JP2008004744A - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型かつ低インピーダンス特性が得られ、十分な陽極電極部の接続強度が得られる固体電解コンデンサの製造方法を提供すること。
【解決手段】 アルミニウム基体２の表面に陽極酸化皮膜１を形成し、その上に導電性高分子等により固体電解質層５を形成し、その上に銀ペースト層７を含む陰極電極部３を形成し、アルミニウム基体２の一部に陽極電極部８を形成する固体電解コンデンサの製造方法において、アルミニウム基体２の片面の陽極酸化皮膜１上に導電性ペーストを塗布し硬化させて金属銀層９を形成し、その裏側よりレーザーを照射してアルミニウム基体２と金属銀層９とを溶着することにより陽極電極部８を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、平板状アルミニウム箔等を用いた薄型の固体電解コンデンサの製造方法に関し、特に、低インピーダンスを有する固体電解コンデンサの製造方法に関する。

近年、デジタル機器は小型化・高性能化が進み、高周波駆動の電源が急増してきている。それに伴い、ノイズ対策や電源電圧の平滑化が必要とされ、電子回路における電解コンデンサの役割も重要になってきている。このような背景の中で電解コンデンサも、小型の形状で大容量かつ低ＥＳＲ（Equivalent Series Resistance：等価直列抵抗）または低インピーダンス特性が強く要求されている。

従来の電解コンデンサは、積層セラミックコンデンサと比較して高周波領域の特性が劣るため、前記の要求に十分に応えることができなかった。

一方で導電性高分子を固体電解質に用いたアルミニウムやタンタルを陽極体とする固体電解コンデンサでは、前記導電性高分子の比抵抗が従来の電解液や電解質（二酸化マンガン等）と比較して１〜２桁程低くなることから、高周波領域で積層セラミックコンデンサに匹敵する低インピーダンスを得ることが可能となった。

従来の導電性高分子を固体電解質とする薄型のアルミニウム固体電解コンデンサの基本構成の一例を図３に示す。図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は上面図である。その製造方法は、図３において、多孔質化した平板状のアルミニウム基体２の表面に陽極酸化により陽極酸化皮膜１を形成し、陽極酸化皮膜１上の所定位置にエポキシ樹脂等からなる絶縁体層４を形成して陽極電極部３８と陰極電極部３を分離する。次に、陽極酸化皮膜１上に導電性高分子により固体電解質層５を形成し、固体電解質層５上にグラファイト層６および銀ペースト層７を順次形成して陰極電極部３を作製し、この陰極電極部３は図示されていない外部陰極端子と導電性接着剤で接続することによって陰極の電気的な接続を行っている。一方、絶縁体層４で分離された陽極電極部３８は、アルミニウム基体２は半田付けが不可能なであるため、はんだ付け可能な金属板３９を超音波溶着、電気抵抗溶着、レーザー溶接等によりアルミニウム基体２に溶接し、金属板３９により外部陽極端子との電気的な接続を行っている。

特許文献１および特許文献２には、複数の固体電解コンデンサの陽極電極部間または固体電解コンデンサの陽極電極部とリードフレーム間の電気的な接続をレーザー溶接で行う積層型固体電解コンデンサが記述されている。

特開平１０−１６３０７２号公報 特開平９−３６００３号公報

前述したようにアルミニウム固体電解コンデンサでは、製品の小型化に伴い、その形状も小型化が必要となる。一方、小型・低インピーダンスのアルミニウム固体電解コンデンサを得るためには、コンデンサ素子全体に占める陰極電極部の割合を大きくし、絶縁体層で区分された陽極電極部の割合を小さくしなければならない。しかし、前記のような陽極電極部の作製方法、すなわち超音波溶着、電気抵抗溶着等による方法では、その溶着用ヘッドを直接金属板３９およびアルミニウム基体２に接触させるため、溶接時に陽極電極部３８と絶縁体層４を挟んで隣接する陰極電極部３の陽極酸化皮膜１に、機械的な衝撃が加わり、陽極酸化皮膜１の損傷が起こり、コンデンサ素子の漏れ電流が増加する。加えて、陽極電極部３８の大きさに対応するような小型の溶接ヘッドを用い、正確な溶接点の位置決めを行って溶接しないとその接続強度が不足してしまう。

一方、レーザー溶接では溶接対象である金属板３９とアルミニウム基体２が十分に密着をし、レーザー照射に伴う熱量により、その溶接対象同士が固溶、又は、結合することによって、初めて十分な接続強度や電気特性等が得られるが、金属板３９とアルミニウム基体２間の密着性にばらつきが発生し、密着性が十分でない場合は、従来の方法で金属板３９とアルミニウム基体２間をレーザー溶接すると、溶接後の陽極電極部の接続強度が弱く、また、接続抵抗が大きくなってしまう。

そこで、本発明の課題は、小型かつ低インピーダンス特性が得られ、十分な陽極電極部の接続強度が得られる固体電解コンデンサの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、粗面化した平板状金属基体の表面に陽極酸化により陽極酸化皮膜を形成し、該陽極酸化皮膜上の少なくとも一部に導電性高分子等により固体電解質層を形成し、該固体電解質層上に導電性ペースト層を含む陰極電極部を形成し、前記固体電解質層を設けていない前記平板状金属基体の一部に陽極電極部を形成する固体電解コンデンサの製造方法において、前記平板状金属基体の片面の前記陽極酸化皮膜上に導電性ペーストを塗布し硬化させて金属層を形成し、前記平板状金属基体の前記導電性ペーストを塗布した面の裏側よりレーザーを照射して前記平板状金属基体と前記金属層とを溶着することにより前記陽極電極部を形成する。

さらに、本発明では、前記陽極電極部の形成に用いる導電性ペーストとして、硬化後の導電性ペースト中に残存する有機物成分が５％未満である導電性ペーストを用いることができる。

また、導電性接着剤により前記陽極電極部と外部陽極端子とを接続することができる。

さらに、請求項１または２記載の製造方法により複数個の固体電解コンデンサを製造し、導電性接着剤により前記複数個の固体電解コンデンサの陽極電極部間および陰極電極部間の接着を行って積層型の固体電解コンデンサを製造することができる。

上記のように本発明では、陽極電極部の形成方法として、陽極酸化皮膜上に導電性ペーストを塗布し硬化させて金属層を形成し、導電性ペーストを塗布した面の裏側よりレーザーを照射して平板状金属基体と金属層とを溶着する。この場合、塗布された導電ペーストにより形成された金属層と平板状金属基体とは密着されているので十分な接続強度が得られ、また、上記金属層はその大部分が導電性ペースト中の導電性フィラーからなるので、溶着された金属層と平板状金属基体間の電気抵抗も小さく、小型化と低インピーダンス化を両立するアルミニウム固体電解コンデンサを実現することができる。

但し、このようなレーザーによる導電性フィラーを含む導電性ペーストを硬化した金属層とアルミニウムの溶着は、金属層中に樹脂成分を多く含む場合、レーザーの照射に伴い樹脂成分の燃焼が生じ、溶接形状の異常、接続抵抗の増大等により、電解コンデンサの特性劣化を引き起こす。このため、陽極電極部に塗布する導電性ペーストは、硬化後のペースト中に残存する有機物成分が５％未満となる導電性ペーストを用いる必要がある。そのような導電性ペーストの例としては、０．１μｍ以下の銀粒子からなるナノ銀ペースト、有機銀ペースト、および、有機銀と酸化銀の混合ペースト等が挙げられる。

以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明による固体電解コンデンサの製造方法の一実施例により作製されたアルミニウム固体電解コンデンサ素子の基本構成図である。図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は上面図である。

本実施例の固体電解コンデンサの製造方法は、従来と同様に、多孔質化した平板状のアルミニウム基体２の表面に陽極酸化により陽極酸化皮膜１を形成し、陽極酸化皮膜１上の所定位置にエポキシ樹脂等からなる絶縁体層４を形成して陽極電極部８と陰極電極部３を分離する。次に、陽極酸化皮膜１上に導電性高分子により固体電解質層５を形成し、固体電解質層５上にグラファイト層６および銀ペースト層７を順次形成して陰極電極部３を作製し、この陰極電極部３は図示されていない外部陰極端子と導電性接着剤で接続することによって陰極の電気的な接続を行っている。

上記製造方法の具体的な製造条件および形状の一例としては、化成電圧を３Ｖとして多孔質化した陽極酸化皮膜１を形成し、単位面積当りの容量２７０μＦ／ｃｍ²、厚さ７０ミクロンのアルミニウム基体２を、幅４．２ｍｍ、長さ５ｍｍの形状に切り出し、陰極電極部３の幅が４．２ｍｍ、長さが３．５ｍｍとなるように絶縁体層４を形成した。絶縁体層４の幅は０．２５ｍｍ、厚さは３０μｍであり、エポキシ樹脂をスクリーン印刷することにより形成した。陰極電極部３の陽極酸化皮膜１上にモノマーとしてピロール、酸化剤としてペルオキソ二硫酸アンモニウム、ドーパントとしてパラトルエンスルホン酸を、それぞれ、６：１：２の組成比で反応させ、導電率５０Ｓ／ｃｍ以上の導電率を有する導電性高分子からなる固体電解質層５を形成し、その上に、スクリーン印刷することにより、厚さ１０μｍのグラファイト層６、厚さ３０μｍの銀ペースト層７を順次塗布し、陰極電極部３を形成した。

続いて、アルミニウム基体２の片面の陽極酸化皮膜１上に導電性ペーストである銀ペーストを塗布し硬化させて金属銀層９を形成し、アルミニウム基体２の導電性ペーストを塗布した面の裏側よりレーザーを照射してアルミニウム基体２と金属銀層９とを溶着することにより陽極電極部８を形成した。

以下、陽極電極部８の作製に関し、具体的な製造条件および形状の一例を説明する。陽極電極部８の陽極酸化皮膜１上の片面のほぼ全体に、有機銀２０〜３０％を含み、１μｍ以下の酸化銀粒子をフィラーとする導電性ペーストを、スクリーンマスクを用いて硬化後の厚みが１０〜２０ミクロンとなるように塗布する。この導電性ペーストを１５０℃以上の温度で硬化させることにより有機銀と酸化銀の反応により金属銀層９が得られる。この硬化後の金属銀層９では、残存する有機物成分は３．５％である。続いて、陽極電極部８の導電性ペーストの塗布されていない陽極酸化皮膜１側から、ＹＡＧレーザーにより、光ビーム径０．４ｍｍ、エネルギー０．０３６Ｊで同一箇所を３回、１つの陽極電極部８に対して８箇所、レーザー光を照射することにより、膜状の金属銀層９とアルミニウム基体２とを陽極酸化皮膜１を貫通して溶接し、溶接箇所１０を形成する。この時、溶接箇所１０は図１に示す通りレーザー照射側から金属銀層まで貫通した孔状の形状となる。

しかるのち、陽極電極部８と外部陽極端子および陰極電極部３と外部陰極端子を、導電性接着剤等の導電性ペーストで接合し、さらに外部陽極端子および外部陰極端子の引出し部以外を樹脂にてモールドすることにより固体電解コンデンサを完成させた。この結果、周波数１２０Ｈｚでの容量が２５μＦ、周波数１００ｋＨｚでのＥＳＲが１０ｍΩ、漏れ電流が５μＡの特性が得られ、小型かつ低インピーダンス特性および十分な陽極電極部の強度をもつ固体電解コンデンサが得られた。

ここで、本発明の製造方法に使用する導電性ペーストの有機物成分による影響を比較するため、比較対照品として１５０℃以上での硬化後に金属銀層９に残存する有機物が５％である導電性ペーストを用いて固体電解コンデンサを製造した。実施例１の固体電解コンデンサと比較対照品の固体電解コンデンサのレーザー照射後の溶接形状の異常割合および陽極電極部８の電気抵抗を評価し、比較を行った。この比較結果を表１に示す。

表１より、実施例１によって得られた固体電解コンデンサは、比較対照品の固体電解コンデンサと比べて、溶接形状の異常割合が少なく、陽極電極部８の電気抵抗が明らかに低下していることが分かる。

図２は、本発明による第２の実施例である積層型の固体電解コンデンサの製造方法を説明するための図であり、本発明による固体電解コンデンサの製造方法により作製された４枚積層型アルミニウム固体電解コンデンサの断面図である。

図２において、それぞれ実施例１と同様な製造方法で作製された４枚の固体電解コンデンサ２１、２２、２３、２４が積層されて４枚積層型アルミニウム固体電解コンデンサ素子を構成している。各々の固体電解コンデンサは、実施例１と同様にアルミニウム基体の片面の陽極酸化皮膜上に導電性ペーストである銀ペーストを塗布し硬化させて金属銀層を形成し、アルミニウム基体の導電性ペーストを塗布した面の裏側よりレーザーを照射して平板状金属基体と金属銀層とを溶着することにより陽極電極部を形成する。例えば、固体電解コンデンサ２１では金属銀層９と陽極酸化皮膜１で覆われたアルミニウム基体２とを溶接し、溶接箇所１０を形成する。

次に、本実施例においては、固体電解コンデンサ２１の陰極電極部と固体電解コンデンサ２２の陰極電極部を導電性接着剤１１で接合し、陽極電極部の溶接箇所１０も同時に同じ導電性接着剤１２で接合する。この時、導電性接着剤層１２の一部が貫通孔状の溶接箇所１０を充填するため、固体電解コンデンサ２１の陽極電極部と固体電解コンデンサ２２の陽極電極部も電気的に接続される。

同様な工程を繰り返して、４枚の固体電解コンデンサを積層し、４枚積層型アルミニウム固体電解コンデンサの陰極電極部１３および陽極電極部１８を完成させる。その後、陽極電極部１８と外部陽極端子および陰極電極部１３と外部陰極端子を、導電性接着剤で接合し、さらに外部陽極端子および外部陰極端子の引出し部以外を樹脂にてモールドすることにより４枚積層型アルミニウム固体電解コンデンサを完成させる。

本実施例により製造された４枚積層型アルミニウム固体電解コンデンサにおいて、１２０Ｈｚでの容量１００μＦ、１００ｋＨｚでのＥＳＲ５ｍΩ、漏れ電流２０μＡの特性が得られ、小型かつ低インピーダンス特性および十分な陽極電極部の強度をもつ積層型の固体電解コンデンサが得られた。

以上、本発明の実施の形態を実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限られるものではないことはいうまでもない。例えば、本発明を適用する固体電解コンデンサの層状構造、各層の厚さ、材質、外形形状、陰極電極部、陽極電極部およびレーザーの照射部の形状などは必要とする固体電解コンデンサの形状、特性などによって変更することができる。

本発明による固体電解コンデンサの製造方法の一実施例により作製されたアルミニウム固体電解コンデンサ素子の基本構成図。図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は上面図。 本発明による第２の実施例である積層型の固体電解コンデンサの製造方法を説明するための図、本発明による固体電解コンデンサの製造方法により作製された４枚積層型アルミニウム固体電解コンデンサの断面図。 従来の導電性高分子を固体電解質とする薄型のアルミニウム固体電解コンデンサの基本構成の一例を示す図。図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は上面図。

符号の説明

１ 陽極酸化皮膜
２ アルミニウム基体
３、１３ 陰極電極部
４ 絶縁体層
５ 固体電解質層
６ グラファイト層
７ 銀ペースト層
８、１８、３８ 陽極電極部
９ 金属銀層
１０ 溶接箇所
１１、１２ 導電性接着剤
２１、２２、２３、２４ 固体電解コンデンサ
３９ 金属板

Claims (4)

1. 粗面化した平板状金属基体の表面に陽極酸化により陽極酸化皮膜を形成し、該陽極酸化皮膜上の少なくとも一部に導電性高分子により固体電解質層を形成し、該固体電解質層上に導電性ペースト層を含む陰極電極部を形成し、前記固体電解質層を設けていない前記平板状金属基体の一部に陽極電極部を形成する固体電解コンデンサの製造方法において、前記平板状金属基体の片面の前記陽極酸化皮膜上に導電性ペーストを塗布し硬化させて金属層を形成し、前記平板状金属基体の前記導電性ペーストを塗布した面の裏側よりレーザーを照射して前記平板状金属基体と前記金属層とを溶着することにより前記陽極電極部を形成することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
2. 前記陽極電極部の形成に用いる導電性ペーストとして、硬化後の導電性ペースト中に残存する有機物成分が５％未満である導電性ペーストを用いることを特徴とする請求項１記載の固体電解コンデンサの製造方法。
3. 導電性接着剤により前記陽極電極部と外部陽極端子とを接続することを特徴とする請求項１または２記載の固体電解コンデンサの製造方法。
4. 請求項１または２記載の製造方法により複数個の固体電解コンデンサを製造し、導電性接着剤により前記複数個の固体電解コンデンサの陽極電極部間および陰極電極部間の接着を行うことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。

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