JP4936458B2 - 積層型固体電解コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、積層型固体電解コンデンサに関するものである。

固体電解コンデンサとして、アルミニウム、タンタルなどの弁作用金属板を陽極部とし、その陽極酸化皮膜を誘電体とし、その上に固体電解質層を形成して陰極部を構成したものが多く使われている。固体電解質としては二酸化マンガン、ＴＣＮＱ錯体、導電性高分子などが知られている。（特許文献１参照）

近年、電子機器の小形・高周波化が進み、コンデンサに対しても高周波領域での低インピーダンス化が要求されるようになり、高導電率の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商品化されている。この固体電解コンデンサは高導電率の導電性高分子を固体電解質として用いているため、二酸化マンガンを用いた固体電解コンデンサに比べてＥＳＲが低い固体電解コンデンサを実現することができることから、さまざまな改良がなされている。（特許文献２参照）

また、コンピュータのＣＰＵの低電圧化と高速化に伴い、コンデンサに流れる電流が飛躍的に大きくなり、コンデンサのＥＳＲ・ＥＳＬが高いとその発熱量が大きくコンデンサの故障の原因となるため、低ＥＳＲ・低ＥＳＬであることが必須の条件となっている。（特許文献３参照）

この低ＥＳＲ化を実現するための一つの方法として、コンデンサ素子を積層構造とし、その積層枚数を増やす手法がある。
積層型固体電解コンデンサの積層構造としては、陽極部と、固体電解質層からなる陰極部とを備えた単板コンデンサ素子を、その陽極部は陽極部同士、陰極部は陰極部同士が互いに重なり合うように少なくとも２枚以上複数枚積層し、各電極にそれぞれ電位取り出し用端子板を接続した構成のものが知られている。
そして、ＥＳＬを低減するために、本出願人は単板コンデンサ素子を複数枚積層し、各コンデンサ素子の陰極部を互いに重ね合わせ、各コンデンサ素子の陽極部を重ね合わせた陰極部の両側に位置させ、陽極部および陰極部を複数に分岐して引き出すことで磁界の打ち消しあいにより、ＥＳＬを下げる構造（以下多端子構造）を提案した。
また、該複数の陽極部と陰極フレームを２分割し、最短の距離で電気的に接続する構造をとることにより、磁界の打ち消し効果によるさらなるＥＳＬ低減効果を得ることができ、分割された陽極部間を橋渡し部材で接続し、モールド樹脂で外装する構造を提案した。（特許文献４参照）
特許第２９６９６９２号公報 特開２００３−４５７５３号公報 特開２０００−６８１５８号公報 特願２００５−３７８０３５

しかしながら、モールド樹脂で外装形成する時に、橋渡し部材が外部端子面側（底面側）に歪むため、橋渡し部材底面側にモールド樹脂が十分に回りこまず橋渡し部材の一部が露出する、といった問題があった。

本発明の積層型固体電解コンデンサは、陽極部および陰極部を有する単板コンデンサ素子を複数枚積層し、各コンデンサ素子の陰極部を互いに重ね合わせ、各コンデンサ素子の陽極部を重ね合わせた陰極部の両側に配置し、重ね合わせた陰極部に陰極端子部材を接続し、両側の陽極部に陽極端子部材を接続し、両側の陽極端子部材を導電性橋渡し部材で橋渡しし、モールド樹脂で外装した多端子積層型固体電解コンデンサにおいて、
上記橋渡し部材を、２分割された上記陰極端子部材の間に配置し、
上記橋渡し部材の陽極端子面側の中央部に絶縁性凸部を形成した後、モールド樹脂で外装し、該絶縁性凸部が、エポキシ系樹脂、フッ素系樹脂、ウレタン系樹脂であることを特徴とするものである。

本発明によって提供される積層型固体電解コンデンサは、多端子構造で、両側の陽極部を繋ぐ橋渡し部材の底面にあらかじめ絶縁性凸部を形成することにより、モールド樹脂未充填による電極露出の改善が実現できる。

図１および図２は、本発明の積層型固体電解コンデンサにおいて、積層される単板コンデンサ素子の基本構成を説明するための図で、図１は１個の単板コンデンサ素子Ｃの平面図、図２はその詳細構成を示す断面図である。
図２において、１はアルミニウム・タンタルなどの弁作用金属からなる陽極素子、２はその弁金属上の酸化皮膜層であり、誘電体を構成する層である。３はこの酸化皮膜層の表面に形成された陰極部を構成する固体電解質層で、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＴ）などの導電性高分子を含む電解質を化学重合または電解重合によって形成した層である。４および５は陰極引出層であり、各々４はカーボン層、５は銀層である。

６は弁作用金属板の陽極部を構成する部分で、この陽極部６と固体電解質層３との間は、絶縁性這い上がり防止剤７によって完全に絶縁隔離することで、１個の単板コンデンサ素子Ｃを構成している。

次に、アルミニウム薄板を弁金属とした場合の単板コンデンサ素子の作製方法の例を以下に示す。
表面を電気化学的に粗面化した厚さ０．１ｍｍの長尺のアルミニウム箔を、アジピン酸アンモニウム水溶液中で１０Ｖの電圧を印加して約６０分間陽極酸化を行い、表面に酸化皮膜層を形成する。このようにして酸化皮膜層が形成されたアルミニウム箔を図１に示すように、幅（ｗ）１０ｍｍ、長さ（ｌ）１５ｍｍの寸法に裁断した後、図２に示すように、適切な位置に絶縁性樹脂などの這い上がり防止剤７を周方向に巻きつけるように形成して、左右の領域（陽極部と陰極部）を区分する。
続いて、前記裁断によって弁金属が露出した端面部を、再度アジピン酸アンモニウム水溶液中で７Ｖの電圧を印加して約３０分間陽極酸化処理を行い、裁断面にも酸化皮膜層を形成する。その後、マスキング部分７より右側部分（図２のＲ部分）に、固体電解質層３、カーボン層４、銀層５を順次形成して陰極部を構成する。

次に、この単板コンデンサ素子を積層して構成した積層型固体電解コンデンサの作製方法を示す。
図３および図４は、前記の方法で作製された４枚の単板コンデンサ素子Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を積層した平面図および側面図で、各コンデンサ素子の陰極部Ｒが互いに重ね合わされ、各コンデンサ素子の陽極部６、６’が重ね合わされた陰極部Ｒの両側に位置し、重ね合わされた陰極部Ｒ同士は導電性接着剤により接続される。図中の符号は図２のものと同じ部材を示す。

図５は、図３の実施例の積層構造体をフレームに溶接した状態を説明するもので、両側の陽極部６の最下面に陽極端子部材９を陽極部６と抵抗溶接等の方法で接続し、中央の陰極部Ｒの最下面と陰極端子部材１０とを導電性接着剤８を介して接合し、接続する。陽極端子部材９および陰極端子部材１０は端子板からなり、陽極フレームおよび陰極フレームを構成する。さらに、各端子板の外部回路との接続面だけを除いて積層部全体をモールド樹脂で覆うことで完成品となる。

次に、本発明の実施例について説明する。
［実施例］
図８は本発明にかかる積層型固体電解コンデンサの平面図である。図９は図８のコンデンサを破線Ｂで破断した断面図であり、この電解コンデンサは陽極部６，６’および陰極部Ｒを有する単板コンデンサ素子を複数枚積層したものである。図１０は図８のコンデンサを破線Ｃで破断した断面図である。
まず、前述した方法および順序でアルミニウム箔を粗面化した後、陽極酸化処理を行い、酸化皮膜層２を形成し、これを前述した寸法に裁断する。さらに、這い上がり防止剤によってマスキング部分７を形成し、その後、前述した方法で露出した端面部の陽極酸化処理を行い、酸化皮膜層を形成し、その後、固体電解質層３、カーボン層４、銀層５を順次形成して陰極部を形成して、単板のコンデンサ素子を４枚作製した。

図６は本実施例の陽極フレームおよび陰極フレームを示す平面図である。図７は図６の陽極フレームを線Ａで破断した断面図であり、橋渡し部材１１の両側に陽極端子板９，９’が設けられ、橋渡し部材１１によって各陽極端子板９，９’が接続されており、陽極フレームはその陽極端子板９，９’および橋渡し部材１１からなる。さらに、本実施例では、陰極フレームを構成する陰極端子板１０，１０’を２分割し、その間に橋渡し部材１１を配置することで、各陽極端子板９，９’を最短の距離で接続することができるようにした。
さらに、橋渡し部材１１がコンデンサ素子の陰極部Ｒと接触してショートしないように、絶縁性樹脂などのマスキング部材１３に橋渡し部材１１よりも大きい幅をもたせ、そのマスキング部材１３を橋渡し部材１１の上面に設けるか、巻き付けるように設けた。

次に、図９に示すように、橋渡し部材１１の陽極端子面側にエポキシ系樹脂による絶縁性凸部１２を形成した。さらに、橋渡し部材１１の厚さは陽極端子板９，９’よりも薄く形成されており、絶縁性凸部１２はディスペンサーにより、橋渡し部材１１の中央の一点にだけ塗布し、これを１０５℃で３０分間硬化し、硬化後の樹脂の高さが陽極端子板９，９’の底面側と同程度になるようにした。

そして、図１０に示すように、上記陽極リードフレームと陰極リードフレーム上に単板のコンデンサ素子の陰極部Ｒと陰極端子部材１０，１０’とを導電性接着剤８を介して接合し、接続する。次に、図９に示すように、コンデンサ素子の陰極部Ｒが重なり、陽極部が陰極部Ｒの両側になるよう、単板のコンデンサ素子を交互に積層し、重ね合わせた陰極部Ｒ同士を導電性接着剤により接続する。続いて、両側の陽極部６，６’と陽極端子部材９，９’とを抵抗溶接で接続する。その後、各端子板の外部回路との接続面だけを除いて積層部全体をモールドで覆って樹脂外装し、本発明に係る固体電解コンデンサを作製した。

（従来例）
フレームに絶縁性凸部１２の形成を行わないこと以外は実施例と同様の方法で作製した積層コンデンサを図１１に示す。図１２は図１１を線Ｄで切断した断面図である。図１３は図１１を線Ｅで切断した断面図である。

表１は上記実施例と従来例の電極露出不良発生率比較表で、それぞれの例について、３００個の製品に対して電極露出不良が発生した個数を実測し、発生率を算出した結果を示す。

表１の結果より、橋渡し部材の底面側へ絶縁性凸部を形成することにより、外装をモールド樹脂で覆う時の圧力によってフレームが歪むことによる電極露出不良の発生率が、１５．０％から０．７％に改善されたことが分かる。

なお、上記実施例では、弁作用金属としてアルミニウムの場合について説明したが、タンタルやニオブ箔、またはその焼結体を用いても同じ効果が得られる。

また、橋渡しする材料にはアルミニウム以外の銀、金、ニオブ、タンタル、銅、導電性高分子等の導電性材料を用いても同じ効果が得られる。

また、固体電解質に二酸化マンガンを用いても同じ効果が得られる。

実施例では、絶縁性凸部の形成方法にディスペンサーを用いているが、硬化後の樹脂の高さが、陽極端子の底面側と同等程度となるのであれば、先の尖った物を用いた手塗りで行っても同様の効果が得られる。

実施例では、絶縁性凸部としてエポキシ樹脂を用いたが、他にフッ素系テフロン（登録商標）樹脂、ウレタン樹脂等の耐熱性・絶縁性を持つ樹脂を用いても同様の効果が得られる。

また、実施例では、絶縁性、耐熱性を有する樹脂を用いたが、絶縁性、耐熱性を有するものであれば、樹脂に限られるものではなく、シリカ、アルミナ等を用いても同様の効果が得られる。

また実施例では、絶縁性凸部の形成条件は橋渡し部材中央部に１点としたが、橋渡し部材電極面側に１点以上の点、または橋渡し部材全面を覆う程度の面でも同様の効果が得られる。

実施例では、４枚積層としたが、積層枚数を増加しても同じ効果が得られる。また、実施例では３端子としたが、端子数を増やしても同じ効果が得られる。

本発明に使用するコンデンサ素子単板の平面図である。 図１のコンデンサ素子単板の拡大断面図である。 積層型固体電解コンデンサの平面図である。 図３のコンデンサの側面図である。 図３の素子をフレームに接続した側面図である。 実施例のコンデンサの電極構造図である。 図６のコンデンサの側面断面図である。 実施例の積層型固体電解コンデンサの平面図である。 図７のコンデンサを線Ｂで切断した断面図である。 図７のコンデンサを線Ｃで切断した断面図である。 従来例の積層型固体電解コンデンサの平面図である。 図１１のコンデンサを線Ｄで切断した断面図である。 図１１のコンデンサを線Ｅで切断した断面図である。

符号の説明

Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、単板コンデンサ素子
１ 弁金属薄板
２ 酸化皮膜層
３ 固体電解質層
４ カーボン層
５ 銀層
６ 弁金属面（陽極部）
７ 這い上がり防止剤
８ 導電性接着剤
９ 陽極端子
１０ 陰極端子
１１ 橋渡し用アルミニウム板
１２ 絶縁性凸部
１３ マスキング層

Claims (2)

1. 陽極部および陰極部を有する単板コンデンサ素子を複数枚積層し、各コンデンサ素子の陰極部を互いに重ね合わせ、各コンデンサ素子の陽極部を、重ね合わせた陰極部の両側に配置し、重ね合わせた陰極部に陰極端子部材を接続し、両側の陽極部に陽極端子部材を接続し、両側の陽極端子部材を導電性橋渡し部材で橋渡しし、モールド樹脂で外装した多端子積層型固体電解コンデンサにおいて、
   上記橋渡し部材を、２分割された上記陰極端子部材の間に配置し、
   上記橋渡し部材の陽極端子面側の中央部に絶縁性凸部を形成した後、モールド樹脂で外装したことを特徴とする積層型固体電解コンデンサ。
2. 上記絶縁性凸部は、エポキシ系樹脂、フッ素系樹脂、ウレタン系樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の積層型固体電解コンデンサ。

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