JP5167958B2 - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、電子機器に使用される固体電解コンデンサに関するものである。

電子機器の高速化、高周波化に伴って、ＣＰＵの電源ライン等に使用される固体電解コンデンサは、低周波領域に加えて１ＭＨｚ以上の高周波領域に至る広帯域のノイズ除去や過渡応答性に優れたものとするために、大容量かつ低インピーダンスが強く要望されている。

図４は、従来の固体電解コンデンサの側面断面図である。

従来の固体電解コンデンサは、弁作用金属板の一方側に陽極部４２、他方側に陰極部４３が分離部によって分割された矩形状のコンデンサ素子４１を備え、陰極部４３は誘電体酸化皮膜層、導電性高分子から構成される固体電解質層、さらに陰極層が順次形成されたものである。

図４に示すように、コンデンサ素子４１は、陽極部４２が陰極部４３を中心として１つずつ交互に相反する方向に並べられて積層され、積層したコンデンサ素子４１の陽極部４２と陽極端子４４とを溶接し、陰極部４３と陰極端子４５とを導電性接着剤で接合して、積層したコンデンサ素子４１の下面に陽極端子４４、陰極端子４５を設けたものである。

さらにコンデンサ素子４１をモールド成形により外装樹脂４６で被覆し、陽極端子４４と陰極端子４５を近接させて外装樹脂４６の実装面となる下面４７から露呈させ固体電解コンデンサとしている。

このようにコンデンサ素子４１を交互に積層することによって、一方方向に向いたコンデンサ素子４１に流れる電流と他方の反対方向に向いたコンデンサ素子４１に流れる電流から夫々発生する磁界が打ち消し合って、ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）を小さくでき低インピーダンスにすることができる。

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に示すものが知られている。
特開２００７−５７６０号公報

このような従来の固体電解コンデンサは、外装樹脂４６をモールド成形する際に、溶融した外装樹脂４６がコンデンサ素子４１の陽極部４２間の隙間４８の内部に流れるときと、この隙間４８の外側に流れるときとのタイミングがずれるため、溶融した外装樹脂４６によって陽極部４２が変形し、陽極部４２側の陰極部４３に形成された誘電体酸化皮膜層や固体電解質層に損傷が生じて漏れ電流が劣化する課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決し漏れ電流特性に優れた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。

上記目的を達成するために本発明は、陽極接続部を有する陽極部と陰極部に２分割され、絶縁性の分離部が前記陰極部と前記陽極接続部との境界に設けられた平板状の複数のコンデンサ素子と、前記陽極接続部の少なくとも一部と接続した陽極端子と、前記陰極部と接続した陰極端子と、前記コンデンサ素子を被覆した外装樹脂とを有し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、一方側に向いた陽極部を有する第１のコンデンサ素子と他方側に向いた陽極部を有する第２のコンデンサ素子とを含み、前記第１のコンデンサ素子と前記第２のコンデンサ素子の前記陰極部、前記一方側に向いた陽極部、前記他方側に向いた陽極部が夫々隣接して積層されたものであり、かつ前記複数のコンデンサ素子は、第２のコンデンサ素子が少なくとも２つ隣接して前記第１のコンデンサ素子間に積層され、隣接した第２のコンデンサ素子の前記分離部の少なくとも一部が前記陽極部間において互いに接触されたものを有した固体電解コンデンサである。

以上のように本発明の固体電解コンデンサによれば、第２のコンデンサ素子が少なくとも２つ隣接して第１のコンデンサ素子間に積層することにより、第１のコンデンサ素子の陽極部間の隙間の間隔が広くなり、溶融した外装樹脂がこの隙間に流れ易くなるので、隙間を流れる外装樹脂と隙間の外側を流れる外装樹脂との流れるタイミングを同じにすることができる。

これによって、溶融した外装樹脂が第１のコンデンサ素子の陽極部の上下面から作用する加圧力は同程度になるので、陽極部の変形を小さくできる。

また、第２のコンデンサ素子は、第２のコンデンサ素子どうしが隣接して積層しているため第２のコンデンサ素子の陽極部間の隙間の間隔はほとんどなく、この隙間に溶融した外装樹脂が流れないため、溶融した外装樹脂の加圧力は陽極部間の隙間の外側のみから作用する。しかし陽極部間の隙間の間隔がほとんどないので、溶融した外装樹脂によって第２のコンデンサ素子の陽極部間を狭くするような変形が生じ難い。

これによって、陽極部の変形によるコンデンサ素子の漏れ電流の劣化を低減でき、漏れ電流特性に優れた固体電解コンデンサを得ることができる。

（実施の形態）
本発明の実施の形態の固体電解コンデンサについて説明する。

図１は本発明の実施の形態におけるコンデンサ素子の側面断面図である。

コンデンサ素子１は、平板状の形状であり、図１に示すように陽極部２と陰極部３に２分割され、陽極部２、陰極部３は陽極体４上に設けられている。

陽極体４は、アルミニウム、タンタル、チタン、ニオブ等の弁作用金属からなる箔であり、陽極体４の表面はエッチング処理によって粗面化されて表面積が拡大されている。

また、陽極体４は、弁作用金属の箔を用いたものの他に、弁作用金属の粉末からなる多孔質焼結体に弁作用金属部材を埋め込んで接合したものでもよい。

陰極部３は、陽極体４の表面に誘電体酸化皮膜層５、固体電解質層６、陰極層７が順次形成されたものである。

誘電体酸化皮膜層５は、陽極体４の表面を化成処理することによって形成される。

固体電解質層６は、誘電体酸化皮膜層５の表面に形成され、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン等の導電性高分子、酸化マンガン物等からなる無機半導体から選択されたいずれかを含むものである。

陰極層７は、カーボン層と導電体層とを固体電解質層６の表面に順次積層したものであり、カーボン層はグラファイト等からなり、導電体層は銀等の導電性粒子とエポキシ等の樹脂を含有する導電性ペーストを塗布、硬化させたものである。

また、陽極部２は、分離部８と陽極接続部９を有している。

分離部８は、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂などの絶縁性樹脂からなり、陽極接続部９と陰極部３との境界の陽極体４上に帯状に設けられ、この分離部８によって固体電解質層６や陰極層７が陽極接続部９に形成されないように防止されている。

陽極接続部９は、陽極体４が露呈したものである。

図２は本発明の実施の形態における固体電解コンデンサの側面断面図、図３は同固体電解コンデンサの上面透視図である。

図２、図３に示すように、固体電解コンデンサは複数のコンデンサ素子１を有し、この複数のコンデンサ素子１は第１のコンデンサ素子１ａと第２のコンデンサ素子１ｂを含んでいる。

第１のコンデンサ素子１ａは一方側に向いた陽極部２ａを有するコンデンサ素子１であり、第２のコンデンサ素子１ｂは他方側に向いた陽極部２ｂを有するコンデンサ素子１であり、また第１のコンデンサ素子１ａ、第２のコンデンサ素子１ｂは夫々陰極部３ａ、陰極部３ｂを有している。

第１のコンデンサ素子１ａと第２のコンデンサ素子１ｂは、陰極部３ａ、３ｂ同士が隣接して重なり合い積層され、陰極部３ａ、３ｂ間が導電性接着層１３を介して接合されている。

第１のコンデンサ素子１ａの一方側に向いた陽極部２ａは、陽極部２ａの陽極接続部９ａ同士が隣接して、陽極接続部９ａの全面又は一部の平面が重なり合い積層され、陽極接続部９ａ同士が溶接又は圧着によって固着されている。

第２のコンデンサ素子１ｂの他方に向いた陽極部２ｂは、第１のコンデンサ素子１ａの陽極部２ａと同様に陽極部２ｂの陽極接続部９ｂ同士が隣接して積層されて、陽極接続部９ｂ同士が溶接又は圧着によって固着されている。

積層された陽極接続部９ａ、９ｂは、積層された陰極部３ａ、３ｂを中心にして相反して一方方向に並べられ、積層された陰極部３ａ、３ｂは、両端の積層された陽極接続部９ａ、９ｂ間の中央に設けられている。

このように第１のコンデンサ素子１ａ、第２のコンデンサ素子１ｂが交互に積層することによって、第１のコンデンサ素子１ａに流れる電流と第２のコンデンサ素子１ｂに流れる電流によって生じる夫々の磁界が、お互いに打ち消し合って、ＥＳＬを小さくしインピーダンスを低減している。

さらに、複数のコンデンサ素子１は、第２のコンデンサ素子１ｂが少なくとも２つ隣接して第１のコンデンサ素子１ａ間に積層されたものを有している。

図２に示す複数のコンデンサ素子１は、２つの第２のコンデンサ素子１ｂ同士が隣接して積層され、この隣接した第２のコンデンサ素子１ｂはこの上下に隣接した第１のコンデンサ素子１ａ間に積層されている。

２つの第１のコンデンサ素子１ａは、この陽極部２ａ間に隙間２０ａを有していて、隙間２０ａは分離部８ａの陰極部３ａ側から固着された陽極接続部９ａ間にある陽極部２ａに挟まれる領域である。

第１のコンデンサ素子１ａの陽極部２ａ間の隙間２０ａは、この間隔が第１のコンデンサ素子１ａ間に積層された第２のコンデンサ素子１ｂの陰極部３ｂの厚み分が広くなっている。

一方、２つの第２のコンデンサ素子１ｂは、この陽極部２ｂ間に隙間２０ｂを有していて、隙間２０ｂは分離部８ｂの陰極部３ｂ側から固着された陽極接続部９ｂ間にある陽極部２ｂに挟まれる領域である。

隙間２０ｂの上下にある分離部８ｂ又は陽極接続部９ｂは、一部又は全面が互いに接触しているため、隙間２０ｂの間隔がほとんどないものである。

ここで隙間２０ａ、２０ｂの間隔は第１のコンデンサ素子１ａ、第２のコンデンサ素子１ｂの積層方向間の寸法である。

陽極端子１１ａ、１１ｂは、積層された陽極接続部９ａ、９ｂに夫々対向して下方に設けられ、陽極端子１１ａ、１１ｂの上面は、抵抗溶接、超音波溶接、レーザ溶接等の溶接により陽極接続部９ａ、９ｂと接合している。

陰極端子１２は、陽極端子１１ａ、１１ｂ間の中央に配設され、積層された陰極部３ａ、３ｂに対向して下方に設けられ、陰極端子１２の上面は、導電性接着層１３を介して陰極部３ａ、３ｂと接合している。

陽極端子１１ａ、１１ｂ、陰極端子１２は、第１のコンデンサ素子１ａと第２のコンデンサ素子１ｂが積層された積層体の下面から下方に向かって引き出され、外装樹脂１４の実装面となる下面１５で露呈している。

下面１５から露呈した陽極端子１１ａ、１１ｂ、陰極端子１２の表面には、回路基板と接合するためにＳｎめっき等の金属皮膜が設けられている。

このように、陽極端子１１ａ、１１ｂ及び陰極端子１２が第１のコンデンサ素子１ａと第２のコンデンサ素子１ｂの積層体の下面と接合して、外装樹脂１４の下面１５に直接引き出されることによって、積層された第１のコンデンサ素子１ａ、第２のコンデンサ素子１ｂと回路基板のランドとの電流経路の距離を短くでき、ＥＳＬを小さくしインピーダンスを低減している。

外装樹脂１４は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの絶縁性樹脂と、シリカなどの無機系粒子とを含有したものである。

外装樹脂１４は、第１のコンデンサ素子１ａと第２のコンデンサ素子１ｂの積層体と、陽極端子１１と陰極端子１２の一部とを被覆している。

外装樹脂１４の形成は、積層された第１のコンデンサ素子１ａ、第２のコンデンサ素子１ｂを陽極端子１１ａ、１１ｂ、陰極端子１２に接合した後、溶融した外装樹脂１４を第１のコンデンサ素子１ａ、第２のコンデンサ素子１ｂが収納された成形金型に加圧注入し、硬化させて行われる。

次に、溶融した外装樹脂１４の第１のコンデンサ素子１ａ、第２のコンデンサ素子１ｂに対する作用について説明する。

図２に示す第１のコンデンサ素子１ａの場合は、２つの第１のコンデンサ素子１ａの隙間２０ａは、間隔が、この第１のコンデンサ素子１ａ間に挟み込まれた２つの第２のコンデンサ素子１ｂの陰極部３ｂの厚み分が広くなっている。

このため溶融した外装樹脂１４は、第１のコンデンサ素子１ａの隙間２０ａに流れやすくなり、陽極部２ａの隙間２０ａ側の面と、これと反対にある陽極部２ａの外側の面に同じタイミングで流れて行き、陽極部２ａの上下面は、溶融した外装樹脂１４から同じ加圧力を受けることになり陽極部２ａの変形が生じ難くなる。

また、図２に示す第２のコンデンサ素子１ｂの場合は、２つの第２のコンデンサ素子１ｂの隙間２０ｂは、間隔がほとんどない状態となっている。

このため溶融した外装樹脂１４は、第２のコンデンサ素子１ｂの隙間２０ｂに流れずに隙間２０ｂの外側の面に流れ、陽極部２ｂは、隙間２０ｂの外側面が溶融した外装樹脂１４から加圧力を受けることになる。しかし隙間２０ｂを構成する２つの陽極部２ｂは接触しているので陽極部２ｂは変形が生じ難くなっている。

このように、外装樹脂１４の形成の際に、第１のコンデンサ素子１ａの陽極部２ａ及び第２のコンデンサ素子１ｂの陽極部２ｂの変形を小さくできるので、第１のコンデンサ素子１ａ、第２のコンデンサ素子１ｂの誘電体酸化皮膜層５等の損傷が低減でき、漏れ電流特性に優れた固体電解コンデンサを得ることができる。

一方、図４に示すように、一方側に向いた陽極部４２を有するコンデンサ素子４１間に他方側に向いた陽極部４２を有するコンデンサ素子４１を１つ設けた場合は、コンデンサ素子４１の隙間４８の間隔は、図２に示す第１のコンデンサ素子１ａの隙間２０ａに比較し狭くなる。

このため溶融した外装樹脂４６は、コンデンサ素子４１の隙間４８内に流れるが、隙間４８内の外装樹脂４６は、隙間４８の外側面に流れる外装樹脂４６より遅く流れ、外装樹脂４６が形成されるタイミングがずれる。

これによって、コンデンサ素子４１の陽極部４２は、隙間４８の外側面から内側に向かって外装樹脂４６からの加圧力を受けることになり、陽極部４２が変形し易くなり、コンデンサ素子４１の漏れ電流の増加が生じる。

また、第１のコンデンサ素子１ａは、陰極端子１２の最も近くに隣接して積層される個数が少ない方が好ましく、１つであることがより好ましく、ＥＳＬを小さくでき低インピーダンスの固体電解コンデンサを得ることができる。

例えば、図２に示す固体電解コンデンサは、１つの第１のコンデンサ素子１ａが陰極端子１２の最も近くに設けられ陰極端子１２の上面に接合され、この第１のコンデンサ素子１ａ上に第２のコンデンサ素子１ｂが少なくとも１つ隣接して積層されたものであり、ＥＳＬを小さくできる。

以下、具体的な実施例について説明する。

ここで、コンデンサ素子の積層体の構成は、第１のコンデンサ素子がｍ枚隣接したものをＡｍ、第２のコンデンサ素子がｎ枚隣接したものをＢｎとし、コンデンサ素子の積層体の下面に設けた陰極端子側から最も近い順にＡｍ、Ｂｎと積層している場合、Ａｍ−Ｂｎと表す。

例えば、図２に示すコンデンサ素子の積層体の構成はＡ１−Ｂ２−Ａ１、図４はＡ１−Ｂ１−Ａ１−Ｂ１となる。

また、実施例、比較例の第１のコンデンサ素子の陽極部間の隙間の間隔は、図２に示す第１のコンデンサ素子の隙間２０ａの場合を例にとると、分離部８ａの陰極部３ａ側間の寸法を示す。

（実施例１〜実施例４）
実施例１〜実施例４の固体電解コンデンサは、６つのコンデンサ素子を相反させて交互に積層して陽極端子、陰極端子に搭載した後、積層した陽極接続部同士を重ね合わせて陽極端子に溶接し、導電性接着層を介して積層した陰極部同士を重ね合わせて陰極端子と接合した。

次に、積層したコンデンサ素子を成形金型に収納し、外装樹脂により被覆した。

平均粒子径６０〜８０μｍのシリカを８０〜９０重量％含有するエポキシ樹脂を用いて、このエポキシ樹脂のペレットをトランスファーモールド成形により温度１６０〜１８０℃で溶融しながら成形金型に注入し硬化して外装樹脂を形成し、２Ｖ２２０μＦの固体電解コンデンサを作製した。

実施例１〜実施例４のコンデンサ素子の積層体の構成は、夫々Ａ１−Ｂ２−Ａ２−Ｂ１、Ａ１−Ｂ１−Ａ２−Ｂ２、Ａ２−Ｂ２−Ａ１−Ｂ１、Ａ２−Ｂ２−Ａ２である。

２つの第１のコンデンサ素子の隙間の間隔は、第２のコンデンサ素子を２つ隣接させて第１のコンデンサ素子間に積層されたものは０．３５ｍｍ〜０．４５ｍｍであり、また第２のコンデンサ素子を第１のコンデンサ素子間に挟み込まずに第１のコンデンサ素子を隣接して積層したものは、０．００ｍｍ〜０．０３ｍｍであった。

（比較例）
比較例は、実施例とコンデンサ素子の積層体の構成が異なる以外は、実施例と同様に作製し、２Ｖ２２０μＦの固体電解コンデンサを得た。

比較例のコンデンサ素子の積層体の構成は、６つのコンデンサ素子を１つずつ相反させて交互に積層し、Ａ１−Ｂ１−Ａ１−Ｂ１−Ａ１−Ｂ１としたものである。

比較例の第１のコンデンサ素子の陽極部の隙間は、第１のコンデンサ素子間に第２のコンデンサ素子が１つ積層されたものであり、間隔が０．１６〜０．２３ｍｍであった。

次に、実施例、比較例の固体電解コンデンサの１００個の試料について、定格電圧２Ｖを１分間印加し漏れ電流値を測定し、漏れ電流の不良率を算出した。

また、各１００個の試料について周波数５００ＭＨｚにおけるＥＳＬ特性を測定し、その平均値を算出した。

その結果を（表１）に示す。

（表１）に示すように、漏れ電流の不良率は、実施例１〜実施例４は、夫々３．５％、４．７％、４．５％、３．３％であり、比較例は５．３％であり、実施例１〜実施例４は、漏れ電流の不良率が比較例より低減できている。

このように、一方側に向いた陽極部を有する第１のコンデンサ素子間に他方側に向いた陽極部を有する第２のコンデンサ素子を少なくとも２つ隣接して設けることにより、漏れ電流の不良率が改善でき、漏れ電流特性に優れた固体電解コンデンサを得ることができる。

また、ＥＳＬ特性は、実施例１〜実施例４は、夫々７６．０ｐＨ、７６．０ｐＨ、７８．４ｐＨ、７８．２ｐＨであり、比較例は７６．０ｐＨであった。

実施例、比較例のＥＳＬ特性を比較すると、実施例１、実施例２は、ＥＳＬ特性が比較例と同じであり実施例３、実施例４より小さくなっている。

実施例１と実施例２、比較例は、１つの第１のコンデンサ素子を陰極端子の最も近くに設け、この第１のコンデンサ素子の上に第２のコンデンサ素子を１つ又は２つ積層したものであり、これに対し実施例３と実施例４は、隣接させた２つの第１のコンデンサ素子を陰極端子の最も近くに設けたものである。

このように、第１のコンデンサ素子は、陰極端子の最も近くに隣接する個数が１つであることにより、ＥＳＬを小さくすることができ低インピーダンスの固体電解コンデンサを得ることができる。

本発明にかかる固体電解コンデンサは、陽極部の変形を小さくできるので、コンデンサ素子の漏れ電流の劣化を低減でき、漏れ電流特性に優れた固体電解コンデンサの提供が可能になり、ＣＰＵの電源ライン等に使用される、電子機器に有用なものである。

本発明の実施の形態におけるコンデンサ素子の側面断面図 本発明の実施の形態における固体電解コンデンサの側面断面図 本発明の実施の形態における固体電解コンデンサの上面透視図 従来の固体電解コンデンサの側面断面図

符号の説明

１ コンデンサ素子
１ａ 第１のコンデンサ素子
１ｂ 第２のコンデンサ素子
２、２ａ、２ｂ 陽極部
３、３ａ、３ｂ 陰極部
８、８ａ、８ｂ 分離部
９、９ａ、９ｂ 陽極接続部
１１ａ、１１ｂ 陽極端子
１２ 陰極端子
１３ 導電性接着層
１４ 外装樹脂
２０ａ、２０ｂ 隙間

Claims (3)

1. 陽極接続部を有する陽極部と陰極部に２分割され、絶縁性の分離部が前記陰極部と前記陽極接続部との境界に設けられた平板状の複数のコンデンサ素子と、前記陽極接続部の少なくとも一部と接続した陽極端子と、前記陰極部と接続した陰極端子と、前記コンデンサ素子を被覆した外装樹脂とを有し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、一方側に向いた陽極部を有する第１のコンデンサ素子と他方側に向いた陽極部を有する第２のコンデンサ素子とを含み、前記第１のコンデンサ素子と前記第２のコンデンサ素子の前記陰極部、前記一方側に向いた陽極部、前記他方側に向いた陽極部が夫々隣接して積層されたものであり、かつ前記複数のコンデンサ素子は、第２のコンデンサ素子が少なくとも２つ隣接して前記第１のコンデンサ素子間に積層され、隣接した第２のコンデンサ素子の前記分離部の少なくとも一部が前記陽極部間において互いに接触されたものを有した固体電解コンデンサ。
2. １つの第１のコンデンサ素子が陰極端子の最も近くに設けられ、この第１のコンデンサ素子上に第２のコンデンサ素子が少なくとも１つ隣接して積層されたものを有した請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
3. 前記陽極端子および前記陰極端子は、それぞれの上面が第１のコンデンサ素子と第２のコンデンサ素子とが積層された積層体に接合し、前記積層体の下面から下方に向かって引き出され、前記外装樹脂の下面から露呈した請求項１に記載の固体電解コンデンサ。

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