WO2000074091A1 - Condensateur electrolytique solide et son procede de production - Google Patents

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WO2000074091A1
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capacitor element
cathode
anode
solid electrolytic
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Atsushi Sakai
Takashi Ichimura
Hiroshi Nitoh
Naoki Kawamura
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Showa Denko K.K.
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Definitions

  • Patent application title Solid electrolytic capacitor and manufacturing method thereof
  • the present invention relates to a solid electrolytic capacitor and a method for manufacturing the same. More specifically, in a solid electrolytic capacitor formed by providing a lead wire (lead frame) on a capacitor element having a solid electrolyte layer provided on a valve metal substrate having a dielectric film, the capacitor element The present invention relates to a highly reliable solid electrolytic capacitor having excellent strength and heat resistance at a joint portion between a lead frame and a lead frame. Background art
  • a solid electrolytic capacitor is provided with a dielectric oxide film on the surface of a valve metal such as aluminum, tantalum, or titanium that has been etched, and an organic layer such as a conductive polymer is formed on the dielectric oxide film.
  • a single-plate capacitor element is formed by providing a solid electrolyte layer composed of an inorganic substance layer such as an object, and a plurality of the single-plate capacitor elements are laminated, and a valve action metal anode terminal (the end surface portion where no solid electrolyte is provided) Anode lead While the wires are connected, a cathode lead wire is connected to a conductive layer portion (cathode portion) made of a solid electrolyte, and the entire structure is sealed with an insulating resin such as an epoxy resin.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-69084 describes a method of providing a protruding metal plate on the anode of a laminated element to reduce element damage when connecting to a lead frame.
  • Japanese Patent Application Publication No. 2008-895 describes a method of forming a lead frame into a special shape for the purpose of protecting the device, and incorporating a multilayer device therein.
  • examples similar to the joint structure of the present invention are shown in the drawings of the publication, but the proper positional relationship between the lead frame and the capacitor element is not mentioned, and the effect is explained. Nor. Therefore, these known examples are different from the present invention.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-1444573 describes a structure in which a projection is provided on the anode side of a lead frame, and a positioning portion is provided on the element anode to engage with the projection. I have.
  • This structure is essentially different from the present invention in that a positioning portion is provided on the positive electrode portion of the capacitor element.
  • the joining method by laser welding has a problem that the equipment cost increases.
  • the terminals of the capacitor element are resistance-welded to the lead frame (Japanese Patent Application Laid-Open No. H3-188814). Resistance welding is performed only on nickel alloys (42 alloy).
  • a lead frame made of copper or copper alloy is directly and simply used.
  • Resistance welding is a method in which the metal of the welded part is melted and joined by the heat generated by electric resistance (Joule heat). Materials with high conductivity, such as aluminum, copper, and copper alloy, have a small resistance. Due to the low heat generation and good thermal conductivity, the joint cannot be sufficiently melted, making it difficult to join these materials.
  • a conventional solid electrolytic capacitor in which plating is provided on the entire lead frame and the capacitor element is joined.However, when plating is performed on the entire lead frame, heat treatment may be performed by stacking the capacitor element on the lead frame. However, there is also a concern that the metal may be melted even at a portion that comes off the junction with the capacitor element and comes into contact with the mold resin, causing a defect called a solder ball. In order to avoid such inconvenience, after soldering on the copper base on the entire lead frame, remove the plating on the resin sealing part where the mold resin comes in contact, and expose the copper base.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-212900 Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-212900
  • the present invention provides a solid electrolytic capacitor which solves the above-mentioned conventional problems and a method for manufacturing the same.
  • the connection area between the capacitor element and the cathode of the lead frame is made as large as possible in order to achieve low impedance, this causes leakage current due to reflow soldering etc. Increase.
  • the reason for increasing the connection area is to minimize the resistance of the cathode part of the capacitor element.However, in addition to the mechanical and thermal stresses during stacking, anode welding, and resin sheathing of the element, It is also for protection.
  • An object of the present invention is to provide a solid electrolytic capacitor.
  • an object of the present invention is to provide a solid electrolytic capacitor having a joint structure of a solid electrolytic capacitor which does not cause defects such as solder balls when the capacitor element and the lead frame are joined by welding, and which has excellent joint strength. It is to do.
  • an object of the present invention is to provide a structure for joining an anode portion of a solid electrolytic capacitor so that an anode end of a capacitor element and a lead frame can be joined by resistance welding. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a solid electrolytic capacitor having a joint structure which is easy to work, has a large joint strength, and does not cause environmental pollution.
  • the solid electrolytic capacitor of the present invention reduces the connection area between the capacitor element and the lead frame cathode while preventing the resistance of the cathode from increasing, that is, the length of the cathode-side lead frame. Is shortened to a predetermined size, and a predetermined space is provided between the insulating part of the capacitor element and the cathode lead frame to prevent the tip of the cathode lead frame from approaching the insulating part of the capacitor element.
  • the structure is designed to reduce the stress concentration of the metal and prevent the excessive silver paste for connection from entering the dielectric layer from the vicinity of the insulation boundary.
  • this tip is chamfered to have a rounded structure.
  • the increase in series resistance can be dealt with by eliminating the window of the lead frame.
  • the junction position of the capacitor element on the lead frame becomes important. Therefore, a mark was applied to the lead frame with a half-etched laser beam so that the joint position of the capacitor element could be confirmed, so that the joint position could be accurately confirmed.
  • the micro-destruction of the dielectric layer is unlikely to occur due to mechanical and thermal stress, so that the yield is improved and the leakage current does not increase due to reflow soldering.
  • peripheral refers to providing a circuit around a certain part
  • placement is not limited to spatially indicating a vertical relationship, and means “placement”. This refers to the state in which objects to be placed are arranged in contact with each other.
  • the present invention provides a solid electrolytic capacitor having the following configuration and a method for manufacturing the same.
  • a solid electrolyte layer and a conductor layer are sequentially laminated on the dielectric film layer excluding the edge to use a capacitor element as an anode, and a lead frame is provided on the anode and cathode of the capacitor element.
  • a method for manufacturing a solid electrolytic capacitor comprising a step of providing a gap with a tip portion and joining.
  • the lead frame is joined so that the distance between the cathode end of the insulating layer and the tip of the cathode lead frame is within the range of 1 Z 40 or more and 1/2 or less of the length of the cathode.
  • the solid electrolytic capacitor of the present invention relates to the connection between the anode end of the capacitor element and the lead frame, and uses the dielectric film of the valve metal surface exposed at the anode end to connect the anode side lead frame and the capacitor element.
  • a low-melting metal plating is applied to the lead frame surface, the anode end of the capacitor element is overlapped on this plating, and resistance welding is performed.
  • the plating metal is formed by resistance heating of the dielectric film exposed at the anode end. Melt and join.
  • the low-melting metal on the dram surface melts due to resistance heating and melts into the dielectric film on the valve metal surface at the end of the capacitor element, so that the anode of the capacitor element and the lead frame It is firmly bonded to the body.
  • the bonding strength is improved because the dielectric films on the surfaces of the anode end portions that are laminated are melted and melted together by resistance welding. Therefore, the anode end of the capacitor element is And can be easily and reliably joined to the arm.
  • an aluminum conversion foil of a valve action metal can be bonded to a highly conductive lead frame made of copper or a copper alloy material with high reliability.
  • low-melting metal plating does not contain lead or lead alloys, or has a low content. For example, by using a nickel base plating with tin surface plating, environmental pollution due to lead is reduced. Etc. can be prevented.
  • a solid electrolytic capacitor having the following configuration, a method for manufacturing the same, and a lead frame are provided.
  • One end of a base made of a valve metal having a dielectric film is used as an anode, and an insulating layer having a predetermined width is provided around the base in contact with the anode to form an insulating part.
  • a solid electrolyte layer and a conductor layer are sequentially laminated on the dielectric film layer in the area excluding the insulating portion, and a capacitor element is used as the negative electrode part, and a lead frame is provided on the anode part and the cathode part of the capacitor element.
  • This is a solid electrolytic capacitor that is sealed with resin, and no resin is provided on the surface of the lead frame where the resin comes in contact with the resin, and low only at the part where the lead frame contacts the capacitor element.
  • a solid electrolytic capacitor characterized by joining a lead frame and a capacitor element by applying a metal melting point.
  • One end of a base made of a valve metal having a dielectric film is used as an anode, and an insulating layer having a predetermined width is provided on the base in contact with the anode to form an insulating part.
  • a solid electrolyte layer and a conductor layer are sequentially laminated on the dielectric film layer in the area excluding the insulating part, and a capacitor element is used as the negative electrode part.
  • a lead frame is joined to the anode part and the cathode part of the capacitor element.
  • a low-melting metal plating is applied to the surface of the anode-side lead frame, and the anode-side end of the capacitor element is overlaid on this plating, and resistance welding is performed.
  • a solid electrolytic capacitor that is joined using resistance heat is performed.
  • valve metal is a material selected from aluminum, tantalum, titanium, niobium or an alloy thereof.
  • the lead frame is made of copper or a copper alloy (copper-based material), or a material whose surface is coated with a copper-based material or zinc-based material Or a solid electrolytic capacitor as described above.
  • the low melting point metal plating is a metal or alloy having a melting point lower than that of the valve metal, and the thickness of the plating layer is in the range of 0.1 to 100.
  • Manufacturing a solid electrolytic capacitor which comprises a step of applying a low-melting metal plating only to a portion where the lead frame comes into contact with the capacitor element and joining the lead frame and the capacitor element when the lead frame is joined to the lead frame.
  • FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a single-plate capacitor element used in the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the multilayer capacitor element of the present invention (FIG. 2A), and an enlarged view (FIG. 2B) of the vicinity of the tip corner of the cathode-side lead frame (A).
  • Fig. 4 is a side view of the lead frame of the present invention (Fig. 4A), and a plan view thereof (Fig. 4B).
  • C Fig. 5 is a plan view of the lead frame with a window.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the multilayer capacitor element of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing an applied current pattern of resistance welding according to the present invention.
  • FIG. 8 is a partial plan view of a lead frame showing a partial plating according to the present invention.
  • FIG. 9 is a sectional view of the multilayer capacitor element of the present invention.
  • FIG. 10 is a partial plan view of the resin-molded multilayer capacitor element of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the multilayer solid electrolytic capacitor of the present invention. Detailed description of the invention
  • one end of a base (1) made of a valve metal having a dielectric film layer (2) on its surface is used as an anode (6).
  • An insulating layer (3) having a predetermined width is provided on (1), and a solid electrolyte layer (4) is coated on the dielectric film layer except for the anode part and the part, and further thereon.
  • a conductor layer (5) is provided, thereby forming a cathode section (7).
  • Substrate (1) May be selected from valve metals capable of forming an oxide film, such as aluminum, tantalum, niobium, titanium, or alloys thereof.
  • Substrate (1) May be in the form of a foil, a sintered body, or the like.
  • the thickness of a metal foil varies depending on the purpose of use, but generally a foil having a thickness of about 40 to 150 ⁇ is used.
  • the flat element unit is generally preferably a rectangular one having a width of about 1 to 15 mm and a length of about 1 to 15 mm, and more preferably a width of about 2 to 5 mm. mm and a length of about 2 to 6 are used.
  • the dielectric film (2) can be formed by subjecting a substrate to a chemical conversion treatment.
  • a chemical conversion treatment it is preferable that the above-mentioned metal used for the base be surely formed with a dielectric film by subjecting the surface to a chemical oxidation treatment having a dielectric oxide film by air oxidation.
  • the chemical treatment may be performed according to a conventional method.
  • the insulating layer (3) is formed by applying a coating composed of an edge resin, an inorganic fine powder and a cellulosic resin (described in JP-A No. 80596/1990), or by applying an insulating tape. You may. Although not limited to insulating materials, specific examples include polyphenylsulfone, polyethersulfone, cyanate ester resin, fluorine resin (tetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene, perfluoroalkyl vinyl ether). Copolymers), low molecular weight polyimides and their derivatives, and compositions comprising a soluble polyimide siloxane and an epoxy resin (described in JP 08-253677 A). In addition, any method can be used as long as an insulating material can be formed on the anode substrate with a predetermined width.
  • the solid electrolyte layer (4) may be formed of any of a conductive polymer, a conductive organic substance, a conductive inorganic oxide and the like. Further, a plurality of materials may be sequentially formed, or a composite material may be formed.
  • a known conductive polymer for example, a conductive polymer containing, as a repeating unit, at least one divalent group having any one of pyrrole, thiophene, or aniline structure, or a substituted derivative thereof can be used.
  • a method of applying a 3,4-ethylenedioxythiophene monomer and a precipitating agent, preferably in the form of a solution, separately or together before or after to an oxide film layer of a metal foil (Japanese Unexamined Patent Publication No. -1 56 1 1 and JP-A 10-32 1 45) Is available.
  • a dopant is used for the conductive polymer, and any dopant may be used as the dopant, as long as it is a compound having doping ability.
  • organic sulfonic acid, inorganic sulfonic acid, organic carboxylic acid, and salts thereof can be used. .
  • aryl sulfonate dopants are used.
  • salts such as benzenesulfonic acid, toluenesulfonic acid, naphthylenesulfonic acid, anthracenesulfonic acid, anthraquinonesulfonic acid, and substituted derivatives thereof can be used.
  • compounds that can bring out particularly excellent capacitor performance compounds having at least one sulfonic acid group and a quinone structure in the molecule, heterocyclic sulfonic acid, anthracene monosulfonic acid and salts thereof are used. Is also good.
  • the conductor layer (5) may be formed by simply applying a silver paste formed by applying a silver paste (5b) on a carbon paste (5a) as a base, and The conductor layer may be formed by a method other than coating.
  • the multilayer capacitor element is formed by stacking a plurality of single-plate capacitor elements (8) (four in the example shown), and forming a cathode (7) between the capacitor elements (8).
  • the gap is formed integrally by a conductive paste (9) such as a silver paste.
  • the electrolytic capacitor of the present invention is provided between the cathode end of the insulating layer of the capacitor element and the tip of the cathode lead frame at the junction between the capacitor element and the lead frame. It is characterized by having a joint structure with a fixed interval. That is, it has a structure in which the tip corner (1 la) of the cathode side lead frame is separated from the insulating portion (3) of the capacitor element and is joined to a predetermined position of the cathode portion (7) with a predetermined interval t.
  • the position of the corner (1 la) of the leading end of the lead frame should be at least 1 Z20, which is the length of the cathode (7) from the insulating layer cathode side end (3a). Is preferably in the range of 1 Z 3 or less. More preferably, the length is not less than 1Z10 and not more than 1/4 of the length of the cathode part (7).
  • the length of the cathode part (7) is the length from the cathode side end (3a) of the insulating layer (3) to the tip part where the conductive layer (5) is formed.
  • a method for accurately mounting a capacitor element on a lead frame is to use a lead frame (10) (11) so that the mounting position of the element can be confirmed.
  • a mark (12) indicating the bonding position may be provided on the surface on the element mounting side by half etching or laser light. With this mark, the positioning of the capacitor element can be easily performed.
  • the shape of the mark is not limited, and may be any shape such as a linear shape or a round shape as long as the position can be recognized.
  • a corner (1 la) at the tip of the cathode-side lead frame is chamfered in the thickness direction.
  • the edge of the tip is slightly flattened or rounded.
  • no lead frame window is provided.
  • Some lead frames have windows (13) in advance at predetermined positions as shown in Fig. 5. Are known. After joining the capacitor element and the lead frame, the entire capacitor element is sealed with mold resin, but the window (13) has a lead projecting from the resin when forming the lead along this exterior resin.
  • the frame (10) is provided for facilitating the bending of the (11), and further reduces the cross-sectional outer peripheral length of the lead led out of the exterior resin and passes through the interface between the lead and the resin. It is provided to prevent element degradation by reducing the amount of water that enters.
  • the resistance because the cross-sectional area of this part is reduced. If the window is omitted, this resistance can be reduced. For example, by eliminating the window, the series resistance of the capacitor element can be improved by about 5%.
  • the intrusion of moisture into the element is prevented by devising a texture layer on the surface of the lead frame and further using a water-repellent resin as a binder for the conductive layer forming the capacitor element.
  • the window of the lead frame can be omitted.
  • the material of the lead frame is not particularly limited as long as it is generally used.
  • copper-based for example, Cu-based, Cu-Sn-based, Cu-Fe-based, Cu-Ni-Sn-based, Cu-Co-P-based, Cu-Zn-Mg-based, Cu-Sn-N i-P alloy
  • a copper- or zinc-based material on the surface can further reduce the resistance by devising the shape of the lead frame. Effects such as improving the workability of chamfering the corners (1 la) of the lead frame tip are obtained.
  • anode-side lead frame (10) When joining the anode-side lead frame (10) to the anode part (6) of the capacitor element, use a low-melting metal plating applied to the joint part of the anode-side lead frame (10). Anode part where the dielectric film (2) of the capacitor element is exposed in this area (6) is overlapped, and resistance welding is performed here.
  • iron-nickel alloys mainly composed of iron and nickel, zinc materials, copper materials, and copper alloys obtained by adding tin, nickel, iron, etc. to lead frame materials are commonly used for various electronic devices.
  • the bonding method of the present invention can be widely applied to those formed from these general lead frame materials. Among them, it is particularly useful for a lead frame formed of a good conductive material such as copper or a copper alloy.
  • the low melting point metal plating a metal or alloy having a lower melting point than the valve metal is used.
  • silver is the main plating material for lead frames, and gold, nickel, copper, tin, solder (Sn-Pb alloy), etc. are also used.
  • Al conversion foil is used as the valve metal, Are tin (melting temperature 505 K), lead (melting temperature 600 ° ⁇ ), zinc (melting temperature 693 ° ⁇ ), and its alloy (solder: 6Sn-4Pb), which has a lower melting point than aluminum (melting temperature 933 ° K) ), Or other low melting point alloys (fusible alloys), and various materials.
  • the thickness of the plating layer may be a thickness that can be melted so that the bonding between the valve metal base (1) of the anode (6) and the lead frame (10) has sufficient bonding strength.
  • a thickness of about 0.1 to 100 xm, preferably about 1 to 50 / zm is suitable.
  • the surface texture may be superimposed on the base texture.
  • the plated metal is preferably t ⁇ , which has a low content of lead or lead-causing material, which causes environmental pollution.
  • a preferable example thereof is a nickel base metal plated with tin surface.
  • the tin plating on the nickel base plating not only increases the adhesion strength of the tin plating on the lead frame, but also increases the strength of the single-plate capacitor element, the tin plating and the lead flare during welding. The bonding strength of the arm increases.
  • the anode end (6) of the capacitor element is overlapped on the low melting point metal plating part of the anode side lead frame (10) and subjected to resistance welding to obtain the specific resistance of the dielectric film (2) on the anode end (6).
  • the joining portion generates heat, and the plating metal of the lead frame (10) is melted and the lead frame (10) and the anode end (6) are integrally joined.
  • aluminum two When aluminum foil is used for the substrate, the surface of the aluminum foil melts due to the resistance heating of the dielectric film (2), and the surfaces of the aluminum foil laminated on the anode part melt into each other. Joined together.
  • This resistance welding method is used when a lead frame is joined to the side surface (outer peripheral side) of the multilayer capacitor element (15) as shown in FIG. 2A, or as shown in FIG.
  • the present invention can be applied to any case where the lead frame (10) is joined to the center part of 15).
  • the number of laminated single-plate capacitor elements is arbitrary, and the number of capacitor elements stacked on the upper side and the lower side of the lead frame may be different.
  • Resistance welding can be performed according to a normal construction procedure.
  • the welding conditions are determined as appropriate according to the type of valve action metal, the shape of the foil (thickness, dimensions, etc.), the number of layers, the material of the lead frame, and the type of low melting point metal.
  • a copper lead frame with nickel-tin tin plating is used and 4 to 8 single-plate capacitor elements made of aluminum conversion foil of about 100 m are laminated and joined, about 3 to 5 kg
  • the electrode is pressed against the joint with the applied pressure, and as shown in Fig. 7, the peak current is 2 to 5 kA, the energization time is 1 to 10 ms, and the energy is about 6.5 to 1 lW-s according to the middle pulse application pattern. Good to weld.
  • the solid electrolytic capacitor of the present invention has a lead frame surface (21) (22) where the mold resin (28) comes into contact with at the resin sealing portion (20) of the lead frame.
  • the lead frame (10) (11) is bonded to the capacitor element (15) by applying a low melting point metal to the parts (23) and (24) where the lead frame contacts the capacitor element (26) without mounting It has the following structure.
  • the lead frame surface (21) (22) where the mold resin (28) contacts The back surface of the drum is a state in which the surface of the copper-based material is exposed, while the surface portions (23) and (24) where the lead frame contacts the capacitor element (26) are coated with a low melting point metal.
  • a low melting point metal plating a tin plating is provided on a nickel base plating.
  • the portions (30) and (31) are windows (punched portions), and these portions need not be provided as described above.
  • a portion (32) of the lead frame that is separated from the mold resin may be provided with a plating. Therefore, in the resin-sealed part, the parts where the lead frame contacts the capacitor element (23) and (24) are plated, and the parts (21) and (22) that contact the mold resin (28) are plated. No.
  • the low-melting metal plating is applied only to the lead frame surface of (24).
  • a single-plate capacitor element is placed on this plating, and the cathode side is between the cathodes (7) and between the cathodes.
  • (7) and the lead frame (11) are connected by a conductive paste (9).
  • the anodes (6) of each capacitor element are brought into close contact with each other, and the anode is pressed while pressing.
  • the parts (6) and the lower surface of the anode part (6) and the lead frame surface (23) are joined by spot welding to obtain a multilayer capacitor element (26). As shown in FIGS.
  • a single-plate capacitor element was fabricated as follows (see Fig. 1). It has an aluminum dielectric film on the surface and is cut (slit) to a predetermined size with a thickness of 90 wm and a length of 5
  • a 3 mm wide aluminum etching foil was used as the substrate (1), and this end (1 mm long, 3 mm wide) was used as the anode. 3) was formed (provided) in a headband shape so as to surround the peripheral surface of the substrate.
  • the remaining part (3 strokes x 3 mm width) was formed with a 10 mass% aqueous solution of ammonium adipate under a voltage of 13 V to form a dielectric film layer (2) on the cut (cut surface). Formed.
  • This substrate was immersed in an aqueous solution prepared so that ammonium persulfate was 20% by mass and anthraquinone-2-sodium sulfonate was 0.1% by mass. Then, 3,4-ethylenedioxythiophene (Bayer It was immersed in a 1.2 mol / l isopropanol solution in which 5 g of AG (Baytron TM M) was dissolved. The substrate was taken out, left for 10 minutes in the environment of 6 to complete the oxidation polymerization, and then washed with water. This polymerization reaction treatment and the washing step were repeated 25 times each to form a solid electrolyte layer (4) made of a conductive polymer.
  • a capacitor was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the position of the lead frame was set to 1.0 mm. The results are shown in Table 1.
  • a capacitor was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the position of the lead frame was set to 1.5 mm. The results are shown in Table 1.
  • a capacitor was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the lead frame position was set to 1.5 images and the corners of the lead frame were not chamfered. The results are shown in Table 1.
  • a capacitor of Example 5 was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2 except that sodium 4-morpholinepropanesulfonate was used instead of sodium anthraquinone-2-sulfonate of Example 2. The results are shown in Table 1.
  • Example 6 A capacitor of Example 6 was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2 except that sodium anthraquinone-1-sulfonate was used instead of sodium anthraquinone 1-2-sulfonate of Example 2. did. The results are shown in Table 1.
  • Example 7 Same as Example 2 except that sodium 1-naphthalenesulfonate was used instead of sodium anthraquinone-2-sulfonate of Example 2 and N-methylvirol was used instead of 3,4-ethylenedioxythiophene Then, the capacitor of Example 7 was manufactured and evaluated. The results are shown in Table 1.
  • a capacitor was manufactured and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Capacitors were fabricated and evaluated in the same manner as in Comparative Example 1, except that the edge of the lead frame was not chamfered. The results are shown in Table 1.
  • Example 3 the effect of chamfering the front corner of the cathode-side lead frame could be confirmed.
  • the yield of Example 3 with chamfering was higher, and both of the leakage current values in the reflow test were L results.
  • the lead frame of the above embodiment had no window and was provided with a positioning mark by half-etching or the like. There is no need to mark the leadframe surface if there is another way to place it securely.
  • the shape of the lead frame is not limited to the shape shown in the drawings, and any shape may be used as long as the effect is the same. Further, in the above-described embodiments, specific examples of materials and forming methods of the solid electrolyte and materials and forming methods of the electrode body have been described, but the present invention is not limited thereto.
  • this oxide film-formed portion (3 mm X 4 mm portion) was replaced with 1.2 mol / L isopropanol obtained by dissolving 5 g of 3.4-ethylenedioxythiophene (Baytron AG, Baytron TM M). After immersion in the solution, it was dried. Then, it was immersed in a 2 mol Z'L aqueous solution of ammonium persulfate adjusted to contain 0.07% by mass of sodium anthraquinone-2-sulfonate and dried. Subsequently, the aluminum foil was allowed to stand in the air at about 40 ° C. for about 10 minutes to perform oxidative polymerization.
  • the impregnation step and the polymerization step were performed 25 times in total, so that the conductive polymer layer (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)) was finely divided into etched aluminum foil. Formed in the hole.
  • the etched aluminum foil on which the conductive polymer layer was formed was washed in warm water at 50 ° C., and then dried at 100 for 30 minutes to form a solid electrolyte layer.
  • a carbon paste and a silver paste were applied to the portion of the aluminum foil where the solid electrolyte layer (conductive polymer layer) was formed, to obtain a single-plate capacitor element.
  • This electrolytic capacitor was subjected to a reflow heat resistance test by passing it through a temperature range of 230 ° C for 30 seconds, and the leakage current was measured one minute after the rated voltage was applied for 1 minute.
  • the average leakage current of the 30 specimens was 0.001 A or less, and the rate of heat failure with a leakage current value of 11.8 / iA (0.04CV) or more was 1/30 or less. Met.
  • An anode lead frame was joined in the same manner as in Example 8 except that four single-plate capacitor elements were laminated, and the pressure on the laminated portion was set at 5.lkg and the energy was set at 10.7 W's.
  • the bonding strength of this anode lead frame was 18 kgf / cm 2 .
  • the average leakage current of 30 chip-type solid electrolytic capacitors manufactured using this multilayer capacitor element was 0.002 A or less, and the heat resistance defective rate was zero.
  • the anode lead frame was joined in the same manner as in Example 8, except that the end of the anode lead frame was provided with a base nickel plating (thickness: 0.1 m) and a surface tin plating (thickness: 3 m).
  • the bonding strength of this anode lead frame was 1 Okgf / cm 2 .
  • 30 chip-type solid electrolytic capacitors made using this multilayer capacitor element The average leakage current was 0.003 A or less, and the heat resistance failure rate was 1/30 or less.
  • the undercoat and surface plating were not applied to the anode lead frame. (Ya performed resistance welding of the anode lead frame under the same conditions as in Example 8, and the welded portion was deformed due to the electrode being pressed against it. The aluminum conversion foil was not welded, and the lead frame could not be joined.
  • the single-plate capacitor element (8) shown in FIG. 1 was manufactured as follows. An aluminum (dielectric) metal foil with a thickness of 90 m, a length of 5 mm, and a width of 3 with an aluminum dielectric film on the surface is used as the substrate (1). The 3 mm wide part is used as the anode (6), and the remaining 3 mm x 3 parts are immersed in a 10% by mass aqueous solution of ammonium adipate and formed under a voltage of 13 V to form dielectric oxide on the cut. The coating layer (2) was formed and used as a dielectric.
  • a 0.1 mm-thick copper base material was punched out by a press into the shape of a lead frame shown in Fig. 8, and a nickel base plating and a tin plating were applied to the surface.
  • the resin sealing part (20) the part that comes into contact with the molding resin (28) No plating was applied to the portions (2 1) and (2 3), and only the portions (2 3) and (24) in close contact with the capacitor element were subjected to the above plating treatment.
  • three single-plate capacitor elements (8) are superimposed on the above-mentioned resin-sealed portion, and each anode section (6) is aligned to the left in the figure, and the cathode section (7) is aligned.
  • This solid electrolytic capacitor has a low solder ball generation rate during heat treatment when forming a laminate, and has a high strength at the joint between the lead frame and the capacitor element. It was the same as in Examples 8 to 11. Industrial applicability
  • the solid electrolytic capacitor of the present invention has the above structure, it has the following excellent effects.
  • the positioning of the element mounted on the lead frame can be performed accurately and easily.
  • the anode lead frame and the valve metal foil (plate) of the capacitor element can be easily and firmly joined by using resistance welding. Therefore, the multilayer capacitor element and the solid electrolytic capacitor thereof can be manufactured economically.
  • a lead frame made of a highly conductive material such as copper or a copper compound can be reliably bonded to a base such as an aluminum conversion foil.
  • a plating material containing no lead or lead compound can be used, there is no problem of environmental pollution.

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Description

明 細 固体電解コンデンサ及びその製造方法 関連出願の関係
本出願は、 合衆国法典第 3 5巻第 1 1 1条(b )項の規定に従い、 1 9 9 9年 6 月 1 4日提出の仮出願第 6 0 / 1 3 8 , 7 8 1号の出願日を同第 1 1 9条(e )項 ( 1 )の規定により主張する同第 1 1 1条(a )項に基づく出願である。 技術分野
本発明は、 固体電解コンデンサ及びその製造方法に関する。 さらに詳しく述べ れば、 誘電体皮膜を有する弁作用金属基板上に固体電解質層を設けたコンデンサ 素子にリ一ド線(リ一ドフレーム)を設けて形成された固体電解コンデンサにおい て、 コンデンサ素子とリードフレームの接合部分の強度および耐熱性に優れた信 頼性の高い固体電解コンデンサに関する。 背景技術
最近の電子機器は小型化、 省電力化等のためにデジタル化、 高周波化が進み、 高周波で低インピーダンスであり、 し力、も容量が大きく信頼性の高しゝ固体電解コ ンデンサの需要が増大している。 これらの要求を満足するコンデンサとして固体 電解コンデンザが実用化されている。
一般に、 固体電解コンデンサはエッチング処理したアルミニウム、 タンタル、 チタン等の弁作用金属表面に誘電体酸化皮膜を設け、 その誘電体酸化皮膜上に、 導電性重合体等の有機物層ある L ^は金属酸化物等の無機物層からなる固体電解質 層を設けて単板コンデンサ素子を形成し、 この単板コンデンサ素子の複数枚を積 層し、 弁作用金属の陽極端子(固体電解質を設けない端部表面部分)に陽極リード 線を接続する一方、 固体電解質からなる導電層部分(陰極部分)に陰極リード線を 接続し、 この全体をエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂で封止した基本構造を有してい る。
このような構造の固体電解コンデンサにおいて、 信頼性の高いコンデンサを製 造するには、 コンデンサ素子とリードフレームの接合部分の強度が大きく、 しか も耐熱性に優れたものであることが必要である。 そこで、 特に電子回路基盤に表 面実装するチップ型コンデンサではリフロー半田の熱に耐えるために高耐熱性材 料を使用し、 また熱応力を緩和する構造を採用するなどの工夫がなされている。 しかし、 従来用いられている固体電解質は低抵抗であるものの誘電体皮膜の修復 性能が弱いため、 熱応力等により誘電体皮膜が容易にミクロ的な破壊を起こして 漏れ電流を増大させる場合がある。
また、 コンデンサ素子とリードフレームとの接合構造につし ^て従来知られてい るものは必ずしも耐熱性が充分ではない。 例えば、 特開平 6— 6 9 0 8 4号公報 には積層素子陽極部に突出金属板を設け、 リードフレームに接続する際の素子損 傷を減ずる方法が記載されており、 特開平 9一 3 2 0 8 9 5号公報には素子の保 護を目的としてリードフレームを特殊な形状に形成しその中に積層素子を組み込 む方法が記載されている。 これらの公知例はその公報の図面に、 本発明の接合構 造と類似の例が示されているが、 リードフレームとコンデンサ素子の適正な位置 関係について言及されておらず、 またその効果の説明もない。 従ってこれらの公 知例は本発明とは異質なものである。 また、 特開平 1 0— 1 4 4 5 7 3号公報に はリードフレームの陽極側に突起を設け、 この突起部と係合するように素子陽極 部に位置決め部を設けた構造が記載されている。 この構造はコンデンサ素子の陽 極部に位置決め部を設けている点で本発明とは本質的に異なる。
また、 従来の固体電解コンデンサでは、 銅または銅合金等からなるリードフレ ームとコンデンサ素子の陽極端部とを接合する場合、 導電性接着剤を用いて接合 するか、 端子を折り曲げて力シメることにより機械的に接合し、 あるいは鉛系ハ ンダ材料を用いた溶接、 やレーザ溶接などによって接合している。 ところ力 こ のような導電性接着剤を用いた接合方法は接着剤の塗布に手間がかかり、 特に多 数枚の単板コンデンサ素子を積層して接合する場合には施工が煩雑である。 また リードフレームの接合部分を力シメて機械的に接合する方法は接合部分が小さい ものには適さず接合も不安定である。 さらに、 鉛系ハンダ材料を用いた溶接では 溶接箇所から取り除かれた余分な鉛が環境汚染の原因になる等の問題が懸念され る。 またレーザ溶接による接合方法は設備コストが嵩むなどの問題がある。 このような接合方法のほかに、 コンデンサ素子の端子をリードフレームに抵抗 溶接することが知られているが (特開平 3— 1 8 8 6 1 4号公報)、 これはリー ドフレーム材料を鉄ニッケル合金(4 2ァロイ)に限定して抵抗溶接を行うもので あり、 しかも、 コンデンサ素子の弁作用金属としてアルミニウム箔を用いた場合 には、 銅または銅合金等からなるリードフレームを直接に単純な抵抗溶接によつ て接合することはできない。 抵抗溶接は電気抵抗による発熱(ジュール熱)によつ て溶接部分の金属を溶融して接合する方法であり、 アルミニウムや銅、 銅合金な どのように導電性の高い材料ではこの抵抗が小さいために発熱が少なく、 しかも 熱伝導性が良いので接合部分を十分に溶融することができず、 これらの材料を接 合するのは難しい。
さらに、 従来の固体電解コンデンサは、 リードフレーム全面にメツキを設けて コンデンサ素子を接合したものが知られているが、 リードフレーム全面にメツキ を施すと、 リードフレームにコンデンサ素子を重ねて熱処理する場合、 コンデン サ素子との接合部分から外れてモールド樹脂に接触する部分においてもメツキ金 属が溶融し、 ハンダボールと呼ばれる欠陥を引き起こす懸念がある。 このような 不都合を避けるために、 リードフレーム全面に銅下地の上にハンダメツキを施し た後に、 樹脂封止部分において、 モールド樹脂が接触する部分のメツキを取り除 き、 銅の下地を露出させて粗面化した箇所にコンデンサ素子を載置して接合する 構造が知られている (特開平 5— 2 1 2 9 0号公報)。 しかし、 この方法ではコ ンデンサ素子の接合部分のメッキ量が不足し、 接合強度が低くなる問題がある。 発明の目的
本発明は従来の上記問題を解決した固体電解コンデンサとその製造方法を提供 するものである。 すなわち、 コンデンサ素子とリードフレームの接合構造に関し て、 低インピーダンス化を実現するためにコンデンサ素子およびリードフレーム 陰極部の接続面積をできるだけ大きく取ると、 これが原因となってリフロー半田 付け等で漏れ電流が増大する。 接続面積を大きくする理由は、 コンデンサ素子の 陰極部の抵抗をできるだけ小さくすることにあるが、 これ以外に素子の積層、 陽 極溶接および樹脂外装を行う際の機械的、 熱的応力から素子を保護するためでも ある。 しかしその反面、 リードフレームの陰極側端角部が素子の陰極部と絶縁部 との境界付近にあると、 その境界付近で曲げ応力による応力集中が起こり、 誘電 体皮膜を破壊する危険が想定される。 またリードフレームと素子の接着用の銀べ ース卜が絶縁部と陰極導電層の境界部から、 直接誘電体層近傍まで進入すること により、 微少部分で短絡が発生し、 漏れ電流が大きくなる場合がある。 これらが 原因となって、 リフロー半田付け等において漏れ電流が増大し、 検査工程での歩 留りが低下する。
本発明の目的は、 上記のリフ口一半田付け等で発生する熱応力を緩和する構造 にすることによつて漏れ電流の増大を防く"方法を確立し、 低インピーダンスで信 頼性の高い固体電解コンデンサを提供することにある。
また、 本発明の目的は、 固体電解コンデンサの接合構造について、 コンデンサ 素子とリードフレームを溶接によって接合する場合、 ハンダボールなどの欠陥を 生じることがなく、 しかも接合強度に優れた固体電解コンデンサを提供すること にある。
さらに本発明の目的は、 固体電解コンデンサの陽極部分の接合構造について、 コンデンサ素子の陽極端部とリードフレームとを抵抗溶接によって接合できるよ うにし、 作業が容易であって接合強度が大きく、 環境汚染等も生じない接合構造 とした固体電解コンデンサを提供することにある。 発明の概要
上記目的を達成するために、 本発明の固体電解コンデンサは、 陰極部の抵抗の 増大を防ぎながらコンデンサ素子とリードフレーム陰極部との接続面積を減少さ せ、 すなわち陰極側のリードフレームの長さを所定の寸法に短くし、 コンデンサ 素子の絶縁部と陰極側リードフレームとの間に所定の間隔を設けることによって コンデンサ素子の絶縁部に陰極側リードフレームの先端が接近しないようにし、 その付近での応力集中を軽減し、 また過剰な接続用銀べ一ストが絶縁部境界付近 から誘電体層近傍に進入することを防いだ構造としている。 さらに、 陰極側のリ 一ドフレーム先端部付近での素子の応力集中を軽減するため、 この先端部に面取 りを施し、 丸みを持つ構造とした。 また、 直列抵抗の増加に対してはリードフレ 一ムの窓部を無くすこと等で対応できる。 この場合、 リードフレーム上のコンデ ンサ素子の接合位置が重要になる。 そこで、 コンデンサ素子の接合位置を確認で きるように、 リードフレーム上にハーフエッチングゃレ一ザ一光によつてマ一ク を付し、 接合位置を正確に確認できるようにした。 これら対策を実施したものは、 機械的、 熱的応力に対し誘電体層のミクロな破壊が起りにくくなるため、 歩留り が向上し、 またリフロー半田付け等で漏れ電流が増大しなくなる。 なお、 本発明 において、 「周設」 とは、 ある部位の回りに一周して設けることを云い、 「載置」 とは空間的に上下関係を示すことに限定されず、 載置するものと載置されるもの が接して配置されている状態を云う。
すなわち、 本発明は以下の構成からなる固体電解コンデンサおよびその製造方 法を提供する。
( 1 ) 誘電体皮膜を有する弁作用金属からなる基体の片側端部を陽極部とし、 該陽極部に接して基体上に所定幅の絶縁層を周設して絶縁部とし、 陽極部及び絶 縁部を除いた範囲の誘電体皮膜層上に固体電解質層と導電体層を順次積層して陰 極部としたコンデンサ素子を用い、 該コンデンサ素子の陽極部と陰極部にリ一ド フレームを接合し、 樹脂で封止してなる固体電解コンデンサにおいて、 コンデン サ素子とリードフレームとを接合する際、 コンデンサ素子の絶縁層陰極側端部と 陰極側リードフレーム先端部との間に間隔を設けて接合したことを特徴とする固 体電解コンデンサ。
( 2 ) 絶縁層の陰極側端部と陰極側リードフレーム先端部との間隔が該陰極部 の長さの 1 / 4 0以上であって 1 Z 2以下の範囲にある上記( 1 )に記載する固体 電解コンデンサ。
( 3 ) 複数個のコンデンサ素子を積層した積層コンデンサ素子について、 その 絶縁層陰極側端部と陰極側先端部とが上記( 1 )または(2 )の構造を有する固体電 解コンデンサ。
( 4 ) 陰極側リードフレームの先端部が面取りされている上記( 1 )ないし( 3 ) のいずれかに記載する固体電解コンデンサ。
( 5 ) リードフレームに、 単板または積層コンデンサ素子の接合位置を示すマ
—クが付されている上記( 1 )ないし( 4 )のいずれかに記載する固体電解コンデン サ。
( 6 ) コンデンサ素子の陰極部ないし陽極部に接するリードフレームの部分に 窓部が形成されてない上記( 1 )ないし( 5 )のいずれかに記載する固体電解コンデ ンサ。
( 7 ) リードフレームが銅系材料で形成され、 もしくは表面に銅系材料または 亜鉛系材料がメッキされた材料で形成されている上記( 1 )ないし( 6 )の t ^ずれか に記載する固体電解コンデンサ。
( 8 ) 誘電体皮膜を有する弁作用金属からなる基体の片側端部を陽極部とし、 該陽極部に接して基体上に所定幅の絶縁層を周設して絶縁部とする工程、 陽極部 及び絶縁部を除いた範囲の誘電体皮膜層上に固体電解質層を設け、 その上に導電 体層を積層して陰極部としたコンデンサ素子を形成する工程、 該コンデンサ素子 の陽極部と陰極部にリードフレームを接合する際、 コンデンサ素子の絶縁層の陰 極側端部と陰極側リードフレーム先端部との間に間隔を設けて接合する工程を含 むことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
( 9 ) 絶縁層の陰極側端部と陰極側リードフレーム先端部との間隔が該陰極部 の長さの 1 Z 4 0以上であって 1 / 2以下の範囲となるようにリードフレームを 接合する上記(8 )に記載する固体電解コンデンザの製造方法。
( 1 0 ) 複数個のコンデンサ素子を積層した積層コンデンサ素子にリードフレ ームを接合する上記( 8 )または( 9 )に記載する固体電解コンデンサの製造方法。 さらに、 本発明の固体電解コンデンサは、 コンデンサ素子とリードフレームを 溶接によって接合する場合、 樹脂封止部分において、 モールド樹脂が接触するリ 一ドフレーム表面にはメツキを設けず、 リードフレームがコンデンサ素子に接触 する部分にのみ低融点金属メツキを施してリードフレームとコンデンサ素子とを 接合することにより、 接合強度を高めると共にハンダボ一ルなどの欠陥を防止し た。
また、 本発明の固体電解コンデンサは、 コンデンサ素子の陽極端部とリードフ レームとの接合に関し、 陽極端部に露出する弁作用金属表面の誘電体皮膜を利用 して陽極側リードフレームとコンデンサ素子とを接合する。 すなわち、 リードフ レーム表面に低融点金属メツキを施し、 このメツキ部分にコンデンサ素子の陽極 端部を重ねて抵抗溶接を行い、 陽極端部に露出している誘電体皮膜の抵抗発熱に よってメツキ金属を溶融して接合させる。 このような接合を行うことにより、 抵 抗発熱によってり一ドレーム表面の低融点金属が溶融してコンデンサ素子端部の 弁作用金属表面の誘電体皮膜に溶け込むのでコンデンサ素子の陽極部とリードフ レームとがー体に強固に接合される。 また、 積層コンデンサ素子を用いた場合に は積層された陽極端部表面の誘電体皮膜が抵抗溶接によつて溶融して互いに溶け 合うので接合強度が向上する。 従って、 コンデンサ素子の陽極端部をリードフレ ームに容易かつ信頼性良く接合することができる。 特に銅ないし銅合金系材料等 からなる良導電性のリードフレームに対して弁作用金属のアルミニウム化成箔を 信頼性良く接合することができる。 また、 低融点金属メツキは鉛や鉛合金等を含 まず、 あるいはその含有量の少ないものを用い、 例えばニッケルの下地メツキに スズの表面メツキを施したものを利用することにより、 鉛による環境汚染などを 防止することができる。
すなわち、 本発明によれば、 以下の構成からなる固体電解コンデンサとその製 造方法およびリードフレームが提供される。
( 1 1 ) 誘電体皮膜を有する弁作用金属からなる基体の片側端部を陽極部とし、 該陽極部に接して基体上に所定幅の絶縁層を周設して絶縁部とし、 陽極部及び絶 縁部を除いた範囲の誘電体皮膜層上に固体電解質層と導電体層を順次積層して陰 極部としたコンデンサ素子を用い、 該コンデンサ素子の陽極部と陰極部にリ一ド フレームを接合し、 樹脂で封止してなる固体電解コンデンサであって、 樹脂封止 部分において、 樹脂が接触するリードフレーム表面にはメツキを設けず、 リード フレームがコンデンサ素子に接触する部分にのみ低融点金属メツキを施してリー ドフレームとコンデンサ素子とを接合したことを特徴とする固体電解コンデンサ。
( 1 2 ) 誘電体皮膜を有する弁作用金属からなる基体の片側端部を陽極部とし、 該陽極部に接して基体上に所定幅の絶縁層を周設して絶縁部とし、 陽極部及び絶 緣部を除いた範囲の誘電体皮膜層上に固体電解質層と導電体層を順次積層して陰 極部としたコンデンサ素子を用い、 該コンデンサ素子の陽極部と陰極部にリード フレームを接合し、 樹脂で封止してなる固体電解コンデンサにおいて、 陽極側リ ードフレーム表面に低融点金属メツキを施し、 このメツキ部分にコンデンサ素子 の陽極側端部を重ねて抵抗溶接を行い、 誘電体皮膜による抵抗熱を利用して接合 したことを特徴とする固体電解コンデンサ。
( 1 3 ) コンデンサ素子とリードフレームとを接合する際、 陽極側リードフレ ーム表面に低融点金属メツキを施し、 この ツキ部分にコンデンサ素子の陽極側 端部を重ねて抵抗溶接によって接合し、 一方、 陰極側はコンデンサ素子の絶縁層 の陰極側端部と陰極側リードフレーム先端部との間に間隔を設けて接合したこと を特徴とする上記(1 1)なぃし(1 2)のいすれかに記載する固体電解コンデンサ。
(14) 弁作用金属がアルミニウム、 タンタル、 チタン、 ニオブまたはそれら の合金から選ばれた材料である上記(1 1)ないし(1 3)のいずれかに記載する固 体電解コンデンサ。
(1 5) リードフレームが銅または銅合金(銅系材料)からなり、 または表面に 銅系材料ないし亜鉛系材料がメツキされた材料からなる上記(1 1)なぃし(1 4) のいずれかに記載する固体電解コンデンサ。
(1 6) 低融点金属メツキが弁作用金属よりも融点の低い金属または合金であ り、 メツキ層の厚さが 0. 1〜 1 00 の範囲にある上記(1 1)なぃし(1 5) のいずれかに記載する固体電解コンデンサ。
(1 7) 低融点金属メツキがニッケルの下地メツキとスズの表面メツキからな る上記(1 1)なぃし(1 6)のいずれかに記載する固体電解コンデンサ。
(1 8) リードフレームの接合位置が積層コンデンサ素子の中央部または外周 側である上記(1 1)なぃし(1 7)のいずれかに記載する固体電解コンデンサ。
(1 9) 誘電体皮膜を有する弁作用金属からなる基体の片側端部を陽極部とし、 該陽極部に接して基体上に所定幅の絶縁層を周設して絶縁部とする工程、 陽極部 及び絶縁部を除いた範囲の誘電体皮膜層上に固体電解質層を設け、 その上に導電 体層を積層して陰極部としたコンデンサ素子を形成する工程、 該コンデンサ素子 の陽極部と陰極部にリードフレームを接合する際、 リードフレームがコンデンサ 素子に接触する部分にのみ低融点金属メツキを施してリードフレームとコンデン サ素子とを接合する工程を含むことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。 (20) 銅あるいは銅合金、 または表面に銅系材料ないし亜鉛系材料がメツキ された材料からなり、 樹脂封止部分においてコンデンサ素子と接触する部分にの み低融点金属メツキを施したことを特徴とするリードフレーム。 図面の簡単な説明
図 1は本発明において用いる単板コンデンサ素子の構造を示す断面図。
図 2は本発明の積層コンデンサ素子の断面図(図 2 A)、 および陰極側リードフ レームの先端角部付近(A)の拡大図(図 2 B )。
図 3は比較例 1〜 2におけるリードフレーム位置が 0 mm ( t = 0 )のコンデンサ 素子の断面図。
図 4は本発明のリードフレームの側面図(図 4 A)、 およびその平面図(図 4 B ) c 図 5は窓部付きリードフレームの平面図。
図 6は本発明の積層コンデンサ素子の断面図。
図 7は本発明における抵抗溶接の印加電流のパターンを示すグラフ。
図 8は本発明の部分メツキを示すリードフレームの部分平面図。
図 9は本発明の積層コンデンサ素子の断面図。
図 1 0は本発明の樹脂モールドした積層コンデンサ素子の部分平面図。
図 1 1は本発明の積層型固体電解コンデンザの断面図。 発明の詳細な説明
以下、 図面を参照して本発明を詳しく説明する。
図 1に示すように、 コンデンサ素子は、 表面に誘電体皮膜層( 2 )を有する弁作 用金属からなる基体( 1 )の片側端部を陽極部( 6 )とし、 この陽極部に接して ( 1 )の上に所定幅の絶縁層(3 )を周設し、 この陽極部と 部を除いた部分の誘 電体皮膜層上に固体電解質層( 4 )が被覆され、 さらにその上に導電体層( 5 )が設 けられており、 これにより陰極部( 7 )が形成されている。
〔コンデンサ素子〕
はアルミニウム、 タンタル、 ニオブ、 チタン、 あるいはこれらの合金 等の酸化皮膜を形成できる弁作用金属から選ばれたものであればよい。 基体(1 ) の形態は箔、 焼結体等いずれでもよい。 例えば、 金属箔としては使用目的によつ て厚さ力変わるが、 一般に厚みが約 4 0〜1 5 0 ί πι の箔が使用される。 また、 大きさ及び形状は用途により異なるが、 平板形素子単位としては一般に幅約 1〜 1 5 mm, 長さ約 1〜 1 5 mm の矩形のものが好ましく、 より好ましくは幅約 2〜 5 mm、 長さ約 2〜6 のものが用いられる。
誘電体皮膜( 2 )は基体を化成処理して形成することができる。 基体に用いられ る上記金属は一般に空気酸化によって表面に誘電体酸化皮膜を有している力 化 成処理を施すことにより確実に誘電体皮膜を形成しておくことが好ましい。 化成 処理は常法に従って施せば良い。
絶縁層(3 )は &縁樹脂、 無機質微粉とセルロース系樹脂からなる組成物 (特開 平 1卜 80596 号公報に記載) などを塗布して形成するか、 または絶縁テープを張 付けて形成してもよい。 絶縁性の材料には制限されないが、 具体例としては、 ポ リフエニルスルホン、 ポリエーテルスルホン、 シアン酸エステル樹脂、 フッ素樹 脂 (テトラフルォロエチレン、 テ卜ラフルォロエチレン ·パ一フルォロアルキル ビニルエーテル共重合体など)、 低分子量ポリイミド及びそれらの誘導体、 可溶 性ポリイミドシロキサンとエポキシ樹脂からなる組成物 (特開平 08-253677号公 報に記載) が挙げられる。 また、 絶縁性の材料を所定の幅で陽極基体上に形成で きればその方法は問わない。
固体電解質層(4 )は、 導電性重合体、 導電性有機物および導電性無機酸化物等 の何れによって形成してもよい。 また複数の材料を順次形成してもよいし、 複合 材料を形成してもよい。 好ましくは、 公知の導電性重合体、 例えば、 ピロール、 チォフェン、 あるいはァニリン構造のいずれか 1つの二価基、 またはそれら置換 誘導体の少なくとも 1つを繰り返し単位として含む導電性重合体を使用できる。 例えば、 3, 4—エチレンジォキシチォフェンモノマー及び ¾化剤を好ましくは 溶液の形態において、 前後して別々にまたは一緒に金属箔の酸化皮膜層に塗布し て形成する方法 (特開平 2- 1 56 1 1 号公報、 特開平 1 0-32 1 45号公報に記載) など が利用できる。 一般に、 導電性重合体にはドーパントが使用され、 ドーパントと してはドーピング能がある化合物なら如何なるものでもよく、 例えば、 有機スル ホン酸、 無機スルホン酸、 有機カルボン酸及びこれらの塩を使用できる。 一般的 にはァリールスルホン酸塩系ドーパントが使用される。 例えば、 ベンゼンスルホ ン酸、 トルエンスルホン酸、 ナフ夕レンスルホン酸、 アントラセンスルホン酸、 アントラキノンスルホン酸またはそれらの置換誘導体などの塩を用いることがで きる。 また、 特に優れたコンデンサ性能を引き出すことができる化合物として、 分子内に 1つ以上のスルホン酸基とキノン構造を有する化合物、 複素環式スルホ ン酸、 アントラセンモノスルホン酸及びこれらの塩を用いてもよい。
導電体層(5 )は、 一般的にはカーボンペースト(5 a)を下地とし、 その上に銀 ペースト(5 b)を塗布して形成される力 銀ペース卜を塗布したのみでもよく、 また塗布以外の方法で導電体層を形成してもよい。
コンデンサ素子は、 単板コンデンサ素子でも積層コンデンサ素子の場合でも同 様の効果が得られる。 積層コンデンサ素子は、 図 2 Aに示すように、 単板コンデ ンサ素子(8 )の複数枚(図示する例では 4枚)を積層し、 コンデンサ素子(8 )どう しの陰極部(7 )の間には銀ペーストなどの導電性ペース卜(9 )によって一体に接 合して形成される。
〔陰極側リードフレームの接合構造〕
コンデンサ素子の陽極部(6 )と陰極部(7 )におのおのリードフレーム(1 0 )、
( 1 1 )が接合される。 図 2 A、 図 2 Bに示すように、 本発明の電解コンデンサは コンデンサ素子とリードフレームとの接合部分において、 コンデンサ素子の絶縁 層の陰極側端部と陰極側リードフレーム先端部との間に一定の間隔を設けた接合 構造を有することを特徴とする。 すなわち、 陰極側リードフレームの先端角部 ( 1 l a)をコンデンサ素子の絶縁部(3 )から離し、 所定の間隔 tを保って陰極部 ( 7 )の所定の位置に接合した構造を有する。 この陰極側リードフレーム先端角部 (1 la)の位置(間隔 tの長さ)は、 この先端角部(1 la)が絶縁層の陰極側端部 (3a)から陰極部(7)の長さの 1Z40以上離れており、 かつ最大でも素子陰極 部(7)の長さの 1/2以下の範囲にあれば良い。 この間隔 tが保たれていれば、 陰極側の接合部分において、 リードフレーム先端角部(1 la)付近での素子の応 力集中を軽減でき、 また過剰な銀ペーストが絶縁部境界付近から誘電体層近傍に 進入することを防ぎ、 従って高い歩留りでリフロー半田付け等による漏れ電流の 増大を防止することができる。 そして陰極部の抵抗の増加を防ぐためには、 リー ドフレーム先端角部(1 la)の位置は、 絶縁層陰極側端(3 a)から陰極部(7)の長 さの 1 Z20以上であって 1 Z 3以下の範囲にあることが好ましい。 より好まし くは、 陰極部(7)の長さの 1Z10以上であって 1/4以下の範囲である。 なお 陰極部( 7 )の長さは絶縁層( 3 )の陰極側端( 3 a)から導電層( 5 )が形成されてい る先端部までの長さである。
このように、 リードフレーム上にコンデンサ素子を正確に載置する方法として は、 図 4A、 図 4Bに示すように、 素子の載置位置を確認できるようにリードフ レーム(10)(1 1)の素子載置側の表面にハーフエッチングやレーザー光によつ て接合位置を示すマーク(12)を付けると良い。 このマークによってコンデンサ 素子の位置決めを容易に行うことができる。 なお、 マークの形状は限定されず、 線状でも丸状でも位置が分かるものであれば何れでも良い。
また、 本発明の固体電解コンデンサは、 好ましくは図 2 Bに示すように、 陰極 側リードフレーム先端角部(1 la)が板厚方向に面取りされている。 つまり先端 部の稜角部分を少し平らに削り、 あるいは丸味をつけた形状に加工されている。 このようにリードフレーム先端角部を加工することにより、 この先端角部付近の 素子の応力集中を一層緩和することができる。
また、 陰極および陽極のリードフレーム接合部分の抵抗を減少させる方法とし ては、 図 4Bに示すように、 リードフレームの窓部を設けないことである。 リー ドフレームには図 5のように所定位置に予め窓部( 1 3 )が設けられているものが 知られている。 コンデンサ素子とリードフレームとを接合した後、 コンデンサ素 子の全体をモールド樹脂によって封止するが、 窓部(1 3)はこの外装樹脂に沿つ てリードを形成する時に樹脂から突き出しているリードフレーム(10) (1 1)の 曲げ加工を容易にするために設けられており、 さらに外装樹脂から導出されるリ ードの断面外周長さを小さくして該リードと樹脂の界面を通って進入する水の量 を減少することによって素子の劣化を防ぐために設けられている。 し力、し、 窓部 を設けることによって、 この部分の断面積が減少するので抵抗が増加する。 窓部 を省略すればこの抵抗を低減することができる。 例えば、 窓部無しとするによつ てコンデンサ素子の直列抵抗値を約 5%改善できる。 本発明においては、 リード フレーム表面のメツキ層を工夫し、 さらにコンデンサ素子を形成している導電体 層に撥水性樹脂を結合材として用いること等によって素子中への水分の進入を防 止することによってリードフレームの窓部を省略できるようにした。 また、 窓部 を取り除くと、 窓部に詰まった余分な外装樹脂をショットブラス卜によって取り 除く必要がなく、 製造時間を短縮できる効果もある。
リードフレームの材料は一般的に使用されるものであれば特に制限はない。 好 ましくは銅系 (例えば Cu— 系、 Cu— S n系、 Cu— Fe系、 Cu— N i 一 Sn系、 Cu— Co— P系、 Cu— Zn— Mg系、 Cu— Sn— N i— P系合 金等) の材料を用い、 あるいは表面に銅系材料や亜鉛系材料のメツキ処理を施し た材料を用いることにより、 リードフレームの形状を工夫して抵抗をさらに減少 でき、 またリードフレーム先端角部(1 la)の面取り作業性が良好になる等の効 果が得られる。
〔陽極側リードフレームの接合構造〕
陽極側リードフレーム(10)をコンデンサ素子の陽極部( 6 )に接合する場合、 陽極側リードフレーム(10)の接合部分に低融点金属メツキを施したものを用い る。 このメツキ部分にコンデンサ素子の誘電体皮膜(2)が露出している陽極部 ( 6 )を重ね、 ここに抵抗溶接を施す。 なお、 リードフレーム材料として鉄および ニッケルを主体とした鉄ニッケル系合金、 亜鉛材料、 銅材料、 あるいは銅にスズ、 二ッケル、 鉄などを加えた銅合金などが各種の電子機材にお ^て一般に用いられ ているが、 本発明の接合方法はこれら一般のリードフレーム材料によって形成さ れたものについて広く適用することができる。 このうち銅または銅合金等からな る良導電性材料によって形成されたリードフレームに対して特に有用である。 低融点金属メツキとしては弁作用金属よりも融点の低い金属ないし合金が用レ ^ られる。 一般にリードフレームへのメツキ材料は銀が中心であり、 この他に金や ニッケル、 銅、 スズ、 ハンダ (Sn- Pb 合金)などが用いられるが、 弁作用金属とし てアルミニウム化成箔を用いる場合には、 アルミニウム(融解温度 933 ° K)より も融点の低いスズ (融解温度 505 。 K)、 鉛(融解温度 600 ° Κ)、 亜鉛(融解温度 693 ° Κ)、 その合金(ハンダ: 6Sn- 4Pb)、 あるいはその他の低融点合金(f us i b l e al l oy)や各種/、ンダ材料が用いられる。 このメツキ層の厚さは陽極部( 6 )の弁作 用金属基体( 1 )とリードフレーム( 1 0 )との接合が十分な接合強度を有するよう に溶融される厚さであれば良く、 概ね 0 . 1〜 1 0 0 x m、 好ましくは約 1〜5 0 /z mの厚さが適当である。 また、 下地メツキに表面メツキを重ねたものでも良い。 このメッキ金属は環境汚染の原因となる鉛や鉛化台物の含有量が少な t ^ものが 好ましく、 その好適な例として、 ニッケルの下地メツキにスズの表面メツキを施 したものが挙げられる。 これは鉛を含まず、 しかもニッケル下地メツキの上にス ズをメツキすることにより、 リードフレームへのスズメツキの付着強度が高くな るばかりでなく、 溶接の際に単板コンデンサ素子、 スズメツキおよびリードフレ ームの接着強度が高くなる。
陽極側リードフレーム(1 0 )の低融点金属メッキ部分にコンデンサ素子の陽極 端部( 6 )を重ねて抵抗溶接を施すことにより、 陽極端部( 6 )の誘電体皮膜( 2 )の 固有抵抗によって接合部分が発熱し、 リードフレーム(1 0 )のメツキ金属が溶融 してリードフレーム(1 0 )と陽極端部(6 )とが一体に接合される。 またアルミ二 ゥム化成箔等を基体に用いた場合には、 この誘電体皮膜(2)の抵抗発熱によって アルミニウム化成箔の表面が溶融し、 陽極部に積層したアルミニウム化成箔の表 面が相互に溶け込んで一体に接合される。
この抵抗溶接による接合方法は、 図 2 Aに示すように、 積層コンデンサ素子 (1 5)の側面 (外周側)にリードフレームを接合する場合、 あるいは、 図 6に示す ように、 積層コンデンサ素子(1 5)の中央部にリードフレーム(1 0)を接合する 場合の何れについても適用することができる。 なお、 図 6に示す接合構造におい ては、 積層される単板コンデンサ素子の数は任意であり、 またリードフレームの 上側と下側に重ねられるコンデンサ素子の数は異なつていても良い。
抵抗溶接は通常の施工手順に従って行うことができる。 溶接条件は弁作用金属 の種類ゃ箔の形状 (厚さ,寸法等)、 積層枚数、 リードフレームの材質、 低融点金 属の種類などに応じて適宜定められる。 一例として、 ニッケル一スズメツキを施 した銅製のリードフレームを用い、 これに約 100 m のアルミニウム化成箔か らなる単板コンデンサ素子を 4枚〜 8枚積層して接合する場合、 約 3〜 5kg の 加圧力で電極を接合部分に押し当て、 図 7に示すように、 ピーク電流 2〜5kA、 通電時間 1〜 1 0ms、 ミ ドルパルスの印加パターンに従い、 約 6. 5〜 1 lW-s のエネルギによって溶接すると良い。
〔部分メツキによる接合〕
また、 本発明の固体電解コンデンサは、 図 8に示すように、 リードフレームの 樹脂封止部分(20)において、 モールド樹脂(28)が接触するリードフレーム表 面(2 1) (22)にはメツキを設けず、 リードフレームがコンデンサ素子(26)に 接触する部分(23) (24)に低融点金属メツキを施してリードフレーム(1 0) (1 1)とコンデンサ素子(15)とを接合した構造を有する。
銅系材料のリードフレームを用いた場合、 樹脂封止部分(20)において、 モー ルド樹脂(28)が接触するリードフレーム表面(2 1) (22)、 およびリードフレ —ムの裏面は銅系材料の基体表面が露出した状態であり、 一方、 リードフレーム がコンデンサ素子(26)に接触する表面部分(23) (24)には低融点金属メツキ が施される。 この低融点金属メツキの例としては、 ニッケル下地メツキにスズメ ツキを設けたものなどである。 なお、 図上、 (30) (3 1)の部分は窓部(打抜き 部分)であり、 先に述べたようにこの部分は設けなくても良い。 また、 リードフ レームのモールド樹脂から外れる部分(32)はメツキが施されていても良い。 従 つて、 樹脂封止部分において、 リードフレームがコンデンサ素子に接触する部分 (23) (24)にはメツキを施し、 モールド樹脂(28)と接触する部分(2 1) (22)にはメツキを施さない。
図 9に示すように、 樹脂封止部分においては、 コンデンサ素子と密着する部分
(23) (24)のリードフレーム表面にのみ低融点金属メツキが施されており、 こ のメツキ部分に単板コンデンサ素子を重ね、 陰極部側は陰極部(7)どうしの間、 および陰極部( 7 )とリードフレーム( 1 1 )との間を導電ペース卜( 9 )によって接 着し、 一方、 陽極部側は、 各コンデンサ素子の陽極部(6)を互いに密着し、 押圧 しながら陽極部(6)どうし、 および陽極部(6)の下面とリードフレーム表面(2 3)とをスポット溶接によって接合し、 積層コンデンサ素子(26)を得る。 図 1 0および図 1 1に示すように、 この積層コンデンサ素子(26)を樹脂(28)によ つてモールドした後、 リ一ドフレームから樹脂モールドしたコンデンサ素子を切 り離し、 リード(10) (1 1)を折り曲げて固体電解コンデンサ(29)を得る。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明を実施例によって具体的に示す。 なお、 本発明の範囲は下記の例 によって限定されない。
(実施例 1 )
単板コンデンサ素子を以下のようにして作製した (図 1参照)。 表面にアルミ ナ誘電体皮膜を有し、 所定のサイズに切断(スリット)した厚さ 90 wm、 長さ 5 議、 幅 3 mmのアルミニウムエッチング箔を基体(1 )として用い、 この端部(長さ l mm, 幅 3 mmの部分)を陽極部とし、 この陽極部に接して幅 1酬の絶縁層( 3 )を 基体周面を囲むように鉢巻き状に形成(周設)した。 残りの部分(長さ 3画 X幅 3 mm)を、 1 0質量%のアジピン酸アンモニゥム水溶液で 1 3 Vの電圧下に化成し て切り口部 (切断面)に誘電体皮膜層(2 )を形成させた。 この基板を、 過硫酸アン モニゥム 2 0質量%とアントラキノン— 2—スルホン酸ナトリウム 0 . 1質量% となるように調製した水溶液に浸漬し、 次いで、 3 , 4—エチレンジォキシチォ フェン(Bayer AG 製、 Bayt ronTMM) 5 gを溶解した 1 . 2 mol/l のイソプロパノ ール溶液に浸漬した。 この基板を取り出し、 6 の環境下で 1 0分放置して酸 化重合を完成させた後、 水で洗浄した。 この重合反応処理および洗浄工程をそれ ぞれ 2 5回繰り返し、 導電性重合体からなる固体電解質層(4 )を形成した。 さら に、 これを力一ボンペーストに浸漬し、 固化させて導電体層(カーボンべ一スト 層 5 a )を形成し、 さらに銀べ一ストに浸漬し固化させて導電体層(銀ペースト層 5 b )を形成し、 図 1に示す単板コンデンサ素子(8 )を得た。
次に、 窓部がなく、 かつハーフエッチングでマークを付けたリードフレームを 用い、 また陰極側リードフレームは先端角部を面取りしたものを用い、 二のリー ドフレームの上に、 上記単板コンデンサ素子(8 )の 4枚を重ね、 陰極リードフレ ーム先端角部(1 l a )と素子絶縁層( 3 )の陰極側端( 3 a )との間隔( t ) (以下リ ードフレーム位置という) が 0. 5 mm になるように載置し、 各素子の陰極部と陰 極部との間、 および陰極部と陰極側リードフレームの間を銀ペースト(9 )で接合 することにより、 図 2、 図 4に示す積層コンデンサ素子(1 5 )を得た。
さらに、 リードを形成し、 積層素子全体をエポキシ樹脂(2 8 )で封止し、 1 2 0でで定格電圧(2 0 V)を印加し、 2時間エージングして合計 3 0個の積層型固 体電解コンデンサを作製した。 このコンデンサ素子について、 コンデンサの歩留 り、 リフロー試験後の漏れ電流レベルと不良数の評価をした。 これらの結果を表 1に示す。 (実施例 2 )
リードフレーム位置を 1 . 0 mm とした以外は実施例 1と同様な方法でコンデン サを作製し評価した。 その結果を表 1に示す。
(実施例 3 )
リードフレーム位置を 1 . 5 mm とした以外は実施例 1と同様な方法でコンデン サを作製し評価した。 その結果を表 1に示す。
(実施例 4 )
リードフレーム位置を 1 . 5画 とし、 リードフレーム端角部の面取りを施して いない以外は実施例 1と同様な方法でコンデンサを作製し評価した。 その結果を 表 1に示す。
(実施例 5 )
実施例 2のアントラキノンー 2—スルホン酸ナトリゥムに代えて、 4—モルホ リンプロパンスルホン酸ナトリウムを用いた以外は、 実施例 2と同様にして実施 例 5のコンデンサを作製し評価した。 その結果を表 1に示す。
(実施例 6 )
実施例 2のアン卜ラキノン一 2—スルホン酸ナ卜リゥ厶に代えて、 アン卜ラセ ンー 1ースルホン酸ナトリウムを用いた以外は、 実施例 2と同様にして実施例 6 のコンデンサを作製し評価した。 その結果を表 1に示す。
(実施例 7 )
実施例 2のアントラキノンー 2—スルホン酸ナトリウムに代えて 1 一ナフタレ ンスルホン酸ナトリウムを用い、 3, 4一エチレンジォキシチォフェンの代わり に N—メチルビロールを用いた以外は、 実施例 2と同様にして実施例 7のコンデ ンサを作製し評価した。 その結果を表 1に示す。
(比較例 1 )
実施例 1と異なる主な点は、 図 3に示すように、 リードフレームの陰極端角部 と素子の絶縁層の陰極側端とを接触 (リードフレーム位置が t = 0 . 0讓) させ た点であり、 その他は実施例 1と同様な方法でコンデンサを作製し評価した。 そ の結果を表 1に示す。
(比較例 2 )
リードフレーム端角部の面取りを施していない以外は比較例 1と同様な方法で コンデンサを作製し評価した。 その結果を表 1に示す。
表 1
Figure imgf000022_0001
実施例 1 0 . 5 0 . 4 0 . 6 0 / 3 0 突施例 2 1 . 0 仃;: 9 3 0 . 8 3 0
Figure imgf000022_0002
(注 1 )漏れ電流値が 1 Λ以下を合格とし、 歩留り(%)を(不合格品¾ /総数) X I 00で 算出した。
(注 2 )リフローがで舰理 ^ 2 o'c 3 o mした後の れ 流 の f均 ί と
バラツキ(レンジ)を^した。 また; 3 Λ以上を不 1¾とし, その数も し ( π = 3 0 )。 表 1に示すように、 リードフレームの陰極端角部が積層素子の絶縁体層近傍に ある比較例 1または比較例 2では、 歩留りおよびリフロー試験結果の何れも実施 例 1〜実施例 7に比べ劣って〔寸:。
また、 実施例 3と実施例 4を比較することにより、 陰極側リードフレームの先 端角部を面取りした効果を確認できた。 すなわち、 面取りを設けた突施例 3の方 が歩留り、 リフロー試験の漏れ電流値の何れもよ L 結果であつた。
上記実施例のリードフレームは、 図 4に示すように窓部が無く、 かつハーフエ ツチング等で位置決め用のマークを付けたものを用いたが、 コンデンサ素子を正 確に載置する別の方法があれば、 リードフレーム表面にマークを付ける必要はな い。 また、 リードフレームの形状は図面に示したものに限定されず、 その効果が 同様であればいかなる形状でも良い。 また、 上記実施例において、 固体電解質の 材料や形成方法、 電極体の材料及び形成方法に関して、 具体的に例を挙げて示し たが、 本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例 8 )
規定容量が 1 1 9 F/cm 2のアルミニウムエッチング箔を矩形(3謹 X 1 0mm)に 切り出し、 これを長軸方向に沿って先端から二分(4誦 と 5画 の部分に区画)す るように、 箔の両面および両端にポリイミド溶液を幅 1画 の周状に塗布し、 乾 燥させてマスキング (絶縁層)を形成した。 このアルミニウムエッチング箔の先端 側区画部分(3miii X 4™ の部分)を 1 0質量%のアジピン酸アンモニゥム水溶液に 浸漬し、 1 3 Vの電圧を印加して化成し、 切り口部分に誘電体酸化皮膜を形成し た。
次に、 この酸化皮膜形成部分(3mm X 4mm の部分)を、 3 . 4—エチレンジォキシ チォフェン(Bayer AG製, Bay t ronTMM)を 5 g溶解させた 1 . 2 mo l /L のイソプロ パノール溶液に浸潰した後に乾燥させた。 次いで、 アントラキノンー 2—スルホ ン酸ナトリウムが 0 . 0 7質量%となるように調整した 2 mo l Z'L の過硫酸アンモ ニゥム水溶液に浸漬して乾燥した。 続いてこのアルミニウム箔を約 4 0 °Cの大気 中で約 1 0分間放置することにより酸化的重合を行った。 さらにこの含浸工程及 び重合工程を全体で 2 5回となるようにして、 導電性高分子層 (ポリ(3 , 4—ェ チレンジォキシチォフェン)) をエッチドアルミニゥム箔の微細孔内に形成した。 この導電性高分子層を形成したエッチドアルミニウム箔を 5 0 °C温水中で洗浄し、 その後 1 0 0 で 3 0分乾燥を行して固体電解質層を形成した。 次に、 このアル ミニゥム箔の固体電解質層(導電性高分子層)を形成した部分にカーボンペースト と銀ペーストを付けて、 単板コンデンサ素子とした。
一方、 銅製のリードフレームを用い、 陽極側リードフレーム端部両面にニッケ ルを 0. 8 m厚に下地メツキし、 この上にスズを 1 0 m厚に表面メツキした。 このリ一ドフレームの両面に上記単板コンデンサ素子を 2枚づっ積層し、 そのァ ルミニゥム化成箔が露出している端部を陽極リードフレームのメツキ部分に密着 して重ね、 この部分を抵抗溶接機の電極で押圧 (加圧力 3. 6 kg) しながら図 7 に示す電流印加パターンに従つて抵抗溶接(ェネルギー 6. 5 W · s )を施すことによ り陽極リードフレームと単板コンデンサ素子端部とを接合した。 この接合部分の 弓 I張強度を測定したところ 2 5kgf/cm2であった。 この積層コンデンサ素子中央 の電解質部分に陰極側リードフレームを銀ペーストによって接合した後に、 積層 コンデンサ素子全体をエポキシ樹脂で封止し、 1 2 0°Cで定格電圧を印加して 2 時間エージングすることによりチップ型固体電解コンデンサを作製した。
この電解コンデンサについて、 2 30°Cの温度領域を 30秒通過させることに よりリフロー耐熱試験を行ない、 また定格電圧印加 1分後の漏れ電流を測定し、 測定値が 1CV 以下のものについてその平均値を求めたところ、 3 0個の試験体 について平均漏れ電流は 0. 00 1 A以下であり、 漏れ電流値 1 1. 8 /iA(0. 04CV)以上の耐熱不良率は 1 / 30以下であった。
(実施例 9 )
単板コンデンサ素子を 4枚づっ積層し、 積層部分に対する加圧力を 5. lkg, エネルギを 1 0. 7W's とした以外は実施例 8と同様にして陽極リードフレーム を接合した。 この陽極リードフレームの接合強度は 1 8kgf/cm2であった。 また、 この積層コンデンサ素子を用いて作製したチップ型固体電解コンデンサ 3 0個の 平均漏れ電流は 0. 0 02 A以下であり、 その耐熱不良率はゼロであった。 (実施例 1 0、,
陽極リードフレーム端部に下地ニッケルメツキ(厚さ 0. 1 m)および表面スズ メツキ(厚さ 3 m)を施した以外は実施例 8と同様にして陽極リードフレームを 接合した。 この陽極リードフレームの接合強度は 1 Okgf/cm2であった。 また、 この積層コンデンサ素子を用 て作成したチッブ型固体電解コンデンサ 3 0個の 平均漏れ電流は 0. 003 A以下であり、 その耐熱不良率は 1 / 30以下であ つた。
(比較例 3 )
陽極リードフレームに下地メツキおよび表面メツキを施さな( 也は実施例 8と 同様の条件下で陽極リードフレームの抵抗溶接を行つたところ、 溶接部分は電極 が押し当てられて、 変形しているもののアルミニウム化成箔の溶接は生じていな い状態であり、 リ一ドフレームを接合することができなかった。
(実施例 1 1 )
図 1に示す単板コンデンサ素子(8)を以下のようにして作製した。 表面にアル ミナ誘電体皮膜を有する厚さ 9 0 m、 長さ 5麵、 幅 3誦 のアルミニウム(弁作 用金属)のエッチング箔を基体(1)として用い、 その片側端部の長さ 2mm、 幅 3 mm の部分を陽極部(6)とし、 残り 3mmx 3誦 の部分を、 1 0質量%のアジピン 酸アンモニゥム水溶液に浸し、 1 3 Vの電圧下で化成して切り口部に誘電体酸化 皮膜層(2)を形成し、 誘電体とした。 この誘電体表面に、 過硫酸アンモニゥム 2 0質量%とアントラキノン— 2—スルホン酸ナトリウム 0. 1質量%になるよう に調製した水溶液を a浸させ、 次いで 3. 4—エチレンジォキシチォフェン 5 g を溶解した 1. 2mol/l のイソプロパノール溶液に浸漬した。 二の基板を取り出 して 60 の環境下で 1 0分放置することで酸化重合を完成させ、 水で洗浄した。 この重合反応処理及び洗浄工程をそれぞれ 1 0回繰り返し、 導電性高分子の固体 電解質層(4)を形成した。 次いで、 これをカーボンペースト槽に浸漬し固化させ て導電体層(5 a)を形成し、 さらに銀ペースト槽に浸漬し固化して導電体層(5 b)を形成し、 この操作を繰り返し、 導電体層(5)の厚みを先端に向かって漸次 大きくし、 先端がやや太い形状の単板コンデンサ素子(8)を得た。
次に、 厚さ 0. 1 mmの銅基材をプレスによって、 図 8に示すリードフレーム の形状に打ち抜き、 その表面にニッケル下地メツキとその上にスズメツキを施し た。 ただし、 樹脂封止部分(20)においては、 モールド樹脂(2 8)と接触する部 分(2 1 ) (2 3)にはメツキを施さず、 コンデンサ素子と密着する部分(2 3) (24)にのみ上記メツキ処理を施した。 樹脂封止部分の上記メツキ部分に単板コ ンデンサ素子(8)の 3枚を図 9に示すように重ね、 各陽極部(6)を図上左方に揃 えると共に陰極部( 7 )を右方に揃え、 陰極部と陰極部の問、 および陰極部とリ一 ドフレーム(1 1)との間を導電ペースト(9)によって接着することにより単板コ ンデンサ素子( 8 )を末広がり状に重ねた積層体とした。 この積層体の陽極部( 6 ) を折り曲げながら陽極部どうし、 およびリードフレーム(1 0)の片側表面と陽極 部( 6 )の下面をスポット溶接することによって図 9に示す積層コンデンサ素子 (2 6)を得た。 図 9, 図 1 0に示すように、 この積層コンデンサ素子の全体をェ ポキシ樹脂(28)でモールド成形した後、 成形時の樹脂バリを樹脂ビーズのショ ッ卜ブラスト法によって取り除いてから、 リードフレームから樹脂封止したコン デンサ素子を切り離し、 図 1 1に示すように所定の形状にリードを折り曲げて固 体電解コンデンサ(2 9)を得た。
この固体電解コンデンサは、 積層体を形成する際の熱処理において、 ハンダボ ールの発生率が低く、 しかも、 リードフレームとコンデンサ素子の接合部分の強 度が大きく、 平均漏れ電流および耐熱不良率は概ね実施例 8〜 1 1と同様であつ た。 産業上の利用可能性
本発明の固体電解コンデンサは以上の構造を有するので、 次のような優れた効 果を有する。
(a) コンデンサ素子をリードフレームに載置接合する場合、 素子の絶縁層近 傍に陰極側リードフレームの先端角部を接近せず、 所定の間隔を保つて素子を載 置し、 また、 (b)該先端角部を面取りすることにより、 歩留り、 および W熱性の 良いコンデンサが得られる。 さらに、 (c)リードフレームに窓部を設けないこと によってリードフレームの抵抗の増加を抑える格別な効果が得られ、 また、 (d) W /7 1
ハーフエッチング等によって接合位置のマークを施したリードフレームを用いる ことによってリードフレーム上に載置する素子の位置決めを正確かつ容易に行う ことができる。
( e )抵抗溶接を利用して陽極側リードフレームとコンデンサ素子の弁作用金属 箔(板)とを容易かつ強固に接合することができる。 従って、 積層コンデンサ素子 およびその固体電解コンデンサを経済性良く製造することができる。 特に、 銅ま たは銅化合物のように良導電性材料からなるリードフレームとアルミニウム化成 箔等の基体を信頼性良く接合することができるので実用性が高い。 また、 鉛や鉛 化合物等を含まないメツキ材料を用いることができるので環境汚染上の問題がな い。
( f )樹脂封止部分において、 コンデンサ素子が接触する部分に限定して低融点 メツキを施すことによってハンダボール等による接合欠陥の発生を防止している ので、 リードフレームとコンデンサ素子の接合部分の安定性が良く、 信頼性の高 い固体電解コンデンサを得ることができる。

Claims

請求の範囲
1 . 誘電体皮膜を有する弁作用金属からなる基体の片側端部を陽極部とし、 該 陽極部に接して基体上に所定幅の絶縁層を周設して »部とし、 陽極部及び絶縁 5 部を除いた範囲の誘電体皮膜層上に固体電解質層と導電体層を順次積層して陰極 部としたコンデンサ素子を用い、 該コンデンサ素子の陽極部と陰極部にリードフ レームを接合し、 樹脂で封止してなる固体電解コンデンサにおいて、 コンデンサ 素子とリードフレームとを接合する際、 コンデンサ素子の絶縁層陰極側端部と陰 極側リードフレーム先端部との間に間隔を設けて接合したことを特徴とする固体0 電解コンデンサ。
2 . 絶縁層の陰極側端部と陰極側リードフレーム先端部との間隔が該陰極部の 長さの 1ノ 4 0以上であって 1 Z 2以下の範囲にある請求の範囲 1に記載する固 体電解コンデンサ。
3 . 複数個のコンデンサ素子を積層した積層コンデンサ素子について、 その絶 δ 縁層陰極側端部と陰極側先端部とが請求の範囲 1または 2の構造を有する固体電 解コンデンサ。
4 . 陰極側リ一ドフレームの先端部が面取りされて る請求の範囲 1ないし 3 のいずれかに記載する固体電解コンデンサ。
5 . リードフレームに、 単板または積層コンデンサ素子の接合位置を示すマー0 クが付されている請求の範囲 1ないし 4のいずれかに記載する固体電解コンデン サ。
6 . コンデンサ素子の陰極部ないし陽極部に接するリ一ドフレームの部分に窓 部が形成されてない請求の範囲 1ないし 5のいずれかに記載する固体電解コンデ ンサ。
5 7 . リードフレームが銅系材料で形成され、 もしくは表面に銅系材料または亜 鉛系材料がメツキされた材料で形成されている請求の範囲 1な'、 し 6のいずれか に記載する固体電解コンデンサ。
8 . 誘電体皮膜を有する弁作用金属からなる S#の片側端部を陽極部とし、 該 陽極部に接して基体上に所定幅の絶縁層を周設して絶縁部とする工程、 陽極部及 び絶縁部を除いた範囲の誘電体皮膜層上に固体電解質層を設け、 その上に導電体 層を積層して陰極部としたコンデンサ素子を形成する工程、 該コンデンサ素子の 陽極部と陰極部にリードフレームを接合する際、 コンデンサ素子の絶縁層の陰極 側端部と陰極側リードフレーム先端部との間に間隔を設けて接合する工程を含む ことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
9 . 絶縁層の陰極側端部と陰極側リードフレーム先端部との間隔が該陰極部の 長さの 1 Z 4 0以上であって 1 / 2以下の範囲となるようにリードフレームを接 合する請求の範囲 8に記載する固体電解コンデンザの製造方法。
1 0 . 複数個のコンデンサ素子を積層した積層コンデンサ素子にリードフレー ムを接合する請求の範囲 8または 9に記載する固体電解コンデンサの製造方法。
1 1 . 誘電体皮膜を有する弁作用金属からなる基体の片側端部を陽極部とし、 該陽極部に接して基体上に所定幅の絶縁層を周設して絶縁部とし、 陽極部及び絶 縁部を除いた範囲の誘電体皮膜層上に固体電解質層と導電体層を順次積層して陰 極部としたコンデンサ素子を用い、 該コンデンサ素子の陽極部と陰極部にリ一ド フレームを接合し、 樹脂で封止してなる固体電解コンデンサであって、 樹脂封止 部分において、 樹脂が接触するリードフレーム表面にはメツキを設けず、 リード フレームがコンデンサ素子に接触する部分にのみ低融点金属メツキを施してリー ドフレームとコンデンサ素子とを接合したことを特徴とする固体電解コンデンサ。
1 2 . 誘電体皮膜を有する弁作用金属からなる基体の片側端部を陽極部とし、 該陽極部に接して基体上に所定幅の絶縁層を周設して絶縁部とし、 陽極部及び絶 緣部を除いた範囲の誘電体皮膜層上に固体電解質層と導電体層を順次積層して陰 極部としたコンデンサ素子を用い、 該コンデンサ素子の陽極部と陰極部にリード フレームを接合し、 樹脂で封止してなる固体電解コンデンサにおいて、 陽極側リ ードフレーム表面に低融点金属メツキを施し、 このメッキ部分にコンデンサ素子 の陽極側端部を重ねて抵抗溶接を行い、 誘電体皮膜による抵抗熱を利用して接合 したことを特徴とする固体電解コンデンサ。
1 3 . コンデンサ素子とリードフレームとを接合する際、 陽極側リードフレーム 表面に低融点金属メ ソキを施し、 このメツキ部分にコンデンサ素子の陽極側端部 を重ねて抵抗溶接によって接合し、 一方、 陰極側はコンデンサ素子の絶縁層の陰 極側端部と陰極側リードフレーム先端部との間に間隔を設けて接合したことを特 徵とする請求の範囲 1 1ないし 1 2のいすれかに記載する固体電解コンデンサ。
1 4 . 弁作用金属がアルミニウム、 タンタル、 チタン、 ニオブまたはそれらの 合金から選ばれた材料である請求の範囲 1 1ないし 1 3のいずれかに記載する固 体電解コンデンサ。
1 5 . リードフレーム力銅または銅合金 (銅系材料)からなり、 または表面に銅 系材料ないし亜鉛系材料がメツキされた材料からなる請求の範囲 1 1ないし 1 4 のいずれかに記載する固体電解コンデンサ。
1 6 . 低融点金属メツキが弁作用金属よりも融点の低い金属また:ま合金であり、 メツキ層の厚さが 0 . 1〜 1 0 0 mの範囲にある請求の範囲 1 1ないし 1 5の いずれかに記載する固体電解コンデンサ。
1 7 . 低融点金属メツキがニッケルの下地メツキとスズの表面メツキからなる 請求の範囲 1 1ないし 1 6のいずれかに記載する固体電解コンデンサ。
1 8 . リードフレームの接合位置が積層コンデンサ素子の中央部または外周側 である請求の範囲 1 1ないし 1 7のいずれかに記載する固体電解コンデンサ。
1 9 . 誘電体皮膜を有する弁作用金属からなる基体の片側端部を陽極部とし、 該陽極部に接して基体上に所定幅の絶縁層を周設して絶縁部とする工程、 陽極部 及び絶縁部を除いた範囲の誘電体皮膜層上に固体電解質層を設け、 その上に導電 体層を積層して陰極部としたコンデンサ素子を形成する工程、 該コンデンサ素子 の陽極部と陰極部にリ一ドフレームを接合する際、 リ一ドフレームがコンデンサ 素子に接触する部分にのみ低融点金属メツキを施してリードフレームとコンデン サ素子とを接合する工程を含むことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
2 0 . 銅あるいは銅合金、 または表面に銅系材料ないし亜鉛系材料がメツキさ れた材料からなり、 樹脂封止部分においてコンデンサ素子と接触する部分にのみ 低融点金属メツキを施したことを特徴とするリードフレーム。
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