JP5775040B2 - 固体電解コンデンサ - Google Patents
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Description
固体電解コンデンサ101は、陽極箔、陰極箔及び陽極箔と陰極箔との間に介したセパレータによって巻回され、更に直方体に扁平され固体電解質を形成した直方体の素子110と、素子110に接続させた陽極引出端子121及び陰極引出端子122と、その直方体の素子110を外装する外装体130とを備えている。陽極引出端子121は、素子110の一方の端面110aから露出し、リードフレーム140と接続されている。陰極引出端子122は、素子110の他方の端面110bから露出し、リードフレーム140と接続されている。
図5の通り、所定の幅に裁断された陽極箔11および陰極箔12を準備する。具体的に、陽極箔11と陰極箔12は共に帯状である。陽極箔11及び陰極箔12については、上述した通りであるので、ここでの説明は省略する。
図5の通り、陽極箔11及び陰極箔12に電極引出端子21、22を接合する。具体的に、陽極箔11に陽極引出端子21を接合し、陰極箔12に陰極引出端子22を接合する。陽極引出端子21は、円柱形の露出部21aと平板状の接続部21bとからなる。陰極引出端子22は、円柱形の露出部22aと平板状の接続部22bとからなる。陽極引出端子21の接続部21bは、陽極箔11と接合される。本実施形態では、接続部21b、22bが平板状である。陰極引出端子22の接続部22bは、陰極箔12と接合される。本実施形態において、陰極引出端子22の接続部22bは、陰極箔12の幅よりも長い。なお、陽極引出端子21の接続部21bが陽極箔11の幅よりも長くてもよい。各電極引出端子21、22と、電極箔11、12との接合は、カシメや超音波溶接等により行われる。陽極引出端子21では、接続部21bの長さが陽極箔11の幅と同じであり、露出部21aは、陽極箔11から陽極箔11の幅方向に沿って外側の一方へ向けて突出する。陰極引出端子22では、接続部22bの長さが陰極箔12の幅よりも長く、接続部22bは、陰極箔12から陰極箔12の幅方向に沿って外側の他方へ向けて突出する。露出部22aは、陰極箔12から陰極箔12の幅方向に沿って外側の一方へ向けて突出する。
図6に示すように、陽極箔11及び陰極箔12、並びに陽極箔11と陰極箔12との間に配置されたセパレータ13を巻回して所定の長さで切断することにより、円柱体を形成し、端部を巻止テープ14により円柱体の側面に固定する。また、巻止テープを使用せず接着剤で貼り付ける方法もある。これにより巻回素子16が形成される。このとき、陽極引出端子21の接続部21b及び陰極引出端子22の接続部22bは、巻回素子16の内部に位置する。また、陽極引出端子21の露出部21a及び陰極引出端子22の露出部22aは、巻回素子16の一端から露出する。また、陰極引出端子22の接続部22bの一部は、巻回素子16の他端から露出する。セパレータ13は、例えば、天然繊維(セルロース)または、化学繊維からなる。セパレータ13として使用され得る天然繊維や化学繊維は、特に限定されるものではない。化学繊維としては、ポリアミド繊維、アクリル繊維、ビニロン繊維、ポリイミド繊維、ナイロン繊維等の合成繊維を用いることができる。
図7の通り、巻回素子16を直方体素子10に変形する(図4(a)、(b)参照)。具体的に、所定の冶具(図示せず)に巻回素子16を固定し、荷重を加えて変形することにより、所定寸法の直方体の素子10を形成する。次に、直方体の素子10をバーに固定する。さらに、本実施形態では、陽極引出端子21または陰極引出端子22が素子10から露出した部分が円柱状である場合には、次の内容を含む。巻回素子16を直方体素子10に変形してから、図7の通り、陰極引出端子22の露出部22aを取り除いて、陽極引出端子21の円柱状の露出部21aをプレスし、扁平状(又は平板状)に成形する。なお、本実施形態では、素子10の厚さ方向における陽極引出端子21と陰極引出端子22との距離が短く、且つ陽極引出端子21の露出部21aが接続部21bよりも厚いので、陽極引出端子21と陰極引出端子22との短絡を防止するために、陰極引出端子22の露出部22aが丁寧に取り除かれる。従って、図1に示すように、素子10において、陰極引出端子22は、素子10の端面10bから突出するが、素子10の端面10aからほとんど突出しない。本発明では、陰極引出端子22が素子10の端面10aから突出しないことが好ましい。但し、短絡防止の観点からみて、若干量(例えば、製造時の不可避的誤差)の突出であれば許容される。
素子10に化成処理及び熱処理を行う。具体的に、直方体の素子10を化成液容器中の化成液に浸し、化成容器を陰極、陽極引出端子21を陽極として、陽極箔11に化成処理を施す。化成液に用いる溶質は、カルボン酸基を有する有機酸塩類、リン酸塩等の無機酸塩等の溶質である。本実施の形態においては、化成液としてアジピン酸アンモニウムを用いる。この化成処理は、アジピン酸アンモニウム濃度0.5wt%〜3wt%を主体とした化成液を用いて、誘電体酸化皮膜の耐電圧に近似した電圧で行う。次に、直方体素子10を化成液から取り出し、熱処理を行う。熱処理は200℃〜300℃の温度範囲で数分間〜十数分間程度行う。化成および熱処理の動作を数回繰り返す。これらの処理により、陽極箔11の断面に露出した弁金属、または端子接続による傷等に起因する金属露出面に酸化皮膜が形成されている。それにより、より耐熱性に優れた誘電体酸化皮膜を形成することができる。
上述の素子の陽極箔11と陰極箔12の間に固体電解質層13の形成を行う。本実施の形態においては、固体電解質は導電性高分子であり、モノマーである3,4−エチレンジオキシチオフェンと酸化剤であるp−トルエンスルホン酸鉄塩の化学重合によって形成される。具体的に、まず、モノマー溶液は、例えば、エタノールで希釈され25wt%濃度とされる。直方体素子10をモノマー溶液に浸し、そして、加熱乾燥により溶剤であるエタノールを除去させ、モノマーのみを残す。加熱乾燥の温度は、好ましくは40℃〜60℃であり、例えば50℃とすることができる。60℃を超える温度では、エタノールの沸点に近くなり急激な蒸発を招き、素子10内部にモノマーが均一に残らなくなる。また、40℃以下では蒸発に時間を要する。乾燥時間は、直方体素子10の体積によるが、直方体素子10では、10分〜20分程度が好ましい。次にモノマーを残留させた直方体素子10に酸化剤を含浸させ、3,4−エチレンジオキシチオフェンを形成させる。上述の酸化剤の含浸は、減圧含浸法により直方体素子10に含浸させる。酸化剤としては、p−トルエンスルホン酸鉄塩の55wt%のブタノール溶液を用い、直方体素子10を酸化剤に浸漬させ、減圧含浸させる。次に、直方体素子10を30℃から180℃まで段階的に昇温させ、化学重合反応により、導電性高分子であるポリ−3,4−エチレンジオキシチオフェンを形成させることができる。なお、素子に形成する導電性高分子は、素子内で化学重合により形成する方法だけでなく、予め導電性高分子を合成し、溶媒に分散させた溶液に素子を浸漬し乾燥して形成してもよく、ポリ−3,4−エチレンジオキシチオフェンに替えて、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン等の公知の導電性高分子を単独または複数で使用することができる。
図9の通り、直方体素子10の電極引き出し端子21、22を、リードフレーム40に接続させる。具体的に陽極引出端子21と陰極引出端子22の余分な部分を切断し、リードフレーム40に接続させる。リードフレーム40が外部引き出し端子となる。接続方法としては、例えば、レーザー熔接や抵抗溶接等で行う方法や、銀ペースト等で接着接続する方法が用いられる。製造コスト及び接続抵抗を考慮すれば、レーザー溶接や抵抗熔接等の金属間結合による接続方法が好ましい。従来の積層型固体電解コンデンサでは、通常、陽極箔に固体電解質層形成後、コート銀ペーストが用いられ、更にコートした素子とリードフレームとの接合に銀ペーストが用いられ、コスト上昇の一因となっていたが、本発明では、レーザー溶接や抵抗溶接等の金属間結合による接続が可能であるため、銀等の貴金属が不要であり、コストを抑えることができる。
図10(a)に示すように、先端が錐形状である針(図示せず)をリードフレーム40に貫通させることにより、リードフレーム40に、突起部40aを形成する。突起部40aは、針で貫通した時の針の周縁に沿うように形成される。突起部40aは、陽極引出端子21及び陰極引出端子22との接続時に陽極引出端子21及び陰極引出端子22に向かうように形成されている。突起部40aの数は特に限定されない。
図11及び図1の通り、そのリードフレーム40に接続させた直方体素子10をモールド外装することにより、外装体30を形成し、続いてリードフレーム40の端子を成形し、チップ型の固体電解コンデンサ10が完成する。
実施例として、上述した本実施形態に示す固体電解コンデンサ1(6.3V、100μF)を製造した(図1)。この固体電解コンデンサ1の外装ケースのサイズは、7.3mm×4.3mm×2.8mmであった。リードフレーム40としては、表面にニッケルメッキ処理が施された厚さ100μmの銅フレーム材を用いた。なお、製造時において、リードフレーム40と陽極引出端子21(アルミ製陽極タブ)及び陰極引出端子22(アルミ製陰極タブ)とを接続する前に、リードフレーム40における陽極引出端子21及び陰極引出端子22との接続位置に針を貫通させ、これにより、前記接続位置に突起部40aを形成した。針としては、先端が四角錐形状であるφ0.26mmの針を用いた。インバーター式抵抗溶接機を用いて、リードフレーム40と、陽極引出端子21及び陰極引出端子22との接続を行った。
実施例における固体電解コンデンサ1に代えて、従来の固体電解コンデンサ101(6.3V、100μF)を製造した以外、実施例と同様にして、比較例を行った。この固体電解コンデンサ101の外装ケースのサイズは、実施例と同様であり、7.3mm×4.3mm×2.8mmであった。
本発明は、固体電解コンデンサであって、前記固体電解コンデンサは、陽極箔、陰極箔、並びに陽極箔及び陰極箔の間に介したセパレータによって巻回された巻回素子を直方体に扁平し、固体電解質を形成した直方体の素子と、前記陽極箔と接続され、前記素子の一端から露出した露出部を備えた陽極引出端子と、前記陰極箔と接続され、前記素子の他端から露出した露出部を備えた陰極引出端子と、前記素子を外装する外装体とを備え、前記陽極引出端子及び前記陰極引出端子の両方が、前記素子の巻芯に対して片側に配置されている。
10 素子
10a、10b 端面
11 陽極箔
12 陰極箔
13 セパレータ(固体電解質層)
14 巻止テープ
21 陽極引出端子
22 陰極引出端子
30 外装体
40 リードフレーム
Claims (8)
- 固体電解コンデンサであって、
前記固体電解コンデンサは、
陽極箔、陰極箔、並びに陽極箔及び陰極箔の間に介したセパレータによって巻回された巻回素子を直方体に扁平し、固体電解質を形成した直方体の素子と、
前記陽極箔と接続され、前記素子の一方の端面から露出した露出部を備えた陽極引出端子と、
前記陰極箔と接続され、前記素子の他方の端面から露出した露出部を備えた陰極引出端子と、
前記素子を外装する外装体と、
前記外装体内において、前記陽極引出端子及び前記陰極引出端子の各々と接続されるリードフレームと
を備え、
前記陽極引出端子の露出部及び前記陰極引出端子の露出部のうち、前記巻芯から遠い露出部の厚さが、前記巻芯から近い露出部の厚さよりも大きく、前記陽極引出端子及び前記陰極引出端子の両方が、前記陽極引出端子及び前記陰極引出端子のうちの前記素子内に位置する部分全体と前記素子の巻芯とが前記素子の厚さ方向に重なり合い且つ前記素子内において前記陽極引出端子及び前記陰極引出端子の少なくとも一部が厚さ方向に重なり合うように、前記素子の巻芯に対して片側に配置されており、
前記陽極引出端子の露出部の前記巻芯側の表面と、前記陰極引出端子の露出部の前記巻芯側の表面とは、前記素子の厚さ方向において実質的に同じ高さに位置しており、
前記リードフレームは、前記陽極引出端子の露出部の前記巻芯側の表面、及び前記陰極引出端子の露出部の前記巻芯側の表面の各々と接続されており、前記外装体内において曲げ加工が施されておらず、前記素子の厚さ方向において、前記外装体から露出する前記リードフレームの高さが揃っていることを特徴とする固体電解コンデンサ。 - 請求項1に記載の固体電解コンデンサであって、
前記素子の巻芯に対する片側の位置において、前記陰極引出端子は、前記陽極引出端子よりも前記巻芯の近くに位置する固体電解コンデンサ。 - 請求項1又は2に記載の固体電解コンデンサであって、
前記陽極引出端子及び前記陰極引出端子は、前記素子内に位置する接続部を備え、
前記素子の巻芯に対する片側の位置において、前記陽極引出端子の接続部と前記陰極引出端子の接続部との少なくとも一部が、前記素子の厚さ方向において重なり合っている固体電解コンデンサ。 - 請求項1〜3のいずれか1に記載の固体電解コンデンサであって、
前記陽極引出端子及び前記陰極引出端子は、前記素子内に位置する接続部を備え、
前記素子の巻芯に対する片側の位置において、前記陽極引出端子の接続部と前記陰極引出端子の接続部との間には、1枚のみの前記陽極箔と、前記セパレータとが配置されている固体電解コンデンサ。 - 請求項1〜4のいずれか1に記載の固体電解コンデンサであって、
前記素子の巻芯に対する片側の位置において、前記陽極引出端子は、前記陽極箔の外側の面に接続され、且つ前記陰極引出端子は、前記陰極箔の外側の面に接続されている固体電解コンデンサ。 - 請求項1〜5のいずれか1に記載の固体電解コンデンサであって、
前記陽極引出端子の露出部の厚さは、前記陰極引出端子の露出部の厚さよりも大きい固体電解コンデンサ。 - 請求項1〜6のいずれか1に記載の固体電解コンデンサであって、
前記リードフレームは、前記外装体内において平板状を有している固体電解コンデンサ。 - 請求項7に記載の固体電解コンデンサであって、
前記素子の両端面と、前記端面と対向する前記外装体の表面との間において、前記リードフレームは、前記巻芯の軸線方向と平行に延びている固体電解コンデンサ。
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