JP2005166740A - 固体電解コンデンサ素子及び固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 インピーダンスの更なる低減化を図ることができる固体電解コンデンサ素子及び固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】 本発明に係る固体電解コンデンサ１０は、アルミニウム基体１８の両面１２ｃ，１２ｄ及び端面１２ｅに、酸化アルミニウム皮膜２０を介して固体高分子電解質層２２及び銀ペースト層２６を有する陰極が形成されており、アルミニウム基体１８に貫設された貫通孔２８Ａ，２８Ｂを固体高分子電解質層２２を構成する導電性高分子化合物よりも抵抗率が低い銀ペースト２９で埋めることによって形成された導通路２７Ａ，２７Ｂを介して、アルミニウム基体１８の両面１２ｃ，１２ｄに形成された陰極同士が導通していることを特徴とする。本発明に係る固体電解コンデンサはこのような構成を有するため、インピーダンスの更なる低減が実現されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体電解コンデンサ素子及び固体電解コンデンサに関するものである。

固体電解コンデンサ素子は、絶縁性酸化皮膜形成能力を有するアルミニウム、チタン、タンタルなどの金属、いわゆる弁金属を陽極に用い、この弁金属の表面を陽極酸化して、絶縁性酸化皮膜を形成した後、実質的に陰極として機能する有機化合物等からなる固体電解質層を形成し、さらに、グラファイトや銀などの導電層を陰極として設けることによって作製される。

この固体電解コンデンサ素子の低インピーダンス化を図るためには、等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）や等価直列抵抗（ＥＳＲ）を低くする必要がある。一般に、低ＥＳＬ化を図る方法としては、第１に、電流経路の長さを極力短くする方法、第２に、電流経路によって形成される磁場を別の電流経路によって形成される磁場により相殺する方法、第３に、電流経路をｎ個に分割して実効的なＥＳＬを１／ｎにする方法が知られている。例えば、下記特許文献１に開示された発明は、第１および第３の方法を採用するものである。また、下記特許文献２に開示された発明は、第２および第３の方法を採用するものである。さらに、下記特許文献３及び特許文献４に開示された発明は第３の方法を採用するものである。

特開２０００−３１１８３２号公報 特開平０６−２６７８０２号公報 特開平０６−２６７８０１号公報 特開平１１−２８８８４６号公報 特開２００３−２９７６９０号公報

電子機器に用いられる電源回路の高周波化に伴い、この回路に適用される固体電解コンデンサのインピーダンスのさらなる低減がより一層求められている。そこで発明者らは、ＥＳＲを低減して低インピーダンスを図る技術について研究を重ね、固体電解コンデンサのＥＳＲを低減する技術を新たに見出した。

そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、インピーダンスの更なる低減化を図ることができる固体電解コンデンサ素子及び固体電解コンデンサを提供することを目的とする。

本発明に係る固体電解コンデンサ素子は、弁金属基体の両面及び端面に、絶縁性酸化皮膜を介して固体電解質層及び導電体層を有する陰極が形成されており、弁金属基体に貫設された貫通孔を固体電解質層を構成する材料よりも抵抗率が低い導電材料で埋めることによって形成された導通路を介して、弁金属基体の両面に形成された陰極同士が導通していることを特徴とする。

この固体電解コンデンサ素子において、その充放電時に、弁金属基体の両面及び端面に形成された陰極内を流れる電流は、基体端面の陰極及び導通路を経由して、弁金属基体の一方面側の陰極から他方面側の陰極に流入する。つまり、弁金属基体の一方面側の陰極から他方面側の陰極に流入する電流は、少なくともその一部が導通路を経由する。従って、電流の一部においては、基体端面の陰極を迂回する経路よりも導通路を経由する経路のほうが短くなるため、この固体電解コンデンサ素子を備える固体電解コンデンサのＥＳＲが低減される。その上、導通路は、弁金属基体に貫設された貫通孔を固体電解質層を構成する材料よりも抵抗率が低い導電材料で埋めることによって形成されたものであるため、導通路を流れる電流は導電材料内を流れる。従って、本発明に係る固体電解コンデンサ素子を備える固体電解コンデンサは、例えば、貫通孔が固体電解質層を構成する材料で埋められている場合に比べて、より低いＥＳＲを実現することができる。以上のようなＥＳＲの低減に伴って、固体電解コンデンサのインピーダンスが低減される。

また導電材料が、導電体層を構成する材料と同じ材料であることが好ましい。この場合、導電体層を形成すると同時に、貫通孔を導電材料で埋めることができるため、固体電解コンデンサ素子の作製工程の簡略化及び作製時間の短縮を図ることができる。

また、導電材料が導電性接着剤であることが好ましい。例えば、基板などの搭載対象部材に固体電解コンデンサ素子を搭載するとき、貫通孔に埋められた導電材料により、固体電解コンデンサ素子と搭載対象部材との間における結合力の強化が図られる。

また、導電材料が導電性樹脂、金属ペースト及び金属粉体のいずれかであることが好ましい。

また、弁金属基体は略方形状の形状を有しており、その少なくとも１辺から、陰極が形成されていない領域を少なくとも一部分に有する電極部が突出していることが好ましい。この場合、陰極が形成されていない部分を、例えば、陽極リードに溶接接続することにより、陰極に覆われた素子から容易に陽極を引き出すことができる。

また、弁金属基体から電極部が複数突出していることが好ましい。この場合、複数の経路で素子から陽極を引き出すことができるため、この固体電解コンデンサ素子から多端子対応の固体電解コンデンサを作製することができる。このような固体電解コンデンサを多端子化によりＥＳＬを低減することができるため、インピーダンスのさらなる低減が図られる。

本発明に係る固体電解コンデンサは、弁金属基体の両面及び端面に、絶縁性酸化皮膜を介して固体電解質層及び導電体層を有する陰極が形成されており、弁金属基体に貫設された貫通孔を固体電解質層を構成する材料よりも抵抗率が低い導電材料で埋めることによって形成された導通路を介して、弁金属基体の両面に形成された陰極同士が導通している固体電解コンデンサ素子と、陰極に接続される陰極リードと弁金属基体に接続される陽極リードとを有するリード群とを備えることを特徴とする。

この固体電解コンデンサにおいて、陽極リードと陰極リードとを有するリード群を外部電極に接続して充放電する際、弁金属基体の両面及び端面に形成された陰極内を流れる電流は、基体端面の陰極及び導通路を経由して、弁金属基体の一方面側の陰極から他方面側の陰極に流入する。つまり、弁金属基体の一方面側の陰極から他方面側の陰極に流入する電流は、少なくともその一部が導通路を経由する。従って、電流の一部においては、基体端面の陰極を迂回する経路よりも導通路を経由する経路のほうが短くなるため、この固体電解コンデンサのＥＳＲが低減される。その上、導通路は、弁金属基体に貫設された貫通孔を固体電解質層を構成する材料よりも抵抗率が低い導電材料で埋めることによって形成されたものであるため、導通路を流れる電流は導電材料内を流れる。従って、本発明に係る固体電解コンデンサは、例えば、貫通孔が固体電解質層を構成する材料で埋められている場合に比べて、より低いＥＳＲを実現することができる。以上のようなＥＳＲの低減に伴って、固体電解コンデンサのインピーダンスが低減される。

本発明に係る固体電解コンデンサは、弁金属基体の両面及び端面に、絶縁性酸化皮膜を介して固体電解質層及び導電体層を有する陰極が形成されており、弁金属基体に貫設された貫通孔を固体電解質層を構成する材料よりも抵抗率が低い導電材料で埋めることによって形成された導通路を介して、弁金属基体の両面に形成された陰極同士が導通している固体電解コンデンサ素子と、一方面に、陰極に接続される陰極ランド電極と、弁金属基体に接続される陽極ランド電極とが形成された基板とを備えることを特徴とする。

この固体電解コンデンサにおいて、基板の陽極ランド電極及び陰極ランド電極を外部電極に接続して充放電する際、弁金属基体の両面及び端面に形成された陰極内を流れる電流は、基体端面の陰極及び導通路を経由して、弁金属基体の一方面側の陰極から他方面側の陰極に流入する。つまり、弁金属基体の一方面側の陰極から他方面側の陰極に流入する電流は、少なくともその一部が導通路を経由する。従って、電流の一部においては、基体端面の陰極を迂回する経路よりも導通路を経由する経路のほうが短くなるため、この固体電解コンデンサのＥＳＲが低減される。その上、導通路は、弁金属基体に貫設された貫通孔を固体電解質層を構成する材料よりも抵抗率が低い導電材料で埋めることによって形成されたものであるため、導通路を流れる電流は導電材料内を流れる。従って、本発明に係る固体電解コンデンサは、例えば、貫通孔が固体電解質層を構成する材料で埋められている場合に比べて、より低いＥＳＲを実現することができる。以上のようなＥＳＲの低減に伴って、固体電解コンデンサのインピーダンスが低減される。

本発明によれば、インピーダンスの更なる低減化を図ることができる固体電解コンデンサ素子及び固体電解コンデンサが提供される。

以下、添付図面を参照して本発明に係る固体電解コンデンサ素子及び固体電解コンデンサの好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る固体電解コンデンサを示した概略斜視図である。図１に示すように、本実施形態に係る固体電解コンデンサ１０は、固体電解コンデンサ１０は、固体電解コンデンサ素子１２と、このコンデンサ素子１２が搭載される４つのリード電極（リード群）１４と、コンデンサ素子１２及びリード電極１４の一部をモールド固定する樹脂モールド１６とを備えている。この固体電解コンデンサ１０においては、固体電解コンデンサ１０が搭載される後述の回路基板からリード電極１４を介してコンデンサ素子１２に給電がおこなわれる。なお、リード電極１４は、回路基板の陽極電極に接続される陽極リード１４Ａと、回路基板の陰極電極に接続される陰極リード１４Ｂとで構成されている。

コンデンサ素子１２は、粗面化（拡面化）処理及び化成処理が施された、陽極として機能する箔状のアルミニウム基体（弁金属基体）上の一部領域に、陰極が形成されたものである。この陰極は、導電性高分子化合物（例えば、ポリピロール等）で構成された固体高分子電解質層（固体電解質層、以下「電解質層」と称す。）、グラファイトペースト層及び銀ペースト層（導電体層）により構成されている。

図２を参照しつつ、コンデンサ素子１２の表面構造をより詳しく説明する。図２は、図１に示したコンデンサ素子１２の要部を示す模式断面図である。図２に示すように、エッチングによって粗面化された厚さ１００μｍのアルミニウム基体（以下、「基体」と称す。）１８は、化成処理（すなわち陽極酸化）によって、その表面１８ａに酸化アルミニウム皮膜（以下、「酸化皮膜」と称す。）２０が成膜されている。そして、基体１８の、粗面化により形成された凹部には、電解質層２２が含浸されている。なお、電解質層２２は、基体１８の凹部にモノマーの状態で電解質を含浸し、その後、化学酸化重合又は電解酸化重合の処理を施すことにより形成されたものである。この電解質層２２上には、グラファイトペースト層２４及び銀ペースト層２６が、スクリーン印刷法、浸漬法（ディップ法）及びスプレー塗布法のいずれかの方法によって順次形成されている。従って、陰極（電解質層、グラファイトペースト層及び銀ペースト層）は、基体１８の厚さ方向においては、基体１８上に成膜された絶縁性の酸化皮膜２０により、陽極である基体１８との絶縁が図られている。

図１に戻って、コンデンサ素子１２は、長方形薄片状の蓄電部１２ａと、蓄電部１２ａから外方に突出する薄片状の１対の陽極電極部１２ｂとで構成されている。以下、説明の便宜上、各コンデンサ素子１２の蓄電部１２ａの長辺方向をＸ方向、各コンデンサ素子１２の蓄電部１２ａの短辺方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向として説明する。

蓄電部１２ａの上下両面１２ｃ，１２ｄ及び端面１２ｅには、その略全域に亘って上述した陰極が形成されている。なお、蓄電部１２ａのＸ軸に沿う中心線上には、コンデンサ素子１２の厚さ方向に延在する２つの導通路２７Ａ，２７Ｂが所定の距離だけ離間されて形成されている。これらの導通路２７Ａ，２７Ｂは、コンデンサ素子１２に貫設された円形貫通孔２８Ａ，２８Ｂと、これらの貫通孔２８Ａ，２８Ｂ内に埋められた銀ペースト（導電材料）２９とで構成されている。すなわち、貫通孔２８Ａ，２８Ｂにおいては、その内側面２８ａに陰極として電解質層２２、グラファイトペースト層２４及び銀ペースト層２６が順次積層されており、その内部に銀ペースト２９が充填されている。陽極電極部１２ｂは、蓄電部１２ａの一方の長辺の側面に１対形成されており、この１対の陽極電極部１２ｂはＹ方向に沿って平行に延在している。

上述した形状のコンデンサ素子１２は、粗面化された表面に酸化皮膜２０が成膜されたアルミニウム箔シートを打ち抜いて成形される。また貫通孔は、ピン状工具等によって穿設される。すなわち、コンデンサ素子１２を上記形状に成形すると、その端面１２ｅ及び貫通孔２８Ａ，２８Ｂの内側面２８ａには、酸化皮膜２０が形成されていない基体１８が露出する（図２参照）。従って、上記形状に成形したコンデンサ素子１２に再度化成処理を施して、その端面１２ｅ及び貫通孔２８Ａ，２８Ｂの内側面２８ａに酸化皮膜２０を形成する。

ここで、コンデンサ素子１２を作製する手順について、図３を参照しつつ説明する。図３は、コンデンサ素子１２を作製する手順を示した図である。

まず、粗面化処理が施され、酸化皮膜２０が形成されているアルミニウム箔シートから、蓄電部１２ａとなる対応する長方形部分３０ａの長辺から、陽極電極部１２ｂとなる突起部３０ｂが突出する形状のアルミニウム箔３２を切り出す。次に、その切り出したアルミニウム箔３２の所定位置に貫通孔２８Ａ，２８Ｂを穿設する。そして、以上のようにして得られたアルミニウム箔３２を、突起部３０ｂの端部を支持してステンレスビーカ３４中に収容された化成溶液３６中に浸漬する（図３（ａ）参照）。このようにアルミニウム箔３２を化成溶液３６に浸漬した状態で、支持された突起部３０ｂをプラス、ステンレスビーカ３４をマイナスにして電圧を印加する。このようにしてアルミニウム箔３２を化成処理することで、アルミニウム箔シートからの成形時に露出した、端面１２ｅ部分及び貫通孔２８Ａ，２８Ｂの内側面２８ａ部分の基体１８に酸化皮膜２０が形成される。化成溶液３６は、例えば、濃度３％のアジピン酸アンモニウム水溶液等が好ましい。化成処理時の電圧は、所望する酸化皮膜２０の膜厚に応じて適宜決定することができ、１０ｎｍ〜１μｍの膜厚を有する酸化皮膜２０を形成する場合には、通常、数ボルト〜２０ボルト程度である。

化成処理の後は、アルミニウム箔３２の突起部３０ｂの付け根部分の帯状領域（例えば、幅１ｍｍ）を圧縮して、その部分の粗面化構造を破壊し、絶縁溝部３８を形成する。この絶縁溝部３８から突起部３０ｂ側の部分が陽極の引き出し部分となる。このような絶縁溝部３８を形成することにより、アルミニウム箔３２の粗面化構造が蓄電部１２ａと陽極電極部１２ｂとで分断されるため、後述する電解質層２２の形成工程で、蓄電部１２ａ領域に浸透した重合液が毛細現象によって陽極電極部１２ｂ領域まで浸透する事態を確実に回避することができる。なお、絶縁溝部３８を形成した後、アルミニウム箔３２に再度化成処理を施し、絶縁溝部３８の形成領域に確実に酸化皮膜２０を形成することで、蓄電部１２ａと陽極電極部１２ｂとの絶縁を確実におこなうことができる。また、適宜、絶縁溝部３８にシリコーン製等の絶縁性樹脂を充填し、より確実な絶縁を図ってもよい。

絶縁溝部３８を形成した後、ビーカ４０内に収容された重合液４２内に、アルミニウム箔３２の絶縁溝部３８より下の部分を浸漬して化学酸化重合（又は、電解酸化重合）をおこなう（図３（ｃ）参照）。それにより、アルミニウム箔３２の蓄電部１２ａの両面１２ｃ，１２ｄ、端面１２ｅ及び貫通孔２８Ａ，２８Ｂの内側面２８ａに電解質層２２が形成される。

そして、さらにアルミニウム箔３２の電解質層２２が形成された領域に、グラファイトペースト層２４をスクリーン印刷法、浸漬法（ディップ法）及びスプレー塗布法等を用いて積層する。また、スクリーン印刷又はスプレー塗布法等を用いて、グラファイトペースト層２４が形成された領域に銀ペースト層２６を積層すると共に、貫通孔２８Ａ，２８Ｂ内に銀ペースト２９を充填して導通路２７Ａ，２７Ｂを形成する。最後に、上述した突起部３０ｂを所定長さに切断することで、図１に示したコンデンサ素子１２が得られる。なお、アルミニウム箔３２表面上に電解質層２２を形成する前に、上述した化成処理と同様の方法で、皮膜修復処理（エージング）をおこなってもよい。

次に、上述したコンデンサ素子１２を用いて固体電解コンデンサ１０を作製する方法について、図４を参照しつつ説明する。

図４に示すように、リードフレーム４６は、コンデンサ素子１２を搭載させるべく、りん青銅製の基体が所定の形状に打ち抜き加工されたものである。リードフレーム４６は、四方を囲むフレーム部４６ａと、フレーム部４６ａの内側でフレームの延在方向（図のＸ方向）に延びる支持部４６ｂとを有している。フレーム部４６ａには、支持部４６ｂの延在方向に対して直交する方向（図のＹ方向）に突出する２つの陽極リード部４７ａ，４７ｂが設けられている。また、陽極リード部４７ａ，４７ｂが形成された側のフレーム部４６ａと支持部４６ｂとの間には、陽極リード部４７ａ，４７ｂと平行な２つの陰極リード部４８ａ，４８ｂが設けられている。また、支持部４６ｂを挟んで陰極リード部４８ａ，４８ｂと対向する側の、フレーム部４６ａと支持部４６ｂとの間には支持部４８ｃ，４８ｄが設けられている。

コンデンサ素子１２は、リードフレーム４６の支持部４６ｂ上に、コンデンサ素子１２の裏面１２ｄが対向するように搭載され、銀を含む導電性接着剤５０でコンデンサ素子１２の裏面１２ｄの最上層の銀ペースト層２６と支持部４６ｂとが接着固定される。コンデンサ素子１２の２つの陽極電極部１２ｂは、対応する２つの陽極リード部４７ａ，４７ｂの端部と重なるように配置されると共に、レーザスポット溶接機で溶接される。このようにレーザスポット溶接機で溶接することで、陽極電極部１２ｂと陽極リード部４７ａ，４７ｂとが電気的に接続される。

そして、リードフレーム４６上に固定されたコンデンサ素子１２は、キャスティング、インジェクション又はトランスファモールドによって、エポキシ樹脂でモールドされる。樹脂モールドされたコンデンサ素子１２は、リードフレーム４６から切り離される。そして、陽極電極部１２ｂが形成された辺に直交するように延びる陽極リード部４７ａ，４７ｂを折り曲げて、図１に示した陽極リード１４Ａが構成される。また、陰極リード部４８ａ，４８ｂも折り曲げて、図１に示した陰極リード１４Ｂが構成される。このように、コンデンサ素子１２からは、２つの陽極リード１４Ａと２つの陰極リード１４Ｂとが引き出されて電流経路の分割が図られている。すなわち、一対の陽極電極部１２ｂにより経路が２つ分岐されてコンデンサ素子１２から陽極を引き出されており、４端子対応の固体電解コンデンサ１０が作製されるため、２端子の固体電解コンデンサに比べてＥＳＬの低減を図ることができる。それにより、固体電解コンデンサ１０のインピーダンスも低減される。

次に、固体電解コンデンサ１０が回路基板に搭載された際の電流経路について、図５を参照しつつ説明する。図５は、図１の固体電解コンデンサ１０のＶ−Ｖ屈曲線に沿う概略断面図である。そして、矢印Ａは、陰極（図のハッチング部分）が形成された領域のある地点Ｐと陰極リード１４Ｂ（リードフレーム４６の支持部ｂに相当）との間に流れる電流の向きを示している。

上述したように、コンデンサ素子１２には、導通路２７Ａ，２７Ｂが形成されている。そして、この導通路２７Ａ，２７Ｂは、貫通孔２８Ａ，２８Ｂを銀ペースト２９で埋めることによって形成されたものである。つまり、コンデンサ素子１２の上面１２ｃの陰極と下面１２ｄの陰極とは、コンデンサ素子１２の端面１２ｅの陰極部分だけでなく、導通路２７Ａ，２７Ｂでも導通している。そのため、図５の矢印Ａに示したように、コンデンサ素子１２の上面１２ｃのうち導通路２７Ａに近いＰ地点と陰極リード１４Ｂとの間に流れる電流は、導通路２７Ａを経由して流れることが可能である。一方、導通路２７Ａが形成されていない場合には、Ｐ地点の陰極と陰極リード１４Ｂとの間に流れる電流は、コンデンサ素子１２の端面１２ｅの陰極部分を経由して流れることとなる（矢印Ｂ参照）。

すなわち、コンデンサ素子１２に導通路２７Ａが形成されていることによって、Ｐ地点の陰極と陰極リード１４Ｂとの間に流れる電流の経路は大幅に短縮されている。上述したＰ地点のように、導通路２７Ａ，２７Ｂの形成によって陰極リード１４Ｂとの間に流れる電流の経路が、コンデンサ素子１２の端面１２ｅの陰極を迂回する経路よりも導通路２７Ａ，２７Ｂを経由する経路のほうが短くなる領域は、素子上面１２ｃの導通路２７Ａ，２７Ｂ周辺以外に、素子上面１２ｃの広範囲にわたっていると考えられる。このように陰極に流れる電流の経路が短縮された場合には、陰極が有する抵抗成分の影響が抑制され、固体電解コンデンサ１０のＥＳＲが低減する。

ここで、貫通孔２８Ａ，２８Ｂ内に充填されている銀ペースト２９は、電解質層２２を構成する、例えばポリピロール等の固体高分子化合物の抵抗率よりも低い抵抗率を有している。従って、導通路２７Ａ，２７Ｂを経由する電流は、貫通孔２８Ａ，２８Ｂの内側面２８ａに形成されている電解質層２２部分ではなく、より抵抗の低い経路である銀ペースト２９部分を流れる。従って、固体電解コンデンサ１０は、銀ペースト２９で埋められていない貫通孔２８Ａ，２８Ｂのみの導通路や、固体高分子化合物で埋められている導通路がコンデンサ素子１２に形成された固体電解コンデンサよりも、ＥＳＲが低減されている。

すなわち固体電解コンデンサ１０は、以上で示した２つの方法によるＥＳＲの低減によって、インピーダンスの低減が実現されている。

以上で説明したように、コンデンサ素子１２及び固体電解コンデンサ１０においては、導通路２７Ａ，２７Ｂの採用により、固体電解コンデンサ１０の動作時に陰極内を流れる電流は、基体端面１２ｅの陰極及び導通路２７Ａ，２７Ｂを経由して、例えば、基体１８の上面１２ｃ側の陰極から下面１２ｄ側の陰極に流入する。つまり、少なくとも電流の一部が導通路２７Ａ，２７Ｂを経由するため、電流の一部は、基体端面１２ｅの陰極を迂回する経路よりも導通路２７Ａ，２７Ｂを経由する経路のほうが短くなる。つまり、陰極が形成された一部領域では、導通路２７Ａ，２７Ｂを経由する電流が流れ、その電流経路が短縮される。それにより、固体電解コンデンサ１０のＥＳＲが低減しており、またインピーダンスも低減している。

また、導通路２７Ａ，２７Ｂは、基体１８に貫設された貫通孔２８Ａ，２８Ｂを電解質層２２を構成する固体高分子化合物よりも抵抗率が低い銀ペースト２９で埋めることによって形成されたものであるため、導通路２７Ａ，２７Ｂを流れる電流は銀ペースト２９内を流れる。そのため、固体電解コンデンサ１０は、例えば、貫通孔２８Ａ，２８Ｂのみが形成された固体電解コンデンサ等に比べて、ＥＳＲ及びインピーダンスが低くなっている。

さらに、貫通孔２８Ａ，２８Ｂに充填される銀ペースト２９は、陰極の銀ペースト層２６を構成する材料と同じ材料である。そのため銀ペースト２９は、銀ペースト層２６を形成する際に、貫通孔２８Ａ，２８Ｂ内に充填される。なお、貫通孔２８Ａ，２８Ｂ内に充填する導電材料が銀ペーストでない場合には、銀ペースト層２６を形成した後に、貫通孔２８Ａ，２８Ｂ内に導電材料を充填する工程が別途必要となる。従って、上述した態様のように、導電材料と導電体層（銀ペースト層）を構成する材料とが同じである場合には、コンデンサ素子１２及び固体電解コンデンサ１０の作製工程を簡略化できると共に、作製時間を有意に短縮することができる。

固体電解コンデンサ１０を回路基板に搭載方法について、図６を参照しつつ説明する。図６は、固体電解コンデンサ１０を回路基板に搭載した状態を示した概略斜視図である。固体電解コンデンサ１０は、上述したリード電極１４が回路基板５２に対向させた状態で、コンデンサ素子１２の両面１２ｃ，１２ｄが回路基板５２の表面５２ａに対して垂直となるように、回路基板５２上に直立させる。

回路基板５２上には、固体電解コンデンサ１０のリード電極１４のうち、両陽極リード１４Ａと接続する陽極電極５４と、両陰極リード１４Ｂと接続する陰極電極５６とが設けられており、これら陽極電極５４の端部５４ａ，５４ａ及び陰極電極５６の端部５６ａ，５６ａは、リード電極１４同様に、一直線状に並んでいる。固体電解コンデンサ１０を、このような陽極電極５４及び陰極電極５６が形成された回路基板５２上に直立した場合、コンデンサ素子１２の両面１２ｃ，１２ｄが回路基板５２と平行となるように固体電解コンデンサ１０を配置した場合に比べて回路基板５２の表面５２ａのコンデンサ搭載領域５２ｂが狭くなるため、固体電解コンデンサ１０の載置に要する基板領域の面積を縮小することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る固体電解コンデンサについて、図７を参照しつつ説明する。ここで図７は、本発明の第２実施形態に係る固体電解コンデンサを示した概略斜視図である。すなわち、上述した第１実施形態においては、リード電極１４を介して外部電極と接続するタイプの固体電解コンデンサを示したが、第２実施形態に係る固体電解コンデンサ１０Ａは、図７に示したように基板５８上にコンデンサ素子１２を搭載するタイプの固体電解コンデンサである。つまり、固体電解コンデンサ１０Ａは、上述したコンデンサ素子１２を有し、さらに、コンデンサ素子１２が載置される方形薄片状の基板５８と、コンデンサ素子１２及び基板５８をモールドする樹脂モールド１６とを有している。

基板５８において、コンデンサ素子１２が搭載される素子搭載面５８ａには所定のランド電極６０が形成されており、コンデンサ素子１２の陰極と陽極とは対応するランド電極６０に接続されている。以下、基板５８の素子搭載面５８ａに形成されたランド電極６０について、図８及び図９を参照しつつ説明する。ここで、図８は基板の素子搭載面を示した図であり、図９は基板の素子搭載面の裏面を示した図である。

図８及び図９に示すように、基板５８は、素子搭載面である基板上面５８ａに銅製のランド電極６０が印刷され、基板下面５８ｂに銅製の外部接続電極６２が印刷されたＦＲ４材（エポキシ樹脂材）製のプリント基板である。そして、基板上面５８ａのランド電極６０と基板下面５８ｂの外部接続電極６２とは、基板５８に貫設されたビアホール６４によって接続されている。このビアホール６４は、基板５８の一端部５８ｃの縁に沿って等間隔に４つ形成されている。なお、各ビアホール６４は、基板５８の厚さ方向（図のＺ方向）に貫通する孔の内面に銅メッキを施したものであり、ドリル加工により基板５８に孔を形成した後、無電解銅メッキをメッキ処理して形成される。

図９に示すように、ビアホール６４の端部が露出する基板下面５８ｂのビアホール６４の端部周辺に方形状の外部接続電極６２が４つ形成されており、各外部接続電極６２はそれぞれ対応するビアホール６４と電気的に接続されている。なお、外部接続電極６２は陽極外部接続電極６２Ａと陰極外部接続電極６２Ｂとで構成されている。そして、端部５８ｃに形成された４つの外部接続電極６２は、陽極外部接続電極６２Ａと陰極外部接続電極６２Ｂとが交互する配置となっている。

また図８に示すように、ビアホール６４の端部が露出する基板上面５８ａのビアホール端部周辺には、ランド電極６０が形成されている。このランド電極６０は、陽極ランド電極６０Ａ及び陰極ランド電極６０Ｂとで構成されており、これらのランド電極６０Ａ，６０Ｂは対応するビアホール６４と電気的に接続されている。陰極ランド電極６０Ｂは、陰極外部接続電極６２Ｂと電気的に接続された２つのビアホール６４の端部周辺及び基板上面５８ａの中央部を含むように一体的に形成されている。陽極ランド電極６０Ａは、陽極外部接続電極６２Ａと電気的に接続された２つのビアホール６４の周辺それぞれに形成されており、外部接続電極６２同様、方形状となっている。なお、１つの陰極ランド電極６０Ｂ及び２つの陽極ランド電極６０Ａとは、互いに電気的に隔離されている。

次に、基板５８上にコンデンサ素子１２を搭載して、固体電解コンデンサ１０Ａを作製する方法について、図７、図８及び図９を参照しつつ説明する。

基板５８上にコンデンサ素子１２を搭載する際、コンデンサ素子１２の各陽極電極部１２ｂは、対応する位置に配置された基板５８の陽極ランド電極６０Ａと電気的に接続される。この電気的接続は、レーザスポット溶接機によっておこなわれ、それにより、陽極電極部１２ｂの基体１８（図２参照）と陽極ランド電極６０Ａとが電気的に接続されている。従って、基体１８と基板下面５８ｂに形成された２つの陽極外部接続電極６２Ａとが、２本のビアホール６４を介して電気的に接続される。

また、基板５８上にコンデンサ素子１２を搭載する際、コンデンサ素子１２の陰極に形成された最上層の銀ペースト層２６（図２参照）は、導電性接着剤（図示せず）によって陰極ランド電極６０Ｂと電気的に接続される。従って、コンデンサ素子１２の陰極（すなわち、電解質層２２、グラファイトペースト層２４及び銀ペースト層２６）と、基板下面５８ｂに形成された２つの陰極外部接続電極６２Ｂとが、２本のビアホール６４を介して電気的に接続される。

そして、基板５８上にコンデンサ素子１２が上述の方法により搭載された後に、キャスティング、インジェクション又はトランスモールドによって樹脂モールド１６が形成される。なお、樹脂モールド１６は、基板５８及びコンデンサ素子１２の両方をモールドするエポキシ樹脂である。

以上で説明した固体電解コンデンサ１０Ａにおいても、固体電解コンデンサ１０と同様、導通路２７Ａ，２７Ｂを有するコンデンサ素子１２を備えているため、動作時にコンデンサ素子１２の陰極内を流れる電流の一部は、基体端面１２ｅの陰極及び導通路２７Ａ，２７Ｂを経由する。そのため、陰極が形成された一部領域では、導通路２７Ａ，２７Ｂを経由する電流が流れ、その電流経路が短縮される。それにより、固体電解コンデンサ１０ＡのＥＳＲが低減しており、またインピーダンスも低減している。

その上、導通路２７Ａ，２７Ｂが、貫通孔２８Ａ，２８Ｂを銀ペースト２９で埋めることによって形成されたものであるため、固体電解コンデンサ１０Ａにおいても、例えば、貫通孔２８Ａ，２８Ｂのみが形成された固体電解コンデンサ等に比べて、ＥＳＲ及びインピーダンスが低くなっている。なお、第２実施形態に係る固体電解コンデンサ１０Ａは、素子搭載面５８ａが実装基板に対して平行な状態で実装されるため、第１実施形態に係る固体電解コンデンサ１０に比べて、高さの低減（低背化）を図ることができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、貫通孔を埋める導電材料は、電解質層を構成する材料よりも抵抗率が低い材料であれば、陰極の銀ペースト層を構成する材料と同じである銀ペーストに限定されず、例えば、導電性接着剤を含む導電性樹脂、金属ペースト、金属粉体などであってもよい。貫通孔に導電性接着剤を充填する態様は、コンデンサ素子をリードフレームや基板等の搭載対象部材に搭載した際に、コンデンサ素子と搭載対象部材との間における結合力の強化を図ることができるという点で好ましい。特に、コンデンサ素子を多段積層した固体電解コンデンサにおいては、コンデンサ素子と搭載対象部材との結合力の強化だけでなく、上下に重なるコンデンサ素子同士の結合力の強化が図られるため、銀ペーストの代わりに導電性接着剤を貫通孔に充填する態様が好ましい。また、貫通孔を埋める導電材料は、ペースト状のものに限らず、固体であってもよい。

さらに貫通孔の端面形状は、円形に限らず、楕円形状や多角形状、スリット状であってもよく、その数や大きさ、位置も適宜変更することができる。また、蓄電部１２ａから突出する陽極電極部１２ｂは、対向する長辺に一対ずつ設けてもよく、４辺全てから突出させてもよい。

以下、本発明の効果をより一層明らかなものとするため、実施例および比較例を掲げる。
（実施例）
固体電解コンデンサを、以下のようにして作製した。

（１）コンデンサ素子の作製
まず、図７に示した作製方法と略同様の方法によってコンデンサ素子を以下のように作製した。すなわち、粗面化処理が施され、酸化アルミニウム皮膜が形成されている厚さ１００μｍのアルミニウム箔シートを、図１に示した素子形状に打ち抜いて、コンデンサ素子となる電極体を作製した。より具体的には、コンデンサ素子の蓄電部となるべき領域の寸法が６．９ｍｍ×３．３ｍｍ（面積は０．２３ｃｍ²）となるように、アルミニウム箔を打ち抜き加工した。なお、アルミニウム箔シートは、２７０μＦ／ｃｍ^２の静電容量が得られるものを選択した。

そして、得られた電極体の表面のうち、コンデンサ素子の陽極電極部となるべき領域を厚さ方向に押圧して、この部分における粗面化構造を破壊した。また、電極体の厚さ方向に延在するφ１．０ｍｍの一対の貫通孔を、蓄電部の長辺方向に延びる蓄電部の中心線上に、３．０ｍｍ間隔で並ぶように形成した。さらに、コンデンサ素子の蓄電部となるべき領域と陽極電極部となるべき領域との間の領域を圧縮して、絶縁溝部を形成した。なお、この絶縁溝部にはエポキシ樹脂を塗布した。

（２）固体電解コンデンサの作製
以上のようにして得られた電極体を、粗面化処理が施されている領域が完全に浸漬されるように、３重量％の濃度で６．０のｐＨに調整されたアジピン酸アンモニウム水溶液中に浸漬した。このとき、陽極電極部側において電極体を支持し、エポキシ樹脂が塗布された絶縁溝部の途中まで水溶液に浸した。

次いで、電極体の陽極電極部となるべき部分を陽極とし、化成電流密度が５０〜１００ｍＡ／ｃｍ²、化成電圧が１２Ｖの条件下で、アジピン酸アンモニウム水溶液中に浸漬された電極体の切断部端面を酸化させ、端面に酸化皮膜を形成した。その後、電極体をアジピン酸アンモニウム水溶液から引き上げ、蓄電部の陰極となるべき領域に、ポリピロールからなる固体高分子電解質層を化学酸化重合によって形成した。

ここで、ポリピロールからなる固体高分子電解質層は、精製した０．１モル／リットルのピロールモノマー、０．１モル／リットルのアルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム及び０．０５モル／リットルの硫酸鉄（III）を含むエタノール水混合溶液セル中に電極体をセットし、３０分間にわたって攪拌し、化学酸化重合を進行させ、同じ操作を３回にわたって繰り返して、生成した。その結果、最大厚さが、約５０μｍの固体高分子電解質層が形成された。

さらに、こうして得られた固体高分子電解質層の表面にカーボンペースト及び銀ペーストを塗布して、陰極を形成すると共に、貫通孔内に銀ペーストを充填した。以上の処理によって、コンデンサ素子が完成した。

以上のようにして８つのコンデンサ素子を作製した。そして、４つのコンデンサ素子を互いの陽極電極部同士が重なり合うように導電性接着剤を介して積層し、２組の素子結合体を作製した。

（第１の固体電解コンデンサ）
そして、一方の素子結合体を、厚さが０．７ｍｍであり、幅３０ｍｍで長さ１００ｍｍの寸法に加工された、図４に示したようなリン青銅製のリードフレーム上に搭載すると共に、銀を含む導電性接着剤で最下面の銀ペースト層とリードフレームとを接着した。なお、素子結合体のそれぞれの陽極部を、ＮＥＣ製ＹＡＧレーザスポット溶接機でリードフレームの陽極リード部に溶接して、素子結合体とリードフレームとを一体化した。その後、トランスファモールド法により素子結合体とリードフレームとをエポキシ樹脂でモールドした。

モールド後の素子結合体をリードフレームから切り離し、陽極リードおよび陰極リードを折り曲げて、寸法が７．３ｍｍ×４．３ｍｍである図１に示したような４端子型のディスクリート型固体電解コンデンサ（第１の固体電解コンデンサ）を得た。その後、既知の方法にて、固体電解コンデンサに一定の電圧を印加して、エージング処理を行い、漏れ電流を十分に低減させて、完成させた。

こうして得られた第１の固体電解コンデンサの電気的特性について、アジレントテクノロジー社製インピーダンスアナライザー４１９４Ａ、ネットワークアナライザー８７５３Ｄを用いて、静電容量およびＳ₂₁特性を測定し、得られたＳ₂₁特性をもとに、等価回路シミュレーションを行い、ＥＳＲ、ＥＳＬ値を決定した。その結果、１２０Ｈｚでの静電容量は１００．０μＦであり、１００ｋＨｚでのＥＳＲは１０ｍΩであり、ＥＳＬは４００ｐＨであった。

（第２の固体電解コンデンサ）
また、他方の素子結合体を、厚さが０．５ｍｍ、７．３ｍｍ×４．３ｍｍの寸法を有する、ガラスクロス含有耐熱性エポキシ樹脂からなる基板上に搭載した。この基板表面（素子搭載面）には、図８に示したような厚さ３６μｍの銅製のランド電極が形成されており、また裏面には、図９に示したような厚さ３６μｍの銅製の外部接続電極が形成されている。

素子結合体を基板上に搭載した際、銀系の導電性接着剤を用いて、素子結合体の陰極と素子搭載面に形成された陰極ランド電極とを接着すると共に、素子結合体の陽極電極部と素子搭載面に形成された陽極ランド電極とをＮＥＣ製ＹＡＧレーザスポット溶接機で溶接した。そして、素子結合体を基板上に固定した後、真空印刷法を用いて素子結合体及び基板をエポキシ樹脂でモールドした。

モールド後、寸法が７．３ｍｍ×４．３ｍｍである図７に示したような４端子型のディスクリート型固体電解コンデンサ（第２の固体電解コンデンサ）を得た。その後、既知の方法にて、固体電解コンデンサに一定の電圧を印加して、エージング処理を行い、漏れ電流を十分に低減させて、完成させた。

こうして得られた第２の固体電解コンデンサの電気的特性について、アジレントテクノロジー社製インピーダンスアナライザー４１９４Ａ、ネットワークアナライザー８７５３Ｄを用いて、静電容量およびＳ₂₁特性を測定し、得られたＳ₂₁特性をもとに、等価回路シミュレーションを行い、ＥＳＲ、ＥＳＬ値を決定した。その結果、１２０Ｈｚでの静電容量は１０２．０μＦであり、１００ｋＨｚでのＥＳＲは７ｍΩであり、ＥＳＬは１２０ｐＨであった。

（比較例）
上述したコンデンサ素子と、貫通孔が形成されていない点でのみ異なるコンデンサ素子を作製した。そして、この固体電解コンデンサを用いて、第１の固体電解コンデンサと同様の構造を有する第３の固体電解コンデンサを作製すると共に、第２の固体電解コンデンサと同様の構造を有する第４の固体電解コンデンサを作製した。そして、上述した第１及び第２の固体電解コンデンサと同様の方法で、ＥＳＲ、ＥＳＬ値を求めた。その結果、第３の固体電解コンデンサについては、１２０Ｈｚでの静電容量は１０１．０μＦであり、１００ｋＨｚでのＥＳＲは２５ｍΩであり、ＥＳＬは４１０ｐＨであった。
また、第４の固体電解コンデンサについては、１２０Ｈｚでの静電容量は１０６．０μＦであり、１００ｋＨｚでのＥＳＲは１５ｍΩであり、ＥＳＬは１２５ｐＨであった。

以上のようにして求めた、第１〜第４の固体電解コンデンサにおける静電容量、ＥＳＲ及びＥＳＬを下記表１にまとめる。

以上で詳細に説明したように、貫通孔が形成されている第１及び第２の固体電解コンデンサと、貫通孔が形成されていない第３及び第４の固体電解コンデンサとは、電極の作製方法、酸化皮膜の形成方法、使用する固体高分子化合物の種類、及び部品のサイズが同一である。異なる点は、実装基板／リードフレームの選択及びモールド方法である。このうちモールド方法については、上述した手法が一般に確立された手法であるため、特性に影響を与えるものとは考えられない。従って特性比較の点において、影響を及ぼしているものは、電極構造の差異であると考えられる。第１及び第２の固体電解コンデンサは、比較例に係る第３及び第４の固体電解コンデンサに比べて、ＥＳＲの値が低減していることが確認された。

なお本発明は、以上の実施態様および実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

本発明の第１実施形態に係る固体電解コンデンサを示した概略斜視図である。 図１に示したコンデンサ素子の要部を示す模式断面図である。 コンデンサ素子を作製する手順を示した図である。 図１に示したコンデンサ素子がリードフレーム上に搭載された状態を示す斜視図である。 図１の固体電解コンデンサのＶ−Ｖ屈曲線に沿う概略断面図である。 固体電解コンデンサを回路基板に搭載した状態を示した概略斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る固体電解コンデンサを示した概略斜視図である。 基板の素子搭載面を示した図である。 基板の素子搭載面の裏面を示した図である。

符号の説明

１０…固体電解コンデンサ、１２…コンデンサ素子、１２ｂ…陽極電極部、１２ｃ，１２ｄ…面、端面…１２ｅ、１４…リード電極、１４Ａ…陽極リード、１４Ｂ…陰極リード、１８…アルミニウム基体、２０…酸化アルミニウム皮膜、２２…固体高分子電解質層、２６…銀ペースト層、２７Ａ，２７Ｂ…導通路、２８Ａ，２８Ｂ…貫通孔、２９…銀ペースト、５８…基板、６０…ランド電極。

Claims (8)

1. 弁金属基体の両面及び端面に、絶縁性酸化皮膜を介して固体電解質層及び導電体層を有する陰極が形成されており、前記弁金属基体に貫設された貫通孔を前記固体電解質層を構成する材料よりも抵抗率が低い導電材料で埋めることによって形成された導通路を介して、前記弁金属基体の両面に形成された前記陰極同士が導通している、固体電解コンデンサ素子。
2. 前記導電材料が、前記導電体層を構成する材料と同じ材料である、請求項１に記載の固体電解コンデンサ素子。
3. 前記導電材料が導電性接着剤である、請求項１に記載の固体電解コンデンサ素子。
4. 前記導電材料が導電性樹脂、金属ペースト及び金属粉体のいずれかである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサ素子。
5. 前記弁金属基体は略方形状の形状を有しており、その少なくとも１辺から、前記陰極が形成されていない領域を少なくとも一部分に有する電極部が突出している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサ素子。
6. 前記弁金属基体から前記電極部が複数突出している、請求項５に記載の固体電解コンデンサ素子。
7. 弁金属基体の両面及び端面に、絶縁性酸化皮膜を介して固体電解質層及び導電体層を有する陰極が形成されており、前記弁金属基体に貫設された貫通孔を前記固体電解質層を構成する材料よりも抵抗率が低い導電材料で埋めることによって形成された導通路を介して、前記弁金属基体の両面に形成された前記陰極同士が導通している固体電解コンデンサ素子と、
   前記陰極に接続される陰極リードと前記弁金属基体に接続される陽極リードとを有するリード群と
   を備える、固体電解コンデンサ。
8. 弁金属基体の両面及び端面に、絶縁性酸化皮膜を介して固体電解質層及び導電体層を有する陰極が形成されており、前記弁金属基体に貫設された貫通孔を前記固体電解質層を構成する材料よりも抵抗率が低い導電材料で埋めることによって形成された導通路を介して、前記弁金属基体の両面に形成された前記陰極同士が導通している固体電解コンデンサ素子と、
   一方面に、前記陰極に接続される陰極ランド電極と、前記弁金属基体に接続される陽極ランド電極とが形成された基板と
   を備える、固体電解コンデンサ。

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