JP4492265B2 - チップ形固体電解コンデンサ - Google Patents

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Description

本発明は各種電子機器に使用されるコンデンサの中で、導電性高分子を固体電解質に用いたチップ形固体電解コンデンサに関するものである。
電子機器の高周波化に伴って電子部品の一つであるコンデンサにも従来よりも高周波領域でのインピーダンス特性に優れるコンデンサが求められてきており、この要求に応えるために電気伝導度の高い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種々検討されている。
また、近年、パーソナルコンピュータのＣＰＵ周り等に使用される固体電解コンデンサには小型大容量化が強く望まれており、更に高周波化に対応して低ＥＳＲ（等価直列抵抗）化のみならず、ノイズ除去や過渡応答性に優れ、かつ低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化が強く要求されており、このような要求に応えるために種々の検討がなされている。
図９（ａ）〜（ｃ）はこの種の従来のチップ形固体電解コンデンサの構成を示したコンデンサ素子積層体の断面図、同内部構成を示した斜視図、同外観を示した斜視図であり、同図において１３はコンデンサ素子であり、このコンデンサ素子１３は弁作用金属箔を粗面化して表面に誘電体酸化皮膜を形成した陽極電極１４の所定の位置に図示しない絶縁部を設けて陽極部と陰極部に分離し、この陰極部の誘電体酸化皮膜上に導電性高分子からなる固体電解質層１５、陰極電極１６を順次積層形成することにより構成されたものであり、このコンデンサ素子１３を複数枚積層した状態のものをコンデンサ素子積層体１７と呼んでいる。
１８は上記コンデンサ素子積層体１７の陽極電極１４に接合される陽極電極接続部１８ａを設けた陽極端子、１９は同コンデンサ素子積層体１７の陰極電極１６に接合される陰極電極接続部１９ａを設けた陰極端子、２０はダミー端子、２１は外装樹脂である。
このように構成された従来のチップ形固体電解コンデンサは、上記陽極端子１８と陰極端子１９を同一面に設け、かつ、その間隔が０．２〜２．０ｍｍになるように近接配置することにより、このチップ形固体電解コンデンサを充電する際の電流が、陽極端子１８、陽極電極接続部１８ａ、コンデンサ素子積層体１７、陰極電極接続部１９ａ、陰極端子１９を経由したループで電流が流れることからループ面積が少なくなり、その結果、低ＥＳＬ化を図ることができる（参考：５８１ｐＨ）というものであった。
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００４−９５８１６号公報
しかしながら上記従来のチップ形固体電解コンデンサでは、陽極端子１８と陰極端子１９を同一面に近接配置することにより低ＥＳＬ化を図ることができるものの、近年の市場における要求を満足するためには更なる低ＥＳＬ化が必要であるという課題を有していた。
本発明はこのような従来の課題を解決し、更なる低ＥＳＬ化を実現することが可能なチップ形固体電解コンデンサを提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するために本発明は、陽極部と陰極部を有するコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の陽極部が接合される陽極接合部を平面部の一端に設けると共に実装用の陽極端子部を下面に設けた陽極リードフレームと、上記コンデンサ素子の陰極部を搭載して接合すると共に上記陽極リードフレームの平面部上に絶縁層を介して載置される平面部、ならびに実装用の陰極端子部を下面に設けた陰極リードフレームと、上記陽極端子部ならびに陰極端子部の実装面を露呈させた状態で上記コンデンサ素子を被覆した絶縁性の外装樹脂からなる構成にしたものである。
以上のように本発明によるチップ形固体電解コンデンサは、陰極リードフレームに流れる電流の向きと反対方向に電流が流れるように陽極リードフレームを重ね合わせて配置した構成により、お互いのリードフレームに流れる電流が打ち消し合うようになるためにＥＳＬを大幅に低減することができるようになるという効果が得られるものである。
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜５、７、８、１３に記載の発明について説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態１によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した斜視図と同底面図、図２（ａ）〜（ｃ）は同チップ形固体電解コンデンサに使用される陰極リードフレーム、同陽極リードフレーム、同両リードフレームを重ね合わせた状態の斜視図である。
図１、図２において、１はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子１は弁作用金属であるアルミニウム箔を粗面化して表面に誘電体酸化皮膜を形成した陽極体の所定の位置に図示しない絶縁部を設けて陽極部１ａと陰極部１ｂに分離し、この陰極部１ｂの誘電体酸化皮膜上に導電性高分子からなる固体電解質層、カーボンと銀ペーストからなる陰極層を順次積層形成することにより構成されたものである。
２は陽極リードフレームを示し、この陽極リードフレーム２は上記コンデンサ素子１の陽極部１ａが接合される陽極接合部２ｂが平面部２ａの一端に設けられると共に、実装用の陽極端子部２ｃが下面に複数個設けられている。なお、この陽極端子部２ｃは基材を折り曲げることにより平面部２ａから実装面側に突出するように形成されたものである。
３は陰極リードフレームを示し、この陰極リードフレーム３は上記コンデンサ素子１の陰極部１ｂを搭載して接合すると共に上記陽極リードフレーム２の平面部２ａ上に図示しない絶縁層を介して載置される平面部３ａ、ならびに実装用の陰極端子部３ｂが下面に複数個設けられている。なお、この陰極端子部３ｂは基材を折り曲げることにより平面部３ａから実装面側に突出するように形成されたものである。また、３ｃはコンデンサ素子１の陰極部１ｂを位置決め固定するために設けられたガイド壁である。また、上記図示しない絶縁層は、厚さが１０μｍ程度のポリイミドフィルム、あるいは樹脂を印刷することによって形成すれば良いものである。
４は上記陽極端子部２ｃと陰極端子部３ｂの実装面が露呈する状態で複数のコンデンサ素子１、陽極リードフレーム２、陰極リードフレーム３を一体に被覆した絶縁性の外装樹脂であり、図１（ａ）においては、内部構造を分かり易くするために、この外装樹脂４を除いた状態で図示したものである。
また、このように構成された本実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサの製造方法を説明すると、まず陰極リードフレーム３の平面部３ａ上にコンデンサ素子１の陰極部１ｂを載置し、図示しない導電性接着剤により電気的ならびに機械的な接合を行う。なお、この際にコンデンサ素子は１枚であっても良いし、図１に示すように複数枚を積層して用いても良い。また、この際にガイド壁３ｃによりコンデンサ素子１の位置決め固定を同時に行うものであるが、ガイド壁３ｃとコンデンサ素子１の陰極部１ｂとを図示しない導電性接着剤で結合しても良いものである。
次に、コンデンサ素子１が結合された陰極リードフレーム３の平面部３ａを陽極リードフレーム２の平面部２ａ上に図示しない絶縁層を介して重ね合わせるように載置すると共に、この陰極リードフレーム３から突出したコンデンサ素子１の陽極部１ａを陽極リードフレーム２に設けた陽極接合部２ｂ上に載置してこの陽極接合部２ｂを折り曲げることにより陽極部１ａを挟み込み、この状態でレーザー溶接を行うことにより電気的ならびに機械的な接合を行う。
最後に、上記陽極リードフレーム２の陽極端子部２ｃの実装面と陰極リードフレーム３の陰極端子部３ｂの実装面が露呈する状態で、複数のコンデンサ素子１と陽極リードフレーム２と陰極リードフレーム３を絶縁性の外装樹脂４で一体に被覆することにより、本実施の形態のチップ形固体電解コンデンサを作製するようにしたものである。
このように構成された本実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサは、陰極リードフレーム３に流れる電流の向きと反対方向に電流が流れるように陽極リードフレーム２を重ね合わせて配置した構成により、お互いのリードフレームに流れる電流が打ち消し合うようになるために大幅にＥＳＬを低減することができるようになり、本実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサのＥＳＬを測定したところ、２７１ｐＨという低い値を示し、従来品に比べて約５３％の低減を図ることができるものである。
また、このような構成により大きな効果を得るためには、陽極リードフレーム２の平面部２ａと、この上に絶縁層を介して載置される陰極リードフレーム３の平面部３ａとは、略同形状、かつ略同面積であることが望ましいものである。
（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項６に記載の発明について説明する。
本実施の形態は、上記実施の形態１で図１、図２を用いて説明したチップ形固体電解コンデンサの陽極リードフレームならびに陰極リードフレームの構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態２によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した斜視図と同底面図、図４（ａ）〜（ｃ）は同チップ形固体電解コンデンサに使用される陰極リードフレーム、同陽極リードフレーム、同両リードフレームを重ね合わせた状態の斜視図であり、図３、図４において、１はコンデンサ素子、１ａと１ｂはこのコンデンサ素子１に設けられた陽極部と陰極部である。
５は陽極リードフレームを示し、この陽極リードフレーム５は上記コンデンサ素子１の陽極部１ａが接合される陽極接合部５ｂが平面部５ａの一端に設けられると共に、実装用の陽極端子部５ｃが下面に複数個設けられているのは上記実施の形態１による陽極リードフレーム２と同様であるが、本実施の形態による陽極リードフレーム５の陽極端子部５ｃは、陽極端子部５ｃを除く基材をエッチングすることにより平面部５ａを形成し、これにより陽極端子部５ｃが平面部５ａから実装面側に突出するように構成したものである。
６は陰極リードフレームを示し、この陰極リードフレーム６は上記コンデンサ素子１の陰極部１ｂを搭載して接合すると共に上記陽極リードフレーム５の平面部５ａ上に図示しない絶縁層を介して載置される平面部６ａ、ならびに実装用の陰極端子部６ｂが下面に複数個設けられているのは上記実施の形態１による陰極リードフレーム３と同様である。
このように構成された本実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサのＥＳＬは２４８ｐＨと低い値を示し、上記実施の形態１によるチップ形固体電解コンデンサと同様に大きくＥＳＬを低減することができるばかりでなく、陽極リードフレーム５に設けた陽極端子部５ｃと陰極リードフレーム６に設けた陰極端子部６ｂを夫々基材をエッチングすることにより形成した構成により、上記実施の形態１と比べて寸法精度に優れ、かつ、組立工程を簡素化することができるようになるものである。
なお、本実施の形態においては、陽極リードフレーム５に設けた陽極端子部５ｃは、陽極端子部５ｃを除く基材をエッチングすることにより平面部５ａを形成し、これにより陽極端子部５ｃが平面部５ａから実装面側に突出するように構成した例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、エッチングに代えてプレス加工を用いて陽極端子部５ｃを構成しても良いものである。
また、陰極リードフレーム６に設けた陰極端子部６ｂについても同様に、折り曲げ加工、エッチング、プレス加工のいずれの方法で形成しても同様の効果が得られるものである。
（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明の特に請求項４に記載の発明について説明する。
本実施の形態は、上記実施の形態１で図１、図２を用いて説明したチップ形固体電解コンデンサの陽極端子部ならびに陰極端子部の構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。
図５は本発明の実施の形態３によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した底面図であり、図５において、４は外装樹脂、７は図示しない陽極リードフレームに形成された陽極端子部、８は図示しない陰極リードフレームに形成された陰極端子部である。
このように構成された本実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサは、陽極端子部７と陰極端子部８を可能な限り近接配置し（但し、０．０６ｍｍ以上は必要）、さらに端子数を増やすことにより、電流の流れる距離を短くすることができるために、より低ＥＳＬ化を図ることができるようになるものである。
（実施の形態４）
以下、実施の形態４を用いて、本発明の特に請求項９に記載の発明について説明する。
本実施の形態は、上記実施の形態１で図１、図２を用いて説明したチップ形固体電解コンデンサの陽極端子部ならびに陰極端子部の構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。
図６（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態４によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した正面図と同底面図であり、図６において、４は外装樹脂、９は図示しない陽極リードフレームに形成された陽極端子部、１０は図示しない陰極リードフレームに形成された陰極端子部である。
また、上記陽極端子部９と陰極端子部１０は外装樹脂４の側面と同一面になるように構成されており、これにより、このチップ形固体電解コンデンサを図示しない基板に実装した際に、半田フィレットを確認し易くなるという効果が得られるものである。
また、図７に示すように、上記実施の形態３で図５を用いて説明した端子数の多い構成のものについても、同様の効果が得られるものである。
（実施の形態５）
以下、実施の形態５を用いて、本発明の特に請求項１０〜１２に記載の発明について説明する。
本実施の形態は、上記実施の形態４で図６を用いて説明したチップ形固体電解コンデンサの陽極端子部ならびに陰極端子部の構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態４と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。
図８は本発明の実施の形態５によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した底面図であり、図８において、４は外装樹脂、１１は図示しない陽極リードフレームに形成された陽極端子部、１２は図示しない陰極リードフレームに形成された陰極端子部である。
また、上記陽極端子部１１と陰極端子部１２は、上面視、外装樹脂４から外方へ突出するように構成されており、これにより、このチップ形固体電解コンデンサを図示しない基板に実装した際に、半田フィレットを上面から容易に確認することができるようになるという効果が得られるものである。
また、図示はしないが、上記上面視、外装樹脂４から外方へ突出するように形成した陽極端子部１１と陰極端子部１２を、外装樹脂４の側面に沿って上方ヘ折り曲げるようにすることにより、このチップ形固体電解コンデンサを図示しない基板に実装した際に、半田フィレットが形成され易くなると共に、半田フィレットを上面から容易に確認することができるようになるという効果が得られるものである。
さらに、図示はしないが、上記外装樹脂４の側面に沿って上方ヘ折り曲げた陽極端子部１１と陰極端子部１２が夫々嵌まり込む凹部を外装樹脂４に設けることにより、本実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサの外形寸法を大きくすることがなくなり、小型化を図ることができるものである。
本発明によるチップ形固体電解コンデンサは、陰極リードフレームに流れる電流の向きと反対方向に電流が流れるように陽極リードフレームを重ね合わせて配置した構成により、お互いのリードフレームに流れる電流が打ち消し合うようになるためにＥＳＬを大幅に低減することができるようになるという効果を有し、特に高周波応答性が要求される分野等として有用である。
（ａ）本発明の実施の形態１によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した斜視図、（ｂ）同底面図 （ａ）同チップ形固体電解コンデンサに使用される陰極リードフレームを示した斜視図、（ｂ）同陽極リードフレームを示した斜視図、（ｃ）同両リードフレームを重ね合わせた状態の斜視図 （ａ）本発明の実施の形態２によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した斜視図、（ｂ）同底面図 （ａ）同チップ形固体電解コンデンサに使用される陰極リードフレームを示した斜視図、（ｂ）同陽極リードフレームを示した斜視図、（ｃ）同両リードフレームを重ね合わせた状態の斜視図 本発明の実施の形態３によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した底面図 （ａ）本発明の実施の形態４によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した正面図、（ｂ）同底面図 本発明の実施の形態４によるチップ形固体電解コンデンサの他の例を示した底面図 本発明の実施の形態５によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した底面図 （ａ）従来のチップ形固体電解コンデンサの構成を示したコンデンサ素子積層体の断面図、（ｂ）同内部構成を示した斜視図、（ｃ）同外観を示した斜視図
符号の説明
１ コンデンサ素子
１ａ 陽極部
１ｂ 陰極部
２、５ 陽極リードフレーム
２ａ、３ａ、５ａ、６ａ 平面部
２ｂ、５ｂ 陽極接合部
２ｃ、５ｃ、７、９、１１ 陽極端子部
３、６ 陰極リードフレーム
３ｂ、６ｂ、８、１０、１２ 陰極端子部
３ｃ ガイド壁
４ 外装樹脂

Claims (13)

  1. 陽極部と陰極部を有するコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の陽極部が接合される陽極接合部を平面部の一端に設けると共に実装用の陽極端子部を下面に設けた陽極リードフレームと、上記コンデンサ素子の陰極部を搭載して接合すると共に上記陽極リードフレームの平面部上に絶縁層を介して載置される平面部、ならびに実装用の陰極端子部を下面に設けた陰極リードフレームと、上記陽極端子部ならびに陰極端子部の実装面を露呈させた状態で上記コンデンサ素子を被覆した絶縁性の外装樹脂からなるチップ形固体電解コンデンサ。
  2. 陽極リードフレームの平面部と、この上に絶縁層を介して載置される陰極リードフレームの平面部が略同形状、かつ略同面積になるようにした請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
  3. 陽極端子部と陰極端子部を隣接配置し、かつ夫々の実装面が同一面に配設されるようにした請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
  4. 陽極リードフレームの下面に設ける陽極端子部および／または陰極リードフレームの下面に設ける陰極端子部を複数個とした請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
  5. 陽極リードフレームの下面に設けた陽極端子部および／または陰極リードフレームの下面に設けた陰極端子部は、基材を折り曲げることにより平面部から実装面側に突出するように形成されたものである請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
  6. 陽極リードフレームの下面に設けた陽極端子部および／または陰極リードフレームの下面に設けた陰極端子部は、夫々の端子部以外をエッチングまたはプレス加工することにより平面部から実装面側に突出するように形成されたものである請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
  7. 陰極リードフレームの平面部の周縁にコンデンサ素子の陰極部を位置決め固定するためのガイド壁を上方に向けて設けた請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
  8. 陰極リードフレームの平面部の周縁に設けたガイド壁とコンデンサ素子の陰極部を導電性接着剤を介して接合した請求項７に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
  9. 陽極リードフレームの下面に設けた陽極端子部および陰極リードフレームの下面に設けた陰極端子部の少なくとも一部が外装樹脂の側面と同一面になるようにした請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
  10. 陽極リードフレームの下面に設けた陽極端子部および陰極リードフレームの下面に設けた陰極端子部を、上面視、外装樹脂から外方へ突出するようにした請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
  11. 陽極リードフレームの下面に設けた陽極端子部および陰極リードフレームの下面に設けた陰極端子部の上面視、外装樹脂から外方へ突出した部分を外装樹脂の側面に沿って上方ヘ折り曲げた請求項１０に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
  12. 陽極リードフレームの下面に設けた陽極端子部および陰極リードフレームの下面に設けた陰極端子部の外装樹脂の側面に沿って上方ヘ折り曲げた部分が嵌まり込む凹部を外装樹脂に設けた請求項１１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
  13. コンデンサ素子として、表面を粗面化して誘電体酸化皮膜層が形成された弁作用金属からなる陽極体の所定の位置に絶縁部を設けて陽極部と陰極部に分離し、この陰極部の誘電体酸化皮膜層上に導電性高分子からなる固体電解質層、陰極層を順次積層形成することにより形成されたコンデンサ素子を用いた請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
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