(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁作用金属粉末との接触部分に弁作用金属板を重ねた状態に配設して、前記弁作用金属粉末を第１のパンチと第２のパンチとでダイスの貫通孔内に嵌入し加圧圧縮して粉末成形体を形成し、前記粉末成形体を高温高真空燒結した後、誘電体酸化皮膜を形成し、この表面に固体電解質となる二酸化マンガン層、または導電性高分子層を形成し、その表面に陰極層となるグラファイト層、導電性樹脂層を順次形成する固体電解コンデンサの製造方法において、前記ダイスの貫通孔の下方側から前記ダイスと前記第１のパンチとで弁作用金属条部材を打ち抜きし、打ち抜きした弁作用金属板を前記ダイスの貫通孔に嵌入して前記弁作用金属粉末との接触部分に重ねた状態に配設するとともに、前記ダイスの貫通孔の下方側へ前記粉末成形体を第２のパンチでノックアウトして排出す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２】
前記粉末成形体を高温高真空燒結した後において、前記粉末成形体の前記打ち抜きした弁作用金属板の露呈した面に弁作用を有する陽極リードをレーザ溶接する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の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体電解コンデンサの製造方法に関し、より詳細には、コンデンサの小型化、静電容量向上のために、弁作用金属粉末との接触部分に弁作用金属板を配設して用い、コンデンサとしてのＬＣ特性(漏れ電流特性)を著しく低減できる固体電解コンデンサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、タンタル、ニオブ、アルミニウム、チタン等の弁作用を有する微細金属粉体をプレス成型した粉末成形体を高温度・高真空下にて多孔質の焼結体にさせて、電解コンデンサとして用いられている。
【０００３】
近年は、半導体集積回路が、益々微細化、高集積、小型化の傾向にあるなかで、パソコン、電話機等が、携帯形で、小型、軽量化の方向にあって、用いられるコンデンサも小型・大容量化の方向としての傾向が益々強く求められてきている。
【０００４】
このような要求を満たすために、上述した粉末成形体の多孔質度（又は気孔率）を高め粉末成形体の表面積を高めて、コンデンサの小型化、大容量化を達成させるために、その出発原料の弁作用を有する金属粉体をより微細な１次粒子径、例えば、特に近年、その平均粒子径として１．５〜０．７μｍの１次粒子径の原料金属粉体が用いられるようになってきている。
【０００５】
しかしながら、まだこのような微細粉体を成型するに際しては、例えば、コンデンサの粉末成形体の成形工程において、造粒されたタンタル等の弁作用金属粉末を加圧成形するに際して、通常は、垂直な側面を有する貫通孔１aの穿設された成形金型のダイス１と、この貫通孔の下部より嵌入した下パンチ２とで形成された粉末充填孔内に粉末を充填し(図４(a))、次いで、ダイス１上方に配設された陽極リード８が挿入され保持した状態で上パンチ３を粉末充填孔内に挿入すると同時に下パンチ２を上昇させ、粉末を所望形状に圧縮成形する(図４(b))。その後、上パンチ３をダイス孔内より引戻し陽極リード８を切断刃１３で切断する(４(c))。その後、下パンチ２を突き上げることにより、あるいはダイス１を下降させることにより、粉末成形体をダイス孔内よりノックアウトして粉末成形体６を形成し(４(d))、この後に高温・高真空下で燒結して陽極リードを埋設した固体電解コンデンサの粉末成形体を得る製造方法が一般的である。(例えば、特開平２−６９９２３号公報の図１参照)
【０００６】
また、一般に、陽極リードを埋設せずに弁作用金属板材を粉末成形体に重ね合わせた固体電解コンデンサには、例えば、特開昭５８−９６７２４公報に記載され、且つ図５(a)〜５図(f)及び図６に示されているように、まず図５(a)に示すように粉末成形ダイス１の金型の貫通孔１a上に、弁作用金属板材２０を位置決め載置する。そして図５(b)に示すように上パンチ３を下方に引き下げて下パンチ２とで貫通孔１a内でプレスすることにより鍔付きの円盤２１に整形する。この後、上パンチ(3)のみ上方に引き上げ、弁作用金属板材２０を下パンチ２上に残しておく。そして、図５(c)に示すように、貫通孔１a上から弁作用金属粉末５を所定量投入し、弁作用金属板材２０の鍔付きの円盤２１上に重ねておく。次に図５(d)に示すように、上パンチ３を再び貫通孔１a内に嵌入させ、加圧・整形する。下パンチ２を貫通孔１a上端まで、押し上げることにより、図５(e)に示すように、弁作用金属板材２０の鍔付きの円盤２１と一体化した、弁作用金属粉末の整形物を得ることができる。次にこの整形物を焼成して、多孔質構造のコンデンサエレメント７とした後、図５(f)に示すように、弁作用金属材よりなる陽極リード８を、弁作用金属板材２０の鍔付きの円盤２１上に溶接する。また、図６に示すようにコンデンサエレメント７の一面の一部に突出する金属材２０を用いてもよいと記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来のコンデンサ用粉末成形体には次ぎのような欠点がある。
（1）陽極リードを埋設した固体電解コンデンサ用粉末成形体は、ダイス上方に配設された陽極リードが挿入され保持した状態で上パンチを粉末充填孔内に挿入すると同時に下パンチを上昇させ、粉末を所望形状に圧縮成形する。このため、上パンチには陽極リードを挿入し所定量供給できて摺動できる貫通穴が設けられており、陽極リードと上パンチの貫通穴とに所定のクリアランスが重要であるが、上記で述べたように金属粉体が微細になれば、その微細化に比例してこのクリアランスをより小さくすることが必要であるが陽極リードの線経精度面、貫通穴の加工精度面との関係で限界がある。よって、このクリアランスで陽極体の陽極リードの近傍には圧縮加圧力が加わらず、また埋設された陽極リードが抵抗となって粉末成形密度は他の部分の粉末成形体の成形密度より粗密度状態となってしまうため、陽極リードの粉末成形体との根元部分の機械的強度は弱くコンデンサの製造工程中の陽極リードの曲がりなどでＬＣ特性(漏れ電流)を著しく劣化してしまう問題が発生する。
また、このクリアランスを小さくした場合は、このコンデンサの固体電解質層を形成する二酸化マンガン溶液或いは導電性高分子などが、陽極リードの上パンチ貫通穴での摺動時に発生したキズなどから表面張力によりコンデンサの製造中に這い上がてしまいショート不良或いはＬＣ特性不良が多く発生する問題がある。
【０００８】
（２）陽極リードを埋設せずに弁作用金属板材を粉末成形体に重ね合わせた固体電解コンデンサの製造方法は、図８(a)に示すように粉末成形ダイの金型の貫通孔上に、弁作用金属板材を位置決め載置し、そして図８(b)に示すように上パンチを下方に引き下げて下パンチとで貫通孔内でプレスすることにより鍔付きの円盤に整形する。また、下パンチを貫通孔上端まで、押し上げることにより、図８(e)に示すように、弁作用金属板材と一体化した状態でしたパンチを引き上げてノックアウトして粉末成形ダイの上方側に弁作用金属粉末の整形物を排出する製造方のため、弁作用金属板材と粉末成形ダイの貫通孔との位置決めが必要であり、且つ上パンチを下方に引き下げて下パンチとで貫通孔内で鍔付きの円盤にプレスする工程も必要となり生産効率が悪い。また、粉末成形ダイの下方の位置にある弁作用金属粉末の整形物を下パンチを貫通孔上端まで押し上げることにより、粉末成形ダイの内壁面と弁作用金属粉末の整形物との摺動する距離が長くなって整形物に摺りキズが発生してしまいコンデンサ特性としてのＬＣ特性が劣化する問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、弁作用金属粉末との接触部分に弁作用金属板を粉末成形金型で打ち抜きながら重ねた状態で配設し、ダイスの貫通孔の下方側へ粉末成形体を第２のパンチでノックアウトして排出することにより、コンデンサとしてのＬＣ特性(漏れ電流特性)を著しく低減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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために提供する本願第一の発明に係る請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法は、弁作用金属粉末との接触部分に弁作用金属板を重ねた状態に配設して、弁作用金属粉末を第１のパンチと第２のパンチとでダイスの貫通孔内に嵌入し加圧圧縮して粉末成形体を形成し、粉末成形体を高温高真空燒結した後、誘電体酸化皮膜を形成し、この表面に固体電解質となる二酸化マンガン層、または導電性高分子層を形成し、その表面に陰極層となるグラファイト層、導電性樹脂層を順次形成する固体電解コンデンサの製造方法において、ダイスの貫通孔の下方側からダイスと第１のパンチとで弁作用金属条部材を打ち抜きし、打ち抜きした弁作用金属板をダイスの貫通孔に嵌入して弁作用金属粉末との接触部分に重ねた状態に配設するとともに、ダイスの貫通孔の下方側へ粉末成形体を第２のパンチでノックアウトして排出することを特徴とする。
【００１１】
係る製造方法を採用することにより、コンデンサの小型化、静電容量向上のために、弁作用金属粉末との接触部分に弁作用金属板を用いて、ダイスの貫通孔の下方側より粉末成形体を第２のパンチでノックアウトして排出するため、ダイスの貫通孔内の内壁面と弁作用金属粉末の成形体との摺動する距離が最小となり、平均１次粒子径が１．５μｍ以下の微細な弁作用金属粉末で、その成形性を高めるためのバインダを混合した造粒粉である２次粒子経が１０〜２００μｍの微細な弁作用金属粉末を用いた粉末成形体でも摺りキズの発生が抑制できるため、コンデンサ特性としてのＬＣ特性を著しく低減する固体電解コンデンサが実現できる。
【００１３】
また、係る製造方法を採用することにより、弁作用金属条部材を粉末成形金型のダイスの下方面に配設し、弁作用金属条部材を打ち抜きしながら嵌入するため、打ち抜かれた弁作用金属板の打ち抜きする側から粉末成形体と共にノックアウトするため、接触界面に剥離する方向に外力が加わらないので安定した接合となりＬＣ特性のバラツキが小さい、と共に従来例の上パンチを下方に引き下げて下パンチとで貫通孔内で鍔付きの円盤にプレスする工程が不要となり高い生産効率を得る。
【００１４】
前記課題を解決するために提供する本願第二の発明に係る請求項２に記載の固体電解コンデンサの製造方法は、請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法において、粉末成形体を高温高真空燒結後に、粉末成形体の打ち抜きした弁作用金属板の露呈した面に弁作用を有する陽極リードをレーザ溶接することを特徴とする。
【００１５】
係る製造方法を採用することにより、粉末成形体を高温真空燒結する工程後にレーザ溶接のため、粉末成形体に機械的な外力が加わらず、また不純物なども付着せず接合できＬＣ特性などの信頼性品質が安定である。また、この陽極リードを利用してコンデンサの誘電体酸化皮膜を形成する化成工程、二酸化マンガンまたは導電性高分子などの固体電解質層を形成する分解または生成工程などで多数個を同時に持吊して処理でき効率的な作業ができる。またこの所定の間隔に持吊した状態での陽極リードは、所定の間隔に配列された外部端子(例えば、42合金製リードフレーム)と対応されており接合作業が効率的にできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１（a）〜図１（e）は、本発明における固体電解コンデンサの製造方法を工程順に示す要部断面図である。
【００１７】
図１（a）に示すように粉末成形金型のダイス１には、垂直な側面を有する貫通孔１aが形成されている。貫通孔１aの横断面形状は円形、楕円形または矩形である。まずタンタル，ニオブ、チタン、アルミニウムなどの弁作用金属条部材４(例えば、幅２.０mm×厚さ０.０５mm)を粉末成形金型のダイス１の下方面に配設し（図１(a)）、ダイス１の貫通孔の下方面側より下パンチ２(第１のパンチ)を上昇させて弁作用金属条部材４をバネ部１０を介してパット部１１で押圧しつつダイスの貫通孔1aとでプレス打ち抜きし、打ち抜きした弁作用金属板４aをダイス１の貫通孔１aに嵌入され所定量の位置で停止させる（図１(b)）。次にダイス１の貫通孔１aの上方面からタンタル，ニオブ、チタン、アルミニウムなどの弁作用金属からなり平均粒子径として１．５〜０．７μｍの１次粒子径の微細な範囲内で一定の粒度分布を有するようにあらかじめ造粒され、これに成形性を高めるためのバインダを混合した造粒粉である２次粒子経が１０〜２００μｍとした金属粉末５を、ダイス１の貫通孔１aの開口面が平坦となるように充填させ、粉末が充填されたダイス1の貫通孔１aの真上には上パンチ１(第２のパンチ)が配置されており（図１(c)）、この上パンチ３はその貫通孔１aの軸心に沿って嵌入して下パンチ２の上に載置され弁作用金属板４aの方向に上パンチ３を近付け下降させて弁作用金属粉末５を所定圧力で圧縮加圧し粉末成形体６を形成し（図１(d)）、下パンチ２を下降させつつ、上パンチ３を下降させてダイス１より打ち抜かれた弁作用金属板４aを有する粉末成形体６をノックアウトさせて粉末成形体６をクランプ機構部９で掴み取り出すことにより(図１(e))、図２、図３に示すような固体電解コンデンサ７(例えば、粉末成形体６のサイズ:幅１.１５mm×高さ１.１５mm×厚さ１.１６mm)を得ることができるものである。
【００１８】
ダイス１、下パンチ２及び上パンチ３は、上下動可能に保持されており、精度よく移動・停止できるように例えばサーボモーターにより駆動される（図中省略）。また、ダイス１、下パンチ２及び上パンチ３は、相互の摺動および金属粉末５との擦過による磨耗を抑えるため、例えば超硬合金などのような耐磨耗性に優れた材料が用いられている。
【００１９】
下パンチ２を下降させつつ、上パンチ３を下降させてダイス１より打ち抜かれた弁作用金属板４aを有する粉末成形体６をノックアウトさせる（図１(e)）。このダイスの貫通孔の下方側へノックアウトさせる理由は、弁作用金属板4aと共に打ち抜きする側から成形体をノックアフトするので、弁作用金属板と粉末成形体との接触界面を剥離する方向には外力が加わらないので安定したＬＣ特性が得られるためである、また、従来例で示した上ポンチ３の方向に粉末成形体６をノックアウトするより、下パンチ２の方向にノックアウトする方がノックアウト量が粉末充填高さの関係で加圧圧縮後は小さくなるため、ノックアウトするときのダイス１の貫通孔１aの内壁と粉末成形体６との摩擦距離を極力少なくさせて摩擦キズの発生を抑制させＬＣ特性の劣化の原因を排除するものであり、よって、この製造方法により固体電解コンデンサとして特に半田耐熱でのＬＣ特性不良発生が１／３に低減できる。
【００２０】
図２は本発明の製造方法で得られた固体電解コンデンサの斜視図を示したものあり、平均１次粒子径が１．５μｍ以下の微細な弁作用金属粉体で、その２次粒子経が１０〜２００μｍである金属粉体を用いて、前述したように得られた粉末成形体６を焼結させる。その条件は、通常、温度１２００〜１６００℃で、１０-3〜１０-4Ｐａの燒結装置(図示省略)を用いて燒結し、図２に示す固体電解コンデンサ７を得ることにより、従来例に示された突起したものがないために燒結装置の容積に対しての多量の粉末成形体が入りことになり高温高真空での燒結作業の容積効率が高く量産的である。
【００２１】
更に、図３は本図２に示す固体電解コンデンサの弁作用金属板の露呈した面に弁作用を有する陽極リードをレーザ溶接した固体電解コンデンサの斜視図を示したものある。粉末成形体６を得た後に、粉末成形体を高温真空燒結する工程後にレーザ溶接する製造方法により、陽極リードを利用してコンデンサの誘電体酸化皮膜を形成する化成工程、二酸化マンガンまたは導電性高分子などの固体電解質層を形成する分解または生成工程などで多数個を同時に持吊して処理でき効率的な作業ができる。またこの所定の間隔に持吊した状態での陽極リードは、所定の間隔に配列された外部端子(例えば、42合金製リードフレーム)と対応されており接合作業が効率的にできる。またこの陽極リードの一部は、コンデンサとしての外部端子(例えば、42合金製リードフレーム)との接合に利用できて接合作業が容易となる。
【００２２】
図１(a)〜(e)要部断面図に示すように固体電解コンデンサの成形方法を、例えば製造装置にすることも容易である。即ち、下パンチ２(第１のパンチ)と上パンチ３(第２のパンチ)との軸心を一致させた成形用貫通孔を有する粉末成形金型のダイス１と、このダイス１の成形用貫通孔１aに下方から嵌入して粉末充填孔の底面を形成する下パンチ２と、ダイス１の成形用貫通孔１aに上方から嵌入して下パンチ２に近付けて充填された弁作用金属粉末を圧縮成形する上パンチ３とで粉末成形体６を形成する固体電解コンデンサの成形装置において、タンタル，ニオブ、チタン、アルミニウムなどの弁作用金属条部材４を粉末成形金型のダイス１の下方面に対向配設し、ダイス１の貫通孔の下方面側より下パンチ２(第１のパンチ)を上昇させ、成形用貫通孔１aのダイス１の下方面と下パンチ２とで弁作用金属条部材４をバネ部１０を介してパット部１１で押圧しつつ打ち抜いてダイス１に嵌入させ停止した後、ダイス１の成形用貫通孔１aに上方から充填された弁作用金属粉末５をダイス１の成形用貫通孔に上方から嵌入して上パンチで粉末成形体６を圧縮形成し、下パンチ２を下降させつつ、上パンチ３を下降させてダイス１より打ち抜かれた弁作用金属板４aを有する粉末成形体６をノックアウトする、と共にダイス１よりノックアウトした粉末成形体６をクランプ機構部９で掴み搬送する製造装置となる。その後、この装置により得られた粉末成形体を高温高真空の燒結装置(図示省略)で燒結後、図２に示す固体電解コンデンサを得る。また、弁作用金属板に弁作用を有する陽極リードをレーザ溶接装置(図示省略)で溶接し図３に示す固体電解コンデンサを得る。この装置構成により、弁作用金属条部材を粉末成形金型のダイス１の下方面に対向配設し、弁作用金属条部材４を打ち抜きしながら嵌入するため、プレス抜き加工と粉末成形加工とを共用したダイス、ポンチであるので動作機能が単純となり製造装置が簡易となる。また、弁作用金属板４aと共に打ち抜きする側から粉末成形体６をノックアウトするので接触界面を剥離する方向に外力が加わらないので安定したＬＣ特性が得られ高品質・高能率である固体電解コンデンサを得る製造装置となる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、弁作用金属粉末の粉末成形体を燒結して固体電解コンデンサとして作製するにあたり、本発明の固体電解コンデンサその成形方法によれば、弁作用金属粉末との接触部分に、弁作用金属条部材を粉末成形金型で打ち抜きながら弁作用金属板として重ねた状態で配設し、弁作用金属粉末を第１のパンチと第２のパンチとでダイスの貫通孔内に嵌入し加圧圧縮して粉末成形体を形成し、ダイスの貫通孔の下方側へ粉末成形体を第２のパンチでノックアウトして排出した粉末成形体を高温高真空燒結し、その後、弁作用金属板の露呈した面に弁作用を有する陽極リードをレーザ溶接し、その表面に誘電体酸化皮膜を形成し、この表面に固体電解質となる二酸化マンガン層、または導電性高分子層を形成し、さらにその表面に陰極層となるグラファイト層、導電性樹脂層を順次形成する固体電解コンデンサの製造方法により、粉末成形体の表面に摺りキズの発生が抑制できるため、市場が要求するコンデンサ特性としての特に半田耐熱でのＬＣ特性不良発生が１／３に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の固体電解コンデンサの製造方法の工程順の要部断面図である。
【図２】本発明の製造方法で得られた固体電解コンデンサの斜視図である。
【図３】図２に示す燒結後の粉末成形体の弁作用金属板に陽極リードをレーザ溶接した固体電解コンデンサの斜視図である。
【図４】従来における成形方法の工程順の断面図である(特開平2-69923号公報)。
【図５】従来における成形方法の工程順の断面図である(特開昭58-96724号公報)。
【図６】図５における成形方法の他の実施例でのコンデンサエレメントの斜視図である。
【符号の説明】
１    ダイス
２    下パンチ(第１のパンチ)
３    上パンチ(第２のパンチ)
４    弁作用金属条部材
４a   弁作用金属板
５    弁作用金属粉末
６    粉末成形体
７    固体電解コンデンサ
８    陽極リード
９    クランプ機構部
１０  バネ部
１１  パット部
１２  送りローラ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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