JP4899758B2 - 固体電解コンデンサ用リードフレーム部材 - Google Patents
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Description
通常は、これらのコンデンサ素子を複数枚積層し、弁作用金属が露出した陽極端子(固体電解質を設けない端部表面部分)を陽極リードフレーム部(6)に接合する一方、導電層部分(陰極部分)を導電性接着材で陰極リードフレーム部(7)に接合し、全体をエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂(8)で封止して図2に示す積層型の固体電解コンデンサ(11)を作成する。
このため、導電性接着材を一定量ずつ塗布する製造プロセスでは、導電性接着材の過不足が生じることがある。導電性接着材が少なすぎれば集電性が悪化しESR(等価直列抵抗)が増大する。導電性接着材が多すぎれば余分な接着剤が素子間から溢れ出て広がることがある。リードフレームを用いた製造方法では、製造効率を高めるためにコンデンサ領域相互の間隔が比較的狭いため、余分な接着剤が逸出すると隣接するリードフレームやコンデンサ領域にまで至る場合もあり、この場合、ショートを起こし、集電特性を低下させる原因となる。ショートまでには至らない場合でも、封止時に導電性接着剤が露出してしまい、固体電解コンデンサの外観不良を引き起こす原因となる。
(1)一方の端部に陽極を有し他方の端部に陰極を有するコンデンサ素子に用いるための、コンデンサ素子の陽極と陰極に対応する陽極部と陰極部とが空隙を隔てて対向して設けられているリードフレーム部材であって、前記陽極部及び/または陰極部がコンデンサ素子搭載面両側に側壁を有することを特徴とするリードフレーム部材。
(2)前記陽極部及び/または陰極部に連続するリードフレームの引出し部に屈曲構造を有する前記1に記載のリードフレーム部材。
(3)前記側壁が陽極部及び/または陰極部の端面に回り込んでコンデンサ素子搭載面の隅に角型の壁構造を形成する前記2に記載のリードフレーム部材。
(4)前記側壁をコンデンサ素子搭載面両側において部分的に設ける前記1〜3のいずれかに記載のリードフレーム部材。
(5)前記側壁がコンデンサ素子搭載面両側の50%以上90%以下にのみ設けられてなる前記4に記載のリードフレーム部材。
(6)前記1〜5のいずれかに記載のリードフレーム部材にコンデンサ素子を搭載し全体を封止してなるチップ型固体電解コンデンサ。
(7)前記1〜5のいずれかに記載のリードフレーム部材に複数枚のコンデンサ素子を搭載し全体を封止してなる積層型固体電解コンデンサ。
(8)前記1〜5のいずれかに記載のリードフレーム部材の陰極部上にコンデンサ素子の陰極を導電性接着剤を用いて複数枚積層し、陽極を溶接したあとで全体を封止してなる積層型固体電解コンデンサの製造方法。
本発明のリードフレームは、一方の端部に陽極を有し他方の端部に陰極を有する平板矩型状のコンデンサ素子に用いるためのものである。このリードフレーム部材においては、コンデンサ素子の陽極と陰極に対応する陽極部と陰極部が空隙を隔てて対向して設けられており、少なくとも陽極部と陰極部の側面の両側がリードフレームのコンデンサ素子搭載面(コンデンサ素子を積層する面)に対して壁状に形成されていることを特徴とする。コンデンサ素子搭載面と側壁内面がなす角は、好ましくは70〜100度の角度、より好ましくは実質的に90度とする。角度が70度未満だと素子を搭載面に装入する際に側壁が干渉するため積層が困難となる。角度が100度より大きいと積層時の素子の位置ズレが起こったり、空間的に無駄が多くなる。
リードフレームのコンデンサ素子搭載面と引出し部との関係は、平面型、あるいは非平面型のいずれでも構わない。ここで、平面型とは、リードフレームにおける引出し部がコンデンサ素子搭載面と同一平面であることを指し、非平面型とは、リードフレームの引出し部がコンデンサ素子の陰極または陽極側端面の上部に位置する、すなわち、リードフレーム引出し部に屈曲構造を設け、これによってコンデンサ素子搭載時にその端面と当接ないし対向する壁部分を形成することを指す。前者の場合、コンデンサ素子搭載面側壁によってコの字状の溝が形成される。後者の場合、側壁と段差とによって凹部が形成される。本発明においては、コンデンサ素子を収容し得るこれらの溝と凹部を併せてポケット構造という。
(a)は、非平面型リードフレームを用いており、側壁のみが設けてある(すなわち、屈曲構造と側壁が協同していない)例である。
(b)は、非平面型リードフレームを用いており、側壁は屈曲構造と組み合わさってL字型(側面+端面)の角部を形成する例である。
(c)は平面型リードフレームを用いており、側壁は端面に及んでL字型(側面+端面)の角部を形成する例である。
(d-1)〜(d-4)は非平面型リードフレームを用いており、前記側壁をコンデンサ素子搭載面両側においては部分的に設ける、つまり、側壁に切り欠きを設ける例である。
(d-1)は切り欠きが陰極の端面寄りに設けてある。
(d-2)は切り欠きが陰極の端面寄りと、陽極の端面寄りとの両方に設けてある。
(d-3)は切り欠きが陽極の端面よりに設けてある。
(d-4)は切り欠きが陰極と陽極の中央部分に設けてある。
ここで挙げた例はあくまで例示であり、他にも種々のパターンが考えられる。
本発明においては、特に(1)前記非平面型構造における屈曲構造と前記側壁とを協同させてコンデンサ素子搭載面の隅に角型の壁構造を形成する(上記の(b)及び(c))、(2)前記側壁をコンデンサ素子搭載面両側の一部にのみ設ける(上記の(d))の少なくとも一方の構成を取ることが好ましい。
但し、切り欠きが大きすぎる場合は、そこから導電性接着剤が漏れて広がる可能性があるので、導電性接着剤が漏れない程度の幅とする。その具体的な割合は導電性接着剤の性質にもよるが、側壁がコンデンサ素子搭載面両側の50%以上90%以下とすることが好ましい。
固体電解コンデンサ素子のその他の構成は、当該分野で用い得るものであれば特に限定されない。
例えば、コンデンサ素子の導体部は、一般的には、表面に誘電体を有する金属が用いられる。本発明に使用できる金属は、主として弁作用を有する金属であり、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム、マグネシウム、珪素などの金属単体、またはこれらの合金である。また、多孔質の形態については、圧延箔のエッチング物、微粉焼結体などの多孔質成形体の形態であればいずれでもよい。導体の厚さは、使用目的によって異なるが、例えば、厚みが約40〜300μmの箔が使用される。金属箔の大きさ及び形状も用途により異なるが、平板状素子単位として幅約1〜50mm、長さ約1〜50mmの矩形のものが好ましく、より好ましくは幅約2〜15mm、長さ約2〜25mmである。
絶縁層は絶縁樹脂、マスキング材を塗布して形成するか、または絶縁テープを張付けて形成してもよい。マスキング材としては一般的な耐熱性樹脂、好ましくは溶剤に可溶あるいは膨潤しうる耐熱性樹脂またはその前駆体、無機質微粉とセルロース系樹脂からなる組成物などが使用できるが、材料は制限されない。具体例としてはポリフェニルスルホン(PPS)、ポリエーテルスルホン(PES)、シアン酸エステル樹脂、フッ素樹脂(テトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体等)、低分子量ポリイミド及びそれらの誘導体及びその前駆体などが挙げられ、特に低分子量ポリイミド、ポリエーテルスルホン、フッ素樹脂及びそれらの前駆体が好ましい。
絶縁体の幅は1.0mm以下、好ましくは0.8mm以下とする。
固体電解質層は、導電性重合体、導電性有機物および導電性無機酸化物等のいずれれによって形成してもよい。また複数の材料を順次形成してもよいし、複合材料を形成してもよい。好ましくは、公知の導電性重合体、例えば、ピロール、チオフェン、あるいはアニリン構造のいずれか1つの二価基、またはそれら置換誘導体の少なくとも1つを繰り返し単位として含む導電性重合体を使用できる。例えば、3,4−エチレンジオキシチオフェンモノマー及び酸化剤を好ましくは溶液の形態において、前後して別々にまたは一緒に金属箔の酸化皮膜層に塗布して形成する方法(特開平2−15611号公報、特開平10−32145号公報に記載)などが利用できる。
導電体層は、一般的にはカーボンペーストを下地とし、その上に銀ペーストを塗布して形成されるが、銀ペーストを塗布したのみでもよく、また塗布以外の方法で導電体層を形成してもよい。
導電性接着剤は、固着の役割を持つ樹脂ペーストと導電性の金属を混合したもので、電気を通す性質と物質同士を固着する性質を併せ持つ物質である。
本発明で用いられる導電性接着剤は、一般的に固体電解コンデンサに用いられるものが使用可能であり、主成分が高融点を持つ樹脂あるいは硬化型樹脂に銀を混合したペーストが好ましい。
陰極は既存の導電性接着剤を素子に塗布し、順次積層して行けばよい。
かくして得られる固体電解コンデンサ素子は、通常、リード端子を接続して、例えば樹脂モールド、樹脂ケース、金属製の外装ケース、樹脂ディッピング等による外装を施すことにより、各種用途のコンデンサ製品とする。
[酸化皮膜の形成]
アルミニウム化成箔(厚み100μm)を短軸方向3mm×長軸方向10mmに切り出し、長軸方向を5mmの部分で区切るように、両面に幅0.8mmのポリイミド溶液を周状に塗布、乾燥させて第1のマスキングを作成した。この化成箔の3×5mmの部分に10質量%のアジピン酸アンモニウム水溶液を塗布し、4Vの電圧を印加して切り口部分を化成することにより誘電体酸化皮膜を形成した。
次に、長軸方向を4mmの部分で区切るように、両面に幅0.8mmのポリイミド溶液を周状に塗布し、乾燥させて第2のマスキングを作成した。
このアルミニウム箔の3×4mmの部分を、3,4−エチレンジオキシチオフェン(2.0mol/L)を溶解させたイソプロピルアルコール(IPA)溶液に5秒間含浸後、室温で5分間乾燥し、更に2−アントラキノンスルホン酸ナトリウムが0.07質量%となるように調整した1.5mol/Lの過硫酸アンモニウム水溶液に5秒間浸漬した。続いてこのアルミニウム箔を40℃の大気中で10分間放置して酸化重合を行った。この浸漬工程及び重合工程を18回繰り返して、最終的に生成したポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)を50℃温水中で洗浄し、その後100℃で30分乾燥を行うことにより、アルミニウム箔の外表面に導電性重合体の固体電解質層を形成した。
次に、図4に示すように、上記アルミニウム箔の導電性重合体組成物層を形成した部分に、導電体層としてカーボンペースト層と銀ペースト層を設けた。
ここで、第1のマスキング下の誘電体被膜が形成されていないアルミニウム箔の部分を切断した。切断した素子の陽極部分は、導電体層形成後にスペーサーを溶接し、両方の角を切欠いた。これらのアルミニウム箔を抵抗溶接により接続し、4枚積層し、図3の(B)に示すような非平面型で壁がL字型(側面+端面)に設けてあるポケット型リードフレームに接続した後、銀ペーストで角の切欠いた部分を覆った。
さらに、この積層した素子をエポキシ樹脂で封止した後、125℃で定格電圧(2V)を印加して2時間エージングを行い、合計300個のコンデンサを製造した。
なお、漏れ電流は定格電圧を印加して1分後に測定した値であり、漏れ電流の平均値は不良品を除いて計算した値である。
ポケット構造を持つリードフレームを図3の(A)に示すような非平面型で側壁を陰極部の全長に沿って側面にのみ設けてあるリードフレームに変えた以外は、実施例1と同様の条件で製造したコンデンサ300個について、実施例1と同様の方法で容量と損失係数、等価直列抵抗、漏れ電流を測定した。表1にこれらの測定値の平均値と、0.002CV以上の漏れ電流を不良品としたときの不良率を示す。
ポケット構造を持つリードフレームを図3の(D−1)に示すような非平面型で壁が側面にのみに設けてあり、その陰極の端面寄りの側壁に切り欠きを設けたリードフレームに変えた以外は、実施例1と同様の条件で製造したコンデンサ300個について、実施例1と同様の方法で容量と損失係数、等価直列抵抗、漏れ電流を測定した。表1にこれらの測定値の平均値と、0.002CV以上の漏れ電流を不良品としたときの不良率を示す。
実施例1において、積層時のリードフレームを側壁のない従来型(平面型)にしたほかは同様の方法で300個のコンデンサを製造した。
これら300個のコンデンサについて、初期特性として120Hzにおける容量と損失係数(%で表示)、等価直列抵抗(ESR)及び漏れ電流を測定した。表1にこれらの測定値の平均値、及び0.002CV以上の漏れ電流を不良品としたときの不良率を示す。
なお、漏れ電流は定格電圧を印加して1分後に測定した値であり、漏れ電流の平均値は不良品を除いて計算した値である。
実施例1において、積層時のリードフレームを側壁のない従来型(段差型)にしたほかは同様の方法で300個のコンデンサを製造した。
これら300個のコンデンサについて、初期特性として120Hzにおける容量と損失係数(%で表示)、等価直列抵抗(ESR)及び漏れ電流を測定した。表1にこれらの測定値の平均値、及び0.002CV以上の漏れ電流を不良品としたときの不良率を示す。
なお、漏れ電流は定格電圧を印加して1分後に測定した値であり、漏れ電流の平均値は不良品を除いて計算した値である。
2 誘電体酸化皮膜
3 絶縁層
4 固体電解質層
5 導電体層
6 陽極リードフレーム部
7 陰極リードフレーム部
8 絶縁性樹脂
9 スペーサー
9b 抵抗溶接
10 導電性接着剤
10a 陽極側導電性接着剤
10b 陰極側導電性接着剤
11 固体電解コンデンサ
Claims (4)
- リードフレーム部材に複数枚のコンデンサ素子を搭載し全体を封止してなる積層型固体電解コンデンサであって、前記複数枚のコンデンサ素子は、その陰極が導電性接着剤を用いて積層されており、前記リードフレーム部材は、一方の端部に陽極を有し他方の端部に陰極を有するコンデンサ素子に用いるための、コンデンサ素子の陽極と陰極に対応する陽極部と陰極部とが空隙を隔てて対向して設けられているリードフレーム部材であって、前記陰極部がコンデンサ素子搭載面両側に側壁を有し、陰極リードフレームの側壁がコンデンサ素子搭載面両側の50%以上90%以下にのみ設けられ、前記陽極部及び/または陰極部に連続するリードフレームの引出し部に屈曲構造を有するリードフレーム部材である積層型固体電解コンデンサ。
- リードフレーム部材の陽極部がコンデンサ素子搭載面両側に側壁を有するものである請求項1に記載の積層型固体電解コンデンサ。
- リードフレーム部材の前記側壁が陽極部及び/または陰極部の端面に回り込んでコンデンサ素子搭載面の隅に角型の壁構造を形成するものである請求項2に記載の積層型固体電解コンデンサ。
- 一方の端部に陽極を有し他方の端部に陰極を有するコンデンサ素子に用いるための、コンデンサ素子の陽極と陰極に対応する陽極部と陰極部とが空隙を隔てて対向して設けられているリードフレーム部材であって、前記陰極部がコンデンサ素子搭載面両側に側壁を有し、陰極リードフレームの側壁がコンデンサ素子搭載面両側の50%以上90%以下にのみ設けられ、前記陽極部及び/または陰極部に連続するリードフレームの引出し部に屈曲構造を有するリードフレーム部材を用い、前記リードフレーム部材の陰極部上にコンデンサ素子の陰極を導電性接着剤を用いて複数枚積層し、陽極を溶接したあとで全体を封止してなる積層型固体電解コンデンサの製造方法。
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