JP2009076737A - 固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ショートの発生あるいは漏れ電流の増大を抑制し、製造工程上の歩留りを高めることができる固体電解コンデンサ及びその製造方法を得る。
【解決手段】弁作用金属またはその合金の多孔質体からなる陽極体１と、一方端１０ａが陽極体１内に埋設された陽極リード１０と、陽極体１の表面上に形成された誘電体層２と、誘電体層２の上に形成された陰極層６と、陽極リード１０の他方端１０ｂと接続される陽極端子９と、陰極層６に接続される陰極端子８と、陽極端子９の一部及び陰極端子８の一部が外部に露出するように、樹脂をモールド成形して形成され、陽極体１及び陽極リード１０を覆う樹脂外装体１１とを備える固体電解コンデンサであって、陽極体１から突き出た陽極リード１０の部分に、樹脂外装体１１をモールド成形する際生じる陽極リード１０の軸方向Ａ及びこれと垂直な方向Ｂの応力を緩和することができる湾曲部１０ｃまたは屈曲部１０ｄが形成されていることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、弁作用金属またはその合金の多孔質体からなる陽極体を備えた固体電解コンデンサ及びその製造方法に関するものである。

弁作用金属またはその合金の多孔質体からなる陽極体の表面を陽極酸化することにより、その表面に酸化被膜を形成し、これを誘電体層として用いる固体電解コンデンサが知られている。

このような固体電解コンデンサにおいては、誘電体層の上に陰極層を形成した後、一方端が陽極体内に埋設された陽極リードに陽極端子を接続し、陰極層に陰極端子を接続し、陽極端子の一部及び陰極端子の一部が外部に露出するように樹脂をモールド成形して樹脂外装体を形成している。このような固体電解コンデンサにおいては、製造工程においてショートが発生したり、漏れ電流が増大するなどにより、高い歩留りが得られないという問題があった。

特許文献１においては、陽極リードの表面に螺旋状に延びる螺旋溝を設け、陽極体と陽極リードの間に、この螺旋溝を分断する凹部を形成することが提案されている。この先行技術においては、このような凹部を設けることにより、陽極体を保持した状態で、陽極リードを切断する際、及び陽極リードを陽極端子に溶接する際に、このような凹部により、陽極リードに作用する曲げ応力及び衝撃を低減できる旨記載されている。

しかしながら、上記先行技術の構造であっても、最終的な歩留りを高めることは困難であった。また、上記のような螺旋溝及び凹部を形成すると、陽極リードの機械的強度が著しく減少するという問題や、陽極リードを加工する工程が複雑になるなどの問題があった。

また、特許文献２においては、陽極体内に埋設された陽極リードの部分に、波状、コイルバネ状、鍵状または斜めに折り曲げた形状を形成することが提案されているが、このような陽極リードの構造は、陽極リードを陽極体から引き抜くときの強度を向上させるものであり、このような陽極リードの構造によって歩留りの改善を図ることは困難であった。
特開２００３−１４２３３９号公報 特開２００６−２４６０７号公報

本発明の目的は、ショートの発生あるいは漏れ電流の増大を抑制し、製造工程上の歩留りを高めることができる固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供することにある。

本発明者らは、製造工程におけるショートの発生あるいは漏れ電流の増大が生じる原因について鋭意検討した結果、樹脂をモールドして樹脂外装体を形成する際に、陽極リードに対し応力がかかり、ショートの発生または漏れ電流の増大を生じる原因になっていることを見出した。本発明は、このような本発明者らによる知見に基づくものである。

すなわち、本発明の固体電解コンデンサは、弁作用金属またはその合金の多孔質体からなる陽極体と、一方端が陽極体内に埋設された陽極リードと、陽極体の表面上に形成された誘電体層と、誘電体層の上に形成された陰極層と、陽極リードの他方端と接続される陽極端子と、陰極層に接続される陰極端子と、陽極端子の一部及び陰極端子の一部が外部に露出するように、樹脂をモールド成形して形成され、陽極体及び陽極リードを覆う樹脂外装体とを備える固体電解コンデンサであって、陽極体から突き出た陽極リードの部分に、樹脂外装体をモールド成形する際生じる陽極リードの軸方向及びこれと垂直な方向の応力を緩和することができる湾曲部または屈曲部が形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、陽極体から突き出た陽極リードの部分に、樹脂外装体をモールド成形する際生じる陽極リードの軸方向及びこれと垂直な方向の応力を緩和することができる湾曲部または屈曲部が形成されている。このため、樹脂外装体をモールド成形する際、このような湾曲部または屈曲部により、陽極リードの軸方向及びこれと垂直な方向の応力を緩和することができ、製造工程におけるショートの発生及び漏れ電流の増大を抑制し、歩留りを高めることができる。

本発明においては、陽極体から突き出た陽極リードの部分が、例えば、Ｓ字状、Ｃ字状、コイル状、またはジクザク状の形状を有することにより、上記湾曲部または屈曲部を形成することができる。

本発明において、陽極体は、例えば、ニオブ、チタン、またはニオブもしくはチタンを主成分とする合金から形成することができる。これらの金属及び合金は、一般にタンタルに比べ柔らかい金属または合金であり、陽極体を柔らかい金属または合金から形成した場合に、特にモールド成形の際に生じる応力による影響が大きくなるため、本発明の効果がより発揮され得る。

本発明における陽極リードは、例えば、タンタル、ニオブ、チタンまたはタンタル、ニオブ、チタンを主成分とする合金から形成することができる。

本発明の製造方法は、上記本発明の固体電解コンデンサを製造することができる方法であり、陽極リードの一方端が埋設された陽極体を作製する工程と、陽極体の表面上に誘電体層を形成する工程と、誘電体層の上に陰極層を形成する工程と、陽極リードの他方端に陽極端子を接続し、陰極層に陰極端子を接続する工程と、陽極端子の一部及び陰極端子の一部が外部に露出するように、樹脂をモールド成形して樹脂外装体を形成する工程とを備え、陽極体から突き出た陽極リードの部分に、樹脂外装体をモールド成形する際生じる陽極リードの軸方向及びこれと垂直な方向の応力を緩和することができる湾曲部または屈曲部が形成されていることを特徴としている。

本発明の製造方法によれば、陽極体から突き出た陽極リードの部分に、樹脂外装体をモールド成形する際に生じる陽極リードの軸方向及びこれと垂直な方向の応力を緩和することができる湾曲部または屈曲部が形成されている。このため、樹脂外装体をモールド成形する際に生じる応力を緩和することができ、陽極体に埋設されている陽極リードの突出部分の基部近傍に応力が集中し、この部分における誘電体層の破壊が生じるのを抑制することができる。このため、製造工程におけるショートの発生あるいは漏れ電流の増大を抑制することができ、高い歩留りを得ることができる。

本発明における陽極体は、弁作用金属またはその合金の多孔質体から形成されている。弁作用金属としては、固体電解コンデンサに用いることができるものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、ニオブ、タンタル、チタン、アルミニウム、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン等が挙げられる。これらの中でも、上述のように、ニオブ、チタン、またはニオブもしくはチタンを主成分する（すなわちニオブもしくはチタンを５０重量％以上含む）合金から形成されていることが好ましい。

弁作用金属またはその合金の微粉末を用いて成形体とし、この成形体を高温に加熱して焼結することにより多孔質体とすることができる。このような多孔質体を形成する際に、陽極リードを埋設させておくことにより、陽極リードの一方端が埋設された陽極体を作製することができる。陽極リードとしては、上述のような弁作用金属またはその合金から形成されたものを用いることができ、上述のように、タンタル、ニオブ、チタン、またはタンタル、ニオブ、チタンを主成分とする（すなわちタンタル、ニオブ、チタンを５０重量％以上含む）合金から形成されていることが好ましい。

上記のようにして形成された陽極体の表面上に、誘電体層を形成する。誘電体層は、例えば、リン酸水溶液などを用いて陽極体の表面を陽極酸化することにより形成することができる。

誘電体層の上には、例えば、二酸化マンガンあるいは導電性高分子からなる電解質層が形成される。導電性高分子としては、ポリピロール及びポリエチレンジオキシチオフェンなどが挙げられる。これらの導電性高分子は、化学重合法及び／または電解重合法により形成することができる。誘電体層及び電解質層は、多孔質体内部の表面上にも形成される。

陽極体の外周面上の電解質層の上には、一般に、カーボン層及び銀層が形成される。カーボン層は、カーボンペーストを塗布することにより形成することができ、銀層は銀ペーストを塗布することにより形成することができる。

本発明における陰極層は、上記のような電解質層、カーボン層及び銀層から構成されるものである。

陽極リードの他方端は、陽極端子に接続され、陰極層には陰極端子が接続される。これらは、一般に溶接や導電性接着剤等によって接続される。

上記のようにして接続された陽極端子の一部及び陰極端子の一部が外部に露出するように、エポキシ樹脂などの封止樹脂を用いてこれをモールド成形することにより、陽極体及び陽極リードを覆う樹脂外装体が形成され、固体電解コンデンサが製造される。

樹脂外装体をモールド成形する際、外装体である樹脂が、溶融状態から固化する際に収縮するため、陽極リードを陽極体に押し込む方向、あるいは陽極体から陽極リードを引き離す方向に応力が作用し、この応力により、陽極リードの露出部分の付け根にあたる基部の近傍に応力が集中し、この部分における誘電体層が破壊され、これによってショートが発生したり、あるいは漏れ電流が増大したりするものと思われる。

本発明によれば、陽極リードの突出部分に、上記の応力を緩和することができる湾曲部または屈曲部が形成されているので、この湾曲部または屈曲部により、応力を緩和することができ、陽極リードの突出部分の基部近傍に応力が集中するのを防止することができる。このため、ショートの発生や、漏れ電流の増大を抑制することができる。

本発明によれば、陽極体から突き出た陽極リードの部分に、樹脂外装体をモールド成形する際に生じる陽極リードの軸方向及びこれと垂直な方向の応力を緩和することができる湾曲部または屈曲部が形成されている。このため、樹脂外装体をモールド成形する際に生じる応力を緩和することができ、製造工程におけるショートの発生あるいは漏れ電流の増大を抑制することができ、高い歩留りを得ることができる。

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。

（実施例１）
図１は、本発明に従う一実施例の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、陽極体１の内部に、陽極リード１０の一方端１０ａが埋設されている。この実施例において、陽極体１は、ニオブ（Ｎｂ）粉末を成形して焼結することにより形成されている。陽極リード１０も、ニオブ（Ｎｂ）から形成されている。陽極リード１０は、ニオブ粉末を成形し焼結する際に、その一方端１０ａをニオブ粒子の成形体中に配置しておくことにより、陽極体１内に埋設することができる。

陽極体１の表面には、酸化ニオブからなる誘電体層２が形成されている。誘電体層２は、陽極体１の表面を陽極酸化することにより形成することができる。陽極体１は多孔質焼結体であるので、その内部の表面上にも誘電体層２が形成されている。

誘電体層２の上には、導電性高分子であるポリピロールからなる電解質層３が形成されている。電解質層３も、多孔質焼結体である陽極体１の内部の誘電体層２上に形成されている。また、誘電体層２及び電解質層３は、ニオブからなる陽極リード１０の陽極体１に埋設された部分及びこの部分の近傍領域の上にも形成されている。

陽極体１の外周面の電解質層３の上には、第１導電層であるカーボン層４が形成されている。カーボン層４の上には、第２導電層である銀層５が形成されている。カーボン層４はカーボンペーストを塗布することにより形成されており、銀層５は銀ペーストを塗布することにより形成されている。

本実施例おいて、陰極層６は、電解質層３、カーボン層４、及び銀層５から構成されている。

陰極層６の上には、導電性接着剤層７を介して、陰極端子８が、接続部８ａで接続されている。

本実施例において、陽極リード１０の他方端１０ｂは、陽極端子９と接続部９ａで溶接などにより接続されている。陽極リード１０は、陽極体１から突き出た部分において、Ｓ字状の形状を有しており、このＳ字状の部分に、湾曲部１０ｃが形成されている。

陽極端子９及び陰極端子８の端部が外部に露出するように、エポキシ樹脂からなる封止樹脂を用いて、モールド成形することにより、誘電体層２及び陰極層６が形成された陽極体１及び陽極リード１０を覆うように樹脂外装体１１が形成されている。

本実施例においては、樹脂外装体１１をモールド成形して形成する際、陽極体１から突き出た陽極リード１０の部分に、湾曲部１０ｃが形成されているので、陽極リード１０の軸方向Ａに沿う応力、及びこれと垂直な方向Ｂに沿う応力を緩和することができる。すなわち、このような応力は、陽極リード１０の露出部分の基部１０ｅの近傍に集中してかかると思われるが、このような応力が、基部１０ｅにかかるのを湾曲部１０ｃにより緩和することができる。このため、基部１０ｅの近傍において、誘電体層２が破壊されるのを防止することができ、製造工程におけるショートの発生及び漏れ損失の増大を抑制することができ、歩留りを高めることができる。

本実施例においては、陽極体１を形成するニオブ金属粒子として、平均粒子径が数十μｍのニオブ金属粒子を用いており、陽極体１は、長さ４ｍｍ、幅約３ｍｍ、厚さ約２ｍｍの板状の形状を有している。また、陽極リード１０としては、直径０．５ｍｍのニオブ製ワイヤを用いた。

陽極体１の誘電体層２は、約６０℃に保持した約０．５重量％のリン酸水溶液中において、約１０Ｖの定電圧で約１０時間陽極酸化を行うことにより形成した。これにより、約２５ｎｍの厚みの酸化ニオブからなる誘電体層２が形成された。電解質層３は、ポリピロールからなる導電性高分子により形成した。

（実施例２）
図２は、本実施例の固体電解コンデンサを示す断面図である。本実施例においては、図２に示すように、陽極体１から突き出た陽極リード１０の部分が、Ｃ字状の形状を有している。このＣ字状の形状により、モールド成形する際に生じる応力を緩和することができる湾曲部１ｃが形成されている。

その他の構成については、実施例１と同様であるので説明を省略する。

（実施例３）
図３は、本実施例の固体電解コンデンサを示す断面図である。図３に示すように、本実施例においては、陽極体１から突き出た陽極リード１０の部分が、コイル状を有している。このようなコイル状により、樹脂外装体１１をモールド成形する際に生じる応力を緩和することができる湾曲部１０ｃが形成されている。

その他の構成については、実施例１と同様であるので説明を省略する。

（実施例４）
図４は、本実施例の固体電解コンデンサを示す断面図である。

図４に示すように、本実施例においては、陽極体１から突き出た陽極リード１０の部分が、ジクザク状の形状を有している。このジクザク状の形状により、樹脂外装体１１をモールド成形する際に生じる応力を緩和することができる屈曲部１０ｄが形成されている。

その他の構成については、実施例１と同様であるので説明を省略する。

（比較例１）
比較として、陽極体１から突き出た陽極リード１０の部分が、直線状である陽極リード１０を用い、固体電解コンデンサを作製した。なお、この場合、図３及び図４に示す実施例と同様に、陽極リード１０の軸方向の延長線上にまで接続部９ａが延びた陽極端子９を用いている。

〔歩留りの評価〕
上記の実施例１〜４及び比較例１の固体電解コンデンサをそれぞれ２０個作製し、固体電解コンデンサを作製した後、直流電源を用いて漏れ電流を測定し、ショートの有無をチェックした。具体的には、３Ｖの直流電圧を各コンデンサに印加して、５分後の電流値が１ｍＡ以上の場合を、ここでは「ショート発生」と定義し、ショートが発生しなかった個数の割合を歩留りとした。表１に、実施例１〜４及び比較例１の歩留りを示す。

表１に示す結果から明らかなように、本発明に従い、陽極体１から突き出た陽極リード１０の部分に、湾曲部または屈曲部を形成することにより、歩留りを向上させることができる。

上記実施例においては、陽極リードの突出部分に、Ｓ字状、Ｃ字状、コイル状、及びジグザグ状の形状を形成し、応力を緩和することができる湾曲部または屈曲部を形成しているが、本発明は上記の形状に限定されるものではなく、樹脂外装体１１をモールド成形する際に生じる陽極リードの軸方向及びこれと垂直な方向の応力を緩和することができる湾曲部及び屈曲部であればよい。

本発明に従う一実施形態の固体電解コンデンサを示す断面図。 本発明に従う他の実施形態の固体電解コンデンサを示す断面図。 本発明に従うさらに他の実施形態の固体電解コンデンサを示す断面図。 本発明に従うさらに他の実施形態の固体電解コンデンサを示す断面図。

符号の説明

１…陽極体
２…誘電体層
３…電解質層
４…カーボン層
５…銀層
６…陰極層
７…導電性接着剤層
８…陰極端子
８ａ…陰極端子の接続部
９…陽極端子
９ａ…陽極端子の接続部
１０…陽極リード
１０ａ…陽極リードの一方端
１０ｂ…陽極リードの他方端
１０ｃ…陽極リードに形成された湾曲部
１０ｄ…陽極リードに形成された屈曲部
１０ｅ…陽極リード１０の突出部分の基部
１１…樹脂外装体

Claims (5)

1. 弁作用金属またはその合金の多孔質体からなる陽極体と、
   一方端が前記陽極体内に埋設された陽極リードと、
   前記陽極体の表面上に形成された誘電体層と、
   前記誘電体層の上に形成された陰極層と、
   前記陽極リードの他方端と接続される陽極端子と、
   前記陰極層に接続される陰極端子と、
   前記陽極端子の一部及び前記陰極端子の一部が外部に露出するように、樹脂をモールド成形して形成され、前記陽極体及び前記陽極リードを覆う樹脂外装体とを備える固体電解コンデンサであって、
   前記陽極体から突き出た前記陽極リードの部分に、前記樹脂外装体をモールド成形する際生じる前記陽極リードの軸方向及びこれと垂直な方向の応力を緩和することができる湾曲部または屈曲部が形成されていることを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 前記湾曲部または屈曲部が形成された前記陽極リードの部分が、Ｓ字状、Ｃ字状、コイル状、またはジクザク状の形状を有している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. 前記陽極体が、ニオブ、チタン、またはニオブもしくはチタンを主成分とする合金から形成されてい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. 前記陽極リードが、タンタル、ニオブ、チタンもしくはタンタル、ニオブ、チタンを主成分とする合金から形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサを製造する方法であって、
   前記陽極リードの一方端が埋設された前記陽極体を作製する工程と、
   前記陽極体の表面上に前記誘電体層を形成する工程と、
   前記誘電体層の上に前記陰極層を形成する工程と、
   前記陽極リードの他方端に前記陽極端子を接続し、前記陰極層に前記陰極端子を接続する工程と、
   前記陽極端子の一部及び前記陰極端子の一部が外部に露出するように、樹脂をモールド成形して前記樹脂外装体を形成する工程とを備え、
   前記陽極体から突き出た前記陽極リードの部分に、前記樹脂外装体をモールド成形する際生じる前記陽極リードの軸方向及びこれと垂直な方向の応力を緩和することができる湾曲部または屈曲部が形成されていることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
   

Images