JP2009266931A

JP2009266931A - 固体電解コンデンサ

Info

Publication number: JP2009266931A
Application number: JP2008112432A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Ito; 健一伊藤
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2009-11-12

Abstract

【課題】陽極リードの断面積を大きくした固体電解コンデンサにおいても、溶接強度が安定し、漏れ電流特性やＥＳＲ特性が良好な固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】弁作用金属からなる多孔質の陽極体から扁平状の陽極リード３が導出され、陽極体１の表面に形成された誘電体層２と、誘電体層上に順次形成された固体電解質層５と陰極層とを有するコンデンサ素子と、陽極リードに接続された陽極端子と、陰極層に接続された陰極端子とを含む固体電解コンデンサであって、陽極リード３の陽極端子との接続面に複数の凹部を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体電解コンデンサに関し、特に扁平状の陽極リードを有する固体電解コンデンサに関する。

近年、ＰＣや携帯電話などの高周波帯域を使用している電気機器において、ＣＰＵなどの電源周りに使用しているコンデンサの等価直列抵抗(以下ＥＳＲと称す)の低減及びインダクタンス（以下ＥＳＬと称す）の低減が求められている。また、電気機器の小型化に伴い、固体電解コンデンサにおいても小型化の必要性が高まってきている。

図２に固体電解コンデンサの断面図を示す。通常、固体電解コンデンサは、弁作用金属の粉末をプレス、焼結し陽極リード１３が導出された多孔質の陽極体を形成した後、化成処理を行い、陽極体の表面に電気化学的方法により誘電体層となる酸化皮膜を形成する。その後、誘電体層上に固体電解質層として、二酸化マンガンもしくは導電性高分子を形成する。その上にグラファイト層、銀ペースト層からなる陰極層を形成しコンデンサ素子１４とする。

その後、陽極リード１３と陽極端子９を溶接により接続し、コンデンサ素子１４外表面の陰極層と陰極端子８を導電性接着剤１２で接続した後、モールド成形等により外装樹脂１０によりコンデンサ素子１４を被覆し、外装樹脂から引き出された陽極端子９と陰極端子８を外装樹脂に沿うように成形して固体電解コンデンサを製造している。

陽極リードと陽極端子の溶接による接続にあたっては、陽極リードに形成された酸化皮膜を除去した後、銅、パラジウム、金、亜鉛、錫等のメッキを施したリードフレームを用いてリードフレームの一部である陽極端子と陽極リードを溶接する。

ここで、前記導出した陽極リードの陽極端子となるリードフレームとの溶接する部分において、溶接性を安定させる技術として例えば、特許文献１にはレーザ照射や機械的掻き取り方式により陽極導出線（陽極リードともいう）の外表面に形成された酸化皮膜を取り除く技術が開示されている。

また、溶接強度を保つために陽極リードの陽極端子との接続部分の一部分に溝を設ける技術が本出願人より特願２００７−１４８９５３号として出願されている。

特開２００５−１２９６２２号公報

上述のような従来の固体電解コンデンサでは、高周波帯域でのＥＳＲを下げるために、陽極端子や陰極端子に抵抗値の低い銅系素材を使用したり、また、陽極リードの径を太くしたりしている。さらに、複数の陽極体、陽極リードを設けることで全体として陽極リードの断面積を増やし抵抗を低減する方法がある。

陽極リードの径を太くすると断面積が大きくなるため陽極リードの抵抗を下げることができる。しかし、従来の固体電解コンデンサでは、陽極リードの径を太くすると陽極体素子成型時において、割れが発生する可能性がある。また、組立製造工程において陽極リードを切断する時にかかる負荷が増加してしまうため、漏れ電流特性やＥＳＲ特性に影響を及ぼし特性が劣化する場合がある。また、陽極リードを複数本にした場合、１本の断面積が同じでも合計の断面積が大きくなるため全体として抵抗は下げることができるが、切断工程において外部からの応力が加わる回数は複数回に増えてしまい特性が劣化する可能性も大きくなる。

上述の切断時の負荷を低減する方法としては、陽極リード線の断面積は同様にして、通常は円形である断面形状を潰して楕円形状とすること、さらに扁平な平板状の陽極リードとすることにより切断厚さは減少するので陽極体素子成型時の素子割れの可能性が減少する。しかし、陽極リードを平板状にした場合、抵抗溶接を用いると、陽極リードと陽極端子を重ね合わせて電流を流した場合に電極などの接触面積が大きくなるため接触抵抗が小さくなり、溶融のための十分な加熱が得られないという問題がある。また、陽極端子に抵抗の低い銅系素材を使用した場合には接触抵抗がさらに小さくなるため安定な接続は見込めず、溶接用電極にそれぞれの素材が接着してしまう現象も発生する。

さらに、上記のような接触抵抗が低い溶接では接触面の発熱を得るために溶接電流値を上げるが、大電流の溶接の場合、スパークが発生しやすく、スパークにより陽極端子の銅系素材がチップ状に溶融し飛散し、コンデンサ素子に付着してしまい、固体電解コンデンサの漏れ電流特性が劣化する場合がある。また、陽極リードに単一の溝を設けた場合には、良好な溶接条件を得るのが容易ではなかった。

従って、本発明の課題は、上記の問題を解決し、陽極リードの断面積を大きくした固体電解コンデンサにおいても、溶接強度が安定し、漏れ電流特性やＥＳＲ特性が良好な固体電解コンデンサを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の固体電解コンデンサは、弁作用金属からなる多孔質の陽極体から扁平状の陽極リードが導出され、前記陽極体の表面に形成された誘電体層と、前記誘電体層上に順次形成された固体電解質層と陰極層とを有するコンデンサ素子と、前記陽極リード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を含む固体電解コンデンサであって、前記陽極リードの陽極端子との接続面に複数の凹部を設けたことを特徴とする。

また、前記陽極リードの陽極端子との接続面および反対側の面に複数の凹部を設けていてもよく、さらに前記複数の凹部がレーザ加工、熱的加工、機械的加工により設けられていてもよい。

本発明によれば、陽極リードと陽極端子となるリードフレームとの溶接において陽極リードの陽極端子との接続部に複数の凹部を設けることにより、酸化皮膜を均一に除去するとともに、凹凸面を形成することにより陽極リードと陽極端子となるリードフレームとの引っ張り、引き剥がし、ねじりに対しても、より堅固な接続状態を維持でき、電気的特性の良好な固体電解コンデンサが得られる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の固体電解コンデンサの実施の形態に使用するコンデンサ素子を説明する図であり、図１（ａ）は模式断面図、図１（ｂ）は陽極リード部の拡大図である。

本発明の実施の形態の固体電解コンデンサに用いるコンデンサ素子は、図１に示すように、弁作用金属からなる多孔質の陽極体１から陽極リード３が導出され、陽極体１の表面には順次、誘電体層２、固体電解質層５、およびグラファイト層６と銀ペースト層７からなる陰極層が形成されている。

先ず、コンデンサ素子の製造について説明する。弁作用金属からなる金属線、例えばタンタル線に潰し加工を施し、φ０．８ｍｍの線の場合厚さ０．３３〜０．３８ｍｍ、幅１．２〜１．４ｍｍ程度の扁平状の陽極リード３とする。陽極リード３を弁作用金属粉末、例えばタンタル粉末に埋め込むようにしてタンタル粉末を直方体または円柱状にプレス機等により成形して成形体とする。陽極リードは潰し加工により扁平にする他、板状の材料を用いることもできる。次に、成形体を高温真空にて焼結して多孔質の陽極体とする。多孔質の陽極体を水溶液中で電圧を印加することにより、陽極体の表面に酸化皮膜からなる誘電体層２を形成する。その後、陽極リード３の表面に撥水性のシリコーンなどを塗布、乾燥して絶縁膜４を形成する。次に、酸化剤液、モノマー液に浸漬することにより化学重合により導電性高分子からなる固体電解質層５を形成する。撥水性の絶縁膜４により固体電解質層５の陽極リード３への這い上がりが防止できる。固体電解質層の形成は化学重合の他、電解重合、導電性高分子の分散液の塗布等により導電性高分子層を形成することができ、また、単一的な方法だけでなく、二酸化マンガンと化学重合の組合せや、化学重合と導電性高分子の分散液の塗布との組合せなどを使用することができる。その後、固体電解質層５上にグラファイト層６、銀ペースト層７を順次塗布し陰極層を形成し、コンデンサ素子とする。

次に、陽極端子と接続する部分の陽極リード３上の誘電体層と絶縁膜を除去する。この時誘電体層と絶縁膜の除去と同時に陽極リードの表面に複数の凹部を設け凹凸面を形成する。誘電体層と絶縁膜の除去および複数の凹部を形成する方法としてはレーザ照射による加工方法を用いることができる。レーザを用いて陽極リードの表面に凹凸面を形成することにより陽極端子との抵抗溶接が容易となり、接続強度も安定する。凹部の数は複数であればよく、形状は陽極端子との接続に際して安定した溶接ができるよう、複数の凹部が同一の深さになるとよい。特に凹凸部分が等間隔で均一な三角波状または、正弦波あるいは鋸歯状のいずれかであることが好ましい。また、複数の凹部は扁平状の陽極リードの片面のみに設けてもよく、両面に設けてもよいが両面に設けた場合には溶接電極と陽極リードとの接着が容易に防止できる利点もある。レーザ加工の条件により特殊な凹凸面を陽極リード部に形成することが可能である。この特殊な凹凸面が抵抗溶接での界面抵抗の著しい改善に効果がある。また、レーザの出力は、短波長であるが、非常に強力であるため、熱による漏れ電流の増加を促進させる恐れがあるので、周波数及び電流値の設定を限定する必要がある。しかし、その一方で、レーザの出力を抑え過ぎてしまうと誘電体層の除去不十分により、溶接性が極度に劣化してしまうので適切な条件を設定する必要がある。加工方法はこの他、熱による加工方法としてプラズマを用いて行う方法がある。主としてプラズマ加工機を用いるものがあり、加工機の電極と加工対象となる陽極リードの間で、プラズマアークを発生させる。この時、噴射口のノズルを細く絞り、高温・高圧のプラズマジェットに変え、陽極リード表面に噴射させる。このプラズマジェットの温度、圧力で陽極リード表面を加工し複数の凹部を設ける。

さらに別の方法として、機械による加工方法がある。機械的な加工として、サンドブラスト加工がある。サンドブラストは、微小な粒子を高速で陽極リード表面に衝突させ、その衝突した衝撃により発生したエネルギーを利用し、陽極リード表面を加工する。この微小な粒子は、研磨剤を入れた水である場合でも可能であり、金属粒子を衝突させる場合でも加工が可能である。

次に、陽極リードにＣｕ(銅)からなるリードフレームを用いて、陽極リードと陽極端子となるリードフレームとの溶接を行なう。また、陰極端子となるリードフレームとコンデンサ素子の陰極層を導電性接着剤を用いて接続したのち外装樹脂にてコンデンサ素子を封止し、外装樹脂で覆われたコンデンサ素子をリードフレームから切り離し、リードフレームを折り曲げて陽極端子、陰極端子を成形し固体電解コンデンサを得る。

以下、本発明の実施例について図１を参照して説明する。

直径がφ０．８ｍｍのタンタルワイヤーを、厚さ０．３８ｍｍ、幅１．４ｍｍになるまで潰し加工を施した陽極リード３を、縦４．５ｍｍ、幅３．６ｍｍ高さ０．９ｍｍのタンタル金属粉の直方体に埋め込みプレス機にて成型した。この成型体を真空焼結し陽極体１とした。陽極体１をリン酸水溶液中で、３０Ｖ印加することにより、表面に誘電体層２を形成させた。

続いて陽極リード３に這い上がり防止としてシリコーン撥水剤を陽極体１側から０．１ｍｍから塗布し、１５０℃の１８０分で乾燥させ絶縁膜４を形成した。次に、パラトルエンスルホン酸第二鉄及び３，４-エチレンジオキシチオフェンを用いて導電性高分子からなる固体電解質層５を形成させた。固体電解質層５上にグラファイトペースと及び銀ペーストを塗布し、グラファイト層６、銀ペースト層７からなる陰極層を形成しコンデンサ素子を得た。

続いて、陽極リード３の誘電体層２及び絶縁膜４の除去のため、陽極体１側から０．４ｍｍの位置より幅１．４ｍｍ、長さ２．０ｍｍの範囲で誘電体層２及び絶縁膜４を除去し複数の凹部を形成した。この時、レーザ加工は、ミヤチ製ＭＬ-７０６４Ａレーザ加工機を用いた。レーザの出力を１４〜１６Ａに設定し、レーザデザインにより、陽極リードの表面に１００μｍの間隔で、深さ１０μｍの三角波状の凹部を等間隔、等深さで両面に形成させた。

このレーザ加工により設けられた凹部は、陽極リードの下地のタンタル金属を露出させて陽極リードと陽極端子を溶接することになる。即ち、図２に示すように陽極リード１３の複数の凹部の形成部分に陽極端子９となるＣｕ(銅)リードフレームと溶接を行う。陰極端子８となるリードフレームとコンデンサ素子の陰極層を導電性接着剤１２で接続したのち外装樹脂１０にてコンデンサ素子１４を封止した。外装樹脂１０で覆われたコンデンサ素子をリードフレームから切り離し、陽極端子９及び陰極端子８を折り曲げて固体電解コンデンサを得た。

(比較例１)
図３は従来の固体電解コンデンサに使用するコンデンサ素子を説明する図であり、図３（ａ）は模式断面図、図３（ｂ）は陽極リード部の拡大図である。実施例と同様にコンデンサ素子を得たのち、陽極リード３の誘電体層２及び絶縁膜４の除去のため、陽極体１側から０．４ｍｍの位置より幅１．４ｍｍ、長さ２．０ｍｍの範囲で誘電体層２及び絶縁膜４を除去した。この時、レーザ加工は、ミヤチ製ＭＬ-７０６４Ａレーザ加工機を用いた。レーザの出力を１４〜１６Ａに設定し、陽極リードの表面に凹凸を設けずに誘電体層２及び絶縁膜４を除去した。その後、実施例と同様に固体電解コンデンサを作製した。

(比較例２)
実施例と同様にコンデンサ素子を得たのち、陽極リードの誘電体層及び絶縁膜の除去のため、陽極体側から０．４ｍｍの位置より幅１．４ｍｍ、長さ２．０ｍｍの範囲で誘電体層及び絶縁膜を機械的に切削することにより除去した。その後、実施例と同様に固体電解コンデンサを作製した。

実施例、比較例１、比較例２についてそれぞれ固体電解コンデンサを１０００個作製し、ＥＳＲ、ＬＣ（漏れ電流）の不良数、溶接強度（陽極リードと陽極端子となるリードフレームとの接続後の引張強度）を測定した。表１に結果を示す。なお、ＥＳＲ不良数、ＬＣ不良数は比較例１を１．０としたときの指数で表した。また、溶接強度は実施例、比較例１、比較例２のそれぞれの平均値について比較例１を１．０としたときの指数で表した。

表１から判るように、本発明による実施例では溶接強度が飛躍的に向上している。また電気的特性の不良率においても大幅な改善が見られることから本発明の有用性が確認できた。

本発明の固体電解コンデンサの実施の形態に使用するコンデンサ素子を説明する図、図１（ａ）は模式断面図、図１（ｂ）は陽極リード部の拡大図。固体電解コンデンサの断面図。従来の固体電解コンデンサに使用するコンデンサ素子を説明する図、図３（ａ）は模式断面図、図３（ｂ）は陽極リード部の拡大図。

符号の説明

１陽極体
２誘電体層
３陽極リード
４絶縁膜
５固体電解質層
６グラファイト層
７銀ペースト層
８陰極端子
９陽極端子
１０外装樹脂
１２導電性接着剤
１３陽極リード
１４コンデンサ素子

Claims

弁作用金属からなる多孔質の陽極体から扁平状の陽極リードが導出され、前記陽極体の表面に形成された誘電体層と、前記誘電体層上に順次形成された固体電解質層と陰極層とを有するコンデンサ素子と、前記陽極リード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を含む固体電解コンデンサであって、前記陽極リードの陽極端子との接続面に複数の凹部を設けたことを特徴とする固体電解コンデンサ。
前記陽極リードの陽極端子との接続面および反対側の面に複数の凹部を設け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。
前記複数の凹部がレーザ加工により設けられた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。
前記複数の凹部が機械的加工により設けられた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。
前記複数の凹部が熱的加工により設けられた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。