JP2005150674A - 固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はコンデンサ素子とリードフレームとの接触構造を改善しコンデンサ素子がより大きい体積を有するようにさせ体積効率を改善した固体電解コンデンサに関するものである。
【解決手段】本発明の固体電解コンデンサのコンデンサ素子１０は前方面１０ａから陽極リードワイヤ５０が突出し外表面に陰極層が形成される。陰極リードフレーム３０は前記コンデンサ素子１０の後方面１０ｂ全体に面接触する平板形状となる。陽極リードフレーム２０は終端中心部分に凹部が形成され前記凹部に前記コンデンサ素子１０の陽極リードワイヤ５０が安着し電気的に接続されるようにし、モールド４０が前記コンデンサ素子１０、陰極リードフレーム３０、及び陽極リードフレーム２０を覆うよう形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、体積効率を改善した固体電解コンデンサ及びその製造方法に関するもので、より詳しくはコンデンサ素子とリードフレームとの接触構造を改善しコンデンサ素子がより大きい体積を有するようにさせて体積効率を改善した固体電解コンデンサに関するものである。

一般に、タンタリウムコンデンサと呼ばれる固体電解コンデンサは、一般産業機器用はもちろん定格電圧の使用範囲が低い応用回路によく用いられ、とりわけ周波数特性が問題となる回路に広く用いられている。通常、携帯通信機器の雑音（ＮＯＩＳＥ）減少のためによく用いられる。

従来のタンタリウムコンデンサ（１００）は図８に示したように、ケース（１１２）の内部に内蔵されるコンデンサ素子（１０２）、コンデンサ素子（１０２）に一体に形成されコンデンサ素子から突出した陽極リードワイヤ（１０８）、陽極リードワイヤ（１０８）と溶接されケースの外に導出される陽極リードフレーム（１０４）、コンデンサ素子（１０２）と接触する陰極リードフレーム（１１４）から成る。

前記コンデンサ（１００）を製造する工程は、プレス工程で誘電体粉末を直方体状に成形焼結し、化成工程を施しながら外部面に誘電体皮膜を形成後、窒酸マンガン水溶液に含浸してその外部面に固体電解質から成る二酸化マンガン層を熱分解により形成する。

前記タンタリウムコンデンサ（１００）は近頃小型装置によく用いられながら、従来より漸次小型化されてきている。コンデンサが小型化されるとコンデンサ素子（１０２）とリードフレーム（１０４、１１４）との接触部分が多くの空間を占め、相対的にコンデンサ素子（１０２）の大きさが小さくなる。その結果、タンタリウムコンデンサのコンデンサ素子が占める容積率（ｖｏｌｕｍｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）が下がって容量値が小さくなり、インピーダンス値は大きくなるという問題が生じる。

また、内部に挿入されるリードフレームを頑丈に固定するためには、ケース内部に挿入されるリードフレームの大きさ自体の縮小は大変制限されるしかない。即ち、モールディングで固定されるリードフレームは頑丈に固定されなければならず、したがって、その大きさを減らし過ぎるとリードフレームの固定が弱くなるという問題が発生するのである。

図９はリードフレームの接触方式を改善してコンデンサ素子の容積率を高めるようにしたタンタルコンデンサを示す。図９は米国特許６，２６２，８７８号の「チップキャパシタ」に関するものである。

図９において、コンデンサ素子（２００）は、外表面に陰極層（２２０）が形成され、陽極リードワイヤ（２４０）が本体から突出形成される。また、陰極層の下方一端には陰極層と平行に電気的に接続される平板状の陰極リードフレーム（２１０）を有し、陰極層の下方他端には陽極連結部材（２３４）と電気的に接続される平板状の陽極リードフレーム（２３０）が形成される。前記のような構造の従来のチップキャパシタは、チップのコンデンサ素子の容積率を高めるためにリードフレームをチップ下部面に配列させ、リードフレームが外部の端子と連結される構成を有する。
米国特許６，２６２，８７８号

しかしながら、前記のような構造においては容積率を高める利点は得られるものの、チップ装着において問題が生じる。即ち、チップの下部面にのみ端子が形成されるため側面部には端子が存在せず、このことからハンダ付けの際ハンダと端子間の接触領域がしっかり形成されない問題が生じてくる。ハンダは図１０のような形状でチップに付着する。固体電解コンデンサの下部面に形成される陰極リードフレーム（２１０）を基板（２９０）に付着するためハンダ（２７０）を用いるが、ハンダ（２７０）はチップ側面部に主に付着し、こうした現象によりチップと基板との電気的接続が不安定になるという問題がある。

本発明は前記のような問題点を解決するためのもので、コンデンサ素子とリードフレームとの接触構造を改善しコンデンサ素子がより大きい容積率を有するようにさせて、固体電解コンデンサが小型化されても充分な静電容量が得られるようにする固体電解コンデンサを提供することに目的がある。
また、本発明は高い容積率を確保しながらもチップの装着時の信頼性を保証でき、量産をより容易に行える構造の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目的がある。

前記のような目的を成し遂げるための構成手段として本発明は、前方面から陽極リードワイヤが突出し外表面に陰極層が形成されるコンデンサ素子；前記コンデンサ素子の後方面全体に面接触する平板形状の陰極リードフレーム；終端中心部分に凹部が形成され前記凹部に前記コンデンサ素子の陽極リードワイヤが安着され電気的に接続されるようにする平板形状の陽極リードフレーム；並びに、前記コンデンサ素子、陰極リードフレーム、及び陽極リードフレームを覆うよう形成されるモールド；を含む固体電解コンデンサを提供する。

好ましくは、前記陰極リードフレームは第１面及び前記第１面に平行な第２面を含み、前記コンデンサ素子の後方面全体が前記第１面に付着されることを特徴とする。さらに、前記モールドの外表面は前記陰極リードフレームの側面と同平面となるよう形成されることが好ましい。前記陰極リードフレームの第１面は、前記コンデンサ素子の後方面と同じ大きさに窪んで形成され前記コンデンサ素子の後方面が定位置に安着するようにさせる位置固定面を含むことが好ましく、この際、前記陰極リードフレームの位置固定面と第１面との境界部分には所定角度で傾いた連結面が形成されることができる。また、好ましくは、前記陽極リードフレームと陽極リードワイヤとはレーザー溶接により連結され、前記陰極リードフレームと前記コンデンサ素子の後方面とは導電性接着剤により接着されることが好ましい。

また、本発明は、前方面に陽極リードワイヤが突出形成され、外表面に陰極層が形成されるタンタル粉末の焼結ペレットを設ける段階；ベース板上に前記焼結ペレットの後方面が付着され得る大きさの平板状の陰極リードフレーム及び前記焼結ペレットの陽極リードワイヤが安着され得る凹部が終端中心部分に形成される平板状の陽極リードフレーム多数個を垂直に折り曲げ形成する段階；前記ベース板上の陰極リードフレームに伝導性接着剤により前記焼結ペレットの後方面を付着する段階；前記陽極リードフレームと陽極リードワイヤとを溶接により接続する段階；前記焼結ペレット、陰極リードフレーム、及び陽極リードフレームを覆うようモールドを形成する段階；並びに、前記陰極リードフレーム及び陽極リードフレームをベース板から分離する段階；を含む固体電解コンデンサの製造方法を提供する。

好ましくは、前記陰極リードフレームに前記焼結ペレットの後方面と同じ大きさに窪んで形成され前記焼結ペレットが定位置に安着するようにさせる位置固定面を形成する。また、好ましくは前記焼結ペレットの後方面は前記陰極リードフレームの位置固定面に導電性接着剤により付着されることを特徴とする。また、好ましくは、前記陽極リードフレームと陽極リードワイヤとはレーザー溶接により連結され、前記モールドの外表面は前記陰極リードフレームの側面と同平面になるよう形成されることが好ましい。

以上のように本発明によると、コンデンサ素子とリードフレームとの接触構造を改善し従来より一層大きい内部容積率を有するようにして充分な静電容量を得られる効果を奏する。
また、本発明は、陰極リードフレームがコンデンサ素子の後方面全体と面接触するよう板状に形成され、チップの付着時の板状の陰極リードフレームがハンダと充分な接触面積を有するよう基板に対して垂直の位置に形成されるので、チップの装着時の接続信頼性を保証できる効果を奏する。

本発明の好ましき実施例について添付の図面を参照しながらより詳しく説明する。図１は本発明による固体電解コンデンサの内部構造を切開して示した斜視図であり、図２は図１のコンデンサを示した断面図である。

本発明の固体電解コンデンサはコンデンサ素子（１０）を含む。コンデンサ素子（１０）はタンタル酸化物（Ｔａ２Ｏ５）粉末を直方体状に圧縮成形して製造した誘電体素子であり、ニオブ（Ｎｂ）酸化物のような他素材も選択的に使用でき、タンタル（Ｔａ）に限定されるわけではない。

前記コンデンサ素子（１０）は直方体の柱形状に形成される。コンデンサ素子（１０）は陽極リードワイヤ（５０）が突出する前方面（１０ａ）と前方面の反対側の後方面（１０ｂ）とを含むことになる。コンデンサ素子（１０）の外部面には陰極層が形成され、前方面の陽極リードワイヤ（５０）部分周囲に陰極層が形成されることを防止すべく円盤状のキャップ（１２）をワイヤ（５０）に嵌めて付着させる。

前記コンデンサ素子（１０）の後方面には平板状の陰極リードフレーム（３０）が付着される。陰極リードフレーム（３０）は折り曲げ部分が形成されないよう平面状に形成され、コンデンサ素子（１０）の後方面全体に面接触することになる。陰極リードフレーム（３０）の縁部分はコンデンサ素子（１０）の縁部分より突出すべく大きさが形成される。したがって、コンデンサ素子（１０）が陰極リードフレーム（３０）に付着される際、リードフレームが所定の長さだけコンデンサ素子の外側に突出するようにさせることが好ましい。コンデンサ素子（１０）と陰極リードフレーム（３０）とは導電性接着剤により接着されることが好ましい。これは陰極リードフレームを通して電流の供給を可能にするためである。

従来は前記のような陰極リードフレームがコンデンサ素子の側面で折り曲がって付着されたり、下部面にのみ付着される構成であった。しかし、こうした従来のコンデンサ素子と陰極リードフレームとの連結方式によると、コンデンサ素子の体積効率が低く外部基板への接続不良が頻繁に発生するという問題がある。したがって、本発明はこうした現象を改善しようと、陰極リードフレームをコンデンサ素子の後方面全体に平行な板状に形成することに特徴がある。

図３は本発明による固体電解コンデンサの陰極リードフレームを示した図である。前記陰極リードフレーム（３０）はコンデンサ素子（１０）の後方面と接触する第１面（３０ａ）及び第１面の反対側に形成される第２面（３０ｂ）を含む。第１面（３０ａ）にはコンデンサ素子（１０）の後方面（１０ｂ）と同じ大きさに窪んだ位置固定面（３５）が形成される。位置固定面（３５）はコンデンサ素子の後方面が定位置に安着するようにさせる機能を果たす。コンデンサ素子（１０）の後方面が位置固定面（３５）に挿入され安着するが、好ましくは前記位置固定面（３５）と第１面（３０ａ）との境界部分に所定角度で傾いた連結面（３７）を形成するようにする。連結面（３７）を通してコンデンサ素子の後方面が前記位置固定面（３５）に滑って安着されるようになる。

一方、本発明によるコンデンサ素子の前方面の陽極リードワイヤ（５０）は垂直に、コンデンサ素子の前方面と平行に位置する陽極リードフレーム（２０）と接続することになる。コンデンサ素子（１０）の前方に突出する陽極リードワイヤ（５０）は例えばタンタルワイヤで、これは前方に所定の長さほど突出して陽極リードフレーム（２０）と電気的に接続するようになる。陽極リードフレーム（２０）はコンデンサ素子（１０）の前方面に平行な面に沿って位置し、上部終端の中央部位には陽極リードワイヤ（５０）が安着するよう凹部（２５）が形成される。

前記陽極リードフレーム（２０）の終端中心部分の凹部（２５）は陽極リードワイヤが安着できるよう半円形に形成されることが好ましいが、四角溝形状などの諸形状も可能である。また、陽極リードフレーム（２０）の凹部（２５）は長いスリット形状に形成されることもできる。図４は陽極リードフレームの他の実施例を示した図である。図４において陽極リードフレーム（２０’）は上方に延びたスリット形状の凹部（２５’）を有する。

前記陽極リードフレーム（２０）と陽極リードワイヤ（５０）とは溶接方式により相互連結させる。即ち、陽極リードフレームにワイヤ（５０）を安着後、陽極リードフレーム（２０）の上部面においてレーザー溶接を行い陽極リードフレームを溶融させて接続させる。また、前記陽極リードフレーム（２０）は前記陽極ワイヤ（５０）を成す素材より低い溶融点を有する鉄のような金属素材で形成することが好ましく、これにより前記陽極ワイヤ（５０）の先端と相互対応する陽極リードフレーム（２０）に照射される熱源により前記陽極リードフレーム（２０）の垂直面一部が溶融し、溶融したフレーム溶融物により相互対向する陽極リードワイヤ（５０）と陽極リードフレーム（２０）とが簡便に連結されることができる。

これに応じて、前記陽極リードワイヤ（５０）の先端と陽極リードフレーム（２０）とが鉛のような溶接母材を要することなく溶融したフレーム溶融物により直接連結されることにより、本発明のコンデンサが用いられたセット製品の使用時に発生する高温により溶接母材が溶けたりオープンになる不良を予め防止することができる。

前記コンデンサ素子（１０）に陽極リードフレーム（２０）及び陰極リードフレーム（３０）が図１のように連結されると、これにエポキシのような樹脂材でモールド（４０）を形成する。モールド（４０）は図１及び図２のようにコンデンサ素子（１０）及び陰極リードフレーム、陽極リードフレームを囲繞するよう形成される。モールド（４０）の外表面は陰極リードフレーム（３０）の側面と同一平面になるよう形成され、これはリードフレームの側面がメイン基板（図示せず）上に接続されるようにするためである。また、モールドの外表面は陽極リードフレーム（２０）の外表面とも同一平面になるようにする。即ち、陽極リードフレームと陰極リードフレーム及びモールドの外表面が四角の箱形状の構造物を形成するようにさせる。

本発明のような陰極リードフレーム形状を用いる場合、下記のような利点が得られる。即ち、図８のような従来の構造に比べてコンデンサ素子内部において折り曲がる部位を減らせ、リードフレームとコンデンサ素子との接触面積を増大させることができる。これはコンデンサチップが漸次小型化する流れに伴いチップ全体の体積に対するコンデンサ素子の体積比率を高めコンデンサチップの容量を増大させるための構成である。したがって、本発明のような構造を用いると、下記表のような体積効率の増加が得られる。

前記表１は１．０×０．５サイズのコンデンサチップの従来の構造及び本発明による構造を適用した場合を比べたもので、同じ大きさのチップサイズに内蔵されるコンデンサ素子の大きさが従来より増大したことが確認できる。体積効率、即ち全体チップの体積に対するコンデンサ素子の体積の比率は従来の場合１５．６％で、本発明の場合３２．１％となる。したがって、約２倍の体積増大効果が得られるようになる。

こうした結果は図８のコンデンサチップの構造に比べてコンデンサ素子の側面に陰極リードフレームが接触する構造を除去してコンデンサ素子がモールド外部面近くに拡張されることができ、また陰極リードフレームの折り曲げ構造を除去してチップ後方面までにも拡張できることから可能になる。

しかも、本発明においては陰極リードフレームを前記のようにコンデンサ素子の後方面全体に付着するばかりでなく、陽極リードフレームを垂直に立たせ陽極リードワイヤと接続することによりコンデンサ素子が前方側へより拡張できるようになる。

以下においては、本発明による固体電解コンデンサの製造方法を説明する。図５は本発明による固体電解コンデンサの製造工程を示したもので、リードフレーム形成段階を示したものである。図６はコンデンサ素子の装着段階を示したもので、図７は図６の段階後のモールド形成及びチップ分離段階を示したものである。

先ず、図１及び図２のように、前方面に陽極リードワイヤが突出形成され、外表面には陰極層が形成されたコンデンサ素子（１０）を設ける。コンデンサ素子（１０）は先述したように直方形の箱型であり、タンタル粉末から成ることができ、前方面に陽極リードワイヤ（５０）が突出した形状を有する。

前記コンデンサ素子（１０）は陽極リードワイヤ（５０）が突出する前方面と前方面の反対側の後方面とを含み、後方面に陰極リードフレーム（３０）が付着される。このために、図５のようにベース板（６０）上に多数個の陰極リードフレーム及び陽極リードフレームを形成する。

先ず、陰極リードフレーム（３０）はコンデンサ素子（１０）の後方面より大きい四角板状に形成され、陽極リードフレーム（２０）はコンデンサ素子の陽極リードワイヤ（５０）が安着され得る凹部（２５）が形成されるよう加工される。前記リードフレーム（２０、３０）はベース板（６０）から垂直に折り曲げ形成される。

次に、既に設けられたコンデンサ素子（１０）をリードフレーム（２０、３０）の形成されたベース板（６０）に装着する。即ち、ベース板の陰極リードフレーム（３０）にコンデンサ素子（１０）の後方面を接着する。この際、陰極リードフレーム（３０）に導電性接着剤を塗布した後、これによりコンデンサ素子の後方面を付着することになる。図６にはコンデンサ素子（１０）が陰極リードフレームに付着された状態を示す。

この際、陰極リードフレーム（３０）中コンデンサ素子（１０）と付着する面（第１面）にはコンデンサ素子の後方面と同じ大きさに窪んで形成される位置固定面（３５）が形成される。位置固定面によりコンデンサ素子が定位置に常に安着されることができ、コンデンサ素子の組立工程が容易になる。

前記コンデンサ素子（１０）の陽極リードワイヤ（５０）は陽極リードフレーム（２０）の凹部に載せられた状態で溶接により接続される。とりわけ、陽極リードフレーム（２０）をレーザー溶接により溶融させ、リードワイヤ（５０）を覆うように固定させ電気的に接続する方式が好ましい。

図６のようにコンデンサ素子をリードフレームと連結させた後、リードフレームが成す四角の空間に保護ケースの役目を果たすモールド（４０）を形成する。モールド形成後、リードフレームをベース板（６０）から分離すると、本発明による固体電解コンデンサチップができる。

本発明は特定の実施例に係り図示説明したが、前述の特許請求の範囲により具備される本発明の精神や分野を外れない限度内において本発明が多様に改造及び変化され得ることは当業界において通常の知識を有する者であれば容易に想到できることは明らかである。

本発明による固体電解コンデンサの内部構造を切開して示した斜視図である。 図１のコンデンサを示した断面図である。 図１のコンデンサの陰極リードフレームの斜視図である。 図１のコンデンサの陽極リードフレームの変形例を示した図である。 本発明による固体電解コンデンサの製造工程中リードフレームの製造段階を示した図である。 本発明による固体電解コンデンサ製造工程中コンデンサ素子の装着段階を示した図である。 本発明による固体電解コンデンサ製造工程中図６の段階後のモールド形成及びチップ分離段階を示した図である。 従来の固体電解コンデンサの構造を示した断面図である。 従来の他の固体電解コンデンサを示した断面図である。 図９の固体電解コンデンサ装着時の問題を示した断面図である。

符号の説明

１０ コンデンサ素子
１２ キャップ
２０ 陽極リードフレーム
２５ 凹部
３０ 陰極リードフレーム
３５ 位置固定面
４０ モールド
５０ 陽極リードワイヤ
６０ ベース板

Claims (12)

1. 前方面から陽極リードワイヤが突出し外表面に陰極層が形成されるコンデンサ素子と、
   前記コンデンサ素子の後方面全体に面接触する平板形状の陰極リードフレームと、
   終端中心部分に凹部が形成され前記凹部に前記コンデンサ素子の陽極リードワイヤが安着して電気的に接続するようにさせる平板形状の陽極リードフレームと、
   前記コンデンサ素子、陰極リードフレーム、及び陽極リードフレームを覆うよう形成されるモールドと、
   を有することを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 前記陰極リードフレームは第１面及び前記第１面に平行な第２面を含み、前記コンデンサ素子の後方面全体が前記第１面に付着することを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
3. 前記モールドの外表面は前記陰極リードフレームの側面と同一平面になるよう形成されることを特徴とする請求項２に記載の固体電解コンデンサ。
4. 前記陰極リードフレームの第１面は、前記コンデンサ素子の後方面と同じ大きさに窪んで形成され前記コンデンサ素子の後方面が定位置に安着するようにさせる位置固定面を有することを特徴とする請求項２に記載の固体電解コンデンサ。
5. 前記陰極リードフレームの位置固定面と第１面との境界部分には所定角度で傾いた連結面が形成されることを特徴とする請求項４に記載の固体電解コンデンサ。
6. 前記陽極リードフレームと陽極リードワイヤとはレーザー溶接により連結されることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
7. 前記陰極リードフレームと前記コンデンサ素子の後方面とは導電性接着剤により接着されることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
8. 前方面に陽極リードワイヤが突出形成され外表面に陰極層が形成されるタンタル粉末のコンデンサ素子を設ける段階と、
   ベース板上に、前記コンデンサ素子の後方面が付着され得る大きさの平板状の陰極リードフレーム及び前記コンデンサ素子の陽極リードワイヤが安着され得る凹部が終端中心部分に形成される平板状の陽極リードフレーム多数個を垂直に折り曲げ形成する段階と、
   前記ベース板上の陰極リードフレームに伝導性接着剤により前記コンデンサ素子の後方面を付着する段階と、
   前記陽極リードフレームと陽極リードワイヤとを溶接により接続する段階と、
   前記コンデンサ素子、陰極リードフレーム、及び陽極リードフレームを覆うようモールドを形成する段階と、
   前記陰極リードフレーム及び陽極リードフレームをベース板から分離する段階と、
   を有することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
9. 前記陰極リードフレームに、前記コンデンサ素子の後方面と同一の大きさに窪んで形成され前記コンデンサ素子が定位置に安着するようにさせる位置固定面を形成することを特徴とする請求項８に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
10. 前記コンデンサ素子の後方面は前記陰極リードフレームの位置固定面に導電性接着剤により付着されることを特徴とする請求項９に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
11. 前記陽極リードフレームと陽極リードワイヤとはレーザー溶接により連結されることを特徴とする請求項８に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
12. 前記モールドの外表面は前記陰極リードフレームの側面と同一平面になるよう形成されることを特徴とする請求項８に記載の固体電解コンデンサの製造方法。

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