JP4104803B2

JP4104803B2 - 固体電解コンデンサの製法

Info

Publication number: JP4104803B2
Application number: JP2000049765A
Authority: JP
Inventors: 正俊溝端
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2020-02-25
Also published as: JP2001244147A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タンタル粉末などの弁作用金属の焼結体からなる固体電解コンデンサの製法に関する。さらに詳しくは、組立工程が簡単で、パッケージをできるだけ小さくしながら大きなコンデンサ素子を内蔵し、容量値を大きくするなどの電気的特性を向上させることができる構造の固体電解コンデンサの製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の固体電解コンデンサは、図８に示されるように、コンデンサ素子１の陽極リード１１が第１の外部リード２と抵抗溶接などにより電気的に接続され、コンデンサ素子１の側壁に形成される陰極１２がヒューズ４を介して、第２の外部リード３とそれぞれ電気的に接続され、その周囲が樹脂によりモールド成形されて樹脂製パッケージ５で被覆されることにより形成されている。第１および第２の外部リード２、３は、モールドにより樹脂製パッケージ５が形成された後にリードフレームから切断されて分離され、フォーミングされることにより、図８に示される構造に形成されている。
【０００３】
また、特開平８−１４８３８６号公報には、図９に示されるような構造の固体電解コンデンサが開示されている。すなわち、図９に示される構造では、絶縁性の基板２１の裏面に外部電極２２、２３が形成され、絶縁基板２１のスルーホール内の導電部材２４を介して上面側の電極２２ａ、２３ａに接続されるように、コンデンサ素子１の外周部が基板２１の低い部分２１ｂに固着され、陽極リード１１は絶縁基板２１の段差により高くされた部分２１ａの表面の電極２３ａに接続されることにより形成されている。そして、その上面側がケース５により被覆される構造になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示される構造のものは、リードフレームを用いて製造することができるため、非常に安価に製造することができるという利点がある。しかし、コンデンサ素子１の上下両面側にパッケージ５で被覆するスペースを必要とするため、パッケージの外形寸法に対するコンデンサ素子１の割合を充分に大きくすることができない。とくに、近年の電子部品の軽薄短小化に伴い、固体電解コンデンサでも非常にパッケージの小さいものが要求されると共に、容量値の増大化など、特性面の向上が要求されている。容量値の増大化などの特性面の向上を図るためには、コンデンサ素子の大きさを大きくしなければならないが、パッケージの小形化と相容れず、小さなパッケージ内にいかに大きなコンデンサ素子を内蔵するかが課題となっている。
【０００５】
また、図９に示される構造では、パッケージの占める部分は非常に小さく減らすことができ、外形寸法に対するコンデンサ素子の割合を大きくすることができるが、絶縁基板の両面に電極用の導電膜を形成しなければならないと共に、基板にスルーホールを設けて導電部材により上下の導電膜を連結する作業が必要となり、基板の作製費用が高価になるという問題がある。とくに、陽極リードがコンデンサ素子の中心部に位置するため、その部分の絶縁性基板を厚くして段差部分を形成する必要があり、しかもその内部にスルーホールを形成しなければならないため、基板の作製費用が非常に高価になるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、リードフレームを用いて簡単に製造することができながら、コンデンサ素子とパッケージの外周との間隙をできるだけ小さくし、パッケージの同じ外形寸法に対して、できるだけ体積の大きいコンデンサ素子を内蔵することができる構造の固体電解コンデンサの製法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の他の目的は、このような小型パッケージにしてもヒューズ機能を有し、誘電体膜などに絶縁不良などが発生してコンデンサ素子の温度が異常に上昇したときは両電極間をオープンにすることができる構造の固体電解コンデンサの製法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、リードフレーム上に直接コンデンサ素子の焼結体をマウントする構造にする場合に、焼結体の陽極リード側が、傾いて両リード間の間隙部に落ちないような構造の固体電解コンデンサの製法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による固体電解コンデンサの製法は、（ａ）コンデンサ素子を形成する工程、（ｂ）板状の第１リードおよび第２リードが相対向し、第１リードを第２リードより長くすると共に、該第１リードの裏面で、前記第２リードと対向する側から一定長さだけ一部を除去することにより薄くなるようにリードフレームを形成する工程、（ｃ）前記リードフレームの裏面に前記第１リードおよび第２リード間の間隙部分および前記第１リードの裏面の薄くされた部分を閉塞するようにテープを貼着する工程、（ｄ）前記第１リード上にコンデンサ素子の外周壁の一面を導電性接着剤により固定する工程、（ｅ）前記第２リード上に金属ワイヤの一端部をボンディングし、該金属ワイヤを前記第２リード上に立てる工程、（ｆ）該金属ワイヤの他端部と前記コンデンサ素子の陽極リードを電気的に接続する工程、および（ｇ）前記第１リードおよび第２リード上のコンデンサ素子部に樹脂を塗布して被覆する工程、を有することを特徴とする。
【００１０】
この構成にすることにより、リードフレーム上に直接コンデンサ素子をマウントし、その上面に樹脂をコーティングすることにより製造することができるため、コンデンサ素子とパッケージとの間隙は、下面側では殆どなく、上面側も非常に小さい寸法で製造することができる。その結果、非常に外形寸法の小さいパッケージ内に大きなコンデンサ素子を内蔵することができ、容量値を大きくしたり、粉末の粒径を大きくすることによりリーク電流を減らすなどの電気的特性を向上させることができる。
【００１１】
前記陽極リードと前記第２リードとの間が、所定の温度以上になると溶断するヒューズ機能を有する金属ワイヤを介して接続されることが、誘電体膜の劣化などに基づくショートによる発熱に対しても、自動的に電流を遮断することができ、焼損事故などを防止することができるため好ましい。
【００１２】
前記コンデンサ素子部に樹脂を塗布する工程を減圧下で行い、前記第１リードの裏面の薄くされた部分にも前記樹脂を充填することが狭い空間にも流れ込んで好ましい。
【００１３】
なお、前述の、第１リードの裏面側が、前記第２リードと対向する側から一定長さだけ除去されて薄く形成されることにより、外部リードとしては従来の固体電解コンデンサと同じ寸法で形成されながら、コンデンサ素子が傾いてその上端部が第１リードおよび第２リードの間隙部に露出することを防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の固体電解コンデンサの製法について説明をする。本発明の小形化のためリードフレームを用いた固体電解コンデンサの基本構造が図１に示されるように、弁作用金属粉末の焼結体に、その一壁面から陽極リード１１の一端部が埋め込まれており、その焼結体の外周壁に陰極１２が形成されることによりコンデンサ素子１が形成されている。そして、コンデンサ素子１の外周壁１２が板状の第１リード２と電気的に接続されるように導電性接着剤により固定されている。この第１リード２と露出面（裏面側でコンデンサ素子１などが設けられる面と反対側の面）が同一平面をなすように対向して第２リード３が設けられており、陽極リード１１および第２リード３の間に金属ワイヤ４が接続されている。
【００１７】
さらに、第１リード２および第２リード３上に設けられるコンデンサ素子１および金属ワイヤ４部分が被覆されるようにパッケージ５が設けられることにより形成されている。
【００１８】
第１リード２および第２リード３は、従来のリードフレームを用いたリードと同様に銅を９０％以上含む銅合金または４２合金などからなる０.０５〜０.３ｍｍ程度の厚さの板状体を打ち抜いたり、エッチングにより形成され、各第１リード２および第２リード３が相互に対向すると共に連結されたリードフレームの状態で形成されている。すなわち、図２に示されるように、板状体３０に第１リード２および第２リード３の間隔分の溝３１を打抜きまたはエッチングにより形成することにより形成されている。図２において、Ｐ１、Ｐ２…がそれぞれ１個のコンデンサ分で、図２に示されるように、１枚の板状体３０で多数個分形成され、樹脂製パッケージ５がリードフレーム上に一面に形成された後に、各素子の境界部で切断されることにより各固体電解コンデンサが形成される。なお、板状体３０の端部の溝３２は、切断分離される固体電解コンデンサの端部の切断位置を示しているもので、なくても構わない。
【００１９】
コンデンサ素子１は、従来の素子と同じ構造で、タンタル、アルミニウム、ニオブなどの弁作用金属の粉末が、その一壁面に陽極リード１１が埋め込まれた角形などに成形され、陽極酸化により粉末の周囲にＴａ₂Ｏ₅などの酸化皮膜や二酸化マンガン層が形成され、焼結体の外周に二酸化マンガン層、グラファイト層、銀層などが形成されて陰極１２が形成されている。焼結体の大きさは、たとえば底面積が０.３ｍｍ四方から数ｍｍ四方程度に形成される。なお、１３はテフロンリングである。たとえば図１に示されるように縦Ａが１.６ｍｍ程度、横および奥行きＢが０.８ｍｍ程度のパッケージにする場合、従来の図８に示される構造ではコンデンサ素子１の焼結体部分の大きさは０.５ｍｍ四方で高さが０.７ｍｍ程度であったものが、それぞれ０.６ｍｍ四方で高さが１.０ｍｍ程度に大きくすることができた。なお、このときの第１リード２および第２リード３の長さＣは共に０.４ｍｍ程度で、その間隔Ｄが０.８ｍｍ程度で従来構造と同程度の長さに形成されている。
【００２０】
このコンデンサ素子１の焼結体部が第１リード２上に銀ペーストなどの導電性接着剤により固定され、陽極リード１１は第２リード３と、たとえば３００℃程度で溶断するヒューズ機能を有する金属ワイヤ４により接続されている。この金属ワイヤ４は、その一端部が第２リード３上にワイヤボンディングなどによりボンディングされることにより上方に立てられ、その他端部が陽極リード１１と電気的に接続されている。この構造にすることにより、第２リード３から距離のある陽極リード１１と簡単に、しかも確実に電気的接続をすることができる。この金属ワイヤ４にヒューズ機能を有するワイヤを用いることにより、焼損事故を防止することができる。すなわち、コンデンサ素子１の粉末周囲に形成されている誘電体膜に損傷が生じ絶縁性が低下して電流がリークすると、温度が上昇し、さらに過電流になると焼結体が焼損し、事故になりやすいが、その前に電流を遮断することができる。この目的から、焼結体が焼損する６００℃程度より低く、ハンダ付けなどの温度では溶断しない２６０℃程度以上で溶断する材料が用いられる。
【００２１】
パッケージ５は、コンデンサ素子１がマウントされて組み立てられた状態で、ペースト状の樹脂をスクリーン印刷などにより塗布し、熱硬化させることにより形成される。すなわち、図８に示される従来構造のように射出成形で形成するのではなく、その量も少ないため、ただ塗布して加熱するだけで形成される。この場合、板状態３０の溝３１からペースト状の樹脂などが流出しないように板状体３０の裏面にテープなどを貼着してからペースト状の樹脂をコーティングする。また、テーピングされたリードフレームの状態で減圧状態にしてコーティングすることにより、狭い空間にもボイドが形成されることなくペースト状の樹脂が充填される。
【００２２】
つぎに、この固体電解コンデンサの製法について説明をする。たとえばタンタル粉末を前述の大きさに成形すると共にその一壁面に、たとえば太さが０.２ｍｍφ程度のタンタル線を埋め込んで真空中で焼結することにより、陽極リード１１が一壁面（上面）に埋め込まれた焼結体を形成する。そして、陽極リード１１の付け根部分にテフロンリング１３を被せ、このコンデンサ素子１の陽極リード１１の先端部を、たとえばステンレス板で形成した図示しないステンレスバーに数十個程度溶接する。
【００２３】
ついで、ステンレスバーに溶接された分をまとめて、たとえばリン酸水溶液中に浸漬し、陽極リード１１を陽極として陽極酸化をすることにより、タンタル粉末の周囲にＴａ₂Ｏ₅ からなる酸化物皮膜を形成する（化成処理）。その後、硝酸マンガン水溶液中に浸漬し、二酸化マンガン層（図示せず）を焼結体の内部およびその外周面に形成する工程と前述の酸化皮膜形成工程（再化成処理）を数回繰り返す。この硝酸マンガン水溶液が陽極リード１１に上らないようにテフロンリング１３が設けられている。さらにその外表面にグラファイト層（図示せず）を形成し、さらにその外表面に銀層（図示せず）を形成することにより、その表面が陰極１２とされたコンデンサ素子１が形成される。
【００２４】
このように製造されたコンデンサ素子１を、１個づつステンレスバーから切り離し、リードフレームの第１リード２上にコンデンサ素子１の焼結体部を図示しない導電性接着剤により接着する。また、第２リード３の表面側にヒューズ機能を有する金属ワイヤ４を、ワイヤボンディングすることにより立てておく。そして、金属ワイヤ４の他端部を陽極リード１１と熱圧着により電気的に接続する。このコンデンサ素子１が取り付けられたリードフレームの裏面側にテープを貼着し、真空状態の減圧下で表面側にスクリーン印刷などによりペースト状の樹脂をコーティングして、コンデンサ素子１および金属ワイヤ４部分を被覆し、パッケージ５を形成する。その後、全面にパッケージが形成されたリードフレームを切断することにより、図１に示される構造の固体電解コンデンサが得られる。なお、リードフレームの状態でハンダメッキをしておくことにより、実装時のハンダ付け性を良好にすることができる。
【００２５】
本発明によれば、リードフレームを用いて簡単に製造しながら、パッケージはコンデンサ素子が隠れる程度に被覆されているだけで、コンデンサ素子とパッケージとの間隔は、非常に薄く形成することができる。その結果、同じパッケージの大きさに対して、コンデンサ素子を大きくすることができ、容量値を大きくすることができる。また、容量値を大きくしなければ、粉末を粗くして、インピーダンスやリーク電流などを低減することができ、電気的特性を向上させることができるし、電気的特性を従来のコンデンサと同様に維持すれば、パッケージを小さくすることができる。
【００２６】
前述のように、リードフレームの状態でリードの長さを従来構造の外部リードのハンダ付けする部分の長さと同じ長さにしておくことにより、従来構造と全く同じ外形でコンデンサ素子を大きくすることができる。しかし、第１リード２にコンデンサ素子１の外周を導電性接着剤により接着する組立工程において、接着剤が硬化する前に、図７に示されるように、焼結体部分の陽極リード１１側の端部が第１リード２および第２リード３の間に傾き、裏面に陰極が露出したり、第２リード３と接触する危険性が生じる。このような問題を予防する構造が図３〜６に示されている。
【００２７】
図３に示される構造は、第１リード２の長さＥが前述の例で約２倍程度の０.８ｍｍ程度に形成されている。すなわち、図３（ｂ）に底面図が示されるように、第２リード３の長さＣは図１に示される例と同じ０.４ｍｍ程度で、両リード２、３の間隔Ｆは図１に示される例の約半分である０.４ｍｍ程度に形成されている。この構造に形成されることにより、リードの長さが従来構造と若干異なるが、第１リード２が長く、コンデンサ素子１が傾くことなく製造することができる。その結果、コンデンサ素子１の陰極がパッケージ５から露出したり、第２リード３と接触する危険性がなくなる。なお、他の部分は図１に示される例と同じで同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００２８】
図４は図３の構造を変形した例で、図３（ｂ）と同様の底面図で示されている。すなわち、図４（ａ）は、第１リード２の長くした部分２ａの幅を狭くしたもので、図４（ｂ）は、第１リード２の長くした部分の先端部２ｂを幅広にし、その中間部２ｃを極端に細くしたものである。このような構造にすることにより、プリント基板などにハンダ付けする場合に、先端までハンダが流れにくくなり、あたかも従来のリードの長さと同様のハンダ付けをすることができると共に、コンデンサ素子１の傾きを防止することができる。このような構造にするには、図５（ａ）〜（ｂ）に図２と同様のリードフレームの平面説明図が示されるように、溝部３１に第１リード２の長くした部分２ａが残るように形成するだけで得られる。このようなリードフレーム３０は打抜きの金型をこの形状にするだけで得られる。
【００２９】
図６はさらに他の構造例で、図３に示されるように第１リード２の長くした部分２ｄの裏面側をエッチングなどにより薄くし、コンデンサ素子１の載置部分は残しながら、裏面に露出する第１リード２の長さは図１に示される例と同様に従来と同じ寸法Ｃにしたものである。リードフレームをこの構造にしておくことにより、第１リード２のエッチングされた部分(長くした部分２ｄの裏面側)には樹脂が流れ込んでパッケージ５の一部が形成されるため、外形的には図１に示される例と全く同様の形状になる。その一方で、コンデンサ素子１を安定して第１リード２上に載置することができ、傾きを防止することができる。なお、図１および図３と同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、リードフレームを使用しながら空間の無駄を殆どなくすることができ、同じ外形寸法に対して大きなコンデンサ素子を内蔵することができる。その結果、コンデンサの容量値を大きくしたり、リーク電流などを減らした電気的特性の向上した固体電解コンデンサが得られる。また、段差のある基板を準備する必要もなく、しかも組立も非常に簡単にできるため、安価に固体電解コンデンサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】小形化のためリードフレームを用いた固体電解コンデンサの一例の断面説明図である。
【図２】図１の両リードを構成するリードフレームの例である。
【図３】リードフレームを用いた固体電解コンデンサの他の構造例を示す断面および底面の説明図である。
【図４】図３の構造例の変形例を示す底面説明図である。
【図５】図４の構造にする場合のリードフレームの形状を示す図である。
【図６】本発明の製法の一実施形態により得られる固体電解コンデンサの断面および底面の説明図である。
【図７】リードフレームにより形成されたリード上に直接コンデンサ素子を固着して組み立てる場合に生じる問題を説明する図である。
【図８】従来の固体電解コンデンサの一例を示す断面説明図である。
【図９】従来における固体電解コンデンサの他の例を示す断面説明図である。

Claims

（ａ）コンデンサ素子を形成する工程、
（ｂ）板状の第１リードおよび第２リードが相対向し、第１リードを第２リードより長くすると共に、該第１リードの裏面で、前記第２リードと対向する側から一定長さだけ一部を除去することにより薄くなるようにリードフレームを形成する工程、
（ｃ）前記リードフレームの裏面に前記第１リードおよび第２リード間の間隙部分および前記第１リードの裏面の薄くされた部分を閉塞するようにテープを貼着する工程、
（ｄ）前記第１リード上にコンデンサ素子の外周壁の一面を導電性接着剤により固定する工程、
（ｅ）前記第２リード上に金属ワイヤの一端部をボンディングし、該金属ワイヤを前記第２リード上に立てる工程、
（ｆ）該金属ワイヤの他端部と前記コンデンサ素子の陽極リードを電気的に接続する工程、および
（ｇ）前記第１リードおよび第２リード上のコンデンサ素子部に樹脂を塗布して被覆する工程
を有する固体電解コンデンサ素子の製法。
前記陽極リードと前記第２リードとの間を、所定の温度以上になると溶断するヒューズ機能を有する金属ワイヤを介して接続する請求項１記載の固体電解コンデンサの製法。
前記コンデンサ素子部に樹脂を塗布する工程を減圧下で行い、前記第１リードの裏面の薄くされた部分にも前記樹脂を充填する請求項１または２記載の固体電解コンデンサの製法。