JP2018147926A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】実装基板にコンデンサ素子を容易に搭載することのできる固体電解コンデンサを提供すること。
【解決手段】本発明の固体電解コンデンサは、陽極リード体と、弁作用金属からなり、陽極リード体の少なくとも一部に接続された陽極体、陽極体の表面に形成された誘電体層、誘電体層上に形成された固体電解質層、および固体電解質層上に形成された陰極層を含むコンデンサ素子と、陽極リード体と対向する陽極外部端子と、陰極層と対向する陰極外部端子と、を備え、陽極リード体の少なくとも一部が、コンデンサ素子の底面よりも下方にはみ出しており、かつ陽極外部端子に埋め込まれている。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体電解コンデンサに関する。

弁作用金属からなるコンデンサ素子と、リード線とを含む固体電解コンデンサがある。このような固体電解コンデンサにおいて、リード線は、通常、コンデンサ素子の厚みと同一か、またはコンデンサの厚みよりも薄い厚みを有している。

特許文献１は、リード線とコンデンサ素子の厚みがほぼ同一であり、かつリード線と陽極端子との接触部分が、コンデンサ素子と陰極端子との接触部分と同一平面上にある固体電解コンデンサを開示している。

特開２００５−５３１０号公報

ところで、通常、リード線は陽極端子上に搭載した状態にて溶接で電気的に接続し、コンデンサ素子は導電性接着材を介して陰極端子に電気的に接続している。ここで、リード線の厚みがコンデンサ素子の厚みと同一である場合、コンデンサ素子を陰極外部端子（陰極端子）に導電性接着剤等で接続した際に、リード線が導電性接着剤の厚みの分だけ陽極外部端子（陽極端子）から浮いてしまう。この場合、導電性接着剤の厚みを考慮して、陽極外部端子の厚みを変えたり、導電性物質からなる枕木をリード線と陽極外部端子との間に設けたりする必要がある。また、リード線の厚みがコンデンサ素子の厚みよりも小さい場合にも、リード線と陽極外部端子を接続するためには、陽極外部端子の厚みを厚くしたり、陽極外部端子に導電性物質からなる枕木を設けたりする必要がある。すなわち、これらの場合、陽極外部端子へのリード線の搭載面および陰極外部端子へのコンデンサ素子の搭載面を同一平面上に形成することができなくなるため、コンデンサ素子の厚みが薄くなるにつれて、コンデンサ素子を搭載することが困難となる可能性がある。

本発明の目的は、実装基板にコンデンサ素子を容易に搭載することのできる固体電解コンデンサを提供することにある。

本発明の一態様の固体電解コンデンサは、陽極リード体と、弁作用金属からなり、前記陽極リード体の少なくとも一部に接続された陽極体、該陽極体の表面に形成された誘電体層、該誘電体層上に形成された固体電解質層、および該固体電解質層上に形成された陰極層を含むコンデンサ素子と、前記陽極リード体と対向する陽極外部端子と、前記陰極層と対向する陰極外部端子と、を備え、前記陽極リード体の少なくとも一部が、前記コンデンサ素子の底面よりも下方にはみ出しており、かつ前記陽極外部端子に埋め込まれている。

また、本発明の一態様の固体電解コンデンサは、前記陽極外部端子の主面が、前記コンデンサ素子の底面に対して平行であることが好ましい。

また、本発明の一態様の固体電解コンデンサは、前記陽極リード体が、前記コンデンサ素子の底面よりも下方に０．００５ｍｍ以上、０．０５ｍｍ以下の範囲ではみ出していることが好ましい。

また、本発明の一態様の固体電解コンデンサは、前記陽極リード体の厚みが、少なくとも、前記陽極体との接続面とは反対の面側において前記コンデンサ素子の厚みよりも大きいことが好ましい。

また、本発明の一態様の固体電解コンデンサは、前記陽極リード体の厚みが、前記陽極体との接続面側において前記コンデンサ素子の厚みよりも小さいことが好ましい。

また、本発明の一態様の固体電解コンデンサは、前記陽極リード体において、前記陽極外部端子に埋め込む際に前記陽極外部端子と対向する面が、前記陽極外部端子の主面に対して平行であることが好ましい。

また、本発明の一態様の固体電解コンデンサは、前記陰極層と前記陰極外部端子との間が、導電性接着剤を介して接続されていることが好ましい。

本発明によれば、実装基板にコンデンサ素子を容易に搭載することのできる固体電解コンデンサを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る固体電解コンデンサの断面模式図である。 コンデンサ素子を実装基板に搭載する第１の方法を示す模式図である。 図２に示す方法とは異なる第２の方法でコンデンサ素子を実装基板に搭載する方法を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る固体電解コンデンサの断面模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る固体電解コンデンサの製造方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る固体電解コンデンサの製造方法の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、各図において同一または相当する部分には同一の符号を付して適宜説明を省略する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体電解コンデンサの構造を示す断面模式図である。

ここでは、図１に示すように、直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を使用している。図１に図示した状態では、直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）において、ｘ軸方向は左右方向（幅方向）であり、ｙ軸方向は前後方向（奥行き方向）であり、ｚ軸方向は上下方向（厚み方向）である。

固体電解コンデンサ１００は、コンデンサ素子１０と、陽極リード体２０と、陽極外部端子３０と、陰極外部端子４０と、導電性接着剤５０と、外装体６０とを備える。ここで、陽極外部端子３０および陰極外部端子４０は、実装基板（図示しない）に設けられたリードフレームであり、陽極リード体２０およびコンデンサ素子１０が搭載されることで、それぞれ、固体電解コンデンサ１００の陽極電極および陰極電極として機能する。また、陽極外部端子３０の主面（上面）３１と、陰極外部端子４０の主面（上面）４１とは同一平面上に形成されている。

コンデンサ素子１０は、陽極体１１と、誘電体層１２と、固体電解質層１３と、陰極層１４とを有する。コンデンサ素子１０の厚みに制限はないが、本実施形態は、特に薄型の製品において、陽極リード体２０と陽極外部端子３０との間、およびコンデンサ素子１０と陰極外部端子４０との間の接続を容易にする。従来のように、陽極リード体２０と陽極外部端子３０とを導電性物質からなる枕木を介して接続する場合、コンデンサ素子１０の厚みが薄くなるにつれて枕木も薄くする必要がある。この場合、コンデンサ素子１０の厚みが薄くなるにつれて、陽極外部端子３０に枕木を設けることが困難になり製造工程が煩雑となる。これに対して、本実施形態は、具体的には後述するが、陽極外部端子３０に枕木を設ける必要がないので、薄型の製品において有用である。なお、本実施形態において、「薄型」とは、コンデンサ素子１０の厚みが、例えば０．８ｍｍ以下のものを指している。また、本実施形態は、厚みが０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下のより薄型のコンデンサ素子１０を実装基板へ搭載する際にも有用である。

陽極体１１は、弁作用を有する金属微粒子（弁作用金属）からなる焼結体である。弁作用金属としては、タンタル、アルミニウム、チタン、ニオブ、ジルコニウム、およびこれら弁作用金属の合金等があげられる。弁作用金属としては、特に、タンタル、アルミニウム、およびニオブからなる群から選択される少なくとも１種類の金属であることが好ましい。なお、弁作用金属は、１種類のみを用いてもよいし、２種類以上の金属を併用してもよい。

誘電体層１２は、陽極体１１の表面に形成されている酸化被膜である。誘電体層１２は、例えば、リン酸水溶液中で所定の電圧を陽極体１１に印加し、陽極体１１の表面を酸化させることで形成することができる。

固体電解質層１３は、誘電体層１２の表面に形成されている導体である。固体電解質層１３には、導電性高分子材料、二酸化マンガン、酸化ルテニウム等の酸化物誘導体を用いることができる。また、固体電解質層１３には、ＴＣＮＱ（７，７,８,８,−テトラシアノキノジメタンコンプレックス塩）等の有機物半導体も用いることができる。

陰極層１４は、固体電解質層１３の表面に形成されており、固体電解コンデンサ１００における陰極である。陰極層１４は、導体であればよく、材料は特に限定されない。また、陰極層１４は、グラファイト等からなるカーボン層と、銀等を含む導電性樹脂層とを含む２層構造であってもよい。

陽極リード体２０は、陽極体１１と同様の弁作用金属から形成されており、固体電解コンデンサ１００の陽極である。陽極リード体２０は、少なくともその一部が陽極体１１に埋設または溶接されている。陽極リード体２０を陽極体１１に溶接した場合、陽極リード体２０を陽極体１１に埋設させる場合と比べて接続強度が弱くなってしまうので、本実施形態においては、陽極リード体２０は陽極体１１に埋設されていることが好ましい。また、陽極リード体２０を陽極体１１に埋設させる場合、埋設されている部分の厚みをより小さくすることで、陽極体１１の体積が増加するのでコンデンサ素子１０の容量を大きくすることができる。

図１に示すように、陽極リード体２０において、陽極体１１に埋設されている右面（接続面）２１側における厚みはコンデンサ素子１０の厚みよりも小さく、右面２１と反対側の左面２２側の厚みはコンデンサ素子１０の厚みよりも大きい。具体的には、陽極リード体２０は、左面２２がコンデンサ素子１０の底面よりも下方に所定の距離Ｄだけはみ出すように形成されている。距離Ｄは、０．００５ｍｍ以上、０．０５ｍｍ以下であることが好ましく、０．０１ｍｍ以上、０．０３ｍｍ以下であることがより好ましい。さらに、陽極リード体２０は、コンデンサ素子１０の底面よりも下方にはみ出した部分のうち、溶接部２３が陽極外部端子３０に埋め込まれた状態で陽極外部端子３０に溶着されている。すなわち、本実施形態において、陽極リード体２０は、溶接部２３がコンデンサ素子１０の底面よりも低い位置で陽極外部端子３０に埋め込まれている。これにより、本実施形態は、陽極外部端子３０に従来設けられていた枕木を省くことができる。なお、溶接部２３は、陽極リード体２０を陽極外部端子３０に溶接する際に、陽極外部端子３０と対向する面が、主面３１と平行であることが好ましい。これは、溶接部２３が陽極外部端子３０に必要以上に埋め込まれないようにするためである。また、溶接部２３が主面３１と平行な面を持つことで、コンデンサ素子１０が傾き難くなり、コンデンサ素子１０を安定した状態で陰極外部端子４０に搭載することもできるようになる。

本実施形態は、陽極リード体２０における溶接部２３を陽極外部端子３０に埋め込むように溶着することで、陽極外部端子３０の主面３１と、コンデンサ素子１０の底面とが平行になるように、コンデンサ素子１０および陽極リード体２０を実装基板に搭載することができる。

図２は、コンデンサ素子１０および陽極リード体２０を実装基板に搭載する第１の方法として、コンデンサ素子１０と陰極外部端子４０とを初めに接続する方法を示す模式図である。コンデンサ素子１０および陽極リード体２０を実装基板に搭載するには、陽極外部端子３０の主面３１と平行な主面（上面）７１を有する平面出し用の治具７０を用意する。この場合、まず、コンデンサ素子１０と陰極外部端子４０とを導電性接着剤を介して接続する。そして、陽極リード体２０を陽極外部端子３０に溶接する際、熱により溶融した陽極外部端子３０に溶接部２３がめり込むことを利用し、コンデンサ素子１０の底面が治具７０の主面７１に接触させるように陽極リード体２０と陽極外部端子３０を溶接する。これにより、陽極外部端子３０の主面３１と、コンデンサ素子１０の底面とを平行にしつつコンデンサ素子１０を陰極外部端子４０に搭載することができる。したがって、本実施形態によれば、陽極外部端子３０の主面３１および陰極外部端子４０の主面４１が同一平面上に形成されている実装基板にコンデンサ素子１０および陽極リード体２０を容易に搭載することができる。

また、コンデンサ素子１０および陽極リード体２０を実装基板に搭載する際、陽極リード体２０と陽極外部端子３０とを初めに溶着してもよい。図３は、陽極リード体２０と陽極外部端子３０とを初めに溶着した第２の方法を示す模式図である。この場合、まず、コンデンサ素子１０の底面が治具７０の主面７１に接触するように陽極リード体２０と陽極外部端子３０を溶接し、溶接部２３の一部を陽極外部端子３０に埋め込む。次に、コンデンサ素子１０と、陰極外部端子４０とを接続する。なお、コンデンサ素子１０と、陰極外部端子４０とを導電性接着剤を介して接続する場合には、導電性接着剤の硬化収縮を考慮し、各構成要素を設計する必要がある。

導電性接着剤５０は、コンデンサ素子１０と陰極外部端子４０とを接続する接着剤である。また、導電性接着剤５０は銀を含むことが好ましい。

外装体６０は、陽極外部端子３０および陰極外部端子４０のそれぞれの底面を除き、コンデンサ素子１０および陽極リード体２０の全体を封止するモールド樹脂である。

［第２の実施形態］
次に本発明の第２の実施形態に係る固体電解コンデンサについて説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る固体電解コンデンサの断面模式図である。

固体電解コンデンサ１００Ａは、コンデンサ素子１０と、陽極リード体２０Ａと、陽極外部端子３０と、陰極外部端子４０と、導電性接着剤５０と、外装体６０とを備える。

図４に示すように、陽極リード体２０Ａはコンデンサ素子１０の下半分の位置において、陽極体１１に埋設されている。すなわち、陽極リード体２０Ａは、コンデンサ素子１０の底面よりも下側に距離Ｄだけはみ出した状態で、陽極外部端子３０に埋め込まれている。陽極リード体２０Ａの厚みは、コンデンサ素子１０の厚みよりも必ずしも厚い必要はなく、少なくとも、コンデンサ素子１０の底面よりも下側にはみ出した状態で陽極体１１に埋設されていればよい。なお、この場合であっても、距離Ｄは、０．００５ｍｍ以上、０．０５ｍｍ以下であることが好ましく、０．０１ｍｍ以上、０．０３ｍｍ以下であることがより好ましい。

第２の実施形態に係る固体電解コンデンサ１００Ａは、第１の実施形態に係る固体電解コンデンサ１００に比べて電気容量を大きくすることができる。これは、陽極リード体２０Ａは第１の実施形態の陽極リード体２０に比べて厚みが薄いので、陽極リード体２０に比べて陽極リード体２０Ａが陽極体１１に埋設されている部分の体積が減少し、その代わりに陽極体１１の体積が増加するためである。

［実施例１］
本発明の第１の実施形態に係る固体電解コンデンサの製造方法の一例について説明する。図５は、第１の実施形態の固体電解コンデンサの製造方法の一例を示すフローチャートである。

まず、直径０．３４ｍｍのタンタルからなるワイヤの先端１．２ｍｍを厚さ０．２ｍｍにプレス成型して陽極リード体２０を作製した（ステップＳ１０１）。

次いで、陽極リード体２０において、厚さ０．２ｍｍにプレス成型した先端の部分を、陽極体１１の原料であるタンタル粉末に埋め込み、縦１．５ｍｍ、横２．０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの直方体のプレス体を成型し、焼結することによって陽極体１１を作製した。次に、陽極体１１をリン酸水溶液中において３０Vの電圧で陽極酸化させることにより、陽極体１１の表面に誘電体層１２を形成した。誘電体層１２を形成した陽極体１１を、３，４−エチレンジオキシチオフェンを含むモノマー溶液と、ドーパントとしての１，３，６−ナフタレントリスルホン酸と、酸化剤であるペルオキソ二硫酸アンモニウムを含む酸化剤溶液と、を含む溶液に浸漬させた。そして、浸漬を数回繰り返し、化学酸化重合法によってポリ３，４−エチレンジオキシチオフェンを含む固体電解質層１３を誘電体層１２の表面に形成した。最後に、導電性ペーストとしてグラファイトペーストと銀ペーストを使用して陰極層１４を固体電解質層１３の表面に形成した。これにより、陽極体１１、誘電体層１２、固体電解質層１３、および陰極層１４を含むコンデンサ素子１０を得た（ステップＳ１０２）。

次いで、陽極外部端子３０と陰極外部端子４０とを含む実装基板を用意する。そして、陽極リード体２０と、陽極外部端子３０とを、溶接部２３が陽極外部端子３０に埋め込まれるように溶接で溶着し、コンデンサ素子１０と陰極外部端子４０を接着銀からなる導電性接着剤５０で接着した（ステップＳ１０３）。この時、陽極リード体２０と陽極外部端子３０とを溶接した後にコンデンサ素子１０と陰極外部端子４０とを接着してもよいし、コンデンサ素子１０と陰極外部端子４０とを接着した後に、陽極リード体２０と陽極外部端子３０とを溶接してもよい。

最後に、コンデンサ素子１０および陽極リード体２０の全体を、モールド樹脂からなる外装体６０で外装し、固体電解コンデンサ１００を形成した（ステップＳ１０４）。

［実施例２］
本発明の第２の実施形態に係る固体電解コンデンサの製造方法の一例について説明する。図６は、第２の実施形態に係る固体電解コンデンサの製造方法の一例を示すフローチャートである。

まず、直径０．３４ｍｍのタンタルからなるワイヤの先端１．２ｍｍを厚さ０．０６ｍｍにプレス成型して陽極リード体２０を作製した（ステップＳ２０１）。

次いで、陽極リード体２０において。厚さ０．０６ｍｍにプレス成型した先端の部分を、陽極体１１の原料であるタンタル粉末に埋め込み、縦１．５ｍｍ、横２．０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの直方体のプレス体を成型し、焼結することによって陽極体１０を作製した。次に、陽極体１０をリン酸水溶液中において３０Vで陽極酸化を行い、誘電体層１１を形成した。誘電体層１１を形成した陽極体１０を、３，４−エチレンジオキシチオフェンを含むモノマー溶液と、ドーパントとしての１，３，６−ナフタレントリスルホン酸と、酸化剤であるペルオキソ二硫酸アンモニウムを含む酸化剤溶液と、を含む溶液に浸漬させた。そして、浸漬を数回繰り返し、化学酸化重合法によってポリ３，４−エチレンジオキシチオフェンを含む固体電解質層である導電性高分子層１３を形成した。最後に、導電性ペーストとしてグラファイトペーストと銀ペーストを使用して陰極層１４を形成し、コンデンサ素子１を形成した（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０３およびステップＳ２０４については、それぞれ、ステップＳ１０３およびステップＳ１０４と同様なので説明は省略する。

以上、本発明を、実施形態および実施例に基づいて説明したが、本発明は実施形態および実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細は、請求項に記載された本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１０・・・コンデンサ素子
１１・・・陽極体
１２・・・誘電体層
１３・・・固体電解質層
１４・・・陰極層
２０・・・陽極リード体
２１・・・埋設部
２２・・・左面
２３・・・溶接部
３０・・・陽極外部端子
３１・・・主面
４０・・・陰極外部端子
４１・・・主面
５０・・・導電性接着剤
６０・・・外装体
７０・・・治具
７１・・・主面

Claims (7)

1. 陽極リード体と、
   弁作用金属からなり、前記陽極リード体の少なくとも一部に接続された陽極体、該陽極体の表面に形成された誘電体層、該誘電体層上に形成された固体電解質層、および該固体電解質層上に形成された陰極層を含むコンデンサ素子と、
   前記陽極リード体と対向する陽極外部端子と、
   前記陰極層と対向する陰極外部端子と、を備え、
   前記陽極リード体の少なくとも一部が、前記コンデンサ素子の底面よりも下方にはみ出しており、かつ前記陽極外部端子に埋め込まれている、固体電解コンデンサ。
2. 前記陽極外部端子の主面は、前記コンデンサ素子の底面に対して平行である、請求項１の固体電解コンデンサ。
3. 前記陽極リード体は、前記コンデンサ素子の底面よりも下方に０．００５ｍｍ以上、０．０５ｍｍ以下の範囲ではみ出している、請求項１または２に記載の固体電解コンデンサ。
4. 前記陽極リード体の厚みは、少なくとも、前記陽極体との接続面とは反対の面側において前記コンデンサの厚みよりも大きい、請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。
5. 前記陽極リード体の厚みは、前記陽極体との接続面側において前記コンデンサ素子の厚みよりも小さい、請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。
6. 前記陽極リード体は、前記陽極外部端子に埋め込む際に前記陽極外部端子と対向する面が、前記陽極外部端子の主面に対して平行である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。
7. 前記陰極層と前記陰極外部端子との間は、導電性接着剤を介して接続されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。

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