JP4969439B2 - 固体電解コンデンサ - Google Patents

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Description

本発明は、端子を備えた電子部品、具体的には、固体電解コンデンサに関する。
固体電解コンデンサ(１)は、従来から図１に示す構成が知られている。これは、弁金属の焼結体ある陽極体(３)の周面に誘電体皮膜(４)を形成し、該誘電体皮膜(４)上に陰極層(５)を形成している。陰極層(５)は、固体電解質層、カーボン層及び銀ペースト層を具えている。陽極体(３)の一面からは陽極リード部材(3a)が引き出され、陽極端子(20)に抵抗溶接により取り付けられる。陰極端子(30)は、導電性接着剤(10)により陰極層(５)に取り付けられる。コンデンサ素子(２)はハウジング(７)により密閉され、陽極端子(20)及び陰極端子(30)は、ハウジング(７)から突出して、該ハウジング(７)の周面に沿って折曲げされる。ハウジング(７)は周知の如く、端子を取り付けたコンデンサ素子(２)を金型に入れ、エポキシ樹脂等の合成樹脂を射出成形して形成する (例えば、特許文献１) 。
ここで弁金属とは、電解酸化処理により極めて緻密で耐久性を有する誘電体皮膜が形成される金属を指し、タンタル、ニオブ、アルミニウム、チタン等が該当する。また、固体電解質には、二酸化マンガン等の導電性無機材料、又はＴＣＮＱ錯塩やポリピロール系、ポリチオフェン系、ポリアニリン系等の導電性高分子等の導電性有機材料を用いることができる。
陽極リード部材(3a)は、陽極端子(20)に接続強度の強い抵抗溶接にて取り付けている。これに対し、陰極端子(30)をコンデンサ素子(２)に抵抗溶接にて取り付けると、陰極層(５)が抵抗溶接の電極に挟まれ損傷するおそれがあるから、導電性接着剤(10)にて取り付けている。また、陰極端子(５)はコンデンサ素子(２)との接触面積を多くとるために、板状のものが用いられる。
また、本出願人は、以前に素子上に、端子を導電性接着剤により取り付けた電子部品において、端子の素子と対向する面に接着剤充填部が形成し、接着剤充填部の内側を導電性接着剤により充填することにより、素子と端子の接続強度を向上させる技術を提案している(例えば、特許文献２)。
特開平１０−６４７６１号公報 特願２００３−３７９２３１号公報
上記固体電解コンデンサのような電子部品に用いる導電性接着剤は、銀粉等の導電性部材と、エポキシ系、フェノール系等の硬化剤と、２塩基酸エステル、エチルカルビトール、ブチルカルビトール等の有機溶媒を混合したものを用いている。導電性接着剤は熱処理により乾燥及び硬化させるが、この方法では内部に多くの有機溶媒が残存するため、導電性接着剤内の導電性部材の濃度は低く、ＥＳＲ(等価直列抵抗)が低くならないという問題があった。
そこで本発明は、上記問題に鑑みＥＳＲが低く、素子と端子の接続強度に優れた電子部品及びその製造方法を提供する。
上記課題を解決するために、本発明の固体電解コンデンサは、陽極体表面に誘電体皮膜、陰極層が順次形成されたコンデンサ素子を備え、該コンデンサ素子上に、導電性接着剤層を介して板状端子を取り付けた電子部品において、前記導電性接着剤は扁平形状の導電性部材及び有機溶媒を含み、５００Ｐａ以下の真空雰囲気下において前記有機溶媒を気化させることにより、前記扁平形状の導電性部材が前記導電性接着剤層の厚み方向に立っていることを特徴とする。
また、本発明の固体電解コンデンサは、陽極体表面に誘電体皮膜、陰極層が順次形成されたコンデンサ素子を備え、該コンデンサ素子上に、導電性接着剤層を介して板状端子を取り付けた固体電解コンデンサにおいて、前記導電性接着剤は扁平形状の導電性部材及び有機溶媒を含み、５００Ｐａ以下の真空雰囲気下において前記有機溶媒を気化させることにより、前記板状端子と導電性部材の扁平面とのなす角度が、４５度以上である部分を含むことを特徴とする。
本発明を用いることにより、導電性接着剤層において扁平形状の導電性部材同士の接触抵抗を低下させることができ、固体電解コンデンサとしてのＥＳＲを低減することができる。
本発明を用いることにより、導電性接着剤層において扁平形状の導電性部材同士の接触抵抗を低下させることができ、電子部品としてのＥＳＲを低減することができる。
本発明は、コンデンサ、ＩＣ等の電子部品に用いることができる。本発明に用いる導電性接着剤としては、金、銀、銅、パラジウム等の金属からなる扁平形状の導電性部材と、２塩基酸エステル、エチルカルビトール、ブチルカルビトール等の有機溶媒を混合したものを用いることができる。なお、その他にエポキシ系、フェノール系等の硬化剤を加えてもよい。
なお、本発明における「扁平形状」とは、円盤状、燐片状および薄片上等の形状であって、粒子の外径の最大値（長径Ｌ）と最小値（短径ｄ）との比（扁平率＝Ｌ／ｄ）が約２以上の形状をいう。
本発明の電子部品は、各部品の機能を果たす素子と、内部又は外部の回路と接続するための板状端子を導電性接着剤にて取り付けたものである。
本発明の電子部品は、扁平形状の導電性部材が導電性接着剤層内において、該導電性接着剤層の厚み方向に立っている領域を含む。本発明において「立っている」とは、図６に示すように導電性接着剤層の厚み方向（Ｚ方向）に、傾いている状態を意味する。これは、図５に示す従来品のように、導電性接着剤層内において、扁平形状の導電性部材が沈んで積層された状態と明確に区別できる。
導電性接着剤層内において導電性接着剤を立たす方法としては、素子に板状端子を導電性接着剤にて取り付ける工程において、真空雰囲気下で前記有機溶媒を気化させる。これにより、有機溶媒の気化する際に導電性接着剤内の導電性部材の向きを変化させることができ、導電性接着剤層内において、厚み方向に傾いた状態とすることができる。
これにより、導電性接着剤層内の厚み方向（Ｚ方向）の電流のパスが良好になる。また、導電性の低い有機溶媒の残存量を低減することができ、導電性接着剤層における導電性部材の割合が増加してＥＳＲを低下させることができる。
また、素子に板状端子を導電性接着剤にて取り付ける工程においては、真空状態にすると共に、加熱することが好ましい。これにより、有機溶媒の気化が促進され、更に電子部品のＥＳＲを低減することができる。前記導電性接着剤にエポキシ樹脂等の硬化剤が含まれている場合は、真空雰囲気下で加熱することにより、硬化剤の収縮が起こり、導電性接着剤層内の導電性部材の密度を更に向上させることができる。これにより、電子部品のＥＳＲの低減のみならず素子と板状端子の接続強度を向上させることができる。
なお、本発明において「真空」とは、５００Ｐａ以下の真空圧の状態を意味する。また、素子に板状端子を導電性接着剤にて取り付ける工程における加熱は、特に限定はないが、一気に１００℃以上の温度に昇温する方法や、２０〜７０℃の中温領域から昇温して、１５０〜１８０℃で数時間維持する方法等がある。なお、出願人は後者を用いた場合、前者に比べて有機溶媒の気化が促進されることを確認している。
以下に本発明の実施の形態として電子部品として固体電解コンデンサを例に上げて実験を行った。
実験１：真空処理の効果の確認
(実施例１)
図１は、本発明の固体電解コンデンサ(１)の断面図である。コンデンサ素子(２)の製造方法は従来と同じであり、陽極体(３)の周面に、誘電体皮膜(４)、陰極層(５)を順次形成する。陰極層(５)としては、ポリピロールからなる固体電解質層、カーボン層、銀ペースト層を順次形成した。その後、階段状に折曲された陰極端子(30)上に、燐片状の銀粉からなる導電性部材と、エポキシ樹脂からなる硬化剤と、２塩基酸エステルからなる有機溶媒とを混合した導電性接着剤を０．２ｍｍ程度の厚みに塗布し、陽極端子(20)に陽極リード部材(3a)が、陰極端子(30)に陰極層(５)がそれぞれ接するようにコンデンサ素子(２)を載置する。その後、陽極リード部材(3a)に陽極端子(20)を抵抗溶接にて接続する。
次に、真空処理として導電性接着剤硬化前にコンデンサ素子(２)を真空装置(図示せず)に入れ、真空雰囲気下において熱処理を加える。真空度は５００Ｐａ以下として、導電性接着剤の有機溶媒が気化し易いように６５℃から昇温して１６０℃まで上げて１時間保持した。この際、常に真空に引いた状態を維持して導電性接着剤層(10)を硬化させた。
その後、エポキシ樹脂からなるハウジング(７)により、前記コンデンサ素子(２)を被覆密閉する。陽極端子(20)及び陰極端子(30)は、ハウジング(７)から突出して、ハウジング(７)の周面に沿って折曲げして固体電解コンデンサ(１)を完成させた。
(比較例１)
実施例１と同様に陽極端子(20)と陰極端子(30)上にコンデンサ素子(２)を載置して、陽極リード部材(3a)に陽極端子(20)を接続した。その後、導電性接着剤硬化前に、真空装置に入れず１００℃以上の熱処理を加える従来の方法を用いて前記導電性接着剤を硬化させた。その後は実施例１と同様に固体電解コンデンサを完成させた。
実施例１と比較例１について各１００個作製してＥＳＲを測定した。その結果を図２に示す。なお、ＥＳＲの測定は、ＬＣＲメータ(リアクタンス‐キャパシタンス‐レジスタンス測定装置)を用いて、１００ＫＨｚで行った。
図２から分かるように、実施例１は、従来方法を用いた比較例１に比べてＥＳＲを約２０％低くすることができた。これは、素子に板状端子を導電性接着剤にて取り付ける工程において、真空状態にすることにより導電性接着剤内の有機溶媒の気化が促進され、導電性接着剤層(10)内の導電性部材の密度が向上したためと考えられる。
また、実施例１と比較例１の導電性接着剤層(10)をSEM(走査電子顕微鏡)で確認したところ、比較例１については、図５に示すように燐片状の銀粉(11)が陰極層(５)表面のXY方向に重なるように配置されていた。それに対して実施例１については、図３に示すように、有機溶媒の気化により前記燐片状の銀粉(11)が立った状態、具体的には導電性接着剤層内において、厚み方向にランダムに傾いた状態で硬化していた。比較例１の導電性接着剤層(10)においては、板状端子と燐片状銀紛の扁平面とのなす角度が、４５℃以上であるものを確認することができなった。これに対して、実施例１の導電性接着剤層(10)においては、板状端子と燐片状銀紛の扁平面とのなす角度が、４５℃以上である部分を複数有しており、中には板状端子と燐片状銀紛の扁平面とのなす角度が、略直角である部分もあった。
これにより、導電性接着剤層内の厚み方向（Ｚ方向）の電流のパスが良好になり、Z方向の抵抗を低減することができ、固体電解コンデンサのＥＳＲを低減することができたものと考えられる。
実験２：押圧片による効果の確認
(実施例２)
真空処理工程において、図４に示すように導電性接着剤によりコンデンサ素子(２)に接続される陰極端子(30)が押圧片(55)により導電性接着剤に向けて圧力を加えた状態を維持して導電性接着剤(10)を硬化させた以外は、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１と実施例２のコンデンサについて各２０個ずつ作製し、導電性接着剤の厚さ及びＥＳＲの平均値を出した。その結果を表１に示す。
Figure 0004969439
 上記表１から分かるように、押圧片(55)によって圧力を加えない実施例１においては、塗布時の厚さが０．２ｍｍであるにも拘わらす、導電性接着剤層(10)の厚さが３倍以上に増加してしまった。これは、有機溶媒の気化を促進した結果、内部に多くの空隙部が発生したためと考えられる。それに対して押圧片(55)により圧力を加えた実施例２においては、導電性接着剤層(10)の厚さが塗布時の３分の１程度に減少すると共に、僅かながらＥＳＲの低減効果を得ることができた。これは、押圧片(55)の圧力により導電性接着剤層(10)の厚さの増加を防止すると共に、有機溶媒が端子の側面側から外部に逃げるのを助けるためと考えられる。これにより、陰極端子(30)がハウジング(７)から外部に露出する等の外観不良を防止することができると共に、コンデンサ完成品の小型化に寄与することができる。
従来品の電子部品における導電性接着剤層においては、真空処理を施さない場合であっても、硬化した状態で０．２ｍｍ以上の厚さになってしまうが、本発明の実施例２の方法を用いることにより、０．０１〜０．１ｍｍの薄い導電性接着剤層を形成することが可能になる。これにより、素子と端子との間隔を狭くすることができ電子部品の小型化及び外観不良の発生を防止することができる。
また、押圧片の圧力をかけても導電性接着剤層内の導電性部材である燐片状の銀粉(11)は、ある程度立った状態を維持する。そのため、導電性接着剤層内の導電性部材の密度は高い状態のままであり、低抵抗で且つ厚みの薄い優れた導電性接着剤層を形成することが可能になる。
上記実施例では、固体電解コンデンサを例示して説明したが、その他の電子部品、例えばＩＣ等でも同様の効果を得ることができる。
本発明及び従来の固体電解コンデンサの断面図である。 実験１の結果を示すＥＳＲ値の分布図である。 本発明における導電性接着剤層の断面図である。 実施例２における真空工程の説明図である。 従来品における導電性接着剤層の断面図である。
符号の説明
(１) 固体電解コンデンサ
(２) コンデンサ素子
(３) 陽極体
(3a) 陽極リード部材
(４) 誘電体皮膜
(５) 陰極層
(７) ハウジング
(10) 導電性接着剤層
(11) 燐片状銀粉
(20) 陽極端子
(30) 陰極端子
(55) 押圧片


Claims (4)

  1. 陽極体表面に誘電体皮膜、陰極層が順次形成されたコンデンサ素子を備え、該コンデンサ素子上に、導電性接着剤層を介して板状端子を取り付けた固体電解コンデンサにおいて、前記導電性接着剤は扁平形状の導電性部材及び有機溶媒を含み、５００Ｐａ以下の真空雰囲気下において前記有機溶媒を気化させることにより、前記扁平形状の導電性部材が前記導電性接着剤層の厚み方向に立っている領域を有することを特徴とする固体電解コンデンサ。
  2. 陽極体表面に誘電体皮膜、陰極層が順次形成されたコンデンサ素子を備え、該コンデンサ素子上に、導電性接着剤層を介して板状端子を取り付けた固体電解コンデンサにおいて、前記導電性接着剤は扁平形状の導電性部材及び有機溶媒を含み、５００Ｐａ以下の真空雰囲気下において前記有機溶媒を気化させることにより、前記板状端子と導電性部材の扁平面とのなす角度が、４５度以上である部分を含むことを特徴とする固体電解コンデンサ。
  3. 前記板状端子と導電性部材の扁平面とが略直角をなす部分を有す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。
  4. 前記導電性接着剤層の厚さが、０．０１〜０．１ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３に記載の固体電解コンデンサ。
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