい。
[固体電解コンデンサの製造方法]
固体電解コンデンサ100は、以下の方法により製造することができる。以下の例では、大判の弁作用金属基体を用いて、複数の固体電解コンデンサ素子を同時に製造する方法について説明する。
固体電解コンデンサ100は、以下の方法により製造することができる。以下の例では、大判の弁作用金属基体を用いて、複数の固体電解コンデンサ素子を同時に製造する方法について説明する。
図10は、本発明の実施形態に係る固体電解コンデンサの製造方法で使用する外装体の第1部分の一例を模式的に示す斜視図であり、一部の貫通孔を透視した状態を示す。
まず、図10に示すように、上述の第1樹脂材料を含み、複数の貫通孔223を有する外装体220の第1部分221(外装体20の第1部分21となる部材)を準備する。第1部分221は、所定の厚さを有する平面視長方形状の平らな板材に、貫通孔223が縦横にそれぞれ複数ずつ設けられた部材である。各貫通孔223は、第1部分221の主面に対して直交する方向に設けられており、その両端部は開放されている。第1部分221は射出成型により作成できる。第1部分221に使用する第1樹脂材料としては、射出成型可能な樹脂が好適であり、具体的には、PPS(ポリフェニレンスルフィド)、LCP(液晶ポリマー)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、ポリイミド、ポリアミド等の熱可塑性樹脂が好適である。第1樹脂材料は、強化材として、シリカ粒子、アルミナ粒子、金属粒子等のフィラーや、セラミック繊維等の繊維を含んでいてもよい。第1部分221の各貫通孔223の内側の各角部には、丸みを付ける加工(図3参照)やコーナー加工(傾斜面形成)を施してもよい。
次に、重畳体11を準備する。
図11は、本発明の実施形態に係る固体電解コンデンサの製造方法で使用するワークの一例を模式的に示す平面図である。
まず、図11に示すように、帯状の保持部211に素子部212(複数の固体電解コンデンサ素子10)が一定間隔で短冊状に連結されたワーク210を準備する。各素子部212にはマスク層31が形成されている。
詳細には、まず、金属基体部の表面に多孔質部を有する弁作用金属基体をレーザー加工又は打ち抜き加工等で切断することにより、複数の素子部212と保持部211とを含む形状に加工する。
弁作用金属基体は、例えば、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム等の金属単体、又は、これらの金属を含む合金等の弁作用金属によって構成されている。
なお、弁作用金属基体は、金属基体部と当該金属基体部の少なくとも一方の主面に設けられた多孔質部とによって構成されていればよく、金属箔の表面をエッチングしたもの、金属箔の表面に多孔質状の微粉焼結体を形成したもの等を適宜採用することができる。
なお、弁作用金属基体は、金属基体部と当該金属基体部の少なくとも一方の主面に設けられた多孔質部とによって構成されていればよく、金属箔の表面をエッチングしたもの、金属箔の表面に多孔質状の微粉焼結体を形成したもの等を適宜採用することができる。
次に、各々の素子部212の短辺に沿うように、素子部212の両主面及び両側面にマスク層31を形成する。
マスク層31は、例えば、絶縁性樹脂を含む組成物等のマスク材をスクリーン印刷、ローラー転写、ディスペンサ、インクジェット印刷等により塗布して形成される。絶縁性樹脂としては、例えば、ポリフェニルスルホン(PPS)、ポリエーテルスルホン(PES)、シアン酸エステル樹脂、フッ素樹脂(テトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体等)、可溶性ポリイミドシロキサンとエポキシ樹脂からなる組成物、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、及び、それらの誘導体又は前駆体等が挙げられる。
この後、マスク層31に親水性部材を塗布してもよいし、塗布しなくてもよい。
次に、弁作用金属基体に陽極酸化処理を行うことにより、弁作用金属基体の表面に誘電体層となる酸化被膜を形成する。例えば、誘電体層は、アルミニウムの酸化物で構成されている。この際、レーザー加工又は打ち抜き加工等で切断された素子部212の側面にも酸化被膜が形成される。なお、すでにアルミニウムの酸化物が形成されている化成箔を弁作用金属基体として用いてもよい。この場合も、切断後の弁作用金属基体に陽極酸化処理を行うことにより、切断された素子部212の側面に酸化被膜を形成する。
次に、素子部212の誘電体層上に固体電解質層を形成する。具体的には、素子部212を、固体電解質を含有する処理液に浸漬することにより、処理液が弁作用金属基体の多孔質部に含浸される。所定時間の浸漬後、素子部212を処理液から引き上げ、所定温度及び所定時間で乾燥させる。処理液への浸漬、引き上げ及び乾燥を所定回数繰り返すことにより、固体電解質層が形成される。
固体電解質を含有する処理液として、例えば、ポリピロール類、ポリチオフェン類、ポリアニリン類等の導電性高分子の分散液が用いられる。これらの中では、ポリチオフェン類が好ましく、PEDOTと呼ばれるポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)が特に好ましい。また、上記導電性高分子は、ポリスチレンスルホン酸(PSS)等のドーパントを含んでいてもよい。導電性高分子の分散液を誘電体層の外表面に付着し乾燥させることで、導電性高分子膜を形成することができる。あるいは、固体電解質を含有する処理液として、重合性モノマー、例えば3,4-エチレンジオキシチオフェン等の重合性モノマーと酸化剤との含有液が用いられてもよい。この含有液を誘電体層の外表面に付着させて、化学重合により導電性高分子膜を形成することができる。この導電性高分子膜が、固体電解質層となる。
その後、固体電解質層の表面にカーボンペーストを塗布して乾燥させることにより、カーボン層を所定の領域に形成する。例えば、カーボンペーストに素子部212を浸漬、引き上げ及び乾燥することにより、カーボン層を形成する。カーボンペーストの塗布は、この浸漬法の他、例えば、スポンジ転写、スクリーン印刷、スプレー塗布、ディスペンサ、インクジェット印刷等により行ってもよい。なお、カーボンペーストは、導電成分としてのカーボン粒子と、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の樹脂成分とを含有する導電性ペーストである。
そして、カーボン層の表面に導電性ペーストを塗布して乾燥させることにより、陰極導体層を所定の領域に形成する。例えば、導電性ペーストに素子部212を浸漬、引き上げ及び乾燥することにより、陰極導体層を形成する。導電性ペーストの塗布は、この浸漬法の他、例えば、スポンジ転写、スクリーン印刷、スプレー塗布、ディスペンサ、インクジェット印刷等により行ってもよい。なお、陰極導体層形成用の導電性ペーストとしては、例えば、導電成分としての金属粒子と、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の樹脂成分とを含有するものが挙げられる。金属粒子としては、例えば、金、銀、銅、白金等が挙げられる。なかでも、陰極導体層形成用の導電性ペーストとしては、導電成分として銀粒子を含有する銀ペーストが好適である。
以上の結果、各素子部212に固体電解コンデンサ素子10とマスク層31とが形成されたワーク210が作成される。
ここで、上述の第1部分221には、短冊状のワーク210の素子10と同じ個数とピッチで略直方体状の貫通孔223が空いており、そのような貫通孔223の列を複数備えている。
図12は、複数の固体電解コンデンサ素子が互いに重なり合った重畳体を準備する工程の一例を模式的に示す図である。
続いて、図12に示すように、短冊状に複数の素子10が形成されたワーク210を複数枚準備し、複数の素子10が重なり合うように所定枚数のワーク210を束ねた状態でクランプ等の治具(図示せず)で固定する。これにより、複数の素子10が互いに重なり合った重畳体11が複数作成される。なお、複数の重畳体11は、一列(図12の紙面に対して垂直方向に並んだ列)に配列されている。
図13は、粘着性シートを外装体の第1部分に貼り付ける工程の一例を模式的に示す図である。
次に、図13に示したように、各貫通孔223の第1の開口223aを閉じるように粘着性シート250(以下、単に「シート250」と略記する場合がある)を第1部分221に貼り付ける。すなわち、粘着性を有するシート250を第1部分221の片面全面に貼り付けて各貫通孔223の片側を閉じるようにする。これにより、封止後にシート250を剥離することで素体110の第1端面110eに集電電極13を容易に露出することが可能となる。
なお、各貫通孔223は、第1の開口223a(下側の開口)が蓋をされた状態となればよく、粘着性シート250を貼り付ける代わりに、例えば、第1部分221を平らな台に配置することによって第1の開口223aに蓋をしてもよい。
図14は、粘着性シート上に導電性ペーストを供給する工程の一例を模式的に示す図である。
次に、図14に示したように、各貫通孔223の第1の開口223aを粘着性シート250で蓋をした状態で、各貫通孔223の第2の開口223b(上側の開口)からシート250上に導電性ペースト230を供給する。この結果、各貫通孔223内においてシート250上に導電性ペースト230が塗布される。導電性ペースト230としては、例えば、導電成分としての金属粒子と、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の樹脂成分とを含有するものが挙げられる。金属粒子としては、例えば、銀、銅、ニッケル、錫等が挙げられる。なかでも、導電性ペースト230としては、導電成分として銀粒子を含有する銀ペーストが好適である。また、導電性ペースト230の供給には、例えばディスペンサ等を用いることが可能である。
図15Aは、重畳体を貫通孔内に挿入する工程の一例を模式的に示す図である。図15Bは、各素子の先端部を導電性ペースト内に埋め込む工程の一例を模式的に示す図である。図15Cは、貫通孔内に挿入された各素子の周囲に液状材料を充填する工程の一例を模式的に示す図である。
次に、図15Aに示すように、固定した複数のワーク210を第1部分221に対して相対的に移動させ、同一列の貫通孔223内に、第2の開口223bから重畳体11を挿入する。
このように、保持部211に複数の素子10が一定間隔で短冊状に連結されたワーク210を用いることによって、第1部分221への素子10の挿入を短冊単位で実施できるため、素子10を一枚ずつ、又は重畳体11を1体ずつ第1部分221へ挿入するよりも、大幅に生産性を向上することができる。
このとき、図15Bに示すように、各素子10の先端部、すなわち、陰極43の先端部で導電性ペースト230を押し広げ、各素子10の陰極43の先端部を導電性ペースト230内に埋め込む。すなわち、全ての素子10に導電性ペースト230が接続されるようにする。
そして、各陰極43が埋め込まれた状態で、シート250上で導電性ペースト230を例えば加熱することによって硬化させる。この結果、各素子10の陰極43の少なくとも先端部が集電電極13内に埋め込まれた状態で集電電極13が形成される(図2参照)。
続いて、図15Cに示すように、各貫通孔223内に挿入された各素子10の周囲、すなわち隣り合う素子10の間と、重畳体11及び第1部分221の間の隙間とに液状材料222を充填する。例えば、液状材料222を各貫通孔223内にディスペンサ等により注入し、真空脱泡を行うことによって各素子10の周囲に液状材料222を充填する。ここでは、隣り合うマスク層31の間にも液状材料222を充填しているが、隣り合うマスク層31が互いに接触している場合は、それらの間に液状材料222が充填されなくてもよい。また、注入や真空脱泡の際に加熱して液状材料222の粘度を下げてもよい。液状材料222は、上述の第2樹脂材料(ただし、硬化前の液状のもの)を含んでいる。液状の第2樹脂材料に含まれる樹脂は、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂が好適である。液状の第2樹脂材料は、強化材として、シリカ粒子、アルミナ粒子、金属粒子等のフィラーや、セラミック繊維等の繊維を含んでいてもよい。
硬化前の液状材料222は、25℃で、100Pa・s以下の粘度であることが好ましい。100Pa・s以下の粘度であれば、真空オーブンで脱泡と加熱するだけで容易に充填可能であるため、生産性を上げることができる。硬化前の液状材料222の粘度は、25℃で、30Pa・s以下であることがより好ましく、5Pa・s以下であることがさらに好ましい。
なお、硬化前の液状材料222の粘度の下限に制限はないが、液状材料222を充填した後から加熱硬化するまでの間に、第1部分221とシート250との隙間から液状材料222が漏れることがないように、粘度は低すぎないことが好ましい。より具体的には、硬化前の液状材料222の粘度は、25℃で、通常では0.01Pa・s以上であり、好ましくは0.1Pa・s以上であり、より好ましくは0.3Pa・s以上である。
そして、各貫通孔223内に充填された液状材料222を硬化する。例えば、真空オーブンで液状材料222を加熱して硬化させて外装体220の第2部分222a(外装体20の第2部分22となる部分)とする。この結果、絶縁樹脂12が形成され、外装体220の第2部分222aとマスク層31とから絶縁樹脂12の隣接部30が形成される。
なお、液状材料222の硬化物である第2部分222aには気泡がわずかに残っていてもよい。また、第2部分222aと第1部分221との間、及び/又は、第2部分222aと少なくとも1つの素子10との間には、隙間がわずかに残っていてもよい。
なお、液状材料222の硬化物である第2部分222aには気泡がわずかに残っていてもよい。また、第2部分222aと第1部分221との間、及び/又は、第2部分222aと少なくとも1つの素子10との間には、隙間がわずかに残っていてもよい。
その後、他の列の貫通孔223についても、列毎に、導電性ペースト230の供給、複数の素子10(重畳体11)の挿入、液状材料222の充填、及び液状材料222の硬化を行い、全ての貫通孔223内に複数の素子10(重畳体11)及び第2部分222aを収納する。
続いて、液状材料222を硬化した後、第1部分221からシート250を剥離する。剥離面には各素子10が接続された集電電極13が露出し、この剥離面が素体110の第1端面110eになる。なお、少なくとも1つの陰極の端面がこの剥離面に露出してもよい。
他方、第1部分221の上部には各素子10の不要部分や液状材料222の不要な部分、さらにはワーク210の保持部211が存在する。また、第1部分221の高さはチップの長手方向の長さになるため、所定長さに整える必要がある。そのため、まず、所定のカットライン(例えば図15C中の一点鎖線)に沿って、第1部分221の上部の不要部分をグラインダ等で削り取る。
図16は、外装体の第1部分の不要部分をマシニングカットする工程の一例を模式的に示す図である。
その後、図16に示したように、第1部分221の上部をさらにマシニングカット(マシニング加工)し、第1部分221の上部の表面を切削する。これにより、図6、図7及び図9に示したように、当該切削面において陽極40の金属基体部40aが切削されながら絶縁樹脂12の隣接部30上にかかるように伸ばされる。また、素体110の第2端面110fになる面が形成され、当該面には各素子10の陽極40の金属基体部40aが露出する。
ここで、マシニング加工としては、エンドミル加工が好適である。この場合、図16に示したように、エンドミル260を第1部分221の主面に直交させた状態で当該主面上を走査してもよいし、エンドミル260を第1部分221の主面と平行にした状態で当該主面上を走査してもよい。エンドミル260の走査速度(送りスピード)がより速くなるほど、また、エンドミル260の回転速度がより遅くなるほど、陽極40の金属基体部40aはより広い範囲まで伸ばされることになる。さらに、エンドミル260の刃の粗さによっても金属基体部40aが広がる範囲を制御可能である。
図17は、外装体の第1部分をダイシングカットしたときの当該加工面を示す写真である。図18は、外装体の第1部分をエンドミル加工したときの当該加工面を示す写真である。
外装体の第1部分をダイシングカットした場合は、図17に示すように、陽極40の金属基体部40aは伸ばされず、陽極40の多孔質部40bで挟まれた領域内にほぼ収まっていた。
それに対して、外装体の第1部分をエンドミル加工した場合は、図18に示すように、陽極40の金属基体部40aが陽極40の多孔質部40bを超えて絶縁樹脂12の隣接部30上にまでで引き伸ばされていた。
それに対して、外装体の第1部分をエンドミル加工した場合は、図18に示すように、陽極40の金属基体部40aが陽極40の多孔質部40bを超えて絶縁樹脂12の隣接部30上にまでで引き伸ばされていた。
次に、個片化のためにカットを行う。
図19は、貫通孔の周囲において外装体の第1部分を切断する工程の一例を模式的に示す図である。
図19に示すように、各貫通孔223の周囲において第1部分221を切断する。これにより、第1部分221から管構造の第1部分21を容易に形成することができる。例えば、各貫通孔223の外側の所定のカットライン(例えば図19中の一点鎖線)をダイサー等で切断する。
以上により素子10の重畳体11を備える素体110を得る。
この後、素体110をバレル研磨してもよい。具体的には、素体110を、バレル槽内に研磨材とともに封入し、当該バレル槽を回転させることにより、素体110を研磨してもよい。これにより、素体110の角部及び稜線部に丸みがつけられる。
なお、必要に応じてバレル研磨された素体110の第2端面110f(陽極端面)には、エアロゾルデポジション法により金属微粒子(例えば、Cuの微粒子)を噴出して衝突させてもよい。これにより、素体110の第2端面110f(陽極端面)に露出した陽極40上に金属膜(コンタクト層)を形成してもよい。
次に、素体110の第1端面110e(陰極端面)及び第2端面110f(陽極端面)にそれぞれ第1外部電極120及び第2外部電極130を形成する。例えば、導電性ペーストをスクリーン印刷法等で塗布して硬化し、第1外部電極120及び第2外部電極130として樹脂電極層をそれぞれ形成する。樹脂電極層形成用の導電性ペーストとしては、導電成分として銀粒子を含有する銀ペーストが好適である。その後、めっきすることによって樹脂電極層上にめっき層を形成してもよい。
このとき、第1外部電極120として、スパッタ法や蒸着法により例えば数μm厚の薄いスパッタ膜及び/又は蒸着膜を形成してもよい。
上記方法により固体電解コンデンサ100を得ることができる。
なお、上記実施形態では、マスク層31の第2面31bが素体110の第2端面110fに露出しており、隣接部30の第2面30bの少なくとも一部がマスク層31の第2面31bから構成される場合について説明したが、マスク層31は、素体110の第2端面110fから所定の間隔を空けて配置されていてもよい。すなわち、マスク層31の第2面31bは素体110の第2端面110fに露出しておらず、隣接部30の第2面30bにはマスク層31の第2面31bが含まれていなくてもよい。
また、上記実施形態では、外装体20が2種類の樹脂材料、すなわち第1部分21及び第2部分22のみから構成される場合について説明したが、本発明の固体電解コンデンサにおける外装体は3種類の樹脂材料から構成されてもよい。例えば、第1部分及び第2部分の間に樹脂材料からなる1層以上の中間樹脂層を設けてもよい。このような中間樹脂層は、例えば、複数の固体電解コンデンサ素子の重畳体を封止する第2部分を、第1部分の貫通孔より小さい寸法でトランスファ成形等により形成しておき、その後、固体電解コンデンサ素子の重畳体を第2部分ごと第1部分の貫通孔内に挿入し、そして、第2部分と第1部分との間の隙間に液状の樹脂材料を充填して硬化することによって形成することができる。
その反対に、本発明の固体電解コンデンサにおける外装体は1種類の樹脂材料のみから構成されてもよい。例えば、第1部分21を設けずに第2部分22のみを設けてもよい。このような固体電解コンデンサは、例えば、個片化のためにカット工程において、各貫通孔223の内側にカットラインを設定し、第1部分221を全てカットして除去することによって作製可能である。
また、上記実施形態では、集電電極13を有する場合について説明したが、集電電極13を設けずに各固体電解コンデンサ素子10の陰極43を第1外部電極120に直接的に接続してもよい。この場合は、例えば、粘着性シート250の剥離後にシート250が貼り付けられていた第1部分221の下部をグラインダ等で削り取ることによって素体110の第1端面110e(陰極端面)に各陰極43を露出させ、第1端面110eに露出した各陰極43上に第1外部電極120を形成してもよい。
また、集電電極13を設けない場合は、外装体220の第2部分222aは、以下の工程に従って実施してもよい。すなわち、まず、第1部分221の各貫通孔223内に液状材料222をディスペンサ等により注入して充填する。次に、液状材料222が充填された各貫通孔223内に複数の固体電解コンデンサ素子10(重畳体11)を挿入し、挿入された各素子10の周囲に液状材料222を充填する。例えば、複数の素子10の挿入後に真空脱泡を行うことによって、各素子10の周囲に液状材料222を充填する。そして、各貫通孔223内に充填された液状材料222を、例えば真空オーブンで加熱することによって、硬化する。
また、上記実施形態では、略直方体状の素体110を用いる場合について説明したが、本発明の固体電解コンデンサにおいて、素体は、相対する第1面及び第2面を有する形状であれば特に限定されず、略直方体状の他に、例えば、円柱状等であってもよい。
また、上記実施形態では、固体電解コンデンサ100が固体電解コンデンサ素子10を複数備える場合について説明したが、本発明の固体電解コンデンサは、固体電解コンデンサ素子を少なくとも1つ備えていればよく、素子を1つだけ備えていてもよい。
また、上記実施形態では、複数の貫通孔223の空いた第1部分221を用いて複数の素体110を同時に作製する場合について説明したが、貫通孔が1つだけ空いた第1部分を用いて素体を1個ずつ作製してもよい。
10 固体電解コンデンサ素子
11 重畳体
12 絶縁樹脂
13 集電電極
20 外装体
21 第1部分(外装部)
22 第2部分
23 貫通孔
30 隣接部
30a 第1面
30b 第2面
30c 非被覆領域
31 マスク層
31a 第1面
31b 第2面
40 陽極
40a 金属基体部
40b 多孔質部
40c 端部
40d フランジ部
40e 辺
41 誘電体層
43 陰極
44 固体電解質層
45 導電層
45a カーボン層
45b 陰極導体層
100 固体電解コンデンサ
110 素体
110a 第1主面
110b 第2主面
110c 第1側面
110d 第2側面
110e 第1端面
110f 第2端面
110g 凹部
120 第1外部電極
130 第2外部電極
210 ワーク
211 保持部
212 素子部
220 外装体
221 第1部分
222 液状材料
222a 第2部分
223 貫通孔
223a 第1の開口
223b 第2の開口
230 導電性ペースト
250 粘着性シート
260 エンドミル
11 重畳体
12 絶縁樹脂
13 集電電極
20 外装体
21 第1部分(外装部)
22 第2部分
23 貫通孔
30 隣接部
30a 第1面
30b 第2面
30c 非被覆領域
31 マスク層
31a 第1面
31b 第2面
40 陽極
40a 金属基体部
40b 多孔質部
40c 端部
40d フランジ部
40e 辺
41 誘電体層
43 陰極
44 固体電解質層
45 導電層
45a カーボン層
45b 陰極導体層
100 固体電解コンデンサ
110 素体
110a 第1主面
110b 第2主面
110c 第1側面
110d 第2側面
110e 第1端面
110f 第2端面
110g 凹部
120 第1外部電極
130 第2外部電極
210 ワーク
211 保持部
212 素子部
220 外装体
221 第1部分
222 液状材料
222a 第2部分
223 貫通孔
223a 第1の開口
223b 第2の開口
230 導電性ペースト
250 粘着性シート
260 エンドミル
Claims (5)
- 固体電解コンデンサ素子と、前記固体電解コンデンサ素子の周囲に設けられた絶縁樹脂とを含み、第1面及び第2面を有する素体と、
前記第1面に形成された第1外部電極と、
前記第2面に形成された第2外部電極と、を備え、
前記固体電解コンデンサ素子は、金属基体部及び前記金属基体部上の多孔質部を有する陽極と、前記多孔質部の表面上に設けられた誘電体層と、前記誘電体層上に設けられた陰極とを含み、
前記陰極は、前記第1面において前記第1外部電極と接続されており、
前記陽極は、前記第2面において前記第2外部電極と接続されており、
前記絶縁樹脂は、前記固体電解コンデンサ素子に隣接する隣接部を含み、
前記隣接部は、前記第1外部電極側の第1面及び前記第2外部電極側の第2面を有し、
前記金属基体部は、前記隣接部の前記第2面上まで広がっている、固体電解コンデンサ。 - 前記隣接部の前記第2面は、前記金属基体部に覆われていない非被覆領域を含み、
前記素体の前記第2面には、前記非被覆領域を底面とする凹部が設けられている、請求項1に記載の固体電解コンデンサ。 - 前記素体は、前記固体電解コンデンサ素子が複数重なり合った重畳体を含み、
前記絶縁樹脂は、隣り合う固体電解コンデンサ素子の間と、前記重畳体の周囲とに設けられている、請求項1又は2に記載の固体電解コンデンサ。 - 前記隣接部は、前記陽極の前記第2外部電極側の辺に沿って前記誘電体層上に設けられたマスク層を含み、
前記マスク層は、前記第1外部電極側の第1面及び前記第2外部電極側の第2面を有し、
前記マスク層の前記第2面は、前記素体の前記第2面に露出しており、
前記金属基体部は、少なくとも前記マスク層の前記第2面上まで広がっている、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。 - 前記絶縁樹脂は、前記素体の前記第1面側及び前記第2面側が開口し、前記隣接部を囲む外装部をさらに備え、
前記外装部は、無機材料からなるフィラーを30重量%以上含有している、請求項1~4のいずれか1項に記載の固体電解コンデンサ。
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---|---|---|---|
JP2022054086 | 2022-03-29 | ||
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---|---|
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---|---|---|---|
PCT/JP2023/011557 WO2023190050A1 (ja) | 2022-03-29 | 2023-03-23 | 固体電解コンデンサ |
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2023
- 2023-03-23 WO PCT/JP2023/011557 patent/WO2023190050A1/ja unknown
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