(57)【要約】【課題】  厚さ均一性の良好な固体電解質層を確実に形成す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。【解決手段】  固体電解コンデンサを製造する場合、まずアルミニウム基体７の表面に誘電体層８を形成してなるコンデンサ素体１５を準備する。続いて、コンデンサ素体１５にレジスト層６を形成した後、コンデンサ素体１５の陰極形成領域７ｂに、化学酸化重合により固体電解質層９を形成する。具体的には、まずコンデンサ素体１５の陰極形成領域７ｂを重合液Ｐに浸漬させる。続いて、コンデンサ素体１５を重合液Ｐから引き上げ、コンデンサ素体１５の先端側部分に遠心力が発生するようにコンデンサ素体１５を回転させることで、コンデンサ素体１５の先端側部分に付着した余分な重合液Ｐのしずくを取り除く。そして、その重合液Ｐを乾燥させた後、固体電解質層９上に電極層１０を形成する。【選択図】  図３
2007243063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極部と陰極部とを有する固体電解コンデンサの製造方法であって、
前記陽極部を形成する弁金属基体の表面に誘電体層を形成してなるコンデンサ素体を準備する工程と、
前記コンデンサ素体の陰極形成領域の表面に化学酸化重合により固体電解質層を形成する工程と、
前記陰極部を形成する電極層を前記固体電解質層上に形成する工程とを有し、
前記固体電解質層を形成する工程は、
前記コンデンサ素体の前記陰極形成領域の表面に重合液を付着させる工程と、
前記陰極形成領域に付着した重合液が前記コンデンサ素体から離れる方向に力を付与するように前記コンデンサ素体を動かす工程とを含む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２】
前記コンデンサ素体を動かす工程においては、前記コンデンサ素体における前記重合液が付着された部位に遠心力が発生するように前記コンデンサ素体を回転させることを特徴とする請求項１記載の固体電解コンデンサの製造方法。
【請求項３】
前記コンデンサ素体を載せる回転体を用意し、前記コンデンサ素体における前記重合液が付着された部位が前記回転体の回転中心に対して外側を向くように前記コンデンサ素体を前記回転体上に配置した状態で、前記回転体を回転させることを特徴とする請求項２記載の固体電解コンデンサの製造方法。
【請求項４】
前記固体電解質層を形成する工程は、
前記コンデンサ素体を動かす工程を実施した後、前記コンデンサ素体を自然放置する工程と、
前記コンデンサ素体の自然放置を行った後、前記陰極形成領域に付着した重合液を乾燥させる工程とを更に含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の固体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、陽極部と陰極部とを有する固体電解コンデンサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来における固体電解コンデンサの製造方法としては、例えば特許文献１に記載されているように、コンデンサ素体の陰極形成領域を重合液に浸漬させた後、コンデンサ素体を重合液から引き上げて、乾燥・重合させることにより、陰極形成領域上に固体電解質層を形成するものが一般的に知られている。
【特許文献１】特開平９−３０６７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術においては、コンデンサ素体を重合液から引き上げて乾燥させると、固体電解質層の膜厚が厚くなる部分が存在してしまう事があった。固体電解質層の厚さが不均一であると、複数のコンデンサ素子を積層してなる積層型の固体電解コンデンサを製造する場合に、最終的に得られる固体電解コンデンサの厚みが厚くなる等といった問題が生じる。
【０００４】
本発明の目的は、厚さ均一性の良好な固体電解質層を確実に形成す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である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者等は、固体電解質層の厚さが不均一になる原因究明を行ったところ、重合液の乾燥時間が長すぎると、コンデンサ素体の表面に存在する未乾燥の重合液部分での重合反応が進み、膜厚が厚くなると共に厚みムラが生じるために、固体電解質層の厚さが不均一になりやすくなることを見出した。そこで、そのような不具合を解消すべく更なる検討を重ねた結果、コンデンサ素体に重合液を付着させた後、単に重合液を自然乾燥させるのではなく、余分な重合液を飛散させる工程を行うことによって、重合膜の厚みムラを低減できることが分かった。本発明は、そのような新たな知見に基づいてなされたものである。
【０００６】
即ち、本発明は、陽極部と陰極部とを有する固体電解コンデンサの製造方法であって、陽極部を形成する弁金属基体の表面に誘電体層を形成してなるコンデンサ素体を準備する工程と、コンデンサ素体の陰極形成領域の表面に化学酸化重合により固体電解質層を形成する工程と、陰極部を形成する電極層を固体電解質層上に形成する工程とを有し、固体電解質層を形成する工程は、コンデンサ素体の陰極形成領域の表面に重合液を付着させる工程と、陰極形成領域に付着した重合液がコンデンサ素体から離れる方向に力を付与するようにコンデンサ素体を動かす工程とを含むことを特徴とするものである。
【０００７】
このように本発明においては、コンデンサ素体の陰極形成領域の表面に重合液を付着させた後、陰極形成領域に付着した重合液がコンデンサ素体から離れる方向に力を付与するようにコンデンサ素体を動かすことにより、コンデンサ素体の陰極形成領域の表面に付着した余分な重合液がコンデンサ素体から離れる方向に飛ばされることになる。これにより、コンデンサ素体の表面に存在する未乾燥の重合液部分に起因する重合膜の厚みムラが抑制される。また、上記のようにコンデンサ素体を動かすことで、コンデンサ素体の陰極形成領域において重合液の付着が不十分であった部位に重合液が回り込み、当該部位にも重合液が十分付着するようになる。これにより、コンデンサ素体の陰極形成領域への重合液の付着量のばらつきが低減されるため、固体電解質層の厚さの均一化を図ることができる。
【０００８】
好ましくは、コンデンサ素体を動かす工程においては、コンデンサ素体における重合液が付着された部位に遠心力が発生するようにコンデンサ素体を回転させる。このようにコンデンサ素体を所定の速度で回転させることにより、コンデンサ素体の陰極形成領域の表面に付着した余分な重合液を簡単且つ確実にコンデンサ素体から離れる方向に飛ばすことができる。
【０００９】
このとき、コンデンサ素体を載せる回転体を用意し、コンデンサ素体における重合液が付着された部位が回転体の回転中心に対して外側を向くようにコンデンサ素体を回転体上に配置した状態で、回転体を回転させることが好ましい。この場合には、回転体を所定の速度で回転動作させるだけで、コンデンサ素体における重合液が付着された部位に遠心力を確実に発生させることができる。また、回転体上に複数のコンデンサ素体を配置することで、複数のコンデンサ素体に対して一括して遠心力を発生させることが可能となるので、固体電解コンデンサの大量生産に有利である。
【００１０】
また、好ましくは、固体電解質層を形成する工程は、コンデンサ素体を動かす工程を実施した後、コンデンサ素体を自然放置する工程と、コンデンサ素体の自然放置を行った後、陰極形成領域に付着した重合液を乾燥させる工程とを更に含む。コンデンサ素体の陰極形成領域の表面に付着した余分な重合液を飛ばした後、コンデンサ素体を所定時間だけ自然放置することにより、重合液の重合を促進させることができる。これに加え、重合液を強制的に乾燥させることにより、固体電解質層の厚みムラを無くしつつ、固体電解質層を短時間で形成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、厚さ均一性の良好な固体電解質層を確実に形成することができる。これにより、陽極部と陰極部とを有するコンデンサ素子を複数積層してなる積層型の固体電解コンデンサを製造した場合に、固体電解コンデンサの薄層化及び特性安定化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係わる固体電解コンデンサの製造方法の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係わる固体電解コンデンサの製造方法の一実施形態により製造される固体電解コンデンサを示す断面図である。同図において、固体電解コンデンサ１は、複数（ここでは５つ）のコンデンサ素子２を積層してなる積層体３を備えている。コンデンサ素子２は、陽極部４と、陰極部５と、陽極部４と陰極部５とを電気的に絶縁するレジスト層６とを有している。コンデンサ素子２の一部詳細断面を図２に示す。
【００１４】
図１及び図２において、コンデンサ素子２は、陽極部４を形成する箔状または板状のアルミニウム基体７を有している。このアルミニウム基体７の表面は、表面積を増やすべく粗面化（拡面化）されてポーラス状になっている。
【００１５】
また、アルミニウム基体７の表面には、化成処理（陽極酸化）によって絶縁性の酸化アルミニウム皮膜（誘電体層）８が形成されている。このようなアルミニウム基体７の一端側領域は、表面の粗面化構造が破壊された状態となっており、陽極領域７ａを構成している。また、アルミニウム基体７の他の領域は、表面の粗面化構造が保持された状態となっており、陰極形成領域７ｂを構成している。
【００１６】
アルミニウム基体７における陽極領域７ａと陰極形成領域７ｂとの境界部分の誘電体層８上には、上記のレジスト層６が形成されている。レジスト層６は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の絶縁樹脂で形成されている。
【００１７】
アルミニウム基体７における陰極形成領域７ｂの誘電体層８上には、導電性高分子化合物を含む固体電解質層９が形成されている。この固体電解質層９は、アルミニウム基体７の粗面化によって形成された微細穴７ｃに入り込んだ状態となっている。固体電解質層９を形成する導電性高分子としては、化学酸化重合による合成が可能なものであれば特に制限はなく、例えばポリチオフェン、ポリピロール等が挙げられる。固体電解質層９の厚さは、例えば１０μｍ程度である。
【００１８】
固体電解質層９上には、陰極部５を形成する電極層１０が形成されている。電極層１０は、固体電解質層９上に順に積層されたグラファイトペースト層１１及び銀ペースト層１２からなっている。グラファイトペースト層１１の厚さは、例えば３μｍ程度であり、銀ペースト層１２の厚さは、例えば１０μｍ程度である。
【００１９】
各コンデンサ素子２の陽極部４同士は、導電性を有する金属金具１２を介して電気的に接続されている。金属金具１２は、例えば鉄、ニッケル、銅及びこれらの合金等で形成されている。また、金属金具１２は、基板またはリードフレーム上の陽極端子（図示せず）に接続される。金属金具１２と各陽極部４及び陽極端子とは、レーザ溶接等により接合される。
【００２０】
また、各コンデンサ素子２の陰極部５同士は、導電性接着剤１３により電気的に接続されている。各コンデンサ素子２の陰極部５間の距離は、例えば３０〜１００μｍ程度である。導電性接着剤１３としては、例えば銀−エポキシ系接着剤が用いられる。また、最下層のコンデンサ素子２の陰極部５は、導電性接着剤１３により基板またはリードフレーム上の陰極端子（図示せず）に接着される。
【００２１】
次に、上述した固体電解コンデンサ１を製造する方法について、図３に示すフローチャートにより説明する。
【００２２】
まず、シート状のアルミニウム基体７を用意し、例えばエッチングによりアルミニウム基体７の表面を粗面化する。そして、化成処理（陽極酸化）によってアルミニウム基体７の表面に誘電体層８を形成する（図３の工程１０１）。化成処理としては、例えばアジピン酸アンモニウム水溶液中にアルミニウム基体７を浸漬させた状態で、例えば６Ｖの電圧を印加して陽極酸化を生じさせる。
【００２３】
続いて、その化成処理が施されたアルミニウム基体７を、図４（ａ）に示すような形状に抜き打ち加工する（図３の工程１０２）。この抜き打ち加工が施されたアルミニウム基体７は、帯状体１４と、この帯状体１４の一側に所定の間隔をもって配置された複数（ここでは５つ）のコンデンサ素体１５とからなっている。
【００２４】
続いて、図４（ｂ）に示すように、スクリーン印刷法等により各コンデンサ素体１５の一部領域にエポキシ樹脂等を塗布して、レジスト層６を形成する（図３の工程１０３）。これにより、各コンデンサ素体１５には、レジスト層６により上記の陽極領域７ａと陰極形成領域７ｂとが区画されることとなる。なお、陽極領域７ａは、レジスト層６に対して各コンデンサ素体１５の帯状体１４側に形成され、陰極形成領域７ｂは、レジスト層６に対して各コンデンサ素体１５の先端側（帯状体１４の反対側）に形成される。
【００２５】
そして、アルミニウム基体７における上記の抜き打ち加工が施された加工面に対して化成処理（再化成処理）を行う（図３の工程１０４）。この再化成処理は、上記の工程１０１と同じように実施する。
【００２６】
次いで、各コンデンサ素体１５における陰極形成領域７ｂの誘電体層８上に、化学酸化重合により固体電解質層９を形成する。具体的には、まず図４（ｃ）に示すように、各コンデンサ素体１５の陰極形成領域７ｂを重合液Ｐに浸漬させて、陰極形成領域７ｂの誘電体層８上に重合液Ｐを付着させる（図３の工程１０５）。このとき、上記のレジスト層６は、各コンデンサ素体１５のポーラス状表面における毛細管現象により重合液Ｐが陽極領域７ａ側に上がってくることを防止する機能を果たす。
【００２７】
重合液Ｐは、重合により高分子電解質を形成するためのモノマーと、このモノマーの酸化重合を促進するための酸化剤とを含んでいる。モノマーとしては、重合により導電性ポリマーとなり得るチオフェン系化合物、ピロール系化合物等が挙げられる。酸化剤としては、ヨウ素、臭素等のハロゲン化物、五フッ化珪素等の金属ハロゲン化物等が挙げられる。また、重合液Ｐには、上記のモノマー及び酸化剤を均一に分散させるための溶媒が含まれていても良い。このような溶媒としては、エタノール、ブタノール、水やこれらの混合溶媒等が挙げられる。さらに、重合液Ｐには、ポリマー層に導電性を付与するためのドーピング材料が含まれていても良い。このようなドーピング材料としては、パラトルエンスルホン酸等の芳香族スルホン酸や、無機スルホン酸等が挙げられる。
【００２８】
続いて、各コンデンサ素体１５を重合液Ｐから引き上げ、各コンデンサ素体１５の陰極形成領域７ｂに付着した重合液Ｐ中のモノマーの化学酸化重合を進行させる。ここで、コンデンサ素体１５を重合液Ｐから引き上げると、重合液Ｐがコンデンサ素体１５の表面に沿って下方に移動するため、図５に示すように、重合液Ｐのしずくがコンデンサ素体１５の先端側部分に溜まるようになる。この状態で、各コンデンサ素体１５の陰極形成領域７ｂに付着した重合液Ｐを乾燥させると、図６に示すように、コンデンサ素体１５の先端側部分の表面において重合膜の膜厚が不均一となる。
【００２９】
そこで、各コンデンサ素体１５を重合液Ｐから引き上げた後、各コンデンサ素体１５の先端側部分に遠心力が発生するように各コンデンサ素体１５を回転させることで、各コンデンサ素体１５の先端側部分に溜まった余分な重合液Ｐのしずくを取り除く（図３の工程１０６）。具体的には、図７に示すように、アルミニウム基体７を載せる円盤状の回転体１６を用意し、各コンデンサ素体１５の先端側が回転体１６の回転中心Ｇに対して外側を向くようにアルミニウム基体７を回転体１６の縁部上に載置し、その状態で回転体１６を回転させる。このとき、回転体１６を、例えば６０〜３０００ｒｐｍの回転速度で１０秒〜６０秒間回転させる。なお、回転体１６の回転速度（回転数）、回転時間及び回転加減速タイミング等については、適宜調整すれば良い。
【００３０】
このように各コンデンサ素体１５に重合液Ｐが付着した状態のアルミニウム基体７を回転体１６上に置いた状態で、回転体１６を回転させることにより、アルミニウム基体７が回転動作し、各コンデンサ素体１５の先端側部分に生じる遠心力によって重合液Ｐのしずくが吹き飛ばされるようになる。従って、各コンデンサ素体１５の先端側部分に存在する未乾燥の重合液Ｐ部分に起因する厚みムラが抑制されるため、各コンデンサ素体１５の先端側部分において重合膜の膜厚が不均一になる（図６参照）ことが防止される。また、アルミニウム基体７の回転動作によって、重合液Ｐへの浸漬だけでは重合液Ｐの付着が不十分な領域（特に各コンデンサ素体１５の端部）に重合液Ｐが回り込みやすくなる。以上により、各コンデンサ素体１５の陰極形成領域７ｂにおける重合液Ｐの付着量のばらつきが抑えられる。
【００３１】
また、回転体１６を使用することにより、図７に示すように複数枚のアルミニウム基体７をまとめて回転させることができる。従って、固体電解コンデンサ１の大量生産を行う場合には、数多くのコンデンサ素体１５に溜まった余分な重合液Ｐを一括して取り除くことが可能となり、非常に効果的である。
【００３２】
続いて、各コンデンサ素体１５に付着した重合液Ｐの重合を促進させるべく、各コンデンサ素体１５を常温環境下で自然放置（自然乾燥）する（図３の工程１０７）。このとき、各コンデンサ素体１５を自然放置する時間は、例えば５分〜１時間程度とする。
【００３３】
そして、アルミニウム基体７を高温槽等の乾燥機（図示せず）内に入れ、各コンデンサ素体１５に付着した重合液Ｐを強制的に乾燥させる（図３の工程１０８）。このとき、乾燥機内の温度を例えば１００℃〜１８０℃に設定した状態で、重合液Ｐの乾燥処理を例えば１５分程度行う。これにより、各コンデンサ素体１５の陰極形成領域７ｂの表面に付着した重合液Ｐが乾燥し、厚みムラが殆ど無い固体電解質層９が形成されることとなる。
【００３４】
このとき、上述した図３の工程１０５〜１０８を繰り返し実施して、固体電解質層９の膜厚が所定の厚みとなるように固体電解質層９を形成することも可能である。この場合には、工程１０８の乾燥工程を実施した後に、洗浄工程及び乾燥工程を行い、再び工程１０５を実施することになる。
【００３５】
続いて、各コンデンサ１５の固体電解質層９の表面上に、グラファイトペースト層１１及び銀ペースト層１２を順に積層して、電極層１０を形成する（図３の工程１０９）。この電極層１０の形成は、例えばスクリーン印刷法、浸漬法（ディップ法）及びスプレー塗布法等によって行う。これにより、１枚のアルミニウム基体７に対して、複数（ここでは５つ）のコンデンサ素子２が形成されることになる。
【００３６】
次いで、アルミニウム基体７の帯状体１４から各コンデンサ素子２を切断して切り離す。そして、これらのコンデンサ素子２を積層して積層体３を形成し、各コンデンサ素子２の陽極部４同士を金属金具１２により接続すると共に、積層体３を基板またはリードフレームに固定することにより、固体電解コンデンサ１が完成する。なお、固体電解コンデンサ１は、保護の観点から、キャスティングモールド、インジェクション、トランスファーモールド等によってモールドしても良い。
【００３７】
なお、ここでは、複数のコンデンサ素子２をまとめて作製したが、コンデンサ素子２を１つずつ作製しても良いことは言うまでも無い。
【００３８】
以上のように本実施形態によれば、コンデンサ素体１５の陰極形成領域７ｂを重合液Ｐに浸漬させてから、各コンデンサ素体１５を所定の回転速度で回転させることで、コンデンサ素体１５に溜まった余分な重合液Ｐのしずくを遠心力により飛散させる。これにより、その後の重合液Ｐの乾燥時に重合膜の膜厚が不均一になることが防止されると共に、コンデンサ素体１５の端部にも重合液Ｐが十分回り込むようになる。従って、コンデンサ素体１５を回転させるという簡単な方法でありながら、コンデンサ素体１５の陰極形成領域７ｂに重合液Ｐをほぼ均等に付着させることができる。その結果、コンデンサ素体１５の陰極形成領域７ｂに形成される固体電解質層９の厚みの均一化を図ることができる。
【００３９】
ここで、１つのコンデンサ素子２において固体電解質層９の厚みがばらついていると、各コンデンサ素子２のアルミニウム基体７間の距離にばらつきが生じるため、積層体３の高さ（厚み）が大きくなるだけでなく、コンデンサ特性が不安定になることがある。これに対し本実施形態の固体電解コンデンサ１では、固体電解質層９の厚みの均一性が高くなるため、各コンデンサ素子２のアルミニウム基体７間の距離のばらつきが低減される。従って、積層体３の薄層化が図られると共に、固体電解コンデンサ１のコンデンサ特性を安定化させることが可能となる。
【００４０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、コンデンサ素体１５を回転動作させた時に生じる遠心力を利用して、コンデンサ素体１５に付着した余分な重合液Ｐを飛ばすようにしたが、コンデンサ素体１５を揺動または振動させることで、余分な重合液Ｐを飛ばしても良い。要は、コンデンサ素体１５に付着した重合液Ｐがコンデンサ素体１５から離れる方向に力が加わるようにコンデンサ素体１５を動かせば良い。
【００４１】
また、上記実施形態では、コンデンサ素体１５の陰極形成領域７ｂを重合液Ｐに浸漬させて、当該陰極形成領域７ｂに重合液Ｐを付着させるようにしたが、コンデンサ素体１５の陰極形成領域７ｂに重合液Ｐを塗布または滴下して付着させても良い。
【００４２】
さらに、上記実施形態では、コンデンサ素子２の陽極部４を形成する弁金属基体としてアルミニウム基体７を用いたが、弁金属基体の金属材料としては、アルミニウム以外に、アルミニウム合金、チタン、タンタル、ニオブ及びジルコニウムまたはこれらの合金を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係わる固体電解コンデンサの製造方法の一実施形態により製造される固体電解コンデンサを示す断面図である。
【図２】図１に示すコンデンサ素子の一部構造を詳細に示す拡大断面図である。
【図３】図１に示すコンデンサ素子を作る手順を示すフローチャートである。
【図４】図１に示すコンデンサ素子を作る工程の一部を示す図である。
【図５】図４に示すコンデンサ素体の陰極形成領域を重合液に浸漬させて、引き上げた状態を示す図である。
【図６】図５に示すコンデンサ素体の陰極形成領域に付着した重合膜の膜厚が不均一となる状態を示す図である。
【図７】図５に示す重合液が付着したコンデンサ素体を回転動作させる方法を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…固体電解コンデンサ、４…陽極部、５…陰極部、７…アルミニウム基体（弁金属基体）、７ｂ…陰極形成領域、８…誘電体層、９…固体電解質層、１０…電極層、１５…コンデンサ素体、１６…回転体、Ｐ…重合液。
【図１】
2007243063.tif 000003
【図２】
2007243063.tif 000004
【図３】
2007243063.tif 000005
【図４】
2007243063.tif 000006
【図５】
2007243063.tif 000007
【図６】
2007243063.tif 000008
【図７】
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