JPS6046818B2 - 電子部品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子部品に関し、特に固体電解コンデンサにお
ける電極引出し層の改良に関するものである。

一般に、この種固体電解コンデンサは例えば第１図に示
すように、タンタル、ニオブ、アルミニウムなとのよう
に弁作用を有する金属粉末を円柱状に加圧成形し焼結し
てなるコンデンサエレメントＡに予め弁作用を有する金
属線を陽極リードＢとして植立し、この陽極リードＢの
コンデンサエレメントＡからの突出部分にＬ形に屈曲さ
れた第１の外部リード部材Ｃを溶接すると共に、ストレ
ート状の第２の外部リード部材Ｄを、コンデンサエレメ
ントＡの周面に酸化層、半導体層、グラファイト層を介
して形成された電極引出し層Ｅに半田部材Ｆを用いて接
続し、然る後、コンデンサエレメントＡの全周面を樹脂
材Ｇにて被覆して構成されている。

ところで、コンデンサエレメントＡにおける電極引出し
層Ｅはグラファイト層が半田部材Ｆに対して殆んど濡れ
性を示さず、第２の外部リード部材Ｄのグラファイト層
への半田付けが不可能に近いことに鑑み、グラファイト
層に対する電気的、機械的な接続性に優れ、かつ半田部
材Ｆに対する濡れ性にも優れている導電部材にて形成さ
れている。

この導電部材は平均粒径が２〜３μの銀粉及び樹脂を含
み、かつ全体に占める銀粉の割合を７腫量％に設定して
構成されている。

尚、導電部材は通常、銀粉、無機質材、樹脂及び溶剤よ
りなる導電性懸濁液として構成されており、電極引出し
層Ｅはこの導電性懸濁液にコンデンサエレメントＡを浸
漬し引上げた後、１５０℃程度に加熱することによつて
形成される。そして、銀粉は樹脂の熱硬化によつてコン
デンサエレメントＡの周面に固定Ｊされると共に、銀粉
相互及びグラファイト層との電気的な接続が良好に保た
れる。ところで、この電極引出し層Ｅへの第２の外部リ
ード部材Ｄの半田付けは電極引出し層Ｅに第２の外部リ
ード部材Ｄを当接させた状態でコンデン丁サエレメント
Ａを２５０℃程度の温度にコントロールされた溶融半田
槽に浸漬し引上げることによつて行われているのである
が、コンデンサエレメントＡの溶融半田槽への浸漬時に
電極引出し層Ｅにおける銀が半田部材に喰われるという
現象（銀の半田部材との合金化現象）が生する。

この現象は電極引出し層Ｅの溶融半田と接触する外表面
から生じ、時間の経過と共にグラファイト層側に移行し
ていくものである。このように電極引出し層Ｅにおける
銀の半田部材による喰われ現象がグラファイト層との界
面にまで達した場合、その到達部分では銀の半田部材化
によつてグラファイト層に対する濡れ性が損なわれるの
みならず、グラファイト層に対して良好な接触が得られ
ないことに関連して接触抵抗が増加するようになる。

このために、誘電体損失、インピーダンスなどのコンデ
ンサ特性が著しく損なわれる。

例えばタンタル粉末を３．０ｆ′×４Ｔｆ＄Ｌの円柱状
に加圧成形し焼結してなる３Ｖ１００μＦ用のコンデン
サエレメントにおいては１２０Ｈｚ時の誘電体損失が、
通常４％前後てあるものが１０％を越えるものも発生す
るようになるのみならず、バラツキも大きくなる。しか
も、コンデンサエレメントＡの全周面は熱硬化性の樹脂
材Ｇにて被覆されているのであるが、それの熱硬化時に
電極引出し層Ｅ１グラファイト層、半導体層などにスト
レスが作用する。特に銀の喰われ現象が電極引出し層Ｅ
とグラファイト層との界面にまで進んでいたり、或いは
銀の厚みが極めて薄くなつていたりする楊合には上述の
ストレスによつて電極引出し層Ｅとグラファイト層との
間或いはグラファイト層と半導体層との間に局部的な、
極端な場合には広い面積に亘つて剥．離が生じることが
ある。このような剥離が生じると、最終的に電極引出し
層Ｅとグラファイト層との接触抵抗は著しく増加するこ
ととなり、上述のように誘電体損失、インピーダンスな
どのコンデンサ特性が著しく損な３われるのみならず、
製造工程における特性変動が大きくなつて充分な工程管
理を行い難いという問題がある。

例えば、上述の３Ｖ１００μＦ用のコンデンサエレメン
トにあつては電極引出し層形成後における４１２０Ｈｚ
時の誘電体損失が１０％（通常４％前後）以上にまで増
加したりする。

このために、工程不良が電極引出し層形成直後てはせい
ぜい１％程度てあるものが、樹脂外装後では５０％にま
で達することがあつて、工程管理が極めて困難になる。
従つて、従来においてはかかる問題を解決するために、
コンデンサエレメントＡにおける電極引出し層Ｅはその
被覆厚さが厚くなるように構成されている。例えば上述
の３Ｖ１００ｐＦ用のコンデンサエレメントにおける導
電部材の付着重量と１ＫＨｚにおける誘電体損失との関
係を第３図に示す。図において、黒点は１０（１）個の
平均値を、黒点を通つて上下に延びる直線はバラツキを
示している。フこの図より明らかなように、導電部材の
付着重量が３８０μｙ／Ｒｎｌｔ以上では誘電体損失は
勿論のこと、バラツキも小さくなつているものの、３８
０μｙ／Ｔｎ！ｔ未満ではいずれもが大きくなつている
。それ故に、電極引出し層Ｅにおける導電部材の付着・
重量は３８０μｙ／ｉ以上と厚く設定されている。この
構成によれば、第２の外部リード部材Ｄの半田付け時に
電極引出し層Ｅの表層部において銀の半田部材による喰
われ現象が生ずるものの、グラファイト層への到達を阻
止できるのみならず、・銀の充分な厚みをも確保できる
。このために、製造工程における諸要因の影響を極力軽
減できる上、電極引出し層Ｅのグラファイト層に対する
良好な電気的接続性が得られることに基づいて例えば１
２０Ｈｚ時の誘電体損失を通常の４％程度より３％程度
に改善できるものである。しかし乍ら、電極引出し層Ｅ
は上述のように、それ自身の厚みが増加することによつ
て銀粉の使用量も大巾に増加するために、近時の貴金属
粉末の高騰と相俟つてコンデンサのコストが著しく高く
なるという問題がある。

本発明はこのような点に鑑み、電極引出し層を構成する
導電部材に占める銀量の減少によつてコストダウンを計
つても、銀の半田部材による喰われ現象に起因する特性
への影響を最小限に抑えることのできる電子部品を提供
するもので、以下固体電解コンデンサへの適用例につい
て説明する。

第２図において、１は弁作用を有する金属部材にて構成
されたコンデンサエレメント（部品本体）てあつて、例
えは弁作用を有する金属粉末を円柱状に加圧成形し焼結
して形成されている。そして、このコンデンサエレメン
ト１の周面には化成処理によつて誘電体層としての酸化
層、二酸化マンガンなどの半導体層、グラファイト！が
順次に形成されている。又、コンデンサエレメント１の
中心には金属粉末の加圧成形に先立つて、弁作用を有す
る金属線が陽極リード２として植立されている。尚、陽
極リード２は酸化層の形成に先立つて、コンデンサエレ
メント１の周面に溶接して導出することもできる。そし
て、このコンデンサエレメント１におけるグラファイト
層上には銀粉、錫粉及ひ樹脂を含む導電部材にて第１の
電極引出し層３が形成されており、導電部材における銀
粉及び錫粉の合計量に占める錫粉の割合は４０〜８５重
量％に設定されている。この第１の電極引出し層３上に
はさらに銀粉、錫粉及び樹脂を含む導電部材にて第２の
電極引出し層４が重合して形成されており、この導電部
材における銀粉及び錫粉の合計量に占める錫粉の割合は
銀粉の比率が高くなるように３５重量％以下に設定され
ている。尚、これらの電極引出し層３，４は例えば銀粉
、錫粉、無機質材及び溶剤よりなる導電性懸濁液にコン
デンサエレメント１を浸漬し引上げた後、加熱処理する
ことによつて形成される。一方、コンデンサエレメント
１より導出された陽極リード２には半田付け性に優れた
金属部材にてＬ形に屈曲して形成された第１の外部リー
ド部材５が、それの屈曲部５ａが陽極リード２の突出部
分２ａに交叉するように重合した上で溶接されている。
又、コンデンサエレメント１の第２の電極引出し層４上
には半田付け性に優れた金属部材にてストレート状に形
成された第２の外部リード部材６が半田部材７によつて
接続されている。尚、第２の外部リード部材６の第２の
電極引出し層４への半田付けは例えば第２の外部リード
部材６の一端を第２の電極引出し層４の外表面に当接さ
せた状態で、コンデンサエレメント１と共に２５０℃前
後の温度にコントロールされた溶融半田槽に浸漬し引上
げることによつて行われる。さらにこのコンデンサエレ
メント１の全周面はエポキシ樹脂、フェノール樹脂など
の樹脂材８によつて簡易外装されている。この外装はモ
ールド法による他、浸漬法、粉体塗装法など適宜の方法
によつて行うことができる。このようにコンデンサエレ
メント１における電電極引出し層は第１、第２の電極引
出し層３，４にて構成されているので、第２の電極引出
し層４に第２の外部リード部材６を半田付けする際に、
第２の電極引出し層４の表層部に銀の半田部材による喰
われ現象が生じるものの、第１の電極引出し層３によつ
てそれのグラファイト層への到達が阻止される。

従つて、第１の電極引出し層３のグラファイト層に対す
る電気的接続は良好に保つことができ、所望のコンデン
サ特性を得ることができる上、工程変動をも抑えること
ができる。特に、第１の電極引出し層３はコンデンサエ
レメント１のグラファイト層と第２の電極引出し層４と
の間に配置される関係で、グラファイト層及び第２の電
極引出し層４に対して電気的に良好に接続できれば、半
田付け性は要求されない。特にグラファイト層の抵抗は
２０Ω−Ｇ程度と大きいので、第１の電極引出し層自身
の抵抗も銀粉を主体にした導電部材ほど低い値は要求さ
れない。例えば銀粉及び樹脂にさらに錫粉を、銀粉及び
錫粉の合計量に占める錫粉の割合（以下錫含量という）
が４０〜８５重量％になるように混入した導電部材にて
第１の電極引出し層３を構成すれば、１×１０−４〜２
．０×１０−１Ω−Ｇ程度の導電性が得られる。従つて
、第１の電極引出し層３はグラファイト層、第２の電極
引出し層４に対し充分の電気的接続性を得ることができ
るのみならず、銀の使用量の減少によつてコストをも有
効に低減できる。ところで、第１、第２の電極引出し層
３，４における錫含量は導電部材の比抵抗、半田部材に
対する濡れ性、コンデンサ特性などに重大な影響を与え
るものであつて、以下これらとの関係について、タンタ
ル粉末を３．０ｆ×４ＴｍＬの円柱状に加圧成形し焼結
してなる３Ｖ１００ｐＦ用のコンデンサエｌレメントを
用いた場合の測定結果に基づいて説明する。第４図は錫
含量と導電部材の比抵抗との関係を示す。

図より明らかなように比抵抗は錫含量の増加と共に増加
しており、６唾量％位より急激に増：加している。そし
て、８５重量％では２．０×１０−１Ω一Ｇの比抵抗を
示している。ところで、第１の電極引出し層の比抵抗と
してはこれに接触するグラファイト層の比抵抗が２０Ω
−ｄと大きいので、従来の銀粉を主体とする導電冫部材
にて構成された電極引出し層のように１×１０−５〜２
×１０−５Ω−α程度までは要求されない。

しかし乍ら、錫含量によつて比抵抗にかなりの巾がある
ことから、グラファイト層に対する接触抵抗も異り、誘
電体損失、インピーダンス特性に何らかの影響があるも
のと予想されると同時に、電極引出し層として好適する
錫含量の範囲も存在すると考えられる。従つて、この点
に関し、誘電体損失特性によつて検討した処、第５図Ａ
，ｂに示す結果が得られた。

同図ａは１２０Ｈｚ１同図ｂは１ＫＨｚにおける錫含量
に対する誘電体損失の変化状態を示す特性図であつて、
図における黒点はその平均値を、黒点を通つて上下に延
びる直線はバラツキの大きさを示している。これらの図
より明らかなように、誘電体損失は錫含量が４０〜７０
重量％の範囲で１２０Ｈｚでは３％、１ＫＨｚでは１９
％とほぼ最低値を示し、バラツキも小さくなつている。

その範囲外では平均値、バラツキ共に増加している。特
に錫含量が８５重量％を越えると、誘電体損失は勿論の
こと、そのバラツキも急激に増加しており、又、錫含量
がＯ重量％近傍ても同様に増加している。この原因とし
ては次のことが考えられる。

即ち、第１の電極引出し層の錫含量が４呼量％未満の場
合には第２の外部リード部材の半田付け時における銀の
喰われ現象が深厚部ないしグラファイト層にまで達し易
くなる。このために、第１の電極引出し層とグラファイ
ト層との間には外装樹脂材からのストレスに対する緩衝
作用の低下によつて剥離などが生じるためと考えられる
。又、錫含量が８５重量％を越える場合には第４図に示
すように、それの比抵抗が２．０×１０−１Ω−Ｃｍよ
り大きくなるために、グラファイト層との接触抵抗が増
加することによると考えられる。従つて、第１の電極引
出し層における錫含量は経済性をも加味すれば、４０〜
８５重量％の範囲に設定することが望ましい。又、誘電
体損失は上述のように第１の電極引出し層の錫含量に影
響されるのみならず、それを構．成する導電部材の付着
重量にも影響されるものと予想される。

第６図は第１の電極引出し層における導電部材の付着重
量と１ＫＨｚにおける誘電体損失との関係を示すもので
あつて、第１の電極引出し層の錫含量は７１重量％に、
第２の電極引出し層・の付着重量は１９３μｙ／Ｔ！７
！ｔ（錫含量０重量％）に固定されている。同図より明
らかなように、誘電体損失は第１の電極引出し層を構成
する導電部材の付着重量の影響を受けている。

例えば２２０μｙ／Ｗｕｉ未満において誘電体損失はほ
ぼ２０〜３５％に分布しており、そのバラツキは１１〜
３０％と大きくなつている。２２０μＶ／ｉ以上では従
来の銀粉を主体としたものと同程度もしくはそれ以上に
改善された特性値（誘電体損失１９％、バラツキ８％以
内）を示している。

特に付着重量が２２０μｆ／ｉ未満になると、第１の電
極引出し層自身の肉厚が薄くなることもあつて、コンデ
ンサエレメントを樹脂材によつて）外装した際に、グラ
ファイト層、半導体層に作用するストレスの緩衝効果に
乏しくなり、第１の電極引出し層、半導体層のグラファ
イト層に対する界面抵抗が増加することとなる。このた
めに、誘電体損失が増加するのみならず、それのバラツ
キ・も大きくなる。従つて、第１の電極引出し層の付着
重量はそれの付着時の作業性、経済性をも考慮すれば、
２２０〜３００ｐｇ／Ｔｎｌｔの範囲に設定することが
望ましい。又、第７図は第２の電極引出し層を構成する
導・電部材の付着重量と１ＫＨｚにおける誘電体損失と
の関係を示すものであつて、第２の電極引出し層の錫含
量はＯ重量％に、第１の電極引出し層の付着重量は２３
５ｐｙ／Ｔｉｕｆｔ（錫含量７１重量％）に固定されて
いる。

同図より明らかなように、誘電体損失は付着重量が１７
０μｙ／Ｗｒｌｉ以上では従来の銀粉を主体とするもの
と同程度の１９％と安定した値を示しており、かつバラ
ツキも１０％以下と小さくなつている。

１７０ｐｙ／Ｔｎｌｔ未満、特に１４８μｙ／ｉでは３
５％と急激に増加していると共に、バラツキも２２％と
極めて大きくなつている。

特に、１７０μｙ／ｉ未満ては第２の電極引出し層の厚
みが薄くなるために、第２の外部リード部材の半田付け
時に、銀の喰われ現象による半田部材化が第１の電極引
出し層との界面にまで達するようになる。このために、
第１の電極引出し層を構成する導電部材の錫含量が７１
重量％に設定されていることもあつて、後述するように
、半田部材の第１の電極引出し層に対する濡れ性は失わ
れ、界面ての接触抵抗も増加する。そして、誘電体損失
は勿論のこと、それのバラツキも上述のように大きくな
る。それ故に、第２の電極引出し層の付着重量は経済性
をも加味すれば、１７０〜２４０μｙ／ｉ程度の範囲に
設定することが望ましい。ところで、導電部材の半田部
材との濡れ性は第８図に示すように、錫含量によつてか
なり左右され、それが２踵量％以下では極めて良好な濡
れ性を示すが、２踵量％を越えると濡れ性が悪くなる。

例えば２８〜４踵量％の範囲では濡れ性の低下に関連し
てピンホールが発生しやすくなるし、４３〜５踵量％の
範囲では半田部材が偏在するようになるし、さらに５踵
量％を越えると、半田部材に対する濡れ性が得にくくな
る。従つて、第２の電極引出し層を構成する導電部材の
錫含量は経済性、作業性を加味すれば３５重量％以下に
設定することが望ましい。以上を総合すれば、本発明に
おいて、第１の電極引出し層の錫含量は４０〜８５重量
％、第２の電極引出し層の錫含量は３５重量％以下にそ
れぞれ設定しなければならないし、さらには第１、第２
の電極引出し層の付着重量はそれぞれ２２０〜３００ｐ
ｙ／Ｉｌｌ７Ｏ〜２４０ｐｙ／Ｗｕｆｔに設定すること
が望ましい。従つて、上述の構成を採用した本発明によ
れば、それぞれの電極引出し層に占める銀の使用量を錫
の混入によつて節減できるために、錫含量が増加するほ
ど、コストを有効に低減できるし、その上、第１、第２
の電極引出し層の錫含量を適宜に設定することによつて
特性、外部リード部材の半田付け性を従来とほぼ同レベ
ルに維持できるし、さらには銀の半田部材による喰われ
現象の深層部への進行を阻止てきることによつて、樹脂
外装に伴うストレスの影響を極力軽減でき、特性の工程
劣化を効果的に改善できる。

尚、本発明はすべて固体電解コンデンサについて説明し
ているが、抵抗、セラミックコンデンサ、バリスタなど
の電子部品にも適用できるし、外部リード部材を有しな
いチップ形にも適用できる。

又、電極引出し層は第１、第２の電極引出し層にて構成
されているが、第１の電極引出し層は部品本体側に、第
２の電極引出し層は外部リード部材ないし外部回路との
接続側にそれぜれ形成されており、その間に他の導電部
材層を介在させることもできる。特に固体電解コンデン
サに適用した場合、グラファイト層はグラファイト以外
の導電部材にて形成することもできるし、コンデンサエ
レメント、外部リード部材などの形状は適宜に設定でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の固体電解コンデンサの側断面図、第２図
は本発明の一実施例を示す側断面図、第３図は電極引出
し層を構成する導電部材の付着重量と誘電体損失との関
係を示す図、第４図は導電部材の錫含量と比抵抗との関
係を示す図、第５図Ａ，ｂは導電部材の錫含量と誘電体
損失との関係を示す図、第６図は第１の電極引出し層の
付着重量と誘電体損失との関係を示す図、第７図は第２
の電極引出し層の付着重量と誘電体損失との関係を示す
図、第８図は導電部材の錫含量に対する半田部材との濡
れ性を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 部品本体の周面に電極引出し層を形成したものにお
   いて、上記電極引出し層を第１及び第２の電極引出し層
   にて構成し、第１の電極引出し層は銀粉、錫粉及び樹脂
   を含み、かつ銀粉及び錫粉の合計量に占める錫粉の割合
   を４０〜８５重量％に設定した導電部材にて、第２の電
   極引出し層は銀粉、錫粉及び樹脂を含み、かつ銀粉及び
   錫粉の合計量に占める錫粉の割合を３５重量％以下に設
   定した導電部材にてそれぞれ形成したことを特徴とする
   電子部品。