JP2008235718A - チップ形アルミニウム電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】チップ形アルミニウム電解コンデンサにおいて、製品高さを変えることなく絶縁板の強度の向上を図る。
【解決手段】陽極箔と陰極箔に、引き出しリード線３を接続し、セパレータを介して巻回したコンデンサ素子１と、電解質を含浸させたコンデンサ素子１を収納する有底筒状の金属製容器２と、容器２の開口端を封口すると共にコンデンサ素子１に接続した引き出しリード線３が挿通される挿通孔を有した弾性封口材４とで形成されるコンデンサ本体と、引き出しリード線３が挿通される挿通孔および引き出しリード線が収納される端子溝を有した絶縁板５とを取り付けてなるチップ形アルミニウム電解コンデンサにおいて、絶縁板５のコンデンサ本体封口部側の面と、封口材４との下端面との間には、空隙部が形成され、絶縁板５のコンデンサ本体封口側の面の周縁部には、容器２の下端部の外周面に対して接触しない状態で凸部５ｆが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、チップ形アルミニウム電解コンデンサに関し、特に縦型のチップ形アルミニウム電解コンデンサに関するものである。

従来から実用化されているチップ形アルミニウム電解コンデンサには、例えば図６に示す縦型のものがある（特許文献１参照）。なお、以下の説明においては、この従来技術を「従来例」と称する。

このチップ形アルミニウム電解コンデンサは一般に次のように製造される。まず、高純度のアルミニウム箔にエッチング処理を施して表面積を拡大させる。このアルミニウム箔に化成処理を施してコンデンサの誘電体となる酸化皮膜を形成させた陽極箔、およびエッチング処理された陰極箔を製造する。この陽極箔および陰極箔（以下、この両者をあわせて「電極箔」と称する）を、セパレータを介して巻回し、コンデンサ素子１を作製する。
続いて、このコンデンサ素子１に電解質を含浸させ、含浸後のコンデンサ素子１を、有底円筒状の収納容器２に収納する。この収納容器２には、主としてアルミニウム製ケースが用いられる。収納容器２の開口端は、電極を取り出すための引き出しリード線３が挿通される挿通孔を備えた封口材４によって封止される。
この封口材４としては、主にイソブチレン−イソプレンラバー（ＩＩＲ）やエチレンプロピレンターポリマー（ＥＰＴ）のような弾性ゴムが用いられる。封口材４の引き出しリード線挿通孔は、針穴加締や超音波溶接等により電極箔に接合された引き出しリード線３を挿通させることによって、その隙間が密封される。
このように作製されたコンデンサ本体に、引き出しリード線３が挿通可能な挿通孔を備えた、樹脂等からなる絶縁板５をコンデンサ本体の封口側に取り付け、絶縁板５に備えられている端子溝に沿って引き出しリード線３を折り曲げ、表面実装に対応できる形状とする。

上記のような縦型のチップ形アルミニウム電解コンデンサは、加熱・加圧を伴うモールド加工等をせずに作製が可能であり、コンデンサ素子の特性劣化を生じさせることなく製品化ができるので、高い実用性を有している。

上述のとおり、上記のチップ形アルミニウム電解コンデンサは、その駆動用としてγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ：沸点２０４℃）やエチレングリコール（ＥＧ：沸点１９８℃）等を主溶媒とする電解液、またはポリチオフェン、ポリピロール等の固体電解質が用いられている。

ところで、上記のチップ形アルミニウム電解コンデンサは、基板実装時にリフロー工程による表面実装が行われる。このリフロー実装では、スクリーンマスクを用いて基板ランドパターンにクリーム状のはんだを塗布し部品を搭載した状態で、基板自体をはんだ溶融温度以上の高温雰囲気中ではんだ付けを行う。

さらに、環境対応を配慮して、実装に使用されるはんだも従来の共晶はんだ（Ｓｎ−３７Ｐｂ：融点約１８３℃）から、鉛を含まない無鉛はんだ（例えばＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ：融点約２１７℃）への切り替えも進んでおり、リフロー実装時に部品がおかれる温度はますます上昇している。

このリフロー実装工程においては、基板に搭載されるチップ形アルミニウム電解コンデンサ自体が高温雰囲気におかれることにより、内部に含まれる電解液または未重合の固体電解質や溶媒の蒸散が起こり、コンデンサ本体の内部圧力が上昇する。この内部圧力（図６（ｃ）において矢印Ｐで表される圧力）の上昇により封口材４の変形が引き起こされ、これに起因する絶縁板５への圧力による変形が起こり、図６（ｃ）に示すように、リード線が絶縁板底面より浮き上がりはんだ付け不良を起こしてしまう可能性がある。

上記の封口材の変形を抑制する方法として、例えば特許文献２に示されるような封口材が提案されているが、近年、機器の小形化に伴い、縦型のチップ形アルミニウム電解コンデンサの低背化が進み、弾性封口材の厚さも薄形化していることに鑑みると、特許文献２で提示されている方法には限界がある。

また、縦型のチップ形アルミニウム電解コンデンサが低背化されるにつれて、絶縁板の薄形化も進んでいるが、この薄形化により絶縁板の割れが発生しやすくなっている。

このような背景から、絶縁板自体には耐熱変形性および耐負荷変形性を含めた強度の向上が必要となる。

上記のような絶縁板の強度向上を図ることを目的として、例えば特許文献３に提示されているように、絶縁板の厚さを部分的に増し、封口材と当接させる方法があるが、この場合、絶縁板と封口材が当接しているため、リフロー実装時に引き出しリード線および基板ランドに与えられる熱が絶縁板を通してコンデンサ本体へ奪われてしまい、結果として、はんだ接合部では充分な加熱がされず、はんだ付け不良を起こしてしまうという可能性が内在している。

特許第２７０３７１８号公報 特開２０００−１８２９０６号公報 特許第２８４７７１８号公報

本発明は、上記技術的課題に鑑みなされたもので、製品高さを変えることなく絶縁板の強度の向上を図り、以って基板実装時の歩留を向上させ得るチップ形アルミニウム電解コンデンサの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、アルミニウム箔に化成皮膜を形成した陽極箔と陰極箔とに、電極取り出し用の引き出しリード線を接続し、セパレータを介して巻回したコンデンサ素子と、電解質を含浸させたコンデンサ素子を収納するための有底筒状の金属製の収納容器と、この収納容器の開口端を封口すると共に上記コンデンサ素子に接続した引き出しリード線が挿通される挿通孔を有した弾性封口材とで形成されるコンデンサ本体と、樹脂により形成され、上記引き出しリード線が挿通される挿通孔および引き出しリード線が収納される端子溝を有した絶縁板とを取り付けてなるチップ形アルミニウム電解コンデンサにおいて、上記絶縁板のコンデンサ本体封口部側の面と、上記弾性封口材との下端面との間に、空隙部が形成され、上記絶縁板のコンデンサ本体封口側の面の周縁部に、上記収納容器の下端部の外周面に対して接触しない状態で凸部が設けられている。

上記構成によると、絶縁板の封口材との対向面と、封口材の下端面との間に隙間が形成され、かつ、凸部が絶縁板の上記対向面側周縁部において収納容器の下端部外周面に接触しない状態で形成されているので、はんだリフロー時のコンデンサ本体の内部圧力の上昇に伴う封口材の変形によって絶縁板に反りが生じようとしても、凸部により、絶縁板の周縁部の厚さが増すので、絶縁板の反りや製品膨張が抑制される。

また、上記凸部は、上記収納容器を取り囲むように配置されている。これは、上記凸部が、上記収納容器を取り囲むように一体形成されてなる単体であってもよく、あるいは、上記凸部が、上記収納容器を取り囲むように複数に分割されてなる分割体であってもよいことを意味する。

上記構成によると、上記凸部の上記封口材の変形に対する絶縁板の反りを間接的に抑える力が増強される。

なお、上記凸部は、互いに対向する上記絶縁板の引き出しリード線挿通孔を結ぶ線分および／または当該線分の中心線に対して線対称関係をなすことが好ましい。この場合、上記凸部の絶縁板反り抑制力はより増強される。

本発明では、封口材の変形に対し、絶縁板に反りが生じようとしても絶縁板の強度が増してその反りを抑えることができ、特に凸部（外周リブ）により間接的に絶縁基板の反りを抑えるので、絶縁板全体としては、上述の封口材の変形に伴う圧力により耐えられる構造となる。
また、絶縁板の凸部は、収納容器の下端部の外周面と接触していないため、リフローはんだ付けの際に、引き出しリード線に加わった熱が絶縁板に伝わった後、絶縁板凸部からコンデンサ本体へ直接伝わらないため、はんだ付け不良を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る縦型のチップ形アルミニウム電解コンデンサの構成を示しており、同図（ａ）は断面概略図、同図（ｂ）はコンデンサ本体封口部に面する側から見た絶縁板概略図、同図（ｃ）は同図（ｂ）のＦ−Ｆ’線に沿う断面概略図である。

図１を参照して説明する。本実施の形態に係る縦型のチップ形アルミニウム電解コンデンサは、
（１）アルミニウム箔に化成皮膜を形成した陽極箔と陰極箔とに、電極取り出し用の引き出しリード線３を接続し、セパレータを介して巻回したコンデンサ素子１と、電解液を含浸したコンデンサ素子１を収納するための、有底筒状の金属製の収納容器２と、該収納容器２の開口端を封口すると共にコンデンサ素子１に接続した引き出しリード線３が挿通される挿通孔を有した弾性封口材４とで形成されるコンデンサ本体と、
（２）樹脂により形成され、引き出しリード線３が挿通される挿通孔および引き出しリード線が収納される端子溝を有した絶縁板５と、
を取り付けてなる。

収納容器２は、アルミニウムを素材として作製されたケースである。他方、封口材４は、イソブチレン−イソプレンラバー（ＩＩＲ）やエチレンプロピレンターポリマー（ＥＰＴ）のような弾性ゴムを素材として作製されている。

絶縁板５のコンデンサ本体封口部側の面と、封口材４の下端面との間には、空隙部が形成されている。この空隙部の寸法は、製品の高さにできる限り変化を与えない（即ち、製品の高さを大きくしない）ように設定されている。

また、絶縁板５のコンデンサ本体封口側の面の周縁部（換言すると、封口領域の外縁部）には、収納容器２の下端部の外周面に対して接触しない状態で４個の凸部５ｆが設けられている。

凸部５ｆは、直方体形をなす長手の部材であって、収納容器２を取り囲むように配置されている。具体的には、図１（ｂ）に示されているように、左右方向に関する凸部５ｆは、その中央が互いに対向する絶縁板５の引き出しリード線挿入孔を結ぶ線分の延長線上に位置するように、当該挿入孔を挟んで対向配置されている。換言すると、これらの左右方向に関する凸部５ｆ同士は、上記一対の引き出しリード挿入孔を結ぶ線分に対して線対称関係をなしている。
他方、上下方向に関する凸部５ｆは、その中央が互いに対向する絶縁板５の引き出しリード線挿入孔を結ぶ線分の中心の延長線上に位置するように、当該挿入孔を挟んで対向配置されている。換言すると、これらの左右方向に関する凸部５ｆ同士は、上記一対の引き出しリード挿入孔を結ぶ線分の中心線に対して線対称関係をなしている。即ち、上記４個の凸部５ｆは、互いに対向する上記絶縁板の引き出しリード線挿通孔を結ぶ線分および当該線分の中心線に対して線対称関係を有している。

ここで、本縦型のチップ形アルミニウム電解コンデンサの製造方法について説明する。

まず、高純度のアルミニウム箔にエッチング処理を施して表面積を拡大させておき、このアルミニウム箔に化成処理を施してコンデンサの誘電体となる酸化皮膜を形成した陽極箔、およびエッチング処理された陰極箔を作製する。この陽極箔および陰極箔（以下、この両者をあわせて「電極箔」と称する）を、セパレータを介して巻回し、コンデンサ素子１を作製する。
続いて、このコンデンサ素子１に電解液を含浸させ、含浸済みのコンデンサ素子１を収納容器２に収納する。その後、コンデンサ素子収納済みの収納容器２の開口端を封口材４によって封止する。
なお、封口材４の引き出しリード線挿通孔は、針穴加締や超音波溶接等により電極箔に接合された引き出しリード線３を挿通させることによって、その隙間が密封される。この段階でコンデンサ本体が完成する。

次に、コンデンサ本体の封口側に絶縁板５を取り付け、コンデンサ本体の開口端を封止する。

そして、コンデンサ本体から引き出された引き出しリード線３を絶縁板５の挿入孔に挿入後、この挿入孔に連通する端子溝に沿って引き出しリード線３を折り曲げることによって、表面実装に対応できる形状とする。

上記のようにして製造されたチップ形アルミニウム電解コンデンサは、基板実装時にリフロー工程による表面実装が行われる。このリフロー実装では、スクリーンマスクを用いて基板ランドパターンにクリームはんだを塗布し部品を搭載した状態で、基板自体をはんだ溶融温度以上の高温雰囲気におかれてはんだ付けを行う。

このリフロー実装工程においては、基板に搭載されるチップ形アルミニウム電解コンデンサ自体が高温雰囲気におかれることにより、内部に含まれる電解液の蒸散が起こり、コンデンサ本体の内部圧力が上昇する。この内部圧力の上昇により封口材４の変形が発生する。

このとき、絶縁板５の封口材４との対向面と封口材４の下端面との間に隙間が形成され、かつ、凸部５ｆが絶縁板５の上記対向面側周縁部において収納容器２の下端部外周面に接触しない状態で形成されているので、上記封口材４の変形によって絶縁板２に反りが生じようとしても、凸部５ｆにより、絶縁板の周縁部の厚さが増しているので、絶縁板２の反りや製品膨張が抑制される。

なお、本実施の形態において、上記凸部５ｆの断面形状は、四角形に限定されるものではなく、三角形であってもよく、また円弧形であってもよい。あるいは、台形や半円形のような形状でもよい。

上記の絶縁板５の特性調査（ホットホイル試験後の絶縁板５の反り、およびリフロー後の絶縁板５の反り、並びに折り曲げ強度試験）を行った結果を、上述した従来例（特許文献１）と比較して表１に示す。なお、試作試験を行った絶縁板のサイズはφ６．３ｍｍであり、リフロー条件はピーク温度が２６０℃、２３０℃を超える時間が６０秒、リフロー処理回数は２回である。

（ホットオイル試験）
図２は加熱したオイル中での静荷重印加による絶縁板反りの試験方法を図解的に示す図である。

図２を参照して説明する。ホットオイル試験では、所定の温度（本特性調査では２６０℃とした）に加熱したシリコンオイル中に絶縁板（試料座板）を浸漬させた状態で、この絶縁板を試験治具のコレットでつかみながら絶縁板の中央に静荷重（本特性調査では重りの重量は１００ｇ）を一定時間（本特性調査では３０秒間）印加した後の絶縁板の反りを測定し、絶縁板の耐反り性を調査した。

（折り曲げ強度試験）
図３は折り曲げ強度試験方法の簡略図、図４は図３のＸ部の拡大図である。

図３および図４を参照して説明する。折り曲げ強度試験では、絶縁板のおよそ半分を固定治具にて固定し、他方に一定速度（本特性調査では１２ｍｍ／ｍｉｎ）でプッシュプルゲージ（ブッシュプルスケール）を降下させて動的荷重を印加し、絶縁板が破壊する荷重を測定し、絶縁板の耐折り曲げ性を調査した。

（絶縁板の反り測定位置）
図５は絶縁板の反り測定位置を示す図である。

図５を参照して説明する。絶縁板の反りは、当該絶縁板の中央部を基準点とし、陽極側の浮き上がりＨ１および陰極側の浮き上Ｈ２がりの寸法を測定し、両者の和（Ａ＋Ｂ）を絶縁板全体の反りとして算出する。

（特性比較結果）
表１の結果から明らかなように、本実施の形態のような状態で、絶縁板の封口材との対向面と封口材の下端面との間に隙間を形成し、かつ、凸部を絶縁板の上記対向面側周縁部において収納容器の下端部外周面に接触しない状態で形成することで、絶縁板の変形が従来例に比べ抑制されている。

２６０℃、１００ｇ静荷重、３０秒浸漬下でのホットホイル試験後の絶縁板の反り量で比較すると、本実施の形態では、従来例に対して、平均値で０．００９ｍｍ、最大値で０．０２４ｍｍ抑制されている。

また、リフロー後の絶縁板の反り量で比較すると、従来例に対して、平均値で０．０２５ｍｍ、最大値で０．０２８ｍｍ抑制されている。

さらに、折り曲げ強度で比較すると、本実施の形態では、従来例に対しては平均値で０．２Ｎ抑制されている。

このように、絶縁板の強度を向上させ変形を抑制したことで、コンデンサの製品としての製品高さに関する変化も抑制可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では４個の凸部の絶縁板の引き出しリード線挿入孔を結ぶ線分および当該線分の中心線に対して線対称をなす関係を有している例について記載したが、例えば、凸部が、収納容器を取り囲むように一体形成されてなり、かつ、上記の線対称をなす単体であってもよく、あるいは、３個または５個以上の凸部が、収納容器を取り囲むように等間隔に複数に分割されてなり、かつ、上記の線対称をなす分割体であってもよい。
すなわち、凸部は、絶縁板の引き出しリード線挿入孔を結ぶ線分および／または当該線分の中心線に対して線対称関係を有していれば、どのような配置態様であってもよいのである。
その他、本明細書に添付の特許請求の範囲内での種々の設計変更および修正を加え得ることは勿論である。

本発明は、製品高さを変えることなく絶縁板の強度の向上を図り、以って基板実装時の歩留を向上させ得るゆえ、チップ形アルミニウム電解コンデンサ、特に縦型のチップ形アルミニウム電解コンデンサとして有用である。

本発明の実施の形態に係る縦型のチップ形アルミニウム電解コンデンサの構成図で、（ａ）は断面概略図、（ｂ）はコンデンサ本体封口部に面する側から見た絶縁板概略図、（ｃ）は同図（ｂ）のＦ−Ｆ’線に沿う断面概略図である。 反り試験方法を図解的に示す図である。 折り曲げ強度試験方法を簡略化して示す図である。 図３のＸ部の拡大図である。 絶縁板の反り測定位置を示す図である。 従来例に係る縦型のチップ形アルミニウム電解コンデンサの構成図で、（ａ）は側面外観図、（ｂ）は部分断面図、（ｃ）は内部圧力によって引き起こされる封口材および絶縁板の変形を模式的に示す図である。

符号の説明

１ コンデンサ素子
２ 収納容器
３ 引き出しリード線
４ 封口材
５ 絶縁板
５ｆ 凸部（絶縁板の強度向上用）
Ｐ コンデンサ本体内部で、加熱により発生する内部圧力

Claims (3)

1. アルミニウム箔に化成皮膜を形成した陽極箔と陰極箔とに、電極取り出し用の引き出しリード線を接続し、セパレータを介して巻回したコンデンサ素子と、電解質を含浸したコンデンサ素子を収納するための有底筒状の金属製の収納容器と、この収納容器の開口端を封口すると共に上記コンデンサ素子に接続した引き出しリード線が挿通される挿通孔を有した弾性封口材とで形成されるコンデンサ本体と、
   樹脂により形成され、上記引き出しリード線が挿通される挿通孔および引き出しリード線が収納される端子溝を有した絶縁板と、
   を取り付けてなるチップ形アルミニウム電解コンデンサにおいて、
   上記絶縁板のコンデンサ本体封口部側の面と、上記弾性封口材との下端面との間に、空隙部が形成され、
   上記絶縁板のコンデンサ本体封口側の面の周縁部に、上記収納容器の下端部の外周面に対して接触しない状態で凸部が設けられていることを特徴とするチップ形アルミニウム電解コンデンサ。
2. 上記凸部は、上記収納容器を取り囲むように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のチップ形アルミニウム電解コンデンサ。
3. 上記凸部は、互いに対向する上記絶縁板の引き出しリード線挿通孔を結ぶ線分および／または該線分の中心線に対して線対称関係をなすことを特徴とする請求項２に記載のチップ形アルミニウム電解コンデンサ。

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