JP2007266247A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

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Abstract

【課題】 2端子タイプのコンデンサ素子が適用された多端子対の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においては、各陽極端子パターン42A(及び、各陽極端子43A)は、基板14に形成された陽極ビア44Aと素子搭載面14aに形成された陽極パターン38Dとを介して、コンデンサ素子12の陽極部24に接続される。一方、各陰極端子パターン42B(及び、各陰極端子43B)は、基板14に形成された陰極ビア44Bと素子搭載面14Aに形成された陰極パターン38A〜38Cとを介して、コンデンサ素子12の蓄電部26表面の陰極部28に接続されている。従って、固体電解コンデンサ10を実装面14b側から実装基板に載置して、実装面14bに形成された4対の陽極端子43A及び陰極端子43Bに所定の電圧を印加することで、固体電解コンデンサ10は4端子対の固体電解コンデンサとして機能する。
【選択図】 図4

Description

本発明は、固体電解コンデンサに関する。
一般に、固体電解コンデンサに用いられるコンデンサ素子は、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。
このような固体電解コンデンサの低インピーダンス化を図るには、等価直列インダクタンス(ESL)の低減や等価直列抵抗(ESR)の低減といった方法がある。そして、ESRの低減のためにリードフレームを省略した固体電解コンデンサが、下記特許文献1に開示されている。この公報に開示された固体電解コンデンサは、基板の一方面に一対の電極対を有する2端子タイプのコンデンサ素子が搭載された固体電解コンデンサであり、基板のコンデンサ素子搭載面の電極とその裏面の電極とはスルーホールを介して接続されている。
特開2001−102252号公報
ここで、上述したコンデンサ素子には、2端子タイプのものと多端子タイプのものとがある。2端子タイプのコンデンサ素子は、陽極部を1つだけ有し、一般に、陽極端子と陰極端子の対(端子対)を1つだけ有する固体電解コンデンサ(一端子対の固体電解コンデンサ)に用いられる。一方、多端子タイプのコンデンサ素子は、陽極部を複数有し、一般に、端子対を複数有する固体電解コンデンサ(多端子対の固体電解コンデンサ)に用いられる。そして、2端子タイプのコンデンサ素子は、素子形状が簡素であり作製が容易であるため、安価であり入手もしやすくなっている。
ただし、このような2端子タイプのコンデンサ素子を、上記一端子対の固体電解コンデンサに適用することは容易にできるものの、近年需要が高まっている上記多端子対の固体電解コンデンサに適用する技術がこれまでなかったため、そのような技術の開発が待ち望まれていた。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、2端子タイプのコンデンサ素子が適用された多端子対の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は、陽極部と陰極部とをそれぞれ1つだけ有するコンデンサ素子と、コンデンサ素子が搭載される基板とを備え、基板のコンデンサ素子搭載面に、陽極部に接続される陽極パターンと、陰極部に接続される陰極パターンとが形成されており、且つ、基板のコンデンサ素子搭載面とは反対側の裏面に、陽極端子と陰極端子とからなる端子対が複数形成されており、裏面に形成された複数の陽極端子それぞれはコンデンサ素子搭載面の陽極パターンに、裏面に形成された複数の陰極端子それぞれはコンデンサ素子搭載面の陰極パターンに、基板の厚さ方向に沿って延びる導通路を介して接続されている。
この固体電解コンデンサにおいては、裏面に陽極端子と陰極端子とが複数対形成されている。そして、各陽極端子は、基板に形成された導通路とコンデンサ素子搭載面に形成された陽極パターンとを介して、コンデンサ素子の陽極部に接続されている。一方、各陰極端子は、基板に形成された導通路とコンデンサ素子搭載面に形成された陰極パターンとを介して、コンデンサ素子の陰極部に接続されている。そのため、例えば、この固体電解コンデンサを裏面側から実装基板に載置して、裏面に形成された複数対の陽極端子及び陰極端子に所定の電圧を印加することで、この固体電解コンデンサは多端子対の固体電解コンデンサとして機能させることができる。つまり、この固体電解コンデンサは、2端子タイプのコンデンサ素子を適用した多端子対の固体電解コンデンサとなっている。
また、コンデンサ素子搭載面のうちのコンデンサ素子が搭載される素子搭載領域に対応する裏面の領域に、複数の端子対が形成されている態様でもよい。
また、素子搭載領域のうちのコンデンサ素子の陰極部が対面する陰極部領域に対応する裏面の領域に、複数の陽極端子のうちの少なくとも一部が配置されている態様でもよい。
また、コンデンサ素子搭載面の陽極パターン及び陰極パターンのうち、一方のパターンは1つ形成され、且つ、他方のパターンは複数形成されており、複数形成された方の各パターンは、導通路を介して、裏面に形成された複数の陽極端子若しくは複数の陰極端子のいずれかに接続されている態様でもよい。
また、コンデンサ素子搭載面には、陽極パターンと陰極パターンとが隣り合うように形成されており、陽極パターン及び陰極パターンそれぞれは、複数の導通路を介して陽極端子若しくは陰極端子に接続されており、且つ、陽極パターンの導通路は陰極パターン側の縁領域に偏在していると共に、陰極パターンの導通路は陽極パターン側の縁領域に偏在している態様でもよい。この場合、固体電解コンデンサに所定の電圧を印加した際、陽極パターンの導通路と陰極パターンの導通路とには、互いに逆方向の電流が流れる。ここで、陽極パターンの導通路は陰極パターン側の縁領域に偏在しているため、陰極パターンに形成された導通路に有意に接近しており、また、陰極パターンの導通路は陽極パターン側の縁領域に偏在しているため、陽極パターンに形成された導通路に有意に接近している。このように陽極パターンの導通路と陰極パターンの導通路とが互いに接近して形成されているため、この固体電解コンデンサにおいては低ESL化が実現されており、インピーダンスの低減が図られている。
また、裏面に形成された複数の端子対の少なくとも一部は、陽極端子と陰極端子とが所定の方向に沿って交互に並ぶように形成されている態様でもよい。この場合、固体電解コンデンサにおけるさらなる低ESL化が実現される。
また、多段積層され、陽極部同士及び陰極部同士が接続された複数のコンデンサ素子を備え基板の陽極パターンが複数のコンデンサ素子の各陽極部に接続され、基板の陰極パターンが複数のコンデンサ素子の各陰極部に接続されている態様でもよい。この場合には、固体電解コンデンサの外形寸法を抑えつつ、静電容量の増大を図ることができる。
本発明によれば、2端子タイプのコンデンサ素子が適用された多端子対の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を実施するにあたり最良と思われる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。
図1は、本発明の実施形態に係る電解コンデンサを示す斜視図である。図1に示すように、電解コンデンサ10は、コンデンサ素子12と、コンデンサ素子12が載置される方形薄片状の基板14と、コンデンサ素子12及び基板14をモールドする樹脂モールド16とを備えている。
コンデンサ素子12は、1つの陽極部24と1つの陰極部28とを有する2端子タイプのコンデンサ素子であり、表面が粗面化(拡面化)されると共に化成処理が施された箔状のアルミニウム基体(弁金属基体)上の一部の領域(後述)に、固体高分子電解質層及び導電体層が順次積層されたものである。図2を参照しつつ、より具体的に説明する。図2は、図1に示した電解コンデンサ10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アルミニウム基体18は、化成処理、すなわち陽極酸化によって、その表面18aに絶縁性の酸化アルミニウム皮膜20が成膜されている。そして、導電性高分子化合物を含む固体高分子電解質層21が、拡面化されたアルミニウム基体18の凹部に含浸している。なお、固体高分子電解質層21は、モノマーの状態でアルミニウム基体18の凹部に含浸させ、その後、化学酸化重合又は電解酸化重合して形成される。
この固体高分子電解質層21上には、グラファイトペースト層22及び銀ペースト層23(導電体層)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によって順次形成されている。そして、これらの固体高分子電解質層21、グラファイトペースト層22及び銀ペースト層23によってコンデンサ素子12の陰極電極が構成されている。
図1で示したとおり、コンデンサ素子12は、長方形薄片状の形状を有し、長辺方向の一方の端部である陽極部24と、陽極部24の残余部分である蓄電部26とで構成されている。以下、説明の便宜上、コンデンサ素子12の長辺方向及び短辺方向をそれぞれX方向及びY方向とし、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。
陽極部24は、図2で示したように、酸化アルミニウム皮膜20が形成されたアルミニウム基体18で構成されている。一方、蓄電部26は、誘電体として機能する酸化アルミニウム皮膜20が形成されたアルミニウム基体18の外周面を、固体高分子電解質層21、グラファイトペースト層22及び銀ペースト層23からなる陰極部28が覆う構造を有している。なお、陽極部24と蓄電部26との境界の帯状領域には、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂からなる絶縁性樹脂層27が形成されている。
上述した形状のコンデンサ素子12は、表面が粗面化され、且つ化成処理が施されたアルミニウム箔を打抜き加工することにより成形される。そのため、成形後のアルミニウム箔を化成液に浸漬することにより、アルミニウムが露出した箔の端面には酸化アルミニウム皮膜が形成されている。化成液は、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。
ここで、コンデンサ素子12となるアルミニウム箔に施す処理について、図3を参照しつつ説明する。図3は、コンデンサ素子となるアルミニウム箔30に陽極酸化処理を施している状態を示す図である。まず始めに、アルミニウム箔30の陽極部24となるべき部分24Aの表面領域のうち、蓄電部26となるべき部分26A側の帯状縁領域に絶縁樹脂層27を形成する。このように所定領域に絶縁樹脂層27を形成することで、後段において形成される陽極部24と陰極部28との絶縁と分離が確実に図られる。
そして、陽極部24となるべき部分24Aでアルミニウム箔を支持して、ステンレスビーカ34中に収容されたアジピン酸アンモニウム水溶液よりなる化成溶液36中に、アルミニウム箔30を浸漬する。そして、支持されたアルミニウム箔部分24A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。印加電圧の値は、形成する酸化アルミニウム皮膜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アルミニウム皮膜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。
電圧印加により陽極酸化が開始されると、毛細管現象により、化成溶液36は、表面が粗面化されたアルミニウム箔30の表面を通って液面から上昇する。従って、端面を含む表面が粗面化されているアルミニウム箔30の全表面に酸化アルミニウム皮膜20が形成される。こうして作製されたアルミニウム箔30に、公知の方法で陰極部28を形成することで、上述したコンデンサ素子12の作製が完了する。
次に、コンデンサ素子12が搭載される基板14について、図4及び図5を参照しつつ説明する。ここで、図4は基板14の素子搭載面(コンデンサ素子搭載面)14aを、素子搭載面14a側から見た平面図であり、図5は基板14の素子搭載面14aの裏面(実装面)14bを、素子搭載面14a側から見た透視図である。
基板14は、両面14a,14bに所定形状の銅箔パターンがエッチング成形されたFR4材(エポキシ樹脂材)製のプリント基板である。基板14のコンデンサ素子12が搭載される素子搭載面14aには、図4に示すように、4つの電極パターン38A〜38Dが近接するように略全面に亘って形成されている。これらの電極パターン38A〜38Dは、素子搭載面14aのうち、コンデンサ素子12が搭載される長方形状の素子搭載領域15内に含まれるように形成されている。なお、本実施形態においては、素子搭載領域15は、素子搭載面14aの全面領域と略一致している。
電極パターン38A〜38Dのうち、電極パターン38A及び電極パターン38Bは、基板14の一方の長辺縁部14c側から他方の長辺縁部14d側に向かう形状となっており、所定長さだけ離間している。そして、電極パターン38Cは、逆に、長辺縁部14d側から長辺縁部14c側に向かう形状となっており、電極パターン38Aと電極パターン38Bとの間に向かって延びている。さらに、電極パターン38Dは、上述した形状の電極パターン38A,電極パターン38B及び電極パターン38Cの形成領域の残余領域を一体的に覆うように形成されている。
ここで、上記素子搭載領域15は、コンデンサ素子12の陽極部24に対面する陽極部領域15aと、コンデンサ素子12の蓄電部26表面の陰極部28に対面する陰極部領域15bとで構成されている。そして、電極パターン38Aは、素子搭載領域15の陽極部領域15aと陰極部領域15bとの両方に跨って形成されている。また、電極パターン38B及び電極パターン38Cは、素子搭載領域15の陰極部領域15bに形成されている。電極パターン38Dは、電極パターン38A同様、素子搭載領域15の陽極部領域15aと陰極部領域15bとの両方に跨って形成されている。
上述した電極パターン38A〜38Dが形成された素子搭載領域14aのうちの所定領域には、絶縁性樹脂層50(図4の梨地部分)が形成されている。この絶縁性樹脂層50は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の材料で構成されており、数十ミクロンの厚さで塗布形成されている。また、絶縁性樹脂層50は、主に、陰極部領域15b部分の電極パターン38Dと、陽極部領域15a部分の電極パターン38Aとを覆うように形成されている。換言すると、陰極部領域15b部分の電極パターン38Aと、電極パターン38Bと、電極パターン38Cと、陽極部領域15a部分の電極パターン38Dとには、絶縁性樹脂層50によって覆われていない部分がある。
そのため、素子搭載領域14aにコンデンサ素子12が搭載された場合には、電極パターン38A〜38Cはコンデンサ素子12の陰極部28のみと接続され、一方、電極パターン38Dはコンデンサ素子12の陽極部24のみと接続される。すなわち、電極パターン38A〜38Cが本発明における陰極パターンに相当し、電極パターン38Dが本発明における陽極パターンに相当する。そのため、以下の説明では、電極パターン38A〜38Cを陰極パターンとも称し、電極パターン38Dを陽極パターンとも称することとする。
なお、コンデンサ素子12の陽極部24と電極パターン(陽極パターン)38Dとの接続は、例えば、抵抗溶接又はYAGレーザスポット等の金属溶接によっておこなわれる。一方、コンデンサ素子12の蓄電部26表面の陰極部28と電極パターン(陰極パターン)38A〜38Cとの接続は、例えば、導電性接着剤(図示せず)によっておこなわれる。
基板14の素子搭載面14aの裏面14bは実装基板に対面する実装面となっており、この実装面14bの素子搭載領域15に対応する領域には、図5に示すような8つの端子パターン42A,42Bが形成されている。この8つの端子パターン42A,42Bは、基板14の両方の長辺縁部14c,14dにそれぞれ4つずつ形成されている。そして、各長辺縁部14c,14dの4つの端子パターン42A,42Bは、その縁部に沿う方向(図のX方向)に所定長さだけ離間して並んでいる。また、一方の縁部の端子パターン42A,42Bは、他方の縁部の端子パターン42A,42Bとそれぞれ対をなしており、対になっている2つの端子パターン42A,42BはY方向に並んでいる。
実装面14bに形成された8つの端子パターン42A,42Bは、素子搭載面14aの陽極パターン38Dに接続される4つの陽極端子パターン42Aと、素子搭載面14aの陰極パターン38A〜38Cに接続される4つの陰極端子パターン42Bとで構成されている。すなわち、基板14の実装面14bには、陽極端子パターン42Aと陰極端子パターン42Bとからなる端子パターン対42A,42Bが4対形成されている。
そして、各長辺縁部14c,14dに、陽極端子パターン42Aと陰極端子パターン42Bとが交互に並んでおり、また、陽極端子パターン42Aと陰極端子パターン42BとがY方向に並んで対をなしている。陽極端子パターン42A及び陰極端子パターン42Bそれぞれは、絶縁性樹脂層50と同様の絶縁性樹脂層51(図5の梨地部分)によって部分的に覆われており、絶縁性樹脂層51に覆われていない露出領域が実際に端子(陽極端子43A及び陰極端子43B)として機能する。これら4対の端子対(すなわち、4つの陽極端子43A及び4つの陰極端子43B)は、陽極端子パターン42A及び陰極端子パターン42B同様、各長辺縁部14c,14dに沿う方向に交互に並んでおり、Y方向に並んで対(すなわち、端子対43A,43B)をなしている。また、実装面14bの領域のうち、素子搭載領域15の陰極部領域15bに対応する領域に、4つの陽極端子43Aのうちの3つが配置されている。
なお、実装面14bの4つの陽極端子パターン42Aそれぞれは、素子搭載面14aに形成されている陽極パターン38Dに、基板14の厚さ方向(図のZ方向)に貫設された複数の陽極ビア(導通路)44Aを介して接続されている。また、実装面14bの4つの陰極端子パターン42Bそれぞれは、素子搭載面14aに形成されている陰極パターン38A〜38Cのいずれかに、基板14の厚さ方向に貫設された複数の陰極ビア(導通路)44Bを介して接続されている。陽極ビア44Aや陰極ビア44Bのビア44A,44Bは、円形断面を有しており、例えば、ドリル加工により基板14に貫通孔を形成した後、無電解銅メッキをメッキ処理して形成される。
以上で詳細に説明したように、固体電解コンデンサ10は、2端子タイプのコンデンサ素子12を有しており、且つ、実装面14bに4対の端子パターン対42A,42B(端子対43A,43B)が形成された基板14を有している。そして、この基板14においては、各陽極端子パターン42A(及び、各陽極端子43A)は、陽極ビア44Aと陽極パターン38Dとを介して、コンデンサ素子12の陽極部24に接続される。一方、各陰極端子パターン42B(及び、各陰極端子43B)は、陰極ビア44Bと陰極パターン38A〜38Cとを介して、コンデンサ素子12の蓄電部26表面の陰極部28に接続されている。
従って、固体電解コンデンサ10を実装面14b側から実装基板に載置して、実装面14bに形成された4対の陽極端子43A及び陰極端子43Bに所定の電圧を印加することで、固体電解コンデンサ10は4端子対の固体電解コンデンサ(多端子対の固体電解コンデンサ)として機能する。つまり、固体電解コンデンサ10は、2端子タイプのコンデンサ素子12を適用した多端子対の固体電解コンデンサとなっている。
なお、コンデンサ素子12は2端子タイプであるため、陽極部24と蓄電部26との境界を一直線状にすることができる。一方、多端子タイプのコンデンサ素子では、複数箇所に陽極部が配置されるため、陽極部24と蓄電部26との境界が一直線状とすることが難しい。そして、陽極部24と蓄電部26との境界が一直線状であれば、蓄電部26の陰極部28を作製する際に、複雑なマスクパターンや別途のレジストマスク等を準備したり形成したりする手間を省くことができるため、非常に容易に作製することができる。つまり、上述した固体電解コンデンサ10は、以上の利点を有する2端子タイプのコンデンサ素子を、近年需要が高まっている多端子対の固体電解コンデンサに適用したものとなっている。
ここで、基板14に設けられたビア44A,44Bの位置について説明する。図4に示すように、ビア44A,44Bのうちの陽極ビア44Aは、陽極パターン38Dの陰極パターン38A〜38C側の縁領域に偏在するように配置されている。また、ビア44A,44Bのうちの陰極ビア44Bは、上記陽極ビア44Aと対をなすように、陰極パターン38A〜38Cの陽極パターン38D側の縁領域に偏在配置されている。
このようにビア44A,44Bを配置することで、陽極ビア44Aと陰極ビア44Bとの離間距離が有意に低減されて、陽極ビア44Aと陰極ビア44Bとが互いに接近する。固体電解コンデンサ10に電荷が蓄えられる際やその蓄えられた電荷が放電される際、陽極ビア44Aと陰極ビア44Bとには互いに逆向きの電流が流れるが、陽極ビア44Aと陰極ビア44Bとがこのように近接していることで、陽極ビア44A内を流れる電流に起因して発生する磁界と、陰極ビア44B内を流れる電流に起因して発生する磁界とが互いに効果的に打ち消しあう。その結果、固体電解コンデンサ10においては、等価直列インダクタンス(ESL)が有意に低減されている。加えて、隣り合う陽極パターン38Dと陰極パターン38A〜38Cとでは、その互いに縁領域に複数対(例えば、3対)のビア対44A,44Bが配置されているため、電流経路が分散されて、より一層のESLの低減が実現されている。また、実装面14bに形成された端子対43A,43Bが、陽極端子43Aと陰極端子43BとがX方向に沿って交互に並ぶように形成されているため、固体電解コンデンサ10におけるさらなる低ESL化が実現されている。
図6及び図7は、上述した基板14とは異なる態様の基板14Aを示した図であり、この基板14は、素子搭載面14aの電極パターンの形状及び実装面14bの端子パターンの形状が基板14と異なっている。ここで、図6は基板14Aの素子搭載面14aを、素子搭載面14a側から見た平面図であり、図7は基板14Aの実装面14bを、素子搭載面14a側から見た透視図である。
基板14Aの素子搭載面14aには、図6に示すように、4つの電極パターン38E〜38Hが近接するように略全面に亘って形成されている。これらの電極パターン38E〜38Hは、素子搭載面14aのうち、コンデンサ素子12が搭載される長方形状の素子搭載領域15内に含まれるように形成されている。
電極パターン38E〜38Hのうち、矩形状の電極パターン38E及び電極パターン38Fは、素子搭載領域15の陰極部領域15bであって、基板14の両長辺縁部14c,14dの対応する領域にY方向に並ぶように形成されている。矩形状の電極パターン38Gは、素子搭載領域15の陰極部領域15bであって、陽極部領域15a側とは反対側の端部領域に形成されている。そして、H字状の電極パターン38Hは、上述した形状の電極パターン38E〜38Gの形成領域の残余領域を一体的に覆うように、且つ、素子搭載領域15の陽極部領域15aと陰極部領域15bとの両方に跨って形成されている。
基板14Aの絶縁性樹脂層50(図6の梨地部分)は、主に、陰極部領域15b部分の電極パターン38Hを覆うように形成されている。換言すると、電極パターン38E〜38Gと、陽極部領域15a部分の電極パターン38Hとには、絶縁性樹脂層50によって覆われていない部分がある。そのため、素子搭載領域14aにコンデンサ素子12が搭載された場合には、電極パターン38E〜38Gはコンデンサ素子12の陰極部28のみと接続され、一方、電極パターン38Hはコンデンサ素子12の陽極部24のみと接続される。すなわち、電極パターン38E〜38Gが本発明における陰極パターンに相当し、電極パターン38Hが本発明における陽極パターンに相当する。
基板14Aの実装面14bの素子搭載領域15に対応する領域には、図7に示すような8つの端子パターン42A,42Bが形成されている。この8つの端子パターン42A,42Bは、基板14の両方の長辺縁部14c,14dにそれぞれ4つずつ形成されており、いずれも矩形状の同形状パターンとなっている。そして、各長辺縁部14c,14dの4つの端子パターン42A,42Bは、その縁部に沿う方向(図のX方向)に所定長さだけ離間して並んでいる。また、一方の縁部の端子パターン42A,42Bは、他方の縁部の端子パターン42とそれぞれ対をなしており、対になっている2つの端子パターン42A,42BはY方向に並んでいる。
実装面14bに形成された8つの端子パターン42A,42Bは、素子搭載面14aの陽極パターン38Hに接続される4つの陽極端子パターン42Aと、素子搭載面14aの陰極パターン38E〜38Gに接続される4つの陰極端子パターン42Bとで構成されている。すなわち、基板14の実装面14bには、陽極端子パターン42Aと陰極端子パターン42Bとからなる端子パターン対42A,42Bが4対形成されている。
そして、各長辺縁部14c,14dに、陽極端子パターン42Aと陰極端子パターン42Bとが交互に並んでいる。また、陽極端子パターン42A同士若しくは陰極端子パターン42B同士がY方向に並ぶように配置されている。なお、全ての陰極端子パターン42Bは、素子搭載領域14aの陰極パターン38E〜38Gに対応する領域に形成されている。
陽極端子パターン42A及び陰極端子パターン42Bそれぞれは、絶縁性樹脂層51(図7の梨地部分)によって部分的に覆われており、絶縁性樹脂層51に覆われていない露出領域が実際に端子(すなわち、陽極端子43A及び陰極端子43B)として機能する。これら4対の端子対(すなわち、4つの陽極端子43A及び4つの陰極端子43B)は、上述した陽極端子パターン42A及び陰極端子パターン42B同様、各長辺縁部14c,14dに沿う方向に交互に並んでおり、陽極端子43A同士若しくは陰極端子43B同士がY方向に並んでいる。また、実装面14bの領域のうち、素子搭載領域15の陰極部領域15bに対応する領域に、4つの陽極端子43Aのうちの2つが配置されている。
なお、実装面14bの4つの陽極端子パターン42Aそれぞれは、素子搭載面14aに形成されている陽極パターン38Hに、複数の陽極ビア44Aを介して接続されている。また、実装面14bの4つの陰極端子パターン42Bそれぞれは、素子搭載面14aに形成されている陰極パターン38E〜38Gのいずれかに、複数の陰極ビア44Bを介して接続されている。
以上で説明したように、基板14Aには、その実装面14bに4対の端子パターン対42A,42B(端子対43A,43B)が形成されている。そして、各陽極端子パターン42A(及び、各陽極端子43A)は、陽極ビア44Aと陽極パターン38Dとを介して、コンデンサ素子12の陽極部24に接続される。一方、各陰極端子パターン42B(及び、各陰極端子43B)は、陰極ビア44Bと陰極パターン38E〜38Gとを介して、コンデンサ素子12の蓄電部26表面の陰極部28に接続されている。従って、上述した基板14を備える固体電解コンデンサ10と同様に、この基板14Aを備える固体電解コンデンサ10も、4端子対の固体電解コンデンサ(多端子対の固体電解コンデンサ)として機能する。つまり、基板14Aを備える固体電解コンデンサ10も、2端子タイプのコンデンサ素子12を適用した多端子対の固体電解コンデンサとなっている。
なお、基板14Aに設けられたビア44A,44Bも、基板14に設けられたビア44A,44B同様、陽極ビア44Aと陰極ビア44Bとを互いに近接するように配置している。すなわち、図6に示すように、ビア44A,44Bのうちの陽極ビア44Aは、陽極パターン38Hの陰極パターン38E〜38G側の縁領域に偏在するように、Y方向に並んだ3個1組で配置されている。また、ビア44A,44Bのうちの陰極ビア44Bは、上記陽極ビア44Aと対をなすようにY方向に並んだ3個1組で、陰極パターン38E〜38Gの陽極パターン38H側の縁領域に偏在配置されている。
このようにビア44A,44Bを配置することで、陽極ビア44Aと陰極ビア44Bとが互いに接近するため、基板14Aを有する固体電解コンデンサ10においてもESLが有意に低減されている。加えて、隣り合う陽極パターン38Hと陰極パターン38E〜38Gとでは、その互いに縁領域に複数対(例えば、3対)のビア対44A,44Bが配置されているため、電流経路が分散されて、より一層のESLの低減が実現されている。また、実装面14bに形成された端子対43A,43Bが、陽極端子43Aと陰極端子43BとがX方向に沿って交互に並ぶように形成されているため、固体電解コンデンサ10におけるさらなる低ESL化が実現されている。
図8及び図9は、上述した基板14,14Aとは異なる態様の基板14Bを示した図であり、この基板14Bは、素子搭載面14aの電極パターンの形状及び実装面14bの端子パターンの形状が基板14,14Bと異なっている。ここで、図8は基板14Bの素子搭載面14aを、素子搭載面14a側から見た平面図であり、図9は基板14Bの実装面14bを、素子搭載面14a側から見た透視図である。
基板14Bの素子搭載面14aには、図8に示すように、4つの電極パターン38I〜38Lが近接するように略全面に亘って形成されている。これらの電極パターン38I〜38Lは、素子搭載面14aのうち、コンデンサ素子12が搭載される長方形状の素子搭載領域15内に含まれるように形成されている。
電極パターン38I〜38Lのうち、矩形状の電極パターン38I及び電極パターン38Jは、素子搭載領域15の陰極部領域15bであって、基板14の一方の長辺縁部14cに所定長さだけ離間して配置されている。そして、矩形状の電極パターン38Kは、素子搭載領域15の陰極部領域15bであって、電極パターン38Iと電極パターン38Jとの中間位置に対応する位置の長辺縁部14dに配置されている。電極パターン38Lは、上述した形状の電極パターン38I〜38Kの形成領域の残余領域を一体的に覆うように、且つ、素子搭載領域15の陽極部領域15aと陰極部領域15bとの両方に跨って形成されている。
基板14Bの絶縁性樹脂層50(図8の梨地部分)は、主に、陰極部領域15b部分の電極パターン38Lを覆うように形成されている。換言すると、電極パターン38I〜38Kと、陽極部領域15a部分の電極パターン38Lとには、絶縁性樹脂層50によって覆われていない部分がある。そのため、素子搭載領域14aにコンデンサ素子12が搭載された場合には、電極パターン38I〜38Kはコンデンサ素子12の陰極部28のみと接続され、一方、電極パターン38Lはコンデンサ素子12の陽極部24のみと接続される。すなわち、電極パターン38I〜38Kが本発明における陰極パターンに相当し、電極パターン38Lが本発明における陽極パターンに相当する。
基板14Bの実装面14bの素子搭載領域15に対応する領域には、図9に示すような5つの端子パターン42A,42Bが形成されている。これらの5つの端子パターン42A,42Bは、素子搭載面14aの陽極パターン38Lに接続される4つの陽極端子パターン42Aと、素子搭載面14aの陰極パターン38I〜38Kに接続される1つの陰極端子パターン42Bとで構成されている。
そして、陰極端子パターン42Bは、基板14Bの長辺縁部14c,14dに位置する4つの端子部45とそれらの端子部45を一体的につなぐ接続部47とによって構成されている。そして、各長辺縁部14c,14dに、陽極端子パターン42Aと陰極端子パターン42Bの端子部45とが交互に並んでおり、また、陽極端子パターン42Aと陰極端子パターン42Bの端子部45とがY方向に並んで対をなしている。なお、陽極端子パターン42Aは、素子搭載領域14aの陽極パターン38Lに対応する領域に形成されており、陰極端子パターン42Bの4つの端子部45のうち3つは、素子搭載領域14aの陰極パターン38I〜38Kに対応する領域に形成されている。
陰極端子パターン42Bの接続部47は、絶縁性樹脂層50と同様の絶縁性樹脂層51(図9の梨地部分)によって全体的に覆われており、また、陽極端子パターン42A及び陰極端子パターン42Bの端子部45それぞれも、絶縁性樹脂層51(図9の梨地部分)によって部分的に覆われている。この絶縁性樹脂層51に覆われていない、陽極端子パターン42A及び陰極端子パターン42Bの端子部45の露出領域が実際に端子(陽極端子43A及び陰極端子43B)として機能する。これら4対の端子対(すなわち、4つの陽極端子43A及び4つの陰極端子43B)は、陽極端子パターン42A及び陰極端子パターン42Bの端子部45同様、各長辺縁部14c,14dに沿う方向に交互に並んでおり、Y方向に並んで対(すなわち、端子対43A,43B)をなしている。また、実装面14bの領域のうち、素子搭載領域15の陰極部領域15bに対応する領域に、4つの陽極端子43Aのうちの3つが配置されている。
なお、実装面14bの4つの陽極端子パターン42Aそれぞれは、素子搭載面14aに形成されている陽極パターン38Lに、複数の陽極ビア44Aを介して接続されている。また、実装面14bの陰極端子パターン42Bは、素子搭載面14aに形成されている陰極パターン38I〜38Kそれぞれに、複数の陰極ビア44Bを介して接続されている。
以上で説明したように、基板14Bには、その実装面14bに4対の端子対43A,43Bが形成されている。そして、各陽極端子43Aは、陽極ビア44Aと陽極パターン38Lとを介して、コンデンサ素子12の陽極部24に接続される。一方、陰極端子43Bは、陰極ビア44Bと陰極パターン38I〜38Kとを介して、コンデンサ素子12の蓄電部26表面の陰極部28に接続されている。従って、上述した基板14,14Aを備える固体電解コンデンサ10と同様に、この基板14Bを備える固体電解コンデンサ10も、4端子対の固体電解コンデンサ(多端子対の固体電解コンデンサ)として機能する。つまり、基板14Bを備える固体電解コンデンサ10も、2端子タイプのコンデンサ素子12を適用した多端子対の固体電解コンデンサとなっている。
なお、基板14Bに設けられたビア44A,44Bも、基板14,14Aに設けられたビア44A,44B同様、一部の陽極ビア44Aと陰極ビア44Bに関しては互いに近接するように配置している。すなわち、図8に示すように、ビア44A,44Bのうちの陽極ビア44Aの一部は、陽極パターン38Lの陰極パターン38I〜38K側の縁領域に偏在配置している。また、ビア44A,44Bのうちの陰極ビア44Bは、陰極パターン38I〜38Kの陽極パターン38L側の縁領域に偏在配置されている。
このようにビア44A,44Bを配置することで、陽極ビア44Aと陰極ビア44Bとが互いに接近するため、基板14Bを有する固体電解コンデンサ10においてもESLが有意に低減されている。また、実装面14bに形成された端子対43A,43Bが、陽極端子43Aと陰極端子43BとがX方向に沿って交互に並ぶように形成されているため、固体電解コンデンサ10におけるさらなる低ESL化が実現されている。
なお、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、実装面の端子対の数は、4対に限らず、3対や5対など適宜増減することができる。また、陽極ビア及び陰極ビアの断面形状は、円形に限らず、扁平した円形や四角形状などであってもよい。さらに、ビアの数に関しても適宜増減してもよい。またビアは、必要に応じて中央部が貫通しているビアホールに変更することが可能である。
また、上述した実施形態では、1つのコンデンサ素子を含む固体電解コンデンサについてのみ説明したが、適宜、複数のコンデンサ素子を含む固体電解コンデンサに変更することができる。すなわち、上記コンデンサ素子を多段積層し、それぞれの陽極部同士及び陰極部同士を接続すると共に、各コンデンサ素子の陽極部を基板の陽極パターンに接続し、各コンデンサ素子の陰極部を基板の陰極パターンに接続する。なお、陽極部同士の接続にはレーザ溶接を、陰極部同士の接続には導電性接着剤を利用することができる。
このように複数のコンデンサ素子が多段積層された固体電解コンデンサにおいては、素子搭載領域15の大きさは変わらないため、固体電解コンデンサの外形寸法は実質的に変わらず、並列接続されたコンデンサ素子数が増えるため、静電容量が増大される。
以下、本発明の効果をより一層明らかなものとするため、実施例を掲げて説明する。
図1に示した電解コンデンサ10と同様の電解コンデンサを、以下のようにして作製した。
まず、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で、270μF/cmの静電容量が得られるアルミニウム箔シートから、アルミニウム陽極電極体を、図3に示したアルミニウム箔30と同一の形状で、陽極部に対応する部分(図3の符号24Aに対応)を除いた部分のサイズが4.7mm×3.5mm(面積:0.165cm2)となるように打抜き加工により作製した。そして、打抜き加工した電極体において、絶縁性樹脂層が形成される領域(図3の符号27に対応する領域)における粗面化構造を押圧処理により破壊した。こうして作製された電極体において、押圧処理を施した領域(図3の符号27に対応する領域)の表面のみにエポキシ樹脂を塗布して、コーティングした。
さらに、このようにして得られた電極体を、酸化アルミニウム皮膜が形成され、粗面化処理が施されているアルミニウム箔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セットした。この際、電極体は、エポキシ樹脂がコーティングされた領域の一部までアジピン酸アンモニウム水溶液に浸された。
次いで、上記水溶液中に浸漬されている電極体を、陽極部に対応する、エポキシ樹脂がコーティングされていない部分(図3の符号24Aに対応)を陽極として、化成電流密度50〜100mA/cm2、化成電圧12Vの条件下で酸化させ、電極体の切断部端面に酸化アルミニウム皮膜を形成した。
その後、電極体を上記水溶液から引き上げ、粗面化処理が施されているアルミニウム箔の表面上に、化学酸化重合によって、ポリピロールからなる固体高分子電解質層を形成した。より具体的に説明すると、ポリピロールからなる固体高分子電解質層は、上記電極体を、粗面化処理が施され、酸化アルミニウム皮膜が形成されたアルミニウム箔部分(図3の符号26Aに対応)のみに含浸するように、精製した0.1mol/lのピロールモノマー、0.1mol/lのアルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム及び0.05mol/lの硫酸鉄(III)を含むエタノール水混合溶液セル中にセットし、30分間にわたって攪拌して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すことにより生成した。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。
このようにして積層さ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順次塗布して、図1に示したコンデンサ素子12の陰極部28と同様の陰極部を形成した。
上述のようにして作製したコンデンサ素子を6枚に重ねて素子積層体を形成し、このような素子積層体を30個用意した。そして、これらの素子積層体を用いて、30個の固体電解コンデンサを作製した。なお、陽極部同士の接続にはレーザ溶接を、陰極部同士の接続には銀エポキシ系導電性接着剤を利用した。
なお、この固体電解コンデンサに用いる基板は、表裏面に図4(素子搭載面)及び図5(素子搭載面の裏面)のような銅箔電極パターンが形成された電解コンデンサ実装基板(7.3mm×4.3mm)であり、公知のフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングをおこなった。下記の手法により準備した。なお、基板は、ガラスクロス含有耐熱性エポキシ樹脂基板(FR4基板)であり、基板厚さは0.5mm、銅箔パターンの厚さは36μmである。
また、図4の基板14のビア位置に、貫通孔(0.2mm径)を形成し、無電解メッキによって、貫通孔内壁、基板表面の電極パターン表面、及び基板裏面の端子パターン表面に3μmのニッケルメッキを施した。さらに、そのニッケルメッキ上に、0.08μmの金メッキを施した。さらに上述した全ての貫通孔が埋まるように銅メッキを施し、ビアを形成した。
ビアを形成した後、絶縁性樹脂層を所定領域(図4の符号50の領域と図5の符号51の領域に対応)に形成するため、厚さ50μmのエポキシ樹脂をスクリーン印刷法でコーティングした。
なお、上記素子積層体のコンデンサ素子は、その陰極部が基板表面の陰極パターンに重なるように、銀系の導電性接着剤を用いて基板表面に搭載した。また、素子積層体のコンデンサ素子の陽極部は、NEC製YAGレーザスポット溶接機で基板表面の陽極パターンと溶接接合した。
以上のようにして、図1に示したような4端子対の固体電解コンデンサ#1を30個用意した。
また、比較のために、上述した製法によって作製した素子積層体を用いて、樹脂基板上に素子積層体を実装した従来の1端子対の固体電解コンデンサ#2と、従来のリードフレーム型の固体電解コンデンサ(1端子対)#3をそれぞれ30個ずつ用意した。
そして、固体電解コンデンサ#1,#2,#3それぞれについて、その電気的特性の30個平均値を評価した。具体的には、固体電解コンデンサ#1,#2,#3それぞれを所定の評価用基板に搭載し、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特性を測定した。また、得られたS21特性に基づいて等価回路シミュレーションをおこない、ESR値及びESL値を求めた。その結果は、下記表1に示すとおりであった。
Figure 2007266247
この表1からも明らかなとおり、固体電解コンデンサ#1では、従来の固体電解コンデンサ#2,#3に比べて、ESLの大幅な低減が実現されている。また、ESRについても、固体電解コンデンサ#1では、従来の固体電解コンデンサ#2,#3に比べてよい特性が得られている。このように、本発明では、2端子タイプのコンデンサ素子が適用された多端子対の固体電解コンデンサが提供されるだけでなく、固体電解コンデンサの電気的特性の向上も実現されている。
本発明の実施形態に係る固体電解コンデンサを示す斜視図である。 図1に示した固体電解コンデンサの要部を示す模式断面図である。 コンデンサ素子となるアルミニウム箔に陽極酸化処理を施している状態を示す図である。 基板の素子搭載面を示した平面図である。 基板の実装面を示した透視図である。 図4及び図5に示した基板とは異なる態様の基板の素子搭載面を示した平面図である。 図6に示した基板の実装面を示した透視図である。 図4及び図5に示した基板、図6及び図7に示した基板とは異なる態様の基板の素子搭載面を示した平面図である。 図8に示した基板の実装面を示した透視図である。
符号の説明
10…固体電解コンデンサ、12…コンデンサ素子、14,14A,14B…基板、14a…素子搭載面、14b…実装面、24…陽極部、28…陰極部、38D,38H,38L…陽極パターン、38A〜38C,38E〜38G,38I〜38K…陰極パターン、42A…陽極端子パターン、42B…陰極端子パターン、43A…陽極端子、43B…陰極端子、44A,44B…ビア。

Claims (7)

  1. 陽極部と陰極部とをそれぞれ1つだけ有するコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子が搭載される基板とを備え、
    前記基板のコンデンサ素子搭載面に、前記陽極部に接続される陽極パターンと、前記陰極部に接続される陰極パターンとが形成されており、且つ、前記基板の前記コンデンサ素子搭載面とは反対側の裏面に、陽極端子と陰極端子とからなる端子対が複数形成されており、
    前記裏面に形成された前記複数の陽極端子それぞれは前記コンデンサ素子搭載面の前記陽極パターンに、前記裏面に形成された前記複数の陰極端子それぞれは前記コンデンサ素子搭載面の前記陰極パターンに、前記基板の厚さ方向に沿って延びる導通路を介して接続されている、固体電解コンデンサ。
  2. 前記コンデンサ素子搭載面のうちの前記コンデンサ素子が搭載される素子搭載領域に対応する前記裏面の領域に、前記複数の端子対が形成されている、請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
  3. 前記素子搭載領域のうちの前記コンデンサ素子の前記陰極部が対面する陰極部領域に対応する前記裏面の領域に、前記複数の陽極端子のうちの少なくとも一部が配置されている、請求項2に記載の固体電解コンデンサ。
  4. 前記コンデンサ素子搭載面の前記陽極パターン及び前記陰極パターンのうち、一方のパターンは1つ形成され、且つ、他方のパターンは複数形成されており、
    複数形成された方の各パターンは、前記導通路を介して、前記裏面に形成された複数の前記陽極端子若しくは複数の前記陰極端子のいずれかに接続されている、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。
  5. 前記コンデンサ素子搭載面には、前記陽極パターンと前記陰極パターンとが隣り合うように形成されており、
    前記陽極パターン及び前記陰極パターンそれぞれは、複数の前記導通路を介して前記陽極端子若しくは前記陰極端子に接続されており、且つ、前記陽極パターンの前記導通路は前記陰極パターン側の縁領域に偏在していると共に、前記陰極パターンの前記導通路は前記陽極パターン側の縁領域に偏在している、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。
  6. 前記裏面に形成された前記複数の端子対の少なくとも一部は、前記陽極端子と前記陰極端子とが所定の方向に沿って交互に並ぶように形成されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサ。
  7. 多段積層され、前記陽極部同士及び前記陰極部同士が接続された複数の前記コンデンサ素子を備え、
    前記基板の前記陽極パターンが前記複数のコンデンサ素子の前記各陽極部に接続され、前記基板の前記陰極パターンが前記複数のコンデンサ素子の前記各陰極部に接続されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサ。
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