JP2011176067A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 製造コストが安価な固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】 絶縁樹脂部１とプリプレグ２を貼り合わせ、任意の外部端子用開口部を設け、プリプレグの他面に銅箔等の金属箔を貼り合わせ、金属箔にエッチング加工を施した基板１２とコンデンサ素子１１を接続して固体電解コンデンサとする。
【選択図】図１

Description

本発明は固体電解コンデンサに関し、とくにチップ形状を有する、下面電極型の固体電解コンデンサに関する。

近年、デジタル機器に搭載される回路基板に流れる電気信号の動作周波数が高速化される傾向にあり、その動作周波数の高速化に伴い電気信号を駆動するための電源回路における供給電流が増加する傾向にある。一方で、回路基板に搭載されるＩＣ（集積回路）やＬＳＩ（大規模集積回路）の高集積化により、電源回路の出力電圧は低下する傾向にある。これにより電流回路から供給される駆動電力などのノイズ（電源ノイズ）に対する回路基板側のマージンが小さくなってきており、このためノイズ対策が重視されるようになった。一般に電源ノイズなどを除去するためにはコンデンサを用いることが有効であり、ノイズ除去デバイスとしてコンデンサを用いる技術が従来より提案されていた。

動作周波数の高速化に対応するため、高周波領域において低インピーダンスのコンデンサが要望されているが一般に固体電解コンデンサは高周波領域においてインピーダンスが大きく上昇する傾向にある。高周波領域での固体電解コンデンサのインピーダンスの上昇はそのほとんどが固体電解コンデンサの端子部分の自己インダクタンスにするものである。この高周波領域における自己インダクタンスは等価直列インダクタンス（以降、ＥＳＬと記載）として表されＥＳＬの値が小さいほど高周波領域におけるインピーダンスは小さくなる。

そのような状況の中で、コンデンサ素子−外部端子間の距離を短縮することで自己インダクタンスを小さくする技術として特許文献１や特許文献２に記載のコンデンサが提案されている。

特許文献１では、表面に陽極用導体層と陰極用導体層が形成され、裏面に陽極端子と陰極端子が形成されたプリント配線板にコンデンサ素子が接続されている技術が記載されている。

特許文献２では、三端子アルミコンデンサ素子の陽極−陰極−陽極との接合位置に、貫通孔を各々設けた第２絶縁層とからなるコンデンサ素子載置基板に、複数個の素子を載置、接合する技術が記載されている。

特許文献３では、高周波領域におけるＥＳＬの低下など、電気的特性の向上を図るために、プリント配線板の片面に陽極端子および陰極端子を設け、固体電解コンデンサの外部端子とし、プリント配線板に、陰極領域および陽極領域に対応した箇所にそれぞれ開口部を設け、固体電解コンデンサの本体部分との電気的接続を行う技術が記載されている。

特開２００２−１３４３５９号公報 特開２００３−１５８０４２号公報 特開２００９−２５９９９３号公報

特許文献１に記載の技術では両面銅張積層板を使用しており、素子陽陰極端子と外部陽陰極端子とを電気的に接続するためにスルーホール（貫通接続穴）を形成してめっきを施している。その結果両面のめっき層及び銅箔の厚みによる制約が加わり自己インダクタンスの低減には限界がある。

また、特許文献２に記載の技術では、コンデンサ素子が第２絶縁層の貫通孔を通じて外部端子となる陽極電極箔および陰極電極箔と直接接合しているため、コンデンサ素子と外部端子との接続距離が短くなり、より自己インダクタンスの低減を可能にしている。しかし、構造上第１絶縁層が外部端子よりも外側に形成されており、実装の際にははんだを厚くする必要があるため実装性に難があり薄型化も困難である。

図５は特許文献３に記載の従来の固体電解コンデンサの断面図である。特許文献３に記載の固体電解コンデンサは、基板１２の絶縁樹脂部（プリント配線板）１及び銅箔からなる外部陽極端子３ａ、外部陰極端子３ｂを１層ずつとして、絶縁樹脂部１の開口部を通じてコンデンサ素子１１と外部端子とを直接導電性接着剤５で接着することでコンデンサ素子−外部端子間の距離が短くなり、自己インダクタンスの低い実装性に優れた薄型の固体電解コンデンサを提案している。

ここで、図５に示す固体電解コンデンサの基板はポリイミド樹脂、ガラスエポキシ樹脂、液晶ポリマー等の絶縁樹脂部１に銅箔を貼り付けた片面銅張板を使用し、この銅箔をエッチングすることで両端部に外部陽極端子３ａおよび中央部に外部陰極端子３ｂを形成している。絶縁樹脂部１としてはケミカルエッチングによる処理が必要なためポリイミド樹脂を用いる事を推奨している。

そのため、現在基板の材料として一般的なガラスエポキシ樹脂はケミカルエッチング加工に適していないため、ガラスエポキシ樹脂を絶縁樹脂部に用いた上記のような基板は製作が困難であった。

本発明の課題は、安価な材料を用いた、簡便な工程で製造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、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁樹脂部とプリプレグを貼り合わせ、金型で外部陽極端子及び外部陰極端子用の開口部を空け、その後銅箔等の金属箔と絶縁樹脂部を接着性をもつプリプレグを介して接続することで、絶縁樹脂部にケミカルエッチングを行わずに作成可能な基板を用いた固体電解コンデンサが得られることを見出したものである。

即ち、本発明の固体電解コンデンサは、表面が拡面化された板状もしくは箔状の弁作用金属からなる母材と、前記母材の拡面化された表面に形成された酸化物からなる誘電体層よりなる陽極体に接続して陰極導電部および陽極リードが形成されたコンデンサ素子と、複数の開口部が設けられた絶縁樹脂部と、前記開口部の下面を覆う金属層からなる外部陰極端子と、前記絶縁樹脂部の下面の両端部にそれぞれ形成され、前記開口部の下面を覆い、前記コンデンサ素子の前記陰極導電部および前記陽極リードとそれぞれ導電性接着剤を介して、金属層からなる外部陽極端子及び外部陰極端子とを電気的に接続した基板とを有し、前記基板が絶縁樹脂部とプリプレグを貼り合わせた後、開口部を形成し、その後金属箔と絶縁樹脂部をプリプレグを介して接続したことを特徴とする。

また、前記絶縁樹脂部がガラスエポキシ樹脂であることを特徴とする。また、前記金属箔が銅箔であることを特徴とする。

本発明によれば、基板の絶縁樹脂部の材質がケミカルエッチングに適さないガラスエポキシ樹脂等においても開口部の形成が可能であり、簡略な工程で安価な固体電解コンデンサが得られる。

本発明の固体電解コンデンサの断面図。 本発明の固体電解コンデンサに用いる基板を説明する図。図２（ａ）は絶縁樹脂部とプリプレグを貼り合わせる前の斜視図、図２（ｂ）は開口部を設けた絶縁樹脂部とプリプレグと金属箔を貼り合わせる前の斜視図、図２（ｃ）は絶縁樹脂部とプリプレグと金属箔を貼り合わせた斜視図、図２（ｄ）は金属箔をエッチングした斜視図、図２（ｅ）は切断後の基板を示す平面図。 本発明の固体電解コンデンサに用いる基板の図２（ｅ）のＡ−Ａ線断面図。 本発明の固体電解コンデンサに用いるコンデンサ素子の断面図。 従来の固体電解コンデンサの断面図。

以下、本発明の固体電解コンデンサの実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図２を参照して本発明の固体電解コンデンサの基板について説明する。ガラスエポキシ樹脂、液晶ポリマー、ポリイミド樹脂等の絶縁樹脂部１に図２（ａ）に示すように接着性を持つプリプレグ２を貼り合わせる。図２（ｂ）に示すようにこの接着性を持つプリプレグ２と重ね合わせた絶縁樹脂部１に金型にて打ち抜くことにより任意の外部端子形状の開口部４を形成する。図２においては中央部に外部陰極端子、両端部に外部陽極端子を持つ三端子型の固体電解コンデンサの例を示したが、他の形状の三端子型、或いは二端子型、四端子型等外部端子形状は任意に選択できる。絶縁樹脂部１としては、ガラスエポキシ樹脂、液晶ポリマー、ポリイミド樹脂等を用いることができるが、薄型化が容易で高い強度を持ち安価なガラスエポキシ樹脂を用いることが好ましい。次に、開口部４を成型した絶縁樹脂部１に図２（ｃ）に示す様に接着性を有するプリプレグ２を介して銅箔等の金属箔３と接着する。この例えば片面銅貼板の銅箔等の金属箔部分をエッチングすることで図２（ｄ）に示したように外部端子を形成する。図２（ｄ）に示すように基板を１点鎖線に従い切断することで図２（ｅ）に平面図を示し、図３に断面図を示した固体電解コンデンサ１個分の基板を得る。

次に図４を参照して本発明の固体電解コンデンサに用いるコンデンサ素子の作製方法について説明する。両面がエッチング処理で拡面化され、表面に陽極酸化による酸化物からなる誘電体層が形成されたアルミ箔等の弁作用金属からなる母材６を目的とする素子サイズに切り出す。誘電体層上の所定の位置にエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂を塗布し、絶縁部７を形成し、アルミ箔等からなる母材６を複数の領域に区分する。その後、再度陽極酸化を行い、切断面等アルミの芯が露出している部分に誘電体層を再形成する。続いて、複数の領域に区分した内の中央部の陰極導電部を形成する領域に、導電性高分子からなる固体電解質層、グラファイト層、導電性ペーストによる金属電極層を形成し、陰極導電部８とする。次に、前記複数の領域のうち、陰極導電部８以外の端部の領域に関して、誘電体層及び拡面化層を排除してアルミ母材６を露出させる。さらに、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ等のめっきが施されたＣｕ箔等の金属板を陽極リード１０として超音波溶接等で接続し、陽極部とする。

次に、図１を参照して本発明の固体電解コンデンサの作製方法について説明する。基板１２の開口部に銀等を含有する導電性接着剤５を充填し、上述のように作製したコンデンサ素子１１と基板１２とを電気的に接続し、しかる後にエポキシ樹脂等の外装樹脂９を用いて外装し、固体電解コンデンサを得る。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
本発明の実施例１について三端子型の固体電解コンデンサの例を図面を参照して説明する。まず、本発明の三端子型の固体電解コンデンサに用いるコンデンサ素子について、図４を参照して説明する。両側の表面が拡面化されたアルミ箔を用意し、陽極酸化することで両面に誘電体層を形成した。このアルミ箔はアルミ電解コンデンサの電極用途として市販されているもので公称化成電圧が５Ｖ、厚みが１０５μｍである。このアルミ箔を幅２．５ｍｍ、長さ６．０ｍｍの長方形の平面形状に裁断して母材６とした。次いで作製した母材６の長さ方向の両端面からそれぞれ１．３ｍｍの領域を残して母材６の表裏に計４箇所の絶縁部７を形成した。この絶縁部７は、母材の両表面にエポキシ樹脂を主成分とする絶縁樹脂を幅方向に０．５ｍｍ、高さ１００μｍの線状に塗布し、母材６に含浸、硬化させることにより形成したものである。

ここで、両側を絶縁部７で囲まれた母材の中央部を陰極領域とし、この領域の両面に、導電性高分子であるポリピロールと、スクリーン印刷で１５μｍの厚さに塗布し硬化したグラファイト層と、同じくスクリーン印刷で２５μｍの厚さに塗布した銀含有の導電性ペーストを硬化させることで金属電極層を形成し、陰極導電部８とした。この陰極導電部の大きさは母材の幅方向２．５ｍｍ、長さ方向２．４ｍｍである。

一方、絶縁部７の両側のそれぞれの陽極領域では、誘電体層を除去し、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇめっきを施された幅２．５ｍｍ、長さ１．０ｍｍ、厚さ８０μｍのＣｕ箔を陽極リード１０として陽極領域の片面に超音波溶接し、陽極部とした。以上の方法により三端子型のコンデンサ素子の製作を行った。

次に、本発明の三端子型の固体電解コンデンサに用いる基板について、図２を参照し説明する。ガラスエポキシ樹脂からなる縦２４２ｍｍ横２０ｍｍ厚み３０μｍの樹脂板からなる絶縁樹脂部１を用意し、その片面に接着性を持つ厚さ３０μｍのプリプレグ２を貼り合わせ（図２（ａ））、金型を用い外部端子形状の開口部４を形成した（図２（ｂ））。この開口部の形状は、陰極領域では幅２．５ｍｍ、長さ２．４ｍｍ、２箇所の陽極領域ではそれぞれ幅２．５ｍｍ、長さ１．３ｍｍである。次にプリプレグのもう一面に厚み３０μｍの銅箔を貼り合わせ、圧縮し１２０℃を付加しプリプレグ２とガラスエポキシ樹脂からなる絶縁樹脂板１及びプリプレグ２と銅箔からなる金属箔３を接着した（図２（ｃ））。この片面銅貼板の銅箔部分にケミカルエッチングを施して外部端子即ち外部陽極端子３ａおよび外部陰極端子３ｂを形成した（図２（ｄ）（ｅ）、図３）。

次に、本発明の固体電解コンデンサを図１を参照し説明する。基板１２の開口部に銀を含有する導電性接着剤５を充填し、コンデンサ素子１１を熱圧着した。この際に、導電性接着剤５はガラスエポキシ樹脂の開口部の縁から数十μｍ程度盛り上がるように充填し、本体部分の陰極導電部８の銀ペースト層及び陽極リード１０の銅箔がこれらの導電性接着剤５に確実に接着されて電気的接続が行われるようにした。

その後、エポキシ樹脂を主成分としたモールド樹脂を使用してトランスファーモールドにより外装を行い、コンデンサ素子１１を接続した基板１２を固体電解コンデンサ１個分にレーザーにより切断して、三端子型の固体電解コンデンサを得た。作製した固体電解コンデンサの外形寸法は、幅２．８ｍｍ、長さ６．３ｍｍ、高さ０．４６ｍｍのチップ状である。なお実施例１ではコンデンサ素子多数個分の基板にコンデンサ素子を接続してモールド樹脂で外装した後一個分に切断したが、基板を個片に切断した後モールド樹脂等により外装することもできる。

（実施例２）
実施例１で用いたガラスエポキシ樹脂からなる厚み３０μｍの樹脂板に換えてポリイミド樹脂からなる厚み３０μｍの樹脂板を使用した以外は実施例１と同様に固体電解コンデンサを作製した。

（比較例１）
本発明を適用した実施例１の三端子型の固体電解コンデンサとの比較用に製作した固体電解コンデンサについて図５を参照し説明する。ポリイミド樹脂の絶縁樹脂部１に銅箔を貼り付けた片面銅貼板を使用し、この銅箔をエッチングすることで両端部に外部陽極端子３ａ及び中央部に外部陰極端子３ｂを形成している。その後、絶縁樹脂部にケミカルエッチングを用い開口部の形成を行った。その基板１２に、実施例１と同様にコンデンサ素子１１を導電性接着剤５を用い接続し、トランスファーモールドにより外装を行い、１個ごとに切断して固体電解コンデンサを製作した。

以上の方法にて製作した実施例１、実施例２および比較例１の固体電解コンデンサの製造コストを比較すると、基板の材料費はガラスエポキシ樹脂を１とするとポリイミド樹脂は１．１、開口部を設ける加工費はプレスによる場合を１とするとケミカルエッチングによる場合は１．４となり、従来比較例１の費用よりも実施例１の場合には基板製造コストを２５％削減することが出来た。

１ 絶縁樹脂部
２ プリプレグ
３ 金属箔
３ａ 陽極外部端子
３ｂ 陰極外部端子
４ 開口部
５ 導電性接着剤
６ 母材
７ 絶縁部
８ 陰極導電部
９ 外装樹脂
１０ 陽極リード
１１ コンデンサ素子
１２ 基板

Claims (3)

1. 表面が拡面化された板状もしくは箔状の弁作用金属からなる母材と、前記母材の拡面化された表面に形成された酸化物からなる誘電体層よりなる陽極体に接続して陰極導電部および陽極リードが形成されたコンデンサ素子と、複数の開口部が設けられた絶縁樹脂部と、前記開口部の下面を覆い、前記コンデンサ素子の前記陰極導電部および前記陽極リードとそれぞれ導電性接着剤を介して、金属層からなる外部陰極端子および外部陽極端子とを電気的に接続した基板とを有し、前記基板が絶縁樹脂部とプリプレグを貼り合わせた後、開口部を形成し、その後金属箔と絶縁樹脂部をプリプレグを介して接続したことを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 前記絶縁樹脂部がガラスエポキシ樹脂である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。
3. 前記金属箔が銅箔であ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。

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