JP4258720B2 - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、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。小形で特に薄型のケース型固体電解コンデンサに関する。

固体電解コンデンサとして、チップ形固体電解コンデンサを例に挙げて説明する。
陽極用リードの一端を埋め込んだコンデンサ素子の最外層の陰極集電層に導電性接着剤を介して陰極側の引き出し電極に接続するとともに、陽極用リードに陽極側の引き出し電極を接続する。コンデンサ素子等を絶縁樹脂等からなる外装により被覆する。そして陽極側の引き出し電極および陰極側の引き出し電極は外装の端面から引き出し、外装の端面および端底面に沿って折り曲げて配置しているか、引き出し電極を外装底面より露出させている。

実際の製造では、陽極側の引き出し電極と陰極側の引き出し電極はリードフレームといわれる一枚板から多数組で切り出し、コンデンサ素子が乗せ、トランスファーモールドといわれる方法でコンデンサ素子を一括モールド成形している。

しかし、トランスファーモールド法には、充填する樹脂の利用効率の低さのほかに、充填するとき高温高圧を伴うためコンデンサ素子にストレスが発生したり、リードフレームが薄いと振動したりしてコンデンサ素子とリードフレームの接続信頼性が低下する場合があり、リードフレームの板厚や導電性接着剤を薄くすることが困難で、そのためコンデンサを薄型にし難い欠点がある。

この改善策として、特開平８−１４８３８６号公報の従来例には、引き出し電極を付けたコンデンサ素子を縦にして容器に入れ、樹脂を流し込む方法が紹介されている。
特開平８−１４８３８６号公報 図５

コンデンサを薄型にするためにコンデンサ素子を横置きにして引き出し電極付きのコンデンサ素子を容器に入れ、樹脂を流し込む方法の問題は、取り付けられた引き出し電極間が広くなるため、製造中の振動などでコンデンサ素子と引き出し電極間との接続信頼性が低下することである。
また、引き出し電極付きのコンデンサ素子を容器に入れるときに、引き出し電極が邪魔になりやすく、容器に接触させないで容易に入れるにはコンデンサ素子を小さくせざるをえない。
また、製造中の振動などからの接続信頼性を上げるために引き出し電極を太くまたは厚くして引き出し電極の強度を増強したり、導電性接着剤を厚くしたりするとその分コンデンサが厚くなってしまう。

本発明は、開放面をもった略方形となる複数の凹部状の容器形状をシートに設ける第１工程と、または、開放面をもった略方形となる複数の凹部状の容器形状を設けた樹脂板を成形する第１工程と、
金属板を加工して、前記各容器形状の対応したそれぞれの位置に引き出し電極の組を設けてリードフレームにする第２工程と、
前記金属板を前記シートもしくは前記樹脂板上に重ねてから前記各凹部の内形状に沿うように前記引き出し電極を押し込み重ねるかもしくはなおかつ圧入させる第３工程と、または、前記金属板の前記引き出し電極を前記各容器の内形状に沿うように変形させてから、前記金属板を前記シートもしくは前記樹脂板上に重ねるかもしくはなおかつ圧入させる第３工程と、
前記各容器内部にコンデンサ素子を挿入し、主に前記容器の内底面で、前記引き出し電極と接続させる第４工程と、
絶縁樹脂で前記各容器内を封止する第５工程と、
前記各容器別に切り分ける第６工程と、
を含むことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法を提供するものである。

本発明は容器にコンデンサ素子を入れ、絶縁樹脂を流し込む方法なので、樹脂の利用効率が高く、樹脂充填のときにコンデンサ素子にストレスが発生しにくいだけではなく、コンデンサ素子と引き出し電極を接続させる場所は容器内部であるために、コンデンサ素子を引き出し電極に接続させてから容器内に入れるときのような挿入時のストレスが接続部分に発生しない。またそのため引き出し電極の強度や導電性接着剤の強度はそれほど必要なくて薄くまたは細くできるので、コンデンサの全体の高さも薄くできる。また、引き出し電極が容器内表面に沿ってまたはなおかつ圧入させて薄く存在するために残りの容器空間を最大限に活用できる。そのため薄型で高容量化できる利点がある。また、コンデンサ素子は主に容器の内底面で引き出し電極と接続され、容器の反対側で外部基板とはんだ等で接続されるので、コンデンサを外部基板に接続するときの熱ストレスがコンデンサ素子にかかりにくい。

また、陽極用リード部分より陰極部分の引き出し電極をより圧入させて低くさせると、陽極用リードと陰極との段差を緩和することができるため枕材が不要になる。

また、容器の上端面につば部を設けると容器自体の強度が増し、容器肉厚を薄くでき、コンデンサの全体の高さも薄くできる。そして少なくとも容器のつば部内表面部分と引き出し電極とを接着または自着しておくと、引き出し電極がつば部平面で固定されるので、引き出し電極の厚さが薄くても外部との接続不良を起こしにくい。
また、引き出し電極と容器底部または側面部を接着または自着しておくと引き出し電極が容器内壁に固定されるので、製造時のコンデンサ素子の容器内への挿入、および引き出し電極との接続がスムーズに行われやすい。

また、容器の底面の引き出し電極間に段差部分を設けると陽極用リードと陰極との段差を緩和することができるため枕材が不要になる。また、容器に突起部を設けると陽極用リードの位置決めストッパーや導電性接着剤の液止めにすることができる。そしてこれらは容器を成形するとき一括一体で形成することができる。

また、複数の容器を一枚のシートからまたは一枚の樹脂板状に成形して製造し、一枚の金属板から複数の引き出し電極を製造する本願発明の方法を用いると、従来の組立工程に比べ工程を大幅に簡素化した量産に好適した方法で、小形で特に薄型の固体電解コンデンサを提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は本願発明の固体電解コンデンサの一例を示す断面図である。
１は、容器で、開放面をもった略方形からなる。
２は、複数の引き出し電極で、この容器１の底面および側面の内表面に沿って、この容器１の内底面から内側面を経由して開放面から外部に延びた金属体からなる。線材でもよいが板状体が好ましい。材質としては４２アロイ、銅または洋銀等からなる。表面にめっき層がある場合もある。
３はコンデンサ素子で、タンタルやニオブ等の弁作用金属の線状や短冊薄板状からなる陽極用リード４の一端を埋め込んで、タンタルやニオブ等の弁作用金属の微粉末にバインダーを混合した粉末をプレス加圧成形し、次いで真空中において焼結して形成した海綿状の陽極焼結体と、この焼結体に陽極酸化皮膜と、二酸化マンガンや導電性高分子等層と、カーボン層や銀層からなる陰極集電層５とを順次設けたものからなる。
陰極側の引き出し電極は、導電性接着剤６等により陰極集電層５に接続される。
陽極側の引き出し電極は、枕材７を介してレーザ溶接等の溶接や導電性接着剤６により陽極用リード４に接続される。容器内部は封止樹脂８等で封止する。

容器１は、成形加工性の点からプラスチックが選ばれる。耐熱温度は２００℃以上のものが好ましい。
フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、またはポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂の圧縮成型法、トランスファー成型法、または射出成型法等によるか、または熱可塑性樹脂シートを加熱軟化し、プレス成形するスタンパブルシート成型法など特に限定はない。可塑性樹脂シートの可塑性樹脂としては可塑性ポリイミド樹脂や液晶ポリマー等の耐熱性エンプラが使用できる。また、前記樹脂被覆の金属シートでもよい。外形形状は略方形で、成型上、角が丸みをもっていてもよい。また、内形形状はコンデンサ素子３が入れやすいように開放面が底面より広いほうが好ましいし、コンデンサ素子３等を入れても余る空間は、後で封止樹脂８等で封止するけれども、容器１を熱硬化性樹脂で成形する場合、事前に容器１を成形するときにこの空間をできるだけこの熱硬化性樹脂で埋めておくとコンデンサの素子の挿入位置決めや封止樹脂表面の平坦化の点で好ましい。

引き出し電極２は、容器１の内面形状に沿っていてできるだけその間に空間がないほうが、容器１の利用容積は高まるので好ましい。容器底面の壁が厚い場合には引き出し電極２をその部分で容器１にくい込ませた構造をとると、コンデンサ全体の厚さを低減するのに貢献する。容器１に可塑性樹脂を使用した場合、容器としての機能が維持できれば、引き出し電極２を加熱しながら押し込んで容器１の反対面まで達してもかまわない。
引き出し電極２が容器１に完全に押し込まれてもバネ的に戻ってしまう場合には、引き出し電極２と硬化性樹脂の容器との間に接着剤や粘着剤を設けたり、可塑性樹脂の容器の場合には、熱圧着して自着させて容器内に固定させたりしてもよい。なお、コンデンサ素子３を引き出し電極２に固定するとき、導電性接着剤の固化収縮によってコンデンサ素子３にストレスがかかる場合があり、引き出し電極２と容器１との強力な固定はさけたほうが好ましい。
また、引き出し電極２は、容器１の内面形状に沿っているために容器の角で直角配線となるが、容器内壁側面を斜めにする（容器を台形状にする）か、角に丸みをもたせると引き出し電極２も折り曲げ部分も鈍角になり、特に高周波信号における不要輻射を低減することができる。

また、図２のように、陰極側の引き出し電極２の底面部分を容器１内に押し込ませると、陽極側の引き出し電極と高さの差ができるので枕剤が不要になる。

特に薄型のコンデンサを得るには、容器壁厚としては５μｍ〜５００μｍ、好ましくは２０μｍ〜１００μｍ程度、引き出し電極２の厚さとしては５μｍ〜３００μｍ、好ましくは１０μｍ〜１５０μｍ程度にする。

引き出し電極２の厚さを５μｍ〜５０μｍ程度に薄くしてコンデンサ全体の厚さを低減するためには、図３のように、容器１の上端面につば部９を設け、このつば部９まで引き出し電極２を延ばし、つば部９表面と引き出し電極２を接着剤１０で接着、または容器１に可塑性樹脂を使用した場合加熱圧着により自着させて引き出し電極に強度を付加させる。

図４は、熱可塑性樹脂シートのスタンパブルシート成型法や熱硬化性樹脂の圧縮成型法等により容器１の底面の引き出し電極間に段差部分１１や突起部１２を設けたコンデンサの一例を示している。陽極用リードと陰極との段差を緩和することができるため枕材が不要になる。また、突起部１２を設けることにより陽極用リードの位置決めストッパーや導電性接着剤の液止めにする。そしてこれらは容器１を成形するとき一括一体で形成することができる。

図５は、容器内を封止する前の、つば部付き三端子コンデンサの一例の斜視図を示している。容器１の底面、側面そしてつば部１０に沿うようにライン用の引き出し電極２ａを一対設け、それとは直角側の容器のつば部、側面、底面、そして対面の側面、つば部に沿うようにアース用の引き出し電極２ｂを設ける。そして、容器内底部のそれぞれの引き出し電極上面に導電性接着剤を設け、次に枕材７付きの陽極用リード４が陽極焼結体の両端面から延びたコンデンサ素子を容器１内に挿入し、導電性接着剤でそれぞれを接続させている。

本発明の引き出し電極付き容器は、可塑性樹脂シートの表面に金属シートを接着または自着させた後、エッチング等で電極形状に加工し、型により熱プレスして形成しても可能であるが、伸び率の大きな金属シートの採用や金属シートの表面酸化防止のための真空プレス等の検討が必要となる場合がある。さらに、電極部をめっきや電着等の手法により形成することも可能である。

量産に好適な製造方法による実施例を図６に基づいて説明する。
板厚５０μｍのニッケルめっきした４２アロイの金属平板１３を 図６（ａ）に示すように、打ち抜いて多数の引き出し端子２（幅２ｍｍ）用の組を設ける。
次に、図６（ｂ）に示すように、エポキシ樹脂の圧縮成型法により、上に開放した厚さ３０μｍの複数の容器１（縦４ｍｍ、横６ｍｍ、高さ０．５ｍｍ）を設けた樹脂板１４を成形する。複数の容器１の位置は、引き出し電極の組に対応して設ける。また、容器のつば部で引き出し電極に対応部分には、引き出し電極２よりも幅の広い開口部１５（幅３ｍｍ）を設ける。
次に、図６（ｃ）に示すように、この樹脂板１４の上に先ほどの金属平板１３を重ね、下金型１６に装着してから上金型１７によりこの容器内壁に沿うようにして引き出し端子を押し込む。金型から取り出した状態を図６（ｄ）に示す。
次に、導電性接着剤を各接続部に設ける。
次に、図６（ｅ）に示すように、タンタルの短冊薄板状からなる陽極用リード４の一端を埋め込んで、タンタルの海綿状の陽極焼結体に陽極酸化皮膜と、二酸化マンガン層と、カーボン層と銀層からなる陰極集電層５とを順次設けたコンデンサ素子（厚さ０．３ｍｍ）の陽極用リード４の先に線材（直径０．１ｍｍ、長さ２ｍｍ）からなる枕材７を陽極用リード４とは直角に溶接し、各容器内に挿入する。加熱して導電性接着剤を各接続部に固定する。
次に、容器内にエポキシ樹脂を充填硬化後容器ごとに切り分ける。最後に開放面から容器外部に延びたそれぞれの引き出し電極を容器外側面側に折り曲げる。

本件の電極付き容器は固体電解コンデンサだけでなく電子素子のパッケージとしても活用できる。

本願発明の構成を示す断面図である。 本願発明の別の構成を示す断面図である。 本願発明の別の構成を示す断面図である。 本願発明の別の構成を示す断面図である。 本願発明の三端子コンデンサの構成を示す斜視図である。 本願発明の製造工程を示した斜視図または断面図である。

符号の説明

１…容器 ２…引き出し電極 ３…コンデンサ素子 ４…陽極用リード ５…陰極集電層 ６…導電性接着剤 ７…枕材 ８…封止樹脂 ９…つば部 １０…接着剤 １１…段差部分 １２…突起部 １３…金属平板 １４…樹脂板 １５…開口部 １６…下金型 １７…上金型 ２ａ…ライン用の引き出し電極 ２ｂ…アース用の引き出し電極

Claims (1)

1. 開放面をもった略方形となる複数の凹部状の容器形状をシートに設ける第１工程と、または、開放面をもった略方形となる複数の凹部状の容器形状を設けた樹脂板を成形する第１工程と、
   金属板を加工して、前記各容器形状の対応したそれぞれの位置に引き出し電極の組を設けてリードフレームにする第２工程と、
   前記金属板を前記シートもしくは前記樹脂板上に重ねてから前記各凹部の内形状に沿うように前記引き出し電極を押し込み重ねるかもしくはなおかつ圧入させる第３工程と、または、前記金属板の前記引き出し電極を前記各容器の内形状に沿うように変形させてから、前記金属板を前記シートもしくは前記樹脂板上に重ねるかもしくはなおかつ圧入させる第３工程と、
   前記各容器内部にコンデンサ素子を挿入し、主に前記容器の内底面で、前記引き出し電極と接続させる第４工程と、
   絶縁樹脂で前記各容器内を封止する第５工程と、
   前記各容器別に切り分ける第６工程と、
   を含むことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。

Images