JP2006278876A

JP2006278876A - 固体電解コンデンサ

Info

Publication number: JP2006278876A
Application number: JP2005098030A
Authority: JP
Inventors: Haruo Isono; 治夫磯野; Shintaro Sugiyama; 新太郎杉山
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】本発明は、上記問題に鑑み、雰囲気中の水分の透過を回避することにより、静電容量の変動、コンデンサ素子の破損を防止することができる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】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を、キャビティを具備したセラミックパッケージに収容した固体電解コンデンサにおいて、陽極リード部材は、キャビティ段差部に形成された第１のランド層に導電性接着剤により固定されると共に、陰極引出層は、キャビティ底面に形成された第２のランド層に導電性接着剤により固定され、キャビティ内にはフッ素樹脂からなる外装樹脂層が形成されてコンデンサ素子を雰囲気から隔離し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５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。さらに、陽極リード部材６に陽極リードフレーム２０を抵抗溶接により接続し、前記陰極引出層５に陰極リードフレーム２１を導電性接着剤８により接続し、エポキシ樹脂からなる外装樹脂層７１にて被覆密封し、固体電解コンデンサ１ａが完成する（例えば特許文献１）。
特開２００５−３３０９７（図７）

図６に陽極体２の表面近傍の部分断面図を示す。弁金属焼結粉末２ａの表面に形成された誘電体皮膜３の上に固体電解質層４を形成する際に、弁金属焼結粉末２ａの結合部近傍には固体電解質が入り込みにくいため空隙60ができてしまう。この空隙60があるとその部分（図中、３ａ）はコンデンサとしては機能しない。

外装樹脂層71を形成しているエポキシ樹脂は水分を透過するという性質があるため、雰囲気中の水分が、外装樹脂層71、陰極引出層５、固体電解質層４を透過して、前記空隙60に到達して滞留することとなる。この状態になると、当初コンデンサとして機能しなかった部分３ａが、水分の存在によりコンデンサとして機能するため、静電容量が、空隙60に水分が満たされていない初期状態の固体電解コンデンサの有する初期静電容量値よりも大きくなる。従って、雰囲気中からの空隙60への水分の滞留量の変動に応じて静電容量が変動するという問題がある。

上述のコンデンサ素子15の空隙60に滞留した水分は、半田リフロー法による固体電解コンデンサの実装用マザー回路基板（以下、マザー回路基板という）への実装の際に水の沸点以上に熱せられて気化して水蒸気となるが、半田リフロー時の加熱が２４０℃というような水の沸点に比べて非常に高い温度で且つ急な加熱であることから、水蒸気爆発してコンデサ素子の破損を引き起こすことがある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、雰囲気中の水分の透過を回避することにより、静電容量の変動、コンデンサ素子の破損を防止することができる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を、キャビティを具備したセラミックパッケージに収容した固体電解コンデンサにおいて、陽極リード部材は、キャビティ段差部に形成された第１のランド層に接続されると共に、陰極引出層は、キャビティ底面に形成された第２のランド層に接続され、キャビティ内にはフッ素樹脂からなる外装樹脂層が形成されてコンデンサ素子を雰囲気から隔離している固体電解コンデンサである。

陽極リード部材及び陰極引出層は導電性接着剤により固定することができる。

本発明の固体電解コンデンサは、セラミックパッケージのキャビティ内にコンデンサ素子を収容・固定し、さらに前記キャビティ内にフッ素樹脂を充填・硬化させた外装樹脂層を形成することでコンデンサ素子を雰囲気から隔離している。セラミックパッケージは水分の透過性がエポキシ樹脂より少なく、フッ素樹脂は水分を全く透過しないため、雰囲気中の水分が空隙60に到達・滞留する量が大幅に低減する。そのため、静電容量の変動、及びコンデンサ素子の破損の発生率も大幅に低減することができる。

なお、従来の構造の固体電解コンデンサの外装樹脂をエポキシ樹脂ではなくフッ素樹脂に変更することは成形性に問題があるため、不可能である。

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）
実施例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。

（比較例）
比較例の固体電解コンデンサの断面図を図５に示す。実施例と同じコンデンサ素子15を用意し、陽極リード部材６に陽極リードフレーム２０を抵抗溶接にて接続し、前記陰極引出層５に陰極リードフレーム２１を導電性接着剤８により接続する。次にエポキシ樹脂を充填・硬化させて外装樹脂層７を形成することにより、コンデンサ素子15を被覆密封し、固体電解コンデンサを完成させた。

（評価）
完成直後の固体電解コンデンサの空隙には水分は滞留していない。そこで、完成直後の実施例による固体電解コンデンサ（以下、実施例品という）と比較例による固体電解コンデンサ（以下、比較例品という）について初期の静電容量を測定した後、３０℃、／６０％ＲＨと８５℃／８５％ＲＨ環境下において、初期静電容量に対する静電容量の変化率を調べた。その結果を図４に示す。

同図において、横軸は経過時間を示し、縦軸は初期静電容量に対する変化率を示している。同図を見れば分かるように、比較例品は時間の経過とともに静電容量が大きくなり、初期静電容量に対する変動率は６７０時間経過時点で、３０℃／６０％ＲＨ環境では約６％、８５℃／８５％ＲＨ環境では約１７％に達している。それに対して、実施例品ではいずれの環境でも静電容量はほとんど変動せず、略一定値を保っている。

また、水分が滞留していたことに起因する破損の発生率も低減することができた。

以上の結果より、外装樹脂として水分を透過し易いエポキシ樹脂ではなく水分を透過しないフッ素樹脂を用いて外装樹脂層を形成したため、従来問題となっていた静電容量の変動を大きく低減することができると共に、水蒸気爆発によるコンデサ素子の破損も低減することができた。

なお、実施例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。

実施例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。実施例及び比較例の固体電解コンデンサの静電容量の経時変化を示す図である。従来例及び比較例の固体電解コンデンサの断面図である。従来例の陽極体表面近傍の部分断面図である。

符号の説明

１、１ａ固体電解コンデンサ
２陽極体
２ａ焼結された弁金属粉末
３誘電体皮膜
４固体電解質層
５陰極引出層
６陽極リード部材
７、７１外装樹脂層
８導電性接着剤
９セラミックパッケージ
６０空隙
６１、キャビティ
９１、９２、９３セラミック層

Claims

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を、キャビティを具備したセラミックパッケージに収容した固体電解コンデンサにおいて、
前記陽極リード部材は、キャビティ段差部に形成された第１のランド層に接続されると共に、前記陰極引出層は、キャビティ底面に形成された第２のランド層に接続され、前記キャビティ内にはフッ素樹脂からなる外装樹脂層が形成されて前記コンデンサ素子を雰囲気から隔離していることを特徴とする固体電解コンデンサ。
前記陽極リード部材及び陰極引出層は導電性接着剤により固定されてい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。