JP4574544B2 - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は固体電解コンデンサに関し、特に陽極端子接続部の構造に関する。

従来から弁作用金属として知られるタンタル、ニオブ、アルミニウムなどを用いた電解コンデンサは、小型で静電容量が大きいことから携帯型電子機器等に用いられている。携帯型電子機器への小型・薄型化、軽量化および高性能化の要求が近年高まるに伴い、電子機器に用いられるコンデンサには更に小型・軽量で静電容量が大きいことが求められている。

従来のチップ型固体電解コンデンサとしては、特許文献１の例がある。図５に示すように、従来の構造ではリードフレームを用いて、コンデンサ素子本体３の陽極リード３ａと陽極端子１１、および陰極層３ｂと陰極端子１２とを接続して外装樹脂６の外部に陽極端子１１と陰極端子１２を引き出す構造となっている。そのため、陽極端子１１と陰極端子１２が外装樹脂６の内部に多く存在する。すなわち、固体電解コンデンサの全体積中に占めるコンデンサとして機能するコンデンサ素子本体３の体積比率は小さく体積効率が悪いものとなっていた。

従来の構造より体積効率を改善するため、陽極端子と陰極端子の外装樹脂の内部に埋没する部分を無くす、もしくは少なくすることによって、従来の構造で陽極リードと陽極端子の接続部の占めていた体積の代わりにコンデンサ素子の体積を大きくすることによって、小型で大容量の固体電解コンデンサを得ることが提案されている。例えば、特許文献２では、図４のように、陽極端子１と陰極端子２をリードフレームを用いることなくそれぞれ陽極リード３ａと陰極層３ｂに外装樹脂６で被覆されない部分で接続することによって体積効率の改善した固体電解コンデンサを提案している。

陽極リード３ａと陽極端子１の接続部と、コンデンサ素子本体３との間の距離が短い場合には絶縁が不十分となり、ショート不良を起こす可能性が大きくなる。特許文献３では、陽極部と陰極部の電気的絶縁のために、耐熱性の絶縁性樹脂層をマスキング材として陰極層と陽極部の境界面に塗布する例が示されている。これによって陽極部と陰極部間の距離を短くする事ができ、体積効率を改善する方法が提案されている。

これら従来技術の固体電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子の体積効率を高めることを困難にしている原因の一つはコンデンサ素子の陽極リードと陽極端子の接続の問題である。

従来より、コンデンサ素子の陽極導出部であるリード線や箔部の陽極リードと外部端子となる陽極端子の接続は、接続信頼性の高い方法として抵抗溶接やレーザー溶接などの溶融接合が用いられている。溶融接合で接続する場合、接続部とコンデンサ素子の誘電体である酸化被膜との距離が短いと、接続時に熱伝導による加熱で誘電体を形成するアモルファス酸化被膜が結晶化し、または酸素の熱拡散による酸化被膜の不定比組成成分の発生により絶縁性が損なわれて漏れ電流（以下ＬＣと称す）が増大するという問題があった。また酸化被膜上に形成する固体電解質のうち導電性高分子を用いたものは、熱酸化反応が生じて電気特性が損なわれるという問題があった。この為、コンデンサ素子の誘電体部と接続部との距離を短くすることが出来ず、コンデンサ素子の誘電体部を大きくして体積効率を向上させる事は困難であった。

また、コンデンサ素子の誘電体部と接続部との距離が短いと、製造時の寸法精度誤差によっては絶縁が不十分となりショートが発生して歩留まりが低下するという問題があった。

特許文献３のような、ショート防止のために耐熱性の絶縁性樹脂層をマスキング材として塗布する方法ではコンデンサ素子の多孔質体内にマスキング材が浸入して誘電体の表面を覆ってしまい導通が取れず、コンデンサの容量減少を起こしてしまうという問題があった。

特開２００２−１５９５３号公報 特開平９−９７７４６号公報 国際公開第ＷＯ００／６７２６７号パンフレット

上記従来技術においては、特許文献１では体積効率が悪く、特許文献２では溶融接合の際の熱の影響により陽極端子と陽極リードの接続部とコンデンサ素子の誘電体部との距離を短くすることができず、特許文献３ではマスキング材による容量減少の問題があった。このような状況にあって本発明の課題は、体積効率に優れるとともに生産性のよい固体電解コンデンサを提供することにある。

上記課題を解決するため本発明の固体電解コンデンサは、コンデンサ素子本体から植立された陽極リードとコンデンサ素子本体の周囲に形成された陰極層とを備えるコンデンサ素子と前記陽極リードおよび陰極層に固着された陽極端子および陰極端子と、前記陽極端子および陰極端子を残して前記コンデンサ素子を覆う外装樹脂を含む固体電解コンデンサにおいて、前記陽極端子と前記コンデンサ素子本体との間に、前記陽極端子側に導体層を有する耐熱性の絶縁性樹脂層が前記陽極リードを貫通させるように設けられたことを特徴とする。

また本発明の固体電解コンデンサは、前記耐熱性の絶縁性樹脂層はポリイミド材料、熱収縮フッ素系高分子材料、熱収縮ポリオレフィン材料が望ましく、導体層は耐熱性の絶縁性樹脂層に金属箔を張り合わせたもの、導電性接着剤を塗布したものが望ましく、前記陽極リードと前記陽極端子が抵抗溶接あるいはレーザ溶接であってもよく、前記陽極リードと前記陽極端子の接続部とコンデンサ素子本体との距離が０．１ｍｍ以下がよい。

本発明では、陽極リードと陽極端子の接続部とコンデンサ素子本体との間に耐熱性の絶縁性樹脂層を配置し、陽極リードと陽極端子を接合させる。また耐熱性の絶縁性樹脂層の陽極端子の接続面側に導電体を配置して陽極端子方向への放熱を促進させることにより、即ち、陽極リードと陽極端子を接合させる時に発生する熱を拡散させることにより、誘電体酸化被膜のＬＣ劣化を抑制し、生産性が向上し、また、コンデンサ素子の誘電体部と陽極端子との距離の短化により固体電解コンデンサの体積効率上昇ができる。

次に、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の固体電解コンデンサを説明する断面図であり、図２、図３は、本発明の固体電解コンデンサの陽極端子側の側面図である。本発明の固体電解コンデンサの陽極材料は、弁作用金属で陽極酸化処理によって誘電性の陽極酸化被膜を形成するものであれば良いが、タンタル金属を用いたタンタル固体電解コンデンサを例に説明する。また、コンデンサ素子の製造方法は、公知の技術によるものとして簡略に以下説明する。コンデンサ素子の形状、陽極リードの形状、導出位置等は特に限定されないものとする。

公知の技術によってコンデンサ素子の陽極導出部となるタンタル線からなる陽極リード３ａが導出されたタンタル金属粉末からなる多孔質のプレス体を高真空、高温で処理し、多孔質性を維持したまま焼結体とする。その後、電解液に焼結体を浸漬して例えば２０Ｖの化成電圧で陽極酸化処理によってタンタル金属表面に誘電体酸化被膜であるＴａ₂Ｏ₅を形成する。次いで、誘電体酸化被膜の上に固体電解質を形成する。固体電解質はチオフェンモノマーもしくはピロールモノマーもしくはこれらの誘導体モノマーを重合して導電性高分子により形成してもよいし硝酸マンガンの熱分解によって二酸化マンガンを形成しても良い。この上にグラファイトペースト、銀ペーストによる陰極層３ｂを順次形成してコンデンサ素子本体３とする。コンデンサ素子本体３の陰極層３ｂと陰極端子２とを接着剤に銀を含有した導電性接着剤７で接着し、コンデンサ素子本体３と陰極端子２を導電可能とする。

次に、図１に示すように、コンデンサ素子本体３の陽極リード３ａから、コンデンサ素子本体３に耐熱性の絶縁性樹脂層４を設ける。耐熱性の絶縁性樹脂層としては、ポリイミド、ポリオレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー等が挙げられ、片面に導電性塗料、金属薄膜等の導体層５を設け、陽極リード３ａの断面に相当する穴を開け、陽極リード３ａを通して、導体層５を設けない面をコンデンサ素子本体３と接するように取り付ける。

次いで、４２合金からなる陽極端子１を陽極リード３ａに取り付ける。陽極端子１は陽極リード３ａとの接続部を、図２に示すように貫通穴としたもの、もしくは図３のように切り欠きを付けたものとし、耐熱絶縁樹脂層と陽極端子の間を必要により熱硬化性樹脂で埋め、陽極リード３ａと陽極端子１を抵抗溶接あるいはレーザ溶接等により溶接する。陽極端子１の外側にはみ出したタンタルリード線からなる陽極リード３ａを切断し、コンデンサ素子本体３上を陽極端子１と陰極端子２の部分を除いてエポキシ樹脂等の外装樹脂６によって外装を形成してチップ型の固体電解コンデンサとする。陽極端子１の接続部とコンデンサ素子本体上の耐熱性の絶縁性樹脂層４との距離が短いほど、固体電解コンデンサにおけるコンデンサとして機能するコンデンサ素子本体３の体積の比率を大きくすることができ、すなわち体積効率の向上が出来ることとなる。陽極端子１の接続部と耐熱性の絶縁性樹脂層４との距離は０．１ｍｍ以下、望ましくは０．０５ｍｍ以下がよい。

陽極リード３ａと陽極端子１との接合によって発生した熱は、耐熱性の絶縁性樹脂層４で熱伝導を妨げられるため、コンデンサ素子本体３の誘電特性を劣化させることなく陽極端子１の接続部と耐熱性の絶縁性樹脂層４との距離が短く出来る。また耐熱性の絶縁性樹脂層４と陽極端子１との間に形成した導体層５によって陽極端子１および導体層５の周辺への放熱を促進させる事が出来る。

次に、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。

図１に示すように、タンタル線からなる陽極リード３ａが導出されたタンタル金属粉末のプレス体を焼結した多孔質焼結体に陽極酸化処理により誘電体酸化被膜であるＴａ₂Ｏ₅を形成した。次いで、誘電体酸化被膜上に固体電解質としてチオフェンモノマーを重合して導電性高分子からなる固体電解質を形成した。その上にグラファイトペースト、銀ペーストによる陰極層３ｂを順次形成してコンデンサ素子本体３とした。その後、コンデンサ素子本体３の陰極層３ｂと陰極端子２を接着剤に銀を含有した導電性接着剤７で接着し、コンデンサ素子本体３と陰極端子２を導電可能とする。

次に、ポリイミドからなる耐熱性の絶縁性樹脂層４の片面に、導電塗料からなる導体層５を形成した。耐熱性の絶縁性樹脂層４に陽極リード３ａの断面に相当する穴を開け、導体層５が外側になるように陽極リード３ａを通してコンデンサ素子本体３の陽極リード３ａ取り出し面上に耐熱性の絶縁性樹脂層４を設けた。

次いで図２のように陽極リード３ａとの接続部に貫通穴を設けた４２合金からなる陽極端子１を陽極リード３ａを通してコンデンサ素子本体３上の耐熱性の絶縁性樹脂層４の上に配置した後、陽極リード３ａと陽極端子１を抵抗溶接により接続した。このときの陽極端子１の陽極リード３ａとの接続部と耐熱性の絶縁性樹脂層４との距離を０．０５ｍｍとした。

陽極端子１から突き出た陽極リードを切断し、コンデンサ素子本体３上を陽極端子１と陰極端子２の部分を除いてモールド成型によりエポキシ樹脂からなる外装樹脂６によって外装を形成してチップ型の固体電解コンデンサとした。

耐熱性の絶縁性樹脂層４として熱収縮性フッ素系高分子を用いた以外は実施例１と同様に固体電解コンデンサを作製した。この場合、コンデンサ素子本体３上に耐熱性の絶縁性樹脂層４を設けた後の熱処理により耐熱性の絶縁性樹脂層４が収縮し陽極リード３ａと耐熱性の絶縁性樹脂層４の密着性が高まる。

耐熱性の絶縁性樹脂層４として熱収縮性のポリオレフィン系ポリマーを、導体層５として耐熱性の絶縁性樹脂層４に蒸着により形成したＡｌ金属を用いた以外は実施例１と同様に固体電解コンデンサを作製した。

陽極リード３ａと陽極端子１をレーザ溶接により接続した以外は実施例１と同様に固体電解コンデンサを作製した。

（比較例１）
従来のリードフレームを用いて実施例１と同一外形寸法とした場合のチップ型の固体電解コンデンサを作製した。

（比較例２）
耐熱性の絶縁性樹脂層４を設けずに陽極リード３ａと陽極端子１を抵抗溶接により接続した以外は実施例１と同様に固体電解コンデンサを作製した。このときの陽極端子１の陽極リード３ａとの接続部と耐熱性の絶縁性樹脂層４との距離は０．０５ｍｍとした。

実施例１〜実施例４、比較例１、比較例２による固体電解コンデンサを外装体としたときの容量（１２０Ｈｚ）と漏れ電流ＬＣ（６．３Ｖ）を測定した結果を表１に示す。

表１の結果より、固体電解コンデンサの体積中のおける陽極端子の陽極リードとの接続部とコンデンサ素子との距離を短くしその分コンデンサ素子の体積を大きくして体積効率を改善したことによって容量の増加及び漏れ電流の悪化を抑制が出来たことが分かる。従来、陽極端子の陽極リードとの接続部とコンデンサ素子との距離は０．２ｍｍ以上の間隔がないとコンデンサ特性の劣化が見られたが、本発明では距離寸法を短くし、その分のコンデンサの素子体積を増やす事ができ、体積効率を向上することが出来た。また、陽極端子の陽極リードとの接続部とコンデンサ素子本体との距離が０．１ｍｍを超えると体積効率向上の効果が減少する。

本発明の固体電解コンデンサを説明する断面図。 本発明の固体電解コンデンサの陽極端子側の側面図。 本発明の固体電解コンデンサの陽極端子側の側面図。 従来の固体電解コンデンサを説明する断面図 従来のリードフレームを用いた固体電解コンデンサを説明する断面図。

符号の説明

１，１１ 陽極端子
２，１２ 陰極端子
３ コンデンサ素子本体
３ａ 陽極リード
３ｂ 陰極層
４ 耐熱性の絶縁性樹脂層
５ 導体層
６ 外装樹脂
７ 導電性接着剤

Claims (9)

1. コンデンサ素子本体から植立された陽極リードとコンデンサ素子本体の周囲に形成された陰極層とを備えるコンデンサ素子と、前記陽極リードおよび陰極層に固着された陽極端子および陰極端子と、前記陽極端子および陰極端子を残して前記コンデンサ素子を覆う外装樹脂を含む固体電解コンデンサにおいて、前記陽極端子と前記コンデンサ素子本体との間に、前記陽極端子側に導体層を有する耐熱性の絶縁性樹脂層が前記陽極リードを貫通させるように設けられたことを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 前記耐熱性の絶縁性樹脂層がポリイミド材料であることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
3. 前記耐熱性の絶縁性樹脂層が熱収縮フッ素系高分子材料であることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
4. 前記耐熱性の絶縁性樹脂層が熱収縮ポリオレフィン材料であることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
5. 前記陽極端子と前記コンデンサ素子本体との間に前記陽極端子側に金属箔を張り合わせた耐熱性の絶縁性樹脂層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
6. 前記陽極端子と前記コンデンサ素子本体との間に前記陽極端子側に導電性接着剤を塗布した耐熱性の絶縁性樹脂層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
7. 前記陽極リードと前記陽極端子が抵抗溶接により接続されたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。
8. 前記陽極リードと前記陽極端子がレーザ溶接により接続されたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。
9. 前記陽極リードと前記陽極端子の接続部と、コンデンサ素子本体との距離が０．１ｍｍ以下である請求項１ないし８のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。

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