JP2010034398A - 固体電解コンデンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】固体電解コンデンサに過大な短絡電流が流れた際に、確実に電気回路を開放させ、電流を遮断することができる固体電解コンデンサを得る。
【解決手段】陽極２の表面上に、誘電体層３、電解質層４、及び陰極層（カーボン層５及び銀ペースト層６）をこの順で積層させたコンデンサ素子１１に、陽極リードフレーム７及び陰極リードフレーム８を接続させた固体電解コンデンサ１０において、陽極リードフレームからコンデンサ素子への電流路及びコンデンサ素子から陰極リードフレームへの電流路のうちの少なくともいずれか一方の電流路内に、熱膨張性黒鉛を含有する導電性接着剤層を設け、コンデンサ素子に流れる電流が導電性接着剤層中を通るように構成したことを特徴とする固体電解コンデンサ。
【選択図】図１
【解決手段】陽極２の表面上に、誘電体層３、電解質層４、及び陰極層（カーボン層５及び銀ペースト層６）をこの順で積層させたコンデンサ素子１１に、陽極リードフレーム７及び陰極リードフレーム８を接続させた固体電解コンデンサ１０において、陽極リードフレームからコンデンサ素子への電流路及びコンデンサ素子から陰極リードフレームへの電流路のうちの少なくともいずれか一方の電流路内に、熱膨張性黒鉛を含有する導電性接着剤層を設け、コンデンサ素子に流れる電流が導電性接着剤層中を通るように構成したことを特徴とする固体電解コンデンサ。
【選択図】図１
Description
本発明は、陽極の表面上に、誘電体層、電解質層、及び陰極層をこの順で積層させたコンデンサ素子を用いた固体電解コンデンサに関するものである。
固体電解コンデンサは、パソコン、携帯電話等の各種携帯情報端末、デジタルカメラ等の各種映像情報機器、その他の電子機器等において、ＣＰＵの電源回路、その周辺回路等に組み込まれて使用されている。
このような固体電解コンデンサにおいて、万一の誤接続や故障が生じた場合、大きな短絡電流が流れ、コンデンサ素子が発熱・発火し、周囲の部品やプリント配線板を焼損するおそれがあった。そこで、近年、過大な短絡電流による固体電解コンデンサの焼損を防止することが検討されている。
固体電解コンデンサの焼損を防止する技術として、コンデンサ素子と、コンデンサ素子に接続される端子との間にヒューズを接続し、そのヒューズを外装樹脂内に封入した、いわゆるヒューズ内蔵型の固体電解コンデンサが提案されている（例えば、特許文献１）。このようなヒューズ内蔵型の固体電解コンデンサでは、コンデンサ素子と端子間にヒューズを設置することにより、過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れた場合、ヒューズの溶断により電気回路を開放させ電流を遮断し、固体電解コンデンサの焼損を防止することができる。
しかしながら、従来のヒューズ内蔵型の固体電解コンデンサは、構成が複雑になると共に、確実に電流を遮断することができない場合があるという問題があった。
また、コンデンサ素子と、これに接続されるリードフレームとの間に、導電性粒子を混入させた絶縁性ポリマーから形成された電流制御層を設けることにより、低い温度で電流制御が可能な固体電解コンデンサが提案されている（例えば、特許文献２）。
しかしながら、このような固体電解コンデンサは、低い温度での電流制御を目的としているものである。
本発明は、後述するように、熱膨張性黒鉛を含有する導電性接着剤層を用いるものであるが、特許文献３には、本発明において用いることができる熱膨張性黒鉛の製造方法などが記載されている。
特開２００１−１７６３７４号公報
特開２００４−２２１５４４号公報
特開２００７−４５６７６号公報
本発明の目的は、過大な電流がコンデンサ素子に流れた際に、電気回路を開放させ、電流を遮断することができる固体電解コンデンサを提供することにある。
本発明は、陽極の表面上に、誘電体層、電解質層、及び陰極層をこの順で積層させたコンデンサ素子に、陽極リードフレーム及び陰極リードフレームを接続させた固体電解コンデンサにおいて、陽極リードフレームからコンデンサ素子への電流路及びコンデンサ素子から陰極リードフレームへの電流路のうちの少なくともいずれか一方の電流路内に、熱膨張性黒鉛を含有する導電性接着剤層を設け、コンデンサ素子に流れる電流が導電性接着剤層中を通るよう構成したことを特徴としている。
本発明においては、陽極リードフレームからコンデンサ素子への電流路及びコンデンサ素子から陰極リードフレームへの電流路のうちの少なくともいずれか一方の電流路内に、熱膨張性黒鉛を含有する導電性接着剤層を設けている。導電性接着剤層中に含有されている熱膨張性黒鉛は、所定の温度になると、体積が膨張するという特性を有している。このため、所定の温度になり、熱膨張性黒鉛が膨張すると、導電性接着剤層中に空間が形成され、これによって、導電性接着剤層を流れる電流を遮断することができる。このため、本発明に従い導電性接着剤層をコンデンサ素子に流れる電流の電流路内に設けておくことにより、コンデンサ素子に流れる電流を確実に遮断することができる。このため、過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れ、コンデンサ素子が温度上昇した場合、確実に電気回路を開放させ、電流を遮断することができる。従って、固体電解コンデンサの焼損を確実に防止することができる。
本発明に従う好ましい実施形態の１つにおいては、コンデンサ素子と、陽極リードフレーム及び陰極リードフレームのうちの少なくともいずれか一方との間に、導電性接着剤層が設けられる。
本発明に従う他の好ましい実施形態においては、陽極リードフレーム及び陰極リードフレームのうちの少なくともいずれか一方が分割され、分割されたリードフレームの間に導電性接着剤層が設けられる。
導電性接着剤層に空間が形成され、電流を遮断する温度は、熱膨張性黒鉛の膨張開始温度によって制御することができる。膨張開始温度の異なる熱膨張性黒鉛が市販されているので、これらを適宜選択して使用することにより、導電性接着剤層のヒューズ機能を発揮させる温度を適宜調整することができる。
本発明に用いることができる熱膨張性黒鉛としては、例えば、特許文献３に開示された方法により製造される熱膨張性黒鉛を挙げることができる。具体的には、原料黒鉛を硫酸及び酸化剤の混合物中で処理した後、固体中和剤を混合することによって製造することができる。熱膨張性黒鉛の原料黒鉛としては、天然黒鉛、熱分解黒鉛、キッシュ黒鉛などが挙げられる。また、硫酸としては、濃硫酸、無水硫酸、発煙硫酸などが挙げられる。また、酸化剤としては、過酸化水素、過酸化アンモニウム、過酸化カリウムのような過酸化物、過硫酸塩、濃硝酸、発煙硝酸のような硝酸、過塩素酸、過塩素酸塩などを挙げることができる。
酸化剤は、硫酸１００重量部に対し、１〜１０重量部程度使用することが好ましい。
また固体中和剤としては、アルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩などが挙げられる。固体中和剤の使用量は、例えば、酸処理黒鉛１００重量部に対し、炭酸カルシウムの場合４０〜１００重量部、水酸化マグネシウムの場合４０〜９０重量部が好ましく用いられる。
本発明において、熱膨張性黒鉛の膨張開始温度は、３００〜４００℃の範囲であることが好ましい。固体電解コンデンサをプリント基板などに半田付けする際、３００℃未満の温度に加熱される場合があるため、膨張開始温度が３００℃未満であると、半田付けする際にコンデンサが故障する場合がある。また、膨張開始温度が４００℃を越えると、熱膨張性黒鉛が膨張を開始して電流を遮断する前に、コンデンサ素子の発火・燃焼が開始するおそれがある。
熱膨張性黒鉛の膨張開始温度は、目盛の付いた容量１２ｍｌのガラスシリンダーに熱膨張性黒鉛の試料１ｇを入れ、これを電気路に入れて、１５０℃から毎分５℃の速度で昇温させ、５℃毎にガラスシリンダー内の容量を読み取り、熱膨張性黒鉛の容積が元の容量の１．１倍以上に膨張したときの温度である。
本発明において、導電性接着剤層中の熱膨張性黒鉛の含有量は、５〜３０重量％の範囲内であることが好ましい。熱膨張性黒鉛の含有量が多すぎると、導電性接着剤層の導電性が低下し、固体電解コンデンサの性能が低下するおそれがある。また、熱膨張性黒鉛の含有量が少なすぎると、熱膨張性黒鉛が膨張しても、電気回路を開放し電流を遮断することができなくなる場合がある。
本発明における導電性接着剤層は、銀粒子などの導電性粒子を含む導電性ペーストに、熱膨張性黒鉛を添加し、均一になるように混合した導電性接着剤を塗布することにより形成することができる。
本発明によれば、過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れた際に、電気回路を開放させ、電流を遮断することができる固体電解コンデンサとすることができる。
以下、本発明を具体的な実施例により詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
＜実験１＞
（実施例１）
図１は、本発明に従う実施例の固体電解コンデンサを示す概略断面図である。図２は、図１に示す（ａ）線に沿う断面図である。
（実施例１）
図１は、本発明に従う実施例の固体電解コンデンサを示す概略断面図である。図２は、図１に示す（ａ）線に沿う断面図である。
図１に示すように、固体電解コンデンサ１０においては、陽極２の表面に、誘電体層３、電解質層４、カーボン層５、及び銀ペースト層６がこの順に形成されている。陽極２は、多孔質焼結体から形成されている。
陽極２は、弁作用金属またはその合金の多孔質焼結体から形成されており、誘電体層３は、この多孔質焼結体の表面を陽極酸化等により酸化することにより形成されている。従って、誘電体層３は、陽極２の内部にも形成されている。
誘電体層３の上には、電解質層４が形成されている。電解質層４は、例えば、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性高分子から形成することができる。電解質層４は、誘電体層３の上に形成されており、従って、陽極２の内部にも形成されている。
陽極リード線１は、陽極２の中心部に埋設されている。陽極リード線１は、陽極２を焼結する際に、弁作用金属またはその合金からなる線材を中心部に配置して焼結体を形成することにより陽極２に埋設させることができる。
陽極２の外周面の電解質層４の上には、カーボン層５が形成されている。カーボン層５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る。カーボン層５の上には、銀ペースト層６が形成されている。銀ペースト層６は、銀粒子を含有する銀ペースト層を塗布することにより形成することができる。一般には、銀粒子を含有する導電性ペーストが用いられる。
カーボン層５と銀ペースト層６から陰極層が構成されている。
銀ペースト層６には、熱膨張性黒鉛を含有した導電性接着剤層１２を介して、陰極リードフレーム８が接続されている。また、陽極リード線１には、陽極リードフレーム７が溶接により接続されている。陽極リードフレーム７及び陰極リードフレーム８の端部が、外部に引き出されるように、モールド外装樹脂９が形成されている。
コンデンサ素子１１は、陽極２、誘電体層３、電解質層４、カーボン層５、及び銀ペースト層６から構成されている。
導電性接着剤層１２は、熱膨張性黒鉛を含有している。コンデンサ素子１１に過大な短絡電流が流れた際、コンデンサ素子が発熱するので、この発熱により導電性接着剤層１２中に含有された熱膨張性黒鉛が所定の温度に達し、熱膨張を開始する。熱膨張性黒鉛の膨張により、導電性接着剤層１２の内部に空間が形成され、これにより導電性接着剤層の導電性が失われ、コンデンサ素子１１に流れる電流が遮断される。従って、これによりコンデンサ素子１１の発火及び燃焼を防止することができる。
上記の本実施例の固体電解コンデンサは、具体的には以下のようにして作製した。
タンタルからなる陽極リード線の一部を覆うように約２μｍの平均粒子径のタンタル粉末を略板状に成形し、真空中でこの成形体を焼結して、陽極リード線１を中心部に埋設した陽極２を形成した。
次に、陽極２を、約６０℃に保持した約０．１重量％のリン酸水溶液中に浸漬し、８Ｖの定電圧で約１０時間陽極酸化した。これにより、陽極２の表面上に、酸化タンタルからなる誘電体層３を形成した。誘電体層３は、上述のように、多孔質体である陽極２の内部にも形成されている。
次に、重合性モノマーとしてのピロール１０重量％と、ドーパント付与剤兼酸化剤としてのパラトルエンスルホン酸鉄（III）１６重量％とを、エタノールと水の５：１（体積比）の混合溶媒に溶解し、モノマー溶液を調製した。このモノマー溶液に、誘電体層３を形成した陽極２を浸漬し、大気中で２時間放置することにより、誘電体層３の上に、厚み約１００μｍの導電性高分子からなる電解質層４を形成した。
次に、陽極２の外周面の電解質層４の上に、カーボンペーストを塗布し、１５０℃で３０分間乾燥させて、カーボン層５を形成した。次に、カーボン層５の上に、銀ペーストを塗布し、１７０℃で３０分間乾燥して、銀ペースト層６を形成した。
以上のようにして、コンデンサ素子１１を作製した。
次に、銀ペースト層６を形成したのと同じ銀ペーストに、熱膨張性黒鉛（膨張開始温度：２５０℃、２５０℃での膨張度：２０ｃｍ３／ｇ）を、導電性接着剤層１２中の熱膨張性黒鉛の含有量が１０重量％となるように添加して、導電性接着剤形成用ペーストを作製した。この導電性接着剤層形成用ペーストを銀ペースト層６の上に塗布し、その上に陰極リードフレーム８を配置し、１５０℃、１×１０２Ｐａの減圧下で２時間乾燥した。これにより、陰極リードフレーム８と銀ペースト層６とを、導電性接着剤層１２により接着した。
図２に示すように、銀ペースト層６と陰極リードフレーム８とが接触する面の全面を覆うように導電性接着剤層１２を形成している。
陽極リードフレーム７は、陽極リード線１に溶接により取り付けた。
次に、陽極リードフレーム７及び陰極リードフレーム８の端部が、外部に引き出されるように、モールド成形によりコンデンサ素子１１を樹脂で被覆し、モールド外装樹脂９を形成して固体電解コンデンサ１０を作製した。
作製した固体電解コンデンサ１０の断面を透過型電子顕微鏡で観察した。その結果、導電性接着剤層１２の厚みは、約５０μｍであった。
なお、熱膨張性黒鉛の膨張度は、以下のようにして測定することができる。
所定温度に保持した電気路内に、５分間以上保持した容量１５０ｍｌの石英ビーカーを電気路から取り出し、直ちに熱膨張性黒鉛の試料０．５ｇを入れ、所定温度に保持した電気路内に入れる。１０秒間路内に保持した後、再び電気路から取り出し、放冷した後、ビーカーの目盛により膨張の容積を測定し、試料重量に対する膨張による増加容積（ｃｍ３／ｇ）を、その所定温度における膨張度とする。
（実施例２）
膨張開始温度が３００℃であり、３００℃の膨張度が２０ｃｍ３／ｇである熱膨張性黒鉛を用いる以外は、実施例１と同様にして、固体電解コンデンサを作製した。
膨張開始温度が３００℃であり、３００℃の膨張度が２０ｃｍ３／ｇである熱膨張性黒鉛を用いる以外は、実施例１と同様にして、固体電解コンデンサを作製した。
（実施例３）
膨張開始温度が３５０℃であり、３５０℃の膨張度が２０ｃｍ３／ｇである熱膨張性黒鉛を用いる以外は、実施例１と同様にして、固体電解コンデンサを作製した。
膨張開始温度が３５０℃であり、３５０℃の膨張度が２０ｃｍ３／ｇである熱膨張性黒鉛を用いる以外は、実施例１と同様にして、固体電解コンデンサを作製した。
（実施例４）
膨張開始温度が４００℃であり、４００℃の膨張度が２０ｃｍ３／ｇである熱膨張性黒鉛を用いる以外は、実施例１と同様にして、固体電解コンデンサを作製した。
膨張開始温度が４００℃であり、４００℃の膨張度が２０ｃｍ３／ｇである熱膨張性黒鉛を用いる以外は、実施例１と同様にして、固体電解コンデンサを作製した。
（実施例５）
膨張開始温度が４５０℃であり、４５０℃の膨張度が２０ｃｍ３／ｇである熱膨張性黒鉛を用いる以外は、実施例１と同様にして、固体電解コンデンサを作製した。
膨張開始温度が４５０℃であり、４５０℃の膨張度が２０ｃｍ３／ｇである熱膨張性黒鉛を用いる以外は、実施例１と同様にして、固体電解コンデンサを作製した。
（比較例１）
導電性接着剤層１２を、熱膨張性黒鉛を添加していない銀ペーストで形成する以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
導電性接着剤層１２を、熱膨張性黒鉛を添加していない銀ペーストで形成する以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
（比較例２）
導電性接着剤層１２を形成せずに、銀ペースト層６の上に陰極リードフレーム８を設置し、銀ペースト層６と陰極リードフレーム８の間を、金ワイヤー（線径５０μｍ）により接続したこと以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
導電性接着剤層１２を形成せずに、銀ペースト層６の上に陰極リードフレーム８を設置し、銀ペースト層６と陰極リードフレーム８の間を、金ワイヤー（線径５０μｍ）により接続したこと以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
〔静電容量の測定〕
実施例１〜５及び比較例１〜２で作製した固体電解コンデンサの静電容量を測定した。各固体電解コンデンサを半田ごてを用いて、コンデンサが過熱しないように手作業でプリント基板の表面に実装した後、周波数１２０Ｈｚでの静電容量を測定した。測定結果を表１に示す。なお、表１に示す静電容量の値は、比較例１の測定値を１００として規格化した値である。
実施例１〜５及び比較例１〜２で作製した固体電解コンデンサの静電容量を測定した。各固体電解コンデンサを半田ごてを用いて、コンデンサが過熱しないように手作業でプリント基板の表面に実装した後、周波数１２０Ｈｚでの静電容量を測定した。測定結果を表１に示す。なお、表１に示す静電容量の値は、比較例１の測定値を１００として規格化した値である。
〔ヒューズ機能確認試験〕
実施例１〜５及び比較例１〜２で作製した固体電解コンデンサのヒューズ機能を以下のようにして確認した。各固体電解コンデンサを、半田ごてを用いてコンデンサが過熱しないように手作業でプリント基板の表面に実装した後、陽極酸化電圧の２倍である１６Ｖの過電圧を印加してコンデンサ素子を短絡し、５Ａの過電流を印加して、電気回路が開放となるか否かを観察した。また、コンデンサが発煙または発火するか否かを確認した。サンプル数を１００個とし、そのうち電気回路が開放となった数、及びコンデンサが発煙または発火に至った数をカウントし、結果を表１に示した。なお、１６Ｖの過電圧及び５Ａの過電流は、通常の固体電解コンデンサの使用状態では実現されない過酷な条件である。
実施例１〜５及び比較例１〜２で作製した固体電解コンデンサのヒューズ機能を以下のようにして確認した。各固体電解コンデンサを、半田ごてを用いてコンデンサが過熱しないように手作業でプリント基板の表面に実装した後、陽極酸化電圧の２倍である１６Ｖの過電圧を印加してコンデンサ素子を短絡し、５Ａの過電流を印加して、電気回路が開放となるか否かを観察した。また、コンデンサが発煙または発火するか否かを確認した。サンプル数を１００個とし、そのうち電気回路が開放となった数、及びコンデンサが発煙または発火に至った数をカウントし、結果を表１に示した。なお、１６Ｖの過電圧及び５Ａの過電流は、通常の固体電解コンデンサの使用状態では実現されない過酷な条件である。
または、各固体電解コンデンサの体積に対する、コンデンサ素子の体積の占有率を算出し、素子占有率として表１に示した。
表１に示す結果から明らかなように、本発明に従う実施例１〜５の固体電解コンデンサは、回路開放数がいずれも１００になっており、比較例１及び比較例２の固体電解コンデンサに比べ、ヒューズ機能が高く、過電流が流された際の電流の遮断を確実に行うことができる。これは、導電性接着剤層に熱膨張性黒鉛を含有させておくことにより、過電流が流れた際に、コンデンサ素子の発熱により導電性接着剤層中の熱膨張性黒鉛が膨張し、導電性接着剤層内に空間が形成されて導電性接着剤層による電流路部分が破壊されるため、コンデンサ素子に流れる電流を確実に遮断することができるためである。表１に示すように、従来のヒューズ内蔵型の固体電解コンデンサである比較例２では、回路開放数が８７となっており、コンデンサ素子に流れる電流を確実に遮断することができていない。
また、実施例１〜５の固体電解コンデンサは、比較例２のヒューズ内蔵型の固体電解コンデンサよりも素子占有率が高くなっている。また、実施例１〜５の固体電解コンデンサは、ヒューズを設けていない比較例１の固体電解コンデンサと同等の素子占有率を示している。従って、本発明に従う実施例１〜５の固体電解コンデンサは、体積増加をほとんど伴うことなく、過大な短絡電流がコンデンサ素子に流れた際に、電気回路を開放させ、電流を遮断することができる。
実施例５の固体電解コンデンサは、表１に示すようにサンプルの一部で発煙が確認された。これは、実施例５の固体電解コンデンサで用いた熱膨張性黒鉛の熱膨張開始温度が４５０℃と高いため、熱膨張性黒鉛が膨張を開始して電流を遮断する前に、コンデンサ素子が発煙を開始したためであると考えられる。
または、実施例１〜５並びに比較例１〜２で作製した固体電解コンデンサについて、リフロー方式によりプリント基板の表面に実装し、上記と同様に試験を行った。リフローは、２６０℃以上の時間が１０秒となるリフロー方式により行った。この結果、実施例１の固体電解コンデンサは、静電容量の測定が不可能であった。これは、温度が２６０℃となるリフロー方式により固体電解コンデンサを実装したため、膨張開始温度が２５０℃の熱膨張性黒鉛を用いた実施例１の固体電解コンデンサでは、リフロー時に熱膨張性黒鉛が膨張を開始し、コンデンサが故障したためであると考えられる。それ以外の実施例２〜５並びに比較例１〜２については、上記表１と同様の結果が得られた。
以上のことから、熱膨張性黒鉛の膨張開始温度としては、３００〜４００℃の範囲内が好ましいことがわかる。
＜実験２＞
ここでは、導電性接着剤層に含有させる熱膨張性黒鉛の含有量の影響を検討した。なお、熱膨張性黒鉛としては、実施例２で用いた熱膨張性黒鉛（熱膨張開始温度：３００℃、３００℃の熱膨張度：２０ｃｍ３／ｇ）を用いた。
ここでは、導電性接着剤層に含有させる熱膨張性黒鉛の含有量の影響を検討した。なお、熱膨張性黒鉛としては、実施例２で用いた熱膨張性黒鉛（熱膨張開始温度：３００℃、３００℃の熱膨張度：２０ｃｍ３／ｇ）を用いた。
（実施例６）
導電性接着剤層中における熱膨張性黒鉛の含有量が２．５重量％となるように導電性接着剤層を形成する以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
導電性接着剤層中における熱膨張性黒鉛の含有量が２．５重量％となるように導電性接着剤層を形成する以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
（実施例７）
導電性接着剤層中における熱膨張性黒鉛の含有量が５重量％となるように導電性接着剤層を形成する以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
導電性接着剤層中における熱膨張性黒鉛の含有量が５重量％となるように導電性接着剤層を形成する以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
（実施例８）
導電性接着剤層中における熱膨張性黒鉛の含有量が１０重量％となるように導電性接着剤層を形成する以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
導電性接着剤層中における熱膨張性黒鉛の含有量が１０重量％となるように導電性接着剤層を形成する以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
（実施例９）
導電性接着剤層中における熱膨張性黒鉛の含有量が３０重量％となるように導電性接着剤層を形成する以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
導電性接着剤層中における熱膨張性黒鉛の含有量が３０重量％となるように導電性接着剤層を形成する以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
（実施例１０）
導電性接着剤層中における熱膨張性黒鉛の含有量が３５重量％となるように導電性接着剤層を形成する以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
導電性接着剤層中における熱膨張性黒鉛の含有量が３５重量％となるように導電性接着剤層を形成する以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
〔ＥＳＲの測定〕
実施例６〜１０及び比較例１で作製した固体電解コンデンサを、リフロー方式によりプリント基板の表面に実装した後、周波数１００ｋＨｚでのＥＳＲを測定した。ＥＳＲの測定は、ＬＣＲメータを用いて陽極リードフレーム７と陰極リードフレーム８の間に電圧を印加することにより行った。測定結果を表２に示す。なお、表２に示すＥＳＲの値は、比較例１の測定値を１００として規格化した値である。
実施例６〜１０及び比較例１で作製した固体電解コンデンサを、リフロー方式によりプリント基板の表面に実装した後、周波数１００ｋＨｚでのＥＳＲを測定した。ＥＳＲの測定は、ＬＣＲメータを用いて陽極リードフレーム７と陰極リードフレーム８の間に電圧を印加することにより行った。測定結果を表２に示す。なお、表２に示すＥＳＲの値は、比較例１の測定値を１００として規格化した値である。
〔ヒューズ機能確認試験〕
実施例６〜１０及び比較例１で作製した固体電解コンデンサを、リフロー方式によりプリント基板の表面に実装した後、陽極酸化電圧の２倍である１６Ｖの過電圧を印加してコンデンサ素子を短絡させた後、５Ａの過電流を印加して、電気回路が開放となるか否かを確認した。本実験では、サンプル１００個を使用し、そのうち電気回路が開放となった数をカウントした。その結果を表２に示す。
実施例６〜１０及び比較例１で作製した固体電解コンデンサを、リフロー方式によりプリント基板の表面に実装した後、陽極酸化電圧の２倍である１６Ｖの過電圧を印加してコンデンサ素子を短絡させた後、５Ａの過電流を印加して、電気回路が開放となるか否かを確認した。本実験では、サンプル１００個を使用し、そのうち電気回路が開放となった数をカウントした。その結果を表２に示す。
なお、リフローは、２６０℃以上の時間が１０秒となるようにして２回行った。
表２に示す結果から明らかなように、熱膨張性黒鉛の含有量が２．５重量％である実施例６においては、回路開放数が９５となっている。このことから、導電性接着剤層における熱膨張性黒鉛の含有量が少ないと、熱膨張性黒鉛が膨張しても、電気回路を開放し、電流を遮断できなくなる可能性があることがわかる。
また、熱膨張性黒鉛の含有量が３５重量％である実施例１０においては、ＥＳＲが１０４の値となっており、ＥＳＲが若干上昇している。これは、熱膨張性黒鉛の含有量が多いと、導電性接着剤層の導電性が低下し、固体電解コンデンサの性能が低下するためであると考えられる。
以上の結果から、導電性接着剤層における熱膨張性黒鉛の含有量は５〜３０重量％の範囲が好ましいことがわかる。
＜他の実施形態＞
図３は、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概略断面図である。
図３は、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概略断面図である。
図４は、図３に示す（ｂ）線に沿う断面図である。
本実施形態においては、コンデンサ素子１１の銀ペースト層６と陰極リードフレーム８との間に形成する導電性接着剤層１３に、熱膨張性黒鉛を含有させていない。従って、熱膨張性黒鉛を含有していない銀ペーストから、導電性接着剤層１３を形成している。
また、本実施形態においては、陽極２の陽極リード線１と、陽極リードフレーム７とを、熱膨張性黒鉛を含有した導電性接着剤層１２により接続している。図４に示すように、陽極リード線１と接続する陽極リードフレーム７の部分は板状であるので、この板状部分の上に熱膨張性黒鉛を含有した導電体接着剤層形成用ペーストを塗布し、これに陽極リード線１を押し付けた状態とし、１５０℃、１×１０２Ｐａの減圧下で２時間乾燥させることにより、陽極リードフレーム７と陽極リード線１とを導電性接着剤層１２を介して接着させている。
図３に示すように、熱膨張性黒鉛を含有する導電性接着剤層１２により、陽極リード線１と陽極リードフレーム７との間を電気的に接続した場合にも、コンデンサ素子１１に過大な短絡電流が流れた際、導電性接着剤層１２がコンデンサ素子１１の発熱により加熱され、導電性接着剤層１２内に空間が形成されることによって、コンデンサ素子１１に流れる電流を確実に遮断することができる。
なお、図３に示す導電性接着剤層１３も、熱膨張性黒鉛を含有させた導電性接着剤層１２とし、２箇所にヒューズ機能を有する導電性接着剤層１２を設けても良い。
図５は、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概略断面図である。
本実施形態においては、陰極リードフレームを２つの分割リードフレーム８ａ及び８ｂに分割しており、これらの分割リードフレーム８ａ及び８ｂの端部８ｃ及び８ｄの間に、熱膨張性黒鉛を含有する導電性接着剤層１２を形成している。従って、分割リードフレーム８ａ及び８ｂによって陰極リードフレームからなる電流路を分割し、その間に導電性接着剤層１２を介在させている。
コンデンサ素子１１の銀ペースト層６と分割リードフレーム８ｂとの間には、熱膨張性黒鉛を含有していない導電性接着剤層１３を形成している。分割リードフレーム８ａの他方端部８ｅは、固体電解コンデンサ１０が接続される外部端子に接続され、分割リードフレーム８ｂの他方端部８ｆは、導電性接着剤層１３に接続されている。
本実施形態のように、陰極リードフレームを２つに分割し、分割リードフレーム８ａと８ｂの間に、熱膨張性黒鉛を含有した導電性接着剤層１２を設けた場合にも、上記の実施形態と同様に、コンデンサ素子１１に過大な短絡電流が流れた際、導電性接着剤層１２のヒューズ機能により、コンデンサ素子１１に流れる電流を確実に遮断することができる。従って、固体電解コンデンサが焼損するのを確実に防止することができる。
なお、本実施形態においても、導電性接着剤層１３を、熱膨張性黒鉛を含有した導電性接着剤層１２としてもよい。さらには、陽極リード線１と陽極リードフレーム７との間を、図３に示す実施形態のように、熱膨張性黒鉛を含有する導電性接着剤層１２により電気的に接続してもよい。
また、上記実施形態においては、陰極リードフレームを２つに分割しているが、陽極リードフレームを２つに分割して、それらの間に熱膨張性黒鉛を含有した導電性接着剤層を設けてもよい。さらには、３つ以上に分割して、それらの間に熱膨張性黒鉛を含有した導電性接着剤層を設けてもよい。
１…陽極リード線
２…陽極
３…誘電体層
４…電解質層
５…カーボン層
６…銀ペースト層
７…陽極リードフレーム
８…陰極リードフレーム
８ａ，８ｂ…分割リードフレーム
８ｃ，８ｄ…分割リードフレームの端部
９…モールド外装樹脂
１０…固体電解コンデンサ
１１…コンデンサ素子
１２…熱膨張性黒鉛を含有した導電性接着剤層
１３…熱膨張性黒鉛を含有していない導電性接着剤層
２…陽極
３…誘電体層
４…電解質層
５…カーボン層
６…銀ペースト層
７…陽極リードフレーム
８…陰極リードフレーム
８ａ，８ｂ…分割リードフレーム
８ｃ，８ｄ…分割リードフレームの端部
９…モールド外装樹脂
１０…固体電解コンデンサ
１１…コンデンサ素子
１２…熱膨張性黒鉛を含有した導電性接着剤層
１３…熱膨張性黒鉛を含有していない導電性接着剤層
Claims (5)
- 陽極の表面上に、誘電体層、電解質層、及び陰極層をこの順で積層させたコンデンサ素子に、陽極リードフレーム及び陰極リードフレームを接続させた固体電解コンデンサにおいて、
前記陽極リードフレームから前記コンデンサ素子への電流路及び前記コンデンサ素子から前記陰極リードフレームへの電流路のうちの少なくともいずれか一方の電流路内に、熱膨張性黒鉛を含有する導電性接着剤層を設け、前記コンデンサ素子に流れる電流が前記導電性接着剤層中を通るように構成したことを特徴とする固体電解コンデンサ。 - 前記コンデンサ素子と、前記陽極リードフレーム及び前記陰極リードフレームのうちの少なくともいずれか一方との間に、前記導電性接着剤層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。
- 前記陽極リードフレーム及び前記陰極リードフレームのうちの少なくともいずれか一方が分割され、分割されたリードフレームの間に前記導電性接着剤層が設けら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。
- 前記熱膨張性黒鉛の膨張開始温度が、３００〜４００℃の範囲であ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。
- 前記導電性接着剤層中の前記熱膨張性黒鉛の含有量が、５〜３０重量％の範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。
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