JP5172743B2 - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、固体電解コンデンサに関するものであって、より詳細には、モールディング部の下面一側に配置される陽極端子上にモールディング材を注入し、コンデンサ素子と陽極端子とが絶縁されるようにすることによって、小型コンデンサを製作すると共に、コンデンサ素子の容積率を極大化し、静電容量の向上した固体電解コンデンサに関するものである。

一般に、固体電解コンデンサは、電気を蓄積する機能を持っており、それに加えて直流電流を遮断して交流電流を通過させる目的で使われる電子部品の一つであって、そのような固体電解コンデンサのうちでは、主にタンタルコンデンサが製造されている。

前記タンタルコンデンサは、一般的な産業機器用としては勿論のこと、定格電圧の使用範囲の少ない応用回路に使われ、特に周波数特性が問題となる回路や携帯通信機器におけるノイズの減少のために多く使われている。

このようなコンデンサは、基本的にタンタル素子の中央部または中央部を除く部位にリードワイヤを挿入するか、または挿入したリードワイヤをタンタル素子の外部でボンディングして製作する。

また、タンタル素子にリードフレームを組み込む方法として、陽極（＋）リードワイヤと陽極（＋）リードフレームとをスポット溶接によって陽極端子を引き出し、モールドパッケージの後、陽極リードフォーミング及び陰極リードフォーミングによって電極端子を引き出す方法が使われる。

図１及び図２は、従来における固体電解コンデンサを表す図であって、図１は、従来における固体電解コンデンサを表す斜視図であり、図２は、従来における固体電解コンデンサを表す断面図である。

図１及び図２に示されたように、従来の固体電解コンデンサ１０は、コンデンサの容量及び特性を決定する誘電体粉末素材から成るコンデンサ素子１１と、印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）に容易に取り付けられるように、コンデンサ素子１１に接続される陽極リードフレーム１３及び陰極リードフレーム１４と、コンデンサ素子１１を外部環境から保護してコンデンサ素子の形状を作るために、エポキシでモールドしたエポキシ筺体１５とで構成される。ここで、コンデンサ素子１１の一側には、棒状の陽極ワイヤ１２が一定の長さで突設されている。

また、陽極ワイヤ１２には、陽極リードフレーム１３との接触率を高めて、溶接時に左右への揺れを防止するため、外面が平らな圧空面１２ａを設ける。ここで、コンデンサ素子１１は、プレス工程で誘電体粉末を直六面体状に成形して焼結し、化成工程を経て、外面に誘電体酸化被膜を形成した後、硝酸マンガン水溶液に含浸し、コンデンサ素子１１の外面に固体電解質となった二酸化マンガン層を熱分解することによって、設けられる。

上記のように製造されたコンデンサ素子１１に、陽極リードフレーム１３及び陰極リードフレーム１４を接続する工程は、コンデンサ素子１１の一側面に一定の長さで突設された、棒状の陽極ワイヤ１２の圧空面１２ａに板状の陽極リードフレーム１３を溶接して陽極端子を引き出すステップと、コンデンサ素子１１の外部表面又は陰極リードフレーム１４に塗布された導電性接合剤を媒介して陰極端子を引き出すステップとで構成される。

そして、陽極リードフレーム１３及び陰極リードフレーム１４と夫々電気的に接続したコンデンサ素子１１は、外付け工程においてエポキシ筺体１５をエポキシでモールドして形成した後、最後にマーキング工程を経て、コンデンサの製造が完了する。

このように製造される従来の固体電解コンデンサ１０は、エポキシ筺体１５を含む全体積中の、コンデンサ素子１１の占める体積の効率が顕著に低下することによって、静電容量が小さくなり、インピーダンスの値が大きくなるという問題が指摘されている。

従って、本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであって、陽極端子上に設けられたモールディング注入空間によって、コンデンサ素子と陽極端子とが絶縁されることにより、コンデンサ素子の容積率を最大に確保することができるようにした固体電解コンデンサを提供することを、その目的の一つとする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明による固体電解コンデンサは、内部に陽極を有し、外表面が陰極層で囲まれて、一端部側に陽極ワイヤが挿入されたコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子の下部の一側に配置され、前記コンデンサ素子と電気的に接続された陰極端子と、前記コンデンサ素子の下部の他側に配置され、上面にモールディング注入空間が設けられ、前記陽極ワイヤと電気的に接続される陽極端子と、前記コンデンサ素子の外部を覆って、前記陽極端子及び前記陰極端子の両下面が露出するように設けられたモールディング部と、を含むことを特徴とする。

前記コンデンサ素子の下面には主に伝導性エポキシなどで構成されたフィルム形態の固定部材が密着して結合しており、前記固定部材の上面にコンデンサ素子、下面に陰極端子が夫々密着して、前記モールディング部が固定部材を含むコンデンサ素子を覆うようにして設けられる。

また、一端部が前記コンデンサ素子に接続し、他端部がコンデンサ素子の外側に露出した陽極ワイヤは、陽極端子が電気的に接続した補強材と電気的に接合される。前記陽極ワイヤと前記補強材とは、レーザー溶接によって接合可能である。

前記モールディング部は、前記コンデンサ素子の外周面をエポキシなどのモールディング材で前記コンデンサ素子の外周面を覆ってモールドする際、前記陽極端子の上部のモールディング注入空間にモールディング材が注入されることによって、コンデンサ素子と陽極端子との絶縁がなされるようにする。

前記コンデンサ素子の外周面には、陰極層と陰極裏打ち層とが設けられる。陰極層は、コンデンサ素子の表面にタンタル酸化物（Ｔａ_２Ｏ_５）の酸化被膜で構成された絶縁層及び二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）で構成された固体電解質層から成り、その外周面にカーボン及び銀（Ａｇ）ペーストが順に塗布されて、陰極裏打ち層が形成される。また、前記コンデンサ素子は、陰極端子及び伝導性ペーストを介して電気的に接続され、前記伝導性ペーストは、主に銀ペーストから成る。

また、上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の他の好適な実施の形態による固体電解コンデンサは、内部に陽極を有し、外表面が陰極層で囲まれて、一端部側に陽極ワイヤが挿入されたコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子の下部の一側に配置され、前記コンデンサ素子の内側に行くほど厚く塗布される伝導性ペーストによって前記コンデンサ素子と電気的に接続される陰極端子と、前記コンデンサ素子の下部の他側に配置され、前記コンデンサ素子の一端部に挿入された前記陽極ワイヤと電気的に接続される陽極端子と、前記コンデンサ素子の外部を覆って、前記陽極端子及び前記陰極端子の両下面が露出するように設けられたモールディング部と、を含むことを特徴とする。

前述したように、本発明によれば、陽極端子とコンデンサ素子の下面との間にモールディング注入空間が設けられて電気的絶縁がなされることによって、陽極端子の上部地点までコンデンサ素子の容積を増加させることができるため、体積効率を極大化させることができるという長所があり、コンデンサの大きさを最小化すると共に、静電容量を向上させることができるという効果を奏する。

また、本発明の固体電解コンデンサによれば、固体電解コンデンサの低ＥＳＲ（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）特性を具現することができるという効果を奏する。

図１は、従来における固体電解コンデンサを表す斜視図である。 図２は、従来における固体電解コンデンサを表す断面図である。 図３は、本発明の実施の形態における固体電解コンデンサを示す断面図である。 図４は、本発明の他の実施の形態における固体電解コンデンサを示す断面図である。

本発明のさらに他の目的、本発明によって得られる利点は、以下において図面を参照して説明される実施の形態から一層明らかになる。

図３は、本発明の実施の形態による固体電解コンデンサを示す断面図である。図３に示されたように、本発明の実施の形態による固体電解コンデンサ１００は、一側の端部面に陽極ワイヤ１１１が取り付けられたコンデンサ素子１１０と、そのコンデンサ素子１１０を覆うモールディング部１５０と、モールディング部１５０の下部の両側部に、下面が露出するように設けられた陽極端子１２０及び陰極端子１３０によって構成される。

コンデンサ素子１１０は、陽極ワイヤ１１１の一端部が露出するように取り付けられた直六面体の形状で構成され、陽極の極性を有するタンタルペレットの外表面に陰極層（図示せず）が設けられる。

この時、コンデンサ素子１１０は、脱炭パウダとバインダーとが混合されて直六面体に圧縮成形された後、これを高温及び高振動下で焼結させ、作製されるタンタルペレットの外表面に誘電体酸化被膜（Ｔａ_２Ｏ_５）層が設けられた誘電体素子から構成される。

コンデンサ素子１１０は、タンタル（Ｔａ）以外にも、ニオブ（Ｎｂ）酸化物のような材料を用いて、焼結して作製することもできる。

コンデンサ素子１１０の外表面に設けられた陰極層は、陽極のタンタルペレットを陰極化するためのものであって、硝酸−マンガン溶液に、絶縁層である誘電体酸化被膜層でフォーミングされたタンタルペレットを含浸させ、その外表面に硝酸−マンガン溶液が塗布されるようにした後、それを焼成させ、陰極を有する二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）層の陰極層が設けられるようにする。

そして、陰極層の外部には、カーボンと銀ペーストとが順に塗布される陰極裏打ち層がさらに備えられてもよい。前記陰極裏打ち層は、陰極層の有する極性に対する導電性を向上させ、前記陰極層に接触する陰極端子１３０との間で、極性の伝達のための電気的接続を容易にさせるためのものである。

ここで、コンデンサ素子１１０において、陰極層及び陰極裏打ち層に対する図面の表示及び図中の符号の記載については、本発明で採用した固体電解コンデンサのコンデンサ素子を作製する際に、図面の表示がなくても、当業者によって十分に理解することのできる周知の技術に該当すると考えられるため、省略した。

一方、コンデンサ素子１１０の下面には、陰極端子１３０が密着結合しており、陰極端子１３０は、主に銀（Ａｇ）ペーストなどの伝導性ペースト１４０を介して、コンデンサ素子１１０と電気的に接続される。

伝導性ペースト１４０は、銀（Ａｇ）以外にもＡｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕなどの粘性を有する伝導性ペーストで構成されてもよい。伝導性ペースト１４０は、コンデンサ素子１１０の下面の一部分に塗布され、乾燥、硬化、焼成などの加工を経て、十分な硬度及び接合硬度を有するようにする。ここで、伝導性ペースト１４０は、略３０〜３００℃の温度で硬化する。

また、コンデンサ素子１１０と陰極端子１３０との間には、伝導性材料の固定部材１６０が介在する。固定部材１６０はフィルム形態で構成され、伝導性ペースト１４０の塗布されたコンデンサ素子１１０の下面に陰極端子１３０の接着力が強化されるようにしたものであって、伝導性ペースト１４０とほぼ同じ面積に設けられてもよい。

固定部材１６０には、主に、化学的または機械的な親和力に優れた伝導性エポキシ系列の材料が用いられてもよく、それ以外にもスチールまたはペースト材料によって設けられてもよい。

また、本実施の形態による固体電解コンデンサ１００に適用される陽極端子１２０は、一端部がコンデンサ素子１１０に突設して取り付けられた陽極ワイヤ１１１と電気的に接続する。

陽極端子１２０と陽極ワイヤ１１１とは、陽極端子１２０上に垂設した補強材１７０によって結合し、補強材１７０の先端に、陽極ワイヤ１１１の突出端部が接触して溶接、特にレーザー溶接などによって接合される。

ここで、陽極ワイヤ１１１の突出端部が接合される補強材１７０の先端部には、陽極ワイヤ１１１が容易に補強材１７０に接触することができるように、凹んだ溝（図示せず）が設けられてもよい。

陽極端子１２０は、補強材１７０が垂設された部位の内側にモールディング注入空間１８０、即ちコンデンサ素子１１０の内側にエッチングやプレッシングによる段顎部が設けられる。

モールディング注入空間１８０は、コンデンサ素子１１０の下面と陽極端子１２０の上面との間に離間空間を設け、その離間空間にコンデンサ素子１１０の外部を覆うモールディング材を注入することによって、外表面が陰極の極性を有するコンデンサ素子１１０と陽極端子１２０との接触によりショートするのを防止することができる。

つまり、モールディング注入空間１８０によって、コンデンサ素子１１０と陽極端子１２０とのショートを防止することができるため、コンデンサ素子１１０への陽極ワイヤ１１１の結合側端部が、陽極ワイヤ１１１と補強材１７０との接合のための最小部位のみを除いて、陽極端子１２０の上部地点まで拡大されて延設されることによって、コンデンサ素子１１０の体積効率を拡張させることができる。従って、前述の従来の固体電解コンデンサに比べて、約２０％以上の静電容量が向上したコンデンサを製作することが可能である。

コンデンサ素子１１０の下面に、陽極端子１２０と陰極端子１３０とが各々取り付けられると、陽極端子１２０及び陰極端子１３０の両下面が露出するように、コンデンサ素子１１０の外周面を覆うモールディング部１５０が設けられる。

モールディング部１５０は、コンデンサ素子１１０の外周面と、コンデンサ素子１１０に取り付けられた陽極ワイヤ１１１と、外部に露出される陽極端子１２０及び陰極端子１３０の両下面とを除いた部分を覆うようにして、コンデンサ素子１１０が外部環境から保護されるようにし、主にエポキシ材料から成る。

コンデンサ素子１１０の外周面にモールディング部１５０を設ける際、単位コンデンサ素子１１０ごとにエポキシを用いてモールディング部１５０が設けられてもよく、コンデンサ素子１１０を等間隔で配列した後、一括してモールディング部１５０が設けられるようにしてもよい。

次に、図４は、本発明による他の実施の形態による固体電解コンデンサの断面図である。図４に示したように、本実施の形態による固体電解コンデンサは前述の実施の形態と同様に、一側端部面に陽極ワイヤ１１１が取り付けられたコンデンサ素子１１０と、該コンデンサ素子１１０を覆うモールディング部１５０と、該モールディング部１５０の下部両側部に下面が露出するように設けられた陽極端子１２０及び陰極端子１３０とから構成される。

ここで、コンデンサ素子１１０と陰極端子１３０とを電気的に接続するため、それらの間に伝導性ペースト１４０が介在する際、伝導性ペースト１４０がコンデンサ素子１１０の外側から内側へ行くほど厚く塗布されるようにする。

つまり、伝導性ペースト１４０を塗布する厚さを調節することによって、コンデンサ素子１１０への陽極ワイヤ１１１の結合端部側を上向きに傾かせる。それによって、コンデンサ素子１１０と陽極端子１２０との間にモールディング注入空間１８０が設けられる。

従って、本実施の形態の固体電解コンデンサは前述の実施の形態の固体電解コンデンサと同様に、コンデンサ素子１１０の下面と陽極端子１２０の上面との間に離間空間を設け、その離間空間にコンデンサ素子１１０の外部を覆うモールディング材を注入することによって、外表面が陰極の極性を有するコンデンサ素子１１０と陽極端子１２０との接触によるショート（ｓｈｏｒｔ）を防止することができるようにする。

つまり、モールディング注入空間１８０によってコンデンサ素子１１０と陽極端子１２０とのショートを防止することができるため、コンデンサ素子１１０への陽極ワイヤ１１１の結合側端部が、陽極ワイヤ１１１と補強材１７０との接合のための最小部位のみを除いて、陽極端子１２０の上部地点まで拡大されて延設されることによって、コンデンサ素子１１０の体積効率及び静電容量を前述の実施の形態と同様に、拡張させることができる。

ここで、コンデンサ素子１１０の下面に塗布される伝導性ペースト１４０の構成を除いた、本実施の形態の固体電解コンデンサに関する技術的構成は、前述の実施の形態による固体電解コンデンサの技術的構成と同じで、重複する技術的構成の具体的な説明は省略する。

今回開示された実施の形態は例示に過ぎず、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明により表現されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１１０ コンデンサ素子
１２０ 陽極端子
１３０ 陰極端子
１４０ 伝導性ペースト
１５０ モールディング部
１７０ 補強材
１８０ モールディング注入空間

Claims (10)

1. 内部に陽極を有し、外表面は陰極層で囲まれて、一端部側に陽極ワイヤが挿入されたコンデンサ素子と、
   前記コンデンサ素子の下部の一側に配置され、前記コンデンサ素子と電気的に接続された陰極端子と、
   前記コンデンサ素子の下部の他側に配置され、上面にはモールディング注入空間が設けられた、前記陽極ワイヤに電気的に接続する陽極端子と、
   前記コンデンサ素子の陰極層に塗布され、前記コンデンサ素子と前記陰極端子を電気的に接続し、前記陽極ワイヤを前記陽極端子から遠ざかるように異なる厚さで塗布される伝導性ペーストと、
   前記コンデンサ素子の外部を覆い、前記陽極端子及び前記陰極端子の両下面が露出するように設けられたモールディング部と、
   前記コンデンサ素子の下面に密着結合し、伝導性エポキシから成るフィルム形態の固定部材と、
   を含み、
   前記固定部材の上下面に各々前記伝導性ペーストと陰極端子とが密着した状態で、前記モールディング部が、前記固定部材を含んだ前記コンデンサ素子を覆うように設けられたことを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 前記伝導性ペーストは、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕの粘性を有する伝導性ペーストのうちのいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
3. 前記陽極ワイヤは、前記陽極端子に垂設された補強材と電気接合されることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
4. 前記陽極ワイヤと前記補強材とは、レーザー溶接によって接合されることを特徴とする請求項３に記載の固体電解コンデンサ。
5. 前記コンデンサ素子と前記陽極端子とが、前記モールディング注入空間に注入された前記モールディング部によって絶縁されることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
6. 前記モールディング注入空間が、前記陽極端子の上面に設けられた段顎部によって設けられ、該段顎部がエッチングまたはプレッシングによって設けられることを特徴とする請求項１または５に記載の固体電解コンデンサ。
7. 前記コンデンサ素子は、その外周面に、陰極裏打ち層が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
8. 内部が陽極を有し、外表面が陰極層で囲まれて、一端部側に陽極ワイヤが挿入されたコンデンサ素子と、
   前記コンデンサ素子の下部の一側に配置され、前記コンデンサ素子の内側に行くほど厚く塗布されて前記陽極ワイヤを上向きに傾かせる伝導性ペーストによって前記コンデンサ素子と電気的に接続される陰極端子と、
   前記コンデンサ素子の下部の他側に配置され、前記コンデンサ素子の一端部に挿入された前記陽極ワイヤ及び補強材を介して電気的に接続される陽極端子と、
   前記コンデンサ素子の外部を覆い、前記陽極端子及び前記陰極端子の両下面が露出するように設けられたモールディング部と、
   前記コンデンサ素子の下面に密着結合し、伝導性エポキシから成るフィルム形態の固定部材と、
   を含み、
   前記固定部材の上下面に各々前記伝導性ペーストと陰極端子とが密着した状態で、前記モールディング部が、前記固定部材を含んだ前記コンデンサ素子を覆うように設けられたことを特徴とする固体電解コンデンサ。
9. 前記モールディング部が、前記陽極ワイヤの結合端部側に設けられたモールディング注入空間に注入され、前記コンデンサ素子と陽極端子とを絶縁することを特徴とする請求項８に記載の固体電解コンデンサ。
10. 前記伝導性ペーストが、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕの粘性を有する伝導性ペーストのうちのいずれか一つであることを特徴とする請求項９に記載の固体電解コンデンサ。

Images