JP4817458B2

JP4817458B2 - 固体電解コンデンサ

Info

Publication number: JP4817458B2
Application number: JP2007165842A
Authority: JP
Inventors: 崇水越; 勝洋吉田; 幸治坂田; 邦彦清水
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2007-06-25
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2027-06-25
Also published as: JP2009004671A

Description

本発明は基板実装面に直接引き出された電極を有する下面電極型の固体電解コンデンサに関する。

従来から弁作用金属として、タンタル、ニオブなどを用いた固体電解コンデンサは、小型で静電容量が大きく、周波数特性に優れ、ＣＰＵのデカップリング回路あるいは電源回路などに広く使用されている。また、携帯型電子機器の発展に伴い、特に下面電極型固体電解コンデンサの製品化が進んでいる。

このような下面電極型固体電解コンデンサを基板に実装する際には、下面電極型固体電解コンデンサの基板実装面の端子部分とともに、下面電極型固体電解コンデンサ側面のフィレット面と呼ばれる端子部分が重要になる。その理由は、はんだ付けの後にフィレット面におけるはんだの融けだし具合を観察することで、基板実装面を含めたはんだ付けの状態を検査するためである。このフィレット面で問題になるのは、融けたはんだが濡れあがるときに、陽極側と陰極側で均等に濡れあがらないと製品が傾いて実装されたり、フィレット面への濡れあがりが十分でないと、はんだが基板実装面である底面にのみ溜まり、製品が浮き上がってしまうことであり、これを防止するために通常フィレット面には、めっきが施される。

その様子を、チップ型固体電解コンデンサで、製品の小型化、薄型化を目的とし、リードフレームの下面をコンデンサの電極とし、リードフレームの切断面をフィレット面として使用する下面電極型と呼ばれる構造について簡単に説明する。その詳細は特許文献１等に開示されている。

図８に製品寸法に切断する前の内部透視図を示した。また、図９に製品寸法に切断後の図を示してあり、図９（ａ）は陽極側の側面図、図９（ｂ）は陰極側の側面図、図９（ｃ）は図９（ａ）、図９（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

図８のように、コンデンサ素子１から引き出された陽極リード線２は陽極のリードフレーム８２に接合され、コンデンサ素子１の陰極層は、導電性接着剤１０を介して陰極のリードフレーム８３に接続されると共に絶縁性接着剤８４を介して陽極のリードフレーム８２に固定されている。

図中の一点鎖線部８１ａ，８１ｂで切断し、リードフレーム８２，８３の切断面にめっき処理をすることで、はんだ濡れ性のよいフィレット面１２，１３を形成している。しかし、この製造工程は、外装樹脂形成後にめっきをするため製造工程が複雑になり設備投資の額が大きくなる、生産コストが増加する、コンデンサの特性に影響が出る等の問題がある。

また、小型化・薄型化するための方法として、特許文献２の技術がある。この技術は、電極端子としてリードフレームを使用するのではなく、基板（シート片）を用いた構造になっている。しかし、前記同様にフィレット面にはパッケージ体の切断後にめっき処理（端子電極膜形成）を施す必要があるので、同様の問題点がある。あるいは、端子電極膜を形成しない場合には、十分な視認性を有するフィレット面が得られないという問題点がある。

これらを解決する技術として、特許文献３がある。図１０に製品寸法に切断する前の内部透視図を示した。リードフレーム１０４，１０５が凹状に加工されており、凹部内部はめっき処理をしてある。図中の一点鎖線部１０１ａ，１０１ｂで切断した際、凹部分のコンデンサ素子側の面が露出して、それぞれ、陽極、陰極のフィレット面１０２，１０３となる。図１１に製品寸法に切断後の図を示してあり、図１１（ａ）は陽極側の側面図、図１１（ｂ）は陰極側の側面図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）、図１１（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。この方法では、凹部分を下面電極型固体電解コンデンサの外形内部に形成する必要があり、コンデンサ素子の体積効率の向上は難しい。また、めっきが形成された凹部で切断するためフィレットを安定して形成することが困難であり、さらに、ダイシングによる凹部の切断の精度が十分でない場合フィレット面が削られる可能性がある。

特開２００４−２２８４２４号公報特開２００１−５２９６１号公報特開２００５−１９７４５７号公報

小型、薄型化を目的とした下面電極型固体電解コンデンサは、特許文献１のように樹脂外装後にフィレット面部分をめっきする必要があり、フィレット面形成による製品特性劣化、生産性の低下、設備投資大、コストの増加という問題がある。また、特許文献２の技術についても同様の問題がある。

さらに、電極端子に凹部を形成し、その内部にめっき処理面を設け、それを切断することで下面電極型固体電解コンデンサの側面にフィレット面を露出させる特許文献３では、リードフレームの曲げ精度、ダイシングによる凹部の切断の精度が十分でないなどの要因でフィレット面が削られる可能性が高く、小型化が進むと安定した生産が難しくなる。

この状況にあって、本発明の課題は、小型の下面電極型であり、生産性および信頼性に優れるめっき処理されたフィレット面を有する固体電解コンデンサを提供することにある。

本願発明は上記課題を解決するための手段を提供するものであって、その構成は、陽極となる多孔質の弁作用金属体の表面に誘電体酸化皮膜が形成されこの誘電体酸化皮膜上に固体電解質層を含む陰極層が形成されてなるコンデンサ素子が、板状の絶縁性樹脂層の２つの主面の一方に前記コンデンサ素子と相対する第１の導電層が形成され他方には実装端子としての第２の導電層が形成され前記第１および第２の導電層が電気接続されてなる基板の上に配置され、前記コンデンサ素子の外周部が前記基板の一部分と共に樹脂外装された固体電解コンデンサにおいて、前記基板の樹脂外装されない部分が外装樹脂側面に沿って折り曲げられたことを特徴とする。

前記第１の導電層の厚みが前記第２の導電層に比べて厚いことは、基板に適度な厚みを確保しながらフィレット形成部を薄くするために、望ましい。

前記基板での前記外装樹脂側面に沿って折り曲げられる部分には前記第２の導電層のみが形成されていることは望ましい。

本発明では、下面電極型固体電解コンデンサを形成する基板の一部をコンデンサ側面方向に折り曲げてフィレット面とすることで、従来のめっきでフィレット面を形成する方法に見られる製品特性劣化、生産性の低下、設備投資大、コストの増加といった問題が無く、さらに、リードフレームを凹状に加工し、その内部がめっきしてあるものを切断し露出させフィレット面とする方法に比べ安定した生産ができる。

また、第１の導電層が第２の導電層に比べて厚い基板を用いることで、基板が、製造工程中で破損しにくい十分な強度を持ち、かつ、フィレット形成部の厚みを薄くすることができる。

また、フィレット面となる部分の基板を第２導電層のみにすることで、フィレットを曲げたときの寸法精度を高くすることができ、さらなる小型化も可能になる。

次に、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。まず、図１に本発明により作製した下面電極型固体電解コンデンサの構造を示す。図１（ａ）は陽極側端面の側面図であるが、陰極側端面も同形状である。図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

コンデンサ素子１の陽極リード線２と導電性の枕木３とをレーザー溶接もしくは抵抗溶接により接合し、枕木３と基板の枕木陽極接続部５を、導電性接着剤１０、もしくはレーザー溶接、抵抗溶接により接合する。コンデンサ素子１の陰極部分は、基板のコンデンサ素子陰極接続部６に導電性接着剤１０を用いて接着する。外装樹脂１１は、液状エポキシ樹脂を用いて形成したり、インジェクションモールド、トランスファーモールドといった方法で、エポキシ樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）等、鉛フリーリフローに耐えられる耐熱性のある樹脂を用いて形成する。外装後、ダイシングによりフィレット面１２，１３となる基板部分を残し、外装樹脂とともに不要な部分を切断し、最後に基板のフィレット面１２，１３部分を曲げる。

その基板部分について説明する。基板は、絶縁性樹脂４の両面に、それぞれ、コンデンサ素子接続面には、枕木陽極接続部５、コンデンサ素子陰極接続部６の導電性部分をもつパターン、すなわち第１の導電層が形成され、コンデンサ実装電極面は、コンデンサ実装面陽極７、コンデンサ実装面陰極８、陽極のフィレット面１２、陰極のフィレット面１３の導電性部分をもつパターン、すなわち第２の導電層が形成してある。コンデンサ素子接続面とコンデンサ実装電極面の陰極、陽極それぞれの導電性部分はビア９により電気的に接続されている。

図２にコンデンサ素子接続面の導電性部分のパターンを平面図で示す。樹脂外装を、二点鎖線部２２より外側のフィレット面となる基板上に外装樹脂を形成しないように行い、一点鎖線部２１で基板および外装樹脂を切断後、二点鎖線部２２でフィレット面となる基板部分を紙面の手前方向に折り曲げる。破線部２３が図１のビア９部分に対応する。ビアの数は多い方が電気抵抗が小さくなるが、コスト等を考慮し１〜５個程度が適当である。

図３にコンデンサ実装電極面の導電性部分のパターンを底面図で示す。一点鎖線部２１で基板および外装樹脂を切断後、二点鎖線部２２でフィレット面１２，１３となる基板部分を紙面の奥方向に折り曲げる。このとき、絶縁性樹脂は、ガラスエポキシ、ポリイミドを使用するが、ＬＣＰ、ＰＥＥＫ等を使用することも可能である。厚みは８０〜１０μｍが適当である。導電性部分はコンデンサ素子接続面、コンデンサ実装電極面ともに、銅に金めっきをしたものである。従って、フィレット面１２，１３も同様である。厚みはめっき部分も含め６０〜１０μｍが適当である。

このようにして本実施の形態の固体電解コンデンンサを得るが、実際の作製工程では、多数個のコンデンサ素子を１つの基板上に接続した後、樹脂外装の工程を経て、切断および折り曲げの工程を行う。その詳細については、以下の実施例で説明する。

（実施例１）
コンデンサ素子の作製については、公知の技術によるので簡略にして、タンタルを弁作用金属として用いた場合を説明する。タンタル線のまわりに、タンタル粉末をプレス機で成型し、高真空・高温度で焼結する。次にタンタル金属粉末の表面にＴａ_２Ｏ_５の酸化皮膜を形成する。さらに、硝酸マンガンに浸漬した後、熱分解して、ＭｎＯ_２を形成し、引き続き、グラファイトおよびＡｇによる陰極層を形成して、コンデンサ素子を得る。なお、陰極層のＭｎＯ_２に換えて、ポリチオフェンあるいはポリピロールなどの導電性高分子を用いると、コンデンサ素子単体として低ＥＳＲを得ることが容易になる。また、弁作用金属として、タンタルの他に、ニオブ、アルミニウム、チタンなどを用いることができる。

本実施例で使用した基板は、絶縁性樹脂にガラスエポキシ約６０μｍ、導電性部分に銅の金めっき片面約２０μｍ、合計厚み約１００μｍ、コンデンサの取り数が２０個×１０列＝２００個、コンデンサ素子接続面、コンデンサ実装電極面のパターンは上述した図２、図３に示したものである。

作製手順を順に説明する。まず、図１を参照して、コンデンサ素子１に接続されている陽極リード２を枕木３と抵抗溶接により接着した。本実施例では、枕木３は４２アロイの銀めっき品を用いた。枕木３の母材として銅、ステンレス等、めっきとして金、スズ、パラジウム等を使用することも可能である。

基板の枕木陽極接続部５とコンデンサ素子陰極接続部６にディスペンサーを用いて銀を含むエポキシ系の導電性接着剤１０を塗布し、その上に枕木３を溶接したコンデンサ素子をマウントし、１５０℃、３０分間加熱し硬化させ基板と接着した。

図４にこれ以降の作製手順を、各工程で作製された物を正面側と右端側面から図示することで説明する。（１）接続工程では、前記したコンデンサ素子と基板を接続した状態を示した。今回使用した基板５１は、正面方向にコンデンサ素子が１０列、側面方向に２０個並べることができるものである。

（２）樹脂外装工程では樹脂外装後の状態を示した。外装樹脂は正面側に示したように、フィレット面１２，１３となる部分の基板上に樹脂を形成しないようにする必要があるため、コンデンサ素子の列の間に外装樹脂の無い部分を設けてあり凸凹形状である。それに対し、側面では、外装樹脂が連続的に形成してある。本実施例では外装樹脂に液状エポキシ樹脂を使用し、金型に基板を取り付けた後、真空状態で液状エポキシ樹脂を金型に注入し、１５０℃、３分間加熱後、金型から基板を取り出し１５０℃、３時間加熱し液状エポキシ樹脂を硬化させた。

（３）切断工程ではダイシングにより基板と外装樹脂を切断した後の状態を示した。正面の図は、フィレット面部分を残し基板が切断され、側面の図では、外装樹脂と基板が目的の製品寸法に切断されている。

（４）折り曲げ工程では、金型を使用し基板を曲げた後の状態を示した。この状態で完成である。

作製の手順として、外装樹脂で外装後の状態で、製品サイズに切断後一つ一つフィレット面部分の基板を曲げるのではなく、金型で基板上の全てのフィレット面部分を曲げてから製品サイズに切断する方法も考えられる。この方法では、あらかじめフィレット面部分を折り曲げられるように基板を加工しておく必要がある。

（実施例２）
本実施例で使用した基板は、実施例２の固体電解コンデンサの断面図である図５を参照すると、絶縁性樹脂４の厚みが約４０μｍ、コンデンサ素子接続面の導電性部分（第１の導電層）の厚みが約４０μｍ、コンデンサ実装電極面の導電性部分（第２の導電層）の厚みが約２０μｍと、導電性部分の厚みが異なる構造であり、フィレット面１２，１３の厚みが実施例１に比べ、コンデンサあたり合計で４０μｍ薄くできる。導電性部分の厚みを両方薄くすることも可能であるが、基板が薄くなりすぎると、生産時に破損する確率が高くなるため適度な厚みが必要である。その他の部分に関しては実施例１と同様である。

（実施例３）
本実施例で使用した基板のコンデンサ素子接続面を図６に平面図で示した。基板のフィレット面となる部分６１ａ，６１ｂには絶縁性樹脂４およびコンデンサ素子接続面の導電層が無く、コンデンサ実装電極面の導電層（第２の導電層）のみになっている。その他の部分に関しては、実施例１と同様である。作製した固体電解コンデンサの断面図を図７に示した。

（実施例４）
実施例２では、図５を参照すると、導電性接着剤１０で枕木３と枕木陽極接続部５を接続したが、本実施例ではレーザーで接続した。他は、実施例２と同様である。

基板の枕木陽極接続部５はＡｕをめっきしてあるためレーザーのエネルギーを吸収し難く、基板内部の温度が上がり難く絶縁性樹脂４へのダメージが小さくなる。接続は枕木３と基板の枕木陽極接続部５の合金化ではなく、枕木３の一部分をレーザーで融かし、それが枕木３と基板の枕木陽極接続部５の界面、基板上面に流れ固まることで接続した。また、本実施例では実施例１に比べ基板のＣｕ層（導電性部分）が厚いため熱拡散性が良く、絶縁性樹脂４に与える影響が小さい。

この部分をレーザーで接続できることで、導電性接着剤１０の使用量が枕木３と基板の枕木陽極接続部５の接続分だけ減り、製造スピードも大幅に向上する。

（比較例１）
本比較例での製造方法の詳細は、特許文献１に開示された技術に改良を加えたものである。図８は樹脂外装後の内部透視図で、図中の一点鎖線部８１ａ，８１ｂで製品寸法に切断したのが、図９である。図９（ａ）は陽極側の側面図、図９（ｂ）は陰極側の側面図、図９（ｃ）は、図９（ａ）、図９（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。特許文献１には、記載されていないが、通常はリードフレーム８２，８３の切断面にめっき処理をすることで、はんだ濡れ性のよいフィレット面１２，１３を形成する。本比較例では、Ｓｎめっき処理を行った。

（比較例２）
本比較例での製造方法の詳細は特許文献３に開示されている。図１０は樹脂外装後の内部透視図で、リードフレーム８２，８３は凹状に加工したものを用い、図中の一点鎖線部１０１ａ，１０１ｂで切断した際、凹部分のコンデンサ素子側の面が露出して、それぞれ、陽極、陰極のフィレット面１０２，１０３となる。図１１に製品寸法に切断後の図を示す。図１１（ａ）は陽極側の側面図、図１１（ｂ）は陰極側の側面図、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）、図１１（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。本比較例では、凹部の形状は直方体とし、内部はＳｎめっき処理を行った。

表１に本発明の実施例１〜３、比較例１〜２の方法で、それぞれ１００個下面電極型固体電解コンデンサを作製したときのフィレット外観不良発生数と、信頼性試験として耐湿試験を行ったときの不良発生数を示した。外観不良は、陽極フィレット、陰極フィレットの大きさが設計面積の２／３以下となったものを不良とした。耐湿放置試験はＥＳＲが初期値の１．５倍となったものを不良とした。

表１のように、実施例１〜３、比較例１では外観不良は無かったが、比較例２では、４個発生した。これは、比較例２では、フィレット面を切断する際、非常に高い位置精度が要求されることと、フィレット面１０２，１０３となるリードフレーム１０４，１０５の凹部分の強度が弱いためと考えられる。

耐湿放置試験（６５℃、９５％ＲＨ、１０００ｈｒ）では、実施例１〜３、比較例２では不良は無かったが、製品寸法に切断後フィレット面をめっきした比較例１で不良が３個発生した。この結果は、めっき液につけることが、信頼性を低下させる原因になっていることを示している。

また、実施例１に比べ、実施例２では４０μｍ、実施例３では１６０μｍだけフィレット形成部の厚みを薄くでき、体積効率を向上させることができる。

以上のように、本発明により作製した下面電極型固体電解コンデンサは、従来の下面電極型固体電解コンデンサに比べて、比較例１（特許文献１に対応）のように樹脂外装後にフィレット面部分をめっきする必要が無く、フィレット面形成による製品特性劣化、生産性の低下、コスト増加を改善できる。

また、電極端子に凹部を形成し、その内部にめっき処理面を設け、それを切断することで下面電極型固体電解コンデンサの側面にフィレット面を露出させる比較例２（特許文献３に対応）では、ダイシングによる凹部の切断の精度が十分でない場合フィレット面が削られる可能性が高いが、本発明では、切断後に基板を曲げてフィレット面を形成するため削られる心配が無く不良が発生しづらい。このことは、下面電極型固体電解コンデンサが小型化した場合に大きな優位性を持つ。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は、この実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、なしえるであろう各種変形、修正を含むことはもちろんである。たとえば、上記実施例では、弁作用金属からなる陽極リードおよび粉末をプレスおよび真空焼結してなる多孔質焼結体を用いてコンデンサ素子を作製したが、板状または箔状の弁作用金属をエッチングにより拡面化した多孔質体を用いてコンデンサ素子を作製してもよいことは明らかである。

本発明の実施の形態および実施例１に係る固体電解コンデンサを示し、図１（ａ）は陽極側端面の側面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図。本発明の実施の形態および実施例１に係る基板でのコンデンサ素子接続面の導電性部分のパターンをを示す平面図。本発明の実施の形態および実施例１に係る基板での導電性部分のパターンを示す底面図。本発明の実施例に係るコンデンサ素子と基板接続後の固体電解コンデンサ製造工程を示す図。実施例２の固体電解コンデンサの断面図。実施例３で使用した基板のコンデンサ素子接続面を示す平面図。実施例３の固体電解コンデンサの断面図。従来例および比較例１の固体電解コンデンサの樹脂外装後の内部透視図。従来例および比較例１の固体電解コンデンサの切断後の図であり、図９（ａ）は陽極側の側面図、図９（ｂ）は陰極側の側面図、図９（ｃ）は図９（ａ）、図９（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図。従来例および比較例２の固体電解コンデンサの樹脂外装後の内部透視図。従来例および比較例２の固体電解コンデンサの製品寸法に切断後の図であり、図１１（ａ）は陽極側の側面図、図１１（ｂ）は陰極側の側面図、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）、図１１（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図。

符号の説明

１コンデンサ素子
２陽極リード線
３枕木
４絶縁性樹脂
５枕木陽極接続部
６コンデンサ素子陰極接続部
７コンデンサ実装面陽極
８コンデンサ実装面陰極
９ビア
１０導電性接着剤
１１外装樹脂
１２，１３，１０２，１０３フィレット面
２１，８１ａ，８１ｂ，１０１ａ，１０１ｂ一点鎖線部
２２二点鎖線部
２３破線部
５１基板
６１ａ，６１ｂフィレット面となる部分
８２，８３，１０４，１０５リードフレーム
８４絶縁性接着剤

Claims

陽極となる多孔質の弁作用金属体の表面に誘電体酸化皮膜が形成されこの誘電体酸化皮膜上に固体電解質層を含む陰極層が形成されてなるコンデンサ素子が、
板状の絶縁性樹脂層の２つの主面の一方に前記コンデンサ素子と相対する第１の導電層が形成され他方には実装端子としての第２の導電層が形成され前記第１および第２の導電層が電気接続されてなる基板の上に配置され、
前記コンデンサ素子の外周部が前記基板の一部分と共に樹脂外装された固体電解コンデンサにおいて、
前記基板の樹脂外装されない部分が外装樹脂側面に沿って折り曲げられたことを特徴とする固体電解コンデンサ。
前記第１の導電層の厚みが前記第２の導電層に比べて厚いことを特徴とする請求項１記載の固体電解コンデンサ。
前記基板での前記外装樹脂側面に沿って折り曲げられる部分には前記第２の導電層のみが形成されていることを特徴とする請求項１記載の固体電解コンデンサ。