JP2007317813A

JP2007317813A - 固体電解コンデンサ

Info

Publication number: JP2007317813A
Application number: JP2006144794A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Shimizu; 邦彦清水; Setsu Mukono; 節向野
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2006-05-25
Filing date: 2006-05-25
Publication date: 2007-12-06

Abstract

【課題】小型でも体積効率に優れるとともに安価で生産性のよい固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】弁作用金属の陽極体の表面に誘電体酸化皮膜、固体電解質層、陰極層を順次形成したコンデンサ素子４と、コンデンサ素子に植立した陽極リード３と、陰極層の一部と陽極リードの一部を除いてコンデンサ素子４を被覆するとともに底面の両端部にそれぞれ陽極端子１および陰極端子２を設けた直方体状の外装樹脂５とを有する固体電解コンデンサにおいて、外装樹脂を粗面化処理および導電化処理後に陽極リード３、外装樹脂５および陽極端子１上に電解メッキ層を形成し、陽極リード３と陽極端子１を接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体電解コンデンサに関し、特に外装樹脂材上に端子を有するチップ型の固体電解コンデンサに関する。

従来から弁作用金属として知られるタンタル、ニオブ、アルミニウムなどを用いたチップ型固体電解コンデンサは小型で静電容量が大きいことから携帯型電子機器等に用いられている。携帯型電子機器への小型・薄型化、軽量化および高性能化の要求が近年高まるに伴い、電子機器に用いられるコンデンサには更に小型・軽量で静電容量が大きいことが求められている。

従来のチップ型固体電解コンデンサとしては、図４に示すようにリードフレームを用いて、コンデンサ素子４から引き出された陽極リード３と陽極端子１、およびコンデンサ素子４の陰極層と陰極端子２とを接続して外装樹脂５の外部に陽極端子１と陰極端子２を引き出す構造となっている。そのため、外装樹脂５の内部に陽極端子１と陰極端子２が多く存在する。すなわち、固体電解コンデンサの全体積中に占めるコンデンサとして機能するコンデンサ素子の体積比率は小さく体積効率が悪いものとなっていた。

体積効率を改善する方法として特許文献１では、図５に示すように、コンデンサ素子４から引き出された陽極リード３と陰極層の端部とをそれぞれ露出するようにコンデンサ素子を外装樹脂５で被覆した後、陽極リード３の突出部と陰極層の露出部に陽極側および陰極側無電解メッキ層９、１０を形成した後、それぞれ陽極側および陰極側電解メッキ層７、８を形成して、無電解メッキ層、電解メッキ層を積層して形成したチップ型固体電解コンデンサを提案している。図６に工程図を示す。リードフレームを用いた構造に比べてコンデンサ内部にリードフレームを使用した陽極端子と陰極端子が存在しないため体積効率を向上する事ができる。

特開平９−２６６１３６号公報

しかし、陽極リードの露出面と無電解メッキ層との接続信頼性を確保するためには、無電解メッキ層との接続面積が大きい事が望ましく、凸状の陽極リードの破断面および側面へ無電解メッキ層を形成する事が望ましかった。無電解メッキの場合には触媒の吸着部分から無電解メッキ層が形成される。陽極リードには触媒、例えばＰｄ粒子が吸着されにくく、破断面のみでの無電解メッキとの接続となり、接続信頼性の確保が困難であった。

また、特許文献１では陽極リードおよび陰極層の導出部は、無電解メッキによって外部端子となる陽極側金属層（メッキ層）からなる陽極端子、および陰極側金属層（メッキ層）からなる陰極端子と接続される。無電解メッキ工法においては、Ｐｄなどを含む触媒によって外装樹脂の表面、陽極リードおよび陰極層の導出部へ等に無電解メッキ液により金属層を析出させるが、陽極リードおよび陰極層の導出部への触媒の吸着状況によって形成状態に差異が生じやすいという問題があった。また絶縁体である外装樹脂材料への無電解メッキ層の形成でも同様に触媒の吸着状況によって、形成性・密着力が変わりやすいという問題点があった。

陽極リードと無電解メッキ層との接続の改善のために、陽極リードの接続面積を大きく取ることが考えられるが、全体を小型化した場合には無電解メッキ層による接続部も同様の比率で小さくしたときに接続の信頼性確保が難しく、小型・大容量なコンデンサとすることが難しいという問題があった。

また無電解メッキのみでのメッキ形成では、従来リードフレーム上へ行っていた電解メッキによるバリヤー層（下地層）であるＮｉメッキ上へのＳｎメッキの形成は電気化学反応的に難しく、ハンダ濡れ性において優れる金メッキをＳｎメッキの代わりに最外層とするとコスト増になるという問題があった。

また、一般的には同じメッキ用材料でも無電解メッキ用材料は電解メッキ用材料の約１０倍のコストがかかりコスト増につながる、無電解メッキ層の形成性はメッキ液・温度・ｐＨに大きく依存するためメッキ浴の管理は、電解メッキの場合に比べて難しいという問題があった。これらは無電解メッキ層上に電解メッキを行ったとしても無電解メッキ特有の問題であり、無電解メッキを使用する限り問題解決にはならなかった。

このような状況にあって本発明の課題は、小型で体積効率に優れ、安価で生産性のよい固体電解コンデンサを提供することにある。

本発明の固体電解コンデンサは、陽極リードが植立された弁作用金属の陽極体の表面に誘電体酸化皮膜、固体電解質層、陰極層を順次形成したコンデンサ素子を、前記陰極層の一部と前記陽極リードの一部を除いて被覆するとともに底面の両端部にそれぞれ陽極端子および陰極端子を設けるように形成された外装樹脂を有する直方体状の固体電解コンデンサにおいて、少なくとも前記陽極リードと前記陽極端子の間の前記外装樹脂の表面を粗面化処理および導電化処理後に、前記陽極リード、前記外装樹脂の前記表面および前記陽極端子上に電解メッキ層を形成し、前記陽極リードと前記陽極端子を接続したことを特徴とする。

また、本発明の固体電解コンデンサは、前記陰極層と前記陰極端子が前記外装樹脂を粗面化処理および導電化処理後に前記陰極層、前記外装樹脂および前記陰極端子上に電解メッキ層を形成して接続されていてもよく、前記電解メッキ層が、銅メッキ、ニッケルメッキ、スズメッキから選択される少なくとも一種により形成されることが好ましい。

メッキ層を形成する絶縁性の外装樹脂および陽極リード以外をマスキングした後、例えばケミカルエッチングにより粗面化処理を行い、導電性粒子溶液、望ましくはＰｄ／Ｓｎコロイド溶液に浸せきするなどして導電化処理をする。導電化処理後に電気的に接続された陽極端子、陰極端子を用いて安価な電解メッキを行うことによって、無電解メッキのように触媒の吸着状態によることなく、陽極リード上の電解メッキの形成により、コンデンサ素子と陽極端子と陰極端子を確実かつ接続面積を小さくしながら接続させることが可能になる。

本発明によれば、外装樹脂に粗面化処理および導電化処理をした後、電解メッキ層を形成し、前記陽極リードと前記陽極端子を接続することにより、安価で接続信頼性を確保した体積効率のよい小型チップ型の固体電解コンデンサを形成することができる。

次に、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は本発明の第一の実施の形態の固体電解コンデンサを説明する断面図であり、図２は本発明の実施の形態の固体電解コンデンサの工程図である。本発明の固体電解コンデンサの陽極材料は、弁作用金属で陽極酸化処理によって誘電性の陽極酸化被膜を形成するものであれば良いが、タンタル金属を用いたタンタル固体電解コンデンサを例に説明する。また、コンデンサ素子の製造方法は公知の技術によるものとして簡略に以下説明する。コンデンサ素子の形状、陽極リードの形状、導出位置等は特に限定されないものとする。

公知の技術によってコンデンサ素子の陽極導出部となるタンタル線からなる陽極リード３が導出されたタンタル金属粉末からなる多孔質のプレス体を高真空、高温で加熱処理し、多孔質性を維持したまま焼結体とする。その後、電解液に焼結体を浸漬して任意の化成電圧で陽極酸化処理によってタンタル金属表面に誘電体酸化被膜であるＴａ₂Ｏ₅を形成する。次いで誘電体酸化被膜の上に固体電解質を形成する。固体電解質はチオフェンモノマーもしくはピロールモノマーもしくはこれらの誘導体モノマーを重合して導電性高分子により形成してもよいし硝酸マンガンの熱分解によって二酸化マンガンを形成しても良い。この上にグラファイトペースト、銀ペーストによる陰極層を順次形成してコンデンサ素子４とする。

コンデンサ素子４の陰極層とリードフレームの陰極端子部分とを接着剤に銀を含有した導電性接着剤６で接着し、コンデンサ素子４と陰極端子２を接続する。トランスファーモールドなどの外装方法を用いエポキシ樹脂等の外装樹脂５によりコンデンサ素子を外装する。その際、陽極端子１及び陰極端子２は底面部に設けられる。その後、製品の長さ寸法に合わせてダイシング装置にて切り出しを行う。この時、陽極リード３の断面を露出させるようにする。陽極端子１及び陰極端子２となるリードフレームは銅、鉄ニッケルの４２合金もしくは銅、鉄、ニッケルの合金であることが望ましい。

導電化処理を施さない箇所である底面の陽極端子１及び陰極端子２及び中央部、すなわち底面全体と上面全体ならびに必要により側面の中央部をマスキングテープ等によりマスキングした後、（リードフレーム上で複数のコンデンサ素子が外装樹脂で一体に外装され後工程で個々の製品に分割する場合は不要となる）水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液で脱脂後、過マンガン酸カリウム溶液等でケミカルエッチングし、その後、薬品残渣の洗浄・除去を行う。この処理により、外装樹脂５の表面の粗面化を行う。粗面化処理によって電解メッキ層形成時に下地と電解メッキ層間でアンカー効果が効くため、剥離等が発生しにくくすることができる。粗面化処理についてはケミカルエッチングのみだけではなく、ブラスト処理などによる物理的な粗面化方法を加えても良い。

粗面化処理を行った後、再度アルカリ溶液で脱脂し、酸性の界面活性材液で親水化処理を行う。次いで中和処理および次工程でのコロイド溶液の吸着能力を高めるようにプリディップ処理を行う。次にＰｄ／Ｓｎコロイド溶液に浸漬して粗面化部分に吸着させ、導電性のＰｄ／Ｓｎ被膜を形成する。この時、次工程の電解メッキ工程で均一で粗面化部分と密着性の高い電解メッキ膜ができるように導電性被膜が形成されれば良く、無電解メッキのような均一膜の形成は必ずしも必要とされない。また今回、導体化にはＰｄ／Ｓｎコロイド溶液を用いたが粗面化部分への吸着性に優れていて導電性を与える物、例えば導電性粒子等で有ればよくＰｄ／Ｓｎコロイド溶液に限定されない。

底面の陽極端子１及び陰極端子２に施したマスキングを取り除き、陽極端子１、陰極端子２を同電位として電解メッキすることにより、Ｃｕメッキ層、Ｎｉメッキ層、Ｓｎメッキ層を順次形成し、陽極側電解メッキ層７および陰極側電解メッキ層８を形成する。無電解メッキによる陽極リード上へのメッキ形成は、Ｐｄ触媒粒子が均一に吸着しないと困難であるという問題があるが、本発明では導電化処理によリ形成した導電性被膜で陽極リード３と陽極端子１とが電気的に接続していれば、陽極リード３であるＴａ金属表面上にも確実に電解メッキ層が形成ができるため従来に比べて、陽極リード３のメッキ形成部分が小さくても接続信頼性を確保することができる。電解メッキの材料・構成については電気抵抗が低く、ハンダ濡れ性・接続信頼性が高いものであれば、特に限定されない。

電解メッキ層形成後、底面の中央部、上面および側面のマスキングを取り除き電解コンデンサの正負極が分かるように捺印を行い、エージング処理、特性検査によってコンデンサの電気特性不良品を選別する。陽極端子１および陰極端子２、必要により側面部をダイシング装置で切り出し固体電解コンデンサを作製する。

図３は本発明の第二の実施の形態の固体電解コンデンサを説明する断面図である。本発明の第一の実施の形態と同様にコンデンサ素子４を作製した後、コンデンサ素子４の陰極層の一部を露出させるようにして、エポキシ樹脂等の外装樹脂５によりコンデンサ素子を外装する。その際、陽極端子１及び陰極端子２は底面部に設けられる。その後は本発明の第一の実施の形態と同様に、底面、上面等にマスキングを施し、粗面化処理を行なった後、導電化処理、電解メッキを行なうことにより、陽極リード３と陽極端子１を陽極側電解メッキ層７により接続し、また、コンデンサ素子４の陰極層と陰極端子２を陰極側電解メッキ層８により接続し、必要によりダイシング装置で切り出し、固体電解コンデンサを作製する。

次に、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。

（実施例１）
図１に示すように、タンタル線からなる陽極リード３が導出されたタンタル金属からなる焼結体を電解液に浸漬し化成処理によって誘電体酸化被膜であるＴａ₂Ｏ₅を形成した。次いで誘電体酸化被膜の上にチオフェンモノマーを重合した導電性高分子からなる固体電解質を形成した。この上にグラファイトペースト、銀ペーストによる陰極層を順次形成してコンデンサ素子４とした。次にコンデンサ素子４の陰極層と４２合金からなるリードフレームの陰極端子部分とを接着剤に銀を含有した導電性接着剤６で接着し、コンデンサ素子４と陰極端子２を接続した後、陽極端子１及び陰極端子２を底面部に配置するようにトランスファーモールドによりエポキシ樹脂からなる外装樹脂５によりコンデンサ素子を外装した。

底面部と上面部をマスキングテープによりマスキングし、水酸化ナトリウム溶液で脱脂後、過マンガン酸カリウム溶液でケミカルエッチングにより粗面化処理し、その後、薬品残渣の洗浄・除去を行った。次いで、再度水酸化ナトリウム溶液で脱脂し、酸性の界面活性材液で親水化処理を行った後、Ｐｄ／Ｓｎコロイド溶液に浸漬して粗面化部分に吸着させ、導電性のＰｄ／Ｓｎ被膜を形成した。底面の陽極端子１及び陰極端子２に施したマスキングを取り除き、陽極端子１、陰極端子２を同電位として、Ｃｕメッキ層、Ｎｉメッキ層、Ｓｎメッキ層を電解メッキすることにより順次形成し、陽極側電解メッキ層７および陰極側電解メッキ層８を形成した。電解メッキ層形成後、底面の中央部、上面および側面のマスキングを取り除き、捺印、エージング処理、特性検査を行なった後、陽極端子１および陰極端子２をダイシング装置で切り出し長さ１．６ｍｍ、幅０．８ｍｍ、高さ０．８ｍｍの固体電解コンデンサを作製した。

（実施例２）
図３に示すようにコンデンサ素子４の陰極層の一部を露出させるようにし、陽極端子１及び陰極端子２を底面部に配置するようにして、エポキシ樹脂からなる外装樹脂５によりコンデンサ素子を外装した以外は実施例１と同様に長さ１．６ｍｍ、幅０．８ｍｍ、高さ０．８ｍｍの固体電解コンデンサを作製した。

（比較例）
実施例１と同様にコンデンサ本体を作製した後、図５に示すように陽極リード３を外装樹脂５から突出させ、コンデンサ素子４の陰極部を露出するようにエポキシ樹脂からなる外装樹脂５によりコンデンサ素子を外装した。その後、陽極リード３の突出部とコンデンサ素子４の陰極部の露出部を含む外装樹脂５上のメッキ層形成部に粗面化処理、アルカリ溶液による脱脂処理、酸性界面活性材液で親水化処理を行った。中和処理、プリディップ処理を行い次工程での吸着能力を高めるように表面処理を行い、Ｐｄ／Ｓｎコロイド溶液に浸漬して粗面化部分に無電解メッキ用触媒を吸着させて形成した。酸水溶液によって触媒層のＳｎイオンを除去して触媒活性をあげた後、ニッケル無電解メッキ槽に浸積して無電解メッキ層を形成した。電極部のマスキングを取り除いた後、金電解メッキを行った。その後、捺印、エージング処理、特性検査を行ない、長さ１．６ｍｍ、幅０．８ｍｍ、高さ０．８ｍｍの固体電解コンデンサを作製した。

実施例１、実施例２、比較例により作製した固体電解コンデンサの容量特性不良、オープン等の不良率および設計上必要なコンデンサ素子より突き出たリード部の長さを表１に示す。比較例ではＴａリードとメッキの接続性向上のために実施例１、実施例２より０．１ｍｍ突出してメッキ領域を広くとっている。

表１の結果より、従来工法の比較例に比べて、リード部の長さが短く、小型となった場合でもコンデンサ素子の接続信頼性が確保しやすく不良率低減につながっていることがわかる。リード部の長さが従来例に比べて小さくできるためコンデンサ本体部分を大きくすることが可能になり、小型・大容量化が容易な構造になる。

本発明の第一の実施の形態の固体電解コンデンサを説明する断面図。本発明の実施の形態の固体電解コンデンサの工程図。本発明の第二の実施の形態の固体電解コンデンサを説明する断面図。従来の固体電解コンデンサの断面図。従来の固体電解コンデンサの断面図。従来の固体電解コンデンサの工程図。

符号の説明

１陽極端子
２陰極端子
３陽極リード
４コンデンサ素子
５外装樹脂
６導電性接着剤
７陽極側電解メッキ層
８陰極側電解メッキ層
９陽極側無電解メッキ層
１０陰極側無電解メッキ層

Claims

陽極リードが植立された弁作用金属の陽極体の表面に誘電体酸化皮膜、固体電解質層、陰極層を順次形成したコンデンサ素子を、前記陰極層の一部と前記陽極リードの一部を除いて被覆するとともに底面の両端部にそれぞれ陽極端子および陰極端子を設けるように形成された外装樹脂を有する直方体状の固体電解コンデンサにおいて、少なくとも前記陽極リードと前記陽極端子の間の前記外装樹脂の表面を粗面化処理および導電化処理後に、前記陽極リード、前記外装樹脂の前記表面および前記陽極端子上に電解メッキ層を形成し、前記陽極リードと前記陽極端子を接続したことを特徴とする固体電解コンデンサ。
前記陰極層と前記陰極端子が前記外装樹脂を粗面化処理および導電化処理後に前記陰極層、前記外装樹脂および前記陰極端子上に電解メッキ層を形成して接続されたことを特徴とする請求項１記載の固体電解コンデンサ。
前記電解メッキ層が、銅メッキ、ニッケルメッキ、スズメッキから選択される少なくとも一種により形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の固体電解コンデンサ。