JP2003163138A - 固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents
固体電解コンデンサ及びその製造方法Info
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Abstract
とを妨げることなく、誘電体層上に生じた欠陥部に前記
陰極体を構成する粒子が付着することによって起こる絶
縁破壊を未然に防ぐことで漏れ電流の低減を実現し、良
好な固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供する。 【解決手段】素子リード線を埋設し、弁作用金属粉末を
焼結してなる陽極体の表面上に誘電体層が形成され、係
る誘電体層上に形成された電解質層上に陰極体及び銀ペ
ースト層が形成され、前記素子リード線及び前記銀ペー
スト層のそれぞれに外部端子が接続され、係る外部端子
を露出させる態様で樹脂封止を施してなり、前記電解質
層内には前記陰極体を構成する粒子が含有された固体電
解コンデンサにおいて、前記誘電体層と電解質層との間
に非導電性の粒子を介在せしめてなることを特徴とす
る。
Description
びその製造方法に関するものである。
−誘電体−電解質層−陰極の構成となっており、一般的
に陽極として弁作用を有する金属(弁作用金属)の表層
に誘電体層として酸化被膜(以下、誘電体層とする)を
形成し、その上に半導体層として固体電解質層が形成さ
れると共に陰極としてグラファイト等の陰極体を形成し
た構造となっている。ここで、弁作用金属とは、陽極酸
化によって厚みの制御可能な酸化被膜を形成させること
のできる金属であり、Nb、Al、Ta、Ti、Hf、
Zrなどをさすが、現実的にはAl、Taの2つが主に
使用されている。このうち、Alについてはエッチング
箔を陽極として使用することが多く、Taは粉末焼結さ
れ多孔質体を形成し、それを陽極に用いている。多孔質
焼結体タイプの電解コンデンサは、固体電解コンデンサ
の中でも特に小型大容量化が可能であるため、携帯電
話、情報端末機器などの小型化のニーズにマッチした部
品として強い需要がある。
構造及び製造方法について図面を用いて説明する。図5
は、Ta固体電解コンデンサの従来の構成を示す断面図
である。図5に示すように、Taを用いた従来の固体電
解コンデンサ1は、素子リード線11aが埋設されたT
a混合粉末を焼結してなる陽極体11の表面に誘電体層
12が形成され、固体電解質層として炭素粉末等を含有
する導電性高分子層が前記誘電体層12の表面に形成さ
れている。また、半導体層として形成された前記電解質
層13上には、陰極としての機能を有するグラファイト
ペースト層14と、Agペースト層15とが形成されて
いる。このようにして、前記陽極体11側の素子リード
線11a及び前記Agペースト層15のそれぞれにリー
ドフレーム52が接合され、係るリードフレーム52を
露出させる態様で、全体が樹脂51でモールド外装され
る。
造方法について図6を用いて説明する。 (1)Ta多孔質体の形成(S1) Ta粉末調合 プレス成形性を向上させるためにTa粉末にバインダー
を添加して混合する。 プレス・焼結 前記Ta混合粉末の中に陽極の素子リード線を挿入し、
円柱状又は直方体状にプレス成形する。ついで、そのプ
レス成形品を高真空中(10−4Pa以下)で,130
0〜2000℃に加熱することによって焼結し、Ta多
孔質体、すなわち陽極体を形成する。
どの電解液中に浸漬し、化成電圧を印加することによっ
てTa多孔質体表面に誘電体となるTa酸化皮膜を形成
する(陽極酸化法)。このとき、化成電圧の条件(Vf
(フォーメーションボルト))により誘電体層(Ta酸
化皮膜)の厚さが決まり、コンデンサとしての特性が決
定される。なお、前記電解液は、その濃度を0.6容量
%とした燐酸水溶液などが用いられる。
導体層として固体電解質層が形成される。(S3a) 固体電解質としては、二酸化マンガンや、ピロール、チ
オフェン及びその誘導体を重合させた導電性高分子など
を用いる。ここで、例えば固体電解質としてピロール重
合体を用いた場合には、表面に誘電体層が形成された陽
極体をモノマー溶液を用いて化学重合、電解重合させる
ことによって固体電解質層が形成される。また、固体電
解質層としてマンガンを用いる場合には、表面に誘電体
層が形成された陽極体を硝酸マンガン等に浸漬して加熱
処理等を順次行うことにより固体電解質層が形成され
る。
固体電解質層の成分として選択した場合には、その工程
中に行われる熱処理によって前記誘電体層が破壊されて
いる箇所がある。この誘電体層の破壊箇所を再び修復す
るために、誘電体層及び固体電解質層が順次形成された
陽極体を化成液に再び浸漬する。
層形成(S6) 前記固体電解質層の上に陰極体としての機能を有するグ
ラファイト層、さらにAgペースト層を形成する。 (6)リードフレーム接合(S7)、モールド外装(S
8) 次に、陽極の素子リード線にリードフレーム陽極部をス
ポット溶接によって接合し、Agペースト層にリードフ
レーム陰極部を導電性接着剤によって接合する。最後に
全体を樹脂でモールド外装し、図4に示すような構造の
Ta固体電解コンデンサが完成する。
記電解質層には多数の空隙が存在し、この空隙には、前
記電解質層上に形成される陰極層の形成物質である導電
性の粒子が入り込んでいる。このような現象が顕著であ
ると、固体電解コンデンサ自体のESR(等価直列抵
抗)を低下させるといった利点に加え、高周波でも容量
を出すことができるという点で有利な効果をもたらす。
しかしながら、電解質層の空隙に入り込んだ陰極体を形
成する物質(導電性物質)が、誘電体層上の欠陥部に達
すると、その部分に電界が集中し、発熱し、誘電体層の
結晶化が起こり、誘電体層の絶縁破壊が生じやすくな
る。ここで、前記誘電体層上の欠陥部分とは、一般に
は、当初予定していた誘電体層の厚さとは著しく厚さの
異なる領域を指し、現在の固体電解コンデンサの製法に
おいては、生じざるを得ない部分である。
鑑みてなされたものであり、陰極体を構成する粒子が電
解質層に浸透することを妨げることなく、誘電体層上に
生じた欠陥部に前記陰極体を構成する粒子が付着するこ
とによって起こる絶縁破壊を未然に防ぐことで漏れ電流
の低減を実現し、良好な固体電解コンデンサ及びその製
造方法を提供することを目的とする。
一の発明に係る固体電解コンデンサは、素子リード線を
埋設し、弁作用金属粉末を焼結してなる陽極体の表面上
に誘電体層が形成され、係る誘電体層上に形成された電
解質層上に陰極体が形成され、その陰極体上に銀ペース
ト層が形成され、前記素子リード線及び前記銀ペースト
層のそれぞれに外部端子が接続され、係る外部端子を露
出させる態様で樹脂封止を施してなり、前記電解質層内
には前記陰極体を構成する粒子が含有された固体電解コ
ンデンサにおいて、前記誘電体層と電解質層との間に非
導電性の粒子を介在せしめてなることを特徴とする。
及びはんだ実装における熱膨張や熱収縮等で、陰極体を
形成し、電解質層に存在する導電性の粒子が誘電体層に
必要以上に接触し、電界集中が生じるのを防ぐことがで
きる。従って、誘電体層の絶縁破壊によるショート不良
を未然に防止し、製品の歩留まりを向上させることがで
きる。
二の発明に係る固体電解コンデンサは、請求項1に記載
の固体電解コンデンサにおいて、前記非導電性の粒子が
前記誘電体層上の凹部をなす領域に配置されたことを特
徴とする。
で形成された誘電体層上の領域に生じる深刻な電界集中
を防ぐことができる。前記不均一な厚さ、とは特にT
a中への不純物混入や、化成工程における電流の不均
一や、外部からの機械的ストレス等、止むを得ない事
情で部分的に薄くなった部分である。このような領域
は、予定通りの厚さで形成された領域よりも電界集中が
生じやすく、この領域の電界集中を未然に防ぐことによ
って、製品の歩留まりを向上させることができる。
三の発明に係る固体電解コンデンサは、請求項1に記載
の固体電解コンデンサにおいて、前記非導電性の粒子
は、前記電解質層及び誘電体層の界面と陽極体表面との
距離が前記誘電体層の厚さの平均よりも小となる連続的
な領域に配置されたことを特徴とする。
で形成された誘電体層上の領域に生じる深刻な電界集中
を防ぐことができる。
四の発明に係る固体電解コンデンサは、請求項2又は請
求項3の何れか一に記載の固体電解コンデンサにおい
て、前記非導電性の粒子は、前記誘電体層の表面上と陰
極体を形成する粒子との間に存在することを特徴とす
る。
上の不完全な領域に導電性の粒子(陰極体を構成する粒
子)が直接付着することを防止し、誘電体層の絶縁破壊
を防ぎ、製品の歩留まりを向上させる。
五の発明に係る固体電解コンデンサは、請求項1乃至請
求項4の何れか一に記載の固体電解コンデンサにおい
て、前記非導電性の粒子の大きさの平均は、前記陰極体
を形成する粒子の大きさの平均よりも小であることを特
徴とする。
子を効率よく誘電体層上に付着させることができる。
六の発明に係る固体電解コンデンサの製造方法は、素子
リード線を埋設し、弁作用金属粉末を焼結して陽極体を
形成する工程と、その陽極体の表面上に誘電体層を形成
する工程と、前記誘電体層上に電解質層を形成する工程
と、非導電性のコロイド粒子を分散したコロイド溶液に
浸漬し、乾燥して前記誘電体層と前記電解質層との間に
非導電性の粒子を介在せしめる工程と、前記電解質層上
に陰極体及び銀ペースト層を形成して、前記素子リード
線及び前記銀ペースト層のそれぞれに外部端子を接続
し、係る外部端子を露出させる態様で樹脂封止を施して
なることを特徴とする。
実装及びはんだ実装における熱膨張や熱収縮等で、陰極
体を形成し、電解質層に存在する導電性の粒子が誘電体
層に必要以上に接触し、電界集中が生じるのを防ぐこと
ができる。従って、誘電体層の絶縁破壊によるショート
不良を未然に防止し、製品の歩留まりを向上させること
ができる。
七の発明に係る固体電解コンデンサの製造方法は、素子
リード線を埋設し、弁作用金属粉末を焼結して陽極体を
形成する工程と、その陽極体の表面上に誘電体層を形成
する工程と、前記誘電体層上に電解質層を形成する工程
と、非導電性のコロイド粒子を分散したコロイド溶液に
浸漬し、乾燥して誘電体層表面上の凹部をなす領域上に
前記コロイド粒子を存在させる工程と、前記電解質層上
に陰極体及び銀ペースト層を形成して、前記素子リード
線及び前記銀ペースト層のそれぞれに外部端子を接続
し、係る外部端子を露出させる態様で樹脂封止を施して
なることを特徴とする。
厚さで形成された誘電体層上に生じる深刻な電界集中を
防ぐことができる。
八の発明に係る固体電解コンデンサの製造方法は、素子
リード線を埋設し、弁作用金属粉末を焼結して陽極体を
形成する工程と、その陽極体の表面上に誘電体層を形成
する工程と、前記誘電体層上に電解質層を形成する工程
と、非導電性のコロイド粒子を分散したコロイド溶液に
減圧下で浸漬し、乾燥して前記電解質層及び誘電体層の
界面と陽極体表面との距離が前記誘電体層の厚さの平均
よりも小となる誘電体層表面上の領域に前記コロイド粒
子を存在させる工程と、前記電解質層上に陰極体及び銀
ペースト層を形成して、前記素子リード線及び前記銀ペ
ースト層のそれぞれに外部端子を接続し、係る外部端子
を露出させる態様で樹脂封止を施してなることを特徴と
する。
厚さで形成された誘電体層上に生じる深刻な電界集中を
防ぐことができる。
九の発明に係る固体電解コンデンサの製造方法は、請求
項6乃至請求項8の何れか一に記載の固体電解コンデン
サの製造方法において、前記非導電性の粒子の大きさの
平均は、前記陰極体を形成する粒子の大きさの平均より
も小であることを特徴とする。
の粒子を効率よく誘電体層上に付着させることができる
及びその製造方法の一実施の形態について図面を参照し
て説明する。図1は、本発明に係る固体電解コンデンサ
の一実施の形態における構成を示す断面図である。図1
に示すように、本発明に係る固体電解コンデンサ1は、
コンデンサ素子10と、そのコンデンサ素子10の陽極
部及び陰極部のそれぞれが直接的又は間接的にリードフ
レーム52に接合され、モールド樹脂51によって封止
されてなる。前記コンデンサ素子10は、Taよりなる
素子リード線11aが埋設されたTa混合粉末を焼結し
てなる陽極体11の表面に誘電体層12が形成され、そ
の誘電体層12の表面に電解質層13及び陰極体14が
形成されてなる。この電解質層13は、前記誘電体層1
2の表面に形成される導電性高分子131からなる。ま
た、前記電解質層13を包むように、前記陰極体14と
してグラファイトペースト層141が形成され、Agペ
ースト層15が前記陰極体14上に形成されている。こ
こで、前記陽極部とは、陽極体11形成時に挿入された
素子リード線11aを指し、この素子リード線11aの
表面には、接合される前記リードフレーム52に導通さ
せるために前記誘電体層12の形成は施されていない。
また、前記陰極部とは、前記Agペースト層15のよう
に、前記リードフレーム52が接合され、コンデンサ素
子10の陰極体14と導通した最外殻の部分(又は層)
を指すものである。すなわち、前記リードフレーム52
は、陽極部である素子リード線11a及び陰極部である
Agペースト層15のそれぞれに陽極端子及び陰極端子
として接合されている。なお、前記陰極端子側のリード
フレーム52とAgペースト層15とは導電性接着剤5
3によって接合されている。また、前記陽極体11は焼
結体であるため、その表面に形成された誘電体層12及
び陰極体13は図1に示すように形成されるわけではな
く、図1はあくまでもそれらの構成を模式的に示した図
である。
の構造、特に前記コンデンサ素子の構造について、図2
を参照して以下に説明する。図2は、本発明に係る固体
電解コンデンサにおけるコンデンサ素子の断面図であ
る。図2に示すように、本発明に係る固体電解質コンデ
ンサのコンデンサ素子10は、表面及び内部に多数の凹
凸部を有する焼結体である陽極体11と、その陽極体1
1の表面に形成された誘電体層12と、係る誘電体層1
2の表面上に形成された電解質層13と、これらを包む
ように形成された陰極体14(グラファイトペースト層
141)と、Agペースト層15とからなる。この電解
質層13は、前記誘電体層12の表面及び空隙部133
に充填されるように形成された導電性高分子131から
なるものである。ここで、導電性高分子131のさらな
る導電性向上を目的としてSnO2、ZnOの粉末、そ
れらを被覆した無機粒子(TiO2、BaSO4な
ど)、カーボンブラック、黒鉛、カーボン繊維などのカ
ーボン系導電性フィラーなどを添加することも可能であ
る。上記添加剤の含有量は特に限定しないが、導電性高
分子100重量部に対して4000重量部以下の割合で
あることが望ましい。4000重量部以下を越える場合
には導電層の粘度が上がり、塗布ムラの原因となる恐れ
がある。また、前記電解質層13には、多数の空隙部が
形成されており、この空隙部内にグラファイト粒子等導
電性の粒子が適正量存在することで、電解質層13が半
導体層としての機能をなすと共に、ESRを低下させる
働きがある。ここで、本発明に係る固体電解コンデンサ
においては、誘電体層12の表面(電解質層13形成側
の面)が凹部を形成している領域(121)、すなわち
誘電体層12の平均厚さよりも著しく小の領域に前記非
導電性粒子100aを介してグラファイト粒子141a
が付着している。これは、電解質層13内に存在するグ
ラファイト粒子141のうち、誘電体層12の表面側
で、前記凹部121内に存在しするグラファイト粒子1
41aが誘電体層12に接触することを防ぐための構成
であり、このように非導電性粒子100aがグラファイ
ト粒子141aと誘電体層12との接触を妨げることに
よって、凹部121における電界集中を防ぐことができ
る。さらに、前記非導電性粒子100aの大きさは、電
解質層13内のグラファイト粒子141aが誘電体層1
2に接触することを可能な限り防止するために、非導電
性粒子100aの大きさ<グラファイト粒子141aの
大きさとする。
一実施の形態における製造方法について図面を参照して
以下に説明する。ここで、本発明に係る固体電解コンデ
ンサ及びその製造方法の実施の形態に記載された溶液の
濃度表記は特別な記載がない限り容量%を意味するもの
とする。図3は、本発明に係る固体電解コンデンサの一
実施の形態における製造方法を示すフローチャートであ
る。図3に示すように、まず、 (1)Ta多孔質体(陽極体)の形成(S101) Ta粉末調合 プレス成形性を向上させるためにTa粉末にバインダー
を添加して混合する。 プレス・焼結 前記Ta混合粉末の中に陽極の素子リード線を挿入し、
円柱状及び直方体状にプレス成形する。ついで、そのプ
レス成形品を高真空中(10−4Pa以下)で,140
0〜2000℃に加熱することによって焼結し、Ta多
孔質体(陽極体)を形成する。
どの電解水溶液中に浸漬し、化成電圧を印加することに
よってTa多孔質体表面に誘電体層となるTa酸化皮膜
を形成する(陽極酸化法)。このとき、化成電圧の条件
(Vf(フォーメーションボルト))によりTa酸化皮
膜の厚さが決まり、コンデンサとしての特性が決定され
る。なお、電解液としては、その濃度を0.6%とした
燐酸水溶液などが用いられる。また、このようにして表
面に誘電体層が形成された陽極体を化成体として、以下
に説明を続ける。
ある電解質層の形成には、導電性高分子が用いられる。
この導電性高分子材料としては、ピロール、チオフェン
及びその誘導体を重合させた導電性高分子などが用いら
れる。従って、この電解質層の形成は、前記誘電体層の
形成後に、酸化剤に浸漬し、乾燥した後、モノマー溶液
に浸漬することによってなされる。
102a)を再び行う。
としては、まず、非導電性の粒子を予めコロイド粒子と
して用意し、溶媒に分散させてコロイド溶液を作成す
る。このとき、コロイド溶液の所要は、0.1重量%〜
5重量%のシリカ水溶液とした。このようにして作成さ
れたコロイド溶液に再化成工程まで施した化成体を浸漬
する。その後、浸漬された化成体を100℃〜150℃
で乾燥、すなわち、溶媒に分散された非導電性の粒子を
電解質層の空隙部等及び前記凹部の細部に入り込ませ、
溶媒を気化させる。
からなる陰極体を形成する。
めに前記陰極体の上にAgペースト層を形成する。
ポット溶接によって接合し、Agペースト層にリードフ
レーム陰極部を導電性接着剤によって接合する。
構成のTa固体電解コンデンサが完成する。
明に係る固体電解コンデンサの製造工程中のLC不良率
及び実装後のLC不良率のそれぞれについて、従来の製
造方法によって得られた固体電解コンデンサと比較した
結果を表1に示す。ここで、本発明に使用したコロイド
粒子(非導電性粒子)の平均の大きさ(径)は陰極体を
形成する導電性粒子(グラファイト粒子)の平均の大き
さ(径)を5.0×10−6m〜2.0×10−5mと
し、電解質層の空隙の平均の大きさ(径)を1.0×1
0−6m〜1.0×10−4mとしたとき、1.0×1
0− 9m〜1.0×10−7mとしたものである。
部(一般には欠陥部とも呼ばれる)に、導電性の粒子の
付着を遮断するように付着させることによって、工程中
及び実装後におけるLC不良率が格段に低下することが
分かる。
解コンデンサ及びその製造方法によれば、非導電性の粒
子が誘電体層と電解質層との間、特に前記誘電体層上の
欠陥部と前記電解質との間に所定の密度で介在している
ことにより、陰極体を形成している導電性粒子が前記欠
陥部に付着することを防ぐことができる。すなわち、前
記導電性粒子等の導電性物質が前記欠陥部に直接付着す
ることによって引き起こされる電界集中を未然に防ぎ、
結果として誘電体層の絶縁破壊を防止することができ
る。
態における構成を示す断面図である。
態における構造を示す模式断面図である。
一実施の形態を示すフローチャートである。
断面図である。
示すフローチャートである。
Claims (9)
- 【請求項1】素子リード線を埋設し、弁作用金属粉末を
焼結してなる陽極体の表面上に誘電体層が形成され、係
る誘電体層上に形成された電解質層上に陰極体が形成さ
れ、その陰極体上に銀ペースト層が形成され、前記素子
リード線及び前記銀ペースト層のそれぞれに外部端子が
接続され、係る外部端子を露出させる態様で樹脂封止を
施してなり、前記電解質層内には前記陰極体を構成する
粒子が含有された固体電解コンデンサにおいて、前記誘
電体層と電解質層との間に非導電性の粒子を介在せしめ
てなることを特徴とする固体電解コンデンサ。 - 【請求項2】前記非導電性の粒子が前記誘電体層上の凹
部をなす領域に配置された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。 - 【請求項3】前記非導電性の粒子は、前記電解質層及び
誘電体層の界面と陽極体表面との距離が前記誘電体層の
厚さの平均よりも小となる連続的な領域に配置されたこ
とを特徴とする請求項1に記載の固体電解コンデンサ。 - 【請求項4】前記非導電性の粒子は、前記誘電体層の表
面上と陰極体を形成する粒子との間に存在することを特
徴とする請求項2又は請求項3の何れか一に記載の固体
電解コンデンサ。 - 【請求項5】前記非導電性の粒子の大きさの平均は、前
記陰極体を形成する粒子の大きさの平均よりも小である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか一に記
載の固体電解コンデンサ。 - 【請求項6】素子リード線を埋設し、弁作用金属粉末を
焼結して陽極体を形成する工程と、その陽極体の表面上
に誘電体層を形成する工程と、前記誘電体層上に電解質
層を形成する工程と、非導電性のコロイド粒子を分散し
たコロイド溶液に浸漬し、乾燥して前記誘電体層と前記
電解質層との間に非導電性の粒子を介在せしめる工程
と、前記電解質層上に陰極体及び銀ペースト層を形成し
て、前記素子リード線及び前記銀ペースト層のそれぞれ
に外部端子を接続し、係る外部端子を露出させる態様で
樹脂封止を施し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。 - 【請求項7】素子リード線を埋設し、弁作用金属粉末を
焼結して陽極体を形成する工程と、その陽極体の表面上
に誘電体層を形成する工程と、前記誘電体層上に電解質
層を形成する工程と、非導電性のコロイド粒子を分散し
たコロイド溶液に浸漬し、乾燥して誘電体層表面上の凹
部をなす領域上に前記コロイド粒子を存在させる工程
と、前記電解質層上に陰極体及び銀ペースト層を形成し
て、前記素子リード線及び前記銀ペースト層のそれぞれ
に外部端子を接続し、係る外部端子を露出させる態様で
樹脂封止を施し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。 - 【請求項8】素子リード線を埋設し、弁作用金属粉末を
焼結して陽極体を形成する工程と、その陽極体の表面上
に誘電体層を形成する工程と、前記誘電体層上に電解質
層を形成する工程と、非導電性のコロイド粒子を分散し
たコロイド溶液に減圧下で浸漬し、乾燥して前記電解質
層及び誘電体層の界面と陽極体表面との距離が前記誘電
体層の厚さの平均よりも小となる誘電体層表面上の領域
に前記コロイド粒子を存在させる工程と、前記電解質層
上に陰極体及び銀ペースト層を形成して、前記素子リー
ド線及び前記銀ペースト層のそれぞれに外部端子を接続
し、係る外部端子を露出させる態様で樹脂封止を施して
なることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。 - 【請求項9】前記非導電性の粒子の大きさの平均は、前
記陰極体を形成する粒子の大きさの平均よりも小である
ことを特徴とする請求項6乃至請求項8の何れか一に記
載の固体電解コンデンサの製造方法。
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