JP4613669B2 - 固体電解コンデンサ - Google Patents

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、特に、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、このような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６は従来のこの種の固体電解コンデンサの構成を示した断面図、図７は同斜視図、図８は同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６〜図８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と陰極部２４に分離し、この陰極部２４の誘電体酸化皮膜層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は陽極端子、２８は陰極端子、２８ａはこの陰極端子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を陽極端子２７の接続面に、同じく陰極部２４を陰極端子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、陰極部２４を陰極端子２８の接続面に図示しない導電性銀ペーストを介して接合したものである。

２９はこのようにコンデンサ素子２０を接合した陽極端子２７と陰極端子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から表出した陽極端子２７と陰極端子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構成し、これにより面実装型の固体電解コンデンサを構成したものであった。

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固体電解コンデンサでは、陽極端子２７と陰極端子２８のコンデンサ素子２０との接触面（陽極部２３と陰極部２４）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周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、ノイズ除去性や過度応答性に優れ、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化を達成することが可能な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。

上記目的を達成するために本発明は、陽極部と陰極部を有する平板状のコンデンサ素子を陽極フレームフレーム上に接合し、この陽極フレームと陰極フレームを陽極端子と陰極端子上に夫々接合し、この陽極端子と陰極端子の実装面となる夫々の下面を露呈させて上記コンデンサ素子を外装樹脂で被覆した固体電解コンデンサにおいて、上記陽極端子と陰極端子とを結ぶ方向と交差する方向上にある上記陽極端子の両端に、上記陽極端子の下面から上方へ階段状の段差を形成して上記陽極フレームと接合される接合面を設けると共に、上記陰極端子の中央部に上記陰極端子の下面から上方へ隆起した上記陰極フレームと接合される接合面を設け、さらに、上記陰極端子と陽極端子の下面が近接した部分の上記陽極端子ならびに陰極端子の下面端部から相手側に向かって上方へ延びる遮蔽部を上記陽極端子と陰極端子に夫々設け、かつ、上記陽極端子と陰極端子に設けた夫々の接合面と遮蔽部が外装樹脂に被覆されるように構成したものである。

以上のように本発明によれば、コンデンサ素子の陽極部を陽極フレームに接合し、この陽極フレームを陽極端子の両端部の下面から階段状の段差を形成した接合面に接合したものと、コンデンサ素子の陰極部を陰極フレームに接合し、この陰極フレームを陰極端子の下面から中央部に隆起した接合面に接合したのものと、さらに陽極端子と陰極端子との実装面となる下面を近接させた構成により、コンデンサ素子の陽極部と陰極部から夫々陽極端子、陰極端子の実装面までの引き出し距離が短く、陽極端子と陰極端子が接近して外部との電気的回路を形成するためＥＳＬが小さくなる効果が得られる。

上記構成により、同時にコンデンサ素子から陽極端子、陰極端子の実装面までの引き出し距離が短くなるためＥＳＲが小さくなるという効果が得られる。

しかも陽極端子ならびに陰極端子に夫々設けた遮蔽部を設けた構成により、外装樹脂から浸入する酸素、水分がコンデンサ素子に到達することが抑制され、ＥＳＲ特性、漏れ電流特性を劣化させることを大きく低減することができる効果が得られる。

さらに陰極フレームと陰極端子の下面から中央部に隆起した接合面とを接続し、この接合面を外装樹脂で被覆する構成により、陰極端子と陰極フレームの接合強度を安定にすることができるという効果が得られる。

（実施の形態）
以下、実施の形態を用いて、本発明について説明する。

図１（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施の形態による固体電解コンデンサの構成を示した側面断面図とＡ−Ａ断面図とＢ−Ｂ断面図と底面図、図２は同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、図３（ａ）〜（ｃ）は同コンデンサ素子ユニットの構成を示した平面図と側面図と正面図、図４は同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要部斜視図、図５の同固体電解コンデンサに使用される陽極端子、陰極端子の下面端部の要部断面図である。

図１〜図５において、１は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の表面に図示しない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を設けることによって陽極部４と陰極部５に分離し、この陰極部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り構成されたものである。

８は陽極フレームであり、この陽極フレーム８上に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５枚）積層した状態で陽極部４を載置し、両端のガイド部８ａを折り曲げて陽極部４を包み込み、接合部８ｂでレーザー溶接を行うことによって陽極部４を陽極フレーム８上に一体に接合している。

９は陰極フレームであり、この陰極フレーム９上に上記コンデンサ素子１を複数枚積層した状態で図示しない導電性接着剤を介して陰極部５を載置し、両端のガイド部９ａならびに終端のガイド部９ｂにより位置決め固定をして陰極部５を陰極フレーム９上に一体に接合している。

このようにコンデンサ素子１を複数枚積層して陽極フレーム８ならびに陰極フレーム９により一体化したものを図３に示し、以下、これをコンデンサ素子ユニットと呼ぶ。

１０は陽極端子であり、この陽極端子１０には、陽極端子１０と後述する陰極端子１１とを結ぶ方向と交差する方向上にある陽極端子１０の両端に陽極端子の下面１３から上方へ向かう階段状の段差を形成した陽極フレーム８と接合される平面状の接合面１０ａと、陰極端子１１の方向に向かって陽極端子の下面１３の端部からの斜めの上方へ延びる遮蔽部１０ｂとを設ける。

これらは１枚の銅合金からなる厚み０．１ｍｍを有する板状の基材を打ち抜いて折り曲げることにより一体に形成され、陽極端子１０の接合面１０ａ上に上記コンデンサ素子ユニットの陽極フレーム８を載置し、接合部１０ｃでレーザー溶接を行うことにより接合する。

また、１０ｄは陽極端子１０の下面の一端を、後述する外装樹脂１２から上方へ突出するように延長した突出部であり、この突出部１０ｄは外装樹脂１２の側面に沿って上方へ折り曲げられており、これにより基板実装時に半田フィレットが形成され易いようにしたものである。

１１は陰極端子であり、この陰極端子１１には、陰極端子の下面１４を陽極端子の下面１３に可能な限り近接させて、陰極端子１１の中央部に陰極端子１１の幅全体を陰極端子の下面１４から上方へ隆起した陰極フレーム９と接合される接合面１１ａと、さらに、この陰極端子の下面１４の端部から上記陽極端子１０側に向かって斜め上方へ延びる遮蔽部１１ｂとを設ける。

陽極端子、陰極端子の下面１３、１４は実装面となるものである。

これらは１枚の銅合金からなる板状の基材を打ち抜いて折り曲げることにより一体に形成されており、陰極端子１１の接合面１１ａ上に上記コンデンサ素子ユニットの陰極フレーム９を載置し、接合面１１ａで図示しない導電性接着剤を介して接合する。

また、１１ｃは陰極端子１１の下面の一端を、後述する外装樹脂１２から外方へ突出するように延長した突出部であり、この突出部１１ｃは外装樹脂１２の側面に沿って上方へ折り曲げられており、これにより基板実装時に半田フィレットが形成され易いようにしたものである。

１２は上記陽極端子と陰極端子の下面１３，１４を露呈させた状態で上記コンデンサ素子ユニットを一体に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エポキシ樹脂を用いたものである。

そして、上記陽極端子１０と陰極端子１１に設けた接合面１０ａ、１１ａと遮蔽部１０ｂ、１１ｂは、夫々この外装樹脂１２によって全て被覆されるようになり、外観には露呈しないように構成されているものである。

また、このように構成された陽極端子１０と陰極端子１１は、銅合金からなるフープ状の基材に所定の間隔で、対になって複数が連続して設けられ、このような一対の陽極端子１０と陰極端子１１との上にコンデンサ素子ユニットを搭載して接合し、外装樹脂１２で一体に被覆した後に基材から分断して個片にするものである。

このように構成された本実施の形態による固体電解コンデンサは、略平板状に形成された陽極端子１０と陰極端子１１によりコンデンサ素子１の陽極部４と陰極部５の外部取り出しを行うようにしたことにより、コンデンサ素子１から各端子までの引き出し距離を可能な限り短くし、さらに、陰極端子１１の下面を陽極端子１０の下面に可能な限り近づけて陽極端子１０と陰極端子１１間のパスを最短距離にした構成により、ＥＳＲ特性に優れ、かつ低ＥＳＬ化を実現することができる。

特にＥＳＬ特性に関しては、本実施の形態による固体電解コンデンサは５３０ｐＨと低く、従来品の１５００ｐＨと比べると約１／３となる結果を得ることができた。

また、陽極端子１０ならびに陰極端子１１の下面端面から相手側の端子方向に向かって斜め上方へ延びる遮蔽部１０ｂ，１１ｂを陽極端子１０ならびに陰極端子１１に夫々設け、かつこの遮蔽部１０ｂ，１１ｂを夫々外装樹脂１２で被覆した構成により、外装樹脂１２と、外装樹脂１２と陽極端子１０、陰極端子１１との界面とから浸入する酸素、水分が、板状の金属からなる遮蔽部１０ｂ，１１ｂで抑制されコンデンサ素子１に到達してＥＳＲ特性、漏れ電流特性の性能を劣化させることを大きく低減することができる。

陰極端子の下面１４から隆起させた接合面１１ａの裏面に外装樹脂１２が十分に回り込み、接合面１１ａでの陰極端子１１と陰極フレーム９との接合強度を安定にすることができる。

同様に、陽極端子１０の陽極フレーム８が接合された接合面１０ａの周囲に外装樹脂が形成され、接合面１０ａでの陽極端子１０と陽極フレーム８との接合強度を安定にすることができる。

また、陽極端子１０と陰極端子１１に接合面１０ａ，１１ａを夫々設け、この接合面１０ａ，１１ａで陽極フレーム８ならびに陰極フレーム９を夫々レーザー溶接ならびに導電性接着剤で接合し、かつこの接合面１０ａ，１１ａを夫々外装樹脂１２で被覆した構成により、接合による接合痕が外装樹脂１２により被覆されてしまうために外観が綺麗になるばかりでなく、特に溶接痕により実装時に浮きが発生して実装不良を引き起こすという恐れが皆無になり、信頼性の向上に大きく貢献することができるようになるものである。

なお、本実施の形態においてはコンデンサ素子１を構成する陽極体２はアルミニウム箔からなる構成を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、タンタルやニオブの箔、あるいは焼結体、さらにはこれらの材料の組み合わせでも良いものである。

また、本実施の形態においては陽極端子および／または陰極端子の下面１３、１４の一部の一端を、外装樹脂１２から外方へ突出するように延長して設けた突出部１０ｄ，１１ｃを外装樹脂１２の側面に沿って上方へ折り曲げた構成で説明したが、この外装樹脂１２の側面に沿って上方へ折り曲げる突出部１０ｄ，１１ｃが嵌まり込む凹部を外装樹脂１２に設けることにより、より小型化を図ることができるようになるものである。

また図５において、１０ｆ、１１ｆ、１０ｈ、１１ｈは、接合面１０ａ、１１ａ、遮蔽部１０ｂ、１１ｂを形成する陽極端子、陰極端子の下面１３、１４に連結する端部を示し、この端部と結ばれるテーパ部１５の厚みを下面１３、１４の板状の基材厚みより小さくなるようにプレス金型を用いて押しつぶして接合面１０ａ、１１ａ、遮蔽部１０ｂ、１１ｂを上方に曲げ加工して形成することにより端部１０ｆ、１１ｆ、１０ｈ、１１ｈが小さい曲げ半径Ｒとなるように構成してもよい。

上記曲げ加工はオフセット曲げ加工が望ましい。

上記曲げ半径Ｒが０．００１ｍｍより小さい場合、プレス金型の加工が困難であり、曲げ半径Ｒが０．０５ｍｍより大きい場合、外装樹脂１２の回り込み長さが大きくなるため、曲げ半径Ｒ０．００１ｍｍ〜０．０５ｍｍが望ましい。

実装面となる下面端部に小さい曲げ半径を設ける構成にすることにより、外装樹脂１２の回り込み長さが下面端部より０．０５ｍｍ以下に抑えられ、実装面の長さが確保でき優れた実装性が得られる。

本発明による固体電解コンデンサは、コンデンサ素子から端子までの引き出し距離を可能な限り短くし、かつ、陰極端子の下面を陽極端子の下面に可能な限り近づけた構成によってＥＳＲ特性ならびにＥＳＬ特性に優れ、しかも陽極端子ならびに陰極端子に夫々設けた遮蔽部により外装樹脂と端子間の界面から浸入する酸素、水分がコンデンサ素子に到達して性能を劣化させることを大きく低減することができ、かつ、外装樹脂との結合強度を向上させることができるために、高性能、高信頼性の固体電解コンデンサを安定して提供することができるという格別の効果を有し、特にパーソナルコンピュータのＣＰＵ周りに使用されるコンデンサ等として有用である。

（ａ）は本発明の実施の形態による固体電解コンデンサの構成を示した側面断面図、（ｂ）は同Ａ-Ａ断面図、（ｃ）は同Ｂ-Ｂ断面図、（ｄ）は同底面図 同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 （ａ）は同コンデンサ素子ユニットの構成を示した平面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同正面図 同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要部斜視図 同固体電解コンデンサに使用される陽極端子、陰極端子の下面端部の要部断面図 従来の固体電解コンデンサの構成を示した断面図 同斜視図 同固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子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 陰極部
６ 固体電解質層
７ 陰極層
８ 陽極フレーム
８ａ，９ａ，９ｂ ガイド部
８ｂ，１０ｃ 接合部
９ 陰極フレーム
１０ 陽極端子
１０ａ，１１ａ 接合面
１０ｂ，１１ｂ 遮蔽部
１０ｄ，１１ｃ 突出部
１０ｆ，１０ｈ，１１ｆ，１１ｈ 端部
１１ 陰極端子
１２ 外装樹脂
１３ 陽極端子の下面
１４ 陰極端子の下面
１５ テーパ部

Claims (6)

1. 陽極部と陰極部を有する平板状のコンデンサ素子を陽極フレーム、陰極フレーム上に接合し、この陽極フレーム、陰極フレームを夫々陽極端子、陰極端子上に接合し、この陽極端子と陰極端子の実装面となる夫々の下面を露呈させて前記コンデンサ素子を外装樹脂で被覆した固体電解コンデンサにおいて、前記陽極端子と前記陰極端子とを結ぶ方向と交差する方向上にある前記陽極端子の両端に、前記陽極端子の前記下面から上方へ階段状の段差を形成して前記陽極フレームと接合される接合面を設けると共に、前記陰極端子の中央部に前記陰極端子の前記下面から上方へ隆起した前記陰極フレームと接合される接合面を設け、さらに、前記陰極端子と前記陽極端子の前記下面が近接した部分の前記陽極端子ならびに前記陰極端子の下面端部から相手側に向かって上方へ延びる遮蔽部を前記陽極端子と前記陰極端子に夫々設け、かつ、前記陽極端子と前記陰極端子に設けた夫々の前記接合面と前記遮蔽部が前記外装樹脂に被覆されるようにした固体電解コンデンサ。
2. 前記陽極端子ならびに前記陰極端子が、板状の基材を打ち抜いて曲げ加工することにより形成された請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
3. 前記接合面および／または前記遮蔽部が、前記陽極端子および／または前記陰極端子の前記下面から上方へ板状の基材を曲げ加工することにより形成され、この曲げ加工された前記接合面、前記遮蔽部を形成する前記陽極端子、前記陰極端子の前記下面に連結する端部が小さい曲げ半径を有する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。
4. 前記コンデンサ素子が、表面を粗面化して誘電体酸化皮膜層を形成し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前記陽極部と前記陰極部に分離し、この陰極部の誘電体酸化皮膜層上に導電性高分子からなる固体電解質層、陰極層を順次積層形成することにより形成されたものである請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
5. 前記陽極端子および／または前記陰極端子の前記下面の少なくとも一部を、前記外装樹脂から外方へ突出するように延長し、この延長した部分を前記外装樹脂の側面に沿って上方へ折り曲げた請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
6. 前記陽極端子および／または前記陰極端子の前記外装樹脂の前記側面に沿って上方へ折り曲げた部分の少なくとも一部が嵌まり込む凹部を前記外装樹脂に設けた請求項５に記載の固体電解コンデンサ。

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