JP2008135425A - チップ形固体電解コンデンサ - Google Patents

チップ形固体電解コンデンサ Download PDF

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淳一 栗田
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健司 倉貫
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Abstract

【課題】各種電子機器に使用されるチップ形固体電解コンデンサの更なる低ESL化を図ることを目的とする。
【解決手段】長手方向に陽極電極部3と陰極電極部4を設けたコンデンサ素子1を陽極電極部3を交互に相反する側に配置して厚み方向に積層した素子積層体5と、この素子積層体5の幅方向を上下にして陽極電極部3を上面に接合した陽極端子7と、同じく陰極電極部4を上面に接合した陰極端子8と、上記陽極端子7と陰極端子8の実装面となる下面が露呈する状態でこれらを被覆した絶縁性の外装樹脂9からなり、上記陽極端子7どうしをインダクタ部10で接続した構成により、電流のループ面積を小さくすることができることに加え、陽極端子7どうしをインダクタ部10で接続した構成によりπ型フィルタを形成し、これによりESLを大幅に低減することができる。
【選択図】図2

Description

本発明は各種電子機器に使用されるコンデンサの中で、導電性高分子を固体電解質に用い、かつ、面実装対応にしたチップ形固体電解コンデンサに関するものである。
電子機器の高周波化に伴って電子部品の一つであるコンデンサにも従来よりも高周波領域でのインピーダンス特性に優れたコンデンサが求められてきており、このような要求に応えるために電気伝導度が高い導電性高分子を固体電解質に用いた固体電解コンデンサが種々検討されている。
また、近年、パーソナルコンピュータのCPU周り等に使用される固体電解コンデンサには小型大容量化が強く望まれており、更に高周波化に対応して低ESR(等価直列抵抗)化のみならず、ノイズ除去や過渡応答性に優れた低ESL(等価直列インダクタンス)化が強く要求されており、このような要求に応えるために種々の検討がなされている。
図6はこの種の従来のチップ形固体電解コンデンサの構成を示した斜視図、図7は同チップ形固体電解コンデンサの内部構造を示した斜視図であり、図6と図7において、20は導電性高分子を固体電解質に用いたコンデンサ素子、21はこのコンデンサ素子20の陽極部、22は同陰極部、23は同絶縁部であり、このように構成された2枚のコンデンサ素子20を互いに反対方向に重ねて配設したものである。
24は上記コンデンサ素子20の陽極部21に一端が接続された陽極リード端子、25は同じくコンデンサ素子20の陰極部22に一端が接続された陰極リード端子、26はこれらをモールドした外装樹脂であり、これにより固体電解コンデンサが形成され、この固体電解コンデンサの側面と底面に陽極リード端子24と陰極リード端子25が夫々対向して表出し、4端子構造の固体電解コンデンサを構成するようにしたものである。
このように構成された従来のチップ形固体電解コンデンサは、高周波特性ならびにノイズ吸収性に優れ、低ESL化を実現できるというものであった。
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
特開平6−120088号公報
しかしながら上記従来のチップ形固体電解コンデンサでは、1枚のコンデンサ素子または複数枚のコンデンサ素子を積層して外装樹脂でモールドし、陽極/陰極端子を夫々引き出した、一般的な2端子構造のものと比べると、高周波特性に優れ、かつ低ESL化も実現してはいるものの、この構造においてはESLを500pH程度に押さえ込むのが限界であり、昨今の市場において加速する要求である200pH以下というレベルに対してはまだまだ不十分であり、更なる低ESL化が必要であるという課題があった。
従って、本発明者らは、このような更なる低ESL化を実現するために、特願2006−26812号にて、以下のようなチップ形固体電解コンデンサを提案している。
図8(a)〜(d)は上記本発明者らが提案したチップ形固体電解コンデンサの構成を示した平面断面図、正面断面図、底面断面図、底面図であり、図8において、31はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子31は、表面を粗面化して誘電体酸化皮膜層が形成された弁作用金属からなる陽極体の所定の位置に図示しない絶縁部を設けて陽極電極部32と陰極形成部(図示せず)に分離し、この陰極形成部の誘電体酸化皮膜層上に導電性高分子からなる固体電解質層、カーボンと銀ペーストからなる陰極層(全て図示せず)を順次積層形成することにより陰極電極部33を形成して構成されたものである。
34は上記コンデンサ素子31を複数枚積層したコンデンサ素子積層体であり、このコンデンサ素子積層体34はコンデンサ素子31の陽極電極部32が交互に相反する方向に配設されるように複数枚を積層することにより構成されたものである。
35はコンデンサ素子積層体34の陽極電極部32を一体に接合した陽極コムフレーム、36は同じくコンデンサ素子積層体34の陰極電極部33を一体に接合した陰極コムフレームである。
37は上記陽極コムフレーム35を上面に接合した陽極コム端子であり、この陽極コム端子37は幅方向の両端に夫々薄肉部37bが設けられ、この薄肉部37bを除く中央部分が実装時の陽極端子部37aとなるものである。
38は上記陰極コムフレーム36を上面に接合した陰極コム端子であり、この陰極コム端子38は幅方向の中央部に薄肉部38bが設けられ、この薄肉部38bを除く両端部分が実装時の陰極端子部38aとなるものである。
39は上記コンデンサ素子積層体34、陽極コムフレーム35、陰極コムフレーム36、陽極コム端子37、陰極コム端子38を一体に被覆した絶縁性の外装樹脂であり、上記陽極コム端子37、陰極コム端子38に夫々設けた薄肉部37b、38bもこの外装樹脂39により一体に被覆され、チップ形固体電解コンデンサの実装面となる下面には陽極端子部37aと陰極端子部38aが夫々対向する2箇所に露呈した4端子構造を構成しているものである。
このように構成されたチップ形固体電解コンデンサは、実装面となる下面に陽極端子部37aと陰極端子部38aが夫々対向する2箇所に露呈した4端子構造とした構成により、各端子間に流れる電流によって発生する磁束をお互いに打ち消し合い、ESLを大きく低減することができるようになり、更に各端子間距離を可能な限り近づけて電流のループ面積を小さくすることにより更なる低ESL化を図ることが可能になるというものであり、ESLを従来品の522pHから98pHへと、約1/5以下にまで低減することができるというものである。
しかしながらこのように構成されたチップ形固体電解コンデンサにおいては、ESLを大幅に低減してはいるものの、更なる低ESL化を図るのが困難であるという課題を有したものであった。
本発明はこのような従来の課題を解決し、更なる低ESL化を実現することが可能なチップ形固体電解コンデンサを提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するために本発明は、長手方向に陽極電極部と陰極電極部が設けられた平板状のコンデンサ素子を陽極電極部を交互に相反する側に配置して厚み方向に積層した素子積層体と、この素子積層体の幅方向を上下にした状態で素子積層体の各陽極電極部が夫々接合され、かつ、実装面となる底面に面実装用の陽極端子部を設けた陽極端子と、この陽極端子に設けた陽極端子部と同一面に面実装用の陰極端子部を有して陽極端子間に配設され、上記素子積層体の陰極電極部が接合された陰極端子と、上記陽極端子部ならびに陰極端子部が露呈する状態で上記素子積層体を被覆した絶縁性の外装樹脂からなり、上記陽極端子どうしをインダクタ部で電気的に接続した構成にしたものである。
以上のように本発明によるチップ形固体電解コンデンサは、コンデンサ素子の陽極電極部と陰極電極部を最短距離で結ぶ構成で面実装用の陽極端子部ならびに陰極端子部を配置することにより電流のループ面積を小さくすることができることに加え、陽極端子どうしをインダクタ部で電気的に接続した構成によりπ型フィルタを形成し、これによりESLを大幅に低減することができるようになるという効果が得られるものである。
(実施の形態1)
以下、実施の形態1を用いて、本発明の特に請求項1、4〜6に記載の発明について説明する。
図1(a)〜(e)は本発明の実施の形態1によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した平面断面図、正面断面図、側面断面図、底面断面図、底面図であり、図1において、1はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子1は、表面を粗面化して誘電体酸化皮膜層が形成された弁作用金属からなる陽極体の所定の位置に絶縁部2を設けて陽極電極部3と陰極形成部(図示せず)に分離し、この陰極形成部の誘電体酸化皮膜層上に導電性高分子からなる固体電解質層、カーボンと銀ペーストからなる陰極層(全て図示せず)を順次積層形成することにより陰極電極部4を形成し、これにより長手方向に陽極電極部3と陰極電極部4が設けられた平板状のコンデンサ素子1が構成されているものである。
5は上記コンデンサ素子1を複数枚積層した素子積層体であり、この素子積層体5はコンデンサ素子1の幅方向を上下にした状態で陽極電極部3を交互に相反する側に配置して厚み方向に偶数単位で複数枚(本実施の形態では6枚)を積層することにより構成されたものであり、各陰極電極部4間は図示しない導電性銀ペーストにより接着され、素子積層体5の両端に位置する陽極電極部3は夫々陽極接合部材6の一部を陽極電極部3の外周に巻き付けて束ねるようにし、抵抗溶接等の手段によって結束しているものであるが、この陽極接合部材6は必要不可欠な部材ではない。
7は陽極端子、7aはこの陽極端子7の実装面となる下面の両端を上方に折り曲げることにより設けられた段部、7bはこの陽極端子7の一部を突出させて後述する外装樹脂の側面に沿って上方へ折り曲げた折り曲げ部であり、上記素子積層体5の各陽極電極部3を結束した陽極接合部材6をこの陽極端子7上に搭載し、抵抗溶接等の手段によって機械的かつ電気的に接合するようにしているものである。
8は陰極端子、8aはこの陰極端子8の実装面となる下面の両端を除く部分を上方へ折り曲げることにより設けられた段部、8bはこの陰極端子8の一部を突出させて後述する外装樹脂の側面に沿って上方へ折り曲げた折り曲げ部であり、上記素子積層体5の陰極電極部4をこの陰極端子8上に搭載し、図示しない導電性銀ペーストによって機械的かつ電気的に接合するようにしているものである。
9は絶縁性の外装樹脂であり、この外装樹脂9は上記素子積層体5、陽極端子7の一部、陰極端子8の一部を一体に被覆することにより、実装面となる下面には陽極端子7と陰極端子8が夫々対向する2箇所に露呈した4端子構造を実現したものであり、上記陽極端子7に設けた段部7a、陰極端子8に設けた段部8aもこの外装樹脂9に被覆されて外観には表出しないようにしているものである。
このように構成された本実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサは、コンデンサ素子の厚み方向を上下方向として複数枚を積層した従来の構成に比べて、コンデンサ素子の幅方向を上下方向とした構成により、コンデンサ素子の幅寸法を小さくしてチップ形固体電解コンデンサの高さ寸法を抑え、かつ、コンデンサ素子の厚み方向にコンデンサ素子を積層する枚数を多くすることによってESRの低減を図ることが可能になり、更に、陽極端子7と陰極端子8が実装面となる下面の対向する2箇所に夫々露呈した4端子構造とした構成により、各端子間に流れる電流によって発生する磁束をお互いに打ち消し合ってESLを大幅に低減することができるようになり、従来品と比較して1/10にまで低減できるという格別の効果を奏するものである。
また、上記陽極端子7ならびに陰極端子8の一部に、外装樹脂9の側面に沿って上方へ折り曲げた折り曲げ部7b、8bを設けた構成により、半田付け作業時に半田フィレットが形成され易くなるばかりでなく、半田付け状態を上面から確認できるようになるという効果が得られ、信頼性の高い半田付け作業を行うことが可能になるものである。
なお、本実施の形態においては、コンデンサ素子1を6枚積層して素子積層体5を構成した例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、コンデンサ素子1の積層枚数は要望される仕様や作業性等に応じて適宜決定すれば良いものであるが、本発明による効果をより多く引き出すためには、コンデンサ素子1の幅寸法を小さくし、積層枚数を可能な限り多くする方が好ましいものであり、更に、積層枚数は奇数でも構わないが、積層枚数を偶数にすることにより、各コンデンサ素子1に流れる電流によって発生する磁束をお互いに打ち消し合うことができるために、より好ましいと言えるものである。
(実施の形態2)
以下、実施の形態2を用いて、本発明の特に請求項2に記載の発明について説明する。
本実施の形態は、上記実施の形態1で図1を用いて説明したチップ形固体電解コンデンサの一対の陽極端子どうしを電気的に接続するインダクタ部を設けた点が異なるものであり、これ以外の構成は実施の形態1と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。
図2(a)〜(e)は本発明の実施の形態2によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した平面断面図、正面断面図、側面断面図、底面断面図、底面図であり、図2において、10は一対の陽極端子7どうしを電気的に接続するように設けられた板状のインダクタ部であり、このインダクタ部10は一対の陽極端子7と一体品で設けても良く、また別部品として設けても良いものである。
このように構成された本実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサは、上記実施の形態1によるチップ形固体電解コンデンサにより得られる効果に加え、一対の陽極端子7どうしを板状のインダクタ部10で連結して電気的に接続した構成により、π型フィルタを形成して更なる低ESL化を図ることができるようになるという格別の効果を奏するものである。
(実施の形態3)
以下、実施の形態3を用いて、本発明の特に請求項2に記載の発明について説明する。
本実施の形態は、上記実施の形態2で図2を用いて説明したチップ形固体電解コンデンサの一対の陽極端子どうしを電気的に接続したインダクタ部の構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態2と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。
図3(a)〜(e)は本発明の実施の形態3によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した平面断面図、正面断面図、側面断面図、底面断面図、底面図であり、図3において、11は板状のインダクタ部であり、このインダクタ部11は、素子積層体5の両端に位置する各陽極電極部3を夫々結束した一対の陽極接合部材6どうしを電気的に接続するように設けられたものであり、コンデンサ素子1の積層方向の始終端に1本ずつ、計2本を配設して構成したものである。
このように構成された本実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサは、上記実施の形態2によるチップ形固体電解コンデンサにより得られる効果と同様の効果が得られるものである。
(実施の形態4)
以下、実施の形態4を用いて、本発明の特に請求項3に記載の発明について説明する。
本実施の形態は、上記実施の形態2で図2を用いて説明したチップ形固体電解コンデンサの一対の陽極端子どうしを電気的に接続したインダクタ部の構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態2と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。
図4(a)〜(e)は本発明の実施の形態4によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した平面断面図、正面断面図、側面断面図、底面断面図、底面図であり、図4において、12は板状で、かつ蛇腹状に形成したインダクタ部であり、このインダクタ部12も一対の陽極端子7どうしを電気的に接続するように設けられたものである。
このように構成された本実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサは、上記実施の形態2によるチップ形固体電解コンデンサにより得られる効果に加え、インダクタ部12のインダクタンス値を変化させる自由度が増大するために、ESLの制御を容易に行うことが可能になるという格別の効果を奏するものである。
(実施の形態5)
以下、実施の形態5を用いて、本発明の特に請求項3に記載の発明について説明する。
本実施の形態は、上記実施の形態3で図3を用いて説明したチップ形固体電解コンデンサの一対の陽極接合部材どうしを電気的に接続したインダクタ部の構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態3と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。
図5(a)〜(e)は本発明の実施の形態5によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した平面断面図、正面断面図、側面断面図、底面断面図、底面図であり、図5において、13は板状で、かつ蛇腹状に形成したインダクタ部であり、このインダクタ部13も素子積層体5の両端に位置する各陽極電極部3を夫々結束した一対の陽極接合部材6どうしを電気的に接続するように設けられたものである。
このように構成された本実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサは、上記実施の形態3によるチップ形固体電解コンデンサにより得られる効果に加え、インダクタ部13のインダクタンス値を変化させる自由度が増大するために、ESLの制御を容易に行うことが可能になるという格別の効果を奏するものである。
以上のように構成された本実施の形態1〜5のチップ形固体電解コンデンサのESL特性を測定した結果を比較例としての従来品と比較して(表1)に示す。
Figure 2008135425
(表1)から明らかなように、本実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサは、ESLを従来品の1/10以下にまで低減することができ、かつ、そのバラツキも小さいことから、高周波対応に対する昨今の高い要求にも十分に対応することができるものである。
本発明によるチップ形固体電解コンデンサは、ESLを大きく低減することができるという効果を有し、特に高周波応答性が要求される分野等のコンデンサとして有用である。
(a)本発明の実施の形態1によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した平面断面図、(b)同正面断面図、(c)同側面断面図、(d)同底面断面図、(e)同底面図 (a)本発明の実施の形態2によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した平面断面図、(b)同正面断面図、(c)同側面断面図、(d)同底面断面図、(e)同底面図 (a)本発明の実施の形態3によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した平面断面図、(b)同正面断面図、(c)同側面断面図、(d)同底面断面図、(e)同底面図 (a)本発明の実施の形態4によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した平面断面図、(b)同正面断面図、(c)同側面断面図、(d)同底面断面図、(e)同底面図 (a)本発明の実施の形態5によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した平面断面図、(b)同正面断面図、(c)同側面断面図、(d)同底面断面図、(e)同底面図 従来のチップ形固体電解コンデンサの構成を示した斜視図 同チップ形固体電解コンデンサの内部構造を示した斜視図 (a)従来の他のチップ形固体電解コンデンサの構成を示した平面断面図、(b)同正面断面図、(c)同底面断面図、(d)同底面図
符号の説明
1 コンデンサ素子
2 絶縁部
3 陽極電極部
4 陰極電極部
5 素子積層体
6 陽極接合部材
7 陽極端子
7a、8a 段部
7b、8b 折り曲げ部
8 陰極端子
9 外装樹脂
10、11、12、13 インダクタ部

Claims (6)

  1. 長手方向に陽極電極部と陰極電極部を設けた平板状のコンデンサ素子を幅方向を上下にした状態で、上記陽極電極部を交互に相反する側に配置して厚み方向に偶数単位で積層した素子積層体と、この素子積層体の両端に位置する各陽極電極部を上面に接合した一対の陽極端子と、同じく陰極電極部を上面に接合した陰極端子と、上記陽極端子ならびに陰極端子の実装面となる下面が露呈する状態でこれらを被覆した絶縁性の外装樹脂からなるチップ形固体電解コンデンサ。
  2. 一対の陽極端子どうしを電気的に接続するインダクタ部を設けた請求項1に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
  3. 一対の陽極端子どうしを電気的に接続するインダクタ部を蛇腹状に形成した請求項2に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
  4. 素子積層体を構成するコンデンサ素子の各陽極電極部を一体に接合する陽極接合部材を設け、この陽極接合部材を陽極端子の上面に接合した請求項1に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
  5. 陽極端子の実装面となる下面の両端に段部または薄肉部を設け、この段部または薄肉部が夫々外装樹脂で被覆されるようにした請求項1に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
  6. 陰極端子の実装面となる下面の両端を除く部分に段部または薄肉部を設け、この段部または薄肉部が外装樹脂で被覆されるようにした請求項1に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
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