JP2005228925A - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体部品と直接実装できる低インピーダンス特性を有する生産性に優れた高信頼性の固体電解コンデンサの製造方法を実現することを目的とする。
【解決手段】片面に多孔質部と誘電体被膜を有する弁金属シート体１に対してスルホールを形成する工程と、弁金属シート体１の片面側に吸収体を当接させてスルホールの内壁に絶縁性樹脂を塗布した後余分な絶縁性樹脂を除去して絶縁膜３を形成する工程と、固体電解質層８を形成する工程と、陰電極層９を形成する工程と、前記陰電極層９と導通するスルホール電極２を形成する工程と、前記スルホール電極２と導通する接続端子５と前記弁金属シート体１と導通する接続端子４とを他面に形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器に用いる固体電解コンデンサの製造方法に関するものである。

従来における固体電解コンデンサとしては、アルミニウムやタンタルなどの多孔質化された弁金属シート体の厚み方向の片面あるいは中間の芯部を電極部とし、この弁金属シート体の多孔質部の表面に誘電体酸化被膜を形成し、その表面に機能性高分子などの固体電解質層を設け、その固体電解質層の表面に集電体層、この集電体層上に金属による電極層を設けてコンデンサ素子を構成し、このコンデンサ素子を積層し各コンデンサ素子の電極部または電極層をまとめて外部端子に接続し、この外部端子を表出するように外装を形成して構成されていた。

上記従来の固体電解コンデンサにおいては、大容量化と等価直列抵抗（以下ＥＳＲと称す）を下げることはできるが、一般的な固体電解コンデンサと同様に、外部端子を介して回路基板上に実装しなければならない。このように半導体部品と同じように回路基板に表面実装される固体電解コンデンサでは、実際の回路を構成した状態でのＥＳＲや等価直列インダクタンス（以下ＥＳＬと称す）特性が端子長や配線長が存在するために大きくなり、高周波応答性に劣るといった課題を有するものであった。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平３−１４５１１５号公報

しかしながら、上記従来の固体電解コンデンサでは大容量化と等価直列抵抗（以下ＥＳＲと称す）を下げることはできるが、一般的な固体電解コンデンサと同様に、外部端子を介して回路基板上に実装しなければならない。

このように半導体部品と同じように回路基板に表面実装される固体電解コンデンサでは、実際の回路を構成した状態でのＥＳＲや等価直列インダクタンス（以下ＥＳＬと称す）特性が端子長や配線長が存在するために大きくなり、高周波応答性に劣るといった課題を有するものであった。

こうした課題を解決するため、固体電解コンデンサの表面に陽陰極両方を配置し、部品をこの上に直接実装することでＥＳＲやＥＳＬを下げることができる固体電解コンデンサが提案されている。

本発明は以上のように半導体部品と直接接続でき、高周波応答性に優れた大容量の固体電解コンデンサを効率よく生産することができる高信頼性の固体電解コンデンサの製造方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。

本発明の請求項１に記載の発明は、少なくとも片面に多孔質部を設けかつ多孔質部に形成された誘電体被膜を有する弁金属シート体に対してスルホールを形成する工程と、弁金属シート体の片面側に吸収体を当接させて少なくともスルホールの内壁に絶縁性樹脂を塗布した後スルホール内の少なくとも内壁に一定の絶縁樹脂層を残し貫通孔を形成するように絶縁性樹脂を除去して絶縁膜を形成する工程と、前記誘電体被膜の上に固定電解質層を形成する工程と、この固体電解質層の上に陰電極層を形成する工程と、前記陰電極層と導通するスルホール電極を形成する工程と、前記スルホール電極と導通する接続端子と前記弁金属シート体と導通する接続端子とを他面に形成する工程を有する固体電解コンデンサの製造方法であり、余分な絶縁性樹脂のはみ出しを防止し、所定の部位にのみ均一に絶縁性樹脂を塗布することができるので生産性と高信頼性を実現できる固体電解コンデンサの製造方法を提供することができる。

本発明の請求項２に記載の発明は、少なくとも片面に多孔質部を設けかつ多孔質部に形成された誘電体被膜を有する弁金属シート体に対して弁金属シート体の他面側に導電性材料層を形成する工程と、スルホールを形成する工程と、弁金属シート体の片面側に吸収体を当接させて少なくともスルホールの内壁に絶縁性樹脂を塗布した後スルホール内の少なくとも内壁に一定の絶縁性樹脂を残し貫通孔を形成するように絶縁性樹脂を除去して絶縁膜を形成する工程と、前記誘電体被膜の上に固体電解質層を形成する工程と、この固体電解質層の上に陰電極層を形成する工程と、前記陰電極層と導通するスルホール電極を形成する工程と、前記スルホール電極と導通する接続端子と前記弁金属シート体と導通する接続端子とを前記弁金属シート体の他面に形成する工程を有する固体電解コンデンサの製造方法であり、請求項１の作用に加えて絶縁膜の密着力を向上させるとともに抵抗値の低い電極層を得ることができる固体電解コンデンサの製造方法を提供することができる。

本発明の請求項３に記載の発明は、吸収体として多孔質体を用いる請求項１または２に記載の固体電解コンデンサの製造方法であり、吸収体として多孔質体を用いることにより余分な絶縁性樹脂を効率よく吸収できるという作用効果を有する。

本発明の請求項４に記載の発明は、多孔質体として紙を用いる請求項３に記載の固体電解コンデンサの製造方法であり、多孔質体として紙を用いることにより生産性を高めることができるという作用効果を有する。

本発明の請求項５に記載の発明は、少なくともスルホールの内壁に絶縁膜を形成する工程において、気体を噴射してスルホール内の余分な絶縁性樹脂を除去する請求項１または２に記載の固体電解コンデンサの製造方法であり、迅速に効率よくスルホール中の絶縁性樹脂を除去することができるという作用効果を有する。

本発明の請求項６に記載の発明は、少なくともスルホールの内壁に絶縁膜を形成する工程において、多孔質体を介して吸引しながらスルホール内の余分な絶縁性樹脂を除去する請求項１または２に記載の固体電解コンデンサの製造方法であり、請求項５とは別の製造方法を提供することができるという作用効果を有する。

本発明の請求項７に記載の発明は、少なくともスルホールの内壁に絶縁膜を形成する工程において、絶縁性樹脂の塗布および硬化を複数回行う請求項１または２に記載の固体電解コンデンサの製造方法であり、絶縁信頼性の高い絶縁膜を実現できるという作用効果を有する。

本発明の請求項８に記載の発明は、少なくともスルホールの内壁に絶縁膜を形成する工程において、１回目の塗布における絶縁性樹脂を半硬化の状態とし、前記１回目の塗布における絶縁性樹脂の上に２回目の塗布を行った後に硬化を行う請求項７に記載の固体電解コンデンサの製造方法であり、請求項７の作用に加えて絶縁膜の接着力を高めるという作用効果を有する。

本発明の請求項９に記載の発明は、少なくともスルホールの内壁に絶縁膜を形成する工程において、絶縁性樹脂として少なくともエポキシ系、アクリル系、ポリイミド系のいずれか一つの熱硬化性樹脂を用いる請求項１または２に記載の固体電解コンデンサの製造方法であり、信頼性の高い絶縁膜を容易に形成できるといった作用効果を有する。

本発明の請求項１０に記載の発明は、少なくともスルホールの内壁に絶縁膜を形成する工程において、弁金属シート体の他面側を下側にして静置状態で硬化を行う請求項１または２に記載の固体電解コンデンサの製造方法であり、弁金属シート体の他面側のエッジ部の液だれを防止して被覆性を向上させ、絶縁信頼性の高い絶縁膜を得ることができるといった作用効果を有する。

本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、印刷法をはじめとする塗布法によって、スルホールの内壁及び弁金属シート体の多孔質化されていない面に絶縁膜を形成する際、弁金属シート体の片面側に吸収体を当接しながら絶縁膜を塗布形成することにより、複数のスルホールに対して効率良く一括して絶縁膜を形成できるとともに均一な所定の厚みの絶縁膜を形成することにより高い絶縁信頼性を得ることができる固体電解コンデンサの製造方法を提供することができるという効果を奏するものである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１，３〜５，７〜９に記載の発明について説明する。

図１は本発明の実施の形態１における低ＥＳＬ特性を有する固体電解コンデンサの構造を説明するための図２のＡ−Ａ部における断面図であり、図２はその斜視図である。また図３はスルホール近傍の要部拡大断面図である。さらに図４〜図１５は本実施の形態１における固体電解コンデンサの製造方法を説明するための工程断面図である。

まず、図１〜図３を用いて本実施の形態１における固体電解コンデンサの製造について説明する。弁金属シート体１は例えばアルミニウムから構成されており、タンタルやニオブなどの材料によっても形成することができる。この弁金属シート体１の片面には多孔質部６が設けられており、この多孔質部６はさらに図３のような構成となっている。この多孔質部６の表面には弁金属シート１の酸化物である酸化アルミニウム被膜などの誘電体被膜１１が形成されている。この誘電体被膜１１の上にはピロールやチオフェン等からなる固体電解質層８が形成され、さらにその上にカーボン層１３が設けられ、陽極である弁金属シート体１のプレーン部分との対極としてコンデンサ素子を構成している。このカーボン層１３の上面には陰電極層９が設けられており、これは例えばＡｇペーストなどを塗布することにより形成している。

また、弁金属シート体１にはスルホール電極２が弁金属シート体１を貫通するように設けられており、このスルホール電極２は前記陰電極層９と一体で形成することができる。またスルホールの内壁は絶縁膜３によって被覆されていることから、スルホール電極２と弁金属シート体１とは絶縁されている。

さらに、弁金属シート体１の他面には弁金属シート体１と接続された接続端子４が設けられ、この接続端子４とスルホール電極２の上に設けられた接続端子５とが交互に配置された電極構成となっている。

また、弁金属シート体１の片面側の外周部分には絶縁樹脂からなる陽陰極分離部７が設けられており、この陽陰極分離部７を設けることにより固体電解質層８および陰電極層９と弁金属シート体１のプレーン部分（多孔質化されていない部分）とのショート（短絡）を防止している。この陽陰極分離部７を設けることにより、生産性と信頼性を高めることができる。

また、補強板１０は本発明の固体電解コンデンサの機械的強度を高めるとともに、導電性を有する材料を用いることにより電極としての機能も有することができる。

なお、この陽陰極分離部７と補強板１０はより信頼性を高めるという観点から構成しているものであり、この陽陰極分離部７と補強板１０は必要に応じて設けることができる。

このような構成をとることにより、固体電解コンデンサの接続端子４，５を介して各種部品を直接接続することにより配線長を最短とすることができるとともにスルホール電極２における電流の向きと、弁金属シート体１の部分を流れる電流の向きを逆方向とすることによって電磁界をキャンセルする効果が生じることからＥＳＬの極小化が図れる固体電解コンデンサとすることができる。

そして、この固体電解コンデンサを実現する上で、微細な各スルホールの内壁において均一な厚みと高い絶縁信頼性を有する絶縁膜３をいかに効率よく形成するかが非常に重要なものとなる。

次に、このような構成を有する固体電解コンデンサの製造方法について詳細に説明する。

図４〜図１５は本発明の実施の形態１における固体電解コンデンサの製造方法を説明するための断面工程図である。

図４に示すように、１は弁金属シート体であり、片面側に多孔質部６を形成している。この多孔質部６はアルミニウム箔などの弁金属シート体１に酸処理および熱処理を行うことによって得られる。

次に、図５に示すように弁金属シート体１にパンチング加工などによってスルホール１４を形成する。続いて、図６に示すように弁金属シート体１の片面側を吸収体１５の上に配置する。この吸収体１５には多孔質体のように液体を適度に吸収する材質のものを用いることが好ましい。この多孔質体としては樹脂、セラミック、焼結金属などが好ましく、生産性、コスト面から紙を用いることがより好ましい。

次に、図７に示すように他面側より絶縁性樹脂からなる絶縁膜３をスクリーン印刷法を用いてスキージ１６により塗布する。このとき絶縁性樹脂は他面側の表面とともにスルホール１４の内部にも充填され、弁金属シート体１の片面側からはみ出した絶縁性樹脂は吸収体１５によって吸収され、多孔質部６へのはみ出しを防止する。またこのときの絶縁性樹脂を塗布する方法としてはスピンコート法によって全体に塗布する方法やスプレー法によって噴射する方法などでも良い。このとき用いる絶縁性樹脂としては生産性、絶縁信頼性の観点からエポキシ系、アクリル系、ポリイミド系の熱硬化性樹脂の少なくとも一つを含む樹脂を用いることが好ましい。

その後、図８に示すように吸収体１５を取り外し、弁金属シート体１の片面側より圧縮空気あるいは窒素ガスなどの気体を噴射してスルホール１４内の少なくとも内壁に一定の絶縁性樹脂を残し貫通孔１４ａが形成されるように余分な絶縁性樹脂を除去して図９に示すような状態となる。このとき、圧縮空気などの気体を弁金属シート体１の片面側から噴射することにより、多孔質部６への絶縁性樹脂の流れ込みを防止し、かつ弁金属シート体１の他面側のスルホール１４のエッジ部分に絶縁性樹脂を送り込むことができ、エッジ部分での被覆性を向上することができる。

次に、加熱によって絶縁性樹脂を硬化させて絶縁膜３とする。

このとき、弁金属シート体１の他面側を下にして加熱することにより、加熱によって粘度が低下した絶縁性樹脂が多孔質部６に流入することなく、かつ弁金属シート体１の他面側のスルホール１４のエッジ部分により多くの絶縁性樹脂を残すことができるので、加熱による絶縁性樹脂の流動を抑制して被覆性を保つことができる。

また、絶縁性樹脂の塗布から絶縁性樹脂の硬化までの工程を複数回行うことにより、絶縁膜３のピンホールなどの欠陥を低減することにより絶縁膜３の絶縁信頼性をさらに高めることができる。

またさらに、先に塗布された一回目の絶縁性樹脂の硬化を完全には行わずに半硬化の状態とし、この半硬化の絶縁性樹脂の上にさらに重ねて２回目の絶縁性樹脂を塗布した後本硬化を行うことにより、絶縁性樹脂どうしの密着性が向上するとともに絶縁信頼性をより高めた絶縁膜３を形成することができる。

次に、弁金属シート体１の片面側の外周部に絶縁性樹脂を塗布して硬化させ、陽陰極分離部７を形成することにより図１０の状態となる。

次に、図１１に示すように多孔質部６の上に固体電解質層８を形成する。これに例えばポリチオフェンなどの導電性高分子膜を化学重合法、電解重合法などによって形成することができる。

その後、図１２に示すように固体電解質層８の上にカーボン層（図示せず）の薄層を形成した後Ａｇペーストを前記カーボン層の上と絶縁膜３を形成したスルホール１４の貫通孔１４ａの内部に塗布および充填・硬化することによりスルホール電極２と陰電極層９を形成する。

次に、図１３に示すようにＡｇ，Ｃｕなどからなる導電性の補強板１０を陰電極層９とＡｇペーストなどによって接着することにより、固体電解コンデンサの剛性を向上するとともに導体の抵抗値を下げて高周波域での電荷の取り出しを容易にする。なお、補強板１０は必要に応じて設けることができる。

次に、レーザ加工などによって絶縁膜３の所定の位置を加工して陽極開口部１７を形成し、弁金属シート体１の表層を露出させることにより図１４の状態となる。その後めっき法によってスルホール電極２の表層と、陽極開口部１７に接続端子４，５を形成して図１５に至る。

以上説明してきたような固体電解コンデンサの製造方法によれば、全体の厚みを増すことなく、弁金属シート体１の表面およびスルホール１４の内壁を効率よく絶縁できるとともに高い絶縁信頼性を有する固体電解コンデンサを得ることができる。また絶縁性樹脂が所定の部位以外に広がることを防止できることから固体電解コンデンサの特性劣化を防止し、高い容量値、低ＥＳＲを実現できる固体電解コンデンサの製造方法を提供することができる。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項２に記載の発明について説明する。

図１６〜図１９は本発明の実施の形態２における固体電解コンデンサの製造方法を説明するための断面工程図である。

本実施の形態２における固体電解コンデンサの製造方法はほぼ実施の形態１と同じであるが、図１６〜図１９に示すように弁金属シート体１の他面側の表面に導電性材料層１８を設けている点が実施の形態１と異なる。この導電性材料層１８はあらかじめ例えばＮｉ、Ｃｕなどの層をめっき法によって弁金属シート体１の他面側の全面に形成することで得られ、次に、図１７に示すように弁金属シート体１にパンチング加工などによってスルホール１４を形成する。続いて、図１８に示すように弁金属シート体１の片面側を吸収体１５の上に配置する。この吸収体１５には紙のように液体を適度に吸収する材質のものを用いることが好ましい。

次に、図１９に示すように他面側より絶縁性樹脂からなる絶縁膜３をスキージ１６により塗布する。このとき絶縁性樹脂は他面側の表面とともにスルホール１４の内部にも充填され、弁金属シート体１の片面側からはみ出した絶縁性樹脂は吸収体１５によって吸収され、多孔質部６へのはみ出しを防止する。

その後の製造工程は実施の形態１における図８以降と同様の工程を経ることによって実施の形態２における固体電解コンデンサの製造方法は構成している。

本発明の実施の形態２における固体電解コンデンサの製造方法によれば、導電性材料層１８によって弁金属シート体１の剛性が増すのでシート状の形状を有する固体電解コンデンサの生産工程におけるハンドリング性が良くなること、絶縁性樹脂との密着性のよい材料を選択することで絶縁信頼性をより向上できること、めっきなどの他の工程から弁金属シート体１を保護できることなどの効果が得られる。また、他面側の全体から効率よく電荷を引き出せるようになるので、さらにＥＳＲを低減できるとともに固体電解コンデンサの電気特性を向上させることも可能である。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明の特に請求項６に記載の発明について説明する。

図２０は本実施の形態３における固体電解コンデンサの製造方法を説明するための断面工程図である。

本実施の形態３における固体電解コンデンサの製造方法は実施の形態１とほぼ同じであり、吸収体１５を介して吸引を行いつつ絶縁性樹脂を塗布する点が実施の形態１と異なっている。本実施の形態３における固体電解コンデンサの製造方法は実施の形態１における図６までの製造工程は同じであり、その後図２０に示すように、例えば吸収体１５として紙などの多孔質体を弁金属シート体１の片面側に当接させて、この吸収体１５を介して吸引ポンプなどで吸引を行いながら（矢印方向に吸引）弁金属シート体１の他面側よりスキージ１６を用いて絶縁性樹脂を塗布する方法によって絶縁膜３を印刷形成する。

この方法によれば絶縁性樹脂の塗布と同時にスルホール１４内の余分な絶縁性樹脂を除去することができることから絶縁膜３の形成における生産効率が良くなり、また吸収体１５のみによる余分な絶縁性樹脂の吸収よりも効果が大きくなり、絶縁性樹脂のはみ出しをより確実に防止できる固体電解コンデンサの製造方法を提供することができる。

本発明にかかる固体電解コンデンサの製造方法は、印刷法などによって複数のスルホールに対して一括で絶縁性樹脂を充填形成することにより、所望の絶縁膜が容易に得られるとともにスルホールおよびエッジ部分の被覆性を良好なものとすることによって高い絶縁信頼性を得ることができる低ＥＳＲかつ低ＥＳＬ特性を有する固体電解コンデンサの製造方法として有用である。

本発明の実施の形態１における固体電解コンデンサの断面図 同斜視図 同要部拡大断面図 同製造方法を説明するための断面工程図 同製造方法を説明するための断面工程図 同製造方法を説明するための断面工程図 同製造方法を説明するための断面工程図 同製造方法を説明するための断面工程図 同製造方法を説明するための断面工程図 同製造方法を説明するための断面工程図 同製造方法を説明するための断面工程図 同製造方法を説明するための断面工程図 同製造方法を説明するための断面工程図 同製造方法を説明するための断面工程図 同製造方法を説明するための断面工程図 本発明の実施の形態２における固体電解コンデンサの製造方法を説明するための断面工程図 本発明の実施の形態２における固体電解コンデンサの製造方法を説明するための断面工程図 本発明の実施の形態２における固体電解コンデンサの製造方法を説明するための断面工程図 本発明の実施の形態２における固体電解コンデンサの製造方法を説明するための断面工程図 本発明の実施の形態３における固体電解コンデンサの製造方法を説明するための断面工程図

符号の説明

１ 弁金属シート体
２ スルホール電極
３ 絶縁膜
４，５ 接続端子
６ 多孔質部
７ 陽陰極分離部
８ 固体電解質層
９ 陰電極層
１０ 補強板
１４ スルホール
１４ａ 貫通孔
１５ 吸収体
１７ 陽極開口部
１８ 導電性材料層

Claims (10)

1. 少なくとも片面に多孔質部を設けかつ多孔質部に形成された誘電体被膜を有する弁金属シート体に対してスルホールを形成する工程と、弁金属シート体の片面側に吸収体を当接させて少なくともスルホールの内壁に絶縁性樹脂を塗布した後スルホール内の少なくとも内壁面に一定の絶縁性樹脂を残し貫通孔を形成するように絶縁性樹脂を除去して絶縁膜を形成する工程と、前記誘電体被膜の上に固定電解質層を形成する工程と、この固体電解質層の上に陰電極層を形成する工程と、前記陰電極層と導通するスルホール電極を形成する工程と、前記スルホール電極と導通する接続端子と前記弁金属シート体と導通する接続端子とを他面に形成する工程を有する固体電解コンデンサの製造方法。
2. 少なくとも片面に多孔質部を設けかつ多孔質部に形成された誘電体被膜を有する弁金属シート体に対して弁金属シート体の他面側に導電性材料層を形成する工程と、スルホールを形成する工程と、弁金属シート体の片面側に吸収体を当接させて少なくともスルホールの内壁に絶縁性樹脂を塗布した後スルホール内の少なくとも内壁に一定の絶縁性樹脂を残し貫通孔を形成するように絶縁性樹脂を除去して絶縁膜を形成する工程と、前記誘電体被膜の上に固体電解質層を形成する工程と、この固体電解質層の上に陰電極層を形成する工程と、前記陰電極層と導通するスルホール電極を形成する工程と、前記スルホール電極と導通する接続端子と前記弁金属シート体と導通する接続端子とを前記弁金属シート体の他面に形成する工程を有する固体電解コンデンサの製造方法。
3. 吸収体として多孔質体を用いる請求項１または２に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
4. 多孔質体として紙を用いる請求項３に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
5. 少なくともスルホールの内壁に絶縁膜を形成する工程において、気体を噴射してスルホール内の絶縁性樹脂を除去する請求項１または２に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
6. 少なくともスルホールの内壁に絶縁膜を形成する工程において、多孔質体を介して吸引しながらスルホール内の絶縁性樹脂を除去する請求項１または２に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
7. 少なくともスルホールの内壁に絶縁膜を形成する工程において、絶縁性樹脂の塗布および硬化を複数回行う請求項１または２に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
8. 少なくともスルホールの内壁に絶縁膜を形成する工程において、１回目の塗布における絶縁性樹脂を半硬化の状態とし、前記１回目の塗布における絶縁性樹脂の上に２回目の塗布を行った後に硬化を行う請求項７に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
9. 少なくともスルホールの内壁に絶縁膜を形成する工程において、絶縁性樹脂として少なくともエポキシ系、アクリル系、ポリイミド系のいずれか一つの熱硬化性樹脂を用いる請求項１または２に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
10. 少なくともスルホールの内壁に絶縁膜を形成する工程において、弁金属シート体の他面側を下側にして静置状態で硬化を行う請求項１または２に記載の固体電解コンデンサの製造方法。

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