JP2001257130A

JP2001257130A - 固体電解コンデンサ

Info

Publication number: JP2001257130A
Application number: JP2000067085A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Matsumoto; 伊久夫松本
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2001-09-21
Anticipated expiration: 2020-03-10
Also published as: JP3958913B2

Abstract

(57)【要約】【課題】絶縁性基板の上にコンデンサ素子を直接マウ
ントすることにより、コンデンサ素子の体積を大きくし
得る構造としながら、ヒューズ機能を有する金属体を接
続した具体的な構造の固体電解コンデンサを提供する。【解決手段】絶縁性基板６の一面側に第１、第２およ
び第３の内部電極２ａ、３ａ、２ｃが設けられており、
第１および第２の内部電極２ａ、３ａは、絶縁性基板６
の他面側に設けられる第１および第２の外部電極２、３
とビアメタル２ｂ、３ｂを介して電気的に接続されてい
る。そして、第１および第３の内部電極２ａ、２ｃにヒ
ューズ機能を有する金属体４の両端部が接続されて設け
られ、その上に絶縁体７を介してコンデンサ素子１が設
けられている。コンデンサ素子の陰極１２は、第３の内
部電極２ｃと電気的に接続されるように固着され、コン
デンサ素子１の陽極リード１１は第２の内部電極３ａと
電気的に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タンタル粉末など
の弁作用金属の焼結体からなる固体電解コンデンサに関
する。さらに詳しくは、パッケージをできるだけ小さく
しながら大きなコンデンサ素子を内蔵し、容量値を大き
くするなどの電気的特性を向上させることができると共
に、ヒューズ機能を内蔵する固体電解コンデンサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の固体電解コンデンサは、図３に示
されるように、コンデンサ素子１の陽極リード１１が第
１の外部リード２と抵抗溶接などにより電気的に接続さ
れ、コンデンサ素子１の側壁に形成される陰極１２がヒ
ューズ４を介して、第２の外部リード３とそれぞれ電気
的に接続され、その周囲が樹脂によりモールド成形され
て樹脂製パッケージ５で被覆されることにより形成され
ている。第１および第２の外部リード２、３は、モール
ドにより樹脂製パッケージ５が形成された後にリードフ
レームから切断されて分離され、フォーミングされるこ
とにより、図３に示される構造に形成されている。

【０００３】また、特開平８−１４８３８６号公報に
は、図４に示されるような構造の固体電解コンデンサが
開示されている。すなわち、図４に示される構造では、
絶縁性の基板２１の裏面に外部電極２２、２３が形成さ
れ、絶縁性基板２１のスルーホール内の導電部材２４を
介して上面側の内部電極２２ａ、２３ａに接続されるよ
うに、コンデンサ素子１の外周部が基板２１の低い部分
２１ｂに固着され、陽極リード１１は絶縁性基板２１の
段差により高くされた部分２１ａの表面の電極２３ａに
接続されることにより形成されている。そして、その上
面側がケース５により被覆される構造になっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図３に示される構造の
ものは、リードフレームを用いて製造することができる
ため、非常に安価に製造することができるという利点が
ある。しかし、コンデンサ素子１の上下両面側にパッケ
ージ５で被覆するスペースを必要とするため、パッケー
ジの外形寸法に対するコンデンサ素子１の割合を充分に
大きくすることができない。とくに近年では、の電子部
品の軽薄短小化に伴い、固体電解コンデンサでも非常に
パッケージの小さいものが要求されると共に、容量値の
増大化など、特性面の向上が要求されている。容量値の
増大化などの特性面の向上を図るためには、コンデンサ
素子の大きさを大きくしなければならないが、パッケー
ジの小形化と相容れず、小さなパッケージ内にいかに大
きなコンデンサ素子を内蔵するかが課題となっている。

【０００５】また、図４に示される構造では、パッケー
ジの占める部分は最小限に減らすことができ、外形寸法
に対するコンデンサ素子の割合を大きくすることができ
るが、ヒューズを内蔵するスペースがなく、ヒューズ機
能を有する固体電解コンデンサにすることができないた
め、誘電体膜の劣化などによる事故を未然に防止する構
造にしにくいという問題がある。

【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、絶縁性基板を用いて、その上にコン
デンサ素子を直接外部電極と電気的に接続してマウント
することにより、コンデンサ素子の体積を大きくし得る
構造としながら、ヒューズ機能を有する金属体を接続し
た具体的な構造の固体電解コンデンサを提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による固体電解コ
ンデンサは、絶縁性基板と、該絶縁性基板の一面側に形
成される第１、第２および第３の内部電極と、該第１お
よび第２の内部電極と電気的に接続して前記絶縁性基板
の他面側に設けられる第１および第２の外部電極と、前
記第１および第３の内部電極に両端部が接続して設けら
れるヒューズ機能を有する金属体と、該金属体の上に絶
縁体を介して設けられ、かつ、前記第３の内部電極と陰
極が電気的に接続されるように固着されるコンデンサ素
子と、該コンデンサ素子の陽極リードを前記第２の内部
電極と電気的に接続する接続部材と、前記コンデンサ素
子の周囲を被覆する被覆層とからなっている。

【０００８】この構造にすることにより、ヒューズ機能
を有する金属体は、直線状または板状で、直接絶縁性基
板上の内部電極に蒸着または熱圧着などにより接続され
るため、円弧を形成する必要がなく、最小限のスペース
で接続される。さらに、コンデンサ素子は、その金属体
上に絶縁体を介して直にマウントされるため、ヒューズ
機能を有しない固体電解コンデンサと殆ど全体の大きさ
を変えることなく製造されながら、ヒューズ機能を内蔵
することができ、小さなパッケージで非常に高性能な固
体電解コンデンサが得られる。

【０００９】

【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について説明をする。本発明に
よる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断面説明図が示される
ように、絶縁性基板６の一面側に第１、第２および第３
の内部電極２ａ、３ａ、２ｃが設けられており、第１お
よび第２の内部電極２ａ、３ａは、絶縁性基板６の他面
側に設けられる第１および第２の外部電極２、３とビア
メタル２ｂ、３ｂを介して電気的に接続されている。そ
して、第１および第３の内部電極２ａ、２ｃにヒューズ
機能を有する金属体４の両端部が接続されて設けられて
いる。この金属体４の上に絶縁体７を介してコンデンサ
素子１が設けられており、その陰極（外周側壁）１２
は、第３の内部電極２ｃと電気的に接続されるように、
導電性接着剤８により固着されると共に、そのコンデン
サ素子１の陽極リード１１が第２の内部電極３ａと導電
性接着剤のような接続部材９を介して電気的に接続され
ている。そして、コンデンサ素子１の周囲が被覆層（パ
ッケージ）５により被覆されている。

【００１０】絶縁性基板６は、たとえば０.１ｍｍ程度
の厚さのガラスエポキシ基板や、ポリイミドフィルムな
どが用いられ、その表面側に第１〜第３の内部電極２
ａ、３ａ、２ｃが形成され、その裏面側に第１および第
２の外部電極２、３が形成されている。第１および第２
の内部電極２ａ、３ａと外部電極２、３は、それぞれ絶
縁性基板６に設けられたスルーホールに埋め込まれたビ
アメタル２ｂ、３ｂにより電気的に接続されている。こ
の絶縁性基板６は、後述するように、たとえば２０ｃｍ
×６ｃｍ程度の図２（ａ）に示されるような大きな基板
に、たとえば２０００個程度分の電極が形成されてお
り、コンデンサ素子の組立が終って、その表面に樹脂な
どを塗布して被覆層（パッケージ）５が形成された後
に、各素子の境界部で切断することにより個々の固体電
解コンデンサに分割される。

【００１１】コンデンサ素子１は、従来の素子と同じ構
造（従来のリードフレームタイプより素子の体積を大き
くすることができる）で、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角型または円柱状に成形
され、その一壁面に陽極リード１１が埋め込まれてい
る。そして、陽極酸化により粉末の周囲にＴａ₂Ｏ₅など
の酸化皮膜や二酸化マンガン層が形成され、焼結体の外
周に二酸化マンガン層、グラファイト層、銀層などが形
成されて陰極１２が形成されている。焼結体の大きさ
は、たとえば底面積が０.３ｍｍ四方から数ｍｍ四方程
度に形成される。なお、１３はテフロンリングである。
このコンデンサ素子１の焼結体部外周の陰極１２が、前
述の第３の内部電極２ｃと電気的に接続されるように、
金属体４上の絶縁体７の上に銀ペーストなどの導電性接
着剤８などにより固着されている。

【００１２】金属体４は、たとえば太さが８０μｍφ程
度で、Ｐｂ系合金からなり、２６０℃程度以上で溶断す
るワイヤが、ヒューズ機能を有する材料として用いられ
る。このワイヤは、第１および第３の内部電極２ａ、２
ｃ上にその両端部がそれぞれ位置するように載置し、熱
圧着法などによりその端部を加熱しながら押し付けるこ
とにより両内部電極２ａおよび２ｃ間に接続される。金
属体４として、ヒューズ機能を有する材料が用いられる
ことにより、コンデンサ素子に起因する焼損事故を防止
することができる。すなわち、コンデンサ素子１の粉末
周囲に形成されている誘電体膜に損傷が生じ絶縁性が低
下して電流がリークすると、温度が上昇し、さらに過電
流になると焼結体が焼損し、事故になりやすいが、その
現象が生じそうになると、温度上昇を検知して直ちに電
流を遮断することができる。この目的から、焼結体が焼
損する６００℃程度より低く、ハンダ付けなどの温度で
は溶断しない２６０℃程度以上で溶断する材料が用いら
れる。

【００１３】金属体４としては、前述のワイヤ状のＰｂ
系合金に限定されるものではなく、Ｐｂフリーの観点か
ら、たとえばＳｎ-Ａｇ-ＣｕもしくはＳｎ-Ｚｎ合金な
どをスパッタもしくは真空蒸着法などにより１００μｍ
幅程度で、１μｍ程度の厚さの板状に形成されてもよ
い。すなわち、これらの材料は２６０℃程度で溶断する
が、０.１ｍｍφ程度以下のワイヤ状には形成できず、
ワイヤとしてはヒューズ機能を有する材料として利用で
きない。しかし、本発明の構造では、絶縁性基板上に直
接スパッタリングなどにより設けることができ、公害防
止の観点からＰｂを使用しないで、ヒューズ機能を有す
る金属体４として利用することができる。

【００１４】絶縁体７としては、たとえば消弧剤とか、
弾力性のあるＪＣＲ（ジャンクションコートレジン）な
どを使用することができる。消弧剤は、溶融して液状体
となった低融点金属を吸収し得るもので、熱容量および
熱伝導率が大きい、高純度のケイ砂（ＳｉＯ₂）などを
使用することができ、ＪＣＲは、たとえばシリコーンや
ポリイミドなどからなり、接合部を保護するのに適した
弾力性のある樹脂である。このような消弧剤や弾力性の
ある樹脂を用いることにより、金属体４が溶融した場
合、確実に分離させて切断状態にすることができる。

【００１５】導電性接着剤８は、通常よく用いられるＡ
ｇペーストなどを使用することができ、第３の内部電極
２ｃとは電気的に接続されるように、かつ、第１の内部
電極２ａとは電気的に接続されないようにスクリーン印
刷などにより塗布され、その表面にコンデンサ素子１が
載置されて硬化されることにより固着される。また、接
続部材９は、たとえばコンデンサ素子の大きさが小さ
く、第２の内部電極２ｂと陽極リード１１との間隔が１
ｍｍ程度以下であれば、粘度が大きめのＡｇペーストな
どの導電性ペーストをディスペンサなどにより塗布して
そのまま陽極リードを埋め込み、硬化させることにより
接続することもできる。また、その間隔が広い場合に
は、導電背部材を第２の内部電極２ｂ上に接着して、そ
の上に陽極リード１１を導電性ペーストなどにより接着
することもできる。

【００１６】このようにコンデンサ素子１がマウントさ
れた絶縁性基板６の表面全体に、ペースト状樹脂をスク
リーン印刷などにより塗布してコンデンサ素子１を被覆
して熱硬化させることにより、被覆層５が形成される。
すなわち、図３に示される従来構造のように射出成形で
形成するのではなく、その量も少ないため、ただ塗布し
て熱硬化させるだけで形成される。

【００１７】つぎに、この固体電解コンデンサの製法に
ついて説明をする。たとえばタンタル粉末を前述の大き
さに成形すると共にその一壁面に、たとえば太さが０.
２ｍｍφ程度のタンタル線を埋め込んで真空中で焼結す
ることにより、陽極リード１１が一壁面（上面）に埋め
込まれた焼結体を形成する。そして、陽極リード１１の
付け根部分にテフロン（登録商標）リング１３を被せ、
このコンデンサ素子１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図示しないステンレスバ
ーに数十個程度溶接する。

【００１８】ついで、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Ｔａ₂Ｏ₅からなる酸化物皮膜を形成する
（化成処理）。その後、硝酸マンガン水溶液中に浸漬
し、二酸化マンガン層（図示せず）を焼結体の内部およ
びその外周面に形成する工程と前述の酸化皮膜形成工程
（再化成処理）を繰り返す。この硝酸マンガン水溶液が
陽極リード１１に上らないようにテフロンリング１３が
設けられている。さらにその外表面にグラファイト層
（図示せず）を形成し、さらにその外表面に銀層（図示
せず）を形成することにより、その表面が陰極１２とさ
れたコンデンサ素子１が形成される。

【００１９】一方、外部電極と接続用のスルーホール
（図示せず）が形成されたガラスエポキシなどからなる
大きな絶縁性基板６の表面に、導電性ペーストなどをス
クリーン印刷などにより塗布して硬化させることによ
り、第１〜第３の内部電極２ａ、３ａ、２ｃを図２
（ａ）に示されるように多数個分形成し、さらにその裏
面に外部電極２、３を同様に形成する。ついで、図２
（ｂ）に示されるように、第１の内部電極２ａと第３の
内部電極２ｃとの間に金属体４を接続し、さらにその上
に絶縁体７を塗布する。そして、第３の内部電極２ｃの
露出部、および絶縁体７の上に図示しない導電性接着剤
８を塗布し、さらに第２の内部電極３ａの中心部に盛り
上がるように導電性接着剤からなる接続部材９を塗布
し、前述のコンデンサ素子１を図２（ｃ）に示されるよ
うに載置し、１５０℃程度に昇温して導電性接着剤を硬
化させる。その後、表面全体にペースト状樹脂をスクリ
ーン印刷などにより塗布して被覆し、１５０℃程度に加
熱することにより硬化させて被覆層５を形成する。つい
で、図２（ｄ）に示されるように被覆層５および絶縁性
基板６ごとカッター３１により切断して、図１に示され
る構造の固体電解コンデンサに分離する。

【００２０】本発明によれば、絶縁性基板上に直接コン
デンサ素子をマウントしながら、コンデンサ素子と絶縁
性基板との間にヒューズ機能を有する金属体を介在させ
たため、ヒューズを円弧状に設ける必要がなく、パッケ
ージを殆ど大きくすることなく、ヒューズ機能を内蔵す
ることができる。その結果、余分なスペースがなく、小
さなパッケージで容量値を大きくしたり、弁作用金属の
粒径を大きくしてリーク電流を小さくしたりすることに
より、電気的特性を向上させることができると共に、ヒ
ューズ機能を有するため、金属粉末周囲の誘電体層が劣
化してリークが生じ、温度が上昇したときはいち早く検
知し遮断することができ、温度が上昇し過ぎて焼損事故
が発生するということがなくなる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、小さなパッケージで大
きなコンデンサ素子を内蔵することができ、容量値を大
きくしたり、リーク電流を減少させることができ、非常
に高性能な固体電解コンデンサが得られる。しかもヒュ
ーズ機能を有するため、リーク電流などを早期に検知す
ることができ、非常に信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】図１の固体電解コンデンサの製造工程を示す説
明図である。

【図３】従来の固体電解コンデンサの一例を示す断面説
明図である。

【図４】従来における固体電解コンデンサの他の例を示
す断面説明図である。

【符号の説明】

１コンデンサ素子２第１の外部電極３第２の外部電極４金属体５被覆層（パッケージ）６絶縁性基板７絶縁体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板と、該絶縁性基板の一面側に
形成される第１、第２および第３の内部電極と、該第１
および第２の内部電極と電気的に接続して前記絶縁性基
板の他面側に設けられる第１および第２の外部電極と、
前記第１および第３の内部電極に両端部が接続して設け
られるヒューズ機能を有する金属体と、該金属体の上に
絶縁体を介して設けられ、かつ、前記第３の内部電極と
陰極が電気的に接続されるように固着されるコンデンサ
素子と、該コンデンサ素子の陽極リードを前記第２の内
部電極と電気的に接続する接続部材と、前記コンデンサ
素子の周囲を被覆する被覆層とからなる固体電解コンデ
ンサ。