JP2005085779A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】陽極導出線に掛かる外的負荷により誘電体酸化皮膜がダメージを受けてＬＣ特性が悪化するという課題を解決し、信頼性に優れた固体電解コンデンサを提供することを目的とする。
【解決手段】誘電体酸化皮膜層、固体電解質層、陰極層が形成されたコンデンサ素子１に植設された陽極導出線２の導出面に補強部１ａを設けた構成により、プレス成形で陽極体を作製する際に補強部１ａ内に弁作用金属粉末が流れ込み易くなって補強部１ａ内及びその近傍の弁作用金属粉末の密度が向上し、これにより陽極導出線２の保持力が向上して外的負荷に対する強度を向上させて誘電体酸化皮膜のクラックや破壊を阻止し、高信頼性の固体電解コンデンサを提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は各種電子機器に使用される固体電解コンデンサに関するものである。

図７は従来の固体電解コンデンサの構成を示した断面図であり、図７において１５はコンデンサ素子、１６はこのコンデンサ素子１５に植設されたタンタルワイヤーからなる陽極導出線である。上記コンデンサ素子１５は弁作用金属であるタンタル金属粉末をプレス成形金型を用いて所望の形状（一般には円柱状が多いが、角柱状等も使用されている）にプレス成形し、これを焼結して多孔質の陽極体を作製した後、この陽極体を陽極酸化処理することにより外表面に誘電体酸化皮膜層を形成し、さらにこれを硝酸マンガン溶液に浸漬してから引き上げて熱分解することにより二酸化マンガンからなる固体電解質層（図示せず）を形成した後、この表面にカーボンと銀ペイントからなる陰極層１７を形成して構成されたものである。

１８は上記コンデンサ素子１５に固体電解質層を形成する際に、コンデンサ素子１５の陽極導出線１６が導出された面ならびに陽極導出線１６に硝酸マンガン溶液が這い上がるのを防止する目的で陽極導出線１６に嵌め込まれたテフロン（Ｒ）板、１９は陽極導出線１６に溶接により接合された陽極リード端子、２０は導電性接着剤２１を介して陰極層１７に接続された陰極リード端子、２２は上記陽極リード端子１９と陰極リード端子２０の一部が夫々外表面に露呈する状態で上記コンデンサ素子１５を被覆した絶縁性の外装樹脂であり、一般にエポキシ樹脂が多用されているものである。

このように構成された従来の固体電解コンデンサは、外装樹脂２２から表出した陽極リード端子１９と陰極リード端子２０を夫々外装樹脂２２に沿って側面から底面へと折り曲げることにより外部端子１９ａ，２０ａを形成し、これによって面実装型の固体電解コンデンサを構成したものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平１０−１０６８９８号公報

しかしながら上記従来の固体電解コンデンサでは、コンデンサ素子１５から導出された陽極導出線１６に陽極リード端子１９を接合する際の溶接作業時や、コンデンサ素子１５を外装樹脂２２で被覆するためのモールド成形作業時に陽極導出線１６に大きな負荷が掛かり、この外的な負荷により陽極体の外表面に形成された誘電体酸化皮膜層がダメージを受けることによってクラックが入ったり、あるいは破壊されたりするためにＬＣ（漏れ電流）不良を誘発して特性を悪化させるという問題があった。

なお、これはプレス成形により陽極体を作製する際に、この陽極体に植設された陽極導出線１６の周辺のタンタル金属粉末の密度が他の部分に比べて低くなって陽極導出線１６の保持力が弱くなるということに起因するものである。これを詳しく説明すると、例えば図８に示すようなφ０．９ｍｍ×１．２Ｌｍｍの円柱状の陽極体にφ０．２３ｍｍのタンタル線からなる陽極導出線１６を植設したコンデンサ素子１５を作製する場合、陽極体が小さ過ぎるために、これに用いる成形金型や製造方法では陽極導出線１６周辺のタンタル金属粉末を加圧してこれ以上密度を上げることは難しく、また陽極導出線１６のサイズやプレス成形条件等において対策を講じる自由度は殆ど無いものである。さらに、量産時の製造工程における陽極導出線１６と陽極リード端子１９の溶接作業や、コンデンサ素子１５を被覆する外装樹脂２２のモールド成形作業においても条件面では自ずと限界があり、陽極導出線１６に掛かる外的な負荷を大きく低減させることは極めて困難なものであった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、陽極導出線に掛かる外的な負荷を低減して誘電体酸化皮膜層のクラックや破壊を阻止し、信頼性に優れた固体電解コンデンサを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、特に、陽極導出線を植設した陽極体の外表面に誘電体酸化皮膜層、固体電解質層、陰極層が順次積層形成されたコンデンサ素子の陽極導出線が導出された面に陽極導出線に向かって隆起する補強部を陽極体に一体で設けたという構成にしたものであり、これにより、プレス成形により陽極体を作製する際に上記補強部内に弁作用金属粉末が流れ込み易くなるために補強部内およびその近傍の弁作用金属粉末の密度が向上し、これにより陽極導出線の保持力が向上して陽極導出線に掛かる外的な負荷に対する強度を向上させることができるようになり、誘電体酸化皮膜層のクラックや破壊を阻止し、信頼性に優れた固体電解コンデンサを安定して製造することができるようになるという作用効果を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、陽極体に一体で設けた補強部が円錐状または角錐状であるという構成にしたものである。

本発明の請求項３に記載の発明は、陽極体に一体で設けた補強部がドーム状であるという構成にしたものである。

本発明の請求項４に記載の発明は、陽極体に一体で設けた補強部が、陽極体の外形寸法よりも小さい外形寸法の垂直部を有し、この垂直部の上部に円錐状、角錐状、ドーム状のいずれかに形成された補強部を有する段付き構造であるという構成にしたものであり、これにより、補強部が陽極導出線近傍に集中すると共にこの補強部に繋がる垂直部を設けたことにより、プレス成形により陽極体を作製する際に、上記補強部内に弁作用金属粉末をより流れ込み易くして密度を向上させることができるようになる。

本発明の請求項５に記載の発明は、陽極体から導出された陽極導出線の根元にテフロン（Ｒ）リングを嵌挿して補強部と密着させたという構成にしたものであり、これにより、補強部にも固体電解質層を形成することができるようになるために陽極体の外表面に形成される固体電解質層の面積を大きく拡大させることができるようになり、この結果、体積当たりの容量を増加させることができるようになるという作用効果を有する。

本発明の請求項６に記載の発明は、陽極体の陽極導出線が導出された面の外形をこの面と対向する面の外形より大きくしたという構成にしたものであり、これにより、プレス成形により陽極体を作製する際に陽極導出線の周辺に掛かる負荷を軽減させることができるようになるため、より安定した品質の固体電解コンデンサを製造することができるという作用効果を有する。

以上のように本発明による固体電解コンデンサは、陽極導出線を植設した陽極体の外表面に誘電体酸化皮膜層、固体電解質層、陰極層が順次積層形成されたコンデンサ素子の陽極導出線が導出された面に陽極導出線に向かって隆起する補強部を設けた構成としたことにより、プレス成形により陽極体を作製する際に上記補強部内に弁作用金属粉末が流れ込み易くなるために補強部内およびその近傍の弁作用金属粉末の密度が向上し、これにより陽極導出線の保持力が向上して陽極導出線に掛かる外的な負荷に対する強度を向上して誘電体酸化皮膜層のクラックや破壊を阻止し、信頼性に優れた固体電解コンデンサを安定して得ることができるようになるものである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜３に記載の発明について説明する。

図１は本発明の実施の形態１による固体電解コンデンサの構成を示した断面図であり、図１において１はコンデンサ素子、２はこのコンデンサ素子１に植設されたタンタルワイヤーからなる陽極導出線である。

上記コンデンサ素子１は弁作用金属であるタンタル金属粉末をプレス成形金型を用いて円柱状に、かつ上記陽極導出線２が導出された面に陽極導出線２に向かって周縁から隆起する円錐状の補強部１ａを一体で設けた形状にプレス成形し、これを焼結して多孔質の陽極体を作製した後、この陽極体を陽極酸化処理することにより外表面に誘電体酸化皮膜層（図示せず）を形成し、さらにこれを硝酸マンガン溶液に浸漬してから引き上げて熱分解することにより二酸化マンガンからなる固体電解質層（図示せず）を形成した後、この表面にカーボンと銀ペイントからなる陰極層３を形成して構成されたものである。

また、４は上記陽極導出線２に溶接により接合された陽極リード端子、５は導電性接着剤６を介して陰極層３に接続された陰極リード端子、７は上記陽極リード端子４と陰極リード端子５の一部が夫々外表面に露呈する状態で上記コンデンサ素子１を被覆した絶縁性の外装樹脂であり、本実施の形態ではエポキシ樹脂を用いたものであり、この外装樹脂７から表出した陽極リード端子４と陰極リード端子５は夫々外装樹脂７に沿って側面から底面へと折り曲げられることにより外部端子４ａ，５ａを形成し、これによって面実装型の固体電解コンデンサを構成したものである。

図２（ａ）〜（ｄ）は上記コンデンサ素子１となる陽極体を作製する製造方法を示したものであり、同図において８は上パンチ、９は下パンチ、１０はダイスであり、これらで成形金型を構成しているものである。１１はブレード、１２はタンタル金属粉末である。

まず、図２（ａ）に示すように、上パンチ８が陽極導出線２を陽極体に植設する長さ分だけ突出させて保持し、下パンチ９がダイス１０の下降位置まで下がった状態でダイス１０の上面にタンタル金属粉末１２を供給し、続いて図２（ｂ）に示すようにブレード１１がダイス１０の上面を掻くことによってダイス１０に形成された空洞部内にタンタル金属粉末１２を落とし込んで充填する。

続いて、図２（ｃ）に示すように、上パンチ８が下降してダイス１０に形成された空洞部内に嵌まり込み、さらにタンタル金属粉末１２を加圧して陽極体をプレス成形した後、図２（ｄ）に示すように上パンチ８が陽極導出線２の保持を解除して上昇し、この後、下パンチ９が上昇し（図示せず）、陽極導出線２を所定の寸法に切断する（図示せず）ことによって陽極導出線２が導出された面に陽極導出線２に向かって周縁から隆起する円錐状の補強部１ａを一体で設けた円柱状の陽極体を作製するようにしたものである。

このように構成された本実施の形態の固体電解コンデンサは、陽極体の陽極導出線２が導出された面に陽極導出線２に向かって周縁から隆起するような円錐状の補強部１ａを陽極体に一体で設けた構成としているため、プレス成形により陽極体を作製する際に上記補強部１ａ内にタンタル金属粉末１２が流れ込み易くなって補強部１ａ内およびその近傍のタンタル金属粉末１２の密度が向上し、これにより陽極導出線２の保持力が向上して陽極導出線２に掛かる外的な負荷に対する強度を向上させることができるようになり、この結果、誘電体酸化皮膜層のクラックや破壊を阻止し、信頼性に優れた固体電解コンデンサを安定して製造することができるようになるものである。

このように構成された本実施の形態による固体電解コンデンサのＬＣ（漏れ電流）特性を従来品と比較した結果を（表１）に示す。

なお、製品仕様は２０１２サイズの６．３Ｖ１０μＦ品で夫々ｎ＝２２０個作製し、ＬＣ特性を比較した。上記ＬＣ特性は６．３Ｖの電圧を印加して３０秒後の電流値を測定した。比較したＬＣ特性評価項目は初期ＬＣ、半田耐熱後のＬＣ、熱衝撃試験後のＬＣ故障率（５０４ｎＡ以上のＬＣを故障と判断）である。また、初期ＬＣ特性を検査した後の製造全数について半田耐熱試験（２６０℃：１０秒間）を行い、その後、半田耐熱試験済み製品の全数を熱衝撃試験（−５５℃〜＋１２５℃、各温度６０分キープ、常温暴露し時間無し、サイクル数：２０００サイクル）にかけた。

（表１）から明らかなように、本実施の形態による固体電解コンデンサは初期ＬＣ、半田耐熱後のＬＣ、熱衝撃試験後のＬＣ故障率共に従来品と比較して優れており、このことから陽極導出線２に掛かる外的な負荷に対する強度を向上して誘電体酸化皮膜層のクラックや破壊を阻止することができるものであり、信頼性に優れた固体電解コンデンサを安定して得ることができるようになるものである。

また、上記コンデンサ素子１を作製する工程の一つである固体電解質層形成工程において、陽極体を硝酸マンガン溶液に浸漬する際に、上記陽極体の補強部１ａが硝酸マンガン溶液と接しない位置で陽極体を浸漬するようにすれば硝酸マンガン溶液が陽極導出線２まで這い上がることはないため、従来のように硝酸マンガン溶液の這い上がり防止用のテフロン（Ｒ）リングを設ける必要がなくなるという新たな効果も得られるようになるものである。

なお、上記実施の形態においては、コンデンサ素子１を構成する陽極体を円柱状とし、この陽極体の陽極導出線２が導出された面に陽極導出線２に向かって隆起する補強部１ａは円錐状を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、角柱状の陽極体であったり、ドーム状や角錐状の補強部１ａであっても同様の効果が得られることは言うまでもないことであり、図３（ａ）〜（ｇ）にこのような陽極体と補強部１ａの事例を示す。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項４に記載の発明について説明する。

本実施の形態は上記実施の形態１における固体電解コンデンサに設けた補強部の形状が異なるものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図４（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態２による固体電解コンデンサの陽極体の構成を示した斜視図であり、同図において１はコンデンサ素子、２はこのコンデンサ素子１を構成する陽極体から導出された陽極導出線、１ａはこの陽極導出線２の導出面に一体で設けられた補強部であり、この補強部１ａは陽極体の外形寸法よりも小さい外形寸法の垂直部１ｂを有し、この垂直部１ｂの上部に円錐状に形成された補強部１ａを有する段付き構造に構成されたものである。

このような構成にすることにより、補強部１ａが陽極導出線２近傍に集中すると共にこの補強部１ａに繋がる垂直部１ｂを設けたことにより、プレス成形により陽極体を作製する際に、上記補強部１ａ内にタンタル金属粉末をより流れ込み易くして密度を向上させることができるようになるため、本発明による効果をより一層効果的に得ることができるようになるものである。

また、上記実施の形態１と同様に、固体電解質層形成工程において陽極体を硝酸マンガン溶液に浸漬する際に、上記陽極体の補強部１ａに繋がる垂直部１ｂが硝酸マンガン溶液と接しない位置で陽極体を浸漬するようにすれば硝酸マンガン溶液が陽極導出線２まで這い上がることはないため、従来のように硝酸マンガン溶液の這い上がり防止用のテフロン（Ｒ）リングを設ける必要がなくなるという新たな効果がより一層得られ易くなるものである。

なお、本実施の形態においては上記補強部１ａの形状を円錐状とした例で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、角錐状やドーム状であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明の特に請求項５に記載の発明について説明する。

本実施の形態は上記実施の形態１における固体電解コンデンサの陽極導出線の根元にテフロン（Ｒ）リングを配設したものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図５は本発明の実施の形態３による固体電解コンデンサの構成を示した断面図であり、図５において１はコンデンサ素子、１ａはこのコンデンサ素子１に一体で設けられた補強部、２は陽極導出線、１３はテフロン（Ｒ）リングであり、このテフロン（Ｒ）リング１３は上記陽極導出線２の根元に、かつ補強部１ａに密着するように嵌め込まれたものである。

このように構成された本実施の形態による固体電解コンデンサは、このコンデンサ素子１を作製する工程の一つである固体電解質層形成工程において、陽極体を硝酸マンガン溶液に浸漬する際に、テフロン（Ｒ）リング１３が硝酸マンガン溶液と接する位置まで陽極体を浸漬することにより、陽極体に一体で設けた補強部１ａも硝酸マンガン溶液に浸漬されるようになるために補強部１ａにも固体電解質層を形成することができるようになり、これにより、補強部１ａの傾斜分による僅かな高さ寸法の増加のみで陽極体の外表面に形成される固体電解質層の面積を大きく拡大させることができるようになるために、体積当たりの容量を増加させることができるようになるという格別の効果が得られるものである。

（実施の形態４）
以下、実施の形態４を用いて、本発明の特に請求項６に記載の発明について説明する。

本実施の形態は上記実施の形態１における固体電解コンデンサの陽極体の形状が異なるものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図６は本発明の実施の形態４による固体電解コンデンサの陽極体の構成を示した断面図であり、図６において２は陽極導出線、１４はこの陽極導出線２を植設した陽極体、１４ａはこの陽極体１４の陽極導出線２が導出された面に一体で設けられた補強部であり、この陽極体１４は陽極導出線２が導出された面の外形φＤ１をこの面と対向する面の外形φＤ２よりも大きな寸法になるように形成されたものである。

このように構成された本実施の形態による固体電解コンデンサは、陽極体１４に取り出し方向に向かって外形が大きくなるように傾斜したテーパを設けた構成としているために、プレス成形により陽極体１４を形成する工程において成形金型から陽極体１４を容易に取り出すことができるようになり、これにより陽極導出線２の周辺に掛かる負荷をさらに軽減させることができるようになるため、より安定した品質の固体電解コンデンサを製造することができるようになるという格別の効果が得られるものである。

本発明による固体電解コンデンサは、陽極導出線の保持力向上により陽極導出線に掛かる外的な負荷に対する強度を向上させ、これにより誘電体酸化皮膜層のクラックや破壊を阻止することができるという高信頼性のものであり、各種電子機器に使用される固体電解コンデンサとして有用なものである。

本発明の実施の形態１による固体電解コンデンサの構成を示した断面図 （ａ）〜（ｄ）同コンデンサ素子を作製する製造方法を示した製造工程図 （ａ）〜（ｇ）同補強部の他の例を示した斜視図 （ａ），（ｂ）同実施の形態２による固体電解コンデンサの陽極体の構成を示した斜視図 同実施の形態３による固体電解コンデンサの構成を示した断面図 同実施の形態４による固体電解コンデンサの陽極体の構成を示した断面図 従来の固体電解コンデンサの構成を示した断面図 同コンデンサ素子を構成する陽極体を示した斜視図

符号の説明

１ コンデンサ素子
１ａ，１４ａ 補強部
２ 陽極導出線
３ 陰極層
４ 陽極リード端子
４ａ 陽極外部端子
５ 陰極リード端子
５a 陰極外部端子
６ 導電性接着剤
７ 外装樹脂
８ 上パンチ
９ 下パンチ
１０ ダイス
１１ ブレード
１２ タンタル金属粉末
１３ テフロン（Ｒ）リング
１４ 陽極体

Claims (6)

1. 陽極導出線をその一端が表出するように植設した弁作用金属粉末からなる成形体を焼結した多孔質の陽極体の外表面に誘電体酸化皮膜層、固体電解質層、陰極層が順次積層形成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子から導出された陽極導出線ならびに陰極層に夫々接続された陽極端子ならびに陰極端子と、この陽極端子と陰極端子の一部が夫々外表面に露呈する状態で上記コンデンサ素子を被覆した絶縁性の外装樹脂からなる固体電解コンデンサにおいて、上記コンデンサ素子の陽極導出線が導出された面に陽極導出線に向かって隆起する補強部を陽極体に一体で設けた固体電解コンデンサ。
2. 陽極体に一体で設けた補強部が円錐状または角錐状である請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
3. 陽極体に一体で設けた補強部がドーム状である請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
4. 陽極体に一体で設けた補強部が、陽極体の外形寸法よりも小さい外形寸法の垂直部を有し、この垂直部の上部に円錐状、角錐状、ドーム状のいずれかに形成された補強部を有する段付き構造である請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
5. 陽極体から導出された陽極導出線の根元にテフロン（米国デュポン社の登録商標）リングを嵌挿して補強部と密着させた請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
6. 陽極体の陽極導出線が導出された面の外形をこの面と対向する面の外形よりも大きくした請求項１に記載の固体電解コンデンサ。

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