JP2011108900A - チップ型固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂の熱応力や外部の直接的なストレスにより応力が発生した場合、変換基板の熱応力の反りにより、接続界面でクラックや剥がれが発生しＥＳＲの増加また陰極層と内部陰極端子９の電気的な接続不良により、接続抵抗が無限大になる状態、すなわちオープン状態の発生を防止すること。
【解決手段】 チップ型固体電解コンデンサにおいて、導電性接着剤の硬化後の引っかき硬度（鉛筆法）で２Ｂ〜６Ｂを有する陰極導電性接着剤７を使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、チップ型固体電解コンデンサに関するものである。

図２は従来のチップ型固体電解コンデンサの一例を示す透視図であり、例えば、特許文献１に記載の下面電極型の固体電解コンデンサと同様の構成を有しており、コンデンサ素子１と、チップ型固体電解コンデンサの内部で、このコンデンサ素子１と接続をする内部陽極端子１１および内部陰極端子９と、外部基板との接続を行う、外部陽極端子５及び外部陰極端子６を有した変換基板４を備えたチップ型固体電解コンデンサを表している。

コンデンサ素子１は予めタンタル焼結体に陽極リード線２を埋め込んだタンタル焼結体に誘電体層を作製し、その表面に固体電解質層（マンガンなど）を形成し、更に陰極層としてグラファイト層、銀層を順次コーティングし作製される。

次に鉄や銅やニッケルおよびその合金などからなる、すなわち金属片３を陽極リード線２に抵抗溶接する。更に変換基板４にある内部陽極端子１１にＡｇ等の金属を含有したＡｇペースト等の陽極導電性接着剤８を塗布し、金属片３を接続し、同時に同じくＡｇ等の金属を含有したＡｇペースト等の陰極導電性接着剤７を内部陰極端子９に塗布し、陰極層を接続し、加熱し硬化する。

その後、外装樹脂１０でモールド成型を実施し、必要に応じて後にダイシングを行うことでチップ型固体電解コンデンサを得る。

尚、従来の技術では、コンデンサ素子１の陰極層と内部陰極端子９を接続する陰極導電性接着剤７は、接続強度を重視し、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等の有機結合剤を使用している。また、接続強度をもたせることと熱履歴による熱応力を吸収、緩和する目的でエポキシ樹脂やアクリル樹脂と、フッ素系エラストマーを含有した、弾性状態の違う２種類のＡｇペーストを２箇所の接続部分に別々に塗布する技術も提案されている。（特許文献２）

特開２００８−２５８６０２号公報 特開２００６−１８６０８３号公報

しかしながら、上記のような従来の技術によって作製されたチップ型固体電解コンデンサにおいて次のような問題点があった。

一つ目は、コンデンサ素子１の陰極層と内部陰極端子９との接続部分の熱応力等によるクラックや剥がれの懸念である。一般に陰極層と内部陰極端子９との接続部分には外装樹脂１０にてモールド成形が完了するまでに剥離や脱落を防止する、更にはモールド成形時の圧力に耐えるだけの接続強度が必要とされているが、陰極導電性接着剤７としてエポキシ樹脂などを含むものを使用した場合、接着強度は要求値を十分満足するが、弾性変形がしにくく、製品の信頼性に対してトレードオフの関係であった。近年、生産性の向上を図るためや鉛フリーはんだの普及によりリフロー時の加熱温度も上昇する傾向にある。リフローによる熱応力や外部の直接的なストレスにより応力が発生し、特に変換基板４のリフローによる熱応力の反りにより、接続界面でクラックや剥がれが発生しＥＳＲの増加や、陰極層と内部陰極端子９の電気的な接続不良により、接続抵抗が無限大になる状態、すなわちオープン状態が発生する懸念があった。

二つ目は導電性接着剤のトレードオフの関係となっている接続強度をもたせることと熱履歴による熱応力を緩和する目的でエポキシ樹脂やアクリル樹脂と、フッ素系エラストマーを含有した、弾性状態の違う２種類のＡｇペーストを２箇所の接続部分に別々に塗布する場合、作業効率の低下、各々のＡｇペーストの品質管理の工数増加が生産性を低下させるという問題があった。また、構造的に分離しにくい、近接した２箇所に弾性状態の違う２種類のＡｇペーストを塗布し、加圧等で２種類のＡｇペーストが接触してしまった場合、接触した界面の接続強度の確認等も必要と判断される。

一般にエポキシ樹脂やアクリル樹脂等の比較的硬い樹脂の弾性状態を示す指標として引張弾性率等をもちいることが多いがゴム状の性質も持った導電性接着剤は測定に必要な形状に加工することが難しい等、試験を実施する上で簡易性に欠ける場合があった。そこで本発明の導電性接着剤の弾性状態を表す指標として引っかき硬度（鉛筆法の鉛筆硬度）に着目し、検討を行った。

よって本発明は、様々なストレスでの接続界面でクラックや剥がれによるＥＳＲの増加、また陰極の接続部におけるオープン状態の発生を防止し、かつ生産性の向上が図れるチップ型固体電解コンデンサを提供することを目的とし、導電性接着剤の引っかき硬度（鉛筆法の鉛筆硬度）の数値範囲を上記、特定の効果、及び課題との関係において最適化したものである。

上記の課題を解決するため、本発明のチップ型固体電解コンデンサは陽極リード線が導出された弁作用金属からなる陽極体と、前記陽極体の表面に形成された誘電体層と、前記誘電体層の上に順次形成された電解質層、グラファイト層、銀層からなる陰極層を有するコンデンサ素子と、上面に、前記陽極リード線に接続された金属片と接続される内部陽極端子と、前記陰極層に接続される内部陰極端子とを有し、下面に、コンデンサ実装用電極端子としての外部陽極端子と外部陰極端子とが形成された、変換基板を有し、前記金属片と前記内部陽極端子が陽極導電性接着剤にて接続され、前記陰極層と前記内部陰極端子が陰極導電性接着剤にて接続された、下面電極型のチップ型固体電解コンデンサであって、少なくとも前記陰極導電性接着剤は硬化後のＪＩＳＫ５６００−５−４における引っかき硬度（鉛筆法）が２Ｂ〜６Ｂであることを特徴とする。

本発明のチップ型固体電解コンデンサは前記陽極導電性接着剤、および前記陰極導電性接着剤の結合剤のすくなとも一つがフッ素系エラストマー、またはシリコーンを主成分とすることを特徴とする。

本発明では前述の目的を解決するために、少なくとも、コンデンサ素子と内部陰極端子を接続する陰極導電性接着剤に、外部応力を緩和させることができる引っかき硬度をもつ導電性接着剤を使用することで、リフローの熱や直接的なストレス、例えば変換基板の内部陰極端子とコンデンサ素子のリフローの熱膨張率のズレによる応力が発生することによる、接続界面でクラックや剥がれを防止し、かつ生産性の向上が図れるチップ型固体電解コンデンサを供給することが可能になる。

更に本発明のチップ型固体電解コンデンサでは、十分な接着強度と、製品の信頼性を確保するために適した弾性状態をともに有し、かつ、リフロー時の加熱に対する耐久性を備えることから、結合剤として、フッ素系エラストマー、シリコーンを主成分とする導電性接着剤を用いることが好ましい。

本発明によるチップ型固体電解コンデンサの第一の実施の形態と第二の実施の形態と第三の実施の形態を示す透視図。 従来の技術によるチップ型固体電解コンデンサを示す透視図。 熱履歴によるＥＳＲの変化（熱履歴：リフロー前後）を示す図。（実施例１の水準２と比較例の変化を示す図） 引っかき硬度の水準別によるＥＳＲの変化を示す図。（実施例１、リフロー前後の変化を示す図）

本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。尚、図１の一部には判りやすくするために斜線を施している。

（第一の実施の形態）
図１は本発明によるチップ型固体電解コンデンサの第一の実施の形態を示す透視図である。全体の構造は従来技術と同様であり、予めタンタル焼結体に陽極リード線２を埋め込んだタンタル焼結体に誘電体層となる陽極酸化膜を形成し、その表面に二酸化マンガンなどからなる固体電解質層を形成し、陰極層としてグラファイト層、銀層でコーティングしたコンデンサ素子１を作成する。次に金属片３を陽極リード線２に抵抗溶接する。

尚、固体電解質層はポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンの層を形成させたものでもよい。

変換基板４にある内部陽極端子１１にエポキシ系やアクリル系樹脂を主成分の結合剤とし、Ａｇ等の金属を含有した陽極導電性接着剤８を塗布し、金属片３を接続する。同時にフッ素系エラストマーを主成分の結合剤とし、Ａｇ等の金属を含有した陰極導電性接着剤７を塗布した内部陰極端子９に陰極層を接着し、あわせて加熱し硬化する。

その後、外装樹脂１０を用いてモールドを実施し、必要に応じて後にダイシングを行うことでチップ型固体電解コンデンサを得る。

（第二の実施の形態）
次に本発明によるチップ型固体電解コンデンサの第二の実施の形態を図１を用いて説明する。全体の構造は第一の実施の形態と同様であり、予めタンタル焼結体に陽極リード線２を埋め込んだタンタル焼結体に誘電体層となる陽極酸化膜を形成し、その表面に固体電解質層（マンガンなど）を形成し、陰極層としてグラファイト層、銀層でコーティングしたコンデンサ素子１を作成する。次に金属片３を陽極リード線２に抵抗溶接する。

変換基板４にある内部陽極端子１１にエポキシ系やアクリル系樹脂を主成分の結合剤とし、Ａｇ等の金属を含有した陽極導電性接着剤８を塗布し、金属片３を接続する。同時にシリコーン樹脂を主成分の結合剤とし、Ａｇ等の金属を含有した陰極導電性接着剤７を塗布した内部陰極端子９に陰極層を接着し、あわせて加熱し硬化する。

その後、外装樹脂１０のモールドを実施し、必要に応じて後にダイシングを行うことでチップ型固体電解コンデンサを得る。

（第三の実施の形態）
続いて、本発明によるチップ型固体電解コンデンサの第三の実施の形態を説明する。

第三の実施の形態は第一の実施の形態と同様に構成されるので主要部分以外の記載は省略する。尚、第三の実施の形態の構造も図１を用いて説明する。

第三の実施の形態は内部陽極端子１１と金属片３の接続にも本発明を展開したものであり、変換基板４にある内部陽極端子１１にフッ素系エラストマーを主成分の結合剤とし、Ａｇ等の金属を含有した導電性をもった陽極導電性接着剤８を塗布し、金属片３を接続し、更に内部陰極端子９にフッ素系エラストマーを主成分の結合剤とし、Ａｇ等の金属を含有した陰極導電性接着剤７を塗布し、陰極層を接属し、加熱し硬化する。

その後、外装樹脂１０のモールドを実施し、必要に応じて後にダイシングを行うことでチップ型固体電解コンデンサを得る。

これら導電性接着剤の引っかき硬度を詳細に検討した結果、引っかき硬度が２Ｂ〜６Ｂの範囲内である場合には、従来の技術で発生していたリフローによる熱ストレスによる内部陰極端子と導電性接着剤の接続界面でクラックの発生を防止し、ＥＳＲの上昇の抑制やオープン不良の発生を防止することが判明した。

また、上記第一から第三の実施の形態において、陰極導電性接着剤７、陽極導電性接着剤８を構成する導電性の接着剤の組み合わせは問わず、前述した引っかき硬度が２Ｂ〜６Ｂの範囲内であれば、フッ素系エラストマー、またはシリコーン樹脂を主成分の結合剤とし、Ａｇ等の金属を含有した導電性をもった接着剤を同一種類だけでなく、２種類を用いて接続を実施してもかまわない。

以下に本発明の実施例と比較例を詳述する。

（実施例１）
本発明のチップ型固体電解コンデンサの具体的な実施例について第一の実施の形態で用いた図１を参照して説明する。

実施例１では硬化後の引っかき硬度を１Ｂ〜７Ｂの間で６水準に変化させた複数の導電性接着剤を準備し、それらの導電性接着剤を陰極導電性接着剤７に用いたチップ型固体電解コンデンサを各１００個作製した。チップ型固体電解コンデンサの形状は長手寸法２．０ｍｍ、短手寸法１．２ｍｍ、厚み１．０ｍｍとした。硬化後の引っかき硬度を変化させた６水準の導電性接着剤はフッ素系エラストマーを使用し、そのフッ素系エラストマーの含有率を５〜５０ｍａｓｓ％の範囲で調整し作製した。

続いて製造工程について説明する。予めタンタル焼結体にタンタルワイヤからなる陽極リード線２を埋め込んだタンタル焼結体に陽極酸化膜を形成し、その表面に二酸化マンガンの固体電解質層を形成し、更に陰極層としてグラファイト層、銀層を順次コーティングしたコンデンサ素子１を作成した。次に４２アロイ（Ｎｉ−４２％、Ｆｅ−５８％）の材料からなる金属片３を陽極リード線２に抵抗溶接した。

その後、変換基板４にある内部陽極端子１１にエポキシ系樹脂を主成分の結合剤とし、Ａｇを含有した導電性の陽極導電性接着剤８を塗布し、金属片３を接続し、同時に前述した硬化後の引っかき硬度を変化させた６水準のフッ素系エラストマーを主成分の結合剤とし、Ａｇを含有した陰極導電性接着剤７を塗布した内部陰極端子９に陰極層を接続した。導電性接着剤の塗布は端子パターンにシリンジで行った。その後、接続を完全にするために１５０℃、２０分間で加熱し硬化した。

次にガラスフィラーを含んだエポキシ系の外装樹脂１０を用いてモールド成型を実施し、ダイヤモンドブレードでダイシングを行い、チップ型固体電解コンデンサを得ることができた。

（比較例）
従来の技術で使用している同様のエポキシ系樹脂を主成分の結合剤とし、Ａｇを含有した導電性の接着剤を変換基板４にある内部陽極端子１１と内部陰極端子９に塗布し、それぞれ、金属片３、陰極層を接続した。その他の製造工程は本発明と同様に実施した。

実施例１に使用した弾性の状態を変化させた各水準の導電性の接着剤の引っかき硬度はＪＩＳＫ５６００−５−４に基づき測定した。具体的には評価用のアルミ材にそれらの導電性接着剤を塗布後、硬化させて引っかき硬度を測定した。尚、ＪＩＳＫ５６００−５−４では引っかき硬度が６Ｈから６Ｂ（硬→軟）の範囲で規定されているため、更に柔らかいと判断されたものは７Ｂの鉛筆を用いて実施した。

各水準ｎ＝１００個をリフロー炉にてピーク温度２６０℃、キープ温度２５０℃１０秒で処理を行い、ＥＳＲを公知の方法で測定した。

表１に実施例１の各水準と比較例の結果を示す。

※ＥＳＲ不良率：リフロー後のＥＳＲ不良率。
※モールド時不具合発生率：成型樹脂の外側へ導電性接着剤が流出等の発生率。
※ＥＳＲ不良率の判定：ＥＳＲの上昇率が１０％以上のものが１０％以上発生している場合は×とした。
※モールド時不具合発生率の判定：モールド時不具合の発生率が５％以上発生している場合は×とした。

上記表１より、導電性接着剤の硬化後の引っかき硬度において、引っかき硬度７Ｂでは柔らかすぎ、外装樹脂で成型を行うときに、導電性接着剤の流出、内部素子の露出不良やもれ電流不良等の不具合が発生する。引っかき硬度１Ｂの場合は硬すぎて、従来のエポキシなどの導電性接着剤と同様な不具合が発生することから引っかき硬度が２Ｂ〜６Ｂの範囲で上記課題に対して有効なことがわかる。

次に実施例１のＥＳＲの改善を図３で示すグラフで説明する。これは表１に示した本発明の水準２と従来の技術とＥＳＲ特性の熱履歴の前後での変化を比較した図である。従来の技術のＥＳＲについてはリフローによる熱ストレスを加えると内部陰極端子と導電性接着剤の接続界面でクラックが発生し、接続界面の接続抵抗が上昇し、ＥＳＲの平均値（ＡＶＥ）が大幅に上昇する。本発明では接続界面でクラックが防止できることから接続界面の接続抵抗の上昇が抑えられ、ＥＳＲの平均値（ＡＶＥ）の増加が約３６％改善されている。

図４は表１の内容をグラフに表したもので、チップ型固体電解コンデンサのリフロー前後によるＥＳＲの変化を引っかき硬度の水準別に示した図である。これより引っかき硬度が２Ｂ〜６Ｂの範囲でＥＳＲの上昇を抑制していることがわかり、本発明の効果が伺われる。

また、本発明の二つ目の課題である作業効率の低下を防止することについては、内部陰極端子、内部陽極端子に対して、それぞれ１種類の導電性接着剤を塗布する工程としているため部材の交換頻度、生産設備の停止時間の増加、導電性接着剤の品質管理に要する工数増加も防止できた。

（実施例２）
つづいて本発明のチップ型固体電解コンデンサの実施例２について図１を参照して説明する。

実施例２ではシリコーン系樹脂の含有率を５〜５０ｍａｓｓ％の範囲で調整し、硬化後の引っかき硬度を１Ｂから７Ｂの間で６水準にした複数の導電性接着剤を準備した。

変換基板４にある内部陽極端子１１にエポキシ系樹脂を主成分の結合剤とし、Ａｇを含有した導電性の陽極導電性接着剤８を塗布し、金属片３を接続し、同時に前述した硬化後の引っかき硬度を変化させた６水準のシリコーン系樹脂を主成分の結合剤とし、Ａｇを含有した陰極導電性接着剤７を塗布した内部陰極端子９に陰極層を接続した。その他の条件、製造工程は実施例１と同様とした。

（比較例）
実施例２の比較例も実施例１の比較例と同様の条件、製造工程で作製した。

各測定項目の測定方法は実施例１と同様である。

表２に実施例２の各水準と比較例の結果を示す。

（実施例３）
更に本発明のチップ型固体電解コンデンサの実施例３について図１を参照して説明する。

実施例３は内部陰極端子９のみならず内部陽極端子１１にもフッ素系エラストマーを主成分の結合剤とし、Ａｇを含有した陰極導電性接着剤７を使用し、それぞれ金属片３、内部陰極端子９を接続した。その他の条件は実施例１と同様とした。

（比較例）
実施例３の比較例も実施例１の比較例と同様の条件、製造工程で作製した。

各測定項目の測定方法は実施例１と同様である。

表３に実施例３の各水準と比較例の結果を示す。

表２、表３の結果からもわかるように陰極導電性接着剤７、陽極導電性接着剤８を構成する導電性の接着剤の硬化後の引っかき硬度２Ｂ〜６ＢがＥＳＲ上昇を抑制していることがわかり、本発明の効果が伺われる。

以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。

１ コンデンサ素子
２ 陽極リード線
３ 金属片
４ 変換基板
５ 外部陽極端子
６ 外部陰極端子
７ 陰極導電性接着剤
８ 陽極導電性接着剤
９ 内部陰極端子
１０ 外装樹脂
１１ 内部陽極端子

Claims (2)

1. 陽極リード線が導出された弁作用金属からなる陽極体と、前記陽極体の表面に形成された誘電体層と、前記誘電体層の上に順次形成された電解質層、グラファイト層、銀層からなる陰極層を有するコンデンサ素子と、上面に、前記陽極リード線に接続された金属片と接続される内部陽極端子と、前記陰極層に接続される内部陰極端子とを有し、下面に、コンデンサ実装用電極端子としての外部陽極端子と外部陰極端子とが形成された、変換基板を有し、前記金属片と前記内部陽極端子が陽極導電性接着剤にて接続され、前記陰極層と前記内部陰極端子が陰極導電性接着剤にて接続された、下面電極型のチップ型固体電解コンデンサであって、少なくとも前記陰極導電性接着剤は硬化後のＪＩＳＫ５６００−５−４における引っかき硬度（鉛筆法）が２Ｂ〜６Ｂであることを特徴とするチップ型固体電解コンデンサ。
2. 前記陽極導電性接着剤、および前記陰極導電性接着剤の結合剤のすくなとも一つがフッ素系エラストマー、またはシリコーンを主成分とすることを特徴とする請求項１に記載のチップ型固体電解コンデンサ。

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