JP4842199B2

JP4842199B2 - 固体電解コンデンサ

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Publication number: JP4842199B2
Application number: JP2007115702A
Authority: JP
Inventors: 明博澤井
Original assignee: Nichicon Corp
Current assignee: Nichicon Corp
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2027-04-25
Also published as: JP2008277331A

Description

本発明は、固体電解コンデンサに関する。

周知のように、電解コンデンサには、その電解質として、液状電解質を使用したものと固体電解質を使用したものとがある。そのうち、従来の固体電解コンデンサとしては、種々の形態のものが存在するが、樹脂パッケージ型として構成された固体電解コンデンサの一例について図４を参照にして説明する。

従来の固体電解コンデンサ６は、コンデンサ素子１を樹脂パッケージ５内に封止したものである。樹脂パッケージ５内には、陽極リードフレーム２と陰極リードフレーム３との両者の一部が封止されている。陽極リードフレーム２と陰極リードフレーム３との両者の残りの部分は、樹脂パッケージ５から導出されている。陰極リードフレーム３は、コンデンサ素子１の表面に形成された銀層１１と導電性接着剤１２により接続されており、他方陽極リードフレーム２は、コンデンサ素子１から導出される陽極リードワイヤー４と接続されている。

このような構成の固体電解コンデンサ６に用いるリードフレーム２，３の基材としては、（１）表面酸化が少ないこと、（２）引張り強度が大きく延性が充分で曲げ加工性に富むこと、（３）はんだとの濡れ性や耐候性およびエッチング性が良好であること、ならびに（３）プレス打抜き性やプレス曲げ性のような加工性が優れていること等の要件を具備することが要求されている。

これらの特性を比較的よく満足していることから、上記のリードフレーム基材としては、従来から４２Ｎｉ−Ｆｅ合金が使用されてきたが、固体電解コンデンサの低ＥＳＲ化が要求されてきたため、導電率の高いＣｕを主成分とする合金が広く使用されるようになってきている。

上記導電性接着剤１２は、ディスペンス方式等により陰極リードフレーム３に塗布されているが、硬化した導電性接着剤１２と陰極リードフレーム３との接着強度を向上させるため、図５によく示されているように、陰極リードフレーム３を接続する平面に複数の溝または凹部３ａを設けている。

さらに、上記凹部３ａは、陰極リードフレーム３の平面の中央から放射状に設けられたり、または交差状になるように設けられている（例えば、特許文献１から特許文献６を参照）。

実開昭６１−１７７２７号公報実開昭６１−１１９３３８号公報実開昭６２−８２７２９号公報特開平０５−３４３２７１公報特開２００５−１０１４８０号公報特開２００６−２３７１９５号公報

しかしながら、上記の導電性接着剤１２に塗布量バラツキが発生すると、陰極リードフレーム３とコンデンサ素子１との表面に形成された銀層１１との間に導電性接着剤１２が充填されない隙間が生じ、トランスファーモールド等で樹脂封止する際にモールド樹脂５が隙間に流れ込み、強度劣化やＥＳＲの特性バラツキが起こるおそれがある。これは、陽極リードフレーム３の凹部３ａの溝の幅寸法が、導電性接着剤１２の銀フィラー径より小さく、かつ、樹脂フィラー径よりも大きいことに起因している。
ここで、図６に樹脂封止する際に使用するモールド金型の概略図を示す。図６（ａ）に示すように、上金型１６には、上記のリードフレーム２，３が接続されたコンデンサ素子１が設置されるモールド樹脂形成部分１５ａが凹設されており、各モールド樹脂形成部分１５ａに、モールド樹脂注入口１３に連通する樹脂注入路が接続されている。図６（ｂ）に示すように、下金型１７にも、上記リードフレーム２，３が接続されたコンデンサ素子１が設置される樹脂モールド形成部分１５ｂが凹設されている。但し、この下金型１７には、上金型１６のように、上記樹脂注入口１３およびこれに連通する樹脂注入路は設けられていない。上記モールド樹脂形成部分１５ａ，１５ｂは、図６（ｃ）に示すように、上金型１６および下金型１７同士を合せたときにモールド樹脂が充填されるキャビティを形成し、モールド樹脂は、上記注入口１３より上記注入路を経由してコンデンサ素子１の側面方向から上記キャビティ内に注入される。なお、図６（ａ）および（ｂ）においては上記リードフレーム２，３の図示が省略されている。

本発明は、上記技術的課題に鑑み、なされたもので、導電性接着剤の塗布バラツキにより発生する陰極リードフレームとコンデンサ素子との隙間へのモールド樹脂の流れ込みを防ぎ、以って接続強度の劣化を防止し、かつ、ＥＳＲの特性バラツキが起こらない、電解コンデンサの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、弁作用金属粉末を加圧成形し、焼結して得られた焼結体に酸化皮膜層、固体電解質層、陰極引出層を順次形成してなるコンデンサ素子の陽極リードワイヤーと陽極リードフレームを接続し、コンデンサ素子と陰極リードフレームとを銀フィラーを含む導電性接着剤を介して接続した後、トランスファーモールドにて樹脂フィラーを含むモールド樹脂でコンデンサ素子を被覆した固体電解コンデンサにおいて、上記陰極リードフレームは、上記コンデンサ素子との接続部分に複数の凸部が設けられ、これら凸部と凸部との間に生じる溝部の幅寸法に対し、上記導電性接着剤の銀フィラー径は、上記溝部の幅の０．１〜０．５倍であり、かつ、上記モールド樹脂の樹脂フィラー径は、上記溝部の幅の１．５〜２．０倍である。

上記溝部の幅寸法、上記導電性接着剤の銀フィラー径および上記モールド樹脂の樹脂フィラー径の三者の関係は、例えば、上記導電性接着剤に含まれる銀フィラー径が０．０１〜０．０５ｍｍで、かつ、上記モールド樹脂に含まれる樹脂フィラー径が０．１５〜０．２０ｍｍであるときには、上記溝部の幅寸法は０．１０ｍｍとされる。

また、上記凸部は、上記陰極リードフレームの幅方向および長さ方向と交差するように格子状に配列され、かつ上記溝部は、上記モールド樹脂の注入方向に対して傾きを持っている。

さらに、上記溝部の上記モールドモールドの注入方向に対する傾き角は、３０〜６０°に設定されている。これは、３０°未満または６０°を超えると、モールド樹脂を注入する際の注入圧力を受けやすくなるからである。特に、上記溝部の上記モールド樹脂の注入方向に対する傾き角は、ほぼ４５°に設定されていることが好ましい。

加えて、上記溝部の断面形状は、ほぼＶ字形状をなしている。

このように、陰極リードフレームの溝部をＶ字形状に形成することにより、溝部をコの字形状に形成する従来の陰極リードフレームと比較して、モールド樹脂の樹脂フィラーがより通り難くなるため、溝部へのモールド樹脂の入り込みを防止でき、また、樹脂外装時の陰極リードフレームに加わるストレスを軽減することができる。また、電解コンデンサ素子と陰極リードフレームとを接続する導電性接着剤は、リードフレームの垂直上面から塗布されるため、Ｖ字形状・コの字形状の溝部の断面形状の違いによる接着剤塗布状態の差はない。よって、従来通りの同じ塗布方法（ディスペンス方式等）で行うことができる。

本発明によれば、樹脂モールド時に陰極リードフレームの凸部と凸部との間に生じる溝部に導電性接着剤１２が入り込んでアンカー効果を持ち、導電性接着剤との接触面積が広がる。その結果、接続強度の向上が図れる。

また、導電性接着剤の塗布量バラツキにより溝部に隙間が発生した場合にも、溝部の幅寸法を樹脂フィラーの径よりも狭い（小さく）することで、トランスファーモールドによる樹脂注入時にも樹脂フィラーが摩擦抵抗になるため、モールド樹脂の注入ストレスを受けることがなく、導電性接着剤の亀裂等を軽減できる。その結果、強度劣化やＥＳＲの特性バラツキが低減する。

さらに、パッケージ側面にある樹脂注入口に対し溝部を傾けて形成しているため、陰極リードフレームと電解コンデンサ素子との隙間に受ける注入圧力がさらに軽減されてモールド樹脂の注入圧力が抑制され、導電性接着剤に加わるストレスを軽減できる。その結果、陰極リードフレームと導電性接着剤の密着性が向上し、製品のＥＳＲ上昇の抑制や耐熱特性を改善でき、最終製品の品質が向上する。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づき詳細に説明する。

［実施例１］
図１は本発明の実施例１に係る固体電解コンデンサの断面図である。図２は固体電解コンデンサ素子の構造を示しており、同図（ａ）は概略断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ部を拡大して示す図である。

図１を参照して、本実施例１に係る固体電解コンデンサ６は、コンデンサ素子１の陽極リードワイヤー４と陽極リードフレーム２を接続し、コンデンサ素子１と陰極リードフレーム３とを銀フィラーを含む導電性接着剤１２を介して接続した後、トランスファーモールドにてコンデンサ素子１をモールド樹脂５で被覆してなる。

コンデンサ素子１は、弁作用金属であるタンタル粉末に陽極リードワイヤー４を埋設した状態で、所定の形状に成形し、その後、図２に示すように、焼結した焼結体７に、誘電体として酸化皮膜層８を形成し、さらにその皮膜層上に二酸化マンガン層９、カーボン層１０および銀層１１を順次形成してなる。なお、陽極リードワイヤーは、焼結体７を形成してから溶接で取り付けてもよい。

図３は陰極リードフレームの構造を示しており、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＤ−Ｄ’線に沿う断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ’線に沿う断面図、同図（ｄ）は同図（ａ）のＥ−Ｅ’線に沿う断面図である。

リードフレーム２，３としては、その基材として銅を主成分とする合金が用いられている。

本固体電解コンデンサ６では、図３に示すように、特に導電性接着剤１２を介してコンデンサ素子１と接続される上記陰極リードフレーム３の電解コンデンサ接続側面に、複数の凸部３ｂが設けられている。これら凸部３ｂと凸部３ｂとの間に生じる溝部３ｃの幅寸法は、上記導電性接着剤１２の銀フィラー径より大きく、かつ、上記モールド樹脂５の樹脂フィラー径よりも小さく設定されている。具体的には、上記導電性接着剤１２に含まれる銀フィラー径は０．０３ｍｍであり、上記モールド樹脂５に含まれる樹脂フィラー径は０．１８ｍｍであり、上記溝部３ｃの最も広い箇所の幅寸法は０．１０ｍｍとされている。

凸部３ｂは、陰極リードフレーム３の幅方向および長さ方向と交差するように格子状に配列され、それによって上記溝部３ｃは、モールド樹脂注入口１３からのモールド樹脂の流れに対して傾きを持っている。この溝部３ｃのモールド樹脂注入方向に対する傾き角は、４５°に設定されている。また、上記モールド樹脂注入方向からのモールド樹脂の流れに対して４５°の傾きを持つ上記溝部３ｃの断面形状は、Ｖ字形状をなしている。

コンデンサ素子１の陽極リードワイヤー４と陽極リードフレーム２とは、抵抗溶接で接続されている。他方、コンデンサ素子１と陰極リードフレーム３とは、上記銀フィラー径０．０３ｍｍである導電性接着剤１２を用いて接続されている。

上記のコンデンサ素子１は、トランスファーモールドにて樹脂フィラー径０．１８ｍｍであるモールド樹脂５で被覆密封されている。

上記の本固体電解コンデンサ６は、７．３ｍｍ×４．３ｍｍ×２．８ｍｍ寸法で、定格が６．３Ｖ−４７０μＦであり、このような固体電解コンデンサ６を１００００個作製した。

［実施例２］
本実施例２では、銀フィラー径が０．０５ｍｍである導電性接着剤１２を用いる以外は、上記実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサ６を作製した。

［実施例３］
本実施例２では、銀フィラー径が０．０１ｍｍである導電性接着剤１２を用いる以外は、上記実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサ６を作製した。

［実施例４］
本実施例４では、樹脂フィラー径が０．２０ｍｍであるモールド樹脂５を用いる以外は、上記実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサ６を作製した。

［実施例５］
本実施例５では、樹脂フィラー径が０．１５ｍｍであるモールド樹脂５を用いる以外は、上記実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサ６を作製した。

［比較例１］
比較例１では、銀フィラー径が０．１５ｍｍである導電性接着剤１２を用いる以外は、上記実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサ６を作製した。

［比較例２］
比較例２では、銀フィラー径が０．０７ｍｍである導電性接着剤１２を用いる以外は、上記実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサ６を作製した。

［比較例３］
比較例３では、銀フィラー径が０．００５ｍｍである導電性接着剤１２を用いる以外は、上記実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサ６を作製した。

［比較例４］
比較例４では、銀フィラー径が０．００１ｍｍである導電性接着剤１２を用いる以外は、上記実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサ６を作製した。

［比較例５］
比較例５では、樹脂フィラー径が０．３０ｍｍであるモールド樹脂５を用いる以外は、上記実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサ６を作製した。

［比較例６］
比較例６では、樹脂フィラー径が０．２５ｍｍであるモールド樹脂５を用いる以外は、上記実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサ６を作製した。

［比較例７］
比較例７では、樹脂フィラー径が０．１０ｍｍであるモールド樹脂５を用いる以外は、上記実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサ６を作製した。

［比較例８］
比較例８では、樹脂フィラー径が０．０５ｍｍであるモールド樹脂５を用いる以外は、上記実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサ６を作製した。

［比較例９］
比較例９では、上記凸部３ｂがモールド樹脂注入口方向に対し垂直な方向に設けている以外は、上記実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサ６を作製した。

［比較例１０］
比較例１０では、上記溝部３ｃの断面形状をコの字形状に設けている以外は、上記実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサ６を作製した。

［従来例］
従来例（特許文献１〜６）では、陰極リードフレーム３として、その銀層１１と導電性接着剤１２を介して接続する平面に断面コの字形状の幅１ｍｍの凹部３ａをモールド樹脂５の注入口方向に対し垂直な格子状に設け、０．０３ｍｍの銀フィラー径を有する導電性接着剤１２および０．１８ｍｍの樹脂フィラー径を有するモールド樹脂５を用いた以外は、上記実施例と同様の方法で固体電解コンデンサ６を作製した（図５参照）。

上記それぞれの製品に対しモールド樹脂５を施す前の状態で、２０００個接続強度確認を行い、またモールド樹脂５を施した後２０００個外観選別確認を行い、それぞれ不良発生数の比較を行った。また完成品にて２００個をはんだ耐熱試験（２６０℃、１０秒、３回リフロー）行い、はんだ耐熱試験前後のＥＳＲ平均レベルの比較を行った。その結果を表１および表２に示す。

表１および表２から明らかなように、実施例１〜５は、比較例１〜８、比較例９、１０および従来例と比較し陰極リードフレーム３と導電性接着剤１２の接続不良数および外観不良発生数が低減し、かつ、はんだ耐熱試験によるＥＳＲのバラツキも低減することを確認した。

比較例１、２の場合、導電性接着剤１２に含まれる銀フィラー径が大きく溝部に入り込み難いため、陰極リードフレーム３と導電性接着剤１２の接続不良が多発しはんだ耐熱によるＥＳＲ特性の悪化も生じた。一方、比較例３、４の場合、導電性接着剤１２に含まれる銀フィラー径が小さいため、銀フィラーが部分凝集し導電性接着銀１２内に均一に分散できないため、溝部３ｃに銀フィラーが入り難く、接続不良が多発しはんだ耐熱によるＥＳＲ特性の悪化も生じた。これらのことより、溝部３ｃの幅寸法を０．１０ｍｍとしたときには、銀フィラーの径は０．０１〜０．０５ｍｍがより望ましいことが判明した。

比較例５、６の場合、樹脂フィラー径が大きく溝部３ｃにモールド樹脂５が入り込むことがないため、接続不良も少なくはんだ耐熱によるＥＳＲ特性の悪化も小さいが、トランスファーモールドにおいてコンデンサ素子１をモールド樹脂５で被覆密封するときに金型細部までモールド樹脂５が周り込まず、外観不良が多発した。一方、比較例７、８の場合、樹脂フィラー径が小さいため、コンデンサ素子１の表面に形成された銀層１１との間に導電性接着剤１２が充填されない隙間が生じた部分にトランスファーモールドで樹脂封止する際にモールド樹脂５が隙間に流れ込み、強度劣化やＥＳＲの悪化が発生した。これらのことより、溝部３ｃの幅寸法を０．１０ｍｍとしたときには、樹脂フィラー径は０．１５〜０．２０ｍｍがより望ましいことが判明した。

比較例９の場合、陰極リードフレーム３に設けた凸部３ｂを、モールド樹脂５の注入口方向に対し垂直な格子状に設けているため、コンデンサ素子１の表面に形成された銀層１１との間にトランスファーモールドで樹脂封止する際にモールド樹脂５が流れ込む注入圧力を受けやすく、強度劣化やＥＳＲの悪化が発生した。

これに対し、各実施例の特性が安定しているのは、凸部３ｂがモールド樹脂５の注入口方向に対し傾きを持たせたことによる効果である。

また、凸部３ｂのモールド樹脂注入方向に対する傾きは、３０〜６０°の範囲が望ましく、特に、ほぼ４５°にすることがより望ましい。これは、３０°未満または６０°を超えると、モールド樹脂５を注入する際の注入圧力を受けやすくなる問題があるからである。

比較例１０の場合、陰極リードフレーム３に設けた溝部３ｃの断面形状をコの字形状に設けているため、コンデンサ素子１の表面に形成された銀層１１との間にトランスファーモールドで樹脂封止する際にモールド樹脂５が流れ込む注入圧力を受けやすく、強度劣化やＥＳＲの悪化が発生した。

これに対し、各実施例の特性が安定しているのは、溝部３ｃの断面形状をＶ字形状に設けることで、断面からみた場合、上部には導電性接着銀１２を充填できる十分な開口幅が設けられ、かつ、その下部（底部）が狭いため、モールド樹脂５のフィラーによる注入圧力を受けにくい構造を持たせたことによる効果である。

また、従来例の強度劣化やＥＳＲの特性バラツキが大きいのは、陰極リードフレーム３に設けた凹部３ａは、フレーム幅方向に垂直な格子状に設けられており、かつ樹脂フィラー径よりも大きな溝幅を有するコの字形状をなしているので、コンデンサ素子１の表面に形成された銀層１１との間に導電性接着剤１２が充填されない隙間が生じた部分をトランスファーモールドで樹脂封止する際にモールド樹脂５が隙間に流れ込む注入圧力を受けやすいためである。これに対し、各実施例の特性が安定しているのは、溝部３ｃの幅寸法を、導電性接着剤１２の銀フィラーは充填する一方、モールド樹脂５の樹脂フィラーは通さない大きさに設け、かつ、その断面形状をＶ字形状でモールド樹脂５の注入口方向に対し傾きを持たせたことによる効果である。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施例では、固体電解コンデンサとして固体電解質に二酸化マンガンを使用したタンタル電解コンデンサを例に挙げて記載したが、固体電解質に導電性高分子を使用したコンデンサや各種の固体電解コンデンサ等に採用しても同様の効果を奏する。その他、本明細書に添付の特許請求の範囲内での種々の設計変更および修正を加え得ることは勿論である。

本発明では、導電性接着剤の塗布バラツキにより発生する陰極リードフレームと電解コンデンサ素子との隙間へのモールド樹脂の流れ込みを防ぎ、以って接続強度の劣化を防止し、かつ、ＥＳＲの悪化が起こらないゆえ、電解コンデンサとして有用である。

本発明の実施例１に係る固体電解コンデンサの断面図である。コンデンサ素子の構成を示しており、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ部を拡大して示す図である。断面構造とその一部を拡大して示す図である。陰極リードフレームの構造を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線に沿う断面図、（ｄ）は（ａ）のＥ−Ｅ’線に沿う断面図である。従来例に係る固体電解コンデンサの断面図である。陰極リードフレームの構造を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。モールド金型の構造の概略を示しており、（ａ）は上金型の平面図、図（ｂ）は下金型の平面図、同図（ｃ）は上金型と下金型とを組み込みＦ−Ｆ’線に沿う断面図である。

符号の説明

１コンデンサ素子
２陽極リードフレーム
３陰極リードフレーム
３ａ凹部
３ｂ凸部
３ｃ溝部
４陽極リードワイヤー
５モールド樹脂
６固体電解コンデンサ
７焼結体
８酸化皮膜層
９二酸化マンガン層
１０カーボン層
１１銀層
１２導電性接着剤
１３注入口
１５ａ，１５ｂモールド樹脂形成部分
１６上金型
１７下金型

Claims

弁作用金属粉末を加圧成形し、焼結して得られた焼結体に、酸化皮膜層、固体電解質層、陰極引出層を順次形成してなるコンデンサ素子の陽極リードワイヤーと陽極リードフレームを接続し、コンデンサ素子と陰極リードフレームとを銀フィラーを含む導電性接着剤を介して接続した後、トランスファーモールドにて樹脂フィラーを含むモールド樹脂でコンデンサ素子を被覆した固体電解コンデンサにおいて、
上記陰極リードフレームは、上記コンデンサ素子との接続部分に、複数の凸部が設けられ、
これら凸部と凸部との間に生じる溝部の幅寸法に対し、上記導電性接着剤の銀フィラー径は、上記溝部の幅の０．１〜０．５倍であり、かつ、上記モールド樹脂の樹脂フィラー径は、上記溝部の幅の１．５〜２．０倍であることを特徴とする固体電解コンデンサ。
上記凸部は、上記陰極リードフレームの幅方向及び長さ方向と交差するように格子状に配列され、かつ上記溝部は、上記モールド樹脂の注入方向に対して傾きを持ってい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。
上記溝部の上記モールド樹脂の注入方向に対する傾き角は、３０〜６０°に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の固体電解コンデンサ。
上記溝部の断面形状は、ほぼＶ字形状をなしていることを特徴とする請求項１、または３の何れか１項に記載の固体電解コンデンサ。