JP4124360B2 - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、誘電体酸化皮膜を形成させた弁作用金属箔の表面に、導電性高分子からなる固体電解質層を形成させてなる固体電解コンデンサの製造方法に関する。

アルミニウム等の弁作用金属箔表面に誘電体酸化皮膜を形成し、該誘電体酸化皮膜上に固体電解質として電気伝導度の高い導電性高分子を形成させてなる固体電解コンデンサは、静電容量が高く、等価直列抵抗（以下、「ＥＳＲ」と略記する。）が低い優れた特性を有する。

上記固体電解コンデンサの製造方法に関しては、例えば特許文献１を例示することができ、その要旨とするところは、誘電体酸化皮膜を形成させた弁作用金属表面に、マス目状パターンを残して絶縁性塗膜を形成する工程、該マス目内に導電性プレコート層を形成する工程、導電性プレコート層上に電解重合による導電性ピロール膜を形成する工程、電解重合による導電性ポリピロール膜上にカーボン及び銀ペーストで陰極導電層を形成する工程、マス目毎に切り離してコンデンサ素子を得、製品化する工程を包括する固体電解コンデンサの製造方法である。

上記製造方法によれば、一枚の弁作用金属箔上に、複数のコンデンサ素子を同時に形成することができ、比較的簡便な方法で、量産性にも適しているが、コンデンサ素子の陰極導電層を形成させた後、マス目毎に切り離してコンデンサ素子を作製することから、コンデンサ素子両面に形成された陰極導電層は、電気的導通がなく、コンデンサ素子とリードフレームとを接続するには、コンデンサ素子下面の陰極導電層と、コンデンサ素子上面の陰極導電層をそれぞれ別々にリードフレームに接続する必要があった。

図１は、従来の固体電解コンデンサの構成を示す概略断面図であり、従来の固体電解コンデンサは、エッチング層及び誘電体酸化皮膜１が施された弁作用金属箔２に形成させた絶縁性塗膜３のマス目内に、順次、固体電解質層４、陰極導電層５が形成されたコンデンサ素子と、陽極引出部６、リードフレームの陽極端子７、導電性ペースト８、リードフレームの陰極端子９、金属ワイヤ１０及び外装用樹脂１１から構成されている。

陰極導電層５をリードフレームの陰極端子９に接続させるには、陰極導電層下面は導電性ペースト８によりリードフレームの陰極端子９に、また、陰極導電層上面は金属ワイヤ１０を介してリードフレームの陰極端子９に接続しなければならず、工程が煩雑となり、製造コストが増大するという改善すべき課題が残されていた。

また、近年では、電子機器に組み込まれた集積回路の急激な高周波化により、上記汎用型のコンデンサでは自己共振現象が生じてしまい、ノイズフィルタとしての機能が不十分であり、この対策として、特開２００２−１６４７６０号公報には、コンデンサのリードを短くして、インダクタンス成分を低減すると共に、電源ラインと接地ラインを直交させて実装可能な、３端子型あるいは４端子型構造としたコンデンサが提案されている。なお、図２は、一般的な３端子型固体電解コンデンサの構成を示す概略断面図であり、図３は、従来の３端子型コンデンサ素子の一部破断断面図である。

図２に示すように、３端子型固体電解コンデンサは、コンデンサ素子の陰極導電層５両端に陽極引出部６が設けられ、陽極引出部６は、リードフレームの陽極端子７に接続させ、陰極導電層５は、リードフレームの陰極端子９に接続させて構成されるが、前述の通りコンデンサのリードを短くするという観点から、コンデンサ素子の陰極導電層上面を金属ワイヤ等を介して陰極リードに接続する手段が適用できず、従来は、図３に示すように、コンデンサ素子の陰極導電層５の陽極引出部６に隣接しない切断面に、短絡防止絶縁性塗膜１２を施して絶縁化させた後、銀ペースト等により陰極導通用塗膜１３を設けて陰極導電層の両面を導通させる処理がなされているが、コンデンサ素子を個々に処理しなければならず、工程が煩雑となり、量産性に劣るという改善すべき課題が残されていた。

コンデンサ素子両面に形成させた陰極導電層を、簡便な工程で導通でき、量産性に優れた固体電解コンデンサの製造方法が望まれていた。

特開平６−３１４６４０号

本発明の目的は、上記課題に鑑み、誘電体酸化皮膜を形成させた弁作用金属箔の両面に、陰極形成部をマス目状に残して絶縁性塗膜を形成し、該マス目内に、順次、導電性プレコート層、電解重合導電性高分子膜、陰極導電層を形成させ、マス目毎にコンデンサ素子を切り離して製品化する工程を包含する固体電解コンデンサの製造方法において、コンデンサ素子両面に形成させた陰極導電層が、簡便な工程で導通でき、量産性に優れた固体電解コンデンサの製造方法を提供することである。

本発明者らは鋭意検討した結果、誘電体酸化皮膜を形成させた弁作用金属箔の両面に、陰極形成部をマス目状に残して絶縁性塗膜を形成し、該マス目内に導電性プレコート層を形成した後、陰極導電層の外周部の少なくとも一部に貫通孔を穿ち、該貫通孔内の陰極形成部断面に、誘電体酸化皮膜及び陰極導電層を形成させることにより、コンデンサ素子両面に形成させた陰極導電層が電気的に導通され、上記課題を解決し得ることを見いだし、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、誘電体酸化皮膜を形成させた弁作用金属箔の両面に、コンデンサ素子の陽極引出部及び陰極形成部を設け、陰極形成部をマス目状に残して絶縁性塗膜を被覆する工程、陰極形成部に化学重合導電性高分子からなる導電性プレコート層を形成する工程、陰極形成部の外周部の少なくとも一部に貫通孔を穿ち、ついで、該貫通孔内の陰極形成部断面を化成する工程、導電性プレコート層及び貫通孔内の陰極形成部断面に、順次、電解重合導電性高分子からなる固体電解質層及び陰極導電層を形成する工程、マス目毎にコンデンサ素子を切り離して製品化する工程を包含し、かつ上記工程により、コンデンサ素子両面に形成させた陰極導電層が、貫通孔内の陰極形成部断面に形成させた陰極導電層を介して電気的に導通されてなることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法である。

また、本発明は、導電性プレコート層が化学重合により形成させたポリピロールまたはポリチオフェンであることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法である。

また、本発明は、電解重合導電性高分子が、電解重合により形成させたポリピロールまたはポリチオフェンであることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法である。

さらに、本発明は、コンデンサ素子が陰極形成部の両端に陽極引出部を設けてなる３端子型であることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法である。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明に用いられる弁作用金属箔としては、アルミニウム、タンタル、ニオブまたはチタンからなる群から選ばれる少なくとも１種が用いられ、以下、弁作用金属としてアルミニウム箔を用いた三端子型の固体電解コンデンサの製造方法について、図４及び図５を参照して詳細に説明する。なお、図４は、アルミニウム箔にマス目を残して絶縁性塗膜を被覆させた概略平面図であり、図５は、導電性プレコート層形成後に貫通孔を穿った例を示す概略平面図である。

まず、図４に示すように、表面にエッチング層及び誘電体酸化皮膜を形成させた大面積アルミニウム箔の両面に、コンデンサ素子の陽極引出部６及び陰極形成部１４を設け、陰極形成部１４をマス目状に残して絶縁性塗膜３を被覆する。

上記絶縁性塗膜としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂またはシリコン樹脂等が用いられる。

ついで、マス目内の陰極形成部１４に導電性プレコート層を形成させる。導電性プレコート層は、過硫酸アンモニウム等の酸化剤を用いて、ピロール、チオフェンまたはそれらの誘導体モノマーを化学重合させる従来公知の方法により形成することができる。

次に、図５に示すように、陰極形成部の外周部に貫通孔１５を穿った後、化成処理を施す。該貫通孔１５は、陽極形成部に隣接しない陰極形成部の外周部の少なくとも一部に設ければよく、図５は、陰極形成部の対向する２辺に貫通孔を穿った例を示す。貫通孔を穿つ手段としては、金型による打ち抜き加工や、ドリル等による切削加工、あるいはレーザーによる加工が適用可能である。

化成処理は、主に、貫通孔内の陰極形成部断面に誘電体酸化皮膜を形成させると同時に、先の工程で欠損が生じた誘電体酸化皮膜を修復する目的で施され、通常、アジピン酸アンモニウム溶液中で陽極酸化させて行われる。

次に、先に形成させた導電性プレコート層及び貫通孔内の陰極形成部断面に、順次、電解重合導電性高分子からなる固体電解質層及び陰極導電層を形成させる。

電解重合導電性高分子は、電解液中、ピロール、チオフェンまたはそれらの誘導体モノマーを電解重合させる従来公知の方法により形成することができ、導電性プレコート層に給電ワイヤを接触させて陽極とし、電流を印加させることにより、導電性プレコート層上に電解重合導電性高分子膜を形成でき、かつ、該膜は、回り込みにより貫通孔内の陰極形成部断面にも形成される。

次に、上記電解重合導電性高分子膜の表面に、塗布またはスクリーン印刷等により、カーボンペースト及び銀ペーストからなる陰極導電層を形成させる。該陰極導電層は、カーボンペースト及び銀ペーストの回り込みにより、貫通孔内の陰極形成部断面にも形成される。

次に、図５中、陽極引出部６に形成させた絶縁性塗膜を剥離または研削除去してアルミニウム金属を露出させ、ついで、点線で示す切断箇所に沿って切断して、個々のコンデンサ素子に切り離し、コンデンサ素子を得る。なお、図６は、本発明の３端子型コンデンサ素子の一実施態様を示す一部破断断面図である。

図６に示すように、固体電解質層４と陰極導電層５は、陰極形成部断面の誘電体酸化皮膜１６上にも形成されるので、各コンデンサ素子の両面に形成させた陰極導電層が、該断面に形成された陰極導電層を介して電気的に導通でき、従来のように、陰極形成部断面に短絡防止絶縁性塗膜を施した後、陰極導通用塗膜を形成させるといった煩雑な導通処理を施す必要がない。

次に、得られたコンデンサ素子を、図２に示すように、リードフレームに載置し、陽極引出部６を陽極端子７に接続させ、陰極導電層５を導電性ペースト８を用いて陰極端子９に接着させ、ついで、外装用樹脂１１でモールドして、固体電解コンデンサを完成する。

本発明の固体電解コンデンサの製造方法によれば、誘電体酸化皮膜を形成させた弁作用金属箔の両面に、コンデンサ素子の陽極引出部及び陰極形成部を設け、陰極形成部をマス目状に残して絶縁性塗膜を被覆する工程、陰極形成部に化学重合導電性高分子からなる導電性プレコート層を形成する工程、陰極形成部の外周部の少なくとも一部に貫通孔を穿ち、ついで、該貫通孔内の陰極形成部断面を化成する工程、導電性プレコート層及び貫通孔内の陰極形成部断面に、順次、電解重合導電性高分子からなる固体電解質層及び陰極導電層を形成する工程、マス目毎にコンデンサ素子を切り離して製品化する工程を包含し、かつ上記工程により、コンデンサ素子両面に形成させた陰極導電層が、貫通孔内の陰極形成部断面に形成させた陰極導電層を介して電気的に導通されるため、従来の煩雑な導通処理を施す必要がなく、工程が簡便であり、量産性に優れている。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づき説明する。実施例中、「％」は「質量％」を表す。なお、本発明は、実施例により、なんら限定されない。

実施例
３端子型固体電解コンデンサを、以下に示す手順で作製した。

まず、図４において、弁作用金属箔としてアルミニウム箔（縦６０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ４０μｍ）を用い、該箔の表面をエッチング処理により粗面化させた後、アジピン酸アンモニウム水溶液中、電圧１０Ｖで化成処理して、表面に誘電体酸化皮膜を形成させた。

上記箔に、図中、陽極引出部６（縦１０ｍｍ×横５ｍｍ）及び陰極形成部１４（縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ）を設け、陰極形成部１４をマス目状に残してエポキシ樹脂を塗布し、加熱、硬化させて絶縁性塗膜３を被覆した。

ついで、上記箔を、ピロールモノマー３０％エタノール溶液中に浸漬した後、支持電解質であるパラトルエンスルホン酸アンモニウム１５％及び酸化剤である過硫酸アンモニウム１５％水溶液中に、浸漬・乾燥させる操作を３回繰り返して、陰極形成部１４内に化学重合ポリピロール膜からなる導電性プレコート層を形成させた。

ついで、図６に示すように、陽極引出部に隣接しない陰極形成部の対向する２辺に、金型を用いて貫通孔を穿ち、アジピン酸アンモニウム溶液中、電圧１０Ｖで化成処理した。

ついで、上記箔を、ステンレス容器中、ピロールモノマー０．４ｍｏｌ／ｌと、支持電解質である１，７−ナフタレンスルホン酸テトラエチルアンモニウム０．４ｍｏｌ／ｌとのアセトニトリル溶液からなる電解重合液中に浸漬し、先に形成させた化学重合ポリピロール膜の表面に、ステンレスワイヤを接触させて陽極とし、陰極形成部１個あたり０．３ｍＡの電流を、９０分間印加して、電解重合ポリピロール膜を形成させた。該操作により、陰極形成部１４内に、化学重合ポリピロール膜及び電解重合ポリピロール膜からなる固体電解質層を形成させた。

ついで、図５中、上記陰極形成部１４内の固体電解質層上に、カーボンペースト及び銀ペーストを塗布、加熱、乾燥させて、陰極導電層を形成させた後、コンデンサ素子の陽極引出部６に形成させた絶縁性塗膜を機械的に研削除去してアルミニウム金属を露出させ、ついで、点線で示す切断箇所を、ダイヤモンドカッター刃を装着したダイサーを用いて切断して、個々のコンデンサ素子に切り離し、コンデンサ素子を得た。

得られたコンデンサ素子を、図２に示すようにリードフレームに載置し、陽極引出部６をリードフレームの陽極端子７へ接合し、陰極導電層５を、銀ペースト（導電性ペースト８）を用いて陰極端子９に接着し、ついで、エポキシ樹脂からなる外装用樹脂１１でモールドして、固体電解コンデンサを完成した。

得られたコンデンサの周波数１２０Ｈｚにおける静電容量（以下、「Ｃ」と略記する。）及び誘電損失（以下、「ｔａｎδ」と略記する。）、周波数１ｋＨｚにおけるＥＳＲ及び電圧６．３Ｖを印加し、１分後のＬＣをそれぞれ測定した。試験に供したコンデンサ５０個の各平均値を表１に示す。

本発明の固体電解コンデンサの製造方法によれば、コンデンサ素子両面に形成させた陰極導電層を、簡便な工程で導通でき、量産性に優れ、汎用型固体電解コンデンサ、３端子型固体電解コンデンサの他、４端子型固体電解コンデンサへも適用可能である。

従来の固体電解コンデンサの構成を示す概略断面図である。 一般的な３端子型固体電解コンデンサの構成を示す概略断面図である。 従来の３端子型コンデンサ素子の一部破断断面図である。 アルミニウム箔にマス目を残して絶縁性塗膜を被覆させた概略平面図である。 導電性プレコート層形成後に貫通孔を穿った例を示す概略平面図である。 本発明の３端子型コンデンサ素子の一実施態様を示す一部破断断面図である。

符号の説明

１ エッチング層及び誘電体酸化皮膜
２ 弁作用金属箔（アルミニウム箔）
３ 絶縁性塗膜
４ 固体電解質層
５ 陰極導電層
６ 陽極引出部
７ 陽極端子
８ 導電性ペースト
９ 陰極端子
１０ 金属ワイヤ
１１ 外装用樹脂
１２ 短絡防止絶縁性塗膜
１３ 陰極導通用塗膜
１４ 陰極形成部
１５ 貫通孔
１６ 誘電体酸化皮膜

Claims (4)

1. 誘電体酸化皮膜を形成させた弁作用金属箔の両面に、コンデンサ素子の陽極引出部及び陰極形成部を設け、陰極形成部をマス目状に残して絶縁性塗膜を被覆する工程、陰極形成部に化学重合導電性高分子からなる導電性プレコート層を形成する工程、陰極形成部の外周部の少なくとも一部に貫通孔を穿ち、ついで、該貫通孔内の陰極形成部断面を化成する工程、導電性プレコート層及び貫通孔内の陰極形成部断面に、順次、電解重合導電性高分子からなる固体電解質層及び陰極導電層を形成する工程、マス目毎にコンデンサ素子を切り離して製品化する工程を包含し、かつ上記工程により、コンデンサ素子両面に形成させた陰極導電層が、貫通孔内の陰極形成部断面に形成させた陰極導電層を介して電気的に導通されてなることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
2. 導電性プレコート層が、化学重合により形成させたポリピロールまたはポリチオフェンであることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
3. 電解重合導電性高分子が、電解重合により形成させたポリピロールまたはポリチオフェンであることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造方法。
4. コンデンサ素子が、陰極形成部の両端に陽極形成部を設けてなる三端子型であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
   

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