JP2008258193A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＰＵの動作周波数は一層の高周波化とデュアル化、負荷電流はより大電流となっている。そのため、高周波に対応できる下面電極タイプの固体電解コンデンサのさらなるＥＳＲとＥＳＬの低減が必要である。
【解決する手段】固体電解コンデンサの少なくとも２個のコンデンサ素子の前記陽極リード部材は、相対する前記陽極体に向かって引き出されて配置したため、互いに逆向きの電流の流れになり、電流の逆向きの流れに伴って生じる磁界の相殺作用によりインダクタンスが抑制され、高周波領域のインピーダンスを減少させる。さらに、陰極端子はコンデンサ素子の陰極層が形成された領域の略全域に亘って接続し、さらに、陽極端子と陰極端子との間隔を陽極端子の幅より狭く形成することで、高周波領域のインピーダンスを減少させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント配線基板等に対する表面実装に適した下面電極型の固体電解コンデンサに関する。

近年はデジタル電子機器の高速処理化に伴って、ＣＰＵの動作周波数も高速化してきた。ＣＰＵが高速化すると消費電力が増加することになり、消費電力と発熱を抑えるため、ＣＰＵを低電圧駆動することが多くなってきた。そのため、負荷の作動状態が変動することで、ＣＰＵに急激な電力消費が発生した場合、ＣＰＵに十分な給電ができず、機器がシステムダウンしてしまう。

ここで、固体電解コンデンサのＥＳＲ（等価直列抵抗）の値Ｒ、ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）の値をＬ、固体電解コンデンサからＣＰＵへの給電電流をｉとすれば、固体電解コンデンサの内部で、

で示されるＶだけ電圧降下を生じる。即ち、ＥＳＲ、ＥＳＬが大きくなると、電圧降下も大きくなり、ＣＰＵへの給電を十分に保障することができなくなる。そのため、ＥＳＲ、ＥＳＬを極力小さくすることが必要である。

従来は、タンタルなど弁作用金属を用いた固体電解コンデンサでは、図１２のように固体電解コンデンサ内のコンデンサ素子（７０、７１）を並列してＥＳＬの改善を図ってきたが、まだ十分ではなかった。
特開2005-353709号公報

上記従来例に係る固体電解コンデンサは、複数の突出した陽極リード部材を具えたコンデンサ素子（７０，７１）を同一方向に並べ、複数の陽極リード部材（３１，３２）が接続された陽極端子１と、複数の陰極が接続された陰極端子２とが離間して一対の構成となっていた。

しかし、今日のＣＰＵの動作周波数は一層の高周波化と複合化、さらに、大電流が流せることが要求されている。そのため、現状よりさらなるＥＳＲとＥＳＬの低減が必要となる。

本発明は、上述のような固体電解コンデンサにおいて、ＥＳＬとＥＳＲを低減して高周波での変動に対応できる下面電極タイプの固体電解コンデンサを提供するものである。

上記従来例に係る固体電解コンデンサは、陽極リード部材を備えた陽極体の表面に誘電体皮膜層、陰極層を順次形成した少なくとも２個のコンデンサ素子と、前記陽極リード部材に接続された陽極端子と、前記陰極層に接続された陰極端子と、前記コンデンサ素子を被覆する外装樹脂とを備えた固体電解コンデンサであって、
前記２個のコンデンサ素子の前記陽極リード部材は、相対する前記陽極体に向かって引き出されて配置され、
前記陽極端子は、前記陽極リード部材２個を共通に接続するように構成配置され、
前記陰極端子は、前記陽極端子を挟んで第１陰極端子と第２陰極端子とで構成配置され、
前記陽極端子、前記第１陰極端子、前記第２陰極端子は、前記固体電解コンデンサの底面において、外装樹脂から各々露出した陽極露出面、第１陰極露出面、第２陰極露出面を有する。
好ましくは、記固体電解コンデンサの前記第１陰極端子、前記陽極端子、前記第２陰極端子の順に連なる方向を第１の方向、第１の方向に垂直な方向を第２の方向とし、
前記２個のコンデンサ素子は、該第１の方向に関して、該２個のコンデンサ素子の下面の陰極層が形成された領域の略全域に亘って、
前記第１陰極端子及び前記第２陰極端子の上面にそれぞれ対向して接続されたことを特徴とする。
好ましくは、前記第１陰極端子と前記陽極端子との間隔及び/または前記陽極端子と前記第２陰極端子との間隔は、前記第１方向に関して、前記陽極端子の幅より狭く形成されてなることを特徴とする。
好ましくは、前記陽極端子は、前記複数の陽極リード部材が接続された同一の陽極中継部材を介して接合されてなることを特徴とする。
好ましくは、前記陽極端子は前記固体電解コンデンサの高さ方向に突起した突起部を有し、前記突起部は、該固体電解コンデンサの底面側に開口を有し、さらに、前記陽極リード部材を接合したことを特徴とする。
好ましくは、前記突起部は開口側に鍔を有する。
好ましくは、前記突起部の固体電解コンデンサの底面側開口部に外装樹脂が充填されてなることを特徴とする。
好ましくは、前記陽極露出面は、前記第２方向に関して、前記固体電解コンデンサの両端から突出部が形成されてなることを特徴とする。

好ましくは、前記陽極露出面は、前記第２方向に関して、前記固体電解コンデンサの両端から前記固体電解コンデンサの高さ方向に折曲されてなることを特徴とする。

前記２個のコンデンサ素子の前記陽極リード部材は、相対する前記陽極体に向かって、引き出されて配置されているため、第1コンデンサ素子の陽極リード部材と第２コンデンサ素子の陽極リード部材は、互いに逆方向の電流が流れる。

このため、電流の逆向きの流れに伴って生じる磁界の相殺作用によりインダクタンスが抑制され、第１のコンデンサ素子のインダクタンスは、第２のコンデンサ素子との相互インダクタンスによって自己インダクタンスより小さくなり、インダクタンスが支配的な高周波領域のインピーダンスを減少させる。

上記のことから、固体電解コンデンサ内のＥＳＬとＥＳＲを減少できることから、負荷の変動に対して、ＣＰＵ内で急激な電力消費が発生した場合でも、固体電解コンデンサからＣＰＵへスムーズに電流を供給することができ、また、電圧降下も少なくなるため、負荷の変動が大きくなってもＣＰＵの動作の安定を保つことができる。

さらに、第１方向に関して、対向した前記複数のコンデンサ素子の下面には、前記陰極層が形成された領域の略全域に亘って、前記第１陰極端子と前記第２陰極端子との上面が対向して接続されたことにより、前記陽極端子から前記第１、第２陰極端子に流れる電流の向きが反対になり、電流の逆向きの流れに伴って生じる磁界の相殺作用によりインダクタンスが抑制され、インダクタンスが支配的な高周波領域のインピーダンスを減少させることができる。

また、前記陽極端子に直接突起部を設けることで、前記陽極中継部材を使用するより製造方法がより容易となる。

また、前記第２方向に対して、前記陽極端子の両端に突出部、または、コンデンサの高さ方向に折曲部を設けることで、実装したときの半田の状態を確認できるため、半田不良が低減できる。
また、固体電解コンデンサの両端に陰極、中央に陽極となるため、無極性のように取扱うことができ、基板への実装が容易となる。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。

［実施例１］
本発明の実施例１に係る固体電解コンデンサの構成を、図１、図２に示す。図１の（ａ）は、固体電解コンデンサの上面から見た略透視図であり、（ｂ）は同図（ａ）に示した構成のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は同Ｂ−Ｂ’断面図、（ｄ）は同図（ａ）の下から見た下面図である。

この固体電解コンデンサは、図２に示すように、弁作用金属（タンタル、ニオブ、チタン、アルミニウム等）の焼結体からなる陽極体３の表面に、該陽極体表面を酸化させた誘電体皮膜層４、二酸化マンガン等の導電性無機材料、或いはＴＣＮＱ錯塩、導電性ポリマー等の導電性有機材料からなる固体電解質層５ａ、導電性カーボン、銀ペースト等からなる陰極引出層５ｂ（ここで、固体電解質層と陰極引出層とを合わせて陰極層５と称す）を順次形成してコンデンサ素子を構成し、
該コンデンサ素子である第１コンデンサ素子７０、第２コンデンサ素子７１の各々の陽極リード部材は、相対する陽極体に向かって引き出された第１陽極リード部材３１、第２陽極リード部材３２を陽極端子１に接続した。ここで、第１陽極リード部材３１、第２陽極リード部材３２と陽極端子１の間に陽極中継部材３５を介在させて接続した。

第１、第２コンデンサ素子７０、７１の陰極引出層に第１、第２陰極端子２１、２２を接続し、エポキシ樹脂等からなる外装樹脂６にて被覆した。このとき、第１、第２陽極端子１３、１４及び第１、第２陰極端子２１、２２は、固体電解コンデンサの底面において外装樹脂から各々露出した第１、第２陽極露出面１０、１１及び第1、第２陰極露出面２３、２４を有する。

陽極体がタンタル粉末の焼結体からなる場合、第１、第２陽極リード部材３１，３２はタンタル製のワイヤが好ましい。

前記陽極端子１は銅を主成分とする合金製の平板（但し、設計に応じて厚さの異なる部分を有してもよい）からなる。

以上のように製造することで、図３に示すように、第１陽極リード部材３２、第２陽極リード部材３３が対向しているため、矢印のように流れる電流の向きが反対方向になり、電流の逆向きの流れに伴って生じる磁界の相殺作用によりインダクタンスが抑制され、第１コンデンサ素子７０のインダクタンスは、第２コンデンサ素子７１との相互インダクタンスによって自己インダクタンスより小さくなり、インダクタンスが支配的な高周波領域のインピーダンスをより減少させる。

さらに、陽極端子1（又は陽極露出面１０）から第１、第２陰極端子２１、２２（又は第1、第２陰極露出面２２、２３）に対して、矢印のように流れる電流の向きが反対方向となり、上記と同様インダクタンスが支配的な高周波領域のインピーダンスを減少させる。

上記のことから、固体電解コンデンサ内のＥＳＲとＥＳＬを減少でき、負荷の変動に対してＣＰＵに急激な電力消費が発生した場合でも、ＣＰＵにスムーズに電流を供給することができ、また、電圧降下が少なくなるため負荷の変動が大きくなってもＣＰＵの動作の安定を保つことができる。

また、図１（ｅ）（ｆ）は、図１（ｃ）（ｄ）の第１、第２陰極露出部２３、２４の表面部分をそれぞれを分割したのみであるが、実装したとき半田ずれが起こりにくく、さらに、高周波特性の効果については上記と同様である。

また、第１コンデンサ素子７０と第２コンデンサ素子７１のコンデンサの容量を、大、小の異なるものにすることで、高周波での共振点がずれ、高周波でのインピーダンスが改善できる。

［実施例２］
本発明の実施例２に係る固体電解コンデンサの構成を、図４に示す。図４において、（ａ）は固体電解コンデンサの上面から見た透視図であり、（ｂ）は同図（ａ）に示した構成のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は同Ｂ−Ｂ’断面図、（ｄ）は同図（ａ）の下から見た下面図であり、前記図１の構成と対応する箇所や部材には、同じ符号を付している。

本発明の実施例２に係る固体電解コンデンサ（図４）は、第１陰極端子２１、陽極端子１、第２陰極端子２２の順に連なる第１の方向に関して、第１陰極端子２１と陽極端子との間隔及び/または陽極端子１と第２陰極端子２２との間隔は、陽極端子１の幅より狭く形成する。その他は、実施例１と同様に製造した。

上記の様にすることにより、実施例１と比較して、陰極端子と陽極端子の間隔がより狭くなり、図３に示すように陽極端子１から第１陰極端子２１、第２陰極端子２２により電流が流れやすくなるため、高周波でのインピーダンスがより減少でき、実施例１の効果がより大きくなる。

また、図４（ｅ）、（ｆ）は、図４（ｃ）（ｄ）の第１、第２陰極露出部（２３，２４）のそれぞれを分割したのみで、効果については実施例１と同様である。

［実施例３］
本発明の実施例３に係る固体電解コンデンサの構成を、図５に示す。図５において、（ａ）は固体電解コンデンサの上面から見た略透視図であり、（ｂ）は同図（ａ）に示した構成のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は同Ｂ−Ｂ’断面図、（ｄ）は同図（ａ）の下から見た下面図であり、前記図１の構成と対応する箇所や部材には、同じ符号を付している。

本発明の実施例３に係る固体電解コンデンサ（図５）は、陽極端子１が固体電解コンデンサの高さ方向に第１突起部３４を有し、固体電解コンデンサの底面側に開口をし、突起部３４に、第１陽極リード部材３１、第２陽極リード部材３２を接合した。陽極端子１の突起部３４の下側の開口部には、樹脂６を充填した。上記以外は実施例１と同様に製造した。

高周波特性は実施例１と同様であるが、突起部３４を形成することで、陽極中継部材３５を無くすことができるため製造が容易となる。

ここで、突起部３４の水平断面が、円形、横方向に長い楕円形、或いは陸上競技のトラック形でも同様に使用できる。

また、図５（ｅ）、（ｆ）は、図５（ｃ）（ｄ）の第１、第２陰極露出部のそれぞれを分割したのみで、効果については実施例１と同様である。

［実施例４］
本発明の実施例４に係る固体電解コンデンサの構成を、図６に示す。図６において、（ａ）は固体電解コンデンサの上面から見た透視図であり、（ｂ）は同図（ａ）に示した構成のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は同Ｂ−Ｂ’断面図、（ｄ）は同図（ａ）の下から見た下面図であり、前記図１の構成と対応する箇所や部材には、同じ符号を付している。

本発明の実施例４に係る固体電解コンデンサ（図６）は、前記第１の方向に関して、第１陰極端子２１と陽極端子1との間隔及び/または陽極端子１と第２陰極端子２２との間隔は、陽極端子1の幅より狭く形成すること、突起部３４に鍔8を形成した以外は実施例３と同様に製造した。

突起部３４に鍔8を形成したことにより突起部３４の強度を向上でき、さらに、高周波特性については、実施例１，２，３と同様な効果となる。

［実施例５］
本発明の実施例５に係る固体電解コンデンサは、図７において、（ａ）は固体電解コンデンサの上面から見た略透視図であり、（ｂ）は同図（ａ）に示した構成のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は同Ｂ−Ｂ断面図、（ｄ）は同図（ａ）の下から見た下面図であり、前記図１の構成と対応する箇所や部材には、同じ符号を付している。

本発明の実施例５に係る固体電解コンデンサは、図７のように陽極端子１が前記第２方向において、外装樹脂6より飛び出している突出部15を形成した。上記以外は実施例１と同様に作製した。突出部15を形成することで、実装基板への固体電解コンデンサの半田接続状態を確認することができ、半田不良を無くすことができる。さらに、高周波特性については、実施例１と同様な効果となる。

［実施例６］
本発明の実施例６に係る固体電解コンデンサは、図８のような斜視図であり、前記図１の構成と対応する箇所や部材には、同じ符号を付している。

本発明の実施例６に係る固体電解コンデンサは、図８のように前記第２方向の陽極端子1が外装樹脂6に沿って固体電解コンデンサの高さ方向に折曲して折曲部16を形成して製造した。上記以外は実施例１と同様に作製した。

折曲部16を形成することで、実装基板へのコンデンサの半田接続状態を確認することができ、半田不良を無くすことができる。さらに、高周波特性については、実施例１と同様な効果となる。

また、図９において、（ａ）は固体電解コンデンサの上面から見た略透視図であり、（ｂ）は同図（ａ）に示した構成のＡ−Ａ断面図である。このように、第１、第２陰極端子（21,22）も、固体電解コンデンサの高さ方向に折曲部17をもてば、上記と同様の効果が得られる。

［実施例７］
本発明の実施例７に係る固体電解コンデンサである図１０において、（ａ）は固体電解コンデンサの上面から見た略透視図であり、（ｂ）は同図（ａ）に示した構成のＡ−Ａ‘断面図であり、実施例３の図５のコンデンサ素子が４個になった以外は実施例１と同様に作製した。コンデンサ素子を多くすることで容量を増加させ、高周波特性は実施例１と同様となる。

［実施例８］
本発明の実施例８に係る固体電解コンデンサは、図１１において、（ａ）は固体電解コンデンサの上面から見た透視図であり、（ｂ）は同図（ａ）に示した構成のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は同Ｂ−Ｂ’断面図、（ｄ）は同図（ａ）の下から見た下面図であり、前記図１の構成と対応する箇所や部材には、同じ符号を付している。

本発明の実施例８に係る固体電解コンデンサは、図１１のように焼結体（陽極体３）ではなくアルミ箔（弁作用をする金属箔）で形成し、第１、第２陽極リード部材３１、３２を残して、表面に誘電体皮膜を形成しその上に陰極引出層を形成した。ここで、アルミ箔は、弁作用をする金属であれば置き換えることができる。

その後、第１陽極リード部材31、第２陽極リード部材32を対向させ、陽極端子1と接続し、陰極引出層と第１陰極端子21と第２陰極端子22と接続した。

次に、陽極露出部10、第１陰極露出部23、第２陰極露出部24を残して、外装樹脂6で覆い製造した。焼結体で形成された陽極体より低背化でき、さらに、第１陽極リード部材31と第２陽極リード部材32に流れる電流が逆向きになるため、高周波特性については、実施例１と同様な効果となる。

今回開示した実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。

本発明実施例１に係る固体電解コンデンサの（ａ）上面からの略透視図、（ｂ）Ａ−Ａ‘の断面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ‘の断面図、（ｄ）下面図、（ｅ）分割陰極端子の場合のＡ−Ａ‘の断面図、（ｆ）（ｅ）の下面図である。 本発明に係る固体電解コンデンサのコンデンサ素子詳細図である。 本発明に係る固体電解コンデンサの陽極リード部材近傍の電流の流れ図である。 本発明実施例２に係る固体電解コンデンサの（ａ）上面からの略透視図、（ｂ）Ａ−Ａ‘の断面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ‘の断面図、（ｄ）下面図、（ｅ）分割陰極端子の場合のＡ−Ａ‘の断面図、（ｆ）（ｅ）の下面図である。 本発明実施例３に係る固体電解コンデンサの（ａ）上面からの透視図、（ｂ）Ａ−Ａ‘の断面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ‘の断面図、（ｄ）下面図、（ｅ）分割陰極端子の場合のＡ−Ａ‘の断面図、（ｆ）（ｅ）の下面図である。 本発明実施例４に係る固体電解コンデンサの（ａ）上面からの略透視図、（ｂ）Ａ−Ａ‘の断面図、（ｃ）下面図である。 本発明実施例５に係る固体電解コンデンサの（ａ）上面からの略透視図、（ｂ）Ａ−Ａ‘の断面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ‘の断面図、（ｄ）下面図である。 本発明実施例６に係る固体電解コンデンサの斜視図である。 本発明実施例６の第２形態に係る固体電解コンデンサの（ａ）上面からの略透視図、（ｂ）Ａ−Ａ‘の断面図である。 本発明実施例７に係る固体電解コンデンサの（ａ）上面からの略透視図、（ｂ）Ａ−Ａ‘の断面図である。 本発明実施例８に係る固体電解コンデンサの（ａ）上面からの透視図、（ｂ）Ａ−Ａ‘の断面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ‘の断面図、（ｄ）下面図。 従来例に係る固体電解コンデンサの上面からの略透視図。

符号の説明

１ 陽極端子、１０ 陽極露出面、１１ 第１陽極露出面、１２ 第２陽極露出面、
１３ 陽極端子、１５ 突出部、２ 陰極端子、２０ 陰極露出面、２１ 第１陰極端子、
２２ 第２陰極端子、２３ 第１陰極露出面、２４ 第２陰極露出面、３ 陽極体、
３０ 陽極リード部材、３１ 第１陽極リード部材、３２ 第２陽極リード部材、
３４ 突起部、３５ 陽極中継部材、４ 誘電体皮膜層、５ 陰極層、５ａ 固体電解質層、５ｂ 陰極引出層、６ 外装樹脂、７ コンデンサ素子、７０ 第１コンデンサ素子
７１ 第２コンデンサ素子、８ 鍔

Claims (9)

1. 陽極リード部材を備えた陽極体の表面に誘電体皮膜層、陰極層を順次形成した少なくとも２個のコンデンサ素子と、前記陽極リード部材に接続された陽極端子と、前記陰極層に接続された陰極端子と、前記コンデンサ素子を被覆する外装樹脂とを備えた固体電解コンデンサであって、
   前記２個のコンデンサ素子の前記陽極リード部材は、相対する前記陽極体に向かって引き出されて配置され、
   前記陽極端子は、前記陽極リード部材２個を共通に接続するように構成配置され、
   前記陰極端子は、前記陽極端子を挟んで第１陰極端子と第２陰極端子とで構成配置され、
   前記陽極端子、前記第１陰極端子、前記第２陰極端子は、前記固体電解コンデンサの底面において、外装樹脂から各々露出した陽極露出面、第１陰極露出面、第２陰極露出面を有することを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 前記固体電解コンデンサの前記第１陰極端子、前記陽極端子、前記第２陰極端子の順に連なる方向を第１の方向、第１の方向に垂直な方向を第２の方向とし、
   前記２個のコンデンサ素子は、該第１の方向に関して、該２個のコンデンサ素子の下面の陰極層が形成された領域の略全域に亘って、
   前記第１陰極端子及び前記第２陰極端子の上面にそれぞれ対向して接続されたことを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
3. 前記第１陰極端子と前記陽極端子との間隔及び/または前記陽極端子と前記第２陰極端子との間隔は、前記第１方向に関して、前記陽極端子の幅より狭く形成されてなる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。
4. 前記陽極端子は、前記複数の陽極リード部材が接続された同一の陽極中継部材を介して接合されてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
5. 前記陽極端子は前記固体電解コンデンサの高さ方向に突起した突起部を有し、前記突起部は、該固体電解コンデンサの底面側に開口を有し、さらに、前記陽極リード部材を接合したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
6. 前記突起部は開口側に鍔を有することを特徴とする請求項５に記載の固体電解コンデンサ。
7. 前記突起部の固体電解コンデンサの底面側開口部に外装樹脂が充填されてなることを特徴とする請求項５又は６のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
8. 前記陽極露出面は、前記第２方向に関して、前記固体電解コンデンサの両端から突出部が形成されてなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
9. 前記陽極露出面は、前記第２方向に関して、前記固体電解コンデンサの両端から前記固体電解コンデンサの高さ方向に折曲されてなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。

Images