JP5045058B2 - π型フィルタ - Google Patents

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Description

本発明は各種電子機器に使用されるプリント基板とこれに実装されるチップ形固体電解コンデンサとで構成されるπ型フィルタ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５はこの種の従来のチップ形固体電解コンデンサの構成を示した斜視図、図６は同チップ形固体電解コンデンサの内部構造を示した斜視図であり、図５と図６において、３０は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を構成するコンデンサ素子、３１はこのコンデンサ素子３０の陽極部、３２は同陰極部、３３は同絶縁部であり、このように構成された２枚のコンデンサ素子３０を互いに反対方向に重ねて配設したものである。
３４は上記コンデンサ素子３０の陽極部３１に一端が接続された陽極リード端子、３５は同じくコンデンサ素子３０の陰極部３２に一端が接続された陰極リード端子、３６はこれらをモールドした外装樹脂であり、これにより固体電解コンデンサが形成され、この固体電解コンデンサの側面と底面に陽極リード端子３４と陰極リード端子３５が夫々対向して表出し、４端子構造のチップ形固体電解コンデンサを構成するようにしたものである。
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、高周波特性ならびにノイズ吸収性に優れ、低ＥＳＬ化を実現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。
特開平６−１２００８８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、１枚のコンデンサ素子または複数枚のコンデンサ素子を積層して外装樹脂でモールドし、陽極／陰極端子を引き出した、一般的な２端子構造のものと比べると、高周波特性に優れ、かつ低ＥＳＬ化も実現してはいるものの、この構造においてはＥＳＬを５００ｐＨ程度に抑え込むのが限界であり、昨今の市場において加速する要求である２００ｐＨ以下というレベルに対してはまだまだ不十分であり、更なる低ＥＳＬ化が必要であるという課題があった。
また、図７はこのような従来のチップ形固体電解コンデンサを実装するプリント基板を示した平面図であり、図７において、３７はプリント基板、３８はこのプリント基板３７に形成された一対の陽極電極パターン、３９は同じく一対の陰極電極パターンである。
このように形成された陽極電極パターン３８と陰極電極パターン３９に、上記図５に示した従来のチップ形固体電解コンデンサの実装面となる下面に設けられた一対の陽極リード端子３４と陰極リード端子３５を夫々半田付け接合するようにしたものであるが、このようなプリント基板３７においてはＥＳＬを低減するための工夫は一切なされていないため、チップ形固体電解コンデンサをプリント基板３７に実装しても、チップ形固体電解コンデンサが有するＥＳＬ値が良化することはないという課題も有するものであった。
本発明はこのような従来の課題を解決し、チップ形固体電解コンデンサの低ＥＳＬ化のみならず、これを実装するプリント基板において低ＥＳＬ化を実現することが可能なプリント基板及びこれに実装される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、陽極端子と陰極端子が夫々実装面の対向する２箇所に交差して配置された４端子構造のチップ形固体電解コンデンサであり、平板状のコンデンサ素子を交互に相反する方向に複数積層した素子積層体と、この素子積層体の両端に位置する陽極電極部の下面に夫々接合された陽極端子と、同じく素子積層体の中央に位置する陰極電極部の下面に接合された陰極端子と、陽極端子ならびに陰極端子の下面の一部が露呈する状態でこれらを被覆した絶縁性の外装樹脂からなり、陰極端子の下面の両端を除く中央部に薄肉部または段部を設けて外装樹脂に被覆されるようにすることにより、実装面となる下面に陽極端子と陰極端子が夫々対向する２箇所に露呈した４端子構造としたチップ形固体電解コンデンサと、このチップ形固体電解コンデンサを実装するプリント基板とを備え、プリント基板は、上記チップ形固体電解コンデンサの陽極端子と陰極端子が半田付け接合される陽極電極パターンと陰極電極パターンを夫々一対で設け、かつ、上記一対の陽極電極パターンどうしを電気的に接続するインダクタ部を設け、陰極端子の薄肉部または段部の下方には外装樹脂を介してインダクタ部が配置された、π型フィルタである。また本発明は、陽極端子と陰極端子が夫々実装面の対向する２箇所に交差して配置された４端子構造のチップ形固体電解コンデンサであり、平板状のコンデンサ素子を同方向に複数積層した素子ユニットと、この素子ユニットを交互に相反する方向に複数積層したユニット積層体と、このユニット積層体の両端に位置する陽極電極部の下面に夫々接合された陽極端子と、同じくユニット積層体の中央に位置する陰極電極部の下面に接合された陰極端子と、陽極端子ならびに陰極端子の下面の一部が露呈する状態でこれらを被覆した絶縁性の外装樹脂からなり、陰極端子の下面の両端を除く中央部に薄肉部または段部を設けて外装樹脂に被覆されるようにすることにより、実装面となる下面に陽極端子と陰極端子が夫々対向する２箇所に露呈した４端子構造としたチップ形固体電解コンデンサと、このチップ形固体電解コンデンサを実装するプリント基板とを備え、プリント基板は、チップ形固体電解コンデンサの陽極端子と陰極端子が半田付け接合される陽極電極パターンと陰極電極パターンを夫々一対で設け、かつ、上記一対の陽極電極パターンどうしを電気的に接続するインダクタ部を設け、前記陰極端子の薄肉部または段部の下方には前記外装樹脂を介して前記インダクタ部が配置されたπ型フィルタである。
また、このプリント基板に実装される４端子構造のチップ形固体電解コンデンサとしては、平板状のコンデンサ素子を交互に相反する方向に複数積層した素子積層体と、この素子積層体の両端に位置する陽極電極部の下面に夫々接合された陽極端子と、同じく素子積層体の中央に位置する陰極電極部の下面に接合された陰極端子と、上記陽極端子ならびに陰極端子の一部が露呈する状態でこれらを被覆した絶縁性の外装樹脂からなり、上記陰極端子の下面の両端を除く中央部に薄肉部または段部を設けて外装樹脂に被覆されるようにすることにより、実装面となる下面に陽極端子と陰極端子が夫々対向する２箇所に露呈した４端子構造としたものを用いるようにしたものである。
以上のように本発明によるプリント基板及びこれに実装されるチップ形固体電解コンデンサは、プリント基板に設けた一対の陽極電極パターンどうしをインダクタ部により電気的に接続した構成により、π型フィルタを形成して大幅な低ＥＳＬ化を図ることができるようになるという効果が得られるものである。
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１、３に記載の発明について説明する。
図１は本発明の実施の形態１によるプリント基板の構成を示した平面図であり、図１において、１はプリント基板、２はこのプリント基板１に形成された一対の陽極電極パターン、３はこの一対の陽極電極パターン２どうしを電気的に接続するように設けられたインダクタ部、４は同じくプリント基板１に形成された一対の陰極電極パターンである。
図２（ａ）〜（ｅ）は上記図１に示した本発明によるプリント基板に実装される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、正面断面図、側面断面図、底面断面図、底面図であり、このチップ形固体電解コンデンサは本発明者らが特願２００６−２６８１２号にて提案した構成のものである。
図２において、１０はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子１０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１１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、カーボンと銀ペーストからなる陰極層（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１２を形成して構成されたものである。
１３は上記コンデンサ素子１０を複数枚積層した素子積層体であり、この素子積層体１３はコンデンサ素子１０の陽極電極部１１が交互に相反する方向に配設されるように複数枚（本実施の形態では４枚）を積層することにより構成されたものである。
１４は上記素子積層体１３の陽極電極部１１を一体に接合した陽極コムフレーム、１５は同じく素子積層体１３の陰極電極部１２を一体に接合した陰極コムフレームである。なお、このような陽極コムフレーム１４、陰極コムフレーム１５は必要不可欠な部材ではなく、陽極電極部１１、陰極電極部１２を後述する陽極端子、陰極端子に直接接合するようにしても良いものである。
１６は上記陽極コムフレーム１４を上面に接合した陽極端子であり、この陽極端子１６は幅方向の両端を折り曲げることにより形成された段部１６ｂが設けられ、この段部１６ｂを除く中央部分が実装時の陽極端子部１６ａとなるものである。１６ｃはこの陽極端子１６の一部を上面視、後述する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折り曲げ部である。
１７は上記陰極コムフレーム１５を上面に接合した陰極端子であり、この陰極端子１７は幅方向の中央部に薄肉部１７ｂが設けられ、この薄肉部１７ｂを除く両端部分が実装時の陰極端子部１７ａとなるものである。１７ｃはこの陰極端子１７の一部を上面視、後述する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折り曲げ部である。
１８は上記素子積層体１３、陽極コムフレーム１４、陰極コムフレーム１５、陽極端子１６、陰極端子１７を一体に被覆した絶縁性の外装樹脂であり、上記陽極端子１６に設けた段部１６ｂ、陰極端子１７に設けた薄肉部１７ｂもこの外装樹脂１８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１６ａと陰極端子部１７ａ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本実施の形態による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１６ａと陰極端子部１７ａ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面積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ものである。
さらに、このように低ＥＳＬ化を図ったチップ形固体電解コンデンサを、上記図１に示したプリント基板１に実装することにより、このプリント基板１に設けられた陽極電極パターン２どうしを電気的に接続したインダクタ部３により、チップ形固体電解コンデンサの一対の陽極端子１６どうしが電気的に接続されることになるため、これにより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ものである。
また、上記陽極端子１６ならびに陰極端子１７の一部に、外装樹脂１８の側面に沿って上方へ折り曲げた折り曲げ部１６ｃ、１７ｃを設けた構成により、半田付け作業時に半田フィレットが形成され易くなるばかりでなく、半田付け状態を上面から確認できるようになるという効果が得られ、信頼性の高い半田付け作業を行うことが可能になるものである。
なお、本実施の形態においては、コンデンサ素子１０を４枚積層して素子積層体１３を構成した例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、コンデンサ素子１０の積層枚数は要望される仕様に応じて適宜決定すれば良いものであり、積層枚数は奇数でも構わないが、積層枚数は偶数にすることにより、各コンデンサ素子１０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うことができるようになるために、より好ましいと言えるものである。
（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項２に記載の発明について説明する。
本実施の形態は、上記実施の形態１で図１を用いて説明したプリント基板に設けたインダクタ部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３は本発明の実施の形態２によるプリント基板の構成を示した平面図であり、図３において、５はプリント基板、６はこのプリント基板５に形成された一対の陽極電極パターン、７はこの一対の陽極電極パターン６どうしを電気的に接続するように設けられたインダクタ部、８は同じくプリント基板５に形成された一対の陰極電極パターンであり、本実施の形態によるプリント基板５が上記実施の形態１によるプリント基板１と異なるのは、一対の陽極電極パターン６どうしを電気的に接続したインダクタ部７を蛇腹状に形成した点である。
このように、一対の陽極電極パターン６どうしを電気的に接続するインダクタ部７を蛇腹状に形成することにより、上記実施の形態１によるプリント基板１により得られる効果に加え、蛇腹状の形状や面積を変化させることによってインダクタ部７のインダクタンス値を自在に変化させることができるために、ＥＳＬの制御を極めて容易に行うことが可能になるという格別の効果を奏するものである。
（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明の特に請求項４に記載の発明について説明する。
本実施の形態は、上記実施の形態１で図２を用いて説明したチップ形固体電解コンデンサ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４（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施の形態３による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、正面断面図、左側面断面図、右側面断面図、底面断面図、底面図であり、このチップ形固体電解コンデンサは本発明者らが特願２００６−２２７６２９号にて提案した構成のものである。
図４において、１９はコンデンサ素子１０を複数枚積層した素子ユニットであり、この素子ユニット１９はコンデンサ素子１０を同一方向に揃えて複数枚（本実施の形態では３枚）を積層することにより構成されたものであり、各陰極電極部１２間は図示しない導電性銀ペーストにより接着され、各陽極電極部１１は陽極結束部材２０を陽極電極部１１の外周に巻き付けて束ねるようにし、この陽極結束部材２０と陽極電極部１１を抵抗溶接等の手段によって結合しているものである。なお、上記陽極結束部材２０は必要不可欠な部材ではなく、陽極電極部１１どうしを直接抵抗溶接等の手段によって結合しても良い。
２１ａ、２１ｂは上記素子ユニット１９を陽極電極部１１が交互に相反する方向に配設されるようにして複数段（本実施の形態では２段）積層した状態で陽極電極部１１と後述する陽極端子を接合するためのスペーサであり、これらの接合は抵抗溶接等の手段によって行われるものである。なお、上記スペーサ２１ａ、２１ｂは必要不可欠な部材ではなく、陽極電極部１１と陽極端子を直接抵抗溶接等の手段によって結合しても良い。
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、コンデンサ素子１０を複数枚積層して素子ユニット１９とすることにより、作業性と組み立て精度の向上を図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。
なお、本実施の形態においては、コンデンサ素子１０を３枚積層して素子ユニット１９を形成し、この素子ユニット１９を２段積層した例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、コンデンサ素子１０の積層枚数や、素子ユニット１９の積層段数は要望される仕様に応じて適宜決定すれば良いものであるが、上記素子ユニット１９の積層段数を偶数にすることにより、各コンデンサ素子１０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うことができるために好ましいものである。
このようにして得られた本実施の形態１〜３によるプリント基板ならびにチップ形固体電解コンデンサについて、チップ形固体電解コンデンサ単体ならびにプリント基板実装状態でのＥＳＬ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（表１）に示す。
Figure 0005045058
なお、実施の形態２に用いたチップ形固体電解コンデンサは実施の形態１で用いたチップ形固体電解コンデンサと同じものを用い、実施の形態３に用いたプリント基板は実施の形態１で用いたプリント基板と同じものを用いて評価したものである。
（表１）から明らかなように、本実施の形態によるプリント基板及びこれに実装されるチップ形固体電解コンデンサは、チップ形固体電解コンデンサ単体でも従来品と比較してＥＳＬを大幅に低減しているばかりでなく、このように低ＥＳＬ化を実現したチップ形固体電解コンデンサを本発明によるプリント基板に実装することにより、上記プリント基板に設けた一対の陽極電極パターンどうしをインダクタ部により電気的に接続した構成により、π型フィルタを構成して更なる低ＥＳＬ化を図ることが可能になり、プリント基板実装状態でＥＳＬを従来品の１／３０程度にまで低減することができるものである。
本発明によるプリント基板及びこれに実装されるチップ形固体電解コンデンサは、ＥＳＬを大きく低減することができるという効果を有し、特に高周波応答性が要求される分野等のコンデンサとして有用である。
本発明の実施の形態１によるプリント基板を示した平面図 （ａ）同プリント基板に実装されるチップ形固体電解コンデンサを示した平面断面図、（ｂ）同正面断面図、（ｃ）同側面断面図、（ｄ）同底面断面図、（ｅ）同底面図 本発明の実施の形態２によるプリント基板の構成を示した平面図 （ａ）本発明の実施の形態３によるチップ形固体電解コンデンサを示した平面断面図、（ｂ）同正面断面図、（ｃ）同左側面断面図、（ｄ）同右側面断面図、（ｅ）同底面断面図、（ｆ）同底面図 従来のチップ形固体電解コンデンサを示した斜視図 図５のチップ形固体電解コンデンサの内部構造を示した斜視図 従来のプリント基板を示した平面図
符号の説明
１、５ プリント基板
２、６ 陽極電極パターン
３、７ インダクタ部
４、８ 陰極電極パターン
１０ コンデンサ素子
１１ 陽極電極部
１２ 陰極電極部
１３ 素子積層体
１４ 陽極コムフレーム
１５ 陰極コムフレーム
１６ 陽極端子
１６ａ 陽極端子部
１６ｂ 段部
１６ｃ、１７ｃ 折り曲げ部
１７ 陰極端子
１７ａ 陰極端子部
１７ｂ 薄肉部
１８ 外装樹脂
１９ 素子ユニット
２０ 陽極結束部材
２１ａ、２１ｂ スペーサ

Claims (4)

  1. 陽極端子と陰極端子が夫々実装面の対向する２箇所に交差して配置された４端子構造のチップ形固体電解コンデンサであり、平板状のコンデンサ素子を交互に相反する方向に複数積層した素子積層体と、この素子積層体の両端に位置する陽極電極部の下面に夫々接合された陽極端子と、同じく素子積層体の中央に位置する陰極電極部の下面に接合された陰極端子と、上記陽極端子ならびに陰極端子の下面の一部が露呈する状態でこれらを被覆した絶縁性の外装樹脂からなり、上記陰極端子の下面の両端を除く中央部に薄肉部または段部を設けて外装樹脂に被覆されるようにすることにより、実装面となる下面に陽極端子と陰極端子が夫々対向する２箇所に露呈した４端子構造としたチップ形固体電解コンデンサと、このチップ形固体電解コンデンサを実装するプリント基板とを備え、
    前記プリント基板は、上記チップ形固体電解コンデンサの陽極端子と陰極端子が半田付け接合される陽極電極パターンと陰極電極パターンを夫々一対で設け、かつ、上記一対の陽極電極パターンどうしを電気的に接続するインダクタ部を設け、前記陰極端子の前記薄肉部または段部の下方には前記外装樹脂を介して前記インダクタ部が配置された、π型フィルタ。
  2. 陽極端子と陰極端子が夫々実装面の対向する２箇所に交差して配置された４端子構造のチップ形固体電解コンデンサであり、平板状のコンデンサ素子を同方向に複数積層した素子ユニットと、この素子ユニットを交互に相反する方向に複数積層したユニット積層体と、このユニット積層体の両端に位置する陽極電極部の下面に夫々接合された陽極端子と、同じくユニット積層体の中央に位置する陰極電極部の下面に接合された陰極端子と、上記陽極端子ならびに陰極端子の下面の一部が露呈する状態でこれらを被覆した絶縁性の外装樹脂からなり、上記陰極端子の下面の両端を除く中央部に薄肉部または段部を設けて外装樹脂に被覆されるようにすることにより、実装面となる下面に陽極端子と陰極端子が夫々対向する２箇所に露呈した４端子構造としたチップ形固体電解コンデンサと、このチップ形固体電解コンデンサを実装するプリント基板とを備え、
    前記プリント基板は、上記チップ形固体電解コンデンサの陽極端子と陰極端子が半田付け接合される陽極電極パターンと陰極電極パターンを夫々一対で設け、かつ、上記一対の陽極電極パターンどうしを電気的に接続するインダクタ部を設け、前記陰極端子の前記薄肉部または段部の下方には前記外装樹脂を介して前記インダクタ部が配置されたπ型フィルタ。
  3. 一対の陽極電極パターンどうしを電気的に接続するインダクタ部を蛇腹状に形成した請求項１または２に記載のπ型フィルタ。
  4. 前記薄肉部または段部は、前記陰極端子の前記中央部にのみ形成されている、請求項１または２に記載のπ型フィルタ。
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