JP5034886B2 - チップ形固体電解コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は各種電子機器に使用されるコンデンサの中で、導電性高分子を固体電解質に用い、面実装対応にしたチップ形固体電解コンデンサに関するものである。

電子機器の高周波化に伴って電子部品の一つであるコンデンサにも従来よりも高周波領域でのインピーダンス特性に優れたコンデンサが求められてきており、このような要求に応えるために電気伝導度が高い導電性高分子を固体電解質に用いた固体電解コンデンサが種々検討されている。

また、近年、パーソナルコンピュータのＣＰＵ周り等に使用される固体電解コンデンサには小型大容量化が強く望まれており、更に高周波化に対応して低ＥＳＲ（等価直列抵抗）化のみならず、ノイズ除去や過渡応答性に優れた低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化が強く要求されており、このような要求に応えるために種々の検討がなされている。

図８（ａ）〜（ｄ）は本発明者らが提案した従来のチップ形固体電解コンデンサの構成を示した平面断面図と正面断面図と底面断面図と底面図であり、図８において、２１はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子２１は、表面を粗面化して誘電体酸化皮膜層が形成された弁作用金属からなる陽極体の所定の位置に図示しない絶縁部を設けて陽極電極部２２と陰極形成部（図示せず）に分離し、この陰極形成部の誘電体酸化皮膜層上に導電性高分子からなる固体電解質層、カーボン層と銀ペースト層からなる陰極層（全て図示せず）を順次積層形成することにより陰極電極部２３を形成して構成されたものである。

２４は上記コンデンサ素子２１を複数枚積層したコンデンサ素子積層体であり、このコンデンサ素子積層体２４はコンデンサ素子２１の陽極電極部２２が交互に相反する方向に配設されるようにして複数枚を積層することにより構成されたものである。

２５は上記コンデンサ素子積層体２４の陽極電極部２２を一体に接合した陽極コムフレーム、２５ａはこの陽極コムフレーム２５に一体で設けられた陽極結合部であり、この陽極結合部２５ａは上記コンデンサ素子積層体２４を構成するコンデンサ素子２１の陽極電極部２２の外周に沿って陽極電極部２２を包み込むように折り曲げられた後、溶接部２５ｂでレーザー溶接等の手段によって一体に接合されているものである。２６は同じくコンデンサ素子積層体２４の陰極電極部２３を一体に接合した陰極コムフレームであり、この陰極コムフレーム２６と陰極電極部２３の接合は図示しない導電性接着剤により行われているものである。

２７は上記陽極コムフレーム２５を上面に接合した陽極コム端子であり、この陽極コム端子２７は幅方向の両端に夫々薄肉部２７ｂが設けられ、この薄肉部２７ｂを除く中央部分が実装時の陽極端子部２７ａとなるものである。

２８は上記陰極コムフレーム２６を上面に接合した陰極コム端子であり、この陰極コム端子２８は幅方向の中央部に薄肉部２８ｂが設けられ、この薄肉部２８ｂを除く両端部分が実装時の陰極端子部２８ａとなるものである。

２９は上記コンデンサ素子積層体２４、陽極コムフレーム２５、陰極コムフレーム２６、陽極コム端子２７、陰極コム端子２８を一体に被覆した絶縁性の外装樹脂であり、上記陽極コム端子２７、陰極コム端子２８に夫々設けた薄肉部２７ｂ、２８ｂも、この外装樹
脂２９により一体に被覆され、チップ形固体電解コンデンサの実装面となる下面には、陽極端子部２７ａと陰極端子部２８ａが夫々対向する２箇所に露呈した４端子構造を構成しているものである。

このように構成された従来のチップ形固体電解コンデンサは、実装面となる下面に陽極端子部２７ａと陰極端子部２８ａが夫々対向する２箇所に露呈した４端子構造とした構成により、各端子間に流れる電流によって発生する磁束をお互いに打ち消し合い、ＥＳＬを大きく低減することができるようになり、更に各端子間距離を可能な限り近づけて電流のループ長さを小さくすることにより、更なる低ＥＳＬ化を図ることが可能になるというものであり、ＥＳＬを従来品の５２２ｐＨから９８ｐＨへと、約１／５以下にまで低減することができるというものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００７−５７６０号公報

しかしながら上記従来のチップ形固体電解コンデンサでは、実装面となる下面に陽極端子部２７ａと陰極端子部２８ａが夫々対向する２箇所に露呈した４端子構造とした構成により、各端子間に流れる電流によって発生する磁束をお互いに打ち消し合い、ＥＳＬを大きく低減することができるようになり、更に各端子間距離を可能な限り近づけて電流のループ長さを小さくすることにより、更なる低ＥＳＬ化を図ることが可能になるというものではあるが、上記陰極端子部２８ａは、見かけ上２端子構造にしてはいるものの、実際は１つの陰極端子であることから、これを等価回路で示すと図９（ａ）、（ｂ）に示すようになる。

従って、図９に示すように、チップ形固体電解コンデンサに印加された電流は、直流成分が陽極側を流れ、上記印加された電流に含まれる高周波ノイズ成分が陰極側を流れてグランドに落とし込まれるようにしているものであるが、２つの陰極が連結されているために、上記高周波ノイズ成分がグランドに落ちきらず、図中の矢印で示すように他方の陰極端子部側に相互に流れてしまい、結果として高周波ノイズ成分の除去が不十分となり、高周波領域におけるインピーダンス特性が悪化するという課題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、高周波領域におけるインピーダンス特性に優れたチップ形固体電解コンデンサを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、陽極電極部の表面に絶縁層を設けた陰極電極部を有した平板状の素子を複数枚積層し、一部の素子の陽極電極部と他の素子の陽極電極部とを相反する側に配置するとともに、陰極電極部の５０％を超える表面に設けられた絶縁層で一部の素子の陰極電極部と他の素子の陰極電極部とを電気的に分離し独立させた素子ユニットと、この素子ユニットの両端に位置する陽極電極部の下面に配設されて各陽極電極部と接合される一対の端子部を有し、この一対の端子部どうしが板状のインダクタ部により連結された陽極コム端子と、素子ユニットの一部の素子の陰極電極部と電気的に接続された第１の陰極コム端子と、他の素子の陰極電極部と電気的に接続された第２の陰極コム端子からなる構成にしたものである。また本発明は、陽極電極部と陰極電極部を有し、かつ、陰極電極部の表面に絶縁層を設けた平板状の素子を複数枚積層し、一部の素子の前記陽極電極部と他の素子の陽極電極部とを相反する側に配置するとともに、絶縁層で一部の素子の陰極電極部と他の素子の陰極電極部とを電気的に分離し独立させた素子ユニットと、この素子ユニットの両端に位置する陽極電極部の下面に配設されて各陽極電極部と接合される一対の端子部を有し、この一対の端子部どうしが板状のインダクタ部により連結された陽極コム端子と、素子ユニットの一部の素子の陰極電極部と電気的に接続された第１の陰極コム端子と、他の素子の陰極電極部と電気的に接続された第２の陰極コム端子と、一対の陽極コム端子ならびに一対の陰極コム端子の少なくとも実装面となる下面の一部が夫々露呈する状態で素子ユニットを被覆した絶縁性の外装樹脂からなり、さらに一部の素子の陰極電極部と夫々電気的に接続された第１の陰極コムフレームと、他の素子の陰極電極部と夫々電気的に接続された第２の陰極コムフレームとを有し、第１の陰極コム端子は、第１の陰極コムフレームを上面の一端に電気的に接続するとともに第２の陰極コムフレームを同他端に絶縁状態で接続し、第２の陰極コム端子は、第１の陰極コムフレームを上面の一端に絶縁状態で接続するとともに第２の陰極コムフレームを同他端に電気的に接続したものとした。

以上のように本発明によるチップ形固体電解コンデンサは、個々の素子の陰極を夫々独立して引き出すことができるようになるために２つの独立した陰極を形成することができるようになり、これにより、印加された電流に含まれる高周波ノイズ成分が２つの独立した陰極側を流れて効率良くグランドに落とし込まれるようになるため、高周波ノイズ成分の除去が十分に行え、高周波領域におけるインピーダンス特性に優れたチップ形固体電解コンデンサを実現することができるという効果が得られるものである。

また、陽極コム端子の一対の端子部どうしを板状のインダクタ部により連結した構成により、π型フィルタを形成して更なる低ＥＳＬ化を図ることができるようになるという効果も得られるものである。

（実施の形態１）
図１（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態１によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した樹脂モールド前の分解斜視図と同斜視図、図２（ａ）、（ｂ）は同チップ形固体電解コンデンサの内部構造を示した上面側からの斜視図と底面側からの斜視図、図３（ａ）、（ｂ）は同チップ形固体電解コンデンサを示した上面側からの斜視図と底面側からの斜視図である。

図１〜図３において、１は平板状の素子を示し、この素子１は、表面を粗面化して誘電体酸化皮膜層が形成された弁作用金属箔（本実施の形態においてはアルミニウム箔を用いた）からなる陽極体の所定の位置に図示しない絶縁部を設けて陽極電極部２と陰極形成部（図示せず）に分離し、この陰極形成部の誘電体酸化皮膜層上に導電性高分子からなる固体電解質層、カーボン層と銀ペースト層からなる陰極層（全て図示せず）を順次積層形成することにより陰極電極部３を形成し、更にこの陰極電極部３の上記陽極電極部２と相反する側から陰極電極部３の５０％を超える表面に絶縁性樹脂からなる絶縁層４を形成することにより構成されたものである。

５は陽極コムフレーム、５ａはこの陽極コムフレーム５の上面に一対で設けられた陽極結合部であり、この陽極コムフレーム５は、上記素子１を陽極電極部２を交互に相反する側に配置して複数枚（本実施の形態においては６枚）積層した素子ユニットの両端に位置する陽極電極部２の下面に夫々配設され、上記陽極結合部５ａを折り曲げることにより陽極電極部２を束ねるように包み込んだ後、抵抗溶接等の手段によって陽極電極部２を電気的、機械的に接合したものである。

６は陽極コム端子であり、この陽極コム端子６は、上記素子ユニットの両端に位置する陽極電極部２に夫々接合された一対の陽極コムフレーム５の下面に配置されて各陽極コムフレーム５と電気的に接続される一対の端子部６ａを有すると共に、この一対の端子部６ａどうしを連結する蛇行状のインダクタ部６ｂが設けられ、更に上記端子部６ａの一端を曲げ起こして折り曲げ部６ｃを設けた構成のものである。また、この折り曲げ部６ｃは後述する外装樹脂１３により上記素子ユニットをモールドした後に外装樹脂１３から表出するようにしたものであり、これにより、基板への実装時の半田付け作業において、半田フィレットが形成され易いようにしたものである。

７はコ字形に形成された第１の陰極コムフレーム、７ａはこの第１の陰極コムフレーム
７の両端に一対で設けられた側壁部であり、この第１の陰極コムフレーム７は、上記素子ユニットの下面に、最下段の素子１の陰極電極部３と当接するように配設され、導電性接着剤１１（図示はしないが上記側壁部７ａの内側にも導電性接着剤１１が塗布されるものである）を介して素子ユニットの積層方向における奇数枚目となる素子１の陰極電極部３と夫々電気的に接続されるようにしたものである。

８は上記第１の陰極コムフレーム７と同様に形成されたコ字形の第２の陰極コムフレーム、８ａはこの第２の陰極コムフレーム８の両端に一対で設けられた側壁部であり、この第２の陰極コムフレーム８は、上記素子ユニットの下面に、最下段の素子１の絶縁層４と当接するように配設され、導電性接着剤１１（図示はしないが上記側壁部８ａの内側にも導電性接着剤１１が塗布されるものである）を介して素子ユニットの積層方向における偶数枚目となる素子１の陰極電極部３と夫々電気的に接続されるようにしたものである。

９は第１の陰極コム端子、９ａはこの第１の陰極コム端子９の一端を曲げ起こして設けた折り曲げ部であり、この第１の陰極コム端子９は、上記第１の陰極コムフレーム７を上面の一端に導電性接着剤１１を介して電気的に接続すると共に、上記第２の陰極コムフレーム８を上面の他端に絶縁性接着剤１２を介して絶縁状態で接続したものである。なお、上記折り曲げ部９ａの構成と効果は上記陽極コム端子６に設けた折り曲げ部６ｃと同様のものである。

１０は上記第１の陰極コム端子９と同様に形成された第２の陰極コム端子、１０ａはこの第２の陰極コム端子１０の一端を曲げ起こして設けた折り曲げ部であり、この第２の陰極コム端子１０は、上記第１の陰極コムフレーム７を上面の一端に絶縁性接着剤１２を介して絶縁状態で接続すると共に、上記第２の陰極コムフレーム８を上面の他端に導電性接着剤１１を介して電気的に接続したものである。なお、上記折り曲げ部１０ａの構成と効果は上記陽極コム端子６に設けた折り曲げ部６ｃと同様のものである。

これにより、上記第１の陰極コム端子９には素子ユニットの積層方向における奇数枚目となる素子１の陰極電極部３が電気的に接続され、また、第２の陰極コム端子１０には素子ユニットの積層方向における偶数枚目となる素子１の陰極電極部３が電気的に接続された状態となり、一対の端子部６ａが蛇行状のインダクタ部６ｂにより連結された陽極コム端子６と、第１の陰極コム端子９と第２の陰極コム端子１０が夫々独立した４端子構造のチップ形固体電解コンデンサが構成されるものである。

１３はエポキシ樹脂からなる絶縁性の外装樹脂であり、この外装樹脂１３は、上記一対の陽極コム端子６の底面と折り曲げ部６ｃ、第１の陰極コム端子９の底面と折り曲げ部９ａ、第２の陰極コム端子１０の底面と折り曲げ部１０ａが夫々外表面に露呈した状態で素子ユニット、陽極コムフレーム５、第１の陰極コムフレーム７、第２の陰極コムフレーム８を一体に被覆したものであり、これにより本実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサが構成され、上記外装樹脂１３の底面に露呈した陽極コム端子６の一対の端子部６ａと第１の陰極コム端子９と第２の陰極コム端子１０を介して図示しない基板に実装するように構成されたものである。

このように構成された本実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサは、陰極電極部３の５０％を超える表面に絶縁層４を設けた素子１を陽極電極部２を交互に相反する側に配置して複数枚積層して素子ユニットを形成した構成により、この素子ユニットの各陰極電極部３は夫々絶縁層４によって分離されて独立した状態になり、図４（ａ）、（ｂ）の等価回路図に示すように、素子ユニットの積層方向における奇数枚目の素子１の陰極電極部３と同偶数枚目の素子１の陰極電極部３は夫々独立した異なる２つの陰極となる。

従って、このチップ形固体電解コンデンサに印加された電流に含まれる高周波ノイズ成分が２つの独立した陰極を流れて効率良くグランドに落とし込まれるようになり、高周波ノイズ成分の除去が十分に行えるようになるため、高周波領域におけるインピーダンス特性に優れたチップ形固体電解コンデンサを実現することができるようになるという格別の効果を奏するものである。

更に、陽極コム端子６に設けた一対の端子部６ａどうしを板状のインダクタ部６ｂにより連結した構成により、π型フィルタを形成して更なる低ＥＳＬ化を図ることができるようになるという格別の効果も奏するものである。

このように構成された本実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサの高周波領域におけるインピーダンス特性を測定した結果を比較例としての従来品と比較して図５ならびに（表１）に示す。

図５ならびに（表１）から明らかなように、本実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサは、１ＧＨｚにおけるインピーダンスを従来品の１４．４％程度まで低減することができ、かつ、そのバラツキも小さいことから、高周波対応に対する昨今の高い要求にも十分に対応することができるものである。

なお、本実施の形態においては、陽極コム端子６に設けた一対の端子部６ａどうしを連結する板状のインダクタ部６ｂとして、蛇行状の形状を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、いかなる形状であっても構わないものである。

（実施の形態２）
本実施の形態は、上記実施の形態１において図１〜図３を用いて説明したチップ形固体電解コンデンサの素子ユニットの構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図６（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態２によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した樹脂モールド前の分解斜視図と同斜視図、図７（ａ）、（ｂ）は同チップ形固体電解コンデンサの内部構造を示した上面側からの斜視図と底面側からの斜視図である。

図６と図７において、１は陽極電極部２と陰極電極部３を有する素子であり、上記陰極電極部３の５０％を超える表面には絶縁性樹脂からなる絶縁層４が形成されており、このように構成された素子１を同方向に３枚積層したものを１つの素子積層体とし、この素子積層体を上記陽極電極部２が交互に相反する側に配置されるようにして２組（６枚）積層して素子ユニットを構成している点が上記実施の形態１と異なる点である。

従って、上記素子ユニットの積層方向における奇数番目となる素子積層体の陰極電極部３を導電性接着剤１１を介して夫々第１の陰極コムフレーム７に接続し、素子ユニットの積層方向における偶数番目となる素子積層体の陰極電極部３を導電性接着剤１１を介して夫々第２の陰極コムフレーム８に接続するようにしたものである。

このように構成された本実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサは、上記実施の形態１によるチップ形固体電解コンデンサにより得られる効果に加え、素子１を同一方向に複数枚積層して素子積層体とし、この素子積層体を陽極電極部２が交互に相反する側に配置されるようにして積層することにより素子ユニットを構成したことにより、複数（３枚）の陰極電極部３が重なり合って第１の陰極コムフレーム７（側壁部７ａを含む）、第２の陰極コムフレーム８（側壁部８ａを含む）に接続されるようになるため、陰極電極部３と第１の陰極コムフレーム７、第２の陰極コムフレーム８とのコンタクト性が向上し、ＥＳＲを低下させることができるようになるという格別の効果を奏するものである。

また、素子ユニットを構成する素子積層体の陽極電極部２の折り曲げ量を半減することができるようになるため、素子１に加わるダメージを低減して漏れ電流特性の悪化を抑制することができるようになるという格別の効果も奏するものである。

本発明によるチップ形固体電解コンデンサは、高周波領域におけるインピーダンス特性に優れるという効果を有し、特に高周波特性が重要視される分野のコンデンサ等として有用である。

（ａ）本発明の実施の形態１によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した樹脂モールド前の分解斜視図、（ｂ）同斜視図 （ａ）同チップ形固体電解コンデンサの内部構造を示した上面側からの斜視図、（ｂ）同底面側からの斜視図 （ａ）同チップ形固体電解コンデンサを示した上面側からの斜視図、（ｂ）同底面側からの斜視図 （ａ）、（ｂ）同チップ形固体電解コンデンサの構成を示した等価回路図 同チップ形固体電解コンデンサのインピーダンス特性を示した特性図 （ａ）本発明の実施の形態２によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した樹脂モールド前の分解斜視図、（ｂ）同斜視図 （ａ）同チップ形固体電解コンデンサの内部構造を示した上面側からの斜視図、（ｂ）同底面側からの斜視図 （ａ）従来のチップ形固体電解コンデンサの構成を示した平面断面図、（ｂ）同正面断面図、（ｃ）同底面断面図、（ｄ）同底面図 （ａ）、（ｂ）従来のチップ形固体電解コンデンサの構成を示した等価回路図

１ 素子
２ 陽極電極部
３ 陰極電極部
４ 絶縁層
５ 陽極コムフレーム
５ａ 陽極結合部
６ 陽極コム端子
６ａ 端子部
６ｂ インダクタ部
６ｃ、９ａ、１０ａ 折り曲げ部
７ 第１の陰極コムフレーム
７ａ、８ａ 側壁部
８ 第２の陰極コムフレーム
９ 第１の陰極コム端子
１０ 第２の陰極コム端子
１１ 導電性接着剤
１２ 絶縁性接着剤
１３ 外装樹脂

Claims (7)

1. 陽極電極部と陰極電極部を有し、かつ、陰極電極部の表面に絶縁層を設けた平板状の素子を複数枚積層し、一部の素子の前記陽極電極部と他の素子の前記陽極電極部とを相反する側に配置するとともに、前記絶縁層で前記一部の素子の陰極電極部と前記他の素子の陰極電極部とを電気的に分離し独立させた素子ユニットと、この素子ユニットの両端に位置する陽極電極部の下面に配設されて各陽極電極部と接合される一対の端子部を有し、この一対の端子部どうしが板状のインダクタ部により連結された陽極コム端子と、上記素子ユニットの前記一部の素子の陰極電極部と電気的に接続された第１の陰極コム端子と、前記他の素子の陰極電極部と電気的に接続された第２の陰極コム端子と、上記一対の陽極コム端子ならびに一対の陰極コム端子の少なくとも実装面となる下面の一部が夫々露呈する状態で上記素子ユニットを被覆した絶縁性の外装樹脂からなり、前記絶縁層は、前記陰極電極部の５０％を超える表面に設けられた、チップ形固体電解コンデンサ。
2. 陽極端子の端子部どうしを結ぶように設けられたインダクタ部を蛇行状に形成した請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
3. 素子ユニットを構成する素子の積層枚数を偶数とした請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
4. 陽極電極部と陰極電極部を有し、かつ、陰極電極部の表面に絶縁層を設けた平板状の素子を複数枚積層し、一部の素子の前記陽極電極部と他の素子の前記陽極電極部とを相反する側に配置するとともに、前記絶縁層で前記一部の素子の陰極電極部と前記他の素子の陰極電極部とを電気的に分離し独立させた素子ユニットと、この素子ユニットの両端に位置する陽極電極部の下面に配設されて各陽極電極部と接合される一対の端子部を有し、この一対の端子部どうしが板状のインダクタ部により連結された陽極コム端子と、上記素子ユニットの前記一部の素子の陰極電極部と電気的に接続された第１の陰極コム端子と、前記他の素子の陰極電極部と電気的に接続された第２の陰極コム端子と、上記一対の陽極コム端子ならびに一対の陰極コム端子の少なくとも実装面となる下面の一部が夫々露呈する状態で上記素子ユニットを被覆した絶縁性の外装樹脂からなり、
   さらに前記一部の素子の陰極電極部と夫々電気的に接続された第１の陰極コムフレームと、前記他の素子の陰極電極部と夫々電気的に接続された第２の陰極コムフレームとを有し、
   前記第１の陰極コム端子は、前記第１の陰極コムフレームを上面の一端に電気的に接続するとともに前記第２の陰極コムフレームを同他端に絶縁状態で接続し、
   前記第２の陰極コム端子は、前記第１の陰極コムフレームを上面の一端に絶縁状態で接続するとともに前記第２の陰極コムフレームを同他端に電気的に接続した、チップ形固体電解コンデンサ。
5. 素子ユニットを構成する素子の陽極電極部の外周に沿って陽極電極部を一体に結合する陽極結合部を陽極コム端子に設けた請求項１または４に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
6. 陽極コム端子ならびに陰極コム端子の下面の少なくとも一部を上面視外装樹脂から突出するように延長し、この延長部分を外装樹脂の側面に沿って上方へ折り曲げた請求項１または４に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
7. 素子として、表面を粗面化して誘電体酸化皮膜層が形成された弁作用金属からなる陽極体の所定の位置に絶縁部を設けて陽極電極部と陰極形成部に分離し、この陰極形成部の誘電体酸化皮膜層上に導電性高分子からなる固体電解質層、カーボン層と銀ペースト層からなる陰極層を順次積層形成することにより前記陰極電極部を形成した素子を用いた請求項１または４に記載のチップ形固体電解コンデンサ。

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