コンデンサ及びその製造方法
【課題】 基板への接続信頼性を向上したコンデンサ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 所定の距離を隔てて対向する一対の導電体層（２１、２２）、一対の導電体層の間に介装された弁金属の酸化物からなる誘電体層（２３）、一対の導電体層に直交する方向で且つ一対の導電体層にそれぞれ届くように誘電体層を貫通して形成された多数の孔（２４）、孔に電極材料を充填して形成され導電体層の一方と接続された第１の電極（２５）及び導電体層の他方と接続された第２の電極（２６）、第１の電極と一対の導電体層の他方との間を電気的に絶縁するとともに第２の電極と一対の導電体層の一方との間を電気的に絶縁する絶縁部（２１ａ、２４ｂ）を備え、誘電体層の一対の導電体層に平行な断面において観察される、孔の直径の大きさが、誘電体層の一端側の断面位置から誘電体層の他端側の断面位置にいくにしたがってしだいに大きくなるように形成した。
【解決手段】 所定の距離を隔てて対向する一対の導電体層（２１、２２）、一対の導電体層の間に介装された弁金属の酸化物からなる誘電体層（２３）、一対の導電体層に直交する方向で且つ一対の導電体層にそれぞれ届くように誘電体層を貫通して形成された多数の孔（２４）、孔に電極材料を充填して形成され導電体層の一方と接続された第１の電極（２５）及び導電体層の他方と接続された第２の電極（２６）、第１の電極と一対の導電体層の他方との間を電気的に絶縁するとともに第２の電極と一対の導電体層の一方との間を電気的に絶縁する絶縁部（２１ａ、２４ｂ）を備え、誘電体層の一対の導電体層に平行な断面において観察される、孔の直径の大きさが、誘電体層の一端側の断面位置から誘電体層の他端側の断面位置にいくにしたがってしだいに大きくなるように形成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサ及びその製造方法に関し、詳細には、容量の増加を意図したコンデンサ及びその製造方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサの基本構造は２枚の電極板の間に誘電体を挟み込むというものであり、その容量Ｃは、次式（以下、この式を便宜的に「容量式」ということにする。）で与えられる。
【０００３】
【数１】
【０００４】
ただし、Ａは１つの電極板の面積、ｄは電極板間の距離、εは誘電体の誘電率である。
上記の容量式から、誘電率（ε）を大きくする（以下、対策１という）、電極間距離（ｄ）を小さくする（以下、対策２という）、または、電極板の面積（Ａ）を大きくする（以下、対策３という）ことによって、コンデンサの容量Ｃを増加できることがわかる。
しかしながら、対策１は誘電体材料の選択幅を狭めるという欠点があり、また、対策２は物理的な制限という欠点があり、さらに、対策３はコンデンサの小型化を損なうという欠点があり、いずれの対策も限界がある。
【０００５】
かかる限界を打破するために、たとえば、下記の特許文献１には、本件発明の先行技術として、所定の間隔で対向する一対の導電体層間に設けられた誘電体層に複数の略柱状の孔を形成し、これらの孔に電極材料を充填して第１の電極と第２の電極を形成するとともに、第１の電極を一方の導電体層のみに電気的に接続し、第２の電極を他方の導電体層のみに電気的に接続した構造のコンデンサが記載されている。
【０００６】
この先行技術において、複数の略柱状の孔が形成された誘電体層は、いわば多孔質または多孔（ｐｏｒｕｓ：ポーラス）の構造を有しているといえるから、以下、この先行技術のコンデンサのことを便宜的に「ポーラスコンデンサ」と称する。ポーラスコンデンサは、前記の対策３（電極板の面積Ａを大きくする）を発展させることによって、容量の増加を図ったものということができる。
【０００７】
つまり、ポーラスコンデンサにおける電極板の面積（Ａ）は、一対の導電体層の各々の面積をａ、第１の電極と第２の電極の各々の表面積をｂとしたとき、Ａ＝ａ＋ｂで与えられる。ポーラスコンデンサにおいてはコンデンサのサイズを大きくすることなく、第１の電極と第２の電極の各々の表面積ｂの分だけ電極板の面積（Ａ）を大きくして、容量Ｃを増やすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４４９３６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記のとおり、先行技術は、サイズを大きくすることなく、容量Ｃを増加できるという優れた利点を得ることができるが、本件発明者らの検討によって、部品の接続信頼性の点で改善すべき余地があることが判明した。
【００１０】
すなわち、コンデンサなどの電子部品は多くの場合、半田付けで基板に固定されるため、特に半田付け後の冷却の際に、電子部品と基板材料（典型的にはプラスチック）との熱収縮の違いによって応力が発生し、その応力によって半田がはがれてしまうことがあり、電子部品の接続信頼性が損なわれるという問題点がある。発明者らの検討により、前記の先行技術におけるポーラスコンデンサにおいても、同様の問題が発生することが見い出された。
【００１１】
図を用いて説明する。
図７は、先行技術におけるポーラスコンデンサの構造図である。この図において、ポーラスコンデンサ１は、所定の距離を隔てて対向する一対の導電体層（以下、第１の導電体層２及び第２の導電体層３）の間に誘電体層４を介装し、その誘電体層４に、第１の導電体層２及び第２の導電体層３に直交する方向の、同一直径且つ直線的な管形状（以下、直管形状という）の多数の孔５を形成するとともに、それらの孔５に電極材料を充填して第１の電極６と第２の電極７を形成し、さらに、第１の電極６を一方の導電体層（ここでは第１の導電体層２）のみに電気的に接続し、且つ、第２の電極７を他方の導電体層（ここでは第２の導電体層３）のみに電気的に接続して構成されている。
【００１２】
図８は、先行技術におけるポーラスコンデンサの基板実装図である。この図に示すように、ポーラスコンデンサ１は、両端に形成された対向する一対の外部電極８と基板９の電極１０との間を半田１１で接続して実装されている。
【００１３】
図９は、先行技術におけるポーラスコンデンサの応力説明図である。この図は、基板９への半田付けの際の高温環境下から冷却されていくときの熱収縮に伴って発生する応力を表しており、具体的には、白抜き矢印１２の方向でポーラスコンデンサ１の熱収縮の方向を表すとともに、同白抜き矢印１２の長さでポーラスコンデンサ１の熱収縮の量を表し、また、白抜き矢印１３の方向で基板９の熱収縮の方向を表すとともに、同白抜き矢印１３の長さで基板９の熱収縮の量を表している。
なお、熱収縮はポーラスコンデンサ１のあらゆる方向に生じ得るが、ここでは、電子部品の接続信頼性に影響を与える方向の熱収縮、すなわち、対向する一対の外部電極８の並び方向に生じる熱収縮に着目する。
【００１４】
さて、白抜き矢印１２と白抜き矢印１３の向き（熱収縮の方向）は同じであるが、長さが異なっている。つまり、ポーラスコンデンサ１の熱収縮量よりも基板９の熱収縮量の方が大きく（白抜き矢印１２＜白抜き矢印１３）なっている。この理由は、基板９の材料は典型的にはプラスチックであり、このプラスチックの熱膨張係数がポーラスコンデンサ１の熱膨張係数よりも大きいからである。
【００１５】
したがって、この熱収縮量の違いにより、ポーラスコンデンサ１と基板９との接続箇所（半田１１）に応力が発生し、この応力によって半田１１がはがれてしまうことがあり、電子部品（ポーラスコンデンサ１）の接続信頼性が損なわれるという課題があった。
【００１６】
本発明は、この課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、接続信頼性の向上を意図したコンデンサ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１記載のコンデンサは、所定の距離を隔てて対向する一対の導電体層と、前記一対の導電体層の間に介装された弁金属の酸化物からなる誘電体層と、前記一対の導電体層に直交する方向で且つ前記一対の導電体層にそれぞれ届くように前記誘電体層を貫通して形成された多数の孔と、前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の一方とそれぞれ接続された第１の電極と、前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の他方とそれぞれ接続された第２の電極と、前記第１の電極と前記導電体層の他方との間を電気的に絶縁するとともに前記第２の電極と前記導電体層の一方との間を電気的に絶縁する絶縁部とを備え、前記誘電体層の前記導電体層に平行な断面において観察される、前記孔の直径の大きさが、前記誘電体層の一端側の断面位置から前記誘電体層の他端側の断面位置にいくにしたがってしだいに大きくなるように形成したことを特徴とする。
請求項２記載のコンデンサは、所定の距離を隔てて対向する一対の導電体層と、前記一対の導電体層の間に介装された弁金属の酸化物からなる誘電体層と、前記一対の導電体層に直交する方向で且つ前記一対の導電体層にそれぞれ届くように前記誘電体層を貫通して形成された多数の孔と、前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の一方とそれぞれ接続された第１の電極と、前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の他方とそれぞれ接続された第２の電極と、前記第１の電極と前記導電体層の他方との間を電気的に絶縁するとともに前記第２の電極と前記導電体層の一方との間を電気的に絶縁する絶縁部とを備え、前記誘電体層の前記導電体層に平行な断面において観察される、前記孔の直径の大きさが、前記誘電体層の一端側の断面位置よりも前記誘電体層の他端側の断面位置が大きくなるように形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、誘電体層の前記導電体層に平行な断面において観察される、前記孔の直径の大きさ、すなわち当該孔に充填された電極の直径の大きさが、前記誘電体層の一端の断面位置から前記誘電体層の他端の断面位置にいくにしたがってしだいに大きくなるように形成した。または、誘電体層の前記導電体層に平行な断面において観察される、前記孔の直径の大きさ、すなわち当該孔に充填された電極の直径の大きさが、前記誘電体層の一端側の断面位置よりも前記誘電体層の他端側の断面位置が大きくなるように形成した。したがって誘電体層の前記他端が半田付けする基板側になるように実装することでポーラスコンデンサ本体と基板の熱膨張係数の差に伴って発生する基板固定箇所への応力を緩和でき、半田のはがれを防止できるので接続信頼性を向上したポーラスコンデンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係わるコンデンサの構成図である。
【図２】外部電極を含むポーラスコンデンサ２０の構造図である。
【図３】孔２４の形状を確認する方法を説明する図である。
【図４】実施形態のポーラスコンデンサ２０の実装図である。
【図５】実施形態における製造方法の一部概念図である。
【図６】片面の外部電極を形成したポーラスコンデンサ２０を示す図である。
【図７】先行技術におけるポーラスコンデンサの構造図である。
【図８】先行技術におけるポーラスコンデンサの基板実装図である。
【図９】先行技術におけるポーラスコンデンサの応力説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、実施形態に係わるコンデンサの構成図である。以下、冒頭の先行技術に合わせて実施形態のコンデンサについても「ポーラスコンデンサ」と称することにする。
実施形態のポーラスコンデンサ２０も、所定の距離を隔てて対向する一対の導電体層（以下、第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２）の間に誘電体層２３を介装し、その誘電体層２３に、第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２に直交する方向の多数の孔２４を形成するとともに、それらの孔２４に電極材料を充填して第１の電極２５と第２の電極２６を形成し、さらに、第１の電極２５を一方の導電体層（ここでは第１の導電体層２１）のみに電気的に接続し、且つ、第２の電極２６を他方の導電体層（ここでは第２の導電体層２２）のみに電気的に接続して構成する点で、冒頭（先行技術）のポーラスコンデンサ１と共通する。
【００２１】
ここで、図面の三軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向）を定義する。Ｘ軸は第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２の一側辺に沿った方向、Ｙ軸は第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２の一側辺に直交する他側辺に沿った方向であり、Ｚ軸は第１の導電体層２１と第２の導電体層２２の対向方向である。
【００２２】
なお、図１において、第１の電極２５の第２の導電体層２２と接続されていない側の孔２４は空隙２４ａとして残されており、同様に、第２の電極２６の第１の導電体層２１と接続されていない側の孔２４も空隙２４ｂとして残されている。これらの空隙２４ａ、２４ｂは、「第１の電極２５を一方の導電体層（ここでは第１の導電体層２１）のみに電気的に接続し、且つ、第２の電極２６を他方の導電体層（ここでは第２の導電体層２２）のみに電気的に接続」するためのものである。つまり、空隙２４ａ、２４ｂはかかる選択的接続を行うための絶縁部として機能する。
【００２３】
前記の先行技術との相違点は孔２４の形状にある。すなわち、先行技術（図７参照）のポーラスコンデンサ１の孔５は直管形状になっている。具体的には、誘電体層４の両面に形成された導電体層（第１の導電体層２及び第２の導電体層３）に平行な断面において観察される孔５の直径の大きさが、誘電体層４の一端側の断面位置（図７の第１の導電体層２と接する付近の誘電体層４の断面）から誘電体層４の他端側の断面位置（図７の第２の導電体層３と接する付近の誘電体層４の断面）までほぼ同一径を有する形状になっており、要するに、孔５の電極伸長方向に平行な断面が矩形状になっている。
【００２４】
これに対して、図１に示す本実施形態の孔２４の形状は、以下に詳述するように、直管形状ではなく、テーパー状または略テーパー状若しくはテーパー状とみなせる類似形状になっている点で相違する。
【００２５】
つまり、誘電体層２３の両面に形成された導電体層（第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２）に平行な断面において観察される孔２４の直径が、前記誘電体層２３の一端側の断面位置（図１の第２の導電体層２２と接する付近の誘電体層の断面）から前記誘電体層２３の他端側の断面位置（図１の第１の導電体層２１と接する付近の誘電体層の断面）にかけて徐々に大きくなっている点で相違し、要するに、図１の孔２４の電極方向に平行なＺ方向の断面の形状がテーパー状または略テーパー状若しくはテーパー状とみなせる類似形状になっている点で前記の先行技術と相違している。
【００２６】
なお、ここでいう略テーパー状という表現は、片側だけにテーパーがついているものや、テーパーが不均一だが両端位置を直線で結べばテーパー形状になるもののことをいう。また、テーパー状とみなせる類似形状とは、緩やかな段差をもって徐々に孔の径が小さくなる形状が含まれる。
【００２７】
また、上記の孔２４に電極材料を充填して、一方の導電体層（ここでは第１の導電体層２１）のみに電気的に接続する第１の電極２５と、他方の導電体層（ここでは第２の導電体層２２）のみに電気的に接続する第２の電極２６とを形成し、それらの第１の電極２５と第２の電極２６とを交互（またはランダム）に配置している。
このため、結局のところ、これらの第１の電極２５及び第２の電極２６の形状についても、孔２４と同様の形状となる。すなわち、誘電体層２３の両面に形成された導電体層（第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２）に平行な断面において観察される、電極（第１の電極２５と第２の電極２６）の直径が、前記誘電体層２３の一端側の断面位置（図１の第２の導電体層２２と接する付近の誘電体層の断面）から前記誘電体層２３の他端側の断面位置（図１の第１の導電体層２１と接する付近の誘電体層の断面）にかけて徐々に径が大きくなっている。要するに、図１の第１の電極２５または第２の電極２６のＺ方向の断面形状もテーパー状または略テーパー状若しくはテーパー状とみなせる類似形状になっている点で前記の先行技術と相違している。
【００２８】
なお、各部の好ましい材料を列挙すると、第１の導電体層２１と第２の導電体層２２には金属全般（Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｆｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｌなど）を用いることができる。誘電体層２３には基材として弁金属（Ａｌ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｚｎ，Ｗ，Ｓｂなど）を陽極酸化して形成した酸化物および／またはそれらを含む合金を陽極酸化して形成した酸化物を用いることができる。第１の電極２５と第２の電極２６にはメッキ可能な金属全般（Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｆｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｐｔなど）やこれらの合金を用いることができる。
【００２９】
また、図示の構造では、「第１の電極２５を一方の導電体層（ここでは第１の導電体層２１）のみに電気的に接続し、且つ、第２の電極２６を他方の導電体層（ここでは第２の導電体層２２）のみに電気的に接続」するために、第１の電極２５と第２の導電体層２２との間に空隙２４ａ（孔２４の一部を空にしたもの）を設けるとともに、第２の電極２６と第１の導電体層２１との間にも同様の空隙２４ｂを設けているが、この態様に限定されない。要は、第１の電極２５と第２の導電体層２２との間の電気的な接続を遮断（絶縁）できるとともに、第２の電極２６と第１の導電体層２１との間の電気的な接続を遮断（絶縁）できる絶縁態様になっていればよい。たとえば、空隙２４ａ、２４ｂを任意の絶縁体（誘電体を含む）で埋める態様であってもよい。
【００３０】
また、ポーラスコンデンサ２０の各部の寸法の一例を示すと、第１の導電体層２１と第２の導電体層２２の間隔（誘電体層２３の厚さでもある）は数１００ｎｍ〜数１００μｍ、第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２の厚さは数１０ｎｍ〜数μｍである。また、第１の電極２５及び第２の電極２６は、最小径が約３０ｎｍ程度で最大径が数５０ｎｍ程度、長さが数１００ｎｍ〜数１００μｍ、隣接する電極との間隔が数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ程度となっている。また、空隙２４ａ、２４ｂのＺ軸方向の厚みが数１０ｎｍ〜数１０μｍ程度となっている。
【００３１】
図２は、外部電極を含むポーラスコンデンサ２０の構造図である。この図に示すように、ポーラスコンデンサ２０は、全体が絶縁フィルム２７（外装保護材）で被覆され、さらに、この絶縁フィルム２７の所定位置に設けられた開口から引き出されたリード線２８、２９を、ポーラスコンデンサ２０の両端に形成された外部電極３０、３１に接続している。絶縁フィルム２７には、たとえば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、樹脂、金属酸化物などを用いることができ、その厚さは数１０ｎｍ〜数１０μｍ程度とすることができる。
【００３２】
次に、誘電体層２３の両面に形成された前記導電体層（第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２）に平行な断面において観察される、前記孔２４の直径の大きさが、前記誘電体層２３の一端側の断面位置から前記誘電体層２３の他端側の断面位置にいくにしたがって大きくなる形状は、次のような方法で確認することができる。
【００３３】
図３は、孔２４の形状を確認する方法を説明する図である。
まず、（ａ）に示すように、図１のポーラスコンデンサ２０をＸＹ面に沿った平面で機械研磨すると、第１の導電体層２１の厚みが徐々に減っていく。そして、ある時点に達すると（ｂ）に示すように、第１の導電体層２１の厚みがゼロとなって誘電体層２３の表面が露出するので、この時点で一端研磨を止め、この時点の断面を誘電体層２３の一端側の断面位置とし、Ｚ軸上方から断面を俯瞰して走査型電子顕微鏡などによって孔２４の最大径を測定する。この際注意すべきことは、前記孔２４が同一方向に歪んだ楕円形状になっていないことである。もし、このような形状であったときは、断面の方向が傾いている可能性があるので再度研磨をおこなって調整する。同一面内の任意の孔をｎ個（ｎは統計的に測定面を代表するように定めればよい。たとえば、ｎ＝３００）測定する。明らかに研磨の不備などの特殊な要因があって、孔２４がつぶれていたり平均的でない大きな孔２４となっていたりする形状のものは測定値から除外する。
【００３４】
１回目（図３（ｂ））の測定後、同一の試料をさらに同じ方向から同じ方法で研磨再開する。そして、（ｃ）に示すように、第２の導電体層２２に達する直前、なおかつ前記の孔２４が研磨面の全域に露出した時点で研磨を止め、この時点の断面を誘電体層２３の他端側の断面位置とし、Ｚ軸上方から断面を俯瞰して走査型電子顕微鏡などによって孔２４の最大径を測定する。測定箇所はｎ＝３００としこれを２回目の測定とする。この際注意すべきことは１回目の測定と同様である。１回目に測定を行った孔２４が存在していた付近の孔２４を測定するのが望ましいが、かならずしも１対１に対応させる必要はない。また、機械研磨をしていく方向は第２の導電体層２２の側から始めてもよい。
【００３５】
次いで、得られた測定データのそれぞれの平均値を算出する。１回目（図３（ｂ））と２回目（図３（ｃ））の測定値の平均値の差、またはその差の絶対値を算出すれば孔２４の直径の大きさが誘電体層２３の一方向にいくにしたがって大きくなることが確認できる。なお、孔２４の直径の大きさが誘電体層２３の一方向にいくにしたがって小さくなる場合は、その反対方向から研磨を開始して断面観察を進めたものとみなせばよい。
【００３６】
この測定をおこなうポーラスコンデンサ２０のサンプル数は、たとえば５個程度でもよい。データを測定した後、得られた５つのデータのなかで最大値と最小値のデータを除外した３個のデータに限定して評価すれば、間違えて不良品を測定するなどの特殊な要因を排除することができる。
【００３７】
具体的に得られたデータの一例を以下の表に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
孔２４が大きくなったかどうかの判定がつきにくいときは、標準偏差や分散値を算出し、平均値の差の有無について有意差検定（危険率５％）などにより判定すればよい。
【００４０】
なお、図１のＺ軸に平行な面でポーラスコンデンサ２０を切断し、その切断面にある孔２４を、断面の垂直方向上方から走査型電子顕微鏡などによって観察するようにしてもよい。同顕微鏡画像から、孔２４またはそこに充填された電極（第１の電極２５及び第２の電極２６）の形状として、テーパー状または略テーパー状若しくはテーパー状とみなせる類似形状になっていることを目視確認することができる。
【００４１】
実施形態のポーラスコンデンサ２０は、その後、通常その対向する２つの主面を覆うように外部電極（図２の外部電極３０、３１参照）を形成し、基板（図４の基板３４参照）に半田付け実装して実用される。このような実用の際に、以下の理由により、接続信頼性の向上を図ることができる。
たとえば、誘電体層２３の材料を熱膨張係数が４ｐｐｍ／ＫのＡｌ２Ｏ３とし、また、電極（第１の電極２５及び第２の電極２６）の材料を熱膨張係数が１３ｐｐｍ／ＫのＮｉとする。さらに、基板３４の材料を熱膨張係数が数１０〜数１００ｐｐｍ／Ｋのプラスチックとする。ここで、ｐｐｍは、１００万分のいくらであるかという割合を示す単位（パーツ・パー・ミリオン）である。
【００４２】
図２において、ポーラスコンデンサ２０に形成された孔２４には、当該孔２４の内部に、たとえば、Ｎｉ電極（第１の電極２５及び第２の電極２６）が充填される。ポーラスコンデンサ２０において、これらのＮｉ電極（第１の電極２５及び第２の電極２６）は、他端側（第１の導電体層２１の側）で最も多くの体積を占有し、一端側（第２の導電体層２２の側）で最も少ない体積を占有している。誘電体層２３がＡｌ２Ｏ３である場合、熱膨張係数は上記のように金属であるＮｉ電極（第１の電極２５及び第２の電極２６）のほうが大きいので、高温環境下から冷えるときにポーラスコンデンサ２０に生じる熱収縮量は、一端側（第１の導電体層２１の側）で最大、他端側（第２の導電体層２２の側）で最小となる。この様子を図２において白抜き矢印３２、３３で示した。つまり、白抜き矢印３２は、一端側（第１の導電体層２１の側）の大きな熱収縮量を示し、白抜き矢印３３は、他端側（第２の導電体層２２の側）の小さな熱収縮量を示している。
【００４３】
図４は、実施形態のポーラスコンデンサ２０の実装図である。この図に示すように、実施形態のポーラスコンデンサ２０は、熱収縮量が大きい側の面を基板３４への実装面としている。つまり、基板３４に実装する際には、図２のポーラスコンデンサ２０を“上下逆さま”にした状態で、その両端の外部電極３０、３１と基板３４の電極３５との間を半田３６で接続する。
【００４４】
図４のように基板３４に実装した場合、半田３６が高温で固着したあと冷却していくときの一対の外部電極３０、３１の方向における熱収縮量を考えてみる。ブラスチックからなる基板３４の熱収縮量は最も大きい（白抜き矢印３７参照）から、ポーラスコンデンサ２０に対して収縮する方向の応力が発生する。しかし、白抜き矢印３２、３３で示すようにポーラスコンデンサ２０は、基板３４への実装面側でＮｉ電極の体積の占有が多いため、基板３４への実装面側の熱収縮量が大きくなっている（白抜き矢印３２＞白抜き矢印３３）。
【００４５】
したがって、図４と図９とを比べてみても明らかなように、ポーラスコンデンサ２０の基板３４への実装面側では、従来のポーラスコンデンサ１に比べて、実装相手の基板３４との熱収縮量の差異が少なくなるので、両者を固着する半田３６に生じる応力は小さくなる。よって、本実施形態のポーラスコンデンサ２０は熱収縮量の差異による応力で生じる半田３６のはがれなどによる接続不良を改善することができ、接続信頼性を向上することができる。
【００４６】
したがって、実施形態における構成上のポイントは、「誘電体層２３の両面に形成された前記導電体層（第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２）に平行な断面に露出する、前記孔２４の直径の大きさが、前記誘電体層２３の一端側の断面位置から前記誘電体層２３の他端側の断面位置にいくにしたがって大きくなっている」ことにあるといえる。このポイントを備えることによって、誘電体層２３の一端側の断面位置における熱収縮量に対して、誘電体層２３の他端側の断面位置における熱収縮量を大きくすることができ、この熱収縮量が大きい方の面を基板３４への実装面とすることにより、基板３４の熱収縮量との差を縮め、基板３４との接続箇所（半田３６）への応力を緩和して接続不良の解消を図ることができる。
なお、上記のポイントでは、「・・・・前記孔２４の直径の大きさが前記誘電体層２３の一端側の断面位置から前記誘電体層２３の他端側の断面位置にいくにしたがって大きくなっている」としているが、これは、実施形態のベストモードである。これ以外にも、たとえば、「・・・・前記孔２４の直径の大きさが前記誘電体層２３の一端側の断面位置よりも前記誘電体層２３の他端側の断面位置が大きくなっている」という態様、すなわち、孔２４の径が段階的に変化する態様であってもよい。
【００４７】
一般にポーラスコンデンサの製造方法としては特許文献1の実施例１などが知られている。以下に本発明のポイントとなる構成を実現するための製造方法について説明する。
図５（ａ）は、アルミ基体などに対して陽極酸化によって孔を形成する際の製造方法の一部概念図である。誘電体層２３の両面に形成された前記導電体層（第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２）に平行な断面に露出する、前記孔２４の直径の大きさが、前記誘電体層２３の一端側の断面位置から前記誘電体層２３の他端側の断面位置にいくにしたがって大きくなるという形状は、断面の方向を変えると図５（ａ）のような形状となる。すなわち、図５（ａ）に示すように、孔２４の形状は孔２４の深さ方向の断面からみるとテーパー状であるといえる。このような形状にするためには、誘電体層２３に孔２４を形成する際の陽極酸化条件を制御すればよい。
【００４８】
たとえば、陽極酸化条件として溶液を高温にして陽極酸化をすれば全体に反応速度は速くなる。その一方で、早くなった陽極酸化の反応速度に対して液の循環が間に合わない。この傾向は孔２４の位置が深くなるほど顕著になり、溶液とアルミ基材との接触プロセスが反応律速となるので孔２４の深さ方向の断面がテーパー形状となる。具体的には、陽極酸化条件としてシュウ酸０．１ｍｏｌ／ｌ、３０℃、４０Ｖ、溶液浸漬時間１２時間などとしてやればよい。
【００４９】
図５（ｂ）は、陽極酸化による孔形成の実施形態における他の製造方法の一部概念図である。一旦、孔２４の形状を孔２４の深さ方向の断面からみてテーパーのない状態（実線の状態）に形成した後、孔の表面に存在するＡｌ２Ｏ３を溶解する溶液に浸漬すると、溶液の循環が反応律速となるので、孔２４の入り口ほど溶解が早く進行する（矢印３９〜４４参照）。このようにして孔２４の形をテーパー形状に形成することが可能となる。具体的にはまず、孔２４をテーパーのない状態に形成するために、陽極酸化条件としてシュウ酸０．３ｍｏｌ／ｌ、１０℃、４０Ｖ、溶液浸漬時間２４時間とすればよい。その後孔２４の入り口ほど溶解が早く進行するように、たとえば５ｗｔ％の燐酸溶液に浸漬して前記Ａｌ２Ｏ３を溶解すればよい。
【００５０】
このようにして、誘電体層２３に孔２４を形成する際の陽極酸化条件などを制御することにより、孔２４の深さ方向の断面形状をテーパー状にすることができる。すなわち、誘電体層２３の両面に形成された前記導電体層（第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２）に平行な断面において観察される、孔２４の直径の大きさが、前記誘電体層２３の一端側の断面位置（図１の第２の導電体層２２と接する付近の誘電体層の断面）から前記誘電体層２３の他端の断面位置（図１の第１の導電体層２１と接する付近の誘電体層の断面）にかけて徐々に径が大きくなるようにできる。
【００５１】
なお、前述したとおり、孔２４の形状は断面テーパー状に限定されない。略テーパー状やテーパー状とみなせる類似形状であってもよい。略テーパー状とは断面から見たときに片側だけにテーパーがついている形状を含むものであり、類似形状としては、たとえば、段差をもって徐々に径が小さくなる形状が考えられる。製造のしやすさなどを考慮して適切な形状を選択すればよい。
【００５２】
また、基板３４に当該部品（ポーラスコンデンサ２０）を実装するときに図１の第１の導電体層２１の側が基板３４側になるように方向を決めて実装する方法としては、次のような方法がある。
【００５３】
たとえば、外部電極３０、３１を形成した後に、第１の導電体層２１の主面にあるリード線２８の形状を、対向する面にあるリード線２９と違ったものにして、実装時にこのリード線２８、２９の差異を判断して、基板実装方向を決めてもよい。また、たとえば、第１の導電体層２１と第２の導電体層２２を形成するときのスパッタ条件を変えて、第１の導電体層２１と第２の導電体層２２の各々の反射率をそれぞれ異なるものにしておいもよい。こうすることによって、センサーによる自動認識で方向を整えた後に基板３４に適正な方向で実装することができる。
【００５４】
また、たとえば、基板３４への実装面側のみに外部電極を形成してもよい。
図６は、片面の外部電極を形成したポーラスコンデンサ２０を示す図である。この図に示すように、外部電極３０ａ、３１ａは、ポーラスコンデンサ２０の一方面側（第１の導電体層２１の面側）にだけ形成されており、この“一方面側”は、前記のとおり、基板３４への実装面であるから、基板３４へのポーラスコンデンサ２０の実装工程において、どちらの面を実装面とすべきか戸惑うことがない。図６のような片面配置の外部電極３０ａ、３１ａは、一般的に知られる方法。すなわち、外部電極用ペースト中にポーラスコンデンサの一端部をディップしてペーストを付着させ、乾燥し、焼成することによって形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、容量の増加を意図したコンデンサ及びその製造方法に好適である。特に、ポーラスコンデンサに適用した場合、基板への接続信頼性の向上を図ることができ、極めて有効である。
【符号の説明】
【００５６】
２０ ポーラスコンデンサ（コンデンサ）
２１ 第１の導電体層（導電体層）
２２ 第２の導電体層（導電体層）
２３ 誘電体層
２４ 孔
２４ａ 空隙（絶縁部）
２４ｂ 空隙（絶縁部）
２５ 第１の電極
２６ 第２の電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサ及びその製造方法に関し、詳細には、容量の増加を意図したコンデンサ及びその製造方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサの基本構造は２枚の電極板の間に誘電体を挟み込むというものであり、その容量Ｃは、次式（以下、この式を便宜的に「容量式」ということにする。）で与えられる。
【０００３】
【数１】
【０００４】
ただし、Ａは１つの電極板の面積、ｄは電極板間の距離、εは誘電体の誘電率である。
上記の容量式から、誘電率（ε）を大きくする（以下、対策１という）、電極間距離（ｄ）を小さくする（以下、対策２という）、または、電極板の面積（Ａ）を大きくする（以下、対策３という）ことによって、コンデンサの容量Ｃを増加できることがわかる。
しかしながら、対策１は誘電体材料の選択幅を狭めるという欠点があり、また、対策２は物理的な制限という欠点があり、さらに、対策３はコンデンサの小型化を損なうという欠点があり、いずれの対策も限界がある。
【０００５】
かかる限界を打破するために、たとえば、下記の特許文献１には、本件発明の先行技術として、所定の間隔で対向する一対の導電体層間に設けられた誘電体層に複数の略柱状の孔を形成し、これらの孔に電極材料を充填して第１の電極と第２の電極を形成するとともに、第１の電極を一方の導電体層のみに電気的に接続し、第２の電極を他方の導電体層のみに電気的に接続した構造のコンデンサが記載されている。
【０００６】
この先行技術において、複数の略柱状の孔が形成された誘電体層は、いわば多孔質または多孔（ｐｏｒｕｓ：ポーラス）の構造を有しているといえるから、以下、この先行技術のコンデンサのことを便宜的に「ポーラスコンデンサ」と称する。ポーラスコンデンサは、前記の対策３（電極板の面積Ａを大きくする）を発展させることによって、容量の増加を図ったものということができる。
【０００７】
つまり、ポーラスコンデンサにおける電極板の面積（Ａ）は、一対の導電体層の各々の面積をａ、第１の電極と第２の電極の各々の表面積をｂとしたとき、Ａ＝ａ＋ｂで与えられる。ポーラスコンデンサにおいてはコンデンサのサイズを大きくすることなく、第１の電極と第２の電極の各々の表面積ｂの分だけ電極板の面積（Ａ）を大きくして、容量Ｃを増やすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４４９３６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記のとおり、先行技術は、サイズを大きくすることなく、容量Ｃを増加できるという優れた利点を得ることができるが、本件発明者らの検討によって、部品の接続信頼性の点で改善すべき余地があることが判明した。
【００１０】
すなわち、コンデンサなどの電子部品は多くの場合、半田付けで基板に固定されるため、特に半田付け後の冷却の際に、電子部品と基板材料（典型的にはプラスチック）との熱収縮の違いによって応力が発生し、その応力によって半田がはがれてしまうことがあり、電子部品の接続信頼性が損なわれるという問題点がある。発明者らの検討により、前記の先行技術におけるポーラスコンデンサにおいても、同様の問題が発生することが見い出された。
【００１１】
図を用いて説明する。
図７は、先行技術におけるポーラスコンデンサの構造図である。この図において、ポーラスコンデンサ１は、所定の距離を隔てて対向する一対の導電体層（以下、第１の導電体層２及び第２の導電体層３）の間に誘電体層４を介装し、その誘電体層４に、第１の導電体層２及び第２の導電体層３に直交する方向の、同一直径且つ直線的な管形状（以下、直管形状という）の多数の孔５を形成するとともに、それらの孔５に電極材料を充填して第１の電極６と第２の電極７を形成し、さらに、第１の電極６を一方の導電体層（ここでは第１の導電体層２）のみに電気的に接続し、且つ、第２の電極７を他方の導電体層（ここでは第２の導電体層３）のみに電気的に接続して構成されている。
【００１２】
図８は、先行技術におけるポーラスコンデンサの基板実装図である。この図に示すように、ポーラスコンデンサ１は、両端に形成された対向する一対の外部電極８と基板９の電極１０との間を半田１１で接続して実装されている。
【００１３】
図９は、先行技術におけるポーラスコンデンサの応力説明図である。この図は、基板９への半田付けの際の高温環境下から冷却されていくときの熱収縮に伴って発生する応力を表しており、具体的には、白抜き矢印１２の方向でポーラスコンデンサ１の熱収縮の方向を表すとともに、同白抜き矢印１２の長さでポーラスコンデンサ１の熱収縮の量を表し、また、白抜き矢印１３の方向で基板９の熱収縮の方向を表すとともに、同白抜き矢印１３の長さで基板９の熱収縮の量を表している。
なお、熱収縮はポーラスコンデンサ１のあらゆる方向に生じ得るが、ここでは、電子部品の接続信頼性に影響を与える方向の熱収縮、すなわち、対向する一対の外部電極８の並び方向に生じる熱収縮に着目する。
【００１４】
さて、白抜き矢印１２と白抜き矢印１３の向き（熱収縮の方向）は同じであるが、長さが異なっている。つまり、ポーラスコンデンサ１の熱収縮量よりも基板９の熱収縮量の方が大きく（白抜き矢印１２＜白抜き矢印１３）なっている。この理由は、基板９の材料は典型的にはプラスチックであり、このプラスチックの熱膨張係数がポーラスコンデンサ１の熱膨張係数よりも大きいからである。
【００１５】
したがって、この熱収縮量の違いにより、ポーラスコンデンサ１と基板９との接続箇所（半田１１）に応力が発生し、この応力によって半田１１がはがれてしまうことがあり、電子部品（ポーラスコンデンサ１）の接続信頼性が損なわれるという課題があった。
【００１６】
本発明は、この課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、接続信頼性の向上を意図したコンデンサ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１記載のコンデンサは、所定の距離を隔てて対向する一対の導電体層と、前記一対の導電体層の間に介装された弁金属の酸化物からなる誘電体層と、前記一対の導電体層に直交する方向で且つ前記一対の導電体層にそれぞれ届くように前記誘電体層を貫通して形成された多数の孔と、前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の一方とそれぞれ接続された第１の電極と、前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の他方とそれぞれ接続された第２の電極と、前記第１の電極と前記導電体層の他方との間を電気的に絶縁するとともに前記第２の電極と前記導電体層の一方との間を電気的に絶縁する絶縁部とを備え、前記誘電体層の前記導電体層に平行な断面において観察される、前記孔の直径の大きさが、前記誘電体層の一端側の断面位置から前記誘電体層の他端側の断面位置にいくにしたがってしだいに大きくなるように形成したことを特徴とする。
請求項２記載のコンデンサは、所定の距離を隔てて対向する一対の導電体層と、前記一対の導電体層の間に介装された弁金属の酸化物からなる誘電体層と、前記一対の導電体層に直交する方向で且つ前記一対の導電体層にそれぞれ届くように前記誘電体層を貫通して形成された多数の孔と、前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の一方とそれぞれ接続された第１の電極と、前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の他方とそれぞれ接続された第２の電極と、前記第１の電極と前記導電体層の他方との間を電気的に絶縁するとともに前記第２の電極と前記導電体層の一方との間を電気的に絶縁する絶縁部とを備え、前記誘電体層の前記導電体層に平行な断面において観察される、前記孔の直径の大きさが、前記誘電体層の一端側の断面位置よりも前記誘電体層の他端側の断面位置が大きくなるように形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、誘電体層の前記導電体層に平行な断面において観察される、前記孔の直径の大きさ、すなわち当該孔に充填された電極の直径の大きさが、前記誘電体層の一端の断面位置から前記誘電体層の他端の断面位置にいくにしたがってしだいに大きくなるように形成した。または、誘電体層の前記導電体層に平行な断面において観察される、前記孔の直径の大きさ、すなわち当該孔に充填された電極の直径の大きさが、前記誘電体層の一端側の断面位置よりも前記誘電体層の他端側の断面位置が大きくなるように形成した。したがって誘電体層の前記他端が半田付けする基板側になるように実装することでポーラスコンデンサ本体と基板の熱膨張係数の差に伴って発生する基板固定箇所への応力を緩和でき、半田のはがれを防止できるので接続信頼性を向上したポーラスコンデンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係わるコンデンサの構成図である。
【図２】外部電極を含むポーラスコンデンサ２０の構造図である。
【図３】孔２４の形状を確認する方法を説明する図である。
【図４】実施形態のポーラスコンデンサ２０の実装図である。
【図５】実施形態における製造方法の一部概念図である。
【図６】片面の外部電極を形成したポーラスコンデンサ２０を示す図である。
【図７】先行技術におけるポーラスコンデンサの構造図である。
【図８】先行技術におけるポーラスコンデンサの基板実装図である。
【図９】先行技術におけるポーラスコンデンサの応力説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、実施形態に係わるコンデンサの構成図である。以下、冒頭の先行技術に合わせて実施形態のコンデンサについても「ポーラスコンデンサ」と称することにする。
実施形態のポーラスコンデンサ２０も、所定の距離を隔てて対向する一対の導電体層（以下、第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２）の間に誘電体層２３を介装し、その誘電体層２３に、第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２に直交する方向の多数の孔２４を形成するとともに、それらの孔２４に電極材料を充填して第１の電極２５と第２の電極２６を形成し、さらに、第１の電極２５を一方の導電体層（ここでは第１の導電体層２１）のみに電気的に接続し、且つ、第２の電極２６を他方の導電体層（ここでは第２の導電体層２２）のみに電気的に接続して構成する点で、冒頭（先行技術）のポーラスコンデンサ１と共通する。
【００２１】
ここで、図面の三軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向）を定義する。Ｘ軸は第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２の一側辺に沿った方向、Ｙ軸は第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２の一側辺に直交する他側辺に沿った方向であり、Ｚ軸は第１の導電体層２１と第２の導電体層２２の対向方向である。
【００２２】
なお、図１において、第１の電極２５の第２の導電体層２２と接続されていない側の孔２４は空隙２４ａとして残されており、同様に、第２の電極２６の第１の導電体層２１と接続されていない側の孔２４も空隙２４ｂとして残されている。これらの空隙２４ａ、２４ｂは、「第１の電極２５を一方の導電体層（ここでは第１の導電体層２１）のみに電気的に接続し、且つ、第２の電極２６を他方の導電体層（ここでは第２の導電体層２２）のみに電気的に接続」するためのものである。つまり、空隙２４ａ、２４ｂはかかる選択的接続を行うための絶縁部として機能する。
【００２３】
前記の先行技術との相違点は孔２４の形状にある。すなわち、先行技術（図７参照）のポーラスコンデンサ１の孔５は直管形状になっている。具体的には、誘電体層４の両面に形成された導電体層（第１の導電体層２及び第２の導電体層３）に平行な断面において観察される孔５の直径の大きさが、誘電体層４の一端側の断面位置（図７の第１の導電体層２と接する付近の誘電体層４の断面）から誘電体層４の他端側の断面位置（図７の第２の導電体層３と接する付近の誘電体層４の断面）までほぼ同一径を有する形状になっており、要するに、孔５の電極伸長方向に平行な断面が矩形状になっている。
【００２４】
これに対して、図１に示す本実施形態の孔２４の形状は、以下に詳述するように、直管形状ではなく、テーパー状または略テーパー状若しくはテーパー状とみなせる類似形状になっている点で相違する。
【００２５】
つまり、誘電体層２３の両面に形成された導電体層（第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２）に平行な断面において観察される孔２４の直径が、前記誘電体層２３の一端側の断面位置（図１の第２の導電体層２２と接する付近の誘電体層の断面）から前記誘電体層２３の他端側の断面位置（図１の第１の導電体層２１と接する付近の誘電体層の断面）にかけて徐々に大きくなっている点で相違し、要するに、図１の孔２４の電極方向に平行なＺ方向の断面の形状がテーパー状または略テーパー状若しくはテーパー状とみなせる類似形状になっている点で前記の先行技術と相違している。
【００２６】
なお、ここでいう略テーパー状という表現は、片側だけにテーパーがついているものや、テーパーが不均一だが両端位置を直線で結べばテーパー形状になるもののことをいう。また、テーパー状とみなせる類似形状とは、緩やかな段差をもって徐々に孔の径が小さくなる形状が含まれる。
【００２７】
また、上記の孔２４に電極材料を充填して、一方の導電体層（ここでは第１の導電体層２１）のみに電気的に接続する第１の電極２５と、他方の導電体層（ここでは第２の導電体層２２）のみに電気的に接続する第２の電極２６とを形成し、それらの第１の電極２５と第２の電極２６とを交互（またはランダム）に配置している。
このため、結局のところ、これらの第１の電極２５及び第２の電極２６の形状についても、孔２４と同様の形状となる。すなわち、誘電体層２３の両面に形成された導電体層（第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２）に平行な断面において観察される、電極（第１の電極２５と第２の電極２６）の直径が、前記誘電体層２３の一端側の断面位置（図１の第２の導電体層２２と接する付近の誘電体層の断面）から前記誘電体層２３の他端側の断面位置（図１の第１の導電体層２１と接する付近の誘電体層の断面）にかけて徐々に径が大きくなっている。要するに、図１の第１の電極２５または第２の電極２６のＺ方向の断面形状もテーパー状または略テーパー状若しくはテーパー状とみなせる類似形状になっている点で前記の先行技術と相違している。
【００２８】
なお、各部の好ましい材料を列挙すると、第１の導電体層２１と第２の導電体層２２には金属全般（Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｆｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｌなど）を用いることができる。誘電体層２３には基材として弁金属（Ａｌ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｚｎ，Ｗ，Ｓｂなど）を陽極酸化して形成した酸化物および／またはそれらを含む合金を陽極酸化して形成した酸化物を用いることができる。第１の電極２５と第２の電極２６にはメッキ可能な金属全般（Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｆｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｐｔなど）やこれらの合金を用いることができる。
【００２９】
また、図示の構造では、「第１の電極２５を一方の導電体層（ここでは第１の導電体層２１）のみに電気的に接続し、且つ、第２の電極２６を他方の導電体層（ここでは第２の導電体層２２）のみに電気的に接続」するために、第１の電極２５と第２の導電体層２２との間に空隙２４ａ（孔２４の一部を空にしたもの）を設けるとともに、第２の電極２６と第１の導電体層２１との間にも同様の空隙２４ｂを設けているが、この態様に限定されない。要は、第１の電極２５と第２の導電体層２２との間の電気的な接続を遮断（絶縁）できるとともに、第２の電極２６と第１の導電体層２１との間の電気的な接続を遮断（絶縁）できる絶縁態様になっていればよい。たとえば、空隙２４ａ、２４ｂを任意の絶縁体（誘電体を含む）で埋める態様であってもよい。
【００３０】
また、ポーラスコンデンサ２０の各部の寸法の一例を示すと、第１の導電体層２１と第２の導電体層２２の間隔（誘電体層２３の厚さでもある）は数１００ｎｍ〜数１００μｍ、第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２の厚さは数１０ｎｍ〜数μｍである。また、第１の電極２５及び第２の電極２６は、最小径が約３０ｎｍ程度で最大径が数５０ｎｍ程度、長さが数１００ｎｍ〜数１００μｍ、隣接する電極との間隔が数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ程度となっている。また、空隙２４ａ、２４ｂのＺ軸方向の厚みが数１０ｎｍ〜数１０μｍ程度となっている。
【００３１】
図２は、外部電極を含むポーラスコンデンサ２０の構造図である。この図に示すように、ポーラスコンデンサ２０は、全体が絶縁フィルム２７（外装保護材）で被覆され、さらに、この絶縁フィルム２７の所定位置に設けられた開口から引き出されたリード線２８、２９を、ポーラスコンデンサ２０の両端に形成された外部電極３０、３１に接続している。絶縁フィルム２７には、たとえば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、樹脂、金属酸化物などを用いることができ、その厚さは数１０ｎｍ〜数１０μｍ程度とすることができる。
【００３２】
次に、誘電体層２３の両面に形成された前記導電体層（第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２）に平行な断面において観察される、前記孔２４の直径の大きさが、前記誘電体層２３の一端側の断面位置から前記誘電体層２３の他端側の断面位置にいくにしたがって大きくなる形状は、次のような方法で確認することができる。
【００３３】
図３は、孔２４の形状を確認する方法を説明する図である。
まず、（ａ）に示すように、図１のポーラスコンデンサ２０をＸＹ面に沿った平面で機械研磨すると、第１の導電体層２１の厚みが徐々に減っていく。そして、ある時点に達すると（ｂ）に示すように、第１の導電体層２１の厚みがゼロとなって誘電体層２３の表面が露出するので、この時点で一端研磨を止め、この時点の断面を誘電体層２３の一端側の断面位置とし、Ｚ軸上方から断面を俯瞰して走査型電子顕微鏡などによって孔２４の最大径を測定する。この際注意すべきことは、前記孔２４が同一方向に歪んだ楕円形状になっていないことである。もし、このような形状であったときは、断面の方向が傾いている可能性があるので再度研磨をおこなって調整する。同一面内の任意の孔をｎ個（ｎは統計的に測定面を代表するように定めればよい。たとえば、ｎ＝３００）測定する。明らかに研磨の不備などの特殊な要因があって、孔２４がつぶれていたり平均的でない大きな孔２４となっていたりする形状のものは測定値から除外する。
【００３４】
１回目（図３（ｂ））の測定後、同一の試料をさらに同じ方向から同じ方法で研磨再開する。そして、（ｃ）に示すように、第２の導電体層２２に達する直前、なおかつ前記の孔２４が研磨面の全域に露出した時点で研磨を止め、この時点の断面を誘電体層２３の他端側の断面位置とし、Ｚ軸上方から断面を俯瞰して走査型電子顕微鏡などによって孔２４の最大径を測定する。測定箇所はｎ＝３００としこれを２回目の測定とする。この際注意すべきことは１回目の測定と同様である。１回目に測定を行った孔２４が存在していた付近の孔２４を測定するのが望ましいが、かならずしも１対１に対応させる必要はない。また、機械研磨をしていく方向は第２の導電体層２２の側から始めてもよい。
【００３５】
次いで、得られた測定データのそれぞれの平均値を算出する。１回目（図３（ｂ））と２回目（図３（ｃ））の測定値の平均値の差、またはその差の絶対値を算出すれば孔２４の直径の大きさが誘電体層２３の一方向にいくにしたがって大きくなることが確認できる。なお、孔２４の直径の大きさが誘電体層２３の一方向にいくにしたがって小さくなる場合は、その反対方向から研磨を開始して断面観察を進めたものとみなせばよい。
【００３６】
この測定をおこなうポーラスコンデンサ２０のサンプル数は、たとえば５個程度でもよい。データを測定した後、得られた５つのデータのなかで最大値と最小値のデータを除外した３個のデータに限定して評価すれば、間違えて不良品を測定するなどの特殊な要因を排除することができる。
【００３７】
具体的に得られたデータの一例を以下の表に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
孔２４が大きくなったかどうかの判定がつきにくいときは、標準偏差や分散値を算出し、平均値の差の有無について有意差検定（危険率５％）などにより判定すればよい。
【００４０】
なお、図１のＺ軸に平行な面でポーラスコンデンサ２０を切断し、その切断面にある孔２４を、断面の垂直方向上方から走査型電子顕微鏡などによって観察するようにしてもよい。同顕微鏡画像から、孔２４またはそこに充填された電極（第１の電極２５及び第２の電極２６）の形状として、テーパー状または略テーパー状若しくはテーパー状とみなせる類似形状になっていることを目視確認することができる。
【００４１】
実施形態のポーラスコンデンサ２０は、その後、通常その対向する２つの主面を覆うように外部電極（図２の外部電極３０、３１参照）を形成し、基板（図４の基板３４参照）に半田付け実装して実用される。このような実用の際に、以下の理由により、接続信頼性の向上を図ることができる。
たとえば、誘電体層２３の材料を熱膨張係数が４ｐｐｍ／ＫのＡｌ２Ｏ３とし、また、電極（第１の電極２５及び第２の電極２６）の材料を熱膨張係数が１３ｐｐｍ／ＫのＮｉとする。さらに、基板３４の材料を熱膨張係数が数１０〜数１００ｐｐｍ／Ｋのプラスチックとする。ここで、ｐｐｍは、１００万分のいくらであるかという割合を示す単位（パーツ・パー・ミリオン）である。
【００４２】
図２において、ポーラスコンデンサ２０に形成された孔２４には、当該孔２４の内部に、たとえば、Ｎｉ電極（第１の電極２５及び第２の電極２６）が充填される。ポーラスコンデンサ２０において、これらのＮｉ電極（第１の電極２５及び第２の電極２６）は、他端側（第１の導電体層２１の側）で最も多くの体積を占有し、一端側（第２の導電体層２２の側）で最も少ない体積を占有している。誘電体層２３がＡｌ２Ｏ３である場合、熱膨張係数は上記のように金属であるＮｉ電極（第１の電極２５及び第２の電極２６）のほうが大きいので、高温環境下から冷えるときにポーラスコンデンサ２０に生じる熱収縮量は、一端側（第１の導電体層２１の側）で最大、他端側（第２の導電体層２２の側）で最小となる。この様子を図２において白抜き矢印３２、３３で示した。つまり、白抜き矢印３２は、一端側（第１の導電体層２１の側）の大きな熱収縮量を示し、白抜き矢印３３は、他端側（第２の導電体層２２の側）の小さな熱収縮量を示している。
【００４３】
図４は、実施形態のポーラスコンデンサ２０の実装図である。この図に示すように、実施形態のポーラスコンデンサ２０は、熱収縮量が大きい側の面を基板３４への実装面としている。つまり、基板３４に実装する際には、図２のポーラスコンデンサ２０を“上下逆さま”にした状態で、その両端の外部電極３０、３１と基板３４の電極３５との間を半田３６で接続する。
【００４４】
図４のように基板３４に実装した場合、半田３６が高温で固着したあと冷却していくときの一対の外部電極３０、３１の方向における熱収縮量を考えてみる。ブラスチックからなる基板３４の熱収縮量は最も大きい（白抜き矢印３７参照）から、ポーラスコンデンサ２０に対して収縮する方向の応力が発生する。しかし、白抜き矢印３２、３３で示すようにポーラスコンデンサ２０は、基板３４への実装面側でＮｉ電極の体積の占有が多いため、基板３４への実装面側の熱収縮量が大きくなっている（白抜き矢印３２＞白抜き矢印３３）。
【００４５】
したがって、図４と図９とを比べてみても明らかなように、ポーラスコンデンサ２０の基板３４への実装面側では、従来のポーラスコンデンサ１に比べて、実装相手の基板３４との熱収縮量の差異が少なくなるので、両者を固着する半田３６に生じる応力は小さくなる。よって、本実施形態のポーラスコンデンサ２０は熱収縮量の差異による応力で生じる半田３６のはがれなどによる接続不良を改善することができ、接続信頼性を向上することができる。
【００４６】
したがって、実施形態における構成上のポイントは、「誘電体層２３の両面に形成された前記導電体層（第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２）に平行な断面に露出する、前記孔２４の直径の大きさが、前記誘電体層２３の一端側の断面位置から前記誘電体層２３の他端側の断面位置にいくにしたがって大きくなっている」ことにあるといえる。このポイントを備えることによって、誘電体層２３の一端側の断面位置における熱収縮量に対して、誘電体層２３の他端側の断面位置における熱収縮量を大きくすることができ、この熱収縮量が大きい方の面を基板３４への実装面とすることにより、基板３４の熱収縮量との差を縮め、基板３４との接続箇所（半田３６）への応力を緩和して接続不良の解消を図ることができる。
なお、上記のポイントでは、「・・・・前記孔２４の直径の大きさが前記誘電体層２３の一端側の断面位置から前記誘電体層２３の他端側の断面位置にいくにしたがって大きくなっている」としているが、これは、実施形態のベストモードである。これ以外にも、たとえば、「・・・・前記孔２４の直径の大きさが前記誘電体層２３の一端側の断面位置よりも前記誘電体層２３の他端側の断面位置が大きくなっている」という態様、すなわち、孔２４の径が段階的に変化する態様であってもよい。
【００４７】
一般にポーラスコンデンサの製造方法としては特許文献1の実施例１などが知られている。以下に本発明のポイントとなる構成を実現するための製造方法について説明する。
図５（ａ）は、アルミ基体などに対して陽極酸化によって孔を形成する際の製造方法の一部概念図である。誘電体層２３の両面に形成された前記導電体層（第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２）に平行な断面に露出する、前記孔２４の直径の大きさが、前記誘電体層２３の一端側の断面位置から前記誘電体層２３の他端側の断面位置にいくにしたがって大きくなるという形状は、断面の方向を変えると図５（ａ）のような形状となる。すなわち、図５（ａ）に示すように、孔２４の形状は孔２４の深さ方向の断面からみるとテーパー状であるといえる。このような形状にするためには、誘電体層２３に孔２４を形成する際の陽極酸化条件を制御すればよい。
【００４８】
たとえば、陽極酸化条件として溶液を高温にして陽極酸化をすれば全体に反応速度は速くなる。その一方で、早くなった陽極酸化の反応速度に対して液の循環が間に合わない。この傾向は孔２４の位置が深くなるほど顕著になり、溶液とアルミ基材との接触プロセスが反応律速となるので孔２４の深さ方向の断面がテーパー形状となる。具体的には、陽極酸化条件としてシュウ酸０．１ｍｏｌ／ｌ、３０℃、４０Ｖ、溶液浸漬時間１２時間などとしてやればよい。
【００４９】
図５（ｂ）は、陽極酸化による孔形成の実施形態における他の製造方法の一部概念図である。一旦、孔２４の形状を孔２４の深さ方向の断面からみてテーパーのない状態（実線の状態）に形成した後、孔の表面に存在するＡｌ２Ｏ３を溶解する溶液に浸漬すると、溶液の循環が反応律速となるので、孔２４の入り口ほど溶解が早く進行する（矢印３９〜４４参照）。このようにして孔２４の形をテーパー形状に形成することが可能となる。具体的にはまず、孔２４をテーパーのない状態に形成するために、陽極酸化条件としてシュウ酸０．３ｍｏｌ／ｌ、１０℃、４０Ｖ、溶液浸漬時間２４時間とすればよい。その後孔２４の入り口ほど溶解が早く進行するように、たとえば５ｗｔ％の燐酸溶液に浸漬して前記Ａｌ２Ｏ３を溶解すればよい。
【００５０】
このようにして、誘電体層２３に孔２４を形成する際の陽極酸化条件などを制御することにより、孔２４の深さ方向の断面形状をテーパー状にすることができる。すなわち、誘電体層２３の両面に形成された前記導電体層（第１の導電体層２１及び第２の導電体層２２）に平行な断面において観察される、孔２４の直径の大きさが、前記誘電体層２３の一端側の断面位置（図１の第２の導電体層２２と接する付近の誘電体層の断面）から前記誘電体層２３の他端の断面位置（図１の第１の導電体層２１と接する付近の誘電体層の断面）にかけて徐々に径が大きくなるようにできる。
【００５１】
なお、前述したとおり、孔２４の形状は断面テーパー状に限定されない。略テーパー状やテーパー状とみなせる類似形状であってもよい。略テーパー状とは断面から見たときに片側だけにテーパーがついている形状を含むものであり、類似形状としては、たとえば、段差をもって徐々に径が小さくなる形状が考えられる。製造のしやすさなどを考慮して適切な形状を選択すればよい。
【００５２】
また、基板３４に当該部品（ポーラスコンデンサ２０）を実装するときに図１の第１の導電体層２１の側が基板３４側になるように方向を決めて実装する方法としては、次のような方法がある。
【００５３】
たとえば、外部電極３０、３１を形成した後に、第１の導電体層２１の主面にあるリード線２８の形状を、対向する面にあるリード線２９と違ったものにして、実装時にこのリード線２８、２９の差異を判断して、基板実装方向を決めてもよい。また、たとえば、第１の導電体層２１と第２の導電体層２２を形成するときのスパッタ条件を変えて、第１の導電体層２１と第２の導電体層２２の各々の反射率をそれぞれ異なるものにしておいもよい。こうすることによって、センサーによる自動認識で方向を整えた後に基板３４に適正な方向で実装することができる。
【００５４】
また、たとえば、基板３４への実装面側のみに外部電極を形成してもよい。
図６は、片面の外部電極を形成したポーラスコンデンサ２０を示す図である。この図に示すように、外部電極３０ａ、３１ａは、ポーラスコンデンサ２０の一方面側（第１の導電体層２１の面側）にだけ形成されており、この“一方面側”は、前記のとおり、基板３４への実装面であるから、基板３４へのポーラスコンデンサ２０の実装工程において、どちらの面を実装面とすべきか戸惑うことがない。図６のような片面配置の外部電極３０ａ、３１ａは、一般的に知られる方法。すなわち、外部電極用ペースト中にポーラスコンデンサの一端部をディップしてペーストを付着させ、乾燥し、焼成することによって形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、容量の増加を意図したコンデンサ及びその製造方法に好適である。特に、ポーラスコンデンサに適用した場合、基板への接続信頼性の向上を図ることができ、極めて有効である。
【符号の説明】
【００５６】
２０ ポーラスコンデンサ（コンデンサ）
２１ 第１の導電体層（導電体層）
２２ 第２の導電体層（導電体層）
２３ 誘電体層
２４ 孔
２４ａ 空隙（絶縁部）
２４ｂ 空隙（絶縁部）
２５ 第１の電極
２６ 第２の電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の距離を隔てて対向する一対の導電体層と、
前記一対の導電体層の間に介装された弁金属の酸化物からなる誘電体層と、
前記一対の導電体層に直交する方向で且つ前記一対の導電体層にそれぞれ届くように前記誘電体層を貫通して形成された多数の孔と、
前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の一方と接続された第１の電極と、
前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の他方と接続された第２の電極と、
前記第１の電極と前記導電体層の他方との間を電気的に絶縁するとともに前記第２の電極と前記導電体層の一方との間を電気的に絶縁する絶縁部とを備え、
前記誘電体層の前記導電体層に平行な断面において観察される、前記孔の直径の大きさが、前記誘電体層の一端側の断面位置から前記誘電体層の他端側の断面位置にいくにしたがってしだいに大きくなるように形成したことを特徴とするコンデンサ。
【請求項２】
所定の距離を隔てて対向する一対の導電体層と、
前記一対の導電体層の間に介装された弁金属の酸化物からなる誘電体層と、
前記一対の導電体層に直交する方向で且つ前記一対の導電体層にそれぞれ届くように前記誘電体層を貫通して形成された多数の孔と、
前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の一方と接続された第１の電極と、
前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の他方と接続された第２の電極と、
前記第１の電極と前記導電体層の他方との間を電気的に絶縁するとともに前記第２の電極と前記導電体層の一方との間を電気的に絶縁する絶縁部とを備え、
前記誘電体層の前記導電体層に平行な断面において観察される、前記孔の直径の大きさが、前記誘電体層の一端側の断面位置よりも前記誘電体層の他端側の断面位置が大きくなるように形成したことを特徴とするコンデンサ。
【請求項１】
所定の距離を隔てて対向する一対の導電体層と、
前記一対の導電体層の間に介装された弁金属の酸化物からなる誘電体層と、
前記一対の導電体層に直交する方向で且つ前記一対の導電体層にそれぞれ届くように前記誘電体層を貫通して形成された多数の孔と、
前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の一方と接続された第１の電極と、
前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の他方と接続された第２の電極と、
前記第１の電極と前記導電体層の他方との間を電気的に絶縁するとともに前記第２の電極と前記導電体層の一方との間を電気的に絶縁する絶縁部とを備え、
前記誘電体層の前記導電体層に平行な断面において観察される、前記孔の直径の大きさが、前記誘電体層の一端側の断面位置から前記誘電体層の他端側の断面位置にいくにしたがってしだいに大きくなるように形成したことを特徴とするコンデンサ。
【請求項２】
所定の距離を隔てて対向する一対の導電体層と、
前記一対の導電体層の間に介装された弁金属の酸化物からなる誘電体層と、
前記一対の導電体層に直交する方向で且つ前記一対の導電体層にそれぞれ届くように前記誘電体層を貫通して形成された多数の孔と、
前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の一方と接続された第１の電極と、
前記孔に電極材料を充填して形成され前記導電体層の他方と接続された第２の電極と、
前記第１の電極と前記導電体層の他方との間を電気的に絶縁するとともに前記第２の電極と前記導電体層の一方との間を電気的に絶縁する絶縁部とを備え、
前記誘電体層の前記導電体層に平行な断面において観察される、前記孔の直径の大きさが、前記誘電体層の一端側の断面位置よりも前記誘電体層の他端側の断面位置が大きくなるように形成したことを特徴とするコンデンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１０２１０３（Ｐ２０１３−１０２１０３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４６０４５（Ｐ２０１１−２４６０４５）
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
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