JP2009094475A - 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小型化を図ることを目的とする。
【解決手段】陽極導出線２を植設したコンデンサ素子１と、このコンデンサ素子１の陰極層３上に設けた陰極導電部材４と、この陰極導電部材４、陽極導出線２の各端面が対向する端面に露呈する状態でコンデンサ素子１を被覆した外装体５と、この外装体５の端面に露呈した陽極導出線２に接続されて端面を被覆した下地電極６と、この下地電極６上に形成された外部電極８と、上記外装体５の端面に露呈した陰極導電部材４に接続されて端面を被覆した中間電極７と、この中間電極７上に形成された外部電極８からなり、上記下地電極６がコールドスプレーにより形成された非弁作用金属層からなる構成により、部品点数と組み立て工数を削減してコストダウンと小型化が図れる。
【選択図】図１

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、面実装対応としたチップ形固体電解コンデンサに関するものである。

図４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断面図であり、図４において、１１はコンデンサ素子、１２はこのコンデンサ素子１１に植設されたタンタルワイヤーからなる陽極導出線であり、上記コンデンサ素子１１は弁作用金属であるタンタル金属粉末をプレス成形金型を用いて円柱状に、かつ、上記陽極導出線１２が導出された面に陽極導出線１２に向かって周縁から隆起する円錐状の補強部１１ａを一体で設けた形状にプレス成形し、これを焼結して多孔質の陽極体を作製した後、この陽極体を陽極酸化処理することにより外表面に誘電体酸化皮膜層（図示せず）を形成し、更に導電性高分子からなる固体電解質層（図示せず）を形成した後、この表面にカーボンと銀ペイントからなる陰極層１３を形成して構成されたものである。

また、１４は上記陽極導出線１２に溶接により接合された陽極リード端子、１５は導電性接着剤１６を介して陰極層１３に接続された陰極リード端子、１７は上記陽極リード端子１４と陰極リード端子１５の一部が夫々外表面に露呈する状態で上記コンデンサ素子１１を被覆した絶縁性の外装樹脂であり、この外装樹脂１７から表出した陽極リード端子１４と陰極リード端子１５は夫々外装樹脂１７に沿って側面から底面へと折り曲げられることにより外部端子１４ａ、１５ａを形成し、これによって面実装型のチップ形固体電解コンデンサを構成したものである。

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、陽極体の陽極導出線１２が導出された面に陽極導出線１２に向かって周縁から隆起するような円錐状の補強部１１ａを陽極体に一体で設けた構成としたため、プレス成形により陽極体を作製する際に上記補強部１１ａ内にタンタル金属粉末が流れ込み易くなって補強部１１ａ内およびその近傍のタンタル金属粉末の密度が向上し、これにより陽極導出線１２の保持力が向上して陽極導出線１２に掛かる外的な負荷に対する強度を向上させることができるようになり、この結果、誘電体酸化皮膜層のクラックや破壊を阻止し、信頼性に優れたチップ形固体電解コンデンサを安定して製造することができるようにな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２００５−８５７７９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、コンデンサ素子１１の陽極導出線１２に陽極リード端子１４を接合すると共に、コンデンサ素子１１の陰極層１３に陰極リード端子１５を接続して外部端子１４ａ、１５ａを形成する構成のため、部品点数と組み立て工数が増加してコストアップになるばかりでなく、小型化を図るのが困難であり、更に外部端子１４ａ、１５ａまでの各引き出し距離や接続部の関係上、ＥＳＬの低減に自ずと限界があるという課題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、部品点数と組み立て工数を削減してコストダウンと小型化を図り、かつ、各電極を最短距離で引き出すことによって低ＥＳＬ化が実現できる、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、陽極導出線をその一端が表出するように植設した多孔質の陽極体の外表面に陰極層が形成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の陽極導出線が表出した面と対向する面の陰極層上に設けられた陰極導電部材と、この陰極導電部材ならびに上記陽極導出線の各端面が対向する端面に夫々露呈する状態でコンデンサ素子を被覆した外装体と、この外装体の一方の端面に露呈した陽極導出線に拡散層が形成され、この拡散層上並びに絶縁性樹脂上に形成された非弁作用金属からなる下地電極と、この下地電極上に形成された外部電極と、上記外装体の他方の端面に露呈した陰極導電部材に接続されて端面を被覆した中間電極と、この中間電極上に形成された外部電極からなるものである。

また、上記非弁作用金属からなる下地電極が、非弁作用金属粒子の衝突速度を２００ｍ／ｓ以上、かつ音速以下で外装体の端面に衝突させて形成された金属間結合した非弁作用金属層からなるものである。

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導出線に拡散層が形成され、この拡散層上ならびに絶縁性樹脂上に非弁作用金属からなる下地電極を形成した構成とすることにより、陽極導出線と下地電極との接触界面が無いので接触抵抗を極めて低くすることができ、また、下地電極の密着強度も高めることができることから、外部電極間を最短距離で引き出すことによる低ＥＳＲ化及び低ＥＳＬ化をさらに低減することができるという効果が得られるものである。

また、陽極電極部及び陰極電極部の各端面に直接外部電極を形成することによって端面集電電極を構成したことにより、部品点数と組み立て工数を削減してコストダウンと小型化を図ることができるものである。

更に、上記陽極導出線に接続される下地電極は、非弁作用金属粒子の衝突速度を２００ｍ／ｓ以上、かつ音速以下で外装体の端面に衝突させて形成された金属間結合した非弁作用金属層からなる構成とすることにより、陽極導出線と拡散層を形成し、この拡散層上並びに絶縁性樹脂上にも堆積され、均一で酸化していない金属間結合した非弁作用金属層を形成することができるので、接触抵抗の極めて低い、密着強度も高い下地電極を得ることができ、更なる低ＥＳＲ化を実現することができるという効果が得られるものである。

（実施の形態）
以下、実施の形態を用いて、本発明の特に全請求項に記載の発明について説明する。

図１（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した斜視図とＡ−Ａ線における断面を示した正面断面図、図２（ａ）〜（ｃ）は同チップ形固体電解コンデンサの電極形成前の状態を示した斜視図と正面断面図と側面図、図３（ａ）、（ｂ）は同チップ形固体電解コンデンサの下地電極を示した正面断面図と要部拡大断面図である。

図１〜図３において、１はコンデンサ素子、２はこのコンデンサ素子１に植設されたタンタルワイヤー（線径：０．５ｍｍ）からなる陽極導出線を示し、このコンデンサ素子１は弁作用金属であるタンタル金属粉末をプレス成形金型を用いて円柱状に、かつ、上記陽極導出線２が導出された面に陽極導出線２に向かって周縁から隆起する円錐状の補強部１ａを一体で設けた形状にプレス成形し、これを焼結して多孔質の陽極体を作製した後、この陽極体を陽極酸化処理することにより外表面に誘電体酸化皮膜層（図示せず）を形成し、更に導電性高分子からなる固体電解質層（図示せず）を形成した後、この表面にカーボンと銀ペーストからなる陰極層３を形成して構成されたものである。

なお、上記コンデンサ素子１に設けた円錐状の補強部１ａは品質の安定化と信頼性の向上を目的として設けたものであって本発明とは直接関係なく、補強部１ａを設けなくても本発明の実施には何ら影響を及ぼすものではない。

４は上記コンデンサ素子１の陽極導出線２が導出された面と対向する面の陰極層３上に接合された陰極導電部材であり、本実施の形態においては銀リベットを用いた構成としたが、導電ペースト等の導電体材料であれば何を用いても構わないものである。

５は上記陰極導電部材４を含むコンデンサ素子１を被覆した絶縁性の樹脂からなる外装体であり、このようにコンデンサ素子１を被覆した外装体５の対向する端面には、コンデンサ素子１から導出された陽極導出線２の端面と陰極導電部材４の端面が夫々露呈した状態になるものである。

６は上記外装体５の対向する一方の端面に露呈した陽極導出線２に接続されて端面を被覆するように形成された下地電極であり、この下地電極６は、亜鉛層からなるものである。

７は上記外装体５の対向する他方の端面に露呈した陰極導電部材４に接続されて端面を被覆するように形成されると共に、上記陽極導出線２側に形成された下地電極６の表面上に形成された中間電極であり、この中間電極７は導電性銀ペーストを用いて形成されたものである。

８は上記中間電極７の表面上に形成された外部電極であり、この外部電極８は溶融半田めっきを用いて形成されたものである。

次に、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の製造方法について説明すると、まず、図２に示すように、コンデンサ素子１の陽極導出線２が導出された面と対向する面の陰極層３上に陰極導電部材４を接合し、この陰極導電部材４の端面と陽極導出線２の端面が夫々対向する端面に露呈するようにした状態でコンデンサ素子１を絶縁性の樹脂からなる外装体５により被覆する。なお、上記絶縁性の樹脂としては、シリカ（ＳｉＯ₂）からなる無機フィラーを８０〜９０％含有したエポキシ樹脂を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。

続いて、図３に示すように、上記外装体５の対向する一方の端面に露呈した陽極導出線２に接続されると共に、この端面全体を被覆するように下地電極６を形成する。この下地電極６の形成は、非弁作用金属である銅粒子を衝突速度が２００ｍ／ｓ以上、かつ音速以下で外装体の端面に衝突させて形成された金属間結合した銅層を形成したものであり、上記銅層は、例えば、財団法人 機械システム振興協会が平成１７年３月に発行した、システム技術開発調査研究１６−Ｒ−１７「高速粒子衝突を利用した革新部材創製に関する調査研究報告書−要旨−」の、３．調査研究成果の要約、第１章 高速粒子衝突技術、（３）高速粒子衝突を利用した重厚皮膜成形、直接造形技術の欄に紹介されている技術であり、金属粒子を超音速で加速して基材に衝突させることにより、金属粒子が衝突時の塑性変形のエネルギーで溶融し、これにより金属粒子を基材に付着させるようにするものであり、強固な付着強度が得られるものである。

また、上記高速粒子衝突技術による形成される下地電極６は、陽極導出線２を構成する材料であるタンタルと腐食電位が近い材料である銅やニッケルを用いるのが好ましいことから、本実施の形態においては銅を用いた構成にしたものであり、図３（ｂ）の要部拡大断面図に示すように、銅の粒子が陽極導出線２のタンタルと拡散層５ａを形成するとともに、外装体５の絶縁性樹脂の表面に喰い込んだ状態になっているものである。なお、陽極導出線２を構成する材料がアルミニウムの場合には、アルミニウムと腐食電位が近い材料である亜鉛や真鍮を用いるのが好ましいものである。

また、上記高速粒子衝突技術による形成される下地電極６は、陽極導出線２が弁作用金属であるタンタルにより構成されているため、このタンタルと拡散層５ａを形成するものでないとタンタルと下地電極６とに境界部分が存在し低ＥＳＲ化を図ることができなくなるので、これを防止するためには非弁作用金属を用い、この非弁作用金属に置換することが必要なものであり、上記銅に限定されるものではない。

また、上記高速粒子衝突技術による下地電極６の形成は、非弁作用金属である銅粒子の衝突速度を２００ｍ／ｓ以上、かつ音速の速さ以下で外装体５の端面に衝突させて形成するようにしたものであるが、外装体５の対向する一方の端面は陽極導出線２の端面部が露呈しており、その面積が約０．３ｍｍ²と極めて小さいため、音速を超えた超音速で銅粒子を衝突させるコールドスプレー法を用いると、銅粒子が陽極導出線２の側端面部を削り取ってしまい、拡散層５ａが形成されず、下地電極６である銅層も均一に積層されなくなる。一方、２００ｍ／ｓ未満で銅粒子を衝突させると銅層は形成されるものの、衝突の衝撃が弱いので拡散層５ａを形成することができず、チップ形固体電解コンデンサの低ＥＳＲ化を図ることができないので好ましくない。なお、銅粒子の平均粒径は５〜３０μｍの範囲のものが好ましい。

続いて、上記外装体５の対向する他方の端面に露呈した陰極導電部材４に接続されると共に、この端面全体を被覆するような中間電極７を形成すると共に、上記下地電極６の表面上にも中間電極７を形成する。なお、この中間電極７としては導電性銀ペーストを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、銅−ニッケル合金粒子や銅粒子に銀めっきした粒子を用いたペースト等、コスト的に安価なものも使用可能である。

続いて、上記中間電極７の表面上に外部電極８を形成する。なお、この外部電極８としては溶融半田めっきを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、一般的なめっきであっても良い。

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１の陽極導出線２に直接電極を形成すると共に、コンデンサ素子１の陰極層３に陰極導電部材４を介して電極を形成することによって端面集電電極を構成したことにより、部品点数と組み立て工数を削減してコストダウンと小型化を図り、かつ、各電極を最短距離で引き出すことによって低ＥＳＬ化を図ることができるという格別の効果を奏するものである。

更に、上記陽極導出線２に接続される下地電極６は高速粒子衝突技術による金属間結合した非弁作用金属層を形成した構成により、陽極導出線２の表面に形成された酸化皮膜層を破壊して弁作用金属からなるタンタルと拡散層５ａを形成し、これにより高い強度で非弁作用金属を付着させると共に、露呈したタンタルの表面に酸化皮膜層が形成されないようにすることができるため、高いコンタクト性と接続抵抗の低減を図り、更なる低ＥＳＲ化を実現することができるという格別の効果も奏するものである。

なお、本実施の形態においては、上記外装体５の一方の端面に露呈した陽極導出線２に接続されるように下地電極６を端面全体に形成し、この下地電極６上に中間電極７を形成し、更にこの中間電極７上に外部電極８を形成する構成で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、中間電極７を無くし、下地電極６上に外部電極８を直接形成することも可能なものである。

以下、具体的な実施例について説明する。

（実施例）
タンタルワイヤー（線径：０．５ｍｍ）からなる陽極導出線に弁作用金属であるタンタル金属粉末をプレス成形金型を用いて円柱状に、かつ、上記陽極導出線が導出された面に陽極導出線に向かって周縁から隆起する円錐状の補強部を一体で設けた形状にプレス成形し、これを焼結して多孔質の陽極体を作製し、この陽極体を陽極酸化処理することにより外表面に誘電体酸化皮膜層を形成し、更に導電性高分子からなる固体電解質層を形成した後、この表面にカーボンと銀ペーストからなる陰極層を形成してコンデンサ素子を形成した。

次に、上記コンデンサ素子の陰極層に銀リベットの陰極導電部材を接合し、陽極導出線と陰極導電部材の端面が露呈するようにコンデンサ素子を絶縁性樹脂で被覆して外装体を得た。

次に、上記外装体の対向する一方に陽極導出線が露呈した端面に、高速粒子衝突技術により、銅粒子（平均粒径１０μｍ）を１５０ｍ／ｓ、２００ｍ／ｓ、２５０ｍ／ｓ、３００ｍ／ｓ、３５０ｍ／ｓ、４００ｍ／ｓのそれぞれの衝突速度で衝突させ、下地電極（厚さ５μｍ）を形成した。その後、導電性銀ペーストを用いて中間電極を形成した。続いて、外装体の対向する他方の端面に露呈した陰極導電部材にも導電性銀ペーストを用いて形成した。最後に、上記各中間電極の表面上に溶融半田めっきを用いて外部電極を形成してチップ形固体電解コンデンサを作製した（定格６．３Ｖ １００μＦ）。

（比較例）
上記実施例において、下地電極の代わりに、外装体の両端面に銀ペーストを塗布した後、外部電極として溶融半田めっきしたチップ形固体電解コンデンサを作製した。また、従来例として、図４に示した陽陰極コム端子を用いたチップ形固体電解コンデンサを作製した（定格６．３Ｖ １００μＦ）。

上記実施例及び比較例並びに従来例のチップ形固体電解コンデンサについて、容量、ＥＳＲ、ＥＳＬ、漏れ電流（ＬＣ）の特性を測定した。その結果を（表１）に示す。

上記（表１）から明らかなように、下地電極の形成が銅粒子の衝突速度を２００ｍ／ｓ未満にするとＥＳＲ特性が悪くなり、衝突速度が４００ｍ／ｓと音速を超えた超音速になるとＬＣが悪くなり、好適な範囲は２００ｍ／ｓ以上で、かつ音速以下である。この範囲にすることにより、ＥＳＲ特性、ＥＳＬ特性、ＬＣ特性を比較例及び従来例よりも低減させることができる。

本発明によるチップ形固体電解コンデンサは、コストダウンと小型化を図り、かつ、低ＥＳＬ化も実現できるという効果を有し、あらゆる分野のコンデンサとして有用である。

（ａ）本発明の一実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した斜視図、（ｂ）同Ａ−Ａ線における正面断面図 （ａ）同チップ形固体電解コンデンサの電極形成前の状態を示した斜視図、（ｂ）同正面断面図、（ｃ）同側面図 （ａ）同チップ形固体電解コンデンサの下地電極を示した正面断面図、（ｂ）同要部拡大断面図 従来のチップ形固体電解コンデンサの構成を示した断面図

符号の説明

１ コンデンサ素子
１ａ 補強部
２ 陽極導出線
３ 陰極層
４ 陰極導電部材
５ 外装体
６ 下地電極
７ 中間電極
８ 外部電極

Claims (3)

1. 陽極導出線をその一端が表出するように植設した弁作用金属粉末からなる成形体を焼結した多孔質の陽極体の外表面に誘電体酸化皮膜層、固体電解質層、陰極層が順次積層形成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の陽極導出線が表出した面と対向する面の陰極層上に設けられた陰極導電部材と、この陰極導電部材ならびに上記陽極導出線の各端面が対向する端面に夫々露呈する状態でコンデンサ素子を被覆した絶縁性樹脂からなる外装体と、
   この外装体の一方の端面に露呈した陽極導出線に拡散層が形成され、この拡散層上並びに絶縁性樹脂上に形成された非弁作用金属からなる下地電極と、この下地電極上に形成された外部電極と、
   上記外装体の他方の端面に露呈した陰極導電部材に接続されて端面を被覆するように形成された中間電極と、この中間電極上に形成された外部電極からなるチップ形固体電解コンデンサ。
2. 外装体の一方の端面に露呈した陽極導出線に接続形成された下地電極と、この下地電極上に形成された外部電極との間に中間電極を設けた請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
3. 非弁作用金属からなる下地電極が、非弁作用金属粒子の衝突速度を２００ｍ／ｓ以上、かつ音速以下で外装体の端面に衝突させて形成された金属間結合した非弁作用金属層からなる請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。

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