JP5954404B2 - 固体電解コンデンサ - Google Patents
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Description
本発明は、チップ型の固体電解コンデンサに関するものである。
チップ型の固体電解コンデンサとして、例えば特許文献１に示されたようなタイプのものが知られている。
図６は特許文献１で開示された固体電解コンデンサの主要部の分解斜視図である。図６において、各コンデンサ素子２０の陽極部２２は弁作用金属基体であるアルミニウムで形成されていて、その表面がエッチングにより粗面化（拡面化）されている。この粗面化された弁作用金属基体に化成処理（陽極酸化）によって誘電体層が形成されている。そして、複数枚のコンデンサ素子２０の集合体を陰極接続部材４０および陽極接続部材３０に接合することにより、回路基板等への表面実装が可能な固体電解コンデンサが構成される。
前記陰極接続部材４０は支持部４２および支持部４２から立ち上がる陰極当接部４４を含む形状であり、陰極部２４は陰極接続部材４０に電気的に接続される。また、陽極接続部材３０は、スリット３６が形成された陽極当接部３４および支持部３２を含む形状であり、陽極当接部３４における陽極部２２が当接された側と反対側から、積層体６０のコンデンサ素子２０の積層方向に交差する方向に、スリット間部３８にレーザースポット３８ａが照射されて電気的に接続される。
一般に、表面実装用のチップ型固体電解コンデンサは外装樹脂で外装される。図６に示した例では、陰極接続部材４０に積層体６０を載置し、陽極接続部材３０を接続した後、樹脂モールドされる。
ところが、図６に示したように、断面Ｌ字型の陰極接続部材４０を備えた従来の固体電解コンデンサにおいては、積層体６０の端面の全体が陰極接続部材４０の当接部４４で覆われているので、外装樹脂からの応力が問題となる。すなわち、その固体電解コンデンサをプリント配線基板に実装する際の熱などによる拡張収縮に起因して、陰極接続部材４０の当接部４４と積層体６０との接合部に応力が掛かる。また、外装樹脂のモールド時にも陰極接続部材４０の当接部４４と積層体６０との接合部に応力が掛かる。これらの応力によって、積層体を構成するコンデンサ素子２０同士が剥離するという不具合が生じるおそれがある。
本発明は上記問題を課題と捉え、コンデンサ素子の積層体に加わる応力を抑制してコンデンサ素子同士の剥離などの不具合を解消した固体電解コンデンサを提供することを目的としている。
（１）本発明の固体電解コンデンサは、
弁作用金属基体の表面に誘電体層、導電性高分子層、陰極層のそれぞれが設けられたコンデンサ素子が複数積層された積層体を有し、
前記弁作用金属基体に導通する陽極導通材および前記陰極層に導通する陰極導通材を備え、
少なくとも前記積層体が外装樹脂で被覆された固体電解コンデンサにおいて、
少なくとも前記陰極導通材は、前記陰極層が当接する当接部に切欠部を有し、
前記切欠部に、前記積層体を構成する前記複数のコンデンサ素子同士を電気的に接続する導電部材が設けられていることを特徴としている。
弁作用金属基体の表面に誘電体層、導電性高分子層、陰極層のそれぞれが設けられたコンデンサ素子が複数積層された積層体を有し、
前記弁作用金属基体に導通する陽極導通材および前記陰極層に導通する陰極導通材を備え、
少なくとも前記積層体が外装樹脂で被覆された固体電解コンデンサにおいて、
少なくとも前記陰極導通材は、前記陰極層が当接する当接部に切欠部を有し、
前記切欠部に、前記積層体を構成する前記複数のコンデンサ素子同士を電気的に接続する導電部材が設けられていることを特徴としている。
（２）前記コンデンサ素子は矩形板形状、前記積層体は直方体形状であり、前記積層体の端面は前記陰極導通材に当接している。
（３）例えば、前記導電部材は導電性ペーストである。これにより、前記切欠部が陰極導通材に形成されていて、コンデンサ素子の陰極部同士を、または陰極部を、陰極導通材を介して電気的に接続する際にレーザースポット溶接を行わなくてもよいので、導電性高分子層の熱変性が避けられる。
（３）例えば、前記導電部材は導電性ペーストである。これにより、前記切欠部が陰極導通材に形成されていて、コンデンサ素子の陰極部同士を、または陰極部を、陰極導通材を介して電気的に接続する際にレーザースポット溶接を行わなくてもよいので、導電性高分子層の熱変性が避けられる。
（４）前記導電部材は前記陰極導通材に重なっていないことが好ましい。このことにより、陰極当接部の外側に被覆される外装樹脂の厚みが薄くなることがなく、外形寸法を大きくすることなく所定の強度が確保できる。
（５）前記陰極導通材が有する前記切欠部は、前記陰極導通材の折り曲げられた一部分であることが好ましい。この構造によれば、折り曲げた部分を外部端子として利用でき、切欠部の形成と外部端子との形成を同時に行える。
（６）前記陽極導通材は切欠部を有し、前記陽極導通材の前記切欠部は、前記陽極導通材の折り曲げられた一部分であることが好ましい。この構造によれば、折り曲げた部分を外部端子として利用でき、切欠部の形成と外部端子との形成を同時に行える。
（６）前記陽極導通材は切欠部を有し、前記陽極導通材の前記切欠部は、前記陽極導通材の折り曲げられた一部分であることが好ましい。この構造によれば、折り曲げた部分を外部端子として利用でき、切欠部の形成と外部端子との形成を同時に行える。
少なくとも陰極導通材はコンデンサ素子の積層体の端面の全面を覆っていないため、積層体の端面に掛かる外装樹脂からの応力が緩和され、積層体を構成するコンデンサ素子同士が剥離するという不具合を防止できる。
本発明の実施の形態である固体電解コンデンサについて各図を順に参照しながら説明する。
図１は固体電解コンデンサの陰極導通材８０、陽極導通材７０および外装樹脂５０の形状を示す斜視図である。但し、後に示すコンデンサ素子は図１では図示していない。また、陰極外部端子部８２および陽極外部端子部７２は、外装樹脂５０の外面に沿って折り曲げる前の状態を示している。
陰極導通材８０は、陰極当接部８１、陰極外部端子部８２および陰極支持部８３で構成されている。また、陽極導通材７０は、陽極当接部７１および陽極外部端子部７２で構成されている。陰極当接部８１には３つの切欠部８１Ｃが形成されている。これらの切欠部８１Ｃのうちの中央の切欠部は、陰極当接部８１から陰極外部端子部８２の一部として折り曲げた部分である。同様に、陽極当接部７１には３つの切欠部７１Ｃが形成されている。これらの切欠部７１Ｃのうち中央の切欠部は、陽極当接部７１から陽極外部端子部７２の一部として折り曲げた部分である。
図２（Ａ）は固体電解コンデンサ１０１の断面図、図２（Ｂ）は陰極当接部８１側から見た側面図である。但し、図２（Ｂ）において外装樹脂はその外形線のみ表している。
図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示す例では、陰極支持部８３に３つのコンデンサ素子１１を積層している。
各コンデンサ素子１１は、弁作用金属基体１の表面に誘電体層２、導電性高分子層３、カーボン層（陰極下地層）４、銀電極層（陰極最外層）５のそれぞれがこの順に形成されることによって構成されている。弁作用金属基体１が陽極であり、銀電極層５が陰極の最外層である。陰極支持部８３とコンデンサ素子１１との間、および各コンデンサ素子同士は素子接合材９を介して接合されている。
また、各コンデンサ素子１１の、誘電体層２が被覆された弁作用金属基体１の突出部にはスペーサ６が設けられている。
図２（Ｂ）に示すように、陰極当接部８１の切欠部８１Ｃに、コンデンサ素子１１の銀電極層同士を接続する導電部材８が設けられている。
図３は固体電解コンデンサの製造工程を示す図である。図３の左側の図は左側面図、右側の図は正面図である。先ず、図３において（１）（２）で示すように、陰極支持部８３上に素子接合材９を塗布し、１つのコンデンサ素子１１を載置する。その際、コンデンサ素子１１の端部を陰極当接部８１に当接させることで位置合わせを行う。但し、必ずしも当接させなくてもよい。同様に、（３）（４）で示すように、素子接合材９の塗布およびコンデンサ素子１１の載置を順次繰り返して、複数のコンデンサ素子１１を陰極支持部８３上に積層する。この素子接合材９は導電性または絶縁性の接合材であり、例えば銀ペーストや樹脂ペーストである。
その後、（５）に示すように、導電部材８となる銀ペーストをジェットディスペンサーのノズルヘッドから射出させて、コンデンサ素子１１の積層体に付着させ、その乾燥によって導電部材（銀電極）８を形成する。この導電部材８は積層された複数のコンデンサ素子１１の銀電極層５同士を電気的に接続する。ここで、銀ペーストの着弾位置は陰極当接部８１には重ならないようにすることが好ましい。そのため、陰極当接部８１の外側に被覆される外装樹脂の厚みが薄くなることがなく、外形寸法を大きくすることなく所定の強度が確保できる。
素子接合材９が絶縁性である場合には、全てのコンデンサ素子の銀電極層５が陰極当接部８１に当接していればよい。この場合でも、導電部材８が陰極当接部８１に重なっていなくても電気的導通は確保できる。
陽極導通材７０は、陰極導通材８０とともに治具に固定されていて、図３の（５）で示した次の工程で、陽極当接部７１をコンデンサ素子１１の弁作用金属基体の端部にレーザースポット溶接する。なお、導電性高分子層３（図２参照）は熱変性を避ける必要上、銀電極層５同士は、熱を伴わない方法で接合することが望ましい。
次に、コンデンサ素子１１の製造方法の例を示す。図４の（１）〜（６）は各工程での様子を示す図である。各工程の内容は次のとおりである。
（１）Al基材である弁作用金属基体１の表面に酸化アルミニウム（Al2O3：誘電体）膜である誘電体層２が形成された、例えば厚みが100μｍのAl箔１２を用意する。このAl箔１２はエッチングにより表面が多孔質化されたものであり、多孔質内の表面に数ｎｍ〜十数ｎｍオーダーの酸化アルミニウム膜が形成されている。なお、図４においては、図の明瞭化のために誘電体層（酸化アルミニウム膜）２の膜厚を弁作用金属基体（Al基材）１と同程度に描いているが、実際には、弁作用金属基体（Al基材）１の厚みは誘電体層（酸化アルミニウム膜）２の厚みより充分に大きい。
（２）Al箔１２の表面に金属のスペーサ６を溶接または貼付する。
（３）素子形状となるように、櫛歯状に打ち抜く（押し抜く）。
（４）Al箔１２と対極１３とをアジピン酸アンモニウム水溶液Ｌ１に浸漬し、Al箔１２を陽極、対極１３を陰極とし、３．５Ｖの電圧を印加する。すなわち陽極酸化により、Al箔１２の切断面を含むAl箔１２表面に酸化アルミニウム膜を形成する。
（５）Al箔１２を導電性高分子の原料溶液Ｌ２に浸漬し、導電性高分子膜を形成する。例えば、Al箔１２を、3,4-エチレンジオキシチオフェンを含むイソプロパノール溶液に浸漬した後に、過硫酸アンモニウムとアントラキノン-2-スルホン酸ナトリウムの混合溶液に浸漬する操作を２０回繰り返す。
（６）Al箔１２をカーボンペーストＣＰに浸漬し、乾燥させて厚さ３μｍのカーボン層を形成した後、銀ペースト槽に浸漬し、乾燥させて、厚さ２０μｍの銀電極層を形成する。なお、カーボン層と銀電極層はスクリーン印刷法やスプレー塗布法で形成してもよい。
その後、以上の工程で製造したコンデンサ素子１１を陰極支持部８３に直接搭載して、複数のコンデンサ素子１１を陰極支持部８３上に積層する。このことにより、１台の搭載機で組立が可能となる。すなわち、従来の組立工程のように、コンデンサ素子を治具等に一旦積層してから、その積層状態のコンデンサ素子を陰極支持部８３に搭載するといった工法では２台の搭載機が必要であるが、この実施形態によれば、１台の搭載機で組み立てることができ、コンデンサ素子の積層体の移し替えが不要であるので、低コスト化が図れる。
次に、複数のコンデンサ素子１１を組み立てて最終的な固体電解コンデンサを製造する方法の例を示す。図５の（１）〜（６）は各工程での様子を示す図である。各工程の内容は次のとおりである。ここで、（２）〜（４）の工程の詳細については図３に示したとおりである。
（１）図４の（６）の工程の後、レーザーや回転刃などでコンデンサ素子を切り出す。
（２）陰極導通材８０に素子接合材９を介しながらコンデンサ素子１１を積層する。
（３）コンデンサ素子１１の積層体の陰極側端面に導電部材８を塗布する。
（４）陽極導通材７０にレーザー光を照射して、陽極当接部７１をコンデンサ素子１１の弁作用金属基体の端部にレーザースポット溶接する。
（５）外装樹脂５０で封止する。露出した陰極外部端子部８２および陽極外部端子部７２は外装樹脂５０の表面に沿って折り曲げる。
なお、本発明は当然ながら以上に示した実施形態に限定されるものではなく、様々な態様を採ることができる。例えば陰極切欠部８１Ｃは３箇所に設ける形状に限らず、中央に１箇所だけ設けた形状や、左右に２箇所だけ設けた形状であってもよい。また、陰極切欠部８１Ｃは陰極支持部８３から垂直に延びた形状であるものに限らず、傾斜していてもよいし、外周から切り込んだ形状に限らず、開口形状であってもよい。
また、コンデンサ素子の積層数は３つに限らず必要な容量に応じて増減してもよい。
また、陰極外部端子部８２は陰極当接部８１や陰極支持部８３とは別体に形成して、溶接するようにしてもよい。
ＣＰ…カーボンペースト
Ｌ１…アジピン酸アンモニウム水溶液
Ｌ２…導電性高分子の原料溶液の原料溶液
１…弁作用金属基体
２…誘電体層
３…導電性高分子層
５…銀電極層
６…スペーサ
８…導電部材
９…素子接合材
１１…コンデンサ素子
１２…Al箔
１３…対極
５０…外装樹脂
６０…積層体
７０…陽極導通材
７１…陽極当接部
７１Ｃ…切欠部
７２…陽極外部端子部
８０…陰極導通材
８１…陰極当接部
８１Ｃ…陰極切欠部
８１Ｃ…切欠部
８２…陰極外部端子部
８３…陰極支持部
１０１…固体電解コンデンサ
Ｌ１…アジピン酸アンモニウム水溶液
Ｌ２…導電性高分子の原料溶液の原料溶液
１…弁作用金属基体
２…誘電体層
３…導電性高分子層
５…銀電極層
６…スペーサ
８…導電部材
９…素子接合材
１１…コンデンサ素子
１２…Al箔
１３…対極
５０…外装樹脂
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８３…陰極支持部
１０１…固体電解コンデンサ
Claims (6)
- 弁作用金属基体の表面に誘電体層、導電性高分子層、陰極層のそれぞれが設けられたコンデンサ素子が複数積層された積層体を有し、
前記弁作用金属基体に導通する陽極導通材および前記陰極層に導通する陰極導通材を備え、
少なくとも前記積層体が外装樹脂で被覆された固体電解コンデンサにおいて、
少なくとも前記陰極導通材は、前記陰極層が当接する当接部に切欠部を有し、
前記切欠部に、前記積層体を構成する前記複数のコンデンサ素子同士を電気的に接続する導電部材が設けられている固体電解コンデンサ。 - 前記コンデンサ素子は矩形板形状、前記積層体は直方体形状であり、前記積層体の端面は前記陰極導通材に当接している、請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記導電部材は導電性ペーストによるものである、請求項１または２に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記導電部材は前記陰極導通材に重なっていない、請求項１〜３のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
- 前記陰極導通材が有する前記切欠部は、前記陰極導通材の折り曲げられた一部分である、請求項１〜４のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
- 前記陽極導通材は切欠部を有し、
前記陽極導通材の前記切欠部は、前記陽極導通材の折り曲げられた一部分である、請求項１〜４のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
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