JP7045123B2 - 電解コンデンサ及び電解コンデンサの製造方法 - Google Patents
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Description
この固体電解コンデンサでは、陽極体を貫通するように棒状の金属部材が陽極体に埋設されており、金属部材の突出部分には端子用の金属部材が接合されている。
そのため、陽極と陰極の間の抵抗経路が長くなり、等価直列抵抗(ESR)が大きくなるという問題があった。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。以下に示す各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもない。なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を2つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
図1(a)は、本発明の第1実施形態に係る電解コンデンサを模式的に示す斜視図であり、図1(b)は電解コンデンサを構成するコンデンサ本体を模式的に示す斜視図であり、図1(c)は、図1(a)に示す電解コンデンサのA-A線断面図である。
図1(b)には電解コンデンサ1から陽極外部電極60と陰極外部電極70を除いたコンデンサ本体10を示しており、コンデンサ本体10においてそれぞれ互いに対向する第1の端面11及び第2の端面12、底面13及び上面14、並びに、第1の側面15及び第2の側面16の位置を示している。
コンデンサ本体10の底面13には基板40が設けられている。
また、図1(a)に示す電解コンデンサ1では、陰極外部電極70はコンデンサ本体10の第2の端面12に設けられており、さらに底面13、第1の側面15及び第2の側面16の一部に設けられている。
なお、陽極外部電極60、陰極外部電極70はそれぞれ第1の側面15及び第2の側面16の一部に設けられていなくてもよい。
円柱状とは、楕円形状や扁平形状、角柱の角部がアール面取りされた形状、角柱の稜線部分がアール面取りされた形状を含む。
コンデンサ本体10は、陽極線30が貫通しているコンデンサ素子20と、コンデンサ素子20を覆う封止材80とを含む。また、コンデンサ本体10の底面13には基板40が設けられている。
基板40は基板40の第1面41において導電性接着剤50によりコンデンサ素子20と接着されている。
陽極線30の第1の端部31はコンデンサ本体10の第1の端面11に露出しており、陽極線30の第1の端部31が陽極外部電極60と接続されている。
陽極線30の第2の端部32はコンデンサ素子20を貫通して封止材80と接触しており、陰極外部電極70とは絶縁されている。
図2を用いてコンデンサ素子20の構造を説明する。
図2は、コンデンサ素子の構造の一例を模式的に示す断面図である。
コンデンサ素子20は、陽極線30が貫通しており、陽極線30の周囲に弁作用金属からなる多孔質部21と、多孔質部21の細孔の表面に形成された誘電体層(図示せず)と、誘電体層上に設けられた陰極層26を備える。
多孔質部は弁作用金属の粉末を成形、焼結して作製された多孔質の焼結体であることが好ましい。また、陽極線を構成する金属のエッチング層であってもよい。
また、陽極線が金属アルミニウム線であり、多孔質部がアルミニウム線の表面に形成されたエッチング層であり、誘電体層がアルミニウム線の表面の酸化皮膜(酸化アルミニウム)である組合せが挙げられる。陽極線が金属アルミニウム線である場合、多孔質部の端部を除去することにより陽極線を露出させ、コンデンサ素子を陽極線が貫通するようにすることが好ましい。
また、多孔質部の端部を除去することにより露出させた陽極線の周囲の第1の端部以外の部位に絶縁部を設けてもよい。
また、多孔質部の端部を除去せずに、多孔質部に絶縁樹脂を浸みこませることによって誘電体層上に絶縁樹脂を形成して、絶縁部を設けてもよい。
電解質層として固体電解質層を用いた電解コンデンサは、固体電解コンデンサであるといえる。
また、陰極外部電極はコンデンサ本体の底面とコンデンサ本体の第2の端面に連続して設けられていることが好ましい。
また、陰極外部電極については、陰極層がコンデンサの底面に引き出されており、リードフレームを用いた引き出しに比べて陰極外部電極への引出経路は短い。
陽極外部電極と陰極外部電極のいずれについても外部電極への引出経路が短いため、等価直列インダクタンス(ESL)の小さい電解コンデンサとなる。
図3は、本発明の第2実施形態に係る電解コンデンサを模式的に示す断面図である。
図3に示す電解コンデンサ2は、陰極外部電極70が、コンデンサ本体10の底面13と第2の端面12に連続して設けられており、さらにコンデンサ本体10の上面14にも連続して設けられている。
また、陽極外部電極60も、コンデンサ本体10の底面13と第1の端面11に連続して設けられており、さらにコンデンサ本体10の上面14にも連続して設けられている。
図4(a)は、本発明の第3実施形態に係る電解コンデンサを模式的に示す断面図であり、図4(b)は、本発明の第3実施形態に係る電解コンデンサの上面図である。
図4(a)及び図4(b)に示す電解コンデンサ3では、封止材が2種類以上の封止樹脂からなり、2種類以上の封止樹脂の違いを視認可能であり、封止材を視認することによる極性判別が可能である。
コンデンサ本体10の上面14で第2の封止樹脂82が露出している位置が陰極外部電極70の近傍であるので、コンデンサ本体10の上面14から第2の封止樹脂82の位置を視認することにより陰極外部電極70がコンデンサ本体10のどちらの端面に設けられているかを判別することができる。すなわち、電解コンデンサの極性判別をすることができる。
後述する本発明の電解コンデンサの製造方法の一例において好ましい製造方法を採用すると、陽極線30の第2の端部32が第2の封止樹脂82と接するようになる。
第2の封止樹脂82は絶縁性の樹脂とすることができるので、陽極線30と陰極外部電極70の間を絶縁することができる。
まず、第1の封止樹脂と第2の封止樹脂の樹脂種を異ならせる方法が挙げられる。樹脂種が異なると第1の封止樹脂と第2の封止樹脂の屈折率が異なることに起因して第1の封止樹脂と第2の封止樹脂の境界を視認することができる。
例えば、コンデンサ素子の大部分を覆う主樹脂である第1の封止樹脂としてエポキシ樹脂を使用し、第1の封止樹脂と異なる樹脂である第2の封止樹脂としてフェノール樹脂を使用することが好ましい。
また、第1の封止樹脂と第2の封止樹脂の熱膨張係数が近いことが好ましく、2種類の樹脂の熱膨張係数の差が100ppm/K以下であることが好ましい。
封止樹脂に着色剤やフィラーを含有させる場合は、第1の封止樹脂と第2の封止樹脂の樹脂種を同じにしてもよい。着色剤により付与された色の違いや、フィラーの含有の有無に起因する外観の違いにより第1の封止樹脂と第2の封止樹脂の違いを視認可能とすることができる。
封止樹脂に含有させるフィラーとしては、シリカ、アルミナ、カーボン等が挙げられる。
また、第2実施形態に係る電解コンデンサのように陰極外部電極及び/又は陽極外部電極がコンデンサ本体の上面に設けられている場合は、コンデンサ本体の上面において第2の封止樹脂が陰極外部電極及び/又は陽極外部電極によって隠れない位置になるように第2の封止樹脂の形成位置及び外部電極の形成位置を調整して、第2の封止樹脂を視認可能なようにする。
また、第2の封止樹脂の形成位置は、陰極外部電極の近傍に限定されるものではなく、陽極外部電極の近傍に形成するようにしてもよい。また、コンデンサ本体の側面、端面又は底面において第2の封止樹脂が露出して第2の封止樹脂の位置を視認することができる位置に第2の封止樹脂が形成されていてもよい。
図5(a)は、本発明の第4実施形態に係る電解コンデンサを模式的に示す断面図であり、図5(b)は、本発明の第4実施形態に係る電解コンデンサの上面図である。
図5(a)及び図5(b)に示す電解コンデンサ4では、第3実施形態の電解コンデンサと同様に、封止材が2種類以上の封止樹脂からなり、2種類以上の封止樹脂の違いを視認可能であり、封止材を視認することによる極性判別が可能である。
図5(b)に示すように、上面視において第2の封止樹脂82は第1の封止樹脂81に挟まれた位置に設けられている。
また、第2の封止樹脂82がコンデンサ本体10の第2の端面12側で、陽極線30の第2の端部32と接している。
図6は、本発明の第5実施形態に係る電解コンデンサを模式的に示す断面図である。
図6に示す電解コンデンサ5は、コンデンサ本体の底面側に設けられる基板として金属板をパターン加工した金属基板140を備えている。
この場合、封止樹脂81がコンデンサ本体10の底面となる。
金属基板140の第1面141は導電性接着剤50を介して陰極層26と電気的に接続されており、金属基板140の第2面142に陰極外部電極70が設けられる。
このようにしてコンデンサ素子20の下側の陰極層26が陰極外部電極70と電気的に接続される。
図7は、本発明の第6実施形態に係る電解コンデンサを構成するコンデンサ素子の構造の一例を模式的に示す断面図である。
第6実施形態の電解コンデンサは、コンデンサ素子の構造が異なる他は第1実施形態の電解コンデンサと同様にすることができる。
そのため、コンデンサ素子の構造につき以下に説明する。
陽極線30の第2の端部32の表面には、固体電解質層22と、固体電解質層22の表面に設けられた導電層25(カーボン層23と銀層24の2層構造)を有している。
なお、図7に示すコンデンサ素子においても多孔質部を陽極線が貫通していることから、このような形態も陽極線はコンデンサ素子を貫通しているとみなす。
以下に、本発明の電解コンデンサを製造することができる、本発明の電解コンデンサの製造方法について説明する。
本発明の電解コンデンサの製造方法は、陽極線が貫通しており、誘電体層及び上記誘電体層上に設けられた陰極層を備えるコンデンサ素子を準備する工程と、上記コンデンサ素子の上記陰極層を基板の第1面に搭載する工程と、上記陽極線及び上記コンデンサ素子を第1の封止樹脂を含む封止材で封止する工程と、上記陽極線の第1の端部が露出するように上記封止材及び上記陽極線を切断し、切断面をコンデンサ本体の第1の端面とする工程と、上記コンデンサ本体の第1の端面に陽極外部電極を形成し、上記基板の第2面に陰極外部電極を形成する工程と、を行うことを特徴とする。
以下には、陽極線を切断した切断面に第2の封止樹脂を充填する工程を含む電解コンデンサの製造方法について説明する。この工程で得られる電解コンデンサは、図4(a)及び図4(b)に示す電解コンデンサであり、封止材が2種類以上の封止樹脂からなり、2種類以上の封止樹脂の違いを視認可能であり、封止材を視認することによる極性判別が可能である。
まず、陽極線が貫通しており、誘電体層及び上記誘電体層上に設けられた陰極層を備えるコンデンサ素子を準備する。
図8(a)には、陽極線30が貫通しており、誘電体層及び誘電体層上に設けられた陰極層を備えるコンデンサ素子20を示している。
弁作用金属基体として、陽極線としての線状の導体(例えば金属タンタル線)の周囲に多孔質部を複数箇所に設けた部材を作製する。多孔質部はタンタル、アルミニウム、ニオブ等の弁作用金属の粉末を成形、焼結して作製された多孔質の焼結体であることが好ましい。
多孔質部に陽極酸化処理を行い、多孔質部の表面に酸化皮膜からなる誘電体層を形成する。
続いて、誘電体層上に固体電解質層、カーボン層及び銀層を形成して陰極層を形成する。
図8(a)には、陽極線30の3カ所にコンデンサ素子20を設けた様子を示している。
コンデンサ素子20の陰極層と基板40の第1面41の間には導電性接着剤50を設けて、導電性接着剤50によりコンデンサ素子20の陰極層と基板40の第1面41を接着する。
基板40を銅張り両面基板、スルーホール基板等の基板とすると、基板40の第1面41から基板40の第2面42に陰極層を引き出すことができる。
そして、必要に応じて第1の封止樹脂の乾燥、硬化を行う。
切断は、各コンデンサ素子20の間で行い、コンデンサ素子20は切断しない。
この切断により陽極線30の第1の端部31が露出するともいえるが、一方で隣接するコンデンサ素子20についてみると陽極線30の第2の端部32を露出させるともいえる。
切断は陽極線30を切断するところまで行い、陽極線30の下(基板40側)の封止材(第1の封止樹脂81)の途中で止めるようにする。そのため、基板40はコンデンサ素子20ごとに切断されない。
また、切断の際にはある程度幅のあるブレードを用いたダイシング加工による切断を行うことが好ましく、ブレードの幅に対応してコンデンサ素子20の間に溝が形成される。
この位置に第2の封止樹脂82を充填することにより、第2の封止樹脂82が陽極線30の第2の端部32と接することになる。
そして、切断面であるコンデンサ本体の第1の端面11には陽極線30の第1の端部31が露出する。
図9(b)における切断では第2の封止樹脂82を含む面(切断面の左側)で切断しているので、
コンデンサ本体10の第2の端面12において第2の封止樹脂82が露出している。
コンデンサ本体10の第1の端面11には陽極線の第1の端部が露出しているので、ここに外部電極を形成することで陽極外部電極60とすることができる。
コンデンサ本体10の底面13である基板40の第2面42には陰極層が引き出されているので、ここに外部電極を形成することで陰極外部電極70とすることができる。
以上の工程により、電解コンデンサ(図4(a)に示す電解コンデンサ3)を製造することができる。
また、陽極外部電極をコンデンサ本体の底面に連続して設けることが好ましい。また、コンデンサ本体の上面にまで連続して設けることも好ましい。
この場合、陽極線の第1の端部及び第2の端部が共に覆われるように陽極線及びコンデンサ素子を封止樹脂を含む封止材で封止する。
そして、陽極線の第1の端部側だけ、封止材及び陽極線を切断して陽極線の第1の端部を露出させる。陽極線の第2の端部は封止材で覆われたままとする。
この状態で陽極線の第1の端部側に陽極外部電極を形成し、コンデンサ本体の底面と陽極線の第2の端部側の封止材上に陰極外部電極を形成することによって、電解コンデンサを製造することができる。上記工程で製造される電解コンデンサは図1(c)に示す電解コンデンサ1となる。また、コンデンサ本体の上面にさらに外部電極を形成することにより、図3に示す電解コンデンサ2を製造することができる。
また、コンデンサ素子の作製以後、陽極線の第2の端部側での切断を行わないようにすることで、コンデンサ素子の作製時に陽極線の第2の端部の表面に形成された陰極層がそのまま残った形のコンデンサ素子(図7に示すコンデンサ素子120)を含む電解コンデンサを得ることができる。
10 コンデンサ本体
11 第1の端面
12 第2の端面
13 底面
14 上面
15 第1の側面
16 第2の側面
20、120 コンデンサ素子
21 多孔質部
22 固体電解質層
23 カーボン層
24 銀層
25 導電層
26 陰極層
30 陽極線
31 陽極線の第1の端部
32 陽極線の第2の端部
40 基板
41 基板の第1面
42 基板の第2面
50 導電性接着剤
60 陽極外部電極
70 陰極外部電極
80 封止樹脂(封止材)
81 第1の封止樹脂
82 第2の封止樹脂
140 金属基板
141 金属基板の第1面
142 金属基板の第2面
182 切断により形成された溝
Claims (11)
- 互いに対向する第1の端面及び第2の端面と、前記第1の端面及び前記第2の端面に隣り合う底面とを有し、
陽極線が貫通しており、誘電体層及び前記誘電体層上に設けられた陰極層を備えるコンデンサ素子と、
前記コンデンサ素子を覆う封止材と、
を含むコンデンサ本体を備える電解コンデンサであって、
前記コンデンサ素子が、弁作用金属からなる多孔質部と、前記多孔質部の表面に形成された前記誘電体層と、前記誘電体層上に設けられた前記陰極層とを備え、
前記陰極層は、前記誘電体層上に設けられた固体電解質層と、前記固体電解質層の表面に設けられた導電層と、を有し、
前記陽極線の第1の端部は前記コンデンサ本体の前記第1の端面に露出しており、前記コンデンサ本体の前記第1の端面には陽極外部電極が設けられ、前記陽極外部電極は前記陽極線の前記第1の端部と接続されており、
前記陽極線の第2の端部は、前記コンデンサ素子から前記コンデンサ本体の前記第2の端面側に突出しており、前記コンデンサ素子から前記陽極線が前記コンデンサ本体の前記第2の端面側で突出した部分において、前記陽極線の表面には前記固体電解質層及び前記導電層が設けられておらず、
前記陰極層が前記コンデンサ本体の底面に電気的に引き出されており、前記コンデンサ本体の底面には陰極外部電極が設けられ、前記陰極外部電極は前記陰極層と電気的に接続されていることを特徴とする電解コンデンサ。 - 前記コンデンサ本体の底面には基板が設けられており、前記コンデンサ素子の前記陰極層が導電性接着剤で前記基板の第1面に接着され、前記基板の第2面に前記陰極外部電極が設けられ、前記基板を介して前記陰極層と前記陰極外部電極が電気的に接続されている請求項1に記載の電解コンデンサ。
- 前記陰極外部電極が、前記コンデンサ本体の前記底面と前記第2の端面に連続して設けられている請求項1又は2に記載の電解コンデンサ。
- 前記陰極外部電極が、さらに、前記コンデンサ本体の前記底面と対向する上面にも連続して設けられている請求項3に記載の電解コンデンサ。
- 前記陽極外部電極が、前記コンデンサ本体の前記底面、前記第1の端面、前記底面と対向する上面に連続して設けられている請求項1~4のいずれかに記載の電解コンデンサ。
- 前記陽極線が金属アルミニウム線であり、前記多孔質部が、前記金属アルミニウム線の表面に形成されたエッチング層であり、前記誘電体層が前記金属アルミニウム線の表面の酸化皮膜である、請求項1~5のいずれかに記載の電解コンデンサ。
- 前記封止材が、2種類以上の封止樹脂からなり、2種類以上の封止樹脂の違いを視認可能であり、前記封止材を視認することによる極性判別が可能である請求項1~6のいずれかに記載の電解コンデンサ。
- 前記2種類以上の封止樹脂が、前記コンデンサ素子の大部分を覆う主樹脂である第1の封止樹脂と、前記第1の封止樹脂と異なる樹脂である第2の封止樹脂とからなり、前記コンデンサ本体の前記底面と対向する上面において前記第2の封止樹脂が露出している請求項7に記載の電解コンデンサ。
- 前記2種類以上の封止樹脂が、前記コンデンサ素子の大部分を覆う主樹脂である第1の封止樹脂と、前記第1の封止樹脂と異なる樹脂である第2の封止樹脂とからなり、前記第2の封止樹脂が前記コンデンサ本体の前記第2の端面側で、前記陽極線の第2の端部と接している請求項7又は8に記載の電解コンデンサ。
- 前記2種類以上の封止樹脂が、前記コンデンサ素子の大部分を覆う主樹脂である第1の封止樹脂と、前記第1の封止樹脂と異なる樹脂である第2の封止樹脂とからなり、前記コンデンサ本体の前記第2の端面において前記第2の封止樹脂が露出している請求項7~9のいずれかに記載の電解コンデンサ。
- 陽極線が貫通しており、誘電体層及び前記誘電体層上に設けられた陰極層を備えるコンデンサ素子を準備する工程と、
前記コンデンサ素子の前記陰極層を基板の第1面に搭載する工程と、
前記陽極線及び前記コンデンサ素子を第1の封止樹脂を含む封止材で封止する工程と、
前記陽極線の第1の端部が露出するように前記封止材及び前記陽極線を切断し、切断面をコンデンサ本体の第1の端面とする工程と、
前記コンデンサ本体の第1の端面に陽極外部電極を形成し、前記基板の第2面に陰極外部電極を形成する工程と、を行う電解コンデンサの製造方法であって、
前記陽極線の第2の端部が露出するように前記封止材及び前記陽極線を切断し、切断面に第2の封止樹脂を充填する工程を行うことを特徴とする電解コンデンサの製造方法。
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