JP3755336B2 - 固体電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は大容量および低等価直列抵抗（以下低ＥＳＲと称す）を実現できる固体電解コンデンサおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近では電子機器の小型化・高周波化が進み、使用されるコンデンサも高周波で低インピーダンスが実現できる導電性高分子を固体電解質に用いた固体電解コンデンサが商品化されてきている。そしてこの固体電解コンデンサは高導電率の導電性高分子を固体電解質として用いているため、従来の駆動用電解液を用いた乾式電解コンデンサや二酸化マンガンを用いた固体電解コンデンサに比べて等価直列抵抗成分が低く、理想に近い大容量でかつ小形の固体電解コンデンサを実現することができることからさまざまな改善がなされ、次第に市場にも受け入れられるようになってきた。
【０００３】
また、コンピュータのＣＰＵの省電力化と高速化に伴い、コンデンサに対して高速過渡応答性が必要とされ、大容量でかつ低ＥＳＲであることが必須の要件となってきており、これらの要望に応えるために実装時の占有面積をできるだけ抑えたままで大容量化と低ＥＳＲ化を図るために、平板状の素子や薄型の焼結体素子を積層する技術が実用化されてきているものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の固体電解コンデンサでは、ＣＰＵバックアップ用として要求される容量を得るためには大容量のタンタル固体電解コンデンサを５〜１０個並列に接続して実装する必要があり、このために実装に必要な占有面積が広くなり、セットの小型化に限界があった。また、更にＣＰＵの高速化に伴って高周波でコンデンサに流れる電流も飛躍的に大きくなり、コンデンサの等価直列抵抗（以下ＥＳＲと称す）が低くなければその発熱が大きくコンデンサの故障の原因となり、従って実装占有面積を増やすことなく大容量で低ＥＳＲのコンデンサを提供することがますます必要となってきている。
【０００５】
これらの課題を解決する手段として、実装占有面積を増やさずに大容量化する技術としては、複数個の焼結体素子を同一外装ケース内に接続して一つのコンデンサとする技術が開発されており、また、複数枚の平板状のコンデンサ素子を積層してリード端子に接続した構造の固体電解コンデンサを構成する技術が開発されている。
【０００６】
しかしながら上記焼結体素子を用いた技術では、その焼結体素子の厚さを薄くすることに限界があるために焼結体素子の内部から陰極引き出し抵抗によってＥＳＲの低減には限界があった。また、平板状の焼結体素子を複数枚積層した構造のものに関しては、その積層枚数が多くなりすぎると陽極接続部と陰極導電体層部分の厚さの差から燒結体素子に変形が生じ、焼結体素子自体に機械的なストレスがかかって誘電体酸化皮膜にクラックが入り、漏れ電流不良を引き起こすという不具合が発生し、積層枚数を多くできないという問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような従来の問題点を解決するもので、大容量でしかも低ＥＳＲの固体電解コンデンサおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の固体電解コンデンサは、金属電極体の表面に誘電体となる陽極酸化皮膜層、導電性高分子を含む固体電解質層、陰極導電体層を順次積層した素子部ならびに陽極引き出し部を有する平板状のコンデンサ素子を少なくとも２個以上積層し、この少なくとも２個以上積層したコンデンサ素子の陰極導電体層を一つの金属製の端子部品に電気的に接続し上記陽極引き出し部を一つの金属板の端子部品に電気的に接続して構成されたコンデンサ素子積層ユニットが２個以上積層した構成からなり、各電極をそれぞれ接続した固体電解コンデンサにおいて、上記コンデンサ素子積層ユニットの陽極引き出し部に接続された上記端子部品には、その端子部品を折り曲げ加工された異なる形状の接続部品が形成されており、かつ各接続部品どうしが端部で重ね合わされて接続され、さらに外部接続用のコム端子に積層された上記コンデンサ素子積層ユニットの各電極を接続した構成としたものである。
【０００９】
このような構成により、導電性高分子を固体電解質に用いた少なくとも２個以上の平板状のコンデンサ素子からなるコンデンサ素子積層ユニットを一つのリードフレーム上にパラレルに接続しているので、ＥＳＲはこのコンデンサ素子積層ユニットが接続されている個数によって反比例的に低減できるだけでなく、容量は接続したコンデンサの合計容量として得られるため、実装高さに余裕がある限り、実装占有面積を増やさずに大容量で低ＥＳＲの固体電解コンデンサを提供することができるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、平板状のコンデンサ素子を少なくとも２個以上積層したコンデンサ素子積層ユニットを２個以上積層して各電極をそれぞれ接続した構成のものであり、コンデンサ全体としての積層枚数を増やすことができるようになり、これにより大容量でかつ低ＥＳＲの固体電解コンデンサを提供することができるという作用を有する。
またコンデンサ素子積層ユニットが金属電極体の表面に誘電体となる陽極酸化皮膜層、導電性高分子を含む固体電解質層、陰極導電体層を順次積層した素子部ならびに陽極引き出し部を有する平板状のコンデンサ素子を複数枚積層し、かつこのコンデンサ素子の陰極導電体層および陽極引き出し部をそれぞれ一つの金属製の端子部品に電気的に接続して構成されたものであり、平板状の素子形状のものを用いたときに限界となる積層枚数の単位をコンデンサ素子積層ユニットとすることによって、このコンデンサ素子積層ユニットを複数個同一の対向するコム端子に接続することでコンデンサ全体としての積層枚数を増やすことができるという作用を有する。
またコンデンサ素子積層ユニットの陽極引き出し部の端子部品に接続部材を形成して接続したものであり、この接続部材が、コンデンサ素子積層ユニットの各電極に対応してそれぞれ接続される単体型の導電性材料により構成され、この単体型の各接続部材をそれぞれ一つの独立した電極になるように接続して構成されたものであり、従来のコンデンサ素子積層ユニットを使用できるという作用を有する。
【００１２】
またコンデンサ回路内での抵抗成分を小さくでき、これにより低ＥＳＲの固体電解コンデンサを提供することができるという作用を有する。
【００１４】
また特にコンデンサ素子積層ユニットは金属端子部品を有しているため、誘電体酸化皮膜を有する平板状のコンデンサ素子の陽極部分を接続する時には接触抵抗が大きくなりすぎてしまうために使用することのできなかった導電性接着剤を金属端子部品を有する陽極引き出し部どうしの電気的な接続では使用することが可能となるという作用を有する。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、弁作用を有する金属電極体の表面の少なくとも素子部となる部分全体に陽極酸化により誘電体となる陽極酸化皮膜層を形成し、この陽極酸化皮膜層上に少なくとも導電性高分子を含む固体電解質層および陰極導電体層を順次形成して素子部を形成すると共に、上記金属電極体もしくは誘電体酸化皮膜層が露出した陽極引き出し部を形成して平板状のコンデンサ素子を作製し、この平板状のコンデンサ素子を対向する端子部品となる端子部を有する第１のリードフレーム上に複数枚積層して上記陽極引き出し部と陰極導電体層とをそれぞれ上記端子部に電気的に接続した後、上記第１のリードフレームの端子部品となる端子部を接続した状態のままで切断してコンデンサ素子積層ユニットを作製し、上記コンデンサ素子積層ユニットの陽極引き出し部の上記端子部品に異なる形状の接続部品を形成するとともに、上記コンデンサ素子積層ユニットを対向する外部接続用のコム端子となるコム端子部を有するリードフレームに少なくとも２個以上重ねて、さらに上記外部接続用のコム端子に積層された上記コンデンサ素子積層ユニットの各電極に接続するようにした製造方法としたもので、従来のコンデンサ素子の積層工程をそのまま用いてコンデンサ素子積層ユニットを製造し、リードフレーム上に形成されたコンデンサ素子積層体をリードフレームから切り離してコンデンサ素子積層ユニットとすることができるので、新しい投資を必要としないという作用を有する。
【００２１】
また積層ユニットとコム端子との電気的接続の強度と信頼性をさらに高くすることができるという作用を有する。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
まず、電極体となる純度９９．９９％のアルミニウムを公知の方法で電解エッチングして粗面化した後、３％のアジピン酸アンモニウム水溶液中で１３Ｖの電圧を印加して３０分間化成し、誘電体となる酸化アルミニウムの化成皮膜を形成した。このようにして作製した電極体を幅３．５mm、長さ６．５mmに切断し、図１に示すように所定の位置にポリイミド粘着テープ２を表裏面両側から貼り付けて素子部３と陽極引き出し部４とに分け、上記切断により発生した断面部分を再び３％のアジピン酸アンモニウム水溶液中で１３Ｖの電圧を印加して３０分間断面を化成してから素子部３に硝酸マンガン水溶液をディップして３００℃で熱分解し、導電性のマンガン酸化物層を形成した。さらに、ピロール０．１モルとアルキルナフタレンスルフォン酸塩０．１５モルを含有する水溶液中に浸漬し、マンガン酸化物上の一部に作用電極を接触させて２Ｖの定電圧で３０分間電解重合させ、ポリピロールの導電性高分子層５を均一に析出させた。以上のようにして作製したコンデンサ素子１の素子部３に、カーボンペイント層６および銀ペイント層７を形成して図１に示すような平板状のコンデンサ素子１を作製した。
【００２４】
以上のようにして作製した平板状のコンデンサ素子１を図２に示すように、素子部３には導電性接着剤として銀ペイントを塗布した後、素子部３どうしが重なりあうように積層すると同時に、陽極引き出し部４は陽極引き出し部４どうしが重なるように４枚を積層して素子積層体８を形成した。
【００２５】
このようにして形成した素子積層体８は、以下に述べる方法で素子部３と陽極引き出し部４にそれぞれ金属製の端子部品９ａと９ｂを接続した。
【００２６】
金属製の端子部品９ａ，９ｂとしては、平板状のコンデンサ素子１の素子部３を載せるチリトリ状の部分を有する素子部用の端子部品９ａと、チリトリ状の部分の２次加工により陽極引き出し部４を包み込むように加工できる部分を有する陽極引き出し部用の端子部品９ｂを作製した。素子積層体８の素子部３は導電性の銀ペイントで素子部用の端子部品９ａに接着し、素子積層体８の陽極引き出し部４は、陽極引き出し部用の端子部品９ｂのチリトリ状部分に陽極引き出し部４をはめ込んだ後、陽極引き出し部４を包み込むようにチリトリ状部分を２次加工した後、端子部品９ｂの上から積層されたコンデンサ素子１の陽極引き出し部４を貫くような方向にＹＡＧレーザーを照射して溶接することで４枚積層のコンデンサ素子積層ユニット１０を作製した。
【００２７】
次に、図３に示すようにこのようにして作製したコンデンサ素子積層ユニット１０の素子部３の端子部品９ａを素子部接続用のコム端子１１ａに導電性接着剤としてエポキシ系の銀ペイントを間に介在させて３個のコンデンサ素子積層ユニット１０を積層し、これを熱硬化させて電気的に接続し、また、コンデンサ素子積層ユニット１０の陽極引き出し部４の端子部品９ｂを対向する陽極接続用のコム端子１１ｂにレーザー溶接によりその端子部品９ｂの部分でそれぞれ電気的に接続した。
【００２８】
その後さらに外装樹脂によって全体を外装し（図示せず）、エージングした後、外装樹脂に沿ってコム端子１１ａ，１１ｂを曲げ加工して定格６．３Ｖ、１５０μＦの固体電解コンデンサを作製した。
【００２９】
（実施の形態２）
コンデンサ素子積層ユニット１０を形成する場合に、平板状のコンデンサ素子１を２枚〜１０枚まで枚数を変えて作製した以外は上記実施の形態１と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。また、固体電解コンデンサの定格は積層枚数に応じてそれぞれ６．３Ｖで７５μＦ，１１２μＦ，１５０μＦ（実施の形態１）、１８７μＦ，２２５μＦ，２６２μＦ，３００μＦ，３３７μＦ，３７５μＦとしたものである。
【００３０】
なお、積層枚数を１１枚以上にすると陽極部分にひずみが生じ、コンデンサ素子１が切断されて目的の静電容量が得られなかったり、また漏れ電流が大きくなったりして固体電解コンデンサを作製することができなかった。
【００３１】
（実施の形態３）
上記実施の形態１と同様の方法で作製したコンデンサ素子積層ユニット１０を、その素子部３は素子部接続用のコム端子１１ａに導電性接着剤としてエポキシ系の銀ペイントを間に介在させて３個のコンデンサ素子積層ユニット１０を積層し、このコンデンサ素子積層ユニット１０の陽極引き出し部４も対向する陽極引き出し部接続用のコム端子１１ｂと端子部品９ｂとの間に導電性接着剤としてエポキシ系の銀ペイントを介在させて熱硬化させることで電気的に接続した。その後さらに外装樹脂によって全体を外装し（図示せず）、これをエージングした後、外装樹脂に沿ってコム端子１１ａ，１１ｂを曲げ加工して定格６．３Ｖ、１５０μＦの固体電解コンデンサを作製した。
【００３２】
（実施の形態４）
図４に示すように、平板状のコンデンサ素子１を素子部３には導電性の接着剤として銀ペイントを素子面に塗布した後、帯状の金属板のフレームから陽極引き出し部４と素子部３が対向した位置に幅広の端子が突き合わせて連続的に形成されている連続フープ形のリードフレーム１２上に素子部３どうしが重なりあうように積層すると同時に、陽極引き出し部４は陽極引き出し部４どうしが重なるように４枚を積層して素子積層体８を形成した。その後、陽極引き出し部４に関しては、陽極引き出し部４を包み込むようにチリトリ状部分を２次加工した後、端子部品９ｂの上からコンデンサ素子１の積層した陽極引き出し部４を貫くような方向にＹＡＧレーザーを照射して溶接することでフープ状のリードフレーム１２上に連続した４枚積層のコンデンサ素子積層ユニット１０を作製した。
【００３３】
以上のようにして形成した連続フープ状のコンデンサ素子積層ユニット１０を載せたリードフレーム１２から、コンデンサ素子積層ユニット１０の部分のみを切断して素子部３と陽極引き出し部４にそれぞれ金属製の端子部品９ａ，９ｂを有する単体のコンデンサ素子積層ユニット１０を作製した。
【００３４】
上記連続フープ状のコンデンサ素子積層ユニット１０を載せた同じリードフレーム１２上に素子部３と陽極引き出し部４の端子部品９ａ，９ｂに導電性接着剤として銀ペイントを介在させた後、上記切断したコンデンサ素子積層ユニット１０を２個積層して連続したリードフレーム１２のフープ上に図３に示すような１２枚積層の固体電解コンデンサ素子を形成した。
【００３５】
その後さらに外装樹脂によって全体を外装し（図示せず）、これをエージングした後、外装樹脂に沿って端子を曲げ加工して定格６．３Ｖ、１５０μＦの固体電解コンデンサを作製した。
【００３６】
なお、本実施の形態では、コンデンサ素子積層ユニット１０を作製するリードフレーム１２とコンデンサ素子１を作製するリードフレーム１２とを同一の形状のもので作製する手順を説明したが、リードフレーム１２の形状は必ずしも同一である必要はない。また、コンデンサ素子積層ユニット１０を積層する場合に、端子部品９ａ，９ｂどうしを接続するのに導電性接着剤を用いた例で説明したが、この部分をレーザー溶接などの溶接により接続しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３７】
また、陽極引き出し部４の端子部品９ｂの部分にそれぞれコンデンサ素子積層ユニット１０に対して別々の構造を有する２次的な端子接続部品などを設けてその部品どうしを接続することで陽極どうしを接続する構造であってもかまわない。
【００３８】
以上の実施の形態１，２に関して、完成後のコンデンサ特性（インピーダンス、ＥＳＲの周波数特性）を測定して図５に示した。図５からわかるように、完成した固体電解コンデンサは大容量で理想的に近いインピーダンスおよび低ＥＳＲの周波数特性を有していることが明らかとなった。
【００３９】
なお、溶接方法として抵抗溶接とレーザー溶接を例にあげてレーザー溶接が優れていると説明したが、これ以外の溶接方法でも適用できることは明らかである。
【００４０】
（実施の形態５）
コンデンサ素子積層ユニット１０を３段積層する場合の陽極引き出し部４どうしを接続する場合の詳細な実施の形態を図６〜図１１に示す。
【００４１】
図６は、端子部品９ｂの下面に上段、中段、下段のコンデンサ素子積層ユニット１０ごとに異なる接続部品１３ａ，１３ｂ，１３ｃを設けた構成としたものであり、上記接続部品１３ａ，１３ｂ，１３ｃは端子部品９ｂの下面に夫々レーザー溶接、抵抗溶接等で接続するか、もしくは端子部品９ｂを折り曲げ加工を行って図６のような形状にすることによって電気的に端子部品９ｂと接続されるようにしている。また、上段、中段、下段のコンデンサ素子積層ユニット１０を重ね合わせると接続部品１３ａ，１３ｂ，１３ｃは端部で重ね合わされ、その部分を図中の矢印で示すように上からレーザー溶接を行うことにより、接続部品１３ａ，１３ｂ，１３ｃは電気的に接続され、陽極引き出し部４どうしを接続するようにしたものである。
【００４２】
図７は、上段、中段のコンデンサ素子積層ユニット１０の端子部品９ｂの下面に接続部品１３ｄを設けた構成としたものであり、上記接続部品１３ｄは端子部品９ｂの下面にレーザー溶接、抵抗溶接等で接続されるか、もしくは端子部品９ｂを折り曲げ加工を行って図７のような形状にすることによって電気的に端子部品９ｂと接続されるようにしている。また、上段、中段、下段のコンデンサ素子積層ユニット１０を重ね合わせた際に、接続部品１３ｄは上段と中段、中段と下段の隙間を埋めるスペーサの役目を果たし、接続部品１３ｄの端部を図中の矢印で示すように斜め上からレーザー溶接を行うことによりそれぞれ下の端子部品９ｂと電気的に接続され、陽極引き出し部４どうしを接続するようにしたものである。
【００４３】
図８は、上段、中段のコンデンサ素子積層ユニット１０の端子部品９ｂの下面に接続部品１３ｅを設けた構成としたものであり、上記接続部品１３ｅは端子部品９ｂの下面にレーザー溶接、抵抗溶接等で接続されるか、もしくは端子部品９ｂを折り曲げ加工を行って図８のような形状にすることによって電気的に端子部品９ｂと接続されるようにしている。また、上段、中段、下段のコンデンサ素子積層ユニット１０を重ね合わせた際に、上段の接続部品１３ｅは中段の端子部品９ｂを横から挟み込み、中段の接続部品１３ｅは下段の端子部品９ｂを横から挟み込み、この状態で接続部品１３ｅを図中の矢印で示すように斜め上または横からレーザー溶接を行うことにより中段および下段の端子部品９ｂと電気的に接続され、陽極引き出し部４どうしを接続するようにしたものである。
【００４４】
図９は、上段のコンデンサ素子積層ユニット１０の端子部品９ｂの下面に接続部品１３ｆを設けた構成としたものであり、上記接続部品１３ｆは端子部品９ｂの下面にレーザー溶接、抵抗溶接等で接続されるか、もしくは端子部品９ｂを折り曲げ加工を行って図９のような形状にすることによって電気的に端子部品９ｂと接続されるようにしている。また、上段、中段、下段のコンデンサ素子積層ユニット１０を重ね合わせた際に、接続部品１３ｆは中段、下段の端子部品９ｂを横から挟み込み、この状態で接続部品１３ｆを図中の矢印で示すように斜め上または横からレーザー溶接を行うことにより中段および下段の端子部品９ｂと電気的に接続し、陽極引き出し部４どうしを接続するようにしたものである。
【００４５】
図１０は、端子部品９ｂの両横から接続部品１４を当接させ、この接続部品１４を図中の矢印で示すように斜め上または横からレーザー溶接を行うことにより、上段、中段および下段の端子部品９ｂと電気的に接続し、陽極引き出し部４どうしを接続するようにしたものである。なお、上記端子接続部品１４は上段と中段および中段と下段の端子部品９ｂの隙間を利用して位置決めできるように、２ヶ所の凸部分を持った形状が好ましい。
【００４６】
図１１は、端子部品９ｂの前面から接続部品１５を挿入し、この接続部品１５を図中の矢印で示すように斜め上または横からレーザー溶接を行うことにより、上段、中段および下段の端子部品９ｂと電気的に接続し、陽極引き出し部４どうしを接続するようにしたものである。なお、この場合にはコム端子１１ｂを設けることが困難であるので、コンデンサ素子積層ユニット１０を安定供給するためには端子接続部品１５はフープ状の形状が好ましい。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、導電性高分子を固体電解質に用いた少なくとも２個以上の平板状のコンデンサ素子からなるコンデンサ素子積層ユニットを一つのリードフレーム上にパラレルに接続しているので、高周波でのＥＳＲはこのコンデンサ素子積層ユニットを接続している個数によって反比例的に低減できるだけでなく、容量は接続したコンデンサの合計容量として得られるために実装高さに余裕がある限り、実装占有面積を増やさずに大容量で低ＥＳＲの固体電解コンデンサを提供することができるという大きな効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における平板状のコンデンサ素子を示す一部切欠斜視図
【図２】本発明の実施の形態１におけるコンデンサ素子積層ユニットの構造を示す斜視図
【図３】同固体電解コンデンサの構造を示す斜視図
【図４】本発明の実施の形態４における連続フープ状のコンデンサ素子積層ユニットの構造を示す斜視図
【図５】本発明の実施の形態１，２における完成後の固体電解コンデンサのインピーダンスおよびＥＳＲの周波数特性を示した特性図
【図６】本発明の実施の形態５における固体電解コンデンサの構造を示す斜視図
【図７】同実施の形態５における固体電解コンデンサの構造を示す斜視図
【図８】同実施の形態５における固体電解コンデンサの構造を示す斜視図
【図９】同実施の形態５における固体電解コンデンサの構造を示す斜視図
【図１０】同実施の形態５における固体電解コンデンサの構造を示す斜視図
【図１１】同実施の形態５における固体電解コンデンサの構造を示す斜視図
【符号の説明】
１ コンデンサ素子
２ ポリイミド粘着テープ
３ 素子部
４ 陽極引き出し部
５ 導電性高分子層
６ カーボンペイント層
７ 銀ペイント層
８ 素子積層体
９ａ，９ｂ 端子部品
１０ コンデンサ素子積層ユニット
１１ａ，１１ｂ コム端子
１２ リードフレーム
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ 接続部品
１４ 接続部品
１５ 接続部品
【発明の属する技術分野】
本発明は大容量および低等価直列抵抗（以下低ＥＳＲと称す）を実現できる固体電解コンデンサおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近では電子機器の小型化・高周波化が進み、使用されるコンデンサも高周波で低インピーダンスが実現できる導電性高分子を固体電解質に用いた固体電解コンデンサが商品化されてきている。そしてこの固体電解コンデンサは高導電率の導電性高分子を固体電解質として用いているため、従来の駆動用電解液を用いた乾式電解コンデンサや二酸化マンガンを用いた固体電解コンデンサに比べて等価直列抵抗成分が低く、理想に近い大容量でかつ小形の固体電解コンデンサを実現することができることからさまざまな改善がなされ、次第に市場にも受け入れられるようになってきた。
【０００３】
また、コンピュータのＣＰＵの省電力化と高速化に伴い、コンデンサに対して高速過渡応答性が必要とされ、大容量でかつ低ＥＳＲであることが必須の要件となってきており、これらの要望に応えるために実装時の占有面積をできるだけ抑えたままで大容量化と低ＥＳＲ化を図るために、平板状の素子や薄型の焼結体素子を積層する技術が実用化されてきているものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の固体電解コンデンサでは、ＣＰＵバックアップ用として要求される容量を得るためには大容量のタンタル固体電解コンデンサを５〜１０個並列に接続して実装する必要があり、このために実装に必要な占有面積が広くなり、セットの小型化に限界があった。また、更にＣＰＵの高速化に伴って高周波でコンデンサに流れる電流も飛躍的に大きくなり、コンデンサの等価直列抵抗（以下ＥＳＲと称す）が低くなければその発熱が大きくコンデンサの故障の原因となり、従って実装占有面積を増やすことなく大容量で低ＥＳＲのコンデンサを提供することがますます必要となってきている。
【０００５】
これらの課題を解決する手段として、実装占有面積を増やさずに大容量化する技術としては、複数個の焼結体素子を同一外装ケース内に接続して一つのコンデンサとする技術が開発されており、また、複数枚の平板状のコンデンサ素子を積層してリード端子に接続した構造の固体電解コンデンサを構成する技術が開発されている。
【０００６】
しかしながら上記焼結体素子を用いた技術では、その焼結体素子の厚さを薄くすることに限界があるために焼結体素子の内部から陰極引き出し抵抗によってＥＳＲの低減には限界があった。また、平板状の焼結体素子を複数枚積層した構造のものに関しては、その積層枚数が多くなりすぎると陽極接続部と陰極導電体層部分の厚さの差から燒結体素子に変形が生じ、焼結体素子自体に機械的なストレスがかかって誘電体酸化皮膜にクラックが入り、漏れ電流不良を引き起こすという不具合が発生し、積層枚数を多くできないという問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような従来の問題点を解決するもので、大容量でしかも低ＥＳＲの固体電解コンデンサおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の固体電解コンデンサは、金属電極体の表面に誘電体となる陽極酸化皮膜層、導電性高分子を含む固体電解質層、陰極導電体層を順次積層した素子部ならびに陽極引き出し部を有する平板状のコンデンサ素子を少なくとも２個以上積層し、この少なくとも２個以上積層したコンデンサ素子の陰極導電体層を一つの金属製の端子部品に電気的に接続し上記陽極引き出し部を一つの金属板の端子部品に電気的に接続して構成されたコンデンサ素子積層ユニットが２個以上積層した構成からなり、各電極をそれぞれ接続した固体電解コンデンサにおいて、上記コンデンサ素子積層ユニットの陽極引き出し部に接続された上記端子部品には、その端子部品を折り曲げ加工された異なる形状の接続部品が形成されており、かつ各接続部品どうしが端部で重ね合わされて接続され、さらに外部接続用のコム端子に積層された上記コンデンサ素子積層ユニットの各電極を接続した構成としたものである。
【０００９】
このような構成により、導電性高分子を固体電解質に用いた少なくとも２個以上の平板状のコンデンサ素子からなるコンデンサ素子積層ユニットを一つのリードフレーム上にパラレルに接続しているので、ＥＳＲはこのコンデンサ素子積層ユニットが接続されている個数によって反比例的に低減できるだけでなく、容量は接続したコンデンサの合計容量として得られるため、実装高さに余裕がある限り、実装占有面積を増やさずに大容量で低ＥＳＲの固体電解コンデンサを提供することができるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、平板状のコンデンサ素子を少なくとも２個以上積層したコンデンサ素子積層ユニットを２個以上積層して各電極をそれぞれ接続した構成のものであり、コンデンサ全体としての積層枚数を増やすことができるようになり、これにより大容量でかつ低ＥＳＲの固体電解コンデンサを提供することができるという作用を有する。
またコンデンサ素子積層ユニットが金属電極体の表面に誘電体となる陽極酸化皮膜層、導電性高分子を含む固体電解質層、陰極導電体層を順次積層した素子部ならびに陽極引き出し部を有する平板状のコンデンサ素子を複数枚積層し、かつこのコンデンサ素子の陰極導電体層および陽極引き出し部をそれぞれ一つの金属製の端子部品に電気的に接続して構成されたものであり、平板状の素子形状のものを用いたときに限界となる積層枚数の単位をコンデンサ素子積層ユニットとすることによって、このコンデンサ素子積層ユニットを複数個同一の対向するコム端子に接続することでコンデンサ全体としての積層枚数を増やすことができるという作用を有する。
またコンデンサ素子積層ユニットの陽極引き出し部の端子部品に接続部材を形成して接続したものであり、この接続部材が、コンデンサ素子積層ユニットの各電極に対応してそれぞれ接続される単体型の導電性材料により構成され、この単体型の各接続部材をそれぞれ一つの独立した電極になるように接続して構成されたものであり、従来のコンデンサ素子積層ユニットを使用できるという作用を有する。
【００１２】
またコンデンサ回路内での抵抗成分を小さくでき、これにより低ＥＳＲの固体電解コンデンサを提供することができるという作用を有する。
【００１４】
また特にコンデンサ素子積層ユニットは金属端子部品を有しているため、誘電体酸化皮膜を有する平板状のコンデンサ素子の陽極部分を接続する時には接触抵抗が大きくなりすぎてしまうために使用することのできなかった導電性接着剤を金属端子部品を有する陽極引き出し部どうしの電気的な接続では使用することが可能となるという作用を有する。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、弁作用を有する金属電極体の表面の少なくとも素子部となる部分全体に陽極酸化により誘電体となる陽極酸化皮膜層を形成し、この陽極酸化皮膜層上に少なくとも導電性高分子を含む固体電解質層および陰極導電体層を順次形成して素子部を形成すると共に、上記金属電極体もしくは誘電体酸化皮膜層が露出した陽極引き出し部を形成して平板状のコンデンサ素子を作製し、この平板状のコンデンサ素子を対向する端子部品となる端子部を有する第１のリードフレーム上に複数枚積層して上記陽極引き出し部と陰極導電体層とをそれぞれ上記端子部に電気的に接続した後、上記第１のリードフレームの端子部品となる端子部を接続した状態のままで切断してコンデンサ素子積層ユニットを作製し、上記コンデンサ素子積層ユニットの陽極引き出し部の上記端子部品に異なる形状の接続部品を形成するとともに、上記コンデンサ素子積層ユニットを対向する外部接続用のコム端子となるコム端子部を有するリードフレームに少なくとも２個以上重ねて、さらに上記外部接続用のコム端子に積層された上記コンデンサ素子積層ユニットの各電極に接続するようにした製造方法としたもので、従来のコンデンサ素子の積層工程をそのまま用いてコンデンサ素子積層ユニットを製造し、リードフレーム上に形成されたコンデンサ素子積層体をリードフレームから切り離してコンデンサ素子積層ユニットとすることができるので、新しい投資を必要としないという作用を有する。
【００２１】
また積層ユニットとコム端子との電気的接続の強度と信頼性をさらに高くすることができるという作用を有する。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
まず、電極体となる純度９９．９９％のアルミニウムを公知の方法で電解エッチングして粗面化した後、３％のアジピン酸アンモニウム水溶液中で１３Ｖの電圧を印加して３０分間化成し、誘電体となる酸化アルミニウムの化成皮膜を形成した。このようにして作製した電極体を幅３．５mm、長さ６．５mmに切断し、図１に示すように所定の位置にポリイミド粘着テープ２を表裏面両側から貼り付けて素子部３と陽極引き出し部４とに分け、上記切断により発生した断面部分を再び３％のアジピン酸アンモニウム水溶液中で１３Ｖの電圧を印加して３０分間断面を化成してから素子部３に硝酸マンガン水溶液をディップして３００℃で熱分解し、導電性のマンガン酸化物層を形成した。さらに、ピロール０．１モルとアルキルナフタレンスルフォン酸塩０．１５モルを含有する水溶液中に浸漬し、マンガン酸化物上の一部に作用電極を接触させて２Ｖの定電圧で３０分間電解重合させ、ポリピロールの導電性高分子層５を均一に析出させた。以上のようにして作製したコンデンサ素子１の素子部３に、カーボンペイント層６および銀ペイント層７を形成して図１に示すような平板状のコンデンサ素子１を作製した。
【００２４】
以上のようにして作製した平板状のコンデンサ素子１を図２に示すように、素子部３には導電性接着剤として銀ペイントを塗布した後、素子部３どうしが重なりあうように積層すると同時に、陽極引き出し部４は陽極引き出し部４どうしが重なるように４枚を積層して素子積層体８を形成した。
【００２５】
このようにして形成した素子積層体８は、以下に述べる方法で素子部３と陽極引き出し部４にそれぞれ金属製の端子部品９ａと９ｂを接続した。
【００２６】
金属製の端子部品９ａ，９ｂとしては、平板状のコンデンサ素子１の素子部３を載せるチリトリ状の部分を有する素子部用の端子部品９ａと、チリトリ状の部分の２次加工により陽極引き出し部４を包み込むように加工できる部分を有する陽極引き出し部用の端子部品９ｂを作製した。素子積層体８の素子部３は導電性の銀ペイントで素子部用の端子部品９ａに接着し、素子積層体８の陽極引き出し部４は、陽極引き出し部用の端子部品９ｂのチリトリ状部分に陽極引き出し部４をはめ込んだ後、陽極引き出し部４を包み込むようにチリトリ状部分を２次加工した後、端子部品９ｂの上から積層されたコンデンサ素子１の陽極引き出し部４を貫くような方向にＹＡＧレーザーを照射して溶接することで４枚積層のコンデンサ素子積層ユニット１０を作製した。
【００２７】
次に、図３に示すようにこのようにして作製したコンデンサ素子積層ユニット１０の素子部３の端子部品９ａを素子部接続用のコム端子１１ａに導電性接着剤としてエポキシ系の銀ペイントを間に介在させて３個のコンデンサ素子積層ユニット１０を積層し、これを熱硬化させて電気的に接続し、また、コンデンサ素子積層ユニット１０の陽極引き出し部４の端子部品９ｂを対向する陽極接続用のコム端子１１ｂにレーザー溶接によりその端子部品９ｂの部分でそれぞれ電気的に接続した。
【００２８】
その後さらに外装樹脂によって全体を外装し（図示せず）、エージングした後、外装樹脂に沿ってコム端子１１ａ，１１ｂを曲げ加工して定格６．３Ｖ、１５０μＦの固体電解コンデンサを作製した。
【００２９】
（実施の形態２）
コンデンサ素子積層ユニット１０を形成する場合に、平板状のコンデンサ素子１を２枚〜１０枚まで枚数を変えて作製した以外は上記実施の形態１と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。また、固体電解コンデンサの定格は積層枚数に応じてそれぞれ６．３Ｖで７５μＦ，１１２μＦ，１５０μＦ（実施の形態１）、１８７μＦ，２２５μＦ，２６２μＦ，３００μＦ，３３７μＦ，３７５μＦとしたものである。
【００３０】
なお、積層枚数を１１枚以上にすると陽極部分にひずみが生じ、コンデンサ素子１が切断されて目的の静電容量が得られなかったり、また漏れ電流が大きくなったりして固体電解コンデンサを作製することができなかった。
【００３１】
（実施の形態３）
上記実施の形態１と同様の方法で作製したコンデンサ素子積層ユニット１０を、その素子部３は素子部接続用のコム端子１１ａに導電性接着剤としてエポキシ系の銀ペイントを間に介在させて３個のコンデンサ素子積層ユニット１０を積層し、このコンデンサ素子積層ユニット１０の陽極引き出し部４も対向する陽極引き出し部接続用のコム端子１１ｂと端子部品９ｂとの間に導電性接着剤としてエポキシ系の銀ペイントを介在させて熱硬化させることで電気的に接続した。その後さらに外装樹脂によって全体を外装し（図示せず）、これをエージングした後、外装樹脂に沿ってコム端子１１ａ，１１ｂを曲げ加工して定格６．３Ｖ、１５０μＦの固体電解コンデンサを作製した。
【００３２】
（実施の形態４）
図４に示すように、平板状のコンデンサ素子１を素子部３には導電性の接着剤として銀ペイントを素子面に塗布した後、帯状の金属板のフレームから陽極引き出し部４と素子部３が対向した位置に幅広の端子が突き合わせて連続的に形成されている連続フープ形のリードフレーム１２上に素子部３どうしが重なりあうように積層すると同時に、陽極引き出し部４は陽極引き出し部４どうしが重なるように４枚を積層して素子積層体８を形成した。その後、陽極引き出し部４に関しては、陽極引き出し部４を包み込むようにチリトリ状部分を２次加工した後、端子部品９ｂの上からコンデンサ素子１の積層した陽極引き出し部４を貫くような方向にＹＡＧレーザーを照射して溶接することでフープ状のリードフレーム１２上に連続した４枚積層のコンデンサ素子積層ユニット１０を作製した。
【００３３】
以上のようにして形成した連続フープ状のコンデンサ素子積層ユニット１０を載せたリードフレーム１２から、コンデンサ素子積層ユニット１０の部分のみを切断して素子部３と陽極引き出し部４にそれぞれ金属製の端子部品９ａ，９ｂを有する単体のコンデンサ素子積層ユニット１０を作製した。
【００３４】
上記連続フープ状のコンデンサ素子積層ユニット１０を載せた同じリードフレーム１２上に素子部３と陽極引き出し部４の端子部品９ａ，９ｂに導電性接着剤として銀ペイントを介在させた後、上記切断したコンデンサ素子積層ユニット１０を２個積層して連続したリードフレーム１２のフープ上に図３に示すような１２枚積層の固体電解コンデンサ素子を形成した。
【００３５】
その後さらに外装樹脂によって全体を外装し（図示せず）、これをエージングした後、外装樹脂に沿って端子を曲げ加工して定格６．３Ｖ、１５０μＦの固体電解コンデンサを作製した。
【００３６】
なお、本実施の形態では、コンデンサ素子積層ユニット１０を作製するリードフレーム１２とコンデンサ素子１を作製するリードフレーム１２とを同一の形状のもので作製する手順を説明したが、リードフレーム１２の形状は必ずしも同一である必要はない。また、コンデンサ素子積層ユニット１０を積層する場合に、端子部品９ａ，９ｂどうしを接続するのに導電性接着剤を用いた例で説明したが、この部分をレーザー溶接などの溶接により接続しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３７】
また、陽極引き出し部４の端子部品９ｂの部分にそれぞれコンデンサ素子積層ユニット１０に対して別々の構造を有する２次的な端子接続部品などを設けてその部品どうしを接続することで陽極どうしを接続する構造であってもかまわない。
【００３８】
以上の実施の形態１，２に関して、完成後のコンデンサ特性（インピーダンス、ＥＳＲの周波数特性）を測定して図５に示した。図５からわかるように、完成した固体電解コンデンサは大容量で理想的に近いインピーダンスおよび低ＥＳＲの周波数特性を有していることが明らかとなった。
【００３９】
なお、溶接方法として抵抗溶接とレーザー溶接を例にあげてレーザー溶接が優れていると説明したが、これ以外の溶接方法でも適用できることは明らかである。
【００４０】
（実施の形態５）
コンデンサ素子積層ユニット１０を３段積層する場合の陽極引き出し部４どうしを接続する場合の詳細な実施の形態を図６〜図１１に示す。
【００４１】
図６は、端子部品９ｂの下面に上段、中段、下段のコンデンサ素子積層ユニット１０ごとに異なる接続部品１３ａ，１３ｂ，１３ｃを設けた構成としたものであり、上記接続部品１３ａ，１３ｂ，１３ｃは端子部品９ｂの下面に夫々レーザー溶接、抵抗溶接等で接続するか、もしくは端子部品９ｂを折り曲げ加工を行って図６のような形状にすることによって電気的に端子部品９ｂと接続されるようにしている。また、上段、中段、下段のコンデンサ素子積層ユニット１０を重ね合わせると接続部品１３ａ，１３ｂ，１３ｃは端部で重ね合わされ、その部分を図中の矢印で示すように上からレーザー溶接を行うことにより、接続部品１３ａ，１３ｂ，１３ｃは電気的に接続され、陽極引き出し部４どうしを接続するようにしたものである。
【００４２】
図７は、上段、中段のコンデンサ素子積層ユニット１０の端子部品９ｂの下面に接続部品１３ｄを設けた構成としたものであり、上記接続部品１３ｄは端子部品９ｂの下面にレーザー溶接、抵抗溶接等で接続されるか、もしくは端子部品９ｂを折り曲げ加工を行って図７のような形状にすることによって電気的に端子部品９ｂと接続されるようにしている。また、上段、中段、下段のコンデンサ素子積層ユニット１０を重ね合わせた際に、接続部品１３ｄは上段と中段、中段と下段の隙間を埋めるスペーサの役目を果たし、接続部品１３ｄの端部を図中の矢印で示すように斜め上からレーザー溶接を行うことによりそれぞれ下の端子部品９ｂと電気的に接続され、陽極引き出し部４どうしを接続するようにしたものである。
【００４３】
図８は、上段、中段のコンデンサ素子積層ユニット１０の端子部品９ｂの下面に接続部品１３ｅを設けた構成としたものであり、上記接続部品１３ｅは端子部品９ｂの下面にレーザー溶接、抵抗溶接等で接続されるか、もしくは端子部品９ｂを折り曲げ加工を行って図８のような形状にすることによって電気的に端子部品９ｂと接続されるようにしている。また、上段、中段、下段のコンデンサ素子積層ユニット１０を重ね合わせた際に、上段の接続部品１３ｅは中段の端子部品９ｂを横から挟み込み、中段の接続部品１３ｅは下段の端子部品９ｂを横から挟み込み、この状態で接続部品１３ｅを図中の矢印で示すように斜め上または横からレーザー溶接を行うことにより中段および下段の端子部品９ｂと電気的に接続され、陽極引き出し部４どうしを接続するようにしたものである。
【００４４】
図９は、上段のコンデンサ素子積層ユニット１０の端子部品９ｂの下面に接続部品１３ｆを設けた構成としたものであり、上記接続部品１３ｆは端子部品９ｂの下面にレーザー溶接、抵抗溶接等で接続されるか、もしくは端子部品９ｂを折り曲げ加工を行って図９のような形状にすることによって電気的に端子部品９ｂと接続されるようにしている。また、上段、中段、下段のコンデンサ素子積層ユニット１０を重ね合わせた際に、接続部品１３ｆは中段、下段の端子部品９ｂを横から挟み込み、この状態で接続部品１３ｆを図中の矢印で示すように斜め上または横からレーザー溶接を行うことにより中段および下段の端子部品９ｂと電気的に接続し、陽極引き出し部４どうしを接続するようにしたものである。
【００４５】
図１０は、端子部品９ｂの両横から接続部品１４を当接させ、この接続部品１４を図中の矢印で示すように斜め上または横からレーザー溶接を行うことにより、上段、中段および下段の端子部品９ｂと電気的に接続し、陽極引き出し部４どうしを接続するようにしたものである。なお、上記端子接続部品１４は上段と中段および中段と下段の端子部品９ｂの隙間を利用して位置決めできるように、２ヶ所の凸部分を持った形状が好ましい。
【００４６】
図１１は、端子部品９ｂの前面から接続部品１５を挿入し、この接続部品１５を図中の矢印で示すように斜め上または横からレーザー溶接を行うことにより、上段、中段および下段の端子部品９ｂと電気的に接続し、陽極引き出し部４どうしを接続するようにしたものである。なお、この場合にはコム端子１１ｂを設けることが困難であるので、コンデンサ素子積層ユニット１０を安定供給するためには端子接続部品１５はフープ状の形状が好ましい。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、導電性高分子を固体電解質に用いた少なくとも２個以上の平板状のコンデンサ素子からなるコンデンサ素子積層ユニットを一つのリードフレーム上にパラレルに接続しているので、高周波でのＥＳＲはこのコンデンサ素子積層ユニットを接続している個数によって反比例的に低減できるだけでなく、容量は接続したコンデンサの合計容量として得られるために実装高さに余裕がある限り、実装占有面積を増やさずに大容量で低ＥＳＲの固体電解コンデンサを提供することができるという大きな効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における平板状のコンデンサ素子を示す一部切欠斜視図
【図２】本発明の実施の形態１におけるコンデンサ素子積層ユニットの構造を示す斜視図
【図３】同固体電解コンデンサの構造を示す斜視図
【図４】本発明の実施の形態４における連続フープ状のコンデンサ素子積層ユニットの構造を示す斜視図
【図５】本発明の実施の形態１，２における完成後の固体電解コンデンサのインピーダンスおよびＥＳＲの周波数特性を示した特性図
【図６】本発明の実施の形態５における固体電解コンデンサの構造を示す斜視図
【図７】同実施の形態５における固体電解コンデンサの構造を示す斜視図
【図８】同実施の形態５における固体電解コンデンサの構造を示す斜視図
【図９】同実施の形態５における固体電解コンデンサの構造を示す斜視図
【図１０】同実施の形態５における固体電解コンデンサの構造を示す斜視図
【図１１】同実施の形態５における固体電解コンデンサの構造を示す斜視図
【符号の説明】
１ コンデンサ素子
２ ポリイミド粘着テープ
３ 素子部
４ 陽極引き出し部
５ 導電性高分子層
６ カーボンペイント層
７ 銀ペイント層
８ 素子積層体
９ａ，９ｂ 端子部品
１０ コンデンサ素子積層ユニット
１１ａ，１１ｂ コム端子
１２ リードフレーム
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ 接続部品
１４ 接続部品
１５ 接続部品
Claims (2)
- 金属電極体の表面に誘電体となる陽極酸化皮膜層、導電性高分子を含む固体電解質層、陰極導電体層を順次積層した素子部ならびに陽極引き出し部を有する平板状のコンデンサ素子を少なくとも２個以上積層し、この少なくとも２個以上積層したコンデンサ素子の陰極導電体層を一つの金属製の端子部品に電気的に接続し上記陽極引き出し部を一つの金属板の端子部品に電気的に接続して構成されたコンデンサ素子積層ユニットが２個以上積層した構成からなり、各電極をそれぞれ接続した固体電解コンデンサにおいて、
上記コンデンサ素子積層ユニットの陽極引き出し部に接続された上記端子部品には、その端子部品を折り曲げ加工された異なる形状の接続部品が形成されており、かつ各接続部品どうしが端部で重ね合わされて接続され、さらに外部接続用のコム端子に積層した上記コンデンサ素子積層ユニットの各電極を接続した固体電解コンデンサ。 - 弁作用を有する金属電極体の表面の少なくとも素子部となる部分全体に陽極酸化により誘電体となる陽極酸化皮膜層を形成し、この陽極酸化皮膜層上に少なくとも導電性高分子を含む固体電解質層および陰極導電体層を順次形成して素子部を形成すると共に、上記金属電極体もしくは誘電体酸化皮膜層が露出した陽極引き出し部を形成して平板状のコンデンサ素子を作製し、
この平板状のコンデンサ素子を対向する端子部品となる端子部を有する第１のリードフレーム上に複数枚積層して上記陽極引き出し部と陰極導電体層とをそれぞれ上記端子部に電気的に接続した後、上記第１のリードフレームの端子部品となる端子部を接続した状態のままで切断してコンデンサ素子積層ユニットを作製し、上記コンデンサ素子積層ユニットの陽極引き出し部の上記端子部品に異なる形状の接続部品を形成した後、上記コンデンサ素子積層ユニットを対向する外部接続用のコム端子となるコム端子部を有する第２のリードフレームに少なくとも２個以上重ねて、上記接続部品の端部どうしを重ね合わせて接続し、さらに上記外部接続用のコム端子を上記コンデンサ素子積層ユニットの各電極に接続するようにした固体電解コンデンサの製造方法。
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