JP5073011B2 - 固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、複数のコンデンサ素子を並列に配列した固体電解コンデンサ及びその製造方法に関する。
従来から、図９に示すチップ型の固体電解コンデンサが知られている(例えば、特許文献１参照)。
固体電解コンデンサ(１)は、下面にリードフレーム(９)(90)が取り付けられたコンデンサ素子(２)を具え、該コンデンサ素子(２)は合成樹脂製のハウジング(70)にて覆われる。コンデンサ素子(２)は、図１０に示すように、弁金属の箔である陽極体(20)に、誘電体酸化被膜(21)を形成し、該誘電体酸化被膜(21)の一部上に、陰極層(３)、カーボン層(６)、銀ペースト層(60)を順に設け、これを複数枚重ねて形成される。即ち、陽極体(20)上にて陰極層(３)を形成した部分が陰極部(２b)、残りの部分が陽極部(２a)となる。陽極体(20)(20)は複数枚重ねられて、陽極部(２a)が抵抗溶接により陽極側リードフレーム(９)に、陰極部(２b)が導電性接着剤により陰極側リードフレーム(90)に取り付けられる。これによって、静電容量を大きくしている。
コンデンサ素子(２)の製造方法を示す。先ずアルミニウム箔のシートを切り出して帯状の陽極体(20)を形成し、この陽極体(20)の一部を０.０１〜０.０２ｗｔ％の燐酸水溶液又はアジピン酸水溶液内に浸して電解酸化処理し、誘電体酸化被膜(21)を形成する。次に、ブタノールを溶媒とした３,４−エチレンジオキシチオフェン、Ｐ−トルエンスルホン酸第２鉄の溶液に、陽極体(20)の誘電体酸化被膜(21)の形成部分を浸漬し、ポリチオフェンである導電性高分子から成る陰極層(３)を形成する。この陰極層(３)上に、カーボン層(６)、銀ペースト層(60)を順に形成する。複数枚の陽極体(20)(20)を重ね、陽極部(２a)(２a)を溶接して、コンデンサ素子(２)が完成する。
尚、陰極層(３)を形成する材料には、前記ポリチオフェンの他に、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフラン等の導電性高分子、ＴＣＮＱ(７、７、８、８−テトラシアノキノジメタン)錯塩等が挙げられる。陰極層(３)に抵抗値の低い導電体高分子等を用いることにより、ＥＳＲを小さくして、高周波特性に優れたコンデンサを形成している。
近年、斯種コンデンサは高周波領域で用いられることが多く、コンデンサの特性としてＥＳＲ(等価直列抵抗)のみならず、ＥＳＬ(等価直列インダクタンス)を低くすることが求められている。図９に示す構造では、陽極側及び陰極側リードフレーム(９)(90)の間隔が空いているから、ＥＳＬが大きくなる。また、静電容量の増加及びＥＳＲの低減を目的として、積層する陽極体(20)(20)の枚数を多くすると、コンデンサを低くすることを求めている市場の要求を満たすことができない可能性もある。
この点を解決すべく、図１１に示すように、コンデンサが実装される基板(４)上のパターン(40)にてコンデンサ(１)(１)を並列に接続することが考えられる。図１２は、図１１の等価回路図である。例えば、コンデンサ(１)の容量をＣ１とし、ＥＳＬをＬ１とすると、２つのコンデンサ(１)(１)を並列接続した場合の合成容量は２×Ｃ１であり、合成ＥＳＬはＬ１／２となる。これにより、従来と同じ静電容量を得る場合には、積層すべき陽極体(20)(20)の枚数を減らすことができ、且つＥＳＬを低減できるとも考えられる。
しかし、これでは各コンデンサ(１)のリードフレーム(９)(90)を個別に基板(４)に実装するから、基板(４)とリードフレーム(９)(90)の接触抵抗が大きくなり、実際はＥＳＬも増加する。また、隣り合うコンデンサ(１)(１)間に隙間(図１１のＰ)ができるため、余分な実装スペースが必要となる。
本発明の目的は、コンデンサを低くしつつ、ＥＳＬを小さくし、余分な実装スペースをなくすことにある。
本発明は、陽極部と陰極部とを有する複数のコンデンサ素子と、２つの陽極側リードフレームと、陰極側リードフレームを備えた固体電解コンデンサであって、複数のコンデンサ素子は、陰極部同士が積層されるとともに、陽極部が交互に相反する方向に突出し、積層された陰極部の下面は、陰極側リードフレームの上面に接続され、相反する方向に突出した陽極体の下面は、２つの陽極側リードフレームの上面にそれぞれ接続され、複数のコンデンサ素子、２つの陽極側リードフレームおよび陰極側リードフレームは、ハウジングによって覆われ、２つの陽極側リードフレームおよび陰極側リードフレームの下面の少なくとも一部は、ハウジングの下面から露出している固体電解コンデンサである。
互いに対向するコンデンサ素子(２)の陽極部(２a)(２a)が、１つの陽極側リードフレーム(９)に取り付けられることにより、各コンデンサ素子(２)(２)間を繋ぐ配線長(図１２のＳ)を短くすることができる。これにより、ＥＳＬを低減することができる。
また、従来は静電容量を大きくし、ＥＳＲを低減するには、積層すべき陽極体(20)(20)の枚数を増やしていた。しかし、本例では複数のコンデンサ素子(２)(２)を陽極部(２a)(２a)を互いに対向させて並列に配置し共通の陽極側リードフレーム(９)に取り付けるから、従来と同じ静電容量を得る場合には、積層すべき陽極体(20)(20)の枚数を減らすことができ、コンデンサを低くすることができる。
また、陽極側リードフレーム(９)と２つの陰極側リードフレーム(90)(90)を有しているため、陽極体(20)の積層数が異なるコンデンサ素子(２)を陽極部(２a)(２a)を互いに対向させて並列に配置することにより、陽極側リードフレーム(９)と、１：一方の陰極側リードフレーム(90)を接続した場合、２：他方の陰極側リードフレーム(90)を接続した場合、３：両方の陰極側リードフレーム(90)(90)を接続した場合に夫々異なる３種類の静電容量を取り出すことが可能になり、回路基板等に配置するコンデンサの数を減らすことができる。
更に、陽極部(２a)(２a)を対向させたコンデンサ素子(２)(２)を、リードフレーム(９)(90)の配列方向と略直交する水平方向に沿って、複数設け、アレイ状に配列することもできる。これにより、複数のコンデンサ素子(２)(２)が１つの陽極側リードフレーム(９)を共有するから、コンデンサの余分な実装スペースをなくすことができる。
図１は、固体電解コンデンサ(１)の断面図である。固体電解コンデンサ(１)は、複数枚の陽極体(20)(20)を重ねて、陽極部(２a)を互いに溶接したコンデンサ素子(２)を具えている。陰極部(２b)は、誘電体酸化被膜(21)上に、陰極層(３)、カーボン層(６)、銀ペースト層(60)を順に設けて形成される点は、従来と同様である。コンデンサ素子(２)は合成樹脂製のハウジング(70)にて覆われ、ハウジング(70)の下面からは陽極側リードフレーム(９)及び陰極側リードフレーム(90)(90)が露出している。
図１に示すように、コンデンサ素子(２)(２)は、リードフレーム(９)(90)の配列方向、即ち横方向に沿って２つ設けられ、互いの陽極部(２a)(２a)を内側に向けて対向させている。ハウジング(70)の下面にて、リードフレーム(９)(90)の配列方向に沿う中央部に、陽極側リードフレーム(９)が設けられ、該陽極側リードフレーム(９)を挟んで、２つの陰極側リードフレーム(90)(90)が設けられる。陽極側リードフレーム(９)と各陰極側リードフレーム(90)は開口(92)を挟んで位置する。
両コンデンサ素子(２)(２)の陽極部(２a)(２a)は、共通の陽極側リードフレーム(９)に抵抗溶接により取り付けられる。即ち、コンデンサ素子(２)(２)は並列接続される。互いに反対側を向いた陰極部(２b)(２b)は導電性接着剤により各陰極側リードフレーム(９)(90)に取り付けられる。各リードフレーム(９)(90)には凹面(91)(91)が形成され、該凹面(91)(91)をハウジング(70)を構成する樹脂で充填することにより、陽極側リードフレーム(９)の抵抗溶接跡を隠している。また、凹面(91)(91)と両リードフレーム(９)(90)の境目から水分が進入して、コンデンサ素子(２)に達することを防いでいる。
本例では、互いに対向するコンデンサ素子(２)の陽極部(２a)(２a)が、１つの陽極側リードフレーム(９)に取り付けられ、並列配置されることにより、各コンデンサ素子(２)(２)間を繋ぐ配線長(図１２のＳ)を短くすることができる。これにより、ＥＳＬを低減することができる。
また、従来は静電容量を大きくし、ＥＳＲを低減するには、積層すべき陽極体(20)(20)の枚数を増やしていた。しかし、本例では複数のコンデンサ素子(２)(２)を陽極部(２a)(２a)を互いに対向させて並列に配置し共通の陽極側リードフレーム(９)に取り付けるから、従来と同じ静電容量を得る場合には、積層すべき陽極体(20)(20)の枚数を減らすことができ、コンデンサを低くすることができる。
また、陽極側リードフレーム(９)と２つの陰極側リードフレーム(90)(90)を有しているため、陽極体(20)の積層数が異なるコンデンサ素子(２)を陽極部(２a)(２a)を互いに対向させて並列に配置することにより、陽極側リードフレーム(９)と、１：一方の陰極側リードフレーム(90)を接続した場合、２：他方の陰極側リードフレーム(90)を接続した場合、３：両方の陰極側リードフレーム(90)(90)を接続した場合に夫々異なる３種類の静電容量を取り出すことが可能になり、回路基板等に配置するコンデンサの数を減らすことができる。
図５は、本例の固体電解コンデンサ(１)、及び図９に示す従来の固体電解コンデンサ(１)のインピーダンス特性を比較して示すグラフである。グラフの縦軸にインピーダンス(単位：Ω)を、横軸に周波数(単位：ｋＨｚ)を夫々示す。図５から判るように、従来の固体電解コンデンサ(１)に比して、図１の固体電解コンデンサ(１)は、共振点より高い周波数でのＥＳＬが低減している。これは、コンデンサ素子(２)の陽極部(２a)(２a)を、共通の陽極側リードフレーム(９)に取り付けることにより、各コンデンサ素子(２)(２)間を繋ぐ配線長を短くすることができ、その結果、ＥＳＬを低減することができた。
尚、図２に示すように、対向するコンデンサ素子(２)の陽極部(２a)を互いに重ね合わせて溶接しても良い。更に、図３に示すように、コンデンサ素子(２)(２)は、互いの陰極部(２b)(２b)を内側に向けて対向させてもよく、図４に示すように、対向するコンデンサ素子(２)の陰極部(２b)を互いに重ね合わせて接合しても良い。
更に、コンデンサ素子(２)は、複数枚の陽極体(20)(20)を積層して形成されるとしたが、これに代えて、弁金属の焼結体から形成してもよい。
(第２実施例)
図６は、別の固体電解コンデンサ(１)の斜視図である。これは、図１に示した互いに陽極部(２a)(２a)が対向して並列配置されたコンデンサ素子(２)(２)を、リードフレーム(９)(90)の配列方向と略直交する水平方向(図６のＡ)に沿って、複数設けて、アレイ状にしたものである。コンデンサ素子(２)(２)はハウジング(70)にて覆われている。図６の点線に沿って、ダイシングソー等にてハウジング(70)を切断することにより、顧客のニーズに応じて、所望の静電容量のコンデンサを得ることができる。
(第２実施例)
図６は、別の固体電解コンデンサ(１)の斜視図である。これは、図１に示した互いに陽極部(２a)(２a)が対向して並列配置されたコンデンサ素子(２)(２)を、リードフレーム(９)(90)の配列方向と略直交する水平方向(図６のＡ)に沿って、複数設けて、アレイ状にしたものである。コンデンサ素子(２)(２)はハウジング(70)にて覆われている。図６の点線に沿って、ダイシングソー等にてハウジング(70)を切断することにより、顧客のニーズに応じて、所望の静電容量のコンデンサを得ることができる。
本例にあっては、上記の効果に加え、複数のコンデンサ素子(２)(２)が、１つの陽極側リードフレーム(９)を共有しているから、コンデンサの余分な実装スペースをなくすことができ、また、コンデンサ素子(２)(２)間を繋ぐ配線長を短くすることができる。
図６の固体電解コンデンサ(１)の製造方法を示す。以下の記載では、コンデンサ素子(２)(２)を、リードフレーム(９)(90)の配列方向と略直交する水平方向に沿って、２つ設けているが、これは図示の便宜上であり、３つ以上でもよい。
先ず、図７に示すように、リードフレーム(９)(90)となる金属板(８)を打ち抜いて、開口(92)となる２本の溝孔(80)(80)を略平行に開設する。金属板(８)上にて溝孔(80)(80)間が陽極側リードフレーム(９)となり、溝孔(80)(80)の外側が陰極側リードフレーム(90)となる。陽極側及び陰極側リードフレーム(９)(90)となる箇所の裏面には、予め凹面(91)が形成されている。金属板(８)上には、リードフレーム(９)(90)の配列方向と略直交する水平方向に沿って、透孔(81)(81)が略等間隔に開設され、該透孔(81)(81)及び前記溝孔(80)はハウジング(70)を形成する樹脂にて充填される。
金属板(８)上にて溝孔(80)(80)間に、２つのコンデンサ素子(２)(２)の陽極部(２a)(２a)を互いに対向させて載置し、抵抗溶接により取り付ける。金属板(８)上にて溝孔(80)(80)の外側に、コンデンサ素子(２)の陰極部(２b)が載置され、該陰極部(２b)は導電性接着剤により金属板(８)上に取り付けられる。即ち、コンデンサ素子(２)は溝孔(80)に跨って取り付けられる。
金属板(８)の隅部には、治具受け孔(82)が開設されており、コンデンサ素子(２)を取り付けた金属板(８)の治具受け孔(82)を受け治具(図示せず)に嵌める。図８に示すように、溶融樹脂の射出成型又はスクリーン印刷にて、コンデンサ素子(２)の周囲を樹脂塊(７)にて被覆する。該樹脂塊(７)を、図８のＤ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線を含む面にて破断して、ハウジング(70)を形成し、図５の固体電解コンデンサ(１)を得る。
出願人は、図６に点線で示すカット位置により、ハウジング(70)を切り分け、表１に示す静電容量(単位：μＦ)、ＥＳＲ(単位：ｍΩ)、ＥＳＬ(単位：ｎＨ)の値を得た。ここで、１Ｐ〜４Ｐとあるのは、陽極部(２a)が対向したコンデンサ素子(２)(２)のペアの数を指す。尚、定格電圧は２Ｖである。
上記の如く、コンデンサ素子(２)をアレイ状に並列することにより、静電容量を大きくしつつ、ＥＳＲ及びＥＳＬを低減させることができた。また、コンデンサの余分な実装スペースをなくすことができ、また、コンデンサ素子(２)(２)間を繋ぐ配線長を短くすることができる。
図６では、互いに陽極部(２a)(２a)を対向させたコンデンサ素子(２)を示しているが、互いに陰極部(２b)(２b)を対向させてもよい。また、上記記載に於いて、コンデンサ素子(２)(２)は、横方向に沿って２つ設けられているとしたが、３つ以上でもよい。
上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
（１）固体電解コンデンサ
（２）コンデンサ素子
（９）リードフレーム
（２０）陽極体
（７０）ハウジング
（９０）リードフレーム
（２）コンデンサ素子
（９）リードフレーム
（２０）陽極体
（７０）ハウジング
（９０）リードフレーム
Claims (1)
- 陽極部と陰極部とを有する複数のコンデンサ素子と、２つの陽極側リードフレームと、陰極側リードフレームを備えた固体電解コンデンサであって、
前記複数のコンデンサ素子は、前記陰極部同士が積層されるとともに、前記陽極部が交互に相反する方向に突出し、
前記積層された陰極部の下面は、前記陰極側リードフレームの上面に接続され、
前記相反する方向に突出した陽極体の下面は、前記２つの陽極側リードフレームの上面にそれぞれ接続され、
前記複数のコンデンサ素子、前記２つの陽極側リードフレームおよび陰極側リードフレームは、ハウジングによって覆われ、
前記２つの陽極側リードフレームおよび陰極側リードフレームの下面の少なくとも一部は、前記ハウジングの下面から露出している固体電解コンデンサ。
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| JP4524873B2 (ja) * | 1999-12-10 | 2010-08-18 | 株式会社村田製作所 | 積層型固体電解コンデンサ |
-
2010
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