JP2011210765A

JP2011210765A - 固体電解コンデンサ

Info

Publication number: JP2011210765A
Application number: JP2010074302A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Nishimura; 俊治西村; Kenji Araki; 健二荒木
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-10-20

Abstract

【課題】固体電解コンデンサのプリント基板上へのはんだ実装の際、高温下に曝される為、この熱履歴により、外装樹脂が膨張、冷却時の収縮により発生する応力が原因となって、コンデンサ素子の陰極層に亀裂が発生し、界面抵抗が上昇することを抑制すること。
【解決手段】コンデンサ素子１３と外装樹脂１０との間に樹脂層１６で覆われた耐熱性と流動性を備えた粒子の層１５が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は固体電解コンデンサに関するものである。

ＰＣや携帯電話などの需要がグローバル規模で急速に増えており、特にＧＨｚ帯の高周波数帯域で使用されている。そのため、それらの電気機器は、ＣＰＵなどの電源周りに使用しているコンデンサの等価直列抵抗（以下ＥＳＲと称す）の低減化、及び等価直列インダクタンス（以下ＥＳＬと称す）の低減化が求められている。また、電気機器の小型化が求められていることから、固体電解コンデンサにおいても小型化の必要性が急速に高まっている。

図２に従来の固体電解コンデンサの構造の一例を示す。図２（ａ）は固体電解コンデンサのコンデンサ素子の正断面図、図２（ｂ）は従来の固体電解コンデンサの陽極リード先端部の斜視図、図２（ｃ）は固体電解コンデンサの製品断面図である。

まず、従来の固体電解コンデンサの製造方法を以下に説明する。図２（ａ）に示すように弁作用金属の粉末をプレスの後、焼結して得られた、陽極リード３が導出された多孔質の陽極体１を形成した後、化成処理を行い、陽極体１の表面に電気化学的方法により誘電体層２となる酸化皮膜を形成させる。この誘電体層２上に、二酸化マンガンもしくは導電性高分子からなる固体電解質層５を形成する。その上にグラファイト層６、銀ペースト層７からなる陰極層を形成しコンデンサ素子１３を得る。

次に陽極リード３と陽極リードフレーム９を溶接により接合し、コンデンサ素子１３の外表面の陰極層と陰極リードフレーム８を導電性接着剤１２で接合する（図２（ｃ））。更に、陽極リードフレーム９、及び陰極リードフレーム８が部分的に露出した状態になるように、外装樹脂１０でコンデンサ素子１３と陽極リードフレーム９、及び陰極リードフレーム８を外装成型し、固体電解コンデンサを形成する（図２（ｃ））。

ここで、特許文献１にはコンデンサ素子と陽・陰極の外部リード端子のすべてに外装樹脂接着防止剤を塗布して樹脂接着剤防止皮膜層を形成し、しかるのち樹脂で外装することにより、特に製品実装時熱ストレスからくる外装樹脂応力による漏れ電流増大現象をおさえることができ、信頼性の高い固体電解コンデンサを得る技術が記載されている。

特開平０４−２１６６０８号公報

通常、上記の固体電解コンデンサはプリント基板上にはんだ実装される際、２４０〜２６０℃の高温下に曝される。この加熱により、固体電解コンデンサのＥＳＲが劣化する場合があることが問題となっている。この劣化は、リフロー実装時の加熱により外装樹脂が膨張し、膨張により発生した応力で外装樹脂と密着しているコンデンサ素子の陰極層に微小な亀裂が発生し、界面抵抗が上昇することが原因であることが判明している。特許文献１に記載されている技術を用いても亀裂の発生を相当程度抑制することは可能であるが、更に効果的なＥＳＲ劣化の抑制技術が望まれている。

そこで、本発明では、固体電解コンデンサを加熱した際のコンデンサ素子と外装樹脂の間に発生する応力を解消し、リフロー実装時に発生するＥＳＲの劣化を更に抑制した固体電解コンデンサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の固体電解コンデンサは、陽極導出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誘電体皮膜を形成した誘電体層と、前記誘電体層の表面に形成された固体電解質と、前記固体電解質層の表面に順次形成されたグラファイト層、及び銀ペースト層から成る陰極層を有するコンデンサ素子と、前記陽極導出線と接続された陽極端子、及び導電性接着剤を介して前記コンデンサ素子の陰極層に接続された陰極端子を備え、前記陽極端子と前記陰極端子の一部が露出されるように外装樹脂により外装された固体電解コンデンサであって、前記コンデンサ素子および前記陽極端子と前記陰極端子の少なくとも外部に露出する一部を除いた部分と前記外装樹脂との間に、樹脂層で覆われた耐熱性と流動性を備えた粒子の層が形成されていることを特徴とする。

又、本発明の固体電解コンデンサは、前記粒子の層が、前記樹脂層と前記コンデンサ素子および前記陽極端子と前記陰極端子の少なくとも外部に露出する一部を除いた部分との間に変形可能な空隙を設けてなることを特徴とする。

本発明の固体電解コンデンサによれば、コンデンサ素子と外装樹脂の間の樹脂層で覆われた粒子の層が変形することによってリフロー実装時の加熱時の外装樹脂の膨張による応力を緩和することができる。すなわち、加熱時に発生するＥＳＲ劣化を低減した固体電解コンデンサを提供することができる。

本発明の固体電解コンデンサを説明する図であり、図１（ａ）は本発明の固体電解コンデンサの断面図、図１（ｂ）は本発明のコンデンサ素子と外装樹脂の間に形成された樹脂層と粒子の層の付近を拡大した模式断面図。従来の固体電解コンデンサを説明する図であり、図２（ａ）は従来の固体電解コンデンサのコンデンサ素子の断面図、図２（ｂ）は従来の固体電解コンデンサの陽極リード先端部の斜視図、図２（ｃ）は従来の固体電解コンデンサの製品断面図。

次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図２（ａ）に示すように本発明のコンデンサ素子１３は、従来と同じ構成であり、弁作用金属の粉末に、弁作用金属と同種の金属からなる陽極リード３の一端を表出させ、他部を埋没して加圧成型し、焼結した陽極体の表面に誘電体皮膜を形成し、さらに固体電解質層５、グラファイト層６、及び銀ペースト層７を形成している。陽極リード３の表面には、誘電体皮膜、及びポリマー這い上がり防止用の絶縁皮膜４を形成している。

その後、図２（ｃ）に示すように陽極リード３と陽極リードフレーム９を溶接により接合し、コンデンサ素子１３の外表面の陰極層と陰極リードフレーム８を導電性接着剤１２で接合する。

次に、図１を参照して説明する。本発明では、アルコール系の有機溶媒に分散させたシリカ等の無機質系の粒子１４をコンデンサ素子上に塗布、乾燥し、粒子の層１５を形成させて、更に後に形成する外装樹脂１０と粒子１４との界面に近い部分にアルコール系の有機溶媒に分散させたエポキシ系樹脂を散布し、乾燥させることにより樹脂層１６を形成させ、図１（ｂ）の様な断面構造を得る。

尚、粒子１４を分散させる有機溶媒については、乾燥後、粒子１４と粒子１４、及びコンデンサ素子１３の陰極部等の表面と粒子１４を一時的に固定する役目を持つものであれば問わない。また、粒子は耐熱性と流動性を持たせるため、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）やアルミナ（Ａｌ₂０₃）などの無機物で構成され、できるだけ球状に近いものが望ましい。また、粒子１４をアルコール溶媒に分散させた懸濁液の濃度は塗布のし易さから０．０１〜０．１質量％が好ましく、０．０３〜０．０５質量％がより好ましい。

樹脂層１６を形成する樹脂は耐熱性を有するもので、例えば熱硬化性の樹脂があり、特にフェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂等が好適である。

その後、陽極リードフレーム９、及び陰極リードフレーム８が部分的に露出した状態になるように外装樹脂１０でコンデンサ素子１３と陽極リードフレーム９、及び陰極リードフレーム８を外装樹脂１０により封止成形し、固体電解コンデンサを形成する。最終的に外装樹脂１０から露出したリードフレーム９、及び陰極リードフレーム８を所定の長さに切断し、折り曲げることにより本発明の固体電解コンデンサを完成する。

従って、コンデンサ素子と外装樹脂との間に樹脂層で覆われた粒子の層を形成させることにより、リフロー実装工程で加熱時に発生する外装樹脂の膨張による応力を緩和することが可能な固体電解コンデンサを提供することができる。

実施例について、図１を参照しながら説明する。実施例として、直径が０．８０ｍｍのタンタルワイヤーからなる陽極リード３をタンタル金属粉に埋め込み、プレス機にて成形し縦４．５ｍｍ、幅３．６ｍｍ、高さ０．９ｍｍの成形体を得た。その後、この弁作用金属の成形体を焼結し、陽極体を得た。さらに、６０℃のリン酸液に浸し、電圧を１６Ｖで設定維持し、４時間、電圧をかけ、９０Ｖの２０分間で昇圧し、表面に誘電体皮膜を形成させた。

続いて誘電体皮膜を形成させた陽極体に這い上がり防止として絶縁皮膜４であるシリコン樹脂を弁作用金属の焼結体側から０．２ｍｍで塗布し、１５０℃の１８０分間で乾燥させ、絶縁皮膜４を得た。その後、再度６０℃のリン酸に再び浸し、１６Ｖで２時間化成を行った。

次に、パラトルエンスルホン酸第二鉄、及び３，４−エチレンジオキシチオフェンを用いて導電性高分子からなる固体電解質層を形成させた。この時、固体電解質層５の膜厚は、２０μｍである。内部にポリマーを形成させるため、水溶媒のパラトルエンスルホン酸第二鉄を用いて５分間浸漬した後、引き上げて常温にてポリマーを形成した。その上に２０μｍのグラファイトペースト、及び６０μｍの銀ペーストを塗布し、グラファイト層６、銀ペースト層７からなる陰極層を形成することによりコンデンサ素子１３を得た。

固体電解質層に関しては、化学重合により形成した導電性高分子だけでなく、スラリーポリマー、電解重合による導電性高分子、及び熱分解による二酸化マンガン層で行っても良い。また、単一的な方法だけでなく、二酸化マンガンと化学重合の組み合わせや化学重合とスラリーポリマーとの組み合わせ等においても良い。

続いて、上記で陰極層を得た陽極リード３の誘電体皮膜、及びポリマー這い上がり防止用のため成形していた絶縁皮膜４を陽極リード先端部１４から０．６ｍｍの位置より、幅１．４ｍｍ、縦１．５ｍｍの範囲で除去した。これにより、陽極リードフレーム９に溶接するための陽極リード３の露出部を得た。そして、陽極リードフレーム９を溶接により接合し、コンデンサ素子１３の外表面の陰極層と陰極リードフレームを導電性接着剤で接合した。

その後、図１の様にコンデンサ素子１３に二酸化珪素（ＳｉＯ₂）を主成分とした粒子１４をアルコール溶媒で０．０３質量％に分散させた懸濁液を塗布し、１５０℃で３０分間乾燥させ、粒子の層１５を形成した。この時、粒子の層は平均１００μｍとした。また、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）は平均粒径０．０４μｍの球状のものを使用した。

更にエポキシ樹脂をアルコール溶媒で５０質量％に希釈した液を粒子１４の表面に散布し、１２５℃で３０分間乾燥させ樹脂層１６を形成した。このときの樹脂層１６の厚みは２０μｍとした。

しかる後、外装樹脂１０にてコンデンサ素子１３を封止した後、陽極リードフレーム８、及び陰極リードフレーム９を折り曲げて、外形寸法が縦７．３ｍｍ、横４．３ｍｍ、高さ１．９ｍｍの固体電解コンデンサを得た。

（比較例１）
比較例１として、粒子の層と樹脂層を形成せずに、従来から使用されているフッ素系の外装樹脂接着防止剤（離型剤）を陰極部の表面に塗布し、１５０℃で３０分間乾燥したものも作成した。それ以外は実施例と同様とした。

（比較例２）
比較例２として、陰極部の表面に樹脂層を形成せずに粒子の層のみを平均１００μｍの厚みで形成し、その表面を外装樹脂にて封止した固体電解コンデンサを作製した。それ以外は実施例と同様とした。

（比較例３）
比較例３として陰極部の表面に樹脂層（厚みは２０μｍ）のみを形成し、外装樹脂で封止した固体電解コンデンサを作製した。それ以外は実施例と同様とした。

（比較例４）
更に、比較例４として、陰極部と外装樹脂との間に何も形成しない固体電解コンデンサを作製した。他の構成は実施例と同様とした。

こうして得られた実施例および比較例の特性を比較した。該特性は、プリント基板実装を行い、エアリフロー（２４０℃、１０秒間）を実施し、その前後のＥＳＲ（測定周波数１００ＫＨｚ）を測定してリフロー前後のＥＳＲ変化率を比較した。その結果を表１に示す。

※ＥＳＲ変化率＝（リフロー後ＥＳＲ−リフロー前ＥＳＲ）／リフリー前ＥＳＲ×１００
※ＥＳＲ変化率が“＋”の値はリフリー前のＥＳＲ値よりリフロー後のＥＳＲ値が増加したことを示す。

表１に示す通り、比較例と比べて実施例で製造された固体電解コンデンサは、ＥＳＲの変化率が低減していることがわかる。これにより、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。例えば、粒子の材質は耐熱性を有しリフロー実装時の加熱で変形、溶融等を生じなければ良く、粒径（粒子の大きさ）、粒度分布、形状も加熱時の応力等を緩和する流動性が保てれば問わない。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陽極体
２誘電体層
３陽極リード
４絶縁皮膜
５固体電解質層
６グラファイト層
７銀ペースト層
８陰極リードフレーム
９陽極リードフレーム
１０外装樹脂
１２導電性接着剤
１３コンデンサ素子
１４粒子
１５粒子の層
１６樹脂層

Claims

陽極導出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誘電体皮膜を形成した誘電体層と、前記誘電体層の表面に形成された固体電解質と、前記固体電解質層の表面に順次形成されたグラファイト層及び銀ペースト層から成る陰極層を有するコンデンサ素子と、前記陽極導出線に接続された陽極端子及び導電性接着剤を介して前記コンデンサ素子の陰極層に接続された陰極端子を備え、前記陽極端子と前記陰極端子の一部が露出されるように外装樹脂により外装された固体電解コンデンサであって、前記コンデンサ素子および前記陽極端子と前記陰極端子の、少なくとも外部に露出する一部を除いた部分と前記外装樹脂との間に、樹脂層で覆われた耐熱性と流動性を備えた粒子の層が形成されていることを特徴とする固体電解コンデンサ。
前記粒子の層は、前記樹脂層と前記コンデンサ素子および前記陽極端子と前記陰極端子の少なくとも外部に露出する一部を除いた部分との間に変形可能な空隙を設けてな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。