JP2006278875A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、部品数が増えることによるコストアップや、ショート不良による歩留まり悪化を回避することができると共に、製造工程における生産性が良く、ヒューズ体が溶断しても正常品へ再生可能な、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】 コンデンサ素子、ヒューズ体、外装樹脂層を備えた固体電解コンデンサにおいて、セラミックパッケージのキャビティはそのキャビティ底面に第２のランド層を具備すると共に、キャビティ段差部には第１のランド層及び第３のランド層を具備し、コンデンサ素子は、陽極リード部材を第１のランド層に、陰極引出層を第２のランド層に接続され、ヒューズ体はその両端部を第１及び第３のランド層に接続されている固体電解コンデンサである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、弁金属焼結体からなる陽極体と該陽極体に植立した陽極リード部材を備えた固体電解コンデンサに関する。

従来の固体電解コンデンサ1aの断面図を図６に示す。弁作用金属（タンタル、ニオブ、チタン、アルミニウム等）の粉末の成形体に弁作用金属からなる陽極部材６を植立して、真空焼結する。焼結により成形体は弁作用金属粉末の焼結体である陽極体２となる。次いで、陽極体２表面に、該陽極体２表面を酸化させた誘電体皮膜３、二酸化マンガン等の導電性無機材料、或いはＴＣＮＱ錯塩、導電性ポリマー等の導電性有機材料からなる固体電解質層４、カーボン層、銀層等からなる陰極引出層５を順次形成し、コンデンサ素子15が完成する。

絶縁性基板9aはその一面側に第１、第２及び第３の内部電極33ａ、33ｂ、33ｃが設けられている。また、ＶＩＡホール41、42は内部に導電材料が付与されており、第１及び第２の内部電極33ａ、33ｂは、ＶＩＡホール41、42を介してそれぞれ絶縁性基板9aの他面側に設けられる第１及び第２の底面電極34、35と電気的に接続されている。そして、第２及び第３の内部電極33ｂ、33ｃにヒューズ機能を有するヒューズ体10の両端部が接続されて設けられている。このヒューズ体10の上に絶縁体11を介してコンデンサ素子15が設けられており、その陰極引出層５は、第３の内部電極33cと電気的に接続されるように、導電性接着剤８により固着されると共に、そのコンデンサ素子15の陽極リード部材６が第１の内部電極33aと導電性接着剤のような接続部材12を介して電気的に接続されている。そして、コンデンサ素子15の周囲が外装樹脂層７により被覆されている。（例えば特許文献１）。
特開２００１−２５７１３０（図１）

従来の固体電解コンデンサ1aでは、ヒューズ体10と絶縁性基板9aとの間に空間があるため、その空間にも外装樹脂が充填される。即ち、ヒューズ体10は絶縁体11、外装樹脂層７、第２の内部電極33ｂ、第３の内部電極33cに取り囲まれることとなる。ヒューズ体10に定格電流よりも大きな電流が流れた場合、ヒューズ体10は溶融するが、溶融したヒューズ材の逃げ場がないヒューズ体10が溶断することができない。そのため、従来の固体電解コンデンサ1aでは、ヒューズ10が溶融した場合、確実に分離させて切断状態にするために、例えば消弧剤や弾力性のあるＪＣＲ（ジャンクションコートレジン）などからなる絶縁体11を使用する必要があり、部品数が増えてコストアップの要因となる。

尚、消弧剤は、溶融して液状体となった低融点金属を吸収し得るもので、熱容量および熱伝導率が大きい、高純度のケイ砂（ＳｉＯ2）などを使用することができ、ＪＣＲは、たとえばシリコーンやポリイミドなどからなり、接合部を保護するのに適した弾力性のある樹脂である。

例えばコンデンサ素子の大きさが小さく、第１の内部電極33aと陽極リード部材６との間隔が１ｍｍ程度以下であれば、粘度が高めのＡｇペースト等の導電性ペーストをディスペンサ等により塗布してそのまま陽極リード部材６を埋め込み、硬化させることにより接続部材12を形成することができるが、この作業は粘度管理を厳格に行う必要があるため生産性が悪くなる。更に、所定の粘度より低い導電ペーストを使用した場合、導電性ペーストが絶縁性基板9a上に広がって第３の内部電極33cに達する虞がある。導電性ペーストが第３の内部電極33cに達するとショート不良となるため、歩留まり低下の原因となる。

又、前記間隔が広い場合には、導電性部材を第１の内部電極33a上に接着して、さらにその上に陽極リード１１を導電性ペーストにより接着しなければならず、作業が煩雑となり、生産性が悪い。

更に、ヒューズ体10が溶断すると、コンデンサ素子自体には全く異常がないにもかかわらず固体電解コンデンサとしては損傷していることとなる。この状態から当該損傷した固体電解コンデンサを正常品へ再生することはできない。従って、正常なコンデンサ素子を廃棄することとなり無駄が多いという問題がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、部品数が増えることによるコストアップや、ショート不良による歩留まり悪化を回避することができると共に、製造工程における生産性が良く、ヒューズ体が溶断しても正常品へ再生可能な、固体電解コンデンサを提供することを目的とする。

第１の発明は、弁作用金属の焼結体からなる陽極体に弁作用金属からなる陽極リード部材を植立し、陽極体に誘電体皮膜、固体電解質層、陰極引出層を順次形成したコンデンサ素子と、ヒューズ機能を有するヒューズ体と、コンデンサ素子とヒューズ体を収容するためのキャビティを具備したセラミックパッケージと、キャビティ内に形成されて前記コンデンサ素子を雰囲気から隔離する外装樹脂層と、を備えた固体電解コンデンサにおいて、セラミックパッケージのキャビティはそのキャビティ底面に第２のランド層を具備すると共に、キャビティ段差部には第１のランド層及び第３のランド層を具備し、コンデンサ素子は、陽極リード部材を第１のランド層に、陰極引出層を第２のランド層に接続され、ヒューズ体はその両端部を第１及び第３のランド層に接続されている固体電解コンデンサである。

第２の発明は、弁作用金属の焼結体からなる陽極体に弁作用金属からなる陽極リード部材を植立し、前記陽極体に誘電体皮膜、固体電解質層、陰極引出層を順次形成したコンデンサ素子と、ヒューズ機能を有するヒューズ体と、コンデンサ素子とヒューズ体を収容するためのキャビティを具備したセラミックパッケージと、セラミックパッケージの上面に固定されて前記コンデンサ素子を雰囲気から隔離するフタ体と、を備えた固体電解コンデンサにおいて、セラミックパッケージのキャビティはそのキャビティ底面に第２のランド層を具備すると共に、キャビティ段差部には第１のランド層及び第３のランド層を具備し、コンデンサ素子は、陽極リード部材を第１のランド層に、陰極引出層を第２のランド層に接続され、ヒューズ体はその両端部を第１及び第３のランド層に接続されている固体電解コンデンサである。

陽極リード部材、陰極引出層、ヒューズ体を導電性接着材により固定することができる。

また、溶断したヒューズ材を流れ込ませるためのヒューズ材滞留用空洞を設けることもできる。

第１の発明において、外装樹脂層をフッ素樹脂により形成することが好ましい。

本発明の固体電解コンデンサは、絶縁体が不必要なため、従来の固体電解コンデンサに比べて部品数が減り、コストダウンを達成できる。

又、陽極リード部材と接続すべき第１のランド層は、セラミックパッケージとして一体で形成されたキャビティ段差部に設けられているため、従来の固体電解コンデンサのように、導電性ペーストをディスペンサ等により塗布して接続部材を形成する必要がなく、導電性部材を第１の内部電極上に接着する必要もない。従って、煩雑な作業がなくなり、生産性が向上すると共に、ショート不良が発生することがない。

以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。

（実施例１）
実施例１の固体電解コンデンサ１の断面図を図１（ａ）に示す。又、前記固体電解コンデンサ１から外装樹脂層７を取り除いたものの上面図を同図（ｂ）に示す。以下に、実施例１の固体電解コンデンサの構成について説明する。

まず、コンデンサ素子１５を以下の工程により準備する。弁作用金属であるタンタルの粉末の成形体にタンタルからなる陽極部材６を植立して、真空焼結する。焼結により成形体はタンタル粉末の焼結体である陽極体２となる。次いで、陽極体２表面に、該陽極体２表面を酸化させた誘電体皮膜３、導電性ポリマーであるポリピロールからなる固体電解質層４、カーボン層、銀層からなる陰極引出層５を順次形成し、コンデンサ素子１５が完成する。

次に、前記コンデンサ素子１５を収容するためのセラミックパッケージ９を用意する。前記セラミックパッケージ９の分解斜視図を図２に示す。前記セラミックパッケージ９は３つのセラミック層９１、９２、９３が積層されてなるものである。

第１のセラミック層９１にはＶＩＡホール41、42、42が開設され、その内部には導電材料が充填されている。第１のセラミック層９１の表面にはコンデンサ素子15が接着されるべき第２のランド層32が形成されると共に、対向する２つの側面には半円柱状の凹部の内壁に導電材料が被着されてなる側面電極43、43が設けられている。第１のセラミック層９１の裏面の平面図を図３に示す。裏面には第１及び第２の底面電極34、35が形成されており、第２のランド層32はＶＩＡホール42、42を介して第２の底面電極35と連結している。

半田リフロー法による固体電解コンデンサのマザー回路基板への実装に際しては、第１及び第２の底面電極34、35に対応するマザー回路基板のランド層と第１及び第２の底面電極34、35とが半田で接合されるが、側面電極43、43が前記マザー回路基板のランド層との間にフィレットを形成することによって、固体電解コンデンサ１のマザー回路基板に対する接合強度の向上、及び半田の状態の確認が可能となる等の効果をもたらすことができる。

第２のセラミック層９２には、第１のセラミック層９１に開設したＶＩＡホール41と対応する位置にＶＩＡホール41が開設され、その内部には導電材料が充填されている。第２のセラミック層９２の表面には、後にコンデンサ素子15の陽極リード部材６及びヒューズ体10が接着されることとなる第１のランド層31が形成され、又、後にヒューズ体10が接着されることとなる第３のランド層33がＶＩＡホール41を覆って形成されている。

第２のセラミック層９２には第１及び第３の開口部51、53が開設されている。第１の開口部51はコンデンサ素子15を収容するための空間である。第３の開口部53は第１のランド層31と第３のランド層33を分離しており、溶断したヒューズ体を流れ込ませることができる。

第２のセラミック層92に形成された第３のランド層33は、第２のセラミック層92のＶＩＡホール41及び第１のセラミック層91のＶＩＡホール41を介して第１のセラミック層に形成された第１の底面電極34と連結している。

第３のセラミック層93は第２の開口部52を有した枠状をしている。前記第２の開口部52はコンデンサ素子15及びヒューズ体10を収容するための空間である。

上述した３つのセラミック層91、92、93が積層されることにより、第１の開口部51と第２の開口部52とからキャビティ61が形成されると共に、第３の開口部がヒューズ材滞留用空洞65となる。また、第１のセラミック層91のうち、第１の開口部51から露出した部分は、キャビティ底面62となり、第２のセラミック層92のうち、第２の開口部52から露出した部分はキャビティ段差部63となる。

コンデンサ素子15は、陽極リード部材６を前記キャビティ段差部63に設けられた第１のランド層31に、陰極引出層５を前記キャビティ底面62に設けられた第２のランド層32に、導電性接着剤８により接着・固定されている。ヒューズ体10はその両側端を前記キャビティ段差部63に設けられた第１及び第３のランド層31、33に導電性接着剤８により接着・固定されている。

さらに、キャビティ61に外装樹脂としてフッ素樹脂を充填・硬化させ、コンデンサ素子15及びヒューズ体10の周囲を外装樹脂層７で覆う。尚、ヒューズ材滞留用空洞65にはヒューズ体10がフタとなってフッ素樹脂の進入を妨げるためフッ素樹脂は充填されない。

上述した説明から明らかなように、コンデンサ素子15の陽極リード部材６はヒューズ体10を介して第１の底面電極34と、陰極引出層５は第２の底面電極35と機械的・電気的に接続していることとなる。

ヒューズ体近傍の部分断面図を図５に示す。ヒューズ体溶断前は同図（ａ）に示す状態となっている。 固体電解コンデンサに定格電流を越える大きな電流が流れた場合、同図（ｂ）に示すように、ヒューズ体10が溶融するが、従来の固体電解コンデンサとは異なり、実施例１の固体電解コンデンサでは溶融したヒューズ材は、空洞となっているヒューズ材滞留用空洞65へ流れ込むため、ヒューズ体10は確実に溶断する。よって、第１のランド層31と第３のランド層33との間の電気的断絶が確実なものとなり、コンデンサ素子15の損傷を回避することができる。

（実施例２）
実施例２の固体電解コンデンサ１の断面図を図４に示す。コンデンサ素子15、セラミックパッケージ９、ヒューズ体10は、実施例１の固体電解コンデンサと同じであり、またコンデンサ素子15及びヒューズ体10は実施例１と同様にセラミックパッケージ9に収容・固定されているので、詳細な説明は省略する。又、実施例１と同じ部分には同じ参照符号を付している。

実施例２と実施例１との相異点は、外装樹脂層７がないこと、及び第３のセラミック層93の上面、即ちセラミックパッケージ９の上面に接着剤81によりフタ体94を接着して、・封止していることである。

固体電解コンデンサに定格電流を越える大きな電流が流れた場合、実施例１の固体電解コンデンサと同様に、実施例２の固体電解コンデンサでも溶融したヒューズ材は、空洞となっているヒューズ材滞留用空洞65へ流れ込むため、ヒューズ体10は確実に溶断する。よって、第１のランド層31と第３のランド層33との間の電気的断絶が確実なものとなり、コンデンサ素子15の損傷を回避することができる。

実施例２では、ヒューズ体10の周囲には外装樹脂層がないため、ヒューズ体10が溶断した場合には、フタ体94を取り外せばヒューズ体10が露出するので、溶断したヒューズ体10を取り外して新しいヒューズ体10に交換することが可能である。よって、従来及び実施例１の固体電解コンデンサではヒューズが溶断したものは破損品として再生不能であったが、実施例２の固体電解コンデンサではヒューズ体10を交換することにより再生可能となる。

なお、実施例２の固体電解コンデンサではコンデンサ素子15の周囲をフッ素樹脂等の外装樹脂層で封止していないが、フタ体94によりコンデンサ素子15をキャビティ61内に密封しているため、実施例１と同様に外気からのコンデンサ素子への水分の浸入を防止できる。

水分がコンデンサ素子に浸入すると以下の問題を招来させる。雰囲気中からコンデンサ素子に水分が浸入していると、半田リフロー法による固体電解コンデンサのマザー回路基板への実装時に、その水分が高温にさらされることにより水蒸気爆発を起こし固体電解コンデンサが損傷することがある。

また、固体電解質層４形成時において誘電体皮膜３と固体電解質層４との間に空隙ができてしまうことが多い。空隙があるとその部分はコンデンサとしては機能しないが、侵入してきた水分がその空隙に滞留するとその部分はコンデンサとして機能してしまうため、水分の侵入前よりも静電容量が大きくなる。即ち水分の滞留量の変動により静電容量が変動してしまうという問題を引き起こす。

これに対して、実施例１及び２では、水分の浸入を防止できるので、静電容量の変動、及び損傷を防止することができる。

なお、実施例１及び２では弁金属としてタンタルを用いたが、それに限定されず、例えばニオブ、チタン、アルミニウムを用いても同様の効果を得ることができる。又、ＶＩＡホール42は２個設けたがそれに限定されない。数が多ければＥＳＲ（透過直列抵抗）が減少するのでより好ましい。

ヒューズ体はヒューズ機能を果たせばその形状は限定されず、直方体以外にも例えば円柱状（ワイヤ状）のものを用いることができる。第３の開口部53には外装樹脂層が形成されないことが好ましいが、少なくとも溶融したヒューズ材が流れ込んで溶断が確保される程度のヒューズ材滞留用空洞65が形成されていれば、第３の開口部53に多少の外装樹脂が充填されていても問題なく、本発明の技術的範囲に属するものである。

また、実施例では封止手段としては接着剤を用いたが、これに限定されることはない。例えば第３のセラミック層93とフタ体94の重なり合う部分に金属からなる電極を設け、封止手段として金−スズや銀−スズ、コバールリング等を用いても良い。

実施例１の固体電解コンデンサの断面図及び外装樹脂層を取り除いた状態での上面図である。 実施例１及び２の固体電解コンデンサにおけるセラミックパッケージの分解斜視図である。 実施例１及び２の固体電解コンデンサにおける第１のセラミック層の裏面の平面図である。 実施例２の固体電解コンデンサの断面図である。 溶断前後のヒューズ体近傍の部分断面図である。 従来の固体電解コンデンサの断面図である。

符号の説明

１、１ａ 固体電解コンデンサ
５ 陰極引出層
６ 陽極リード部材
７ 外装樹脂層
８ 導電性接着剤
９ セラミックパッケージ
１０ ヒューズ体
６１ キャビティ
６５ ヒューズ材滞留用空洞
９１、９２、９３ セラミック層
９４ フタ体

Claims (5)

1. 弁作用金属の焼結体からなる陽極体に弁作用金属からなる陽極リード部材を植立し、前記陽極体に誘電体皮膜、固体電解質層、陰極引出層を順次形成したコンデンサ素子と、
   ヒューズ機能を有するヒューズ体と、
   前記コンデンサ素子とヒューズ体を収容するためのキャビティを具備したセラミックパッケージと、
   前記キャビティ内に形成されて前記コンデンサ素子を雰囲気から隔離する外装樹脂層と、
   を備えた固体電解コンデンサにおいて、
   前記セラミックパッケージのキャビティはそのキャビティ底面に第２のランド層を具備すると共に、キャビティ段差部には第１のランド層及び第３のランド層を具備し、前記コンデンサ素子は、陽極リード部材を第１のランド層に、陰極引出層を第２のランド層に接続され、ヒューズ体はその両端部を第１及び第３のランド層に接続されていることを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 弁作用金属の焼結体からなる陽極体に弁作用金属からなる陽極リード部材を植立し、前記陽極体に誘電体皮膜、固体電解質層、陰極引出層を順次形成したコンデンサ素子と、
   ヒューズ機能を有するヒューズ体と、
   前記コンデンサ素子とヒューズ体を収容するためのキャビティを具備したセラミックパッケージと、
   前記セラミックパッケージの上面に固定されて前記コンデンサ素子を雰囲気から隔離するフタ体と、
   を備えた固体電解コンデンサにおいて、
   前記セラミックパッケージのキャビティはそのキャビティ底面に第２のランド層を具備すると共に、キャビティ段差部には第１のランド層及び第３のランド層を具備し、前記コンデンサ素子は、陽極リード部材を第１のランド層に、陰極引出層を第２のランド層に接続され、ヒューズ体はその両端部を第１及び第３のランド層に接続されていることを特徴とする固体電解コンデンサ。
3. 前記陽極リード部材、陰極引出層、ヒューズ体は導電性接着材により固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体電解コンデンサ。
4. 溶断したヒューズ材を流れ込ませるためのヒューズ材滞留用空洞を有することを特徴とする請求項１乃至３に記載の固体電解コンデンサ。
5. 前記外装樹脂層はフッ素樹脂からなることを特徴とする請求項１、３又は４に記載の固体電解コンサ。

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