JP4880431B2 - チップ状固体電解コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、チップ状固体電解コンデンサに関し、特に導電性高分子タイプのチップ状固体電解コンデンサに関するものである。

近年、電子機器のデジタル化にともない、チップ状固体電解コンデンサには優れた高周波特性が求められており、チップ状固体電解コンデンサに用いられる固体電解質には、従来の二酸化マンガンに替えて低ＥＳＲ化を目的として導電性高分子が広く使用されている。

一般に、固体電解コンデンサに使用される導電性高分子としては、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンまたはそれらの誘導体等があり、なかでもポリチオフェンは、ポリピロールやポリアニリンと比較して導電率が高く、かつ熱安定性に優れていることから固体電解質に使用されることが多い。

上記のチップ状固体電解コンデンサは、リードフレームを骨格にしたモールドタイプが一般的であり、そのコンデンサ素子の電気特性を損なうことがないよう、銅系の金属を用いたフレーム母材を用いる場合や、銀メッキや金メッキまたはパラジウムメッキを用いる場合がある。

一方、導電性高分子ではなく二酸化マンガンを固体電解質とするチップ状固体電解コンデンサは多くの場合、リードフレームの表層メッキが、内部のコンデンサ素子との接続に用いる導電性接着剤との接続安定性と、チップ部品をはんだ実装するときのはんだ付け性とを考慮した金属となるため、錫や鉛をベースにしたメッキを用いる。

この導電性高分子を用いないチップ状固体電解コンデンサのリードフレームは、工業的な生産性とコストパフォーマンスとから、表面に錫メッキ、下層にニッケルメッキを用い、母材を鉄ニッケル合金としたものが一般的な構成であり、それらのメッキは、それぞれ、３〜１０μｍ、０．５〜３μｍの厚さで構成される（例えば、特許文献１参照）。

これに対し、導電性高分子タイプのチップ状固体電解コンデンサでは、上述のとおり、高導電性を重視し、ニッケル／パラジウム／金からなるメッキの３層構造が用いられる場合が多く、それぞれのメッキ厚さは、各々０．５〜１μｍ、０．０１μｍ、０．００３μｍで構成される。

特開昭６３−１１５３２４（特願昭６１−２６１６４０）

しかし、導電性高分子タイプのチップ状固体電解コンデンサは、高性能で高付加価値を追求するため、高価な導電性高分子層を形成する材料を用い、さらに高価な金属メッキとして、例えばニッケル／パラジウム／金からなるメッキを要するため、その原価は非常に高価なものであった。

これに対し、導電性高分子タイプのチップ状固体電解コンデンサへ、導電性高分子を用いないチップ状固体電解コンデンサに使用していたリードフレーム、すなわち、メッキにニッケルと錫とを用いたリードフレームを適用してコストを抑えようとするアプローチも試みられたが、後述のとおり、はんだ実装時にコンデンサ素子とリードフレームとを接続する導電性接着剤と、上記リードフレームの錫メッキ層との界面での抵抗値が上昇するため、本来のコンデンサ素子の電気特性（特にＥＳＲ（等価直列抵抗））を損なうという問題があった。

上記の問題は、チップ部品をはんだ実装するときに印加されるリフローでの加熱がリードフレームの錫メッキの融点（２３２℃）以上となり、錫の溶融が上記導電性接着剤層との界面状態に影響するため、場合によっては数ｍΩのＥＳＲ特性の劣化が生じ、導電性高分子タイプのチップ状固体電解コンデンサの商品価値を著しく低くするものとなっている。

もっとも、二酸化マンガンを用いたチップ状固体電解コンデンサでは、ＥＳＲ特性がΩ単位であるため、上記の数ｍΩの特性変動が影響するところではない。

本発明は、上記技術的課題に鑑み、低コストでかつＥＳＲ特性の劣化することのないチップ状固体電解コンデンサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、弁作用金属粉末によって形成された焼結体の表面に、誘電体酸化皮膜を形成してコンデンサ陽極体を作製後、上記誘電体酸化皮膜の表面に、導電性高分子からなる固体電解質を有する陰極層を形成しコンデンサ素子とし、
該コンデンサ素子と、陰極側端子電極として機能する陰極リードフレームと、陽極側端子電極として機能する陽極リードフレームと、これらをパッケージングする外装樹脂で構成されるチップ状固体電解コンデンサにおいて、
上記陰極および陽極リードフレームのメッキ層は、最上層に錫または錫合金メッキをメッキ層に有し、
上記陰極リードフレームのメッキ層のうち少なくとも最上層の錫または錫合金メッキは、導電性接着剤を介して上記コンデンサ素子と接続する第１の領域と、上記外装樹脂からの引き出し外部電極となる第２の領域とに分断されて形成され、上記分断された部位が外装樹脂内部に形成されている。

ある態様では、上記両リードフレームのメッキ層が、錫または錫合金メッキと、その下地となるニッケルメッキとからなる２層構造であって、上記陰極リードフレームのメッキ層のうち上層側の錫または錫合金メッキのみが、上記第１の領域と上記第２の領域とに分断され、上記分断された部位が外装樹脂内部に形成されている。

また、他の態様では、上記両リードフレームのメッキ層が、錫または錫合金メッキと、その下地となるニッケルメッキとからなる２層構造であって、上記陰極リードフレームのメッキ層のうち上層側の錫または錫合金メッキおよび下層側のニッケルメッキの両者が、上記第１の領域と上記第２の領域とに分断され、上記分断された部位が外装樹脂内部に形成されている。

チップ状固体電解コンデンサの内部において、陰極リードフレームのメッキ層のうち少なくとも最上層の錫または錫合金メッキを、コンデンサ素子と導電性接着剤とを接続する第１の領域と、外装樹脂からの引き出し外部電極となる第２の領域とに分断して形成しているため、この第１の領域と第２の領域との間に生じるメッキ分断領域に外装樹脂が入り込み、パッケージ内部と外部との錫または錫鉛合金メッキ同士は直接接続することがなく、陰極リードフレームの母材や下層メッキ（例えばニッケルメッキ）と電気的な接続が保たれることとなる。

上述のリフロー加熱におけるＥＳＲ特性劣化は、多くの場合、内部の錫メッキが溶融し、導電性接着剤との接続面積が変化することに起因し、パッケージ内部に応力がある場合など、状況によっては、パッケージ内部の錫メッキがパッケージ外部へ溶出することもあったが、本発明の構成によれば、パッケージ内部の錫または錫合金メッキが溶融してもそのメッキ自体が動くことができないため、ＥＳＲ特性の変動がない。

よって、高価なメッキ材を用いずとも、広く一般的に用いられ、かつ、はんだ付け性に優れた錫または錫合金メッキを使用することができるため、安価でかつ特性劣化の少ない導電性高分子タイプのチップ状固体電解コンデンサを提供することができる。

[実施例１]
図１は本発明の実施例１に係るチップ状固体電解コンデンサの断面図、図２は図１のＸ部拡大図である。

図１および図２において、１はコンデンサ素子、２ａは陰極リードフレーム、２ｂは陽極リードフレーム、３は導電性接着剤、４は外装樹脂である。

コンデンサ素子１は、タンタル粉末に陽極導出線を埋設し、所定の形状にプレス成形後、焼結してタンタル金属の多孔質体とし、多孔質体の表面に誘電体酸化皮膜を形成し、コンデンサ陽極体を作製した後、上記誘電体酸化皮膜の表面に、導電性高分子の固体電解質層を形成し、さらにカーボン層および銀層からなる陰極引出層を形成して作製されている。

両リードフレーム２ａ，２ｂは、図２に詳細に示されているように、銅合金製の母材２０にニッケルメッキ２１および錫メッキ２２を順次施してなる。すなわち、両リードフレーム２ａ，２ｂは、錫メッキ２２と、その下地となるニッケルメッキ２１とから構成される２層構造を有している。

陰極リードフレーム２ａは、導電性接着剤３を介して上記コンデンサ素子１の陰極引出層に接続固定されている。特に、この陰極リードフレーム２ａは、そのメッキ層のうち上層側の錫メッキ２２のみを、コンデンサ素子１と導電性接着剤３と接続する第１の領域と、外装樹脂４から引き出し外部電極となる第２の領域とに分断したリードフレームとし、錫メッキ２２の分断部位（領域）は、幅約０．２ｍｍで導電性接着剤３との接触部より陰極導出側へ向かい約０．５ｍｍの部位とし、パッケージからはみ出ることなく外装樹脂４の内部になるよう構成されている。

一方、陽極リードフレーム２ｂは、上記コンデンサ素子１の陽極タンタル導出線と溶接により接続固定されている。

外装樹脂４は、上記のコンデンサ素子１、コンデンサ素子１の陰極側端子電極として機能する陰極リードフレーム２ａ、およびコンデンサ素子１の陽極側端子電極として機能する陽極リードフレーム２ｂをパッケージングしている。この外装樹脂４のフィラーは、上記の陰極リードフレーム２ａ側の錫メッキ分断部位の溝へも充分注入できるよう、その径が１００μｍ以下になるよう設計されている。

本実施例１におけるリードフレーム２ａ，２ｂのメッキ構成は、厚さ０．１ｍｍの銅合金母材２０を条材にした後、全面に厚さ０．５μｍのニッケルメッキ２１を施し、さらに全面に厚さ４μｍの無光沢錫メッキ２２を処理したものを用い、コンデンサのリードフレーム形状に金型で打ち抜き加工したうえで、陰極リードフレーム２ａの先端から１．２ｍｍの位置でスキャン式ＹＡＧレーザを用い、約０．２ｍｍの幅のラインを陰極リードフレーム構成方向（陰極リードフレーム２ａの引き出し方向）と直交して加工されている。このとき、ＹＡＧレーザのラインが上記上層側の錫メッキ２２のみを研削するよう、そのレーザ強度を調整している。

[実施例２]
図３は本発明の実施例２に係るチップ状固体電解コンデンサの要部拡大断面図である。

本実施例２では、銅合金母材２０にニッケルメッキ２１と錫メッキ２２とを施した陰極リードフレーム２ａへ導電性接着剤３を介してコンデンサ素子１を接続し、この陰極リードフレーム２ａのメッキ層のうち、上層側の錫メッキ２２および下層側のニッケルメッキ２１の両者を、コンデンサ素子１と導電性接着剤３と接続する第１の領域と、外装樹脂４から引き出し外部電極となる第２の領域とに分断し、このメッキの分断部位（領域）を、幅約０．２ｍｍで導電性接着剤３との接触部より陰極導出側へ向かい約０．５ｍｍの部位とし、パッケージからはみ出ることなく外装樹脂４の内部になるよう構成した以外は、上記実施例１と同様の方法でチップ状固体電解コンデンサを作製した。

[実施例３]
本実施例３では、特に図示していないが、銅合金母材２０にニッケルメッキ２１と錫メッキ２２とを施した陰極リードフレーム２ａへ導電性接着剤３を介してコンデンサ素子１を接続し、この陰極リードフレーム２ａのメッキ層のうち上層側の錫メッキ２２のみを、コンデンサ素子１と導電性接着剤３と接続する第１の領域と、外装樹脂４から引き出し外部電極となる第２の領域とに分断し、この錫メッキの分断部位（領域）を、錫メッキの部分メッキとしたこと以外は、上記実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。

[実施例４]
本実施例４では、特に図示していないが、銅合金母材２０にニッケルメッキ２１と錫メッキ２２とを施した陰極リードフレーム２ａへ導電性接着剤３を介してコンデンサ素子１を接続し、この陰極リードフレーム２ａのメッキ層のうち上層側の錫メッキ２２および下層側のニッケルメッキ２１の両者を、コンデンサ素子１と導電性接着剤３と接続する第１の領域と、外装樹脂４から引き出し外部電極となる第２の領域とに分断し、このメッキの分断部位（領域）を、ニッケルメッキの部分メッキおよび錫メッキの部分メッキとの積層構造としたこと以外は、上記実施例１と同様の方法でチップ状固体電解コンデンサを作製した。

[従来例１]
図４は従来例１に係るチップ状固体電解コンデンサの断面図、図５は図４のＹ部拡大図である。

図４および図５を参照して、従来例１に係るチップ状固体電解コンデンサでは、コンデンサ素子１は、タンタル粉末に陽極導出線を埋設し、所定の形状にプレス成形後、焼結してタンタル金属の多孔質体とし、多孔質体の表面に誘電体酸化皮膜層を形成し、コンデンサ陽極体を作製した後、導電性高分子の固体電解質層を形成し、さらにカーボン層および陰極導電質層を形成して作製されている。

リードフレーム２ａ，２ｂは、図５によく示されているように、銅合金製の母材２０にニッケルメッキ２１および錫メッキ２２を順次施してそのメッキ層を２層構造としている。陰極リードフレーム２ａは、導電性接着剤３を介してコンデンサ素子１の陰極層に接続固定され、それによってコンデンサ素子１の陰極側端子電極として機能する。
一方、陽極リードフレーム２ｂは、コンデンサ素子１の陽極タンタル導出線に溶接により接続固定され、それによってコンデンサ素子１の陽極側端子電極として機能する。

ここで、リードフレーム２ａ，２ｂのメッキ構成は、厚さ０．１ｍｍの銅合金母材２０を条材にした後、全面に厚さ０．５μｍのニッケルメッキ２１を施し、さらに全面に４μｍの無光沢錫メッキ２２を処理したものを用い、コンデンサのリードフレーム形状に金型で打ち抜き加工したもので、チップ状固体電解コンデンサのパッケージ内部と外部とが連続したメッキ層で構成されている。

[従来例２]
図６は従来例２に係るチップ状固体電解コンデンサの断面図、図７は図６のＺ部拡大図である。

従来例２では、リードフレーム２ａ，２ｂのメッキ構成を、厚さ０．１ｍｍの銅合金母材２０を条材にした後、全面にニッケルメッキ２１、パラジウムメッキ２３および金メッキ２４からなる３層構造を形成し、それぞれのメッキ厚さを、０．５μｍ、０．０１μｍ、０．００３μｍとしたこと以外は、上記従来例１と同様の方法でチップ状固体電解コンデンサが作製されている。

[比較検討結果]
上記の実施例１〜４のチップ状固体電解コンデンサに対し、上記の従来例１および２のチップ状固体電解コンデンサを比較対象として、２６０℃１０秒のリフロー後のＥＳＲ値を測定した結果を表１に示す。

表１に示すとおり、実施例１〜４と従来例１および２とのリードフレームの構成を異ならしめたことにより、明らかにリフロー耐熱試験後のＥＳＲ特性に差を生じさせることができた。これは、本発明の構成により、チップ状固体電解コンデンサの導電性接着剤と陰極リードフレームのメッキ層とが外部の熱ストレス、例えば基板付け時のリフロー加熱などの影響でそれらの接続界面状態が変化し難くなっているためであると考えられる。
よって、今日の鉛フリー対応によるリフロー温度のアップにおいても、金メッキ、銀メッキやパラジウムメッキなどの高価な材料を使わずとも、錫系のメッキでコンデンサ素子の性能を損なうことがなく、低コスト材料で高性能を発現ならしめることができることが判明した。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。

（１）上記の説明においては、錫メッキを施したリードフレームを実施例として従来例と比較したが、錫−銀メッキや錫−銅メッキなどの錫合金メッキでも同様の効果を得る。

（２）本発明の実施例は、リードフレーム母材を銅合金として効果確認を行ったものであるが、一般的な鉄ニッケル合金であっても、同様の効果を得る。

（３）上記実施例に挙げた陰極側リードフレームの錫メッキ分断位置と幅寸法については、コンデンサ素子と導電性接着剤とが接続する第１の領域と、パッケージから引き出し外部電極層となる第２の領域とに分断することが条件であり、一般的なモールドパッケージでは、分断部の一部がモールドパッケージ内に位置し、パッケージ内の分断部分の幅が約０．０５ｍｍ以上であれば、外装樹脂が上記分断部へ注入され、リフローでメッキ溶融しても完全なブロック効果を得る。

（４）メッキ分断方法は、ダイヤモンドカッターを用いる物理的加工法などでも可能であり、上記実施例に挙げたレーザ加工に限定するものではない。

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、広く一般的に用いられ、かつ、はんだ付け性に優れた錫または錫合金メッキをメッキ層に持つリードフレームを使用しても、本来のコンデンサ素子の電気的特性の劣化を少なくできるゆえ、チップ状固体電解コンデンサ、特に導電性高分子タイプのチップ状固体電解コンデンサとして有用である。

本発明の実施例１に係るチップ状固体電解コンデンサの断面図である。 図１のＸ部拡大略図である。 本発明の実施例２のチップ状固体電解コンデンサの要部拡大断面図である。 従来例１に係るチップ状固体電解コンデンサの断面図である。 図５のＹ部拡大図である。 従来例２に係るチップ状固体電解コンデンサの断面図である。 図６のＹ部拡大図である。

符号の説明

１ コンデンサ素子
２ａ 陰極リードフレーム
２ｂ 陽極リードフレーム
３ 導電性接着剤
４ 外装樹脂
２０ 母材
２１ ニッケルメッキ
２２ 錫メッキ
２３ パラジウムメッキ
２４ 金メッキ

Claims (3)

1. 弁作用金属粉末によって形成された焼結体の表面に、誘電体酸化皮膜を形成してコンデンサ陽極体を作製後、上記誘電体酸化皮膜の表面に、導電性高分子からなる固体電解質を有する陰極層を形成してコンデンサ素子とし、
   該コンデンサ素子と、陰極側端子電極として機能する陰極リードフレームと、陽極側端子電極として機能する陽極リードフレームと、これらをパッケージングする外装樹脂とで構成されるチップ状固体電解コンデンサにおいて、
   上記陰極および陽極リードフレームのメッキ層は、最上層に錫または錫合金メッキを有し、
   上記陰極リードフレームのメッキ層のうち少なくとも最上層の錫または錫合金メッキは、導電性接着剤を介して上記コンデンサ素子と接続する第１の領域と、上記外装樹脂からの引き出し外部電極となる第２の領域とに分断され、上記分断された部位が外装樹脂内部に形成されていることを特徴とするチップ状固体電解コンデンサ。
2. 上記陰極および陽極リードフレームのメッキ層が、錫または錫合金メッキと、その下地となるニッケルメッキとからなる２層構造であって、
   上記陰極リードフレームのメッキ層のうち上層側の錫または錫合金メッキのみが、上記第１の領域と上記第２の領域とに分断され、上記分断された部位が外装樹脂内部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のチップ状固体電解コンデンサ。
3. 上記陰極および陽極リードフレームのメッキ層が、錫または錫合金メッキと、その下地となるニッケルメッキとからなる２層構造であって、
   上記陰極リードフレームのメッキ層のうち上層側の錫または錫合金メッキおよび下層側のニッケルメッキの両者が、上記第１の領域と上記第２の領域とに分断され、上記分断された部位が外装樹脂内部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のチップ状固体電解コンデンサ。

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