JP5967093B2 - 電子部品及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品とその製造方法に関する。

半導体装置では、集積回路とともにコンデンサ等の電子部品が用いられる。電解コンデンサはＣＰＵ／ＬＳＩの周囲に電源供給用として接続される大容量のコンデンサである。電極を接続する一般的な構造として、内部電極となる金属（アルミニウム等）の陽極箔および陰極箔にそれぞれ導電性のリード（導電タブ）を接続する。導電タブに接続されるリード線は、はんだ実装のために銅線または銅覆鋼線等にスズメッキ等が被覆されている。導電タブとリード線の接続には電気溶接が一般に使用される。

電気溶接の際に、リード線のスズメッキが飛散して固化することにより、厚みや面積が不定となったスズ層が溶接部表面に付着する。このスズ層には機械的応力が内在しているため、表面からウィスカ（メッキヒゲ）が発生することが知られている。ウィスカはスズの金属結晶のため導電性をもち、針状で０．２ｍｍ程度の長さがある。成長したウィスカが表面から脱落して飛散した場合、コンデンサ周囲の他の電子部品の端子間を短絡して、回路不具合に至る可能性がある。

この問題は、スズメッキが施されたリードやリード線の溶接をともなう任意の電子部品において生じ得る問題である。リード線をアルカリ洗浄や高温加熱する方法では、ウィスカの抑制は充分ではない。飛散防止のためには、溶接部を物理的に覆うことが安易な解決策であるが、コンデンサ等の電子部品の信頼性に影響を与える場合がある。また、作業工数の増加や部材追加による部品価格の上昇が問題となる。

たとえば、リードの一部に膨張部を設け、リードをコンデンサ素子との接続用の貫通孔に挿入したときに、膨張部が貫通孔を閉鎖して外部空間へのウィスカの飛散を防止する構成が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この方法は、リード線の製造時に膨張部を生成する追加の工程が必要となる。

また、電解コンデンサをプリント基板ユニットに実装する際に、電解コンデンサとプリント基板の間に密閉シートを挿入することで、コンデンサ素子への接続用の貫通孔を封鎖する方法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この方法は、密閉シートをプリント基板と電解コンデンサの間に挟む必要があり、基板に電解コンデンサを密着させる縦実装にしか適用できない。

他方、電解コンデンサの電解液漏れを防ぐために、電解コンデンサの封口パッキンのかしめ部にフッ素樹脂発泡体を用いる構成や（たとえば、特許文献３参照）、コンデンサセルで発生するガスを逃がすために、多孔性樹脂からなる通気性シートを用いる構成（たとえば、特許文献４）が知られている。

国際公開公報 WO 2007/043181 A1 特開２０１０−３８１１ 実公平７−２０９１１ 特開平８−１３８９８２

電子部品において、簡単な構成、工程でリードとリード線の溶接部分に発生するウィスカの飛散を抑制することを課題とする。

第１の観点では、電子部品を提供する。電子部品は、
一端に開口を有する金属ケースと、
前記金属ケースの内部空間に収容される金属材料箔と、
弾性材料で形成され、貫通孔を有し、前記開口と嵌合するパッキンと、
発泡材料で形成され、前記パッキンの外側に被さるキャップと、
前記貫通孔に挿入され、一端が前記金属ケースの内部空間で前記金属材料箔に接合される導電タブと、
一端が前記導電タブの他端に接合され、他端が前記金属ケースの外部に突出するリードと、
を備える。

第２の観点では、電子部品の製造方法を提供する。この製造方法は、
リードに接合された導電タブを金属材料箔に接合して素子を形成し、
前記素子のリードを、貫通孔が設けられた弾性材料のパッキンの貫通穴に通し、
前記素子とパッキンを、一端が開口する金属ケースに収容し、
前記金属ケースに対して前記パッキンの外側に配置される発泡材料のキャップとで、前記リードが前記金属ケースの外部に引き出されるように前記開口を封止する
工程を含む。

簡単な構成で、電子部品からのウィスカの飛散を抑制することができる。

電子部品の一例としての電解コンデンサの概略構成図である。 キャップがない場合の問題点を説明するための図である。 キャップを設けることによる効果を説明するための図である。 キャップを設けた場合の導電タブとリードの接合部の位置を示す図である。 キャップを設けた場合の導電タブとリードの接合部の位置を示す図である。 電解コンデンサのコンデンサ素子と導電タブを接合する工程を示す図である。 図３のコンデンサ素子の金属箔と導電タブとの接合状態を説明するための図である。 金属ケースへのパッキンとキャップの挿入を示す図である。 キャップとパッキンを一体的に加締めて固定した状態を示す図である。 実施例の電解コンデンサの製造フロー図である。

本発明の具体的な実施の形態を、添付の図面を参照して説明する。

図１は、一実施形態としての電解コンデンサ１０の概略構成図である。電解コンデンサ１０は、一端に開口１７Ａを有するアルミケース１７と、アルミケース１７内に収容されるコンデンサ素子１１と、前記アルミケース１７の開口１７Ａと嵌合するパッキン１２と、パッキン１２の外側に配置されるキャップ１５を有する。パッキン１２は、内部の電解液の漏洩防止の観点から、ゴム等の弾性材料で形成され、貫通孔１２Ａを有する。キャップ１５は、発泡材料で形成される。

電解コンデンサ１０はまた、パッキン１２の貫通孔１２Ａに挿入され、一端側がコンデンサ素子１１に接続される導電タブ１３と、一端が前記導電タブ１３の他端に接合され、他端がアルミケース１７の外部に突出するリード１４を有する。コンデンサ素子１１は、後述するようにアルミ箔等の金属箔で形成されており、導電タブ１３は、アルミケース１７の内部空間でこの金属箔と接合されている。

パッキン１２とキャップ１５は、リード１４を外部に突出させた状態で、アルミケース１７の開口１７Ａを封止している。図１の例では、アルミケース１７の端縁１６でパッキン１２とキャップ１５が一体的に加締められて固定されている。

図２Ａ〜図２Ｄは、キャップ１５の役割を説明するための図である。発泡材料で形成されるキャップ１５は、導電タブ１３とリード１４の接合部Ｗに発生するウィスカの飛散を抑制するとともに、コンデンサ素子１１の内部で発生したガスを吸収あるいは排出する。図２Ａに示すようにキャップ１５がない場合、導電タブ１３とリード１４の接合部Ｗに発生したウィスカが脱落することにより、貫通孔１２Ａと接合部Ｗの間の空間から、電解コンデンサ１０の外部へと飛散する。

これを防止するために、図２Ｂに示すように、パッキン１２の外側にキャップ１５を配置する。これにより、導電タブ１３あるいはリード１４の周囲の空間がキャップ１５によって封止される。接合部Ｗからウィスカが発生して脱落したとしても、外部への飛散を防止することができる。

導電タブ１３とリード１４の接合部Ｗの位置は、キャップ１５の外側に出ない限り、任意の位置に設定することができる。たとえば、図２Ｃに示すように、接合部Ｗがキャップ材の内部に存在してもよいし、図２Ｄに示すように、パッキン１２の貫通孔１２Ａに後退した位置に存在してもよい。図２Ｃの構成では、図２Ｂと同様にウィスカの飛散を防止することができる。図２Ｄの構成では、接合部Ｗとリード１４回りの空間が、ウィスカ閉じ込め空間として機能する。あるいは図２Ｂに示すように、キャップ１５とパッキン１２の境界に位置することによっても、ウィスカの脱落、飛散を防止することができる。

キャップ１５は、非導電材料で形成されており、スポンジなどの発泡材料あるいは軟質の多孔質材料を用いることができる。キャップ１５を発泡体のような通気性の材料で形成することによって、コンデンサ素子１１が動作する際に発生する水素ガス等を外部に逃がすことができる。材料の一例として、ポリエチレンフォーム、ウレタンフォーム、クロロプレンゴム、フッ素、シリコン等の発泡スポンジ材料、カーボン混合エラストマー等を用いることができる。発泡材料に活性炭を含有させた場合は、コンデンサ素子１１で発生したガスを吸収することができる。

キャップ１５の厚さと発泡密度は、ウィスカを外部へ飛散させず、かつコンデンサ素子１１で発生したガスを吸収あるいは排出できる範囲で適宜選択される。ウィスカ長が数１０μｍ〜数１００μｍとすると、発泡材料の気泡径が数１０μｍ以上であったとしても、キャップ１５内に気泡はアトランダムに存在するので、ウィスカの飛散を抑制することができる。あるいは、気泡径が１０μｍ以下の微細気泡の発泡体を用いてもよい。完全な気密性や水密性は不要であり、独立発泡でも半独立発泡でもよいが、高通気性で密度の低いものはウィスカの飛散抑制には効果が薄い。なお、アルミケースによるパッキン１２の加締めを容易にするために、変形時の圧縮加重が低い材料が望ましい。また、部品実装時のリードをハンダ付けする際に、リードが３００℃程度に高温になるため、その熱で変形しない程度の耐熱性があることが望ましい。一例として、キャップ１５として、見掛け密度２０〜７０ｋｇ／ｍ^３、厚さ２ｍｍのウレタンフォームを用いる。

パッキン１２を覆ってキャップ１５を設けることにより、ウィスカの飛散を防止すると同時に、コンデンサ素子１１の内部で発生したガスを吸収、排出し、電解コンデンサ１０の内部圧力が過剰になることを防止することができる。

図３〜図６は、図１の電解コンデンサの製造工程を示す図である。図３は、コンデンサ素子１１にリード（導電タブ）１３を接合した状態を示す図である。図３の例では、コンデンサ素子１１は、帯状の陽極箔２１と、帯状の陰極箔２２と、陽極箔２１と陰極箔２２の間に挟まれる電解紙２３が巻き合わせられたロール状の素子である。陽極箔２１と陰極箔２２の幅は一例として５ｍｍであるが、電子部品の静電容量等に応じて任意のサイズにすることができる。

陽極箔２１、電解紙２３、陰極箔２２を巻き取ったら、たとえばポリプロピレンのテープ（不図示）で素子止めがされる。陽極箔２１と陰極箔２２は、アルミニウム箔である。電解紙２３は、陽極箔２１と陰極箔２２の短絡を防止するセパレータとして機能するとともに、電解液を含浸し保持する役割を果たす。

図３の巻き取りと同時に、導電タブ１３がコンデンサ素子１１に接合される。図４は、アルミ箔（陽極箔２１あるいは陰極箔２２）に対する導電タブ１３の接合例を示す。導電タブ１３にはあらかじめリード１４が溶接接合されている。リード１４は、たとえば表面がスズ（Ｓｎ）メッキされた銅被覆鋼線である。導電タブ１３は、リード１４に接合される側の端部と反対側の端部に、平坦部１３ａを有する。この平坦部１３ａが、アルミ箔２１、２２の表面と接合される。接合は任意の方法ですることができる。たとえば、超音波による圧着でもよいし、導電タブ１３の平坦部１３ａとアルミ箔２１（又は２２）を同時に打ち抜いて加締める方法で接合してもよい（この場合の加締め部は不図示）。

図３のように、アルミ箔２１、２２をセパレータの電解紙２３とともに巻き取って、導電タブ１３が接合されたコンデンサ素子１１を作製したならは、コンデンサ素子１１に電解液を含浸させる。これにより、アルミ箔２１とアルミ箔２２の間隙に電解液が満たされ電解紙２３に電解液が含浸される。

図５に示すように、電解液が含浸されたコンデンサ素子１１をアルミケース１７に組み入れ、アルミケース１７の内部空間に収容する。コンデンサ素子１１をアルミケース１７の内部空間に収容するときに、パッキン１２の貫通孔１２Ａ（図１参照）にリード１４を差し込んでおき、コンデンサ素子１１とパッキン１２をアルミケース１７の開口１７Ａ内に挿入する。さらに、パッキン１２の外側に、リード１４が外部に突出するようにキャップ１５をかぶせる。キャップ１５は発泡材料で形成されているので、貫通孔を形成しなくてもリード１４を貫通させることができる。

なお、図５の組立工程は、リード１４がアルミケース１７の外に引き出されるように、パッキン１２と、パッキン１２の外側に配置されるキャップ１５とでアルミケース１７の開口１７Ａを封止できる限り、任意の順序とすることができる。たとえば、コンデンサ素子１１をアルミケース１７に挿入する前に、コンデンサ素子に接合されたリード１４をパッキン１２に通し、パッキン１２上にキャップ１５をかぶせ、その後にアルミケース１７の内部空間に収容してもよいし、パッキン１２にリード１４を差し込んだ状態のコンデンサ素子１１をアルミケース１７に収容してから、キャップ１５を被せてもよい。

図６に示すように、アルミケース１７の開口１７Ａにおいて、アルミケース１７の端縁１６で、パッキン１２とキャップ１５を一体的に加締めて、パッキン１２とキャップ１５を固定する。これにより電解コンデンサ１０が完成する。完成体には必要に応じて外装スリーブ１８を被覆する。外装スリーブ１８は任意の材料で形成することができ、たとえばポリエステル（ＰＥＴ）やその他の樹脂を用いることができる。

図７は、実施例に係る電解コンデンサの製造フローを示す図である。まず、一端をリード１４に接合された導電タブ１３の他端を、アルミ箔等の金属材料箔２１、２２に接合してコンデンサ素子１１を作製する（ステップＳ１０１）。コンデンサ素子１１に電解液を含浸させ、アルミケース等の金属ケース１７内に収容する（ステップＳ１０３）。リード１４を外部に引き出した状態で、パッキン１２とキャップ１５で金属ケース１７の開口１７Ａを封止する（ステップＳ１０５）。このとき、リード１４と導電タブ１３との接合部Ｗが、キャップ１５の外側に出ないように封止する。

ステップＳ１０３とＳ１０５は、厳密にこの順序に分断されるわけではなく、コンデンサ素子１１に電解液を合浸させ、リード１４を貫通させた状態でパッキン１２とキャップ１５を被せてから、金属ケース１７に収容することによって、パッキン１２とキャップ１５で金属ケースを封止してもよい。

最後に、アルミケース１７の端縁１６でパッキン１２とキャップ１５を一体的に加締めて固定し（ステップＳ１０７）、電解コンデンサ１０が完成する。

上記構成および製造方法は、電解コンデンサに限らず、ウィスカの発生が問題となるリードやタブ（端子）を有する任意の電子部品に適用可能である。

上述した電解コンデンサの構成および製造方法により、以下の効果を奏する。
(a) ウィスカの飛散を抑制できる電解コンデンサ１０が得られる。
(b) パッキンやリードに一般的な部材を使用することが可能であり、特殊品を使用することなく電解コンデンサが実現できる。
(c) 発泡材料の固定はパッキンの加締めと同時に行なわれるため、製造工程を追加する必要はない。また、キャップに用いられる発泡材料は、固定の際に圧縮により厚さをほとんどない程度に低減できるため、通常の加締め寸法で固定することができる。さらに、電解コンデンサをプリント基板上に実装する場合にも、部品高さが増加することはない。
(d) キャップの発泡材料は気体を透過させるため、動作時にケース内部で発生したガスを外部に放出することができる。
(e) キャップの発泡材料は、弾性材料のパッキンや内部の電解液に化学的影響を与えないため、コンデンサの劣化がほとんどない。
(d) 発泡材料は柔軟性が高いので、外装スリーブの開口に挿入する際にコンデンサ素子に対するストレスを与えない。また、多少の位置ずれがあってもウィスカ抑制効果は維持される。
(e) コンデンサ素子とパッキン及びキャップは一体になっているため、基板に搭載する際に、縦置き（基板に対して垂直方向に配置））のみならず、横置き（基板に対して水平方向に寝かせて配置）の実装をしても、同様のウィスカ抑制効果が得られる。
(f) コンデンサから飛散するウィスカによる短絡、不具合を低減した電源回路、ＣＰＵ回路が実現される。

ウィスカの飛散が懸念される任意の電子部品に適用することができる。

１０ 電解コンデンサ（電子部品）
１１ コンデンサ素子
１２ パッキン
１２Ａ 貫通孔
１３ 導電タブ
１３ａ 平坦部
１４ リード
１５ キャップ
１６ アルミケースの端縁
１７ アルミケース（金属ケース）
１７Ａ 開口
２１ 陽極箔（金属箔）
２２ 陰極箔（金属箔）
２３ 電解紙
Ｗ リードと導電タブの接合部

Claims (5)

1. 一端に開口を有する金属ケースと、
   前記金属ケースの内部空間に収容される金属材料箔と、
   弾性材料で形成され、貫通孔を有し、前記開口と嵌合するパッキンと、
   発泡材料で形成され、前記パッキンの外側に被さるキャップと、
   前記貫通孔に挿入され、一端が前記金属ケースの内部空間で前記金属材料箔に接合される導電タブと、
   一端が前記導電タブの他端に接合され、他端が前記金属ケースの外部に突出するリードと、
   を備え、
   前記キャップは、前記金属ケースの外側にあり、ウィスカを外部へ飛散させずかつ内部で発生するガスを吸収あるいは排出できる厚さと発泡密度を有する半独立発泡の発泡体である、
   電子部品。
2. 前記キャップは、スポンジ状の非導電材料で形成されることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
3. 前記キャップは活性炭を含有することを特徴とする請求項２に記載の電子部品。
4. リードに接合された導電タブを金属材料箔に接合して素子を形成し、
   前記素子を、一端が開口する金属ケースに収容し、
   貫通孔が設けられた弾性材料のパッキンと、前記金属ケースに対して前記パッキンの外側に配置される発泡材料のキャップとで、前記リードが前記金属ケースの外部に引き出されるように前記開口を封止し、
   前記キャップは、前記金属ケースの外側に配置され、ウィスカを外部へ飛散させずかつ内部で発生するガスを吸収あるいは排出できる厚さと発泡密度を有する半独立発泡の発泡体である、
   ことを特徴とする電子部品の製造方法。
5. 前記パッキンと前記キャップを一体的に加締めて前記開口に固定する、
   工程をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の製造方法。

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