JP4912371B2 - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、高速化するCPUや高性能化する電子機器において非常に低いESL（等価直列インダクタンス）が求められ、それを満足する固体電解コンデンサに関するものである。

電子機器のデジタル化、高性能化などを達成するため、ＣＰＵなどがより高速化してきた。そのため、電子機器に使用されるコンデンサも高性能化が要求され、電極構造がリードフレーム型でも、下面電極型なみの１ｎＨ以下という非常に低いESL（等価直列インダ
クタンス）が求められている。

従来の固体電解コンデンサで電極構造がリードフレーム型のものは、以下のような形状をしていた。即ち、図３に示すように弁作用を有する金属であるアルミ箔１の表面に、誘電体皮膜１１、固体電解質層２、陰極引出層２1（カーボン層及び銀ペースト層を含む）を順次形成して、陽極引出し部１０と陰極部２０を有するコンデンサ素子３０が作製され、次に、図７に示すように複数のコンデンサ素子３０を積層状態にし、陽極引出し部１０と陽極リードフレーム１２を抵抗溶接などにより接続し、陰極リードフレーム２４は陰極引出部２１に導電性接着剤２３を介して接続し、最後に外装樹脂４を用いて被覆し、その後、陽極および陰極リードフレームを外装樹脂に沿って折曲して固体電解コンデンサを作製していた。

または、図８のように陽極引出部１０を取り付けた焼結体１３の表面に誘電体皮膜１１、固体電解質層２、陰極引出層２1（カーボン層及び銀ペースト層を含む）を有するコンデンサ素子を形成し、該コンデンサ素子３０の陽極引出部１０に陽極リードフレーム１２、陰極引出部２１に導電性接着剤２３を介して陰極リードフレーム２４をそれぞれ接続し、最後に外装樹脂４を用いて被覆し、その後、陽極および陰極リードフレームを外装樹脂に沿って折曲して固体電解コンデンサを作製していた。

さらに、低ＥＳＬタイプとして下面電極型電極が提案され、図９のようなものがある。
特開平11-135367号公報 特開平8-293436号公報

ところで、図７のリードフレーム型の固体電解コンデンサは、陽極および陰極リードフレームが積層されたコンデンサ素子の中央あたりから外装樹脂外部に引出され、外装樹脂に沿って折曲されて固体電解コンデンサの底面にまで延びている。

そのため、陽極および陰極リードフレームが長くなり、ＣＰＵなどの高速化により求められる１ｎＨ以下という下面電極型と同等な非常に低いESL（等価直列インダクタンス）が達成できなかった。

また、陽極および陰極リードフレームを短くするため、図１０のように積層されたコンデンサ素子３０の最底辺の下面にリードフレームを接続することが考えられたが、曲げ部分が短いため曲げ部分が浮き上がったりして外装樹脂に沿った形にならず、リードフレームの長さが短くならず低いESLを達成できなかった。

さらに、図９のような下面電極型としてはＥＳＬ値を１ｎＨ以下にできるが、外装樹脂が下面電極の露出表面部分にはみ出すなど、はみ出し防止対策の難しい面と取り去る必要があるなどコスト増となる大きな問題があった。

第１の発明は、陽極部と、陰極部と、陽極部と陰極部との間に配置された誘電体皮膜とを具備したコンデンサ素子と、陽極部と接続する陽極リードフレームと、陰極部と接続する陰極リードフレームと、コンデンサ素子と陽極リードフレームの少なくとも一部と陰極リードフレームの少なくとも一部とを覆う外装樹脂と、を備えた固体電解コンデンサである。陽極リードフレームは、折曲部と、陽極部と接合する陽極部接合部と、固体電解コンデンサの底面にその一部を露出している陽極側底面部とを有すると共に、陰極リードフレームは、折曲部と、陰極部を搭載する陰極部搭載部と、固体電解コンデンサの底面にその一部を露出している陰極側底面部とを有し、陽極部接合部と陽極側底面部との間の外装樹脂の厚さが０．３mm以下であり、陰極部搭載部と陰極側底面部との間の外装樹脂の厚さが０．３mm以下である。

陽極部は弁作用金属箔を備え、誘電体皮膜は弁作用金属の酸化皮膜であり、陰極部は誘電体皮膜の上に順次形成された固体電解質層と陰極引出層とを備えることができる。

図１のＡ寸法を０．３ｍｍ以下にすることにより、コンデンサ素子からのリードフレームの引出し距離を短くできるため、ＥＳＬが１ｎＨ以下の特性を実現できる。よって、リードフレーム型で下面電極型と同等なＥＳＬ値を実現できる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。図面では、コンデンサ素子を積層しているが、積層しなくても同様に適用できる。
〔実施の形態1〕
本発明の実施の形態について、下記に詳述する。図３に、コンデンサ素子の構造を示し、図１に本発明の固体電解コンデンサの構造を示す。

まず、はじめに板状に切り出した弁作用金属であるアルミ箔１を形成し、次に、アルミ箔１を０．０１〜２ｗｔ％のリン酸水溶液又はアジピン酸水溶液などで電解化成処理し、表面に誘電体皮膜１１を形成する。

次に、３，４-エチレンジオキシチオフェン、Ｐ-トルエンスルホン酸鉄（ＩＩＩ）、１-ブタノールからなる化学重合液に、前記誘電体皮膜１１を形成したアルミ箔を所定の位置まで浸漬させ、前記誘電体皮膜１１の上に導電性高分子である３，４-エチレンジオキシチオフェンからなる固体電解質層２を形成する。

ここで、固体電解質層２として、ＴＣＮＱ錯塩や導電性高分子であるポリピロール、ポリフラン、ポリアニリンまたはその誘導体等でも良い。また、前記誘電体皮膜１１の一部をマスキングしてアルミ箔１を全面浸漬しても良い。

次に、固体電解質層２まで形成したアルミ箔１に陰極引出し層２１として、水溶液や有機溶媒にカーボン粉末を拡散させた溶液に浸漬又は塗布により、固体電解質層２の上にカーボン層を形成し、カーボン層の上に銀ペースト層を形成してコンデンサ素子３０を作製する。

ここで、図３のように、誘電体皮膜１１が形成された部分を陽極引出し部１０、固体電解質層２、陰極引出し層２１（カーボン層、銀ペイント層を含む）が形成された部分を陰極部２０とする。

次に、図１のように、陰極引出し層２１の上に導電性接着剤２３を塗布し、コンデンサ素子３０の陽極引出し部１０と陰極部２０が相対するように積層して陰極部２０どうしを接続し、さらに、あらかじめ折曲用溝５を形成された陰極リードフレーム２４とも接続する。

また、陽極引出し部１０どうしとあらかじめ折曲用溝５を形成された陽極リードフレーム１２はスポット溶接またはレーザ溶接などにより接続する。

次に、陽極リードフレーム１２と陰極リードフレーム２４の一部を露出させ、金型を用いて外装樹脂４にて封止を行い、その後、外装樹脂４に沿って陽極リードフレーム１２と陰極リードフレーム２４を折り曲げて外部端子として完成する。ここで、陽極と陰極リードフレームのどちらか片方でも効果はでるが、両方に折曲用溝を入れることで一番効果がでる。
〔実施の形態２〕
本発明の実施の形態２は、実施形態１の折曲用溝５について、前記陽極リードフレーム１２と前記陰極リードフレーム２４は、該陽極、陰極リードフレームが前記外装樹脂４から露出する第１折曲部から前記固体電解コンデンサの底面に向かって延在した延在部に１つの折曲用溝５を形成したこと、陽極及び/又は陰極リードフレームに耐熱用テープを貼り、その後、型に入れて外装樹脂を注入する以外は実施形態１と同様に作製した。

これは、Ａの距離を零とするため、陽極及び/又は陰極リードフレームの固体電解コンデンサの底面側に樹脂が回りこまないようにするためである。但し、少しぐらい樹脂が回り込んでも、その上からさらにリードフレームを折曲するため、回り込んだ樹脂を取除かなくても半田するときに問題は発生しない。
〔実施の形態３〕
本発明の実施の形態３は、実施形態１の前記陽極リードフレーム１２と前記陰極リードフレーム２４が前記外装樹脂４から外部に露出している露出部と外装樹脂との間に固定剤６を塗布した以外は実施形態１と同様に作製した。

（実施例１）
実施例１の固体電解コンデンサとしては、実施の形態１で説明したと同様にして作製したもので、図１のＡ寸法を０．３ｍｍ、さらに、プレス加工により折曲用溝５は、陽極リードフレーム１２と陰極リードフレーム２４の両方に対して、第１折曲部と第２折曲部にそれぞれ１個ずつ形成した。ここで、折曲用溝５は、エッチング加工またはレーザ加工でも同様に形成できる。

また、陽極リードフレーム１２と陰極リードフレーム２４とも銅系の材料で厚みが０．１１ｍｍを使用した。以下の実施例と従来例にも同様に使用した。

図４のように、折曲用溝５を設けることで、曲げる支点を折曲用溝内にすると、曲がる部分と曲がらない部分が押し合わないため、曲げ部分が浮き上がるような状態が無くなり、無理なく曲げられる。さらに、加工して取除いた部分が折り曲げによって再度加わるため、ＥＳＲが悪化しにくい。

（実施例２）
実施例２の固体電解コンデンサとしては、実施の形態１で説明したと同様にして作製したもので、Ａ寸法を０．２ｍｍ、さらに、折曲用溝５は、実施例１と同数形成した。

（実施例３）
実施例３の固体電解コンデンサとしては、実施の形態１で説明したと同様にして作製したもので、Ａ寸法を０．１ｍｍ、さらに、折曲用溝５は、実施例１と同様な数形成した。

（実施例４）
実施例４の固体電解コンデンサとしては、実施の形態２で説明したと同様にして作製したもので、Ａ寸法を０ｍｍ（図２）、さらに、折曲用溝５は、陽極リードフレーム１２と陰極リードフレーム２４の両方の延在部２５にそれぞれ１個ずつ形成し、図２（ｃ）のように、楔形状とし先端の角度は９０度とした。この場合、曲げる部分と曲がらない部分がちょうど接するようになるため、曲がる部分と曲がらない部分が押し合わないため浮きがでない。

ここで、楔形状とし先端の角度は９０度としたが、より好ましくは９０度より大きい方が良い。なぜなら、図５（ａ）（ｂ）のように曲げた状態での余裕ができるためである。

（実施例５）
実施例５の固体電解コンデンサとしては、実施の形態３で説明したと同様にして作製したもので、陽極リードフレーム１２と陰極リードフレーム２４の外装樹脂からの露出部分に、両リードフレームを固定するために外装樹脂との間に固定剤６であるエポキシ系接着剤を塗布した。これによりＥＳＬ特性はほとんど変化せず、さらに、両リードフレームの第１、第２折曲部などに不要な力が加わらなくなるため、信頼性がより向上する。

（従来例１）
従来例１の固体電解コンデンサとしては、図７のように陽極リードフレーム１２と陰極リードフレーム２４に折曲用溝５を形成しないで、折り曲げて作製したもので、Ａ寸法が０．４６ｍｍである。

この場合は、折曲部が広いため折り曲げられるが、リードフレームの長さが長くなるためＥＳＬが大きくなった。

（従来例２）
従来例２の固体電解コンデンサとしては、図７のように陽極リードフレーム１２と陰極リードフレーム２４に折曲用溝５を形成しないで、折り曲げて作製したもので、Ａ寸法が０．４ｍｍである。

これよりＡ寸法を小さくしようとすると、折曲部がふくれたりして、外装樹脂に沿って折り曲げられなかった。

表１は、本願発明と従来例におけるＥＳＬ特性の測定結果である。

サンプルは２ＷＶ−１００μＦで、測定装置はアジレント製プレシジョン・インピーダンスアナライザ４２９４Ａで１０ＭＨｚ、４０ＭＨｚでのＥＳＬの測定値である。

従来例ではＡ寸法が０．４６ｍｍ、０．４ｍｍとも１ｎＨきることができず、さらに、０．４ｍｍより小さくなると、陽極リードフレーム１２と陰極リードフレーム２４ともに折り曲げると浮きなどが生じ、外形樹脂４に沿って折り曲げられず、ＥＳＬの値として１ｎＨを切ることができなかった。

本願発明によると、折曲用溝５を形成することで、Ａ寸法が０．３ｍｍ以下でも折り曲げの時の浮きなどが生じず外形樹脂４に沿って折り曲げることができ、ＥＳＬの値が１ｎＨを切ることができ高周波特性を良好にすることができ、リードフレーム型の固体電解コンデンサで、下面型電極の固体電解コンデンサと同等のＥＳＬ値を実現できた。さらに、Ａ寸法が零も実現できた。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲ないでのすべての変更が含まれることが意図される。

（ａ）本発明の実施例1による固体電解コンデンサを示す斜視図、（ｂ）Ｘ−Ｘ‘における断面図、（ｃ）リードフレームの折曲用溝拡大図である。 （ａ）本発明の実施例1による固体電解コンデンサを示す斜視図、（ｂ）Ｘ−Ｘ‘における断面図、（ｃ）リードフレームの折曲用溝拡大図である。 本発明の箔状のコンデンサ素子の中央を切断して拡大した断面図である。 （ａ）本発明のリードフレームの折曲用溝拡大図、（ｂ）リードフレームを９０度折曲した図である。 （ａ）本発明のリードフレームの形状を楔状にし、折曲用溝の先端角度を９０度にして９０度折曲した図、（ｂ）本発明のリードフレームの形状を楔状にし、折曲用溝の先端角を１１０度にして９０度に折曲した図である。 本発明の実施例５による固定剤を塗布した固体電解コンデンサ断面図である。 従来の固体電解コンデンサ断面図である。 従来の固体電解コンデンサ断面図である。 従来の下面電極型の固体電解コンデンサ断面図である。 従来の固体電解コンデンサ断面図である。

符号の説明

1 アルミ箔、10 陽極引出し部、11 誘電体皮膜層、12 陽極リードフレーム、13 焼
結体、2 固体電解質層、20 陰極部、21 陰極引出し層、23 導電性接着剤、24 陰極
リードフレーム、25 延在部、30 コンデンサ素子、4 外装樹脂、5 折曲用溝、6 固
定剤、71 下面電極タイプの陽極、 72 下面電極タイプの陰極

Claims (2)

1. 陽極部と、陰極部と、該陽極部と陰極部との間に配置された誘電体皮膜とを具備したコンデンサ素子と、
   前記陽極部と接続する陽極リードフレームと、
   前記陰極部と接続する陰極リードフレームと、
   前記コンデンサ素子と前記陽極リードフレームの少なくとも一部と前記陰極リードフレームの少なくとも一部とを覆う外装樹脂と、を備えた固体電解コンデンサであって、
   前記陽極リードフレームは、折曲部と、陽極部と接合する陽極部接合部と、固体電解コンデンサの底面にその一部を露出している陽極側底面部とを有すると共に、
   前記陰極リードフレームは、折曲部と、陰極部を搭載する陰極部搭載部と、固体電解コンデンサの底面にその一部を露出している陰極側底面部とを有し、
   前記陽極部接合部と陽極側底面部との間の外装樹脂の厚さが０．３mm以下であり、前記陰極部搭載部と陰極側底面部との間の外装樹脂の厚さが０．３mm以下である固体電解コンデンサ。
2. 前記陽極部は弁作用金属箔又は弁作用金属焼結体を備え、前記誘電体皮膜は前記弁作用金属の酸化皮膜であり、前記陰極部は前記誘電体皮膜の上に順次形成された固体電解質層と陰極引出層とを備えた請求項１に記載の固体電解コンデンサ。