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

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。

（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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