JP2004095817A

JP2004095817A - 電解コンデンサ

Info

Publication number: JP2004095817A
Application number: JP2002254354A
Authority: JP
Inventors: Teruki Fujiyama; 藤山　輝己
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化を図ることができる電解コンデンサを提供することを目的とする。
【解決手段】長さ方向の中心部付近にリード線１３，１４を接続した陽極箔１１および陰極箔１２をその間にセパレータ１５を介在させて巻回することにより上記一対のリード線１３，１４が中心線から外れた同一円周上に隣接するように引き出されたコンデンサ素子１６と、このコンデンサ素子１６を駆動電解液と共に収納した有底筒状の金属ケースと、上記一対のリード線１３，１４が挿通する孔を設けて上記金属ケースの開放端を封止した封口部材とからなる構成とすることにより、陽極箔１１および陰極箔１２の箔抵抗を低減することができ、コンデンサとしての低ＥＳＬ化を図ることができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気製品に使用する高周波対応の電解コンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコンや通信機器の高速化が進められており、その電気回路の小型化、高周波対応化が要求されている。これに伴いコンデンサについても大容量化、低インピーダンス化が必要となり、特にコンピュータのＣＰＵ駆動用電源回路やスイッチング電源回路などに対しては、回路設計上、高周波対応としてノイズやリプル電流の吸収性が要求され、低ＥＳＲ（等価直列抵抗）化、低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化、耐高リップル電流化、大容量化が実現できる電解コンデンサが強く求められている。特に５００ｋ〜１ＭＨｚ以上の高周波領域においては、ＥＳＲよりもＥＳＬによりコンデンサとしてのインピーダンスが決まってしまうという特徴がある。
【０００３】
また近年、電気伝導度の高い導電性高分子を陰極用固体電解質として用いることで低ＥＳＲ化が図られてきているが、低ＥＳＬ化を図るまでには至っていない。
【０００４】
図７（ａ）は従来の電解コンデンサの平面図、図７（ｂ）は同正面図である。同図において陽極箔と陰極箔をセパレータを介在させて巻回したコンデンサ素子（図示せず）を駆動用電解液（図示せず）と共に有底筒状の金属ケース７４に挿入し、上記陽極箔および陰極箔にそれぞれ接続された陽極リード線７１と陰極リード線７２を封口部材７３の孔から挿通し、この封口部材７３により有底筒状の金属ケース７４の開放端を封口している。
【０００５】
上記コンデンサ素子は図８（ａ），（ｂ）に示すように、陽極リード線８２を接続した陽極箔８１と、セパレータ８３と、陰極リード線８５を接続した陰極箔８４と、セパレータ８６とを順に重ねて巻回することにより形成される。
【０００６】
ここで、陽極リード線８２を陽極箔８１に接続する位置は、巻始め側の長さを１とすると巻終わり側を２．５〜４になるように接続される。これは、巻始め側の径を小さくし、巻終わり側の径を大きくすることにより、リード間隔をほぼ巻径の半径の長さにし、かつ中心線上に位置する構造にするためである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記図７に示すような電解コンデンサのＥＳＬは、
ＥＳＬ＝κμＳＮ^２／１＝ＫＳ
Ｋは係数、Ｓは電流のループ面積
で表され、陽極リード線７１−コンデンサ素子−陰極リード線７２を経由したループの面積により決まることから、できるだけ陽極リード線７１−コンデンサ素子−陰極リード線７２のループの面積を小さくする必要がある。
【０００８】
しかしながら、上記図７の電解コンデンサにおいて、それに用いられるコンデンサ素子は、図８に示したように陽極リード線８２を陽極箔８１の巻始め側の長さを１としたときに巻終わり側を２．５〜４になるように接続されているため（陰極箔８４も同じ）、陽極箔８１および陰極箔８４の箔抵抗が大きくなり、その結果として電解コンデンサのＥＳＬが大きいという課題を有している。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、特に低ＥＳＬの電解コンデンサを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１に記載の発明は、長さ方向の中心部付近にリード線を接続した陽極箔および陰極箔をその間にセパレータを介在させて巻回することにより上記一対のリード線が中心線から外れた同一円周上に隣接するように引き出されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を駆動電解液と共に収納した有底筒状の金属ケースと、上記一対のリード線が挿通する孔を設けて上記金属ケースの開放端を封止した封口部材とからなる構成とするものであり、陽極箔および陰極箔の箔抵抗を低減することができ、しかも陽極箔−コンデンサ素子−陰極箔間のループ面積を小さくすることができることから、コンデンサとしての低ＥＳＬ化を図ることができるという作用を有する。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、駆動用電解液の代わりに、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンの少なくとも１種から選ばれた固体電解質層を用いた構成とするものであり、陽極箔と陰極箔の間の電導度を高くすることができ、高周波領域のＥＳＲを低減し、低ＥＳＬ化を図ることができるという作用を有する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、陰極箔に接続されたリード線と同一円周上の対称となる位置にダミーリード線を設けたものであり、電解コンデンサをプリント基板などに実装したときの機械的強度を向上させることができるという作用を有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１〜図６により説明する。
【００１４】
図１（ａ）は本発明の一実施の形態における電解コンデンサに用いられるコンデンサ素子の展開図、図１（ｂ）は同斜視図である。同図において長さ方向の中心部付近に陽極リード線１３を接続した陽極箔１１と、同じく長さ方向の中心部付近に陰極リード線１４を接続した陰極箔１２と、この陽極箔１１および陰極箔１２の間にそれぞれセパレータ１５を介在させて巻回することによりコンデンサ素子１６が形成される。
【００１５】
このコンデンサ素子１６の陽極リード線１３および陰極リード線１４は、コンデンサ素子１６の巻径の中心線からずれた位置に隣接して配置される。
【００１６】
なお、陽極箔１１はアルミニウム箔を粗面化し、その表面に誘電体酸化皮膜が形成されており、陰極箔１２はアルミニウム箔を粗面化したものである。
【００１７】
また、陽極リード線１３および陰極リード線１４は超音波溶接や針カシメなどにより陽極箔１１および陰極箔１２に接続する。
【００１８】
図２は上記コンデンサ素子１６を用いた電解コンデンサの外観を示す斜視図である。同図において、図示しないコンデンサ素子とエチレングリコールなどの駆動用電解液と共にアルミニウム製の金属ケース２４に封入した後、その開放部を樹脂加硫ブチルゴム（ブチルゴムポリマー３０部、カーボン２０部、無機充填剤５０部から構成、封口体硬度：７０ＩＲＨＤ［国際ゴム硬さ単位］）などの封口部材２３で陽極リード線２１および陰極リード線２２を封口部材２３から露出するようにして、金属ケース２４の開口部をカーリング処理により封止して電解コンデンサを得ることができる。
【００１９】
なお、上記封口部材２３に設けられたそれぞれのリード線２１，２２が挿通する孔は、コンデンサ素子の陽極リード線２１および陰極リード線２２が巻径の外周付近に隣接していることから、それぞれのリード線２１，２２が真上に挿通する位置に設けることが好ましい。
【００２０】
このような電解コンデンサは、それぞれのリード線２１，２２から各電極箔１１，１２の先端までの距離が短くなるため、電解コンデンサのＥＳＲを下げることができ、その結果として低ＥＳＬ化を図ることができる。
【００２１】
なお、陽極リード線１３と陰極リード線１４の間隔が狭いほど、ＥＳＬは小さくなるが、リード線の接触問題などから０．５〜２．０ｍｍの範囲が好ましい。ここで、本実施の形態と従来の電解コンデンサにおける外径とリード間隔によるＥＳＬを比較すると（表１）のようになる。
【００２２】
【表１】

【００２３】
（表１）から明らかなように、例えば外径寸法がφ６の電解コンデンサの場合、従来のリード間隔が２ｍｍであり、本実施の形態のリード間隔は１ｍｍであることから、本実施の形態の電解コンデンサのリード間の電流のループ面積が１／２となるため、リード部分で発生するＥＳＬを１／２に低減できる。また、φ１６の電解コンデンサにおいても、リード部分で発生するＥＳＬを１／３．７５に低減できる。
【００２４】
このように、長さ方向の中心部付近にリード線を接続した陽極箔および陰極箔をセパレータを介在させて巻回することにより構成され、それぞれのリード線を隣接することにより、リード間隔を外径に関係なく一定の間隔にすることができるため、ＥＳＲとＥＳＬを低くすることができる。
【００２５】
本実施の形態における電解コンデンサは、その外径が大きくなるほど、低ＥＳＬ化の効果を大きくすることができる。
【００２６】
また、上記駆動用電解液の代わりに、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンの少なくとも１種から選ばれた固体電解質層をコンデンサ素子１６の陽極箔１１、セパレータ１５、陰極箔１２の表面に形成することにより、高周波領域のＥＳＲをさらに低減し、低ＥＳＬ化を図ることができる。
【００２７】
この固体電解質層の形成は、例えばポリエチレンジオキシチオフェンポリスチレンスルホン酸の微粒子（平均粒径２００ｎｍ）の濃度が１．０重量％と、グリシジル変性ポリエステルの濃度が３．０重量％と界面活性剤を添加した導電性高分子分散水溶液に上記コンデンサ素子１６を浸漬して引き上げた後、１５０℃で５分間乾燥処理を行い、少なくとも誘電体酸化皮膜上に電子導電性高分子であるポリエチレンジオキシチオフェンポリスチレンスルホン酸とグリシジル変性ポリエステルを含有する第１の固体電解質層を形成する。続いて、このコンデンサ素子１６を複素環式モノマーであるエチレンジオキシチオフェン１部と酸化剤であるｐ−トルエンスルホン酸第二鉄２部と重合溶剤であるｎ−ブタノール４部を含む混合溶液に浸漬して引き上げた後、８５℃で６０分間放置することにより導電性高分子であるポリエチレンジオキシチオフェンの第２の固体電解質層を各電極箔間に形成して得ることができる。
【００２８】
図３（ａ）は本発明の他の実施の形態におけるダミーリード線を設けた電解コンデンサを示す平面図、図３（ｂ）は同斜視図である。同図において３１は陽極リード線、３２は陰極リード線、３３は封口部材で、陽極リード線３１および陰極リード線３２は封口部材３３の中心線よりずれた位置に設けられ、さらにダミーリード線３４を陽極リード線３１および陰極リード線３２の円周上で、かつ陰極リード線３２と対称となる位置に設けている。
【００２９】
このような電解コンデンサにすることにより、プリント基板に実装したときの耐振動性、接着性などの機械的強度を向上させることができる。
【００３０】
図４（ａ）は上記図２の電解コンデンサを用いた横置きタイプのチップ形電解コンデンサの構成を示す正面図、図４（ｂ）は側面図である。座板４４のコンデンサ保持部４５で電解コンデンサ４１の一部を覆うように保持し、陽極リード線４２と陰極リード線４３を扁平加工し、座板４４の下面に沿って折り曲げて、座板４４と電解コンデンサ４１を接合した構成とするものであり、プリント基板へのリフロー半田付けが可能となり、チップ部品として取り扱うことができる。
【００３１】
なお、図中４６はコンデンサの極性表示である。
【００３２】
図５（ａ）および図６（ａ）は上記図２の電解コンデンサを用いた縦置きタイプのチップ形電解コンデンサの構成を示す正面図、図５（ｂ）、図６（ｂ）は同底面図である。
【００３３】
まず、図５（ａ），（ｂ）のチップ形電解コンデンサは、陽極リード線５２と陰極リード線５３を扁平加工し、座板５４の下面に挿通させて折り曲げ、座板５４の角までくるように配置させ、座板５４の上部５５および５６にフックして電解コンデンサ５１を固定させた構成とするもので、プリント基板へのリフロー半田付けが可能となり、チップ部品として取り扱うことができる。
【００３４】
また図６（ａ），（ｂ）の電解コンデンサは、座板６２のコンデンサ保持部６３で電解コンデンサ６１のケース周面を覆うように保持し、扁平加工した陽極リード線６４と陰極リード線６５を挿通孔を設けた座板６２から挿通させて直角に折り曲げて配置した構成とするものであり、これもプリント基板へのリフロー半田付けが可能となり、チップ部品として取り扱うことができる。
【００３５】
なお、６６は陽極の極性表示を示す切り欠き部で、６７は座板６２をプリント基板に固定するダミー端子である。なお、ダミー端子６７は陰極と接続しても差し支えない。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、長さ方向の中心部付近にリード線を接続した陽極箔および陰極箔をその間にセパレータを介在させて巻回することにより上記一対のリード線が中心線から外れた同一円周上に隣接するように引き出されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を駆動電解液と共に収納した有底筒状の金属ケースと、上記一対のリード線が挿通する孔を設けて上記金属ケースの開放端を封止した封口部材とからなる構成とすることにより、陽極箔および陰極箔の箔抵抗を低減することができ、しかも陽極箔−コンデンサ素子−陰極箔間のループ面積を小さくすることができることから、コンデンサとしての低ＥＳＬ化を図ることができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の一実施の形態における電解コンデンサに用いられるコンデンサ素子の展開図
（ｂ）同斜視図
【図２】同外観を示す斜視図
【図３】（ａ）本発明の他の実施の形態における電解コンデンサを示す平面図
（ｂ）同斜視図
【図４】（ａ）本発明の他の実施の形態における横置きタイプのチップ形電解コンデンサの構成を示す正面図
（ｂ）同側面図
【図５】（ａ）本発明の他の実施の形態における縦置きタイプのチップ形電解コンデンサの構成を示す正面図
（ｂ）同底面図
【図６】（ａ）本発明の他の実施の形態における縦置きタイプのチップ形電解コンデンサの構成を示す正面図
（ｂ）同底面図
【図７】（ａ）従来の電解コンデンサの平面図
（ｂ）同正面図
【図８】（ａ）同電解コンデンサに用いるコンデンサ素子の展開図
（ｂ）同コンデンサ素子の斜視図
【符号の説明】
１１　陽極箔
１２　陰極箔
１３　陽極リード線
１４　陰極リード線
１５　セパレータ
１６　コンデンサ素子

Claims

長さ方向の中心部付近にリード線を接続した陽極箔および陰極箔をその間にセパレータを介在させて巻回することにより上記一対のリード線が中心線から外れた同一円周上に隣接するように引き出されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を駆動電解液と共に収納した有底筒状の金属ケースと、上記一対のリード線が挿通する孔を設けて上記金属ケースの開放端を封止した封口部材とからなる電解コンデンサ。
駆動用電解液に代えて、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンの少なくとも１種から選ばれた固体電解質層を用いた請求項１に記載の電解コンデンサ。
陰極箔に接続されたリード線と同一円周上の対称となる位置にダミーリード線を設けた請求項１に記載の電解コンデンサ。