JP5035999B2 - 固体電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は電源ライン用の表面実装型の固体電解コンデンサ及びその製造方法に関し、特にＣＰＵに接続され安定化電源のためのデカップリング回路用として好適な固体電解コンデンサ及びその製造方法に関する。

図３は従来の固体電解コンデンサを表す図であり、図３（ａ）はその全体を示す断面図、図３（ｂ）はその固体電解コンデンサ素子の断面図である。

従来、固体電解コンデンサ素子は、図３（ｂ）に示すように、箔状又は板状の弁作用金属の陽極体１５が拡面化され、その上に誘電体皮膜１６が形成され、陽極体端部１１を絶縁樹脂１３にて分離され、中央部の誘電体皮膜１６上に導電性高分子層１７からなる固体電解質層を形成し、その後、グラファイト４、銀ペースト５を塗布して陰極部を形成して作製される。

次に、図３（ａ）に示すように、個々の固体電解コンデンサ素子の陽極体端部１１には銅又は銅合金の金属帯板片１４が溶接されて陽極部となり、、それらが積層され（図３（ａ）は図３（ｂ）の矩形板状の固体電解コンデンサ素子が３層に積層された形態である）、固体電解コンデンサ素子積層体２００が形成される。このとき、陽極部は抵抗溶接及びレーザ溶接を用いて接続し、陰極部１２は導電性ペースト２５を用いて接続する。その固体電解コンデンサ素子積層体２００がリードフレームから形成された陽極端子２０及び陰極端子２１を底面部に有する箱形のモールド成形された樹脂ケース２２の内部に配設され、陽極端子２０の上面と、下端の陽極体端部１１に溶接された金属帯板片１４の下面とが導電性ペースト２５で接続され、下端の陰極部１２と、陰極端子２１とが導電性ペースト２５で接続されている。ここで、陽極端子２０と陰極端子２１は平板状であり、基板実装面と同一平面状に形成されている。モールド成形された樹脂ケース２２は陽極端子２０と陰極端子２１の隙間を埋めると共に両端子を機械的に連結し、さらに固体電解コンデンサ素子の周囲に側壁を有するようにインサートモールドにより形成されている。上記側壁に箱型の蓋２３を被せ固体電解コンデンサ素子積層体２００を封入することで固体電解コンデンサ１００を得ている(例えば特許文献１参照)。

固体電解コンデンサの外形形状となるモールド成形された樹脂ケース２２を長さ方向に小型化する場合、金属帯板片１４を短くする方法、もしくは、容量出現部である陰極部１２を短くする方法、又は、絶縁樹脂１３の幅を短くする方法がある。

しかしながら、金属帯板片１４を短くする方法の場合は、陽極端子２０と金属帯板片１４を導電性ペースト２５で接続する際に接続面積が小さくなり接続強度が低くなる欠点が生じる。

また、容量出現部である陰極部１２を短くする方法があるが、容量が減少してしまい本質を失うことになり、あるいは、絶縁樹脂１３の幅を短くする方法は、導電性高分子層１７を形成した際に絶縁樹脂１３の幅が短いために導電性高分子層が陽極側に侵入してショートになる可能性がある。

特開２００６−１２８２４７号公報

本発明の課題は、容量を減少させることなく、外形を小型化できる固体電解コンデンサおよびその製造方法を提供することにある。

本発明によれば、端部に陽極部を有し中央部に陰極部を有する板状の固体電解コンデンサ素子又は前記固体電解コンデンサ素子を積層してなる固体電解コンデンサ素子積層体と、前記陽極部に接続された陽極端子と、前記陰極部に接続された陰極端子とを備える固体電解コンデンサにおいて、前記陽極部は金属帯板片が接続された陽極体端部が折り返された構造であることを特徴とする固体電解コンデンサを得ることができる。

また、前記陽極端子と前記陰極端子は平板状であり、基板実装面となる同一平面上に形成され、前記陽極端子と前記陰極端子の間隙を埋めると共に機械的に連結する底面部を有し、前記平面に対し直交する側壁を有する樹脂ケースが形成され、前記樹脂ケースの内側底面には前記陽極端子及び陰極端子が露出して、前記固体電解コンデンサ素子または前記固体電解コンデンサ素子積層体の陽極部および陰極部に接続されたことを特徴とする固体電解コンデンサを得ることができる。

また、本発明によれば、拡面化した弁作用金属の板または箔からなる陽極体に誘電体皮膜を形成した後、陽極体端部を絶縁樹脂により分離して陽極部を設けると共に中央部の誘電体皮膜上に固体電解質層及び導電性物質層を形成して陰極部を設ける工程と、陽極体端部に金属帯板片を接続する工程と、前記金属帯板片が接続された陽極体端部を折り返して固体電解コンデンサ素子を作製する工程と前記金属帯板片に陽極端子を接続する工程と、前記陰極部に陰極端子を接続する工程と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を得ることができる。

また、本発明によれば、拡面化した弁作用金属の板または箔からなる陽極体に誘電体皮膜を形成した後、陽極体端部を絶縁樹脂により分離して陽極部を設けると共に中央部の誘電体皮膜上に固体電解質層及び導電性物質層を形成して陰極部を設ける工程と、陽極体端部に金属帯板片を接続する工程と、前記金属帯板片が接続された陽極体端部を折り返して固体電解コンデンサ素子を作製する工程と、前記固体電解コンデンサ素子を積層して陽極部同士、陰極部同士をそれぞれ接続して固体電解コンデンサ素子積層体を作製する工程と前記陽極部の金属帯板片に陽極端子を接続する工程と、前記陰極部に陰極端子を接続する工程と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を得ることができる。

さらに、陽極端子と陰極端子を同一平面となる底面に配置しインサートモールド法により底面部と側壁部を有する樹脂ケースを形成する工程と、前記固体電解コンデンサ素子または前記固体電解コンデンサ素子積層体の前記陽極部の金属帯板片に前記陽極端子を接続する工程と、前記陰極部に前記陰極端子を接続する工程と、前記樹脂ケースの上側を覆う蓋を前記樹脂ケースに接続する工程とを含むとよい。

本発明によって、金属帯板片を接続した陽極体端部を折り返して陽極部とし、それを陽極端子と接続することにより、陽極体と陽極端子との接続面積、および、容量を維持しながらモールド成形された樹脂ケースの小型化が可能になる。即ち本発明によれば、接続の信頼性に優れ、小型化した固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態の固体電解コンデンサを表す断面図である。Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂのいずれかを含む弁作用金属をエッチング等により拡面化した陽極体の表面に電気化学的方法等により誘電体皮膜を形成する。次に、陽極体端部を絶縁樹脂１３により分離して、陽極部となる部分を設けると共に中央部の前記誘電体皮膜の表面に導電性高分子層からなる固体電解質層を形成し、その後、順次グラファイト層、銀ペースト層を形成して陰極部１２とする。次に、陽極体端部に金属帯板片１４を抵抗溶接等により接続した後、陽極体端部を折り返して折り返された陽極体端部と金属帯板片１４からなる陽極部として、固体電解コンデンサ素子を作製する。必要により固体電解コンデンサ素子を積層して、それぞれの陽極部同士をレーザ溶接等により接続し、それぞれの陰極部同士は導電性ペースト２５により接続し固体電解コンデンサ素子積層体２００を作製した後、固体電解コンデンサ素子または固体電解コンデンサ素子積層体２００を、陽極端子２０及び陰極端子２１を有する樹脂ケース２２内に配置し、陽極部の金属帯板片１４と陽極端子２０、陰極部１２と陰極端子２１をそれぞれ導電性ペースト２５で接続し蓋２３で覆って固体電解コンデンサ１００とする。

次に、本発明の固体電解コンデンサに用いる固体電解コンデンサ素子について説明する。図２は、本発明の実施の形態の固体電解コンデンサに用いる固体電解コンデンサ素子の製造工程を説明する図であり、図２（ａ）は陽極体端部に金属帯板片が超音波溶接された断面図を示し、図２（ｂ）は絶縁樹脂の一部をレーザ光で除去した断面図を示し、図２（ｃ）は第一の折り曲げ後の断面図を示し、図２（ｄ）は第二の折り曲げ後の断面図を示す。

本発明の固体電解コンデンサに用いる固体電解コンデンサ素子の製造工程は、先ず、図２（ａ）に示すように陽極体端部１１に銅または銅合金等からなる金属帯板片１４を超音波溶接等により接続する。その後、図２（ｂ）に示すように陽極体端部側の絶縁樹脂の一部をレーザ加工により除去し、絶縁樹脂除去部１３ａとする。その後、図２（ｃ）に示すように陽極体本体に略直角に陽極体端部に第一の折り曲げ加工を施した後、図２（ｄ）に示すようにさらに略直角に第二の折り曲げ加工を施すことにより、金属帯板片１４を絶縁樹脂除去部１３ａに配置する。ここで言うレーザ加工とは、ＹＡＧレーザ等の固体レーザ、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ等の加工用の高出力レーザを照射して樹脂を気化（いわゆるアブレーション）させる方法である。

金属帯板片１４の陽極体端部１１への接続は金属帯板片１４の全面が陽極体端部１１と接続されるのが、接続強度、電気抵抗から好ましい。そのため溶接の発熱による弊害を避けるため陰極部から離間させて接続している。陽極体端部側の絶縁樹脂をレーザ加工により除去することにより、陽極体端部を折り返したときに１８０度折り返しができるようになる。また、レーザ加工においては陰極部への影響を少なくするため出力を調整することができる。絶縁樹脂は陰極部を形成する際に陽極部との分離のため所定のスペースが必要となるものであるが、陰極部の形成後は除去することができる。折り曲げ加工は２段階に分けた例を示したが、一度に折り返すこともできる。また折り返し部の長さは金属帯板片の長さより長く、１．５倍以内であると小型化の点から好ましい。

次に、図２（ｄ）に示す陽極体端部１１には、銅又は銅合金の金属帯板片１４が溶接され折り返されて陽極部とされた固体電解コンデンサ素子１０を単体で、或いはそれらを積層して、固体電解コンデンサ素子積層体を形成して樹脂ケースに配置する。固体電解コンデンサ素子積層体の形成においては、図１に示すように、陽極部は抵抗溶接またはレーザ溶接を用いて陽極体と金属帯板片を接続し、陰極部１２は導電性ペースト２５を用いて接続する。積層体の陽極部同士の抵抗溶接またはレーザ溶接による接続はスポットでの接続で充分であるため、金属帯板片上での接続による陰極部への影響は少なくなる。

次に、図１に示すように、固体電解コンデンサ素子積層体２００がリードフレームから形成された陽極端子２０及び陰極端子２１を底面部に有する箱形のモールド成形された樹脂ケース２２の内部に配設され、陽極端子２０の上面と、下端の陽極体端部１１に溶接された金属帯板片１４の下面とが導電性ペースト２５で接続され、最下部の陰極部１２と、陰極端子２１とが導電性ペースト２５で接続されている。ここで、陽極端子２０と陰極端子２１は平板状であり、基板実装面と同一平面状に形成されている。モールド成形された樹脂ケース２２は陽極端子２０と陰極端子２１の隙間を埋めると共に両端子を機械的に連結し、さらに固体電解コンデンサ素子の周囲に壁側を有するようにインサートモールドにより形成されている。上記壁側に箱型の蓋２３を被らせ固体電解コンデンサ積層体２００を封入することで固体電解コンデンサ１００を得る。

このような構成により、陽極体端部１１を折り返して絶縁樹脂１３の除去前の位置に金属帯板片１４が配置されることから、陽極体端部１１に位置していた陽極部の空間２４を短くできるためモールド外装の樹脂ケース２２の小型化を図ることができる。

以下、本発明における実施例について図面を参照しながら説明する。

本発明の実施例による固体電解コンデンサは、長方形の平板上の固体電解コンデンサであり、３端子伝送線路素子タイプと呼ばれている。図１及び図２に示すように、エッチングにより表面積が１００倍に拡大された、すなわち拡面化された厚さ１００μｍの平板状のＡｌからなる弁作用金属の陽極体１５の表面に、リン酸水溶液中で６Ｖ印加により陽極酸化膜として誘電体皮膜１６を形成し、前記誘電体皮膜１６を形成した陽極体１５を長さ１０ｍｍ、幅５ｍｍの寸法に打ち抜いた。

エポキシ樹脂を使用した絶縁樹脂１３を形成して、陽極部と陰極部を分離した後、ｐ−トルエンスルホン酸第二鉄の酸化剤液及び３、４−エチレンジオキシチオフェンのモノマー液に交互に複数回浸漬させ、導電性高分子層１７を形成して、その後、順次グラファイト層４、銀ペースト５を形成して陰極層１２として固体電解コンデンサ素子１０を作製した。

その後、図２（ａ）に示すように、前記固体電解コンデンサ素子の陽極体端部１１に銅を材質とした金属帯板片１４（横０．８ｍｍ×縦７ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ）と超音波溶接した。

その後、出力５０Ｊの強度でレーザ加工により絶縁樹脂１３の一部を除去した後、陽極体端部１１を図２に示す順序で折り返す。折り返した後は金属帯板片１４と陽極端子２０が対向するように適宜に折り返し寸法を調整する。

陽極体端部１１を折り返した後、図１に示すように、モールド成形された樹脂ケース２２に装入するために、陽極体端部１１に接続した金属帯板片１４と陽極端子２０下面に導電性ペースト２５を介して陽極端子２０と接続し、陰極部１２は導電性ペースト２５を介して陰極端子２１に接続される。その後、上記壁側に箱型の蓋２３を被せて固体電解コンデンサ積層体２００を封入することで固体電解コンデンサ１００を得た。又、本発明によりモールド成形された樹脂ケースをほぼ１０％小型化することができた。

本発明にかかる固体電解コンデンサおよび製造方法は、電子機器、電気機器に用いられるコンデンサに適用される。また、固体電解コンデンサおよび製造方法を用いた伝送線路素子、電子機器、特にデカップリング回路に適用される。

本発明の実施の形態の固体電解コンデンサを表す断面図。 本発明の実施の形態の固体電解コンデンサに用いる固体電解コンデンサ素子の製造工程を説明する図、図２（ａ）は陽極体端部に金属帯板片が超音波溶接された断面図、図２（ｂ）は絶縁樹脂の一部をレーザ光で除去した断面図、図２（ｃ）は第一の折り曲げ後の断面図、図２（ｄ）は第二の折り曲げ後の断面図。 従来の固体電解コンデンサを表す図、図３（ａ）はその全体を示す断面図、図３（ｂ）はその固体電解コンデンサ素子の断面図。

符号の説明

４ グラファイト層
５ 銀ペースト
１０ 固体電解コンデンサ素子
１１ 陽極体端部
１２ 陰極部
１３ 絶縁樹脂
１３ａ 絶縁樹脂除去部
１４ 金属帯板片
１５ 陽極体
１６ 誘電体皮膜
１７ 導電性高分子層
２０ 陽極端子
２１ 陰極端子
２２ 樹脂ケース
２３ 蓋
２４ 陽極部の空間
２５ 導電性ペースト
１００ 固体電解コンデンサ
２００ 固体電解コンデンサ素子積層体

Claims (5)

1. 端部に陽極部を有し中央部に陰極部を有する板状の固体電解コンデンサ素子又は前記固体電解コンデンサ素子を積層してなる固体電解コンデンサ素子積層体と、前記陽極部に接続された陽極端子と、前記陰極部に接続された陰極端子とを備える固体電解コンデンサにおいて、前記陽極部は金属帯板片が接続された陽極体端部が折り返された構造であることを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 前記陽極端子と前記陰極端子は平板状であり、基板実装面となる同一平面上に形成され、前記陽極端子と前記陰極端子の間隙を埋めると共に機械的に連結する底面部を有し、前記平面に対し直交する側壁を有する樹脂ケースが形成され、前記樹脂ケースの内側底面には前記陽極端子及び陰極端子が露出して、前記固体電解コンデンサ素子または前記固体電解コンデンサ素子積層体の陽極部および陰極部に接続されたことを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
3. 拡面化した弁作用金属の板または箔からなる陽極体に誘電体皮膜を形成した後、陽極体端部を絶縁樹脂により分離して陽極部を設けると共に中央部の誘電体皮膜上に固体電解質層及び導電性物質層を形成して陰極部を設ける工程と、陽極体端部に金属帯板片を接続する工程と、前記金属帯板片が接続された陽極体端部を折り返して固体電解コンデンサ素子を作製する工程と前記金属帯板片に陽極端子を接続する工程と、前記陰極部に陰極端子を接続する工程と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。
4. 拡面化した弁作用金属の板または箔からなる陽極体に誘電体皮膜を形成した後、陽極体端部を絶縁樹脂により分離して陽極部を設けると共に中央部の誘電体皮膜上に固体電解質層及び導電性物質層を形成して陰極部を設ける工程と、陽極体端部に金属帯板片を接続する工程と、前記金属帯板片が接続された陽極体端部を折り返して固体電解コンデンサ素子を作製する工程と、前記固体電解コンデンサ素子を積層して陽極部同士、陰極部同士をそれぞれ接続して固体電解コンデンサ素子積層体を作製する工程と前記陽極部の金属帯板片に陽極端子を接続する工程と、前記陰極部に陰極端子を接続する工程と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。
5. 陽極端子と陰極端子を同一平面となる底面に配置しインサートモールド法により底面部と側壁部を有する樹脂ケースを形成する工程と、前記固体電解コンデンサ素子または前記固体電解コンデンサ素子積層体の前記陽極部の金属帯板片に前記陽極端子を接続する工程と、前記陰極部に前記陰極端子を接続する工程と、前記樹脂ケースの上側を覆う蓋を前記樹脂ケースに接続する工程とを含むことを特徴とする請求項３または４に記載の固体電解コンデンサの製造方法。

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