JP2010109284A

JP2010109284A - 電子部品用リードフレーム

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Publication number: JP2010109284A
Application number: JP2008282141A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kotani; 直己小谷; Kiyofumi Aoki; 清文青木; Junichi Murakami; 村上　　順一
Original assignee: Nichicon Corp
Current assignee: Nichicon Corp
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2010-05-13

Abstract

【課題】電気抵抗を抑えながら強度が高く、かつ、リフロー後のＥＳＲの上昇を低減した電子部品用リードフレームを提供する。
【解決手段】リードフレームが、高電気伝導率の主材１１と高強度の副材１２および１３とを有している。副材１２および１３は、主材１１の折り曲げ部１１ａおよび１１ｂにそれぞれ形成されている。主材１１は銅からなり、副材１２および１３は銅合金からなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品に用いるリードフレームの構造に関するものである。

従来、コンデンサ素子などの回路部品を電子機器の回路と接続するためのリードフレームには、電気伝導率が比較的良好で、かつ機械強度が高いことから、４２％Ｎｉと５８％Ｆｅの合金である、４２アロイを主材とし、表面にＮｉメッキ層およびはんだ付け性を向上させるＳｎメッキ層をもつ材料が一般的に用いられていた（例えば特許文献１参照）。

また、電子部品のリードフレームの電気伝導率向上のため、４２アロイ基材表面に、ごく薄いＣｕメッキ層を形成した材料が用いられていた（例えば特許文献２参照）。

特開平６―５４５８号公報特開２００６―２４５６１４号公報

しかし、近年、電解コンデンサの更なる低ＥＳＲ（Equivalent Series Resistance）の要求が高まるなか、特許文献１記載の４２アロイを用いる方法では、リードフレームの電気抵抗が高くなり、電解コンデンサのＥＳＲが高くなるという問題があった。

また、特許文献２記載の４２アロイ基材表面にＣｕメッキ層を形成する方法では、４２アロイ基材に比べてＣｕメッキ層が極端に薄いため、リードフレームの電気抵抗を下げるには不十分であり、逆にＣｕメッキ層が厚過ぎると、４２アロイ基材との熱膨張係数の差が大きすぎるため、固体電解コンデンサを回路基板に実装するためのリフロー時にリードフレームに反りが発生し、ＥＳＲが上昇するという問題があった。

本発明は上記課題を解決するもので、電気抵抗を抑えながら強度が高く、かつリフロー後のＥＳＲの上昇を低減した電子部品用リードフレームを提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明の電子部品用リードフレームは、電子部品において電極端子として用いられるリードフレームであって、折り曲げ部分を有する主材と前記折り曲げ部分に形成された副材とを有し、前記主材が前記副材の電気伝導率より高い金属からなり、前記副材が前記主材の強度より高い金属からなり、少なくとも前記主材の金属の母材と前記副材の金属の母材が同一金属元素からなることを特徴とする。

本発明によると、電気伝導率の高い主材により、全体として電気抵抗の低いリードフレームが実現する。また、強度の高い副材が主材の折り曲げ部に形成されているため、リードフレーム全体の強度を向上させることができる。さらに、主材と副材に共通する金属を用いているため、熱膨張係数に差が生じにくく、リフロー時に反りが生じにくい。したがって、リフロー後のＥＳＲの上昇を低減させることができる。

また、本発明においては、前記主材が銅からなり、前記副材が銅の合金からなるものであってもよい。この場合、上記構成により、電気抵抗が低いリードフレームが実現する。

また、本発明においては、前記主材と前記副材との熱膨張係数の差が０．５×１０^−６／℃以下であることが好ましい。このように、熱膨張係数の差を小さくすることで、リフロー時に反りがほとんど生じない。

上記のように、電気伝導率の高い主材により、全体として電気抵抗の低いリードフレームが実現でき、また、強度の高い副材が主材の折り曲げ部に形成されているため、リードフレーム全体の強度が高い。さらに、主材と副材に同金属または母材が同じ合金を用いているため、熱膨張係数に差が生じにくく、リフロー時に反りが生じにくい。したがって、リフロー後のＥＳＲの上昇を低減することができる。

以下、本発明の好適な一実施形態について説明する。図１は、本実施形態のリードフレーム１０および２０を適用したコンデンサ１の正面図である。なお、図１は、外装樹脂層４の断面図を含んでいる。

コンデンサ１に使用されるコンデンサ素子２は、固体電解コンデンサである。コンデンサ素子２には陽極導出線３が設けられており、リードフレーム１０はこの陽極導出線３に接続されている。また、コンデンサ素子２の表面には、誘電体酸化皮膜層および、陰極となる陰極引出層が形成され、この陰極引出層にリードフレーム２０が接続されている。コンデンサ素子２の周囲には、外装樹脂層４が形成されており、リードフレーム１０および２０の一部は、外装樹脂層４の外部へと露出している。

次に、リードフレーム１０についてより詳細に説明する。図２（ａ）は、図１のリードフレーム１０を、図１の斜め左上方から見た斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩＢ線に沿った断面の図である。なお、図２（ａ）は、リードフレーム１０からＮｉメッキ層１４およびＳｎメッキ層１５を除いた状態の図である。

リードフレーム１０は、金属またはこの金属の合金からなる主材１１を有している。主材１１は、二箇所において折り曲げられており、全体として「コ」字型の概略形状を有している。主材１１の折り曲げ部１１ａおよび１１ｂには、副材１２および１３が形成されている。

副材１２および１３は、いずれも主材１１に用いられた上記の金属または母材が同じ合金からなる。副材１２および１３に用いられている金属材料は、主材１１の金属材料より機械強度が高い材料となるものである。副材１２および１３は、図２（ｂ）に示すように主材１１に埋め込まれており、主材１１の厚さ方向に貫通している。また、副材１２および１３は、図２（ｂ）に示すように断面において左右から主材１１に挟まれている。
つまり、副材１２および１３は、いずれも主材１１を完全には分断しておらず、主材１１は、陽極導出線３に接続される端部１１ｃから外装樹脂層４の外部へと露出した端部１１ｄまで単独で導通可能である。

さらに、主材１１、副材１２および１３の全体の表面には、内側から順にＮｉメッキ層１４およびＳｎメッキ層１５が形成されている。

以上の構成によると、金属材料からなる主材１１が、陽極導出線３に接続される端部１１ｃから外装樹脂層４の外部へと露出した端部１１ｄまで単独で導通可能である。したがって、主材１１の材料として電気伝導率が高いものを採用すると、リードフレーム１０全体として電気抵抗を小さくできる。

また、主材１１の折り曲げ部１１ａおよび１１ｂに、主材１１の材料より強度の高い副材１２および１３を埋め込んでいるため、リードフレーム１０の全体としての強度が高くなる。なお、強度を確保するという観点から、図２（ｂ）の断面において、副材１２および１３の面積がリードフレーム１０全体の面積に対して５０％以上であることがより好ましい。

さらに、主材１１と副材１２および１３とに共通の金属を用いているので、これらの間の熱膨張係数に差が生じにくい。このため、リフロー時に反りなどが生じにくい。

なお、リードフレーム２０もリードフレーム１０と同様、主材１１並びに副材１２および１３と同様の材料からなる主材と副材を有している。リードフレーム２０の主材は図１に示すように四箇所において折り曲げられており、これらの折り曲げ部のそれぞれに副材が埋め込まれている。

[実施例１]
以下に、本実施形態の具体的な実施例について説明する。

まず、コンデンサ１全体について説明する。タンタル粉末に陽極導出線３を埋設し、所定の形状にプレス成形後、焼結して２．４ｍｍ×１．５ｍｍ×１．２ｍｍの多孔質体とし、リン酸水溶液中において印加電圧１０Ｖで陽極酸化を行い、多孔質体の表面に誘電体酸化皮膜層を形成し、コンデンサ陽極体を得た。

次に、上記のコンデンサ陽極体を、２，４−エチレンジオキシチオフェン（以下、ＥＤＯＴと略す）を含むモノマー溶液とドデシルベンゼンスルホン酸第二鉄を含む酸化剤溶液とを用いて化学酸化重合し、導電性高分子層を形成した。

なお、近年、電子機器のデジタル化にともない、電子部品には優れた高周波特性が求められていることから、固体電解コンデンサに用いられる固体電解質には、低ＥＳＲ化を目的として導電性高分子が使用されている。一般に、固体電解コンデンサに使用される導電性高分子としては、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンまたはそれらの誘導体等がある。なかでもポリチオフェンは、ポリピロールやポリアニリンと比較して導電率が高く、かつ熱安定性に優れていることから使用されることが多い。

次に、導電性高分子層の上に、カーボンペースト、銀ペーストを塗布、乾燥して、カーボン層および銀層を順次形成してコンデンサ素子２とした。そして、この銀層の上に陰極リードフレーム２０を接続すると共に、陽極導出線３に陽極リードフレーム１０を接続した。その後、トランスファーモールドにより外装樹脂層４を形成した。

本実施例のリードフレーム１０についてより詳細に説明する。主材１１として、電気伝導率１００％ＩＡＣＳ、引張り強さ３９０Ｎ／ｍｍ^２、熱膨張係数１７．７×１０^−６／℃の無酸素銅（Ｃ１０２０）を用いた。また、副材１２および１３として、電気伝導率３５％ＩＡＣＳ、引張り強さ８３０Ｎ／ｍｍ^２、熱膨張係数１７．２×１０^−６／℃のＣｕアロイ（Ｃ１８５）を共通に用いた。また、主材１１、副材１２および１３の全体の表面には、Ｎｉメッキ層１４およびＳｎメッキ層１５を形成した。

リードフレーム１０の各層の厚さは、主材１１、副材１２および１３が０．９ｍｍ、Ｎｉメッキ層１４が１μｍずつ、Ｓｎメッキ層１５が５μｍずつとした。

[実施例２]
副材１２および１３として、電気伝導率３５％ＩＡＣＳ、引張り強さ６５０Ｎ／ｍｍ^２、熱膨張係数１７．３×１０^−６／℃のＣｕアロイ（Ｃ１２５）を共通に用いた。これ以外は、実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサ１を作製した。

[比較例]
副材１２および１３として、電気伝導率３％ＩＡＣＳ、引張り強さ６４０Ｎ／ｍｍ^２、熱膨張係数７．０×１０^−６／℃の４２アロイを共通に用いた。これ以外は、実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。

（従来例１）
以下、従来例について説明する。図３（ａ）は、従来例１のリードフレーム８０の構成を示す斜視図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩＢ線に沿った断面の図である。なお、図３（ａ）は、リードフレーム８０からＮｉメッキ層８４およびＳｎメッキ層８５を除いた状態の図である。

リードフレーム８０は、主材８１を有しているが、実施例１のような副材を有していない。主材８１は、主材１１と同様に二箇所において折り曲げられており、全体として「コ」字型の概略形状を有している。主材８１の表面には、内側から順にＮｉメッキ層８４およびＳｎメッキ層８５が形成されている。主材８１には、電気伝導率３％ＩＡＣＳ、引張り強さ６４０Ｎ／ｍｍ^２、熱膨張係数７．０×１０^−６／℃の４２アロイを用いた。上記の構成以外は、実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。

（従来例２）
図４（ａ）は、従来例２のリードフレーム９０の構成を示す斜視図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＶＢ線に沿った断面の図である。なお、図４（ａ）は、リードフレーム９０からＣｕメッキ層９４、Ｎｉメッキ層９５、Ｐｄメッキ層９６およびＡｕメッキ層９７を除いた状態の図である。

リードフレーム９０は、主材９１を有しているが、実施例１のような副材を有していない。主材９１は、主材１１と同様に二箇所において折り曲げられており、全体として「コ」字型の概略形状を有している。主材９１の表面には、内側から順にＣｕメッキ層９４、Ｎｉメッキ層９５、Ｐｄメッキ層９６およびＡｕメッキ層９７が形成されている。上記の構成以外は、従来例１と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。

［測定結果］
上記の実施例１等においてＥＳＲ値およびフレーム折り曲げ回数を測定した結果を表１に示す。なお、ＥＳＲ値は、リフロー前およびリフロー後のそれぞれにおいて測定した。ＥＳＲ測定周波数は１００ｋＨｚであり、リフロー条件は２６０℃で１０秒間を３回である。また、フレーム折り曲げ回数は、各リードフレームの折り曲げ部において９０°折り曲げた後、元に戻すことを１回とし、リードフレームが断裂するまでこの曲げ戻しを繰り返した際の曲げ戻し回数を示す。これらの測定値は、各５０個のリードフレームでの平均値である。

表１より明らかなように、実施例１、２は、従来例１および２と比較して、リフロー前後のＥＳＲ特性およびフレーム折曲げ回数が良好な値を示した。

ここで、主材１１と、副材１２および１３とを母材の異なる金属で形成した場合（比較例）、リフロー前のＥＳＲ値は改善されるが、リフロー後に大きく上昇するため、主材１１と、副材１２および１３とを、同金属または母材が同じ合金で形成し、さらに熱膨張係数の差を、０．５×１０^−６／℃以下（実施例１および２）とすることがより好ましいことが分かる。このため、コンデンサ１を回路基板に実装するための２６０℃リフローの際にフレームに熱応力が発生せず、実装不良や電気特性の悪化を引き起こさない。したがって、比較例とくらべてＥＳＲ特性の良好な導電性高分子固体電解コンデンサを提供することができる。

また、実施例１、２は、リードフレーム１０の機械強度を高く保ったまま電気抵抗を下げることができるため、従来例１、２および比較例と比べてもリフロー前後のＥＳＲ特性が良好な導電性高分子固体電解コンデンサを提供することができる。

［変形例］
以下、本実施形態の変形例について説明する。図５および図６は、本実施形態の変形例であるリードフレーム１１０および２１０の構成図である。上記の実施例では折り曲げ部にのみ副材を形成する構造としたが、図５や図６に示すような構造としても同様の効果が得られる。なお、図５および図６において上記の実施例と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図５（ａ）はリードフレーム１１０の斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶＢ線に沿った断面図である。図５（ａ）は、リードフレーム１１０からＮｉメッキ層１４およびＳｎメッキ層１５を除いた状態の図である。リードフレーム１１０は主材１１１並びに副材１１２および１１３を有している。主材１１１は、実施例と同様に二箇所において折り曲げられており、全体として「コ」字型の概略形状を有している。副材１１２および１１３は、主材１１１の折り曲げ部の内部に埋設されている。主材１１１は、上述の主材１１と同様の材料から構成されており、副材１１２および１１３は、上述の副材１２および１３と同様の材料から構成されている。

図６（ａ）はリードフレーム２１０の斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＶＩＢ線に沿った断面図である。図６（ａ）は、リードフレーム２１０からＮｉメッキ層１４およびＳｎメッキ層１５を除いた状態の図である。リードフレーム２１０は、主材２１１ａおよび２１１ｂを有している。主材２１１ａおよび２１１ｂは、それぞれ二箇所において折り曲げられており、全体として「コ」字型の概略形状を有している。
さらに、主材２１１ａおよび２１１ｂの間には、これらの部材に挟まれるように副材２１２が設けられている。主材２１１ａおよび２１１ｂ並びに副材２１２は、図６（ｂ）に示す断面とは直交する縦断面に関して互いに同じ形状を有している。主材２１１ａおよび２１１ｂは、上述の主材１１と同様の材料から構成されており、副材２１２は、上述の副材１２および１３と同様の材料から構成されている。

以上のリードフレーム１１０および２１０の形態においても、主材の折り曲げ部に副材を埋め込んでいるため、リードフレーム全体として強度が高い。また、主材と副材とに一部共通の金属を用いているので、これらの間の熱膨張係数に差が生じにくい。このため、リフロー時に反りなどが生じにくい。

＜その他の変形例＞
以上は、本発明の好適な実施形態についての説明であるが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された範囲の限りにおいて、様々な変更が可能なものである。

例えば、上述の実施形態では、リードフレーム表面のメッキをＮｉメッキ層、Ｓｎメッキ層としたが、Ｐｄメッキ層、Ａｕメッキ層もしくはＡｇメッキ層のようなその他の公知のメッキ層を用いても同様の効果が得られる。

さらに、コンデンサ陽極材料としてタンタルを用いたが、ニオブやアルミニウムのような弁作用金属を用いても同様の効果が得られる。

また、固体電解質として導電性高分子を用いたが、二酸化マンガンを用いても同様の効果が得られる。

また、本発明は、タンタル固体電解コンデンサに適用したが、リードフレームに折曲げ部分を有するその他の電子部品に適用しても同様の効果が得られる。

また、上述の実施形態では、主材の各折り曲げ部に副材が埋め込まれているが、折り曲げ部の一部にのみ副材が設けられていてもよい。

本発明の一実施形態である固体電解コンデンサの一部断面を含む正面図である。図２（ａ）は、メッキを除いた状態のリードフレームを、図１の左方且つ斜め上方から見た斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩＢ線に沿った断面の図である。従来例１のリードフレームの構成を示す図２に対応する図である。従来例２のリードフレームの構成を示す図２に対応する図である。本実施形態の変形例のリードフレームの構成を示す図２に対応する図である。本実施形態の別の変形例のリードフレームの構成を示す図２に対応する図である。

符号の説明

１コンデンサ
２コンデンサ素子
３陽極導出線
４外装樹脂層
１０，２０，８０，９０，１１０，２１０リードフレーム
１１，８１，９１，１１１，２１１ａ，２１１ｂ主材
１２，１３，１１２，１１３，２１２副材
１４、８４、９５Ｎｉメッキ層
１５、８５Ｓｎメッキ層
９４Ｃｕメッキ層
９６Ｐｄメッキ層

Claims

電子部品において電極端子として用いられるリードフレームであって、
折り曲げ部分を有する主材と前記折り曲げ部分に形成された副材とを有し、
前記主材が前記副材の電気伝導率より高い金属からなり、
前記副材が前記主材の強度より高い金属からなり、
少なくとも、前記主材の金属の母材と前記副材の金属の母材が同一金属元素からなることを特徴とする電子部品用リードフレーム。
前記主材が銅からなり、前記副材が銅の合金からなることを特徴とする請求項１に記載の電子部品用リードフレーム。
前記主材と前記副材との熱膨張係数の差が０．５×１０^−６／℃以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品用リードフレーム。