JP7724459B2 - 電解コンデンサ - Google Patents

電解コンデンサ

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Description

本発明は、電解コンデンサに関する。
電解コンデンサは、コンデンサ素子と、コンデンサ素子を封止する外装体と、コンデンサ素子の陽極側および陰極側とそれぞれ電気的に接続される外部電極とを備える。コンデンサ素子は、第1端部を含む第1部分(陽極引出部とも言う)および第2端部を含む第2部分(陰極形成部とも言う)を有する陽極体と、陽極体の少なくとも第2部分の表面に形成された誘電体層と、誘電体層の少なくとも一部を覆う陰極部とを備える。
特許文献1には、陽極電極部と陰極電極部を有した平板状のコンデンサ素子を陽極電極部が交互に相反する方向に配設されるように偶数単位で積層した素子積層体を備えた固体電解コンデンサが提案されている。特許文献1の固体電解コンデンサは、素子積層体の両端に位置する陽極電極部を夫々一体に結合するように接合された一対の陽極コム端子と、素子積層体の中央に位置する陰極電極部の下面に接合された陰極コム端子と、一対の陽極コム端子の下面にそれぞれ設けられた一対の陽極端子と、陰極コム端子とそれぞれ接合された一対の陰極端子と、をさらに備える。一対の陽極端子どうしは板状のインダクタ部により連結され、一対の陰極端子は、インダクタ部と交差する方向において、陰極コム端子の下面の両端に夫々接合されている。特許文献1では、この構成により、電解コンデンサの低ESL(等価直列インダクタンス)化を提案している。
特開2008-78370号公報
しかしながら、特許文献1に記載の固体電解コンデンサでは、陽極コム端子を介して陽極電極部と外部電極とを電気的に接続する構成であるため、陽極コム端子の占有スペースによってコンデンサ素子の占める空間が制限され、コンデンサの容量を高めるのが困難である。
本発明の一局面は、複数のコンデンサ素子が積層された素子積層体と、前記素子積層体を封止する外装体と、第1の外部電極と、第2の外部電極と、第3の外部電極と、を備え、前記複数のコンデンサ素子のそれぞれは、表面に多孔質部を有する陽極体と、前記多孔質部の少なくとも一部の表面に形成された誘電体層と、前記誘電体層の少なくとも一部を覆う陰極部と、前記陽極体が露出する第1端部と、前記陰極部で覆われた第2端部と、を有し、少なくとも前記第1端部の端面は、前記外装体から露出しており、前記複数のコンデンサ素子は、前記第1端部が前記外装体の第1の面を向いた第1のコンデンサ素子と、前記第1端部が前記外装体の前記第1の面と異なる第2の面を向いた第2のコンデンサ素子と、を有し、前記素子積層体において、前記第1のコンデンサ素子と前記第2のコンデンサ素子とが交互に積層され、前記第1のコンデンサ素子の前記第1端部は前記第1の外部電極と、前記第2のコンデンサ素子の前記第1端部は前記第2の外部電極と、それぞれ電気的に接続し、前記第3の外部電極は、前記コンデンサ素子の前記陰極部と電気的に接続している、電解コンデンサに関する。
本発明によれば、電解コンデンサのESLを低く維持しながら、高容量を実現できる。
本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本発明の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
図1は、本発明の一実施形態に係る電解コンデンサを模式的に示す断面図である。 図2は、電解コンデンサに用いられるコンデンサ素子の構成を模式的に示す断面図である。 図3は、電解コンデンサの表面に形成される外部電極のパターンの一例を示す図である。 図4は、本発明の一実施形態に係る電解コンデンサの外観を模式的に示す斜視図である。 図5は、電解コンデンサの表面に形成される外部電極のパターンの一例を示す図である。 図6は、電解コンデンサの表面に形成される外部電極のパターンの一例を示す図である。 図7は、電解コンデンサの表面に形成される外部電極のパターンの一例を示す図である。 図8は、本発明の一実施形態に係る電解コンデンサの外観を模式的に示す斜視図である。 図9は、電解コンデンサの表面に形成される外部電極のパターンの一例を示す図である。 図10は、電解コンデンサの表面に形成される外部電極のパターンの一例を示す図である。 図11は、電解コンデンサの表面に形成される外部電極のパターンの一例を示す図である。 図12は、電解コンデンサの表面に形成される外部電極のパターンの一例を示す図である。
[電解コンデンサ]
本発明の一実施形態に係る電解コンデンサは、複数のコンデンサ素子が積層された素子積層体と、素子積層体を封止する外装体と、第1の外部電極と、第2の外部電極と、第3の外部電極と、を備える。複数のコンデンサ素子のそれぞれは、表面に多孔質部を有する陽極体と、少なくとも前記多孔質部の少なくとも一部の表面に形成された誘電体層と、誘電体層の少なくとも一部を覆う陰極部と、陽極体が露出する第1端部と、陰極部で覆われた第2端部と、を有する。
複数のコンデンサ素子は、それぞれ、表面に多孔質部を有する陽極体と、多孔質部の少なくとも一部の表面に形成された誘電体層と、誘電体層の少なくとも一部を覆う陰極部と、を有する。複数のコンデンサ素子は、陽極体が露出する第1端部と、陰極部で覆われた第2端部を有し、少なくとも第1端部の端面は外装体から露出している。
複数のコンデンサ素子は、第1端部が外装体の第1の面を向くものと、第1端部が外装体の第1の面と異なる第2の面を向くものがある。このうち、第1端部が外装体の第1の面を向くものを第1のコンデンサ素子と、第1端部が外装体の第1の面と異なる第2の面を向くものを第2のコンデンサと称する。第1のコンデンサ素子の第1端部は第1の外部電極と、第2のコンデンサ素子の第1端部は第2の外部電極と、それぞれ電気的に接続している。
この構成によれば、第1のコンデンサ素子と第2のコンデンサ素子とで、素子内を電流が流れる向きが異なる。このため、電流により生じる磁界の向きが異なるため、素子積層体内に生じる磁束は減少する。よって、ESLが低減される。好ましくは、第1の面と第2の面とは、外装体の互いに対向する面であってもよい。さらに、第1のコンデンサ素子と第2のコンデンサ素子とが交互に積層されている場合、素子積層体内に生じる磁束が効果的に減少し得る。よって、ESLが効果的に低減され得る。
第1のコンデンサの数と第2コンデンサの数は同数であってもよい。第1のコンデンサの数と第2コンデンサの数が同数であると、第1のコンデンサ素子内を流れる電流により生じる磁界と第2のコンデンサ素子内を流れる電流により生じる磁界とが過不足なく打ち消し合い、素子積層体内に生じる磁束が減少する。よって、ESLを低減させやすい。
さらに、素子積層体と外部電極との電気的接続は、それぞれのコンデンサ素子の外装体から露出した第1端部の端面を、外部電極(第1または第2の外部電極)と電気的に接続することで行われ得る。第1端部の端面と外部電極との電気的接続は、例えば、第1の面または第2の面に沿うように形成した外部電極を用いて、あるいは、第1の面または第2の面に沿うように形成した中間電極(後述する陽極電極層に相当)を外部電極と電気的に接続させることで、行うことができる。この場合、外装体内に、第1端部と外部電極(第1または第2の外部電極)とを接続するための他の部材を介在させる必要がないことから、電解コンデンサの容量を高めることが容易である。また、陰極部が形成されない陽極体の部分(陽極引出部)から第1または第2の外部電極に至る電流経路において、素子積層体の積層面に平行に流れる電流経路は、陽極引出部の長さに略等しく、短くすることが容易である。よって、上記の素子積層体の積層面に平行に流れる電流経路により生じるESLをさらに低減できる。第1の面または第2の面と交差する側面において、第1端部の端面が外装体から露出していてもよい。その場合、第1の面と交差する側面における第1端部の端面を、第1の外部電極と電気的に接続してもよい。
第3の外部電極は、コンデンサ素子の陰極部と電気的に接続する。第3の外部電極は、例えば、素子積層体の最も外側の層(すなわち、最下層または最上層)において陰極部と電気的に接続している。これにより、陰極端子が電解コンデンサの底面に設けられ得る。一方、第1または第2の外部電極を電解コンデンサの底面に延在させることで、陽極端子が電解コンデンサの底面に設けられ得る。この場合、第1または第2の外部電極の延在部分に流れる電流は、陽極引出部に流れる電流とは逆方向に流れる。よって、陽極引出部に流れる電流より生じる磁界は、第1または第2の外部電極の延在部分に流れる電流により生じる磁界により打ち消され、電解コンデンサのESLが一層低減される。結果として、延在部分により、陰極端子と第1および/または第2外部電極との離間距離を短くできるため、ESLが改善される。これらの相乗効果により、ESLは顕著に低減される。第3の外部電極は、素子積層体の側面において陰極部と電気的に接続していてもよい。
第1端部は、コンタクト層を介して、第1の外部電極または第2の外部電極と電気的に接続されてもよい。コンタクト層は、例えば、複数のコンデンサ素子の第1端部の端面に選択的に形成され得る。コンタクト層は、複数のコンデンサ素子の第1端部のそれぞれと、第1の面または第2の面を覆うように形成された中間電極(陽極電極層)または外部電極との間を接続し得る。コンタクト層を介することにより、第1端部と外部電極との電気的接続を確実にすることができる。よって、電解コンデンサの信頼性を高めることができる。
第1の外部電極と第2の外部電極とは、陽極体の長手方向において互いに対向していてもよく、短手方向において互いに対向していてもよい。例えば、第1の外部電極と第2の外部電極は、それぞれ、外装体の一表面(例えば、底面)の短手方向に沿う端部に配置されていてもよく、長手方向に沿う端部に配置されていてもよい。ESLを低減させる点で、第1の外部電極と第2の外部電極とを、陽極体の短手方向において互いに対向させてもよい。一方、第1の外部電極と第2の外部電極とを、陽極体の長手方向において互いに対向させる場合、第1または第2の外部電極の電解コンデンサの底面における延在距離を長くすることが容易であり、陰極端子と陽極端子との離間距離を制御し易く、ESLを所望の値に制御し易い。
[実施の形態1]
図1は、本発明の一実施形態に係る電解コンデンサの構造を模式的に示す断面図である。図2は、図1の電解コンデンサを構成するコンデンサ素子の構造を示す断面図である。しかしながら、本発明に係る電解コンデンサは、これらに限定されるものではない。
図1および図2に示すように、電解コンデンサ11は、複数のコンデンサ素子10(10a、10b)を備える。コンデンサ素子10は、陽極体3と、陰極部6とを備える。陽極体3は、例えば箔(陽極箔)である。陽極体3は、表面に多孔質部5を有し、多孔質部5の少なくとも一部の表面に誘電体層(図示しない)が形成されている。陰極部6は、誘電体層の少なくとも一部を覆っている。
コンデンサ素子10は、一方の端部(第1端部)1aにおいて陰極部6で覆われることなく、陽極体3が露出している一方で、他方の端部(第2端部)2aは陰極部6で覆われている。以下において、陽極体3の陰極部で覆われていない部分を第1部分1と称し、陽極体3の陰極部で覆われた部分を第2部分2と称する。第1部分1の端部が第1端部1aであり、第2部分2の端部が第2端部2aである。誘電体層は、少なくとも第2部分2に形成された多孔質部5の表面に形成される。なお、陽極体3の第1部分1は、陽極引出部とも呼ばれる。陽極体3の第2部分2は、陰極形成部とも呼ばれる。
より具体的には、第2部分2は、芯部4と、粗面化(エッチングなど)などにより芯部4の表面に形成された多孔質部(多孔体)5とを有する。一方、第1部分1では、表面に多孔質部5を有していてもよく、有していなくてもよい。誘電体層は、多孔質部5の表面に沿って形成されている。誘電体層の少なくとも一部は、多孔質部5の孔の内壁面を覆い、その内壁面に沿って形成されている。
陰極部6は、誘電体層の少なくとも一部を覆う固体電解質層7と、固体電解質層7の少なくとも一部を覆う陰極引出層とを備える。誘電体層の表面は、陽極体3の表面の形状に応じた凹凸形状が形成されている。固体電解質層7は、このような誘電体層の凹凸を埋めるように形成され得る。陰極引出層は、例えば、固体電解質層7の少なくとも一部を覆うカーボン層8と、カーボン層8を覆う銀ペースト層9とを備える。
なお、陽極体3上に誘電体層(多孔質部5)を介して固体電解質層7が形成されている陽極体3の部分が第2部分2であり、陽極体3上に誘電体層(多孔質部5)を介して固体電解質層7が形成されていない陽極体3の部分が第1部分1である。
陽極体3の陰極部6と対向しない領域のうち、少なくとも陰極部6に隣接する部分には、陽極体3の表面を覆うように絶縁性の分離層(または絶縁部材)12が形成され得る。これにより、陰極部6と陽極体3の露出部分(第1部分1)との接触が規制されている。分離層12は、例えば、絶縁性の樹脂層である。
図1の例では、4つのコンデンサ素子10(10a、10b)が、陰極部6(第2部分2)同士を重ねるようにして積層されている。しかしながら、陽極体3における第1部分1の向きが異なる2種類のコンデンサ素子が存在する。図1において、第1のコンデンサ素子10aは、陽極体3の第1部分1が第2部分2に対して一方向(図の右方向)を向いている。これに対し、第2のコンデンサ素子10bは、陽極体3の第1部分1が、第2部分2に対して、第1のコンデンサ素子10aの第1部分1が向く方向と反対方向(図の左方向)を向いている。第1のコンデンサ素子10aと、第2のコンデンサ素子10bとが交互に積層され、素子積層体が構成されている。
複数のコンデンサ素子10(10a、10b)において、積層方向で互いに隣り合う陰極部6は、導電性を有する接着層13を介して電気的に接続されている。接着層13の形成には、例えば、導電性接着剤が用いられる。接着層13は、例えば、銀を含む。
電解コンデンサ11は、複数のコンデンサ素子10(10a、10b)が積層された上述の素子積層体と、素子積層体を封止する外装体14と、第1の外部電極21と、第2の外部電極22と、第3の外部電極23と、を備える。素子積層体において、第1端部1aの端面は、外装体14から露出している。
外装体14は、ほぼ直方体の外形を有し、電解コンデンサ11もほぼ直方体の外形を有する。外装体14は、第1の面14aおよび第1の面14aとは反対側の第2の面14bを有する。素子積層体において、第1のコンデンサ素子10aの第1端部1aが第1の面14aを向いており(すなわち、第1端部1aが第2端部2aよりも第1の面側にある)、第2のコンデンサ素子10bの第1端部1aが第2の面14bを向いている(すなわち、第1端部1aが第2端部2aよりも第2の面側にある)。
電解コンデンサ11において、外装体14から露出する複数の第1端部1a(第1部分)のそれぞれは、第1の面14aに沿って延在する第1の外部電極21または第2の面14bに沿って延在する第2の外部電極22と電気的に接続される。この場合、電解コンデンサの陽極を形成するために、複数の第1部分1を束ねる必要がなく、複数の第1部分1を束ねるための長さを確保する必要がない。よって、複数の第1部分を束ねる場合と比べて、陽極体に占める第1部分の割合を小さくして高容量化することができる。また、第1部分によるESLの寄与が低減される。また、第3の外部電極23と第1および/または第2外部電極との離間距離を短くできるため、ESLが改善する。
電解コンデンサ11において、外装体14から露出する複数の第1端部1aの端面のそれぞれは、コンタクト層15で覆われている。陽極電極層16が、コンタクト層15および外装体14の第1の面14aおよび第2の面14bを覆っている。第1の外部電極21および第2の外部電極22が、陽極電極層16を覆っており、これにより複数の第1端部1a(第1部分)が第1または第2の外部電極と電気的に接続される。具体的に、コンタクト層15と第1の外部電極21との間に、外装体14の第1の面14aを覆う陽極電極層16が介在し、コンタクト層15と、第2の外部電極22との間に、外装体14の第2の面14bを覆う陽極電極層16が介在している。
図1の例では、素子積層体は、基板17に支持されている。基板17は、例えば、その表面および裏面に導電性の配線パターンが形成された積層基板であり、表面の配線パターンと裏面の配線パターンとはスルーホールにより電気的に接続されている。表面の配線パターンは最下層に積層されたコンデンサ素子の陰極部6と電気的に接続し、裏面の配線パターンは第3の外部電極23と電気的に接続される。よって、基板17を介して、第3の外部電極23と、素子積層体の各コンデンサ素子の陰極部6との電気的接続がされている。この場合、裏面の配線パターン次第で、第3の外部電極の個数、形状および配置を任意に設定することが可能である。第3の外部電極23は、例えばめっき処理により基板17上に形成され、第3の外部電極23を形成した基板17が一部材として取り扱われ得る。
第3の外部電極23の少なくとも一部は電解コンデンサ11の底面において露出している。第3の外部電極23の底面における露出部分は、電解コンデンサ11の陰極端子を構成する。図1の例では、2つの第3の外部電極23が、離間して設けられており、複数の領域において第3の外部電極が露出している。
第1の外部電極21の一部は、外装体14の底面に沿って折り曲げられ、電解コンデンサ11の底面において露出している。同様に、第2の外部電極22の一部は、外装体14の底面に沿って第1の外部電極21の折り曲げ部分と対向するように折り曲げられ、電解コンデンサ11の底面において露出している。第1の外部電極21および第2の外部電極22の底面における露出部分は、電解コンデンサの陽極端子を構成する。すなわち、本実施形態では、電解コンデンサ11は、離間した2つの陽極端子を有する。離間した2つの陽極端子の間に挟まれるように、陰極端子が存在し得る。
電解コンデンサ11のESLは、底面における第1の外部電極21と第3の外部電極23との離間距離L、および、底面における第2の外部電極22と第3の外部電極23との離間距離Lに依存する。上記離間距離LおよびLが短いほど、ESLが小さくなり易い。
ESLを低減するため、底面において第3の外部電極23を複数配置してもよい。この場合、複数の第3の外部電極23の一つは第1の外部電極21に近接して配置され、複数の第3の外部電極23の他の一つは第2の外部電極22に近接して配置され得る。これにより、ESLが効果的に低減され得る。離間距離LおよびLは、例えば、0.4mm~1.1mmであってもよい。
なお、「第3の外部電極を複数有する」とは、複数の離間した領域において、第3の外部電極が露出していることを意味し、複数の第3の外部電極が離間している場合に限られない。複数の第3の外部電極の2つ以上が、外装体内で連続して形成され、電気的に接続されていてもよい。
複数の第3の外部電極は、1つが上面に設けられ他の1つが底面に設けられるなど、外装体の異なる面に設けられていてもよい。
電解コンデンサ11において、第1のコンデンサ素子10aに流れる電流の向きは、第2のコンデンサ素子10bに流れる電流の向きと逆となる。このため、第1のコンデンサ素子10aに流れる電流により生じる磁界と、第2のコンデンサ素子10bに流れる電流により生じる磁界とが打ち消し合い、電解コンデンサ11に生じる磁束が減少する。結果、ESLが低減する。
一方で、第1部分1、および、第2部分2のうちコンデンサ素子同士が重ならない部分(図1において、陰極引出層で覆われていない部分)では、磁界の打ち消し効果は生じないが、本実施形態の電解コンデンサ11では、第1部分1の長さを短くすることが容易である。よって、この部分により生じるESLの寄与は低減される。さらに、第1の外部電極21および第2の外部電極が外装体14の底面に沿って延在していることにより、この部分により生じるESLの寄与を一層低減できる。これらの効果により、電解コンデンサ11のESLは、顕著に改善され得る。
以下、上記実施形態に係る電解コンデンサの構成要素について、より詳細に説明する。
(陽極体3)
陽極体は、弁作用金属、弁作用金属を含む合金、および弁作用金属を含む化合物(金属間化合物など)などを含むことができる。これらの材料は一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。弁作用金属としては、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタンなどを用いることができる。陽極体は、弁作用金属、弁作用金属を含む合金、または弁作用金属を含む化合物の箔であってもよく、弁作用金属、弁作用金属を含む合金、または弁作用金属を含む化合物の多孔質焼結体であってもよい。
陽極体に金属箔を用いる場合、通常、表面積を増やすため、陽極箔の少なくとも第2部分の表面には、多孔質部が形成される。第2部分は、芯部と、芯部の表面に形成された多孔質部とを有する。多孔質部は、陽極箔の少なくとも第2部分の表面をエッチングなどにより粗面化することにより形成してもよい。第1部分の表面に所定のマスキング部材を配置した後、エッチング処理などの粗面化処理を行うことも可能である。一方で、陽極箔の表面の全面をエッチング処理などにより粗面化処理することも可能である。前者の場合、第1部分の表面には多孔質部を有さず、第2部分の表面に多孔質部を有する陽極箔が得られる。後者の場合、第2部分の表面に加え、第1部分の表面にも多孔質部が形成される。エッチング処理としては、公知の手法を用いればよく、例えば、電解エッチングが挙げられる。マスキング部材は、特に限定されないが、樹脂などの絶縁体が好ましい。マスキング部材は、固体電解質層の形成前に取り除かれるが、導電性材料を含む導電体であってもよい。
陽極箔の表面の全面を粗面化処理する場合、第1部分の表面に多孔質部を有する。このため、多孔質部と外装体の密着性が十分でなく、多孔質部と外装体との接触部分を通じて電解コンデンサ内部に空気(具体的には、酸素および水分)が侵入する場合がある。これを抑制するため、多孔質に形成された第1部分を予め圧縮し、多孔質部の孔をつぶしておいてもよい。これにより、外装体から露出する第1端部より多孔質部を介した電解コンデンサ内部への空気の侵入、および当該空気の侵入による電解コンデンサの信頼性の低下を抑制できる。
(誘電体層)
誘電体層は、例えば、陽極体の少なくとも第2部分の表面の弁作用金属を、化成処理などにより陽極酸化することで形成される。誘電体層は弁作用金属の酸化物を含む。例えば、弁作用金属としてアルミニウムを用いた場合の誘電体層は酸化アルミニウムを含む。誘電体層は、少なくとも多孔質部が形成されている第2部分の表面(多孔質部の孔の内壁面を含む)に沿って形成される。なお、誘電体層の形成方法はこれに限定されず、第2部分の表面に、誘電体として機能する絶縁性の層を形成できればよい。誘電体層は、第1部分の表面(例えば、第1部分の表面の多孔質部上)にも形成されてもよい。
(陰極部)
陰極部は、誘電体層の少なくとも一部を覆う固体電解質層と、固体電解質層の少なくとも一部を覆う陰極引出層とを備える。
(固体電解質層)
固体電解質層は、例えば、導電性高分子を含む。導電性高分子としては、例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンおよびこれらの誘導体などを用いることができる。固体電解質層は、例えば、原料モノマーを誘電体層上で化学重合および/または電解重合することにより、形成することができる。あるいは、導電性高分子が溶解した溶液、または、導電性高分子が分散した分散液を、誘電体層に塗布することにより、形成することができる。固体電解質層は、マンガン化合物を含んでもよい。
(陰極引出層)
陰極引出層は、例えば、カーボン層および銀ペースト層を備える。カーボン層は、導電性を有していればよく、例えば、黒鉛などの導電性炭素材料を用いて構成することができる。カーボン層は、例えば、カーボンペーストを固体電解質層の表面の少なくとも一部に塗布して形成される。銀ペースト層には、例えば、銀粉末とバインダ樹脂(エポキシ樹脂など)とを含む組成物を用いることができる。銀ペースト層は、例えば、銀ペーストをカーボン層の表面に塗布して形成される。なお、陰極引出層の構成は、これに限られず、集電機能を有する構成であればよい。
(分離層)
第1部分と陰極部を電気的に分離するため、絶縁性の分離層を設けてもよい。分離層は、第1部分の表面の少なくとも一部を覆うように、陰極部に近接して設けられ得る。分離層は、第1部分および外装体と密着していることが好ましい。これにより、上記の電解コンデンサ内部への空気の侵入を抑制できる。分離層は、第1部分の上に誘電体層を介して配置されてもよい。
分離層は、例えば、樹脂を含み、後述の外装体について例示するものを用いることができる。第1部分の多孔質部に形成した誘電体層を圧縮して緻密化することで、絶縁性を持たせてもよい。
第1部分と密着する分離層は、例えば、シート状の絶縁部材(樹脂テープなど)を、第1部分に貼り付けることにより得られる。表面に多孔質部を有する陽極箔を用いる場合では、第1部分の多孔質部を圧縮して平坦化してから、絶縁部材を第1部分に密着させてもよい。シート状の絶縁部材は、第1部分に貼り付ける側の表面に粘着層を有することが好ましい。
また、液状樹脂を第1部分に塗布または含浸させて、第1部分と密着する絶縁部材を形成してもよい。液状樹脂を用いた方法では、絶縁部材は、第1部分の多孔質部の表面の凹凸を埋めるように形成される。多孔質部の表面の凹部に液状樹脂が容易に入り込み、凹部内にも絶縁部材を容易に形成することができる。液状樹脂としては、後述の第4工程で例示する硬化性樹脂組成物などを用いることができる。
(外装体)
外装体は、例えば、硬化性樹脂組成物の硬化物を含むことが好ましく、熱可塑性樹脂もしくはそれを含む組成物を含んでもよい。
外装体は、例えば、射出成形などの成形技術を用いて形成することができる。外装体は、例えば、所定の金型を用いて、硬化性樹脂組成物または熱可塑性樹脂(組成物)を、コンデンサ素子を覆うように所定の箇所に充填して形成することができる。
硬化性樹脂組成物は、硬化性樹脂に加え、フィラー、硬化剤、重合開始剤、および/または触媒などを含んでもよい。硬化性樹脂としては、熱硬化性樹脂が例示される。硬化剤、重合開始剤、触媒などは、硬化性樹脂の種類に応じて適宜選択される。
硬化性樹脂組成物および熱可塑性樹脂(組成物)としては、後述の第3工程で例示するものを用いることができる。
分離層と外装体との間の密着性の観点から、絶縁部材および外装体は、それぞれ樹脂を含むことが好ましい。外装体は、弁作用金属を含む第1部分や弁作用金属の酸化物を含む誘電体層と比べて、樹脂を含む絶縁部材と密着し易い。
分離層および外装体は、互いに同一の樹脂を含むことがより好ましい。この場合、分離層と外装体との間の密着性がさらに向上し、それにより電解コンデンサ内部への空気の侵入がさらに抑制される。分離層および外装体に含まれる互いに同一の樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂が挙げられる。
外装体の強度などを高める観点から、外装体はフィラーを含むことが好ましい。
一方、分離層は、外装体よりも粒径が小さいフィラーを含むことが好ましく、フィラーを含まないことがより好ましい。第1部分に液状樹脂を含浸させて分離層を形成する場合、液状樹脂は、外装体よりも粒径が小さいフィラーを含むことが好ましく、フィラーを含まないことがより好ましい。この場合、第1部分の多孔質部の表面の凹部の深部にまで、液状樹脂を含浸させ易く、分離層を形成し易い。また、複数のコンデンサ素子を積層可能なように、厚みの小さい分離層を形成し易い。
(コンタクト層)
コンタクト層は、陽極体の第1端部の端面を覆うように形成され得る。好ましくは、コンタクト層は、樹脂材料である外装体(および、分離層)の表面を極力覆わず、外装体から露出した第1端部の表面のみを覆うように形成され得る。
コンタクト層は、陽極体を構成する金属よりもイオン化傾向の小さい金属を含んでいてもよい。例えば陽極体がアルミニウム(Al)箔である場合、コンタクト層としては、例えば、Zn、Ni、Sn、Cu、Agを含む材料を用いることができる。この場合、コンタクト層の表面において強固な酸化膜の形成が抑制されるため、第1端部における陽極体の露出部分を直接外部電極と接続する場合と比べて、電気的接続をより確実にすることができる。
コンタクト層と陽極体との界面に、合金層が形成されていてもよい。例えば陽極体がアルミニウム(Al)箔である場合、Cu、Zn、またはAgは、原子間距離がAlと近いため、Alとの金属間結合による合金層が界面に形成され得る。これにより、陽極体との接合強度をより強固にすることができる。コンタクト層は、上記の元素の単元素金属で構成されてもよいし、青銅あるいは黄銅などの合金で構成されてもよいし、複数の異なる単元素の金属層が積層されたもの(例えば、Cu層とAg層との積層構造)であってもよい。
コンタクト層を形成する場合、外装体はフィラーを含まないか、あるいは、外装体がフィラーを含む場合、フィラーのヤング率がコンタクト層のヤング率よりも小さいことが好ましい。これにより、外装体の表面へのコンタクト層の形成が抑制され、第1端部の端面にコンタクト層が選択的に形成され得る。
コンタクト層は、例えば、コールドスプレー法、溶射、めっき、蒸着等により形成され得る。コールドスプレー法では、例えば、固体状態の金属粒子を、第1端部の露出表面を含む外装体の表面(第1の面および/または第2の面)に衝突させることにより、金属粒子を塑性変形により表面に固着させて、第1端部の端面に金属粒子を構成する金属を含むコンタクト層を形成する。この場合に、金属粒子のヤング率が外装体の構成部材(例えば、フィラー)のヤング率よりも大きい場合、外装体の表面に衝突した金属粒子は、外装体の表面で塑性変形することが抑制され、外装体の表面に固着することが抑制され得る。衝突によるエネルギーの少なくとも一部は、外装体の破壊に使用され、樹脂の一部が削り取られる。結果、陽極体の第1端部の端面に選択的にコンタクト層が形成されるとともに、外装体の表面(第1の面および/または第2の面)が粗面化され得る。
(陽極電極層)
コンタクト層と外部電極(第1の外部電極または第2の外部電極)との間に、陽極電極層を介在させてもよい。陽極電極層は、外装体の第1の面または第2の面を覆うとともに、必要に応じてコンタクト層を介して、(複数の)コンデンサ素子の第1端部と電気的に接続し得る。
陽極電極層は、導電性粒子が混入された導電性樹脂層を含んでいてもよい。導電性樹脂層は、導電性粒子および樹脂材料を含む導電性ペーストを外装体の第1の面または第2の面に塗布乾燥により形成され得る。樹脂材料は、外装体および陽極体(コンタクト層)を構成する材料との接着に適しており、化学結合(例えば、水素結合)により接合強度を高めることができる。導電性粒子としては、例えば、銀、銅などの金属粒子や、カーボンなどの導電性の無機材料の粒子を用いることができる。
陽極電極層は、金属層であってもよい。その場合、電解めっき法、無電解めっき法、スパッタリング法、真空蒸着法、化学蒸着(CVD)法、コールドスプレー法、溶射法を用いて、陽極電極層を形成してもよい。
陽極電極層は、外装体の第1および第2の面と直交する表面(例えば、上面または底面)の一部を被覆してもよい。
陽極電極層により被覆される外装体の表面の粗さRaは、5マイクロメートル以上であってもよい。この場合、陽極電極層と外装体との接触面積が増大し、アンカー効果により陽極電極層と外装体との密着性が向上し、信頼性をより高めることができる。
(外部電極)
第1~第3の外部電極は、金属層であることが好ましい。金属層は、例えば、めっき層である。金属層は、例えば、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)、銀(Ag)、および金(Au)よりなる群から選択される少なくとも1種を含む。第1~第3電極層の形成には、例えば、電解めっき法、無電解めっき法、スパッタリング法、真空蒸着法、化学蒸着(CVD)法、コールドスプレー法、溶射法などの成膜技術を用いてもよい。
第1~第3の外部電極は、例えば、Ni層と錫層との積層構造であってもよい。第1~第3の外部電極は、少なくともその外表面が、はんだとの濡れ性に優れた金属であればよい。このような金属として、たとえばSn、Au、Ag、Pd等が挙げられる。
第1および第2の外部電極については、予めSn被膜を形成したCu製のキャップを、陽極電極層に接着させることにより、外部電極を形成してもよい。
第1の外部電極と第2の外部電極とは、ともに電解コンデンサの陽極端子を構成する。電解コンデンサを基板に搭載するに際して、第1の外部電極および第2の外部電極の両方を、基板上の電極と接続する必要がある。しかしながら、第1の外部電極と第2の外部電極との間を、第1の面および第2の面以外の外装体の表面を介して、電気的に接続してもよい。この場合、電解コンデンサを基板に搭載するに際して、第1の外部電極と第2の外部電極のいずれか一方を、基板上の電極と接続すればよい。
[電解コンデンサの製造方法]
本発明の一実施形態に係る電解コンデンサは、例えば、陽極体を準備する第1工程と、複数のコンデンサ素子を得る第2工程と、複数のコンデンサ素子を積層した素子積層体を得る第3工程と、素子積層体を外装体で覆う第4工程と、第1部分の端面を形成して外装体から露出させる第5工程と、第1部分の端面を外部電極と電気的に接続させる第6工程と、を含む製造方法により製造され得る。製造方法は、さらに、陽極体の一部に分離層(絶縁部材)を配置する工程(分離層配置工程)を含んでもよい。
以下、電解コンデンサの製造方法の各工程について説明する。
(第1工程)
第1工程では、表面に誘電体層が形成された陽極体を準備する。より具体的には、一方の端部を含む第1部分と一方の端部とは反対側の他方の端部を含む第2部分とを備え、少なくとも第2部分の表面に誘電体層が形成された陽極体が準備される。第1工程は、例えば、陽極体の表面に多孔質部を形成する工程と、多孔質部の表面に誘電体層を形成する工程とを含む。より具体的には、第1工程で用いられる陽極体は、除去予定端部(上記一方の端部)を含む第1部分と、第2端部(上記他方の端部)を含む第2部分とを有する。少なくとも第2部分の表面には、多孔質部を形成することが好ましい。
陽極体の表面の多孔質部を形成する際には、陽極体の表面に凹凸を形成できればよく、例えば、陽極箔の表面をエッチング(例えば、電解エッチング)などにより粗面化することにより行ってもよい。
誘電体層は、陽極体を化成処理により形成すればよい。化成処理は、例えば、陽極体を化成液中に浸漬することにより、陽極体の表面に化成液を含浸させ、陽極体をアノードとして、化成液中に浸漬したカソードとの間に電圧を印加することにより行うことができる。陽極体の表面に多孔質部を有する場合、誘電体層は、多孔質部の表面の凹凸形状に沿って形成される。
(分離層配置工程)
分離層(絶縁部材)を備える電解コンデンサを製造する場合、分離層(絶縁部材)を配置する工程を、第1工程の後、第2工程の前に行ってもよい。この工程では、陽極体の一部に絶縁部材を配置する。より具体的には、この工程では、陽極体の第1部分の上に誘電体層を介して絶縁部材を配置する。絶縁部材は、絶縁部材は、第1部分と後工程で形成される陰極部とを隔離するように配置される。
分離層配置工程では、シート状の絶縁部材(樹脂テープなど)を、陽極体の一部(例えば、第1部分)に貼り付けてもよい。表面に多孔質部が形成された陽極体を用いる場合でも、第1部分の表面の凹凸を圧縮し平坦化することで、絶縁部材を第1部分に強固に密着させることができる。シート状の絶縁部材は、第1部分に貼り付ける側の表面に粘着層を有することが好ましい。
上記以外に、分離層配置工程では、液状樹脂を陽極体の一部(例えば、第1部分)に塗布または含浸させて絶縁部材を形成してもよい。例えば、液状樹脂を塗布または含浸させた後、硬化させればよい。この場合、第1部分に密着する絶縁部材を容易に形成することができる。液状樹脂としては、第4工程(外装体の形成)で例示する硬化性樹脂組成物、樹脂を溶媒に溶解させた樹脂溶液などを用いることができる。
陽極体の表面に多孔質部が形成されている場合、陽極体の多孔質部の表面の一部(例えば、第1部分の表面)に液状樹脂を塗布または含浸させることが好ましい。この場合、第1部分の多孔質部の表面の凹凸を埋めるように絶縁部材を容易に形成することができる。多孔質部の表面の凹部に液状樹脂が容易に入り込み、凹部内にも絶縁部材を容易に形成することができる。これにより、陽極体の表面の多孔質部が絶縁部材で保護されるため、第4工程で陽極体を外装体とともに部分的に除去する際に、陽極体の多孔質部の崩壊が抑制される。陽極体の多孔質部の表面と絶縁部材とが強固に密着しているため、第4工程で陽極体を外装体とともに部分的に除去する際に、絶縁部材が陽極体の多孔質部の表面から剥離することが抑制される。
(第2工程)
第2工程では、陽極体上に陰極部を形成してコンデンサ素子を得る。第6工程で絶縁部材を設ける場合には、第2工程で、陽極体の絶縁部材が配置されていない部分に陰極部を形成し、コンデンサ素子を得る。より具体的には、第2工程では、陽極体の第2部分の表面に形成された誘電体層の少なくとも一部を陰極部で覆う。
陰極部を形成する工程は、例えば、誘電体の少なくとも一部を覆う固体電解質を形成する工程と、固体電解質層の少なくとも一部を覆う陰極引出層を形成する工程と、を含む。
固体電解質層は、例えば、原料モノマーを誘電体層上で化学重合および/または電解重合することにより、形成することができる。また、固体電解質層は、導電性高分子を含む処理液を付着させた後、乾燥させて形成してもよい。処理液は、さらにドーパントなどの他の成分を含んでもよい。導電性高分子には、例えば、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)が用いられる。ドーパントには、例えば、ポリスチレンスルホン酸(PSS)が用いられる。処理液は、導電性高分子の分散液または溶液である。分散媒(溶媒)としては、例えば、水、有機溶媒、またはこれらの混合物が挙げられる。
陰極引出層は、例えば、固体電解質層上に、カーボン層と銀ペースト層とを順次積層することにより、形成することができる。
(第3工程)
第3工程では、複数のコンデンサ素子を積層し、素子積層体を得る。この工程では、例えば、複数のコンデンサ素子を、隣接するコンデンサ素子間で第1部分が反対側を向くように、交互に複数のコンデンサ素子の陰極部同士を導電性接着材を介して重ね合わせ、素子積層体を得る。
その後、素子積層体を、導電性接着材を介して、表面および裏面に配線パターンが形成された積層基板の上に載置する。積層基板の素子積層体が載置される側と反対側には第3の外部電極が予め形成されている。載置により、第3の外部電極は、積層基板に形成された配線パターン、および、表面の配線パターンと裏面の配線パターン都を接続するスルーホールを介して、素子積層体を構成するコンデンサ素子の陰極部と電気的に接続される。
他に、例えば、所定の形状に加工した板状の第3の外部電極を導電性のペースト等を介して、素子積層体の最下層または最上層において露出する陰極部の表面に貼り付けることにより、素子積層体と第3の外部電極との電気的接続を行ってもよい。
電解めっき法、無電解めっき法、物理蒸着法、化学蒸着法、コールドスプレー法、および/または溶射法を用いて、第3の外部電極を形成してもよい。
(第4工程)
第4工程では、素子積層体を外装体で覆う。このとき、第3の外部電極の全部が外装体で覆われず、第3の外部電極の少なくとも一部が露出するようにする。外装体は射出成形などを用いて形成することができる。外装体は、例えば、所定の金型を用いて、硬化性樹脂組成物または熱可塑性樹脂(組成物)を、素子積層体を覆うように所定の箇所に充填して形成することができる。
硬化性樹脂組成物は、硬化性樹脂に加え、フィラー、硬化剤、重合開始剤、および/または触媒などを含んでもよい。硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ジアリルフタレート、不飽和ポリエステルなどが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)などが挙げられる。熱可塑性樹脂およびフィラーを含む熱可塑性樹脂組成物を用いてもよい。
フィラーとしては、例えば、絶縁性の粒子および/または繊維などが好ましい。フィラーを構成する絶縁性材料としては、例えば、シリカ、アルミナなどの絶縁性の化合物(酸化物など)、ガラス、鉱物材料(タルク、マイカ、クレーなど)などが挙げられる。外装体は、これらのフィラーを一種含んでもよく、二種以上組み合わせて含んでもよい。
(第5工程)
第5工程では、第4工程の後、第1部分の端面を形成して、外装体から露出させる。より具体的には、素子積層体の両端部側において、少なくとも陽極体を外装体とともに部分的に除去して、少なくとも陽極体の第1端部(具体的には、第1端部の端面)を、第1の面および第2の面の両面において外装体から露出させる。第1端部を外装体から露出させる方法としては、例えば、コンデンサ素子を外装体で覆った後、外装体から第1端部が露出するように、外装体の表面を研磨したり、外装体の一部を切り離したりする方法が挙げられる。また、第1部分の一部を外装体の一部とともに切り離してもよい。この場合、多孔質部を含まず、かつ、自然酸化皮膜が形成されていない表面を有する第1端部を、外装体より容易に露出させることができ、第1部分と外部電極との間において抵抗が小さく信頼性の高い接続状態が得られる。外装体の切断方法としては、ダイシングが好ましい。これにより、切断面には第1部分の第1端部の露出端面が現れる。なお、素子積層体において第1部分の向きが異なる2種類のコンデンサ素子を有することから、第1部分の一部を外装体の一部とともに切り離す場合、2箇所で切断する必要がある。2つの切断面の一方が第1の面となり、他方が第2の面となる。
第5工程では、素子積層体の両端部側において、陽極体および絶縁部材を外装体とともに部分的に除去して、第1端部の端面および絶縁部材の端面を外装体から露出させてもよい。この場合、陽極体および絶縁部材にそれぞれ外装体から露出する面一の端面が形成される。これにより、外装体の表面と面一の陽極体の端面および絶縁部材の端面を、それぞれ、外装体から容易に露出させることができる。
第5工程により、自然酸化皮膜が形成されていない陽極体(第1端部)の端面を、外装体から容易に露出させることができ、陽極体(より具体的には、第1部分)と外部電極との間において抵抗が小さく信頼性の高い接続状態が得られる。
(第6工程)
第6工程では、外装体から露出する陽極体(第1端部)の端面を、外部電極と電気的に接続させる。この工程では、例えば、第1の外部電極を、外装体の第1の面を覆うように形成し、第2の外部電極を第2の面を覆うように形成して、それぞれの外部電極を第1端部の端面と電気的に接続させる。第1端部の端面と外部電極との電気的接続は、接合などにより行ってもよいし、電解めっき法、無電解めっき法、物理蒸着法、化学蒸着法、コールドスプレー法、および/または溶射法を用いてもよい。
第1および第2の外部電極を形成するに先立って、第1端部の端面である表面にコンタクト層を形成する工程、および/または、外装体の第1の面または第2の面を覆う陽極電極層を形成する工程を行ってもよい。陽極電極層を形成する場合、第1および第2の外部電極は、陽極電極層を覆うように形成される。
(コンタクト層を形成する工程)
コンタクト層の形成は、例えば、コールドスプレー法、溶射、めっき、蒸着等の方法により形成することができる。コンタクト層は、外装体の第1の面および第2の面を極力覆わず、第1端部の端面を選択的に覆うように形成してもよい。
コールドスプレー法を用いる場合、コンタクト層は、金属粒子を高速で第1端部の端面に衝突させることにより形成される。金属粒子は、陽極体を構成する金属よりもイオン化傾向の小さい金属の粒子であってもよい。例えば陽極体がAl箔である場合、このような金属粒子としてCu粒子が挙げられる。この場合、高速で第1端部の端面に衝突したCu粒子は、端面に形成された自然酸化膜(Al酸化膜)を突き破り、AlとCuとの金属結合が形成され得る。結果、コンタクト層と第1端部との界面には、AlとCuとの合金層が形成され得る。一方、コンタクト層の表面は、非弁作用金属であるCu層で被覆されている。Cuは、Alよりもイオン化傾向が小さいため、コンタクト層の表面は酸化され難く、外部電極(または、陽極電極層)との電気的接続を確実に行うことができる。
コールドスプレー法は、空気、窒素、ヘリウムなどの圧縮された気体により、数μm~数十μmの大きさの金属粒子を亜音速から超音速にまで加速して、固相状態のまま基材に衝突させて金属被膜を形成する技術である。コールドスプレー法における金属粒子の付着メカニズムに関しては、解明されていない部分もあるが、一般的には、金属粒子の衝突エネルギーによって、金属粒子または金属基材が塑性変形し、金属表面に新生面が露出することによって、活性化するものと考えられている。
上記コールドスプレー法において、金属粒子は、非金属材料で構成された外装体の第1および第2の面、および、分離層(絶縁部材)の端面にも衝突し得る。
金属粒子が衝突する基材が樹脂基材である場合、金属粒子と樹脂基材との結合は、主として、樹脂基材の表面の凹凸に塑性変形した金属粒子が嵌まり込むことによる、機械的な接合と考えられる。よって、樹脂基材の表面に金属を成膜するには、(ia)樹脂基材に十分な硬度を持たせて衝突のエネルギーを金属粒子の塑性変形に効率よく費やすこと、(iia)金属粒子の塑性変形が起こりやすい金属材料および加工条件を選定すること、および(iiia)衝突のエネルギーで樹脂基材が破壊されにくいこと、が条件となる。
逆に、樹脂基材に金属粒子を固着させない場合には、(ib)樹脂基材に弾性を持たせて衝突エネルギーを塑性変形のエネルギーに変換させないこと、(iib)第1端部の端面にコンタクト層を形成できる範囲内で、塑性変形の起こり難い金属材料および加工条件を選定すること、および(iiib)樹脂基材の強度を下げて、塑性変形が起こる衝撃以下で基材を破壊させること、が基本条件となる。
一般に、金属粒子のヤング率が、樹脂基材を構成する部材(例えば、フィラー)のヤング率よりも小さい場合、金属粒子の衝突時の塑性変形が促される傾向にあり、大きい場合、金属粒子の衝突時の塑性変形が抑制される傾向にある。後者の場合、金属粒子の衝突エネルギーによって樹脂基材が脆性破壊し、樹脂基材の表面が削り取られる。
よって、金属粒子(コンタクト層と言い換えてもよい)のヤング率を、樹脂基材に含まれるフィラーのヤング率より大きくすることで、金属粒子が樹脂基材に固着し難い状態を作ることができる。これにより、外装体の第1および第2の面、および、分離層(絶縁部材)の端面にコンタクト層が形成されるのが抑制され、コンタクト層を第1端部の端面に選択的に形成することが可能となる。また、外装体の第1および第2の面に金属粒子を衝突させることにより、第1および第2の面を粗面化する効果を得ることができる。
例えば、外装体にヤング率が94GPaのシリカが充填されている場合、これより大きなヤング率を持ち、かつ、Alとの接合が容易な金属粒子として、Cu粒子およびNi粒子を用いることができる。ただし、金属粒子の形状、サイズ、温度、および、樹脂材料に充填するシリカのサイズ、充填率等によっても、固着状態は変化するので、これに限定されるわけではない。
(陽極電極層を形成する工程)
陽極電極層は、第1端部の端面またはコンタクト層を覆い、外装体の第1および第2の面、および、分離層を設ける場合、分離層(絶縁部材)の端面を覆うように形成され得る。
陽極電極層は、導電性粒子および樹脂材料を含む導電性ペーストの塗布により形成してもよい。具体的には、導電性ペースト(例えば、銀ペースト)を、ディップ法、転写法、印刷法、ディスペンス法などで各端面に塗布し、その後、高温で硬化させることにより、陽極電極層を形成する。
他に、電解めっき法、無電解めっき法、スパッタリング法、真空蒸着法、化学蒸着(CVD)法、コールドスプレー法、溶射法によって、金属層である陽極電極層を形成してもよい。
[実施の形態2]
第3の外部電極は、コンデンサ素子の陰極部と電気的に接続していてもよい。第3の外部電極は、例えば、素子積層体の側面において陰極部と電気的に接続させることができる。基板17は、例えば、樹脂基板であってもよい。その場合、第3の外部電極は、素子積層体の側面においてのみ陰極部と電気的に接続している。
陰極部は、陰極引出層の側面において、例えば、陰極電極層を介して第3の外部電極と電気的に接続される。陰極電極層は、導電性粒子および樹脂材料を含む導電性ペーストの塗布により形成してもよい。具体的には、導電性ペースト(例えば、銀ペースト)を、ディップ法、転写法、印刷法、ディスペンス法などで各端面に塗布し、その後、高温で硬化させることにより、陰極電極層を形成できる。他に、電解めっき法、無電解めっき法、スパッタリング法、真空蒸着法、化学蒸着(CVD)法、コールドスプレー法、溶射法によって、金属層である陰極電極層を形成してもよい。
上述の第5工程において、陰極電極層の側面を覆う外装体を除去し、陰極電極層の側面を外装体から露出させる。外装体の除去は、例えば、外装体の表面を研磨することにより、あるいは、外装体を例えばダイシングにより切断し、陰極電極層の端面を素子積層体の側面において露出させることにより、行うことができる。これにより、電解コンデンサの側面に陰極電極層を露出させ、第3の外部電極と電気的に接続させることができる。
図3に、電解コンデンサの表面に形成される第1の外部電極21、第2の外部電極22、および第3の外部電極23のパターンの一例を示す。図3において、(A)は電解コンデンサの右側面におけるパターン、(B)は電解コンデンサの上面におけるパターン、(C)は電解コンデンサの左側面におけるパターン、(D)は電解コンデンサの下面におけるパターンを示している。右側面、上面、左側面および下面は、外装体の第1の面14aおよび第2の面14bに交差する面である。図4は、図3の電解コンデンサの外観を模式的に示す斜視図である。
図3および図4に示す例では、第1の外部電極21は、外装体の第1の面14aを覆うとともに、第1の面から連続して第1の面と交差する側面の一部を覆うように延びている。第1の面において、および、側面の一部において、第1のコンデンサの第1端部の端面が露出し、第1の外部電極が陽極引出部と電気的に接続される。同様に、第2の外部電極22は、外装体の第2の面14bを覆うとともに、第2の面から連続して第2の面と交差する側面の一部を覆うように延びている。第2の面において、および、側面の一部において、第2のコンデンサの第1端部の端面が露出し、第2の外部電極が陽極引出部と電気的に接続される。
側面における第1の外部電極21と第3の外部電極23との離間距離L、および、側面における第2の外部電極22と第3の外部電極23との離間距離Lが短いほど、ESLを低減できる。離間距離LおよびLは、例えば、0.4mm~1.1mmであってもよい。
第3の外部電極は、電解コンデンサの両側面のそれぞれに、少なくとも一つ形成され得る。図3に示すように、側面の50%以上を覆うように第3の外部電極を形成してもよい。また、下面において、第3の外部電極23は繋がっており、全体で1つの陰極端子を構成していてもよい。
電解コンデンサは、ほぼ直方体の外形を有する。電解コンデンサを上から見たとき、第1の面および第2の面が長方形の短辺に位置し、両側面が長方形の長辺に位置していてもよい。換言すると、第1の面と第2の面との間の距離は、両側面間の距離よりも長くてもよい。
図5~7は、電解コンデンサの表面に形成される第1の外部電極21、第2の外部電極22、および第3の外部電極23のパターンの別の例を示す。図5~7において、図3と同様、(A)は電解コンデンサの右側面におけるパターン、(B)は電解コンデンサの上面におけるパターン、(C)は電解コンデンサの左側面におけるパターン、(D)は電解コンデンサの下面におけるパターンを示している。
図5および図7に示すように、第3の外部電極は、下面において繋がっておらず、2つの分離した陰極端子を形成していてもよい。この場合、電解コンデンサの製造における工数を図3の構成よりも削減でき、簡易に作製することができる。
図8は、図6または図7の電解コンデンサの外観を示す斜視図である。図8に示すように、第1の外部電極21は、外装体の第1の面を覆わず、第1の面に交差する側面の一部を覆っている。同様に、第2の外部電極22は、外装体の第2の面を覆わず、第2の面に交差する側面の一部を覆っている。第1の外部電極21は、第1の面と交差する側面においてのみ第1のコンデンサの第1端部の端面と電気的に接続されている。第2の外部電極22は、第2の面と交差する側面においてのみ第2のコンデンサの第1端部の端面と電気的に接続されている。
ESLを低減するため、底面および/または側面において第3の外部電極23を複数配置してもよい。この場合、複数の第3の外部電極23の1つは第1の外部電極21に近接して配置され、複数の第3の外部電極23の他の1つは第2の外部電極22に近接して配置され得る。これにより、ESLが効果的に低減され得る。第1の外部電極21と第3の外部電極23の1つとの離間距離L、および、第2の外部電極22と第3の外部電極23の他の1つとの離間距離Lは、例えば、0.4mm~1.1mmであってもよい。
なお、「第3の外部電極が複数配置される」とは、複数の離間した領域において、第3の外部電極が露出していることを意味し、複数の第3の外部電極が離間している場合に限られない。複数の第3の外部電極の2つ以上が、外装体内で連続して形成され、電気的に接続されていてもよい。複数の第3の外部電極は、その少なくとも1つが上面に設けられ、他の少なくとも1つが底面または側面に設けられるなど、外装体の異なる面に設けられていてもよい。
図9~図12に、第3の外部電極を複数有する電解コンデンサの表面に形成される第1の外部電極21、第2の外部電極22、および第3の外部電極23のパターンの一例を示す。図9~図12は、それぞれ、図3、図5~7において、第1の面から第2の面に向かう方向に延在する1つ(図5および図7では、両側面に2つ)の第3の外部電極23を当該方向に分割し、一方を第1の外部電極21に近接して配置し、他方を第2の外部電極22に近接して配置した構成である。
実施の形態2における電解コンデンサの他の構成については、実施の形態1と同様であり、詳細な説明を割愛する。
本発明に係る電解コンデンサは、高容量であり、且つ低ESLが求められる様々な用途に利用できる。
本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。
1:第1部分(陽極引出部)
1a:第1端部
2:第2部分(陰極形成部)
2a:第2端部
3:陽極体
4:芯部
5:多孔質部
6:陰極部
7:固体電解質層
8:カーボン層
9:銀ペースト層
10:コンデンサ素子
10a:第1のコンデンサ素子
10b:第2のコンデンサ素子
11:電解コンデンサ
12:分離層(絶縁部材)
13:接着層
14:外装体
14a:外装体の第1の面
14b:外装体の第2の面
15:コンタクト層
16:陽極電極層
17:基板
21:第1の外部電極
22:第2の外部電極
23:第3の外部電極

Claims (12)

  1. 複数のコンデンサ素子が積層された素子積層体と、
    前記素子積層体を封止する外装体と、を備える電解コンデンサであって、
    前記複数のコンデンサ素子のそれぞれは、
    表面に多孔質部を有する陽極体と、
    前記多孔質部の少なくとも一部の表面に形成された誘電体層と、
    前記誘電体層の少なくとも一部を覆う陰極部と、
    前記陽極体が露出する第1端部と、
    前記陰極部で覆われた第2端部と、を有し、
    少なくとも前記第1端部の端面は、前記外装体から露出しており、
    前記複数のコンデンサ素子は、前記第1端部が前記外装体の第1の面を向いた第1のコンデンサ素子と、前記第1端部が前記外装体の前記第1の面と異なる第2の面を向いた第2のコンデンサ素子と、を有し、
    前記素子積層体において、前記第1のコンデンサ素子と前記第2のコンデンサ素子とが交互に積層され、
    前記電解コンデンサは、
    上面、底面、および、前記上面と前記底面を繋ぎ、且つ前記第1の面と前記第2の面を挟んで互いに対向する一対の側面を有し、
    前記第1の面を覆うとともに、前記第1の面から屈曲して延びて、前記第1の面を超えて前記第2の面の側に向かって前記底面に沿って延在する第1の外部電極と、
    前記第2の面を覆うとともに、前記第2の面から屈曲して延びて、前記第2の面を超えて前記第1の面の側に向かって前記底面に沿って延在する第2の外部電極と、
    第3の外部電極と、をさらに備え、
    前記第1のコンデンサ素子の前記第1端部は、前記第1の面において前記第1の外部電極と電気的に接続し、前記第2のコンデンサ素子の前記第1端部は、前記第2の面において前記第2の外部電極と電気的に接続し、
    前記第3の外部電極は、前記コンデンサ素子の前記陰極部と電気的に接続し、
    前記第3の外部電極を複数備え、
    前記第3の外部電極の1つが、前記底面において、前記第2の外部電極よりも前記第1の外部電極に近接して配置されている、電解コンデンサ。
  2. 前記第3の外部電極は、前記素子積層体の最も外側の層において前記陰極部と電気的に接続している、請求項1に記載の電解コンデンサ。
  3. 記第3の外部電極の1つが、前記一対の側面の一方から前記底面まで連続して前記外装体に沿って露出しているが、前記底面から前記一対の側面の他方までは連続して露出しておらず、且つ、前記一対の側面の一方から前記上面まで連続して延びて、前記上面の一部に露出している、請求項1または2に記載の電解コンデンサ。
  4. 前記第1端部は、コンタクト層を介して前記第1の外部電極または前記第2の外部電極と電気的に接続されている、請求項1~3のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
  5. 前記コンタクト層は、前記陽極体を構成する金属よりもイオン化傾向の小さい金属を含む、請求項4に記載の電解コンデンサ。
  6. 前記外装体はフィラーを含まないか、または、前記外装体がフィラーを含む場合、前記フィラーのヤング率は前記コンタクト層のヤング率よりも小さい、請求項4または5に記載の電解コンデンサ。
  7. 前記コンタクト層と前記陽極体との界面に、合金層が形成されている、請求項4~6のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
  8. 前記コンタクト層と、前記第1の外部電極および前記第2の外部電極の少なくとも一方との間に、前記外装体の前記第1の面または前記第2の面を覆う陽極電極層が介在している、請求項4~7のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
  9. 前記陽極電極層は、導電性粒子が混入された導電性樹脂層を含む、請求項8に記載の電解コンデンサ。
  10. 前記陽極電極層により被覆される前記第1の面および前記第2の面の少なくとも一方の表面の粗さRaは、5マイクロメートル以上である、請求項8または9に記載の電解コンデンサ。
  11. 前記第1の外部電極と前記第2の外部電極は、前記陽極体の短手方向において互いに対向している、請求項1~10のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
  12. 前記第1の外部電極と前記第2の外部電極は、前記陽極体の長手方向において互いに対向している、請求項1~10のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
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