JP5357527B2

JP5357527B2 - チップ状固体電解コンデンサ

Info

Publication number: JP5357527B2
Application number: JP2008316726A
Authority: JP
Inventors: 祐一井川
Original assignee: AVX Tantalum Asia Corp
Current assignee: AVX Tantalum Asia Corp
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2028-12-12
Also published as: JP2010141172A

Description

本発明は、チップ状固体電解コンデンサに関するものである。

各種電子機器は、年々、小形／薄形化、高効率化、および高速化が進められている。これに伴い、電子機器に搭載される半導体素子（チップ部品）には、小形／薄形化とともに、高周波対応のための低ＥＳＲ（Equivalent Series Resistance：等価直列抵抗）化／低ＥＳＬ（Equivalent Series Inductance：等価直列インダクタンス）化という、相反する性能が要求されるようになってきている。

ところで、各種電子機器ではセラミックコンデンサが多用されているが、大容量を必要とされる回路では、タンタル等の弁作用金属を用いたチップ状固体電解コンデンサが用いられている。

チップ状固体電解コンデンサは、リードフレームを骨格として備えたタイプのものが主流となっている。また、このタイプのチップ状固体電解コンデンサを低ＥＳＲ化する構造としては、１つのパッケージ内に複数のコンデンサ素子を封止する多素子構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この他、小形大容量で低ＥＳＲを実現するチップ状固体電解コンデンサとして、下面電極構造としたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−９３９９４号公報特開２００２−１１０４５８号公報

しかしながら、多素子構造を採用した特許文献１に記載のチップ状固体電解コンデンサは、リードフレームが封止されているためにコンデンサ素子の体積効率が悪く、小形大容量を実現するのは困難であった。また、このタイプのチップ状固体電解コンデンサは、高周波領域でのインピーダンスに影響するＥＳＬが高いという欠点があった。

一方、下面電極構造を採用した特許文献２に記載のチップ状固体電解コンデンサは、小形大容量で、かつ低ＥＳＲ特性を有している。また、リードフレームを必要としない構造となっているので、ある程度は低ＥＳＬ化が実現できている。しかしながら、数十メガヘルツからギガヘルツといった超高周波領域では依然としてインピーダンスが高く、さらなる低ＥＳＬ化が求められていた。

そこで、本発明は、小形大容量化と、低ＥＳＲおよび低ＥＳＬ化という相反する要求を同時に満足させることができるチップ状固体電解コンデンサを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る固体電解コンデンサは、陰極と陽極の２つの極性部分を有する複数のコンデンサ素子を樹脂封止してなるチップ状固体電解コンデンサであって、所定の間隔をおいて配置された２つの第１電極と、前記第１電極の間に配置された１つの第２電極とを備え、前記複数のコンデンサ素子のうち、任意の２つのコンデンサ素子はコンデンサ素子対を構成し、前記コンデンサ素子対を構成する２つのコンデンサ素子は、同一の極性部分が向かい合うように配置され、向かい合う前記極性部分が前記第２電極に接続されるとともに、他方側の極性部分がそれぞれ別々の前記第１電極に接続されており、前記コンデンサ素子は、陽極リードの周りに弁作用金属からなるコンデンサ陽極体を形成し、該コンデンサ陽極体の表面に陰極層および陰極引出層を順次形成して作製されたものであり、前記陽極リードが前記第１電極に接続されるとともに、前記陰極引出層が前記第２電極に接続されていることを特徴とする。

本発明のこの構成によれば、リードフレームを必要としない多素子構造であるため、従来の体積効率を確保しつつ、低ＥＳＲを実現することができる。また、この構成によれば、コンデンサ素子対を構成する２つのコンデンサ素子の同一極性部分（陰極引出層）を向かい合わせに配置しているので、充放電時に各素子に流れる充放電電流が逆方向となる。
よって、この充放電電流によって発生する磁界が互いに打ち消し合うため、高周波領域で磁界の影響を受けて発生する逆起電力が低減され、低ＥＳＬを実現することもできる。

また、この構成では、所定の間隔をおいて配置した２つの第２電極の間に第１電極を配置した対称な電極配置となっているので、１８０度逆方向に実装された場合においても問題が発生することはない。

本発明によれば、小形大容量化と、低ＥＳＲおよび低ＥＳＬ化という相反する要求を同時に満足させることができるチップ状固体電解コンデンサを提供することができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はほんの一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。

［参考例１］
図１に、参考例１に係る固体電解コンデンサ素子の、外装樹脂封止前の状態を示す。
コンデンサ素子１は、弁作用金属であるタンタル粉末に陽極リードを埋設しながら、該タンタル粉末をプレス成形および焼結して多孔質体とし、該多孔質体の表面に誘電体酸化皮膜層を形成してコンデンサ陽極体を作製した後に、さらに該コンデンサ陽極体の表面に陰極としての導電性高分子層と、陰極引出層としてのカーボン層および銀層とを順次形成して作製した。

後に、陽極電極５となる帯状導体５ａ、および陰極電極６となる帯状導体６ａは、予め各帯状導体の長軸方向が平行になるように、所定の間隔をおいて配置した。

続いて、作製した複数のコンデンサ素子１のうちの任意の２つのコンデンサ素子（例えば、１ａ、１ｂ）でコンデンサ素子対を構成し、対を構成するコンデンサ素子１ａ、１ｂを帯状導体の長軸方向に隣り合うように配置した。また、コンデンサ素子１ａ、１ｂは、コンデンサ素子１ａの陽極（または、陰極）とコンデンサ素子１ｂの陰極（または、陽極）とが隣り合わせになるように配置した。そして、各陽極リード２と帯状導体５ａとを金属ブロック３を介して接続し、コンデンサ素子１ａ、１ｂの陰極引出層を導電性接着剤４を介して帯状導体６ａに接続した。なお、各コンデンサ素子１の陰極引出層と帯状導体５ａとの間には絶縁性を有するマスキング部７（例えば、絶縁テープ、絶縁樹脂等）を配置し、これにより陰極引出層と帯状導体５ａとが接触しないようにした。

その後、接続が完了した複数のコンデンサ素子１（本参考例では、１４個）を一括して外装樹脂で封止し、得られた外装樹脂封止体を線α−α、線β−β、線γ−γで切断し、個片化した。なお、一括して封止するコンデンサ素子１の数量は、１つの固体電解コンデンサに含まれるコンデンサ素子１の数量以上であればよい。
本参考例では、１つの固体電解コンデンサに６個のコンデンサ素子１が含まれることになるので、一括して封止するコンデンサ素子１の数量は、６個以上であればよい。

図２に、以上の工程によって作製した参考例１に係るチップ状の固体電解コンデンサ１０ａを示す。図２（Ａ）は固体電解コンデンサ１０ａの横断面図、図２（Ｂ）は固体電解コンデンサ１０ａの縦断面図である。なお、以下の説明では、図２（Ａ）（Ｂ）のｘ方向の寸法を「幅」、ｙ方向の寸法を「長さ」、ｚ方向の寸法を「高さ」とする。

図２（Ａ）に示すように、本参考例では、長さ方向に６個のコンデンサ素子１が並んで配置されている。また、図２（Ｂ）に示すように、陽極電極５および陰極電極６は、固体電解コンデンサ１０ａの下面に配置される。本参考例では、所定の間隔をおいて配置された２つの陽極電極５の間に１つの陰極電極６が配置されている。

チップサイズは、長さ：７．３ｍｍ、幅：４．３ｍｍ、高さ：１．２ｍｍである。また、定格電圧、静電容量は、それぞれ６．３Ｖ、１００μＦである。

［参考例２］
図３に、参考例２に係る固体電解コンデンサ素子の、外装樹脂封止前の状態を示す。
コンデンサ素子１は、弁作用金属であるタンタル粉末に陽極リードを埋設しながら、該タンタル粉末をプレス成形および焼結して多孔質体とし、該多孔質体の表面に誘電体酸化皮膜層を形成してコンデンサ陽極体を作製した後に、さらに該コンデンサ陽極体の表面に陰極としての導電性高分子層と、陰極引出層としてのカーボン層および銀層とを順次形成して作製した。

後に、陽極電極５となる帯状導体５ｂ、および陰極電極６となる帯状導体６ｂは、予め各帯状導体の長軸方向が平行になるように、所定の間隔をおいて配置した。

続いて、作製した複数のコンデンサ素子１のうちの任意の２つのコンデンサ素子（例えば、１ｃ、１ｄ）でコンデンサ素子対を構成し、対を構成するコンデンサ素子１ｃ、１ｄを、同一の極性部分が向かい合うように配置した。本参考例では、陽極リード２側が向かい合わせとなるようにコンデンサ素子１ｃ、１ｄを配置した。そして、各陽極リード２と帯状導体５ｂとを金属ブロック３を介して接続し、さらにコンデンサ素子１ｃ、１ｄの陰極引出層を、別々の帯状導体６ｂに接続した。陰極引出層と帯状導体６ｂとは、導電性接着剤４を介して接続した。

その後、接続が完了した複数のコンデンサ素子１（本参考例では、２８個）を一括して外装樹脂で封止し、得られた外装樹脂封止体を線α−α、線β−β、線γ−γで切断し、個片化した。本参考例では、１つの固体電解コンデンサに１２個のコンデンサ素子１が含まれることになるので、一括して封止するコンデンサ素子１の数量は、１２個以上であればよい。

図４に、以上の工程によって作製した参考例２に係るチップ状の固体電解コンデンサ１０ｂを示す。図４（Ａ）は固体電解コンデンサ１０ｂの横断面図、図４（Ｂ）は固体電解コンデンサ１０ｂの縦断面図である。

図４（Ａ）に示すように、本参考例では、幅方向に２個、長さ方向に６個のコンデンサ素子１が並んで配置されている。すなわち、固体電解コンデンサ１０ａには、計１２個のコンデンサ素子１が配置されている。また、図４（Ｂ）に示すように、陽極電極５および陰極電極６は、固体電解コンデンサ１０ｂの下面に配置される。本参考例では、所定の間隔をおいて配置された２つの陰極電極６の間に１つの陽極電極５が配置されている。チップサイズ、定格電圧、および静電容量は、いずれも参考例１に係る固体電解コンデンサ１０ａと同じである。

［実施例］
図５に、実施例に係る固体電解コンデンサ素子の、外装樹脂封止前の状態を示す。
本実施例では、陰極側が向かい合わせになるように、対を構成する２つのコンデンサ素子１ｅ、１ｆを配置した。そして、コンデンサ素子１ｅ、１ｆの陰極引出層と帯状導体６ｃとを導電性接着剤４を介して接続し、さらに各陽極リード２を、金属ブロック３を介して、別々の帯状導体５ｃに接続した。したがって、本実施例では、所定の間隔をおいて配置された２つの陽極電極５の間に１つの陰極電極６が配置されることになる（図６（Ｂ）参照）。

その他の構成、製造工程は、参考例２に係る固体電解コンデンサ素子と同様にした。

図６に、実施例に係るチップ状の固体電解コンデンサ１０ｃを示す。図６（Ａ）は固体電解コンデンサ１０ｃの横断面図、図６（Ｂ）は固体電解コンデンサ１０ｃの縦断面図である。

図６（Ａ）に示すように、本実施例においても、幅方向に２個、長さ方向に６個のコンデンサ素子１が並んで配置されている。すなわち、固体電解コンデンサ１０ｃには、計１２個のコンデンサ素子１が配置されている。チップサイズ、定格電圧、および静電容量は、いずれも参考例１に係る固体電解コンデンサ１０ａと同じである。

［従来例］
従来例として、特許文献２に記載の固体電解コンデンサを作製した。図７に示すように、従来例に係る固体電解コンデンサ１０ｄには、比較的大形のコンデンサ素子１’が１個だけ配置されている。チップサイズ、定格電圧、および静電容量は、いずれも参考例１に係る固体電解コンデンサ１０ａと同じである。

参考例１、参考例２、実施例および従来例で使用したコンデンサ素子の寸法は、表１の通りである。

［比較検討結果］
参考例１、参考例２、実施例および従来例に係るチップ状固体電解コンデンサを各１００個作製し、ＥＳＲ値およびＥＳＬ値の測定を行った。その測定結果（平均値）を表２に示す。なお、ＥＳＲ値はヒューレットパッカード社製のＬＣＲ測定器で測定し、ＥＳＬ値はアジレント社製のインピーダンス・アナライザで測定した。測定温度は、いずれも室温とした。

表２に示すように、リードフレームを必要としない下面電極構造および多素子構造を採用した実施例に係る固体電解コンデンサでは、内部に配置されたコンデンサ素子の電極引出面積が増加したことにより、従来例に比べてＥＳＲを低減することができた。
また、実施例に係る固体電解コンデンサでは、対を構成するコンデンサ素子の同一極性部分を向かい合わせに配置したことにより、充放電時に磁界の打ち消し合いが起こり、従来例に比べてＥＳＬを大幅に低減することができた。

以上、本発明に係る固体電解コンデンサの好ましい実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、実施例では１つの固体電解コンデンサに含まれるコンデンサ素子数を６個または１２個としたが、２個以上の任意の数量に変更することができる。具体的には、実施例のコンデンサ素子数を６個に変更することにより、チップサイズを長さ：３．６５ｍｍ、幅：４．３ｍｍ、高さ：１．２ｍｍ、静電容量を５０μＦとすることができる。なお、本発明は、充放電時の磁界の打ち消し合いによって低ＥＳＬ化を実現しているので、コンデンサ素子数は偶数個がより望ましい。

また、実施例では、陽極材料としてタンタルを使用したが、ニオブ等の他の弁作用金属に置き換えてもよい。さらに、実施例では、陰極材料として導電性高分子を使用したが、二酸化マンガン等の他の陰極材料に置き換えてもよい。このような置き換えを行っても同等の効果が得られることは、当業者であれば容易に理解されるであろう。

参考例１に係る固体電解コンデンサの外装樹脂封止前の状態を示す平面図である。参考例１に係る固体電解コンデンサの断面図であって、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は（Ａ）の線Ｂ−Ｂにおける縦断面図である。参考例２に係る固体電解コンデンサの外装樹脂封止前の状態を示す平面図である。参考例２に係る固体電解コンデンサの断面図であって、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は（Ａ）の線Ｂ−Ｂにおける縦断面図である。実施例に係る固体電解コンデンサの外装樹脂封止前の状態を示す平面図である。実施例に係る固体電解コンデンサの断面図であって、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は（Ａ）の線Ｂ−Ｂにおける縦断面図である。従来例に係る固体電解コンデンサの断面図であって、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は（Ａ）の線Ｂ−Ｂにおける縦断面図である。

１コンデンサ素子
２陽極リード
３金属ブロック
４導電性接着剤
５陽極電極
６陰極電極
７マスキング部

Claims

陰極と陽極の２つの極性部分を有する複数のコンデンサ素子を樹脂封止してなるチップ状固体電解コンデンサであって、
所定の間隔をおいて配置された２つの第１電極と、
前記第１電極の間に配置された１つの第２電極と、
を備え、
前記２つの第１電極及び前記１つの第２電極が前記チップ状固体電解コンデンサの下面に露出している部分を除き、前記樹脂が前記チップ状固体電解コンデンサの最も外側の部分を構成しており、
前記複数のコンデンサ素子のうち、任意の２つのコンデンサ素子はコンデンサ素子対を構成し、
前記コンデンサ素子対を構成する２つのコンデンサ素子は、同一の極性部分が向かい合うように配置され、向かい合う前記極性部分が前記第２電極に接続されるとともに、他方側の極性部分がそれぞれ別々の前記第１電極に接続されており、
前記コンデンサ素子は、陽極リードの周りに弁作用金属からなるコンデンサ陽極体を形成し、該コンデンサ陽極体の表面に陰極層および陰極引出層を順次形成して作製されたものであり、
前記陽極リードが前記第１電極に接続されるとともに、前記陰極引出層が前記第２電極に接続されていることを特徴とするチップ状固体電解コンデンサ。