JP2010056118A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の高い固体電解コンデンサとその製造方法を提供すること
【解決手段】リードフレームの陰極搭載部に、陰極搭載部の外周に沿うように凹部または孔部または切り欠きを設ける。その後、前記陰極搭載部に、コンデンサ素子の陰極部を導電性接着剤を使って接合する。これによって、前記凹部または孔部または切り欠きが、余分な導電性接着剤を滞留させ、コンデンサ素子の陰極部と陰極リードフレームの陰極搭載部との接合界面から、導電性接着剤が突出することを防ぐ。その結果、外装樹脂の厚さを充分に確保することができるため、信頼性を向上することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は固体電解コンデンサに関するものである。

従来の固体電解コンデンサの構造を図１１および図１２に示す。図１１に示すように，固体電解コンデンサは、外装樹脂１８で被覆された複数のコンデンサ素子６と、金属からなる陽極リードフレーム９ａおよび陰極リードフレーム９ｂで構成されている（特許文献1参照）。

図１２に示すように，コンデンサ素子６は，弁作用金属箔を用いた陽極体１の表面に、誘電体酸皮膜２、固体電解質層３、導電性カーボン層４，銀ペースト層５を形成したものである。ここで弁金属とは、酸化処理により極めて緻密で耐久性を有する誘電体皮膜が形成される金属を指し、具体的にはタンタル、ニオブ、アルミニウム、チタン等のことをいう。固体電解質３にはTCNQ錯体やポリピロール，ポリチオフェン，ポリフラン，ポリアニリン等の導電性高分子が用いられる。

コンデンサ素子６のうち、陽極体１からなる陽極部７はリードフレームの９ａ陽極搭載部１０に接続され、固体電解質層３と導電性カーボン層４と銀ペースト層５からなる陰極部８はリードフレーム９ｂの陰極搭載部１１に接続される。このとき，コンデンサ素子６の陽極部７と陽極搭載部１０はスポット溶接によって接合され，コンデンサ素子６の陰極部８と陰極搭載部１１は導電性接着剤１４を介して接合される。また，前記コンデンサ素子６の陽極部７と別のコンデンサ素子６の陽極部７はスポット溶接によって接合され，前記コンデンサ素子６の陰極部８と前記別のコンデンサ素子６の陰極部８は導電性接着剤１４を介して接合され、積層される。

上記のようにして積層されたコンデンサ素子とリードフレームの積層体を、外部端子となるリードフレームの陽極端子部１２及び陰極端子部１３の一部を露出するようにして外装樹脂１８で封止し、陽極端子部１２及び陰極端子部１３の露出部分を外装樹脂１８に沿って折り曲げて、固体電解コンデンサが完成する。

このようなコンデンサは静電容量が大きく、周波数特性に優れ、ＣＰＵのデカップリング回路あるいは電源回路などに広く使用されている。しかしながら、携帯型電子機器の発展に伴い、大容量化，小型化，高周波領域における低ＥＳＲ（Equivalent Series Resistance：等価直列抵抗）化，高信頼性化などの多くの要求への対応が必要になってきた。

特開２００７−２９４４９５

従来方法によるコンデンサ素子の積層について，図１３および図１４を用いて説明する。図１３はコンデンサ素子を積層する前の位置関係を示す斜視図，図１４はコンデンサ素子の積層後の斜視図である。

まず，コンデンサ素子６ａの陽極部７ａと陰極部８ａを，リードフレームの陽極搭載部１０と陰極搭載部１１にそれぞれ接合する。このとき陰極部８ａの片面には導電性接着剤１４ａを塗布し，この塗布面を陰極搭載部１１に対向させて接合する。陽極部７ａはスポット溶接にて陽極搭載部１０と接合する。

続いて，前記コンデンサ素子６ａに対向するように、別のコンデンサ素子６ｂを接合する。このとき、陰極部８ｂの片面に導電性接着剤１４ｂを塗布し、この塗布面を陰極部８ａに対向させて接合する。陽極部７ｂはスポット溶接にて陽極部７ａと接合する。

上記工程を繰返して，リードフレームの裏面にもコンデンサ素子６ｃ，６ｄを接合し，最後に熱によって導電性接着剤を硬化させ，コンデンサ素子の積層体が完成する。

一般的に，コンデンサ素子は製造工程において，コンデンサ素子の搬送や装置への装填を簡略化するため，キャリアバーなどの固定冶具に複数個単位に固定されて一括処理される。導電性接着剤を塗布する工程においても，前記固定冶具に複数個のコンデンサ素子を固定し一括処理する。そのため，全てのコンデンサ素子は一定量に塗布量を調整された導電性接着剤を塗布されたのち積層される。

しかしながら，コンデンサ素子の陰極部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの表面とリードフレームの陰極搭載部１１の表面では表面性が異なるため，コンデンサ素子の陰極部とリードフレームの陰極搭載部の接続に必要な導電性接着剤１４ａ，１４ｃの最適量と，コンデンサ素子の陰極部同士の接合に必要な導電性接着剤１４ｂ，１４ｄの最適量が異なる。コンデンサ素子の陰極部は表面の凹凸を有しているため多量の導電性接着剤を必要とするが，リードフレームの陰極搭載部は表面が平滑であるため多量の導電性接着剤を必要としない。

導電性接着剤の塗布量を陰極部同士の接合に最適な量で一定とした場合，陰極部と陰極搭載部の接合では導電性接着剤１４ａ，１４ｃが過剰になり，図１４に示すように陰極部と陰極搭載部の接合部から余分な導電性接着剤１４ａ１，１４ｃ１が突出する。このように，導電性接着剤の突出部を有するコンデンサ素子の積層体を外装樹脂で被覆した場合，突出部近傍の外装樹脂が薄くなり信頼性が低下するという問題があった。

外装樹脂は，信頼性を確保するために，ある程度の厚さが必要である。信頼性は，主に酸素や水分の外装樹脂への浸透によって低下し，酸素はＥＳＲ等の劣化を，水分は耐湿特性や耐リフロー特性等の劣化を引き起こす。しかし，前記のように外装樹脂が薄い箇所がある場合，酸素や水分が内部まで浸透しやすくなり，信頼性が著しく低下する。

なお，導電性接着剤の塗布量を陰極部と陰極搭載部の接合に最適な量で一定とした場合，陰極部同士の接合において導電性接着剤が不足し，接合不良や特性不良が生じるため，導電性接着剤を減らすことができなかった。

本発明は，上記問題点を解決するためになされたものであり、生産性低下を回避しつつ，信頼性向上を達成することができる固体電解コンデンサを提供することを目的とする。

本発明は、陽極部と，陰極部と，該陽極部と陰極部との間に形成された誘電体皮膜層とを備えたコンデンサ素子と，陽極搭載部と陽極端子部とからなる陽極リードフレームと、陰極搭載部と陰極端子部とからなる陰極リードフレームとを備え、前記コンデンサ素子は外装樹脂で被覆され、前記リードフレームの一部が前記外装樹脂から露出している固体電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子の陰極部が接合する陰極リードフレームの陰極搭載部に，該陰極搭載部の外周に沿って凹部と孔部と切り欠き部のうち少なくとも１つを有し，前記陰極部と前記陰極搭載部が導電性接着剤を介して接合していることを特徴としている固体電解コンデンサである。

前記陰極搭載部の切り欠き部は、陰極搭載部の側端の中央部で括れた形状をすることが良い。

前記固体電解コンデンサは，コンデンサ素子を複数個積層することが良い。

前記固体電解コンデンサは、陰極リードフレームの陰極端子部は、少なくとも一部が外装樹脂によって埋まる補強孔と、該補強孔の両脇に回廊部と、を有し、陰極リードフレームの陰極搭載部の外周部のうち、前記回廊部に対向する位置に、凹部または孔部ののうち少なくとも1つを有していることが良い。

本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
（実施の形態1）
図１から図３は実施の形態１に係る，固体電解コンデンサの構造を示している。図１はコンデンサ素子の断面図，図２は固体電解コンデンサの断面図，図３はコンデンサ素子積層時の各構成部の位置関係を示す斜視図である。

まず，弁作用金属であるアルミニウム箔を板状に切り出して陽極体１とし、誘電体皮膜層２、陰極部９を順次形成し、コンデンサ素子６を作製する。ここで、陰極部９は、具体的には固体電解質層３、導電性カーボン層４、銀ペースト層５から成る。

前記誘電体皮膜層２は，前記陽極体１をリン酸水溶液中で電解化成処理することにより形成する。

前記固体電解質層３として，誘電体皮膜層２まで形成した前記陽極体１を，３，３−エチレンジオキシチオフェン，Ｐ−トルエンスルホン酸鉄（III），１−ブタノールからなる化学重合液に浸漬することにより，ポリチオフェン層を形成する。

次に，図３に示すように、コンデンサ素子６ａの陽極部７ａと陰極部８ａを，それぞれ陽極リードフレーム９ａの陽極搭載部１０と陰極リードフレームの９ｂの陰極搭載部１１に接続する。陰極搭載部１１には凹部１５が陰極搭載部１１の外周に沿って設けられている。陽極部７ａと陽極搭載部１０はスポット溶接により接合し，陰極部８ａと陰極搭載部１１は導電性接着剤１４ａにより接合する。

次に，コンデンサ素子６ｂの陽極部７ｂをスポット溶接により接合し，前記コンデンサ素子６ａの陰極部８ａと前記のコンデンサ素子６ｂの陰極部８ｂを導電性接着剤１４で介して接合する。この際，陰極部と陰極搭載部の接合に使用する導電性接着剤の塗布量は，陰極部同士の接合に使用した導電性接着剤と同量とした。

この工程を繰返して4個のコンデンサ素子６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを積層し，導電性接着剤１４を熱により硬化させる。

上記のようにして積層されたコンデンサ素子の陽極リードフレーム９ａの陽極端子部１２と陰極リードフレーム９ｂの陰極端子部１３の一部を露出するようにして、外装樹脂１８でコンデンサ素子を封止し、陽極端子部１２及び陰極端子部１３の露出部分を外装樹脂１８に沿って折り曲げて、本発明の固体電解コンデンサが完成する。

前記のような凹部１５を有することで，コンデンサ素子６ａ，６ｃの陰極部８ａ，８ｃとの接合の際，余分な導電性接着剤１４が凹部１５で滞留し，図１４に示すような，陰極搭載部１１と陰極部８ａ，８ｃの接合界面からの、導電性接着剤の突出１４ａ１，１４ｂ１は発生しなかった。また、導電性接着剤が接合に充分な量で塗布されているため、陰極搭載部と陰極部との接合部および陰極部同士の接合部での接合不良は発生しなかった。

なお、前記陽極体１には、アルミニウム以外にタンタル，ニオブ，チタンなどの弁金属を使用して良く、焼結体を使用しても良い。

前記固体電解質層３には、ポリチオフェン以外に、TCNQ錯体やポリピロール，ポリフラン，ポリアニリン等の導電性高分子を使用しても良い
また、前記凹部１５は図３に示す形状に限られず，コンデンサ素子の形状，リードフレームの形状，導電性接着剤の余剰量および突出する方向などによって，適宜設計変更することができる。図４は陰極搭載部に形成する凹部１５の形状を例示した図である。図４（ａ）では凹部１５が陰極搭載部の外周に沿って，リードフレーム９ａ，９ｂの配設方向に対して平行に形成されている。図４（ｂ）では凹部１５が陰極搭載部の外周に沿って，リードフレーム９ａ，９ｂの配設方向に対して垂直に形成されている。

前記凹部は化学エッチングによって加工したが，他にプレス成型など機械的加工によって形成することも可能である。
（実施の形態２）
実施の形態２以下については実施の形態１と同じ部分、部材に同一の符号を付し、説明は省略する。

実施の形態１はリードフレームの陰極搭載部に凹部を設けたのに対し，実施の形態２ではリードフレームの陰極搭載部に貫通した孔部を設けた点が実施の形態１と異なる。図５はコンデンサ素子積層時の各構成部の位置関係を示す斜視図であり，孔部１６は，陰極搭載部１１の外周に沿って，リードフレーム１０ａ，１０ｂの配設方向に対して平行に位置している。

前記のような孔部１６を有することで，コンデンサ素子６ａ，６ｃの陰極部８ａ，８ｃとの接合の際，余分な導電性接着剤が孔部１６で滞留し，図１４に示すような，陰極搭載部１１と陰極部８ａ，８ｃの接合界面から導電性接着剤の突出１４ａ１，１４ｂ１は発生しなかった。また，導電性接着剤が接合に充分な量で塗布されているため，陰極搭載部１１と陰極部の接合部および陰極部同士の接合部での接合不良は発生しなかった。

なお，前記孔部１６は，図５の形状に限られず，コンデンサ素子の形状や，導電性接着剤の余剰量および突出する方向などによって，適宜設計変更することができる。図６は陰極搭載部に形成する孔部１６の形状を例示した図である。図６（ａ）では，孔部が陰極搭載部の外周に沿ってリードフレーム９ａ，９ｂの配設方向に対して垂直に形成されている。図６（ｂ）では，陰極搭載部の外周を囲むように形成されている。図６（ｃ）では，陰極搭載部の外周を囲むように，複数個の円形の孔を形成したものである。

前記孔部は，パンチ加工によって穿孔したが，他にレーザー加工など機械的手法や，化学エッチングなどによって穿孔してもよい。
（実施の形態３）
実施の形態１はリードフレームの陰極搭載部に凹部を，実施の形態２ではリードフレームの陰極搭載部に孔部を設けたのに対し，実施の形態３ではリードフレームの陰極搭載部に切り欠き部を設けた点が前記実施の形態１および２と異なる。

陰極搭載部の切り欠き部１７は図７に示すように，陰極搭載部の外周に沿って，リードフレーム９ａ，９ｂの配設方向に対して平行に位置している。この切り欠き部１７によって，陰極搭載部１１の延在方向中央部が最も括れた形状をしている。

前記のような構造の切り欠き部１７を有することで，コンデンサ素子６ａ，６ｃの陰極部８ａ，８ｃとの接合の際，余分な導電性接着剤１４が陰極部８の切り欠き部１７で滞留し，図１４に示すような，陰極搭載部１１と陰極部８ａ，８ｃの接合部から導電性接着剤の突出１４ａ１，１４ｂ１は発生しなかった。また，導電性接着剤が接合に充分な量で塗布されているため，陰極搭載部１１と陰極部との接合部および陰極部同士の接合部での接合不良は発生しなかった。

前記切り欠き部１７は，図７の形状に限られず，コンデンサ素子の形状や，導電性接着剤の余剰量および突出する方向などによって，適宜設計変更することができる。図８は陰極搭載部に形成する切り欠き部１７の形状を例示した図で，図の左側が陽極搭載部側である。図８（ａ）は陰極搭載部の外周部に円弧状の切り欠きが形成されたものである。図８（ｂ）は，陰極搭載部の外周に沿って，リードフレーム９ａ，９ｂの配設方向に対して平行に四角状の切り欠きが形成されたものである。なお，これらの切り欠きは，陰極搭載部の延在方向中心部が最も括れた形状で，より前記効果が得られる。

また，前記切り欠き部は，プレス加工またはレーザー加工などの機械的手法により形成され，その他に化学エッチングなどによって形成してもよい。
（実施の形態４）
実施の形態１では，コンデンサ素子を4枚積層したのに対し，実施の形態４ではコンデンサ素子を2枚積層した点が実施の形態１と異なる。コンデンサ素子は図９に示すように，凹部１５を有する陰極搭載部１１の上面および下面に，導電性接着剤１２を塗布したコンデンサ素子６ａと６ｃをそれぞれ接合した。

コンデンサ素子同士を接合せず，コンデンサ素子をリードフレームに接合するだけの構造の場合は，陰極部と陰極搭載部の接合に最適な量で導電性接着剤を塗布することが出来るが，一般に，導電性接着剤は気温などにより粘度が変動し，塗布量が頻繁に変動する。

本実施の形態では，陰極搭載部に凹部を有しているため，前記のような導電性接着剤の塗布量の変動に対して，余分な導電性接着剤を凹部１５で滞留させることができ，図１４に示すような導電性接着剤の突起１４ａ１，１４ｂ１が発生することは無かった。また，陰極搭載部１１と陰極部との接合部での接合不良は発生しなかった。

また、本実施の形態ではコンデンサ素子を２枚積層したが、コンデンサ素子の積層枚数は１枚でも良い。
（実施の形態５）
実施の形態５では図１０に示すように、外装樹脂との密着効果を上げるために、リードフレームの陽極端子部１２と陰極端子部１３に、少なくとも一部が外装樹脂によって埋まる補強孔１９ａ，１９ｂと、該補強孔の両脇に回廊部２０ａ，２０ｂを有しており、陰極リードフレームの陰極搭載部１１の外周部のうち、前記回廊部２０ｂに対向する位置に、凹部１５が設けられている点が、実施の形態1から４と異なる。

本実施の形態では、前記凹部１５を設けることによって，コンデンサ素子を陰極搭載部に接合する際、余分な導電性接着剤を前記凹部１５に滞留させ、導電性接着剤が前記回廊部２０ｂ方向へ突出することを抑制することができた。

前記のような補強孔を有しているリードフレームに前記のような凹部を設けない場合、導電性接着剤が回廊部に達することで、外装樹脂で被覆後に外装樹脂とリードフレームとの界面の密着性が悪化し、酸素や水分が内部まで浸透しやすくなり、信頼性が著しく低下する。これに対して、本実施の形態では、前記回廊部２０ｂへの導電性接着剤の突出を防ぐことができ、その結果、信頼性を改善することができた。

前記凹部は四角状に限らず円状でも良く，また，凹状に限らず孔状でも良い。また，前記凹部は化学エッチングで加工したが、他にプレス加工またはレーザー加工などの機械的手法や，化学エッチングなどによって形成してもよい。

上記実施例は、本発明を説明するためのものに過ぎず、特許請求の範囲に記載の発明を限定する様に解すべきでない。本発明は、特許請求の範囲内及び均等の意味の範囲内で自由に変更することができる。例えば、積層されるコンデンサ素子は１つ以上であればよく、その数は特に限定されない。

本発明の実施の形態１に係るコンデンサ素子の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る固体電解コンデンサの断面図である。 本発明の実施の形態１に係る、コンデンサ素子積層時の各構成部の位置関係を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係るリードフレームの上面図である。 本発明の実施の形態２に係るコンデンサ素子積層時の各構成部の位置関係を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係るリードフレームの上面図である。 本発明の実施の形態３に係るコンデンサ素子積層時の各構成部の位置関係を示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係るリードフレームの上面図である。 本発明の第４の実施の形態に係るコンデンサ素子積層時の各構成部の位置関係を示す斜視図である。 本発明の第５の実施の形態に係るリードフレームの上面図である。 従来技術による固体電解コンデンサの断面図である。 従来技術によるコンデンサ素子の断面図である。 従来技術でコンデンサ素子を積層する前の各構成部の位置関係を示す斜視図である。 従来技術でコンデンサ素子を積層した後の斜視図である。

符号の説明

・ 陽極体
・ 誘電体皮膜層
・ 固体電解層
・ 導電性カーボン層
・ 銀ペースト層
・ コンデンサ素子
・ 陽極部
・ 陰極部
・ リードフレーム
・ 陽極搭載部
・ 陰極搭載部
・ 陽極端子部
・ 陰極端子部
・ 導電性接着剤
・ 凹部
・ 孔部
・ 切り欠き部
・ 外装樹脂
・ 補強孔
・ 回廊部

Claims (4)

1. 陽極部と，陰極部と，該陽極部と陰極部との間に形成された誘電体皮膜層とを備えたコンデンサ素子と，
   陽極搭載部と陽極端子部とからなる陽極リードフレームと、
   陰極搭載部と陰極端子部とからなる陰極リードフレームと、
   を備え、コンデンサ素子の陽極部は陽極リードフレームの陽極端子部と、陰極部は陰極リードフレームの陰極端子部と接続され、
   前記コンデンサ素子は外装樹脂で被覆され、前記陽極端子部と前記陰極端子部の一部が前記外装樹脂から露出している固体電解コンデンサにおいて、
   コンデンサ素子の陰極部が接合する陰極リードフレームの陰極搭載部に，該陰極搭載部の外周に沿って凹部と孔部と切り欠き部のうち少なくとも１つを有し，前記陰極部と前記陰極搭載部が導電性接着剤を介して接合していることを特徴としている固体電解コンデンサ。
2. 前記固体電解コンデンサにおいて，前記陰極搭載部の切り欠き部が陰極搭載部の陰極リードフレームの延在方向中央部で括れていることを特徴としている請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
3. 前記固体電解コンデンサにおいて，陽極体が箔体で構成されているコンデンサ素子を、複数個積層すること特徴とする請求項1乃至２のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
4. 前記固体電解コンデンサにおいて、陰極リードフレームの陰極端子部は、少なくとも一部が外装樹脂によって埋まる補強孔と、該補強孔の両脇に回廊部と、を有し、
   陰極リードフレームの陰極搭載部の外周部のうち、前記回廊部に対向する位置に、凹部または孔部のうち少なくとも1つを有していることを特徴としている請求項1乃至3のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。