JP2013175512A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 コンデンサ素子の陰極部に対するモールド時の成形応力が分散され、コンデンサ素子の歪みを小さくでき、ＬＣの増加を抑制した固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】 コンデンサ素子からなる積層体５０は、陰極部１５の長手方向に平行な面が、導電性接着剤を介して、連続した導電性部材１６により帯状に覆われ、導電性部材１６の端部は、導電性接着剤を介して陰極端子１７に電気的、機械的に接続される。
【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。

従来から、弁作用金属としてタンタル、ニオブ、アルミニウム等を用いた固体電解コンデンサは、小型で静電容量が大きく、周波数特性に優れることから、ＣＰＵ等の高速で動作するデバイスを駆動するためのスイッチング電源回路等に広く使用されている。

近年、携帯型電子機器の発展に伴い、固体電解コンデンサの小型化及び薄型化が進んでいる。これらに対応するために、弁作用金属の箔を使ったコンデンサ素子を積層し、モールド樹脂を用いて外装を形成する固体電解コンデンサが使用されている。このような固体電解コンデンサとして、特許文献１のような構成が開示されている。

特許文献１には、コンデンサ素子の陰極部が導電性接着剤によって互いに接続され、積層体が形成された固体電解コンデンサが記載されている。積層体の周囲はモールド樹脂により被覆され、外装が形成される。

従来の固体電解コンデンサの一例を図面を用いて説明する。図２は、従来の固体電解コンデンサの構成を説明する概略断面図である。

図２に示すように、陽極部１３０と陰極部１４０を備えたコンデンサ素子１００が、銀フィラーを含んだ導電性接着剤からなる導電性接着部１２９を介して積層され、積層体２１０が形成されている。積層体２１０は、陰極部１４０が導電性接着部１２９を介して基板１４５に設けられた陰極端子１３１と電気的に接続され、陽極部１３０も陽極端子１３２に電気的に接続されている。さらにモールド樹脂により外装１５０が形成され、従来の固体電解コンデンサ２２０が構成されている。

特開２００５−０７９４６３号公報

従来の固体電解コンデンサにおいて、陰極部同士や陰極端子と接続するために形成された導電性接着部には、導電性接着剤の塗布むらや残留した気泡による空隙が生じやすい。そのような状態で外装を設けるためモールド樹脂による成形を行った場合、成形圧力により空隙部分に接する陰極部が歪み、誘電体層が損傷して漏れ電流（ＬＣ）が増加してしまうという課題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は外装のためのモールド樹脂による成形時の応力の分散と緩和を行い、ＬＣの増加を抑制した固体電解コンデンサを提供することである。

すなわち、本発明の固体電解コンデンサは、絶縁部により陽極部と陰極部に区分され、前記陰極部は、平板状の弁作用金属の表面に多孔質層を備え、前記多孔質層の表面に誘電体層、固体電解質層、陰極層を順次設けて形成され、前記陽極部は、前記絶縁部から導出された前記弁作用金属よりなるコンデンサ素子を有し、前記コンデンサ素子は、前記陰極部に設けられた導電性接着部を介して複数積層されて積層体が形成されるとともに、前記陰極部が前記導電性接着部を介して、基板に設けられた陰極端子に電気的に接続され、前記陽極部と陽極端子が電気的に接続され、絶縁材料により全面を覆う外装を備えた固体電解コンデンサであって、前記積層体は、前記陰極部の長手方向に平行な面が、導電性接着剤を介して、連続した導電性部材により帯状に覆われ、前記導電性部材の端部は、前記導電性接着剤を介して前記陰極端子に電気的、機械的に接続されることを特徴とする。

また、本発明の固体電解コンデンサは、前記導電性接着部が、前記導電性接着剤を介して前記導電性部材に覆われていることを特徴とする。

また、本発明の固体電解コンデンサは、前記導電性部材が、銅または銅合金からなることが好ましい。

本発明によれば、固体電解コンデンサの積層体において、陰極部の長手方向に平行な面が、導電性接着剤を介して、連続した導電性部材を用いて帯状に覆われ、さらに導電性部材の端部が陰極端子に機械的、電気的に接続されることによって、陰極部に対するモールド時の成形応力が分散し緩和され、コンデンサ素子の歪みを小さくでき、ＬＣの増加を抑制した固体電解コンデンサの提供が可能となる。

また、本発明によれば、また、導電性部材の端部を陰極端子に電気的に接続しているため、ＥＳＲを低下させた固体電解コンデンサの提供が可能となる。

本発明の固体電解コンデンサの構成を説明する図であり、図１（ａ）は、コンデンサ素子の概略断面図、図１（ｂ）は、コンデンサ素子の積層体の正面図、図１（ｃ）は、固体電解コンデンサの斜視透視図。 従来の固体電解コンデンサの構成を説明する概略断面図。

本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の固体電解コンデンサの構成を説明する図であり、図１（ａ）は、コンデンサ素子の概略断面図、図１（ｂ）は、コンデンサ素子の積層体の正面図、図１（ｃ）は、固体電解コンデンサの斜視透視図である。

図１（ａ）に示すように、コンデンサ素子２０は、絶縁樹脂からなる絶縁部８により、陽極部１０と陰極部１５に区分されている。

アルミニウム箔等の弁作用金属からなる金属体１は、エッチングによる多孔質層３とアルミニウムの地金である金属体芯２からなり、矩形状をした平板状をなしている。誘電体層（図示せず）は、金属体１の表面を電解酸化させた膜であり、多孔質層３の内部にも形成される。

陰極部１５は、誘電体層を設けた多孔質層３の表面に固体電解質層４を設け、さらにグラファイト層５、銀ペースト層６からなる陰極層を順次設けて形成される。

陽極部１０は、絶縁部８から導出した金属体芯２と、材質が４２アロイ等からなるスペーサ７で構成される。金属体芯２とスペーサ７は溶接等で電気的に接続されている。

図１（ｂ）に示すように、積層体５０は、複数のコンデンサ素子２０において、陽極部１０同士が溶接等で電気的に接続される。また、陰極部１５同士が、陰極部１５の主面に銀フィラー等を含有した導電性接着剤が塗布されて、導電性接着部１１が形成され電気的に接続されている。塗布方法は、ディスペンサ等を用いて行う。導電性接着部１１は、加熱により硬化されている。

続いて、図１（ｃ）に示すように、積層体５０は、陽極部１０と陰極部１５と絶縁部８を有するコンデンサ素子２０からなり、従来の固体電解コンデンサと同様に、陰極部１５が基板１９に設けられた陰極端子１７と導電性接着部（図示なし、図１（ｂ）の導電性接着部１１と同等）で接続される。金属体芯２とスペーサ７からなる陽極部１０も導電性接着剤で陽極端子１８に接続される。

ここで、本発明の固体電解コンデンサ７０は、積層体５０における陰極部の長手方向に平行な面が、周囲導電性接着剤１３を介して、連続した導電性部材１６により帯状に覆われ、さらに導電性部材１６の２つの導電性部材端部１４（片側のみ図示）が陰極端子１７に電気的、機械的に接続されている。これによって、外装２５を設けるためにモールド樹脂による成形が行われても、陰極部１５に対する成形時の応力が分散し緩和され、陰極部１５の歪みを小さくできる。そのため導電性接着部に塗布むらや残留した気泡等による空隙が生じていても、誘電体層の損傷を低減でき、ＬＣの増加を抑制した固体電解コンデンサ７０を得ることが可能となる。

その後、モールド樹脂の成形により外装２５が設けられ本発明の固体電解コンデンサ７０が完成する。

また、前述したように、導電性部材端部１４を陰極端子１７に電気的、機械的に接続しているため、従来の固体電解コンデンサよりＥＳＲを低下させた固体電解コンデンサを得ることが可能となる。

なお、導電性部材１６は、さらに効率的、効果的にモールド樹脂による成形応力を分散し緩和することから、陰極部１５における導電性接着部１１の全体を覆うように形状を決定し、配置することが好ましい。

また、導電性部材１６は、陰極部１５における導電性接着部１１の一部分を覆うように配置してもよい。理由としては、陰極部１５における導電性接着部１１の一部分を覆うだけでもモールド樹脂による成形時の応力を低減し緩和することが期待できるからである。

さらに導電性部材１６の厚みは、成形応力に対する強度も得られ、かつ体積効率の許容できる厚みに適宜決定することが望ましい。

さらに導電性部材１６は、導電率が良好で、かつ成形圧力に対する強度も得られることから銅または銅合金からなることが好ましい。また、導電性部材１６の表面処理として、耐食性を向上させるためにニッケル、銀等のメッキを施してもよい。

なお、製造工程において、導電性部材１６を陰極部１５に配置するタイミングは、積層体５０形成する前、つまり導電性部材１６を整列冶具（ガイド）として用い、コンデンサ素子２０を一枚ずつ導電性部材１６に積層させていく場合、または積層体５０を形成した後に導電性部材１６を覆うように配置する場合のいずれでもよく、固体電解コンデンサが完成した時に十分に電気的、機械的に陰極端子に接続されていればよい。

また、周囲導電性接着剤１３は、導電性接着部１１と同様の導電性接着剤を用いて形成してかまわない。

弁作用金属は、アルミニウムの他に、ニオブ、チタンまたはこれらの合金等から適宜選定できる。

固体電解質層は、二酸化マンガンや、ポリピロール、３，４−エチレンジオキシチオフェン、ポリアニリン等の導電性高分子およびその誘導体で構成される。なお、固体電解質層までの製造方法は、化学酸化重合法等の公知の方法で実施可能である。

また、本発明は、実施の形態において、２端子型の固体電解コンデンサを例に説明したが、３端子型の固体電解コンデンサにも適用可能である。

以下に本発明の実施例を詳述する。

実施例では、図１に示す構成の固体電解コンデンサを作製した。まず、厚さ１５０μｍの弁作用金属であるアルミニウム箔を、エッチングにより粗面化して多孔質層を形成した。さらにアジピン二水素アンモニウム水溶液を用いて、３Ｖの直流電圧を印加し、多孔質層の表面に誘電体皮膜を形成し、金属体を得た。この金属体を長さ６．５ｍｍ×幅３．７ｍｍの矩形形状に打ち抜き、エポキシ樹脂からなる絶縁樹脂を用いて、絶縁部を形成し、陽極部と陰極部になる部分に区分した。陰極部となる部分の長さは、５．４ｍｍとした。

続いて、陰極部となる部分に化学酸化重合法を用いてポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）からなる固体電解質層を形成した。さらに固体電解質層の表面に、グラファイト層、銀ペーストからなる陰極層を形成した。グラファイト層、銀ペースト層は、それぞれ加熱し、硬化させた。

さらに陽極部となる金属体の端部に、レーザを照射し、多孔質層を含めて誘電体層を除去し金属体芯を形成した。その後、材質が４２アロイからなる厚さ２００μｍのスペーサを陽極部となる端部に超音波溶接で接続し、実施例のコンデンサ素子を作製した。

続いて、専用の冶具を用いて、コンデンサ素子を３枚積層し、積層体を作製した。なお、陰極部同士の接続は、主面部に銀フィラーを含む導電性接着剤を塗布した後、加熱し硬化させ、導電性接着部を形成することにより実施した。陽極部同士はレーザ溶接で接続した。

次に、事前にコの字に加工していた導電性部材である銅板の内側の３面に銀ペーストを塗布した。この銅板を積層体における陰極部の長手方向に平行な面の中央部を覆うように配置した。この時、銅板が、陰極部に形成した導電性接着部の全体を覆っていることを確認した。導電性接着剤の硬化は、１５０℃、３０分間で実施した。なお、銅板の厚さは、０．２ｍｍ、幅は、２．７ｍｍであり、表面にニッケルと銀の２層のめっきを施していた。

続いて、銅板を配置した積層体の陽極部と陰極部をそれぞれ、基板に設けた陽極端子と陰極端子に接続し、さらに銅板の２つの端部も、導電性接着剤を介して陰極端子に接続した。その後、ガラスフィラーを含むエポキシ樹脂を射出成形し、外装を設けて本発明の固体電解コンデンサを完成させた。固体電解コンデンサの作製数は１００個とした。

（比較例）
比較例は、図２に示す構成の固体電解コンデンサを作製した。導電性部材である銅板で、陰極部を覆わなかった以外は実施例と同様にした。

表１に本発明の実施例と比較例における固体電解コンデンサの評価結果を示す。評価項目は、固体電解コンデンサにおいて、２Ｖの直流電圧を印加し６０秒後のＬＣと１００ＫＨｚにおける等価直列抵抗（ＥＳＲ）を測定した。ＥＳＲとＬＣは平均値である。

表１に示すように、本発明の実施例は、比較例と比べて、ＬＣ、ＥＳＲとも小さくなっている。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は、これらの実施例に限られるものではなく、本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 金属体
２ 金属体芯
３ 多孔質層
４ 固体電解質層
５ グラファイト層
６ 銀ペースト層
７ スペーサ
８ 絶縁部
１０、１３０ 陽極部
１１、１２９ 導電性接着部
１３ 周囲導電性接着剤
１４ 導電性部材端部
１５、１４０ 陰極部
１６ 導電性部材
１７、１３１ 陰極端子
１８、１３２ 陽極端子
１９、１４５ 基板
２０、１００ コンデンサ素子
２５、１５０ 外装
５０、２１０ 積層体
７０、２２０ 固体電解コンデンサ

Claims (3)

1. 絶縁部により陽極部と陰極部に区分され、前記陰極部は、平板状の弁作用金属の表面に多孔質層を備え、前記多孔質層の表面に誘電体層、固体電解質層、陰極層を順次設けて形成され、前記陽極部は、前記絶縁部から導出された前記弁作用金属よりなるコンデンサ素子を有し、
   前記コンデンサ素子は、前記陰極部に設けられた導電性接着部を介して複数積層されて積層体が形成されるとともに、前記陰極部が前記導電性接着部を介して、基板に設けられた陰極端子に電気的に接続され、前記陽極部と陽極端子が電気的に接続され、絶縁材料により全面を覆う外装を備えた固体電解コンデンサであって、
   前記積層体は、前記陰極部の長手方向に平行な面が、導電性接着剤を介して、連続した導電性部材により帯状に覆われ、前記導電性部材の端部は、前記導電性接着剤を介して前記陰極端子に電気的、機械的に接続されることを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 前記導電性接着部は、前記導電性接着剤を介して前記導電性部材に覆われてい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. 前記導電性部材は、銅または銅合金からな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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