JP2012004341A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】リフロー等の高温処理に耐えることが出来、且つ、万が一にもコンデンサ素子においてショートが発生した場合でも安全な固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】本発明に係る固体電解コンデンサは、陽極部と陰極部との間に誘電体層13と電解質層14とが介在した固体電解型のコンデンサ素子１と、該コンデンサ素子１を被覆する外装部材２とを具え、コンデンサ素子１の陽極部には陽極端子３が電気的に接続され、該陽極端子３の一部が外装部材２の外周面に露出する一方、コンデンサ素子１の陰極部には陰極端子４が電気的に接続され、該陰極端子４の一部が外装部材２の外周面に露出している。ここで、外装部材２は、シリコーンゴム又はポリテトラフルオロエチレン樹脂から形成されている。或いは、外装部材２は、その少なくとも一部がセラミックにより構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体電解型のコンデンサ素子を外装部材により被覆して構成された固体電解コンデンサに関する。

この種の固体電解コンデンサでは、固体電解型のコンデンサ素子として、陽極部と陰極部とを有し、該陽極部と陰極部との間に誘電体層と電解質層とを介在させたものが用いられている（例えば、特許文献１参照）。そして、コンデンサ素子の陽極部には陽極端子が電気的に接続され、該陽極端子の一部が外装部材の外周面に露出する一方、コンデンサ素子の陰極部には陰極端子が電気的に接続され、該陰極端子の一部が外装部材の外周面に露出している。

特開２０１０−３４３９８号公報

従来の固体電解コンデンサにおいては、コンデンサ素子を被覆する外装部材が、エポキシ樹脂等、断熱性の低い樹脂から形成されていた。このため、固体電解コンデンサに対してリフロー等の高温処理を施した場合、コンデンサ素子の誘電体層や電解質層が破壊され、これによりコンデンサ素子においてショートや静電容量の低下が発生する虞があった。一方で、コンデンサ素子においてショートが発生した場合、外装部材が破壊されてコンデンサ素子が露出する虞があり、従ってショートに対する安全性が低い問題があった。しかしながら、高温に耐えることが出来、且つショートが発生し難いコンデンサ素子を開発することは容易でない。

そこで本発明の目的は、リフロー等の高温処理に耐えることが出来、且つ、万が一にもコンデンサ素子においてショートが発生した場合でも安全な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、陽極部と陰極部との間に誘電体層と電解質層とが介在した固体電解型のコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を被覆する外装部材とを具え、コンデンサ素子の陽極部には陽極端子が電気的に接続され、該陽極端子の一部が外装部材の外周面に露出する一方、コンデンサ素子の陰極部には陰極端子が電気的に接続され、該陰極端子の一部が外装部材の外周面に露出している。ここで、前記外装部材は、シリコーンゴム又はポリテトラフルオロエチレン樹脂から形成されている。又、前記電解質層は、誘電体層上で固化させることが可能な電解質材料を用いて形成された層である。

上記固体電解コンデンサにおいては、外装部材が、シリコーンゴム又はポリテトラフルオロエチレン（以下、「テフロン（登録商標）」という）樹脂から形成されている。ここで、シリコーンゴム及びテフロン樹脂は、エポキシ樹脂等の樹脂が有する断熱性よりも高い断熱性を有している。従って、固体電解コンデンサに対してリフロー等の高温処理を施した場合でも、コンデンサ素子の誘電体層や電解質層が破壊され難く、これによりコンデンサ素子においてショートや静電容量の低下が発生し難い。

又、シリコーンゴム及びテフロン樹脂は、これらに付与された衝撃を吸収することが出来る。従って、コンデンサ素子においてショートが発生することにより、該ショートに起因して外装部材に衝撃が付与された場合でも、外装部材によって衝撃が吸収され、その結果、外装部材の破壊が防止されることになる。よって、上記固体電解コンデンサは、ショートに対して高い安全性を有している。

更に、シリコーンゴム及びテフロン樹脂は防湿性を有している。従って、外装部材によって被覆されたコンデンサ素子は、湿気に晒されることがない。

本発明に係る他の固体電解コンデンサは、陽極部と陰極部との間に誘電体層と電解質層とが介在した固体電解型のコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を被覆する外装部材とを具え、コンデンサ素子の陽極部には陽極端子が電気的に接続され、該陽極端子の一部が外装部材の外周面に露出する一方、コンデンサ素子の陰極部には陰極端子が電気的に接続され、該陰極端子の一部が外装部材の外周面に露出している。ここで、前記外装部材は、その少なくとも一部がセラミックにより構成されている。又、前記電解質層は、誘電体層上で固化させることが可能な電解質材料を用いて形成された層である。

上記固体電解コンデンサにおいては、外装部材の少なくとも一部が、セラミックにより構成されている。ここで、セラミックは、エポキシ樹脂等の樹脂が有する断熱性よりも高い断熱性を有している。従って、固体電解コンデンサに対してリフロー等の高温処理を施した場合でも、コンデンサ素子の誘電体層や電解質層が破壊され難く、これによりコンデンサ素子においてショートや静電容量の低下が発生し難い。

上記他の固体電解コンデンサの具体的構成において、前記外装部材は、前記コンデンサ素子を被覆するセラミック層と、該セラミック層の外周面を被覆する樹脂層とから構成され、該樹脂層は、シリコーンゴム又はテフロン樹脂から形成されている。

上記具体的構成によれば、固体電解コンデンサに対してリフロー等の高温処理を施した場合、コンデンサ素子への熱伝導がセラミック層によって防止され、その結果、コンデンサ素子の誘電体層や電解質層が破壊され難くなる。よって、コンデンサ素子においてショートや静電容量の低下が発生し難い。

又、樹脂層を形成しているシリコーンゴム及びテフロン樹脂は、これらに付与された衝撃を吸収することが出来る。従って、コンデンサ素子においてショートが発生することにより、該ショートに起因して外装部材に衝撃が付与された場合でも、樹脂層によって衝撃が吸収され、その結果、外装部材の破壊が防止されることになる。よって、上記固体電解コンデンサは、ショートに対して高い安全性を有している。

更に、シリコーンゴム及びテフロン樹脂は防湿性を有している。従って、樹脂層によって被覆されたコンデンサ素子は、湿気に晒されることがない。

本発明に係る固体電解コンデンサは、リフロー等の高温処理に耐えることが出来、且つ、万が一にもコンデンサ素子においてショートが発生した場合でも安全である。

図１は、本発明の一実施形態に係る固体電解コンデンサを示す断面図である。 図２は、該固体電解コンデンサの陽極端子及び陰極端子となる陽極フレーム及び陰極フレームをそれぞれ示した斜視図である。 図３は、該固体電解コンデンサの製造方法について、その素子搭載工程の説明に用いられる斜視図である。 図４は、素子搭載工程の実行後のコンデンサ素子及び導電性接着剤の状態を示した側面図である。 図５は、上記固体電解コンデンサの製造方法について、そのセラミック層形成工程の説明に用いられる側面図である。 図６は、該製造方法について、その樹脂層形成工程の説明に用いられる側面図である。 図７は、該製造方法について、その切断工程の説明に用いられる側面図である。 図８は、該製造方法について、その端子形成工程の説明に用いられる側面図である。 図９は、上記固体電解コンデンサの第１変形例を示した断面図である。 図１０は、上記固体電解コンデンサの第２変形例を示した断面図である。 図１１は、上記固体電解コンデンサの他の変形例を示した断面図である。

以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る固体電解コンデンサを示す斜視図である。図１に示す様に、本実施形態の固体電解コンデンサは、固体電解型のコンデンサ素子(１)と、該コンデンサ素子(１)を被覆する外装部材(２)と、陽極端子(３)と、陰極端子(４)とを具えている。

コンデンサ素子(１)は、直方体状の素子本体(10)と、該素子本体(10)の外周面から引き出された陽極リード(12)とから構成されている。ここで、素子本体(10)の外周面には、陽極リード(12)が引き出された第１側面(101)と、該第１側面(101)とは反対側の第２側面(102)と、互いに対向して第１側面(101)の外周縁から第２側面(102)の外周縁まで延びる第３側面(103)及び第４側面(104)とが含まれている。

具体的には、コンデンサ素子(１)は、直方体状の陽極体(11)と、該陽極体(11)に植立された円柱状の陽極リード(12)と、陽極体(11)の表面に形成された誘電体層(13)と、該誘電体層(13)上に形成された電解質層(14)と、該電解質層(14)上に形成された陰極層(15)とから構成されている。

陽極体(11)は、弁作用金属からなる多孔質焼結体から構成されており、弁作用金属には、例えばタンタル、ニオブ、チタン、アルミニウム等の金属が用いられている。一方、陽極リード(12)は、その基端部(122)が陽極体(11)内に埋設される一方、先端部(121)が陽極体(11)の表面から外部に引き出されている。陽極リード(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から形成されており、陽極体(11)と陽極リード(12)とは互いに電気的に接続されている。

誘電体層(13)は、陽極体(11)の表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等の電解溶液に浸漬させ、陽極体(11)の表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。

電解質層(14)は、誘電体層(13)上で固化させることが可能な電解質材料、例えば二酸化マンガン等の導電性無機材料、ＴＣＮＱ（Tetracyano-quinodimethane）錯塩、導電性ポリマー等の導電性有機材料を用いて形成される。一方、陰極層(15)は、電解質層(14)上に形成されたカーボン層（図示せず）と、該カーボン層上に形成された銀ペイント層（図示せず）とから構成されている。そして、電解質層(14)と陰極層(15)とは互いに電気的に接続されている。ここで、陰極層(15)は、素子本体(10)の外周面の内、少なくとも第３側面(103)に露出している。

上記コンデンサ素子(１)によれば、陽極リード(12)の内、陽極体(11)から引き出された部分と、陰極層(15)とによって、コンデンサ素子(１)の陽極部と陰極部とがそれぞれ構成され、該陽極部と陰極部との間に誘電体層(13)と電解質層(14)とが介在することになる。

そして、コンデンサ素子(１)の陽極リード(12)には陽極端子(３)が電気的に接続され、該陽極端子(３)の一部が外装部材(２)の外周面に露出する一方、コンデンサ素子(１)の陰極層(15)には陰極端子(４)が電気的に接続され、該陰極端子(４)の一部が外装部材(２)の外周面に露出している。

具体的には、コンデンサ素子(１)の陽極リード(12)と陽極端子(３)とは、溶接により互いに電気的に接続されている。又、陽極端子(３)は、外装部材(２)の外周面の内、陽極リード(12)の先端前方に位置する第１側面(201)から引き出されており、該第１側面(201)に沿って下方へ延びた後、第１側面(201)の下端縁(201a)で屈曲している。これにより、陽極端子(３)の先端部(30)が外装部材(２)の下面(203)に沿って設けられている。

一方、陰極端子(４)は、素子本体(10)の第３側面(103)に沿って拡がる第１端子構成部(41)と、該第１端子構成部(41)に連設されて素子本体(10)の第２側面(102)の上方へ拡がる第２端子構成部(42)とを有している。そして、第１端子構成部(41)と素子本体(10)の第３側面(103)との間に導電性接着剤(５)が介在し、これによりコンデンサ素子(１)の陰極層(15)と陰極端子(４)とが互いに電気的に接続されている。又、陰極端子(４)は、外装部材(２)の外周面の内、第１側面(201)とは反対側の第２側面(202)から引き出されており、該第２側面(202)に沿って下方へ延びた後、第２側面(202)の下端縁(202a)で屈曲している。これにより、陰極端子(４)の先端部(40)が外装部材(２)の下面(203)に沿って設けられている。

図１に示す様に、外装部材(２)は、コンデンサ素子(１)を被覆するセラミック層(21)と、該セラミック層(21)の外周面を被覆する樹脂層(22)とから構成されている。ここで、セラミック層(21)は、酸化物セラミックや多孔質セラミック等のセラミックから形成されている。一方、樹脂層(22)は、シリコーンゴム又はテフロン樹脂から形成されている。そして、樹脂層（22)の外周面により、外装部材(２)の外周面が形成されている。

次に、上記固体電解コンデンサの製造方法について、図面に沿って具体的に説明する。該製造方法においては、素子搭載工程、セラミック層形成工程、樹脂層形成工程、切断工程、及び端子形成工程が順に実行される。
素子搭載工程の実行前に先ず、図２に示す如く、陽極端子(３)となる陽極フレーム(61)と、陰極端子(４)となる陰極フレーム(62)とを用意する。ここで、陰極フレーム(62)には、これを屈曲変形させることにより、第１端子構成部(41)と第２端子構成部(42)とが形成されている。

図３は、素子搭載工程の説明に用いられる斜視図である。図３に示す様に、素子搭載工程では、陰極フレーム(62)に形成された第１端子構成部(41)の表面に導電性接着剤(５)を塗布した後、該第１端子構成部(41)の表面上に、コンデンサ素子(１)の素子本体(10)をその第３側面(103)を第１端子構成部(41)の表面へ向けた姿勢で搭載する。これにより、図４に示す如く、導電性接着剤(５)が第１端子構成部(41)の表面に沿って拡がり、その結果、素子本体(10)の第３側面(103)と第１端子構成部(41)との間には、その広い範囲に亘って導電性接着剤(５)が介在することになる。よって、コンデンサ素子(１)の陰極層(15)と陰極フレーム(62)とが互いに電気的に接続され、且つその接続状態が良好となる。

又、コンデンサ素子(１)の素子本体(10)を第１端子構成部(41)の表面に搭載したとき、陽極フレーム(61)には、コンデンサ素子(１)の陽極リード(12)の先端部(121)が接触する。そして、素子搭載工程では更に、陽極リード(12)と陽極フレーム(61)との接触面に溶接を施す。これにより、コンデンサ素子(１)の陽極リード(12)と陽極フレーム(61)とが互いに電気的に接続され、且つその接続状態が良好となる。

図５は、セラミック層形成工程の説明に用いられる側面図である。図５に示す様に、セラミック層形成工程では、先ず、セラミック粉から形成されたペースト（セラミックペースト）を用意する。ここで、セラミック粉には、酸化物セラミック粉や多孔質セラミック粉等のセラミック粉が用いられる。

その後、セラミックペースによって、コンデンサ素子(１)の素子本体(10)、陽極リード(12)の一部、第１端子構成部(41)、及び第２端子構成部(42)の一部を被覆することにより、コンデンサ素子(１)の素子本体(10)を包囲するセラミックペースト層(63)を形成する。次に、セラミックペースト層(63)に対して１００℃程度の熱処理を施すことにより、セラミック層(21)を形成する。

図６は、樹脂層形成工程の説明に用いられる側面図である。図６に示す様に、樹脂層形成工程では、セラミック層(21)の外周面を被覆する樹脂層(22)をモールド成型により形成する。ここで、樹脂層(22)を形成する樹脂には、シリコーンゴム又はテフロン樹脂が用いられる。これにより、セラミック層(21)と樹脂層(22)とによって外装部材(２)が形成される。

図７は、切断工程の説明に用いられる側面図である。図７に示す様に、切断工程では、外装部材(２)の第１側面(201)からの陽極フレーム(61)の長さ寸法Ｌ１が所定寸法となる様に、図６に示されるＡ−Ａ線に沿って陽極フレーム(61)を切断する。又、外装部材(２)の第２側面(202)からの陰極フレーム(62)の長さ寸法Ｌ２が所定寸法となる様に、図６に示されるＢ−Ｂ線に沿って陰極フレーム(62)を切断する。

図８は、端子形成工程の説明に用いられる側面図である。図８に示す様に、端子形成工程では、陽極フレーム(61)の内、外装部材(２)の第１側面(201)から引き出されている部分に折り曲げ加工を施すことにより、該部分を外装部材(２)の第１側面(201)と下面(203)とに沿わせる。これにより、陽極フレーム(61)から陽極端子(３)が形成され、該陽極端子(３)の先端部(30)が外装部材(２)の下面(203)に沿って設けられることになる。

端子形成工程では更に、陰極フレーム(62)の内、外装部材(２)の第２側面(202)から引き出されている部分に折り曲げ加工を施すことにより、該部分を外装部材(２)の第２側面(202)と下面(203)とに沿わせる。これにより、陰極フレーム(62)から陰極端子(４)が形成され、該陰極端子(４)の先端部(40)が外装部材(２)の下面(203)に沿って設けられることになる。

上記固体電解コンデンサにおいては、外装部材(２)が、コンデンサ素子(１)を被覆するセラミック層(21)と、該セラミック層(21)の外周面を被覆する樹脂層(22)とから構成されている。ここで、セラミック層(21)を形成しているセラミックは、エポキシ樹脂等の樹脂が有する断熱性よりも高い断熱性を有している。従って、固体電解コンデンサに対してリフロー等の高温処理を施した場合でも、コンデンサ素子(１)への熱伝導がセラミック層(21)によって防止され、その結果、コンデンサ素子(１)の誘電体層(13)や電解質層(14)が破壊され難くなる。よって、コンデンサ素子(１)においてショートや静電容量の低下が発生し難い。即ち、上記固体電解コンデンサは、リフロー等の高温処理に耐えることが出来る。

又、樹脂層(22)を形成しているシリコーンゴム及びテフロン樹脂は、これらに付与された衝撃を吸収することが出来る。従って、コンデンサ素子(１)においてショートが発生することにより、該ショートに起因して外装部材(２)に衝撃が付与された場合でも、樹脂層(22)によって衝撃が吸収され、その結果、外装部材(２)の破壊が防止されることになる。よって、上記固体電解コンデンサは、ショートに対して高い安全性を有している。

更に、シリコーンゴム及びテフロン樹脂は防湿性を有している。従って、樹脂層(22)によって被覆されたコンデンサ素子(１)は、湿気に晒されることがない。

図９は、上記固体電解コンデンサの第１変形例を示した断面図である。図９に示す様に、上記固体電解コンデンサにおいて、外装部材(２)はシリコーンゴム又はテフロン樹脂のみから形成されていてもよい。ここで、シリコーンゴム及びテフロン樹脂は、エポキシ樹脂等の樹脂が有する断熱性よりも高い断熱性を有している。従って、第１変形例に係る固体電解コンデンサに対してリフロー等の高温処理を施した場合でも、コンデンサ素子(１)の誘電体層(13)や電解質層(14)が破壊され難く、これによりコンデンサ素子(１)においてショートや静電容量の低下が発生し難い。よって、第１変形例の固体電解コンデンサも、リフロー等の高温処理に耐えることが出来る。

又、本変形例に係る固体電解コンデンサは、図１に示す固体電解コンデンサと同様、ショートに対して高い安全性を有し、更にはコンデンサ素子(１)が湿気に晒されることがない。

図１０は、上記固体電解コンデンサの第２変形例を示した断面図である。図１０に示す様に、上記固体電解コンデンサにおいて、外装部材(２)は酸化物セラミックや多孔質セラミック等のセラミックのみから形成されていてもよい。本変形例に係る固体電解コンデンサを製造する場合、外装部材(２)は、セラミックペーストを用いたモールド成型により形成される。

上述した様に、セラミックは、エポキシ樹脂等の樹脂が有する断熱性よりも高い断熱性を有している。従って、第２変形例に係る固体電解コンデンサに対してリフロー等の高温処理を施した場合でも、コンデンサ素子(１)の誘電体層(13)や電解質層(14)が破壊され難く、これによりコンデンサ素子(１)においてショートや静電容量の低下が発生し難い。よって、第２変形例の固体電解コンデンサも、リフロー等の高温処理に耐えることが出来る。

尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、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。例えば、上記固体電解コンデンサに採用した外装部材(２)の構成は、下面電極タイプの固体電解コンデンサにも適用することが出来、その一例が図１１に示されている。ここで、図１１に示す下面電極タイプの固体電解コンデンサでは、陽極端子(３)と陰極端子(４)とが外装部材(２)の下面(203)に沿って設けられ、コンデンサ素子(１)の陽極リード(12)と陽極端子(３)とが枕部材(７)を介して互いに電気的に接続されている。勿論、上記固体電解コンデンサに採用した外装部材(２)の構成は、下面電極タイプの固体電解コンデンサに限らず、種々の固体電解コンデンサに適用することが可能である。

(１) コンデンサ素子
(10) 素子本体
(101) 第１側面
(102) 第２側面
(103) 第３側面
(104) 第４側面
(11) 陽極体
(12) 陽極リード（陽極部）
(121) 先端部
(122) 基端部
(13) 誘電体層
(14) 電解質層
(15) 陰極層（陰極部）
(２) 外装部材
(201) 第１側面
(201a)下端縁
(202) 第２側面
(202a)下端縁
(203) 下面
(21) セラミック層
(22) 樹脂層
(３) 陽極端子
(30) 先端部
(４) 陰極端子
(40) 先端部
(41) 第１端子構成部
(42) 第２端子構成部
(５) 導電性接着剤
(61) 陽極フレーム
(62) 陰極フレーム
(63) セラミックペースト層
(７) 枕部材

Claims (3)

1. 陽極部と陰極部との間に誘電体層と電解質層とが介在した固体電解型のコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を被覆する外装部材とを具え、コンデンサ素子の陽極部には陽極端子が電気的に接続され、該陽極端子の一部が外装部材の外周面に露出する一方、コンデンサ素子の陰極部には陰極端子が電気的に接続され、該陰極端子の一部が外装部材の外周面に露出している固体電解コンデンサにおいて、前記外装部材がシリコーンゴム又はポリテトラフルオロエチレン樹脂から形成されていることを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 陽極部と陰極部との間に誘電体層と電解質層とが介在した固体電解型のコンデンサ素子と、該コンデンサ素子を被覆する外装部材とを具え、コンデンサ素子の陽極部には陽極端子が電気的に接続され、該陽極端子の一部が外装部材の外周面に露出する一方、コンデンサ素子の陰極部には陰極端子が電気的に接続され、該陰極端子の一部が外装部材の外周面に露出している固体電解コンデンサにおいて、前記外装部材は、その少なくとも一部がセラミックにより構成されていることを特徴とする固体電解コンデンサ。
3. 前記外装部材は、前記コンデンサ素子を被覆するセラミック層と、該セラミック層の外周面を被覆する樹脂層とから構成され、該樹脂層は、シリコーンゴム又はポリテトラフルオロエチレン樹脂から形成されている請求項２に記載の固体電解コンデンサ。

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