JP2011077079A - チップ型固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 陽極部の内部接続不良を低減するチップ型固体電解コンデンサを提供することにある。
【解決手段】 陽極リード線２が導出され、陰極層を備えたコンデンサ素子１と絶縁板の上面に対向して設けられたコンデンサ素子１と接続する陽極接続端子４及び陰極接続端子を有し、下面には、陽極接続端子４及び陰極接続端子にそれぞれスルーホールを介して接続された陽極実装端子５及び陰極実装端子を有し、陽極リード線２と接続され、且つ陽極接続端子４に接続される支持部材３を備えたチップ型固体電解コンデンサであって、支持部材３は陽極接続端子４の接続面に対して垂直な方向に加圧することによって高さが可変され陽極接続端子４に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、チップ型固体電解コンデンサに関するものである。

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、特にチップ型固体電解コンデンサの小型化及び薄型化が進行している。その中で、電極端子を製品の実装面に限定することで、コンデンサの内部構造を効率化し、コンデンサ素子の体積をより大きくする下面電極構造タイプの製品が登場している。このような下面電極構造のチップ型固体電解コンデンサとしては、たとえば、特許文献１に開示された技術がある。

従来の技術について図面を用いて説明する。図４はチップ型固体電解コンデンサを示す正面から見た概略断面図である。図５は従来のチップ型固体電解コンデンサを側面から見た透視図である。

図４に示すようなチップ型固体電解コンデンサは、従来、コンデンサ素子１のそれぞれの電極を実装端子に変換する電極端子を備えた変換基板を用いている。この変換基板は、絶縁基板の上面にコンデンサ接続端子面を有し、更に下面に実装端子面を有し、上下面を電気的に接続した構造を有している。従来のチップ型固体電解コンデンサ１５は、陽極リード線２が導出された弁作用金属からなる多孔質の焼結体からなる陽極体表面に誘電体、電解質、陰極層を順次形成してコンデンサ素子１を形成する。

その後、コンデンサ素子１の陽極リード線２に抵抗溶接によって接続された金属片からなる支持部材３と、支持部材３に高温はんだ又は導電性接着剤１０を介して陽極接続端子４と接続する。コンデンサ素子陰極接続面１ａは導電性接着剤１１を介して陰極接続端子６と接続する。陽極接続端子４、陰極接続端子６は、ガラスエポキシ層１３を基材とした変換基板１２で、それぞれスルーホール８を介して外部実装面の陽極実装端子５及び陰極実装端子７に接続され、それぞれの外部実装面５ａ，７ａを露出させるように外装樹脂９で覆う。

前述の外装樹脂９で覆った後、製品外形形状に整えるため、ダイシング加工により切断し、チップ型固体電解コンデンサが得られる。

特開２００８−２７０３１７号公報

ここまで従来のチップ型固体電解コンデンサの構造を説明してきたが自動化された製造ラインで大量に生産される場合において以下に示す問題の発生が懸念されていた。それについて図を用いて説明する。図６は、従来のチップ型固体電解コンデンサの側面から見た透視図であるが部材の供給ロットの組み合わせによる寸法ばらつきや溶接状態などが起因し支持部材溶接位置３ａが上方向へずれたことにより、隙間１４が発生したことを示している。図７は同じく従来のチップ型固体電解コンデンサの側面から見た透視図で高温はんだ又は導電性接着剤１０の塗布量が少ないため、高温はんだ又は導電性接着剤接続面１０ａが下方向へずれたことにより、隙間１４が発生したことを示している。

図８は、コンデンサ素子１、陽極リード線２、支持部材３の従来の配置を示したものであり、コンデンサ素子１の底部と支持部材３の底部は同じ位置である。

このように、従来の技術では、陽極リード線２と支持部材３の抵抗溶接精度位置のばらつき、高温はんだ又は導電性接着剤１０の塗布厚精度のばらつき等が起き得るため、図８に示したコンデンサ素子１底部と支持部材３底部が同じ位置であっても、支持部材３と高温はんだ又は導電性接着剤１０の間に隙間１４が生じてしまい、接続部分が電気的な不良となり、接続抵抗が無限大になる状態、すなわちオープン不良の発生が懸念されていた。

本発明の課題は、陽極リード線と支持部材の抵抗溶接精度位置のばらつき、高温はんだ又は導電性接着剤の塗布厚精度のばらつき等が生じても、支持部材と陽極接続端子がオープン不良とならないチップ型固体電解コンデンサを提供することにある。

本発明のチップ型固体電解コンデンサによれば、陽極リード線が導出され、陰極層を備えたコンデンサ素子と上面に前記陽極リード線と支持部材を介して電気的に接続する陽極接続端子および、前記陰極層と導電性接着剤を介して電気的に接続する陰極接続端子を有し、下面に前記陽極接続端子および前記陰極接続端子とそれぞれ電気的に接続された陽極実装端子および陰極実装端子を有する変換基板を備えたチップ型固体電解コンデンサであって前記支持部材は二股形状で二股の先端を前記陽極接続端子に押し付けて接続されていることを特徴とする。

本発明のチップ型固体電解コンデンサの前記支持部材は前記支持部材はＦｅ−Ｎｉ合金もしくは銅の材質から構成されていることを特徴とする。

本発明のチップ型固体電解コンデンサの前記支持部材は高温はんだ又は導電性接着剤で陽極接続端子と接続されることを特徴とする。

本発明によれば、コンデンサ素子から導出した陽極リード線に接続する支持部材の形状
が二股で、二股の先端が陽極接続端子に押し付けて接続されることにより、陽極リード線と支持部材の抵抗溶接精度位置のばらつき、高温はんだ又は導電性接着剤の塗布厚精度のばらつきが生じても、その精度ばらつきを吸収することが出来、支持部材と陽極接続端子との固着信頼性を向上させるものである。

本発明のチップ型固体電解コンデンサの側面から見た透視図。 本発明のチップ型固体電解コンデンサのコンデンサ素子、陽極リード線、支持部材の配置を示す側面から見た透視図。 本発明のチップ型固体電解コンデンサの支持部材の高さが可変することを示す図。 チップ型固体電解コンデンサを示す正面から見た概略断面図。 従来のチップ型固体電解コンデンサを示す側面から見た透視図。 従来のチップ型固体電解コンデンサの支持部材溶接位置が上方向へずれたことにより、隙間が発生したことを示す側面から見た透視図。 従来のチップ型固体電解コンデンサの高温はんだ又は導電性接着剤接続面が下方向へずれたことにより、隙間が発生したことを示す側面から見た透視図。 従来のチップ型固体電解コンデンサのコンデンサ素子、陽極リード線、支持部材の配置を示す側面から見た透視図。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

まず、本発明の実施の形態について図１を参照して説明する。コンデンサ素子１は従来と同じ構造であり、陽極リード線２が導出された弁作用金属からなる多孔質の焼結体で構成される陽極体表面に誘電体、電解質、陰極層を順次形成した陰極部を有する構造である。弁作用金属としてはタンタル、ニオブ、アルミニウム等を用いることができる。

コンデンサ素子１の陽極リード線２には抵抗溶接によって接続された下方に二股の形状を有した金属片からなる支持部材３が溶接されている。支持部材３は金属片の材料としてはＦｅ−４２％Ｎｉ４２合金片や銅などを主成分とした板材を加工したものであり、陽極リード線２を溶接する平面部分を有する支持部材溶接位置３ａと高温はんだ又は導電性接着剤１０を介して陽極接続端子４に接続される可変部分からなっている。

図２に示すように支持部材３の可変部分は、陽極リード線２と溶接された時点では陽極接続端子に接続される二股の先端がコンデンサ素子１底部よりも下方に突出した状態である。

そして、支持部材３が陽極接続端子に接続固定される段階で陽極リード線２と溶接された支持部材溶接位置３ａの平面に垂直方向に押し圧が加わり、接触している可変部分がハの字に開き、図６や図７で述べた隙間が生じない状態まで塑性変形する。陽極接続端子の面には予め高温はんだ又は導電性接着剤が塗布されており支持部材３と陽極接続端子は最適な位置関係で固定接続される。図３は押し圧が加わったときに支持部材３の可動部分がハの字に開いた状態を示している。

この作用により懸念されていた陽極リード線２と支持部材３の抵抗溶接精度位置のばらつき、高温はんだ又は導電性接着剤の塗布厚精度のばらつきが生じても、その精度ばらつきを吸収することが出来、支持部材３と陽極接続端子との固着信頼性を向上させることが可能になる。

尚、支持部材３と陽極接続端子４の接続手段で高温はんだを使用する場合は、支持部材３の上面の溶接された陽極リード線２を避けるようにレーザー光を照射する。レーザー光の熱が支持部材３を通して高温はんだ１０に伝わり、その熱によって高温はんだ１０を効率よく溶融することができる。また、支持部材３と陽極接続端子４の接続手段でＡｇ等を含む導電性接着剤を使用する場合は乾燥硬化して接続固定する

図１に戻って、コンデンサ素子１の陰極部は導電性接着剤１１を介して陰極接続端子と接続される。変換基板１２はガラスエポキシ層１３を基材としており、それぞれスルーホール８により接続された陽極接続端子４及び陰極接続端子と陽極実装端子５及び陰極実装端子を有している。更に、ガラス含有エポキシ樹脂または液晶ポリマー、またはトランスファーモールド樹脂、または液状エポキシ樹脂等の外装樹脂９で変換基板１２の外部実装面５ａとガラスエポキシ層１３の一部を露出させるような状態で全体を覆い、変換基板１２と外装樹脂９を所定の寸法に切断することでチップ型固体電解コンデンサ１５が得られる。

（実施例）
実施例について図１から図３を用いて説明する。

以下、実施例について、実施の形態で用いた図１を参照しながら説明する。コンデンサ素子１の製作については公知の技術であるので詳細は省略する。弁作用金属として、タンタルを用いて実施した場合について説明する。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・高温度で焼結してタンタル焼結ペレットを製作した。次に、焼結ペレットをリン酸水溶液中で１５Ｖ通電し、陽極酸化して焼結体の表面に酸化被膜を形成した。さらに、硝酸マンガンに浸漬した後、熱分解して、固体電解質である二酸化マンガンを形成し、引き続き、グラファイト及び銀ペーストによる陰極層を形成して、コンデンサ素子１を得た。尚、固体電解質である二酸化マンガンに換えて、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、１つのコンデンサ素子として低ＥＳＲを得るのが容易になる。

次に、本実施例１で用いた変換基板１２はガラスエポキシを基材とした。変換基板１２には陽極接続端子４及び陰極接続端子（図４に記載の陰極接続端子６）が形成されており、また、反対のコンデンサ実装面には、外部実装面（図４に記載の外部実装面７ａ）をそれぞれ備えた陽極実装端子５及び陰極実装端子（図４に記載の陰極実装端子７）が形成されている。更に陽極接続端子４及び陰極接続端子６と陽極実装端子５及び陰極実装端子７をそれぞれ導通化するようにするために、変換基板１２内に、スルーホール８を形成した。

つづいて、図２を用いて陽極リード線２と溶接した時点での支持部材３の状態を説明する。図２に示すように陽極リード線２に抵抗溶接によって接続した支持部材３は厚み０．０３ｍｍであり、銅を主成分とした金属板から打ち抜き後曲げ加工により得た。支持部材溶接位置３ａの平面に垂直に形成した二股の可変部分の寸法はコンデンサ素子１の底部よりも下方に突き出る長さとした。この時、支持部材３の可変部分の先端は外側に開く必要があるため根元部分より拡げた状態にした。

図１に戻って、コンデンサ素子１に陽極リード線２を介して接続した支持部材３を陽極接続端子４の所定の位置に配置し、陽極リード線２と溶接された支持部材溶接位置３ａの平面部分へ垂直方向に押し圧を加えた。そして陽極接続端子４に接触している支持部材３の可変部分を接続される最適な状態と判断される８５度から９５度の角度でハの字に変形させた。

陽極接続端子４の面には予め高温はんだ１０を塗布しており、高温はんだはＳｎ、Ａｇ、Ｃｕを主成分としたものを使用した。尚、高温はんだ１０はＳｎ−Ａｇ−Ｃｕの複合材で２００℃以上の熱で溶融し、一度硬化してしまうと３００℃でも再溶融しない、はんだのことを指す。高温はんだの溶融はレーザー光を用いた。レーザー光の照射には、波長９４０ｎｍの半導体レーザーを用い、レーザービーム径は０．３５ｍｍとし、レーザー光を支持部材溶接位置３ａの上面の溶接された陽極リード線２を避けるようにして両端の２箇所を同時照射した。これにより支持部材３の可変部分の先端は８５度から９５度の角度を保ったまま陽極接続端子４の面に隙間の発生がない状態で接続固定することができた。

以上の実施例により懸念されていた陽極リード線と支持部材の抵抗溶接精度位置のばらつき、高温はんだ又は導電性接着剤の塗布厚精度のばらつきが生じても、その精度ばらつきを吸収することが出来、支持部材３と陽極接続端子４との固着信頼性を向上させることが可能になった。

コンデンサ素子１の陰極接続面（図４に記載のコンデンサ素子陰極接続面１ａ）は変換基板１２の陰極接続端子にＡｇを含む導電性接着剤１１を塗布して接続した。次いで、外装樹脂９としてガラス含有エポキシ樹脂を用いて熱成型して外装を行った後、製品外形寸法を整える為にダイシングソーにより、チップ型固体電解コンデンサ１５の外側面となる四面を切断し、本実施例のチップ型固体電解コンデンサ１５を得た。

（比較例）
従来の技術の直方体をした形状である支持部材３をコンデンサ素子の陽極リード線に抵抗溶接した後、その他の製造方法は本発明と同様に実施し固体電解コンデンサを作製した。それにより比較例となる従来の技術の固体電解コンデンサを作製した。

本発明の実施例の固体電解コンデンサと従来技術である固体電解コンデンサのオープン不良率を比較した。尚、オープン不良は、電気的検査で接続抵抗を測定し、検出した。

表１に本発明と従来技術の結果を示す。

表１より実施例は比較例と比べてオープン不良が減少していることが確認され本発明の効果が伺える。

支持部材３の形状は上記形状にだけ限定するものではなく、支持部材３と高温はんだ又は導電性接着剤１０の間に発生する隙間１４を吸収できる可変性を有し、製造工程上で押し付け圧を加えたときに高温はんだ又は導電性接着剤１０を介して陽極リード線２と陽極接続端子４とを接続させられる形状、寸法であればよい。

以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この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、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。

１ コンデンサ素子
１ａ コンデンサ素子陰極接続面
２ 陽極リード線
３ 支持部材
３ａ 支持部材溶接位置
３ｂ 支持部材可動領域
４ 陽極接続端子
５ 陽極実装端子
５ａ、７ａ 外部実装面
６ 陰極接続端子
７ 陰極実装端子
８ スルーホール
９ 外装樹脂
１０ 高温はんだ又は導電性接着剤
１０ａ 高温はんだ又は導電性接着剤接続面
１１ 導電性接着剤
１２ 変換基板
１３ ガラスエポキシ層
１４ 隙間
１５ チップ型固体電解コンデンサ

Claims (3)

1. 陽極リード線が導出され、陰極層を備えたコンデンサ素子と、上面に前記陽極リード線と支持部材を介して電気的に接続する陽極接続端子、および前記陰極層と導電性接着剤を介して電気的に接続する陰極接続端子を有し、下面に前記陽極接続端子および前記陰極接続端子とそれぞれ電気的に接続された陽極実装端子および陰極実装端子を有する変換基板を備えたチップ型固体電解コンデンサであって、前記支持部材は二股の形状を有し、前記二股の先端を前記陽極接続端子に押し付けて接続することを特徴とするチップ型固体電解コンデンサ。
2. 前記支持部材はＦｅ−Ｎｉ合金もしくは銅およびその合金から構成されていることを特徴とする請求項１に記載のチップ型固体電解コンデンサ。
3. 前記支持部材は加工後に３００℃以下の耐熱温度を備えるはんだ、又は導電性接着剤で陽極接続端子に接続することを特徴とする請求項１または２に記載のチップ型固体電解コンデンサ。

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