(57)【要約】【課題】小型の電解コンデンサおよびその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】電解コンデンサ１は、弁金属で構成され、凹部１２を有する陽極素子１１と、陽極素子１１の外表面の一部に形成されており、陽極素子１１と電気的に接続されている陽極用外部導体１５と、凹部１２の内面と、陽極用外部導体１５が形成されていない陽極素子１１の外表面に形成されている酸化皮膜１３と、酸化皮膜１３が形成された凹部１２に充填されている電解質１４と、電解質１４の露出面に電解質１４を封止するように形成され、電解質１４と電気的に接続されている陰極用外部導体１６と、を備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁金属で構成され、凹部を有する陽極素子と、
前記陽極素子の外表面の一部に形成されており、前記陽極素子と電気的に接続されている陽極用外部導体と、
前記凹部の内面と、前記陽極用外部導体が形成されていない前記陽極素子の外表面に形成されている酸化皮膜と、
前記酸化皮膜が形成された凹部に充填されている電解質と、
前記電解質の露出面に前記電解質を封止するように形成され、前記電解質と電気的に接続されている陰極用外部導体と、
を備える電解コンデンサ。
【請求項２】
前記陰極用外部導体は、前記陽極素子の外表面上であって、前記酸化皮膜が形成されている部分にも形成されており、前記陽極素子と前記酸化皮膜を介して絶縁されている、請求項１に記載の電解コンデンサ。
【請求項３】
前記陽極素子は柱状であり、前記凹部は前記陽極素子の一方の面から対向する他方の面に向かって形成されている、請求項１または２に記載の電解コンデンサ。
【請求項４】
前記陽極用外部導体は前記他方の面上で前記陽極素子と電気的に接続されている、請求項３に記載の電解コンデンサ。
【請求項５】
前記陽極素子は直方体形状であり、前記凹部は前記直方体形状の長手方向の両端面のうち一方の端面のみに形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電解コンデンサ。
【請求項６】
前記凹部は柱状である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電解コンデンサ。
【請求項７】
弁金属で構成され、凹部を有する陽極素子を用意する工程と、
前記凹部の内面と、前記陽極素子の外表面に酸化皮膜を形成する工程と、
前記酸化皮膜が形成された凹部に電解質を充填する工程と、
前記陽極素子の外表面に形成された酸化皮膜の一部を除去して、前記陽極素子を露出させる工程と、
前記陽極素子の露出された外表面に、前記陽極素子と電気的に接続されるように陽極用外部導体を形成する工程と、
前記電解質の露出面に、前記電解質を封止しつつ前記電解質と電気的に接続されるように陰極用外部導体を形成する工程と、
を備える、電解コンデンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸化皮膜を備える電解コンデンサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電解コンデンサでは、弁金属を正極として用いて、陽極酸化法等によって弁金属表面に形成された酸化皮膜を誘電体として用いる。電解コンデンサの構成として、例えば特許文献１に開示されているものが知られている。特許文献１に開示の電解コンデンサ１００は、図４のように、コンデンサ素子１１０と、リード端子１２１、１２２と、外装体１２３と、を備えている。
【０００３】
コンデンサ素子１１０は、弁金属で構成される陽極素子１１１と、陽極素子１１１の外表面に順次形成されている酸化皮膜１１３と、電解質層１１４と、陰極用外部導体１１６ａ、１１６ｂと、陽極素子１１１と電気的に接続されている陽極用外部導体１１５と、を備えている。陽極用外部導体１１５はリード端子１２１と電気的に接続されており、陰極用外部導体１１６ｂはリード端子１２２と電気的に接続されている。そして、外装体１２３は、リード端子１２１および１２２が露出するようにコンデンサ素子１１０を外装している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６７２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の構成では、電解コンデンサの絶縁性を確保するためには、コンデンサ素子１１０の外表面を外装体１２３により被覆する必要があり、外装体１２３の厚みが一定以上必要となる。そのため、電解コンデンサが大型になるという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、小型の電解コンデンサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電解コンデンサは、弁金属で構成され、凹部を有する陽極素子と、前記陽極素子の外表面の一部に形成されており、前記陽極素子と電気的に接続されている陽極用外部導体と、前記凹部の内面と、前記陽極用外部導体が形成されていない前記陽極素子の外表面に形成されている酸化皮膜と、前記酸化皮膜が形成された凹部に充填されている電解質と、前記電解質の露出面に前記電解質を封止するように形成され、前記電解質と電気的に接続されている陰極用外部導体と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
本発明では、陽極用外部導体が形成されていない陽極素子の外表面にも酸化皮膜が形成されている。そのため、陽極素子の絶縁性が向上し、従来の構成に比べて外装体の厚みを小さくしたり、場合によっては外装体をなくしたりすることができる。したがって、電解コンデンサを小型化することができる。
【０００９】
また、本発明に係る電解コンデンサでは、前記陰極用外部導体は、前記陽極素子の外表面上であって、前記酸化皮膜が形成されている部分にも形成されており、前記陽極素子と前記酸化皮膜を介して絶縁されていることが好ましい。
【００１０】
かかる場合には、陰極用外部導体が複数の電解質と電気的に接続されている場合に、陽極素子と陰極用外部導体間の絶縁性が向上する。
【００１１】
また、本発明に係る電解コンデンサでは、前記陽極素子は柱状であり、前記凹部は前記陽極素子の一方の面から対向する他方の面に向かって形成されていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る電解コンデンサでは、前記陽極用外部導体は前記他方の面上で前記陽極素子と電気的に接続されていることが好ましい。
【００１３】
かかる場合には、陽極用外部導体の形成が容易である。
【００１４】
また、本発明に係る電解コンデンサでは、前記陽極素子は直方体形状であり、前記凹部は前記直方体形状の長手方向の両端面のうち一方の端面のみに形成されていることが好ましい。
【００１５】
かかる場合には、凹部の内面の面積をより大きくすることができる。
【００１６】
また、本発明に係る電解コンデンサでは、前記凹部は柱状であることが好ましい。
【００１７】
かかる場合には、凹部の形成が容易である。
【００１８】
また、本発明は、弁金属で構成され、凹部を有する陽極素子を用意する工程と、前記凹部の内面と、前記陽極素子の外表面に酸化皮膜を形成する工程と、前記酸化皮膜が形成された凹部に電解質を充填する工程と、前記陽極素子の外表面に形成された酸化皮膜の一部を除去して、前記陽極素子を露出させる工程と、前記陽極素子の露出された外表面に、前記陽極素子と電気的に接続されるように陽極用外部導体を形成する工程と、前記電解質の露出面に前記電解質を封止しつつ、前記電解質と電気的に接続されるように陰極用外部導体を形成する工程と、を備える電解コンデンサの製造方法にも向けられる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、陽極用外部導体が形成されていない陽極素子の外表面にも酸化皮膜が形成されている。そのため、陽極素子の絶縁性が向上し、従来の構成に比べて外装体の厚みを小さくしたり、場合によっては外装体をなくしたりすることができる。したがって、電解コンデンサを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る電解コンデンサの斜視図および断面図である。
【図２】本発明に係る電解コンデンサの製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明に係る電解コンデンサの製造工程を示す断面図である。
【図４】従来の電解コンデンサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
【００２２】
（実施形態１）
図１は、本発明に係る電解コンデンサの一例の図である。図１（Ａ）は斜視図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。説明のため、図１（Ａ）では陽極用外部導体と陰極用外部導体を省略して図示している。
【００２３】
電解コンデンサ１は、陽極素子１１と、酸化皮膜１３と、電解質１４と、陽極用外部導体１５と、陰極用外部導体１６と、を備えている。
【００２４】
陽極素子１１は、弁金属で構成されている。弁金属の例としては、例えばタンタル、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、ニオブおよびこれらを含む合金が挙げられる。
【００２５】
本発明では、陽極素子１１は凹部１２を有しており、凹部１２が電解コンデンサの容量形成部分になる。したがって、凹部１２を複数にして凹部１２の内面の面積を大きくすれば、静電容量を大きくすることができる。凹部１２の大きさや数は、所望の静電容量や陽極素子１１の強度が得られるように適宜選択される。
【００２６】
本実施形態では、陽極素子１１は柱状である。また、柱の高さ方向に垂直に切断した断面は、本実施形態のように四角形だけでなく、多角形や丸や楕円であってもよい。また、柱状とは、陽極素子１１が深さ方向に対してテーパー形状または逆テーパー形状であるものも含まれる。
【００２７】
複数の凹部１２は陽極素子１１の一方の面から対向する他方の面に向かって形成されている。そして、凹部１２の深さ方向に平行に、複数の凹部１２を含むように切断した断面がくし歯状になっている。この場合、陽極素子の凹部の深さと陽極素子の凹部の深さ方向の平行な辺との長さの割合は、０．５０以上０．８０以下であることが好ましい。０．５０未満の場合には、電解コンデンサの静電容量が小さくなるためである。また０．８０を超える場合には、陽極素子の強度が確保できないためである。
【００２８】
また、本実施形態では、陽極素子１１は直方体形状であり、凹部１２は直方体形状の陽極素子１１の長手方向の両端面のうち、一方の端面のみに形成されている。かかる場合には、凹部１２の深さ方向を大きくすることができる。したがって、凹部１２の内面の面積をより大きくして、電解コンデンサの静電容量を大きくすることができる。
【００２９】
酸化皮膜１３は、凹部１２の内面に形成されている。また、本発明においては、酸化皮膜１３は、陽極用外部導体１５が形成されていない陽極素子１１の外表面にも形成されている。そのため、陽極素子１１の絶縁性が向上し、従来の構成に比べて外装体の厚みを小さくしたり、場合によっては外装体をなくしたりすることができる。したがって、電解コンデンサを小型化することができる。例えば陽極素子１１がタンタルで形成されている場合には、酸化皮膜１３は例えば五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）で構成される。
【００３０】
電解質１４は、酸化皮膜１３が形成された凹部１２に充填されている。電解質１４は所望の電気伝導性、耐熱性が得られるように適宜選択される。電解質１４の例としては、例えばポリチオフェン、ポリピロール等の導電性高分子や、二酸化マンガンが挙げられる。
【００３１】
陽極用外部導体１５は、陽極素子１１の外表面の一部に形成されており、陽極素子１１と電気的に接続されている。本実施形態では、陽極用外部導体１５は、陽極素子１１の凹部１２が形成された一方の面と対向する他方の面上で、陽極素子１１と電気的に接続されている。
【００３２】
陰極用外部導体１６は、電解質１４の凹部１２からの露出面に形成され、電解質１４と電気的に接続されている。本実施形態では、陰極用外部導体１６は陽極素子１１の凹部１２が形成された一方の面上で、電解質１４と電気的に接続されている。
【００３３】
また、陰極用外部導体１６は陽極素子１１の外表面上であって、酸化皮膜１３が形成されている部分にも形成されており、陰極用外部導体１６は陽極素子１１と酸化皮膜１３を介して絶縁されている。陰極用外部導体１６が複数の電解質１４と電気的に接続されている場合には、陽極素子１１の絶縁性が向上する。
【００３４】
陽極用外部導体１５と陰極用外部導体１６の例としては、例えば陽極素子１１に近い位置から銀、ニッケル、すずの順で構成される三層構造が挙げられる。銀層は、陽極素子１１や電解質１４との導電性を確保するために用いられる。またニッケル層は、実装時のはんだとの接合性向上および実装時の耐熱性の確保のために用いられる。すず層は、はんだ濡れ性の確保とニッケル層の酸化防止のために用いられる。
【００３５】
本発明に係る電解コンデンサの製造方法は、一例として以下のように製造される。図２と図３は、本発明に係る電解コンデンサの製造方法の工程を示す断面図である。
【００３６】
最初に、図２（Ａ）のように、弁金属で構成され、凹部１２を有する陽極素子１１を用意する。凹部１２は例えば直方体形状の陽極素子１１にエッチング法やレーザー加工法で形成される。あらかじめ凹部１２を有する陽極素子１１を成形してもよい。また、凹部１２の形成後に、例えばエッチング法により、凹部１２の内面を拡面化してもよい。凹部１２の内面の表面積を増大させることで、電解コンデンサの静電容量が増大するためである。
【００３７】
次に、図２（Ｂ）のように、凹部１２の内面と、陽極素子１１の外表面に酸化皮膜１３を形成する。酸化皮膜１３は、例えば陽極酸化法により形成される。
【００３８】
次に、図２（Ｃ）のように、酸化皮膜１３が形成された凹部１２に、電解質１４を充填する。例えば電解質１４がポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）の場合には、まず、３，４−エチレンジオキシチオフェンを含むエチレングリコール溶液（以下溶液１）を塗布する。その後、過硫酸アンモニウムとアントラキノン２スルホン酸ナトリウム（以下溶液２）を塗布する。溶液１に塗布した後に溶液２を塗布する操作を複数回繰り返すことにより、凹部１２にポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）で構成される電解質１４を充填する。
【００３９】
次に、図３（Ｄ）のように、陽極素子１１の外表面に形成された酸化皮膜１３の一部を除去して、陽極素子１１を露出させる。酸化皮膜１３の除去は、例えば研磨により行う。
【００４０】
次に、図３（Ｅ）のように、陽極素子１１の露出された外表面に、陽極素子１１と電気的に接続されるように陽極用外部導体１５を形成する。次に、電解質１４の凹部１２からの露出面に、電解質１４を封止しつつ電解質１４と電気的に接続されるように陰極用外部導体１６を形成する。陽極用外部導体１５と陰極用外部導体１６を同時に形成してもよい。
【００４１】
陰極用外部導体１６は、陽極素子１１の外表面上であって、酸化皮膜１３が形成されている部分にも形成されており、陰極用外部導体１６は陽極素子１１と酸化皮膜１３を介して絶縁されている。かかる構成では、陽極素子１１の絶縁性が向上する。
【００４２】
陽極用外部導体１５と陰極用外部導体１６は、例えば銀、ニッケル、すずの順で構成される三層構造の場合、銀層は例えば銀を含むペーストを塗布して、その後に乾燥して形成する。また、ニッケル層及びすず層は例えばめっき法で形成する。なお、陽極用外部導体１５と陰極用外部導体１６は、塗布法やめっき法以外にも、例えばリードフレームを金属ペーストを用いて接合して形成したり、スパッタリング法や蒸着法により形成することができる。
【００４３】
（実験例）
凹部を有し、陽極素子の外表面に酸化皮膜が形成されている電解コンデンサと、従来の構成のコンデンサの静電容量を比較した。具体的には、弁金属がＴａで構成されている陽極素子において、条件１~３の電解コンデンサの容量体積率を計算した。容量体積率は、電解コンデンサの静電容量をコンデンサ全体の体積で除した値である。なお、比誘電率は２５、膜厚は２０ｎｍとして計算した。
【００４４】
（１）条件１
条件１は、直方体形状の陽極素子のＷＴ面に複数の凹部を形成する場合を想定した。具体的には、長さ（Ｌ）×幅（Ｗ）×高さ（Ｔ）＝７．２×４．３×２．０ｍｍの陽極素子を想定する。そして、陽極素子のＷＴ面の一方の面に、長さ（Ｌ）方向に、開口面の寸法が２．３×０．４ｍｍで、深さが５．２ｍｍの直方体形状の凹部を０．２ｍｍ間隔で３個形成して、陽極素子の外表面に酸化皮膜を形成する場合を想定した。
【００４５】
（２）条件２
条件２は、直方体形状の陽極素子のＬＷ面に複数の凹部を形成する場合を想定した。具体的には、長さ（Ｌ）×幅（Ｗ）×高さ（Ｔ）＝７．２×４．３×２．０ｍｍの陽極素子を想定する。そして、陽極素子のＬＴ面の一方の面に、幅（Ｗ）方向に、開口面の寸法が５．２×０．４ｍｍで、深さが２．３ｍｍの直方体形状の凹部を０．２ｍｍ間隔で３個形成して、陽極素子の外表面に酸化皮膜を形成する場合を想定した。
【００４６】
（３）条件３
条件３は、陽極素子の外表面に凹部を形成せずに酸化皮膜を形成する場合を想定した。具体的には長さ（Ｌ）×幅（Ｗ）×高さ（Ｔ）＝４．５×１．５×１．０ｍｍの陽極素子の外表面に酸化皮膜を形成する場合を想定する。そして、陽極素子を外装体で覆うことで、長さ（Ｌ）×幅（Ｗ）×高さ（Ｔ）＝７．２×４．３×２．０ｍｍの電解コンデンサを作製する場合を想定した。
【００４７】
各条件について、容量体積率を計算した。表１に結果を示す。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
凹部を有し、陽極素子の外表面に酸化皮膜が形成されている条件１、条件２では、容量体積率はどちらも２０μＦ／ｍｍ3となり、条件３の１１μＦ／ｍｍ3に比べて大きい結果となった。なお、条件１と条件２の容量体積率は同等であるが、条件２は陽極と陰極の間の距離が小さくなり、陽極と陰極の対向している部分の電極の幅が大きくなる条件であるため、等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）が小さくなる利点を有する。
【符号の説明】
【００５０】
１      電解コンデンサ
１１    陽極素子
１２    凹部
１３    酸化皮膜
１４    電解質
１５    陽極用外部導体
１６    陰極用外部導体
１００  電解コンデンサ
１１０  コンデンサ素子
１１１  陽極素子
１１３  酸化皮膜
１１４  電解質
１１５  陽極用外部導体
１１６ａ、１１６ｂ  陰極用外部導体
１２１、１２２  リード端子
１２３  外装体
【図１】
2011243864.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
2011243864.tif 000007