JP5222677B2

JP5222677B2 - 固体電解コンデンサ

Info

Publication number: JP5222677B2
Application number: JP2008242474A
Authority: JP
Inventors: 健一郎松崎; 太郎松尾; 清隆伊藤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2028-09-22
Also published as: US8189322B2; JP2010074049A; US20100073849A1

Description

本発明は固体電解コンデンサに関するものである。

図９は従来の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、外装樹脂11で被覆されたコンデンサ素子７と、外部電極としての陽極リードフレーム８及び陰極リードフレーム９を下面に具備している（特許文献１参照）。

弁作用金属の焼結体である陽極体２の周面には、誘電体酸化皮膜３、陰極層４、陰極引出層５が順次形成され、前記陽極体２の高さ方向の略中央部から弁金属でできた円柱状、四角柱状等の陽極リード６が突出して、コンデンサ素子７を構成している。ここで弁作用金属とは、電解酸化処理により極めて緻密で耐久性を有する誘電体酸化皮膜が形成される金属を指し、具体的にはタンタル、ニオブ、アルミニウム、チタン等のことをいう。

前記陽極リード６の下端面と陽極リードフレーム８の上面は高さが異なるため、陽極リード６と陽極リードフレーム８は円柱状、四角柱状等の枕部材10を介して、例えばレーザ溶接により電気的に接続している。

現在、コンピュータ、携帯電話機、デジタルカメラ等の電子機器の小型・軽量化が進展し、該電子機器に内蔵される固体電解コンデンサにも小型・軽量化が進んでいる。具体的には、陽極リードの形状を円柱状から四角柱状に変更することにより陽極リードを低背化し、固体電解コンデンサを低背化させている。

図１０に陽極部12を示す。陽極部12は、弁作用金属の粉末の成形体と該成形体に所定の部分だけ埋設されている陽極リード６とを真空焼結したものであり、陽極リード６と弁作用金属の焼結体となった陽極体２とからなる。
特開２００１−６９７７号公報

図１１（ａ）、（ｂ）は焼結後の陽極部１２の上面図、正面図である。同図（ａ）に示すように、陽極リード６が植立されている陽極体２の植立面22に、陽極リード６との界面、とりわけ四角柱の角部近傍からヒビ３０が発生するという問題がある。

そこで、本発明は、上記問題を鑑み、陽極体にヒビが発生せず、漏れ電流の増大を回避することができる固体電解コンデンサを提供することを目的とする。

本願発明者らは鋭意研究の結果、タンタル等の弁作用金属粉末の成形体を製作するときに粉末の嵩密度を制御して、真空焼結した陽極体の平均粒径を所定の範囲とすると、ヒビの発生が減少して漏れ電流が改善することを見出した。

本願発明は、陽極部と、陰極部と、該陽極部と陰極部との間に設けた誘電体被膜とを備えたコンデンサ素子を備え、さらに、前記陽極部に接続された陽極リードフレームと、前記陰極部に接続された陰極リードフレームと、前記コンデンサ素子と前記陽極リードフレーム及び陰極リードフレームの各々一部を被覆した外装樹脂と、を具備した固体電解コンデンサである。前記陽極部は弁作用金属の焼結体からなる陽極体を備え、該陽極体の弁作用金属粒子の平均粒径が０．４３μｍ以下である。

前記陽極部は弁作用金属からなる陽極リードを備え、陽極リード横断面の長手方向長さＷａと、前記長手方向における陽極体の長さＷｂは、Ｗａ／Ｗｂ≦０．５０なる関係があることが好ましい。

前記陽極リードの横断面の外周が、トラック状、又は、４つの直線部と該直線部の間をつなぐ曲線部とからなる形状であることが好ましい。

前記弁金属はタンタルとすることができる。

図１は本発明に係る実施の形態の固体電解コンデンサ１の断面図である。

まず、真空焼結により陽極部となる未焼結陽極部を以下の手順で作製する。押し型のキャビティに対して陽極リードを所定の相対位置となるように配置する。次いで、嵩密度が所定の範囲内にある弁作用金属粉末をキャビティ内に投入してプレスすることにより、成形体に陽極リードを植立した未焼結陽極部が完成する。

次に、未焼結陽極部を真空焼結することにより、図２に示すように陽極体２と陽極リード６を備えた陽極部12が完成する。そして、陽極体２の周面に、誘電体酸化皮膜３、陰極層４、陰極引出層５を順次形成し、コンデンサ素子７が完成する。

この後、陰極リードフレーム部9aに接着剤としての導電性ペースト（図示せず）を塗布し、陰極リードフレーム部9aの所定の位置にコンデンサ素子７を載置する。さらに、四角柱状の枕部材10の上面に載置された状態となっている陽極リード６と枕部材10とをレーザ溶接等により固着する。

次いで、周知の方法である例えばトランスファーモールドによりコンデンサ素子７を外装樹脂11により被覆することにより、コンデンサ素子７が被覆された被覆体を作製する。そして、該被覆体を所定位置で切断することにより固体電解コンデンサ１が完成する。

［平均粒径の測定方法］
以下に、陽極体の平均粒径の測定法について説明する。

測定装置として日立製作所製走査型電子顕微鏡Ｓ−４５００、測長ソフトウエアとして日立ハイテクフィールディング製画像処理システムＰＣＩを用いた。図３（ａ）は、サンプルとして用意した陽極部12を、固体電解コンデンサの実装面に垂直な方向から見たときの図である。まず、陽極体２の、陽極リード６に向かって左側を図３（ａ）に示すように破断した。同図（ｂ）は破断面をｘｘ−ｘｘ方向から見た図である。同図（ｂ）に示すように１つのサンプルに対して３つの視野（右側部S1、中央部S2、左側部S3）について平均粒径を測定した。

具体的には、各視野について、走査型電子顕微鏡のディスプレイ上で観察倍率１００００倍にて破断面を拡大してライン引きを行い、ラインを横切った弁作用金属粒子のうち輪郭が鮮明なものの最大外径を測定する。そして、測定粒子数が２０個になるまで図３（ｃ）にて番号で示した順番でライン引きを行い測定を続けた。次いで、２０個の測定データのうち、上位２個と下位２個を除いた計１６個の平均値を算出し、該平均値をその視野における平均粒径とした。最終的には３つの視野における平均粒径の平均値をそのサンプルの平均粒径とした。なお、観察倍率を１００００倍にしたのは、一視野においてディスプレイ上で２００個以上の粒子を充分観察できるからである。

［実施の形態１］
図４（ａ）は、実施の形態１の陽極部１２を陽極リード６の長手方向において植立面22に向けて見た図である。陽極リード６は陽極体２の植立面22に植立されている。四角柱状をした陽極体２は弁作用金属粉末たるタンタル粉末を真空焼結してなり、焼結後のタンタル粒子の平均粒径は０．４０μｍである。また、陽極リード６はタンタル製の四角柱状体を用い、その横断面は、図４（ａ）のように外周が２つの直線部6Lを２つの曲線部6Cで連結した陸上競技のトラック状をしている。

陽極リード６の横断面における長手方向長さＷａは１．４ｍｍであり、短手方向長さＨａは０．３ｍｍである。また、前記長手方向における陽極体２の長さＷｂは３．２ｍｍであり、前記短手方向における陽極体２の長さＨｂは１．０ｍｍである。よって、Ｗａ／Ｗｂは０．４４である。なお、陽極リード６の長手方向長さＷａについては、横断面外周を構成する２つの曲線部6Cの頂点間の長さ、即ち、長手方向における最大長さとした。

その後、上述した手順で固体電解コンデンサ１を完成させた。

［実施の形態２、３］
タンタル粉末の嵩密度を実施の形態１のものから変更して、陽極体２のタンタル粒子の平均粒径を０．３４μｍ、０．２８μｍとしたことのみが実施の形態１と異なるものを、実施の形態２、実施の形態３とした。

［実施の形態４〜６］
実施の形態４、５、６は、陽極リード６の横断面における前記長手方向長さＷａがそれぞれ１．０、１．２、１．８ｍｍであることのみが実施の形態１と異なる。即ち、実施の形態４、５、６のＷａ／Ｗｂがそれぞれ０．３１、０．３８、０．５６であることのみが実施の形態１と異なる。

［比較例１、２］
タンタル粉末の嵩密度を実施の形態１のものから変更して、陽極体２のタンタル粒子の平均粒径を０．４７μｍ、０．５３μｍとしたことのみが実施の形態１と異なるものを、比較例１、比較例２とした。

［評価結果］
実施の形態１〜６及び比較例１、２に係る固体電解コンデンサを各1000個作製した。
各サンプルについて陽極部の状態で植立面を観察し、ヒビの発生率を調べた。また、固体電解コンデンサ完成品の状態で定格電圧２．５Ｖを２時間印加した後に漏れ電流と等価直列抵抗（ＥＳＲ）を測定した。表１に各データをまとめた。

実施の形態１〜３及び比較例１〜２は、いずれもＷａ／Ｗｂが０．４４である。ヒビ発生率は比較例１、２ではそれぞれ０．５、０．６％であるのに対し、実施の形態１〜３では０．１〜０．２％となっており、ヒビ発生率が低くなっている。漏れ電流については、比較例１、２ではそれぞれ８５．２、９０．１μＡであるのに対し、実施の形態１〜３は２５．８〜３０．４μＡと小さくなっている。等価直列抵抗については、実施の形態１〜３、比較例１、２で有意差は見られなかった。平均粒径とヒビ発生率の関係を図５に、平均粒径と漏れ電流の関係を図６に示す。図５及び６により、平均粒径が０．４３μｍ以下であれば、ヒビ発生率及び漏れ電流が良くなることが分かる。

実施の形態１、４〜６は、いずれも陽極体のタンタル粒子の平均粒径は０．４０μｍである。ヒビ発生率は、実施の形態１、４、５では０〜０．１％であるのに対し、実施の形態６では０．４％と高くはなっているが、比較例１、２におけるヒビ発生率０．５、０．６％より低くなっている。漏れ電流については、実施の形態１が２５．８μＡであるのに対し、実施の形態１よりもＷａ／Ｗｂが小さい実施の形態４、５では１４．１、２１．１μＡに改善されていた。また、実施の形態１よりもＷａ／Ｗｂが大きい実施の形態６では７２．３μＡに悪化していた。ただし、この機種の漏れ電流規格は８０μＡ以下としているため良品の範囲内ではある。等価直列抵抗については、陽極リード幅Ｗａが小さいほど等価直列抵抗が大きくなる傾向があるが、５．８５〜６．５２ｍΩとなっており特に問題が生じるレベルではない。

Ｗａ／Ｗｂとヒビ発生率の関係を図７に、Ｗａ／Ｗｂと漏れ電流の関係を図８に示す。図７より、Ｗａ／Ｗｂが０．５０以下であれば、ヒビ発生率は０〜０．２％と低く抑えられることが分かる。また、図８より漏れ電流についても、Ｗａ／Ｗｂが０．５０以下であれば、約３５μＡ以下に抑えられることが分かる。

なお、実施例では弁金属としてタンタルを用いたが、それに限定されず、例えばニオブ、チタン、アルミニウムを用いても同様の効果を得ることができる。また、陽極体２や陽極リード６の外形寸法も一実施例であり、これに限定されることはない。

実施の形態で用いた陽極リードの横断面はトラック状となっていたがこれに限定されない。例えば、図４（ｂ）のように、横断面の外周が４つの直線部6Lと該直線部6Lの間をつなぐ曲線部6Cとからなる形状とすることもできる。

また、陽極リードフレーム８、陰極リードフレーム９は、いわゆる下面電極タイプのものを用いたがこれに限定されず、例えば、ガルウィングタイプ（陽極リードフレーム、陰極リードフレームが外装樹脂からから露出し、さらに固体電解コンデンサの側面及び下面に沿って延びているもの）のものを用いることができるのは言うまでもない。

今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、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および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る固体電解コンデンサの断面図である。本発明の実施の形態に係る陽極部の斜視図である。陽極体の平均粒子径の測定方法を説明する図である。本発明の実施の形態に係る陽極部の形状を説明する図である。平均粒径とヒビ発生率の関係を示す図である。平均粒径と漏れ電流の関係を示す図である。Ｗａ／Ｗｂとヒビ発生率の関係を示す図である。Ｗａ／Ｗｂと漏れ電流の関係を示す図である。従来の固体電解コンデンサの断面図である。従来の陽極部の斜視図である。従来の陽極部のヒビを説明する図である。

符号の説明

１固体電解コンデンサ、２陽極体、22 植立面、３誘電体酸化皮膜、４陰極層、５陰極引出層、６陽極リード、6L 直線部、6C 曲線部、７コンデンサ素子、８陽極リードフレーム、９陰極リードフレーム、１０枕部材、１１外装樹脂、Wa 陽極リード横断面の長手方向長さ、Wb Waの方向における陽極体の長さ

Claims

陽極部と、陰極部と、該陽極部と陰極部との間に設けた誘電体被膜とを備えたコンデンサ素子と、
前記陽極部に接続された陽極リードフレームと、
前記陰極部に接続された陰極リードフレームと、
前記コンデンサ素子と、前記陽極リードフレーム及び陰極リードフレームの各々一部を被覆した外装樹脂と、
を具備した固体電解コンデンサにおいて、
前記陽極部は弁作用金属からなる陽極リードを備え、陽極リード横断面の長手方向長さＷａと、前記長手方向における陽極体の長さＷｂは、Ｗａ／Ｗｂ≦０．５０なる関係があり、
陽極リード横断面の短手方向長さＷｂは、前記長手方向長さＷａより短く、
前記陽極リードの横断面の外周が、トラック状、又は、４つの直線部と該直線部の間をつなぐ曲線部とからなる形状であり、
前記陽極部は弁作用金属の焼結体からなる陽極体を備え、該陽極体の弁作用金属粒子の平均粒径が０．４０μｍ以下であることを特徴とする固体電解コンデンサ。
前記弁作用金属はタンタルである請求項１に記載の固体電解コンデンサ。