JP4104803B2 - 固体電解コンデンサの製法 - Google Patents
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Description
【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 (3)
- (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。
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