JP2000012386A - 電解コンデンサとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リード線部分からの錫ウィスカの発生を防止
して、漏れ電流の増大とショート発生を防止する。 【解決手段】 ＣＰ線からなる引出し線８の表面に、
０．５〜１０．０ｗｔ％のビスマスを含有する錫メッキ
を施して、ビスマス錫層１０を形成した後、この引出し
線８を丸棒部６と偏平部７からなるタブ端子の丸棒部６
に溶接し、リード線４，５を形成する。溶接時には、ビ
スマス錫層１０が溶融して溶接部９にビスマスが含有さ
れる。リード線４，５の偏平部７を、陽極電極箔２と陰
極電極箔３にそれぞれ接合し、これらの電極箔２，３を
セパレータ１１を介して巻回し、コンデンサ素子１を作
製する。コンデンサ素子１に電解液を含浸した後、リー
ド線４、５を封口体１２の孔部に挿通し、コンデンサ素
子１を有底筒状の外装ケース１３に収納する。外装ケー
ス１３の開口端部を封口して電解コンデンサを完成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電解コンデンサと
その製造方法に係り、特に、そのリード線の改善に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電解コンデンサは、タンタル、アルミニ
ウム等の弁作用金属からなる陽極電極箔と陰極電極箔を
セパレータを介して巻回してなるコンデンサ素子を形成
し、このコンデンサ素子に、液状電解質または固体電解
質を保持させて外装ケース内に収納して構成されてい
る。このような電解コンデンサにおいて、陽極電極箔と
陰極電極箔には、それぞれの電極を外部に接続するため
のリード線が、ステッチ、超音波溶接等の公知の手段に
より接続されている。

【０００３】ここで、リード線は、偏平部と丸棒部、お
よび引出し線という、３つの部分から構成されている。
すなわち、電極箔に接合される部分は、巻回型のコンデ
ンサ素子内に巻き込まれる関係から偏平部とされ、外装
ケースを密封する封口体に貫通挿入される部分は、封口
体との間のシール性と機械的強度を確保するために丸棒
部とされている。また、回路基板に実装される引出し部
分は、実装時の取扱性を確保するために柔軟性を持つ引
出し線とされている。

【０００４】このような３つの部分から構成されるリー
ド線を最初から単体の成形品として作製することは効率
が悪いため、このようなリード線は、２種類の部材を溶
接することによって作製されるのが通常である。すなわ
ち、このリード線は、偏平部と丸棒部を単体のタブ端子
として形成し、このタブ端子の丸棒部に対して、別に形
成した引出し線を溶接することによって作製されてい
る。

【０００５】このようなリード線において、引出し線
は、回路基板に対してはんだ付けで実装される場合が多
い。そのため、引出し線としては、はんだ付け特性を向
上するために、その表面に、錫または鉛を含有する錫メ
ッキを施した引出し線が使用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の電解コンデンサにおいては、リード線部分
から錫のウィスカ（ひげ状の結晶）が発生するという問
題点がある。すなわち、電解コンデンサを回路基板には
んだ付け等で実装した際に、コンデンサの製造状況によ
っては、電解コンデンサのリード部分に錫ウィスカが発
生する場合がある。この錫ウィスカが発生した場合に
は、陽極側のリード線から発生したウィスカと陰極側の
リード線から発生したウィスカが互いに接合したり、あ
るいは、リード線で発生したウィスカが回路基板の表面
を這うように成長して、基板上の他の配線パターンに達
する可能性がある。このような、錫ウィスカによる電極
リード間の接合や配線パターン間の接合は、電解コンデ
ンサの漏れ電流を増大させたり、ショートを発生させる
原因となる。

【０００７】本発明は、以上のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その目的は、
リード線部分からの錫ウィスカの発生が防止可能で、漏
れ電流が低く、ショート発生の恐れもない、特性および
信頼性に優れた電解コンデンサを提供すると共に、その
ような電解コンデンサを効率よく製造可能な製造方法を
提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の電解コンデンサは、偏平部と丸棒部から
なるタブ端子の丸棒部に引出し線を溶接して形成された
リード線を、その前記偏平部において陽極電極箔と陰極
電極箔にそれぞれ接合し、これらの電極箔をセパレータ
を介して巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデ
ンサ素子を、電解質を保持させて外装ケース内に収納し
てなる電解コンデンサにおいて、次のような特徴を有す
るものである。

【０００９】すなわち、請求項１に記載の電解コンデン
サは、前記リード線の引出し線に、ビスマスを含有する
錫からなる金属層が形成され、この引出し線と前記丸棒
部との溶接部は、溶接時に前記金属層から溶融したビス
マスを含有することを特徴としている。この構成によれ
ば、引出し線と丸棒部との溶接部に含有されるビスマス
によって、溶接部からの錫ウィスカの発生を抑制するこ
とができる。また、引出し線の表面に形成された金属層
に含有されるビスマスによって、引出し線からの錫ウィ
スカの発生を抑制することができる。

【００１０】請求項２に記載の電解コンデンサは、請求
項１に記載の電解コンデンサにおいて、前記金属層が、
ビスマスを含有した錫メッキ層であることを特徴として
いる。また、請求項４に記載の製造方法は、タブ端子の
丸棒部に引出し線を溶接する前に、引出し線にビスマス
を含有する錫メッキ層を形成し、この引出し線を前記丸
棒部に溶接することを特徴としている。この構成によれ
ば、引出し線を丸棒部に溶接した際に、錫メッキ層のビ
スマスが溶融して溶接部に含有され、請求項２に記載の
電解コンデンサを作製することができる。

【００１１】以上のような請求項２、４の構成によれ
ば、次のような作用が得られる。すなわち、本発明の電
解コンデンサを作製する際に、引出し線表面への金属層
の具体的な形成方法は適宜選択可能であるが、請求項
２、４に記載したように、引出し線表面に錫メッキ層を
形成することは、簡単な装置構成で容易かつ均一に実現
可能であり、実用性が高い。また、メッキ材料は異なる
ものの、引出し線にメッキを施す工程自体は、従来方法
にも含まれるため、請求項４の方法は、従来方法に比べ
て製造工程を複雑化させるものではなく、改善されたメ
ッキ工程を有する方法に他ならない。

【００１２】請求項３に記載の電解コンデンサは、請求
項１に記載の電解コンデンサにおいて、前記金属層のビ
スマスの含有率が、０．５〜１０．０ｗｔ％であること
を特徴としている。この構成によれば、金属層のビスマ
スの含有率を適切な範囲に限定することにより、十分な
ウィスカ抑制効果を実現しながらしかも十分なはんだ付
け特性を維持できる。

【００１３】なお、以上のようにリード線の引出し線の
表面に形成する金属層にビスマスを含有させる点や、そ
の含有率の限定は、本発明者が、前述した従来の電解コ
ンデンサにおける錫ウィスカの発生状況を詳細に観察し
た上で、引出し線の表面の金属層の組成に着目し、この
金属層に含有させる材料と錫ウィスカの発生との関係に
ついて検討を重ねた結果、導き出されたものである。こ
の一連の研究内容については、後で説明する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下には、本発明による電解コン
デンサとその製造方法の実施の形態について、図１およ
び図２を参照して具体的に説明する。ここで、図１は、
本発明による電解コンデンサの一つの形態を示す断面
図、図２は、図１の電解コンデンサの製造工程のうち、
特に、コンデンサ素子の形成工程を示す斜視図である。

【００１５】［１．製造工程］図１に示すコンデンサ素
子１を作製する際には、まず、図２に示すように、陽極
電極箔２と陰極電極箔３に取り付けるリード線４，５を
形成する。すなわち、丸棒部６と偏平部７からなるアル
ミニウムタブ端子と、鉄線の周囲に銅を形成したＣＰ線
からなる引出し線８とを溶接して（溶接部９）、リード
線４，５を形成する。

【００１６】本発明に従い、このリード線４，５の形成
に当たっては、溶接前の時点で、引出し線８の表面に、
０．５〜１０．０ｗｔ％のビスマスを含有する錫メッキ
を施して、ビスマスを含有する錫からなる層（以下、ビ
スマス錫層）１０を形成する。このようにビスマス錫層
１０を形成することにより、この引出し線８を丸棒部６
に溶接する際には、ビスマス錫層１０が溶融して、溶接
部９にビスマスが含有される。

【００１７】また、具体的な溶接方法としては、電解コ
ンデンサ用のタブ端子の丸棒部６と引出し線とを溶接す
る際に通常用いられている方法を用いることができる。
すなわち、丸棒部６と引出し線８を突き合わせ、火花放
電等によって高温状態を形成し、丸棒部６と引出し線８
の両端を溶解して接合する方法等を用いることができ
る。

【００１８】次に、形成されたリード線４，５の偏平部
７を、陽極電極箔２と陰極電極箔３にそれぞれ接合す
る。そして、陽極電極箔２と陰極電極箔３との間にセパ
レータ１１を介在させて巻回し、コンデンサ素子１を作
製する。さらに、このコンデンサ素子１に対して電解コ
ンデンサ用電解液を含浸する。

【００１９】この後、図１に示すように、コンデンサ素
子１のリード線４、５の丸棒部６を封口体１２の孔部に
挿通し、次いで、コンデンサ素子１を有底筒状の外装ケ
ース１３に収納する。最後に、外装ケース１３の開口端
部を絞り加工によって密閉、封口して、アルミニウム電
解コンデンサを完成する。

【００２０】［２．作用・効果］以上の製造工程によれ
ば、引出し線８と丸棒部６との溶接部９に含有されるビ
スマスによって、溶接部９からの錫ウィスカの発生を抑
制することができると共に、引出し線８の表面に形成さ
れたビスマス錫層１０に含有されるビスマスによって、
引出し線８からの錫ウィスカの発生を抑制することがで
きる。また、ビスマス錫層１０におけるビスマスの含有
率を、０．５〜１０．０ｗｔ％の範囲内としたことによ
り、十分なウィスカ抑制効果を実現しながらしかも十分
なはんだ付け特性を維持できる。したがって、錫ウィス
カによる漏れ電流の増大やショートの発生を有効に防止
することができる。

【００２１】すなわち、前述したように、本発明は、前
述した従来の電解コンデンサにおける錫ウィスカの発生
状況を詳細に観察した上で、引出し線の表面の金属層の
組成に着目し、この金属層に含有させる材料と錫ウィス
カの発生との関係について検討とを重ねた結果、導き出
されたものである。以下には、この一連の研究内容につ
いて説明する。

【００２２】ウィスカが特に溶接部で発生し易いこと
の判明 まず、前述した従来の電解コンデンサについて、錫ウィ
スカの発生状況を観察したところ、特に、図３に示すよ
うに、タブ端子の丸棒部６と引出し線８との溶接部９に
おいてウィスカ１４の発生が多いことが判明した。ま
た、溶接部９に比べれば少ないものの、引出し線８の表
面からもウィスカがある程度発生することが判明した。

【００２３】溶接部表面におけるウィスカ発生源の判
明 さらに、溶接部における錫ウィスカの発生源を突き止め
るために、溶接部の内部組成を調べたところ、溶接部の
少なくとも表面に、錫層または鉛を含有する錫層（以
下、錫層等）が形成されていることが判明した。そし
て、この錫層等から錫ウィスカが発生していることが判
明した。ここで、溶接部の表面に錫層等が形成される理
由は次のように考察された。すなわち、溶接の際に引出
し線の表面の錫メッキ層または鉛を含有する錫メッキ層
が溶融し、その結果、錫層等が形成されるというもので
ある。

【００２４】ウィスカの発生メカニズムの考察 続いて、以上のような錫ウィスカの発生メカニズムにつ
いて、次のように考察した。まず、溶接部に形成される
錫層等の表面には、一般に酸化皮膜が形成されている。
この酸化皮膜が、製造、作動中等に何らかの原因で損傷
を受けて欠損部が生じ、錫層等内の内部応力がこの欠損
部に集中し、ここから内部応力によって錫が押し出され
るようにして、錫ウィスカが発生する。さらに、引出し
線としては、鉄線の周囲に銅を形成したＣＰ線が使用さ
れるが、この引出し線の銅が、錫層等内に拡散して内部
応力を増大させ、錫ウィスカの発生を促進する。

【００２５】ビスマスの含有によってウィスカ発生を
抑制できることの判明 そこで、以上のような錫ウィスカの発生を抑制するため
に研究を重ねた結果、図１に示すように、引出し線８の
表面にビスマスを含有する錫からなる層（ビスマス錫
層）１０を形成し、この引出し線をタブ端子の丸棒部に
溶接して溶接部９にビスマスを含有させることにより、
錫ウィスカの発生を抑制できることを見出した。すなわ
ち、引出し線８と丸棒部６との溶接部９に含有されるビ
スマスによって、溶接部９からの錫ウィスカの発生を抑
制することができると共に、引出し線８の表面に形成さ
れたビスマス錫層１０に含有されるビスマスによって、
引出し線８からの錫ウィスカの発生を抑制することがで
きることを見出した。

【００２６】ビスマスの含有によってウィスカ発生を
抑制できる理由の考察 続いて、以上のようなビスマスの含有による錫ウィスカ
発生の具体的な抑制メカニズムについては、次のように
考察した。まず、ビスマスは、銅とは逆にビスマス錫層
内の内部応力を減少させるように作用する。そしてま
た、ビスマスは、酸化皮膜の欠損部から押し出された錫
結晶に対して縦方向ではなく横方向への成長を促し、そ
の結果、成長した結晶はウィスカ状にならない。一方、
ビスマスの持つ高融点等の特性によるものと考えられる
が、ビスマス錫層１０を形成した引出し線をタブ端子の
丸棒部６に溶接することによって、ビスマス錫層１０の
ビスマスは、蒸散することなく良好に溶融して溶接部に
十分に含有され、ウィスカ抑制に効果的に作用する。

【００２７】ビスマスの望ましい含有率の判明 さらに、ビスマス錫層１０の組成を検討した結果、ビス
マス錫層１０におけるビスマスの含有率は、０．５〜１
０．０ｗｔ％の範囲内であることが望ましいものと判明
した。すなわち、ビスマスの含有率が０．５ｗｔ％に満
たない場合には、ウィスカ抑制効果が低減してしまい、
逆に、１０．０ｗｔ％を越える場合には、融点が低下し
てはんだ付け特性が低下してしまう。しかしながら、ビ
スマスの含有率が、０．５〜１０．０ｗｔ％の範囲内で
あれば、十分なウィスカ抑制効果を実現しながらしかも
十分なはんだ付け特性を維持できる。

【００２８】［３．他の実施の形態］なお、本発明は、
前述したような実施の形態に限定されるものではなく、
他にも本発明の範囲内で多種多様な形態が実施可能であ
る。

【００２９】例えば、前記実施の形態においては、アル
ミニウム電解コンデンサについて説明したが、本発明
は、電解液を含浸させた電解コンデンサに限定されるも
のではなく、固体電解質を保持させた固体電解コンデン
サにも同様に適用可能であり、同様に優れた効果が得ら
れるものである。

【００３０】

【実施例】より具体的に、図１の構造を持つ、同一定格
１６ＷＶ−４７μＦのアルミニウム電解コンデンサとし
て、次の表１に示すように、引出し線８の表面に形成す
る金属層の材質のみが異なる３種類の電解コンデンサを
作製した。すなわち、５ｗｔ％のビスマスを含有する錫
メッキを施してビスマス錫層１０を形成してなる引出し
線を用いた電解コンデンサ（実施例）と、単純な錫メッ
キを施して錫層を形成してなる引出し線を用いた電解コ
ンデンサ（比較例１）と、５ｗｔ％の鉛を含有する錫メ
ッキを施して鉛を含有する錫層を形成してなる引出し線
を用いた電解コンデンサ（比較例２）とをそれぞれ作製
した。

【表１】

【００３１】そして、これらの３種類のアルミニウム電
解コンデンサをそれぞれ１００個ずつ用意し、回路基板
にはんだ付けによって装着し、８５℃／８５％ＲＨ、１
０００時間の耐湿試験を行った後、目視によってウィス
カの発生数を検査したところ、次の表２に示すような結
果が得られた。

【表２】

【００３２】この表２に示すように、比較例１、２にお
いては、ウィスカの発生が認められるが、本発明に係る
実施例においては、ウィスカの発生は全く認められな
い。このことから、本発明に係るビスマス錫層１０の効
果は明らかである。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、リード線の引出し線にビスマス錫層を形成し、この
引出し線とタブ端子の丸棒部との溶接部にそのビスマス
錫層から溶融したビスマスを含有させることにより、リ
ード線部分からの錫ウィスカの発生が防止可能で、漏れ
電流が低く、ショート発生の恐れもない、特性および信
頼性に優れた電解コンデンサを提供することができる。
また、引出し線に対するメッキ材料を変えるだけで従来
の製造工程をそのまま使用して電解コンデンサを効率よ
く製造可能な製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電解コンデンサの一つの形態を示
す断面図である。

【図２】図１の電解コンデンサの製造工程のうち、特
に、コンデンサ素子の形成工程を示す斜視図である。

【図３】従来の電解コンデンサにおいて、溶接部で錫ウ
ィスカが発生している状態を示す部分拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

１…コンデンサ素子 ２…陽極電極箔 ３…陰極電極箔 ４，５…リード線 ６…丸棒部 ７…偏平部 ８…引出し線 ９…溶接部 １０…ビスマス錫層 １１…セパレータ １２…封口体 １３…外装ケース １４…ウィスカ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 稔昌 東京都青梅市東青梅１丁目167番地の１ 日本ケミコン株式会社内 (72)発明者 仲秋 健太郎 東京都青梅市東青梅１丁目167番地の１ 日本ケミコン株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 偏平部と丸棒部からなるタブ端子の丸棒
   部に引出し線を溶接して形成されたリード線を、その前
   記偏平部において陽極電極箔と陰極電極箔にそれぞれ接
   合し、これらの電極箔をセパレータを介して巻回してコ
   ンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子を、電解質
   を保持させて外装ケース内に収納してなる電解コンデン
   サにおいて、 前記リード線の引出し線に、ビスマスを含有する錫から
   なる金属層が形成され、この引出し線と前記丸棒部との
   溶接部は、溶接時に前記金属層から溶融したビスマスを
   含有することを特徴とする電解コンデンサ。
2. 【請求項２】 前記金属層は、ビスマスを含有した錫メ
   ッキ層であることを特徴とする請求項１記載の電解コン
   デンサ。
3. 【請求項３】 前記金属層のビスマスの含有率は、０．
   ５〜１０．０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１記
   載の電解コンデンサ。
4. 【請求項４】 偏平部と丸棒部からなるタブ端子の丸棒
   部に引出し線を溶接してリード線を形成し、形成された
   リード線をその前記偏平部において陽極電極箔と陰極電
   極箔にそれぞれ接合し、これらの電極箔をセパレータを
   介して巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデン
   サ素子を、電解質を保持させて外装ケース内に収納する
   電解コンデンサの製造方法において、 前記タブ端子の丸棒部に前記引出し線を溶接する前に、
   引出し線にビスマスを含有する錫メッキ層を形成し、こ
   の引出し線を前記丸棒部に溶接することを特徴とする電
   解コンデンサの製造方法。