JP5051851B2 - 積層型固体電解コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、積層型固体電解コンデンサに関し、特に複数枚の平板状コンデンサ素子を陽極部の突出方向が陰極部を中心として交互に反対になるように積層した積層型固体電解コンデンサに関するものである。

固体電解コンデンサは、アルミニウム、タンタルなどの弁作用金属を陽極部とし、その上に形成した酸化皮膜層を誘電体とし、さらに、その上に固体電解質層を形成して陰極部としたものが知られる。固体電解質層は、二酸化マンガンの他、ＴＣＮＱ錯体、導電性高分子などが用いられる（例えば、特許文献１参照）。

近年、電子機器の小型・高周波化が進み、コンデンサに対しても高周波領域での低インピーダンス化が要求される。これにより、高導電率の導電性高分子を固体電解質層に用いた固体電解コンデンサが提案されている。この固体電解コンデンサは、固体電解質層に高導電率の導電性高分子を用いているため、二酸化マンガンを用いた固体電解コンデンサに比べて低ＥＳＲ化を実現することができる（例えば、特許文献２参照）。

また、コンピュータのＣＰＵの低電圧化と高速化に伴い、コンデンサに流れる電流が飛躍的に大きくなっている。そのため、コンデンサのＥＳＲが高いと、発熱量が大きくなって、コンデンサの故障の原因となる。従って、コンデンサは、低ＥＳＲである事が必須の条件となりつつある。

この低ＥＳＲとともに低ＥＳＬ化を実現するために、平板状コンデンサ素子を積層した積層型固体電解コンデンサが提案されている。

積層型固体電解コンデンサは、陽極部と陰極部とを備えた平板状コンデンサ素子を、陽極部は陽極部同士、陰極部は陰極部同士が互いに重なり合うように複数枚積層し、陽極部及び陰極部にそれぞれ電位取り出し用の陽極端子部材及び陰極端子部材（リードフレーム）を接続している（例えば、特許文献３参照）。

また、他の積層型固体電解コンデンサは、平板状コンデンサ素子を陽極部が陰極部を中心に対向するように交互に積層し、対向する陽極端子部材（陽極リードフレーム）同士を導電性の橋渡し部材で橋渡しして電気的に接続した構造をしている。これにより、陽極部及び陰極部を複数に分岐して引き出すことで磁界を打ち消すことができるため、さらにＥＳＬを低減することもできる（特許文献４参照）。
特許第２９６９６９２号公報 特開２００３−４５７５３号公報 特開２０００−６８１５８号公報 特開２００７−１８０３２７号公報

上記した従来の積層型固体電解コンデンサは、導電性橋渡し部材が、平板状コンデンサ素子の陰極部を跨いで、対向する陽極端子部材同士を電気的に接続している。そして、陽極端子部材と陰極部とが導通しないように、導電性橋渡し部材の上面を絶縁性物質のマスキング材で覆っている（特許文献４の図８参照）。

コンデンサ素子の陰極部と橋渡し部材との絶縁性を高めるためには、マスキング材の厚さを厚くする必要があるが、マスキング材を厚くするとコンデンサ素子の陰極部と陰極端子部材との間隔が広がってしまう。このため、陰極部と陰極端子部材とを接続する接着剤の厚さを厚くする必要がある。この接着剤の厚みにより、陰極部と陰極端子部材間の電気抵抗が悪くなり、ＥＳＲとともにＥＳＬの悪化を招くことがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、積層型固体電解コンデンサの低ＥＳＲ化・低ＥＳＬ化を図ることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る積層型固体電解コンデンサは、
一方側に陽極部、他方側に陰極部を有する平板状コンデンサ素子を複数枚、陰極部の位置を整合させ、陽極部の突出方向が交互に反対になるように積み重ねた積層体と、複数枚の陰極部からなる陰極体の下面に導電性接着剤で接続された陰極端子部材と、積層体の両側の陽極部とそれぞれ接続された一対の陽極端子部材と、一対の陽極端子部材を接続する導電性橋渡し部材とを備えた積層型固体電解コンデンサであって、
コンデンサ素子の積層方向における導電性橋渡し部材の上面が、陰極端子部材の上面よりも下方に配置され、コンデンサ素子の積層方向における陽極端子部材の上面が、陰極端子部材の上面よりも上方に配置されていることを特徴としている。

このように構成された発明では、一対の陽極端子部材を繋ぐ導電性橋渡し部材の上面が、陰極体の下面と導電性接着剤で接続された陰極端子部材の上面および一対の陽極端子部材の上面よりも下方に配置されている。このため、導電性橋渡し部材の上面にマスキング材が存在しない場合はもちろんのこと、マスキング材が存在する場合であっても、陰極部と陰極端子部材との間隔が広がってしまうのを回避することができる。これにより、陰極体下面と一対の陰極端子部材とを接続する導電性接着剤の厚みが厚くなるのを防止して、陰極体と陰極端子部材との接触状態を改善することができる。したがって、積層型固体電解コンデンサの低ＥＳＲ化・低ＥＳＬ化を図ることができる。

ここで、外装樹脂でモールドした積層型固体電解コンデンサにおいては、導電性橋渡し部材を外装樹脂から露出しないように確実にモールドする観点から、コンデンサ素子の積層方向における導電性橋渡し部材の厚みを陽極端子部材の厚みよりも薄くすることが好ましい。

また、導電性橋渡し部材の上面をマスキング材で覆うことにより、陰極部と陰極端子部材との接触状態を改善しつつ、陰極体と導電性橋渡し部材とが導通するのを確実に防止することができる。

本発明の積層型固体電解コンデンサは、コンデンサ素子の積層方向において導電性橋渡し部材の上面が、陰極端子部材の上面よりも下方に配置され、コンデンサ素子の積層方向において一対の陽極端子部材の上面が、陰極端子部材の上面より上方に配置されているので、陰極体下面と一対の陰極端子部材とを接続する導電性接着剤の厚みを薄くすることができる。このため、陰極体と一対の陰極端子部材との接触が良好となり、一層の低ＥＳＲ化が実現できる。また、陰極部と陰極端子部材の距離自体が縮まるため、低ＥＳＬ化を実現することもできる。

以下、添付図面に基づき、本発明に係る積層型固体電解コンデンサについて説明する。

［基本構成］
図１は、１個の平板状コンデンサ素子を示す斜視図である。図２は、平板状コンデンサ素子を示す拡大断面図である。
符号１は、アルミニウム・タンタルなどの弁作用金属からなる陽極素子、符号２は、弁作用金属上の酸化皮膜層であり、誘電体を構成する層である。符号３は、酸化皮膜層の表面に形成された陰極部を構成する固体電解質層で、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＴ）などの導電性高分子を含む電解質を化学重合または電解重合によって形成した層である。符号４および５は陰極引出層で、符号４はカーボン層、符号５は銀層である。

符号６は、弁作用金属板（陽極素子）１の陽極部を構成する部分で、陽極部６と固体電解質層３との間は、絶縁性這い上がり防止剤７によって完全に絶縁隔離され、１個の平板状コンデンサ素子Ｃを構成する。

次に、弁作用金属がアルミニウム箔からなる平板状コンデンサ素子Ｃの作製方法を説明する。

表面を電気化学的に粗面化した厚さ０．１ｍｍの長尺のアルミニウム箔を、アジピン酸アンモニウム水溶液中で１０Ｖの電圧を印加して約６０分間陽極酸化を行い、表面に酸化皮膜層を形成する。このようにして酸化皮膜層が形成されたアルミニウム箔を、図１に示すように、幅（ｗ）１０ｍｍ、長さ（ｌ）１５ｍｍの寸法に裁断した後、図２に示すように、適切な位置に絶縁性樹脂などの這い上がり防止剤７を周方向に巻きつけるように塗布して、左右の領域（陽極部６と陰極部Ｒ）を区分する。

続いて、前記裁断によって弁作用金属が露出した端面部を、再度アジピン酸アンモニウム水溶液中で７Ｖの電圧を印加して約３０分間陽極酸化処理を行い、裁断面にも酸化皮膜層を形成する。その後、這い上がり防止剤７より右側部分（図２のＲ部分）に、固体電解質層３、カーボン層４、銀層５を順次形成して陰極部Ｒを構成する。

次に、平板状コンデンサ素子Ｃを積層してなる積層型固体電解コンデンサの作製方法を説明する。

図３は、４枚の単板コンデンサ素子を積層した積層型固体電解コンデンサを上方から観た斜視図である。
４枚の単板コンデンサ素子Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は、陽極部６、６’が陰極部Ｒを中心に両側に対向するように交互に積層され、陰極部Ｒ同士は、導電性接着剤８（図７に図示）により接続される。

陽極部６、６’同士と陽極端子部材９、９’とは、抵抗溶接等の方法で接続される。中央の陰極部Ｒ同士と陰極端子部材１０とは、導電性接着剤８（図７）を介して接合される。
続いて、陽極端子部材９及び陰極端子部材１０における外部回路との接続面だけを除いて積層体全体を樹脂１５でモールドして、積層型固体電解コンデンサが完成する。なお、陽極端子部材９、９’及び陰極端子部材１０は銅系合金などが使用される。

［第１実施例］
図４は、図３の下方から観た斜視図である。図５は、積層型固体電解コンデンサを上方から観た平面図である。図６は、図５の単板コンデンサを省略した平面図である。なお、いずれの図も樹脂１５を省略している。

陰極端子部１０，１０’は、２分割されており、それぞれ１０，１０’の間に空隙部ｇが形成されている。導電性橋渡し部材１１は、空隙部ｇを通じて、対向する陽極端子部材９，９’同士を接続する。これにより、Ｈ形端子部材９，９’，１１が形成される。また、導電性橋渡し部材１１により、陽極端子部材９，９’同士は最短の距離で接続されている。

図７は、第１実施例における図５のＡ−Ａ線断面図である。図８は、第１実施例における図５のＢ−Ｂ線断面図である。
陽極端子部材９，９’は、その厚さＨ３（例えば、０．６５ｍｍ）を有する。また、陰極端子部材１０，１０’は、その厚さＨ４（例えば、０．６０ｍｍ）を有する。そして、陽極端子部材９，９’の下面９ｂ，９’ｂと陰極端子部材１０，１０’ の下面１０ｂ，１０’ｂとが同一面に配置される。よって、陽極端子部材９，９’の上面９ａ，９ａ’は、陰極端子部材１０，１０’の上面１０ａ，１０ａ’より上方に位置する。

導電性橋渡し部材１１は、その厚さＨ２（例えば、０．１５ｍｍ）が、陰極端子部材１０，１０’の厚さより薄く構成されている（Ｈ２＜Ｈ４）。そして、導電性橋渡し部材１１の上面１１ａは、陰極端子部材１０，１０’ の上面１０ａ，１０’ａよりも、高さＨ１（例えば、０．１５ｍｍ）だけ下方に配置されている。導電性橋渡し部材１１の下面１１ｂは、陽極端子部材９，９’の下面９ｂ，９’ｂ及び陰極端子部材１０，１０’ の下面１０ｂ，１０’ｂよりも、上方に配置されている。そして、導電性橋渡し部材１１の上面１１ａには、マスキング材となる厚さＨ１（例えば、０．１５ｍｍ）のポリイミドテープ１２が貼付けられている。

そして、最下段に配置された平板状コンデンサ素子Ｃの陰極部Ｒ’は、その下面Ｒｂが陰極端子部材１０，１０’ の上面１０ａ，１０’ａとごく近接して配置されている。従って、最下段の陰極部Ｒ’と陰極端子部材１０，１０’とを接続する接着剤８は、非常に薄くなっている（接着剤の厚さ≪Ｈ１）。

［第２実施例］
図９は、第２実施例における図５のＡ−Ａ線断面図である。図１０は、第２実施例における図５のＢ−Ｂ線断面図である。第２実施例は、上記第１実施例と異なる点のみ説明する。

第２実施例は、上記第１実施例のように導電性橋渡し部材１１にポリイミドテープ１２が貼付けられていない。従って、最下段の単板コンデンサ素子Ｃの陰極部Ｒ’と導電性橋渡し部材１１との間に、空間ｓが形成される。この空間ｓは、樹脂封止の際に樹脂１５が回り込んで充填される。

［従来例］
図１１は、従来例における図５のＡ−Ａ線断面図である。図１２は、従来例における図５のＢ−Ｂ線断面図である。従来例は、上記第１及び第２実施例と異なる点のみ説明する。

従来例は、陽極端子部材９，９’と陰極端子部材１０，１０’は、同一の厚さ（例えば０．６０ｍｍ）であり、導電性橋渡し部材１１の上面１１ａは、陽極端子部材９，９’の上面９ａ，９’ａ及び陰極端子部材１０，１０’ の上面１０ａ，１０’ａと略同一面に配置されている。そして、導電性橋渡し部材１１が最下段の陰極部Ｒ’の表面に接してショートしないように、厚さＨ５（例えば、０．１５ｍｍ）のポリイミドテープ１２を導電性橋渡し部材１１の上面１１ａに貼付ける。従って、最下段の陰極部Ｒ’と陰極端子部材１０，１０’とを接続する接着剤８は、厚さＨ５（例えば、０．１５ｍｍ）となる。

表１は、第１及び第２実施例と従来例との電気特性の比較表で、それぞれの例について、ＥＳＲ（ｍΩ）、ＥＳＬ（ｐＨ）を実測した結果を示す。なお、ＥＳＲは１００ｋＨｚ、ＥＳＬは１００ＭＨｚで測定した。尚、電気特性データは、全て通常の方法でモールドした完成品について実測した結果である。

上記表1から明らかなように、上記第１及び第２実施例の積層型固体電解コンデンサは、従来例の積層型固体電解コンデンサと比べて、ＥＳＲ値及びＥＳＬ値が低減した。

本発明の構成によると、橋渡し導電性部材１１の上面１１ａを、陽極端子部材９，９’の上面９ａ，９’ａ及び陰極端子部材１０，１０’の上面１０ａ，１０’ａより低く配置したので、最下段の陰極部Ｒ’の下面Ｒｂを陰極端子部材１０，１０’の上面１０ａ，１０’ａとごく近接して配置できる。これにより、最下段の陰極部Ｒ’と陰極端子部材１０，１０’とを接続する導電性接着剤８が、導電性橋渡し部材１１上のマスキング材１２の厚さに関わらず、非常に薄くできる。これにより、電流の導通経路が大きくなるので、抵抗が下がり、ＥＳＲを低減することができる。
また、導電性接着剤が薄くなり、陰極部と陰極端子部材の距離を縮めることができるため、ＥＳＬを低減することもできる。
さらに、陽極端子部材の上面を陰極端子部材の上面よりも、上方に配置することで、コンデンサ素子の陽極部の曲げが緩やかになるため、コンデンサ素子へのストレスを軽減できるため、ＥＳＲを低減することができる。

なお、上記実施例では、弁作用金属としてアルミニウムを用いたが、タンタルやニオブ箔またはこれら金属粉末の焼結体を用いても同じ効果が得られる。

また、導電性橋渡し部材は、陽極端子部材と同じ材料を使用し、一体に形成するのが望ましいが、陽極材の銅、アルミニウム以外の銀、金、ニオブ、タンタル、導電性高分子等の導電性材料なども有効に利用できる。

実施例では導電性橋渡し部材の厚さを０．１５ｍｍとしたが、これ以外でも良い。

さらに、実施例では陰極端子部材１０、１０’を２分割し、その間に空隙部ｇを設け、ここに陽極端子部材の連結部を配置するようにしたので、陰極・陽極端子部材の下面が同一の高さとなり、積層型固体電解コンデンサをマザーボードやＩＣ基に実装する場合に好都合である。

また、陰極端子部材間にも導電性橋渡し部材を設け、陽極端子部材の導電性橋渡し部材と交差するようにしてもよい。
何れの場合であっても、陽極端子部材の導電性橋渡し部材は、陰極端子部材の中央であっても一方側に寄せても略同様の効果が得られる（図１３）。また、陽極端子部材の導電性橋渡し部材を２本とし、その間に陰極端子部材を設置してもよい。

さらに、陽極、陰極部に接合される端子部材は、端子部材に代えて、外部回路と接続される貫通孔（導通端子孔）や導電層を設けた絶縁基板を用いてもよい。

また、実施例では、固体電解質として導電性高分子を用いたが、二酸化マンガンを用いても同じ効果が得られる。

実施例では、４枚積層の例について説明したが、積層枚数を増加しても同じ効果が得られる。また、実施例では３端子としたが、端子数を増やしても同じ効果が得られる。

また、実施例では、電極端子部材を積層体の下側に置いた例について説明したが、コンデンサを実装する部分によっては積層体の上面に端子部材や導電性連結部材を配置してもよい。

さらに、モノマーおよび酸化剤としてチオフェンおよびドデシルベンゼンスルホン酸第二鉄を使用したが、モノマーとしてピロール、アニリンなどのモノマー、酸化剤としてブチルナフタレンスルホン酸第二鉄、パラトルエンスルホン酸第二鉄などの酸化剤を使用してもよい。

１個の平板状コンデンサ素子を示す斜視図である。 平板状コンデンサ素子を示す拡大断面図である。 ４枚の平板状コンデンサ素子を積層した積層型固体電解コンデンサを上方から観た斜視図である。 図３の下方から観た斜視図である。 積層型固体電解コンデンサを上方から観た平面図である。 図５の単板コンデンサを省略した平面図である。 第１実施例における図５のＡ−Ａ線断面図である。 第１実施例における図５のＢ−Ｂ線断面図である。 第２実施例における図５のＡ−Ａ線断面図である。 第２実施例における図５のＢ−Ｂ線断面図である。 従来例における図５のＡ−Ａ線断面図である。 従来例における図５のＢ−Ｂ線断面図である。 導電性橋渡し部材の変形例を示す図である。

符号の説明

Ｃ 平板状コンデンサ素子
１ 弁作用金属
２ 酸化皮膜層
３ 固体電解質層（導電性高分子）
４ カーボン層
５ 銀層
６ 弁作用金属面（陽極部）
Ｒ 陰極部
Ｒｂ 陰極部の下面
７ 這い上がり防止剤（絶縁材）
８ 導電性接着剤
９ 陽極端子部材
９ａ 陽極端子部材の上面
９ｂ 陽極端子部材の下面
１０ 陰極端子部材
１０ａ 陰極端子部材の上面
１０ｂ 陰極端子部材の下面
１１ 導電性橋渡し部材
１１ａ 導電性橋渡し部材の上面
１１ｂ 導電性橋渡し部材の下面
１２ マスキング材（絶縁材）

Claims (3)

1. 一方側に陽極部、他方側に陰極部を有する平板状コンデンサ素子を複数枚、前記陰極部の位置を整合させ、前記陽極部の突出方向が交互に反対になるように積み重ねた積層体と、
   前記複数枚の陰極部からなる陰極体の下面に導電性接着剤で接続された陰極端子部材と、
   前記積層体の両側の陽極部とそれぞれ接続された一対の陽極端子部材と、
   前記一対の陽極端子部材を接続する導電性橋渡し部材と、
   を備えた積層型固体電解コンデンサであって、
   前記コンデンサ素子の積層方向における前記導電性橋渡し部材の上面が、前記陰極端子部材の上面よりも下方に配置され、
   前記コンデンサ素子の積層方向における前記陽極端子部材の上面が、前記陰極端子部材の上面よりも上方に配置されていることを特徴とする積層型固体電解コンデンサ。
2. 前記コンデンサ素子の積層方向における前記導電性橋渡し部材の厚さが、前記陽極端子部材の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載の積層型固体電解コンデンサ。
3. 前記導電性橋渡し部材の上面が、マスキング材で覆われていることを特徴とする請求項１または２に記載の積層型固体電解コンデンサ。

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