JP5775040B2 - 固体電解コンデンサ - Google Patents
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Description
本発明は、固体電解コンデンサに関する。
近年、電子機器の高性能化・小型化に伴い、部品の実装密度に配慮した、モールドチップ部品が主流となっている。アルミ電解コンデンサも例外ではなく、表面実装（Surfaced Mounting Technology， SMT）のアルミ電解コンデンサも大いに応用されている。
表面実装技術は新世代の電子組立技術であり、伝統型の電子部品を以前の体積の数十分の一に圧縮し、電子部品実装の高密度、高信頼性、小型化、低コスト及び生産の自動化を実現させた。しかし、アルミ電解コンデンサの場合、一般的な表面実装品は、縦型タイプ（通称Ｖチップ）であるが、低背が要求される電子機器には限界があった。
その欠点を克服すべく技術として、ポリアニリンを固体電解質層に用いた巻回型モールドチップが提案されている。しかし、円柱形の巻回素子をモールドするため、巻回素子径に制約が生じ、外装後、依然として比較的大きな厚さのスペースを占め、より低背要求を満足させることが難しいという問題があった。また、二つ目の問題として、素子を薄く形成できる積層構造のモールドチップ型の固体電解コンデンサがあるが、固体電解質層であるポリピロールを形成するにあたり、第一層目に化学重合膜を形成し、第二層目を電解重合させる方法では電解重合に長時間を要し、更にこの電解重合は単層処理でしかも積層枚数分溶接しなければならず、工数がかかるという問題があった。
これらの問題に鑑み、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化学重合で形成された直方体の素子と、素子に接続させた電極引出端子と、その直方体素子を外装する外装体とを備えた固体電解コンデンサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
図１２は、従来の固体電解コンデンサを模式的に示す縦断面図である。
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。
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。
特許文献１に記載の固体電解コンデンサによれば、より低背要求を満足させることができ、工数の増加を抑えることができる。更に、従来のタンタルコンデンサと比べると、銀やタンタル等の貴金属を用いる必要がないので、低コスト化が可能になる。
しかしながら、特許文献１に記載の固体電解コンデンサでは、図１２に示すように、陽極箔に接続された陽極引出端子１２１と、陰極箔に接続された陰極引出端子１２２とが、巻芯（一点鎖線）を中心として両側（対称）に配置されているため、素子１１０の厚さ方向において、陽極引出端子１２１の位置（高さ）と、陰極引出端子１２２の位置（高さ）とが大きく異なる。ところが、固体電解コンデンサ１０１では、通常、素子１１０を樹脂で封止して外装体１３０を形成する際に、外装体１３０から露出するリードフレーム１４０の高さを揃えなければならない。そのため、特許文献１に記載の固体電解コンデンサでは、リードフレーム１４０に曲げ加工を施して段差１４０ａを設けることにより、リードフレーム１４０と陰極引出端子１２２との接続位置において、リードフレーム１４０の高さを調整しなければならず、製造工程が煩雑化するという問題があった。
また、リードフレーム１４０に段差１４０ａを設けると、その段差部分についても樹脂で封止しなければならないため、必然的に、電極箔（例えば、陽極箔）を短くしなければならない。そのため、コンデンサの静電容量が制限されてしまうという問題があった。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされた発明であって、その目的は、製造工程の煩雑化を無くすことが可能であり、静電容量を増加させることができる固体電解コンデンサを提供することである。
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、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。
従来の方法では、陽極引出端子及び陰極引出端子が巻芯を中心として両側に配置され、リードフレームに曲げ加工が必要であり、電極箔の幅に制限があった。しかし、本発明では、陽極引出端子の露出部及び陰極引出端子の露出部のうち、巻芯から遠い露出部の厚さが、巻芯から近い露出部の厚さよりも大きく、陽極引出端子及び陰極引出端子を、陽極引出端子及び陰極引出端子のうちの素子内に位置する部分全体と素子の巻芯とが素子の厚さ方向に重なり合い且つ素子内において陽極引出端子及び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、巻芯の片側に配置し、陽極引出端子の露出部の巻芯側の表面と、陰極引出端子の露出部の巻芯側の表面とを、素子の厚さ方向において実質的に同じ高さに位置させ、リードフレームを、陽極引出端子の露出部の巻芯側の表面、及び陰極引出端子の露出部の巻芯側の表面の各々と接続し、外装体内においてリードフレームに曲げ加工を施さず、素子の厚さ方向において、外装体から露出するリードフレームの高さが揃っている。このように、リードフレームの曲げ加工を無くすことができるので、製造工程の煩雑化を無くすことができる。また、リードフレームの曲げ段差を無くすことができるので、電極箔の幅（面積）を広げることができる。従って、コンデンサの静電容量値を増加させることができる。本発明の固体電解コンデンサによれば、同サイズの従来の固体電解コンデンサ（特許文献１参照）に比べて、静電容量値を、例えば、約１．２〜１．５倍に増加させることができる。
本発明の上述の目的、特徴及びメリットをより理解し易くするために、以下、図面を用いて、本発明の具体的な実施形態について詳しく説明する。本発明について理解し易くなるように、以下の説明では、詳細な内容を記載しているが、本発明は、以下に実施された形態以外でも実施可能であり、以下の実施形態に限定されない。さらに、図面は、実際の寸法に基づいて作成されたものではなく、概略図又は模式図に過ぎないので、図面によって、本発明は限定されない。また、図面においては、本発明の特徴部分を強調するために、一部の構成を省略して示している場合がある。
図１は、本願発明の一実施形態に係る固体電解コンデンサを模式的に示す概略縦断面図である。図２は、本願発明の一実施形態に係る固体電解コンデンサの固体電解質形成前の分解構造を模式的に示す概略斜視図である。
図２に示すように、固体電解コンデンサ１は、陽極箔１１、陰極箔１２、及び陽極箔１１と陰極箔１２の間に配置されたセパレータ１３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１０と、陽極箔１１に接続された陽極引出端子２１と、陰極箔１２に接続された陰極引出端子２２と、素子１０を樹脂モールドにより外装する外装体３０（図１参照）とを備える。
図２では、巻止テープ１４の端部が自由になっているが、実際には、巻止テープ１４の端部は素子１０の側面に貼り付けられる。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。図２に示すように、陽極箔１１及び陰極箔１２は全体的に帯状である。陽極箔１１と陰極箔１２との間に、セパレータ１３が設けられている。陽極箔と陰極箔の各々の表面およびセパレータ１３で保持させる固体電解質として、導電性高分子が用いられている。導電性高分子としては、例えば、ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン等が挙げられる。
陽極箔１１は、第一弁金属層（図示せず）と第一弁金属層表面に形成された誘電体酸化皮膜（図示せず）からなる。ここでの弁金属としては、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン等の金属が挙げられる。本実施の形態では、アルミニウムが用いられている。前記誘電体酸化皮膜は、前記第一弁金属層の表面にエッチング処理および化成処理を経て形成される。本実施の形態では、誘電体酸化皮膜は、酸化アルミニウムである。
陰極箔１２は、第二弁金属層（図示せず）及び第二弁金属層表面に附着した炭化物粒子層（図示せず）からなる。ここでの弁金属としては、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン等の金属が挙げられる。本実施の形態には、アルミニウムが用いられている。
図１に示すように、固体電解コンデンサ１は、陽極引出端子２１と、陰極引出端子２２とを備える。陽極引出端子２１は、陽極箔（図２参照）に接続されている。陰極引出端子２２は、陰極箔（図２参照）に接続されている。
図１に示すように、陽極引出端子２１は、素子１０の一方の端面１０ａから露出している。陰極引出端子２２は、素子１０の他方の端面１０ｂから露出している。端面１０ａ、１０ｂは、素子１０における陽極箔１１及び陰極箔１２の巻回の軸線と垂直な面である。言い換えれば、陽極箔１１と陰極箔１２の幅方向と垂直な面のことである。また、素子１０における陽極箔１１と陰極箔１２との巻回の軸線と平行な面が素子１０の側面である。
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、非弁金属からなる（図５参照）。陽極引出端子の接続部２１ｂ及び陰極引出端子の接続部２２ｂは、弁金属からなる。なお、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、弁金属からなってもよい。陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２の両方が、素子１０の巻芯１０ｃに対して片側に配置されている。これにより、素子１０外における陽極引出端子２１と陰極引出端子２２との高さの差を小さくすることができる。
また、素子１０内において、陰極引出端子２２は、陽極引出端子２１よりも、巻芯１０ｃの近くに位置している（図３（ａ）参照）。陽極箔１１には、定格電圧に比例した厚い誘電体酸化皮膜が形成されているのに対し、陰極箔１２には、そのような酸化皮膜は形成されていない。そのため、陰極箔１２は、陽極箔１１よりも薄くて柔らかい。本実施形態では、陽極箔１１に陽極引出端子２１が接続され、且つ陰極箔１２に陰極引出端子２２が接続された状態で巻回素子１６（図６参照）にプレス処理が施され、直方体の素子１０に変形される。そのため、素子１０の内側ほど、変形しようとする力が生じる。本実施形態では、比較的薄くて柔らかい陰極箔１２に接続された陰極引出端子２２が、陽極箔１１に接続された陽極引出端子２１よりも内側に位置する。従って、陽極箔１１に過度の機械的負荷が掛かって誘電体酸化皮膜を損傷させ大きな漏れ電流が流れることを防止することができる。
更に、素子１０外において、陽極引出端子２１の厚さは、陰極引出端子２２の厚さよりも大きい。即ち、陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２は、巻芯１０ｃに対して片側に位置し、素子１０内において巻芯１０ｃから遠くに位置する引出端子の素子１０外における厚さが大きい。これにより、素子１０外における陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２の高さを、より精度良く揃えることができる。
図１に示したように、素子１０の外部にリードフレーム４０が設けられている。リードフレーム４０が外装体３０に嵌め込まれている。また、各リードフレーム４０に、陽極引出端子２１又は陰極引出端子２２が接続される。この構成では、固体電解コンデンサ１の製造時において、一つのリードフレーム４０に複数の素子１０が接続される（図９参照）。
外装体３０内から露出したリードフレーム４０は、外装体３０の表面に沿って、図１における下側に向けて曲げられている。また、陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２は、巻芯１０ｃよりも図１における下側に位置している。即ち、陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２は、巻芯１０ｃに対して片側に位置し、リードフレーム４０は、同じ側に向けて曲げられている。
本実施形態において、陽極引出端子２１と陰極引出端子２２が素子１０から露出した部分の全てが、扁平状である。当該部分が円柱状である場合に比べると、陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２と、素子１０外部のリード線（例えばリードフレーム４０）とを接続させるときに面接触になるので、より大きな接触面積が得られ、電気的接続を確保することができる。本発明において、陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２の露出した部分の形状は、この例に限定されず、例えば、平板状であってもよい。
図１に示すように、外装体３０によって、素子１０と、素子１０と接続させたリードフレーム４０とが外装（封止）され、外部との絶縁が確保されている。外装体３０としては、例えば、エポキシ樹脂や液晶ポリマー等が挙げられる。また、外装体３０の形成には、一般的なモールド成型のプロセスが用いられる。外装体３０内において、リードフレーム４０は、平板状を有しており、陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２の各々と面接触している。外装体３０内において、リードフレーム４０には曲げ加工が施されていない。具体的に、素子１０の端面１０ａ、１０ｂと、端面１０ａ、１０ｂと対向する外装体３０の表面との間において、リードフレーム４０には曲げ加工が施されておらず、リードフレーム４０は、巻芯１０ｃの軸線（図１における一点鎖線）方向と平行に延びている。従って、素子１０の端面１０ａ、１０ｂと、端面１０ａ、１０ｂと対向する外装体３０の表面との間の距離を短くすることができる。その結果、陽極箔１１の幅を広くすることができ、静電容量を増加させることができる。
本実施形態では、素子１０が直方体であり、直方体の素子１０を適切な厚さ（例えば、１．８ｍｍ）に設定することにより、樹脂モールド時に、素子径による制約が無く、より低背要求に応えることができるチップ式の固体電解コンデンサを実現できる。従って、本実施形態に係る固体電解コンデンサ１によれば、占める厚さのスペースが少なく、電子設備の低背化に対する要求をより高いレベルで満足させることができる。
次に、図３を用いて、本実施形態に係る固体電解コンデンサ１が備える素子１０と、従来の固体電解コンデンサ１０１が備える素子１１０との対比を行う。図３（ａ）は、本発明の一実施形態に係る素子１０を示す模式図であり、（ｂ）は、従来の素子１１０を示す模式図である。
図３（ａ）に示すように、素子１０では、陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２が、巻芯１０ｃに対して片側に配置されている。巻芯１０ｃは、最内周に位置するセパレータ１３からなる（図４参照）。巻芯１０ｃは、図３（ａ）に示すように、素子１０にプレス加工が施されることにより、巻芯１０ｃの軸線方向からみて、端面１０ｂの長手方向に延びている。素子１０の厚さ方向（図３の上下方向）において、陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２が巻芯１０ｃと重なり合っている。巻芯１０ｃの軸線方向からみて、端面１０ｂ（又は端面１０ａ）の長手方向に沿った巻芯１０ｃの長さは、陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２の幅よりも長い。陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２のうち、素子１０内に位置する部分全体と、巻芯１０ｃとが、素子１０の厚さ方向に重なり合っている。言い換えると、端面１０ｂ（又は端面１０ａ）の長手方向において、陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２の幅は、巻芯１０ｃの幅よりも狭い。これにより、プレス時に陽極引出端子２１が接続された陽極箔１１と、陰極引出端子２２が接続された陰極箔１２に加わる力を低減することができる。また、素子１０内において、陽極引出端子２１と陰極引出端子２２とは素子１０の厚さ方向に重なっている。本発明において、陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２の少なくとも一部が重なり合っていればよく、その程度は、特に限定されないが、例えば、素子１０内において陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２の少なくとも半分が重なり合っていることが好ましく、２／３以上が重なり合っていることがより好ましい。なお、本実施形態では、両端子は同じ幅を有しているが、両端子の幅が異なる場合には、両端子の重なり合いの程度は、幅の短い端子を基準として算出される。
一方、図３（ｂ）に示す従来の素子１１０では、陽極引出端子１２１と陰極引出端子１２２との間に、巻芯１１０ｃが位置している。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、素子１０内における陽極引出端子２１と陰極引出端子２２との距離は、素子１１０における陽極引出端子１２１と陰極引出端子１２２との距離よりも短い。従って、本実施形態に係る素子１０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との高さの差を小さくすることができる。
図４（ａ）は、本発明の一実施形態に係る固体電解コンデンサの成形前の様子を模式的に示す横断面図であり、図４（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る固体電解コンデンサの成形後の様子を模式的に示す横断面図である。図４では、図１〜図３と同じ構成には、図１〜図３における符号と同じ符号を付した。
図４（ａ）に示すように、巻回素子１６（プレス成型前の素子）は、比較的広くて大きな巻芯１０ｃを備えている。図４（ａ）に示す巻回素子１６が、プレス加工されることにより、図４（ｂ）に示す直方体の素子１０になる。陽極箔１１は、陰極箔１２よりも厚い。本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、素子１０の巻芯１０ｃの片側において、陽極引出端子２１は、陽極箔１１の外側の面に接続され、陰極引出端子２２は、陰極箔１２の外側の面に接続されている。なお、本発明は、この例に限定されず、例えば、陽極引出端子２１が陽極箔１１の内側の面に接続され、陰極引出端子２２が陰極箔１２の内側の面に接続されていてもよい。即ち、陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２の両方が電極箔（陽極箔１１又は陰極箔１２）の外側に接続されていてもよく、電極箔の内側に接続されていてもよい。また、陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２の一方が電極箔の外側に接続され、他方が電極箔の内側に接続されてもよい。
また、図４（ｂ）に示すように、陽極引出端子２１と陰極引出端子２２との間には、１枚のみの陽極箔１１と、セパレータ１３とが配置されている。即ち、陽極引出端子２１と陰極引出端子２２との間に配置されている電極箔は１枚である。従って、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との距離を短くすることができ、これにより、リードフレーム４０の曲げ加工を不要とすることができる。なお、本発明において、陽極引出端子２１と陰極引出端子２２との間に配置されている電極箔は、この例に限定されない。
次に、図５〜図１１を参照にして、本実施形態に係る固体電解コンデンサの製造方法について説明する。
＜ステップＳ１＞
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、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。
＜ステップＳ２＞
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。
＜ステップＳ３＞
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。
＜ステップＳ４＞
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。
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。
＜ステップＳ５＞
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。
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。
＜ステップＳ６＞
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。
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。
＜ステップＳ７＞
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。
なお、具体的な接続方法について、図１０を用いて説明する。
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。
次に、図１０（ｂ）に示すように、陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２とリードフレーム４０の突起部４０ａとが接触するように、素子１０をリードフレーム４０上に配置する。
次に、図１０（ｃ）に示すように、抵抗溶接等の方法により、陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２とをリードフレーム４０に接合する。例えば、陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２がアルミニウムからなり、リードフレーム４０が銅からなる場合、溶接時に陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２が溶融する。素子１０外における陽極引出端子２１と陰極引出端子２２との厚さの差が大きい場合、陽極引出端子２１と陰極引出端子２２との溶融の程度の差が大きくなり、精度良くモールドすることが難しくなる。従って、素子１０外における陽極引出端子２１と陰極引出端子２２との厚さの差は、なるべく小さいことが好ましい。具体的に、素子１０の巻芯１０ｃの片側に陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２が位置し、且つ巻芯１０ｃからの距離が遠い電極引出端子（陽極引出端子２１又は陰極引出端子２２）の厚さが大きい場合、素子１０の厚さ方向において、巻芯１０ｃから該電極引出端子の外側の面までの距離が、巻芯１０ｃから素子１０の外表面までの距離以下であることが好ましい。本実施形態では、巻芯１０ｃから陽極引出端子２１の外側の面までの距離が、巻芯１０ｃから素子１０の外表面までの距離以下である。本実施形態では、巻芯１０ｃの片側に陽極引出端子２１及び陰極引出端子２２を配置することにより、陽極引出端子２１と陰極引出端子２２との高さ（位置）を調整することができるので、陽極引出端子２１と陰極引出端子２２との厚さの差による高さの調整が必須ではなくなる。従って、陽極引出端子２１の厚さを抑えることができ、固体電解コンデンサ１を大きくすることなく、外装体３０の厚さを確保することができる。
＜ステップＳ８＞
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。
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。
上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、本発明を何ら制限するものではない。本発明の当業者であれば、本発明の範囲内において、上記の方法及び技術内容を用いて、本発明に対して、種々の改変が可能であり、又は均等な実施形態に変更できる。従って、本発明の内容から逸脱しない限り、本発明に基づく実施形態に対する全ての改変、均等物への置換及び修飾は、本発明の範囲内にある。
＜実施例＞
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。
＜比較例＞
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。
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。
実施例の固体電解コンデンサ１と、比較例の固体電解コンデンサ１０１との性能比較を行った。その結果を表１に示す。なお、Tanδは、損失角の正接を示す。LCは、漏れ電流を示す。 ESRは、等価直列抵抗を示す。
表１に示すように、実施例の固体電解コンデンサ１では、比較例の固体電解コンデンサ１０１に比べると、静電容量が約２０％増加し、ＥＳＲの改善が確認され、本発明の有効性が明確に確認された。
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。
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。
１ 固体電解コンデンサ
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
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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