JP2009260110A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザ溶接法を用いて固体電解コンデンサ素子における陽極体端部および陽極金属片を溶融する場合に、レーザ光の出力を抑制してもバラツキの少ない安定した接続性を持つ固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】 レーザ溶接前の固体電解コンデンサ素子の前記陽極体端部２ａおよび陽極金属片６のレーザ光照射領域１２に凹部の形状を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は電子基板上に実装されることが可能な固体電解コンデンサに関するものである。

従来、この種のコンデンサとしては３端子伝送線路素子タイプと呼ばれている特許文献１に記載されたものが知られている。また、この単体素子を積層し並列接続して静電容量を高めた固体電解コンデンサも開発されている（例えば特許文献２）。以下、従来の技術について図面を参照しながら説明する。

図４は従来の固体電解コンデンサに用いる固体電解コンデンサ素子を説明する図であり、図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は平面図である。又、図５は従来の固体電解コンデンサ素子を示す断面図であり、図５（ａ）は図４（ｂ）のＡ−Ａで切断した断面図、図５（ｂ）は図４（ｂ）のＢ−Ｂで切断した断面図である。図４及び図５に示すように従来の固体電解コンデンサ素子１００は、弁作用金属の陽極体２の表面に誘電体皮膜１を形成して、陽極体２の中央部に、固体電解質３を形成し、さらにその上にグラファイト４、銀ペースト５を順次形成する。固体電解質およびグラファイトおよび銀ペーストを併せて陰極層１１０とする。弁作用金属の陽極体２の陽極体端部２ａに平板上の陽極金属片６を接続し固体電解コンデンサ素子１００とする。

図６は従来の固体電解コンデンサ素子積層体を説明する図であり、図６（ａ）はレーザ溶接前の斜視図、図６（ｂ）はレーザ溶接後の斜視図である。前記固体電解コンデンサ素子１００同士を導電性樹脂７で接続し、固体電解コンデンサ素子積層体２００を形成する。

その後、レーザ溶接法を用いてレーザ光を陽極体２と陽極金属片６に照射して溶融部８を形成し固体電解コンデンサ素子積層体２００とする。

図７は固体電解コンデンサを説明する断面図である。陽極外部端子９と陰極外部端子１０の隙間を埋めるとともに機械的に連結する底面部を有し、前記平面に対して直交する側壁を有するモールド樹脂ケース１１を用いて、その内側に露出した陽極外部端子９の表面および陰極外部端子１０の表面に、前記固体電解コンデンサ素子積層体２００の陽極金属片６および陽極体と陽極金属片の溶融部８、最下部の固体電解コンデンサ素子の陰極層１１０をそれぞれ導電性樹脂７により接続し、前記側壁に箱型の外装ケース１３を被らせて固体電解コンデンサ素子積層体を封入することで固体電解コンデンサ３００を得ている。

しかしながら、図６に示すように、レーザ溶接法を用いて固体電解コンデンサ素子１００の陽極体端部２ａおよび陽極金属片６を溶融する場合に、レーザ光が陽極体端部２ａおよび陽極金属片６に衝突するとレーザ光の一部が散乱する。散乱したレーザ光のエネルギー分は溶接に必要なエネルギーとして寄与できなくなる。したがって溶接に必要なエネルギーよりも高いエネルギーを供給するためレーザ光の出力を高くする必要がある。

特開２００２−３１３６７６号公報 特開２００６−１２８２４７号公報

本発明の技術的課題は、レーザ溶接法を用いて固体電解コンデンサ素子における陽極体端部および陽極金属片を溶融する場合に、レーザ光の出力を抑制してもバラツキの少ない安定した接続性を持つ固体電解コンデンサを提供することにある。

本発明によれば、板状または箔状の拡面化した弁作用金属を陽極体とし、前記陽極体の中央領域の表面には酸化皮膜からなる誘電体層が形成され、その上に固体電解質層が形成された後、陽極体端部に陽極金属片を接続した固体電解コンデンサ素子を複数枚積層し、前記陽極体端部および前記陽極金属片がレーザ溶接にて接続された固体電解コンデンサにおいて、前記固体電解コンデンサ素子の前記陽極体端部および前記陽極金属片のレーザ光照射領域部に凹部を有することを特徴とする固体電解コンデンサを得ることが出来る。

又、本発明によれば、前記固体電解コンデンサ素子の前記陽極体端部および前記陽極金属片のレーザ光照射領域部の凹部が楔型又は、半円型の形状であることを特徴とする固体電解コンデンサを得ることが出来る。

前述したように、レーザ光は、陽極体端部および陽極金属片に照射することにより、その一部は散乱してしまう。本発明においては、陽極体端部および陽極金属片とのレーザ溶接による溶融部に凹部を有することにより、散乱光が飛散しないことから、レーザ光が陽極体端部および陽極金属片に衝突して発生する散乱光を溶接エネルギーとして有効に使用することが出来る。そのため従来よりもレーザ光の出力を減少させても陽極体端部および陽極金属片との溶融部の溶融面積を維持し、バラツキの少ない安定した接続性を持つ固体電解コンデンサを得ることが出来る。又、レーザ光のエネルギー出力を低減させることから、発熱負荷による製品特性の劣化を防止出来る。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施の形態１の固体電解コンデンサに用いる固体電解コンデンサ素子の構造を示す図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は平面図、図２は本発明の実施の形態１の固体電解コンデンサに用いる固体電解コンデンサ素子を示す図であり、図２（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線で切断した断面図、図２（ｂ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。

板状または箔状の弁作用金属の表面をエッチング等により多数の空孔を形成して表面積を２００倍等に大きくする拡面化を施し、この拡面化した弁作用金属の陽極体２の表面に誘電体皮膜１を形成する。ここで、弁作用金属としては、タンタル、アルミニウム、ニオブ等を用いることができる。次に、この誘電体皮膜１の上に固体電解質３、グラファイト４、銀ペースト５を順次形成する。固体電解質３は導電性高分子が好適である。前記導電性高分子は、ポリピロールやポリチオフェンやポリアニリン等があり、耐熱性に優れるポリチオフェンが最適である。

固体電解質３およびグラファイト４および銀ペースト５を併せて陰極層１１０と呼ぶ。陽極体端部２ａの一方の表面には陽極金属片６が超音波溶接または抵抗溶接により接続される。陽極金属片６としては、銅、銅系合金等の板材を用いることができるが、電子部品端子材料からなる板材であるならば、これらに限定されるものではない。後述するレーザ溶接法を用いて陽極体端部２ａおよび陽極金属片６は接続されるが、溶接時にレーザ光照射領域１２は、一部分を凹部の形状を有しているものである。

図３は本発明の固体電解コンデンサに用いる固体電解コンデンサ素子の積層体を説明する図である。図３（ａ）はレーザ溶接前の斜視図、図３（ｂ）はレーザ溶接後の斜視図である。レーザ光照射領域１２の部分にレーザを照射することにより、陽極体端部２ａおよび陽極金属片６に溶融部８が形成される。

レーザ光照射領域１２の陽極体端部と陽極金属片の凹部は端部が広く内側に至るにしたがって次第に狭くなっている形であることが好ましい。これは、レーザ光が照射されるのは内側の狭くなる部分であり、散乱する場合には照射部分がより狭くなることにより、散乱しづらくなり、本発明の効果がより大きくなるためである。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

（実施例１）
本発明の実施例１については、図１を参照して説明する。アルミニウムからなる拡面化された平板状の弁作用金属の陽極体１の表面に化成処理（印加電圧６Ｖ）により誘電体皮膜１を形成した後、酸化剤溶液であるｐ−トルエンスルホン酸鉄塩及びモノマー溶液である３，４エチレンジオキシチオフェンを交互に複数回浸漬させ、前記誘電体皮膜の上に固体電解質３を形成する。さらにその上にグラファイト４、銀ペースト５を順次形成し陰極層１１０とする。

弁作用金属の陽極体２（横１５ｍｍ×縦７ｍｍ×厚さ０．０６ｍｍ）の陽極体端部２ａに銅からなる平板状の陽極金属片６（横０．８ｍｍ×縦７ｍｍ×厚さ０．１５ｍｍ）を接続し固体電解コンデンサ素子１００とする。

次に本発明の実施例１の固体電解コンデンサに用いる固体電解コンデンサ素子積層体について図３を参照しながら説明する。

固体電解コンデンサ素子１００を３個について導電性樹脂７により接続した後、レーザ光照射領域１２に楔形の凹部（底辺０．３ｍｍ・高さ０．２５ｍｍの二等辺三角形）を有した固体電解コンデンサ素子積層体２００を作製する。その後、レーザ光照射領域１２に出力４５Ｊのレーザ光を陽極体端部２ａおよび陽極金属片６の楔形の凹部に照射して溶融部８を形成する。溶融部８は弁作用金属と銅との合金を形成し、レーザ光の出力は従来よりも１０％抑制可能であった。

図７の固体電解コンデンサを説明する断面図を参照して説明する。陽極外部端子９と陰極外部端子１０の隙間を埋めるとともに機械的に連結する底面部を有し、平面に対して直交する側壁を有するモールド樹脂ケース１１を用いて、その内側に露出した陽極外部端子９表面および陰極外部端子１０表面に、固体電解コンデンサ素子積層体２００の陽極金属片６および陽極体２と陽極金属片６の溶融部８、最下部の固体電解コンデンサ素子の陰極層１１０をそれぞれ導電ペースト７により接続した後、側壁に箱型の外装ケース１３を被らせて固体電解コンデンサ素子を封入することで固体電解コンデンサ３００を得た。

（実施例２）
以下、本発明の実施例２について図面を参照しながら説明する。図８は実施例２の固体電解コンデンサに用いる固体電解コンデンサ素子の陽極体端部と陽極金属片の形状を説明する図であり、図８（ａ）は斜視図、図８（ｂ）は平面図である。レーザ光照射領域１２は、半径０．２５ｍｍの半円型の凹部形状であること以外は、前述した実施例１と同一である。

次に実施例２における固体電解コンデンサ素子積層体２００について図９を参照しながら説明する。図９は実施例２における固体電解コンデンサ素子積層体を説明する図であり、図９（ａ）はレーザ溶接前の斜視図、図９（ｂ）はレーザ溶接後の斜視図である。積層された固体電解コンデンサ素子積層体２００の陰極層１１０同士を導電性樹脂７により接続した後、レーザ光を陽極体端部２ａおよび陽極金属片６のレーザ光照射領域１２に照射して溶融部８を形成する。溶融部８は弁作用金属と銅との合金を形成する。レーザ光の出力は従来よりも８％抑制可能であった。

（比較例１）
固体電解コンデンサに用いる固体電解コンデンサ素子の陽極体端部２ａと陽極金属片６のレーザ光照射領域１２の一部分に凹部の形状を有していないこと以外は実施例１と同様に固体電解コンデンサを作製した。

（比較例２）
レーザ光を陽極体端部２ａおよび陽極金属片６のレーザ光照射領域１２に照射して溶融部８を形成する際のレーザ出力が比較例１の１．２倍であること以外は比較例１と同様に固体電解コンデンサを作製した。

次に、表１にはレーザ出力による溶接強度及び漏れ電流値の１００個の平均値を示す。

表１からも、本発明の実施例１及び２はレーザ出力を抑制させても溶接強度が比較例と同等となっている。比較例よりもレーザ出力を高くすると（比較例×１．２）、溶接強度は高くなるが、漏れ電流値が大きくなり、前述したように発熱負荷による製品特性の劣化と言った弊害が生じてしまう。このことから、本発明はレーザ出力を抑制しても安定した溶接性を得る発明であると言える。

本特許にかかる固体電解コンデンサおよび製造方法は、電子機器、電気機器に用いられるコンデンサに適用される。また、固体電解コンデンサおよび製造方法をもちいた伝送線路素子、電子機器、特にデカップリング回路に適用される。

本発明の実施の形態１の固体電解コンデンサに用いる固体電解コンデンサ素子の構造を示す図、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は平面図。 本発明の実施の形態１の固体電解コンデンサに用いる固体電解コンデンサ素子を示す図、図２（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａで切断した断面図、図２（ｂ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂで切断した断面図。 本発明の固体電解コンデンサに用いる固体電解コンデンサ素子の積層体を説明する図、図３（ａ）はレーザ溶接前の斜視図。図３（ｂ）はレーザ溶接後の斜視図。 従来の固体電解コンデンサに用いる固体電解コンデンサ素子を説明する図、図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は平面図。 従来の固体電解コンデンサ素子を示す断面図、図５（ａ）は図４（ｂ）のＡ−Ａで切断した断面図、図５（ｂ）は図４（ｂ）のＢ−Ｂで切断した断面図。 従来の固体電解コンデンサ素子積層体を説明する図、図６（ａ）はレーザ溶接前の斜視図、図６（ｂ）はレーザ溶接後の斜視図。 固体電解コンデンサを説明する断面図。 実施例２の固体電解コンデンサに用いる固体電解コンデンサ素子の陽極体端部と陽極金属片の形状を説明する図、図８（ａ）は斜視図、図８（ｂ）は平面図。 実施例２における固体電解コンデンサ素子積層体を説明する図、図９（ａ）はレーザ溶接前の斜視図。図９（ｂ）はレーザ溶接後の斜視図。

符号の説明

１ 誘電体皮膜
２ 陽極体
２ａ 陽極体端部
３ 固体電解質
４ グラファイト
５ 銀ペースト
６ 陽極金属片
７ 導電性樹脂
８ 溶融部
９ 陽極外部端子
１０ 陰極外部端子
１１ モールド樹脂ケース
１２ レーザ光照射領域
１３ 外装ケース
１００ 固体電解コンデンサ素子
１１０ 陰極層
２００ 固体電解コンデンサ素子積層体
３００ 固体電解コンデンサ

Claims (2)

1. 板状または箔状の拡面化した弁作用金属を陽極体とし、前記陽極体の中央領域の表面には酸化皮膜からなる誘電体層が形成され、その上に固体電解質層が形成された後、陽極体端部に陽極金属片を接続した固体電解コンデンサ素子を複数枚積層し、前記陽極体端部および前記陽極金属片がレーザ溶接にて接続された固体電解コンデンサにおいて、前記固体電解コンデンサ素子の前記陽極体端部および前記陽極金属片のレーザ光照射領域部に凹部を有することを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 前記固体電解コンデンサ素子の前記陽極体端部および前記陽極金属片のレーザ光照射領域部の凹部が楔型又は、半円型の形状であることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。

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