JP5683169B2 - コンデンサ素子を含むデバイス - Google Patents

Description

本発明は、各種電子機器に採用されるコンデンサおよびそれを内蔵した実装用のデバイスに関するものである。

特許文献１には、表面に誘電体酸化皮膜層を有する平板状の弁作用金属板の一方側に陽極部を、他方側に固体電解質層、陰極引出層からなる陰極部を形成したコンデンサ素子基板を複数枚積層する積層型固体電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子基板の陽極部が陰極部を中心に対向するように交互に積層することが記載されている。

特開２００７−１１６０６４号公報

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は、ノイズ除去や過渡応答性に優れた性能を得るために、コンパクトで、容量が大きく、さらに、ＥＳＲ（等価直列抵抗）およびＥＳＬ（等価直列インダクタンス）が低いものが要望されている。

本発明の一態様は、板状で第１の方向の一方の端に第１の接続電極部を含み、他の部分に第２の接続電極部を含み、第１の方向に第１の接続電極部および第２の接続電極部が並んだ第１のコンデンサ素子と、リードフレームとを有するデバイスである。リードフレームは、第１のコンデンサ素子の第１の接続電極部と第１のボンディングワイヤを介して電気的に接続された第１のリード部と、第１の接続電極部および第２の接続電極部が並んだ第１の方向と直交する第２の方向に第１のリード部と離隔して配置された第２のリード部であって、第１のコンデンサ素子の第２の接続電極部に電気的に接続された第２のリード部とを含み、第１のリード部および第２のリード部は第２の方向に沿って第１のコンデンサ素子から外側に向かって延びた電気的接続に供する部分をそれぞれ含み、第１のリード部および第２のリード部は第１の方向に沿って第１のコンデンサ素子から外側に向かって延びた電気的接続に供する部分を含まない。また、第１のボンディングワイヤは第２の方向に延びた部分を含む。

このデバイスのリードフレームは、第１の接続電極部と第２の接続電極部とが隣り合った第１の方向に対して直交する第２の方向に延び、第１の方向には第１のコンデンサ素子との電気的接続に供する部分を含まない。したがって、第１のコンデンサ素子の第１の方向の長さに対して第１のリード部と第２のリード部との距離を縮めることが可能となり、ＥＳＬを低減しやすい。特に、第１のコンデンサ素子が第１の方向に長い場合は、第１のリード部と第２のリード部との距離を縮めやすい。さらに、リードフレームは第１の方向に電気的接続に供する部分を含まないので、リードフレームの第１の方向の長さを短縮できるため、ＥＳＲを低減しやすく、コンパクトで容量の大きなコンデンサデバイスを提供できる。

このデバイスは、第１のコンデンサ素子に直に、またはリードフレームを挟んで積み重ねられた第２のコンデンサ素子であって、リードフレームに電気的に接続された第２のコンデンサ素子を有していてもよい。デバイスの容量を増加できる。また、異なる容量のコンデンサ素子を内蔵することにより、いっそう広い周波数帯域で低インピーダンスのデバイスを提供できる。

特に、第１のコンデンサ素子および第２のコンデンサ素子が固体電解コンデンサ素子であり、第２の接続電極部が第１の接続電極部に繋がった基体に対して誘電体酸化被膜を含む誘電特性を有する層と、固体電解質層とを介して積層されている場合は、第１のコンデンサ素子の誘電体酸化被膜の厚みと、第２のコンデンサ素子の誘電体酸化被膜の厚みとが異なるデバイスであってもよい。誘電体層である誘電体酸化被膜の厚みを変えることにより、静電容量を制御でき、また、耐電圧を変えることも可能となる。

第２のコンデンサ素子はリードフレームを挟んで積み重ねられ、第２のコンデンサ素子の第１の接続電極部は、第１のコンデンサ素子の第１の接続電極部に対して第１の方向の反対側に配置されていてもよい。また、リードフレームは、第２のコンデンサ素子の第１の接続電極部と第２のボンディングワイヤを介して電気的に接続された第３のリード部を含み、第３のリード部は第２の方向に沿って第２のコンデンサ素子から外側に向かって延びた電気的接続に供する部分を含み、第１の方向に沿って第２のコンデンサ素子から外側に向かって延びた電気的接続に供する部分を含まず、第２のボンディングワイヤは第２の方向に延びた部分を含むことが望ましい。

このデバイスは、コンパクトで大容量のコンデンサデバイスであって、低ＥＳＲおよび低ＥＳＬのデバイスを提供しやすい。また、第１のリード部、第２のリード部および第３のリード部を、第１の方向に沿って、第１のコンデンサ素子および第２のコンデンサ素子から外側に露出しないようにすることが可能となる。さらに、第１のリード部および第３のリード部は一体になっていてもよい。

第１のコンデンサ素子の典型的なものは、板状の導電性の基体と、基体の両面に誘電特性を有する層を少なくとも挟んで形成された電極層であって、基体を貫通する孔に設けられた接続層により電気的に接続された電極層とを含み、基体の一方の面の端の少なくとも一部が露出して第１の接続電極部となり、電極層の少なくとも一部が第２の接続電極部となっているデバイスである。デバイスは、当該デバイスの外装となる樹脂性で方形のパッケージを有していてもよい。

また、本発明の異なる態様の一つは、上記デバイスが実装されたプリント配線板、およびそのプリント配線板を有する電子機器である。

デバイスの概要を示す斜視図。 デバイスを、モールド樹脂を除いた状態で示す斜視図。 デバイスをリードフレームとコンデンサ素子に展開した図。 デバイスを、モールド樹脂を除いた状態で示す平面図。 デバイスを、モールド樹脂を除いた状態で示す側面図。 コンデンサ素子の構造を示す断面図。 コンデンサ素子の配置を説明する図であり、図７（ａ）は従来の一例、図７（ｂ）は異なる配置の例、図７（ｃ）はさらに異なる配置の例。 デバイスの異なる例を示す斜視図。 デバイスを搭載したプリント配線板の一部を示す平面図。 デバイスを含む回路を示すブロック図。 図１１（ａ）はデバイスの各容量のインピーダンスカーブを示し、図１１（ｂ）はデバイスの合成されたインピーダンスカーブを示し、図１１（ｃ）は従来の方法によるインピーダンスカーブとの比較を示す。 図１２（ａ）は従来の接続方法を示し、図１２（ｂ）は各コンデンサのインピーダンスカーブを示し、図１２（ｃ）は合成されたインピーダンスカーブを示す。 図１３（ａ）はデバイスの異なる適用例を示すブロック図、図１３（ｂ）はデバイスのさらに異なる適用例を示すブロック図。 デバイスのさらに異なる例を示す斜視図であり、図１４（ａ）はコンデンサ素子を破線で示し、図１４（ｂ）ではコンデンサ素子を実線で示している。 デバイスのさらに異なる例を示す斜視図であり、図１５（ａ）はコンデンサ素子を破線で示し、図１５（ｂ）ではコンデンサ素子を実線で示している。

図１に、本発明に係るコンデンサを含むデバイスの一例を示している。このデバイス１は、コンデンサ２０と、コンデンサ２０に接続されたリードフレーム１０と、コンデンサ２０を収容し表面にリードフレーム１０の一部が露出したパッケージ５０とを有する。パッケージ５０は、コンデンサ２０を収容した状態で全体が方形または矩形（直方体）となるように成形された外装用の樹脂（モールド樹脂）５９により構成され、表面実装用のコンデンサデバイス１の外観を形成している。以降では、このデバイス１の長手方向を第１の方向Ｘ、長手方向Ｘに直交する短手方向（横方向）を第２の方向Ｙとして説明する。

図２に、デバイス１のモールド樹脂５９を除いた状態を示している。図３に、リードフレーム１０と、コンデンサ２０とを分離した状態を示している。さらに、図４および図５に、デバイス１のモールド樹脂５９を除いた状態の平面図および側面図を示している。デバイス１のリードフレーム１０の素材としては、銅系素材、鉄系素材などの機械的強度、電気伝導度、熱伝導度、耐食性などに優れたものが用いられる。リードフレーム１０は、第１および第２の陽極端子部（陽極リード）１１および１２と、第１および第２の陰極端子部（陰極リード、接地電圧用の端子部）１５および１６とを含む。

コンデンサ２０は、第１のコンデンサ素子２１と、リードフレーム１０を挟んで第１のコンデンサ素子２１に積み重なるように配置された第２のコンデンサ素子２２とを含む。これらのコンデンサ素子２１および２２は全体が板状の固体電解コンデンサ（固体電解コンデンサ素子）であり、基本的な構成は共通する。これらのコンデンサ素子２１および２２は全体として第１の方向Ｘに長く、第１の方向Ｘが第２の接続電極（陰極）３２に対する第１の接続電極（陽極）３１の方向と一致している。また、第１のコンデンサ素子２１と第２のコンデンサ素子２２とは、第２のコンデンサ素子２２の第１の接続電極部３１が第１のコンデンサ素子２１の第１の接続電極部３１に対して第１の方向Ｘの反対側に配置されるように積層されている。

図６に、第１のコンデンサ素子２１の構成を代表して断面により示している。コンデンサ素子２１は全体が平板状であり、長方形にカットされた板状または薄膜状の弁作用基体３３を有する。弁作用基体３３はエッチングなどにより多孔質化（拡面化）が施された第１の面（一方の面、表面）３３ａおよび第２の面（他方の面、裏面）３３ｂを含む。この例では、リードフレーム１０に面した側を第２の面（裏面）３３ｂとして参照している。これらの面３３ａおよび３３ｂは上下逆転してもよく、左右に面していてもよい。

基体３３の表面（一方の面）３３ａには、誘電体酸化被膜３４ａ、固体電解質層３５ａ、および電極層３６ａがこの順番に積層されている。基体３３の裏面（他方の面）３３ｂにも、同様に、誘電体酸化被膜３４ｂ、固体電解質層３５ｂ、および電極層３６ａが順次積層されている。弁作用基体３３としては、エッチドアルミニウム箔、タンタル焼結体、ニオブ焼結体またはチタン焼結体があげられる。表面実装用の薄型のデバイス１には、エッチドアルミニウム箔を用いたコンデンサ素子が好適である。

誘電体酸化被膜３４ａおよび３４ｂは、基体３３がエッチドアルミニウム箔であれば、その表面に形成された酸化アルミニウムである。固体電解質層３５ａおよび３５ｂは、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン等の導電性高分子を電解重合、化学重合などにより誘電体酸化被膜３４ａおよび３４ｂの上にそれぞれ積層させることにより形成できる。電極層３６ａおよび３６ｂの一例は、固体電解質層３５ａおよび３５ｂの上にそれぞれ積層された導電性ペーストである。固体電解質層３５ａおよび３５ｂが実質的な陰極であり、電極層３６ａおよび３６ｂは導電性を担保するための陰極を構成し、その一部は接続電極部（第２の接続電極部、陰極）３２となる。基体３３と電極層３６ａおよび３６ｂとの間に形成される誘電特性を有する、または良好に発揮させるための層は、誘電体酸化被膜３４ａおよび３４ｂ、固体電解質層３５ａおよび３５ｂに限定されず、接触抵抗を低減させるために固体電解質層３５ａ、電極層３６ａの間に積層される高導電性のグラファイト層などを含んでいてもよい。

なお、本明細書において陰極として機能するように記載している電極層３６ａおよび３６ｂは見かけ上の陰極であって、固体電解質層３５ａおよび３５ｂが真の陰極として機能する役割を担っている。従って、誘電体酸化被膜３４ａおよび３４ｂが誘電体特性を有する層である。以下においても同様である。また、以降において、電極層３６ａおよび３６ｂを陰極３２として参照する。

さらに、基体３３の表面３３ａには、電極層３６ａの周縁３６ｃを全周にわたり覆う第１の絶縁層３９ａが形成されている。また、基体３３の裏面３３ｂには、電極層３６ｂの周縁３６ｃを全周にわたり覆う第２の絶縁層３９ｂが形成されている。基体３３の表面３３ａの長手方向Ｘの一方の端（縁）３１は第１の絶縁層３９ａの外周側に現れ（露出し）、コンデンサ素子２１の接続電極部（第１の接続電極部、陽極）３１となっている。絶縁層３９ａおよび３９ｂの一例は、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの絶縁性の樹脂からなる膜である。裏面３３ｂの絶縁層３９ｂは陽極３１の裏側まで伸び、陽極３１の裏側をカバーする絶縁層３９ｃとなっている。また、基体３３の側面も絶縁層３９ｄにより覆われている。

コンデンサ素子２１は、さらに、弁作用基体３３を貫通する貫通孔（スルーホール）３７を含む。これらの貫通孔３７の内周面３７ａには、弁作用基体３３に接する側から誘電体酸化被膜３４ｃおよび固体電解質層３５ｃが順次積層され、さらに、貫通孔３７には、銀ペーストなどの導電性ペーストが充填され、貫通電極３８が形成されている。貫通孔３７の内周面３７ａであっても、電解重合などの方法により基体３３の表面とともに固体電解質層３５ｃを形成でき、コンデンサの容量として寄与させることができる。それとともに、貫通電極３８が電極層３６ａおよび３６ｂとを電気的に接続する接続層として機能する。

コンデンサ素子２１および２２に設けられる貫通電極３８は、２つに限らず１つまたは３つ以上であってもよい。貫通電極３８を設けることにより陽極（第１の接続電極部）３１および陰極（第２の接続電極部）３２の間の電流経路を短縮できる。このため、低ＥＳＲおよび低ＥＳＬのコンデンサ素子２１および２２を提供できる。

このデバイス１においては、コンデンサ素子２１および２２に含まれる誘電体酸化被膜３４ａおよび３４ｂの厚みは、コンデンサ素子２１および２２のそれぞれで異なる。第１のコンデンサ素子２１の誘電体酸化被膜３４ａおよび３４ｂの厚みｔ１は、たとえば、４ｎｍであり、第２のコンデンサ素子２２の誘電体酸化被膜３４ａおよび３４ｂの厚みｔ２は、たとえば、１４ｎｍである。コンデンサ素子の厚みはこれらに限定されない。このような厚みの異なるコンデンサ素子２１および２２は、誘電体酸化被膜３４ａおよび３４ｂを形成する際の電圧（基体の化成電圧）を変えることで容易に製造できる。

第１のコンデンサ素子２１および第２のコンデンサ素子２２は構成が同じであってもよく、この場合は、２つのコンデンサ素子２１および２２を積層することによりデバイス１の容量を増加できる。一方、コンデンサ素子２１および２２の誘電体酸化被膜３４ａおよび３４ｂの厚みを変えることによりコンデンサ素子２１および２２の容量を変えることができる。コンデンサ素子の容量は概ね面積に比例し、誘電体酸化被膜３４ａおよび３４ｂの厚みに反比例する。したがって、コンデンサ素子の誘電体酸化被膜３４ａおよび３４ｂに覆われる表面積と酸化被膜３４ａおよび３４ｂの厚みを変えることにより容量の差が１：数１００程度あるいはそれ以上の複数のコンデンサ素子を１つのデバイス１に組み込むことができる。たとえば、容量２００μＦの第１のコンデンサ素子２１と、容量４０μＦの第２のコンデンサ素子２２とを含むデバイス１を提供できる。

また、コンデンサ素子２１および２２の誘電体酸化被膜３４ａおよび３４ｂを変えることによりコンデンサ素子２１および２２の耐圧（定格電圧）を変えることができる。コンデンサ素子の定格電圧は概ね誘電体酸化被膜３４ａおよび３４ｂの厚みに反比例する。したがって、定格電圧の差が１：数１０程度あるいはそれ以上の複数のコンデンサ素子を１つのデバイス１に組み込むことができる。たとえば、定格電圧２Ｖの第１のコンデンサ素子２１と、定格電圧６．３Ｖの第２のコンデンサ素子２２とがリードフレーム１０を挟んで積層されたデバイス１を提供できる。

図２に示すように、リードフレーム１０は、第１の陽極端子部（第１の陽極リード、第１のリード部）１１と、第２の陽極端子部（第２の陽極リード、第３のリード部）１２と、第１および第２の陰極端子部（基準電圧用の接続端子部、陰極リード、第２のリード部）１５および１６とを含む。

図４および図５に示すように、このデバイス１（コンデンサ２０）においては、第１のコンデンサ素子２１の陽極３１が、金線、銅線、アルミニウム線などの導電性の金属ワイヤー（第１のボンディングワイヤ）４１によりリードフレーム１０の第１の陽極リード１１に電気的に接続され、第２のコンデンサ素子２２の陽極３１が第２のボンディングワイヤ４２により第２の陽極リード１２に電気的に接続されている。これらのボンディングワイヤ４１および４２は、実質的に長手方向（第１の方向、縦方向）Ｘではなく、直交する方向（第２の方向、短手方向、幅方向、横方向）Ｙに延びている。

一方、リードフレーム１０の陰極リード１５および１６は、第１のコンデンサ素子２１の裏面３３ｂの陰極３２と第２のコンデンサ素子２２の裏面３３ｂの陰極３２とに挟まれ、これらのコンデンサ素子２１および２２に電気的および機械的に接続されている。陰極リード１５および１６は、通常、回路の接地側（接地回路）に接続され、基準電圧（接地電圧）が印加される。

第１および第２の陽極リード１１および１２は、それぞれ、長手方向Ｘに延びた第１の部分１１ａおよび１２ａと、横方向Ｙに延びた第２の部分１１ｂおよび１２ｂとを含み、Ｌ型またはＴ型に近い形状となっている。横方向Ｙに延びた第２の部分１１ｂおよび１２ｂは、コンデンサ素子２１および２２から外側に向かってパッケージ５０の外側まで延び、適当な角度で折り畳まれてデバイス１を外部と電気的に接続するために用いられる。

第１の部分１１ａおよび１２ａは長手方向Ｘに細長く延びており、コンデンサ素子２１および２２の長手方向Ｘに配置される。第１の部分１１ａおよび１２ａの横方向Ｙの一部１１ｃおよび１２ｃがコンデンサ素子２１および２２により挟み込まれる。第１の部分１１ａおよび１２ａの横方向Ｙの挟み込まれない部分１１ｄおよび１２ｄは、コンデンサ素子２１および２２の長手方向Ｘに沿ってコンデンサ素子２１および２２の側面から外側に現れ、ボンディングワイヤ４１および４２をそれぞれに接続できる。第１の部分１１ａおよび１２ａのコンデンサ素子２１および２２により挟み込まれる部分１１ｃおよび１２ｃは、それぞれのコンデンサ素子２１および２２の絶縁層３９ｂに挟まれ、コンデンサ素子２１および２２の陰極３２には電気的に接触しないようになっている。第１の部分１１ａおよび１２ａの挟み込まれる部分１１ｃおよび１２ｃを絶縁コーティングして電気的に接触しないようにしてもよい。

陽極リード１１および１２の長手方向Ｘに伸びた第１の部分１１ａおよび１２ａの長手方向Ｘの長さは、コンデンサ素子２１および２２から長手方向Ｘに実質的に突出しないようになっている。実際には、コンデンサ素子２１および２２を陽極リード１１および１２に機械的に取り付けるときの公差を考慮し、図４などに示しているように、それぞれの第１の部分１１ａおよび１２ａの長手方向Ｘの端１１ｅおよび１２ｅは、コンデンサ素子２１および２２から若干はみだしても（突出しても）良い設計としている。しかしながら、第１の部分１１ａおよび１２ａの長手方向の端１１ｅおよび１２ｅは、ボンディングワイヤ４１および４２を電気的に接続できる程度まで長く突き出ることがない設計としている。このため、陽極リード１１および１２は、長手方向に沿ってコンデンサ素子２１および２２から外側に延び、電気的接続に供する部分は含まない。

陰極リード１５および１６も、それぞれ、長手方向Ｘに延びた第１の部分１５ａおよび１６ａと、横方向Ｙに延びた第２の部分１５ｂおよび１６ｂとを含み、Ｌ型またはＴ型に近い形状となっている。横方向Ｙに延びた第２の部分１５ｂおよび１６ｂは、コンデンサ素子２１および２２の外側に向かってパッケージ５０の外側まで延び、適当な角度で折り畳まれてデバイス１を外部と電気的に接続するために用いられる。

第１の部分１５ａおよび１６ａは、コンデンサ素子２１および２２の陰極３２に接触する部分で繋がり、陰極３２との接続電極１９が形成されている。接続電極１９の面積はコンデンサ素子２１および２２の陰極３２の面積よりも小さく、接続電極１９をコンデンサ素子２１および２２により挟み込んだときに接続電極１９が陰極３２の範囲に収まり、接続電極１９がコンデンサ素子２１および２２の外側にはみ出さないようになっている。したがって、コンデンサ素子２１および２２により接続電極１９を挟み込み、これらを導電ペーストなどでコンデンサ素子２１および２２の陰極３２を電気的および機械的に接続することにより、コンデンサ素子２１および２２がリードフレーム１０の陰極リード１５および１６に電気的に並列に接続され、さらにコンデンサ素子２１および２２が陰極リード１５および１６に機械的に接続されたデバイス１（コンデンサ２０）を提供できる。陰極リード１５および１６の長手方向Ｘに延びた第１の部分１５ａおよび１６ａは分離されていてもよい。

このデバイス１においては、コンデンサ素子２１および２２、ボンディングワイヤ４１および４２、およびリードフレーム１０が外装用の樹脂（モールド樹脂）５９により覆われ、パッケージングされる。ただし、リードフレーム１０の外部接続に要する部分はモールド樹脂５９では覆われない。モールド樹脂５９としては、エポキシ樹脂などの封止樹脂があげられる。モールド樹脂によるパッケージ５０の外側にはリードフレーム１０の陽極リード１１および１２、陰極リード１５および１６の外部接続部分が現れる。パッケージ５０の外側に現れるリード１１および１２、１５および１６の端は、パッケージ５０に沿って下側（裏側）に曲げられており、デバイス１は回路基板などに搭載する表面実装用のデバイスとして使用される。

このデバイス１においては、図４に示すように、パッケージ５０が矩形（直方体）であり、陽極リード１１および１２がパッケージ５０の長手方向Ｘに延びた一方の辺５１に並んで形成され、接地用の陰極リード１５および１６がパッケージ５０の長手方向Ｘに延びた他方の辺５２に並んで形成されている。また、ボンディングワイヤ４１および４２が横方向Ｙに延び、リードフレーム１０は長手方向Ｘに電気的接続に供する部分を含まない。すなわち、陽極リード１１および１２、および陰極リード１５および１６は横方向Ｙに沿ってコンデンサ素子２１および２２から外側に向かって延びた電気的接続に供する部分１１ｂ、１２ｂ、１５ｂ、１６ｂをそれぞれ含み、長手方向Ｘに沿ってコンデンサ素子２１および２２から外側に向かって延びた電気的接続に供する部分を含まない。したがって、リードフレーム１０の長手方向Ｘの長さを短縮でき、リードフレーム１０を含めてパッケージングするパッケージ５０の長手方向Ｘの長さを短縮できる。このため、コンパクトで容量の大きなコンデンサデバイス１を提供できる。

また、コンデンサ素子２１および２２の長手方向Ｘの長さに対して陽極リード１１および１２と陰極リード１５および１６との距離を縮めることが可能となる。このため、大容量で、よりＥＳＬの低いコンデンサデバイス１を提供できる。特に、コンデンサ素子２１および２２が長手方向Ｘに長く、横方向Ｙに短い素子の場合は、コンデンサ素子２１および２２の容量に対して、陽極リード１１および１２と陰極リード１５および１６の距離を縮めやすい。したがって、コンパクトで容量が大きく、さらにより低ＥＳＬのコンデンサデバイス１を提供できる。

１つのコンデンサ素子４１を有するデバイスにおいても、ボンディングワイヤ４１を横方向Ｙに延ばし、リードフレーム１０が長手方向Ｘにコンデンサ素子２１の外側に延びた部分であって、ボンディングワイヤ４１などとの電気的接続に供する部分を含まないようにすることにより、上記と同様にコンパクトで容量が大きく、低ＥＳＬのコンデンサデバイス１を提供できる。このデバイス１においては、第１および第２のコンデンサ素子２１および２２を、リードフレーム１０を挟んで重ね合わせることにより、コンデンサ容量をさらに増加できる。また、第１のコンデンサ素子２１および第２のコンデンサ素子２２の容量および／または耐電圧を変えることにより、以下で詳述するように広い周波数帯でインピーダンスをさらに低減したり、多電源電圧の基板に対応するなどの機能が融合したデバイス１を提供できる。

さらに、このコンデンサデバイス１では、長手方向Ｘが各コンデンサ素子２１および２２において、陰極３２に対する陽極３１の方向と一致しており、横方向Ｙにボンディングワイヤ４１および４２を延ばすことは、ボンディングワイヤ４１および４２を陰極３２に対する陽極３１の方向と直交する方向に延ばすことになり、コンデンサの容量を増加するとともに、ＥＳＲを低減できる。横方向Ｙが陰極３２に対する陽極３１の方向となるコンデンサ素子を含むデバイスにおいては、コンデンサの容量を増加することは難しいことが多い。これに対し、陰極３２に対する陽極３１の方向Ｙと直交する方向、すなわち、長手方向Ｘにボンディングワイヤを延ばすことにより、コンデンサ容量を増すことができ、さらに、低ＥＳＲ化することができる。

図７に従来の固体電解コンデンサ素子を含むデバイスとの比較を模式的に示している。図７（ａ）は、従来の固体電解コンデンサ素子７５の一例を示している。この素子７５は全体が長方形（直方体）であり、陽極７１が長手方向Ｘの一方の端に現れており、陽極端子７３および陰極７４は長手方向Ｘに対峙している。したがって、陰極７２をアレンジするために素子７５の長手方向Ｘの長さ（Ｌ寸法）を利用でき、陰極７２の面積を大きく確保できる。このため、大容量のコンデンサ素子７５を得ることができる。陽極端子７３および陰極端子７４も長手方向Ｘに対峙して配置されている。素子７５の陽極７１と陽極端子７３とはリードまたはボンディングワイヤ７９により電気的に接続され、陰極７２と陰極端子７４とは直に、または導電性ペーストにより電気的に接続される。この素子７５においては、素子７５の長手方向Ｘが電流経路となる。

素子７５を低ＥＳＬ化する１つの方法は、接続時に電流がループするループ長を短縮することである。したがって、電流経路を長手方向Ｘから横方向（短手方向）Ｙにすることが好ましい。図７（ｂ）に示した固体電解コンデンサ素子７６においては、陽極７１および陰極７２と、陽極端子７３および陰極端子７４とをともに短手方向Ｙに（対峙するように）配置している。この素子７６においては、電流経路が横方向Ｙになり、電流が流れる距離（ループ長）が素子７６のＬ寸法からＷ寸法に短縮される。したがって、低ＥＳＬのデバイスを提供できる。しかしながら、ボンディングワイヤ７９は、陰極７２に対して陽極７１の方向に延び、陰極７２および誘電体層をアレンジするために利用できる距離が横方向ＹのＷ寸法になり、陰極７２および誘電体層の面積が縮小される。したがって、コンデンサ容量は減る傾向となり、デバイスの低ＥＳＲ化が難しい。

図７（ｃ）に示した固体電解コンデンサ素子７７においては、陽極端子７３および陰極端子７４を横方向Ｙに（対峙するように）配置し、陽極７１および陰極７２を長手方向Ｘに（対峙するように）配置している。この素子７７においては、電流経路が横方向Ｙになり、電流が流れる距離（ループ長）が素子７７のＬ寸法からＷ寸法に短縮される。したがって、ＥＳＬを低減できる。さらに、ボンディングワイヤ７９が陰極７２に対する陽極７１の方向とは直交する方向に延び、陰極７２および誘電体層をアレンジするために利用できる距離が長手方向ＸのＬ寸法になる。このため、陰極７２および誘電体層の面積を拡大できる。したがって、コンデンサ容量は大きくでき、低ＥＳＲ化も実現できる。このように、ボンディングワイヤ７９の接続方向を変え、固体電解コンデンサの接続方向のみを長手方向Ｘから短手方向Ｙに変換し、接続方向をＬ方向からＷ方向に反転することにより、さらにＥＳＬおよびＥＳＲの低いデバイスを提供できる。

図８に、異なるデバイスの例を示している。図８は、デバイス１ａを、パッケージ５０を省いて示す斜視図である。このデバイス１ａの基本的な構成は上述したデバイス１と同じであり、コンデンサ２０とリードフレーム１０とを有する。このデバイス１ａは、リードフレーム１０を挟んで積層された第１のコンデンサ素子２１および第２のコンデンサ素子２２に加え、大容量の第１のコンデンサ素子２１の上に積み重ねられた小容量の第３のコンデンサ素子２３を有する。したがって、デバイス１ａは、積層配置されたコンデンサ素子２１〜２３を有し、これら複数のコンデンサ素子２１〜２２が電気的に並列に接続されている。第３のコンデンサ素子２３は、陰極３２に対する陽極３１の向きが横方向Ｙになるように、下側の大容量の第１のコンデンサ素子２１の陽極３１を除いた部分に積み重ねられている。第３のコンデンサ素子２３も固体電解コンデンサであり、基本的な構成は他のコンデンサ素子２１および２２と共通する。

リードフレーム１０は、第１〜第３の陽極リード１１〜１３と、第１〜第３の陰極リード１５〜１７とを有する。第１のコンデンサ素子２１の陽極３１は第１の陽極リード１１と第１のボンディングワイヤ４１により接続され、第２のコンデンサ素子２２の陽極３１は第２の陽極リード１２と第２のボンディングワイヤ４２により接続され、第３のコンデンサ素子２３の陽極３１は第３の陽極リード１３と第３のボンディングワイヤ４３により接続されている。これらのボンディングワイヤ４１〜４３は、実質的に横方向Ｙに延びている。

このデバイス１ａにおいてもリードフレームの陽極リード１１〜１３、および陰極リード１５〜１７は横方向Ｙに沿ってコンデンサ素子２１〜２３から外側に向かって延びた電気的接続に供する部分をそれぞれ含み、長手方向Ｘに沿ってコンデンサ素子２１〜２３から外側に向かって延びた電気的接続に供する部分を含まない。したがって、リードフレーム１０の長手方向Ｘの長さを短縮でき、リードフレーム１０を含めてパッケージングするパッケージ５０の長手方向Ｘの長さを短縮できる。このため、コンパクトで容量の大きなコンデンサデバイス１を提供できる。また、リードフレームの陽極リード１１〜１３、および陰極リード１５〜１７は長手方向Ｘに沿ってコンデンサ素子２１〜２３から外側に露出した部分（突き出た部分）を含まない。したがって、このデバイス１ａは、さらにコンパクトな表面実装デバイスとなっている。

また、コンデンサ素子２１〜２３の長手方向Ｘの長さに対して陽極リード１１〜１３と陰極リード１５〜１７との距離を縮めることが可能となる。このため、大容量で、コンパクトであり、より低ＥＳＬのコンデンサデバイス１ａを提供できる。

第３のコンデンサ素子２３は、第１のコンデンサ素子２１の上に重ねて設置されることにより、第３のコンデンサ素子２３の陰極３２となる裏面の電極３６ｂが、第１のコンデンサ素子２１の陰極３２となる表面の電極３６ａと直に、または導電ペーストを介して電気的に接続できる。したがって、第３のコンデンサ素子２３の陰極３２は第１のコンデンサ素子２１の陰極３２を介してリードフレーム１０の第１〜第３の陰極リード１５〜１７と電気的に接続される。第３のコンデンサ素子２３の陰極３２、誘電体層３４ａおよび３４ｂの面積は他のコンデンサ素子２１および２２のそれらの面積に対して小さく、容量は小さい。一方、第３のコンデンサ素子２３の誘電体層３４ａおよび３４ｂの厚みは他のコンデンサ素子２１および２２のそれらの厚みに対して厚い。したがって、デバイス１ａは、接地側が並列に接続された容量および耐電圧の異なる３つのコンデンサ素子２１〜２３を含む。たとえば、定格電圧２Ｖで容量２００μＦの第１のコンデンサ素子２１と、定格電圧６．３Ｖで容量４０μＦの第２のコンデンサ素子２２と、定格電圧２５Ｖで容量１μＦの第３のコンデンサ素子２３とを含むデバイス１を提供できる。これらの数値は一例に過ぎない。

図９に、デバイス１ａが搭載されたプリント配線板の一部を模式的に示している。また、図１０は、デバイス１ａを含む電源回路のブロック図である。プリント配線板（プリント基板）９は、たとえば、パーソナルコンピュータなどの電子機器のマザーボードである。プリント配線板９にはＣＰＵ３と電源ブロック（図９には不図示）２とが搭載され、接地回路５と、電源ブロック２からＣＰＵ３とを接続する電源回路４との間にデバイス１ａが並列に接続されている。このデバイス１ａはデカップリングコンデンサあるいはバイパスコンデンサとして機能する。

このデバイス１ａの並列に接続された３つのコンデンサ素子２１〜２３の静電容量（コンデンサ容量）Ｃ１、Ｃ２およびＣ３は異なる。さらに、それぞれのコンデンサ素子２１〜２３は表面３３ａおよび裏面３３ｂの陰極３２が貫通電極３８により接続されており、陽極３１から陰極３２に至る電流経路が短く、また、電流の流れる方向が多様になる。したがって、それぞれのコンデンサ素子２１〜２３は低ＥＳＲおよび低ＥＳＬである。このため、デバイス１ａの陽極端子（陽極リード）１１、１２および１３を電源回路４に接続し、陰極端子１５、１６および１７を接地回路５に接続することにより、低ＥＳＲおよび低ＥＳＬの容量の異なる素子２１〜２３が並列に接続される。したがって、デバイス１ａを電源回路に採用することにより、広い周波数帯域でインピーダンスを低くすることができ、広範囲の周波数のノイズを除去することができる。

図１１（ａ）〜（ｃ）に広い周波数帯で低インピーダンスが実現される様子を模式的に示している。図１１（ａ）に示すような大容量の第１のコンデンサ素子２１の容量Ｃ１のインピーダンスカーブ６１と、中容量の第２のコンデンサ素子２２の容量Ｃ２のインピーダンスカーブ６２と、小容量の第３のコンデンサ素子２３の容量Ｃ３のインピーダンスカーブ６３が合成され、図１１（ｂ）に示すような広い周波数帯でブロードな低いインピーダンスをもったインピーダンスカーブ６４を再現できる。

図１２（ａ）に示すように、従来、このような特性を得るためには複数の容量の異なるコンデンサデバイス２９ａ〜２９ｃを並列に接続することが必要であった。複数の容量の異なるコンデンサデバイス２９ａ〜２９ｃは、サイズが異なり、さらには、タイプが異なるコンデンサ（たとえば、タンタルコンデンサ、セラミックコンデンサなど）の組み合わせになる。このため、容量が異なるだけではなく、ＥＳＲおよびＥＳＬも異なり、図１２（ｂ）に示すようにＥＳＬは一致しない。したがって、図１２（ｃ）に示すように、合成されたインピーダンスカーブ６９は、変曲点が複数発生する。電気的にはＬＣ共振が発生してしまうことになる。

一方、図１１（ｂ）に示すように、デバイス１ａは、容量特性の異なるコンデンサ素子２１〜２３を１つのパッケージに収納しているので、容量特性を除く他の特性、すなわち、ＥＳＬおよびＥＳＲは同じになる。このため、図１１（ｃ）に比較して示しているように、インピーダンスカーブ６９よりも広域周波数にわたり特性変化の少ない低インピーダンス特性を示すインピーダンスカーブ６４が得られる。したがって、ＬＣ共振の発生の少ない、フラットなインピーダンス特性を発現するデバイス１ａを提供できる。

さらに、１つのデバイス１ａで複数の容量特性を備えたデバイスを提供できるので複数の容量特性を得るためのデバイスを実装に要するスペースを縮小でき、従来多数のコンデンサを搭載していた用途を１つまたは数少ないデバイス１ａにより置き換えることができる。このため、コンパクト化が進んでいるノート型のパーソナルコンピュータなどの情報処理端末や、携帯電話、ＰＤＡなどの携帯型の情報処理端末などの電子機器に好適である。

図１３は、デバイス１の異なる用途の幾つかの例を示している。図１３（ａ）は、複数の電圧ラインを備えた半導体３ａの電源系統に、１または数少ないデバイス１ａでデカップリングコンデンサあるいはバイパスコンデンサとしての機能を付加できることを示している。複数の電源ブロック（スイッチング電源）２ａ、２ｂおよび２ｃを備えた電子機器あるいはプリント配線板において、複数の電圧ライン（電圧回路）４ａ、４ｂおよび４ｃのそれぞれに、デバイス１ａのそれぞれのコンデンサ素子２１、２２および２３を接続することが可能である。上述したようにデバイス１ａは定格電圧の異なる複数のコンデンサ素子２１〜２３を含む。したがって、デバイス１ａは複数電圧に対応できる。また、同一の電圧ラインであっても、複数の電力を供給させるラインがある場合に、デバイス１ａはそれぞれの電力ラインに適応できる。

図１３（ｂ）は、π型フィルターに適応した例である。コンデンサ素子を含む既存のπ型フィルターは、デバイス内にコイル成分（インダクタ）を配置しているため回路適応性に乏しいという欠点を含んでいた。これに対し、デバイス１ａであれば、直列に配列されるコイル成分Ｌ１、Ｌ２およびＬ３をプリント配線板などにおいて実装可能な開放系にできる。このため、コイル成分Ｌ１、Ｌ２およびＬ３を回路パターンの配線幅、配線長、あるいはインダクタデバイスにより自由に配置でき、実装される回路に適したπ型フィルター６を構成できる。

図１４（ａ）および（ｂ）に、異なるデバイスの例を示している。図１４（ａ）では、デバイス１ｂを、パッケージ５０を省き、さらに、コンデンサ２０を構成する第１のコンデンサ素子２１と第２のコンデンサ素子２２とを一点鎖線により示している。また、図１４（ｂ）では第１のコンデンサ素子２１と第２のコンデンサ素子２２とを実線で示している。このデバイス１ｂの基本的な構成は上述したデバイス１と共通し、コンデンサ２０とリードフレーム１００とを有する。リードフレーム１００は、第１の陽極端子部（第１の陽極リード、第１のリード部）１１と、第２の陽極端子部（第２の陽極リード、第３のリード部）１２と、第１および第２の陰極端子部（基準電圧用の接続端子部、陰極リード、第２のリード部）１５および１６とを含む。リードフレーム１００の陰極リード１５および１６の側の構成はデバイス１と共通であり、陰極リード１５および１６が一体となった陰極フレーム１０５を含む。このデバイス１ｂにおいては、第１および第２の陽極リード１１および１２も、それらの長手方向Ｘに延びた第１の部分１１ａおよび１２ａが繋がり、一体となっている。すなわち、デバイス１ｂの陽極端子部１１および１２は一体となり、全体がほぼπ字型のフレーム（陽極フレーム）１０１となっている。

この陽極フレーム１０１の長手方向Ｘに延びた一部１０１ｃがコンデンサ素子２１および２２により挟み込まれ、挟み込まれない部分１０１ａは、コンデンサ素子２１および２２の長手方向Ｘに沿ってコンデンサ素子２１および２２の側面から外側に現れ、ボンディングワイヤ４１および４２が接続されている。コンデンサ素子２１および２２に挟み込まれる部分１０１ｃを絶縁コーティングして電気的に接触しないようにしてもよい。

この陽極フレーム１０１の長手方向Ｘの長さは、コンデンサ素子２１および２２の長手方向Ｘの長さより短く、物理的にコンデンサ素子２１および２２から突出しないようになっている。したがって、陽極フレーム１０１の長手方向Ｘに延び、コンデンサ素子２１および２２からＹ方向外側に広がった部分１０１ａが、横方向Ｙに延びたボンディングワイヤ４１および４２により、コンデンサ素子２１および２２と陽極フレーム１０１とをそれぞれ電気的に接続するために使用される。このため、この陽極フレーム１０１も、長手方向に沿ってコンデンサ素子２１および２２から外側に延び、電気的接続に供する部分は含まない。また、陽極フレーム１０１および陰極フレーム１０５は、長手方向Ｘに沿ってコンデンサ素子２１および２２から外側に露出した部分（突き出た部分）を含まない。したがって、このデバイス１ｂは、コンパクトな表面実装デバイスとなっている。なお、陽極フレーム１０１および陰極フレーム１０５の長手方向Ｘの長さは、デバイス１のリードフレーム１０の陽極リードと同様に、第１および第２のコンデンサ素子２１および２２の長手方向の長さよりも若干長くしてもよく、それにより取り付けの際の公差を確保することができる。

図１５（ａ）および（ｂ）に、さらに異なるデバイスの例を示している。図１５（ａ）では、デバイス１ｃを、パッケージ５０を省き、さらに、コンデンサ２０を構成する第１のコンデンサ素子２１と第２のコンデンサ素子２２とを一点鎖線により示している。また、図１５（ｂ）では第１のコンデンサ素子２１と第２のコンデンサ素子２２とを実線で示している。このデバイス１ｃの基本的な構成は上述したデバイス１と共通し、コンデンサ２０とリードフレーム１１０とを有する。リードフレーム１１０は、第１の陽極端子部（第１の陽極リード、第１のリード部）１１と、第２の陽極端子部（第２の陽極リード、第３のリード部）１２と、第１および第２の陰極端子部（基準電圧用の接続端子部、陰極リード、第２のリード部）１５および１６となる陰極フレーム１０５とを含む。

リードフレーム１１０の陰極フレーム１０５は全体的に略Ｚ字型に成型されており、陰極リード１５および１６の第２の部分１５ｂおよび１６ｂは相互に横方向Ｙの反対側（１８０度対称の側）に延びている。陰極リード１５および１６の長手方向Ｘに延びた第１の部分１５ａおよび１６ａは、コンデンサ素子２１および２２に挟まれた接続電極１９により接続されている。

陽極リード１１および１２は、それぞれ、長手方向Ｘに延びた第１の部分１１ａおよび１２ａと、横方向Ｙに延びた第２の部分１１ｂおよび１２ｂとを含み、第１の部分１１ａおよび１２ａの一部１１ｃおよび１２ｃがそれぞれ第１および第２のコンデンサ素子２１および２２に挟みこまれている。一方の陽極リード１１は、一方の陰極リード１５と横方向Ｙに対峙するように配置され、他方の陽極リード１２は他方の陰極リード１６と横方向Ｙに対峙するように配置されている。したがって、陽極リード１１および１２は、相互に横方向Ｙの反対側（１８０度対称の側）に延びている。

このようなリードフレーム１１０を含むデバイス１ｃにおいては、回路基板に実装したときに電源電流が太い破線で示すようにデバイス１ｃの内部を異なる方向に流れる。すなわち、デバイス１ｃの内部を透過する電流の方向が異なる。このため、デバイス１ｃの内部に発生する磁界成分が相殺され、さらに低ＥＳＬのコンデンサデバイスを提供できる。

なお、上記において説明したコンデンサデバイスは、本発明の幾つかの例であり、複数の容量の異なるコンデンサ素子の積み重ね方は上記の実施例に限定されない。たとえば、複数のコンデンサ素子を３層以上に積み重ねたデバイスであってもよい。また、本発明に係る表面実装用のデバイスは、ＣＰＵとの組み合わせだけではなく、他の回路素子と組み合わせて用いることも可能である。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ 表面実装用のデバイス（コンデンサデバイス）
１０、１００、１１０ リードフレーム
２０ コンデンサ、 ２１、２２、２３ コンデンサ素子
３１ 陽極（第１の接続電極部）、 ３２ 陰極（第２の接続電極部）
３３ 基体

Claims (11)

1. 板状で第１の方向の一方の端に第１の接続電極部を含み、他の部分に第２の接続電極部を含み、前記第１の方向に前記第１の接続電極部および前記第２の接続電極部が並んだ第１のコンデンサ素子と、
   リードフレームとを有し、
   前記リードフレームは、前記第１のコンデンサ素子の前記第１の接続電極部と第１のボンディングワイヤを介して電気的に接続された第１のリード部と、
   前記第１の接続電極部および前記第２の接続電極部が並んだ前記第１の方向と直交する第２の方向に前記第１のリード部と離隔して配置された第２のリード部であって、前記第１のコンデンサ素子の前記第２の接続電極部に電気的に接続された第２のリード部とを含み、
   前記第１のリード部および前記第２のリード部は前記第２の方向に沿って前記第１のコンデンサ素子から外側に向かって延びた電気的接続に供する部分をそれぞれ含み、前記第１のリード部および前記第２のリード部は前記第１の方向に沿って前記第１のコンデンサ素子から外側に向かって延びた電気的接続に供する部分を含まず、
   前記第１のボンディングワイヤは前記第２の方向に延びた部分を含む、デバイス。
2. 請求項１において、さらに、
   前記第１のコンデンサ素子に直に、または前記リードフレームを挟んで積み重ねられた第２のコンデンサ素子であって、前記リードフレームに電気的に接続された第２のコンデンサ素子を有する、デバイス。
3. 請求項２において、前記第１のコンデンサ素子および前記第２のコンデンサ素子の前記第２の接続電極部は、前記第１の接続電極部に繋がった基体に対して誘電体酸化被膜を含む誘電特性を有する層と、固体電解質層とを介して積層されており、前記第１のコンデンサ素子の前記誘電体酸化被膜の厚みと、前記第２のコンデンサ素子の前記誘電体酸化被膜の厚みとが異なる、デバイス。
4. 請求項３において、前記第２のコンデンサ素子は前記リードフレームを挟んで積み重ねられ、前記第２のコンデンサ素子の前記第１の接続電極部は、前記第１のコンデンサ素子の前記第１の接続電極部に対して前記第１の方向の反対側に配置されており、
   前記リードフレームは、前記第２のコンデンサ素子の前記第１の接続電極部と第２のボンディングワイヤを介して電気的に接続された第３のリード部を含み、前記第３のリード部は前記第２の方向に沿って前記第２のコンデンサ素子から外側に向かって延びた電気的接続に供する部分を含み、前記第１の方向に沿って前記第２のコンデンサ素子から外側に向かって延びた電気的接続に供する部分を含まず、
   前記第２のボンディングワイヤは前記第２の方向に延びた部分を含む、デバイス。
5. 請求項４において、前記第１のリード部、前記第２のリード部および前記第３のリード部は、前記第１の方向に沿って、前記第１のコンデンサ素子および前記第２のコンデンサ素子から外側に未露出である、デバイス。
6. 請求項４または５において、前記第１のリード部および前記第３のリード部は一体になっている、デバイス。
7. 請求項１において、前記第１のコンデンサ素子は前記第１の方向に長い、デバイス。
8. 請求項１において、前記第１のコンデンサ素子は、板状の導電性の基体と、前記基体の両面に誘電特性を有する層を少なくとも挟んで形成された電極層であって、前記基体を貫通する孔に設けられた接続層により電気的に接続された電極層とを含み、前記基体の一方の面の端の少なくとも一部が露出して第１の接続電極部となり、前記電極層の少なくとも一部が第２の接続電極部となっている、デバイス。
9. 請求項１ないし８のいずれかにおいて、当該デバイスの外装となる樹脂性で方形のパッケージを有する、デバイス。
10. 請求項９に記載のデバイスが実装されたプリント配線板。
11. 請求項１０に記載のプリント配線板を有する電子機器。

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