JP4697934B2 - Electrode bonding method for solid electrolytic capacitor and solid electrolytic capacitor manufactured using the method - Google Patents
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Description
本発明は、固体電解コンデンサの電極接合方法およびその方法を使用して製造した固体電解コンデンサに関するものである。 The present invention relates to an electrode joining method for a solid electrolytic capacitor and a solid electrolytic capacitor manufactured using the method.
固体電解コンデンサはノートパソコン、デジタルスチ−ルカメラ、HDDなどに用いられ、高度情報化に伴いよりいっそうの高性能化が求められている。固体電解コンデンサは陽極箔として、表面が粗面化され、誘電体皮膜が形成されたアルミニウム箔を使用し、銅あるいはパラジウムメッキされた陽極端子に、前記アルミニウム箔を電気的に接合する構造となっている。特に固体電解コンデンサ素子の陽極部(陽極箔)と陽極端子の接合を金線によるワイヤボンディング法により行う場合には、接合性を重視して陽極端子としてパラジウムメッキ電極材が使用される。 Solid electrolytic capacitors are used in notebook personal computers, digital still cameras, HDDs, and the like, and higher performance is demanded as information is advanced. A solid electrolytic capacitor uses an aluminum foil having a roughened surface and a dielectric film as an anode foil, and the aluminum foil is electrically bonded to an anode terminal plated with copper or palladium. ing. Particularly when the anode part (anode foil) of the solid electrolytic capacitor element and the anode terminal are joined by a wire bonding method using a gold wire, a palladium-plated electrode material is used as the anode terminal with emphasis on joining properties.
これらの接合は固体電解コンデンサの高エネルギー化、小型化など性能を向上させる上で重要な要素であり、様々な開発が行われてきている。一般にアルミニウム箔とパラジウムメッキされた陽極端子との接合は、前記金線を用いたワイヤボンディングにより行われる場合が多いが、その他にも超音波を用いた様々な工法が提案されている。 These junctions are important elements for improving the performance of solid electrolytic capacitors such as high energy and miniaturization, and various developments have been made. In general, the aluminum foil and the palladium-plated anode terminal are often joined by wire bonding using the gold wire, but various other methods using ultrasonic waves have been proposed.
例えば、従来の超音波接合法として、接合面にアンビル加工(接合面に凹凸ができるように前処理加工したもの)を施し接合する技術(特許文献1)、陽極箔をいくつか重ね、陽極端子と一緒に超音波接合で仮止めし、さらにスポット溶接を施す技術(特許文献2)がある。
また、上記とは別に、2枚以上の陽極箔同士を超音波接合法により接合する技術(特許文献3)、弁金属同士を超音波接合する技術(特許文献4)(特許文献5)も提案されている。
For example, as a conventional ultrasonic bonding method, a technique (Patent Document 1) in which an anvil process is performed on a bonding surface (a pre-processing process is performed so that unevenness is formed on the bonding surface), several anode foils are stacked, and an anode terminal There is a technique (Patent Document 2) for temporarily fixing together with ultrasonic bonding and spot welding.
In addition to the above, a technique for joining two or more anode foils by ultrasonic joining (Patent Document 3) and a technique for joining valve metals to each other (Patent Document 4) (Patent Document 5) are also proposed. Has been.
これら先行技術のうち、特許文献5に対応する接合技術を図3を参照して簡単に説明すると、図3は従来公知のコンデンサ断面図である。
図3において、1は陽極箔としてのアルミニウム箔、2は前記陽極箔(アルミニウム箔)表面に形成した誘電体皮膜、3は前記誘電体皮膜2の表面に形成した高分子半導体、4は銀・カーボンペースト、5は導電性接着材、6は陰極端子、7はパラジウムメッキされた陽極端子、8は金線であり、これらは図のように接合され、さらに、外装樹脂9によって全体が被覆されている。
Of these prior arts, a joining technique corresponding to
In FIG. 3, 1 is an aluminum foil as an anode foil, 2 is a dielectric film formed on the surface of the anode foil (aluminum foil), 3 is a polymer semiconductor formed on the surface of the
上記固体電解コンデンサでは、誘電体皮膜2が形成されたアルミニウム箔1とパラジウムメッキされた陽極端子7との電気的な接合は、アルミニウム箔1の表面に形成されている誘電体皮膜2を、図3中符号10で示すように予め除去しておき、剥き出しとなったアルミニウム箔1表面と陽極端子7とを金線8を用いたワイヤーボンディン法により行っていた。
In the solid electrolytic capacitor described above, electrical bonding between the
しかし、上記のようなワイヤーボンディング法を使用する場合には、陽極箔1表面に形成した誘電体皮膜2をわざわざ除去する前処理工程が必要となり、組付け効率の面で改善の余地がある。また、金線8を接合するためにアルミニウム箔上の誘電体皮膜を除去するための余分なスペース(図3中符号L参照)が必要となり、コンデンサの小型化が困難である。
また特許文献3および特許文献4に記載のものは、金属同士を重ね合わせて超音波接合するだけで、工程的には効率が良いが、特許文献3の方法では、接合金属が同じ弁金属同士でなければ超音波接合出来ない等の問題があり、特許文献4の方法では、弁金属表面に誘電体皮膜のない領域を生成しておく必要がある。
However, when the wire bonding method as described above is used, a pretreatment process is required to bother removing the
Moreover, although the thing of
このような背景から、本発明者らは陽極箔上の誘電体皮膜を除去することなく、また弁金属同志ではないアルミニウム箔とパラジウムメッキされた陽極端子とを直接超音波接合できる新技術の研究に取り組み、その結果、新規な電極接合方法の開発に成功した。 Against this background, the present inventors have researched a new technology that can directly ultrasonically join an aluminum foil that is not a valve metal and a palladium-plated anode terminal without removing the dielectric film on the anode foil. As a result, we succeeded in developing a new electrode joining method.
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、誘電体皮膜が形成されたアルミニウム箔と、銅またはパラジウムメッキされた陽極端子とを、誘電体皮膜を挟んだ状態で重ね合わせ、所定の接合条件のもとで、超音波接合により直接接合することを特徴としている。このような直接接合法を採用することで、従来のワイヤボンディング法を使用した固体電解コンデンサに比較して、コンデンサ自体を小型化することができる。また、誘電体皮膜の除去工程を省くことができるので生産性が向上する。 The present invention has been made based on the above knowledge, and an aluminum foil on which a dielectric film is formed and an anode terminal plated with copper or palladium are overlapped with the dielectric film interposed therebetween, and predetermined bonding conditions It is characterized by direct bonding by ultrasonic bonding. By adopting such a direct bonding method, the capacitor itself can be reduced in size as compared with a solid electrolytic capacitor using a conventional wire bonding method. In addition, the productivity can be improved because the step of removing the dielectric film can be omitted.
本発明が採用した技術解決手段は、
誘電体皮膜が形成されたアルミニウム箔と、銅またはパラジウムメッキを施した陽極端子とを、直接重ね合わせた状態で、超音波の周波数は20〜40KHz、超音波接合時間は0.1s〜1.0s、振動振幅は1μm〜10μm、負荷応力は10〜100MPaである条件のもとで負荷をかけ、超音波接合により直接接合することを特徴とする固体電解コンデンサの電極接合方法である。
また、誘電体皮膜が形成されたアルミニウム箔と、銅またはパラジウムメッキを施した陽極端子とを、重ね合わせた状態で、超音波の周波数は20〜40KHz、超音波接合時間は0.1s〜1.0s、振動振幅は1μm〜10μm、負荷応力は10〜100MPaである条件のもとで負荷をかけ、超音波接合により直接接合して構成したことを特徴とする固体電解コンデンサである。
The technical solution adopted by the present invention is:
In the state where the aluminum foil on which the dielectric film is formed and the anode terminal subjected to copper or palladium plating are directly superposed , the ultrasonic frequency is 20 to 40 KHz, and the ultrasonic bonding time is 0.1 s to 1. An electrode joining method for a solid electrolytic capacitor, in which a load is applied under conditions of 0 s, a vibration amplitude is 1 μm to 10 μm, and a load stress is 10 to 100 MPa, and direct joining is performed by ultrasonic joining.
In addition, when the aluminum foil on which the dielectric film is formed and the anode terminal plated with copper or palladium are superposed, the ultrasonic frequency is 20 to 40 KHz, and the ultrasonic bonding time is 0.1 s to 1. It is a solid electrolytic capacitor characterized in that a load is applied under the conditions of 0.0 s, vibration amplitude is 1 μm to 10 μm, and load stress is 10 to 100 MPa, and direct bonding is performed by ultrasonic bonding.
従来の固体電解コンデンサの陽極箔と陽極端子の接合法は前述したような金線を介して接合するワイヤボンディング接合法が採用されてきたが、この場合、ワイヤを接合するためのスペースを陽極箔側に確保する必要があった。本開発ではワイヤを用いず超音波接合により陽極箔と陽極端子を直接接合するため、ワイヤ接合面のスペースを不要とすることが出来、固体電解コンデンサのさらなる小型化が可能である。また従来の超音波技術のように接合前に表面処理を必要とする必要が無く、また接合後の加工も不必要な、超音波接合法のみでの陽極箔と陽極端子接合を可能とする。超音波接合法のみでの陽極箔と陽極端子接合を可能とするため、生産性が向上する。 As a conventional method for joining the anode foil and anode terminal of the solid electrolytic capacitor, the wire bonding joining method for joining via the gold wire as described above has been adopted. In this case, the space for joining the wires is set as the anode foil. It was necessary to secure on the side. In this development, since the anode foil and the anode terminal are directly joined by ultrasonic joining without using a wire, the space on the wire joining surface can be eliminated, and the solid electrolytic capacitor can be further reduced in size. In addition, unlike conventional ultrasonic technology, it is not necessary to perform surface treatment before bonding, and it is possible to perform anode foil and anode terminal bonding only by the ultrasonic bonding method, which does not require processing after bonding. Since the anode foil and the anode terminal can be joined only by the ultrasonic joining method, the productivity is improved.
本発明は、固体電解コンデンサにおいて、誘電体皮膜が形成されたアルミニウム箔と、銅またはパラジウムメッキされた陽極端子とを、誘電体皮膜を挟んだ状態で重ね合わせ、所定の接合条件のもとで、超音波接合により直接接合することを特徴とする。 The present invention relates to a solid electrolytic capacitor in which an aluminum foil having a dielectric film formed thereon and an anode terminal plated with copper or palladium are superposed with a dielectric film interposed therebetween, under a predetermined joining condition. It is characterized by direct bonding by ultrasonic bonding.
以下、図面を参照して本発明に係る実施例を説明すると、図1は本実施例に係る固体電解型コンデンサの断面図である。
図1において、1は陽極箔としてのアルミニウム箔、2は前記陽極箔(アルミニウム箔)表面に形成した誘電体皮膜、3は誘電体皮膜2の表面に形成した高分子半導体、4は銀・カーボンペースト、5は導電性接着材、6は陰極端子、7はパラジウムメッキされた陽極端子であり、これらは図のように接合されている。なお、図3に対応する外装樹脂は省略された図となっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a solid electrolytic capacitor according to the present embodiment.
In FIG. 1, 1 is an aluminum foil as an anode foil, 2 is a dielectric film formed on the surface of the anode foil (aluminum foil), 3 is a polymer semiconductor formed on the surface of the
本実施例に係る固体電解コンデンサに用いる素子は、表面が粗面化され、誘電体皮膜2が形成されたアルミニウム箔1(厚み100μm)に導電性高分子としてポリピロールを形成し、さらにカーボン・銀ペーストを塗布して陰極部分を形成した。陽極部分はアルミニウム箔表面に誘電体皮膜が形成された状態になっている。陽極端子としてパラジウムメッキされた銅リード7を使用する。まずパラジウムメッキされた銅リード7をジグ上に固定し、その上に、固体電解コンデンサ素子の陽極部分を配置する。この状態で超音波ヘッドにより固体電解コンデンサ素子の陽極部分と陽極端子7を超音波により直接接合する。このように誘電体皮膜を除去することなくアルミニウム箔と陽極端子との接合部面積Sを小さくすることができる。また接合条件として超音波周波数20〜60KHz、接合時間0.1s〜1.0s、振動振幅1μm〜10μm、負荷応力10〜100MPa範囲の条件で超音波接合を行う。
The element used for the solid electrolytic capacitor according to the present example is formed by forming polypyrrole as a conductive polymer on an aluminum foil 1 (thickness: 100 μm) having a roughened surface and a
12Vで化成したアルミニウム箔を使用して作成した固体電解コンデンサの陽極部(誘電体皮膜厚み約35μm)とパラジウムメッキ銅リードとの接合実験を行った。 実験例として超音波周波数40KHz、接合時間0.5s、振動振幅5μmに固定した際の負荷応力毎の接合結果を図2に示す。
図2からも明らかなように、超音波周波数、接合時間、振動振幅を固定した場合、所定の負荷応力(負荷応力として21.5MPa〜23.7MPa)の時にのみ、接合結果として満足な状態を得ることができた。
A joining experiment was conducted between an anode portion (dielectric film thickness: about 35 μm) of a solid electrolytic capacitor formed using an aluminum foil formed at 12 V and a palladium plated copper lead. As an experimental example, FIG. 2 shows the bonding results for each load stress when the ultrasonic frequency is 40 KHz, the bonding time is 0.5 s, and the vibration amplitude is 5 μm.
As is clear from FIG. 2, when the ultrasonic frequency, the joining time, and the vibration amplitude are fixed, a satisfactory state as a joining result is obtained only at a predetermined load stress (21.5 MPa to 23.7 MPa as the load stress). I was able to get it.
同様な実験を行った結果、少なくとも、超音波周波数20〜40KHz、超音波接合時間0.1s〜1.0s、振動振幅1μm〜10μm、負荷応力10〜100MPaの範囲の時に満足する接合結果が得られた。
以上のように、本発明では従来不可能であるとされていた超音波によるアルミニウム箔とパラジウム電極リードの直接接合を、超音波接合条件を所定の範囲に設定することで初めて可能にし、この結果、従来のワイヤボンディング法による金線を不要とし、固体電解コンデンサのよりいっそうの小型化を実現できた。
As a result of the same experiment, a satisfactory joining result is obtained at least when the ultrasonic frequency is 20 to 40 KHz, the ultrasonic joining time is 0.1 s to 1.0 s, the vibration amplitude is 1 μm to 10 μm, and the load stress is 10 to 100 MPa. It was.
As described above, direct bonding of an aluminum foil and a palladium electrode lead by ultrasonic waves, which has been impossible in the present invention in the present invention, is enabled for the first time by setting ultrasonic bonding conditions within a predetermined range. Therefore, the gold wire by the conventional wire bonding method is unnecessary, and the solid electrolytic capacitor can be further downsized.
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はその精神また主要な特徴から逸脱することなく、他の色々な形で実施することができる。そのため前述の実施例は単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。更に特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。 As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention can be implemented in other various forms, without deviating from the mind and main characteristics. For this reason, the above-described embodiments are merely examples, and should not be interpreted in a limited manner. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
固体電解コンデンサの製造技術として利用できる。 It can be used as a manufacturing technology for solid electrolytic capacitors.
1 陽極箔としてのアルミニウム箔
2 陽極箔(アルミニウム箔)表面に形成した誘電体皮膜
3 誘電体皮膜の表面に形成した高分子半導体
4 銀・カーボンペースト
5 導電性接着材
6 陰極端子
7 パラジウムメッキされた陽極端子
8 金線
9 外装樹脂
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