JP2009295604A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサ素子の下面に接合した陰極端子を実装面から露呈させるために、陰極端子を被覆する外装樹脂が薄厚となっている。この薄厚に形成された外装樹脂がリフロー等による半田付け時の急激な温度変化によって陰極端子から剥離してクラックが生じ、外部から酸素が侵入し易くなり導電性高分子の固体電解コンデンサのＥＳＲが増加しインピーダンス特性が劣化する課題があった。
【解決手段】陰極部３を搭載する陰極端子１５の平坦状の陰極搭載部１６に貫通孔２８を設け、陰極部３と陰極搭載部１６間にコ字状の連結体２５の底部２６を挟み込み、底部２６によって貫通孔２８を遮るように連結体２５と陰極搭載部１６を接合し、さらに外装樹脂２１を陰極搭載部１６の実装面２２側から貫通孔２８を充填して陰極搭載部１６とコンデンサ素子１を被覆する構成としたことにより、インピーダンス特性の向上ができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子機器に使用される固体電解コンデンサに関するものである。

電子機器の高速化、高周波化に伴って、ＣＰＵの電源ライン等に使用される固体電解コンデンサは、低周波領域に加えて１ＭＨｚ以上の高周波領域に至る広帯域のノイズ除去や過渡応答性に優れたものとするために、大容量かつ低インピーダンスが強く要望されている。

図８は従来の固体電解コンデンサの側面断面図、図９は同下面図である。

図８に示すように、従来の固体電解コンデンサは、弁作用金属板の一方側に陽極部４２、他方側に陰極部４３を形成したコンデンサ素子４１を備え、陰極部４３は誘電体酸化皮膜層、電気伝導度の高い導電性高分子から構成される固体電解質層、さらに陰極層が順次形成されたものである。

コンデンサ素子４１は複数個が交互に積層され、積層された陽極部４２は陽極端子４４の陽極搭載部４５と溶接され、積層された陰極部４３は陰極端子４６の陰極搭載部４７と導電性接着剤を介して接合され、積層したコンデンサ素子４１の下面側に陽極端子４４、陰極端子４６を設けたものである。

さらにコンデンサ素子４１を外装樹脂４８で被覆し、陽極端子４４と陰極端子４６を近接させて、図９に示すように陽極端子４４と陰極端子４６を実装面４９の外装樹脂４８から露呈させ固体電解コンデンサとしている。

このような従来の固体電解コンデンサは、コンデンサ素子４１と回路基板のランドとの電流経路の距離を短くすることによって、ＥＳＲ（等価直列抵抗）、ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）を小さくしインピーダンス特性を向上させているものである。

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に示すものが知られている。
特開２００７−５７６０号公報

このような従来の固体電解コンデンサは、コンデンサ素子４１と実装面４９との距離が短く、陰極搭載部４７の実装面４９側を被覆する外装樹脂４８が薄厚となっている。さらに大容量になる程、外装樹脂４８に被覆される陰極搭載部４７の面積が大きくなるため、リフロー等による半田付け時の急激な温度変化によって、外装樹脂４８が陰極搭載部４７の実装面４９側から剥離してクラックが生じていた。

このクラックを通じて外部から酸素が侵入し易くなり導電性高分子の固体電解質層の電気抵抗が高くなり固体電解コンデンサのＥＳＲが増加しインピーダンス特性が劣化する課題があった。

本発明は、外部からの酸素の侵入を低減し低インピーダンスの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。

上記目的を達成するために本発明は、陽極部と陰極部を有するコンデンサ素子と、前記陰極部を載置する陰極搭載部を有する陰極端子と、前記陰極部と前記陰極搭載部間に挟み込まれ且つ前記陰極部と前記陰極搭載部を電気的に接続する連結体と、少なくとも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、前記陰極搭載部は貫通孔を有し、前記連結体は前記貫通孔を遮るように前記陰極搭載部に接合され、前記外装樹脂は前記連結体と接合される前記陰極搭載部の面に対向する前記陰極搭載部の面側から前記貫通孔に充填された固体電解コンデンサである。

以上のように本発明の固体電解コンデンサによれば、陰極搭載部に貫通孔を設け、この貫通孔に外装樹脂を充填することによって、薄厚の外装樹脂と陰極端子との密着強度が大きくなり外装樹脂のクラックを防ぐことができ、外部からの酸素がこのクラックを通じてコンデンサ素子の陰極部に侵入することを低減することができる。

さらに、連結体がコンデンサ素子の陰極部と陰極搭載部間に挟み込まれ、陰極搭載部の貫通孔を遮ることによって、外部からの酸素が薄厚の外装樹脂から貫通孔を通じてコンデンサ素子の陰極部に侵入することを低減することができる。

以上のように、外部からの酸素の侵入を低減でき低インピーダンスの固体電解コンデンサを得ることができる。

（実施の形態）
本発明の実施の形態の固体電解コンデンサについて説明する。

図１は本発明の実施の形態における固体電解コンデンサの側面断面図、図２は同コンデンサ素子の側面断面図である。

図１に示すように、固体電解コンデンサは、陽極部２と陰極部３を有するコンデンサ素子１が複数積層されたものであり、陽極部２を載置する陽極搭載部１２を有する陽極端子１１と、陰極部３を載置する陰極搭載部１６を有する陰極端子１５と、陰極部３と陰極搭載部１６間に挟み込まれたコ字状の連結体２５と、コンデンサ素子１を少なくとも被覆する外装樹脂２１とを備えている。

さらに連結体２５は、陰極部３と陰極搭載部１６とを電気的に接続し、陰極搭載部１６の貫通孔２８の一方の開口部を塞いでいる。

複数のコンデンサ素子１は、積層された陰極部３を中心にして、相反する陽極部２が一枚ずつ交互に一方向に並べられて積層され、積層された陽極部２が両端に設けられ、積層された陰極部３が中央に設けられている。

陽極端子１１、陰極端子１５は夫々積層された陽極部２、積層された陰極部３に対向して設けられ、陰極端子１５は陽極端子１１間に配設されている。

外装樹脂２１は、エポキシ樹脂等の絶縁性の樹脂からなりモールド成形により形成される。

コンデンサ素子１は、平板状の形状であり、図２に示すように陽極部２は陽極体４の表面が露呈した陽極体４の一方に設けられ、陰極部３は陽極体４の他方に設けられている。

陽極体４は、アルミニウム、タンタル、チタン、ニオブ等の弁作用金属からなる箔であり、陽極体４の表面はエッチング処理によって粗面化されて表面積が拡大されている。

また、陽極体４は、弁作用金属の箔を用いたものの他に、弁作用金属の粉末からなる多孔質焼結体に弁作用金属部材を埋め込んで接合したものでもよい。

陰極部３は、陽極体４の表面に誘電体酸化皮膜層５、固体電解質層６、陰極層７が順次形成されたものである。

誘電体酸化皮膜層５は、陽極体４の表面を化成処理することによって形成される。

固体電解質層６は、誘電体酸化皮膜層５の表面に形成され、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン等の導電性高分子から選択されたいずれかを含むものである。

陰極層７は、カーボン層と導電体層とを固体電解質層６の表面に順次積層したものであり、カーボン層はグラファイト等からなり、導電体層は銀、ニッケル、銅等の導電性粒子とエポキシ等の樹脂を含有する導電性ペーストを塗布、硬化させたものである。

また、コンデンサ素子１は分離部８を有し、分離部８はポリイミド樹脂、シリコン樹脂などの絶縁性樹脂からなり、陽極部２と陰極部３との境界の陽極体４上に帯状に設けられ、この分離部８によって固体電解質層６や陰極層７が陽極部２に形成されないように防止されている。

図１に示す陽極端子１１及び陰極端子１５は、銅、鉄、ニッケル等の金属またはＦｅ−Ｎｉ合金等の合金の基材から構成される金属フレームであり、厚み０．０７ｍｍ〜０．３ｍｍのものを好適に用いることができる。

図３は本発明の実施の形態における固体電解コンデンサの陰極部のＡ−Ａ’断面図である。

陰極端子１５は、図１、図３に示すように、陰極搭載部１６と陰極引出部１７、陰極露呈部１８を有したものである。

陰極搭載部１６は、平坦状であり実装面２２に近接して平行に配設されている。

また、陰極搭載部１６は、積層された陰極部３に対向して設けられ、積層された陰極部３の中央が陰極搭載部１６の中央に対向している。

陰極搭載部１６の実装面２２側と実装面２２の外装樹脂２１との間隔は、陰極露呈部１８を構成するフレーム厚みの０．５倍から２倍を有している。また、この間隔は０．０５ｍｍ以上から０．１５ｍｍ以下であることが好ましく、高周波領域においてＥＳＬを小さくすることができる。

さらに、陰極搭載部１６は１つ又は複数の貫通孔２８を有している。

この貫通孔２８を遮るように、連結体２５が積層された陰極部３と陰極搭載部１６との間に挟み込まれ、陰極搭載部１６は連結体２５を介して積層された陰極部３を載置している。

また、陰極搭載部１６の中央は、積層された陰極部３の下面の中央に対向している。

陰極露呈部１８は、実装面２２の外装樹脂２１から露呈して実装面２２の両側に設けられている。

陰極引出部１７は、外装樹脂２１によって被覆され、陰極露呈部１８の一方の端部側に接続して、陰極露呈部１８と陰極搭載部１６とを連結している。

図４は本発明の実施の形態における連結体の斜視図である。

連結体２５は、図４に示すように、コ字状の溝構造を有し、平坦な底部２６の両側から略垂直に立ち上がる側面部２７を備えた導電性フレームであり、フレームの基材は銅、鉄、ニッケル等の金属、合金の金属板から構成され、厚み０．０７ｍｍ〜０．３ｍｍのものを好適に用いることができる。

また、電気抵抗を下げるためにフレームの基材表面にめっき層等の金属層が形成されたものでもよい。

図１、図３に示すように、連結体２５の底部２６は積層された陰極部３を載置し、連結体２５の側面部２７は積層された陰極部３の両側の側面に接して又は近接して設けられ、さらに連結体２５は導電性接着層１９を介して積層された陰極部３と接合されている。

この導電性接着層１９は、連結体２５の底部２６又は側面部２７のいずれかの表面に設けることができる。

また、連結体２５と陰極部３との接合は、連結体２５と陰極搭載部１６とを接合した後に行うことが好ましい。

なお、連結体２５は底部２６のみで構成された形状でもよい。

連結体２５の底部２６は積層された陰極部３の最下層と陰極搭載部１６との間に挟み込まれ、底部２６は抵抗溶接、超音波溶接、レーザ溶接等の溶接により貫通孔２８の周囲の陰極搭載部１６の上面に密着して接合され、貫通孔２８の開口部を覆っている。

外装樹脂２１は、陰極搭載部１６の実装面２２側の面と実装面２２との間に薄厚に形成されている。ここで陰極搭載部１６の実装面２２側の面は、連結体２５の底部２６が接合された陰極搭載部１６の面と対向する陰極搭載部１６の面である。

さらに、外装樹脂２１は陰極搭載部１６の実装面２２側の面から貫通孔２８に充填され、陰極搭載部１６と連結体２５とを被覆している。

以上のように、貫通孔２８を設けることにより、陰極搭載部１６の実装面２２側を被覆する薄厚の外装樹脂２１と陰極搭載部１６との密着強度が大きくなり外装樹脂２１のクラックを防ぐことができ、クラックを通じて外部からの酸素がコンデンサ素子１の陰極部３に侵入することを低減することができる。

また、連結体２５により貫通孔２８を遮ることにより、実装面２２側にある薄厚の外装樹脂２１から貫通孔２８を通じて外部からの酸素が侵入することを低減することができる。

貫通孔２８に充填された外装樹脂２１は、連結体２５の底部２６と陰極搭載部１６間にはみ出ていないことが好ましく、連結体２５が変形してコンデンサ素子１に機械的ストレスが生じコンデンサ素子１の特性が劣化することを低減できる。

図５は本発明の実施の形態における固体電解コンデンサの陽極部のＢ−Ｂ’断面図である。

陽極端子１１は、図１、図５に示すように陽極搭載部１２と陽極引出部１３、陽極露呈部１４を有したものである。

陽極搭載部１２は、平坦状であり、固体電解コンデンサの実装面２２と対向するように平行に設けられている。また陽極搭載部１２は、図５に示すようにコンデンサ素子１の側面側となる陽極部２の両端の２箇所に設けられ、抵抗溶接、超音波溶接、レーザ溶接等の溶接により陽極部２と接合され、陽極部２と電気的に接続している。

陽極露呈部１４は、実装面２２の外装樹脂２１から露呈して実装面２２の中央に設けられている。

陽極引出部１３は、外装樹脂２１によって被覆され、陽極露呈部１４の両端部側に接続して陽極露呈部１４と陽極搭載部１２とを連結している。

図６は本発明の実施の形態における固体電解コンデンサの下面図である。

図６に示すように、陽極露呈部１４は軸Ｃ−Ｃ’が実装面２２の端辺と交わる両端部に設けられ、陰極露呈部１８は軸Ｄ−Ｄ’が実装面２２の側辺と交わる両側に設けられている。

ここで、軸Ｃ−Ｃ’は相反する陽極部を結ぶ方向に延びるもので積層されたコンデンサ素子１の側面間の中央に設けられたものであり、軸Ｄ−Ｄ’は軸Ｃ−Ｃ’に垂直であって相反する陽極部２間の中央に設けられたものである。また軸Ｃ−Ｃ’と軸Ｄ−Ｄ’の交点は積層された陰極部３の中央となる。

また、陽極露呈部１４及び陰極露呈部１８は実装面２２の外装樹脂２１と同一面に設けられ、陽極露呈部１４及び陰極露呈部１８の表面には、回路基板と接合するためにＳｎめっき等の金属皮膜が設けられている。

図７は本発明の実施の形態における陰極端子の要部下面図である。

図７（ａ）に示すように陰極搭載部１６に貫通孔を１つ設ける場合は、貫通孔２８は陰極搭載部１６の中心となる軸Ｃ−Ｃ’と軸Ｄ−Ｄ’の交点を中心にして設けることが好ましい。

これによって、陰極搭載部１６に流れる電流は、陰極搭載部１６の貫通孔２８の部分には電流が流れないので陽極端子１１と隣接する側に流れ易くなり、陽極端子１１、コンデンサ素子１、陰極端子１５を順次流れる電流の経路を短くすることができる。このためＥＳＬが小さくなり低インピーダンスにすることができる。

また、図７（ｂ）に示すように陰極搭載部１６ｂに貫通孔を複数個設ける場合は、貫通孔２８ｂ、２８ｃは軸Ｄ−Ｄ’に対し対称に設けることが好ましい。

これによって、コンデンサ素子１に流れる電流は、相反する陽極部２が一方側にあるコンデンサ素子１と他方側にあるコンデンサ素子１に流れる電流量が同じになり相反するコンデンサ素子１の内部抵抗による発熱を同じにできる。これによって片方側のコンデンサ素子１の温度上昇が大きくなることがなくコンデンサ素子の特性劣化を低減することができる。

また、連結体２５の側面部２７は、積層された陰極部３の側面全体を覆うことが好ましく、これによって外装樹脂２１の側面から酸素が侵入することを低減することができる。

また、連結体２５の側面部２７は、積層された陰極部３の側面全体と接合することが好ましく、これによって陰極端子１５と積層されたコンデンサ素子１との導電性を向上させることができ、固体電解コンデンサのＥＳＲを小さくすることができる。

なお、実施の形態では、陰極搭載部１６と連結体２５とを別々に設け、これを接合したものについて述べたが、陰極搭載部１６と連結体２５とが一体に形成されたものでもよく、例えば直方体の金属ブロックを切断加工して金属ブロックの一面に貫通しない凹部を設けてもよい。

また、本発明は、複数のコンデンサ素子を交互に相反して積層するものに限定するものではなく、陽極体の両端に設けた陽極部間に陰極部を設け、陽極体が陰極部を貫通する貫通コンデンサ素子を用いて固体電解コンデンサを構成してもよい。

また、実施の形態に用いたコンデンサ素子の陽極部を一方側のみに並べて積層したものでもよい。この場合、実施の形態で外装樹脂２１の両端に設けられた陽極端子は、外装樹脂２１の一方側に設けられ、他方側に陰極端子が設けられる。

なお、導電性高分子の固体電解質の代わりに二酸化マンガン等の半導体の固体電解質を用いた固体電解コンデンサにおいて、陰極搭載部の貫通孔を遮るように連結体と陰極搭載部とを接合し外装樹脂を貫通孔に充填することにより、陰極端子と外装樹脂との密着強度が向上するため外部からの湿気の侵入による特性の劣化を低減することができる。

以下、具体的な実施例について説明する。

（実施例１）
実施例１は、図１に示す固体電解コンデンサとコンデンサ素子の積層枚数が異なる以外は、同じ構成とした。

コンデンサ素子は、陽極体がアルミニウム箔からなり、ポリピロールの導電性高分子からなる固体電解質が形成されている。

連結体は、厚み０．１ｍｍの銅フレームからなり、図４に示すようにコ字状に設けられたものであり、連結体の底部は外側寸法が長さＬ４．０ｍｍ×幅Ｗ４．０ｍｍである。

陰極搭載部は、図７（ａ）に示すように厚み０．１ｍｍの銅フレームからなる平板のものであり、陰極搭載部の寸法は長さＬ５．０ｍｍ×幅Ｗ２．５ｍｍである。

貫通孔は、陰極搭載部の中央に１つ設けられ、貫通孔の直径は１．０ｍｍである。

陽極部が一枚ずつ交互に相反するようにコンデンサ素子を６枚積層し、コンデンサ素子の陽極部は陽極端子の陽極搭載部と接合し、陰極部は連結体を介して陰極端子の陰極搭載部と接合した。

連結体を陰極搭載部に接合するとき、連結体の底部と貫通孔の周囲の陰極搭載部を超音波溶接により接合して貫通孔を遮蔽した。

続いて、トランスファーモールドにより外装樹脂を形成して、コンデンサ素子と連結体、陽極搭載部、陰極搭載部を外装樹脂により被覆し、陽極露呈部と陰極露呈部を実装面の外装樹脂から露呈させた。

このとき外装樹脂を陰極搭載部の実装面側から貫通孔に充填しながら、陰極搭載部と実装面間に厚み０．１ｍｍの外装樹脂を形成した。

作製した固体電解コンデンサは、定格容量は２Ｖ２２０μＦであり外形寸法は長さ８．５ｍｍ×幅４．８ｍｍ×高さ２．０ｍｍである。

（実施例２）
実施例２は、実施例１と陰極搭載部の貫通孔の構成が異なる以外は、実施例１と同一の構成とした。

陰極搭載部は、図７（ｂ）に示すように貫通孔を２つ備え、この２つの貫通孔を軸Ｄ−Ｄ’に対し対称であり幅Ｗの中央に設けた。また貫通孔の直径は０．８ｍｍであり貫通孔の中心間の間隔は１．６ｍｍとした。

（比較例）
比較例は、実施例１の陰極搭載部に貫通孔を形成しないものを用いた以外は、実施例１と同一の構成とした。

実施例１、実施例２、比較例の固体電解コンデンサについて、試料作製後のＥＳＲ特性の初期値と、ピーク値２６０℃のリフローを実施後のＥＳＲ特性と、ピーク値２６０℃のリフローを実施し温度１０５℃の高温放置試験、１０００時間後のＥＳＲ特性を測定した。ＥＳＲ特性の測定は周波数１００ｋＨｚで行い夫々試料３００個の平均値を算出した。

その結果を（表１）に示す。

（表１）に示すように、実施例１、実施例２、比較例は、初期値及びリフロー後はいずれも３．１ｍΩであり同じであった。

高温放置試験後は、実施例１、実施例２は夫々３．３ｍΩ、３．２ｍΩとなりＥＳＲ特性の劣化はほとんどなかった。一方、比較例は６．４ｍΩとなりＥＳＲ特性の劣化が大きかった。

以上のように、本発明の実施例１、実施例２は、比較例に比べ陰極端子と外装樹脂との密着強度が向上しリフローでの外装樹脂のクラックの発生がなく、高温放置試験において酸素侵入によるＥＳＲ特性の劣化を低減でき低インピーダンスの固体電解コンデンサを得ることができる。

本発明にかかる固体電解コンデンサは、外部からの酸素の侵入を低減でき、低インピーダンスの固体電解コンデンサを得ることができるので、ＣＰＵの電源ライン等に使用される、各種電子機器や電気回路等に有用なものである。

本発明の実施の形態における固体電解コンデンサの側面断面図 本発明の実施の形態におけるコンデンサ素子の側面断面図 本発明の実施の形態における固体電解コンデンサの陰極部のＡ−Ａ’断面図 本発明の実施の形態における連結体の斜視図 本発明の実施の形態における固体電解コンデンサの陽極部のＢ−Ｂ’断面図 本発明の実施の形態における固体電解コンデンサの下面図 （ａ）本発明の実施の形態における陰極端子の要部下面図、（ｂ）本発明の実施の形態における他の陰極端子の要部下面図 従来の固体電解コンデンサの側面断面図 従来の固体電解コンデンサの下面図

符号の説明

１ コンデンサ素子
２ 陽極部
３ 陰極部
１１ 陽極端子
１２ 陽極搭載部
１５ 陰極端子
１６ 陰極搭載部
１９ 導電性接着層
２１ 外装樹脂
２２ 実装面
２５ 連結体
２６ 底部
２７ 側面部
２８ 貫通孔

Claims (4)

1. 陽極部と陰極部を有するコンデンサ素子と、前記陰極部を載置する陰極搭載部を有する陰極端子と、前記陰極部と前記陰極搭載部間に挟み込まれ且つ前記陰極部と前記陰極搭載部を電気的に接続する連結体と、少なくとも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、前記陰極搭載部は貫通孔を有し、前記連結体は前記貫通孔を遮るように前記陰極搭載部に接合され、前記外装樹脂は前記連結体と接合される前記陰極搭載部の面に対向する前記陰極搭載部の面側から前記貫通孔に充填された固体電解コンデンサ。
2. 前記コンデンサ素子を複数備え、この複数のコンデンサ素子は積層された前記陰極部を中心にして相反する前記陽極部が交互に積層されたものであり、前記陰極搭載部は前記積層された陰極部を搭載し実装面側に設けられ、前記連結体は前記積層された陰極部と前記陰極搭載部間に挟み込まれた請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
3. 前記貫通孔は、前記相反する陽極部間の中央に設けられた請求項２に記載の固体電解コンデンサ。
4. 前記貫通孔を複数備え、前記相反する陽極部を結ぶ方向に垂直であり前記相反する陽極部間の中央に設けられる軸に対し、前記複数の貫通孔が対称に設けられた請求項２に記載の固体電解コンデンサ。

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