チップ型エネルギーデバイス
【課題】高出力、かつ低内部抵抗のチップ型エネルギーデバイスを提供する。
【解決手段】正負極の活物質電極１０，１２と正負極の引き出し電極３２ａ，３２ｂとが一体に形成された電極の活物質電極部分にセパレータ３０を介在させながら、引き出し電極部分が露出するように、かつ電極の正電極と負電極とが交互に積層されるように積層した２層以上の積層体８０と、積層体を収容し、引き出し電極に接続された端子電極５０，５２を外部に引き出すための貫通孔６３，６４を形成した枠材６０と、枠材の上面を封止する蓋７０と、枠材の下面と貫通孔とを封止して積層体の積層部分に電解質を含有させる封止部７２とを備える。前記蓋７０を前記枠材６０の内側に凹ませて積層体８０を押さえ込むように形成する。樹脂モールドで外装を被覆して、樹脂モールド８２と蓋７０ａの凹部との間に空間部７１を設ける。
【解決手段】正負極の活物質電極１０，１２と正負極の引き出し電極３２ａ，３２ｂとが一体に形成された電極の活物質電極部分にセパレータ３０を介在させながら、引き出し電極部分が露出するように、かつ電極の正電極と負電極とが交互に積層されるように積層した２層以上の積層体８０と、積層体を収容し、引き出し電極に接続された端子電極５０，５２を外部に引き出すための貫通孔６３，６４を形成した枠材６０と、枠材の上面を封止する蓋７０と、枠材の下面と貫通孔とを封止して積層体の積層部分に電解質を含有させる封止部７２とを備える。前記蓋７０を前記枠材６０の内側に凹ませて積層体８０を押さえ込むように形成する。樹脂モールドで外装を被覆して、樹脂モールド８２と蓋７０ａの凹部との間に空間部７１を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップ型エネルギーデバイスに関する。より具体的には、バックアップ用電源、マイクロエナジー用蓄電素子、カップリング用コンデンサ、平滑用コンデンサなどに有用なチップ型エネルギーデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
チップ型エネルギーデバイスの１つとして従来のチップ型蓄電デバイスは、１対のバルク状の正負極の活物質電極にセパレータを挿入した電極構造体を、セラミック構造体のパッケージに収容して封止するという単純な構造を有していた。しかしながら、比較的厚い（比表面積の高い）活物質電極を用いていたので、内部抵抗が高いという問題を抱えていた。
【０００３】
また、小型のチップ型蓄電デバイスとしては、コイン型電池やボタン型電池のような円形のチップ型蓄電デバイスが知られているが、同様に電極構造体として１対（又は電圧を上げるために２対）の比較的厚い（比表面積の高い）活物質電極をかしめるので、やはり内部抵抗が高いという問題を抱えていた。
【０００４】
また、コイン型電池やボタン型電池のようなチップ型蓄電デバイスは、円形状であるので、角型形状のものに比べて実装面積が小さく、小型化に限界があった。
【０００５】
更に、従来のチップ型蓄電デバイスは、電極構造体を先に電解液に含侵されせからパッケージに収容するので、特にチップ型の場合に有機系シール材を用いて封止する際に、電解液に溶出してしまい、特性が劣化する恐れがあった。
【０００６】
これらに関連して、例えば、コイン型やボタン型のような円形の非水電解質電池および電気二重層キャパシタにおいて、接続端子を収納容器と一体化し、容器下部に配置することにより、基板上のスペースを削減することを可能にした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
一方、凹部の底面から開口縁部にかけて導電膜を形成することにより、集電体と外部電極との接続を簡単かつ低コストで行うことができ、更に、リードフレームやビア等を使用しないので、容器の密閉性を確保することができる電気化学セルを提供する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
また、分極性電極の水分を十分除去し、且つ集電体との接合を強固に維持することにより、充放電の繰り返しや高電圧によるフローティング充電による内部抵抗の増加が小さく、長期的な信頼性の高い電気二重層キャパシタを提供する技術が開示されている。（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
更に、熱可塑性樹脂で、且つ素材成形品から樹脂の融点以下で熱圧縮成形したガスケットを使用したコイン型電気二重層キャパシタを作製することで、リフローはんだ付けにおいて耐漏液性の高く信頼性の高いコイン型電気二重層キャパシタを提供する技術も開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−２１６９５２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９２８７４号公報
【特許文献３】特開２００８−２１１１１６号公報
【特許文献４】特開２００２−０５０５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、チップ型エネルギーデバイスにおいても、高出力を得ることができ、内部抵抗を下げることができるチップ型エネルギーデバイスを提供することにある。
【００１２】
また、本発明の目的は、密着性を高めることができ、例えば劣化等の電解液への影響を抑えることができ、高い強度を有するパッケージに封止されたチップ型エネルギーデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様によれば、（ａ）正負極の活物質電極と正負極の引き出し電極とが一体に形成された電極の前記活物質電極部分にセパレータを介在させながら、前記引き出し電極部分が露出するように、かつ前記電極の正電極と負電極とが交互に積層されるように積層した２層以上の積層体と、（ｂ）前記積層体を収容し、前記引き出し電極に接続された端子電極を外部に引き出すための貫通孔を形成した枠材と、（ｃ）前記枠材の上面を封止する蓋と、（ｄ）前記枠材の下面と前記貫通孔とを封止して前記積層体の積層部分に電解質を含有させる封止部とを備えるチップ型エネルギーデバイスが提供される。
【００１４】
他の態様によれば、（ａ）正負極の活物質電極と正負極の引き出し電極とが一体に形成された電極の前記活物質電極部分にセパレータを介在させながら、前記引き出し電極部分が露出するように、かつ前記電極の正電極と負電極とが交互に積層されるように積層した２層以上の積層体と、（ｂ）前記引き出し電極に接続された端子電極を外部に引き出し、かつ前記電解質を含む電解液を注入するための注入孔を兼ねる貫通孔を形成した、前記積層体を載置する台と、（ｃ）前記台に載置された前記積層体を収容する枠材と、（ｄ）前記枠材の上面を封止する蓋とを備えるチップ型エネルギーデバイスが提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、チップ型エネルギーデバイスにおいても、高出力を得ることができ、内部抵抗を下げることができるチップ型エネルギーデバイスを提供することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、密着性を高めることができ、例えば劣化等の電解液への影響を抑えることができ、高い強度を有するパッケージに封止されたチップ型エネルギーデバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスに用いられる活物質電極および引き出し電極の材料を例示する図であって、（ａ）活物質電極として用いる部分のみに活物質を塗布したアルミ箔の斜視図、（ｂ）図１（ａ）に示したアルミ箔を短冊状に切断した様子を示す斜視図。
【図２】図１（ｂ）に示した部分的に活物質を塗布したアルミ箔にセパレータを挿入しながら、活物質を塗っていない部分が引き出し電極として露出するように、正負交互に積層した積層体を例示する図であって、（ａ）積層構造体の上面図、（ｂ）図２（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った断面図。
【図３】図２に示した積層体の引き出し電極にタブ電極を溶接した内部電極構造体を例示する断面図。
【図４】（ａ）図３に示した内部電極構造体を収容するための収納凹部を有するセラミック枠材を例示する上面図、（ｂ）図３（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であって、セラミックパッケージの収納凹部に内部電極構造体を収容した例をす断面図。
【図５】図４に示したチップの上面に金属の蓋をし、底面をセラミック接着剤でふさいで作製したチップの例を示す断面図。
【図６】図５に示したチップの上面及び下面にプレス機を設置した例を示す断面図。
【図７】図６に示したプレス機で上下からチップに圧をかけた例を示す断面図。
【図８】図７に示した圧をかけられたチップからプレス機を取り外した図であって、（ａ）プレス機を取り外したチップを例示する斜視図、（ｂ）図８（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図。
【図９】図８に示したチップの底面からセラミックス接着剤を剥がした例を示す断面図。
【図１０】図９に示したチップを電解液浴槽に浸けた例を示す断面図。
【図１１】図１０に示した電解液浴槽から引き揚げたチップの底面を接着剤でふさぎ、外装をモールドして、完成させたチップ型エネルギーデバイスの例を示す断面図。
【図１２】第２の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスに用いられる内部電極構造体を例示する図であって、（ａ）図３に例示した内部電極構造体の底面にセラミック台を接着させた例を示す断面図、（ｂ）図１２（ａ）のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図。
【図１３】図１２に示した内部電極構造をセラミック枠材の凹部に収容し、セラミックパッケージの上面に金属の蓋をして作製したチップの図。
【図１４】図１３に示したチップの上面及び下面にプレス機を設置した例を示す断面図。
【図１５】図１４に示したプレス機で上下からチップに圧をかけた例を示す断面図。
【図１６】図１５に示した圧をかけられたチップからプレス機を取り外した例を示す断面図。
【図１７】図１６に示したチップを電解液浴槽に浸けた例を示す断面図。
【図１８】図１７に示した電解液浴槽から引き揚げたチップの外装をモールドして、完成させたチップ型エネルギーデバイスの例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１９】
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００２０】
［第１の実施の形態］
（チップ型エネルギーデバイスの基本構造）
図１〜図１１に示すように、第１の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスは、正負極の活物質電極１０，１２と正負極の引き出し電極３２ａ，３２ｂとが一体に形成された電極の活物質電極部分１０，１２にセパレータ３０を介在させながら、引き出し電極３２ａ，３２ｂ部分が露出するように、かつ電極の正電極と負電極とが交互に積層されるように積層した２層以上の積層体８０と、積層体８０を収容し、引き出し電極３２ａ，３２ｂに接続された端子電極を外部に引き出すための貫通孔６３，６４を形成した枠材６０と、枠材６０の上面を封止する蓋７０と、枠材６０の下面と貫通孔６３，６４とを封止して積層体８０の積層部分に電解質を含有させる封止部７２とを備える。
【００２１】
第１の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスは、端子電極５０，５２を通すための貫通孔６３，６４と内部電極構造体８０を収納するための収納凹部とを設けた（例えば、セラミック製の）枠材６０内に、内部電極構造体８０を収納して構成される。
【００２２】
内部電極構造体（例えば蓄電素子）８０は、図２に例示するように、少なくとも２層以上の活物質電極１０，１２に、電解液のイオンのみが通過するセパレータ３０を介在させながら、引き出し電極３２（３２ａ，３２ｂ）が露出するように、かつ正電極１０と負電極１２とが交互になるように積層した積層体で構成される。活物質電極１０，１２及び引き出し電極は、図１（ａ）に例示するように、電極板（例えばアルミ箔）上面のうち、例えば活性炭からなる活物質を塗布した部分が活物質電極１０，１２（正極側の活物質電極１２、負極側の活物質電極１２）として用いられ、電極板上面のうち活物質（活性炭）を塗布していない部分が引き出し電極３２（正極側の引き出し電極３２ｂ、負極側の引き出し電極３２ａ）として用いられることになる。更に、図１（ｂ）に例示するように、このアルミ箔は短冊状に切断される。短冊状に切断された各々の電極板は、活物質電極１０，１２および引き出し電極３２とを含む電極としてそれぞれ用いられる。電極板の材料として高出力アルミニウム電極シートを用いることで、チップ型のエネルギーデバイスでも高出力が得られる。
【００２３】
セパレータ３０は、図２（ａ）に例示するように、活物質電極１０，１２全体を覆うように、活物質電極１０，１２よりも大きいもの（面積の広いもの）を用い、更に、図２（ｂ）に例示するように、積層体の最上部（及び最下部）には、電極ではなく、セパレータ３０が積層されるように積層する。セパレータ３０は、エネルギーデバイスの種類には原理的に依存しないが、特にリフロー対応が必要とされる場合には、耐熱性が要求される。耐熱性が必要ない場合にはポリプロピレン等を、耐熱性が必要な場合にはセルロース系のものを用いることができる。
【００２４】
積層体から露出されている引き出し電極３２ａ，３２ｂは、図３に例示するように、タブ電極３４ａ，３４ｂに直接溶接される。そして、図４に例示するように、タブ電極３４ａ，３４ｂから延伸する端子電極５０，５２は、貫通孔６３，６４を通して、枠材６０の外部に引き出すことができるので、内部電極構造体８０に端子電極５０，５２を直接接続できる。これにより、チップ内の電極構造体８０の内部抵抗を低減することが容易になる。枠材６０には、電解液４２を含侵させるための注入孔を設ける必要があるが、電解液４２を含侵させるための注入孔を、端子電極５０，５２を通すための貫通孔６３，６４により兼用させることもできる。各貫通孔６３，６４と引き出された端子電極５０，５２との間には、少なくとも電解液４２を通すのに最低限必要な間隙がそれぞれ設けられている。更に、枠材６０は、内部電極構造体８０を収納するための収納凹部を具備している。
【００２５】
枠材６０の上面には、図５に例示するように、金属製の蓋７０が、（例えば、耐薬品性のセラミックの）接着剤６８により接着載置される。そして、図６〜図９に例示するように、内部電極構造体８０の密着を図るために、枠材６０の上面に設置された金属製の蓋７０をプレス機７０ａ，７０ｂにより機械的に押圧して乾燥させることで、金属製の蓋７０は内側に凹状に凹む。凹状に凹んだ金属製の蓋７０ａは、過電圧が印加された際に発生する気体（ガス）によってチップ内圧が上昇した場合でも、内部電極構造体８０等が破壊されることを防止する。更に、この凹状構造により、チップ内に収容されている内部電極構造体８０を押さえ込み、内部電極構造体８０の内部抵抗の低減を実現する。
【００２６】
図１０に例示するように、蓋７０ａを凹状に凹まされたチップは、電解液４２を含侵させるために、電解液４２が入った電解液浴槽４０に浸けられる。チップ内に含侵された電解液４２が触れる封止部（すなわち、電解液４２が漏れないようにするための封止部）には、図１１に例示するように、（例えば、耐薬品性のセラミックの）接着剤７２を用い、それにより電解液４２の劣化等の影響を抑える。また、電解液４２を含侵させた貫通孔６３，６４も、耐薬品性のセラミックの接着剤７２で再度封止される。更に、接着剤７２（及び接着剤６８）による封止部は、機械的に弱い特性があるので、封止部を補強させるために、図１１に例示するように、樹脂モールド８２でチップの外装を被覆し、接着剤７２と樹脂モールド８２との２層による封止構造を有するパッケージとする。
【００２７】
尚、チップの外装を樹脂モールド８２で被覆する際には、内側に凹んだ蓋７０ａの凹部と樹脂モールド８２との間に、図１１に例示するような所定の空間部７１が生じるように被覆する封止構造とする。つまり、蓋７０ａの凹部の空間部７１を樹脂モールド８２によって詰めてしまわないように、チップの外装を被覆する。これにより、過電圧が印加された際に発生する気体（ガス）によってチップ内圧が上昇した場合でも、凹状の蓋７０ａが上方向に膨らむ余裕（すなわち、蓋７０ａの凹んだ部分が凹む前の状態に復元するだけの余裕）があるので、内部電極構造体８０等が破壊されることを防止できる。
【００２８】
（チップ型エネルギーデバイスの製造方法）
図１〜図１１を参照して、第１の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスの製造方法を説明する。
【００２９】
（ａ）まず、図１（ａ）に例示するように、例えばアルミ箔からなる電極板を用意する。電極板の材料としては、例えば高出力アルミニウム電極シートを用いる。電極板（例えばアルミ箔）上面のうち活物質（活性炭）を塗布した部分が活物質電極１０，１２（正電極１０、負電極１２）になり、電極板上面のうち活物質（活性炭）を塗布していない部分が引き出し電極３２になる。更に、図１（ｂ）に例示するように、この電極板を短冊状に切断する。短冊状に切断された各々の電極板は、活物質電極１０，１２（正電極１０、負電極１２）および引き出し電極３２とを含む電極としてそれぞれ用いられる。
【００３０】
（ｂ）次に、図２に例示するように、少なくとも２層以上の活物質電極１０，１２を、正電極１０、負電極１２が交互になるように積層した積層体である内部電極構造体（例えば蓄電素子）８０を構成する。このとき、活物質を塗布していない引き出し電極３２ａ，３２ｂが、内部電極構造体８０からそれぞれ露出するように積層していく。また、各活物質電極１０，１２の層間には、セパレータ３０をそれぞれ介在させながら積層していく。また、ショートを防ぐために、図２（ａ）に例示するように、セパレータ３０は、活物質電極１０，１２全体を覆うように、活物質電極１０，１２よりも大きいもの（面積の広いもの）を用い、更に、図２（ｂ）に例示するように、少なくとも積層体の最上部には、電極ではなく、セパレータ３０が積層されているように積層していく。
【００３１】
（ｃ）次に、図３に例示するように、積層体から露出している引き出し電極３２ａ，３２ｂとタブ電極３４ａ，３４ｂとを、封止材３６ａ，３６ｂを用いて溶接孔２０ａ，２０ｂにおいて電極付けを行う。このような電極付けの溶接には、例えば、超音波溶接、半田付けなどが用いられる。タブ電極３４ａ，３４ｂは、例えば、Ａｌ、Ｎｉなどで形成することができる。
【００３２】
（ｄ）次に、図４に例示するように、枠材６０内に、図３に示した内部電極構造体８０及び溶接された端子電極５０，５２等を収納する。枠材６０は、例えば、セラミックにより形成されている。図４（ａ）に例示するように、枠材６０には、端子電極５０，５２を通すための貫通孔６３，６４と、内部電極構造体８０を収納するための収納凹部とが設けられている。そして、図４（ｂ）に例示するように、タブ電極３４ａ，３４ｂから延伸する端子電極５０，５２は、貫通孔６３，６４を通して、枠材６０の外部に引き出すことができる。尚、内部電極構造体８０は、枠材６０内の台６６上に接着載置される。
【００３３】
（ｅ）次に、図５に例示するように、枠材６０の上面に接着剤６８により金属製の蓋７０を接着載置し、枠材６０の上面を封止してチップを作製する。蓋７０としては、例えば、Ａｌなどの比較的柔らかい金属板を用いる。接着剤６８としては、例えばセラミック接着剤を用いる。また、枠材６０の底面及び枠材６０に設けられた貫通孔６３，６４も、接着剤７２によって封止する。接着剤７２は、接着剤６８と同じ材質のものを用いることもでき、例えば、耐薬品性のセラミック接着剤を用いる。
【００３４】
（ｆ）次に、図６に例示するように、枠材６０（チップ）の上面と下面とに、プレス機７０ａ，７０ｂを挟み込むように取り付ける。具体的には、枠材６０の蓋７０の上面にプレス機の一方（７０ａ）を取り付け、接着剤７２による封止部の下面にプレス機の他方（７０ｂ）を取り付ける。
【００３５】
（ｇ）次に、図７に例示するように、プレス機７０ａ，７０ｂによってチップを上下から押圧し、その状態で乾燥させる。乾燥が始まると、枠材６０内部の内圧が下がり、それとともに、比較的柔らかい金属板で形成されている蓋７０は、内側に凹む（図７に例示する蓋７０ａの状態になる）。尚、プレス機７０ａ，７０ｂによって押圧する前に、プレス機７０ａ，７０ｂを予め温めておいて、押圧後の乾燥中に冷やすと、蓋７０ａの凹状に凹む効果がより大きくなる。図８は、蓋７０ａを凹状に凹ませた後、チップからプレス機７０ａ，７０ｂを撤去した様子を例示している。
【００３６】
（ｈ）次に、図９に例示するように、枠材６０から接着剤７２を剥離する。接着剤７２を剥離する理由は、セラミック接着剤が強度的に弱いことと、接着剤７２を剥がした後に枠材６０（チップ）に生じる貫通孔６３，６４から、次の工程において電解液４２を含侵させることによる。尚、枠材６０から接着剤７２を剥離する際に、接着剤６８で接着載置されている蓋７０ａが枠材６０から剥がれないように留意すべきである。
【００３７】
（ｉ）次に、図１０に例示するように、電解液４２が入った電解液浴槽４０にチップを浸して、貫通孔６３，６４からチップ内に電解液４２を含侵させ、積層された活物質電極１０，１２間に電解質を含有させる。このとき、通電エージングも同時に行い、デガス処理を行う。
【００３８】
（ｊ）その後、図１１に例示するように、電解液浴槽４０から引き揚げたチップの貫通孔６３，６４を接着剤７２で再度封止する。チップ内に含侵された電解液４２が触れる封止部（すなわち、電解液４２が漏れないようにするための封止部）には、例えば、耐薬品性のセラミックの接着剤７２を用いて電解液４２への劣化等の影響を抑える。また、電解液４２を含侵させる貫通孔６３，６４も耐薬品性のセラミックの接着剤７２で封止される。
【００３９】
（ｋ）更に、接着剤７２（及び接着剤６８）による封止部は、機械的に弱い特性があるので、封止部を補強させるために、図１１に例示するように、樹脂モールド８２でチップの外装を被覆し、接着剤７２と樹脂モールド８２との２層による封止構造を有するパッケージとする。尚、チップの外装を樹脂モールド８２で被覆する際には、内側に凹んだ蓋７０ａの凹部と樹脂モールド８２との間に、図１１に例示するような所定の空間部７１が生じるように被覆する封止構造とする。この状態で乾燥させると、第１の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスが完成する。
【００４０】
以上、説明したように、第１の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイス及びその製造方法によれば、内部電極構造体８０は、少なくとも２層以上の活物質電極１０，１２に、セパレータ３０を介在させながら、引き出し電極３２（３２ａ，３２ｂ）が露出するように、かつ正電極１０と負電極１２とが交互になるように積層した積層体で構成される。この活物質電極１０，１２及び引き出し電極３２（３２ａ，３２ｂ）を形成するための電極板の材料として、高出力アルミニウム電極シートを用いることで、チップ型のエネルギーデバイスでも高出力が得られる。
【００４１】
また、枠材６０には、端子電極５０，５２を通すための貫通孔６３，６４が設けられているので、貫通孔６３，６４を通して、端子電極５０，５２を枠材６０の外部に引き出すことができる。これにより、内部電極構造体８０に端子電極５０，５２を直接接続でき、チップ内の電極構造体８０の内部抵抗を低減することが容易になる。電解液４２を含侵させるための注入孔を、端子電極５０，５２を通すための貫通孔６３，６４により兼用させることもできる。
【００４２】
また、接着剤７２（及び接着剤６８）による封止部を、樹脂モールド８２でチップの外装を被覆し、接着剤７２と樹脂モールド８２との２層による封止構造を有するパッケージとしている。接着剤７２には、例えば、耐薬品性のセラミックの接着剤を用い、それにより電解液４２の劣化等の影響を抑えることができる。更に、電解液４２を含侵させる貫通孔６３，６４も、耐薬品性のセラミックの接着剤７２で再度封止される。また、凹状に凹ませた金属製の蓋７０ａと樹脂モールド８２との間に生じた空間部７１により、過電圧が印加された際に発生する気体（ガス）によってチップ内圧が上昇した場合でも、内部電極構造体８０等が破壊されることを防止する。更に、この凹状構造により、チップ内に収容されている内部電極構造体８０を押さえ込み、内部電極構造体８０の内部抵抗の低減を実現できる。
【００４３】
また、接着剤７２と樹脂モールド８２との２層による封止構造により、高い気密性が保たれ、高い封止性を得ることができるので、チップ内に含有された電解液などがチップから漏れ出したり、逆に水分等がチップ内に侵入したりすることを防止できる。
【００４４】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスは、第１の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスと比較して、以下の点で異なる。
【００４５】
すなわち、第１の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスでは、図６及び図１１に例示したように、チップの貫通孔６３，６４を、例えば、耐薬品性のセラミックの接着剤７２（及び接着剤６８）により封止し、更に樹脂モールド８２でチップの外装を被覆し、接着剤７２と樹脂モールド８２との２層による封止構造を有するパッケージとしていた。
【００４６】
それに対して、第２の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスにおいては、図１２〜図１６に例示するように、内部電極構造体８０が接着載置される台６６に端子電極５０，５２を引き出すための貫通孔を形成する。台６６は、例えば、耐薬品性のセラミック素材で形成される。台６６に形成された貫通孔は、端子電極５０，５２をチップの外部に引き出すだけでなく、貫通孔からチップ内に電解液４２を含侵させるという目的も有している。そのために、図１２（ａ）に例示するように、各貫通孔と引き出された端子電極５０，５２との間には、少なくとも電解液４２を通すのに最低限必要な間隙がそれぞれ設けられている。尚、この貫通孔は、台６６に形成せずに、第１の実施の形態と同様に枠材６０に形成しても良いし、台６６と枠材６０との両方に形成して、台６６と枠材６０とを組み合わせて当該貫通孔になるようにしても良い。
【００４７】
また、端子電極５０，５２は、内部電極構造体８０とほぼ同じ高さから平行方向に貫通孔から外部に引き出される。
【００４８】
内部電極構造体８０を台６６に載置して端子電極５０，５２を引き出した後、図１３に例示するように、枠材６０内に収納する。そして、第１の実施の形態と同様に、枠材６０の上面に接着剤６８（例えば、耐薬品性のセラミック接着剤）により比較的柔らかい例えばＡｌ等の金属板で形成されている蓋７０を接着載置し、枠材６０の上面を封止する。
【００４９】
次に、図１４に例示するように、枠材６０（チップ）の上面と下面とに、プレス機７０ａ，７０ｂを挟み込むように取り付ける。具体的には、枠材６０の蓋７０の上面にプレス機の一方（７０ａ）を取り付け、台６６の下面にプレス機の他方（７０ｂ）を取り付ける。
【００５０】
次に、図１５に例示するように、プレス機７０ａ，７０ｂによってチップを上下から押圧し、その状態で乾燥させる。乾燥が始まると、枠材６０内部の内圧が下がり、それとともに、比較的柔らかい金属板で形成されている蓋７０ａは内側に凹む。図１６は、蓋７０ａを凹状に凹ませた後、チップからプレス機７０ａ，７０ｂを撤去した様子を例示している。
【００５１】
第２の実施の形態においては、第１の実施の形態とは異なり、枠材６０下部の封止部としてセラミック接着剤７２を用いていない。従って、第１の実施の形態のように、蓋７０ａが枠材６０から剥がれないように留意しながら、接着剤７２を剥離する工程（第１の実施の形態における工程（ｈ））は不要になる。更に、第２の実施の形態においては、電解液浴槽４０から引き揚げたチップの貫通孔６３，６４を接着剤７２で再度封止する工程（第１の実施の形態における工程（ｊ））も不要となる。
【００５２】
次に、第１の実施の形態と同様、図１７に例示するように、電解液４２が入った電解液浴槽４０にチップを浸して、貫通孔（６３，６４）からチップ内に電解液４２を含侵させ、積層された活物質電極１０，１２間に電解質を含有させる。このとき、通電エージングも同時に行い、デガス処理を行う。
【００５３】
最後に、電解液浴槽４０から引き揚げたチップを、図１８に例示するように、樹脂モールド８２でチップの外装を被覆し、セラミック台６６と樹脂モールド８２との２層構造によるパッケージとする。尚、チップの外装を樹脂モールド８２で被覆する際には、内側に凹んだ蓋７０ａの凹部と樹脂モールド８２との間に、図１８に例示するような所定の空間部７１が生じるように被覆する封止構造とする。この状態で乾燥させると、第２の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスが完成する。
【００５４】
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスと同等の性能や気密性を維持しながら、第１の実施の形態に係る製造工程よりも簡略化された工程による、チップ型エネルギーデバイスの製造方法を実現することができる。
【００５５】
更に、第２の実施の形態によれば、端子電極５０，５２は、内部電極構造体８０とほぼ同じ高さから平行方向に貫通孔から外部に引き出されるので、第１の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスと同等の性能や気密性を維持しながら、より小型の（高さの低い）チップ型エネルギーデバイスを提供することができる。
【００５６】
第１乃至第２の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイス及びその製造方法によれば、チップ型エネルギーデバイスにおいても、高出力を得ることができ、内部抵抗を下げることができるチップ型エネルギーデバイス及びその製造方法を提供することができる。
【００５７】
また、第１乃至第２の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイス及びその製造方法によれば、密着性を高めることができ、例えば劣化等の電解液への影響を抑えることができ、高い強度を有するパッケージに封止されたチップ型エネルギーデバイスを提供することができる。
【００５８】
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第１〜第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００５９】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係るチップ型エネルギーデバイスは、ＬＳＩ、時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、パソコン、携帯電話、玩具等のバックアップ用電源として、太陽光発電、ダイナモ発電、振動発電、熱電素子や発電等からの低出力エネルギーを蓄えるマイクロエナジー用蓄電素子として、カップリング用コンデンサとして、または平滑用コンデンサなどとして適用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１０，１２…活物質電極
２０ａ，２０ｂ…溶接孔
３０…セパレータ
３２（３２ａ，３２ｂ）…引き出し電極
３４ａ，３４ｂ…タブ電極
３６ａ，３６ｂ…封止材
４０…電解液浴槽
４２…電解液
５０，５２…端子電極
６０…枠材
６３，６４…貫通孔（兼電解液注入孔）
６２…台（第１の実施の形態）
６６…台（第２の実施の形態）
６８、７２…接着剤（封止部）
７０、７０ａ…蓋
７１…空間部
７４ａ，７４ｂ…プレス機
８０…積層体（内部電極構造体）
８２…樹脂モールド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップ型エネルギーデバイスに関する。より具体的には、バックアップ用電源、マイクロエナジー用蓄電素子、カップリング用コンデンサ、平滑用コンデンサなどに有用なチップ型エネルギーデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
チップ型エネルギーデバイスの１つとして従来のチップ型蓄電デバイスは、１対のバルク状の正負極の活物質電極にセパレータを挿入した電極構造体を、セラミック構造体のパッケージに収容して封止するという単純な構造を有していた。しかしながら、比較的厚い（比表面積の高い）活物質電極を用いていたので、内部抵抗が高いという問題を抱えていた。
【０００３】
また、小型のチップ型蓄電デバイスとしては、コイン型電池やボタン型電池のような円形のチップ型蓄電デバイスが知られているが、同様に電極構造体として１対（又は電圧を上げるために２対）の比較的厚い（比表面積の高い）活物質電極をかしめるので、やはり内部抵抗が高いという問題を抱えていた。
【０００４】
また、コイン型電池やボタン型電池のようなチップ型蓄電デバイスは、円形状であるので、角型形状のものに比べて実装面積が小さく、小型化に限界があった。
【０００５】
更に、従来のチップ型蓄電デバイスは、電極構造体を先に電解液に含侵されせからパッケージに収容するので、特にチップ型の場合に有機系シール材を用いて封止する際に、電解液に溶出してしまい、特性が劣化する恐れがあった。
【０００６】
これらに関連して、例えば、コイン型やボタン型のような円形の非水電解質電池および電気二重層キャパシタにおいて、接続端子を収納容器と一体化し、容器下部に配置することにより、基板上のスペースを削減することを可能にした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
一方、凹部の底面から開口縁部にかけて導電膜を形成することにより、集電体と外部電極との接続を簡単かつ低コストで行うことができ、更に、リードフレームやビア等を使用しないので、容器の密閉性を確保することができる電気化学セルを提供する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
また、分極性電極の水分を十分除去し、且つ集電体との接合を強固に維持することにより、充放電の繰り返しや高電圧によるフローティング充電による内部抵抗の増加が小さく、長期的な信頼性の高い電気二重層キャパシタを提供する技術が開示されている。（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
更に、熱可塑性樹脂で、且つ素材成形品から樹脂の融点以下で熱圧縮成形したガスケットを使用したコイン型電気二重層キャパシタを作製することで、リフローはんだ付けにおいて耐漏液性の高く信頼性の高いコイン型電気二重層キャパシタを提供する技術も開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−２１６９５２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９２８７４号公報
【特許文献３】特開２００８−２１１１１６号公報
【特許文献４】特開２００２−０５０５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、チップ型エネルギーデバイスにおいても、高出力を得ることができ、内部抵抗を下げることができるチップ型エネルギーデバイスを提供することにある。
【００１２】
また、本発明の目的は、密着性を高めることができ、例えば劣化等の電解液への影響を抑えることができ、高い強度を有するパッケージに封止されたチップ型エネルギーデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様によれば、（ａ）正負極の活物質電極と正負極の引き出し電極とが一体に形成された電極の前記活物質電極部分にセパレータを介在させながら、前記引き出し電極部分が露出するように、かつ前記電極の正電極と負電極とが交互に積層されるように積層した２層以上の積層体と、（ｂ）前記積層体を収容し、前記引き出し電極に接続された端子電極を外部に引き出すための貫通孔を形成した枠材と、（ｃ）前記枠材の上面を封止する蓋と、（ｄ）前記枠材の下面と前記貫通孔とを封止して前記積層体の積層部分に電解質を含有させる封止部とを備えるチップ型エネルギーデバイスが提供される。
【００１４】
他の態様によれば、（ａ）正負極の活物質電極と正負極の引き出し電極とが一体に形成された電極の前記活物質電極部分にセパレータを介在させながら、前記引き出し電極部分が露出するように、かつ前記電極の正電極と負電極とが交互に積層されるように積層した２層以上の積層体と、（ｂ）前記引き出し電極に接続された端子電極を外部に引き出し、かつ前記電解質を含む電解液を注入するための注入孔を兼ねる貫通孔を形成した、前記積層体を載置する台と、（ｃ）前記台に載置された前記積層体を収容する枠材と、（ｄ）前記枠材の上面を封止する蓋とを備えるチップ型エネルギーデバイスが提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、チップ型エネルギーデバイスにおいても、高出力を得ることができ、内部抵抗を下げることができるチップ型エネルギーデバイスを提供することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、密着性を高めることができ、例えば劣化等の電解液への影響を抑えることができ、高い強度を有するパッケージに封止されたチップ型エネルギーデバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスに用いられる活物質電極および引き出し電極の材料を例示する図であって、（ａ）活物質電極として用いる部分のみに活物質を塗布したアルミ箔の斜視図、（ｂ）図１（ａ）に示したアルミ箔を短冊状に切断した様子を示す斜視図。
【図２】図１（ｂ）に示した部分的に活物質を塗布したアルミ箔にセパレータを挿入しながら、活物質を塗っていない部分が引き出し電極として露出するように、正負交互に積層した積層体を例示する図であって、（ａ）積層構造体の上面図、（ｂ）図２（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った断面図。
【図３】図２に示した積層体の引き出し電極にタブ電極を溶接した内部電極構造体を例示する断面図。
【図４】（ａ）図３に示した内部電極構造体を収容するための収納凹部を有するセラミック枠材を例示する上面図、（ｂ）図３（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であって、セラミックパッケージの収納凹部に内部電極構造体を収容した例をす断面図。
【図５】図４に示したチップの上面に金属の蓋をし、底面をセラミック接着剤でふさいで作製したチップの例を示す断面図。
【図６】図５に示したチップの上面及び下面にプレス機を設置した例を示す断面図。
【図７】図６に示したプレス機で上下からチップに圧をかけた例を示す断面図。
【図８】図７に示した圧をかけられたチップからプレス機を取り外した図であって、（ａ）プレス機を取り外したチップを例示する斜視図、（ｂ）図８（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図。
【図９】図８に示したチップの底面からセラミックス接着剤を剥がした例を示す断面図。
【図１０】図９に示したチップを電解液浴槽に浸けた例を示す断面図。
【図１１】図１０に示した電解液浴槽から引き揚げたチップの底面を接着剤でふさぎ、外装をモールドして、完成させたチップ型エネルギーデバイスの例を示す断面図。
【図１２】第２の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスに用いられる内部電極構造体を例示する図であって、（ａ）図３に例示した内部電極構造体の底面にセラミック台を接着させた例を示す断面図、（ｂ）図１２（ａ）のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図。
【図１３】図１２に示した内部電極構造をセラミック枠材の凹部に収容し、セラミックパッケージの上面に金属の蓋をして作製したチップの図。
【図１４】図１３に示したチップの上面及び下面にプレス機を設置した例を示す断面図。
【図１５】図１４に示したプレス機で上下からチップに圧をかけた例を示す断面図。
【図１６】図１５に示した圧をかけられたチップからプレス機を取り外した例を示す断面図。
【図１７】図１６に示したチップを電解液浴槽に浸けた例を示す断面図。
【図１８】図１７に示した電解液浴槽から引き揚げたチップの外装をモールドして、完成させたチップ型エネルギーデバイスの例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１９】
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００２０】
［第１の実施の形態］
（チップ型エネルギーデバイスの基本構造）
図１〜図１１に示すように、第１の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスは、正負極の活物質電極１０，１２と正負極の引き出し電極３２ａ，３２ｂとが一体に形成された電極の活物質電極部分１０，１２にセパレータ３０を介在させながら、引き出し電極３２ａ，３２ｂ部分が露出するように、かつ電極の正電極と負電極とが交互に積層されるように積層した２層以上の積層体８０と、積層体８０を収容し、引き出し電極３２ａ，３２ｂに接続された端子電極を外部に引き出すための貫通孔６３，６４を形成した枠材６０と、枠材６０の上面を封止する蓋７０と、枠材６０の下面と貫通孔６３，６４とを封止して積層体８０の積層部分に電解質を含有させる封止部７２とを備える。
【００２１】
第１の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスは、端子電極５０，５２を通すための貫通孔６３，６４と内部電極構造体８０を収納するための収納凹部とを設けた（例えば、セラミック製の）枠材６０内に、内部電極構造体８０を収納して構成される。
【００２２】
内部電極構造体（例えば蓄電素子）８０は、図２に例示するように、少なくとも２層以上の活物質電極１０，１２に、電解液のイオンのみが通過するセパレータ３０を介在させながら、引き出し電極３２（３２ａ，３２ｂ）が露出するように、かつ正電極１０と負電極１２とが交互になるように積層した積層体で構成される。活物質電極１０，１２及び引き出し電極は、図１（ａ）に例示するように、電極板（例えばアルミ箔）上面のうち、例えば活性炭からなる活物質を塗布した部分が活物質電極１０，１２（正極側の活物質電極１２、負極側の活物質電極１２）として用いられ、電極板上面のうち活物質（活性炭）を塗布していない部分が引き出し電極３２（正極側の引き出し電極３２ｂ、負極側の引き出し電極３２ａ）として用いられることになる。更に、図１（ｂ）に例示するように、このアルミ箔は短冊状に切断される。短冊状に切断された各々の電極板は、活物質電極１０，１２および引き出し電極３２とを含む電極としてそれぞれ用いられる。電極板の材料として高出力アルミニウム電極シートを用いることで、チップ型のエネルギーデバイスでも高出力が得られる。
【００２３】
セパレータ３０は、図２（ａ）に例示するように、活物質電極１０，１２全体を覆うように、活物質電極１０，１２よりも大きいもの（面積の広いもの）を用い、更に、図２（ｂ）に例示するように、積層体の最上部（及び最下部）には、電極ではなく、セパレータ３０が積層されるように積層する。セパレータ３０は、エネルギーデバイスの種類には原理的に依存しないが、特にリフロー対応が必要とされる場合には、耐熱性が要求される。耐熱性が必要ない場合にはポリプロピレン等を、耐熱性が必要な場合にはセルロース系のものを用いることができる。
【００２４】
積層体から露出されている引き出し電極３２ａ，３２ｂは、図３に例示するように、タブ電極３４ａ，３４ｂに直接溶接される。そして、図４に例示するように、タブ電極３４ａ，３４ｂから延伸する端子電極５０，５２は、貫通孔６３，６４を通して、枠材６０の外部に引き出すことができるので、内部電極構造体８０に端子電極５０，５２を直接接続できる。これにより、チップ内の電極構造体８０の内部抵抗を低減することが容易になる。枠材６０には、電解液４２を含侵させるための注入孔を設ける必要があるが、電解液４２を含侵させるための注入孔を、端子電極５０，５２を通すための貫通孔６３，６４により兼用させることもできる。各貫通孔６３，６４と引き出された端子電極５０，５２との間には、少なくとも電解液４２を通すのに最低限必要な間隙がそれぞれ設けられている。更に、枠材６０は、内部電極構造体８０を収納するための収納凹部を具備している。
【００２５】
枠材６０の上面には、図５に例示するように、金属製の蓋７０が、（例えば、耐薬品性のセラミックの）接着剤６８により接着載置される。そして、図６〜図９に例示するように、内部電極構造体８０の密着を図るために、枠材６０の上面に設置された金属製の蓋７０をプレス機７０ａ，７０ｂにより機械的に押圧して乾燥させることで、金属製の蓋７０は内側に凹状に凹む。凹状に凹んだ金属製の蓋７０ａは、過電圧が印加された際に発生する気体（ガス）によってチップ内圧が上昇した場合でも、内部電極構造体８０等が破壊されることを防止する。更に、この凹状構造により、チップ内に収容されている内部電極構造体８０を押さえ込み、内部電極構造体８０の内部抵抗の低減を実現する。
【００２６】
図１０に例示するように、蓋７０ａを凹状に凹まされたチップは、電解液４２を含侵させるために、電解液４２が入った電解液浴槽４０に浸けられる。チップ内に含侵された電解液４２が触れる封止部（すなわち、電解液４２が漏れないようにするための封止部）には、図１１に例示するように、（例えば、耐薬品性のセラミックの）接着剤７２を用い、それにより電解液４２の劣化等の影響を抑える。また、電解液４２を含侵させた貫通孔６３，６４も、耐薬品性のセラミックの接着剤７２で再度封止される。更に、接着剤７２（及び接着剤６８）による封止部は、機械的に弱い特性があるので、封止部を補強させるために、図１１に例示するように、樹脂モールド８２でチップの外装を被覆し、接着剤７２と樹脂モールド８２との２層による封止構造を有するパッケージとする。
【００２７】
尚、チップの外装を樹脂モールド８２で被覆する際には、内側に凹んだ蓋７０ａの凹部と樹脂モールド８２との間に、図１１に例示するような所定の空間部７１が生じるように被覆する封止構造とする。つまり、蓋７０ａの凹部の空間部７１を樹脂モールド８２によって詰めてしまわないように、チップの外装を被覆する。これにより、過電圧が印加された際に発生する気体（ガス）によってチップ内圧が上昇した場合でも、凹状の蓋７０ａが上方向に膨らむ余裕（すなわち、蓋７０ａの凹んだ部分が凹む前の状態に復元するだけの余裕）があるので、内部電極構造体８０等が破壊されることを防止できる。
【００２８】
（チップ型エネルギーデバイスの製造方法）
図１〜図１１を参照して、第１の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスの製造方法を説明する。
【００２９】
（ａ）まず、図１（ａ）に例示するように、例えばアルミ箔からなる電極板を用意する。電極板の材料としては、例えば高出力アルミニウム電極シートを用いる。電極板（例えばアルミ箔）上面のうち活物質（活性炭）を塗布した部分が活物質電極１０，１２（正電極１０、負電極１２）になり、電極板上面のうち活物質（活性炭）を塗布していない部分が引き出し電極３２になる。更に、図１（ｂ）に例示するように、この電極板を短冊状に切断する。短冊状に切断された各々の電極板は、活物質電極１０，１２（正電極１０、負電極１２）および引き出し電極３２とを含む電極としてそれぞれ用いられる。
【００３０】
（ｂ）次に、図２に例示するように、少なくとも２層以上の活物質電極１０，１２を、正電極１０、負電極１２が交互になるように積層した積層体である内部電極構造体（例えば蓄電素子）８０を構成する。このとき、活物質を塗布していない引き出し電極３２ａ，３２ｂが、内部電極構造体８０からそれぞれ露出するように積層していく。また、各活物質電極１０，１２の層間には、セパレータ３０をそれぞれ介在させながら積層していく。また、ショートを防ぐために、図２（ａ）に例示するように、セパレータ３０は、活物質電極１０，１２全体を覆うように、活物質電極１０，１２よりも大きいもの（面積の広いもの）を用い、更に、図２（ｂ）に例示するように、少なくとも積層体の最上部には、電極ではなく、セパレータ３０が積層されているように積層していく。
【００３１】
（ｃ）次に、図３に例示するように、積層体から露出している引き出し電極３２ａ，３２ｂとタブ電極３４ａ，３４ｂとを、封止材３６ａ，３６ｂを用いて溶接孔２０ａ，２０ｂにおいて電極付けを行う。このような電極付けの溶接には、例えば、超音波溶接、半田付けなどが用いられる。タブ電極３４ａ，３４ｂは、例えば、Ａｌ、Ｎｉなどで形成することができる。
【００３２】
（ｄ）次に、図４に例示するように、枠材６０内に、図３に示した内部電極構造体８０及び溶接された端子電極５０，５２等を収納する。枠材６０は、例えば、セラミックにより形成されている。図４（ａ）に例示するように、枠材６０には、端子電極５０，５２を通すための貫通孔６３，６４と、内部電極構造体８０を収納するための収納凹部とが設けられている。そして、図４（ｂ）に例示するように、タブ電極３４ａ，３４ｂから延伸する端子電極５０，５２は、貫通孔６３，６４を通して、枠材６０の外部に引き出すことができる。尚、内部電極構造体８０は、枠材６０内の台６６上に接着載置される。
【００３３】
（ｅ）次に、図５に例示するように、枠材６０の上面に接着剤６８により金属製の蓋７０を接着載置し、枠材６０の上面を封止してチップを作製する。蓋７０としては、例えば、Ａｌなどの比較的柔らかい金属板を用いる。接着剤６８としては、例えばセラミック接着剤を用いる。また、枠材６０の底面及び枠材６０に設けられた貫通孔６３，６４も、接着剤７２によって封止する。接着剤７２は、接着剤６８と同じ材質のものを用いることもでき、例えば、耐薬品性のセラミック接着剤を用いる。
【００３４】
（ｆ）次に、図６に例示するように、枠材６０（チップ）の上面と下面とに、プレス機７０ａ，７０ｂを挟み込むように取り付ける。具体的には、枠材６０の蓋７０の上面にプレス機の一方（７０ａ）を取り付け、接着剤７２による封止部の下面にプレス機の他方（７０ｂ）を取り付ける。
【００３５】
（ｇ）次に、図７に例示するように、プレス機７０ａ，７０ｂによってチップを上下から押圧し、その状態で乾燥させる。乾燥が始まると、枠材６０内部の内圧が下がり、それとともに、比較的柔らかい金属板で形成されている蓋７０は、内側に凹む（図７に例示する蓋７０ａの状態になる）。尚、プレス機７０ａ，７０ｂによって押圧する前に、プレス機７０ａ，７０ｂを予め温めておいて、押圧後の乾燥中に冷やすと、蓋７０ａの凹状に凹む効果がより大きくなる。図８は、蓋７０ａを凹状に凹ませた後、チップからプレス機７０ａ，７０ｂを撤去した様子を例示している。
【００３６】
（ｈ）次に、図９に例示するように、枠材６０から接着剤７２を剥離する。接着剤７２を剥離する理由は、セラミック接着剤が強度的に弱いことと、接着剤７２を剥がした後に枠材６０（チップ）に生じる貫通孔６３，６４から、次の工程において電解液４２を含侵させることによる。尚、枠材６０から接着剤７２を剥離する際に、接着剤６８で接着載置されている蓋７０ａが枠材６０から剥がれないように留意すべきである。
【００３７】
（ｉ）次に、図１０に例示するように、電解液４２が入った電解液浴槽４０にチップを浸して、貫通孔６３，６４からチップ内に電解液４２を含侵させ、積層された活物質電極１０，１２間に電解質を含有させる。このとき、通電エージングも同時に行い、デガス処理を行う。
【００３８】
（ｊ）その後、図１１に例示するように、電解液浴槽４０から引き揚げたチップの貫通孔６３，６４を接着剤７２で再度封止する。チップ内に含侵された電解液４２が触れる封止部（すなわち、電解液４２が漏れないようにするための封止部）には、例えば、耐薬品性のセラミックの接着剤７２を用いて電解液４２への劣化等の影響を抑える。また、電解液４２を含侵させる貫通孔６３，６４も耐薬品性のセラミックの接着剤７２で封止される。
【００３９】
（ｋ）更に、接着剤７２（及び接着剤６８）による封止部は、機械的に弱い特性があるので、封止部を補強させるために、図１１に例示するように、樹脂モールド８２でチップの外装を被覆し、接着剤７２と樹脂モールド８２との２層による封止構造を有するパッケージとする。尚、チップの外装を樹脂モールド８２で被覆する際には、内側に凹んだ蓋７０ａの凹部と樹脂モールド８２との間に、図１１に例示するような所定の空間部７１が生じるように被覆する封止構造とする。この状態で乾燥させると、第１の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスが完成する。
【００４０】
以上、説明したように、第１の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイス及びその製造方法によれば、内部電極構造体８０は、少なくとも２層以上の活物質電極１０，１２に、セパレータ３０を介在させながら、引き出し電極３２（３２ａ，３２ｂ）が露出するように、かつ正電極１０と負電極１２とが交互になるように積層した積層体で構成される。この活物質電極１０，１２及び引き出し電極３２（３２ａ，３２ｂ）を形成するための電極板の材料として、高出力アルミニウム電極シートを用いることで、チップ型のエネルギーデバイスでも高出力が得られる。
【００４１】
また、枠材６０には、端子電極５０，５２を通すための貫通孔６３，６４が設けられているので、貫通孔６３，６４を通して、端子電極５０，５２を枠材６０の外部に引き出すことができる。これにより、内部電極構造体８０に端子電極５０，５２を直接接続でき、チップ内の電極構造体８０の内部抵抗を低減することが容易になる。電解液４２を含侵させるための注入孔を、端子電極５０，５２を通すための貫通孔６３，６４により兼用させることもできる。
【００４２】
また、接着剤７２（及び接着剤６８）による封止部を、樹脂モールド８２でチップの外装を被覆し、接着剤７２と樹脂モールド８２との２層による封止構造を有するパッケージとしている。接着剤７２には、例えば、耐薬品性のセラミックの接着剤を用い、それにより電解液４２の劣化等の影響を抑えることができる。更に、電解液４２を含侵させる貫通孔６３，６４も、耐薬品性のセラミックの接着剤７２で再度封止される。また、凹状に凹ませた金属製の蓋７０ａと樹脂モールド８２との間に生じた空間部７１により、過電圧が印加された際に発生する気体（ガス）によってチップ内圧が上昇した場合でも、内部電極構造体８０等が破壊されることを防止する。更に、この凹状構造により、チップ内に収容されている内部電極構造体８０を押さえ込み、内部電極構造体８０の内部抵抗の低減を実現できる。
【００４３】
また、接着剤７２と樹脂モールド８２との２層による封止構造により、高い気密性が保たれ、高い封止性を得ることができるので、チップ内に含有された電解液などがチップから漏れ出したり、逆に水分等がチップ内に侵入したりすることを防止できる。
【００４４】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスは、第１の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスと比較して、以下の点で異なる。
【００４５】
すなわち、第１の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスでは、図６及び図１１に例示したように、チップの貫通孔６３，６４を、例えば、耐薬品性のセラミックの接着剤７２（及び接着剤６８）により封止し、更に樹脂モールド８２でチップの外装を被覆し、接着剤７２と樹脂モールド８２との２層による封止構造を有するパッケージとしていた。
【００４６】
それに対して、第２の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスにおいては、図１２〜図１６に例示するように、内部電極構造体８０が接着載置される台６６に端子電極５０，５２を引き出すための貫通孔を形成する。台６６は、例えば、耐薬品性のセラミック素材で形成される。台６６に形成された貫通孔は、端子電極５０，５２をチップの外部に引き出すだけでなく、貫通孔からチップ内に電解液４２を含侵させるという目的も有している。そのために、図１２（ａ）に例示するように、各貫通孔と引き出された端子電極５０，５２との間には、少なくとも電解液４２を通すのに最低限必要な間隙がそれぞれ設けられている。尚、この貫通孔は、台６６に形成せずに、第１の実施の形態と同様に枠材６０に形成しても良いし、台６６と枠材６０との両方に形成して、台６６と枠材６０とを組み合わせて当該貫通孔になるようにしても良い。
【００４７】
また、端子電極５０，５２は、内部電極構造体８０とほぼ同じ高さから平行方向に貫通孔から外部に引き出される。
【００４８】
内部電極構造体８０を台６６に載置して端子電極５０，５２を引き出した後、図１３に例示するように、枠材６０内に収納する。そして、第１の実施の形態と同様に、枠材６０の上面に接着剤６８（例えば、耐薬品性のセラミック接着剤）により比較的柔らかい例えばＡｌ等の金属板で形成されている蓋７０を接着載置し、枠材６０の上面を封止する。
【００４９】
次に、図１４に例示するように、枠材６０（チップ）の上面と下面とに、プレス機７０ａ，７０ｂを挟み込むように取り付ける。具体的には、枠材６０の蓋７０の上面にプレス機の一方（７０ａ）を取り付け、台６６の下面にプレス機の他方（７０ｂ）を取り付ける。
【００５０】
次に、図１５に例示するように、プレス機７０ａ，７０ｂによってチップを上下から押圧し、その状態で乾燥させる。乾燥が始まると、枠材６０内部の内圧が下がり、それとともに、比較的柔らかい金属板で形成されている蓋７０ａは内側に凹む。図１６は、蓋７０ａを凹状に凹ませた後、チップからプレス機７０ａ，７０ｂを撤去した様子を例示している。
【００５１】
第２の実施の形態においては、第１の実施の形態とは異なり、枠材６０下部の封止部としてセラミック接着剤７２を用いていない。従って、第１の実施の形態のように、蓋７０ａが枠材６０から剥がれないように留意しながら、接着剤７２を剥離する工程（第１の実施の形態における工程（ｈ））は不要になる。更に、第２の実施の形態においては、電解液浴槽４０から引き揚げたチップの貫通孔６３，６４を接着剤７２で再度封止する工程（第１の実施の形態における工程（ｊ））も不要となる。
【００５２】
次に、第１の実施の形態と同様、図１７に例示するように、電解液４２が入った電解液浴槽４０にチップを浸して、貫通孔（６３，６４）からチップ内に電解液４２を含侵させ、積層された活物質電極１０，１２間に電解質を含有させる。このとき、通電エージングも同時に行い、デガス処理を行う。
【００５３】
最後に、電解液浴槽４０から引き揚げたチップを、図１８に例示するように、樹脂モールド８２でチップの外装を被覆し、セラミック台６６と樹脂モールド８２との２層構造によるパッケージとする。尚、チップの外装を樹脂モールド８２で被覆する際には、内側に凹んだ蓋７０ａの凹部と樹脂モールド８２との間に、図１８に例示するような所定の空間部７１が生じるように被覆する封止構造とする。この状態で乾燥させると、第２の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスが完成する。
【００５４】
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスと同等の性能や気密性を維持しながら、第１の実施の形態に係る製造工程よりも簡略化された工程による、チップ型エネルギーデバイスの製造方法を実現することができる。
【００５５】
更に、第２の実施の形態によれば、端子電極５０，５２は、内部電極構造体８０とほぼ同じ高さから平行方向に貫通孔から外部に引き出されるので、第１の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイスと同等の性能や気密性を維持しながら、より小型の（高さの低い）チップ型エネルギーデバイスを提供することができる。
【００５６】
第１乃至第２の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイス及びその製造方法によれば、チップ型エネルギーデバイスにおいても、高出力を得ることができ、内部抵抗を下げることができるチップ型エネルギーデバイス及びその製造方法を提供することができる。
【００５７】
また、第１乃至第２の実施の形態に係るチップ型エネルギーデバイス及びその製造方法によれば、密着性を高めることができ、例えば劣化等の電解液への影響を抑えることができ、高い強度を有するパッケージに封止されたチップ型エネルギーデバイスを提供することができる。
【００５８】
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第１〜第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００５９】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係るチップ型エネルギーデバイスは、ＬＳＩ、時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、パソコン、携帯電話、玩具等のバックアップ用電源として、太陽光発電、ダイナモ発電、振動発電、熱電素子や発電等からの低出力エネルギーを蓄えるマイクロエナジー用蓄電素子として、カップリング用コンデンサとして、または平滑用コンデンサなどとして適用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１０，１２…活物質電極
２０ａ，２０ｂ…溶接孔
３０…セパレータ
３２（３２ａ，３２ｂ）…引き出し電極
３４ａ，３４ｂ…タブ電極
３６ａ，３６ｂ…封止材
４０…電解液浴槽
４２…電解液
５０，５２…端子電極
６０…枠材
６３，６４…貫通孔（兼電解液注入孔）
６２…台（第１の実施の形態）
６６…台（第２の実施の形態）
６８、７２…接着剤（封止部）
７０、７０ａ…蓋
７１…空間部
７４ａ，７４ｂ…プレス機
８０…積層体（内部電極構造体）
８２…樹脂モールド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正負極の活物質電極と正負極の引き出し電極とが一体に形成された電極の前記活物質電極部分にセパレータを介在させながら、前記引き出し電極部分が露出するように、かつ前記電極の正電極と負電極とが交互に積層されるように積層した２層以上の積層体と、
前記積層体を収容し、前記引き出し電極に接続された端子電極を外部に引き出すための貫通孔を形成した枠材と、
前記枠材の上面を封止する蓋と、
前記枠材の下面と前記貫通孔とを封止して前記積層体の積層部分に電解質を含有させる封止部と
を備えることを特徴とするチップ型エネルギーデバイス。
【請求項２】
前記貫通孔は、前記電解質を含む電解液を注入するための注入孔を兼ねることを特徴とする請求項１に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項３】
前記貫通孔と前記貫通孔を通る前記端子電極との間には、少なくとも前記電解液を通すための間隙が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項４】
前記蓋の上面と前記封止部の下面とを挟み込むように押圧して、前記蓋を前記枠材の内側に凹ませた凹部を前記蓋に形成したことを特徴とする請求項１に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項５】
凹状に凹んだ前記蓋により、前記枠材の内の前記積層体を押さえ込むことを特徴とする請求項４に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項６】
前記蓋は、Ａｌからなる金属板により形成されることを特徴とする請求項４または５に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項７】
前記電極は、金属シートの上面の一部に活物質を塗布して短冊状に切断して形成され、前記切断された各々の金属シートの前記活物質を塗布した部分を活物質電極として用い、前記活物質を塗布していない部分を前記引き出し電極として用いたことを特徴とする請求項１に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項８】
前記金属シートは、高出力アルミニウム電極シートであることを特徴とする請求項７に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項９】
前記積層体の最上部には、前記電極ではなく、前記セパレータが積層されるように前記積層体を積層したことを特徴とする請求項１に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項１０】
前記蓋は、耐薬品性のセラミック接着剤により前記枠材の上面に接着載置されたことを特徴とする請求項１に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項１１】
前記封止部は、耐薬品性のセラミック接着剤により前記枠材の下面を接着載置したことを特徴とする請求項１に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項１２】
前記チップ型エネルギーデバイスの外装を樹脂モールドで被覆したことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項１３】
前記樹脂モールドと前記内側に凹んだ蓋の凹部との間に、所定の空間部が生じるように前記樹脂モールドで被覆したことを特徴とする請求項２に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項１４】
正負極の活物質電極と正負極の引き出し電極とが一体に形成された電極の前記活物質電極部分にセパレータを介在させながら、前記引き出し電極部分が露出するように、かつ前記電極の正電極と負電極とが交互に積層されるように積層した２層以上の積層体と、
前記引き出し電極に接続された端子電極を外部に引き出し、かつ前記電解質を含む電解液を注入するための注入孔を兼ねる貫通孔を形成した、前記積層体を載置する台と、
前記台に載置された前記積層体を収容する枠材と、
前記枠材の上面を封止する蓋と
を備えることを特徴とするチップ型エネルギーデバイス。
【請求項１５】
前記蓋の上面と前記台の下面とを挟み込むように押圧して、前記蓋を前記枠材の内側に凹ませた凹部を前記蓋に形成したことを特徴とする請求項１４に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項１６】
前記チップ型エネルギーデバイスの外装を樹脂モールドで被覆したことを特徴とする請求項１４または１５に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項１７】
前記樹脂モールドと前記内側に凹んだ蓋の凹部との間に、所定の空間部が生じるように前記樹脂モールドで被覆したことを特徴とする請求項１６に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項１８】
前記端子電極は、前記構造体と略同一の高さから平行方向に貫通孔から外部に引き出されることを特徴とする請求項１４に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項１】
正負極の活物質電極と正負極の引き出し電極とが一体に形成された電極の前記活物質電極部分にセパレータを介在させながら、前記引き出し電極部分が露出するように、かつ前記電極の正電極と負電極とが交互に積層されるように積層した２層以上の積層体と、
前記積層体を収容し、前記引き出し電極に接続された端子電極を外部に引き出すための貫通孔を形成した枠材と、
前記枠材の上面を封止する蓋と、
前記枠材の下面と前記貫通孔とを封止して前記積層体の積層部分に電解質を含有させる封止部と
を備えることを特徴とするチップ型エネルギーデバイス。
【請求項２】
前記貫通孔は、前記電解質を含む電解液を注入するための注入孔を兼ねることを特徴とする請求項１に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項３】
前記貫通孔と前記貫通孔を通る前記端子電極との間には、少なくとも前記電解液を通すための間隙が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項４】
前記蓋の上面と前記封止部の下面とを挟み込むように押圧して、前記蓋を前記枠材の内側に凹ませた凹部を前記蓋に形成したことを特徴とする請求項１に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項５】
凹状に凹んだ前記蓋により、前記枠材の内の前記積層体を押さえ込むことを特徴とする請求項４に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項６】
前記蓋は、Ａｌからなる金属板により形成されることを特徴とする請求項４または５に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項７】
前記電極は、金属シートの上面の一部に活物質を塗布して短冊状に切断して形成され、前記切断された各々の金属シートの前記活物質を塗布した部分を活物質電極として用い、前記活物質を塗布していない部分を前記引き出し電極として用いたことを特徴とする請求項１に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項８】
前記金属シートは、高出力アルミニウム電極シートであることを特徴とする請求項７に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項９】
前記積層体の最上部には、前記電極ではなく、前記セパレータが積層されるように前記積層体を積層したことを特徴とする請求項１に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項１０】
前記蓋は、耐薬品性のセラミック接着剤により前記枠材の上面に接着載置されたことを特徴とする請求項１に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項１１】
前記封止部は、耐薬品性のセラミック接着剤により前記枠材の下面を接着載置したことを特徴とする請求項１に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項１２】
前記チップ型エネルギーデバイスの外装を樹脂モールドで被覆したことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項１３】
前記樹脂モールドと前記内側に凹んだ蓋の凹部との間に、所定の空間部が生じるように前記樹脂モールドで被覆したことを特徴とする請求項２に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項１４】
正負極の活物質電極と正負極の引き出し電極とが一体に形成された電極の前記活物質電極部分にセパレータを介在させながら、前記引き出し電極部分が露出するように、かつ前記電極の正電極と負電極とが交互に積層されるように積層した２層以上の積層体と、
前記引き出し電極に接続された端子電極を外部に引き出し、かつ前記電解質を含む電解液を注入するための注入孔を兼ねる貫通孔を形成した、前記積層体を載置する台と、
前記台に載置された前記積層体を収容する枠材と、
前記枠材の上面を封止する蓋と
を備えることを特徴とするチップ型エネルギーデバイス。
【請求項１５】
前記蓋の上面と前記台の下面とを挟み込むように押圧して、前記蓋を前記枠材の内側に凹ませた凹部を前記蓋に形成したことを特徴とする請求項１４に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項１６】
前記チップ型エネルギーデバイスの外装を樹脂モールドで被覆したことを特徴とする請求項１４または１５に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項１７】
前記樹脂モールドと前記内側に凹んだ蓋の凹部との間に、所定の空間部が生じるように前記樹脂モールドで被覆したことを特徴とする請求項１６に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【請求項１８】
前記端子電極は、前記構造体と略同一の高さから平行方向に貫通孔から外部に引き出されることを特徴とする請求項１４に記載のチップ型エネルギーデバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−２２１５９０（Ｐ２０１２−２２１５９０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８３０１５（Ｐ２０１１−８３０１５）
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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