JP4513811B2 - チップ型固体電解コンデンサ - Google Patents

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、面実装に対応可能なチップ型固体電解コンデンサに関する。

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たコンデンサが求められている。このような要求に応えるために電気伝導度が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いる。さらに高周波化に対応して、等価直列抵抗の低減（低ＥＳＲ化）のみならず、優れたノイズ除去性や過渡応答性と、等価直列インダクタンスの低減（低ＥＳＬ化）が強く要求されている。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は従来のチップ型固体電解コンデンサの構成を示す斜視図、図１０は同内部構造を示した分解斜視図である。コンデンサ素子２０は導電性高分子を固体電解質とし、固体電解コンデンサの主要部分を構成している。コンデンサ素子２０は陽極部２１と陰極部２２と絶縁部２３とを有する。このように構成された２枚のコンデンサ素子２０が互いに反対方向に重ねられて配設されている。

陽極リード端子２４の一端は陽極部２１に接続され、陰極リード端子２５の一端は陰極部２２に接続されている。外装樹脂２６はこれらをモールドしている。このように固体電解コンデンサが形成されている。固体電解コンデンサの側面と底面には、陽極リード端子２４と陰極リード端子２５とがそれぞれ対向して表出し、４端子構造の固体電解コンデンサが構成されている。

このように構成された従来のチップ型固体電解コンデンサは、高周波特性とノイズ吸収能力とに優れ、低ＥＳＬ化を実現できる。このようなチップ型固体電解コンデンサは例えば特開平６−１２００８８号公報に開示されている。

しかしながら従来のチップ型固体電解コンデンサでは、ＥＳＬを５００ｐＨ程度に押さえ込むのが限界である。すなわち、昨今の市場における要求である２００ｐＨ以下というレベルに対してはまだまだ不充分であり、さらなる低ＥＳＬ化が必要である。

本発明のチップ型固体電解コンデンサは、陽極部と陰極部を有する複数のコンデンサ素子を陽極部が相反する方向に交互に配設されるように積層したコンデンサ素子積層体を有する。このコンデンサ素子積層体の両端に位置するコンデンサ素子の陽極部下面にはそれぞれ陽極リード端子が接合されている。またコンデンサ素子積層体の中央に位置するコンデンサ素子の陰極部下面には陰極リード端子が接合されている。そして陽極リード端子と陰極リード端子との少なくとも下面の一部が露呈する状態で絶縁性の外装樹脂がコンデンサ素子積層体を被覆している。このチップ型固体電解コンデンサでは、下面両端にそれぞれ陽極端子が配置され、その間に陰極端子が配置された３端子構造を有する。この構造により、各端子間に流れる電流によって発生する磁束が互いに打ち消し合うため、ＥＳＬが大きく低減される。さらに各端子間距離を可能な限り近づけた構成にすることによりさらに低ＥＳＬになる。また陰極リード端子と陽極リード端子上に２枚目に積層されたコンデンサ素子の陽極部と陽極リード端子との間に設けられ、陰極リード端子と陽極リード端子上に１枚目に積層されたコンデンサ素子による隙間を矯正するスペーサを設けているため、陽極部にかかる負荷が軽減される。これにより陽極部の破損等が起こることが防止できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお各実施の形態において、先行する実施の形態と同様の構成をなす部分には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

（実施の形態１）
図１Ａ、図１Ｂはそれぞれ本発明の実施の形態１によるチップ型固体電解コンデンサの内部構造を示す透過上面斜視図と透過下面斜視図である。図２Ａ、図２Ｂは同チップ型固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子積層体を示す側面図と要部斜視図である。図３Ａは同チップ型固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子を示す斜視図、図３Ｂは同コンデンサ素子の断面図、図３Ｃは図３Ｂにおける要部拡大図である。図４は同チップ型固体電解コンデンサに使用されるリード端子を示す斜視図である。図５は同チップ型固体電解コンデンサの下面斜視図である。

コンデンサ素子１は陽極部２と陰極部３とを有する。コンデンサ素子１は以下のようにして作製される。まず表面を粗面化して誘電体酸化皮膜層１４が形成された弁作用金属からなる陽極体１５の所定の位置に絶縁部１６を設けて陽極部２と陰極形成部とに分離する。陰極形成部の誘電体酸化皮膜層１４上に導電性高分子からなる固体電解質層１８、カーボンと銀ペーストからなる陰極層１９を順次積層形成する。このようにして陰極部３を形成する。すなわち、コンデンサ素子１は、表面を粗面化された弁作用金属からなる陽極体１５と、陽極体１５の表面に形成された誘電体酸化皮膜層１４と、陽極体１５を陽極部２と陰極部３とに分離する絶縁部１６とを有する。陰極部３は、誘電体酸化皮膜層１４の上に形成され導電性高分子からなる固体電解質層１８と、固体電解質層１８上に形成された陰極層１９とから形成されている。

コンデンサ素子積層体（以下、積層体）４はコンデンサ素子１を複数枚積層して構成されている。より具体的には、積層体４はコンデンサ素子１の陽極部２が相反する方向に交互に配置されるように複数枚を積層することにより構成されている。図１Ａでは５枚のコンデンサ素子１が積層されているが、ＥＳＬをより低減する観点から、コンデンサ素子１の積層枚数は３枚以上が望ましい。

陽極リード端子５は積層体４の下面両端に配設されて陽極部２に接合されている。すなわち、陽極リード端子５は積層体４の実装面１３側に配設されている。積層体４においてコンデンサ素子１が相反する方向に交互に配置されているので、陽極リード端子５は２枚使用されている。陽極リード端子５には、陽極部２と陰極部３とを結ぶ方向と交差する方向の両端下面に薄肉部５Ａが一体で設けられている。また、接合部５Ｂは陽極部２と当接して接合するために陽極リード端子５の上面に突出するように一体で設けられている。このような陽極リード端子５はエッチングあるいはプレス加工等によって作製される。

陰極リード端子６は積層体４の下面中央に配設されて導電性接着剤等を介して陰極部３に接合されている。陰極リード端子６には、陽極部２と陰極部３を結ぶ方向と交差する方向の両端下面に薄肉部６Ａが一体で設けられている。このような陰極リード端子６はエッチングあるいはプレス加工等によって作製される。

このような陰極リード端子６と２枚の陽極リード端子５のそれぞれとの間の距離を可能な限り近接させる構成にすることにより、ＥＳＬが低減される。

スペーサ７は複数のコンデンサ素子１の陽極部２同士の間に配設されている。スペーサ７を配設した状態で、陽極部２と陽極リード端子５とがレーザー溶接、抵抗溶接等の方法によって接合されている。

絶縁性の外装樹脂８は積層体４、陽極リード端子５、陰極リード端子６を一体に被覆している。外装樹脂８は、陽極リード端子５、陰極リード端子６にそれぞれ設けられた薄肉部５Ａ、６Ａも一体に被覆している。陽極リード端子５と陰極リード端子６の、薄肉部５Ａ、６Ａ以外の部分は外装樹脂８から下面に露呈している。実装面１３である下面に露呈した陽極リード端子５と陰極リード端子６とが、プリント基板上に面実装される。

このように構成されたチップ型固体電解コンデンサは、実装面１３の両端に陽極リード端子５を有し、その間に陰極リード端子６を有する３端子構造である。この構造では、各端子間に流れる電流によって発生する磁束がお互いに打ち消し合って、ＥＳＬが大きく低減される。さらに各端子間距離を可能な限り近づけ、電流のループ面積を小さくすることによりさらに低ＥＳＬになる。

このような構成のチップ型固体電解コンデンサを作製してＥＳＬ特性を評価した結果について以下に説明する。本実施の形態によるチップ型固体電解コンデンサのＥＳＬの平均値は１５７ｐＨ、ＥＳＬのバラツキ（σ）は１．２ｐＨである。一方、図１０に示す従来の構成では、ＥＳＬの平均値は５２２ｐＨ、ＥＳＬのバラツキ（σ）は１７．９３ｐＨである。このように本実施の形態の構造では、ＥＳＬを従来品の約１／３まで低減することができ、かつそのバラツキも小さい。そのため、高周波対応に対する昨今の高い要求にも十分に対応することができる。

なお本実施の形態では、陽極リード端子５に薄肉部５Ａを設け、陰極リード端子６に薄肉部６Ａを設けているが必須ではない。薄肉部５Ａ、６Ａを設けずに陽極リード端子５、陰極リード端子６の各下面が外装樹脂８から露呈する構成でも上記の効果は得られる。

ただし、薄肉部５Ａ、６Ａの少なくともいずれか一方を設けるほうが好ましい。すなわち、薄肉部５Ａの下面を接合部５Ｂが設けられた部分の下面より一段外装樹脂８の内部にすることで環境中の酸素の進入経路が長くなる。薄肉部６Ａについても同様である。これにより固体電解コンデンサの気密性が向上し、その結果、信頼性が向上する。

またこのように薄肉部５Ａを設けることで陽極リード端子５と外装樹脂８との接着面積が大きくなり、その結果、陽極リード端子５と外装樹脂８との接着強度が向上する。そのため、接合部５Ｂを設けた部分の下面に対し垂直方向に外部から力が加わったとき、薄肉部５Ａを設けることで外装樹脂８が陽極リード端子５からはがれにくくなる。このような外力は、例えばプリント基板に実装後、固体電解コンデンサを引きはがす力が加わったときに生じる。この点でも信頼性が向上する。なお、この効果も薄肉部６Ａについても同様である。

（実施の形態２）
図６Ａ、図６Ｂは本発明の実施の形態２によるチップ型固体電解コンデンサの内部構造を示す透過上面斜視図と透過下面斜視図である。本実施の形態の構成は、実施の形態１で説明したチップ型固体電解コンデンサと陽極リード端子の構成が異なる。これ以外の構成は実施の形態１と同様である。

陽極リード端子９には薄肉部９Ａと接合部９Ｂとが一体で設けられている。この構成は実施の形態１の陽極リード端子５と同様である。陽極リード端子９にはさらに、積層体４を構成するコンデンサ素子１の陽極部２の外周に沿うように折り曲げられて結合される陽極結合部９Ｃが一体に設けられている。

このように構成された本実施の形態によるチップ型固体電解コンデンサは実施の形態１によるチップ型固体電解コンデンサにより得られる効果を奏する。それに加え、積層体４を作製する際に各コンデンサ素子１の陽極部２を陽極結合部９Ｃにより精度良く位置決めすることができる。また、各コンデンサ素子１の陽極部２と陽極リード端子９とをレーザー溶接、抵抗溶接等の方法によって接合する際に、陽極結合部９Ｃも同時に接合する。このようにすることによって接合作業が安定し、接合強度も安定する。

このような構成のチップ型固体電解コンデンサを作製してＥＳＬ特性を評価した結果について以下に説明する。本実施の形態によるチップ型固体電解コンデンサのＥＳＬの平均値は１６５ｐＨ、ＥＳＬのバラツキ（σ）は１．３１ｐＨである。一方、図１０に示す従来の構成では前述のように、ＥＳＬの平均値は５２２ｐＨ、ＥＳＬのバラツキ（σ）は１７．９３ｐＨである。このように本実施の形態の構造では、ＥＳＬを従来品の約１／３まで低減することができ、かつそのバラツキも小さい。そのため、高周波対応に対する昨今の高い要求にも十分に対応することができる。

（実施の形態３）
図７Ａ、図７Ｂは本発明の実施の形態３によるチップ型固体電解コンデンサの内部構造を示す透過上面斜視図と透過下面斜視図である。本実施の形態の構成は、実施の形態２で説明したチップ型固体電解コンデンサと陰極リード端子の構成が異なる。これ以外の構成は実施の形態２と同様である。

陰極リード端子１０には薄肉部１０Ａが一体で設けられている。この構成は実施の形態１や実施の形態２の陰極リード端子６と同様である。陰極リード端子１０にはさらに、陽極部２と陰極部３とを結ぶ方向と交差する方向の両端、すなわち、薄肉部１０Ａの終端からそれぞれ立ち上がって陰極部３の側面を位置決め固定するガイド壁１０Ｂが設けられている。

このように構成された本実施の形態によるチップ型固体電解コンデンサは実施の形態１、２によるチップ型固体電解コンデンサにより得られる効果を奏する。それに加え、積層体４を作製する際に各コンデンサ素子１の陰極部３をガイド壁１０Ｂにより精度良く位置決めすることができる。すなわち、チップ型固体電解コンデンサ作製時の寸法精度が向上するとともに作業性も向上する。

このような構成のチップ型固体電解コンデンサを作製してＥＳＬ特性を評価した結果について以下に説明する。本実施の形態によるチップ型固体電解コンデンサのＥＳＬの平均値は１６６ｐＨ、ＥＳＬのバラツキ（σ）は１．２８ｐＨである。一方、図１０に示す従来の構成では前述のように、ＥＳＬの平均値は５２２ｐＨ、ＥＳＬのバラツキ（σ）は１７．９３ｐＨである。このように本実施の形態の構造では、ＥＳＬを従来品の約１／３まで低減することができ、かつそのバラツキも小さい。そのため、高周波対応に対する昨今の高い要求にも十分に対応することができる。

（実施の形態４）
図８は本発明の実施の形態４によるチップ型固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子積層体の構成を示す側面図である。 本実施の形態は、実施の形態１で説明したチップ型固体電解コンデンサと比べてコンデンサ素子積層体の構成が一部異なる。これ以外の構成は実施の形態１と同様である。

スペーサ１１はコンデンサ素子積層体（以下、積層体）１２を構成するコンデンサ素子１の中で、陰極リード端子６と陽極リード端子５の上に２枚目に積層されたコンデンサ素子１の陽極部２と陽極リード端子５との間に配設されている。すなわち、スペーサ１１は接合部５Ｂとコンデンサ素子１の陽極部２との間に設けられて隙間を矯正している。

各コンデンサ素子１の陽極部２は陽極リード端子５の接合部５Ｂ上に載置され、レーザー溶接、抵抗溶接等の方法によって接合されて積層体１２が作製される。積層体１２はコンデンサ素子１の陽極部２が相反する方向に交互に配置されるように複数枚を積層することにより構成されている。そのため、陽極部２を陽極リード端子５の接合部５Ｂ上に重ねる際に、陽極部２を折り曲げる必要がある。特に、２枚目に積層されたコンデンサ素子１の陽極部２と陽極リード端子５との間には、１枚目に積層されたコンデンサ素子１のために隙間が大きくなるため陽極部２に大きな負荷がかかりやすい。本実施の形態では、スペーサ１１を設けている。そのため、陽極部２にかかる負荷が軽減される。これにより陽極部２の破損等が起こることが防止できる。

なおスペーサ１１を設ける以外に、２枚目に積層されたコンデンサ素子１の陽極部２が当接する陽極リード端子５の接合部５Ｂを、他方の陽極リード端子５の接合部５Ｂより厚く形成してもよい。このようにしても同様の効果が得られる。

本発明によるチップ型固体電解コンデンサは、下面両端に夫々陽極端子を配置し、その間に陰極端子を配置した３端子構造にしたことにより、各端子間に流れる電流によって発生する磁束をお互いに打ち消し合ってＥＳＬを大きく低減することができるようになり、さらに各端子間距離を可能な限り近づけた構成にすることにより更なる低ＥＳＬ化を図ることが可能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のコンデンサとして有用である。

本発明の実施の形態１によるチップ型固体電解コンデンサの内部構造を示す透過上面斜視図 図１Ａに示すチップ型固体電解コンデンサの透過下面斜視図 図１Ａに示すチップ型固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子積層体の側面図 図２Ａに示すコンデンサ素子積層体の要部斜視図 図１Ａに示すチップ型固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子を示す斜視図 図３Ａに示すコンデンサ素子の断面図 図３Ｂの要部拡大図 図１Ａに示すチップ型固体電解コンデンサに使用される各リード端子を示す斜視図 図１Ａに示すチップ型固体電解コンデンサの下面斜視図 本発明の実施の形態２によるチップ型固体電解コンデンサの内部構造を示す透過上面斜視図 図６Ａに示すチップ型固体電解コンデンサの透過下面斜視図 本発明の実施の形態３によるチップ型固体電解コンデンサの内部構造を示す透過上面斜視図 図７Ａに示すチップ型固体電解コンデンサの透過下面斜視図 本発明の実施の形態４によるチップ型固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子積層体の構成を示す側面図 従来のチップ型固体電解コンデンサの構成を示す斜視図 図９に示すチップ型固体電解コンデンサの内部構造を示す分解斜視図

符号の説明

１ コンデンサ素子
２ 陽極部
３ 陰極部
４，１２ コンデンサ素子積層体
５，９ 陽極リード端子
５Ａ，６Ａ，９Ａ，１０Ａ 薄肉部
５Ｂ，９Ｂ 接合部
６，１０ 陰極リード端子
７，１１ スペーサ
８ 外装樹脂
９Ｃ 陽極結合部
１０Ｂ ガイド壁
１３ 実装面
１４ 誘電体酸化皮膜層
１５ 陽極体
１６ 絶縁部
１８ 固体電解質層
１９ 陰極層
２０ コンデンサ素子
２１ 陽極部
２２ 陰極部
２３ 絶縁部
２４ 陽極リード端子
２５ 陰極リード端子
２６ 外装樹脂

Claims (6)

1. 実装面を有するチップ型固体電解コンデンサであって、
   陽極部と陰極部とを有する複数のコンデンサ素子が、前記陽極部が相反する方向に交互に配設されるように積層されたコンデンサ素子積層体と、
   前記コンデンサ素子積層体の両端に位置するコンデンサ素子の陽極部の前記実装面側にそれぞれ接合された２つの陽極リード端子と、
   前記コンデンサ素子積層体の中央に位置する前記コンデンサ素子の前記陰極部の前記実装面側に接合された陰極リード端子と、
   前記陽極リード端子と前記陰極リード端子との、前記実装面側の少なくとも一部が露呈する状態で前記コンデンサ素子積層体を被覆した絶縁性の外装樹脂と、を備え、
   前記陽極リード端子および前記陰極リード端子の少なくともいずれかは、前記コンデンサ素子の前記陽極部と前記陰極部とを結ぶ方向と交差する方向の両端に設けられるとともに前記実装面側が薄肉となった薄肉部を有し、
   前記外装樹脂は前記薄肉部を被覆し、
   前記陰極リード端子と前記陽極リード端子上に２枚目に積層された前記コンデンサ素子の前記陽極部と前記陽極リード端子との間に設けられ、前記陰極リード端子と前記陽極リード端子上に１枚目に積層された前記コンデンサ素子による隙間を矯正するスペーサをさらに備えた、
   チップ型固体電解コンデンサ。
2. 前記コンデンサ素子積層体を構成する前記コンデンサ素子の積層枚数が少なくとも３枚である、
   請求項１記載のチップ型固体電解コンデンサ。
3. 前記陽極リード端子および前記陰極リード端子は、前記コンデンサ素子の前記陽極部と前記陰極部とを結ぶ方向と交差する方向の両端に設けられるとともに前記実装面側が薄肉となった薄肉部を有し、
   前記外装樹脂は前記薄肉部を被覆している、
   請求項１記載のチップ型固体電解コンデンサ。
4. 前記陽極リード端子は、前記コンデンサ素子積層体を構成する前記コンデンサ素子の前記陽極部の外周に沿うように配設され前記陽極部に結合された陽極結合部を有する、
   請求項１記載のチップ型固体電解コンデンサ。
5. 前記陰極リード端子は、前記コンデンサ素子の前記陽極部と前記陰極部を結ぶ方向と交差する方向の両端からそれぞれ立ち上がるように設けられ、前記コンデンサ素子の前記陰極部側面を位置決め固定するガイド壁を有する、
   請求項１記載のチップ型固体電解コンデンサ。
6. 前記コンデンサ素子は、
   表面を粗面化された弁作用金属からなる陽極体と、
   前記陽極体の表面に形成された誘電体酸化皮膜層と、
   前記陽極体を前記陽極部と前記陰極部とに分離する絶縁部と、
   前記誘電体酸化皮膜層上に形成され導電性高分子からなる固体電解質層と、
   前記固体電解質層上に形成された陰極層と、を有し、
   積層形成された前記固体電解質層と前記陰極層とが前記陰極部を形成している、請求項１記載のチップ型固体電解コンデンサ。

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