JP5020465B2 - チップ状固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
他方、チップ状固体電解コンデンサでは、コンデンサ内部に供給された電荷を維持するために、LC値はできるだけ小さいことが望まれている。
2.固体電解コンデンサ素子が、弁作用金属もしくは導電性酸化物の焼結体よりなる陽極基体または前記焼結体と金属線の接続物よりなる陽極基体の一端の陽極部を除く表面に誘電体酸化皮膜層、半導体層及び導電体層を順次積層して陰極部を形成してなるものであり、前記陽極部及び陰極部が、各々リードフレーム先端部に接触するように載置されている前記1に記載のチップ状固体電解コンデンサ。
3.固定層が、樹脂層または導電体層である前記1または2に記載のチップ状固体電解コンデンサ。
4.陽極部が陽極基体の末端からなる前記2または3に記載のチップ状固体電解コンデンサ。
5.陽極部が焼結体に接続された金属線または金属箔からなる前記2〜4のいずれかに記載のチップ状固体電解コンデンサ。
6.金属線が、タンタル、ニオブ、アルミニウム、チタン、これら金属を主成分とする合金及びこれら金属または前記合金の一部を酸化及び/または窒化させたものから選択される前記5記載のチップ状固体電解コンデンサ。
7.弁作用金属もしくは導電性酸化物が、タンタル、アルミニウム、ニオブ、チタン、これら弁作用金属を主成分とする合金または酸化ニオブであるか、または前記弁作用金属、合金及び導電性酸化物から選択される2種以上の混合物である前記2〜6のいずれかに記載のチップ状固体電解コンデンサ。
8.前記弁作用金属、合金及び導電性酸化物が、それらの一部が炭化、燐化、ホウ素化、窒化、硫化から選ばれる少なくとも1種の処理がされたものである前記7記載のチップ状固体電解コンデンサ。
9.前記焼結体が、その表面が化学的及び/または電気的にエッチング処理されたものである前記2〜8のいずれかに記載のチップ状固体電解コンデンサ。
10.陽極基体の陽極部と陽極部を除く残部との境界部が絶縁性樹脂により絶縁されている前記2〜9のいずれかに記載のチップ状固体電解コンデンサ。
11.前記誘電体酸化物層が、Ta2O5、Al2O3、TiO2、及びNb2O5から選ばれる少なくとも1つを主成分とするものである前記2〜10のいずれかに記載のチップ状固体電解コンデンサ。
12.半導体層が、有機半導体層及び無機半導体層から選ばれる少なくとも1種である前記2〜11のいずれかに記載のチップ状固体電解コンデンサ。
13.有機半導体が、ベンゾピロリン4量体とクロラニルからなる有機半導体、テトラチオテトラセンを主成分とする有機半導体、テトラシアノキノジメタンを主成分とする有機半導体、下記一般式(1)または(2)
で示される繰り返し単位を含む高分子にドーパントをドープした導電性高分子を主成分とした有機半導体から選択される少なくとも1種である前記12記載のチップ状固体電解コンデンサ。
14.一般式(1)で示される繰り返し単位を含む導電性高分子が、下記一般式(3)
で示される構造単位を繰り返し単位として含む導電性高分子である前記13記載のチップ状固体電解コンデンサ。
15.導電性高分子が、ポリアニリン、ポリオキシフェニレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリピロール、ポリメチルピロール、及びこれらの置換誘導体や共重合体から選択される前記13記載のチップ状固体電解コンデンサ。
16.導電性高分子が、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)である前記15記載のチップ状固体電解コンデンサ。
17.無機半導体が、二酸化モリブデン、二酸化タングステン、二酸化鉛、及び二酸化マンガンから選ばれる少なくとも1種の化合物である前記12記載のチップ状固体電解コンデンサ。
18.半導体の電導度が10-2〜103S/cmの範囲である前記2〜17のいずれかに記載のチップ状固体電解コンデンサ。
19.弁作用金属もしくは導電性酸化物の焼結体よりなる陽極基体または前記焼結体と金属線の接続物よりなる陽極基体の一端の陽極部を除く表面に、誘電体酸化皮膜層、半導体層及び導電体層を順次積層して陰極部を形成した固体電解コンデンサ素子を、一対の対向して配置されたリードフレームの先端部に、複数個水平に並列して隙間なく、前記陽極部及び陰極部とがリードフレームに接触するように載置し接合した後、前記複数個のコンデンサ素子間に跨がる素子どうしを固定する固定層を積層し、リードフレームの外部端子部を残して樹脂封口することを特徴とするチップ状固体電解コンデンサの製造方法。
20.前記1乃至18のいずれかに記載のチップ状固体電解コンデンサを使用した電子回路。
21.前記1乃至18のいずれかに記載のチップ状固体電解コンデンサを使用した電子機器。
図1は3個の固体電解コンデンサ素子を用いたチップ状固体電解コンデンサの1例の斜視図である。本例では、陽極部リード(4a)が接続され、弁作用金属または導電性酸化物よりなる陽極基体(4)の表面に誘電体酸化皮膜層、その上に半導体層、さらにその上に導電体層を順次積層して陰極部(3)が形成された3個の固体電解コンデンサ素子(2)の陰極部の一部が、一対の対向して配置された先端部を有するリードフレーム(1)の一方の先端部(1a)に並列に隙間無く載置されているが、この陽極部リード(4a)を前記他方の先端部(1b)に載置して各々を電気的・機械的に接合する前、あるいは接合後に、前記3個のコンデンサ素子間に跨がる固定層(6)をさらに積層した後に前記リードフレーム(1)外部端子部を残して樹脂封口し、樹脂封口外の所定部(図示せず)でリードフレームを切断折り曲げ加工した構造を有している。
有機半導体の具体例としては、ベンゾピロリン4量体とクロラニルからなる有機半導体、テトラチオテトラセンを主成分とする有機半導体、テトラシアノキノジメタンを主成分とする有機半導体、下記一般式(1)または(2)で示される繰り返し単位を含む高分子にドーパントをドープした導電性高分子を主成分とした有機半導体が挙げられる。
さらに、本発明においては、前記一般式(1)で示される繰り返し単位を含む導電性高分子の好ましい例として下記一般式(3)で示される構造単位を繰り返し単位として含む導電性高分子が挙げられる。
式(1)乃至(3)で示される繰り返し単位を含む高分子としては、例えば、ポリアニリン、ポリオキシフェニレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリピロール、ポリメチルピロール、及びこれらの置換誘導体や共重合体などが挙げられる。中でもポリピロール、ポリチオフェン及びこれらの置換誘導体(例えば、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)等)が好ましい。
上記有機半導体及び無機半導体として、電導度10-2〜103S/cmの範囲のものを使用すると、作製したコンデンサのESR値が小さくなり好ましい。
具体的には、例えば半導体層が形成された陽極基体の上にカーボンペースト、銀ペーストを順次積層し導電体層が形成される。
このようにして陽極基体に導電体層まで積層して陰極部を形成した固体電解コンデンサ素子が作製される。
CV(容量と化成電圧の積)15万μF・V/gのタンタル粉を使用して、大きさ4.5×0.95×1.5mmの焼結体を作製した(焼結温度1300℃、焼結時間20分、焼結体密度6.2g/cm3、Taリード線0.24mmφ、焼結体の4.5mm寸法の長手方向と平行にTaリード線の一部が埋設されていて焼結体から突き出たリード線部が陽極部となる。)。陽極となる焼結体を1%燐酸水溶液中にリード線の一部を除いて浸漬し、陰極のTa板電極との間に9Vを印加し、80℃で8時間化成してTa2O5からなる誘電体酸化皮膜層を形成した。この焼結体のリード線を除いて、20%酢酸鉛水溶液と35%過硫酸アンモニウム水溶液の1:1混合液に浸漬し40℃で1時間放置した後引き上げ水洗後乾燥することと、15%酢酸アンモニウム水溶液で洗浄することを39回繰り返して、誘電体酸化皮膜層上に二酸化鉛と酢酸鉛との混合物(二酸化鉛96%)からなる半導体層を形成した。さらに半導体層上にカーボンペースト、エポキシ樹脂10質量部と銀粉90質量部からなる銀ペーストを順次積層し陰極部を形成し固体電解コンデンサ素子を作製した。
実施例1で固定層に使用する導電ペーストを銀粉を含有しないアクリル系樹脂のみに代えた以外は、実施例1と同様にしてチップ状固体電解コンデンサを作製した。固定層は、最大厚さ0.17mmでコンデンサ素子のリードフレーム側の面に対向する面の約70%を覆っていた。
実施例1と同様にして誘電体層まで形成した焼結体を3%3,4−エチレンジオキシチオフェンアルコール溶液と1.5%過硫酸アンモニウムが溶解した13%アントラキノン−2−スルホン酸水溶液とに交互に浸漬することを7回繰り返すことにより誘電体層上にエチレンジオキシポリマーを主成分とする複数の微小接触物を付着させ、誘電体層に電気的な微小欠陥部分を複数個作製した。走査型電子顕微鏡(SEM)観察によると該微小接触物は、誘電体層のおおよそ8%を点状に覆っていた。ついで該焼結体をエチレンジオキシチオフェン(モノマーが飽和濃度以下となる水溶液として使用)とアントラキノンスルホン酸が溶解した水と20%エチレングリコール電解液に漬け、焼結体のリード線を陽極にして、電解液中に配置した負極のタンタル電極との間に室温で12Vの直流電圧を45分印加し、半導体層を形成するための通電を行った。引き上げ洗浄乾燥した後、0.1%酢酸水溶液中で誘電体層の微小なLCの欠陥を修復するための再化成(80℃、30分、7V)を行った。前記通電と再化成を10回繰り返した後水洗浄乾燥し、陰極である半導体層を形成した。さらにカーボンペースト、銀ペースト(アクリル系樹脂10質量部と銀粉90質量部からなる。初めアクリル系樹脂を溶解させる溶媒が存在するが、乾燥固化することにより溶媒は飛散する。)を順次積層して陰極層を形成し固体電解コンデンサ素子を作製した。
CV19万μF・V/gの一部窒化したニオブ粉(窒素量1.2万ppm、表面は自然酸化されていて全酸素量は9.8万ppm)を0.023g使用して、大きさ4.5×0.94×1.5mmの焼結体を多数個作製した(焼結温度1280度、30分、焼結体密度3.6g/cm3、Nbリード線0.29mmφ)。該焼結体を0.1%燐酸水溶液中にリード線の一部を除いて浸漬し、負極のTa板電極との間に20Vを印加し、80度で5時間化成し、Nb2O5を主成分とする誘電体層を形成した。この焼結体を3%エチレンジオキシチオフェンアルコール溶液と1.5%過硫酸アンモニウムが溶解した13%アントラキノンスルホン酸水溶液とに交互に浸漬することを7回繰り返すことにより誘電体層上にエチレンジオキシポリマーを主成分とする複数の微小接触物を付着させ誘電体層に電気的な微小欠陥部分を複数個作製した。走査型電子顕微鏡(SEM)観察によると該微小接触物は、誘電体層のおおよそ11%を点状に覆っていた。次に焼結体を実施例4と同様な電解液に漬け、焼結体のリード線を陽極にし、電解液中に配置した負極のタンタル電極との間に室温で30μAの直流電流を45分流し、半導体層を形成するための通電を行った。引き上げ洗浄乾燥した後、0.1%酢酸水溶液中で誘電体層の微小なLCの欠陥を修復するための再化成(80℃、30分、14V)を行った。前記通電と再化成を10回繰り返した後水洗浄乾燥し、陰極である半導体層を形成した。さらにカーボンペースト、アクリル系樹脂10質量部と銀粉90質量部からなる銀ペーストを順次積層して陰極層を形成し固体電解コンデンサ素子を作製した。その後実施例4と同様にして、固定層は、最大厚さ0.28mmでコンデンサ素子のリードフレーム側の面に対向する面の約70%を覆うようにしたもの(実施例5)と固定層を設けないもの(比較例3)とについてチップ状固体電解コンデンサを作製した。
コンデンサの容量:ヒューレットパッカード社製LCR測定器を用い、室温、120Hzで容量を測定した。
ESR値:コンデンサの等価直列抵抗を100kHZで測定した。
LC値:室温において、所定の直流電圧(実施例1〜4及び比較例1〜2は2.5V値、実施例5と比較例3は4V値)を作製したコンデンサの端子間に30秒間印加し続けた後に測定した。
1a リードフレームの一方の先端部
1b リードフレームの他方の先端部
2 固体電解コンデンサ素子
3 陰極部
4 陽極体
4a 陽極リード
5 外装部(チップ状封口樹脂)
6 固定層
Claims (21)
- 直方体状の固体電解コンデンサ素子が、一対の対向して配置されたリードフレームの先端部に複数個水平に並列して隙間なく載置され、コンデンサ素子のリードフレーム側の面に対向する面に、前記複数個のコンデンサ素子間に跨がる素子どうしを固定する固定層を有し、前記固定層が樹脂層であることを特徴とする樹脂封口されたチップ状固体電解コンデンサ。
- 固体電解コンデンサ素子が、弁作用金属もしくは導電性酸化物の焼結体よりなる陽極基体または前記焼結体と金属線の接続物よりなる陽極基体の一端の陽極部を除く表面に誘電体酸化皮膜層、半導体層及び導電体層を順次積層して陰極部を形成してなるものであり、前記陽極部及び陰極部が、各々リードフレーム先端部に接触するように載置されている請求項1に記載のチップ状固体電解コンデンサ。
- 固定層が、導電体層である請求項1または2記載のチップ状固体電解コンデンサ。
- 陽極部が陽極基体の末端からなる請求項2または3記載のチップ状固体電解コンデンサ。
- 陽極部が焼結体に接続された金属線または金属箔からなる請求項2または3記載のチップ状固体電解コンデンサ。
- 金属線が、タンタル、ニオブ、アルミニウム、チタン、これら金属を主成分とする合金及びこれら金属または前記合金の一部を酸化及び/または窒化させたものから選択される請求項5記載のチップ状固体電解コンデンサ。
- 弁作用金属もしくは導電性酸化物が、タンタル、アルミニウム、ニオブ、チタン、これら弁作用金属を主成分とする合金または酸化ニオブであるか、または前記弁作用金属、合金及び導電性酸化物から選択される2種以上の混合物である請求項2乃至6のいずれかに記載のチップ状固体電解コンデンサ。
- 前記弁作用金属、合金及び導電性酸化物が、それらの一部が炭化、燐化、ホウ素化、窒化、硫化から選ばれる少なくとも1種の処理がされたものである請求項7記載のチップ状固体電解コンデンサ。
- 前記焼結体が、その表面が化学的及び/または電気的にエッチング処理されたものである請求項2乃至8のいずれかに記載のチップ状固体電解コンデンサ。
- 陽極基体の陽極部と陽極部を除く残部との境界部が絶縁性樹脂により絶縁されている請求項2乃至9のいずれかに記載のチップ状固体電解コンデンサ。
- 前記誘電体酸化物層が、Ta2O5、Al2O3、TiO2、及びNb2O5から選ばれる少なくとも1つを主成分とするものである請求項2乃至10のいずれかに記載のチップ状固体電解コンデンサ。
- 半導体層が、有機半導体層及び無機半導体層から選ばれる少なくとも1種である請求項2乃至11のいずれかに記載のチップ状固体電解コンデンサ。
- 有機半導体が、ベンゾピロリン4量体とクロラニルからなる有機半導体、テトラチオテトラセンを主成分とする有機半導体、テトラシアノキノジメタンを主成分とする有機半導体、下記一般式(1)または(2)
で示される繰り返し単位を含む高分子にドーパントをドープした導電性高分子を主成分とした有機半導体から選択される少なくとも1種である請求項12記載のチップ状固体電解コンデンサ。 - 導電性高分子が、ポリアニリン、ポリオキシフェニレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリピロール、ポリメチルピロール、及びこれらの置換誘導体や共重合体から選択される請求項13記載のチップ状固体電解コンデンサ。
- 導電性高分子が、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)である請求項15記載のチップ状固体電解コンデンサ。
- 無機半導体が、二酸化モリブデン、二酸化タングステン、二酸化鉛、及び二酸化マンガンから選ばれる少なくとも1種の化合物である請求項12記載のチップ状固体電解コンデンサ。
- 半導体の電導度が10-2〜103S/cmの範囲である請求項2乃至17のいずれかに記載のチップ状固体電解コンデンサ。
- 弁作用金属もしくは導電性酸化物の焼結体よりなる陽極基体または前記焼結体と金属線の接続物よりなる陽極基体の一端の陽極部を除く表面に、誘電体酸化皮膜層、半導体層及び導電体層を順次積層して陰極部を形成した直方体状の固体電解コンデンサ素子を、一対の対向して配置されたリードフレームの先端部に、複数個水平に並列して隙間なく、前記陽極部及び陰極部とがリードフレームに接触するように載置し接合した後、コンデンサ素子のリードフレーム側の面に対向する面に、前記複数個のコンデンサ素子間に跨がる素子どうしを固定する固定層を積層し、リードフレームの外部端子部を残して樹脂封口し、前記固定層が樹脂層であることを特徴とするチップ状固体電解コンデンサの製造方法。
- 請求項1乃至18のいずれかに記載のチップ状固体電解コンデンサを使用した電子回路。
- 請求項1乃至18のいずれかに記載のチップ状固体電解コンデンサを使用した電子機器。
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