JP4812118B2 - 固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体電解コンデンサ及びその製造方法に関し、特に陽陰極間距離を狭めた固体電解コンデンサ及びその製造方法に関する。

近年、ＣＰＵの高速化により、その電源電圧の安定化と高周波ノイズの低減のため、デカップリングに使用されるコンデンサにも数ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波領域において低インピーダンスを持つ電気特性が要求されている。更に、配線引き回しによるインダクタンスを減らすため、ＣＰＵ直下もしくは近傍にデカップリングコンデンサを配置することが主流となってきている。また、ＣＰＵ付近に実装してもＣＰＵの駆動時、停止時の熱ストレスに耐えうる信頼性も要求されている。

このため、デカップリングコンデンサには低インピーダンス化、小型化、薄型化、高信頼性が要求されているが、現在では積層セラミックコンデンサを多数並列に使用することにより、この要求に応えている。

しかし、積層セラミックコンデンサは容量が小さく、更に容量増加のためには積層枚数を増加しなければならないため、高さ方向の制限とのトレードオフがある。このため、数十個という積層セラミックコンデンサをＣＰＵ付近に実装する必要があり、実装工数が増加していた。

そこで、積層セラミックコンデンサ数十個を一つで補えるような大容量、低インピーダンスを実現するため、固体電解コンデンサの小型化、薄型化、大容量化、低インピーダンス化が進んでいる。更に、ＣＰＵのクロック周波数が数百ＭＨｚから数ＧＨｚと高周波になってきていることから、低インピーダンス化を実現するには等価直列抵抗（以降ＥＳＲと記載）の低減とともに、等価直列インダクタンス（以降ＥＳＬと記載）の低減が求められている。

特許文献１にはコンデンサ素子から端子までの極引き出し電極距離を短くし、電流ループを短くすることによって低ＥＳＬ化を図った固体電解コンデンサが記載されている。また、特許文献２には陽陰極に導電性接着剤を設け、陽陰極間の距離を狭くして電流ループを短くし、低ＥＳＬ化を図ったチップ型固体電解コンデンサが記載されている。

しかし、前記特許文献１の固体電解コンデンサでは陰極端子と素子陰極部の接続の際、導電性ペーストを用いるが、陽陰極間の距離を狭くして低ＥＳＬを図るには従来の液状導電性ペーストでは陽極側へ滲み出しが発生してしまうため、滲み出しを考慮した陽陰極間距離を設ける必要があり、電流ループを短くして低ＥＳＬ化を図るには限界がある。更に、特許文献２でも同様に陽陰極間距離を狭くすると滲み出しが発生すると共に、陽極側に使用している導電性接着剤に接続抵抗を下げるため銀ペーストを用いると耐湿負荷試験等での銀のマイグレーションによるショートが発生してしまう。また、外装時のモールドの際、素子ワイヤー周辺など狭い箇所へトランスファーモールドが流れ込みにくく、また、接着性も悪いことから界面もしくは空間が発生し、前記マイグレーションを抑制できなかった。

特開２００６−１９０９２９号公報 特開２００２−３６７８６２号公報

上記の状況にあって本発明の課題は、陽陰極間距離を狭くしても銀のマイグレーションを抑制でき、低ＥＳＬ特性を実現できる固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供することにある。

本発明によれば、陽極リードが導出された弁作用金属からなる多孔質陽極体の表面に順次形成された陽極酸化皮膜、固体電解質層、グラファイト層、銀ペースト層と、陽極部となる前記陽極リードと陰極部となる前記多孔質陽極体を分離するレジスト層と、前記陽極リードに接続された陽極リード体とを有する固体電解コンデンサ素子を、前記レジスト層と対応する位置に設けられた絶縁部により、陽極端子と陰極端子が分離された実装基板上に接続し、外装樹脂にて封止してなり、前記絶縁部上に半硬化性絶縁性接着剤を形成し、前記半硬化性絶縁性接着剤を介して前記レジスト層を前記絶縁部上に接続するとともに、前記陽極端子上および前記陰極端子上に半硬化性導電性接着剤を形成し、前記半硬化性導電性接着剤を介して前記陽極リード体を前記陽極端子上に接続し、かつ前記銀ペースト層を前記陰極端子上に接続したことを特徴とする固体電解コンデンサが得られる。

さらに、前記半硬化性絶縁性接着剤がシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂から選択される少なくとも１種類以上からなることが好ましく、前記固体電解コンデンサ素子の陽極部と陰極部との最短距離が０．１〜０．７ｍｍであることが好ましい。

また、本発明によれば、陽極リードが導出された弁作用金属からなる多孔質陽極体の表面に順次陽極酸化皮膜、固体電解質層、グラファイト層、銀ペースト層を形成する工程と、陽極部となる前記陽極リードと陰極部となる前記多孔質陽極体を分離するレジスト層を形成する工程と、前記陽極リードに陽極リード体を接続し固体電解コンデンサ素子を形成する工程と、前記固体電解コンデンサ素子を接続する実装基板における、前記レジスト層と対応する位置に設けられた、陽極端子と陰極端子を分離する絶縁部上に半硬化性絶縁性接着剤を塗布し半硬化させる工程と、前記陽極端子上および前記陰極端子上に半硬化性導電性接着剤を塗布し半硬化させる工程と、前記半硬化性導電性接着剤を介して前記陽極端子上に前記陽極リード体を接続するとともに、前記銀ペースト層を前記陰極端子上に接続する工程と、前記半硬化性絶縁性接着剤を介して前記レジスト層を前記絶縁部上に接続する工程と、前記固体電解コンデンサ素子を外装樹脂で封止する工程を含むことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法が得られる。

本発明によれば実装基板上の陽陰極端子上に半硬化性導電性接着剤を形成し、陽陰極端子を分離する絶縁部上には半硬化性絶縁性接着剤を形成し、半硬化状態で固体電解コンデンサ素子と実装基板を接続することにより、絶縁性接着剤と導電性接着剤が滲み出すことなく接着することができるため陽陰極端子間距離を短くすることが可能になる結果、低ＥＳＬで、銀のマイグレーションを抑えた固体電解コンデンサおよびその製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態による固体電解コンデンサの断面図である。

本実施の形態の固体電解コンデンサに用いる固体電解コンデンサ素子はアルミニウム、ニオブ、タンタルなどの弁作用金属からなる多孔質陽極体２上に形成された陽極酸化皮膜（図示省略）と陽極酸化皮膜上に順次形成された固体電解質層４、グラファイト層５、銀ペースト層６と、多孔質陽極体２から導出された陽極リード１と、陽極リードに接続された陽極リード体７から構成されている。

陽極リード１が導出された多孔質陽極体２は、例えば粗面化された平板状のアルミ箔や、タンタルやニオブ粉末にタンタル線やニオブ線を埋め込み、プレス成型、焼成した焼結体などを用いることができる。陽極部となる陽極リード１と陰極部となる多孔質陽極体２を分離するために陽極酸化皮膜形成前あるいは陽極酸化皮膜形成後例えばシリカフィラーを含むエポキシ系樹脂からなるレジスト層３を塗布、乾燥するなどして形成する。その後、陽極酸化皮膜上に例えば導電性高分子層からなる固体電解質層４を形成した後、グラファイト層５、銀ペースト層６を塗布、乾燥するなどして形成する。その後、陽極リード１には例えば銅材にＮｉ、Ｃｕ、Ａｇメッキを順次メッキ処理したリードフレームなどの金属材からなる陽極リード体７を抵抗溶接、超音波溶接などにより接続し、固体電解コンデンサ素子とする。

本実施の形態の固体電解コンデンサに用いる実装基板２１は素子接続面と実装面に絶縁部２１ｃを介し分離された陽陰極端子２１ａ、２１ｂを有しそれぞれが素子接続面と実装面で接続された構造となっている。例えば両面の銅箔による陽陰極端子をスルーホールで接続したプリント板等を使用することもできる。また、実装基板の陽陰極端子に関しては素子接続面、実装面両方が素子の陽陰極数と同じものでも良いし、陽陰極の数を増やし、素子側に流れ込む電流と流れ出す電流の磁界のキャンセルによる低ＥＳＬ化が図れることや、ＣＰＵ周辺の多端子ランド実装に向いていることから実装側が陽陰極の千鳥状多端子になっている変換基板を使用しても良い。

次に、固体電解コンデンサ素子と実装基板の接続について説明する。実装基板の絶縁部２１ｃ上にスクリーン印刷等により半硬化性絶縁性接着剤９を塗布し、短時間乾燥するなどして半硬化状態とする。その後、実装基板の陽陰極端子２１ａ、２１ｂ上に半硬化性導電性接着剤８を塗布、乾燥して半硬化状態とする。固体電解コンデンサ素子の陽極リード体７を陽極端子２１ａ上の半硬化性導電性接着剤８上に、銀ペースト層６を陰極端子２１ｂ上の半硬化性導電性接着剤８上に、レジスト層３を半硬化性絶縁性接着剤９上に配置し熱圧着等により固体電解コンデンサ素子と実装基板２１を接続し固着する。その後トランスファーモールド等により外装樹脂１０にて封止し固体電解コンデンサとする。

ここで、半硬化性導電性接着剤及び半硬化性絶縁接着剤とは、塗布した後、短時間乾燥あるいは加熱することで濡れ性やにじみを抑制した後、所定の温度と圧力により熱圧着することで再び接着できる接着剤を指す。例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂等が使用できる。

また、固体電解コンデンサ素子の陽極部と陰極部との距離が０．１〜０．７ｍｍであると好ましい。即ち、コンデンサ素子の実装基板へのマウント精度を考慮し、陽陰極距離は０．１ｍｍ以下にするのは困難である。更に０．７ｍｍ以上になると実験結果から本発明の半硬化性導電性接着剤を用いなくても素子と実装基板との接着時の銀の滲み出しによるショート不良はほぼ同等になることから、本発明による低ＥＳＬ及び低不良率を実現するには０．１〜０．７ｍｍが最適である。

（実施例１）
以下、本発明の実施例１について、図１の本発明の実施の形態による固体電解コンデンサの断面図を参照して詳細を記載する。まず粗面化された平板上のアルミ箔からなる陽極多孔質体２を陽極酸化して酸化皮膜を形成した後、陽陰極部の分断のため、シリカフィラーを含むエポキシ樹脂系のレジスト層３を形成した。この際、陽極酸化皮膜形成のための化成条件は、製品で１０Ｖ耐湿負荷試験を行う際、酸化皮膜の破壊が起きないよう、２５Ｖで行った。その後、陽極酸化皮膜上に固体電解質層４となる導電性高分子を形成し、陰極引き出しのためにグラファイト層５、銀ペースト層６を形成して陰極層とした。しかる後にレジスト層３で区切られた陽極部となるアルミ箔からなる陽極リード１にＣｕ母材にＮｉ、Ｃｕ、Ａｇメッキを順次メッキ処理したリードフレームからなる陽極リード体７を超音波溶接にて溶接し、アルミニウム固体電解コンデンサ素子とした。ここでは陽陰極間距離は０．３ｍｍとした。

その後、ガラエポ基板からなる実装基板２１上の陽陰極分離部となる絶縁部２１ｃ上にシリカフィラーを含むエポキシ樹脂系の半硬化性絶縁性接着剤９をスクリーン印刷にて塗布したあと短時間乾燥（１０５℃１５分）して、半硬化状態とし、続いて陽陰極電極となる部分である陽陰極端子２１ａ、２１ｂ上にエポキシ樹脂系の半硬化性導電性接着剤８をスクリーン印刷にて塗布し、前記と同様に半硬化状態とした。しかるのちにアルミニウム固体電解コンデンサ素子を熱圧着にて接着し、実装基板２１と接着させた後、トランスファーモールドにてエポキシ樹脂からなる外装樹脂１０で封止した。

（比較例１）
半硬化性絶縁性接着剤を使用しない他は実施例１と同様にして固体電解コンデンサを作製した。

実施例１、比較例１にて作製した固体電解コンデンサそれぞれ２０個をＡｇのマイグレーション評価として８５℃、８５％ＲＨ中で１０Ｖ電圧印加し、２０００ｈ後のショート発生個数を調査した。その結果を表１に示す。

表１から、実施例１にて作製したアルミニウム固体電解コンデンサはマイグレーションが抑制され、従来の陽陰極端子間上に絶縁性接着剤を塗布しないものに比べ、信頼性が改善できることがわかる。

（実施例２）
次に、本発明の実施例２について、図１の本発明の実施の形態による固体電解コンデンサの断面図を用いて詳細を記載する。微粒子化したタンタル粉末に陽極リード１となるタンタルワイヤーを埋設し、タンタル粉末をプレス、焼成してペレットを作製し、その後、陽極酸化を施し、酸化皮膜を形成し、これを陰極部とし、更に陽陰極部の分離のため、レジスト層３を陽極リード１の根元に設ける。この時、実施例１とは異なり、化成電圧は４０Ｖとする。続いて陰極部に固体電解質層４となる導電性高分子層を形成し、陰極引き出しのためにグラファイト層５、銀ペースト層６を形成し、その後、レジスト層３で区切られたタンタルワイヤーからなる陽極リード１にＣｕ母材にＮｉ、Ｃｕ、Ａｇメッキを順次メッキ処理したリードフレームからなる陽極リード体７を抵抗溶接にて溶接し、タンタル固体電解コンデンサ素子を作製した。その後、実施例１と同様の実装基板、半硬化性絶縁性接着剤、半硬化性導電性接着剤を用い実施例１と同様に外装、封止し固体電解コンデンサを作製した。

（実施例３）
タンタル粉末に代えニオブ粉末、タンタルワイヤーに代えニオブワイヤーを用いた以外は実施例２と同様に固体電解コンデンサを作製した。

（比較例２）
半硬化性絶縁性接着剤を使用しない他は実施例２と同様にして固体電解コンデンサを作製した。

（比較例３）
半硬化性絶縁性接着剤を使用しない他は実施例３と同様にして固体電解コンデンサを作製した。

実施例２、３および比較例２、３の固体電解コンデンサそれぞれ２０個をＡｇのマイグレーション評価として８５℃、８５％ＲＨ中で１０Ｖ電圧印加し、２０００ｈ後のショート不良数を調査した。その結果を表２に示す。

表２から、実施例２、３においても、実施例１と同様、マイグレーションが抑制され、従来の陽陰極端子間上に半硬化性絶縁性接着剤を塗布しないものに比べ、信頼性が改善できることがわかる。

（実施例４〜７）
実施例１のアルミニウム固体電解コンデンサ素子形成の際、陽極部と陰極部間の距離を０．１、０．３、０．５、０．７ｍｍにしたものそれぞれの陽極リードに陽極リード体となるリードフレームを超音波溶接にて溶接し、固体電解コンデンサ素子を形成する。その後、固体電解コンデンサ素子と同様の陽極端子と陰極端子間距離を持った実装基板に実施例１と同様に半硬化性絶縁性接着剤と半硬化性導電性接着剤で接着、外装し固体電解コンデンサを作製した。

（比較例４〜７）
従来の固体電解コンデンサ素子と実装基板との接続に銀をフィラーとして用いたエポキシ樹脂系導電性接着剤を使用し、絶縁性接着剤は使用しない以外は実施例４〜７と同様に固体電解コンデンサを作製した。

実施例４〜７および比較例４〜７の固体電解コンデンサをそれぞれ２０個ずつ作製し、ＥＳＬ（１００ＭＨｚ）を測定し、固体電解コンデンサ素子と実装基板の接着時に銀の滲み出しによるショート不良発生数を調べた。その結果を陽陰極間距離と外装方法によるＥＳＬ、工程不良数として表３に示す。

この結果から低ＥＳＬ特性を持ち、工程不良率を低減するには本発明の工法で陽陰極間を縮めても導電性接着剤が滲み出さないようにすることが有効であることがわかる。

本発明の実施の形態による固体電解コンデンサの断面図。

符号の説明

１ 陽極リード
２ 多孔質陽極体
３ レジスト層
４ 固体電解質層
５ グラファイト層
６ 銀ペースト層
７ 陽極リード体
８ 半硬化性導電性接着剤
９ 半硬化性絶縁性接着剤
１０ 外装樹脂
２１ 実装基板
２１ａ 陽極端子
２１ｂ 陰極端子
２１ｃ 絶縁部

Claims (4)

1. 陽極リードが導出された弁作用金属からなる多孔質陽極体の表面に順次形成された陽極酸化皮膜、固体電解質層、グラファイト層、銀ペースト層と、陽極部となる前記陽極リードと陰極部となる前記多孔質陽極体を分離するレジスト層と、前記陽極リードに接続された陽極リード体とを有する固体電解コンデンサ素子を、前記レジスト層と対応する位置に設けられた絶縁部により、陽極端子と陰極端子が分離された実装基板上に接続し、外装樹脂にて封止してなり、前記絶縁部上に半硬化性絶縁性接着剤を形成し、前記半硬化性絶縁性接着剤を介して前記レジスト層を前記絶縁部上に接続するとともに、前記陽極端子上および前記陰極端子上に半硬化性導電性接着剤を形成し、前記半硬化性導電性接着剤を介して前記陽極リード体を前記陽極端子上に接続し、かつ前記銀ペースト層を前記陰極端子上に接続したことを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 前記半硬化性絶縁性接着剤がシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂から選択される少なくとも１種類以上からな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. 前記固体電解コンデンサ素子の陽極部と陰極部との最短距離が０．１〜０．７ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の固体電解コンデンサ。
4. 陽極リードが導出された弁作用金属からなる多孔質陽極体の表面に順次陽極酸化皮膜、固体電解質層、グラファイト層、銀ペースト層を形成する工程と、陽極部となる前記陽極リードと陰極部となる前記多孔質陽極体を分離するレジスト層を形成する工程と、前記陽極リードに陽極リード体を接続し固体電解コンデンサ素子を形成する工程と、前記固体電解コンデンサ素子を接続する実装基板における、前記レジスト層と対応する位置に設けられた、陽極端子と陰極端子を分離する絶縁部上に半硬化性絶縁性接着剤を塗布し半硬化させる工程と、前記陽極端子上および前記陰極端子上に半硬化性導電性接着剤を塗布し半硬化させる工程と、前記半硬化性導電性接着剤を介して前記陽極端子上に前記陽極リード体を接続するとともに、前記銀ペースト層を前記陰極端子上に接続する工程と、前記半硬化性絶縁性接着剤を介して前記レジスト層を前記絶縁部上に接続する工程と、前記固体電解コンデンサ素子を外装樹脂で封止する工程を含むことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。

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