JP6944857B2 - コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、コンデンサに関し、特にリフロー工程により基板の表面に実装される面実装形のコンデンサに関するものである。

図７に示すように、従来の電解コンデンサ１として、リフロー工程により基板上に実装されるものがある。この電解コンデンサの製造工程では、高純度のアルミニウム箔にエッチング処理を施して表面積を拡大させる。そして、このアルミニウム箔に化成処理を施してコンデンサの誘電体となる酸化皮膜を形成させた陽極箔および陰極箔を製造する。この陽極箔および陰極箔（以下これらを総称して電極箔と呼ぶ）を、セパレータを介し、巻回するとともに、電極箔に電極を取り出すための引き出しリード線４を、針穴加締や超音波溶接等の方法を用いて接合してコンデンサ素子２を作製する。

続いて、このコンデンサ素子２に電解質を含浸させ、含浸後のコンデンサ素子２を、有底筒状の外装ケース３に収納する。この外装ケース３には、主としてアルミニウム製ケースが用いられる。

外装ケース３の開口端は、引き出しリード線４が挿通される挿通孔を備えた封口体５によって封止される。この封口体５としては、主にイソブチレン−イソプレンラバー（ＩＩＲ）やエチレンプロピレンターポリマー（ＥＰＴ）のような弾性ゴムが用いられる。

封口体５の引き出しリード線挿通孔は、引き出しリード線４を挿通させることによって、その隙間が密封される。

このように作製されたコンデンサ本体に、引き出しリード線４が挿通可能な挿通孔を備えた、樹脂等からなる座板６をコンデンサ本体の封口側に取り付け、座板に備えられている端子溝に沿って引き出しリード線４を折り曲げ、表面実装に対応できる形状とする。

上述のとおり、電解コンデンサ１は、その電解質としてγ−ブチロラクトンやエチレングリコール等を主溶媒とする電解液、またはポリチオフェン、ポリピロール等の固体電解質が用いられている。

また、電解コンデンサ１は、仕様・規格を超える温度、電圧、リプル電流などが印加されると、電解質の反応によるガスや液体の気化が発生し、外装ケース３の内部圧力が徐々に上昇して破裂するおそれがある。そのため、特許文献１に示されるように、電解コンデンサの外装ケースの底面に圧力弁を設けることで、外装ケースの内部圧力が弁作動圧まで達した場合、圧力弁が作動することで内部圧力を逃がし、電解コンデンサが破裂することを防止している。

特開２００３−３０９０４７号公報

ところで、電解コンデンサ１は、基板実装時にリフロー工程による表面実装が行われる。このリフロー工程では、スクリーンマスクを用いて基板ランドパターンにクリーム状のはんだを塗布し、電解コンデンサ１を含む他の面実装形の部品を搭載した状態で、基板自体をはんだ溶融温度以上の高温雰囲気中ではんだ付けを行う。

このリフロー工程においては、圧力弁が作動しない温度条件に設定されるものの、基板に搭載される電解コンデンサ１自体が高温雰囲気におかれることにより、内部に含まれる電解液または未重合の固体電解質や溶媒の気化が起こり、コンデンサ本体の内部圧力が上昇する。この内部圧力Ｐ（図８（ｂ）において矢印Ｐで表される圧力）の上昇により、図８（ｂ）に、電解コンデンサ１の外装ケース３および座板６のみを摸式的に示すように、封口体の変形が引き起こされ、これに起因する座板６の圧力による変形が起こる可能性があった。その結果、図７（ｂ）に示すように、引き出しリード線４が座板６の底面より浮き上がり、当該電解コンデンサ１の実装対象である基板との間において、はんだ付け不良を起こしてしまう問題があった。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、リフロー実装時の外装ケース内部圧力の上昇によるはんだ付け不良の発生を抑制し得るコンデンサを提供することを目的とするものである。

本発明のコンデンサは、陽極箔および陰極箔の各々に引き出しリード線が接続され、前記陽極箔および前記陰極箔がセパレータを介して巻回されてなるコンデンサ素子と、電解質を含浸した前記コンデンサ素子を収納する有底円筒形状の外装ケースと、前記外装ケースの開口端を封口するとともに前記コンデンサ素子に接続された前記引き出しリード線が挿通される挿通孔を有する封口体と、前記外装ケースの前記開口端側に取り付けられるとともに、前記引き出しリード線を支持する座板とを備え、前記外装ケースの筒形状部の高さ方向中央部の内周面には凹部が周方向に沿って形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、内部圧力の上昇に対して外装ケースの周側面部の変形をし易くすることにより、座板の変形を抑制して実装対象である基板との間のはんだ付け不良を未然に防止することができる。

また、本発明のコンデンサは、上記構成において、前記凹部は、前記外装ケースの筒形状部の内周面において、当該内周面の周方向に連続的に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、凹部が連続的に形成されていることにより、当該凹部が局所的に一カ所に形成される場合に比べて、外装ケースの内部圧力が一カ所に集中することを回避し、その結果、凹部に穴が開くことを避けつつ、筒形状部における周側面部の変形によって内部圧力の上昇を吸収することができる。

本発明のコンデンサによると、リフロー実装時の外装ケース内部圧力の上昇によるはんだ付け不良の発生を抑制し得る電解コンデンサを提供することができる。

本発明の実施形態に係る電解コンデンサの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るコンデンサ素子を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る凹部の構成を示す略線的斜視図である。 本発明の実施形態に係る凹部の構成を示す部分的断面図である。 本発明の実施形態の動作の説明に供する略線図である。 他の実施形態による凹部の構成を示す斜視図ある。 従来の電解コンデンサを示す断面図である。 従来の電解コンデンサの問題点の説明に供する略線図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。
図７との対応部分に同一符号を付して示す図１は、本実施形態の電解コンデンサ１０の部分的断面図を示し、図２は、当該電解コンデンサ１０のコンデンサ素子２を示す斜視図である。

図１および図２に示すように、本実施形態における電解コンデンサ１０は、アルミニウム箔に化成皮膜を形成した陽極箔７ａと陰極箔７ｂとに、電極取り出し用の引き出しリード線４を接続し、セパレータ７ｃを介して巻回したコンデンサ素子２と、電解液を含浸したコンデンサ素子２を収納する、有底筒状の金属製の外装ケース１３と、該外装ケース１３の開口端を封口すると共にコンデンサ素子２に接続した引き出しリード線４が挿通される挿通孔を有した弾性の封口体５とで形成されるコンデンサ本体と、樹脂により形成され、引き出しリード線４が挿通される挿通孔および引き出しリード線４が収納される端子溝を有した座板６とを取り付けて構成されている。

座板６は、座板６の挿通孔を挿通するリード線４を折り曲げて座板６の端子溝に収納することで固定される。
座板６に支持された引き出しリード線４は、その一部が座板６の下面から露出した状態に支持され、リフロー実装時にこの部分が実態対象である基板にはんだ付けされることになる。

外装ケース１３は、アルミニウムを素材として作製されたケースである。他方、封口体５は、イソブチレン−イソプレンラバー（ＩＩＲ）やエチレンプロピレンターポリマー（ＥＰＴ）のような弾性ゴムを素材として作製されている。

有底円筒形状でなる外装ケース１３の底部１３ａの内面には、圧力弁として作用する凹部８が形成されており、内部圧力の上昇に伴って当該凹部８が作動することで、内部圧力を外部に逃がすように構成されている。

また、図１および図３に示すように、外装ケース１３の筒形状部（周側面部１３ｂ）の内周面には、当該内周面全体（１周）に亘って周方向（矢印a方向）に連続する凹部１８が切削または押圧により形成されている。この凹部１８は、図４（ａ）に示すように、所定の深さＤおよび幅Ｗの断面形状が四角形形状で構成され、外装ケース１３の内周面を１周するように連続して形成されている。

外装ケース１３の周側面部１３ｂの高さ方向（コンデンサ素子２の巻回軸方向、矢印ｂ方向）の中央部は、凹部１８が形成されていることにより、当該凹部１８による変形しやすい薄肉部分を有することになる。これにより、外装ケース１３の内部圧力が上昇した場合に周側面部１３ｂが外側に向けて変形しやすくなっている。内部圧力と周側面部１３ｂの変形との関係は、外装ケース１３の大きさ（周側面部１３ｂの厚みを含む）および形状に対する、凹部１８の深さＤおよび幅Ｗによって決まるものであり、これらの寸法は、電解コンデンサ１０の大きさや形状、当該電解コンデンサ１０を基板に実装する際の温度等のリフロー条件によって決定される。

次に、本電解コンデンサの製造方法について説明する。
まず、高純度のアルミニウム箔にエッチング処理を施して表面積を拡大させておき、このアルミニウム箔に化成処理を施してコンデンサの誘電体となる酸化皮膜を形成した陽極箔、およびエッチング処理された陰極箔を作製する。この陽極箔および陰極箔（以下、この両者をあわせて「電極箔」と称する）に、針穴加締や超音波溶接等により引き出しリード線４を接合し、セパレータを介して巻回することによって、コンデンサ素子１を作製する。

続いて、このコンデンサ素子２に電解液を含浸し、含浸済みのコンデンサ素子２を外装ケース１３に収納する。その後、コンデンサ素子収納済みの外装ケース１３の開口端を封口体５によって封止する。

なお、封口体５の引き出しリード線挿通孔は、電極箔に接合された引き出しリード線４を挿通させることによって、その隙間が密封される。この段階でコンデンサ本体が完成する。

そして、コンデンサ本体から引き出された引き出しリード線４を座板６の挿入孔に挿入後、この挿入孔に連通する端子溝に沿って引き出しリード線４を折り曲げることによって、コンデンサ本体に座板６を固定し、表面実装に対応できる形状とする。

上記のようにして製造された電解コンデンサ１０は、基板実装時にリフロー工程による表面実装が行われる。このリフロー実装では、スクリーンマスクを用いて基板ランドパターンにクリームはんだを塗布し部品を搭載した状態で、基板自体をはんだ溶融温度以上の高温雰囲気にてはんだ付けを行う。

このリフロー工程においては、基板に搭載される電解コンデンサ自体が高温雰囲気におかれることにより、内部に含まれる電解液の気化が起こり、コンデンサ本体の内部圧力が上昇する。この内部圧力の上昇により外装ケース１３の変形が発生し得る。

外装ケース１３および座板６を図５に摸式的に示すように、電解コンデンサ１０（図５（ａ））の内部圧力が上昇すると（図５（ｂ））、外装ケース１３および封口体５（図１）には、図５（ｂ）において矢印Ｐで示す内部圧力がかかる。外装ケース１３は、有底円筒形状で形成され、開口端は、封口体５（図１）によって封止されており、当該内部圧力Ｐは、外装ケース１３の変形によって吸収されることになる。

ここで、外装ケース１３は円筒形状をなす周側面部１３ｂと平面状の底部１３ａと開口端に設けられた封口体５によって密封されていることにより、その内部圧力Ｐに対して、曲面構成の周側面部１３ｂは、平面構成の底部１３ａよりも基本的に強度が高く変形し難い形状となっているが、本実施形態の場合、周側面部１３ｂの内周面に凹部１８が周方向に沿って形成されていることにより、当該周側面部１３ｂは、この凹部１８が形成されている部分の厚みが小さくなっている分、凹部１８が形成されていない場合に比べて、変形し易い構成となっている。

この結果、図５（ｂ）に示すように、内部圧力Ｐによる変形は、外装ケース１３の周側面部１３ｂに発生し、封口体５（座板６）の変形が抑制され、電解コンデンサ１０の実装対象である基板とのはんだ付け不良が発生することを抑制することができる。

因みに、凹部１８は、外装ケース１３の内周側面を１周するように連続して形成されていることにより、例えば局所的に一カ所形成されている場合に比べて、凹部１８に内部圧力が集中して作用することを回避することができ、周側面部１３ｂに穴が開くことを避けつつ、内部圧力の上昇を当該周側面部１３ｂの変形によって吸収することができる。
また、凹部１８は、周側面部１３ｂの内周面側に形成されていることにより、外周面側に形成される場合に比べて、周側面部１３ｂに穴が開くことを抑制することもできる。

なお、本実施形態の外装ケース１３は、高さ１０．６ｍｍ、直径１０．０ｍｍ、壁面厚み０．２８ｍｍ、周側面部１３ｂに形成された凹部寸法は幅Ｗが０．３０ｍｍ、深さＤが０．２ｍｍとなっており（図４（ａ））、凹部１８は、これらの寸法や実装時のリフロー条件に応じてその大きさ、形状が決定される。なお、電解コンデンサ１０の大きさや形状は種々のものがあり、これに応じて、凹部１８は種々の寸法を適用することができる。

上述の実施形態においては、図４（ａ）に示したように、凹部１８として断面形状が四角形形状のものを形成する場合について述べたが、これに限られるものではなく、例えば、図４（ｂ）に示すように断面形状が半円形状のもの、または図４（ｃ）に示すように断面形状が三角形形状のものを形成する等、種々の形状の凹部を適用することができる。

また、上述の実施形態においては、外装ケース１３の周側面部１３ｂの内周面において全周に亘って連続する凹部１８を形成する場合について述べたが、これに限られるものではなく、例えば図６に示すように、凹部１８の構成として、周側面部１３ｂの内周面において断続する構成としてもよい。この構成においては、円周長に対する凹部１８を形成する合計を少なくとも半分以上にすることが好ましい。

また、上述の実施形態においては、本発明を電解コンデンサ１０に適用する場合について述べたが、これに限られるものではなく、電気二重層コンデンサ等、要は外装ケースの内部圧力が上昇するコンデンサに広く適用することができる。

１、１０ 電解コンデンサ
２ コンデンサ素子
３、１３ 外装ケース
１３ａ 底部
１３ｂ 周側面部
４ 引き出しリード線
５ 封口体
６ 座板
７ａ 陽極箔
７ｂ 陰極箔
７ｃ セパレータ
８、１８ 凹部

Claims (2)

1. 陽極箔および陰極箔の各々に引き出しリード線が接続され、前記陽極箔および前記陰極箔がセパレータを介して巻回されてなるコンデンサ素子と、
   電解質を含浸した前記コンデンサ素子を収納する有底円筒形状の外装ケースと、
   前記外装ケースの開口端を封口するとともに前記コンデンサ素子に接続された前記引き出しリード線が挿通される挿通孔を有する封口体と、
   前記外装ケースの前記開口端側に取り付けられるとともに、前記引き出しリード線を支持する座板とを備え、
   前記外装ケースの筒形状部の高さ方向中央部の内周面には凹部が周方向に沿って形成されていることを特徴とするコンデンサ。
2. 前記凹部は、前記外装ケースの筒形状部の内周面において、当該内周面の周方向に連続的に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。

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