JP4802550B2 - 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、特に、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、このような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。

図７は従来のこの種の固体電解コンデンサの構成を示した断面図、図８は同斜視図、図９は同固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子の構成を示した一部切り欠き斜視図であり、図７〜図９において２０はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子２０は弁作用金属であるアルミニウム箔からなる陽極体２１の表面に誘電体酸化皮膜層を形成した後に絶縁性のレジスト部２２を設けて陽極部２３と陰極部２４に分離し、この陰極部２４の誘電体酸化皮膜層の表面に導電性高分子からなる固体電解質層２５、カーボンと銀ペーストからなる陰極層２６を順次積層形成することによって構成されたものである。

２７は陽極端子、２８は陰極端子、２８ａはこの陰極端子２８の接続面の一部を曲げ起こすことにより形成されたガイド部であり、上記コンデンサ素子２０の陽極部２３を陽極端子２７の接続面に、同じく陰極部２４を陰極端子２８の接続面に夫々搭載し、コンデンサ素子２０の陽極部２３を陽極端子２７の接続面の接続部２７ａを折り曲げて抵抗溶接により接合し、陰極部２４を陰極端子２８の接続面に図示しない導電性銀ペーストを介して接合したものである。

２９はこのようにコンデンサ素子２０を接合した陽極端子２７と陰極端子２８の一部が夫々外表面に露呈する状態で上記コンデンサ素子２０を被覆した絶縁性の外装樹脂であり、この外装樹脂２９から表出した陽極端子２７と陰極端子２８は夫々外装樹脂２９に沿って側面から底面へと折り曲げられることによって外部端子を構成し、これにより面実装型の固体電解コンデンサを構成したものであった。

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２０００−３４０４６３号公報

しかしながら上記従来の固体電解コンデンサでは、コンデンサ素子２０の陽極部２３ならびに陰極部２４に夫々接続される陽極端子２７と陰極端子２８の形状が複雑でコスト高の要因になっているばかりでなく、陽極端子２７と陰極端子２８のコンデンサ素子２０との接触面（陽極部２３と陰極部２４）から実装面までの距離が長いことからＥＳＬ（等価直列インダクタンス）特性が悪いという課題があり、近年、パーソナルコンピュータのＣＰＵ周り等に使用される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、ノイズ除去性や過度応答性に優れ、かつ低ＥＳＬ化が要求されている状況下では採用できないという課題を有したものであった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、コンデンサ素子から端子までの引き出し距離を短くすることにより低ＥＳＬ化を達成することが可能な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、陽極部と陰極部を有する平板状のコンデンサ素子を陽極フレーム、陰極フレーム上に接合し、この陽極フレーム、陰極フレームを夫々陽極端子、陰極端子上に接合し、この陽極端子と陰極端子の実装面となる夫々の下面を露呈させて上記コンデンサ素子を外装樹脂で被覆した固体電解コンデンサにおいて、上記陽極端子と陰極端子とを結ぶ方向と交差する方向上にある上記陽極端子の両端に、上記陽極端子の下面から上方へ階段状の段差を形成して上記陽極フレームと接合される接合面を設けると共に、上記陰極端子の中央部に対向する壁面と開口部を有するように上記陰極端子の下面から上方へ隆起した上記陰極フレームと接合される接合面を設け、上記陰極端子の下面と上記陽極端子の下面が近接した部分の陽極端子ならびに陰極端子の下面端部から相手側に向かって上方へ延びる遮蔽部を陽極端子と陰極端子に夫々設け、かつ、上記陽極端子と陰極端子に設けた夫々の接合面と遮蔽部が外装樹脂に被覆されるように構成したものである。

以上のように本発明によれば、コンデンサ素子の陽極部を陽極フレームに接合し、この陽極フレームを陽極端子の両端部の下面から階段状の段差を形成した接合面に接合したものと、コンデンサ素子の陰極部を陰極フレームに接合し、この陰極フレームを陰極端子の下面から中央部に対向する壁面を有するように隆起した接合面に接合したものと、さらにかつ、陰極端子の下面と陽極端子の下面を近接させた構成によってコンデンサ素子の陽極部と陰極部から夫々陽極端子、陰極端子の実装面までの引き出し距離が短く、陽極端子と陰極端子が接近して外部との電気的回路を形成するためＥＳＬ特性に優れる効果が得られる。

上記構成により、同時にコンデンサ素子から陽極端子、陰極端子の実装面までの引き出し距離が短くなるためＥＳＲが小さくなるという効果が得られる。

さらに陰極フレームと陰極端子の下面から中央部に対向する壁面と開口部を有するように隆起した接合面とを接続し、この接合面を外装樹脂で被覆する構成により、陰極端子と陰極フレームの接合強度を安定にすることができるという効果が得られるものである。また、陽極端子ならびに陰極端子に夫々設けた遮蔽部により外装樹脂から浸入する酸素、水分がコンデンサ素子に到達することが抑制され、ＥＳＲ特性、漏れ電流特性を劣化させることを大きく低減することができる効果が得られる。

（実施の形態）
以下、実施の形態を用いて、本発明について説明する。

図１（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態１による固体電解コンデンサの構成を示した側面断面図とＡ−Ａ断面図とＢ−Ｂ断面図と底面図、図２は同固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子の構成を示した一部切り欠き斜視図、図３（ａ）〜（ｃ）は同コンデンサ素子ユニットの構成を示した平面図と側面図と正面図、図４は同固体電解コンデンサに使用される陽極端子と陰極端子の構成を示した要部斜視図、図６は同固体電解コンデンサに使用される陽極端子、陰極端子の下面端部の要部断面図である。

図１〜図４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からなる陽極体２の表面に図示しない誘電体酸化皮膜層を形成した後に絶縁性のレジスト部３を設けることによって陽極部４と陰極部５に分離し、この陰極部５の表面に導電性高分子からなる固体電解質層６、カーボンと銀ペーストからなる陰極層７を順次積層形成することにより構成されたものである。

８は陽極フレームであり、この陽極フレーム８上に上記コンデンサ素子１を複数枚（本実施の形態においては５枚）積層した状態で陽極部４を載置し、両端のガイド部８ａを折り曲げて陽極部４を包み込み、接合部８ｂでレーザー溶接を行うことによって陽極部４を陽極フレーム８上に一体に接合しているものである。

９は陰極フレームであり、この陰極フレーム９上に上記コンデンサ素子１を複数枚積層した状態で図示しない導電性接着剤を介して陰極部５を載置し、両端のガイド部９ａならびに終端のガイド部９ｂにより位置決め固定をして陰極部５を陰極フレーム９上に一体に接合している。

このようにコンデンサ素子１を複数枚積層して陽極フレーム８ならびに陰極フレーム９により一体化したものを図３に示し、以下、これをコンデンサ素子ユニットと呼ぶ。

１０は陽極端子であり、この陽極端子１０には陽極端子１０と後述する陰極端子１１とを結ぶ方向と交差する方向上にある陽極端子１０の両端に陽極端子の下面１４から上方へ向かう階段状の段差を形成した上記陽極フレーム８と接合される平面状の接合面１０ａと、陰極端子１１の方向に向かって陽極端子の下面１４の端部から斜め上方へ延びる遮蔽部１０ｂを設ける。

これらは１枚の銅合金からなる厚み０．１ｍｍを有する板状の基材を打ち抜いて折り曲げることにより一体に形成され、陽極端子１０の接合面１０ａ上に上記コンデンサ素子ユニットの陽極フレーム８を載置し、接合部１０ｃでレーザー溶接を行うことにより接合したものである。

また、１０ｄは陽極端子１０の下面の一端を、後述する外装樹脂１２から上方へ突出するように延長した突出部であり、この突出部１０ｄは外装樹脂１２の側面に沿って上方へ折り曲げられており、これにより基板実装時に半田フィレットが形成され易いようにしたものである。

１１は陰極端子であり、この陰極端子１１には、陰極端子１１の中央部を上方へ隆起させて上記陰極フレーム９と接合される接合面１１ａを設ける。

この接合面１１ａに係わる隆起する部分には、陽極端子１０と陰極端子１１を結ぶ方向上に対向する開口部１８ｂと、この方向に交差する方向上に対向する壁面１８ａを有する。

この壁面１８ａと開口部１８ｂは、上記板状の基材に開口部１８ｂとなる部分に打ち抜き穴を開け、隆起させて設けたものである。

この陰極端子の下面１５の端部を上記陽極端子１０に可能な限り近接させるようにする。

さらに、この陰極端子の下面１５の端部から陽極端子１０の方向に向かって斜め上方へ延びる遮蔽部１１ｂとを設ける。

これらは１枚の銅合金からなる板状の基材を打ち抜いて折り曲げることにより一体に形成されており、陰極端子１１の接合面１１ａ上に上記コンデンサ素子ユニットの陰極フレーム９を載置し、接合面１１ａで図示しない導電性接着剤を介して接合する。

また、１１ｃは陰極端子１１の下面の一端を、上面視、後述する外装樹脂１２から突出するように延長した突出部であり、この突出部１１ｃは外装樹脂１２の側面に沿って上方へ折り曲げられており、これにより基板実装時に半田フィレットが形成され易いようにしたものである。

１２は上記陽極端子１０と陰極端子１１の実装面となる下面１４，１５を露呈させた状態で上記コンデンサ素子ユニットを一体に被覆した絶縁性の外装樹脂であり、本実施の形態においてはエポキシ樹脂を用いたものである。

そして、上記陽極端子１０と陰極端子１１に設けた接合面１０ａ，１１ａと遮蔽部１０ｂ，１１ｂは、夫々この外装樹脂１２によって全て被覆されるようになり、外観には露呈しないように構成されているものである。

また、このように構成された陽極端子１０と陰極端子１１は銅合金からなるフープ状の基材に所定の間隔で、対になって複数が連続して設けられ、このような一対の陽極端子１０と陰極端子１１上にコンデンサ素子ユニットを搭載して接合し、外装樹脂１２で一体に被覆した後に基材から分断して個片にするものである。

このように構成された本実施の形態による固体電解コンデンサは、この陰極端子１１には、陰極端子１１の中央部を、陰極端子の下面１５から上方へ隆起させて上記陰極フレーム９と接合される接合面１１ａを設ける。

陰極端子１１の中央部を上方へ隆起させて接合面１１ａを設け、この接合面１１ａに係わる隆起する部分に陽極端子１０と陰極端子１１を結ぶ方向上に対向する開口部１８ｂと、この方向に交差する方向上に対向する壁面１８ａを有する構成にすることにより、陰極端子の下面１５から隆起させた接合面１１ａの裏面に外装樹脂１２が開口部１８ｂから十分に回り込むようになるため、接合面１１ａでの陰極端子１１と陰極フレーム９との接合強度を安定にすることができる。

また、本実施の形態による固体電解コンデンサは、略平板状に形成された陽極端子１０と陰極端子１１によりコンデンサ素子１の陽極部４と陰極部５の外部取り出しを行うようにしたことにより、コンデンサ素子１から各端子までの引き出し距離を可能な限り短くし、さらに、陰極端子の下面１５を陽極端子の下面１４に可能な限り近づけて陽極端子１０と陰極端子１１間のパスを最短距離にした構成により、ＥＳＲ特性に優れ、かつ低ＥＳＬ化を実現することができるようになるものであり、特にＥＳＬ特性に関しては、本実施の形態による固体電解コンデンサは５３０ｐＨと低く、従来品の１５００ｐＨと比べると約１／３となる結果を得ることができた。

また、陽極端子１０と陰極端子１１に接合面１０ａ，１１ａを夫々設け、この接合面１０ａ，１１ａで陽極フレーム８ならびに陰極フレーム９を夫々レーザー溶接ならびに導電性接着剤で接合し、かつこの接合面１０ａ，１１ａを夫々外装樹脂１２で被覆した構成により、接合による接合痕が外装樹脂１２により被覆されてしまうために外観が綺麗になるばかりでなく、特に溶接痕により実装時に浮きが発生して実装不良を引き起こすという恐れが皆無になり、信頼性の向上に大きく貢献することができるようになるものである。

また、陽極端子１０ならびに陰極端子１１の下面端面から相手側の端子方向に向かって斜め上方へ延びる遮蔽部１０ｂ，１１ｂを陽極端子１０ならびに陰極端子１１に夫々設け、かつこの遮蔽部１０ｂ，１１ｂを夫々外装樹脂１２で被覆した構成により、外装樹脂１２と、外装樹脂１２と陽極端子１０、陰極端子１１との界面とから浸入する酸素、水分がコンデンサ素子１に到達してＥＳＲ特性、漏れ電流特性の性能を劣化させることを大きく低減することができる。

なお、本実施の形態においてはコンデンサ素子１を構成する陽極体２はアルミニウム箔からなる構成を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、タンタルやニオブの箔、あるいは焼結体、さらにはこれらの材料の組み合わせでも良いものである。

また、本実施の形態においては陽極端子１０および／または陰極端子１１の下面１４，１５の一部の一端を、外装樹脂１２から突出するように延長して設けた突出部１０ｄ，１１ｃを外装樹脂１２の側面に沿って上方へ折り曲げた構成で説明したが、この外装樹脂１２の側面に沿って上方へ折り曲げる突出部１０ｄ，１１ｃが嵌まり込む凹部を外装樹脂１２に設けることにより、より小型化を図ることができるようになるものである。

また図６において、１０ｆ，１１ｆ，１０ｈ，１１ｈは、夫々接合面１０ａ，１１ａ、遮蔽部１０ｂ，１１ｂを形成する陽極端子、陰極端子の下面１４，１５に連結する端部を示し、この端部と結ばれるテーパ部１７の厚みを下面１４，１５の板状の基材厚みより小さくなるようにプレス金型を用いて押しつぶして接合面１０ａ，１１ａ、遮蔽部１０ｂ，１１ｂを上方に曲げ加工して形成することにより端部１０ｆ，１１ｆ，１０ｈ，１１ｈが小さい曲げ半径Ｒとなるように構成してもよい。

上記曲げ加工はオフセット曲げ加工が望ましい。

上記曲げ半径Ｒが０．００１ｍｍより小さい場合、プレス金型の加工が困難であり、曲げ半径Ｒが０．０５ｍｍより大きい場合、外装樹脂１２の回り込み長さが大きくなるため、曲げ半径Ｒは０．００１ｍｍ〜０．０５ｍｍが望ましい。

実装面となる下面端部に小さい曲げ半径を設ける構成にすることにより、外装樹脂１２の回り込み長さが下面端部より０．０５ｍｍ以下に抑えられ、実装面の長さが確保でき優れた実装性が得られる。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本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において図４を用いて詳細を説明した陰極端子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２による固体電解コンデンサに使用される陽極端子と陰極端子の構成を示した要部斜視図であり、図５において１３は陰極端子であり、この陰極端子１３は中央部を陰極端子の下面１６から上方へ隆起させて陰極フレーム９と接合される接合面１３ａが設けられているのは上記実施の形態１で説明した陰極端子１１と同様であるが、本実施の形態では、この接合面１３ａに係わる隆起する部分には、陽極端子１０と陰極端子１３を結ぶ方向上に対向する壁面１９ａと、この方向に交差する方向上に対向する開口部１９ｂを有するものである。

このように構成された本実施の形態による固体電解コンデンサは、陰極端子１１の中央部を上方へ隆起させて接合面１３ａを設け、この接合面１３ａに係わる隆起する部分に陽極端子１０と陰極端子１３を結ぶ方向上に対向する壁面１８ａと、この方向に交差する方向上に対向する開口部１９ｂを有する構成にすることにより、上記実施の形態１による固体電解コンデンサと同様に、陰極端子の下面１６から隆起させた接合面１３ａの裏面に外装樹脂１２が開口部１９ｂから十分に回り込むようになるため、接合面１３ａでの陰極端子１３と陰極フレーム９との結合強度を安定にすることができる。

また接合面１３ａに係わる隆起した部分の対向する壁面１９ａと開口部１９ｂは、陽極端子１０と陰極端子１３を結ぶ方向に対し任意の方向上に設定することができ、また２つ以上の対向する壁面１９ａ、開口部１９ｂを有してもよい。

本発明による固体電解コンデンサは、コンデンサ素子から端子までの引き出し距離を可能な限り短くし、かつ、陰極端子の下面を陽極端子の下面に可能な限り近づけた構成によってＥＳＲ特性ならびにＥＳＬ特性に優れ、しかも陽極端子ならびに陰極端子に夫々設けた遮蔽部により外装樹脂と端子間の界面から浸入する酸素に含まれる水分がコンデンサ素子に到達して性能を劣化させることを大きく低減することができ、さらに陽極端子ならびに陰極端子を作製し易くし、かつ、外装樹脂との結合強度を向上させることができるために、高性能、高信頼性の固体電解コンデンサを安定して提供することができるという格別の効果を有し、特にパーソナルコンピュータのＣＰＵ周りに使用されるコンデンサ等として有用である。

（ａ）本発明の実施の形態１による固体電解コンデンサの構成を示した側面断面図、（ｂ）同Ａ−Ａ断面図、（ｃ）同Ｂ−Ｂ断面図、（ｄ）同底面図 同固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子の構成を示した一部切り欠き斜視図 （ａ）同コンデンサ素子ユニットの構成を示した平面図、（ｂ）同側面図、（ｃ）同正面図 同固体電解コンデンサに使用される陽極端子と陰極端子の構成を示した要部斜視図 本発明の実施の形態２による固体電解コンデンサに使用される陽極端子と陰極端子の構成を示した要部斜視図 本発明の実施の形態１に使用される陽極端子、陰極端子の下面端部の要部断面図 従来の固体電解コンデンサの構成を示した断面図 同斜視図 同固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子を示した一部切り欠き斜視図

符号の説明

１ コンデンサ素子
２ 陽極体
３ レジスト部
４ 陽極部
５ 陰極部
６ 固体電解質層
７ 陰極層
８ 陽極フレーム
８ａ，９ａ，９ｂ ガイド部
８ｂ，１０ｃ 接合部
９ 陰極フレーム
１０ 陽極端子
１０ａ，１１ａ，１３ａ 接合面
１０ｂ，１１ｂ 遮蔽部
１０ｄ，１１ｃ 突出部
１０ｆ，１０ｈ，１１ｆ，１１ｈ 端部
１１，１３ 陰極端子
１２ 外装樹脂
１４ 陽極端子の下面
１５，１６ 陰極端子の下面
１７ テーパ部
１８ａ，１９ａ 壁面
１８ｂ，１９ｂ 開口部

Claims (6)

1. 陽極部と陰極部を有する平板状のコンデンサ素子を陽極フレーム、陰極フレーム上に接合し、この陽極フレーム、陰極フレームを夫々陽極端子、陰極端子上に接合し、この陽極端子と陰極端子の実装面となる夫々の下面を露呈させて上記コンデンサ素子を外装樹脂で被覆した固体電解コンデンサにおいて、上記陽極端子と上記陰極端子とを結ぶ方向と交差する方向上にある上記陽極端子の両端に、上記陽極端子の下面から上方へ階段状の段差を形成して上記陽極フレームと接合される接合面を設けると共に、上記陰極端子の中央部に対向する壁面と開口部を有するように上記陰極端子の下面から上方へ隆起し上記陰極フレームと接合される接合面を設け、上記陰極端子の上記下面と上記陽極端子の下面が近接した部分の上記陽極端子ならびに上記陰極端子の下面端部から相手側に向かって上方へ延びる遮蔽部を上記陽極端子と上記陰極端子に夫々設け、かつ、上記陽極端子と上記陰極端子に設けた夫々の上記接合面と上記遮蔽部が上記外装樹脂に被覆されるようにした固体電解コンデンサ。
2. 上記陽極端子ならびに上記陰極端子が、板状の基材を打ち抜いて曲げ加工することにより形成された請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
3. 上記接合面が、上記陽極端子および／または上記陰極端子の上記下面から上方へ板状の基材を曲げ加工することにより形成され、この曲げ加工された上記接合面を形成する上記陽極端子、上記陰極端子の下面に連結する端部が小さい曲げ半径を有す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. 上記遮蔽部が、上記陽極端子および／または上記陰極端子の上記下面から上方へ板状の基材を曲げ加工することにより形成され、この曲げ加工された上記遮蔽部を形成する上記陽極端子、上記陰極端子の下面に連結する端部が小さい曲げ半径を有す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. 上記陽極端子および／または上記陰極端子の下面の少なくとも一部を上記外装樹脂から上方へ突出するように延長し、この延長した部分を上記外装樹脂の側面に沿って上方へ折り曲げた請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
6. 上記陽極端子および／または上記陰極端子おける上記外装樹脂の側面に沿って上方へ折り曲げた部分の少なくとも一部が嵌まり込む凹部を上記外装樹脂に設けた請求項５に記載の固体電解コンデンサ。

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