JP2015162643A - チップ状固体電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】陽極リードフレームと電極引出端子との溶接強度、溶接外観に優れたチップ状固体電解コンデンサ、およびその製造方法を提供する。【解決手段】陽極リードフレーム１は電極引出端子４と溶接される溶接部位と、溶接部位を除く非溶接部位とを含み、溶接部位には陽極リードフレーム１の一方主面から突出した突起部２が形成され、陽極リードフレーム１の一方主面のうちの非溶接部位を実装面として、突起部２の突出方向が実装面と反対方向となるように陽極リードフレーム１の他方主面側に溶接部位が折り返され、突起部２が形成された溶接部位で電極引出端子４と陽極リードフレーム１とを溶接する。【選択図】図１

Description

本発明は、チップ状固体電解コンデンサおよびその製造方法に関する。

固体電解コンデンサの製造過程において、リードフレーム上にコンデンサ素子を搭載する際、コンデンサ素子から引き出されたアルミニウム製の電極引出端子と銅系材料であるリードフレームとを抵抗溶接により溶接を行なうと、アルミニウムと銅の溶融温度の違いにより一般的に溶接が困難である。
そこで、上記の問題点を解決するために、例えば下記の特許文献１には、図３に示されるようにして、リードフレーム５の溶接部に予めグサリ針７を貫通させる処理（以下、グサリ処理という）を行い、リードフレーム５の溶接面に複数個の断面三角形状の突起物６を設け、突起物６を電極引出端子に食い込ませることで、リードフレーム５と電極引出端子の溶接性を向上させることが開示されている。
しかしながら、特許文献１記載の固体電解コンデンサは、コンデンサ素子の両巻回端面からそれぞれ電極引出端子が引き出されており、電極引出端子と接合されたリードフレームを「コ」の字状に折り曲げ加工することによって、固体電解コンデンサの両側面からそれぞれ下面（実装面）にリードフレームを引き回し、固体電解コンデンサの外部電極としている。このため、当該構造を有する固体電解コンデンサは、製品の体積に占めるコンデンサ素子の割合（体積効率）が小さくなり、固体電解コンデンサの大容量化が図れないという問題があった。
一方で、特許文献２に示す下面電極タイプと称されるチップ状固体電解コンデンサによれば、製品の体積効率を高めることができる。しかしながら、当該チップ状固体電解コンデンサは、電極引出端子と接合される陽極リードフレームを折り曲げ加工することなくコンデンサ素子の下面に配置する構造であるため、特許文献２に示すチップ状固体電解コンデンサにそのまま特許文献１に示すグサリ処理を適用すると、グサリ処理をした部位がそのまま製品の実装面を含む実装部位を構成する。
そのため、実装面にグサリ処理をした部位が存在すると、製品の実装面積が小さくなり、基板等の被実装物との接合強度が低下したり、場合によっては被実装物に製品を実装することができなくなるという問題があった。

特開２０１２−１１４４３８号公報 特開２００２−８９４４号公報

本発明は、従来技術における上記の問題点を解決し、リードフレームと電極引出端子との溶接強度が向上し、かつ製品の実装面積を確保できる下面電極形のチップ状固体電解コンデンサを提供することを課題とする。また、本発明は、このようなチップ状固体電解コンデンサを製造するための方法を提供することも課題とする。

上記の課題を解決可能な本発明のチップ状固体電解コンデンサは、電極引出端子を有する固体電解コンデンサ素子と、前記電極引出端子と溶接される陽極リードフレームとを備えたチップ状固体電解コンデンサにおいて、前記陽極リードフレームは、前記電極引出端子と溶接される溶接部位と、前記溶接部位を除く非溶接部位とを含み、前記溶接部位には、前記陽極リードフレームの一方主面から突出した突起部が形成され、前記陽極リードフレームの一方主面のうちの前記非溶接部位を実装面として、前記突起部の突出方向が前記実装面と反対方向となるように前記陽極リードフレームの他方主面側に前記溶接部位が折り返され、前記突起部が形成された溶接部位で前記電極引出端子と前記陽極リードフレームとが溶接されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記の特徴を有したチップ状固体電解コンデンサにおいて、前記溶接部位に複数の前記突起部が設けられていることを特徴とするものである。

また、本発明は、固体電解コンデンサ素子の電極引出端子と陽極リードフレームとを溶接してチップ状固体電解コンデンサを製造するチップ状固体電解コンデンサの製造方法であって、前記陽極リードフレームにおける前記電極引出端子と溶接される溶接部位に、前記陽極リードフレームの一方主面から突出した突起部を形成する工程と、前記陽極リードフレームの一方主面のうち前記溶接部位を除く非溶接部位を実装面として、前記突起部の突出方向が前記実装面と反対方向となるように前記陽極リードフレームの他方主面側に前記溶接部位を折り返す工程と、前記突起部が形成された溶接部位で前記電極引出端子と前記陽極リードフレームとを溶接する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、陽極リードフレームに形成された突起部が電極引出端子に食い込んだ状態で溶接されるので、陽極リードフレームと電極引出端子との良好な溶接性、溶接品質を確保することができる。
しかも、陽極リードフレームの一方主面のうちの非溶接部位を実装面として、突起部の突出方向が実装面と反対方向となるように陽極リードフレームの他方主面側に溶接部位が折り返された状態で、突起部が形成された溶接部位で電極引出端子と陽極リードフレームとが溶接されるので、実装面（陽極リードフレームの一方主面のうちの非溶接部位）には突起部を設けることがない。このため、基板等の被実装物に対し、十分な接合強度を有するように実装面積を確保することができる。

本発明のチップ状固体電解コンデンサにおける、陽極リードフレームの溶接部位に形成された突起部と固体電解コンデンサ素子の電極引出端子との接続状態の一例を示す図であり、溶接を行う前の状態を示す図である。 （ａ）は、陽極リードフレームの溶接部位にグサリ処理を行うことによって設けられた突起部の断面形状の一例を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の突起部を陽極リードフレームの他方主面側に折り返すことにより形成された突起部の断面形状を示す図である。 従来技術において、リードフレームにグサリ針を突き刺すことにより、突起物を設ける際の様子を示す図である。 グサリ処理ありの陽極リードフレームに電極引出端子を溶接した場合（実施例）と、グサリ処理なしの陽極リードフレームに電極引出端子を溶接した場合（比較例）における接続強度（溶接強度）と溶接不良の発生割合を比較した図である。

本発明のチップ状固体電解コンデンサは、図１に示されるように、電極引出端子４を有する固体電解コンデンサ素子３と、この電極引出端子４と溶接される陽極リードフレーム１と、固体電解コンデンサ素子３の陰極部と接続される陰極リードフレーム８とを備えたものであり、陽極リードフレーム１における電極引出端子４との溶接部位には、図１に示されるような断面形状を有した突起部２が形成されており、この突起部２の位置で、電極引出端子４と陽極リードフレーム１とが溶接された構造を有する。
本発明のチップ状固体電解コンデンサにおける突起部２は、最初に、陽極リードフレーム１の溶接部位Ｄを鋭利な針を用いてグサリ処理することにより、図２（ａ）に例示されるように、陽極リードフレームの一方主面Ｂから突出した突起部２’を形成した。なお、突起部２’を形成する方法は、突起物をリードフレームに押圧することで形成するが、先端断面が鋭角の突起物が好ましく、先端が錐状の突起物を貫通させて形成させると突起部２’の形状が安定するのでより好ましい。その後、この突起部２’を実装面（陽極リードフレーム１の一方主面Ｂのうちの非溶接部位Ｃ）と反対方向になるように、陽極リードフレーム１の他方主面Ａ側に折り返すことにより形成される（図２（ｂ）参照）。
本発明では、陽極リードフレーム１に形成される突起部２の大きさは、突起の高さが０．４ｍｍ〜０．４５ｍｍ程度のものが一般的であるが、これに限定されるものではない。

本発明では、良好な溶接性を確保するために、陽極リードフレーム１における電極引出端子４との溶接部分に１箇所または複数（好ましくは２個）の突起部２が形成されている。
本発明のチップ状固体電解コンデンサにおける陽極リードフレーム１の構造としては、一般的な下面電極構造における陽極リードフレームより長く（広く）することが好ましく、折り返す箇所から０．８ｍｍ〜０．９ｍｍ長くすることがより好ましい。
本発明においては、陽極リードフレーム１と電極引出端子４とが溶接される溶接部位Ｄに設けられた突起部２が、溶接時に、溶解した電極引出端子４に食い込み、良好な溶接性を確保することができる。また、突起部２と電極引出端子４を溶接するために、陽極リードフレーム１と電極引出端子４との溶接面積を小さくすることができ、かつ少ない電流で固体電解コンデンサ素子を陽極リードフレーム１に溶接できる。
尚、上記の構造を有した本発明のチップ状固体電解コンデンサにおいては、抵抗溶接を行う際の電流が突起部２のみに集中して流れ、大面積を有する陽極リードフレーム１に電流が流れないので、突起部２の位置において局部的に発熱が起こり、熱ストレスの影響を抑えることもできる。

次に、上記の構造を有したチップ状固体電解コンデンサを製造するための本発明の製法について説明する。
本発明の製法における最初の工程（突起部形成工程）では、陽極リードフレーム１の、電極引出端子４との溶接部位Ｄに、グサリ針を刺してグサリ処理を行い、図２（ａ）に示されるような断面形状を有した突起部２’を、陽極リードフレーム１の一方主面Ｂから突出するようにして１箇所以上設ける。図２（ａ）において、符号Ａは他方主面、Ｃは非溶接部位、Ｄは溶接部位である。この際、陽極リードフレーム１の溶接部位Ｄに設けられる突起部２’は、複数設けられてもよい。このような突起を形成するためのグサリ処理に使用されるグサリ針の先端は、円錐状または角錐状（三角錐状または四角錐状）であることが好ましい。

そして、次の工程（折り返し工程）においては、グサリ処理により設けた突起部２’が、電極引出端子４の下に位置するように、陽極リードフレーム１の溶接部位Ｄを、図２（ｂ）に示されるようにして陽極リードフレーム１の他方主面Ａ側に折り返す。このように陽極リードフレーム１の溶接部位Ｄを折り返すことによって、突起部２を電極引出端子４と接触する面（溶接面）側に位置させる。

最終工程（溶接工程）では、固体電解コンデンサ素子３の陰極部と陰極リードフレーム８とを導電性接着剤で接続し、固体電解コンデンサ素子３の電極引出端子４と、陽極リードフレーム１の突起部２とを図１に示されるようにして接触させて配置し、この状態で溶接（抵抗溶接）を行って接続した後、外装樹脂９で覆い、チップ状固体電解コンデンサを得る。
このとき、陽極リードフレーム１と電極引出端子４との抵抗溶接は、インダイレクト式の抵抗溶接が望ましい。何故なら、一般的なダイレクト式の抵抗溶接では、下面電極構造の陽極リードフレーム１の実装部分に抵抗溶接の電極が直接接触するため、溶接痕や変色が見られるからである。
これに対し、インダイレクト式の抵抗溶接では、下面電極構造の陽極リードフレームの実装部分に電極が直接接触しないため、溶接痕や変色は見られず製品外観上好ましい。
このように、本発明では、溶接後において陽極リードフレームのグサリ処理孔が露出せずに収容されるため、基板等の被実装物とチップ状固体電解コンデンサの実装面積を確保することができる。

まず、グサリ処理として、グサリ針を陽極リードフレーム１の溶接部位Ｄに刺し、陽極リードフレーム１の一方主面Ｂから突出した突起部２’を１箇所設けた。この際、陽極リードフレーム１の他方主面Ａ側からグサリ針を刺すことで、突起部２’が一方主面Ｂ側に形成されるようにした。その後、陽極リードフレーム１の一方主面Ｂのうちの非溶接部位Ｃを実装面として、突起部２の突出方向が実装面と反対方向となるように陽極リードフレーム１を折り返した（図２参照）。
さらに、公知の方法にて作製した固体電解コンデンサ素子３から引き出した電極引出端子４と陽極リードフレーム１との抵抗溶接を行った。具体的には、電極引出端子４を陽極リードフレーム１の突起部２に接触させ、抵抗溶接（インダイレクト式）により溶接を行った。なお、詳細な実験条件は、以下の通りである。
＜使用部材および溶接条件＞
陽極リードフレーム：１５０μｍ厚さ、幅２．８ｍｍ、長さ１．６ｍｍの銅フレー
ム材（表面ニッケル/金メッキ処理）
グサリ処理針 ：φ０．３ｍｍ（一点）、先端形状は円錐形
アルミタブ ：長さ０．９ｍｍ、幅２．０ｍｍ（陽極引出し端子）
抵抗溶接機 ：トランジスタ式抵抗溶接機
溶接条件 ：電極加圧力 アルミタブ側１１．８Ｎ 陽極リードフレーム側
３５．４Ｎ
溶接電流 初期値７５０Ａ／終了値１５００Ａ
通電時間 １．５ｍｓ

（比較例）
長さ０．７ｍｍの陽極リードフレームを用い、グサリ処理を行わないことと、陽極リードフレームを折り返さないこと以外は、実施例と同様の方法で行った。
実施例、比較例とも３２個ずつの測定用サンプルを作製し、それぞれについて、溶接部における接続強度を測定した。

（溶接性）
図４に、実施例および比較例についての溶接強度と溶接不良を示す。なお、この図４の中の太い実線で描かれた「◇」は、複数の測定点が重なり合っていることを示しており、点線は、実施例における平均値と比較例における平均値の大小関係を示している。

図４に示すように、グサリ処理なしの比較例の場合には、接続強度（溶接強度）のバラツキが大きく、溶接不良発生率が９／３２であったのに対し、グサリ処理ありの実施例の場合には、接続強度のバラツキが小さく、かつ溶接不良発生率が１／３２であった。
このことから、本発明のように、陽極リードフレームにグサリ処理を行って突起部を設けたことにより溶接性は向上し、溶接不良を減らすことができることが確認された。

（実装性）
また、実施例について、チップ状固体電解コンデンサの基板への実装性を３２個確認した所、グサリ処理孔が外装樹脂内部に収納されているために、製品の実装に問題がないことが確認された。

また、実施例では、突起部を１つ設けたが、複数設けても同様の効果が得られる。

１ 陽極リードフレーム
２ 突起部
２’突起部
３ 固体電解コンデンサ素子
４ 電極引出端子
５ リードフレーム
６ 突起物
７ グサリ針
８ 陰極リードフレーム
９ 外装樹脂
Ａ 他方主面
Ｂ 一方主面
Ｃ 非溶接部位
Ｄ 溶接部位

Claims (3)

1. 電極引出端子を有する固体電解コンデンサ素子と、前記電極引出端子と溶接される陽極リードフレームとを備えたチップ状固体電解コンデンサにおいて、
   前記陽極リードフレームは、前記電極引出端子と溶接される溶接部位と、前記溶接部位を除く非溶接部位とを含み、
   前記溶接部位には、前記陽極リードフレームの一方主面から突出した突起部が形成され、
   前記陽極リードフレームの一方主面のうちの前記非溶接部位を実装面として、前記突起部の突出方向が前記実装面と反対方向となるように前記陽極リードフレームの他方主面側に前記溶接部位が折り返され、
   前記突起部が形成された溶接部位で前記電極引出端子と前記陽極リードフレームとが溶接されていることを特徴とするチップ状固体電解コンデンサ。
2. 前記溶接部位に複数の前記突起部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のチップ状固体電解コンデンサ。
3. 固体電解コンデンサ素子の電極引出端子と陽極リードフレームとを溶接してチップ状固体電解コンデンサを製造するチップ状固体電解コンデンサの製造方法であって、
   前記陽極リードフレームにおける前記電極引出端子と溶接される溶接部位に、前記陽極リードフレームの一方主面から突出した突起部を形成する工程と、
   前記陽極リードフレームの一方主面のうち前記溶接部位を除く非溶接部位を実装面として、前記突起部の突出方向が前記実装面と反対方向となるように前記陽極リードフレームの他方主面側に前記溶接部位を折り返す工程と、
   前記突起部が形成された溶接部位で前記電極引出端子と前記陽極リードフレームとを溶接する工程と
   を含むことを特徴とするチップ状固体電解コンデンサの製造方法。

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