JP3098244B2 - 固体電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、固体電解コンデンサに関し、特に有機導
電性化合物を利用したチップ形の固体電解コンデンサの
改良にかかる。

〔従来の技術〕

近年の電子機器の小型化、プリント基板への実装の効
率化等の要請から電子部品のチップ化が進められてい
る。これに伴い、電解コンデンサのチップ化の要請も高
まり、各種の提案がなされている。

ところが、電解コンデンサ、特に電解質として電解液
を使用した電解コンデンサの場合、電解液を一定の収納
空間に密閉しておくことが必要である。そのため、この
密閉手段が電解コンデンサの小型化を阻害し、電解コン
デンサ本体の小型化を前提とするチップ形の電解コンデ
ンサについても、各種の提案がなされているものの、例
えばプリント基板からの高さ寸法を10mmないし4mm程度
とすることが限界であり、セラミックコンデンサの外形
寸法と同等の1mmないし3mm程度のチップ形電解コンデン
サを実現することは極めて困難であった。

一方、電解液を使用しない固体電解コンデンサは、一
般的に、表面に酸化皮膜層が形成されたタンタル等から
なる陽極体に、例えば二酸化マンガン等からなる固体電
解質層を形成し、更にカーボンペーストおよび銀ペース
ト等からなる導電層を形成した構成からなる。このよう
な固体電解コンデンサは、電解質が固体であるため小型
化が比較的容易であり、チップ化が可能である。

しかしながら、従来の固体電解コンデンサでは静電容
量範囲が0.1〜10μＦ程度に限られてしまう。またその
インピーダンス特性は、電解液を使用した電解コンデン
サよりは優れるものの、セラミックコンデンサ等と比較
すると未だ充分ではなく、また陽極体にタンタルを使用
した場合はコスト高となってしまう。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、近年テトラシアノキノジメタン（TCNQ）、
ポリピロール等の有機導電性化合物を固体電解コンデン
サに応用したものが提案されている。

これらの固体電解コンデンサは、従来の金属酸化物半
導体からなる固体電解質と比較して、電導度が高いこと
から、特に高周波のインピーダンス特性に優れるととも
に、液体を電解コンデンサ本体に密封する必要がないこ
とから小型化が容易である。

特に、ポリピロールは高い電導度が得られ、これを電
解質として用いた固体電解コンデンサは、電解質がポリ
マー化しているため、耐熱性にも優れることからチップ
化に最適と言われている。

このポリピロールは、ピロールの化学重合、電解重合
あるいは気相重合等によって陽極体表面に生成されてい
る。ところが、このポリピロール自体の機械的強度は弱
く、陽極体のねじれ等、機械的なストレスにより電解質
層が破損してしまうことがあった。

また、ポリピロールは水分により特性が変動してしま
う。そのため、耐湿性を向上させた外装構造が必要とな
る。

このような要請は、従来の固体電解コンデンサのよう
に、強固なブロック状の陽極体にポリピロール層を形成
するとともに、外装を厚めの外装樹脂で被覆することに
よって満たすことはできる。しかしながら、部品全体の
小型化を阻害してしまうことになり、前記のように、セ
ラミックコンデンサと同程度の外形寸法とすることは困
難であった。

この発明の目的は、チップ形の電子部品として充分な
剛性を有し、機械的強度が脆弱な電解質層であっても破
損することのない、信頼性の高い固体電解コンデンサを
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、酸化皮膜層、電解質層および導電層が順
次生成された凹部を備える複数の陽極体を、帯状の陰極
体の両面に、導電層が互いに対面するように接合した固
体電解コンデンサにおいて、複数の陽極体を、少なくと
も一方の陽極体の表面の一部に配置した樹脂層、もしく
は導電性の合成樹脂からなる樹脂層を介して接合したこ
とを特徴としている。

また別の手段として、樹脂層が、前記陽極体の凹部を
除く表面を覆うシート状の樹脂膜からなることを特徴と
している。更に、その製造方法として、複数の陽極体の
間隙に、陽極体の凹部を除く表面を覆うシート状の樹脂
膜を配置したのち、熱処理を施すとともに陽極体を圧接
することを特徴としている。

〔作 用〕

図面に示すように、この発明では、機械的に脆弱な電
解質層３、例えばポリピロール層は、導電層４とともに
陽極体１の一部に形成した凹部６に形成される。そのた
め、電解質層３は、凹部６に対して相対的に凸部７とな
る外周によって囲繞されることになり、また、陽極体１
自体の機械的強度もその一部に凸部７が形成されること
により向上する。そのため、陽極体１のねじれ等による
電解質層３の破損を防止できるとともに、電解質層３は
陽極体５および陽極体１によって外気から遮断される。

また、陽極体１の凹部６は、例えばプレス加工等によ
り形成されるが、プレス加工による陽極体１の歪みが陽
極体１の表面に現れてしまい、複数の陽極体1a、1bを陽
極体５の両面に接合した場合、陽極体1aと陽極体1bとの
間に隙間が生じてしまうことがある。あるいは、このよ
うな不都合を解消するために、陽極体１をローラ等によ
りプレスし、凸部７の表面を平坦状に成形する工程を必
要としていた。

しかしこの発明では、複数の陽極体1a、1bは樹脂層９
を介して接合されるため、陽極体1a、1bの歪みによる隙
間が樹脂層９で塞がれ、接合不良を防止することができ
る。

〔実施例〕

次いでこの発明の実施例を図面にしたがい説明する。

第１図は、この発明の実施例による固体電解コンデン
サを示す斜視図、第２図はその概念構造を示した部分断
面図である。また、第３図は、この発明の実施例による
固体電解コンデンサの陽極体を示す斜視図、第４図は実
施例による固体電解コンデンサの構造およびその製造方
法を説明する分解斜視図である。

陽極体１は、アルミニウム等の弁作用金属からなり、
第３図に示すように、板状に形成されるとともに、その
表面の一部にプレス等の手段による深さ約100μｍ程度
の凹部６が形成されている。この凹部６は、他に化学エ
ッチング処理等の手段で設けてもよい。この凹部６は底
面部6aと内側面6bより構成されている。このように、陽
極体の一部に凹部６が形成されているため、相対的に凹
部６を囲繞するような突部７が形成される。

そして、この凹部６の底面部6aの表面をその表面積を
拡大するためのエッチング処理、例えば電解エッチング
処理を施して粗面化した後、化成処理を施して凹部６の
底面部6aの表面に酸化皮膜層を形成する。酸化皮膜層
は、アルミニウムである陽極体１の表層が酸化した酸化
アルミニウムからなり、誘電体となる。なおエッチング
処理および化成処理は、例えば静電容量の調整等の必要
に応じて凹部６の内側面6bに施してもよい。

さらに、この陽極体１に形成された凹部６には、その
酸化皮膜層が形成された表面の一部を覆うレジスト層８
を被覆する。このレジスト層８は、耐熱性の合成樹脂、
例えばエポキシ樹脂からなり、スクリーン印刷等の手段
で形成する。また凹部６のうち、酸化皮膜層を形成して
いない面にも同様にレジスト層８を形成する。

そして、このレジスト層８の非被覆面にポリピロール
等からなる電解質層３を生成する。電解質層３は、陽極
体１を酸化剤を含有するピロール溶液中に浸漬して、化
学重合によりピロール薄膜を形成し、更にピロールを溶
解した電解重合用の電解液中に浸漬するとともに電圧を
印加して、厚さ数μｍないし数十μｍに生成する。な
お、凹部６の底面部6aの表面および内側面6bの表面のう
ちレジスト層８の形成面では、レジスト層８には電圧が
印加されないためポリピロール層は生成されない。ま
た、レジスト層８は陽極体とポリピロール層とが直接接
触して短絡することを防止する作用も果たしている。

更に電解質層３の表面には導電層４をスクリーン印刷
する。その結果、第２図の概念構造図にも示したよう
に、陽極体1a、1bの凹部６には電解質層３および導電層
４が順次生成されることになる。導電層４は、カーボン
ペーストおよび銀ペーストからなる多層構造、もしくは
導電性の良好な金属粉を含有する導電性接着剤からなる
単層構造の何れでもよい。

このように形成した複数の陽極体1a、1bを、第４図に
示すような、帯状の銅もしくはその合金からなる陰極体
５の両面に、各々の導電層４が互いに対面するように配
置する。

このとき、陽極体1a、1bの間隙に、陽極体1a、1bの凹
部６を除く表面、すなわち凸部７を覆うシート状の樹脂
膜10を配する。この樹脂膜10は、例えばエポキシ樹脂と
硬化剤等からなる未硬化状態の固形エポキシ樹脂からな
り、熱溶融ののち固化接着するシート状のものを使用し
た。

そしてこの状態で陽極体1a、1bを接合するとともに熱
処理を施しつつ、陽極体1a、1bの上下方向から圧接す
る。その結果、樹脂膜10が溶融固化して、複数の陽極体
1a、1bの間隙に樹脂層９が形成される。更に、陽極体1
a、1bの端面には、銅等の半田付け可能な金属からなる
陽極端子２をレーザ溶接等の手段で溶接し、第１図に示
すような、複数の陽極体1a、1bの間隙に樹脂層９を備え
た固体電解コンデンサが得られる。

このようにして得られた固体電解コンデンサでは、第
２図に示したように、電解質層３が陰極体５の両面に配
置され、導電層４を介して陰極体５を挟み込むように接
続されるので、電解質層３と陰極体５との接続構造が簡
略になると同時に、電解質層３が陽極体1a、1bによって
外部から遮断されることになり、外部からの機械的スト
レスに対して強固になる。

また、複数の陽極体1a、1bは、その導電層４において
陰極体５を介して接合されると同時に、その外周部、す
なわち凹部６による相対的な凸部７においては、陽極体
1a、1bの凸部７の表面を覆う樹脂層９を介して接合され
る。そのため、陽極体1a、1bの成形精度にかかわらず内
部の電解質層３を外気から密封することができる。すな
わち、陽極体1a、1bの凸部７の表面に生じた凹凸、陽極
体1a、1b自体の歪み等が樹脂層９によって吸収され、陽
極体1a、1bの接合状態を良好に保持することができる。

更に、陰極体５の導出部分においては、凹部６の一部
を覆うレジスト層８が被覆されており、電解質層３の端
部においては、レジスト層８によって外部から遮断され
ることになる。

なお、この実施例において、陰極体５および陽極端子
２は、半田付け可能な銅等の金属からなるものを使用し
たが、アルミニウムと銅等の半田付け可能な金属とを接
合したクラッド材を用いてもよい。また、陰極体５の一
方の面、特に陽極体１に臨む面に樹脂を被覆する等の絶
縁処理を施し、折り曲げた陰極体５を陽極体１と密着さ
せることもできる。

また、別の実施例として、樹脂層９をエポキシ樹脂等
の熱硬化性の合成樹脂の他に、ポリプロピレン等の熱可
塑性の合成樹脂からなる樹脂層９としてもよい。

更に別の実施例として、樹脂層９を導電性の合成樹脂
からなる樹脂層としてもよい。この場合、複数の陽極体
1a、1bの密封状態が良好になるほか、電気的な接続状態
も良好になり、先の実施例のように、接続端子２のみで
複数の陽極体1a、1bを電気的に接続した固体電解コンデ
ンサと比較して信頼性が向上する。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明は、酸化皮膜層、電解質層およ
び導電層が順次生成された凹部を備える複数の陽極体
を、帯状の陰極体の両面に、導電層が互いに対面するよ
うに接合した固体電解コンデンサにおいて、複数の陽極
体を、少なくとも一方の陽極体の表面の一部に配置した
樹脂層を介して接合したことを特徴としているので、プ
レス加工等により陽極体の表面に凹凸、歪み等が生じて
も、前記樹脂層によりこの凹凸等が覆われる。そのた
め、内部の電解質層を外気から密閉することが容易にな
り、湿気等により電解質層の電気的特性が変動すること
を防止することができるので、長期にわたり安定した電
気的特性を維持することができる。

また、樹脂層として、導電性の合成樹脂からなる樹脂
層を介して複数の陽極体を接合した場合、陽極体同士の
電気的な接続状態が良好になり、信頼性が向上する。

更に別の手段として、樹脂層が、前記陽極体の凹部を
除く表面を覆うシート状の樹脂膜からなることを特徴と
しているので、複数の陽極体を接合するにあたり、シー
ト状の樹脂膜を陽極体の間隙に配置して、樹脂層を形成
することができる。

更に、この発明による固体電解コンデンサの製造方法
として、複数の陽極体の間隙に、陽極体の凹部を除く表
面を覆うシート状の樹脂膜を配置したのち、熱処理を施
すとともに陽極体を圧接することを特徴としているの
で、熱処理により溶融した樹脂膜が固化して複数の陽極
体の間隙に樹脂層を形成することができるとともに、圧
接により強固な接合状態を得ることができ、密封性が更
に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例による固体電解コンデンサ
を示す斜視図、第２図はその概念構造を示した部分断面
図である。また、第３図は、この発明の実施例による固
体電解コンデンサの陽極体を示す斜視図、第４図は実施
例による固体電解コンデンサの構造およびその製造方法
を説明する分解斜視図である。 １……陽極体、２……陽極端子、３……電解質層、４…
…導電層 ５……陰極体、６……凹部、6a……底面部、6b……内側
面 ７……凸部、８……レジスト層、９……樹脂層、10……
樹脂膜

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸化皮膜層、電解質層および導電層が順次
   生成された凹部を備える複数の陽極体を、帯状の陰極体
   の両面に、導電層が互いに対面するように接合した固体
   電解コンデンサにおいて、複数の陽極体を、少なくとも
   一方の陽極体の表面の一部に配置した樹脂層を介して接
   合したことを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 【請求項２】請求項１記載の固体電解コンデンサにおい
   て、樹脂層として導電性の合成樹脂を配置したことを特
   徴とする固体電解コンデンサ。
3. 【請求項３】樹脂層が、陽極体の凹部を除く表面を覆う
   シート状の樹脂膜からな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。
4. 【請求項４】複数の陽極体の間隙に、陽極体の凹部を除
   く表面を覆うシート状の樹脂膜を配置したのち、熱処理
   を施すとともに陽極体を圧接することを特徴とする請求
   項３記載の固体電解コンデンサの製造方法。