JP4930125B2 - 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、低インピーダンス特性の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た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。

また、近年、パーソナルコンピュータのＣＰＵ周り等に使用される固体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）化や、ノイズ除去や過渡応答性に優れた低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化が要求されており、このような要求に応えるために種々の検討がなされている。

図６（ａ）、（ｂ）はこの種の従来の固体電解コンデンサの構成を示した正面断面図とＡ−Ａ線における側面断面図、図７は同固体電解コンデンサの外装前の平面図であり、図６と図７において、１１は素子を示し、この素子１１は弁作用金属であるアルミニウム箔からなる陽極体１２の表面を粗面化して誘電体酸化皮膜層を形成した後に絶縁性のレジスト部１３を設けて陽極電極部１４と陰極形成部（図示せず）に分離し、この陰極形成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、カーボン層と銀ペースト層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１５を形成し、これにより長手方向に陽極電極部１４と陰極電極部１５が設けられた平板状の素子１１が構成されているものである。

１６は上記素子１１の陽極電極部１４に接続された陽極コム端子、１６ａはこの陽極コム端子１６に設けられ、陽極電極部１４が搭載される平面部、１６ｂはこの平面部１６ａの両端を曲げ起こすことにより形成された接続部であり、複数枚積層した素子１１の陽極電極部１４を上記平面部１６ａ上に搭載し、接続部１６ｂを折り曲げて陽極電極部１４に密着するように包み込み、この接続部１６ｂの先端部分と素子１１の陽極電極部１４とを溶接部１６ｃでレーザー溶接することによって接合しているものである。

１７は上記素子１１の陰極電極部１５に接続された陰極コム端子、１７ａはこの陰極コム端子１７に設けられ、陰極電極部１５が搭載される平面部であり、この平面部１７ａと陰極電極部１５間、ならびに各素子１１の陰極電極部１５間の接合は導電性接着剤１８を用いて行われているものである。

１９は上記陽極コム端子１６と陰極コム端子１７の一部が夫々外表面に露呈する状態で上記複数枚の素子１１を一体に被覆した絶縁性の外装樹脂であり、この外装樹脂１９から表出した陽極コム端子１６と陰極コム端子１７の一部を外装樹脂１９に沿って底面へと折り曲げることにより、底面部に陽極端子部１６ｄと陰極端子部１７ｂを形成した面実装型の固体電解コンデンサが構成されているものである。

このように構成された従来の固体電解コンデンサは、陽極コム端子１６に設けた接続部１６ｂの先端と素子１１の陽極電極部１４に同時にレーザー光を照射してレーザー溶接を行うことにより、安定した溶接作業を行うことができるようになるというものであった。

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２００３−２８９０２３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、陽極コム端子１６に設けた平面部１６ａ上に素子１１の陽極電極部１４を搭載し、上記平面部１６ａの両端を曲げ起こして形成した接続部１６ｂを折り曲げて陽極電極部１４を包み込んだ後、上記接続部１６ｂの先端部分と素子１１の陽極電極部１４とを溶接部１６ｃでレーザー溶接することによって接合するようにしているものであるが、上記素子１１の陽極電極部１４の表面には誘電体酸化皮膜層が形成されているために溶接作業にバラツキが発生し易く、このために図６（ｂ）にその詳細を示すように、複数枚が積層された素子１１の下層が溶融され難く、全体に均一な溶接を行うことが難しくなるために、ＥＳＲが増加してしまうという課題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、複数枚が積層された素子の陽極電極部の溶接を均一に行うことにより低ＥＳＲ化を実現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ものである。

上記課題を解決するために本発明は、平板状の素子と、この素子に設けられた陽極電極部と陰極電極部を接合した陽極端子ならびに陰極端子と、これらを被覆した外装樹脂からなり、上記素子の陽極電極部の一部に貫通孔を設けると共に、この陽極電極部の平坦部と接合される接合部を陽極端子に設け、この接合部の先端と上記陽極電極部とを、貫通孔と分離される貫通孔の近傍をレーザー溶接によって接合することにより、レーザー溶接の溶接部で溶融した陽極電極部の一部が貫通孔内に流れ込むようにした構成のものである。

以上のように本発明による固体電解コンデンサは、素子の陽極電極部と陽極端子を接合する溶接部の近傍の陽極電極部に貫通孔を設けた構成により、溶接時に溶融した陽極電極部の一部が貫通孔内に流れ込んで素子の陽極電極部どうしを電気的に接続するようになるため、複数枚が積層された素子全体を接合してＥＳＲを低減することができるようにな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、本発明の特に全請求項に記載の発明について説明する。

図１（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態１による固体電解コンデンサの構成を示した正面断面図とＡ−Ａ線における側面断面図、図２は同固体電解コンデンサの外装前の平面図、図３は同固体電解コンデンサに使用される素子の構成を示した断面図である。

図１〜図３において、１は素子を示し、この素子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の表面を粗面化して誘電体酸化皮膜層２ａを形成した後に絶縁性のレジスト部３を設けて陽極電極部４と陰極形成部（図示せず）に分離し、この陰極形成部の誘電体酸化皮膜層２ａ上に導電性高分子からなる固体電解質層５ａ、カーボン層５ｂと銀ペースト層５ｃ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５を形成し、これにより長手方向に陽極電極部４と陰極電極部５が設けられた平板状の素子１を構成しているものである。

４ａは上記素子１の陽極電極部４の幅方向の略中央に設けられた矩形の貫通孔であり、この貫通孔４ａは陽極電極部４の幅方向と交差する方向に長手方向が向くように設けられ、かつ、複数枚（本実施の形態においては４枚）が積層された素子１全てに設けられ、素子１が積層された状態で各貫通孔４ａが連通状態になるように形成されているものである。

また、上記貫通孔４ａは、１枚の素子１毎に金型等を用いて打ち抜き加工したものでも良く、また、積層した複数枚の素子１を同時に打ち抜き加工しても良い。また、貫通孔４ａの形状は矩形である必要はなく、方形や円形や楕円形等であっても良い。

６は銅、鉄合金等の金属のリードフレームからなり、上記素子１の陽極電極部４に接続された平板状の陽極端子、６ａはこの陽極端子６に設けられ、陽極電極部４が搭載される素子搭載部、６ｂはこの素子搭載部６ａの両端を夫々曲げ起こすことにより形成された一対の接合部である。

そして、このように構成された陽極端子６の素子搭載部６ａ上に素子１の陽極電極部４を複数枚積層して搭載し、接合部６ｂを夫々折り曲げて陽極電極部４に密着するように両側面から相対して包み込むことによって結束し、この接合部６ｂの先端部分と上記素子１に設けた貫通孔４ａの近傍の陽極電極部４に同時にＹＡＧレーザーを用いてレーザー光を照射して、溶接部６ｃでレーザー溶接することによって接合しているものである。

これにより、上記貫通孔４ａの内面には、陽極電極部４を構成する陽極体２のアルミニウムの表面上に更に溶接部６ｃで溶融した陽極電極部４のアルミニウムが流れ込んでアルミニウム層が形成され、このアルミニウム層によって各陽極電極部４間を連通状態で接合すると共に、電気的に接続したものである。

７は銅、鉄合金等の金属のリードフレームからなり、上記素子１の陰極電極部５に接続された平板状の陰極端子、７ａはこの陰極端子７に設けられ、陰極電極部５が搭載される素子搭載部であり、この素子搭載部７ａと陰極電極部５間、ならびに各素子１の陰極電極部５間の接合は導電性接着剤８を用いて行われているものである。

９は上記陽極端子６と陰極端子７の一部が夫々外表面に露呈する状態で上記複数枚の素子１と陽極端子６と陰極端子７を一体に被覆した絶縁性の外装樹脂であり、この外装樹脂９から表出した陽極端子６と陰極端子７の一部を外装樹脂９に沿って側面から底面へと折り曲げることにより、底面部に陽極端子部６ｄと陰極端子部７ｂを形成した面実装型の固体電解コンデンサを構成したものである。

以下に具体的な実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

（実施例１）
まず、アルミニウム箔の厚みを０．１ｍｍとし、このアルミニウム箔を陽極体２に用いた素子１を４枚積層し、厚み０．１ｍｍの銅合金のリードフレームからなる陽極端子６及び陰極端子７を用い、定格電圧２．０Ｖ、静電容量２２０μＦの固体電解コンデンサを作製した。

陽極端子６に設けた接合部６ｂの先端部の幅Ｂは０．７ｍｍ、接合部６ｂの先端部間の距離Ｃは０．９ｍｍとし、この一対の接合部６ｂの先端部間の略中央となる位置で、陽極電極部４に長辺０．５ｍｍ×短辺０．２ｍｍの矩形の貫通孔４ａを設けた。この貫通孔４ａは陽極電極部４の幅方向と交差する方向に長手方向が配置されるようにしたものである。

レーザー溶接は、ＹＡＧレーザーを用いてレーザー出力２ｋＷで行い、接合部６ｂの先端部と積層した陽極電極部４の最上部面とを溶接した。このときレーザー溶接部６ｃにおける溶接痕の直径は０．４ｍｍであった。

（実施例２）
実施例２は、上記実施例１における素子１の陽極電極部４に設けた貫通孔４ａの形状が異なるようにしたものであり、図４にその詳細を示すように、矩形の貫通孔４ｂを陽極電極部４の幅方向に長手方向が向くように配置したものであり、これ以外は実施例１と同様にして固体電解コンデンサを作製したものである。

（比較例）
比較例として、貫通孔を設けない以外は上記実施例１及び実施例２と同様にして、定格電圧２．０Ｖ、静電容量２２０μＦの固体電解コンデンサを作製した。

このように作製された実施例１、実施例２、比較例の固体電解コンデンサのＥＳＲ特性（測定周波数１００ｋＨｚ）を確認した結果を（表１）に示す。

（表１）から明らかなように、本発明による固体電解コンデンサは、素子１の陽極電極部４の溶接部６ｃ間に貫通孔４ａ（４ｂ）を設けることにより、溶接時に陽極電極部４から溶融したアルミニウムが貫通孔４ａ（４ｂ）内に流れ込むために複数枚が積層された陽極電極部４全体に均一な接合ができ、この結果、ＥＳＲを大きく低減することができているのが分かるものである。またＥＳＲのバラツキも低減できていることが分かる。

また、上記貫通孔４ａ（４ｂ）の大きさとしては０．１ｍｍ〜０．７ｍｍが適しており、０．１ｍｍより小さいと溶融したアルミニウムが流れ込むことが難しく、０．７ｍｍより大きいと陽極電極部４の機械強度が弱くなるために好ましくないことから、矩形にすることが適していると言えるものである。

また、上記実施例２のように、矩形の貫通孔４ｂを、陽極電極部４の幅方向に長手方向が向くように設けた構成により、溶接部６ｃと貫通孔４ｂの距離が近くなるために、溶接時に陽極体２から溶融したアルミニウムが貫通孔４ｂ内により入り易くなるものである。

また、溶接部６ｃと貫通孔４ａ（４ｂ）との距離は０．１ｍｍ〜０．５ｍｍが適しており、０．１ｍｍより小さいと溶接部６ｃの溶融状態のバラツキが大きくなり、０．５ｍｍより大きいと貫通孔４ａ（４ｂ）に流れ込むアルミニウム量が不十分となるために好ましくない。

以上のように本発明による固体電解コンデンサは、素子１の陽極電極部４と陽極端子６を接合する溶接部６ｃの近傍の陽極電極部４に貫通孔４ａ（４ｂ）を設けた構成により、溶接時に溶融した陽極電極部４の一部が貫通孔４ａ（４ｂ）内に流れ込んで素子１の陽極電極部４どうしを電気的に接続するようになるため、複数枚が積層された素子１全体を接合してＥＳＲを低減することができるようになるという格別の効果を奏するものである。

また、溶接部６ｃを貫通孔４ａ（４ｂ）と分離し、かつ、近傍に設けたことにより、溶接部６ｃの溶融状態を安定にすることができ、陽極電極部４間の接続抵抗を小さくできる。

また、レーザー光を陽極電極部４の平坦部に照射することにより、溶接部６ｃの溶融状態がより安定し、貫通孔４ａ（４ｂ）に溶融した陽極電極部４の一部が流れ込む量を安定にすることができ、陽極電極部４間の接続抵抗のバラツキを小さくできる。

また、貫通孔４ａ（４ｂ）を２つの溶接部６ｃ間を結ぶ線上に設けることにより、溶融した陽極電極部４の一部が貫通孔４ａ（４ｂ）に流れ込む量を増やすことができ、陽極電極部４間の接続抵抗を小さくできる。

また、接合部６ｂを設けることにより、積層した陽極電極部４の貫通孔４ａ（４ｂ）間が密着するため、溶融して流れ込んだ陽極電極部４の一部の量が少ない場合でも、陽極電極部４間の接続抵抗を小さくできる。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に全請求項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で図１、図２、図４を用いて説明した固体電解コンデンサに使用される素子の陽極電極部に設ける貫通孔の形状が一部異なるようにしたものであり、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５は本発明の実施の形態２による固体電解コンデンサの外装前の平面図であり、図５において、４ｃは素子１の陽極電極部４の幅方向の略中央に設けられた矩形の貫通孔であり、この貫通孔４ｃは陽極電極部４の幅方向と交差する方向に長手方向が向くように設けられ、かつ、一端が陽極電極部４を分断するようにスリット状に設けられたものである。

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、貫通孔４ｃを大きくすると共に、その一部が陽極電極部４を分断するようにスリット状にした構成により、溶接時に陽極体から溶融したアルミニウムが貫通孔４ｃ内により入り易くなり、上記実施の形態１による固体電解コンデンサにより得られる効果をより効率良く得ることができるという格別の効果を奏するものである。

本発明による固体電解コンデンサは、陽極電極部の接合を安定して行って低ＥＳＲ化を図ることができるという効果を有し、特に高周波領域でのインピーダンス特性に優れたものが要求される分野等として有用である。

（ａ）本発明の実施の形態１の実施例１による固体電解コンデンサの構成を示した正面断面図、（ｂ）同Ａ−Ａ線における側面断面図 同固体電解コンデンサの外装前の平面図 同固体電解コンデンサに使用される素子の構成を示した断面図 同実施例２による固体電解コンデンサの外装前の平面図 本発明の実施の形態２による固体電解コンデンサの外装前の平面図 （ａ）従来の固体電解コンデンサの構成を示した正面断面図、（ｂ）同Ａ−Ａ線における側面断面図 同固体電解コンデンサの外装前の平面図

符号の説明

１ 素子
２ 陽極体
２ａ 誘電体酸化皮膜層
３ レジスト部
４ 陽極電極部
４ａ、４ｂ、４ｃ 貫通孔
５ 陰極電極部
５ａ 固体電解質層
５ｂ カーボン層
５ｃ 銀ペースト層
６ 陽極端子
６ａ、７ａ 素子搭載部
６ｂ 接合部
６ｃ 溶接部
６ｄ 陽極端子部
７ 陰極端子
７ｂ 陰極端子部
８ 導電性接着剤
９ 外装樹脂

Claims (3)

1. 陽極電極部と陰極電極部が設けられた平板状の素子と、この素子に設けられた陽極電極部と陰極電極部を夫々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一部が夫々露呈する状態で上記素子と陽極端子と陰極端子を一体に被覆した外装樹脂からなる固体電解コンデンサにおいて、上記素子の陽極電極部の一部に貫通孔を設けると共に、この陽極電極部の平坦部と接合される接合部を陽極端子に設け、この接合部の先端と上記陽極電極部に設けた上記貫通孔と分離される上記貫通孔の近傍をレーザー溶接によって接合することにより、レーザー溶接の溶接部で溶融した陽極電極部の一部が上記貫通孔内に流れ込んだ固体電解コンデンサ。
2. 陽極端子に設けた接合部の先端と素子の陽極電極部との上記溶接部を２箇所に設け、この２箇所の溶接部を結ぶ線上に陽極電極部に設けた貫通孔が配置されるようにした請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
3. 陽極端子に設けた接合部が、素子の陽極電極部を両側面から相対して包み込むことによって結束するようにしたものである請求項１に記載の固体電解コンデンサ。

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