JP2001110688A - 固体電解コンデンサおよびその製法 - Google Patents
固体電解コンデンサおよびその製法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/15—Solid electrolytic capacitors
-
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 陰極層のそれぞれの層間での熱応力に基づく
インピーダンスの増大を防止し、陽極・陰極間のインピ
ーダンスの小さい固体電解コンデンサおよびそれを得る
製法を提供する。 【解決手段】 一壁面に陽極リード１１が埋設された、
たとえばＴａ粉末などからなる弁作用金属粉末の焼結体
１０が形成されている。そして、金属粉末の外周に誘電
体層（酸化皮膜）１４が設けられ、その誘電体層１４が
設けられた焼結体１０の外周に二酸化マンガン層１５が
設けられている。二酸化マンガン層１５の外周には、さ
らにグラファイト層１６、１７が設けられているが、本
発明では、グラファイト層が二酸化マンガン層１５側に
設けられる水性グラファイト層１６とその外側に設けら
れる樹脂グラファイト層１７とからなり、その外周に金
属層１８が設けられることによりコンデンサ素子１が形
成されている。
インピーダンスの増大を防止し、陽極・陰極間のインピ
ーダンスの小さい固体電解コンデンサおよびそれを得る
製法を提供する。 【解決手段】 一壁面に陽極リード１１が埋設された、
たとえばＴａ粉末などからなる弁作用金属粉末の焼結体
１０が形成されている。そして、金属粉末の外周に誘電
体層（酸化皮膜）１４が設けられ、その誘電体層１４が
設けられた焼結体１０の外周に二酸化マンガン層１５が
設けられている。二酸化マンガン層１５の外周には、さ
らにグラファイト層１６、１７が設けられているが、本
発明では、グラファイト層が二酸化マンガン層１５側に
設けられる水性グラファイト層１６とその外側に設けら
れる樹脂グラファイト層１７とからなり、その外周に金
属層１８が設けられることによりコンデンサ素子１が形
成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はタンタル粉末などの
弁作用金属粉末の焼結体からなる固体電解コンデンサお
よびその製法に関する。さらに詳しくは、回路基板など
に実装する際のハンダリフロー時における温度ショック
に対しても、コンデンサ素子の陰極層に剥離が生じない
で、等価直列抵抗（インピーダンス）が増加したり、シ
ョート不良などが発生しない構造の固体電解コンデンサ
およびその製法に関する。
弁作用金属粉末の焼結体からなる固体電解コンデンサお
よびその製法に関する。さらに詳しくは、回路基板など
に実装する際のハンダリフロー時における温度ショック
に対しても、コンデンサ素子の陰極層に剥離が生じない
で、等価直列抵抗（インピーダンス）が増加したり、シ
ョート不良などが発生しない構造の固体電解コンデンサ
およびその製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のタンタル電解コンデンサのような
固体電解コンデンサに内蔵されるコンデンサ素子１は、
図３に示されるように、たとえばＴａ粉末を用い、一壁
面にＴａワイヤなどの陽極リード１１を埋設した直方体
または立方体形状の成形体を作り、真空雰囲気で焼結す
る。そして、粉末の周囲および焼結体１０の外周にＴａ
2Ｏ5などの誘電体層（酸化皮膜）１４および二酸化マン
ガン層１５を形成する。さらに外周に、グラファイト層
１６、銀樹脂層１８をそれぞれ形成して被覆層１９を設
け、その表面を陰極１２とすることにより製造される。
この誘電体層１４は、焼結体１０を陽極酸化（化成処
理）することにより形成され、二酸化マンガン層１５
は、硝酸マンガン水溶液に浸漬して内部に染み込ませた
後、硝酸マンガン水溶液を熱分解をすることにより形成
され、グラファイト層１６は水性グラファイト（いわゆ
る墨汁）を塗布して１３０℃程度で焼き付けることによ
り形成され、銀樹脂層１７はいわゆる銀ペーストを塗布
して２００℃程度で乾燥させることにより形成されてい
る。なお、１３はテフロンリングである。
固体電解コンデンサに内蔵されるコンデンサ素子１は、
図３に示されるように、たとえばＴａ粉末を用い、一壁
面にＴａワイヤなどの陽極リード１１を埋設した直方体
または立方体形状の成形体を作り、真空雰囲気で焼結す
る。そして、粉末の周囲および焼結体１０の外周にＴａ
2Ｏ5などの誘電体層（酸化皮膜）１４および二酸化マン
ガン層１５を形成する。さらに外周に、グラファイト層
１６、銀樹脂層１８をそれぞれ形成して被覆層１９を設
け、その表面を陰極１２とすることにより製造される。
この誘電体層１４は、焼結体１０を陽極酸化（化成処
理）することにより形成され、二酸化マンガン層１５
は、硝酸マンガン水溶液に浸漬して内部に染み込ませた
後、硝酸マンガン水溶液を熱分解をすることにより形成
され、グラファイト層１６は水性グラファイト（いわゆ
る墨汁）を塗布して１３０℃程度で焼き付けることによ
り形成され、銀樹脂層１７はいわゆる銀ペーストを塗布
して２００℃程度で乾燥させることにより形成されてい
る。なお、１３はテフロンリングである。
【０００３】このように、コンデンサ素子１の陰極１２
は焼結体１０の外周に各層からなる被覆層１９が設けら
れることにより形成されているが、各層の線膨張係数は
表１に示されるようにそれぞれ異なっている。
は焼結体１０の外周に各層からなる被覆層１９が設けら
れることにより形成されているが、各層の線膨張係数は
表１に示されるようにそれぞれ異なっている。
【０００４】
【表１】
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、コンデ
ンサ素子の陰極は、誘電体層が形成された焼結体の表面
に種々の層が設けられており、その線膨張係数も異なる
ため、固体電解コンデンサを回路基板などに実装する際
のハンダリフローの温度衝撃による応力により各層の剥
離または浮きが生じる。その結果、陽極・陰極間のイン
ピーダンス（高周波での等価直列抵抗）が大きくなり、
電気的特性が低下するという問題がある。
ンサ素子の陰極は、誘電体層が形成された焼結体の表面
に種々の層が設けられており、その線膨張係数も異なる
ため、固体電解コンデンサを回路基板などに実装する際
のハンダリフローの温度衝撃による応力により各層の剥
離または浮きが生じる。その結果、陽極・陰極間のイン
ピーダンス（高周波での等価直列抵抗）が大きくなり、
電気的特性が低下するという問題がある。
【０００６】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、陰極層のそれぞれの層間での熱応力
に基づくインピーダンス（等価直列抵抗）の増大を防止
し、陽極・陰極間のインピーダンスの小さい固体電解コ
ンデンサおよびそれを得る製法を提供することを目的と
する。
になされたもので、陰極層のそれぞれの層間での熱応力
に基づくインピーダンス（等価直列抵抗）の増大を防止
し、陽極・陰極間のインピーダンスの小さい固体電解コ
ンデンサおよびそれを得る製法を提供することを目的と
する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、固体電解コ
ンデンサを回路基板などに実装した後に、陽極・陰極間
のインピーダンスが大きくなったり、リーク電流が大き
くなる原因について鋭意検討を重ねて調べた結果、実装
する際にハンダ付けのためリフロー炉に入れて２７０℃
程度に温度を上げるが、その昇温の際の温度衝撃によ
り、陰極層である二酸化マンガン層、グラファイト層、
金属層（銀樹脂層）のそれぞれの界面で剥離が生じた
り、軽い浮きが生じるため、層間での直列抵抗が増加し
てインピーダンスが上昇することに原因があることを見
出した。とくに、グラファイト層は非常に薄い層である
が、グラファイト層に異常が生じやすく、その異常が直
接陽極・陰極間のインピーダンスに非常に大きく影響す
ることが判明した。
ンデンサを回路基板などに実装した後に、陽極・陰極間
のインピーダンスが大きくなったり、リーク電流が大き
くなる原因について鋭意検討を重ねて調べた結果、実装
する際にハンダ付けのためリフロー炉に入れて２７０℃
程度に温度を上げるが、その昇温の際の温度衝撃によ
り、陰極層である二酸化マンガン層、グラファイト層、
金属層（銀樹脂層）のそれぞれの界面で剥離が生じた
り、軽い浮きが生じるため、層間での直列抵抗が増加し
てインピーダンスが上昇することに原因があることを見
出した。とくに、グラファイト層は非常に薄い層である
が、グラファイト層に異常が生じやすく、その異常が直
接陽極・陰極間のインピーダンスに非常に大きく影響す
ることが判明した。
【０００８】さらに、層間での剥離や浮きの生じる原因
を調べた結果、ハンダ付けのためのリフロー時に層間の
剥離や浮きが生じる原因が、各層の線膨張係数が異なる
こと、各層を設けるための焼付け後に室温に戻った状態
での各層の応力関係と、ハンダリフロー時の各層間の応
力関係が逆転すること、の２点がとくにに大きな原因で
あることを見出した。そして、とくに線膨張係数の異な
るグラファイト層と金属層（銀ペーストなどのように、
金属粉末が樹脂に混ぜられたものを乾燥して形成されて
おり、若干の樹脂を含有し、たとえば銀樹脂層とも呼べ
る）との間に線膨張係数が中間となる樹脂グラファイト
層を介在させることにより、および／またはグラファイ
ト層を焼付けにより設ける際の焼付け温度をハンダのリ
フロー温度である２３０〜３００℃程度の温度で行うこ
とにより、応力の影響を受けやすいグラファイト層への
負担が軽くなり、インピーダンスの増加を防止すること
ができた。
を調べた結果、ハンダ付けのためのリフロー時に層間の
剥離や浮きが生じる原因が、各層の線膨張係数が異なる
こと、各層を設けるための焼付け後に室温に戻った状態
での各層の応力関係と、ハンダリフロー時の各層間の応
力関係が逆転すること、の２点がとくにに大きな原因で
あることを見出した。そして、とくに線膨張係数の異な
るグラファイト層と金属層（銀ペーストなどのように、
金属粉末が樹脂に混ぜられたものを乾燥して形成されて
おり、若干の樹脂を含有し、たとえば銀樹脂層とも呼べ
る）との間に線膨張係数が中間となる樹脂グラファイト
層を介在させることにより、および／またはグラファイ
ト層を焼付けにより設ける際の焼付け温度をハンダのリ
フロー温度である２３０〜３００℃程度の温度で行うこ
とにより、応力の影響を受けやすいグラファイト層への
負担が軽くなり、インピーダンスの増加を防止すること
ができた。
【０００９】本発明による固体電解コンデンサは、一壁
面に陽極リードが埋設された弁作用金属粉末の焼結体
と、該金属粉末の外周に設けられる誘電体層と、該誘電
体層が設けられた焼結体の外周に設けられる二酸化マン
ガン層と、該二酸化マンガン層の外周に設けられるグラ
ファイト層と、該グラファイト層の外周に設けられる金
属層とからコンデンサ素子が形成され、前記グラファイ
ト層が前記二酸化マンガン層側に設けられる水性グラフ
ァイト層と前記金属層側に設けられる樹脂グラファイト
層とからなっている。
面に陽極リードが埋設された弁作用金属粉末の焼結体
と、該金属粉末の外周に設けられる誘電体層と、該誘電
体層が設けられた焼結体の外周に設けられる二酸化マン
ガン層と、該二酸化マンガン層の外周に設けられるグラ
ファイト層と、該グラファイト層の外周に設けられる金
属層とからコンデンサ素子が形成され、前記グラファイ
ト層が前記二酸化マンガン層側に設けられる水性グラフ
ァイト層と前記金属層側に設けられる樹脂グラファイト
層とからなっている。
【００１０】ここに水性グラファイトとは、従来から用
いられているグラファイトのことで、炭素粉末を水に分
散させたもので、いわゆる墨汁を意味し、樹脂グラファ
イトとは、フェノール樹脂などの樹脂に炭素粉末を分散
させたもので、いわゆるペンキを意味する。
いられているグラファイトのことで、炭素粉末を水に分
散させたもので、いわゆる墨汁を意味し、樹脂グラファ
イトとは、フェノール樹脂などの樹脂に炭素粉末を分散
させたもので、いわゆるペンキを意味する。
【００１１】この構造にすることにより、金属層は元々
銀ペーストなどのように、金属粉末を樹脂と混ぜたペー
スト状のものを塗布して乾燥させることにより形成され
ており、若干の樹脂を含有しており、樹脂グラファイト
は、この金属層に線膨張係数が近づき、とくに線膨張係
数の異なるグラファイト層と金属層との間に、その中間
の線膨張係数を有する樹脂グラファイト層が設けられる
ことになる。その結果、両者間の線膨張係数の差に基づ
く応力の作用が小さくなり、実装時のハンダ付けに基づ
く熱衝撃に対しても、陰極の各層が剥離などを生じるこ
とがなくなる。
銀ペーストなどのように、金属粉末を樹脂と混ぜたペー
スト状のものを塗布して乾燥させることにより形成され
ており、若干の樹脂を含有しており、樹脂グラファイト
は、この金属層に線膨張係数が近づき、とくに線膨張係
数の異なるグラファイト層と金属層との間に、その中間
の線膨張係数を有する樹脂グラファイト層が設けられる
ことになる。その結果、両者間の線膨張係数の差に基づ
く応力の作用が小さくなり、実装時のハンダ付けに基づ
く熱衝撃に対しても、陰極の各層が剥離などを生じるこ
とがなくなる。
【００１２】本発明による固体電解コンデンサの製法
は、（ａ）弁作用金属粉末の焼結体を形成し、（ｂ）該
焼結体を陽極酸化することにより金属粉末表面に酸化膜
皮膜を形成し、（ｃ）前記金属粉末の周囲および焼結体
の外周に二酸化マンガン層を形成し、（ｄ）前記焼結体
外周の二酸化マンガン層上にグラファイト層を形成し、
（ｅ）前記グラファイト層上に金属層を形成することに
よりコンデンサ素子を製造する場合に、前記グラファイ
ト層の形成を、液状グラファイトを塗布した後、２３０
〜３００℃で焼付けることを特徴とする。
は、（ａ）弁作用金属粉末の焼結体を形成し、（ｂ）該
焼結体を陽極酸化することにより金属粉末表面に酸化膜
皮膜を形成し、（ｃ）前記金属粉末の周囲および焼結体
の外周に二酸化マンガン層を形成し、（ｄ）前記焼結体
外周の二酸化マンガン層上にグラファイト層を形成し、
（ｅ）前記グラファイト層上に金属層を形成することに
よりコンデンサ素子を製造する場合に、前記グラファイ
ト層の形成を、液状グラファイトを塗布した後、２３０
〜３００℃で焼付けることを特徴とする。
【００１３】このように、グラファイトを焼き付ける温
度をハンダのリフロー時の温度程度にすることにより、
焼付け後の室温に戻った状態では、線膨張係数の小さい
材料には圧縮力が働き、線膨張係数の大きい材料には引
っ張り力が働く。しかし、ハンダのリフロー時には、焼
付け時の温度と殆ど同じであるため、応力が働かない状
態になっている。すなわち、室温時の各層の応力関係
と、リフロー時の各層の応力関係とは従来のように反転
しないため、受けるダメージは小さくなる。
度をハンダのリフロー時の温度程度にすることにより、
焼付け後の室温に戻った状態では、線膨張係数の小さい
材料には圧縮力が働き、線膨張係数の大きい材料には引
っ張り力が働く。しかし、ハンダのリフロー時には、焼
付け時の温度と殆ど同じであるため、応力が働かない状
態になっている。すなわち、室温時の各層の応力関係
と、リフロー時の各層の応力関係とは従来のように反転
しないため、受けるダメージは小さくなる。
【００１４】前記グラファイト層の形成を、水性グラフ
ァイトを塗布して２３０〜３００℃で焼付けた後、樹脂
グラファイトを塗布して２３０〜３００℃で焼付けるこ
とにより行うことがより一層陰極層の浮きを防止するこ
とができるため好ましい。
ァイトを塗布して２３０〜３００℃で焼付けた後、樹脂
グラファイトを塗布して２３０〜３００℃で焼付けるこ
とにより行うことがより一層陰極層の浮きを防止するこ
とができるため好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の固体電解コンデンサおよびその製法について説明を
する。本発明の固体電解コンデンサは、図１に本発明に
よる固体電解コンデンサの一実施形態であるコンデンサ
素子１およびパッケージ内に組み立てた状態の断面説明
図が示されるように、一壁面に陽極リード１１が埋設さ
れた、たとえばＴａ粉末などからなる弁作用金属粉末の
焼結体１０が形成されている。そして、金属粉末の周囲
および焼結体１０の外周に誘電体層（酸化皮膜）１４が
設けられ、その誘電体層１４が設けられた粉末の周囲お
よび焼結体１０の外周に二酸化マンガン層１５が設けら
れている。二酸化マンガン層１５の外周には、さらにグ
ラファイト層１６、１７が設けられているが、本発明で
は、グラファイト層が二酸化マンガン層１５側に設けら
れる水性グラファイト層１６とその外側に設けられる樹
脂グラファイト層１７とからなり、その外周に金属層１
８が設けられることによりコンデンサ素子１が形成され
ている。
明の固体電解コンデンサおよびその製法について説明を
する。本発明の固体電解コンデンサは、図１に本発明に
よる固体電解コンデンサの一実施形態であるコンデンサ
素子１およびパッケージ内に組み立てた状態の断面説明
図が示されるように、一壁面に陽極リード１１が埋設さ
れた、たとえばＴａ粉末などからなる弁作用金属粉末の
焼結体１０が形成されている。そして、金属粉末の周囲
および焼結体１０の外周に誘電体層（酸化皮膜）１４が
設けられ、その誘電体層１４が設けられた粉末の周囲お
よび焼結体１０の外周に二酸化マンガン層１５が設けら
れている。二酸化マンガン層１５の外周には、さらにグ
ラファイト層１６、１７が設けられているが、本発明で
は、グラファイト層が二酸化マンガン層１５側に設けら
れる水性グラファイト層１６とその外側に設けられる樹
脂グラファイト層１７とからなり、その外周に金属層１
８が設けられることによりコンデンサ素子１が形成され
ている。
【００１６】焼結体１０は、タンタル、アルミニウム、
ニオブなどの弁作用金属の粉末が、その一壁面に陽極リ
ード１１が埋め込まれるように角形に成形され、真空雰
囲気中で１４００〜２３００℃程度で、２０〜３０分程
度の熱処理をすることにより形成される。この焼結体１
０の大きさは、固体電解コンデンサの種類や特性により
異なるが、たとえば底面が０.５ｍｍ角程度から１ｍｍ
弱角程度の立方体または直方体の角型に形成される。陽
極リード１１は、たとえば０.２ｍｍφ程度のタンタル
線が用いられ、成形時にその一端部が内部に埋め込まれ
ている。
ニオブなどの弁作用金属の粉末が、その一壁面に陽極リ
ード１１が埋め込まれるように角形に成形され、真空雰
囲気中で１４００〜２３００℃程度で、２０〜３０分程
度の熱処理をすることにより形成される。この焼結体１
０の大きさは、固体電解コンデンサの種類や特性により
異なるが、たとえば底面が０.５ｍｍ角程度から１ｍｍ
弱角程度の立方体または直方体の角型に形成される。陽
極リード１１は、たとえば０.２ｍｍφ程度のタンタル
線が用いられ、成形時にその一端部が内部に埋め込まれ
ている。
【００１７】誘電体層（酸化皮膜）１４は、たとえばリ
ン酸水溶液などに焼結体１０を浸漬させ、陽極酸化を行
うことにより、Ｔａ粉末の表面が酸化してＴａ2 Ｏ5な
どの酸化皮膜となることにより形成される。この酸化皮
膜の厚さは、０.０５μｍ程度である。
ン酸水溶液などに焼結体１０を浸漬させ、陽極酸化を行
うことにより、Ｔａ粉末の表面が酸化してＴａ2 Ｏ5な
どの酸化皮膜となることにより形成される。この酸化皮
膜の厚さは、０.０５μｍ程度である。
【００１８】二酸化マンガン層１５は、酸化皮膜（誘電
体層１４）が形成された焼結体を硝酸マンガン水溶液中
に浸漬し、硝酸マンガン水溶液を含浸させた後、熱分解
することにより粉末の外周に内装二酸化マンガン層が形
成される。さらに電解ＭｎＯ 2の微粒子を分散させた硝
酸マンガン水溶液に浸漬して加熱分解することにより、
焼結体の外周に外装二酸化マンガン層１５が２０〜３０
μｍ程度の厚さに形成される。
体層１４）が形成された焼結体を硝酸マンガン水溶液中
に浸漬し、硝酸マンガン水溶液を含浸させた後、熱分解
することにより粉末の外周に内装二酸化マンガン層が形
成される。さらに電解ＭｎＯ 2の微粒子を分散させた硝
酸マンガン水溶液に浸漬して加熱分解することにより、
焼結体の外周に外装二酸化マンガン層１５が２０〜３０
μｍ程度の厚さに形成される。
【００１９】グラファイト層は、前述のように、水性グ
ラファイト層１６と、樹脂グラファイト層１７とからな
っている。それぞれの厚さは１μｍ〜数μｍ程度であ
る。水性グラファイトは、炭素粉末が水に分散したもの
で、いわゆる墨汁と同じ成分であり、従来からグラファ
イト層として使用されているものである。この液状のグ
ラファイトに焼結体１０を浸漬し、焼結体１０の外周に
塗布して焼き付けることにより水分が蒸発して水性グラ
ファイト層１６が形成される。樹脂グラファイトは、炭
素粉末がフェノール樹脂などの樹脂に混合されたもの
で、いわゆるペンキと同じ成分である。水性グラファイ
ト層１６が形成された焼結体１０を、同様に液状の樹脂
グラファイト中に浸漬し、その表面に塗布して焼き付け
ることにより、樹脂グラファイト層１７が形成される。
ラファイト層１６と、樹脂グラファイト層１７とからな
っている。それぞれの厚さは１μｍ〜数μｍ程度であ
る。水性グラファイトは、炭素粉末が水に分散したもの
で、いわゆる墨汁と同じ成分であり、従来からグラファ
イト層として使用されているものである。この液状のグ
ラファイトに焼結体１０を浸漬し、焼結体１０の外周に
塗布して焼き付けることにより水分が蒸発して水性グラ
ファイト層１６が形成される。樹脂グラファイトは、炭
素粉末がフェノール樹脂などの樹脂に混合されたもの
で、いわゆるペンキと同じ成分である。水性グラファイ
ト層１６が形成された焼結体１０を、同様に液状の樹脂
グラファイト中に浸漬し、その表面に塗布して焼き付け
ることにより、樹脂グラファイト層１７が形成される。
【００２０】この水性グラファイトおよび樹脂グラファ
イトの塗布後の焼付けは、従来の水性グラファイトの焼
付け温度である１３０℃で行っても、従来の構造より良
好な結果が得られたが、後述するように、ハンダのリフ
ロー温度である２７０℃程度、すなわち２３０〜３００
℃程度で焼き付けた方が、さらにインピーダンス特性が
良好であった。
イトの塗布後の焼付けは、従来の水性グラファイトの焼
付け温度である１３０℃で行っても、従来の構造より良
好な結果が得られたが、後述するように、ハンダのリフ
ロー温度である２７０℃程度、すなわち２３０〜３００
℃程度で焼き付けた方が、さらにインピーダンス特性が
良好であった。
【００２１】金属層１８は、銀または銅などの粉末がフ
ェノール樹脂などの樹脂に混入されたもので、いわゆる
銀ペーストなどと呼ばれているものである。そのペース
ト内に陽極リード１１が埋め込まれた上面がつからない
程度に焼結体１０を浸漬して表面に塗布した後、乾燥さ
せることにより５０μｍ程度の厚さに形成される。この
金属層１８は、樹脂を含有するペーストを乾燥させるこ
とにより形成されているため、金属層１８内にも若干の
樹脂を含有し、たとえば銀樹脂ともいえる。この外表面
が陰極１２とされ、陽極リード１１との間で固体電解コ
ンデンサの陰極と陽極が構成されている。
ェノール樹脂などの樹脂に混入されたもので、いわゆる
銀ペーストなどと呼ばれているものである。そのペース
ト内に陽極リード１１が埋め込まれた上面がつからない
程度に焼結体１０を浸漬して表面に塗布した後、乾燥さ
せることにより５０μｍ程度の厚さに形成される。この
金属層１８は、樹脂を含有するペーストを乾燥させるこ
とにより形成されているため、金属層１８内にも若干の
樹脂を含有し、たとえば銀樹脂ともいえる。この外表面
が陰極１２とされ、陽極リード１１との間で固体電解コ
ンデンサの陰極と陽極が構成されている。
【００２２】コンデンサ素子１の陽極リード１１および
陰極１２が、図１（ｂ）に断面説明図が示されるよう
に、リードフレームからなる外部リード２、３にそれぞ
れ抵抗溶接とヒューズ４などを介して接続され、その周
囲がモールド成形されて樹脂製パッケージ５が形成さ
れ、リードフレームから各リードが切断されてフォーミ
ングされることにより、固体電解コンデンサが形成され
ている。
陰極１２が、図１（ｂ）に断面説明図が示されるよう
に、リードフレームからなる外部リード２、３にそれぞ
れ抵抗溶接とヒューズ４などを介して接続され、その周
囲がモールド成形されて樹脂製パッケージ５が形成さ
れ、リードフレームから各リードが切断されてフォーミ
ングされることにより、固体電解コンデンサが形成され
ている。
【００２３】この構造にすることにより、従来構造のグ
ラファイト層である水性グラファイト層１６と金属層
（たとえば銀樹脂層）１８との間に樹脂グラファイト層
１７が設けられているため、従来構造のグラファイト層
と銀樹脂層との間の応力を緩和することができる。すな
わち、水性グラファイトの線膨張係数は、０.３×１０-
5であり、銀樹脂の線膨張係数は、４×１０-5であり、
樹脂グラファイトの線膨張係数は、２×１０-5であるた
め、樹脂グラファイトが設けられることにより、その中
間の線膨張係数の材料が介在することになり、水性グラ
ファイト層１６と銀樹脂層１８との間の応力を緩和する
ことができる。一方、樹脂グラファイト層１７は、その
樹脂成分は、銀樹脂層１８の樹脂と同系統の樹脂であ
り、また、炭素粉末は、水性グラファイトと同じカーボ
ン粉末であり、両層に馴染みがよい。そのため、温度衝
撃がかかっても、グラファイト層または銀樹脂層が剥離
したり浮きが生じることがなくなる。
ラファイト層である水性グラファイト層１６と金属層
（たとえば銀樹脂層）１８との間に樹脂グラファイト層
１７が設けられているため、従来構造のグラファイト層
と銀樹脂層との間の応力を緩和することができる。すな
わち、水性グラファイトの線膨張係数は、０.３×１０-
5であり、銀樹脂の線膨張係数は、４×１０-5であり、
樹脂グラファイトの線膨張係数は、２×１０-5であるた
め、樹脂グラファイトが設けられることにより、その中
間の線膨張係数の材料が介在することになり、水性グラ
ファイト層１６と銀樹脂層１８との間の応力を緩和する
ことができる。一方、樹脂グラファイト層１７は、その
樹脂成分は、銀樹脂層１８の樹脂と同系統の樹脂であ
り、また、炭素粉末は、水性グラファイトと同じカーボ
ン粉末であり、両層に馴染みがよい。そのため、温度衝
撃がかかっても、グラファイト層または銀樹脂層が剥離
したり浮きが生じることがなくなる。
【００２４】この構造で、前述のグラファイト層の焼付
け温度を従来と同様の１３０℃で行った結果、３０個の
平均で、ハンダリフロー後の１００ｋＨｚでのインピー
ダンスの平均ｘはｘ＝２.１４Ω、バラツキの平均であ
る標準偏差σはσ＝０.２３で、従来構造のｘ＝５.６３
Ω、σ＝１.２９より遥かに良好なインピーダンス特性
が得られた。
け温度を従来と同様の１３０℃で行った結果、３０個の
平均で、ハンダリフロー後の１００ｋＨｚでのインピー
ダンスの平均ｘはｘ＝２.１４Ω、バラツキの平均であ
る標準偏差σはσ＝０.２３で、従来構造のｘ＝５.６３
Ω、σ＝１.２９より遥かに良好なインピーダンス特性
が得られた。
【００２５】つぎに、グラファイト層として、従来の水
性グラファイト層を用い、その焼付け温度をハンダリフ
ローの温度と同程度の温度である２７０℃程度で行う固
体電解コンデンサの製法について、図２のフローチャー
トを参照しながら説明をする。
性グラファイト層を用い、その焼付け温度をハンダリフ
ローの温度と同程度の温度である２７０℃程度で行う固
体電解コンデンサの製法について、図２のフローチャー
トを参照しながら説明をする。
【００２６】（ａ）まず、たとえばタンタル粉末からな
る弁作用金属粉末を０.５ｍｍ立方程度に成形し、その
一側面に、たとえば太さが０.２ｍｍφ程度のタンタル
線を埋め込んで成形体を作製する（Ｓ１）。そして、真
空中で１４００〜２３００℃で２０〜３０分程度の時間
焼結することにより、陽極リード１１が一壁面に埋め込
まれた焼結体１０を形成する（Ｓ２）。
る弁作用金属粉末を０.５ｍｍ立方程度に成形し、その
一側面に、たとえば太さが０.２ｍｍφ程度のタンタル
線を埋め込んで成形体を作製する（Ｓ１）。そして、真
空中で１４００〜２３００℃で２０〜３０分程度の時間
焼結することにより、陽極リード１１が一壁面に埋め込
まれた焼結体１０を形成する（Ｓ２）。
【００２７】（ｂ）つぎに、陽極リード１１の付け根部
分にテフロンリング１３を被せ、このコンデンサ素子の
陽極リード１１の先端部を、たとえばステンレス板で形
成したステンレスバーに数十個程度の素子を溶接する。
そして、ステンレスバーに溶接された分をまとめて、た
とえばリン酸水溶液中に浸漬し、陽極リード１１を陽極
として陽極酸化をすることにより、タンタル粉末の周囲
にＴａ2 Ｏ5 からなる酸化皮膜（誘電体層）を形成（化
成処理）する（Ｓ３）。
分にテフロンリング１３を被せ、このコンデンサ素子の
陽極リード１１の先端部を、たとえばステンレス板で形
成したステンレスバーに数十個程度の素子を溶接する。
そして、ステンレスバーに溶接された分をまとめて、た
とえばリン酸水溶液中に浸漬し、陽極リード１１を陽極
として陽極酸化をすることにより、タンタル粉末の周囲
にＴａ2 Ｏ5 からなる酸化皮膜（誘電体層）を形成（化
成処理）する（Ｓ３）。
【００２８】（ｃ）ついで、ステンレスバーに溶接した
ままの状態で、前述の焼結体を硝酸マンガン溶液中に浸
漬し、焼結体内に含浸させる。そして、炉中で水分を蒸
発させると共に、亜硝酸ガスがなくなるまで分解して酸
化皮膜上に二酸化マンガン層を形成する（Ｓ４）。この
場合、焼結体１０の内部だけでなく、焼結体１０の外周
の酸化皮膜１４上にもに二酸化マンガン層１５を形成す
る。なお、この二酸化マンガン層の形成工程で、前述の
酸化皮膜が破損する部分が生じるため、再度前述の化成
処理と同じ工程を行い、この工程と共に数回繰り返す
（再化成処理）。
ままの状態で、前述の焼結体を硝酸マンガン溶液中に浸
漬し、焼結体内に含浸させる。そして、炉中で水分を蒸
発させると共に、亜硝酸ガスがなくなるまで分解して酸
化皮膜上に二酸化マンガン層を形成する（Ｓ４）。この
場合、焼結体１０の内部だけでなく、焼結体１０の外周
の酸化皮膜１４上にもに二酸化マンガン層１５を形成す
る。なお、この二酸化マンガン層の形成工程で、前述の
酸化皮膜が破損する部分が生じるため、再度前述の化成
処理と同じ工程を行い、この工程と共に数回繰り返す
（再化成処理）。
【００２９】（ｄ）つぎに、焼結体１０外周の二酸化マ
ンガン層１５上に水性グラファイト層１６を形成する。
前述のステンレスバーに溶接したままの状態で、周囲に
二酸化マンガン層１５が形成された焼結体１０をグラフ
ァイト水溶液中に浸漬してから引き上げることにより、
外周にグラファイト溶液を塗布する。そして、実装の際
におけるハンダリフロー時の温度程度である２７０℃程
度の炉中に入れて、６０分程度の時間焼付けを行うこと
により、水性グラファイト層１６を１〜数μｍ程度の厚
さ形成する（Ｓ５）。すなわち、従来は１３０℃程度の
温度で焼付けを行っていたが、前述のように、この焼付
け温度を実装の際のハンダリフロー時の温度程度で行う
ことにより、インピーダンスを小さくすることができ
た。その理由については後述する。
ンガン層１５上に水性グラファイト層１６を形成する。
前述のステンレスバーに溶接したままの状態で、周囲に
二酸化マンガン層１５が形成された焼結体１０をグラフ
ァイト水溶液中に浸漬してから引き上げることにより、
外周にグラファイト溶液を塗布する。そして、実装の際
におけるハンダリフロー時の温度程度である２７０℃程
度の炉中に入れて、６０分程度の時間焼付けを行うこと
により、水性グラファイト層１６を１〜数μｍ程度の厚
さ形成する（Ｓ５）。すなわち、従来は１３０℃程度の
温度で焼付けを行っていたが、前述のように、この焼付
け温度を実装の際のハンダリフロー時の温度程度で行う
ことにより、インピーダンスを小さくすることができ
た。その理由については後述する。
【００３０】（ｅ）その後、グラファイト層１６上に銀
樹脂層（金属層）１８を形成する（Ｓ６）。この銀樹脂
層１８の形成は、銀ペースト中に、グラファイト層１６
が形成された焼結体１０を浸漬し、その外周に銀ペース
トを塗布して２００℃程度で乾燥させることにより、５
０μｍ程度の厚さに形成される。
樹脂層（金属層）１８を形成する（Ｓ６）。この銀樹脂
層１８の形成は、銀ペースト中に、グラファイト層１６
が形成された焼結体１０を浸漬し、その外周に銀ペース
トを塗布して２００℃程度で乾燥させることにより、５
０μｍ程度の厚さに形成される。
【００３１】このようにして形成されたコンデンサ素子
１の陽極リード１１および陰極１２をリードフレームの
外部リード２、３とそれぞれ接続し、樹脂モールドによ
り樹脂製パッケージ５を形成し、リードフレームから外
部リード２、３を分離し、フォーミングをすることによ
り、固体電解コンデンサが形成される（Ｓ６）。
１の陽極リード１１および陰極１２をリードフレームの
外部リード２、３とそれぞれ接続し、樹脂モールドによ
り樹脂製パッケージ５を形成し、リードフレームから外
部リード２、３を分離し、フォーミングをすることによ
り、固体電解コンデンサが形成される（Ｓ６）。
【００３２】前述のように、グラファイト層１６の形成
において、焼付け温度を実装時のハンダリフロー温度程
度の温度で行うとインピーダンスが小さくなる理由につ
いて説明をする。焼付け温度をハンダリフロー時の温
度、たとえば２７０℃で行うと、２７０℃の状態で、二
酸化マンガン層１５とグラファイト層１６は共に応力が
働かない状態で接している。焼付けが終了して、室温に
戻ると、線膨張係数の小さいグラファイト層１６は圧縮
力を受け、線膨張係数の大きい二酸化マンガン層１５は
引っ張り力を浮けるが、ハンダリフロー時の温度に上昇
しても、その応力は０に近づくだけで、それぞれの層の
圧縮力と引っ張り力が反転することはない。そして、ハ
ンダリフローが終了して、また室温に戻ると、前述と同
様のグラファイト層１６に圧縮力、二酸化マンガン層１
５に引っ張り力が働き、この応力の関係が反転すること
がない。
において、焼付け温度を実装時のハンダリフロー温度程
度の温度で行うとインピーダンスが小さくなる理由につ
いて説明をする。焼付け温度をハンダリフロー時の温
度、たとえば２７０℃で行うと、２７０℃の状態で、二
酸化マンガン層１５とグラファイト層１６は共に応力が
働かない状態で接している。焼付けが終了して、室温に
戻ると、線膨張係数の小さいグラファイト層１６は圧縮
力を受け、線膨張係数の大きい二酸化マンガン層１５は
引っ張り力を浮けるが、ハンダリフロー時の温度に上昇
しても、その応力は０に近づくだけで、それぞれの層の
圧縮力と引っ張り力が反転することはない。そして、ハ
ンダリフローが終了して、また室温に戻ると、前述と同
様のグラファイト層１６に圧縮力、二酸化マンガン層１
５に引っ張り力が働き、この応力の関係が反転すること
がない。
【００３３】一方、従来の製法では、室温では同じ応力
関係にあるが、焼付け温度の１３０℃を超えると、引っ
張り力と圧縮力の関係が逆転して２７０℃まで上げるこ
とになる。すなわち、温度衝撃による剥離などの現象
は、この応力の逆転が大きく影響し、この応力の関係が
逆転しなければ、層間の剥離や浮きが生じにくいことが
本発明者の鋭意検討の結果見出されたのである。
関係にあるが、焼付け温度の１３０℃を超えると、引っ
張り力と圧縮力の関係が逆転して２７０℃まで上げるこ
とになる。すなわち、温度衝撃による剥離などの現象
は、この応力の逆転が大きく影響し、この応力の関係が
逆転しなければ、層間の剥離や浮きが生じにくいことが
本発明者の鋭意検討の結果見出されたのである。
【００３４】この方法で製造したタンタル電解コンデン
サのインピーダンスを、前述と同様に、３０個の平均で
調べた結果、インピーダンスの平均ｘは、ｘ＝３.１５
Ω、標準偏差σ＝０.４６で、樹脂グラファイト層を挿
入したものよりは劣るが、従来構造に比して、明らかに
特性が向上している。
サのインピーダンスを、前述と同様に、３０個の平均で
調べた結果、インピーダンスの平均ｘは、ｘ＝３.１５
Ω、標準偏差σ＝０.４６で、樹脂グラファイト層を挿
入したものよりは劣るが、従来構造に比して、明らかに
特性が向上している。
【００３５】さらに、この水性グラファイト層１６を、
高温で焼き付けた後に、さらに前述の樹脂グラファイト
層１７を同様に２７０℃程度で焼付けし、その上に前述
と同様に銀樹脂層１８を設けたものを３０個作製し、そ
の平均のインピーダンスｘおよび標準偏差σを調べた。
この結果を、従来構造の固体電解コンデンサ、図１に示
される構造のコンデンサ、図２に示される方法により製
造されるコンデンサと対比して表２にまとめる。
高温で焼き付けた後に、さらに前述の樹脂グラファイト
層１７を同様に２７０℃程度で焼付けし、その上に前述
と同様に銀樹脂層１８を設けたものを３０個作製し、そ
の平均のインピーダンスｘおよび標準偏差σを調べた。
この結果を、従来構造の固体電解コンデンサ、図１に示
される構造のコンデンサ、図２に示される方法により製
造されるコンデンサと対比して表２にまとめる。
【００３６】
【表２】
【００３７】表２から明らかなように、グラファイト層
を水性グラファイト層１６と樹脂グラファイト層１７と
の複層にし、しかもそのグラファイト層を共に実装時の
ハンダリフロー温度の近傍で行うことにより、１００ｋ
Ｈｚでのインピーダンスを非常に低下させることができ
た。
を水性グラファイト層１６と樹脂グラファイト層１７と
の複層にし、しかもそのグラファイト層を共に実装時の
ハンダリフロー温度の近傍で行うことにより、１００ｋ
Ｈｚでのインピーダンスを非常に低下させることができ
た。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、電極間のインピーダン
スに一番大きく影響するグラファイト層に線膨張係数が
金属層に近い層を介在させているため、ハンダリフロー
時の熱衝撃に対しても、応力が緩和される構造になって
いる。そのため、陰極層の剥離や浮きなどが生ぜず、イ
ンピーダンスの上昇を招くことがない。
スに一番大きく影響するグラファイト層に線膨張係数が
金属層に近い層を介在させているため、ハンダリフロー
時の熱衝撃に対しても、応力が緩和される構造になって
いる。そのため、陰極層の剥離や浮きなどが生ぜず、イ
ンピーダンスの上昇を招くことがない。
【００３９】さらに、グラファイト層を焼き付ける際の
温度を実装時におけるハンダリフロー時の温度近傍で行
うことにより、グラファイト層にかかる応力の関係が、
室温時とハンダリフロー時とで逆転することがなく、熱
衝撃によるグラファイト層の剥離や浮きなどが生ぜず、
インピーダンス特性を良好に維持することができる。
温度を実装時におけるハンダリフロー時の温度近傍で行
うことにより、グラファイト層にかかる応力の関係が、
室温時とハンダリフロー時とで逆転することがなく、熱
衝撃によるグラファイト層の剥離や浮きなどが生ぜず、
インピーダンス特性を良好に維持することができる。
【図１】本発明による固体電解コンデンサの一実施形態
の断面説明図である。
の断面説明図である。
【図２】本発明による固体電解コンデンサの製法の一実
施形態であるフローチャートを示す図である。
施形態であるフローチャートを示す図である。
【図３】従来の固体電解コンデンサにおけるコンデンサ
素子部の構造説明図である。
素子部の構造説明図である。
【符号の説明】 １ コンデンサ素子 １０ 焼結体 １４ 誘電体層（酸化皮膜） １５ 二酸化マンガン層 １６ 水性グラファイト層 １７ 樹脂グラファイト層 １８ 金属層
Claims (3)
- 【請求項１】 一壁面に陽極リードが埋設された弁作用
金属粉末の焼結体と、該金属粉末の外周に設けられる誘
電体層と、該誘電体層が設けられた焼結体の外周に設け
られる二酸化マンガン層と、該二酸化マンガン層の外周
に設けられるグラファイト層と、該グラファイト層の外
周に設けられる金属層とからコンデンサ素子が形成さ
れ、前記グラファイト層が前記二酸化マンガン層側に設
けられる水性グラファイト層と前記金属層側に設けられ
る樹脂グラファイト層とからなる固体電解コンデンサ。 - 【請求項２】 （ａ）弁作用金属粉末の焼結体を形成
し、（ｂ）該焼結体を陽極酸化することにより金属粉末
表面に酸化膜皮膜を形成し、（ｃ）前記金属粉末の周囲
および焼結体の外周に二酸化マンガン層を形成し、
（ｄ）前記焼結体外周の二酸化マンガン層上にグラファ
イト層を形成し、（ｅ）前記グラファイト層上に金属層
を形成することによりコンデンサ素子を製造する場合
に、前記グラファイト層の形成を、液状グラファイトを
塗布した後、２３０〜３００℃で焼き付けることを特徴
とする固体電解コンデンサの製法。 - 【請求項３】 前記グラファイト層の形成を、水性グラ
ファイトを塗布して２３０〜３００℃で焼付けた後、樹
脂グラファイトを塗布して２３０〜３００℃で焼付ける
ことにより行う請求項２記載の製法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29226799A JP3881480B2 (ja) | 1999-10-14 | 1999-10-14 | 固体電解コンデンサおよびその製法 |
| US09/689,701 US6333844B1 (en) | 1999-10-14 | 2000-10-13 | Solid electrolytic capacitor |
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