JP2010258049A - 固体電解コンデンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】導電性接着材に気泡が形成されず、初期において陰極リードフレーム９４とコンデンサ素子９１との接着強度が高いと共にＥＳＲが良く、ヒートサイクル試験後においてもＥＳＲの悪化が小さく信頼性が向上し、さらに機械的強度低下、防湿特性劣化、外観不良、及びコストアップを防止することができる固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】陽極部と誘電体被膜と陰極部とを有するコンデンサ素子と、陽極リードフレームと、陰極リードフレームと、該陽極及び陰極リードフレームの少なくとも一部と前記コンデンサ素子を被覆する外装樹脂と、を具える固体電解コンデンサであって、前記コンデンサ素子と導電性接着材を介して対向している陰極リードフレーム対向部には、コンデンサ素子側開口部と外装樹脂側開口部の間に他の部分とは直径が小さい絞り部を有している貫通孔が設けられ、該貫通孔に導電性接着材が形成されたことを特徴とする。
【選択図】図４
【解決手段】陽極部と誘電体被膜と陰極部とを有するコンデンサ素子と、陽極リードフレームと、陰極リードフレームと、該陽極及び陰極リードフレームの少なくとも一部と前記コンデンサ素子を被覆する外装樹脂と、を具える固体電解コンデンサであって、前記コンデンサ素子と導電性接着材を介して対向している陰極リードフレーム対向部には、コンデンサ素子側開口部と外装樹脂側開口部の間に他の部分とは直径が小さい絞り部を有している貫通孔が設けられ、該貫通孔に導電性接着材が形成されたことを特徴とする。
【選択図】図４
Description
本発明は、陰極リードフレームにコンデンサ素子を接続して構成された固体電解コンデンサに関する。
従来の固体電解コンデンサとして、図７に示すような構造のものが知られている。この固体電解コンデンサは、コンデンサ素子９１、陽極リードフレーム９３、陰極リードフレーム９４、外装樹脂９２を備えている。コンデンサ素子９１は、図８に示すように、陽極リード部材９１２が植立された陽極体９１１と、陽極体９１１の外周面に形成された誘電体被膜９１３と、誘電体被膜９１３上に形成された固体電解質層９１４と、固体電解質層９１４上に形成された陰極引出層９１５とから構成されている。陽極体９１１は、弁作用金属（タンタル、ニオブ、チタン、アルミニウム等）の焼結体により構成されている。
コンデンサ素子９１を構成する陽極リード部材９１２が陽極リードフレーム９３と抵抗溶接やレーザ溶接等により電気的に接続している。コンデンサ素子９１の陰極引出層９１５が導電性接着材９５を介して陰極リードフレーム９４と電気的に接続している。陽極リードフレーム９３及び陰極リードフレーム９４は、外装樹脂９２の外部に引き出されて、固体電解コンデンサの側面及び下面に沿って折り曲げられる。
また、他の従来の固体電解コンデンサとして、図９に示すような構造のものが知られている（例えば、特許文献１）。この固体電解コンデンサは、図７に示す従来の固体電解コンデンサと比較して、陰極リードフレーム９４に２つの貫通孔９４１を設けたことが異なっている。該貫通孔９４１内に導電性接着材９５が充填されている。
しかしながら、図７に示す従来の固体電解コンデンサの製造工程においては、陰極リードフレーム９４にコンデンサ素子９１を例えば銀を主体とする導電性接着液９５Ｌを介して載置した後に、加熱することにより導電性接着液９５Ｌを硬化させて、陰極リードフレーム９４にコンデンサ素子９１を接着していた。
また、陰極リードフレーム９４としては導電性を高くするため、銅を主体とする材料が用いられているが、このような陰極リードフレーム９４は導電性接着材９５やコンデンサ素子９１に比較して線膨張係数が大きく、加熱して冷却する時に陰極リードフレーム９４と導電性接着材９５の間に大きなせん断応力が残留することとなる。そのため、固体電解コンデンサを内蔵した携帯電話機やコンピュータ等の電子機器が市場に投入された後に、導電性接着材９５に亀裂が入る虞があった。経時変化を試験するためにヒートサイクル試験を行なうと、導電性接着材９５に亀裂が入るためにＥＳＲが悪化する傾向があり、信頼性に問題があった。
さらに、導電性接着液９５Ｌはコンデンサ素子９１と陰極リードフレーム９４に挟まれているため、前記加熱工程時に導電性接着液９５Ｌの溶媒が気化して大気中に放出されるのが困難であり、硬化した導電性接着材９５の中に気化した溶媒が気泡として取り残される虞があった。このように導電性接着材９５に気泡が形成されると、陰極リードフレーム９４とコンデンサ素子９１との接着強度が低下すると共に、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が悪化するという問題があった。
また、図９に示す従来の固体電解コンデンサにおいては、孔９４１に進入した導電性接着剤９５が陰極側リードフレーム９４の表面から露出してさらにハウジング９２に食い込んでいる（特許文献１の図１参照）。そのため、導電性接着剤９５の食い込み部９５Ａの先端とハウジング９２の外周との距離が、陰極側リードフレーム９４表面とハウジング９２外周との距離に比べて小さくなっている。そのため、当該部分に外部から力が加わったときに当該部分が変形・破壊（即ち、機械的強度の低下）する虞があるという問題がある。また、食い込み量が大きくなると、ハウジング９２から食い込み部９５Ａが露出してしまうので防湿特性劣化や外観不良等の問題を招来する。食い込み量を所定の大きさ以下にしようとすると、工程管理が複雑となるためコストアップにつながってしまう。
さらに、導電性接着剤９５の気化した溶媒は孔９４１を通して大気中へ排出されるが、孔９４１の横断面積は小さいので排出量は少なく、導電性接着剤９５に気泡が形成されてしまう。気泡形成を回避するため孔９４１の横断面積を大きくすると、導電性接着剤９５の食い込み量が大きくなり、前述の問題がより発生しやすくなる。
そこで本発明の目的は、導電性接着材に気泡が形成されず、初期において陰極リードフレーム９４とコンデンサ素子９１との接着強度が高いと共にＥＳＲが良く、ヒートサイクル試験後においてもＥＳＲの悪化が小さく信頼性が向上し、さらに機械的強度低下、防湿特性劣化、外観不良、及びコストアップを防止することができる固体電解コンデンサを提供することである。
本発明に係る固体電解コンデンサは、陽極部と誘電体被膜と陰極部とを有するコンデンサ素子と、陽極リードフレームと、陰極リードフレームと、該陽極及び陰極リードフレームの少なくとも一部と前記コンデンサ素子を被覆する外装樹脂と、を具える固体電解コンデンサであって、前記コンデンサ素子と導電性接着材を介して対向している陰極リードフレーム対向部には、コンデンサ素子側開口部と外装樹脂側開口部の間に他の部分とは直径が小さい絞り部を有している貫通孔が設けられ、該貫通孔に導電性接着材が形成されている。
貫通孔の深さ方向中央部よりもコンデンサ素子側開口部側に絞り部を設けることが好ましい。
さらに、貫通孔には外装樹脂を充填することが好ましい。
貫通孔を複数開設し、各貫通孔の中心を略円状に配置することが好ましい。
本発明に係る固体電解コンデンサによれば、導電性接着材に気泡が形成されず、初期において陰極リードフレーム９４とコンデンサ素子９１との接着強度が高いと共にＥＳＲが良く、ヒートサイクル試験後においてもＥＳＲの悪化が小さく信頼性が向上し、さらに機械的強度低下、防湿特性劣化、外観不良、及びコストアップを防止することができる。
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。
本発明の実施形態に係る固体電解コンデンサの断面図を図１に示す。固体電解コンデンサは、コンデンサ素子１、陽極リードフレーム３、陰極リードフレーム４、外装樹脂２を備えている。コンデンサ素子１は、図２に示すように、陽極リード部材１２が植立された陽極体１１と、陽極体１１の外周面に形成された誘電体被膜１３と、誘電体被膜１３上に形成された固体電解質層１４と、固体電解質層１４上に形成された陰極引出層１５とから構成されている。
陽極体１１は、弁作用金属（タンタル、ニオブ、チタン、アルミニウム等）の焼結体により構成されている。
陽極リード部材１２は、陽極体１１の外周面から突出した陽極リード引出部１２１と、陽極体１１内に埋設された陽極リード埋設部１２２を有している。陽極リード部材１２は、陽極体１１を構成している弁作用金属と同種又は異種の弁作用金属によって構成されており、陽極体１１と陽極リード部材１２は互いに電気的に接続されている。そして、陽極体１１と陽極リード部材１２によって陽極部１Ａが構成されている。
誘電体被膜１３は、陽極体１１の外周面に形成された酸化被膜から構成されており、該酸化被膜は、陽極体１１をリン酸水溶液やアジピン酸水溶液などの電解液に浸漬させ、陽極体１１の外周面を電気化学的に酸化させること（陽極酸化）により形成される。
固体電解質層１４は、誘電体被膜１３上に、二酸化マンガン等の導電性無機材料、或いはＴＣＮＱ（Tetracyano-quinodimethane）錯塩、導電性ポリマー（例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン等）等の導電性有機材料等によって形成されている。
陰極引出層１５は、固体電解質層１４上に形成されたカーボン層と、該カーボン層上に形成された銀ペースト層とから構成され、固体電解質層１４と陰極引出層１５は互いに電気的に接続されている。そして、固体電解質層１４と陰極引出層１５によって陰極部１Ｃが構成されている。
コンデンサ素子１を構成する陽極リード部材１２の陽極リード引出部１２１が陽極リードフレーム３と抵抗溶接やレーザ溶接等により電気的に接続している。コンデンサ素子１の陰極部１Ｃ、即ち、陰極引出層１５が導電性接着材５を介して陰極リードフレーム４と電気的に接続している。陽極リードフレーム３及び陰極リードフレーム４は、外装樹脂２の外部に引き出されて、固体電解コンデンサの側面及び下面に沿って折り曲げられている。
固体電解コンデンサの外装樹脂から露出した陽極リードフレームの露出部及び陰極リードフレームの露出部が、固体電解コンデンサが実装されるべき回路基板のランドと半田接合されることとなる。
図３に、外装樹脂２を取り除いた状態の固体電解コンデンサの斜視図を示す。陰極リードフレーム４のコンデンサ素子１との接続部に５つの貫通孔４１が設けられている。図３の線Ｉ−Ｉに沿って切断した該貫通孔４１近傍の部分断面部端面図を図４に示す。貫通孔４１は導電性接着剤５側から外装樹脂４（取り除いているため図示せず）側へ向けて、滞留部４１ａ、絞り部４１ｂ、排気部４１ｃを備えている。
貫通孔入口部（コンデンサ素子側開口部）４１ｄから貫通孔４１へ流れ込んだ導電性接着剤５は滞留部４１ａと絞り部４１ｂを通って、排気部４１ｃに流れ込んでいるが、貫通孔出口部（外装樹脂側開口部）４１ｅには達していない。
図５を参照して上述した陰極リードフレーム４の貫通孔４１の製造方法について説明する。まず、図５（ａ）に示すように陰極リードフレーム母材４Ｍを用意する。次に、同図（ｂ）に示すように、方向８０からプレスを施して凹部４１ｘを形成する。次いで、同図（ｃ）に示すように、方向８１からプレスを施して凹部４１ｙを形成する。さらに、同図（ｄ）に示すように、方向８０又は方向８１からプレスを施して凹部４１ｘと凹部４１ｙを開通させる。このようにして貫通孔４１を形成することができる。なお、製造方法はこれに限定されず、プレスに替えて、化学エッチング等によって作製することもできる。
次に、図６を参照してコンデンサ素子への陰極リードフレーム接着について説明する。まず、図６（ａ）に示すように、陰極リードフレーム４を図１の状態と上下逆となるように治具（図示せず）に配置する。そして、陰極リードフレーム４のコンデンサ素子と対向している部分であって、陽極リード部材１２の延在方向と平行な陰極リードフレーム平行部４ｓ１の表面及び該延在方向と垂直な陰極リードフレーム垂直部４ｓ２の表面に、銀を主体とする導電性接着液５Ｌを塗布する。なお、前記陰極リードフレーム平行部４ｓ１と陰極リードフレーム垂直部４ｓ２によって陰極リードフレーム対向部４ｓが構成される。
次いで、同図（ｂ）に示すように、コンデンサ素子１を陰極リードフレーム４に向けて移動・押圧することにより、コンデンサ素子１を導電性接着液５Ｌと接触させる。これにより、導電性接着液５Ｌがコンデンサ素子１と陰極リードフレーム４との間に拡がって、コンデンサ素子１と陰極リードフレーム対向部４ｓが導電性接着液５Ｌを介して対向することとなる。そして、導電性接着液５Ｌは、貫通孔入口部４１ｄから貫通孔４１へ流れ込み、滞留部４１ａと絞り部４１ｂを通って、排気部４１ｃに流れ込む。しかし、絞り部４１ｂで貫通孔の直径が小さくなっているため、導電性接着液５Ｌの表面張力により導電性接着液５Ｌの移動が妨げられ、貫通孔出口４１ｅへ達することはない。よって、図９の従来技術の固体電解コンデンサのように、導電性接着材５の食い込み部が形成されることはなく、機械強度劣化、防湿特性劣化、外観不良、及び複雑な工程管理によるコストアップ等の諸問題を招来することはない。
次いで、同図（ｃ）に示すように、加熱して導電性接着液５Ｌを硬化させ、導電性接着材５を形成してコンデンサ素子１の陰極引出層１５、即ち、陰極部１Ｃと陰極リードフレーム４とを接着する。この加熱工程時において、コンデンサ素子１と陰極リードフレーム４に挟まれた導電性接着液５Ｌの溶媒が気化しようとするが、陰極リートフレーム４には貫通孔４１が形成されているため、溶媒成分は同図（ｃ）の矢印で示す方向に移動して排気部４１ｃを通って大気中に放出される。従って、導電性接着材５に溶媒の気泡が発生することはなく、陰極リードフレーム４とコンデンサ素子１との接着強度も良好であり、ＥＳＲの悪化も回避することができる。
また、導電性接着材５が貫通孔４１の貫通孔入口４１ｄから滞留部４１ａ、絞り部４１ｂを通って排気部４１ｃに達しているので、貫通孔４１に充填された導電性接着材５がアンカーの役目を果たす。特に、絞り部４１ｂがあるため、固体電解コンデンサが外部環境の激変する状態に置かれても、導電性接着材４１の挙動を規制するので、陰極リードフレーム４、導電性接着材５、コンデンサ素子１の線膨張係数の差異に起因するせん断応力による亀裂を抑制することができる。
前述したように図９に示す従来の固体電解コンデンサにおいては、孔９４１の直径を大きくすると導電性接着剤９５が重力により流れてしまい、食い込み部９５Ａが形成されていた。それに対して、本実施形態の固体電解コンデンサにおいては、滞留部４１ａの直径を大きくしても、絞り部４１ｂを設けたため導電性接着液５Ｌの表面張力により導電性接着液５Ｌが貫通孔出口４１ｅを越えることはない。従って、滞留部４１ａの直径を大きくすることができるため、導電性接着液５Ｌの溶媒の気化を促進することも可能であるという有利な効果も有している。
［性能評価］
図３に示すように、陰極リードフレーム平行部４ｓ１の中央部に貫通孔４１を配し、さらにその周りに同心円状に４個（計５個）の同一形状の貫通孔４１を配置した陰極リードフレーム４を備えた固体電解コンデンサを実施例１として３０個作製した。滞留部４１ａの直径、絞り部４１ｂの最狭部の直径、排気部４１ｃの直径は、それぞれ０．６ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍである。また、貫通孔４１の延在方向における滞留部４１ａ、絞り部４１ｂ、排気部４１ｃの長さは、それぞれ０．０２ｍｍ、０．０２ｍｍ、０．０７ｍｍである。また、従来例として貫通孔４１を設けていない陰極リードフレーム４を備えた固体電解コンデンサも３０個作製した。
［性能評価］
図３に示すように、陰極リードフレーム平行部４ｓ１の中央部に貫通孔４１を配し、さらにその周りに同心円状に４個（計５個）の同一形状の貫通孔４１を配置した陰極リードフレーム４を備えた固体電解コンデンサを実施例１として３０個作製した。滞留部４１ａの直径、絞り部４１ｂの最狭部の直径、排気部４１ｃの直径は、それぞれ０．６ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍである。また、貫通孔４１の延在方向における滞留部４１ａ、絞り部４１ｂ、排気部４１ｃの長さは、それぞれ０．０２ｍｍ、０．０２ｍｍ、０．０７ｍｍである。また、従来例として貫通孔４１を設けていない陰極リードフレーム４を備えた固体電解コンデンサも３０個作製した。
実施例１及び従来例について初期ＥＳＲを測定した。その後、温度環境を−５５℃・３０分と１０５℃・３０分を１サイクルとして２０００サイクルのヒートショック試験を行なった。そして、２０００サイクル終了後にもＥＳＲを測定した。また、ヒートショック試験後ＥＳＲを測定した後に、陽極リード部材の延在方向に対して互いに逆方向に陽極リードフレームと陰極リードフレームを引っ張って、コンデンサ素子と陰極リードフレームとの剥離強度も測定した。
表１にＥＳＲ初期値、ヒートショック試験終了後のＥＳＲ、ＥＳＲ変動率及び、剥離強度をまとめた。表１より、貫通孔４１を有する実施例１では、初期値に対するヒートショック試験終了後のＥＳＲの変化量は２．５倍となっており、６．３倍の従来例に比べて小さくなっていることが分かる。また、剥離強度も大きくなっている。
絞り部４１ｂは貫通孔４１の深さ方向中央部よりもコンデンサ素子側開口部４１ｄ側に設ける方が良い。逆に、絞り部４１ｂが貫通孔４１の深さ方向中央部よりも外装樹脂側開口部４１ｅ側に設けると、絞り部４１ｂを通って排気部４１ｃに進入してきた導電性接着液５Ｌが、外装樹脂側開口部４１ｅを越えてしまい、導電性接着材５の食い込み部が発生する可能性があるからである。
なお、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。実施例５では貫通孔を５つ設けたが、個数については例示であり、例えば、図３の５つの貫通孔のうち中央部に配置している貫通孔を設けず、合計で４つの貫通孔を設けることができる。即ち、前記中央部を中心として各貫通孔の中心を略円状に配置して、前記中央部に導電性接着液を塗布する態様とすることもできる。この場合、各貫通孔４１への導電性接着材の充填量は均一となるので、本発明の効果を十分に発揮することができる。
また、貫通孔の縦断面形状も実施形態に限定されず、絞り部４１ｂの直径がコンデンサ素子側開口部４１ｄの直径及び外装樹脂側開口部４１ｅの直径よりも小さければ、本願発明の技術的範囲に属するのは言うまでもない。さらに、実施形態では、貫通孔４１を陰極リードフレーム平行部４ｓ１にのみ設けたが、陰極リードフレーム垂直部４ｓ２に設けることもできる。
1 コンデンサ素子、2 外装樹脂、3 陽極リードフレーム、4 陰極リードフレーム、4s 陰極リードフレーム対向部、4s1陰極リードフレーム平行部、4s2 陰極リードフレーム垂直部、5 導電性接着材、5L 導電性接着液、41 貫通孔、41a 滞留部、41b 絞り部、41c 排気部、41d 貫通孔入口（コンデンサ素子側開口部）、41e 貫通孔出口（外装樹脂側開口部）
Claims (4)
- 陽極部と誘電体被膜と陰極部とを有するコンデンサ素子と、陽極リードフレームと、陰極リードフレームと、該陽極及び陰極リードフレームの少なくとも一部と前記コンデンサ素子を被覆する外装樹脂と、を具える固体電解コンデンサであって、
前記コンデンサ素子と導電性接着材を介して対向している陰極リードフレーム対向部には、コンデンサ素子側開口部と外装樹脂側開口部の間に他の部分とは直径が小さい絞り部を有している貫通孔が設けられ、該貫通孔に導電性接着材が形成されたことを特徴とする固体電解コンデンサ。 - 貫通孔の深さ方向中央部よりもコンデンサ素子側開口部側に絞り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。
- さらに、貫通孔には外装樹脂が充填されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の固体電解コンデンサ。
- 貫通孔は複数開設されており、各貫通孔の中心が略円状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載の固体電解コンデンサ。
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