JP2005005642A - チップ型固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数のコンデンサ素子の陰極層を接合し、コンデンサ素子を並列接続したチップ型固体電解コンデンサにおいて、接合強度のばらつきを低減した、チップ型固体電解コンデンサとその製造方法を提供すること
【解決手段】コンデンサ素子１ａ、１ｃの陰極層が形成されている面を対向させた状態で、間に板状の導体からなる陰極端子３ａを介在させて、はんだまたは導電性接着剤などの接合剤５を用いて接合する際に、陰極端子３ａのコンデンサ素子１ａ、１ｃに当接する部分に、貫通孔４ａを設ける。これによって、コンデンサ素子１ａ、１ｃ接合面は、貫通孔４ａの部分において、直接接合されることになり、接合強度の向上やばらつき低減が可能となる。前記貫通孔は切り欠きであっても、同様の効果を奏する。
【選択図】 図１
【解決手段】コンデンサ素子１ａ、１ｃの陰極層が形成されている面を対向させた状態で、間に板状の導体からなる陰極端子３ａを介在させて、はんだまたは導電性接着剤などの接合剤５を用いて接合する際に、陰極端子３ａのコンデンサ素子１ａ、１ｃに当接する部分に、貫通孔４ａを設ける。これによって、コンデンサ素子１ａ、１ｃ接合面は、貫通孔４ａの部分において、直接接合されることになり、接合強度の向上やばらつき低減が可能となる。前記貫通孔は切り欠きであっても、同様の効果を奏する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陽極体に弁作用金属の焼結体を用いたチップ型固体電解コンデンサとその製造方法に関わり、特に容量が大きく、等価直列抵抗（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉａｌ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：以下、ＥＳＲと記す）が低いチップ型固体電解コンデンサとその製造方法に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体電解コンデンサは、陽極体に電解酸化処理を施して得られる酸化層を誘電体として用いるものである。陽極体には、緻密で絶縁性の高い酸化層の形成が可能な、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウムなどの、弁作用金属と称される金属の焼結体が用いられる。
【０００３】
このような固体電解コンデンサの代表的な製造方法は、陽極体となる弁作用金属の焼結体に化成処理を施すことで、酸化層を形成し、次いで陰極層を形成して陰極端子を取り付け、陽極リードには陽極端子を取り付け、コンデンサを得るというものである。陰極層には、二酸化マンガンなどが用いられ、周波数特性を、さらに向上するために、導電性高分子を用いてＥＳＲを低下したものが開発されている。
【０００４】
図５は、従来の代表的な固体電解コンデンサの例を示す図で、図５（ａ）はコンデンサ素子の断面図、図５（ｂ）はコンデンサ素子に端子を取り付け、樹脂モールドを施した状態の斜視図である。図５において、１はコンデンサ素子、２は陽極リード、３は陰極端子、６は陽極端子、７は陽極体、８は酸化層、９は陰極層、１０は樹脂モールドによって形成される外装樹脂である。
【０００５】
図５（ａ）に示したように、陽極リード２は、酸化層８によって、陰極層９とは絶縁されている。また、図５（ｂ）に示したように、陰極端子３と陽極端子６は外装樹脂に沿った形状にフォーミングを施すことで、面実装に対応させた形状とすることが一般的である。
【０００６】
このような面実装に対応した構造を有する、チップ型固体電解コンデンサは、小型で静電容量が大きく、周波数特性に優れ、ＣＰＵの電源回路などに広く用いられている。しかし、ＣＰＵの動作周波数の高周波数化に伴い、その電源回路のノイズ特性の向上や、リップル電流許容電流の大電流化への要求が増加することにより、さらに低いＥＳＲ特性を有するコンデンサが要求されるようになっている。
【０００７】
さらに、このようなＣＰＵを搭載する機器は、小型化、高性能化の方向に開発が進められているため、ＥＳＲをさらに低下させることはもとより、小型、大容量化かつ薄型の要求にも同時に対応することが必要となってきた。
【０００８】
一般に、複数のコンデンサを並列に接続すると、ｉ番目の（ｉは１からｎまでの自然数）のコンデンサにおける、静電容量をＣｉ、ＥＳＲをＥＳＲｉとするとき、全体の静電容量、Ｃｔｏｔａｌ、及び全体のＥＳＲ、ＥＳＲｔｏｔａｌは、それぞれ式（１）、式（２）で示される。
【０００９】
Ｃｔｏｔａｌ＝Ｃ１＋Ｃ２＋ ・・・ Ｃｎ ・・・（１）
１／ＥＳＲｔｏｔａｌ＝１／ＥＳＲ１＋１／ＥＳＲ２＋ ・・・ １／ＥＳＲｎ ・・・（２）
【００１０】
従って、図４（ａ）に示したようなコンデンサ素子を、複数個並列接続することにより、容量が増大し、ＥＳＲを低減できる。このことは、固体電解コンデンサを伝送線路型ノイズフィルタとして動作するように構成する場合においても同様である。
【００１１】
複数個の固体電解コンデンサを並列接続する技術が、特許文献１に開示されている。これは、図５（ａ）に示したコンデンサ素子の、複数個の陽極リードを、リードフレームを用いた陽極端子に接続し、少なくとも１個のコンデンサ素子の陰極層を、リードフレームを用いた陰極端子に接続するものである。
【００１２】
図６は、特許文献１に開示されている、複数のコンデンサ素子を接合した一例を示す斜視図である。ここでは、２個のコンデンサ素子１ｄを、リードフレームを用いた陰極端子３ｃを介して、銀ペーストにより接合し、陽極リード２ｄを、リードフレームを用いた陽極端子６の片面に、それぞれ接続している。
【００１３】
また、本出願人は、特許文献１に開示されている従来技術１を、さらに改良した従来技術２を開発し、特願２００３−１０６５６５号を出願している。従来技術２における複数のコンデンサ素子の接合技術には、板状の陽極端子にスリットを設け、スリットで分割されたそれぞれの部分を、陽極端子の面に垂直な方向に折り曲げて分岐を形成し、コンデンサ素子の陽極リードを、陽極端子の分岐された部分に、それぞれ個別に接続するという方法である。
【００１４】
図７は、従来技術２に開示されている、コンデンサ素子の接合状態の一例を示す斜視図である。ここでは、コンデンサ素子を２個接合している。図６において、１ａ、１ｃはコンデンサ素子、２ａ、２ｃは陽極リード、３ｄは陰極端子、６ａは陽極端子である。
【００１５】
図７に示したように、陽極端子６ａは、板状で先端部がスリットで分割され、それぞれ図７における上下方向に折り曲げられることで、分岐が形成されている。陽極リード２ａ、２ｃは、コンデンサ素子における、陽極リードが設けられた面の端部近傍に配置され、陽極リード２ａ、２ｃが、離れた位置に配されるように、コンデンサ素子１ａ、１ｃが重ねられている。
【００１６】
また、コンデンサ素子１ａ、１ｃは、陰極端子３ｄを介して接合されているので、コンデンサ素子表面に形成されている陰極層（図示せず）はそれぞれ、陰極端子３ｄに接続されている。特許文献２においては、陽極リード２ａ、２ｃと、陽極端子６ａとの接続を、このような構成とすることで、溶接で形成されるナゲットや、ロウ付けで形成されるフィレットの間の干渉がなく、接合強度のばらつきが極めて小さくなるという効果を奏する。
【００１７】
【特許文献１】
特開２００１−２８４１９２号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の特許文献に開示されている方法では、それぞれのコンデンサ素子が個々に陰極端子に接合されている状態に近くなっていること、コンデンサ素子の表面状態にばらつきがあること、接合剤の塗布量にばらつきがあることなどから、接合強度のばらつきの低減が困難であり、固体電解コンデンサ完成品の特性のばらつきに繋がることがある。
【００１９】
従って、本発明の課題は、容量増加、ＥＳＲ低下に対処するために、複数のコンデンサ素子を並列接続した、チップ型固体電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子の接合強度のばらつきを低減した、チップ型固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、コンデンサ素子の接合面に介在させる陰極端子の形状を検討した結果なされたものである。
【００２１】
即ち、本発明は、弁作用金属の焼結体からなる陽極体と、誘電体酸化層と、前記誘電体酸化層の表面に形成された陰極層と、前記陽極体に接続された陽極リードを有するコンデンサ素子の複数個を、前記陰極層を対向させ、陰極端子を介して、前記陰極層の対向面を接合し、前記陽極リードは陽極端子に接合して、電気的に並列接続してなるチップ型固体電解コンデンサにおいて、前記陰極端子は板状であり、前記陰極層が当接する部分に、貫通孔または切り欠きの少なくともいずれかを有することを特徴とする、チップ型固体電解コンデンサである。
【００２２】
また、本発明は、複数個の前記コンデンサ素子の接合が、前記陰極層と前記陰極端子の界面、及び前記貫通孔または切り欠きの部分への、接合剤の充填によることを特徴とする、前記のチップ型固体電解コンデンサである。
【００２３】
また、本発明は、前記チップ型電解コンデンサにおける前記陽極リードは、前記コンデンサ素子の接合面に垂直で、かつ前記陽極リードのそれぞれの中心線を含む面が、重ならないように配置されてなることを特徴とする、前記のチップ型固体電解コンデンサである。
【００２４】
また、本発明は、前記チップ型固体電解コンデンサにおける前記陽極リードが、前記コンデンサ素子の接合面に垂直な方向に、少なくとも前記コンデンサ素子の個数と同数の分岐を有する前記陽極端子の前記分岐部分に、個別に接続されてなることを特徴とする、前記のチップ型固体電解コンデンサである。
【００２５】
また、本発明は、弁作用金属を焼結して得られる陽極体に、誘電体酸化層及び陰極層を形成し、陽極リードを前記陽極体に接続してコンデンサ素子を作製し、前記コンデンサ素子の複数個を、前記陰極層を対向させ、貫通孔または切り欠きの少なくともいずれかを有する陰極端子を介し、前記陰極層と陰極端子の界面、及び前記貫通孔または切り欠きの部分に接合剤を充填して接合し、電気的に並列接続することを特徴とする、前記のチップ型固体電解コンデンサの製造方法である。
【００２６】
本発明のチップ型固体電解コンデンサにおいては、コンデンサ素子の接合面に介在させる陰極端子の、コンデンサ素子に当接する部分に、貫通孔または切り欠きを形成することで、接合剤で直接接合されるコンデンサ素子の接合面が広くなる。このため、陰極端子の介在による接合強度のばらつきが減少する。
【００２７】
また、陰極端子に設けた貫通孔または切り欠きは、接着のアンカー効果を向上する機能を発現するので、接着強度のばらつき低減のみならず、接着強度そのものも向上する。従って、本発明は、チップ型固体電解コンデンサの特性ばらつきの低減や、信頼性の向上にも効果を奏する結果となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図を参照しながら説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態に係る、チップ型固体電解コンデンサの一部で、２個のコンデンサ素子を接合した状態を示す図で、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は側面図である。図１において、１ａ、１ｃはコンデンサ素子、２ａ、２ｃは陽極リード、３ａは陰極端子、４ａは陰極端子に形成された貫通孔、５は接合剤、６ａは陽極端子である。
【００３０】
コンデンサ素子１ａ、１ｃは、基本的には図４（ａ）に示したものと同様の構成を有する。ここでは、一般的な作製方法を、タンタルを弁作用金属として用いた場合について説明する。まず、タンタルからなる線材を、金型のキャビティに配置した状態でタンタル粉末を成形し、所要の温度で焼結する陽極リード２ａ、２ｃを有する、図５（ａ）における陽極体７を得る。このとき陽極リード２ａ、２ｃは、取り付け面の一方の端部に配置され、焼結の際雰囲気は真空である。
【００３１】
次に、タンタルの線材以外の部分に陽極酸化を施すことで、図５（ａ）におけるタンタルの酸化層８を形成し、さらに硝酸マンガン溶液への浸漬して硝酸マンガンを酸化層８に付着させ、熱分解により二酸化マンガンを形成する。引き続き、グラファイト、銀からなる図５（ａ）における陰極層９を形成して、コンデンサ素子１ａ、１ｃを得る。
【００３２】
陰極層９には、二酸化マンガンの代替として、ポリチオフェン、ポリピロールなどの導電性高分子を用いると、ＥＳＲ低下が容易になる。また、ここでは、弁作用金属としてタンタルを用いたが、この他に、ニオブ、アルミニウム、チタンなどを用いることが可能である。
【００３３】
このようにして得られた、２個のコンデンサ素子１ａ、１ｃを、偏心した陽極リード２ａ、２ｃが離れる向きになるように、陰極端子３ａを介して重ね、はんだや導電性接着剤などのような、接合剤５を用いて接合する。ここで用いる陰極端子３ａには、コンデンサ素子１ａ、１ｃが当接する位置に、貫通孔４ａが設けられている。
【００３４】
このような構造の陰極端子を用いることで、図１（ｂ）に示したように、コンデンサ素子１ａ、１ｃの接合面は、貫通孔４ａの部分において、直接接合されることになり、接合強度の向上、接合強度のばらつき低減が可能となる。また、陽極端子６ａとして、図１に示したような分岐を有するものを用い、陽極リード２ａ、２ｃの配置を、図１に示したようにすることで得られる効果は、前記のとおりである。
【００３５】
そして、ここでは、陰極端子３ａに円形の貫通孔４ａを設けた例を示したが、貫通孔４ａの形状は、円形に限定されず、代替として切り欠きを設けることや、貫通孔と切り欠きの両方を設けることも可能である。図４は、貫通孔や切り欠きの形状の例を示した図で、図４（ａ）は四角形の貫通孔、図４（ｂ）は長さ方向の辺に設けられた四角形の切り欠き、図４（ｃ）は端部の辺に設けられた四角形の切り欠き、図４（ｄ）は端部の辺に設けられた三角形の切り欠き、図４（ｅ）は長さ方向の辺に設けられた三角形の切り欠き、図４（ｆ）は端部の辺に設けられた弧状の切り欠き、図４（ｇ）は長さ方向の辺に設けられた弧状の切り欠きであり、コンデンサ素子の形状などに応じて、適宜設計の対象にすることができる。
【００３６】
図２は、３個のコンデンサ素子からなるチップ型固体電解コンデンサにおける、コンデンサ素子の接合状態を示す図で、図２（ａ）は接合状態を示す斜視図、図２（ｂ）は陰極端子の斜視図である。図２に示したように、ここでは、陽極リード２ａ、２ｂ、２ｃを取り付ける位置を、図における左端部、中央部、右端部とし、３個のコンデンサ素子１ａ、１ｂ、１ｃを重ねた状態において、接合面に垂直でかつ陽極リード２ａ、２ｂ、２ｃの中心軸を含む３平面が平行で、ほぼ等間隔になっている。
【００３７】
また、陽極端子６ｂは、２箇所のスリットにより分割され、両端の部分が図における上下方向に折り曲げられ、３箇所の分岐を形成している。そして、陽極リード２ａ、２ｂ、２ｃは、陽極端子６ｂの３箇所の分岐のそれぞれ接続されていて、溶接やロウ付けによる相互の干渉を抑制している。
【００３８】
一方、陰極端子３ｂは、図２（ｂ）に示したように、図における上下方向に分岐された構造で、分岐された部分にそれぞれ四角形の貫通孔４ｂ、４ｃを有し、コンデンサ素子１ａ、１ｂの接合面は、貫通孔４ｂの部分、コンデンサ素子１ｂと１ｃの接合面は、貫通孔４ｃの部分において、直接接合されることになり、接合強度の向上、接合強度のばらつき低減が可能となる。
【００３９】
なお、コンデンサ素子を３個以上接合して用いる場合、陰極端子には、図２（ｂ）に示したような分岐を有するものを用いることが必ずしも必要ではない。つまり、コンデンサ素子には外部に陰極層が形成されているので、接合するコンデンサ素子の陰極層を導電性の接合剤を用いて、電気的な接続を確保することで一体化するのは比較的容易であり、一体化された陰極層に陰極端子を取り付けることができるからである。
【００４０】
図３は、各コンデンサ素子の陰極層を、導電性を有する接合剤で接続し、分岐のない陰極端子３ｃを接合した例を示す図である。図３において、５は接合剤、９は陰極層、３ｃは陰極端子、４ｄは陰極端子３ｃに設けられた貫通孔である。
【００４１】
図３に示したように、各コンデンサ素子の陰極層９は、接合剤５で電気的に接続されているので、陰極端子は、分岐を必要とせず、図３における最下層のコンデンサ素子の底面に接合するだけでよい。また、図３における中間層のコンデンサ素子と最下層のコンデンサ素子との間に介在させてもよい。この場合においても、陰極端子３ｃには、貫通孔４ｄを設けることで、陰極層９と陰極端子３ｃとの接合にアンカー効果をもたらし、接合の信頼性を向上することができる。
【００４２】
なお、本発明の、接合強度向上に対する効果を検証するために、図１に示すように２個のコンデンサ素子を接合したものを１００個と、陰極端子に貫通孔や切込みを設けない他は、図１に示したものと同一の構造を有するものを１００個調製し、接合強度の平均値と標準偏差を求めた。その結果、陰極端子に貫通孔を設けた方、つまり本発明の方法で２個のコンデンサ素子を接合したものは、貫通孔を設けない方に対して、平均値で３５％の増加が見られ、標準偏差で４１％の減少が見られた。
【００４３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、複数個のコンデンサ素子を並列接続したチップ型固体電解コンデンサにおける、コンデンサ素子の接合強度のばらつきを低減できるだけでなく、接合強度の平均値をも増加することができ、特性のばらつきが少なく、信頼性の高いチップ型固体電解コンデンサ及びその製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るチップ型固体電解コンデンサの一部で２個のコンデンサ素子を接合した状態を示す図。図１（ａ）は斜視図。図１（ｂ）は側面図。
【図２】３個のコンデンサ素子からなるチップ型固体電解コンデンサにおけるコンデンサ素子の接合状態を示す図。図２（ａ）は接合状態を示す斜視図。図２（ｂ）は陰極端子の斜視図。
【図３】陰極層を分岐のない陰極端子で接合した例を示す図。
【図４】貫通孔や切り欠きの形状の例を示した図。図４（ａ）は四角形の貫通孔。図４（ｂ）は長さ方向の辺に設けられた四角形の切り欠き。図４（ｃ）は端部の辺に設けられた四角形の切り欠き。図４（ｄ）は端部の辺に設けられた三角形の切り欠き。図４（ｅ）は長さ方向の辺に設けられた三角形の切り欠き。図４（ｆ）は端部の辺に設けられた弧状の切り欠き。図４（ｇ）は長さ方向の辺に設けられた弧状の切り欠き。
【図５】従来の代表的な固体電解コンデンサの例を示す図。図５（ａ）はコンデンサ素子の断面図。図５（ｂ）はコンデンサ素子に端子を取り付け、樹脂モールドを施した状態の斜視図。
【図６】特許文献１における複数のコンデンサ素子を接合した一例を示す斜視図。
【図７】従来技術２に開示されているコンデンサ素子の接合状態の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ コンデンサ素子
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 陽極リード
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 陰極端子
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 貫通孔
５ 接合剤
６，６ａ，６ｂ 陽極端子
７ 陽極体
８ 酸化層
９ 陰極層
１０ 外装樹脂
【発明の属する技術分野】
本発明は、陽極体に弁作用金属の焼結体を用いたチップ型固体電解コンデンサとその製造方法に関わり、特に容量が大きく、等価直列抵抗（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉａｌ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：以下、ＥＳＲと記す）が低いチップ型固体電解コンデンサとその製造方法に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体電解コンデンサは、陽極体に電解酸化処理を施して得られる酸化層を誘電体として用いるものである。陽極体には、緻密で絶縁性の高い酸化層の形成が可能な、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウムなどの、弁作用金属と称される金属の焼結体が用いられる。
【０００３】
このような固体電解コンデンサの代表的な製造方法は、陽極体となる弁作用金属の焼結体に化成処理を施すことで、酸化層を形成し、次いで陰極層を形成して陰極端子を取り付け、陽極リードには陽極端子を取り付け、コンデンサを得るというものである。陰極層には、二酸化マンガンなどが用いられ、周波数特性を、さらに向上するために、導電性高分子を用いてＥＳＲを低下したものが開発されている。
【０００４】
図５は、従来の代表的な固体電解コンデンサの例を示す図で、図５（ａ）はコンデンサ素子の断面図、図５（ｂ）はコンデンサ素子に端子を取り付け、樹脂モールドを施した状態の斜視図である。図５において、１はコンデンサ素子、２は陽極リード、３は陰極端子、６は陽極端子、７は陽極体、８は酸化層、９は陰極層、１０は樹脂モールドによって形成される外装樹脂である。
【０００５】
図５（ａ）に示したように、陽極リード２は、酸化層８によって、陰極層９とは絶縁されている。また、図５（ｂ）に示したように、陰極端子３と陽極端子６は外装樹脂に沿った形状にフォーミングを施すことで、面実装に対応させた形状とすることが一般的である。
【０００６】
このような面実装に対応した構造を有する、チップ型固体電解コンデンサは、小型で静電容量が大きく、周波数特性に優れ、ＣＰＵの電源回路などに広く用いられている。しかし、ＣＰＵの動作周波数の高周波数化に伴い、その電源回路のノイズ特性の向上や、リップル電流許容電流の大電流化への要求が増加することにより、さらに低いＥＳＲ特性を有するコンデンサが要求されるようになっている。
【０００７】
さらに、このようなＣＰＵを搭載する機器は、小型化、高性能化の方向に開発が進められているため、ＥＳＲをさらに低下させることはもとより、小型、大容量化かつ薄型の要求にも同時に対応することが必要となってきた。
【０００８】
一般に、複数のコンデンサを並列に接続すると、ｉ番目の（ｉは１からｎまでの自然数）のコンデンサにおける、静電容量をＣｉ、ＥＳＲをＥＳＲｉとするとき、全体の静電容量、Ｃｔｏｔａｌ、及び全体のＥＳＲ、ＥＳＲｔｏｔａｌは、それぞれ式（１）、式（２）で示される。
【０００９】
Ｃｔｏｔａｌ＝Ｃ１＋Ｃ２＋ ・・・ Ｃｎ ・・・（１）
１／ＥＳＲｔｏｔａｌ＝１／ＥＳＲ１＋１／ＥＳＲ２＋ ・・・ １／ＥＳＲｎ ・・・（２）
【００１０】
従って、図４（ａ）に示したようなコンデンサ素子を、複数個並列接続することにより、容量が増大し、ＥＳＲを低減できる。このことは、固体電解コンデンサを伝送線路型ノイズフィルタとして動作するように構成する場合においても同様である。
【００１１】
複数個の固体電解コンデンサを並列接続する技術が、特許文献１に開示されている。これは、図５（ａ）に示したコンデンサ素子の、複数個の陽極リードを、リードフレームを用いた陽極端子に接続し、少なくとも１個のコンデンサ素子の陰極層を、リードフレームを用いた陰極端子に接続するものである。
【００１２】
図６は、特許文献１に開示されている、複数のコンデンサ素子を接合した一例を示す斜視図である。ここでは、２個のコンデンサ素子１ｄを、リードフレームを用いた陰極端子３ｃを介して、銀ペーストにより接合し、陽極リード２ｄを、リードフレームを用いた陽極端子６の片面に、それぞれ接続している。
【００１３】
また、本出願人は、特許文献１に開示されている従来技術１を、さらに改良した従来技術２を開発し、特願２００３−１０６５６５号を出願している。従来技術２における複数のコンデンサ素子の接合技術には、板状の陽極端子にスリットを設け、スリットで分割されたそれぞれの部分を、陽極端子の面に垂直な方向に折り曲げて分岐を形成し、コンデンサ素子の陽極リードを、陽極端子の分岐された部分に、それぞれ個別に接続するという方法である。
【００１４】
図７は、従来技術２に開示されている、コンデンサ素子の接合状態の一例を示す斜視図である。ここでは、コンデンサ素子を２個接合している。図６において、１ａ、１ｃはコンデンサ素子、２ａ、２ｃは陽極リード、３ｄは陰極端子、６ａは陽極端子である。
【００１５】
図７に示したように、陽極端子６ａは、板状で先端部がスリットで分割され、それぞれ図７における上下方向に折り曲げられることで、分岐が形成されている。陽極リード２ａ、２ｃは、コンデンサ素子における、陽極リードが設けられた面の端部近傍に配置され、陽極リード２ａ、２ｃが、離れた位置に配されるように、コンデンサ素子１ａ、１ｃが重ねられている。
【００１６】
また、コンデンサ素子１ａ、１ｃは、陰極端子３ｄを介して接合されているので、コンデンサ素子表面に形成されている陰極層（図示せず）はそれぞれ、陰極端子３ｄに接続されている。特許文献２においては、陽極リード２ａ、２ｃと、陽極端子６ａとの接続を、このような構成とすることで、溶接で形成されるナゲットや、ロウ付けで形成されるフィレットの間の干渉がなく、接合強度のばらつきが極めて小さくなるという効果を奏する。
【００１７】
【特許文献１】
特開２００１−２８４１９２号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の特許文献に開示されている方法では、それぞれのコンデンサ素子が個々に陰極端子に接合されている状態に近くなっていること、コンデンサ素子の表面状態にばらつきがあること、接合剤の塗布量にばらつきがあることなどから、接合強度のばらつきの低減が困難であり、固体電解コンデンサ完成品の特性のばらつきに繋がることがある。
【００１９】
従って、本発明の課題は、容量増加、ＥＳＲ低下に対処するために、複数のコンデンサ素子を並列接続した、チップ型固体電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子の接合強度のばらつきを低減した、チップ型固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、コンデンサ素子の接合面に介在させる陰極端子の形状を検討した結果なされたものである。
【００２１】
即ち、本発明は、弁作用金属の焼結体からなる陽極体と、誘電体酸化層と、前記誘電体酸化層の表面に形成された陰極層と、前記陽極体に接続された陽極リードを有するコンデンサ素子の複数個を、前記陰極層を対向させ、陰極端子を介して、前記陰極層の対向面を接合し、前記陽極リードは陽極端子に接合して、電気的に並列接続してなるチップ型固体電解コンデンサにおいて、前記陰極端子は板状であり、前記陰極層が当接する部分に、貫通孔または切り欠きの少なくともいずれかを有することを特徴とする、チップ型固体電解コンデンサである。
【００２２】
また、本発明は、複数個の前記コンデンサ素子の接合が、前記陰極層と前記陰極端子の界面、及び前記貫通孔または切り欠きの部分への、接合剤の充填によることを特徴とする、前記のチップ型固体電解コンデンサである。
【００２３】
また、本発明は、前記チップ型電解コンデンサにおける前記陽極リードは、前記コンデンサ素子の接合面に垂直で、かつ前記陽極リードのそれぞれの中心線を含む面が、重ならないように配置されてなることを特徴とする、前記のチップ型固体電解コンデンサである。
【００２４】
また、本発明は、前記チップ型固体電解コンデンサにおける前記陽極リードが、前記コンデンサ素子の接合面に垂直な方向に、少なくとも前記コンデンサ素子の個数と同数の分岐を有する前記陽極端子の前記分岐部分に、個別に接続されてなることを特徴とする、前記のチップ型固体電解コンデンサである。
【００２５】
また、本発明は、弁作用金属を焼結して得られる陽極体に、誘電体酸化層及び陰極層を形成し、陽極リードを前記陽極体に接続してコンデンサ素子を作製し、前記コンデンサ素子の複数個を、前記陰極層を対向させ、貫通孔または切り欠きの少なくともいずれかを有する陰極端子を介し、前記陰極層と陰極端子の界面、及び前記貫通孔または切り欠きの部分に接合剤を充填して接合し、電気的に並列接続することを特徴とする、前記のチップ型固体電解コンデンサの製造方法である。
【００２６】
本発明のチップ型固体電解コンデンサにおいては、コンデンサ素子の接合面に介在させる陰極端子の、コンデンサ素子に当接する部分に、貫通孔または切り欠きを形成することで、接合剤で直接接合されるコンデンサ素子の接合面が広くなる。このため、陰極端子の介在による接合強度のばらつきが減少する。
【００２７】
また、陰極端子に設けた貫通孔または切り欠きは、接着のアンカー効果を向上する機能を発現するので、接着強度のばらつき低減のみならず、接着強度そのものも向上する。従って、本発明は、チップ型固体電解コンデンサの特性ばらつきの低減や、信頼性の向上にも効果を奏する結果となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図を参照しながら説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態に係る、チップ型固体電解コンデンサの一部で、２個のコンデンサ素子を接合した状態を示す図で、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は側面図である。図１において、１ａ、１ｃはコンデンサ素子、２ａ、２ｃは陽極リード、３ａは陰極端子、４ａは陰極端子に形成された貫通孔、５は接合剤、６ａは陽極端子である。
【００３０】
コンデンサ素子１ａ、１ｃは、基本的には図４（ａ）に示したものと同様の構成を有する。ここでは、一般的な作製方法を、タンタルを弁作用金属として用いた場合について説明する。まず、タンタルからなる線材を、金型のキャビティに配置した状態でタンタル粉末を成形し、所要の温度で焼結する陽極リード２ａ、２ｃを有する、図５（ａ）における陽極体７を得る。このとき陽極リード２ａ、２ｃは、取り付け面の一方の端部に配置され、焼結の際雰囲気は真空である。
【００３１】
次に、タンタルの線材以外の部分に陽極酸化を施すことで、図５（ａ）におけるタンタルの酸化層８を形成し、さらに硝酸マンガン溶液への浸漬して硝酸マンガンを酸化層８に付着させ、熱分解により二酸化マンガンを形成する。引き続き、グラファイト、銀からなる図５（ａ）における陰極層９を形成して、コンデンサ素子１ａ、１ｃを得る。
【００３２】
陰極層９には、二酸化マンガンの代替として、ポリチオフェン、ポリピロールなどの導電性高分子を用いると、ＥＳＲ低下が容易になる。また、ここでは、弁作用金属としてタンタルを用いたが、この他に、ニオブ、アルミニウム、チタンなどを用いることが可能である。
【００３３】
このようにして得られた、２個のコンデンサ素子１ａ、１ｃを、偏心した陽極リード２ａ、２ｃが離れる向きになるように、陰極端子３ａを介して重ね、はんだや導電性接着剤などのような、接合剤５を用いて接合する。ここで用いる陰極端子３ａには、コンデンサ素子１ａ、１ｃが当接する位置に、貫通孔４ａが設けられている。
【００３４】
このような構造の陰極端子を用いることで、図１（ｂ）に示したように、コンデンサ素子１ａ、１ｃの接合面は、貫通孔４ａの部分において、直接接合されることになり、接合強度の向上、接合強度のばらつき低減が可能となる。また、陽極端子６ａとして、図１に示したような分岐を有するものを用い、陽極リード２ａ、２ｃの配置を、図１に示したようにすることで得られる効果は、前記のとおりである。
【００３５】
そして、ここでは、陰極端子３ａに円形の貫通孔４ａを設けた例を示したが、貫通孔４ａの形状は、円形に限定されず、代替として切り欠きを設けることや、貫通孔と切り欠きの両方を設けることも可能である。図４は、貫通孔や切り欠きの形状の例を示した図で、図４（ａ）は四角形の貫通孔、図４（ｂ）は長さ方向の辺に設けられた四角形の切り欠き、図４（ｃ）は端部の辺に設けられた四角形の切り欠き、図４（ｄ）は端部の辺に設けられた三角形の切り欠き、図４（ｅ）は長さ方向の辺に設けられた三角形の切り欠き、図４（ｆ）は端部の辺に設けられた弧状の切り欠き、図４（ｇ）は長さ方向の辺に設けられた弧状の切り欠きであり、コンデンサ素子の形状などに応じて、適宜設計の対象にすることができる。
【００３６】
図２は、３個のコンデンサ素子からなるチップ型固体電解コンデンサにおける、コンデンサ素子の接合状態を示す図で、図２（ａ）は接合状態を示す斜視図、図２（ｂ）は陰極端子の斜視図である。図２に示したように、ここでは、陽極リード２ａ、２ｂ、２ｃを取り付ける位置を、図における左端部、中央部、右端部とし、３個のコンデンサ素子１ａ、１ｂ、１ｃを重ねた状態において、接合面に垂直でかつ陽極リード２ａ、２ｂ、２ｃの中心軸を含む３平面が平行で、ほぼ等間隔になっている。
【００３７】
また、陽極端子６ｂは、２箇所のスリットにより分割され、両端の部分が図における上下方向に折り曲げられ、３箇所の分岐を形成している。そして、陽極リード２ａ、２ｂ、２ｃは、陽極端子６ｂの３箇所の分岐のそれぞれ接続されていて、溶接やロウ付けによる相互の干渉を抑制している。
【００３８】
一方、陰極端子３ｂは、図２（ｂ）に示したように、図における上下方向に分岐された構造で、分岐された部分にそれぞれ四角形の貫通孔４ｂ、４ｃを有し、コンデンサ素子１ａ、１ｂの接合面は、貫通孔４ｂの部分、コンデンサ素子１ｂと１ｃの接合面は、貫通孔４ｃの部分において、直接接合されることになり、接合強度の向上、接合強度のばらつき低減が可能となる。
【００３９】
なお、コンデンサ素子を３個以上接合して用いる場合、陰極端子には、図２（ｂ）に示したような分岐を有するものを用いることが必ずしも必要ではない。つまり、コンデンサ素子には外部に陰極層が形成されているので、接合するコンデンサ素子の陰極層を導電性の接合剤を用いて、電気的な接続を確保することで一体化するのは比較的容易であり、一体化された陰極層に陰極端子を取り付けることができるからである。
【００４０】
図３は、各コンデンサ素子の陰極層を、導電性を有する接合剤で接続し、分岐のない陰極端子３ｃを接合した例を示す図である。図３において、５は接合剤、９は陰極層、３ｃは陰極端子、４ｄは陰極端子３ｃに設けられた貫通孔である。
【００４１】
図３に示したように、各コンデンサ素子の陰極層９は、接合剤５で電気的に接続されているので、陰極端子は、分岐を必要とせず、図３における最下層のコンデンサ素子の底面に接合するだけでよい。また、図３における中間層のコンデンサ素子と最下層のコンデンサ素子との間に介在させてもよい。この場合においても、陰極端子３ｃには、貫通孔４ｄを設けることで、陰極層９と陰極端子３ｃとの接合にアンカー効果をもたらし、接合の信頼性を向上することができる。
【００４２】
なお、本発明の、接合強度向上に対する効果を検証するために、図１に示すように２個のコンデンサ素子を接合したものを１００個と、陰極端子に貫通孔や切込みを設けない他は、図１に示したものと同一の構造を有するものを１００個調製し、接合強度の平均値と標準偏差を求めた。その結果、陰極端子に貫通孔を設けた方、つまり本発明の方法で２個のコンデンサ素子を接合したものは、貫通孔を設けない方に対して、平均値で３５％の増加が見られ、標準偏差で４１％の減少が見られた。
【００４３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、複数個のコンデンサ素子を並列接続したチップ型固体電解コンデンサにおける、コンデンサ素子の接合強度のばらつきを低減できるだけでなく、接合強度の平均値をも増加することができ、特性のばらつきが少なく、信頼性の高いチップ型固体電解コンデンサ及びその製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るチップ型固体電解コンデンサの一部で２個のコンデンサ素子を接合した状態を示す図。図１（ａ）は斜視図。図１（ｂ）は側面図。
【図２】３個のコンデンサ素子からなるチップ型固体電解コンデンサにおけるコンデンサ素子の接合状態を示す図。図２（ａ）は接合状態を示す斜視図。図２（ｂ）は陰極端子の斜視図。
【図３】陰極層を分岐のない陰極端子で接合した例を示す図。
【図４】貫通孔や切り欠きの形状の例を示した図。図４（ａ）は四角形の貫通孔。図４（ｂ）は長さ方向の辺に設けられた四角形の切り欠き。図４（ｃ）は端部の辺に設けられた四角形の切り欠き。図４（ｄ）は端部の辺に設けられた三角形の切り欠き。図４（ｅ）は長さ方向の辺に設けられた三角形の切り欠き。図４（ｆ）は端部の辺に設けられた弧状の切り欠き。図４（ｇ）は長さ方向の辺に設けられた弧状の切り欠き。
【図５】従来の代表的な固体電解コンデンサの例を示す図。図５（ａ）はコンデンサ素子の断面図。図５（ｂ）はコンデンサ素子に端子を取り付け、樹脂モールドを施した状態の斜視図。
【図６】特許文献１における複数のコンデンサ素子を接合した一例を示す斜視図。
【図７】従来技術２に開示されているコンデンサ素子の接合状態の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ コンデンサ素子
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 陽極リード
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 陰極端子
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 貫通孔
５ 接合剤
６，６ａ，６ｂ 陽極端子
７ 陽極体
８ 酸化層
９ 陰極層
１０ 外装樹脂
Claims (5)
- 弁作用金属の焼結体からなる陽極体と、誘電体酸化層と、前記誘電体酸化層の表面に形成された陰極層と、前記陽極体に接続された陽極リードを有するコンデンサ素子の複数個を、前記陰極層を対向させ、陰極端子を介して、前記陰極層の対向面を接合し、前記陽極リードは陽極端子に接合して、電気的に並列接続してなるチップ型固体電解コンデンサにおいて、前記陰極端子は板状であり、前記陰極層が当接する部分に、貫通孔または切り欠きの少なくともいずれかを有することを特徴とする、チップ型固体電解コンデンサ。
- 複数個の前記コンデンサ素子の接合は、前記陰極層と前記陰極端子の界面、及び前記貫通孔または切り欠きの部分への、接合剤の充填によることを特徴とする、請求項１に記載のチップ型固体電解コンデンサ。
- 前記チップ型電解コンデンサにおける前記陽極リードは、前記コンデンサ素子の接合面に垂直で、かつ前記陽極リードのそれぞれの中心線を含む面が、重ならないように配置されてなることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のチップ型固体電解コンデンサ。
- 前記チップ型固体電解コンデンサにおける前記陽極リードは、前記コンデンサ素子の接合面に垂直な方向に、少なくとも前記コンデンサ素子の個数と同数の分岐を有する前記陽極端子の前記分岐部分に、個別に接続されてなることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のチップ型固体電解コンデンサ。
- 弁作用金属を焼結して得られる陽極体に、誘電体酸化層及び陰極層を形成し、陽極リードを前記陽極体に接続してコンデンサ素子を作製し、前記コンデンサ素子の複数個を、前記陰極層を対向させ、貫通孔または切り欠きの少なくともいずれかを有する陰極端子を介し、前記陰極層と陰極端子の界面、及び前記貫通孔または切り欠きの部分に接合剤を充填して接合し、電気的に並列接続することを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のチップ型固体電解コンデンサの製造方法。
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