JP2005353709A - チップ型固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

チップ型固体電解コンデンサ及びその製造方法 Download PDF

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Abstract


【課題】 陽極溶接部の信頼性が高く、製品実装工程でのセルフアライメント性に優れ、素子体積効率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提供すること。
【解決手段】 陽極引き出し線12a,12bが導出され陰極層が形成されたコンデンサ素子11a,11bと、陽極引き出し線12a,12bに溶接された陽極端子13と、前記陰極層に接続された陰極端子14と、絶縁性の外装樹脂15とを備えるチップ型固体電解コンデンサであり、陽極端子13は板状溶接部と直立部と底面部とからなる折り曲げ成形された板状であり、その板状溶接部及び直立部は外装樹脂15の内側に含まれ、その底面部は外装樹脂15から露出した実装面及びフィレット形成面16aを有し、その板状溶接部の幅は底面部の幅よりも広くする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、チップ型固体電解コンデンサ及びその製造方法に関する。
従来からタンタルなどの弁作用金属を用いた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、携帯型電子機器あるいはCPUの電源回路などに広く使用されている。近年、さらなる小型大容量化が求められ、それに対応して素子体積効率の高い、すなわち製品全体に占めるコンデンサ素子の体積の比率が高い下面電極型と呼ばれるタイプが用いられるようになった。また、この下面電極型の作製においては、端子を直接、外装樹脂成形底面に出し、外装樹脂成形後には端子のフォーミングを行わず、使用するリードフレームの長さを短くできるため、リードフレーム自体が持つ固有抵抗分が減り、ESR(等価直列抵抗)の低減にも適している。
その下面電極型の固体電解コンデンサの一例としては、特許文献1に開示された技術がある。図10はその固体電解コンデンサの構造を示す一部切欠斜視図である。202は陰極リード、203は陽極リード、204はコンデンサ素子、205は導電性桁部材、206は樹脂パッケージ、207は陽極ワイヤである。この構造により、形状の小型化が図られ、陽極部の接合性がよい固体電解コンデンサとされている。
他の例としては、特許文献2、特許文献3、特許文献4などに開示された技術がある。
特開2002−367862号公報 特開2001−6978号公報 特開2003−100555号公報 特開2000−77269号公報
従来技術の問題点について、特許文献1〜4の技術に沿って説明する。
特許文献1又は特許文献2のように、陽極引き出し線と陽極端子の間に導電性部材を介在させる場合の製造上の問題点としては、接合部が増え接続信頼性が劣るということがある。すなわちコンデンサ素子の陽極引き出し線と導電性部材の接合、及び導電性部材とリードフレームの露出する端子部との接合という2箇所の接合部が必要となり、その分、溶接強度のばらつきが大きくなり、安定した品質を維持できない。また直接、端子部になる部材と導電性部材を抵抗溶接した場合、端子部になる部材が抵抗熱と上部電極と下部電極の加圧により曲がりフラットでなくなる。この状態で樹脂成形を行うと、露出させなければならない端子部に外装樹脂が回り込んでしまう。これを防ぐためには露出させる端子面にテープなどを貼ってから樹脂成形を行う必要があり、その分、工数増、材料増につながる。
また特許文献3のように、陽極部の製品側面への露出面が大きく、陰極部の製品側面への露出面が小さい構造においては、製品実装時のセルフアライメントの精度が悪くなる。なぜなら製品側面に露出している陽極端子と陰極端子の高さが違うので、製品実装時に半田が溶融して端子側面の上部に昇った時の到達点の高さの違いに起因して半田による引っ張り力が異なるからである。このように、形成されるフィレットの大きさの違いにより、製品の傾きが発生しやすくなる。
さらに特許文献4のように、陽極リードフレーム部を折り曲げて逆V字状部を形成し、その頂点に陽極導出線を抵抗溶接する場合には、次のような問題点がある。すなわちコンデンサ素子の陽極導出線とリードフレームの陽極端子部との重なり溶接長さを長くとることができず、抵抗溶接を行うと、陽極導出線の溶接後のリードフレームとの交わり角度にばらつきが出やすい。またコンデンサ素子の溶接後の位置にもばらつきが出やすく、コンデンサ素子の外装樹脂からの露出につながる。また通常、上下電極で挟み込んで抵抗溶接を行うが、わずかでも挟み込み圧力が高いと、逆V字状に曲げ加工して高さを合わせた陽極端子部が潰れて沈んでしまい、設計寸法を維持できなくなる。さらには外装樹脂からコンデンサ素子が露出してしまい不良につながる。
ところで、2つ以上のコンデンサ素子を並列接続して用いると、静電容量の増加とESRの低減に効果的である。そのために、横方向に2つのコンデンサ素子を併置して、並列接続する場合がある。そのときの陽極引き出し線と陽極端子との溶接において、小型化された場合には、2つの陽極引き出し線と陽極端子との溶接部が接近するので、溶接時の2つの溶融部が互いに影響しあって、十分な溶接強度が得られないという、新たな問題点が発生する。
このような状況にあって、本発明の課題は、陽極溶接部の信頼性が高く、製品実装工程でのセルフアライメント性に優れ、素子体積効率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提供することにある。
この課題を解決するために、小型大容量化を図るときに要点となる、陽極接合部の安定な溶接構造に着目して本発明はなされた。
第1の発明のチップ型固体電解コンデンサは、陽極引き出し線が導出され陰極層が形成されたコンデンサ素子と、前記陽極引き出し線に溶接された陽極端子と、前記陰極層に接続された陰極端子と、絶縁性の外装樹脂とを備えるチップ型固体電解コンデンサにおいて、前記陽極端子は板状溶接部と直立部と底面部とからなる折り曲げ成形された板状であり、前記板状溶接部及び直立部は前記外装樹脂内に含まれ、前記底面部は前記外装樹脂から露出した実装面及びフィレット形成面を有し、前記板状溶接部の幅は前記底面部の幅よりも広いことを特徴とする。
第2の発明のチップ型固体電解コンデンサは、第1の発明のチップ型固体電解コンデンサにおいて、前記コンデンサ素子の形状は矩形ペレット状であり、前記陽極引き出し線は前記コンデンサ素子の中心線に対して斜めに引き出され、かつ製品底面と平行な面内にあることを特徴とする。
第3の発明のチップ型固体電解コンデンサは、陽極引き出し線が一方の側に導出されたコンデンサ素子の2つと、前記陽極引き出し線に接続された陽極端子と、前記コンデンサ素子の陰極層に接続された陰極端子と、前記陽極端子の一部及び前記陰極端子の一部を露出させて前記コンデンサ素子を被覆した絶縁性の外装樹脂とを備えるチップ型固体電解コンデンサにおいて、前記2つのコンデンサ素子の形状は矩形ペレット状であり、前記陽極引き出し線は前記コンデンサ素子の各々の中心線に対して斜めに引き出され、かつ2つの陽極引き出し線の間隔が広がる方向に引き出されたことを特徴とする。
第4の発明のチップ型固体電解コンデンサは、陽極引き出し線が両方向に導出され陰極層が形成されたコンデンサ素子と、前記陽極引き出し線に溶接された2つの陽極端子と、前記陰極層に接続された陰極端子と、絶縁性の外装樹脂とを備えるチップ型固体電解コンデンサにおいて、前記コンデンサ素子の形状は矩形ペレット状であり、前記陽極引き出し線は前記コンデンサ素子の中心線から偏心し、前記2つの陽極端子は製品底面の両側に1つずつ露出し、前記陰極端子は製品底面の中央部に露出し、前記陽極端子のそれぞれは板状溶接部と直立部と底面部とからなる折り曲げ成形された板状であり、前記板状溶接部及び直立部は前記外装樹脂内に含まれ、前記底面部は前記外装樹脂から露出した実装面及びフィレット形成面を有し、前記板状溶接部の幅は前記底面部の幅よりも広いことを特徴とする。
第5の発明のチップ型固体電解コンデンサは、陽極引き出し線が両方の側に導出されたコンデンサ素子の2つと、前記陽極引き出し線に接続された陽極端子と、前記コンデンサ素子の陰極層に接続された陰極端子と、前記陽極端子の一部及び前記陰極端子の一部を露出させて前記コンデンサ素子を被覆した絶縁性の外装樹脂とを備えるチップ型固体電解コンデンサにおいて、前記コンデンサ素子の形状は矩形ペレット状であり、前記コンデンサ素子の2つは製品底面に平行な面に沿って併置され、それぞれの陽極引き出し線は前記コンデンサ素子の中心線からずれて、2つの陽極引き出し線の間隔が広がる方向に偏心しており、前記陽極端子は製品底面の両側に露出し、前記陰極端子は製品底面の中央部に露出したことを特徴とする。
第6の発明のチップ型固体電解コンデンサの製造方法は、陽極引き出し線が一方の側に導出されたコンデンサ素子の2つと、前記陽極引き出し線に接続される陽極端子と、前記コンデンサ素子の陰極層に接続される陰極端子と、前記陽極端子の一部及び前記陰極端子の一部を露出させて前記コンデンサ素子を被覆する絶縁性の外装樹脂とを用いたチップ型固体電解コンデンサの製造方法において、陽極引き出し線が中心線に対して斜めに引き出された矩形ペレット状のコンデンサ素子の2つを陽極引き出し線の間隔が広がる方向に併置する工程と、前記陽極端子の溶接部と2つの陽極引き出し線を上部電極と下部電極で挟み込んで抵抗溶接する工程とを含むことを特徴とする。
本発明においては、陽極引き出し線と溶接される、陽極端子の板状溶接部の幅を陽極端子の底面部の幅よりも広くしたので、底面に露出する陽極端子の幅(奥行き方向の幅)が規格等により小さく制限される場合でも板状溶接部における陽極引き出し線との溶接点の選択範囲が広がる。その結果、ESR低減のために太い陽極引き出し線を用いる場合にも、その溶接は容易である。また、陽極引き出し線が斜めに引き出されても、その溶接は可能である。さらに、2個のコンデンサ素子を横方向に併置して同一のパッケージ内に入れる場合、2つの溶接点の間隔を大きくできるので、2つの溶接部が干渉して生じる溶接強度のばらつきがない。このような溶接強度の安定化は接続信頼性の向上だけでなく、ESR特性のばらつきをも低減する。また別の観点から、陽極端子の板状溶接部の幅が広いと、異なる種類のコンデンサ素子に対して1種類のリードフレームで対応できるという製造上の利点もある。
また本発明においては、矩形ペレット状のコンデンサ素子から陽極引き出し線を斜めに導出したので、2つのコンデンサ素子を併置して用いるとき、2つの溶接部の間隔を大きくとることができ、2つの溶接部間の干渉を防止することができる。
また本発明においては、矩形ペレット状のコンデンサ素子から陽極引き出し線を偏心して導出したので、2つのコンデンサ素子を併置して用いるとき、2つの溶接部の間隔を大きくとることができ、2つの溶接部間の干渉を防止することができる。
また本発明においては、板状溶接部と陽極引き出し線の間で溶接を行い、陽極端子の底面部の幅が板状溶接部の幅より狭いので、上部電極と下部電極を溶接部に容易に近づけることができる。したがって、溶接部に直接加圧でき、その圧力が強くなり過ぎて陽極端子を潰すような変形が起こることはない。
また本発明においては、底面実装部から離れた板状溶接部で溶接が行われるので、溶接時の発熱により陽極端子の底面実装部に変形が発生することはない。したがって、ゆがみが生じた場合には外装樹脂が底面実装部に回り込むことを防止するために樹脂成形前に底面実装部をテープで覆うような作業が必要となるが、これを回避できる。
また本発明においては、2つのコンデンサ素子を並列接続するときの溶接構造が左右対称になっているので、2つの溶接点の溶接条件を同一にすることができる。
また本発明においては、製品両端でのフィレット形成面の形状を同一にすることができるので、製品実装時のセルフアライメントの精度がよい。
すなわち本発明によれば、陽極溶接部の信頼性が高く、製品実装工程でのセルフアライメント性に優れ、素子体積効率の高いチップ型固体電解コンデンサ及びその製造方法が得られる。
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1及び図2は本発明の実施の形態1のチップ型固体電解コンデンサを示し、図1(a)はその平面図、図1(b)は左側面図、図1(c)は正面図、図2(a)は右側面図、図2(b)は下面図である。ここで、外装樹脂15は透明であるかのように描き、またその外形線は他より細い線で描いた。また図3は陽極端子13を示す斜視図である。
図1及び図2のように、コンデンサ素子11a及び11bは矩形ペレット状であり、陽極引き出し線12a及び12bはその中心線から偏心して導出されている。その作製の実際は、公知の技術によるので、説明を省略する。
また、2つのコンデンサ素子11a及び11bは横方向に併置され、その陽極引き出し線12aと12bの間隔が、偏心しない場合と比べて、広くなるように並べられている。
陽極端子は図3のようであり、リードフレームの一部の板を折り曲げて成形し、板状溶接部17、直立部18及び底面部19からなり、底面部19の製品側面の側にはフィレット形成面16aが設けられている。
陰極端子は図1(c)、図2(a)及び図2(b)に示された形状でありリードフレームの一部の板を折り曲げて形成され、製品側面の側にはフィレット形成面16bが設けられている。なお図1(a)では、陰極端子14のコンデンサ素子11a及び11bの下側にある部分を省略して描いた。
図4は陽極接続部の溶接時の状況を示す側面図であり、上部電極45a,45bと下部電極46a,46bによって、陽極引き出し線12aと板状溶接部17、及び陽極引き出し線12bと板状溶接部17を挟み込み抵抗溶接を行う。このとき、図4のように陽極端子の底面部19の幅が2つの溶接部の間隔より狭いので、上部電極45a,45bと下部電極46a,46bを溶接点に容易に近づけることができる。
陰極端子14とコンデンサ素子11a,11bの陰極層については、公知の技術に従い導電性接着剤によって接続する。
また、陽極端子13及び陰極端子14はリードフレームの一部を切断分離することにより作製するのが一般的であり、基板実装面となる一部を除いて絶縁性樹脂でモールド成形した後、側面をダイシングすることで、底面部19の基板実装面と側面のフィレット形成面16a,16bとを外装樹脂15から露出させてチップ型固体電解コンデンサを得る。ただし、製品側面の2面ダイシングだけでなく、製品正面及び裏面をダイシングしてもよい。さらに、絶縁性樹脂を、モールド成形ではなく、コンデンサ素子と端子部の周りから固めて、ダイシングにより外形面を整えてもよい。
以上のコンデンサ構造と工程により、溶接は底面部から離れた箇所で行うので、ジュール熱により底面部19がゆがむことはない。また、上部電極と下部電極の挟み込みにおいて、底面部19に圧力は掛からないので、その圧力による変形もない。
引き続き次の実施の形態を説明する。図5及び図6は本発明の実施の形態2のチップ型固体電解コンデンサを示し、図5(a)はその平面図、図5(b)は左側面図、図5(c)は正面図、図6(a)は右側面図、図6(b)は下面図である。
本実施の形態2のコンデンサ素子では陽極引き出し線が矩形ペレット状コンデンサ素子の中心線に対して斜めに導出されている。またリードフレーム上で2つのコンデンサ素子を横方向に併置するとき、陽極引き出し線の導出方向の先端に近づくにつれて2つの陽極引き出し線の間隔が離れる向きに並べる。その他の点においては、実施の形態1と同様であるので、この2点を主として説明する。また陽極端子、陰極端子及び外装樹脂は実施の形態1と同様であるので、共通の符号を用いた。
図5及び図6に示すように、本実施の形態2のコンデンサ素子21a,21bにおいては陽極引き出し線22a,22bは斜めに導出されている。その理由は実施の形態1のように中心線に平行を保ったまま偏心させると、偏心量が大きくなったとき、陽極体への埋め込みが困難になり、斜めに導出したほうが、2つのコンデンサ素子をリードフレーム上に横方向に併置するとき、より大きな間隔を得ることができるからである。また、ESR低減のために太い陽極引き出し線を用いても、2つの溶接点の間隔が大きいので、互いの干渉を抑制することができるからである。
なお陰極端子の接続、あるいは陽極端子と陰極端子のフィレット形成面は実施の形態1と同様なので、その効果についても同様である。
次に、図7を参照して1つのコンデンサ素子を用いたチップ型固体電解コンデンサの例を説明する。図7(a)は実施の形態3のチップ型固体電解コンデンサを示す平面図であり、矩形ペレット状のコンデンサ素子31の陽極引き出し線32は偏心して引き出されている。陽極端子13及び陰極端子14は実施の形態1と共通であり、陽極端子13と陽極引き出し線32の溶接は図4に示したのと同様にできる。したがって、抵抗溶接のときのジュール熱が基板実装部に伝わって、その部分に変形をもたらすことはなく、挟み込みの圧力のわずかな過剰によって、陽極端子が変形することもない。
また図7(b)は実施の形態4のチップ型固体電解コンデンサを示す平面図であり、矩形のペレット状のコンデンサ素子41の陽極引き出し線42は中心線に対して斜めに導出されている。本実施の形態4は実施の形態3に比較して、偏心量の製造上での制約に対して、さらに溶接点を端に寄せることができるので、上部電極及び下部電極による挟み込みの点など、溶接は容易である。また、リードフレームを実施の形態2と共通に用いることができるという利点もある。
引き続き次の実施の形態を説明する。図8は本発明の実施の形態5のチップ型固体電解コンデンサを示す平面図である。51aは矩形ペレット状のコンデンサ素子であり、両側に陽極引き出し線52aが導出され、2つの陽極端子13に接続されている。51bも矩形ペレット状のコンデンサ素子であり、両側に陽極引き出し線52bが導出され、2つの陽極端子13に接続されている。このとき陽極端子13は実施の形態1で用いた図3のものと同形状である。
また陰極端子54は本実施の形態5では、製品底面の中央部に配設された板状の端子である。
陽極引き出し線52a又は52bと陽極端子13の間の溶接部に着目するとき、本実施の形態5は実施の形態1と共通であり、2つの溶接点間の干渉がないこと、ジュール熱による底面部のゆがみが発生しないこと、挟み込み圧力による変形がないことなど、共通の効果が得られる。
図9は本発明の実施の形態6のチップ型固体電解コンデンサを示す平面図である。61は矩形ペレット状のコンデンサ素子であり、両側に陽極引き出し線62が導出され、2つの陽極端子13に接続され、底面中央部には陰極端子54が配置されている。このように、2個のコンデンサ素子を接続できる陽極端子13に1個のコンデンサ素子61だけを接続して用いる理由は、共通化したリードフレームを用い、溶接構造に起因する共通の効果を利用するためである。
本発明の実施の形態1のチップ型固体電解コンデンサを示し、図1(a)はその平面図、図1(b)は左側面図、図1(c)は正面図。 実施の形態1のチップ型固体電解コンデンサを示し、図2(a)はその右側面図、図2(b)は下面図。 実施の形態1の陽極端子を示す斜視図。 実施の形態1の陽極接続部の溶接時の状況を示す側面図。 本発明の実施の形態2のチップ型固体電解コンデンサを示し、図5(a)はその平面図、図5(b)は左側面図、図5(c)は正面図。 実施の形態2のチップ型固体電解コンデンサを示し、図6(a)は右側面図、図6(b)は下面図。 本発明のチップ型固体電解コンデンサを示し、図7(a)は実施の形態3のチップ型固体電解コンデンサを示す平面図、図7(b)は実施の形態4のチップ型固体電解コンデンサを示す平面図。 本発明の実施の形態5のチップ型固体電解コンデンサを示す平面図。 本発明の実施の形態6のチップ型固体電解コンデンサを示す平面図。 従来の固体電解コンデンサの構造を示す一部切欠斜視図。
符号の説明
11a,11b,21a,21b,31,41,51a,51b,61 コンデンサ素子
12a,12b,22a,22b,32,42,52a,52b,62 陽極引き出し線
13 陽極端子
14,54 陰極端子
15 外装樹脂
16a,16b フィレット形成面
17 板状溶接部
18 直立部
19 底面部
45a,45b 上部電極
46a,46b 下部電極

Claims (6)

  1. 陽極引き出し線が導出され陰極層が形成されたコンデンサ素子と、前記陽極引き出し線に溶接された陽極端子と、前記陰極層に接続された陰極端子と、絶縁性の外装樹脂とを備えるチップ型固体電解コンデンサにおいて、前記陽極端子は板状溶接部と直立部と底面部とからなる折り曲げ成形された板状であり、前記板状溶接部及び直立部は前記外装樹脂内に含まれ、前記底面部は前記外装樹脂から露出した実装面及びフィレット形成面を有し、前記板状溶接部の幅は前記底面部の幅よりも広いことを特徴とするチップ型固体電解コンデンサ。
  2. 前記コンデンサ素子の形状は矩形ペレット状であり、前記陽極引き出し線は前記コンデンサ素子の中心線に対して斜めに引き出され、かつ製品底面と平行な面内にあ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。
  3. 陽極引き出し線が一方の側に導出されたコンデンサ素子の2つと、前記陽極引き出し線に接続された陽極端子と、前記コンデンサ素子の陰極層に接続された陰極端子と、前記陽極端子の一部及び前記陰極端子の一部を露出させて前記コンデンサ素子を被覆した絶縁性の外装樹脂とを備えるチップ型固体電解コンデンサにおいて、前記2つのコンデンサ素子の形状は矩形ペレット状であり、前記陽極引き出し線は前記コンデンサ素子の各々の中心線に対して斜めに引き出され、かつ2つの陽極引き出し線の間隔が広がる方向に引き出されたことを特徴とするチップ型固体電解コンデンサ。
  4. 陽極引き出し線が両方向に導出され陰極層が形成されたコンデンサ素子と、前記陽極引き出し線に溶接された2つの陽極端子と、前記陰極層に接続された陰極端子と、絶縁性の外装樹脂とを備えるチップ型固体電解コンデンサにおいて、前記コンデンサ素子の形状は矩形ペレット状であり、前記陽極引き出し線は前記コンデンサ素子の中心線から偏心し、前記2つの陽極端子は製品底面の両側に1つずつ露出し、前記陰極端子は製品底面の中央部に露出し、前記陽極端子のそれぞれは板状溶接部と直立部と底面部とからなる折り曲げ成形された板状であり、前記板状溶接部及び直立部は前記外装樹脂内に含まれ、前記底面部は前記外装樹脂から露出した実装面及びフィレット形成面を有し、前記板状溶接部の幅は前記底面部の幅よりも広いことを特徴とするチップ型固体電解コンデンサ。
  5. 陽極引き出し線が両方の側に導出されたコンデンサ素子の2つと、前記陽極引き出し線に接続された陽極端子と、前記コンデンサ素子の陰極層に接続された陰極端子と、前記陽極端子の一部及び前記陰極端子の一部を露出させて前記コンデンサ素子を被覆した絶縁性の外装樹脂とを備えるチップ型固体電解コンデンサにおいて、前記コンデンサ素子の形状は矩形ペレット状であり、前記コンデンサ素子の2つは製品底面に平行な面に沿って併置され、それぞれの陽極引き出し線は前記コンデンサ素子の中心線からずれて、2つの陽極引き出し線の間隔が広がる方向に偏心しており、前記陽極端子は製品底面の両側に露出し、前記陰極端子は製品底面の中央部に露出したことを特徴とするチップ型固体電解コンデンサ。
  6. 陽極引き出し線が一方の側に導出されたコンデンサ素子の2つと、前記陽極引き出し線に接続される陽極端子と、前記コンデンサ素子の陰極層に接続される陰極端子と、前記陽極端子の一部及び前記陰極端子の一部を露出させて前記コンデンサ素子を被覆する絶縁性の外装樹脂とを用いたチップ型固体電解コンデンサの製造方法において、矩形ペレット状で陽極引き出し線が中心線に対して斜めに引き出されコンデンサ素子の2つを陽極引き出し線の間隔が広がる方向に併置する工程と、前記陽極端子の溶接部と2つの陽極引き出し線を上部電極と下部電極で挟み込んで抵抗溶接する工程とを含むことを特徴とするチップ型固体電解コンデンサの製造方法。
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