JP2010147234A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】歩留まりの高い固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】固体電解コンデンサ１００は、第一陽極表面１１５には第一金属スペーサ１４が接続されるとともに第二陽極表面２１５には第二金属スペーサ２４が接続される。第一コンデンサ素子１１の陽極体１には第一陽極引出部材１３が植設されるとともに第二コンデンサ素子２１の陽極体１には第二陽極引出部材２３が植立され、第一陽極引出部材１３は第一金属スペーサ１４を介してリードフレーム陽極部１５に接続されるとともに、第二陽極引出部材２３は第二金属スペーサ２４を介してリードフレーム陽極部１５に接続される。
【選択図】図１

Description

この発明は、固体電解コンデンサに関し、より特定的には、焼結体からなる陽極体を有する固体電解コンデンサに関するものである。

近年デジタル化の進展で電解コンデンサの低ＥＳＲ（等価直列抵抗）化の要求はますます厳しくなっている。

低ＥＳＲ化を図る手段として多素子化、中でもコスト／パフォーマンスの良好な２素子化が広がり始めている。

通常のリードフレーム構造で２素子化を図る方法として大別して以下の方法が提案されている。

（Ａ） 片面段積構造：リードフレームの片面に２素子を段積載置する構造
（Ｂ） 片面並列構造：リードフレームの片面に２素子を並列に載置する構造
（Ｃ） 両面貼付け構造：リードフレームを挟む形で２素子をそれぞれ裏表に貼付ける構造
これらのうち片面並列構造は現在市販されており、低ＥＳＲ化に一定の役割を果たしている。しかし、両面貼付け構造はＥＳＲでは片面並列構造よりも優れているものの生産性などに問題があり実施されていないといえる。（Ａ）の片面段積構造では、リードフレームから遠い側にある素子の陰極集電体層は金属のリードフレームに直接接触しない構造であるため、電子は金属に比べ導電率が１桁劣る銀樹脂からなる陰極集電体層の長い道のりを通過してリードフレームに到達せねばならず、当然ＥＳＲが大きくなる。

（Ｂ）の片面並列構造では両素子とも陰極集電体層がリードフレームに直接接触しているため片面段積構造に比べＥＳＲは改善される。しかしその接着面積が両面貼付け構造に比べほぼ半分となるため両面貼付け構造に比べＥＳＲは大きくなる。

（Ｃ）の両面貼付け構造では陰極集電体層とリードフレームの接触面積が片面段積構造（Ａ）の２倍であり、ＥＳＲの観点からは最も好ましい構造であり、２素子化によるＥＳＲ低減効果を最大に活かせる利点がある。

しかし、２つの陽極素子から引出された陽極引出部材をリードフレーム陽極部にどのように接続するかにおいて、過去に色々な提案がなされているがいずれも実用に供するには問題があった。

たとえば特開平１１−２８８８４５号公報（特許文献１）、特開２００１−２８４１９２号公報（特許文献２）で提案がなされている。

しかしそれらはそれぞれ以下に述べるような問題があり実用化が困難である。
特許文献１では、各素子から引出す陽極引出部材の引出位置は素子面のセンターではなく一方に偏らせておく必要があり、方向性を持つ素子は化成から始まるすべての生産工程で装置も煩雑になり甚だしく生産性を阻害し、実用的ではない。

特許文献２では、陽極引出部材（ワイヤ）を折り曲げる加工が必要だが、一般に陽極引出部材の根元は脆弱であり、このような加工は歩留まりを著しく悪化させる。さらに必要なワイヤ長が増加し、ＥＳＲの増大をもたらす。

また特許文献２に記載された構造では陽極引出部材は銀樹脂塊でフレームに接続されている。この例では非常に高価な銀を多量に盛り上げる必要があり材料コストが嵩むこと、さらに柔らかな銀ペーストを高く盛り上げた状態で熱硬化するまで衝撃や振動を与えず静置状態を保持する必要があり、到底現実的ではない。銀樹脂は鉄に比べて比抵抗が５倍高く、盛り上げた銀樹脂の長いパスはＥＳＲを大きくするという欠点がある。

また特許文献２では陽極引出ワイヤを根元から曲げる必要がある。
しかし、特開２００５−８５７７９号公報（特許文献３）にもあるように陽極ワイヤの根元は最も脆弱な部分であり、その補強には従来無数の改善提案がなされ神経を使ってきた部分である。このような提案では根元からワイヤを曲げる作業は脆弱なワイヤ根元にストレスを与え工程不良を激増させる。
特開平１１−２８８８４５号公報 特開２００１−２８４１９２号公報 特開２００５−８５７７９号公報

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、高性能でかつ歩留まりの高い固体電解コンデンサを提供することを目的とする。

この発明に従った固体電解コンデンサは、焼結体からなる陽極体と、誘電体被膜と、陰極部とを順次具備した第一および第二コンデンサ素子と、第一陽極表面とその第一陽極表面の反対側の第二陽極表面とを有する、陽極体に電気的に接続される陽極端子と、第一陰極表面とその第一陰極表面の反対側の第二陰極表面とを有する、陰極部に電気的に接続される陰極端子とを備える固体電解コンデンサであって、第一コンデンサ素子の陰極部は第一陰極表面に接続されるとともに第二コンデンサ素子の陰極部は第二陰極表面に接続され、第一陽極表面は第一スペーサが接続されるとともに第二陽極表面には第二スペーサが接続される。第一コンデンサ素子の陽極体には第一陽極リード部材が植立されるとともに、第二コンデンサ素子の陽極体には第二陽極リード部材が植設され、第一陽極リードは第一スペーサを介して陽極端子に接続されるとともに、第二陽極リード部材は第二スペーサを介して陽極端子に接続される。

このように構成された固体電解コンデンサでは、陽極端子と、第一陽極リード部材および第二陽極リード部材との間には第一スペーサおよび第二スペーサが配置される。その結果、第一陽極リード部材および第二陽極リード部材を曲げることなく第一スペーサを介在させて第一陽極リード部材と第二陽極リード部材と、陽極端子を接続することができ、焼結体からなる陽極体を破壊することがない。その結果、歩留まりの高い固体電解コンデンサを提供することができる。

好ましくは、陽極端子と第一スペーサと第二スペーサは、一体として形成されている。
好ましくは、第一および第二コンデンサ素子と、陽極端子の一部と陰極端子の一部とを被覆する外装樹脂をさらに備える。陽極端子の一部と陰極端子の一部は外装樹脂から露出して固体電解コンデンサの側面および底面に沿って折り曲げられている。

好ましくは、陽極端子から第一および第二コンデンサ素子の陽極体までの電気経路は、陰極端子のうち第一および第二コンデンサ素子に挟まれた素子搭載部に対して上下対称に形成されている。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。また、各実施の形態を組合せることも可能である。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った固体電解コンデンサの断面図である。図２は、図１中の矢印ＩＩで示す方向から見た固体電解コンデンサの断面図である。

図１および図２で示すように、この発明に従った固体電解コンデンサ１００は、第一コンデンサ素子１１および第二コンデンサ素子２１がリードフレーム陰極部１６の両側に配置された両面貼付け構造の固体電解コンデンサ１００である。第一コンデンサ素子１１および第二コンデンサ素子２１は、ニオブまたはタンタル等のバルブ金属の焼結体からなる陽極体１と、誘電体被膜２と、陰極部３とを順次具備した構造とされている。陰極部３は後述するように、陰極層と陰極集電体層（カーボン層、銀樹脂層）とを順次形成したものである。第一コンデンサ素子１１および第二コンデンサ素子２１の陽極体１はいずれも陽極端子としてのリードフレーム陽極部１５に電気的に接続されている。リードフレーム陽極部１５は第一陽極表面１１５とその第一陽極表面１１５の反対側の第二陽極表面２１５とを備えている。第一コンデンサ素子１１の陰極部３は第一陰極表面１１６に接続されるとともに、第二コンデンサ素子２１の陰極部３は第二陰極表面２１６に接続される。第一陽極表面１１５には第一金属スペーサ１４が接続されるとともに、第二陽極表面２１５には第二金属スペーサ２４が接続される。

第一コンデンサ素子１１の陽極体１には第一陽極リードとしての第一陽極引出部材１３が植立されている。第二コンデンサ素子２１の陽極体１には第二陽極リード部材としての第二陽極引出部材２３が植立されている。第一陽極引出部材１３は第一金属スペーサ１４を介してリードフレーム陽極部１５に接続される。第二陽極引出部材２３は第二金属スペーサ２４を介してリードフレーム陽極部１５に接続されている。第一および第二コンデンサ素子１１，２１と、リードフレーム陽極部１５の一部とリードフレーム陰極部１６の一部分とは外装樹脂１７で被覆されており、リードフレーム陽極部１５の一部とリードフレーム陰極部１６の一部は外装樹脂から露出して固体電解コンデンサ１００の側面および底面に沿って折り曲げられている。

リードフレーム陽極部１５から第一および第二コンデンサ素子１１，２１の陽極体１までの電気経路は上下対称に形成されている。

第一コンデンサ素子１１および第二コンデンサ素子２１は、バルブ金属粉を第一および第二陽極引出部材１３，２３の一端を埋設する形で成形し、焼結して素子本体としての第一コンデンサ素子１１および第二コンデンサ素子２１を形成し、これを化成して本体の全表面に誘電体被膜２を形成した後、導電性ポリマーまたは二酸化マンガンなどからなる陰極層を本体内部まで形成する。次いで、本体外周にカーボン層、銀樹脂層を順次塗布して第一および第二陰極集電体層を形成して、第一コンデンサ素子１１および第二コンデンサ素子２１を形成する。なお、前記陰極層と陰極集電体層は陰極部を構成する。

次に、鉄線、タンタル線またはニオブ線などの金属線を適当な長さにカットした第一および第二金属スペーサ１４，２４をリードフレーム陽極部１５の表裏に電気溶接で取付けておく。

次に、リードフレーム陰極部１６に少量の銀樹脂接着剤１２を用いて第一コンデンサ素子１１を貼付け同時に第一金属スペーサ１４に第一陽極引出部材１３を電気溶接する。

次に、リードフレーム裏側に同様にして銀樹脂接着剤２２を用いてもう１つの第二コンデンサ素子２１を貼付け第二金属スペーサ２４に第二陽極引出部材２３を電気溶接する。次いで該銀樹脂接着剤を熱硬化させる。この後はモールド用金型のキャビティに素子を置きエポキシ樹脂などでモールド外装して長さ７．３ｍｍ、幅４．３ｍｍ、厚さ２．８ｍｍの固体電解コンデンサ１００を作製した。

本発明では安定した作業が可能で、結果として陽極引出部材を曲げる構造に比べて飛躍的に歩留まりが高まる。第一および第二金属スペーサ１４，２４として直径０．６ｍｍ、長さ１．５ｍｍのニオブワイヤを用いて試作した結果、ＬＣ歩留まりは９２％を得た。陽極引出部材を傾斜させ、金属スペーサが存在しないタイプの従来品（特許文献２の図７参照）での歩留まりの６９％に比べ飛躍的に改善される。その上、一定の条件下のＥＳＲ値も１７．１ｍΩと従来品よりさらに１．４ｍΩ良好であった。これは従来品の構造の場合細くて抵抗の大きい陽極引出部材（ワイヤ）が斜めに走るのでワイヤ長が長くなるのに対し、本発明では素子と平行に出てワイヤ長が短いこと、さらにスペーサの断面積はワイヤの断面積に比べ十分に大きくなることからＥＳＲ上有利になるからと考えられる。

参考ながら、同一素子１個で片面に搭載したオリジナルな単素子構造では本発明者の試作によれば歩留まり９５％、ＥＳＲが３６．８ｍΩであった。ただし容量は既に述べた各法の約１１０μＦに対し１／２の５５μＦであった。

「一定条件下での試作」で特性を測定した試作条件および測定条件を以下に示す。
バルブ金属粉：ＣＶ積９６０００μＦＶ／ｇのニオブ粉末２９．５ｍｇ
第一陽極引出部材１３および第二陽極引出部材２３：直径０．３ｍｍのニオブワイヤ
第一および第二コンデンサ素子１１，２１：厚さ０．８５ｍｍの直方体
化成：リン酸水溶液中、化成電圧４５Ｖ
導電性ポリマー：導電性ポリピロール、電解重合
ＥＳＲ：周波数１００ｋｈｚ、２５℃
静電容量：バイアス１．５Ｖ、１２０Ｈｚ
ＬＣ：定格電圧１０Ｖ印加３分値
歩留まり：ｎ＝１０００個試作時のＬＣ歩留まり、２素子１００μＡ以下、１素子５０μＡ以下
なお、本発明を理解するために必要な諸材料の比抵抗を以下に示す。

鉄：９．７１μΩｃｍ ２０℃
Ｎｉ：６．８４
銅：１．６７（低ＥＳＲリードフレームは最近は純銅に近い組成が使用される）
ニオブ：１２．５
タンタル：１２．５
銀樹脂：５０〜５００（メーカーや品番によって異なる。）
以上は、板材からプレス加工で打抜いたフラットなリードフレームを用いる場合について記述したが、厚手の板からプレス加工によりリードフレームを作る手法においてリードフレーム陽極部１５に枕状に凸部を形成してスペーサに代えることも可能である。

（実施の形態２）
図３は、この発明の実施の形態２に従った固体電解コンデンサの断面図である。図３を参照して、この発明の実施の形態２に従った固体電解コンデンサ１００では、リードフレーム陽極部１５の先端部に金属スペーサ３５が設けられており、金属スペーサ３５はリードフレーム陽極部１５と一体的に構成されている。このような一体構成の手法として、圧延プレス加工によりリードフレーム陽極部１５と金属スペーサ３５とを形成してもよい。また金属ブロックをリードフレーム陽極部１５に溶接することも可能である。

このように構成された実施の形態２に従った固体電解コンデンサ１００においても、実施の形態１に従った固体電解コンデンサ１００と同様の効果がある。

（実施の形態３）
図４は、この発明の実施の形態３に従った固体電解コンデンサの断面図である。図４を参照して、この発明の実施の形態３に従った固体電解コンデンサ１００では、薄板形状のリードフレーム陽極部１５を折り曲げることで金属スペーサ４５を形成している点で、実施の形態１および２に従った固体電解コンデンサ１００と異なる。

金属スペーサ４５は上側の第一陽極引出部材１３と下側の第二陽極引出部材２３の双方に接触している。

この例では、リードフレーム陽極部１５に連なる金属スペーサ４５は、まず、第一陽極引出部材１３に接触し、その後、第二陽極引出部材２３に接触しているが、これに限られるものではなく、リードフレーム陽極部１５に連なる金属スペーサ４５は、まず、第二陽極引出部材２３に接触し、次に第一陽極引出部材１３に接触してもよい。

この発明に従った固体電解コンデンサでは、第一陽極引出部材１３および第二陽極引出部材２３が直線状に引出される。第一および第二陽極引出部材１３，２３がリードフレーム陽極部１５に金属スペーサを介在させて電気的に接続される。その結果、第一陽極引出部材１３および第二陽極引出部材２３の根元にかかるストレスが小さくなる。特に陽極体１がニオブまたはニオブ化合物を主成分としている場合、焼結体の結合力が弱くもろいので、本願発明の効果は大きい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１に従った固体電解コンデンサの断面図である。 図１中の矢印ＩＩで示す方向から見た固体電解コンデンサの断面図である。 この発明の実施の形態２に従った固体電解コンデンサの断面図である。 この発明の実施の形態３に従った固体電解コンデンサの断面図である。

符号の説明

１ 陽極体、２ 誘電体被膜、３ 陰極部、１１ 第一コンデンサ素子、１２，２２ 銀樹脂接着剤、１３ 第一陽極引出部材、１４ 第一金属スペーサ、１５ リードフレーム陽極部、１６ リードフレーム陰極部、１７ 外装樹脂、２１ 第二コンデンサ素子、２３ 第二陽極引出部材、２４ 第二金属スペーサ、１００ 固体電解コンデンサ。

Claims (4)

1. 焼結体からなる陽極体と、誘電体被膜と、陰極部と、を順次具備した第一および第二コンデンサ素子と、
   第一陽極表面とその第一陽極表面の反対側の第二陽極表面とを有する、前記陽極体に電気的に接続される陽極端子と、
   第一陰極表面とその第一陰極表面の反対側の第二陰極表面とを有する、前記陰極部に電気的に接続される陰極端子とを備える固体電解コンデンサであって、
   前記第一コンデンサ素子の陰極部は前記第一陰極表面に接続されるとともに前記第二コンデンサ素子の陰極部は前記第二陰極表面に接続され、前記第一陽極表面には第一スペーサが接続されるとともに前記第二陽極表面には第二スペーサが接続され、
   前記第一コンデンサ素子の陽極体には第一陽極リードが植立されるとともに前記第二コンデンサ素子の陽極体には第二陽極リードが植設され、前記第一陽極リードは前記第一スペーサを介して前記陽極端子に接続されるとともに、前記第二陽極リード部材は第二スペーサを介して前記陽極端子に接続される、固体電解コンデンサ。
2. 前記陽極端子と前記第一スペーサと前記第二スペーサとは、一体として形成されている、請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
3. 前記第一および第二コンデンサ素子と、陽極端子の一部と、陰極端子の一部とを被覆する外装樹脂をさらに備え、前記陽極端子の一部と前記陰極端子の一部は外装樹脂から露出して固体電解コンデンサの側面および底面に沿って折り曲げ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。
4. 前記陽極端子から前記第一および第二コンデンサ素子の前記陽極体までの電気経路は、陰極端子のうち第一および第二コンデンサ素子に挟まれた素子搭載部に対して上下対称に形成されている、請求項１に記載の固体電解コンデンサ。

Images