JP2016207822A - 気密端子およびその気密端子を用いたアルミ電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】アルミ電解コンデンサの電解液に長期間接触しても、端子金属又は母材金属が電解液を汚染しない気密端子を提供する。
【解決手段】金属製のベース１１に形成された通孔を貫通するように、リード１２（インナーリード１２−１、アウターリード１２−２）が絶縁ガラスによって気密封着された気密端子１０において、ベース表面及び少なくともパッケージ内部のインナーリード表面にアルミニウムめっき層１４が被覆され、パッケージ外部に露出するアウターリードの所望表面はアルミニウムめっき層が被覆されていない。
【選択図】図１

Description

本発明は電気・電子装置に用いられる気密端子およびその気密端子を用いたアルミ電解コンデンサに関する。

水晶振動子に用いる一般的な気密端子は、コバール材（鉄：５４％、ニッケル：２８％、コバルト：１８％の合金）からなるベースと、同じくコバール材からなるリードと、ベースとリードとを封着した絶縁ガラスと、ベースに圧入されて固定される鉄製のキャップを備える。ベースには一対の通孔が形成されており、この通孔を貫通するようにリードがガラスによって電気絶縁され気密封着されている。このような気密端子においては通常、プリント基板実装時のアウターリードのはんだ付け性の確保のため、気密端子の全表面にはんだ合金めっき、錫めっき、ニッケルめっき、金めっきなどの電解めっきが施される。電解めっき方法としては、多数の気密端子を通液性の有るバレル内に収納し、バレルごとめっき浴内に浸漬させて、バレルを回転させ、多数の気密端子に一度にめっきを施すバレルめっき法が採用されている。また、はんだ合金めっき、ニッケルめっき、金めっき等を、ベースとリードへ別々に選択めっきを施す方法としては、例えば、特許文献１に記載の製造方法等が提案されている。

一方、電子回路を構成する受動部品にアルミ電解コンデンサがある。アルミ電解コンデンサは、陽極用高純度アルミニウム箔表面に形成された酸化被膜を誘電体として、陰極用アルミニウム箔、電解液、コンデンサ紙から構成されている。特に陽極箔と陰極箔を対向させ、両極間にコンデンサ紙を挿み込んで円筒状に巻き込んだものを素子と呼ぶ。この状態では静電容量が僅少であるため、コンデンサ紙に電解液を含浸させて電解紙とすると陽極箔表面と陰極箔表面が電気的につながり、陽極箔表面のアルミニウム酸化皮膜を誘電体とする大きな静電容量を有するコンデンサ素子が得られる。（非特許文献１参照）この電解液は真の陰極の役割を果たしており、電解液の極性溶媒がドライアップしてしまうとアルミ電解コンデンサは寿命となる。一般にアルミ電解コンデンサは、電子回路を構成する部品のうち最も寿命が短い部類に属するため、近年、その長寿命化が図られている。

従来の円筒型のアルミ電解コンデンサは、円板状のゴムパッキンを円筒ケースの開口部に挿着し、ケース開口部の円周を均等にかしめてシールする構成になっている。最近の電子回路は、機械装置の狭隘な隙間に実装されることが多く、従来の円筒型アルミ電解コンデンサに加えて、高さの低い平板型をしたアルミ電解コンデンサなど非円筒型の異形パッケージ形状のものが増えて来ている。これら異形パッケージを用いたアルミ電解コンデンサは、ケース底部の形状が方形や楕円形となるので、従来の円板状ゴムパッキンのようにケース端部を均等にかしめてシールすることが困難になってきている。また、該ゴムパッキンは、経時変化に弱く、気密性、耐熱性も共に劣るため部品の長寿命化に対応し難い。

アルミ電解コンデンサの長寿命化の一環として、該コンデンサ素子を収めるパッケージに気密端子が利用できれば、電解液のドライアップを防止でき、しかもケース封止も簡単な圧入封止ができケース底部の形状に左右されないので大変都合がよい。しかし、従来の圧入封止が可能な気密端子は、鉄または鉄基合金の母材に、はんだめっき、錫めっき、ニッケルめっき、金めっきなどの軟質金属の電気めっき被覆を施したもので、これら従来のめっき被膜は電解液に長期間接触させると、めっき金属あるいは母材金属を構成する異種金属が電解液に次第に溶け込んで汚染しコンデンサの特性に悪影響を及ぼすため用いることができない。アルミ地金のベース材およびリード材を気密端子へ適用することも考えられるが、アルミニウムと膨張係数が適合するガラス材が無いこと、気密端子のガラス封着が約１,０００℃に達する高温工程のためアルミ材が溶解してしまうことなどの理由で忌避され、実用化は困難であった。

特開２００４−３４２６４９号公報

「アルミニウム電解コンデンサテクニカルノート ＣＡＴ．１１０１Ｇ」，ニチコン株式会社，２０１４年，ｐ．１

本発明の目的は、上記課題を解消するため提案するものであり、アルミ電解コンデンサの電解液に長期間接触しても、端子金属または母材金属が電解液を汚染しない気密端子を実現することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、金属製のベースに形成された通孔を貫通するように、リードが絶縁ガラスによって気密封着された気密端子において、ベース表面およびパッケージ内部のインナーリード表面にアルミニウムめっき層が被覆され、パッケージ外部に露出するアウターリードの所望表面にはアルミニウムめっき層が被覆されていないものである。

本発明によれば、ベースとインナーリードから電解液へ異種金属の溶出が無く、気密性、信頼性に優れた気密端子を提供することができる。

さらに、本発明の気密端子のインナーリードに、酸化被膜を表面に形成した陽極用アルミニウム箔、電解液を含浸させた電解紙、陰極用アルミニウム箔からなるコンデンサ素子を電気接続し、このコンデンサ素子を覆うアルミニウムケースをベースに気密圧着したアルミ電解コンデンサを提供することができる。

このような選択的なめっき被覆を実現するために、金属製のベースに形成された通孔を貫通するリードが絶縁ガラスによって気密封着された気密端子を用意し、この気密端子のインナーリードおよびベースを溶融アルミニウム浴中に部分浸漬させて引き揚げ、インナーリードおよびベースの表面のみに溶融アルミニウムめっきを施したものである。その後、この気密端子は、酸化被膜を表面に形成した陽極用アルミニウム箔、電解液を含浸させた電解紙、陰極用アルミニウム箔からなるコンデンサ素子をインナーリードに電気接続し、このコンデンサ素子を覆うアルミニウムケースをベースに圧入して圧着させアルミ電解コンデンサに組み立てられる。

また、選択的なめっきを実現する別の手段として、金属製のベースに形成された通孔を貫通するリードが絶縁ガラスによって気密封着された気密端子を用意し、この気密端子の全体を溶融アルミニウム浴中に浸漬させて引き揚げ、リードおよびベースの全表面に溶融アルミニウムめっきを施し、次いでリードのアウターリードのみアルミニウム腐食液中に浸漬させてパッケージ外部に露出するアウターリードのアルミニウムめっき層を剥離したものである。その後、この気密端子は、酸化被膜を表面に形成した陽極用アルミニウム箔、電解液を含浸させた電解紙、陰極用アルミニウム箔からなるコンデンサ素子をインナーリードに電気接続し、このコンデンサ素子を覆うアルミニウムケースをベースに圧入して圧着させアルミ電解コンデンサに組み立てられる。

さらに別の手段として、金属ベースの全表面と、少なくともリードのインナー側を溶融アルミニウム浴中に浸漬させて引き揚げ、ベースおよびインナーリード側のみに溶融アルミニウムめっきを施したベースとリードとを用意し、これを低軟化温度ガラスでアルミニウムめっきの溶融温度以下で封止して、金属製のベースに形成された通孔を貫通するリードが絶縁ガラスにより気密封着したものである。その後、この気密端子は、酸化被膜を表面に形成した陽極用アルミニウム箔、電解液を含浸させた電解紙、陰極用アルミニウム箔からなるコンデンサ素子をインナーリードに電気接続し、このコンデンサ素子を覆うアルミニウムケースをベースに圧入して圧着させアルミ電解コンデンサに組み立てられる。

本発明によれば、気密端子のベースおよび少なくともインナーリードの露出面に、選択的にアルミニウムの厚膜めっき被覆を行うことができる。インナーリードに施すアルミニウムめっき層は、局部電池腐食が電圧負荷により促進されるのを防止するため、アルミニウム純度９９．５％以上のものが好適であり、望ましくはアルミニウム純度９９．８％以上のものを用いるとよい。従来、専ら臨海建築物の鋼材、ボルトナットなどの建築資材や船舶用の配管材に用いられてきた溶融アルミ被覆は、比較的厚膜のアルミ被覆を製膜できるが表面凹凸が多いため膜厚のバラツキが大きく、アルミ純度も低い。これを改善するため、溶融アルミニウム浴の槽壁材料は、溶融アルミニウムと反応しない高純度セラミックス材を用いることが好ましい。

以上のように、本発明によれば、気密端子のベースおよび少なくともインナーリードの露出部にアルミニウムめっき層を被覆してあるため、アルミ電解コンデンサの電解液に接触してもインナーリードからの異種金属による電解液の汚染を抑えることができ、かつアウターリードの所望表面にアルミニウムめっき層がないため、アウターリード部のはんだ付け性の確保という目的も達成できる。しかも、ベースに施したアルミニウムめっき層は軟金属であるため、コンデンサ素子の封止にアルミニウムケースの冷間圧入が利用でき、かしめや接着等の煩雑な工程が不要となる。

また、アルミニウムめっき層をアルミニウム純度９９．５％以上望ましくは９９．８％以上のものを用いることによりリードの電解腐食を防止する。これは、特に電圧負荷が架かる陽極リードの局部電池反応の進行を抑制する効果がある。

本構成により、気密端子のコンプレッションシールを適用できるため、高気密、高信頼性が発揮でき、電解液のドライアップを防いでアルミ電解コンデンサの寿命を格段に伸ばすことが可能となる。

本発明に係る気密端子１０を示し、（ａ）は平面図を、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄに沿って切断した正面断面図を、（ｃ）は下面図を示す。 本発明に係るアルミ電解コンデンサ２０を示し、（ａ）は平面図を、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄに沿って切断した正面断面図を、（ｃ）は下面図を示す。 本発明に係る気密端子およびこの気密端子を用いたアルミ電解コンデンサの製造方法を示した工程フロー図を示し、（ａ）は気密端子１０の工程フロー図３０およびアルミ電解コンデンサ２０の工程フロー図３０−２を、（ｂ）は気密端子１０の工程フロー図４０およびアルミ電解コンデンサ２０の工程フロー図４０−２を、（ｃ）は気密端子１０の工程フロー図５０およびアルミ電解コンデンサ２０の工程フロー図５０−２を示す。

以下、本発明の気密端子ならびにアルミ電解コンデンサ、およびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。

本発明の請求項１に記載の発明は、図１に示すように、鋼または鉄合金からなる金属製のベース１１と、このベース１１に形成された通孔を貫通する鋼または鉄合金からなるリード１２と、このリード１２とベース１１とを絶縁ガラス１３によって気密封着された気密端子において、ベース１１はベース表面に、リード１２は少なくともパッケージ内部のインナーリード１２−１表面に、それぞれアルミニウムめっき層１４が被覆され、さらにリード１２は、パッケージ外部に露出するアウターリード１２−２の所定表面はアルミニウムめっき層が被覆されていないことを特徴とする気密端子１０である。

本発明の請求項２に記載の発明は、図２に示すように、請求項１記載のインナーリード１２−１に、酸化被膜を表面に形成した陽極用アルミニウム箔、電解液を含浸させた電解紙、陰極用アルミニウム箔からなるコンデンサ素子１５を電気接続し、このコンデンサ素子１５を覆うアルミニウムケース１６をベース１１に気密圧着したアルミ電解コンデンサ２０である。

本発明に係る請求項１の気密端子１０および請求項２のアルミ電解コンデンサ２０のアルミニウムめっき層は、アルミニウム純度９９．５％以上望ましくは９９．８％以上のものが好適である。これによりリードの電解腐食を防止でき、特に電圧負荷が架かる陽極リードの局部電池反応の進行を抑制する効果がある。

本発明に係る請求項１の気密端子１０および請求項２のアルミ電解コンデンサ２０にアルミニウムめっき層を施す方法は、少なくともインナーリードに高純度のアルミニウム膜を施工できればよく、特定の工法に限定されない。該アルミニウム膜の施工方法には、例えば、以下の請求項３ないし請求項８の製造方法が好適に利用できる。

本発明の請求項３に記載の発明は、図３（ａ）の工程フロー図３０に示すように、鋼または鉄合金からなる金属製のベースと、このベースに形成された通孔を貫通するリードと、このリードとベースを封着する絶縁ガラスのタブレットとを組み合わせて封着治具にセットする部品振込工程３１、封着治具にセットした各部品を加熱炉に通してリードとベースとを絶縁ガラスによって封着するガラス封着工程３２、ガラス封着された気密端子のインナーリードおよびベースを溶融アルミニウム浴中に浸漬させて引き揚げる溶融めっき工程３３からなる気密端子１０の製造方法である。

工程フロー図３０の方法で製造された気密端子１０は、インナーリードおよびベースの表面のみに溶融アルミニウムめっきが施される。

本発明の請求項４に記載の発明は、図３（ａ）の工程フロー図３０−２に示すように、請求項３記載の気密端子のインナーリードに、酸化被膜を表面に形成した陽極用アルミニウム箔、電解液を含浸させた電解紙、陰極用アルミニウム箔からなるコンデンサ素子を電気接続する素子実装工程３４、このコンデンサ素子を覆うアルミニウムケースをベースに圧入して圧着させる圧入工程３５で組み立てたアルミ電解コンデンサ２０の製造方法である。

本発明の請求項５に記載の発明は、図３（ｂ）の工程フロー図４０に示すように、鋼または鉄合金からなる金属製のベースと、このベースに形成された通孔を貫通する鋼または鉄合金からなるリードと、このリードとベースを封着する絶縁ガラスのタブレットとを組み合わせて封着治具にセットする部品振込工程４１、封着治具にセットした各部品を加熱炉に通してリードとベースとを絶縁ガラスによって封着するガラス封着工程４２、ガラス封着された気密端子の全体を溶融アルミニウム浴中に浸漬させて引き揚げる溶融めっき工程４３、リードおよびベースの全表面に施した溶融アルミニウムめっきを、リードのアウターリード部のみアルカリ性のアルミニウム腐食液中に浸漬させてパッケージ外部に露出するアウターリードのアルミニウムめっき層を剥離するめっき剥離工程４４からなる気密端子１０の製造方法である。

工程フロー図４０の方法で製造された気密端子１０は、一旦、リードおよびベースの全表面に施したに溶融アルミニウムめっきを、アウターリードのめっき層を剥離して、インナーリードおよびベースの表面のみに溶融アルミニウムめっきが施される。

本発明の請求項６に記載の発明は、図３（ｂ）の工程フロー図４０−２に示すように、請求項５記載の気密端子のインナーリードに、酸化被膜を表面に形成した陽極用アルミニウム箔、電解液を含浸させた電解紙、陰極用アルミニウム箔からなるコンデンサ素子を電気接続する素子実装工程４５、このコンデンサ素子を覆うアルミニウムケースをベースに圧入して圧着させる圧入工程４６で組み立てたアルミ電解コンデンサ２０の製造方法である。

本発明の請求項７に記載の発明は、図３（ｃ）の工程フロー図５０に示すように、鋼または鉄合金からなる金属ベースの全表面と、鋼または鉄合金からなるリードの少なくともインナー側を溶融アルミニウム浴中に浸漬させて引き揚げ、ベースおよびインナーリード側のみに溶融アルミニウムめっきを施したベースとリードとを用意する部品めっき工程５１、めっき済みのリードをめっき済みのベースの通孔に挿通させ、このリードとベースを封着する低軟化温度ガラスからなる絶縁ガラスのタブレットとを組み合わせて封着治具にセットする部品振込工程５２、封着治具にセットした各部品を加熱炉に通してリードとベースとを絶縁ガラスによってアルミニウムめっきの溶融温度以下の温度で封着するガラス封着工程５３からなる気密端子１０の製造方法である。なお、上述の工程フロー図５０には、不要部分のアルミニウムめっき被膜を除去する目的で、めっき剥離工程５１−２を必要に応じて追加してもよい。

工程フロー図５０の方法で製造された気密端子１０は、リードおよびベースの所定表面に溶融アルミニウムめっきを施した後、両者をガラス封着することで、インナーリードおよびベースの表面のみに溶融アルミニウムめっきが施された気密端子１０となる。

本発明の請求項８に記載の発明は、請求項７記載の気密端子１０のインナーリードに、酸化被膜を表面に形成した陽極用アルミニウム箔、電解液を含浸させた電解紙、陰極用アルミニウム箔からなるコンデンサ素子を電気接続する素子実装工程５４、このコンデンサ素子を覆うアルミニウムケースをベースに圧入して圧着させる圧入工程５５で組み立てたアルミ電解コンデンサ２０の製造方法である。

本発明の請求項３ないし請求項８の発明に用いる溶融アルミニウム浴は、少なくとも溶融アルミとの接触面を高純度のアルミナ材、マグネシア材、ジルコニア材、黒鉛材、炭化ケイ素材から選択された壁面にしたものが好適である。特に望ましくはジルコニア材、炭化ケイ素材が好ましい。また、溶融アルミニウム浴の温度は、６７０〜７００℃の範囲が作業温度として望ましい。さらに作業中の溶融アルミニウム液上面をハロゲン化アルカリ塩、ハロゲン化金属塩、リン酸塩、硼酸塩から選択されたアルミ還元性の無機溶融塩で覆って空気接触を防ぐとボイドやつららを少なくでき膜厚の均一性も良くでき好適である。無機溶融塩を用いた場合は、溶融めっき工程ならびに部品めっき工程の後に水洗または極性溶剤を洗浄剤に用いた洗浄工程を設けるとよい。

本発明は電気・電子装置に用いられるアルミ電解コンデンサのパッケージに利用できる。

１０・・・気密端子、
１１・・・ベース、
１２・・・リード、
１２−１・・・インナーリード、
１２−２・・・アウターリード、
１３・・・絶縁ガラス、
１４・・・アルミニウムめっき層、
１５・・・コンデンサ素子、
１６・・・アルミニウムケース、
２０・・・アルミ電解コンデンサ、
３０，３０−２，４０，４０−２，５０，５０−２・・・工程フロー図
５１・・・部品めっき工程、
３１，４１, ５２・・・部品振込工程、
３２，４２，５３・・・ガラス封着工程、
３３，４３・・・溶融めっき工程、
４４，５３−２・・・めっき剥離工程、
３４，４５，５４・・・素子実装工程、
３５，４６，５５・・・圧入工程。

Claims (8)

1. 金属製のベースに形成された通孔を貫通するように、前記リードが絶縁ガラスによって気密封着された気密端子において、前記ベース表面および少なくともパッケージ内部のインナーリード表面にアルミニウムめっき層が被覆され、パッケージ外部に露出するアウターリードの所望表面はアルミニウムめっき層が被覆されていないことを特徴とする気密端子。
2. 前記請求項１記載の気密端子のインナーリードに、酸化被膜を表面に形成した陽極用アルミニウム箔、電解液を含浸させた電解紙、陰極用アルミニウム箔からなるコンデンサ素子を電気接続し、このコンデンサ素子を覆うアルミニウムケースをベースに気密圧着したアルミ電解コンデンサ。
3. 金属製のベースに形成された通孔を貫通するリードが絶縁ガラスによって気密封着された気密端子を用意し、この気密端子のインナーリードおよびベースを溶融アルミニウム浴中に部分浸漬させて引き揚げ、インナーリードおよびベースの表面のみに溶融アルミニウムめっきを施したこと特徴とする気密端子の製造方法。
4. 前記請求項３記載の気密端子のインナーリードに、酸化被膜を表面に形成した陽極用アルミニウム箔、電解液を含浸させた電解紙、陰極用アルミニウム箔からなるコンデンサ素子を電気接続し、このコンデンサ素子を覆うアルミニウムケースをベースに圧入して圧着させて組み立てたアルミ電解コンデンサの製造方法。
5. 金属製のベースに形成された通孔を貫通するリードが絶縁ガラスによって気密封着された気密端子を用意し、この気密端子の全体を溶融アルミニウム浴中に浸漬させて引き揚げ、リードおよびベースの全表面に溶融アルミニウムめっきを施し、次いでリードのアウターリードのみアルミニウム腐食液中に浸漬させてパッケージ外部に露出するアウターリードのアルミニウムめっき層を剥離したこと特徴とする気密端子の製造方法。
6. 前記請求項５記載の気密端子のインナーリードに、酸化被膜を表面に形成した陽極用アルミニウム箔、電解液を含浸させた電解紙、陰極用アルミニウム箔からなるコンデンサ素子を電気接続し、コンデンサ素子を覆うアルミニウムケースをベースに圧入して圧着させて組み立てたアルミ電解コンデンサの製造方法。
7. 金属ベースの全表面と、少なくともリードのインナー側を溶融アルミニウム浴中に浸漬させて引き揚げ、ベースおよびインナーリード側のみに溶融アルミニウムめっきを施したベースとリードとを用意し、これを低軟化温度ガラスでアルミニウムめっきの溶融温度以下で封止して、金属製のベースに形成された通孔を貫通するリードが絶縁ガラスにより気密封着したこと特徴とする気密端子の製造方法。
8. 前記請求項７記載の気密端子のインナーリードに、酸化被膜を表面に形成した陽極用アルミニウム箔、電解液を含浸させた電解紙、陰極用アルミニウム箔からなるコンデンサ素子を電気接続し、コンデンサ素子を覆うアルミニウムケースをベースに圧入して圧着させて組み立てたアルミ電解コンデンサの製造方法。
   

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