JP4715299B2

JP4715299B2 - 固体電解コンデンサ

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Publication number: JP4715299B2
Application number: JP2005143759A
Authority: JP
Inventors: 一生只信; 秀人山口; 嘉津代西田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2025-05-17
Also published as: JP2006324299A

Description

本発明は各種電子機器に使用される固体電解コンデンサに関するものである。

最近の電子機器のデジタル化に伴い、そこに使用される固体電解コンデンサとしても高周波領域において等価直列抵抗（以下、ＥＳＲと呼ぶ）の低いものへの要求が高まっている。

従来、この種の固体電解コンデンサは、図１４、１５に示されるような構成を有していた。

図１４（ａ）、（ｂ）は従来の固体電解コンデンサの構成を示す正面断面図、側面断面図（同Ａ−Ａ断面図）である。図１５は同固体電解コンデンサにおけるコンデンサ素子の構成を示す断面図である。

図１５においては、６１はタンタル、アルミニウム、ニオブ、チタン等の弁作用金属からなる平板状の陽極体である。

この陽極体６１に弁作用金属からなる陽極引き出し部６２を区分する絶縁体層６３を設け、陽極引き出し部６２と区分された他方の陽極体６１の表面に誘電体酸化皮膜６４を有し、誘電体酸化皮膜６４の表面には、導電性高分子からなる固体電解質層６５とカーボン層６６、銀ペースト層６７からなる陰極層６８を順次形成して、コンデンサ素子６９とする。

図１４に示すように、このコンデンサ素子６９を複数積層して、コンデンサ素子６９の陽極引き出し部６２を溶接により接合した陽極部７０と、コンデンサ素子６９の導電性接着剤層７１を介して陰極層６８を接合した陰極部７２とを有0するものである。

導電性接着剤層７１は銀粉末と有機バインダーと有機溶剤との混合からなるペースト状の導電性接着剤を陰極層６８の積層面上に定量塗布して、コンデンサ素子６９を積層し加圧してこの導電性接着剤を陰極層６８間に押し広げ加熱硬化したものである。

７６は導電性接着剤の加熱硬化時に有機溶剤のガス化により陰極層６８と導電性接着層７１と界面に生じた空洞で、７７は上記導電性接着剤を陰極層６８間に押し広げた時に導電性接着剤の塗布量が少ないために陰極層６８間に形成されていない部分である。

上記コンデンサ素子６９の積層体の陽極部７０を陽極端子７３に抵抗溶接により接続し、導電性ペースト７４を用いて陰極部７２を陰極端子７５に接続して、コンデンサ素子６９の積層体全体を外装樹脂層７８で被覆して固体電解コンデンサとしたものである。

このような従来の技術としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。
特開平３−１４５１１５号公報

しかしながら、従来の固体電解コンデンサにおいては、ペースト状の導電性接着剤を加熱硬化したものからなる導電性接着剤層７１を介して積層したコンデンサ素子６９の陰極層６８を接合したものであることにより、ペースト状の導電性接着剤が陰極層６８間で広がって精度良く導電性接着剤層７１を形成することが難しく、ペースト状の導電性接着剤が陰極層６８から押し出されたり這い上がりして絶縁体層６３または陽極引き出し部６２まで形成されて漏れ電流が増加（ショートを含む）しないようにするため、またペースト状の導電性接着剤が陰極層６８の側面に突起状に押し出され外装樹脂層７８から露出して水分が浸入し易く漏れ電流が増加しないようにするため、ペースト状の導電性接着剤の塗布量を少なくして陰極層６８と導電性接着剤層７１との接合面積を小さくしなければならなく、漏れ電流を増加させずにＥＳＲを小さくすることができない課題があった。

特に複数の陰極層６８間を有する場合は、各陰極層６８間のペースト状の導電性接着剤の広がりが異なり精度良く導電体接着剤層７１を形成することが更に困難になり、ＥＳＲが増加する課題があった。

またペースト状の導電性接着剤の加熱硬化時に有機溶剤がガス化してペースト状の導電性接着剤を押し広げたり飛散させたりして、陰極層６８と導電性接着剤層７１との界面に空洞７６が生じて、陰極層６８と導電性接着剤層７１の接合面積が減少してＥＳＲを増加する課題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決するもので、高周波領域において更なるＥＳＲの低減を図った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。

上記目的を達成するために本発明は、陽極引き出し部を具備した弁作用金属からなる陽極体の表面に誘電体酸化皮膜と固体電解質層と陰極層を順次積層してコンデンサ素子とし、このコンデンサ素子を複数積層し、上記コンデンサ素子の陽極引き出し部を接合した陽極部と、位置決め部またはおよびガス抜き部を設けた導電性シートを介して上記コンデンサ素子の陰極層を接合した陰極部と、上記陽極部、陰極部に夫々接合する陽極端子と陰極端子と、上記陽極端子と陰極端子の一部が夫々露呈し上記コンデンサ素子の積層体を被覆する外装樹脂層とから構成されるものである。

以上のように本発明の固体電解コンデンサは、位置決め部またはおよびガス抜き部を設けた導電性シートを介して積層したコンデンサ素子の陰極層を接合した構成としたことにより、ガス発生を極力抑制でき陰極層と導電性シートとの界面で空洞がほとんどできないため変形が小さく陰極層間の接合面積を安定にすることができ、漏れ電流を増加させずにＥＳＲを小さくできる効果を奏するものである。

本発明は、請求項１に記載のように陽極引き出し部を具備した弁作用金属からなる陽極体の表面に誘電体酸化皮膜と固体電解質層と陰極層を順次積層してコンデンサ素子とし、このコンデンサ素子を複数積層し、上記コンデンサ素子の陽極引き出し部を接合した陽極部と、位置決め部またはおよびガス抜き部を設けた導電性シートを介して上記コンデンサ素子の陰極層を接合した陰極部と、上記陽極部、陰極部に夫々接合する陽極端子と陰極端子と、上記陽極端子と陰極端子の一部が夫々露呈し上記コンデンサ素子の積層体を被覆する外装樹脂層とから構成される固体電解コンデンサである。
これにより導電性シートの変形が小さく陰極層間の接合面積を安定にすることができ、ガス発生を極力抑制できるためＥＳＲを小さくできる効果を奏するものである。

また、陰極層と導電性シートとの接合位置を精度良く合わせ、接合面積を高めることができ、さらに、極僅かであるが導電性シートに残留した有機溶剤のガスがガス抜き部より抜けて、陰極層と導電性シートとの界面の隙間をより小さくできるため、更にＥＳＲの小さい固体電解コンデンサを得ることができるという効果を奏するものである。

また、請求項２に記載のように上記導電性シートを上記陰極層の積層面と略同形状としてもよい。

これにより、陰極層の積層面の全面を接合して、陰極層の積層面での接合面積を最大限にすることができ、更にＥＳＲの小さい固体電解コンデンサを得ることができるという効果を奏するものである。

また、請求項３に記載のように上記導電性シートを上記陰極層の側面を被覆する構成としてもよい。

これにより、陰極層との接合面積を増加でき、更にＥＳＲの小さい固体電解コンデンサを得ることができるという効果を奏するものである。

また、請求項４に記載のように上記導電性シートを２つ以上の上記コンデンサ素子の陰極層を被覆するように構成してもよい。

また、請求項５に記載のように少なくとも２以上の上記導電性シート間を電気的に接続してもよい。

これにより、陰極層から陰極端子までの電気的抵抗を小さくすることができ、更にＥＳＲの低い固体電解コンデンサを得ることができるという効果を奏するものである。

（実施例１）
以下、本発明の実施例1における固体電解コンデンサについて、図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）は本発明の実施例１における固体電解コンデンサの構成を示す正面断面図である。

図１（ｂ）は同固体電解コンデンサの側面断面図（Ａ−Ａ断面図）、図２は同固体電解コンデンサにおけるコンデンサ素子の構成を示す断面図である。

図２において陽極体１１はアルミニウムの弁作用金属からなる箔であり、弁作用金属からなる陽極引き出し部１７が具備されている。

誘電体酸化皮膜１２は、絶縁体層１８により陽極引き出し部１７と区分された一方の陽極体１１の表面に陽極酸化により形成された酸化アルミニウムからなる。

実施例１は、弁作用金属がアルミニウムであるが、タンタル、ニオブ、チタン等の弁作用金属でもよく、陽極体１１は弁作用金属の箔または弁作用金属の粉末からなる多孔質焼結体であってもよい。

固体電解質層１３は、誘電体酸化皮膜１２の表面に形成され、ポリピロールの導電性高分子からなる。

また、実施例１は、固体電解質層１３がポリピロールからなるが、ポリチオフェン、ポリアニリンの導電性高分子、または二酸化マンガンを含む酸化マンガン物から構成してもよい。

さらに、固体電解質層１３の表面にカーボン層１４と銀ペーストを用いた導電体層１５からなる陰極層１６を形成する。

以上のように陽極体１１の表面に誘電体酸化皮膜１２と固体電解質層１３と陰極層１６を順次形成してコンデンサ素子１９とする。

図１において２０は導電性シートを示し、この導電性シート２０は、まず平均粒径５μｍのフレーク状のＡｇ金属からなる導電性フィラーとエポキシ系のバインダー樹脂と有機溶剤とを混合して、三本ロール、ボールミル等の分散装置により均一分散させ、ペースト状の混合物としたものを、テフロン（登録商標）等の離型性に優れた基材に薄膜状に塗布した後、加熱処理によって有機溶剤を揮散させて、上記導電性フィラーとバインダー樹脂とからなる厚み２０μｍ、体積抵抗率０．１×１０^−４Ω・ｃｍのフィルムとし、これを基材から剥がして、陰極層１６の積層面１６ａと略同形状に加工したものである。

上記導電性シート２０は、厚み５μｍ〜５０μｍ、体積抵抗率０．０５×１０^−４〜１０．０×１０^−４Ω・ｃｍとしてもよい。

なお上記導電性フィラーは、Ａｇ金属の他に銅、金、ニッケル等でフレーク状、球状、樹枝状等の金属粉末、また導電性高分子の粉末でもよく、これらを単独または混合して用いることができる。

上記導電性フィラーの粒径は、上記均一分散と導電性シート２０の厚みを考慮すると、平均粒径が２０μm以下のもので導電性シートの厚みの半分以下が好ましい。

この導電性フィラーの含有質量は、上記バインダー樹脂の含有質量に対して１．０倍〜２０．０倍となるように用いるのが好ましい。

１．０倍未満では得られる導電性シート２０の体積抵抗率が増加して好ましくなく、２０．０倍を越えるとバインダー樹脂が少なくなるために、充分な接着強度が得られなくなるので好ましくない。

上記バインダー樹脂は、フェノール系、アクリル系、ポリイミド等であってもよい。

陽極部２１は、コンデンサ素子１９を複数積層させ、コンデンサ素子１９の陽極引き出し部１７を接合したものである。

図１では、コンデンサ素子１９を５個積層させたものを示している。

陰極部２２は、コンデンサ素子１９を複数積層させ、導電性シート２０を陰極層１６の積層面１６ａの全面に被覆し、導電性シート２０を介してコンデンサ素子１９の陰極層１６を温度１５０〜２００℃、時間５〜６０分、加熱し硬化させて接合したものである。

導電性シート２０を介してコンデンサ素子１９の陰極層１６を加圧して接合した方が、導電性シート２０と陰極層１６との密着性が高くなり接合強度が増加するため好ましい。

また導電性シート２０を介してコンデンサ素子１９を圧着により陰極層１６間を接合してもよい。

コンデンサ素子１９を複数積層したコンデンサ素子１９の積層体１９ａは、陽極部２１、陰極部２２を有するもので、この陽極部２１は、リードフレームからなる陽極端子２３に溶接により接合されて、陰極部２２は、リードフレームからなる陰極端子２４に導電性ペーストを用いて形成した導電性ペースト層２５を介して接合されたものである。

さらに、陽極端子２３と陰極端子２４の一部が夫々露呈しコンデンサ素子１９の積層体１９ａを被覆するように外装樹脂層２６を構成して固体電解コンデンサとしたものである。

（比較例１）
比較例１は、平均粒径５μｍのフレーク状のＡｇ金属からなる導電性フィラーとエポキシ系のバインダー樹脂と有機溶剤とを混合する導電性銀ペーストを介して陰極層を接合したものである。

上記導電性銀ペーストが上記陰極層の側面に押し出されないように塗布量を調整して実施例1のコンデンサ素子１９の陰極層１６の積層面に塗布し、コンデンサ素子１９を同数積層して、温度１５０〜２００℃、時間５〜６０分、加熱して硬化させ上記陰極層を接合し、このコンデンサ素子１９の積層体に陽極端子、陰極端子の一部が夫々露呈しコンデンサ素子１９の積層体を被覆するように外装樹脂層を構成して固体電解コンデンサとしたものである。

上記実施例１、及び後述する実施２〜１２、比較例１によるコンデンサ素子を５個積層した２Ｖ２２０μＦの固体電解コンデンサを周波数１００ｋＨｚで測定したＥＳＲ特性を（表１）に示す。

（表１）から明らかなように、実施例１の固体電解コンデンサはＥＳＲの値が、比較例１よりＥＳＲの値が小さくまたばらつきも著しく小さくなる。

本実施例１によれば、導電性シート２０を介して積層したコンデンサ素子１９の陰極層１６を接合した構成としたことにより、導電性シート２０は這い上がりがなく、また陰極層１６に加圧した負荷状態で変形が小さいため、絶縁体層１８または陽極引き出し部１２に押し出されず陰極層１６の側面１６ｂに突起状に押し出されずに、陰極層１６間の接合面積を安定にすることができ、漏れ電流を増加させずにＥＳＲを小さくできる効果を奏する。

また、導電性シート２０は、上記ペースト状の混合物に含有する有機溶剤を揮散させたフィルムを所望の形状に加工したものであり、陰極層１６の接合時にガス発生を極力抑制でき、陰極層１６と導電性シート２０との界面で空洞がほとんどないためＥＳＲを小さくできる効果を奏する。

また、導電性シート２０を陰極層１６の積層面１６ａと略同形状とし陰極１６の積層面１６ａに全面に被覆することにより、陰極層１６の積層面１６ａでの接合面積を最大限にすることができ、更にＥＳＲの小さい固体電解コンデンサを得ることができるという効果を奏するものである。

以下の本発明の実施例は、導電性シートの構成が異なるようにしたもので、これ以外の構成は、実施例１と同様であるため、同一部分には同一符号を付与してその詳細な説明を省略し、異なる構成のみ図を参照しながら説明する。

（実施例２）
以下、実施例２を用いて本発明の請求項３の記載について説明する。

図３（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例２における固体電解コンデンサの構成を示す正面断面図、同固体電解コンデンサ側面断面図（Ａ−Ａ断面図）である。

図４は同導電性シートの平面図である。

２７は導電性シートを示し、導電性シート２７はコンデンサ素子１９の陰極層１６の積層面１６ａと一つ以上の側面１６ｂを被覆する形状を有するものである。

この導電性シート２７を平面に展開した形状は、図４に示すように３箇所の側面１６ｂに対応する導電性シートの部分が矩形状になっているものである。

上記実施例２による固体電解コンデンサを周波数１００ｋＨｚで測定したＥＳＲ特性を（表１）に示す。

（表１）から明らかなように、実施例２の固体電解コンデンサはＥＳＲの値が、実施例１よりＥＳＲの値が小さくまたばらつきも著しく小さくなる。

本実施例２によれば、上記の構成により陰極層１６と導電性シート２７の接合面積を増加でき、更にＥＳＲの小さい固体電解コンデンサを得ることができるという効果を奏するものである。

（実施例３、４）
次に、実施例３、４を用いて本発明の請求項４の記載について説明する。

図５は本発明の実施例３における固体電解コンデンサの構成を示す側面断面図である。

図５に示すように、導電性シート２８はコンデンサ素子１９の陰極層１６の積層面１６ａと側面１６ｂおよび他のコンデンサ素子１９の陰極層１６の側面２２を被覆したもので、このコンデンサ素子１９と他のコンデンサ素子１９の陰極層１６の積層面１６ａには、この積層面１６ａのみに導電性シート２８ａが形成されたものである。

図６は本発明の実施例４における固体電解コンデンサの構成を示す側面断面図である。

図６に示すように、導電性シート２９は、複数のコンデンサ素子１９の陰極層１６の積層面１６ａと側面１６ｂをつづらおり状に被覆したものである。

本実施例３、４によれば、上記の構成により陰極層１６と導電性シート２８、２９の接合面積を増加でき、更にＥＳＲの小さい固体電解コンデンサを得ることができるという効果を奏するものである。

（実施例５）
図７は本発明の実施例５における固体電解コンデンサの構成を示す側面断面図である。

図７に示すように、３０は導電性シートを示し、導電性シート３０は２つ以上の導電性シート３０をコンデンサ素子１９の陰極層１６の側面１６ｂの外方で重ねて接触させ、加熱等により硬化させ、電気的に接続したものである。

また２つ以上の導電性シート間を積層面１６ａで電気的に接続したものでもよい。

本実施例５によれば、上記の構成により陰極層１６から陰極端子２４までの電気的抵抗を小さくすることができ、更にＥＳＲの低い固体電解コンデンサを得ることができるという効果を奏するものである。

（実施例６、７）
図８、９は夫々本発明の実施例６、７における固体電解コンデンサの構成を示す側面断面図である。

図８に示すように実施例６における導電性シート３１は、凸状に隆起した位置決め部３３をコンデンサ素子１９の陰極層１６の側面１６ｂの周囲の一部に合致するように設けたものである。

位置決め部３３は、導電性シート３１を押し出し加工または導電性シート３１の周囲を押しつぶし加工して形成したものでもよく、また凸状の導電性部材等を接続したものでもよい。

また図９に示すように実施例７における導電性シート３２は、壁状に隆起した位置決め部３４を陰極層１９の側面１６ｂの周囲の一部に合致するように、この周囲を折り曲げ加工して設けたものである。

位置決め部は導電性シート３１、３２の一方の面に設けたものであるが両方の面に設けてもよい。

本実施例６、７によれば、上記の構成により、陰極層１６と導電性シート３１、３２との接合位置を精度良く合わせ、接合面積を高めることができ、更にＥＳＲを小さくできる効果を奏するものである。

（実施例８、９）
図１０は本発明の実施例８における固体電解コンデンサの構成を示す側面断面図、図１１は同導電性シートの平面図である。

図１２は本発明の実施例９における固体電解コンデンサの構成を示す側面断面図を示す断面図、図１３は同導電性シートの平面図である。

図１０、１１に示すように導電性シート３５は、陰極層１６の積層面１６ａに対応する導電性シート３５の表面に内部から周辺部に繋がるように溝状のガス抜き部３６を設けたものである。

図１１においては、溝状のガス抜き部３６が導電性シート３５の中心部で交わって十字状に周辺部へ繋がっているものである。

ガス抜き部３６は導電性シート３５の一方または両方の面に設けてもよい。

または図１２、１３に示すように陰極層１６の積層面１６ａに対応する導電性シート３７の内部から周辺部に繋がるように切り欠いたガス抜き部３８を設けてもよい。

図１３においては、溝状のガス抜き部３８が導電性シート３５の中心から外れた箇所から周辺へ独立して切り欠いているものである。

本実施例８、９によれば、上記の構成により、導電性シート３５、３７が実施例1と同様にペースト状の混合物を加熱処理によって有機溶剤を揮散させたフィルムを加工したもので、上記有機溶剤が導電性シート３５、３７に極僅かであるが残留する場合、導電性シート３５、３７を介して陰極層１６を加熱等して硬化により接合する時に発生した上記有機溶剤のガスが、陰極層１６と導電性シート３５、３７の界面に隙間を形成せずにガス抜き部３６、３８を通じて陰極層１６間の外方に出て行き、陰極層１６と導電性シート３５、３７との界面の隙間をより小さくできるため、更にＥＳＲの小さい固体電解コンデンサを得ることができるという効果を奏するものである。

実施例１０、１１、１２と実施例１との相違点は、導電性シートの構成材料である。

（実施例１０）
導電性シート３９は、金属のみから構成されるものでＳｎ−Ａｇ系に微量のＣｕ、Ｂｉ、Ｉｎ金属を添加した金属からなるシートであり、導電性シート３９を１６０℃〜２３０℃の温度で加熱により導電性シート３９の周囲を溶融して陰極層１６間を接合したものである。

なお上記金属は、Ｓｎ単独、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｉｎ等の金属からなるものであって、１１０℃〜２６０℃の温度で導電性シート３９の周囲を溶融して陰極層１６間を接合してもよい。

（実施例１１）
導電性シート４０は、金属のみから構成されるもので１１０℃〜２６０℃の温度で溶融しないＣｕ等からなる金属板の少なくとも陰極層の積層面に接する面を上記温度で溶融するＳｎ、Ｓｎ合金等からなる金属で被覆したものであり、導電性シート４０を１１０℃〜２６０℃の温度で加熱により導電性シート４０の周囲を溶融して陰極層１６間を接合したものである。

（実施例１２）
導電性シート４１は、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン等の導電性高分子からなるシートであり、導電性シート４１を介して陰極層１６間を圧接して接合してもよい。

実施例１０〜１１により、導電性シート３９、４０、４１の変形が小さく陰極層１６間に精度良く形成することができ、ガス発生がないためＥＳＲを小さくできる効果を奏するものである。

本発明は、電子機器のデジタル化に伴って要求される小形大容量の固体電解コンデンサのＥＳＲを高周波領域において低くすることに利用される。

（ａ）は本発明の実施例１における固体電解コンデンサの構成を示す正面断面図、（ｂ）は同固体電解コンデンサの側面断面図（Ａ−Ａ断面図）本発明の実施例１におけるコンデンサ素子の構成を示す断面図（ａ）は本発明の実施例２における固体電解コンデンサの構成を示す正面断面図、（ｂ）は同側面断面図（Ａ−Ａ断面図）本発明の実施例２における導電性シートの平面図本発明の実施例３における固体電解コンデンサの構成を示す側面断面図本発明の実施例４における固体電解コンデンサの構成を示す側面断面図本発明の実施例５における固体電解コンデンサの構成を示す側面断面図本発明の実施例６における固体電解コンデンサの構成を示す側面断面図本発明の実施例７における固体電解コンデンサの構成を示す側面断面図本発明の実施例８における固体電解コンデンサの構成を示す側面断面図本発明の実施例８における導電性シートの平面図本発明の実施例９における固体電解コンデンサの構成を示す側面断面図本発明の実施例９における導電性シートの平面図（ａ）は従来の固体電解コンデンサの構成を示す正面断面図、（ｂ）は同側面断面図従来の固体電解コンデンサにおけるコンデンサ素子の構成を示す断面図

符号の説明

１１陽極体
１２誘電体酸化皮膜
１３固体電解質層
１４カーボン層
１５導電体層
１６陰極層
１６ａ積層面
１６ｂ側面
１７陽極引き出し部
１８絶縁体層
１９コンデンサ素子
１９ａ積層体
２０導電性シート
２１陽極部
２２陰極部
２３陽極端子
２４陰極端子
２５導電性ペースト層

Claims

陽極引き出し部を具備した弁作用金属からなる陽極体の表面に誘電体酸化皮膜と固体電解質層と陰極層を順次積層してコンデンサ素子とし、このコンデンサ素子を複数積層し、上記コンデンサ素子の陽極引き出し部を接合した陽極部と、位置決め部または／およびガス抜き部を設けた導電性シートを介して上記コンデンサ素子の陰極層を接合した陰極部と、上記陽極部、陰極部に夫々接合する陽極端子と陰極端子と、上記陽極端子と陰極端子の一部が夫々露呈し上記コンデンサ素子の積層体を被覆する外装樹脂層とから構成されることを特徴とする固体電解コンデンサ。
上記導電性シートを上記陰極層の積層面と略同形状とし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。
上記導電性シートを上記陰極層の側面を被覆する構成とし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。
上記導電性シートを２つ以上の上記コンデンサ素子の陰極層を被覆するように構成し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。
少なくとも２以上の上記導電性シート間を電気的に接続し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。