JP2008078312A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを低減化しつつ、低背化及びＥＳＲ特性の向上を図ることが可能な固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】固体電解コンデンサ１では、陰極部５の縁部のうち、各コンデンサ素子２の短辺２ｂに対応する縁部５ａ，５ａ同士を繋ぐように導電性接着部１３が形成されている。この固体電解コンデンサ１では、各コンデンサ素子２，２間に存在する導電性接着部１３の体積を大幅に抑えられるので、各コンデンサ素子２，２間の間隔を小さくすることが可能となり、固体電解コンデンサ１が低背化される。さらに各コンデンサ素子２，２間の間隔が小さくなると、陰極部５，５間の電流パスが短くなるので、ＥＳＲ特性を十分に向上させることができる。また、導電性接着部１３の形成に必要な銀ペーストの使用量を大幅に削減できるので、固体電解コンデンサの製造コストの低減化が図られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、陽極部及び陰極部を有するコンデンサ素子を複数積層してなる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として、例えば特許文献１に記載された積層型固体電解コンデンサがある。この従来の積層型固体電解コンデンサでは、陽極部及び陰極部を有する板状のコンデンサ素子が、陽極部及び陰極部の向きを揃えた状態で複数積層されている。また、各コンデンサ素子の陰極部同士は、導電性接着層によって互いに電気的に接続されている。
特開２０００−６８１５８号公報

しかしながら、上述した従来の積層型固体電解コンデンサでは、互いに対向する各コンデンサ素子間において、その中央部分から陰極部側の縁部にわたる大部分に導電性接着層を形成しているため、各コンデンサ素子間の間隔が大きくなり易い。各コンデンサ素子間の間隔が大きくなると、固体電解コンデンサの低背化が妨げられてしまう。さらに、各コンデンサ素子間の間隔が大きいと、陰極部間の電流パスが長くなるので、等価直列抵抗特性（ＥＳＲ特性）が低下するおそれがある。

また、導電性接着層の形成には、導電性を十分に確保するために金属粉末（例えばＡｇ粉末等）を含む導電ペーストが用いられていることが多いが、かかる導電ペーストは一般的にコストが高い。そのため、従来の固体電荷コンデンサのように、互いに対向する各コンデンサ素子間において、その中央部分から陰極部側の縁部にわたる大部分に導電ペーストを用いて導電性接着層を形成すると、導電ペーストの使用量が増加し、固体電解コンデンサの製造コストが増加してしまうという問題がある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、製造コストを低減化しつつ、低背化及びＥＳＲ特性の向上を図ることが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。

上記課題の解決のため、本発明に係る固体電解コンデンサは、陽極部及び陰極部を有するコンデンサ素子を複数積層してなる固体電解コンデンサであって、陰極部同士を互いに接続する導電性接着部を有し、導電性接着部は、陰極部の縁部の一部同士を繋ぐように設けられていることを特徴としている。

この固体電解コンデンサでは、陰極部の縁部の一部同士を繋ぐように導電性接着部が設けられている。この固体電解コンデンサでは、従来の固体電解コンデンサとは異なり、各コンデンサ素子間に存在する導電性接着部の体積を大幅に抑えられる。これにより、各コンデンサ素子間の間隔を小さくすることが可能となり、固体電解コンデンサが低背化される。また、各コンデンサ素子間の間隔が小さくなると、陰極部間の電流パスが短くなるので、ＥＳＲ特性を十分に向上させることができる。さらに、導電性接着部の形成にコストの高い導電ペーストを使用する場合であっても、導電性接着部の体積を大幅に抑えることで、固体電解コンデンサの製造コストの低減化が図られる。

また、各コンデンサ素子の陰極部において、縁部の一部を除いた部分同士の間には隙間が存在していることが好ましい。この場合、導電性接着部の体積を一層確実に抑えられるので、固体電解コンデンサの製造コストの更なる低減化が図られる。

また、縁部の一部を除いた部分同士は、隙間に充填された非導電性接着部によって互いに接続されていることが好ましい。こうすると、各コンデンサ素子間の接合強度を十分に確保でき、固体電解コンデンサの製造時におけるハンドリング性の向上にも寄与する。

また、各コンデンサ素子は長方形状をなしており、陽極部はコンデンサ素子の一方の短辺側に形成され、かつ陰極部はコンデンサ素子の他方の短辺側に形成され、縁部の一部は、陰極部の縁部のうち、他方の短辺に対応する縁部であることが好ましい。陰極部の縁部のうち、陽極部に近い縁部に導電性接着部を形成する場合、陽極部と陰極部とがショートしないように、導電性接着部の形成範囲を制限する必要があり、製造工程が煩雑化することが考えられる。そこで、陽極部と反対側の短辺側に対応する縁部に導電性接着部を形成することで、導電性接着部の形成範囲を制限するという余分な工程を回避し、製造工程を簡単化することができる。

本発明に係る固体電解コンデンサによれば、製造コストを低減化しつつ、低背化及びＥＳＲ特性の向上を図ることが可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る固体電解コンデンサの好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る固体電解コンデンサを示す断面図である。図１に示すように、固体電解コンデンサ１は、複数層（本実施形態では５層）のコンデンサ素子２を積層してなる積層体３を備えている。積層体３を構成する各コンデンサ素子２は、陽極部４と、陰極部５と、レジスト部６とを有している。積層体３において、各コンデンサ素子２は、陽極部４及び陰極部５の向きが揃った状態で積層されている。

ここで、コンデンサ素子２を積層方向から見た平面図を図２に示す。また、コンデンサ素子２の一部断面図を図３に示す。図２に示すように、コンデンサ素子２は、互いに対向する短辺２ａ，２ｂ及び長辺２ｃ，２ｄを有する長方形状をなし、箔状のアルミニウム基体７を有している。アルミニウム基体７の表面は、図３に示すように、表面積を増加させるための粗面化処理が施されてポーラス状となっている。また、アルミニウム基体７の表面側には、化成処理によって形成された絶縁性の酸化アルミニウム被膜８が設けられている。化成処理としては、例えばアジピン酸アンモニウム水溶液中にアルミニウム基体７を浸漬させた状態で電圧を印加することにより、アルミニウム基体７の表面を陽極酸化させる処理が行われる。

陽極部４，４同士は、図１に示すように、導電性を有する断面コの字状の金属金具１２を介して互いに電気的に接続されている。金属金具１２は、例えば鉄、ニッケル、及びこれらの合金等で形成され、基板又はリードフレーム上の陽極端子（図示せず）に電気的に接続される。金属金具１２と各陽極部４、及び金属金具１２と陽極端子とは、例えばレーザ溶接によって接合される。

また、図１及び図２に示すように、アルミニウム基体７の表面における陽極部４を構成する領域と他の領域との間には、例えばエポキシ樹脂のスクリーン印刷により、上記のレジスト部６が形成されている。レジスト部６は、アルミニウム基体７を後述の重合液に浸漬させる際に、ポーラス状となっているアルミニウム基体７の表面での毛細管現象によって重合液が陽極部４側に浸入するのを防止する機能を有している。レジスト部６で区分けされたアルミニウム基体７の一端側領域、すなわち、コンデンサ素子２の短辺２ａ側の領域は、上記の陽極部４を構成している。

アルミニウム基体７の表面における陽極部４及びレジスト部６を除く領域には、図３に示すように、導電性高分子化合物を含む固体高分子電解質層９が形成されている。この固体高分子電解質層９は、アルミニウム基体７の粗面化によって形成された微細穴７ａに入り込むように形成されている。このような固体高分子電解質層９は、例えば３，４−エチレンジオキシチオフェン（Ｂａｙｅｌ社製ＢＡＹＴＲＯＮ Ｍ）０．９ｇと、パラトルエンスルホン酸鉄溶液（Ｂａｙｅｌ社製ＢＡＹＴＲＯＮ Ｃ−Ｂ５０）１０．８１ｇと、ブタノール２．６３ｇとの混合溶液（重合液）により、アルミニウム基体７を化学酸化重合させることによって得られる。固体高分子電解質層９の最大厚さは、例えば約１０μｍとなっている。

さらに、固体高分子電解質層９上には、第１導電層１０と、第２導電層１１とが順に形成されている。第１導電層１０は、例えば浸漬法によってカーボンペーストを固体高分子電解質層９上に塗布した後、これを所定の温度で乾燥させることによって形成される。また、第２導電層１１は、例えば浸漬法によって銀ペーストを第１導電層１０上に塗布した後、これを所定の温度で乾燥させることによって形成される。第１導電層１０の厚さは約３μｍ、第２導電層１１の厚さは約２０μｍとなっている。以上の固体高分子電解質層９、第１導電層１０、及び第２導電層１１により、アルミニウム基体７の他端側領域、すなわち、コンデンサ素子２の短辺２ｂ側の領域は、上記の陰極部５を構成している。

陰極部５，５同士は、図１及び図２に示すように、例えば銀ペーストの塗布・乾燥によって形成される導電性接着部１３によって互いに電気的に接続されている。より具体的には、導電性接着部１３は、各コンデンサ素子２における短辺２ｂ側の端部２ｅ及び端面２ｆ（隅部を含む）をそれぞれ覆うように形成されている。そして、導電性接着部１３は、陰極部５の縁部のうち、各コンデンサ素子２の短辺２ｂに対応する縁部（縁部の一部）５ａ，５ａ同士を繋ぐように形成されている。一方、導電性接着部１３は、各コンデンサ素子２，２間において、陰極部５の縁部５ａよりも内側の領域には入り込まないように形成されている。なお、各コンデンサ素子２の陰極部５において、縁部５ａを除いた部分５ｂ，５ｂは、互いに接触していてもよい。

このような導電性接着部１３は、例えば以下に示す浸漬法によって形成される。すなわち、まず、銀ペースト２０が充填された導電ペースト浴２１を用意する。そして、固定治具（図示せず）によって各コンデンサ素子２を積層状態で固定した積層体３を用意し、図４に示すように、各陰極部５を下向きにした状態で積層体３を導電ペースト浴２１に浸漬する。その後、積層体３を導電ペースト浴２１から引き上げ、例えば１５０℃の炉内で約５分間の熱処理を施すと、各コンデンサ素子２における短辺２ｂ側の端部２ｅ及び端面２ｆを覆うように導電性接着部１３が形成される。これにより、陰極部５の縁部のうち、各コンデンサ素子２の短辺２ｂに対応する縁部５ａ，５ａ同士が導電性接着部１３によって互いに接続される。

以上説明したように、固体電解コンデンサ１では、導電性接着部１３は、各コンデンサ素子２における短辺２ｂ側の端部２ｅ及び端面２ｆをそれぞれ覆うように形成されている。そして、導電性接着部１３は、陰極部５の縁部のうち、各コンデンサ素子２の短辺２ｂに対応する縁部５ａ，５ａ同士を繋ぐように形成されている。また、固体電解コンデンサ１では、導電性接着部１３は、各コンデンサ素子２，２間において、陰極部５の縁部５ａよりも内側の領域には入り込まないように形成されている。

この固体電解コンデンサ１では、従来の固体電解コンデンサとは異なり、各コンデンサ素子２，２間に存在する導電性接着部１３の体積を大幅に抑えることができる。これにより、各コンデンサ素子２，２間の間隔を小さくすることが可能となり、固体電解コンデンサ１が低背化される。各コンデンサ素子２，２間の間隔が小さくなると、陰極部５，５間の電流パスが短くなるので、ＥＳＲ特性を十分に向上させることができる。さらに、導電性接着部１３の形成にコストの高い銀ペーストを使用していても、導電性接着部１３の体積を大幅に抑えることで、銀ペーストの使用量を大幅に削減できるので、固体電解コンデンサ１の製造コストの低減化が図られる。

また、固体電解コンデンサ１では、陰極部５において、陽極部４と反対側の縁部、すなわち、コンデンサ素子２の短辺２ｂに対応する縁部５ａ，５ａ同士を導電性接着部１３で繋いでいる。陰極部５の縁部のうち、陽極部４に近い縁部同士を繋ぐように導電性接着部１３を形成する場合、陽極部４と陰極部５とがショートしないように、導電性接着部１３の形成範囲を制限する必要があり、製造工程が煩雑化することが考えられる。これに対し、陽極部４と反対側の縁部５ａ，５ａ同士を繋ぐように導電性接着部１３を形成することで、導電性接着部１３の形成範囲を制限するという余分な工程を回避し、製造工程を簡単化することができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば、導電性接着部１３は、陰極部５において、各コンデンサ素子２の長辺２ｃに対応する縁部５ｃ，５ｃ同士を繋ぐように形成してもよく、各コンデンサ素子２の長辺２ｄに対応する縁部５ｄ，５ｄ同士を繋ぐように形成してもよい。また、縁部５ｃ，５ｃ同士及び縁部５ｄ，５ｄ同士をそれぞれ繋ぐように２箇所で形成してもよい。この場合、固体電解コンデンサ１にプリント基板（図示しない）を接続したときに、プリント基板における陰極端子（図示しない）の位置に関わらずに電流パスが短くなるので、ＥＳＲ特性を一層向上させることができる。その他、導電性接着部１３は、陰極部５において、各コンデンサ素子２の短辺２ｂ側の隅部同士を繋ぐように形成してもよい。

また、上述した実施形態では、各コンデンサ素子２の陰極部５において、縁部５ａを除いた部分５ｂ，５ｂ間には隙間が存在しているが、図５に示す固体電解コンデンサ１Ａのように、この隙間に非導電性接着部３０を充填し、この非導電性接着部３０によって各コンデンサ素子２の陰極部における縁部５ａを除いた部分５ｂ，５ｂ同士を互いに接続してもよい。

この場合、非導電性接着部３０によって各コンデンサ素子２，２間の接合強度を十分に確保できる。さらに、浸漬法によって導電性接着部１３を形成する際（図４参照）に、各コンデンサ素子２を互いに結合させておくことができるので、ハンドリング性も向上する。なお、非導電性接着部３０の形成には、例えばエポキシ樹脂やアクリル樹脂等、導電性接着部１３を形成する銀ペーストと比べて粘度が小さい材料を用いる。こうすると、各コンデンサ素子２，２間に導電性接着部１３を形成する場合に比べて非導電性接着部３０を薄く形成できるので、固体電解コンデンサ１Ａの低背化が阻害されることはない。

続いて、上述した固体電解コンデンサにおける低背化及びＥＳＲ特性の評価実験結果について説明する。

この評価実験においては、まず、粗面化処理済みのアルミニウム基体（３．５ｍｍ×１０．０ｍｍ）を準備し、このアルミニウム基体にレジスト部、酸化アルミニウム被膜を形成した。そして、酸化アルミニウム被膜上に固体高分子電解質層、第１導電層、及び第２導電層を順次形成することにより、一方の短辺側に陽極部を有し、他方の短辺側に陰極部を有するコンデンサ素子を得た。そして、コンデンサ素子を５層積層して積層体を作製した。

実施例では、上述した実施形態と同様に、各コンデンサ素子における陰極部の縁部の一部をそれぞれ覆うように導電性接着部を形成し、陰極部の縁部の一部を除いた部分の間には導電性接着部を形成しない固体電解コンデンサを作製した。実施例１では、各コンデンサ素子における他方の短辺に対応する陰極部の縁部同士を繋ぐように導電性接着部を形成し、実施例２では、各コンデンサ素子における一方の長辺に対応する陰極部の縁部同士を繋ぐように導電性接着部を形成した。また、実施例３では、各コンデンサ素子における両方の長辺に対応する陰極部の縁部同士をそれぞれ繋ぐように２箇所で導電性接着部を形成した。

一方、比較例では、各コンデンサ素子間に導電性接着部を形成した。比較例１では、各コンデンサ素子における他方の短辺に対応する陰極部側の縁部同士を繋ぐように導電性接着部を形成すると共に、各コンデンサ素子間にも導電性接着部を形成した。比較例２では、各コンデンサ素子における他方の短辺に対応する陰極部側の縁部には導電性接着部を形成せず、各コンデンサ素子間にのみ導電性接着部を形成した。

評価の条件として、各実施例及び比較例のサンプル数ｎをそれぞれ１０個とし、各固体電解コンデンサにおける積層体の高さと、ＥＳＲとを測定した。ＥＳＲの測定には、アジレントテクノロジー社製のインピータンスアナライザー４１９４Ａを用い、１００ｋＨｚでの等価直列抵抗を測定した。

図６に、低背化及びＥＳＲ特性の評価実験結果を示す。同図に示すように、実施例１に係る固体電解コンデンサでは、積層体の高さは平均で１．１３ｍｍであり、ＥＳＲは平均で５．４ｍΩであった。実施例２に係る固体電解コンデンサでは、積層体の高さは平均で１．１３ｍｍであり、ＥＳＲは平均で５．２ｍΩであった。実施例３に係る固体電解コンデンサでは、積層体の高さは平均で１．１３ｍｍであり、ＥＳＲは平均で４．９ｍΩであった。一方、比較例１に係る固体電解コンデンサでは、積層体の高さは平均で１．３２ｍｍであり、ＥＳＲは平均で５．６ｍΩであった。比較例２に係る固体電解コンデンサでは、積層体の高さは平均で１．３０ｍｍであり、ＥＳＲは平均で１８．２ｍΩであった。

以上の結果から、陰極部の縁部の一部同士を繋ぐように、導電性接着部１３を形成することが、固体電解コンデンサの低背化及びＥＳＲ特性の向上に寄与することが実証された。

本発明の一実施形態に係る固体電解コンデンサを示す断面図である。 コンデンサ素子を積層方向から見た平面図である。 コンデンサ素子の一部構造を詳細に示す拡大断面図である。 導電性接着部の製造工程を示す図である。 変形例に係る固体電解コンデンサを示す断面図である。 低背化及びＥＳＲ特性の評価実験結果を示す図である。

符号の説明

１，１Ａ…固体電解コンデンサ、２…コンデンサ素子、２ａ…一方の短辺、２ｂ…他方の短辺、４…陽極部、５…陰極部、５ａ…縁部（他方の短辺に対応する縁部）、５ｂ…縁部の一部を除いた部分、５ｃ，５ｄ…縁部（縁部の一部）、１３…導電性接着部、３０…非導電性接着部。

Claims (4)

1. 陽極部及び陰極部を有するコンデンサ素子を複数積層してなる固体電解コンデンサであって、
   前記陰極部同士を互いに接続する導電性接着部を有し、
   前記導電性接着部は、前記陰極部の縁部の一部同士を繋ぐように設けられていることを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 前記各コンデンサ素子の前記陰極部において、前記縁部の前記一部を除いた部分同士の間には隙間が存在していることを特徴とする請求項１記載の固体電解コンデンサ。
3. 前記縁部の前記一部を除いた部分同士は、前記隙間に充填された非導電性接着部によって互いに接続されていることを特徴とする請求項２記載の固体電解コンデンサ。
4. 前記各コンデンサ素子は長方形状をなしており、前記陽極部は前記コンデンサ素子の一方の短辺側に形成され、かつ前記陰極部は前記コンデンサ素子の他方の短辺側に形成され、
   前記縁部の前記一部は、前記陰極部の縁部のうち、前記他方の短辺に対応する縁部であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の固体電解コンデンサ。

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