JP2007214167A - チップ形固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】各種電子機器に使用されるチップ形固体電解コンデンサに関し、コンデンサ素子から端子までの引き出し距離が長いためにＥＳＬが高いという課題を解決し、低ＥＳＬ化が可能なチップ形固体電解コンデンサを提供することを目的とする。
【解決手段】導電性高分子を固体電解質に用いたコンデンサ素子１と、このコンデンサ素子１を上面に接合した陽極端子９ならびに陰極端子１０と、この陰極端子９ならびに陰極端子１０の底面が夫々露呈する状態で上記コンデンサ素子１を被覆した絶縁性の外装樹脂１１からなり、上記陽極端子９ならびに陰極端子１０が１枚の基材により形成され、コンデンサ素子１の陽極部と陰極部が接合される各接合部が、折り返し曲げすることにより２枚の基材が重なり合うようにした構成により、低ＥＳＬ化を図り、かつ、半田付け性と気密性に優れたチップ形固体電解コンデンサを提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は各種電子機器に使用されるコンデンサの中で、主に導電性高分子を固体電解質に用いたチップ形固体電解コンデンサに関するものである。

電子機器の高周波化に伴って電子部品の一つであるコンデンサにも従来よりも高周波領域でのインピーダンス特性に優れるコンデンサが求められてきており、この要求に応えるために電気伝導度の高い導電性高分子を固体電解質に用いた固体電解コンデンサが種々検討されている。

図５はこの種の従来のチップ形固体電解コンデンサの構成を示した断面図、図６は同斜視図、図７は同チップ形固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子の構成を示した一部切り欠き斜視図であり、図５〜図７において２０はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子２０は弁作用金属であるアルミニウム箔からなる陽極体２１の表面に誘電体酸化皮膜層を形成した後に絶縁性のレジスト部２２を設けて陽極部２３と陰極形成部２４に分離し、この陰極形成部２４の表面に導電性高分子からなる固体電解質層２５、カーボンと銀ペーストからなる陰極層２６を順次積層形成することによって構成されたものである。

２７は陽極コム端子、２８は陰極コム端子、２８ａはこの陰極コム端子２８の接続面の一部を曲げ起こすことにより形成されたガイド部であり、上記コンデンサ素子２０の陽極部２３を陽極コム端子２７の接続面に、同じく陰極層２６を陰極コム端子２８の接続面に夫々搭載し、コンデンサ素子２０の陽極部２３を陽極コム端子２７の接続面の接続部２７ａを折り曲げて抵抗溶接により接合し、陰極層２６を陰極コム端子２８の接続面に図示しない導電性銀ペーストを介して接続したものである。

２９はこのようにコンデンサ素子２０を接合した陽極コム端子２７と陰極コム端子２８の一部が夫々外表面に露呈する状態で上記コンデンサ素子２０を被覆した絶縁性の外装樹脂であり、この外装樹脂２９から表出した陽極コム端子２７と陰極コム端子２８は夫々外装樹脂２９に沿って側面から底面へと折り曲げられることによって外部端子を形成し、これにより面実装型のチップ形固体電解コンデンサを構成しているものである。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２０００−３４０４６３号公報

しかしながら上記従来のチップ形固体電解コンデンサでは、コンデンサ素子２０の陽極部２３ならびに陰極層２６に夫々接続される陽極コム端子２７と陰極コム端子２８の形状が複雑でコスト高の要因になっているばかりでなく、陽極コム端子２７と陰極コム端子２８のコンデンサ素子２０との接続面（陽極部２３と陰極層２６）から実装面までの距離が長いことから、ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）特性が悪いという課題があり、近年、パーソナルコンピュータのＣＰＵ回り等に使用される電解コンデンサには小型大容量化が強く望まれており、更に高周波化に対応して低ＥＳＲ（等価直列抵抗）化のみならず、更にノイズ除去性や過渡応答性に優れ、かつ低ＥＳＬ化が要求されている状況下では採用できないという課題を有したものであった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、コンデンサ素子から端子までの引き出し距離を短くすることにより低ＥＳＬ化を実現することが可能なチップ形固体電解コンデンサを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、導電性高分子を固体電解質に用いた平板状のコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の陽極部と陰極部を夫々上面に接合した陽極端子ならびに陰極端子と、この陽極端子ならびに陰極端子の実装面となる底面が夫々露呈する状態で上記コンデンサ素子を被覆した絶縁性の外装樹脂からなるチップ形固体電解コンデンサにおいて、上記陽極端子ならびに陰極端子が平板状の１枚の基材を打ち抜いて折り曲げ加工することにより形成されると共に、少なくともコンデンサ素子の陽極部と陰極部が搭載されて接合される陽極端子と陰極端子の各接合部を、基材を折り返し曲げすることにより２枚の基材が重なり合うように構成したものである。

以上のように本発明によるチップ形固体電解コンデンサは、コンデンサ素子から各端子までを最短距離で引き出すことができるためにＥＳＬを大きく低減することができるばかりでなく、コンデンサ素子の陽極部と陰極部が搭載されて接合される陽極端子と陰極端子の各接合部を２枚の基材が重なり合うようにした構成により、各端子の外装樹脂からの表出部となる基板への実装面からコンデンサ素子までの距離を必要最低限の範囲で確保することができるようになるため、基板への面実装を行う際の半田付け時に高温に晒されることにより外装樹脂の気密性が低下し、水分や酸素がコンデンサ素子と端子との界面から侵入してコンデンサ素子にダメージを与えることを防止して、信頼性を向上させることができるという効果が得られるものである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜７、９、１０に記載の発明について説明する。

図１（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態１によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した平面図と側面断面図とＡ−Ａ線における断面図とＢ−Ｂ線における断面図、図２は同チップ形固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子の構成を示した一部切り欠き斜視図であり、図１と図２において、１は平板状のコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子１は弁作用金属であるアルミニウム箔からなる陽極体２の表面に誘電体酸化皮膜層を形成した後に絶縁性のレジスト部３を設けて陽極部４と陰極形成部５に分離し、この陰極形成部５の表面に導電性高分子からなる固体電解質層６、カーボンと銀ペーストからなる陰極層７を順次積層形成することによって陰極部８を形成して構成されたものである。

９は上記コンデンサ素子１を複数枚（本実施の形態においては６枚）積層した状態でコンデンサ素子１の陽極部４を上面に接合した陽極端子、１０は同じくコンデンサ素子１を複数枚積層した状態でコンデンサ素子１の陰極部８を接合した陰極端子、１１は上記陽極端子９ならびに陰極端子１０の底面が夫々露呈する状態で上記コンデンサ素子１を被覆した絶縁性の外装樹脂であり、本実施の形態においては、この外装樹脂１１としてエポキシ樹脂を用いたものである。

図３は上記陽極端子ならびに陰極端子の構成を示した斜視図であり、この陽極端子と陰極端子が一対となって図示しないフープ状の基材に所定の間隔で複数が連続して設けられたものであり、基材を打ち抜き加工し、続いて折り曲げ加工することにより形成された後、陽極端子と陰極端子の必要部分のみを残して切断し、不要部分は廃棄したものである。

陽極端子９の詳細を説明すると、９ａは基板への実装面となる実装部であり、この実装部９ａを除く両端部分は階段状に上方へ折り曲げられることにより、外装樹脂１１に被覆されるものである。９ｂはコンデンサ素子１の陽極部４が搭載されて接合される接合面であり、この接合面９ｂは上記実装部９ａを除く両端部分を階段状に上方へ折り曲げた部分を、さらに折り返し曲げを行うことによって基材が２枚重なり合うように形成されているものである。

９ｃはコンデンサ素子１の陽極部４を位置決めする壁部であり、この壁部９ｃの先端部はコンデンサ素子１の陽極部４の上面に当接するように折り曲げられ、抵抗溶接により接合されるようにしているものである。９ｄは上記実装部９ａから陰極端子１０側に向かって斜め上方へ延びるように設けられた遮蔽部、９ｅはこの遮蔽部９ｄの先端に設けられ、コンデンサ素子１の陽極部４が搭載されて接合される接合面となる部分である。９ｆは端部を垂直に折り曲げることにより、外装樹脂１１の側面から表出するように設けられた外部端子であり、この外部端子９ｆと上記実装部９ａ以外は全て外装樹脂１１に被覆されてしまい、外観には表出しないように構成されるものである。

陰極端子１０の詳細を説明すると、１０ａは基板への実装面となる実装部であり、この実装部１０ａを除く両端部分は階段状に上方へ折り曲げられることにより、外装樹脂１１に被覆されるものである。１０ｂと１０ｃはコンデンサ素子１の陰極部８が搭載されて接合される接合面であり、この接合面１０ｂと１０ｃは上記実装部１０ａを除く両端部分を階段状に上方へ折り曲げた部分を、さらに折り返し曲げを行うことによって基材が２枚重なり合うように形成されているものである。

１０ｄはコンデンサ素子１の陰極部８を位置決めする壁部、１０ｅは上記実装部１０ａから陽極端子９側に向かって斜め上方へ延びるように設けられた遮蔽部、１０ｆはこの遮蔽部１０ｅの先端に設けられ、コンデンサ素子１の陰極部８が搭載されて接合される接合面となる部分である。１０ｇと１０ｈは端部を垂直に折り曲げることにより、外装樹脂１１の側面から表出するように設けられた外部端子であり、この外部端子１０ｇ、１０ｈと上記実装部１０ａ以外は全て外装樹脂１１に被覆されてしまい、外観には表出しないように構成されるものである。

このように構成された本実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサは、コンデンサ素子から各端子までを最短距離で引き出すことができるようになるためにＥＳＬを大幅に低減することができるばかりでなく、コンデンサ素子の陽極部と陰極部が搭載されて接合される陽極端子と陰極端子の各接合部を２枚の基材が重なり合うようにした構成により、各端子の外装樹脂からの表出部となる基板への実装面からコンデンサ素子までの距離を必要最低限の範囲で確保することができるようになるため、基板への面実装を行う際の半田付け時に高温に晒されることにより外装樹脂の気密性が低下し、水分や酸素がコンデンサ素子と端子との界面から侵入してコンデンサ素子にダメージを与えることを防止して、優れた信頼性を発揮することができるようになるものである。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項８に記載の発明について説明する。

本実施の形態は、上記実施の形態１で説明したチップ形固体電解コンデンサの陽極端子ならびに陰極端子のコンデンサ素子との接合面に表面処理を施した点が異なるものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図４は上記陽極端子９ならびに陰極端子１０に設けたコンデンサ素子１との接合面９ｂ、９ｅ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｆに施した表面処理加工の状態を模式的に示したものであり、図４において１２は略円形の凹部を示し、この凹部１２を升目状に設けたものを図４（ａ）に、凹部１２を千鳥状に設けたものを図４（ｂ）に、凹部１２の断面を図４（ｃ）に夫々示したものである。なお、図４において、Ｐ１は凹部１２のピッチ、Ｐ２はこの凹部１２を密着配列するための塗り潰しピッチを示すものである。

また、上記凹部１２はレーザー加工により形成されたものであり、このレーザーとしてはＹＶＯ４レーザーとＹＡＧレーザーがあり、夫々基本波は１０６４ｎｍ、グリーンレーザーと呼ばれる第２高調波は５３２ｎｍであり、これらをシングルモードで照射するとスポット径が小さく（φ０．０３ｍｍ）なり、マルチモードで照射するとスポット径が大きく（φ０．１ｍｍ）なるものである。従って、レーザー加工により形成される凹部１２の大きさはφ０．０３〜０．１ｍｍの範囲内になり、また、このような表面処理加工を施された部分の表面粗さＲａは１〜２μｍの範囲内になるものである。

ここで、このような表面処理加工をレーザーの種類や条件を変化させて行い、この表面処理加工による効果を確認するために、１２５℃１０００時間後の特性を評価した結果について以下に説明する。

（実施例１）
ＹＶＯ４レーザーの第２高調波をシングルモードで照射することにより、凹部１２を升目状に配列したものと千鳥状に配列したものの２種類を作製した。この詳細を（表１）に示す。

（実施例２）
ＹＶＯ４レーザーの基本波をシングルモードで照射することにより、凹部１２を千鳥状に配列したものを作製した。この詳細を（表２）に示す。

（実施例３）
ＹＡＧレーザーの基本波をマルチモードで照射することにより、凹部１２を千鳥状に配列したものを作製した。この詳細を（表３）に示す。

（比較例）
ＹＶＯ４レーザーの第２高調波をシングルモードで照射することにより、隣り合う凹部１２どうしが密着しないように粗いピッチで凹部１２を升目状に配列したものを作製した。この詳細を（表４）に示す。

（表１）から明らかなように、各端子のコンデンサ素子との接合面とその周辺にレーザー加工による表面処理加工を施すことにより、表面処理加工を行わない従来品と比較して連続寿命試験後の容量変化ならびにＥＳＲの劣化が極めて小さく抑えられており、その効果の大きさが十分に分かるものである。また、レーザー加工による凹部１２は、升目状に配列するよりも千鳥状に配列した方がより効果が大きいことが分かるものである。

また、（表２）から明らかなように、レーザー光のスキャンスピードと周波数を上げて生産性向上を図っても、レーザー加工による表面処理加工の効果は十分に得られるが、スキャンスピードが５００ｍｍ／ｓで周波数が１５ｋＨｚの条件による表面処理加工が最も良好な値を得ることができるものである。

また、（表３）から明らかなように、ＹＡＧレーザーの基本波をマルチモードで照射することにより、スポット径がφ０．１ｍｍと大きくなるようにした場合においても、レーザー加工による表面処理加工の効果は十分に得られるが、スキャンスピードが５００ｍｍ／ｓ以下の方がより好ましい効果が得られることが分かるものである。

また、（表４）から明らかなように、隣り合う凹部１２どうしが密着しないように粗いピッチで凹部１２を配列した場合には、レーザー加工による表面処理加工の効果は多少は得られるものの、表面処理加工をしない場合と比較して大差なく、隣り合う凹部１２どうしを隙間なく密着して配列させることが必要であることが分かるものである。

このように本実施の形態によるチップ形固体電解コンデンサは、コンデンサ素子が上面に接合される陽極端子ならびに陰極端子のコンデンサ素子との接合面とその周辺に規則性を有した表面処理加工を施した構成により、空気中の酸素や水蒸気がコンデンサ素子と各端子との界面から侵入する確率を低減して信頼性を向上させることが容易にできるばかりでなく、コンデンサ素子の各電極を最短距離で各端子まで引き出すことができるためにＥＳＬを大きく低減することができるようになるものである。

本発明によるチップ形固体電解コンデンサは、低ＥＳＬ化を図ると共に、半田付け性と気密性に優れるという効果を有し、特に高周波応答性が要求される分野等のコンデンサとして有用である。

（ａ）本発明の実施の形態１によるチップ形固体電解コンデンサの構成を示した平面図、（ｂ）同側面断面図、（ｃ）同Ａ−Ａ線における断面図、（ｄ）同Ｂ−Ｂ線における断面図 同チップ形固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子の構成を示した一部切り欠き斜視図 同チップ形固体電解コンデンサに使用される陽極端子と陰極端子の構成を示した斜視図 （ａ）同チップ形固体電解コンデンサに使用される陽極端子と陰極端子の接合面に施した升目状の表面処理加工状態を模式的に示した平面図、（ｂ）同千鳥状の表面処理加工状態を示した平面図、（ｃ）同表面処理加工部を示した断面図 従来のチップ形固体電解コンデンサの構成を示した断面図 同斜視図 同チップ形固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子の構成を示した一部切り欠き斜視図

符号の説明

１ コンデンサ素子
２ 陽極体
３ レジスト部
４ 陽極部
５ 陰極形成部
６ 固体電解質層
７ 陰極層
８ 陰極部
９ 陽極端子
９ａ、１０ａ 実装部
９ｂ、９ｅ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｆ 接合面
９ｃ、１０ｄ 壁部
９ｄ、１０ｅ 遮蔽部
９ｆ、１０ｇ、１０ｈ 外部端子
１０ 陰極端子
１１ 外装樹脂
１２ 凹部

Claims (10)

1. 導電性高分子を固体電解質に用いた平板状のコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の陽極部と陰極部を夫々上面に接合した陽極端子ならびに陰極端子と、この陽極端子ならびに陰極端子の実装面となる底面が夫々露呈する状態で上記コンデンサ素子を被覆した絶縁性の外装樹脂からなるチップ形固体電解コンデンサにおいて、上記陽極端子ならびに陰極端子が平板状の１枚の基材を打ち抜いて折り曲げ加工することにより形成されると共に、少なくともコンデンサ素子の陽極部と陰極部が搭載されて接合される陽極端子と陰極端子の各接合部が、基材を折り返し曲げすることにより２枚の基材が重なり合うように構成されたチップ形固体電解コンデンサ。
2. 陽極端子と陰極端子を結ぶ方向と交差する方向の両端を除く中央部が絶縁性の外装樹脂から表出して実装面を形成するようにした請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
3. 陽極端子と陰極端子を結ぶ方向の陽極端子の端部にコンデンサ素子の陽極部を位置決めする壁部を設けると共に、この壁部の上端部をコンデンサ素子の陽極部上面に当接するように折り曲げた請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
4. 陽極端子と陰極端子を結ぶ方向と交差する方向の陰極端子の両端にコンデンサ素子を位置決めする壁部を設けた請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
5. 陽極端子と陰極端子を結ぶ方向の各端子の端部を垂直に折り曲げることにより、外装樹脂の側面から表出する外部端子を夫々の端子に設けた請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
6. 陽極端子と陰極端子を結ぶ方向と交差する方向の陰極端子の両端の一部を夫々垂直に折り曲げることにより、外装樹脂の側面から表出する外部端子を設けた請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
7. 絶縁性の外装樹脂から表出した陽極端子と陰極端子が向かい合う部分に、夫々相手側の端子に向かって斜め上方へ延びる遮蔽部と、この遮蔽部の先端にコンデンサ素子が搭載される平面部を設け、上記遮蔽部並びに平面部が外装樹脂で被覆されるようにした請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
8. 陽極端子ならびに陰極端子の少なくともコンデンサ素子との接合面とその周辺に、レーザー加工により略円形の凹部を升目状または千鳥状に複数設け、かつ、隣り合う凹部どうしが隙間なく密着配置された表面処理加工を施した請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
9. コンデンサ素子として、表面を粗面化して誘電体酸化皮膜層が形成された弁作用金属からなる陽極体の所定の位置に絶縁部を設けて陽極電極部と陰極形成部に分離し、この陰極形成部の誘電体酸化皮膜上に導電性高分子からなる固体電解質層、カーボンと銀ペーストからなる陰極層を順次積層形成することにより陰極電極部が形成されたコンデンサ素子を用いた請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。
10. コンデンサ素子を複数積層した請求項１に記載のチップ形固体電解コンデンサ。

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