JP5587076B2

JP5587076B2 - 固体電解コンデンサ

Info

Publication number: JP5587076B2
Application number: JP2010162954A
Authority: JP
Inventors: 篤柳澤
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2030-07-20
Also published as: JP2012028392A

Description

本発明は固体電解コンデンサに関するものである。

電子機器の高周波化に伴って電子部品の一つであるコンデンサに対しても、従来技術より高周波領域でのＥＳＲ（等価直列抵抗）特性に優れたコンデンサが求められており、このような要求に応えるために電気伝導度が高い導電性高分子を固体電解質に用いた固体電解コンデンサが種々検討されている。

近年はコンデンサの小型化、大容量化、低ＥＳＲ化が求められており、固体電解コンデンサは電源機器のノイズ対策用として使用される。固体電解コンデンサの中でも３端子タイプのコンデンサは様々な配線パターンで電源機器の高周波ノイズ除去を目的として使用され、低ＥＳＲのみならず、更に高周波に対応した低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）でのノイズ除去にも優れている。

このような状況で低ＥＳＲを実現するために特許文献１で３端子型の固体電解コンデンサが提案されている。

以下、従来の技術について、図面を参照して説明する。図２は従来の３端子型の固体電解コンデンサ素子を説明する図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。図３は従来の固体電解コンデンサ素子を積層した固体電解コンデンサを説明する図であり、図３（ａ）は、底面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＤ−Ｄ線断面図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。

図２に示すように従来の固体電解コンデンサ素子は、表面がエッチング処理等で拡面化された弁作用金属箔からなる陽極体２の表面に誘電体層３を形成し、誘電体層３を設けた陽極体２の中央部に導電性ポリマー層からなる固体電解質層４、グラファイト層５、銀ペースト層６を順次形成して陰極部を形成し、陽極体２の両端部分をレーザ等で誘電体層３を除去して陽極部１を形成し固体電解コンデンサ素子１００を作製する。次に図３に示すように、この固体電解コンデンサ素子１００同士を陰極部の表面又は裏面中央部で導電性ペースト７により、また、陽極部１に平板状の陽極金属片８を接続して固体電解コンデンサ素子１００を２個以上の積層体とする。次に陽極外部端子９と陰極外部端子１０が平板状であり、基板実装面となる同一平面上に形成され、陽極外部端子９と陰極外部端子１０の隙間を埋めるとともに機械的に連結する底面部を有し、平面に対して直交する側壁を有する外装樹脂ケース１１の内側に露出した陽極外部端子９の表面及び陰極外部端子１０の表面に、前述の２個以上の固体電解コンデンサ素子１００の積層体の最下層の固体電解コンデンサ素子１００の陽極部１を陽極金属片８を介し導電性ペースト１２により接続する。又、陰極層の銀ペースト層６を導電性ペースト１２によりそれぞれ接続し、外装樹脂ケース１１の上側周囲を蓋１３で覆うことで表面実装積層型の固体電解コンデンサ２００としている。

特開２００８−１７７２３６号公報

上記の特許文献１の技術は陽極部の構成を工夫したものであるが、より一層の抵抗の低減が要求されている。固体電解コンデンサ素子の陰極部と外部陰極端子との接続は低ＥＳＲ化に大きく影響し、特に導電性ペースト等を介した陰極部の側面と陰極外部端子との接続抵抗を低減することが必要となる。

本発明の課題は、前述の従来技術の問題を鑑みてなされたものであり、ＥＳＲを低減した固体電解コンデンサを提供することにある。

本発明は、弁作用金属の陽極体の表面に誘電体層、固体電解質層、グラファイト層、銀ペースト層を順次形成した固体電解コンデンサ素子の陰極部の表面に形成された銀ペースト層について、表裏面の中央部より側面部近傍で銀ペースト層が厚く形成されているとＥＳＲが低減されることを見出したものである。

すなわち、本発明の固体電解コンデンサは、板状または箔状の弁作用金属からなる陽極体の表面に酸化被膜からなる誘電体層を形成し、前記誘電体層の上に固体電解質層を形成し、前記固体電解質層の上に順次グラファイト層、銀ペースト層を形成した固体電解コンデンサ素子を備え、前記固体電解コンデンサ素子は、表裏面に対して直交し導電性ペーストが形成される側面を有し、前記導電性ペーストを介して外部陰極端子と接続した固体電解コンデンサであって、前記銀ペースト層を、前記表裏面における前記側面に平行な中央部と比較して、前記側面および前記表裏面における前記側面近傍である側面部に厚く形成したことを特徴とする。

前記側面部に前記銀ペースト層を少なくとも２層形成していてもよい。

本発明によれば、固体電解コンデンサ素子の陰極部の最外層である銀ペースト層の側面付近を二層以上に形成すること等で厚くすることにより、外部陰極端子との導電パスを大きくし、低ＥＳＲ化を可能とした固体電解コンデンサを提供することができる。

本発明の固体電解コンデンサを説明する図であり、図１（ａ）は、底面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。従来の固体電解コンデンサに用いられる固体電解コンデンサ素子を説明する図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。従来の固体電解コンデンサ素子を積層した固体電解コンデンサを説明する図であり、図３（ａ）は底面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＤ−Ｄ線断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。本発明の固体電解コンデンサに用いられる固体電解コンデンサ素子を説明する図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。本発明の固体電解コンデンサの製造途中工程を説明する図であり、図５（ａ）は固体電解コンデンサ素子の表面側に銀ペースト層を形成後の固体電解コンデンサ素子の断面図であり、図５（ｂ）は表面側、裏面側に銀ペースト層を形成後の固体電解コンデンサ素子の断面図、図５（ｃ）は銀ペースト層が硬化後の固体電解コンデンサ素子の断面図である。

本発明の実施の形態について積層３端子型の固体電解コンデンサを例として図面を参照して説明をする。

図４は本発明の固体電解コンデンサに用いられる固体電解コンデンサ素子を説明する図であり、グラファイト層形成後の３端子型固体電解コンデンサ素子の平面図（図４（ａ））およびＦ−Ｆ線断面図（図４（ｂ））である。まず、板状または箔状の弁作用金属からなる陽極体２の表面にエッチングなどで多数の空孔を形成し、その表面を２００倍程度に拡面化させ、この表面が拡面化された陽極体２の表面に誘電体層３を形成する。この誘電体層３は、酸化皮膜にて形成することが好適である。

誘電体層３が形成された陽極体２の表面に導電性ポリマー等からなる固体電解質層４を形成する。具体的にはポリピロールなどである。更に固体電解質層４の表面に陰極部を構成するため、グラファイト層５を形成し、グラファイト層形成後の固体電解コンデンサ素子３００を得る。

図５は本発明の固体電解コンデンサの製造途中工程を説明する図である。まず、図５（ａ）に示すようにグラファイト層形成後の固体電解コンデンサ素子３００に、片面に表面側の銀ペースト層６ａを形成し硬化させる。このとき、塗布面側面で銀ペースト層が裏側に回り込ませるように塗布する。塗布工法としてはスクリーン印刷工法が使用できる。スクリーン版は１００メッシュ程度、印刷圧力（スキージ圧力）は０．２０ＭＰａ程度である。その後硬化する。次に図５（ｂ）に示すように、表面側の銀ペースト硬化後の固体電解コンデンサ素子を反転させ、前述の銀ペースト層を塗布した面と反対の面に、表面の条件と同じ印刷方法で裏面側の銀ペースト層６ｂを形成し、その後硬化する。表裏面の銀ペースト層は陰極部側面部で二重に形成される。すなわち図５（ｃ）に示すように銀ペースト層形成後の固体電解コンデンサ素子４００は銀ペースト層６が固体電解コンデンサ素子の表裏面の中央部に比較して側面部近傍で厚く形成されている。ここで銀ペースト層６の厚さは中央部で１層、側面部近傍で２層となり、スクリーン印刷工法の場合には、１層で１０〜２０μｍの厚さで形成することが作業効率上好ましいので中央部で１０〜２０μｍ、側面部近傍で２０〜４０μｍ程度となる。中央部に比較して側面近傍部の厚さが１．５〜２．５倍でＥＳＲ特性がよいことが確認されている。また銀ペースト層６の塗布はスクリーン印刷工法に限定されず、中央部と比較して側面近傍部で厚く形成されればよい。

固体電解コンデンサ素子の陽極部となる部分にＹＡＧレーザ等を照射して誘電体層および固体電解質層を除去し、陽極部１（図４（ａ）参照）を露出させる。これにより、本発明の銀ペースト層形成後の固体電解コンデンサ素子４００が形成される。

その後、図１に示すように、この銀ペースト層形成後の固体電解コンデンサ素子４００同士を陰極部の表裏面中央部で導電性ペースト７により、また、陽極部１に平板状の陽極金属片８を接続して固体電解コンデンサ素子４００を２個以上の積層体とする。次に陽極外部端子９と陰極外部端子１０が平板状であり、基板実装面となる同一平面上に形成され、陽極外部端子９と陰極外部端子１０の隙間を埋めるとともに機械的に連結する底面部を有し、平面に対して直交する側壁を有する外装樹脂ケース１１の内側に露出した陽極外部端子９の表面及び陰極外部端子１０の表面に、前述の２個以上の固体電解コンデンサ素子の積層体の最下層の固体電解コンデンサ素子４００の陽極部１を陽極金属片８を介し導電性ペースト１２により、及び陰極層の銀ペースト層６を導電性ペースト１２によりそれぞれ接続し、外装樹脂ケース１１の上側周囲を蓋１３で覆うことで表面実装積層型の固体電解コンデンサ５００とする。

本発明では、銀ペースト層形成後の固体電解コンデンサ素子４００の陰極部側面の銀ペースト層の厚みが、陰極部表裏面の中央部に比較して厚くなり例えば銀ペースト層の塗布の際にスクリーン印刷工法を使用し一部裏面に回りこむように塗布した場合には側面部で中央部の２倍程度となるため、導電性ペーストを介しての外部陰極端子との接続抵抗が小さくなるという利点がある。本実施の形態では塗布工法の例としてスクリーン印刷工法を用いて説明したが、特にスクリーン印刷工法でなく他の塗布工法でも中央部に比べて側面部で銀ペースト層が厚くできればよい。また、本実施の形態では固体電解コンデンサ素子を２個積層した場合を示したが、積層個数は３個以上でもよいし、固体電解コンデンサ素子１個でもよい。さらに本実施の形態では、３端子型の固体電解コンデンサで説明したが、端子数は特に問わず２端子型、４端子型等であってもよい。

以下実施例について、本発明の実施の形態で用いた図５を参照して説明する。グラファイト層形成後の固体電解コンデンサ素子３００は従来技術と同様の構成であり、箔状のアルミニウムからなる弁作用金属の表面をエッチングにより多数の空孔を形成して表面積を２００倍に大きくする拡面化処理を施し、この拡面化した弁作用金属の陽極体の表面に誘電体層、固体電解質層、グラファイト層を順次形成したものである。固体電解質層はポリピロールからなる導電性高分子で作製した。グラファイト層形成後の固体電解コンデンサ素子３００の大きさは縦１４．８ｍｍ、横１０．０ｍｍ、厚さ２５０μｍで、その内、端部の陽極部はそれぞれ縦１．１ｍｍ、横８．０ｍｍであった。

次に、グラファイト層形成後の固体電解コンデンサ素子３００をステージ上に置き、スクリーン印刷工法により、図５（ａ）に示すように、まず片面（表面）に厚み１５μｍの表面側の銀ペースト層６ａを塗布し硬化した。このとき、スクリーン印刷装置のワーク設置ステージとグラファイト層形成後の固体電解コンデンサ素子３００との間に柔軟な紙を挟み、更にスクリーン印刷版のメッシュサイズを１００メッシュ、印刷圧力を０．２０ＭＰａとしてエポキシ樹脂系銀ペーストを印刷することで、塗布面側面と紙の間に銀ペーストを潜り込ませ、固体電解コンデンサ素子陰極部側面で反対面に側面から０．５ｍｍまで銀ペーストを回り込ませ、その後硬化した。

次に図５（ｂ）で示す通りに、表面側の銀ペースト層６ａの硬化後の固体電解コンデンサ素子を反転させ、図５（ａ）で塗布した表面側の銀ペースト層６ａの面と反対の裏面に厚み１５μｍの裏面側の銀ペースト層６ｂを形成し、硬化した。このとき、表面側の銀ペースト層６ａの塗布と同様に、スクリーン印刷装置のワーク設置ステージと固体電解コンデンサ素子の間に柔軟な紙を挟み、更にスクリーン印刷版のメッシュサイズを大きくして、銀ペーストの吐出量を増加させて銀ペーストを印刷することで、塗布面側面と紙の間に銀ペーストを潜り込ませ、固体電解コンデンサ素子の陰極部側面で反対面に銀ペーストを回り込ませた。その後硬化した。図５（ｃ）は表裏両面に銀ペースト層を形成した図である。銀ペースト層形成後の固体電解コンデンサ素子４００の表裏面の銀ペースト層６は陰極部の側面で二重に形成した。銀ペースト層の厚さは表裏面の中央部で約１５μｍ、側面部で約３０μｍであった。次に陽極部となる部分にＹＡＧレーザを照射して誘電体層および固体電解質層を除去し、陽極部を露出させた。

次に、図１に示す通りに、前述の銀ペースト層形成後の固体電解コンデンサ素子４００の陽極部１に銅から成る陽極金属片８を超音波溶着工法にて溶着した。次に、２枚の固体電解コンデンサ素子４００の陽極部１をレーザにて溶融接合した。陰極部の銀ペースト層６間は導電性ペースト７にて接着した。その後、陽極外部端子９と陰極外部端子１０が平板状であり、基板実装面となる同一平面上に形成され、陽極外部端子９と陰極外部端子１０の隙間を埋めるとともに機械的に連結する底面部を有し、平面に対して直交する側壁を有する外装樹脂ケース１１の内側に露出した陽極外部端子９の表面及び陰極外部端子１０の表面に前述の２枚を積層した銀ペースト層形成後の固体電解コンデンサ素子４００の積層体を接続した。最下層の固体電解コンデンサ素子４００の陽極部１を陽極金属片８を介し導電性ペースト１２により陽極外部端子９と、陰極層の銀ペースト層６を導電性ペースト１２により陰極外部端子１０とそれぞれ接続し、外装樹脂ケース１１の上側周囲を蓋１３で覆い表面実装積層型の固体電解コンデンサ５００とした。以上により実施例の固体電解コンデンサを作製した。

（比較例）
実施例と同様にグラファイト層形成後の固体電解コンデンサ素子を作製した。次に、グラファイト層形成後の固体電解コンデンサ素子をステージ上に置き、スクリーン印刷工法により、まず片面（表面）に厚み１５μｍの表面側の銀ペースト層を塗布し硬化した。このとき、実施例と同様にスクリーン印刷装置のワーク設置ステージとグラファイト層形成後の固体電解コンデンサ素子の間に柔軟な紙を挟んでいるものの、スクリーン印刷版のメッシュサイズを１８０メッシュ、印刷圧力を０．０５ＭＰａとしてエポキシ樹脂系銀ペーストを印刷することで、銀ペーストが反対面に回り込まないようにして塗布し、硬化した。

その後、実施例と同様に固体電解コンデンサ素子の陽極部に陽極金属片８を溶着し、２枚の固体電解コンデンサ素子の陽極部をレーザにて溶融接合した。陰極部の銀ペースト層間は導電性ペーストにて接着した。その後、外装樹脂ケースの内側に露出した陽極外部端子の表面及び陰極外部端子の表面に前述の２枚を積層した銀ペースト層形成後の固体電解コンデンサ素子の積層体を接続した。最下層の固体電解コンデンサ素子の陽極部を陽極金属片を介し導電性ペーストにより陽極外部端子と、陰極層の銀ペースト層を導電性ペーストにより陰極外部端子とそれぞれ接続し、外装樹脂ケースの上側周囲を蓋で覆い表面実装積層型の固体電解コンデンサとした。以上により比較例の固体電解コンデンサを作製した。

本発明による実施例と比較例とのＥＳＲ特性比較表を表１に示す。なお、測定周波数は、１００ｋＨｚ、測定数は各１０個とした。

表１から明らかなように、実施例は比較例よりＥＳＲが減少しており、本発明の効果がみとめられる。

以上、実施例を用いて、本発明を具体的に説明したが、本発明は、この実施例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。

１陽極部
２陽極体
３誘電体層
４固体電解質層
５グラファイト層
６銀ペースト層
６ａ表面側の銀ペースト層
６ｂ裏面側の銀ペースト層
７、１２導電性ペースト
８陽極金属片
９陽極外部端子
１０陰極外部端子
１１外装樹脂ケース
１３蓋
１００固体電解コンデンサ素子
２００、５００固体電解コンデンサ
３００（グラファイト層形成後の）固体電解コンデンサ素子
４００（銀ペースト層形成後の）固体電解コンデンサ素子

Claims

板状または箔状の弁作用金属からなる陽極体の表面に酸化被膜からなる誘電体層を形成し、前記誘電体層の上に固体電解質層を形成し、前記固体電解質層の上に順次グラファイト層、銀ペースト層を形成した固体電解コンデンサ素子を備え、前記固体電解コンデンサ素子は、表裏面に対して直交し導電性ペーストが形成される側面を有し、前記導電性ペーストを介して外部陰極端子と接続した固体電解コンデンサであって、前記銀ペースト層を、前記表裏面における前記側面に平行な中央部と比較して、前記側面および前記表裏面における前記側面近傍である側面部に厚く形成したことを特徴とする固体電解コンデンサ。
前記側面部に前記銀ペースト層を少なくとも２層形成し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。