JP3881487B2 - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タンタル粉末などの弁作用金属の焼結体をパッケージ内に内蔵する固体電解コンデンサに関する。さらに詳しくは、小さなパッケージ内にできるだけ大きな体積のコンデンサ素子を内蔵することにより、大容量などの電気的特性を向上させることができる構造の固体電解コンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の固体電解コンデンサは、図５に示されるように、コンデンサ素子１の陽極リード１１が第１の外部リード２と抵抗溶接などにより電気的に接続され、コンデンサ素子１の側壁に形成される陰極１２がヒューズ４を介して、第２の外部リード３とそれぞれ電気的に接続され、その周囲が樹脂によりモールド成形されて樹脂製パッケージ５で被覆されることにより形成されている。第１および第２の外部リード２、３は、モールドにより樹脂製パッケージ５が形成された後にリードフレームから切断されて分離され、フォーミングされることにより、図５に示される構造に形成されている。
【０００３】
コンデンサ素子１の陽極リード１１と外部リード２との抵抗溶接は、コンデンサ素子１を保持した状態で溶接されるが、非常に細いタンタルワイヤなどを溶接するため、図５に誇張して示されるように、傾きが生じる。このように、コンデンサ素子１の溶接による傾きをなくすることができない。この傾きは、図６に示されるように、陰極１２側にヒューズを介在させないで、直接第２のリード３のＺ曲げ加工が施された先端部分と接着剤などにより接着されるタイプのものについても、陽極リード１１と第１の外部リード２とを抵抗溶接する際に生じる。
【０００４】
一方、近年の電子部品の軽薄短小化に伴い、固体電界コンデンサでも非常にパッケージの小さいものが要求される反面、特性的には、大容量でリーク電流が小さいなどの高特性の固体電解コンデンサが要求されている。固体電解コンデンサの容量を大きくしたり、特性を向上させるためには、コンデンサ素子１の体積をできるだけ大きくする必要があるが、前述のようにパッケージ５の外形はできるだけ小さくすることが要求されており、コンデンサ素子１の下におけるパッケージ５の肉厚Ａ（図５参照）は、０.０１〜０.２ｍｍ程度しかなく、僅かの傾きでもコンデンサ素子１がパッケージから露出しやすい。とくにコンデンサ素子１の長さ（図の左右の方向）を長くすると、僅かの傾きでもその端（陽極リード１１と反対側の底面）の角部が露出しやすい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、コンデンサ素子は、その陽極リードの溶接により傾きが生じやすいが、その傾きにより、その角部（コーナ部）などが樹脂製パッケージ５から露出することになる。この露出部は、コンデンサ素子の傾きによりその底面（陽極リードと反対側の壁面）のコーナ部が露出するもので、陽極リードの方にいくにしたがって、パッケージの下面との距離（肉厚、図５のＡ）は大きくなる。そのため、小さなパッケージ内に有効に大きな体積のコンデンサ素子を内蔵することができないという問題がある。
【０００６】
また、ヒューズ内蔵の固体電解コンデンサでは、コンデンサ素子の一部が露出し、外部リードと接触するとヒューズが機能しなくなるため不良となり、歩留りが低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、小さなパッケージに大きなコンデンサ素子を内蔵することができる構造の固体電解コンデンサを提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の他の目的は、コンデンサ素子の一部が露出しても、支障のないようにすることにより、歩留りを向上してコストダウンを図り、さらにヒューズの機能も維持した高性能な固体電解コンデンサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による固体電解コンデンサは、弁作用金属の焼結体の一壁面から該焼結体内に陽極リードの一端部が埋め込まれて形成される陽極および前記焼結体の側壁に形成される陰極を有する角形のコンデンサ素子と、前記陽極リードが溶接される板状の第１の外部リードと、前記陰極が電気的に接続される板状の第２の外部リードと、前記コンデンサ素子の周囲および前記第１および第２の外部リードとの接続部を被覆するパッケージとからなり、前記板状の第１および第２の外部リードの前記パッケージから露出する端部が前記パッケージ側に折り曲げられる方向を下側として、前記コンデンサ素子の下面となる側壁の前記陽極リードと反対側のコーナ部が、前記第１および第２のリードの前記パッケージから露出する端部の幅よりも広く、かつ、前記コンデンサ素子の下面となる側壁の幅よりも狭い幅で、該側壁の幅の両端部に至らないように、除去されている。ここに下面とは、固体電解コンデンサが基板などにマウントされる際の基板側の面を意味する。
【００１０】
この構造にすることにより、陽極リードの溶接の際に傾きが生じても、陽極リードと反対側で変位が一番大きくなりパッケージから露出しやすいコンデンサ素子の角部（コーナ部）が除去されているため、少々の傾きが生じても、パッケージから露出することがなくなる。そのため、コンデンサ素子自体の一辺および長さを大きくすることができ、コーナ部の除去による体積の減少より遥かに大きな体積の増加を図ることができる。
【００１１】
前記コンデンサ素子の陰極が、前記コンデンサ素子の上面となる側壁と前記第２の外部リードとの間にヒューズを介して該第２の外部リードと電気的に接続され、かつ、前記上面となる側壁の前記陽極リードと反対側のコーナ部に前記ヒューズの円弧を小さくするための除去部が形成される構造にすることにより、ヒューズを内蔵する場合に、ヒューズによる空間をできるだけ占有しないように最短距離で第２の外部リードと接続する場合でも、コンデンサ素子の角部（コーナ部）で擦られて切断するという事故がなくなる。
【００１２】
前記第１および第２の外部リードの前記パッケージから露出する端部が該パッケージの下面側に折り曲げられ、該第２の外部リードの端部で前記パッケージに面する側に耐熱性の絶縁性樹脂を塗布して硬化させることにより形成される絶縁性被膜が設けられることにより、たとえコンデンサ素子がパッケージから露出しても、直接外部リードとコンデンサ素子の陰極とが短絡することがなくなる。そのため、パッケージ内に必ずコンデンサ素子を収めようとする必要がなくなり、歩留りの向上を図ることができると共に、さらなるコンデンサ素子の大型化を図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の固体電解コンデンサについて説明をする。本発明による固体電解コンデンサは、図１にその一実施形態である断面説明図が示されるように、弁作用金属の焼結体の一壁面から該焼結体内に陽極リード１１の一端部が埋め込まれて形成される陽極および焼結体の側壁に形成される陰極１２を有するように直方体や立方体のような角形のコンデンサ素子１が形成されている。そして、陽極リード１１が板状の第１の外部リード２と溶接され、陰極１２が板状の第２の外部リード３と電気的に接続されている。そして、コンデンサ素子１の周囲および前記第１および第２の外部リード２、３との接続部がパッケージ５により被覆されている。本発明では、板状の第１および第２の外部リード２、３の面に対して、コンデンサ素子１の下面（固体電解コンデンサがプリント基板などに実装される際のプリント基板側の面）となる側壁Ｂの陽極リード１１と反対側（コンデンサ素子１の底面側）のコーナ部Ｃが少なくとも一部除去されていることに特徴がある。
【００１４】
図１に示される例では、直方体形状（底面がほぼ正方形状で、縦方向（陽極リード１１が延びる方向が底面の一辺より長く形成されている）のコンデンサ素子１の下面となる側面Ｂと底面とのコーナ部Ｃが除去されている。コーナ部が除去されているとは、いわゆるｃ面カットのように、直角となる角部が除去されることを意味する。この除去する寸法は、コンデンサ素子の特性に応じた大きさにもよるが、側面側（図２のＤ）が、たとえば０.１〜０.３ｍｍ程度、底面側（図２のＥ）が、たとえば０.１〜０.２ｍｍ程度設けられればよい。
【００１５】
この除去される部分は側面のコーナ部が全長に亘って除去されなくても、図３に示されるように、その中心部で外部リード３の幅よりやや広い幅の範囲がｃ面カットなどにより除去されていても、外部リード３との接触を避けることができる。
【００１６】
他の構造は、従来のコンデンサ素子１と同じ構造で、タンタル、アルミニウム、ニオブなどの弁作用金属の粉末が、その一壁面に陽極リード１１が埋め込まれると共に、底面の少なくとも一角のコーナ部の一部が除去された角形に成形され、陽極酸化により粉末の周囲にＴａ₂Ｏ₅などの酸化膜が形成され、焼結体の外周に二酸化マンガン層、グラファイト層、銀層などが形成されて陰極１２が形成されている。焼結体の大きさは種類によって異なるが、たとえば０.３ｍｍ立方程度から数ｍｍ立方程度の大きさに成形される。また、外部リード２、３は、４２合金、Ｎｉ、Ｃｕなどの板材を打ち抜いたリードフレームから形成されている。
【００１７】
この固体電解コンデンサを製造するには、コンデンサ素子の成形時の形状を変えるだけで従来と同じであるが、たとえばタンタル粉末を前述の構造に成形すると共にその一壁面に、たとえば太さが０.２ｍｍφ程度のタンタル線を埋め込んで真空中で焼結することにより、陽極リード１１が一壁面に埋め込まれた焼結体を形成する。そして、陽極リード１１の付け根部分にテフロンリング１３を被せ、このコンデンサ素子の陽極リード１１の先端部を、たとえばステンレス板で形成したステンレスバーに数十個程度溶接する。
【００１８】
ついで、ステンレスバーに溶接された分をまとめて、たとえばリン酸水溶液中に浸漬し、陽極リード１１を陽極として陽極酸化をすることにより、タンタル粉末の周囲にＴａ₂Ｏ₅からなる酸化物皮膜を形成する（化成処理）。その後、硝酸マンガン水溶液中に浸漬し、二酸化マンガン層（図示せず）を焼結体の内部およびその外周面に形成すると共に、前述の酸化皮膜の形成工程を数回繰り返す再化成処理を行う。さらにその外表面（焼結体の外周）にグラファイト層（図示せず）を形成し、さらにその外表面に銀層（図示せず）を形成することにより、その表面が陰極１２とされたコンデンサ素子１が形成される。
【００１９】
このコンデンサ素子１の陽極リード１１を、リードフレームに形成された第１の外部リード２に抵抗溶接し、また、陰極１２を、リードフレームの第２の外部リード３にヒューズ４を介して熱圧着などにより電気的に接続する。この際、陽極リード１１と反対側のコンデンサ素子１の底面側がパッケージ５の下面に近づいても、そのコーナ部が除去されているため、モールド金型にぶつかりにくい。
【００２０】
このコンデンサ素子１が溶接されたリードフレームをモールド金型内にセッティングする。ついで、モールド金型の空洞内にモールド用樹脂を充填することにより、コンデンサ素子１の周囲および外部リード２、３との接続部がモールド用樹脂により被覆されてパッケージ５が形成される。リードフレームから各リードを切断分離し、フォーミングすることにより、本発明による固体電解コンデンサが形成される。
【００２１】
本発明によれば、溶接時の傾きによりパッケージから一番露出しやすいコンデンサ素子のコーナ部が除去されているため、コンデンサ素子の溶接時に少々の傾きが生じても、コンデンサ素子がパッケージから露出することがない。コーナ部がカットされることによりコンデンサ素子の体積が若干減るが、その分一辺の長さを長くすることができるし、露出しにくくなることにより、縦方向（陽極リードの延びる方向）の長さを長くすることができるため、コーナ部カットによる減少分よりコンデンサ素子の体積を遥かに大きくすることができる。
【００２２】
たとえば底面が０.５ｍｍ×０.５ｍｍ、縦方向が０.８ｍｍのコンデンサ素子を、角部から側面を０.３ｍｍ（図２のＤ）、底面を０.１ｍｍ（図２のＥ）カットすると、体積としては、０.３×０.１×１／２×０.５＝０.００７５ｍｍ³減少する。しかし、それにより、たとえば底面を０.５ｍｍ×０.６ｍｍで、縦方向を０.９ｍｍにすることにより、従来の構造より露出の可能性が少ないにも拘わらず、コンデンサ素子の体積の増加分は、０.５×０.６×０.９−０.５×０.５×０.８＝０.０７ｍｍ³となり、減少分より１桁体積が増加する（従来の構造より１.３１倍の体積になる）。実際には、縦方向の長さをもっと大きくすることができ、遥かに体積を増加させることができる。
【００２３】
前述の例は、ヒューズを内蔵する例であったが、ヒューズを内蔵しない場合でも、同じことがいえ、従来のＺ曲げ加工をした第２の外部リードと直接コンデンサ素子の陰極を導電性接着剤により接着する場合でも同様にコーナ部のカットをすることにより、体積の大きいコンデンサ素子を内蔵することができる。
【００２４】
さらに、前述の例は、コンデンサ素子１を溶接した場合に下面となるコンデンサ素子の側面と底面とのコーナ部のみが除去される例であったが、実際にはコンデンサ素子の底面が正方形状ではなく、縦横の区別は自動機でも認識することができるが、自動機によりコンデンサ素子をピックアップする場合、上下面の区別をすることは難しい。このような場合、図２に示されるように、上下両面のコーナ部を除去することにより、上下両面の区別をする必要がなく、作業性が非常に向上するという利点がある。しかも、上面のコーナ部もカットされていることにより、図１に示されるようにヒューズ４が介在される場合に、ヒューズができるだけ円弧を描かないように短く接続する場合でも、コンデンサ素子１の角部でヒューズが擦れて切断しやすくなるという問題もなくなる。
【００２５】
図４は、さらにコンデンサ素子１を大きくし得る例で、さらにコンデンサ素子１の体積を大きくして、または傾きが大きくてコンデンサ素子１の一部が露出しても、そのコンデンサ素子１の露出部と第２の外部リード３とが直接接触してヒューズの機能が働かなくなることを防止する例である。すなわち、フォーミングによりパッケージ５に対向する第２の外部リード３面に、たとえば耐熱性のポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの耐熱性の絶縁性樹脂が塗布されて硬化させた絶縁性被膜６が設けられている。耐熱性の樹脂を用いるのは、このコンデンサを回路基板などに実装する場合、回路基板の接続部にハンダペーストなどを塗布してコンデンサを載置し、リフロー炉などでハンダが溶融する温度２００〜２６０℃程度に上昇させるため、その温度に絶え得るようにするためである。
【００２６】
この絶縁性被膜６は、たとえばモールド成形により樹脂製パッケージ５を形成し、リードフレームから第１および第２の外部リード２、３を切り離した後、その端部側をハンダ層内に浸漬してハンダメッキを行い、ついで、裏面側（フォーミングしたときのパッケージ５と対向する面）に、ディスペンサまたは印刷などによりポリイミドなどを塗布して、１５０〜２５０℃程度に昇温することにより、数十μｍ程度の厚さに形成される。この絶縁性被膜６は、余り厚すぎるとフォーミングしたときにパッケージ５の底面より、リードがはみ出して実装の際に安定して回路基板などの上に載置することができず、一方、絶縁性被膜６は、電気的絶縁を維持することができればよく、３０〜１００μｍ程度の厚さ設けられれば充分である。また、外部リード３のパッケージ５と対向する面と反対面は、回路基板などにハンダ付けされるため、絶縁性被膜６が付着しないようにする。この絶縁性皮膜６はリードフレームの状態で予め形成されていてもよい。
【００２７】
この絶縁性被膜６は、第２の外部リード３の内側に設けられなくても、パッケージ５のコンデンサ素子１の露出部分に塗布して硬化させたものでもよい。この場合、パッケージ５と同じ色（通常は黒色）の被覆物を付着すれば、外観的にも素子見え（コンデンサ素子１がパッケージ５からはみ出して見えること）もなくなる。たとえばパッケージ５に用いるようなエポキシ樹脂に黒色フィラーを混入したものを塗布して温度を上げて硬化させることもできるし、黒インクなどを塗布して乾燥させてもよい。また、このようないずれかに塗布して設けなくても、たとえばテフロンシートのような絶縁シートを介在させて、外部リード２、３をフォーミングするだけでもよい。
【００２８】
図４に示される構造の場合、コンデンサ素子１のモールド金型に当った部分はパッケージ５から露出することを容認しているが、その露出部分は、コンデンサ素子１の下面となる側壁の角部が点または線状に露出するだけとなる。この露出部分は、前述のように、第２の外部リード３のパッケージと面する側に絶縁性被膜６が形成されるか、露出部分のパッケージ５に直接絶縁性被膜が塗布されることにより、コンデンサ素子１の陰極と第２の外部リードとが直接接触することもなく、またコンデンサの裏面側でもあり、特性上、または外観上からも殆ど影響を受けない。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、コンデンサ素子の溶接による傾きの習性を利用して、パッケージ内へのコンデンサ素子占有効率を改善したため、小さなパッケージ内に大きな体積のコンデンサ素子を内蔵することができる。その結果、容量を大きくするか、同じ容量でも粉末粒子を大きくしてリーク特性を向上するか、または電気的特性を同程度に維持しながらパッケージの外形を小さくすることができる。さらに、コンデンサ素子の一部が露出することにより、外部リードとの短絡による不良が減り、歩留りの向上によりコストダウンを図ることができる。
【００３０】
さらに、パッケージからコンデンサ素子の一部露出を容認し、外部リードとパッケージとの間に絶縁性シートを介在させることにより、より一層コンデンサ素子の大型化を図ることができ、コンデンサ特性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による固体電解コンデンサの一実施形態の断面説明図である。
【図２】図１のコンデンサ素子の変形例を示す説明図である。
【図３】図１のコンデンサ素子の変形例を示す説明図である。
【図４】本発明の他の実施形態による固体電解コンデンサの断面説明図である。
【図５】従来の固体電解コンデンサの断面説明図である。
【図６】従来の固体電解コンデンサの断面説明図である。
【符号の説明】
１ コンデンサ素子
２ 第１の外部リード
３ 第２の外部リード
５ パッケージ
１１ 陽極リード
１２ 陰極

Claims (3)

1. 弁作用金属の焼結体の一壁面から該焼結体内に陽極リードの一端部が埋め込まれて形成される陽極および前記焼結体の側壁に形成される陰極を有する角形のコンデンサ素子と、前記陽極リードが溶接される板状の第１の外部リードと、前記陰極が電気的に接続される板状の第２の外部リードと、前記コンデンサ素子の周囲および前記第１および第２の外部リードとの接続部を被覆するパッケージとからなり、前記板状の第１および第２の外部リードの前記パッケージから露出する端部が前記パッケージ側に折り曲げられる方向を下側として、前記コンデンサ素子の下面となる側壁の前記陽極リードと反対側のコーナ部が、前記第１および第２のリードの前記パッケージから露出する端部の幅よりも広く、かつ、前記コンデンサ素子の下面となる側壁の幅よりも狭い幅で、該側壁の幅の両端部に至らないように、除去されてなる固体電解コンデンサ。
2. 前記コンデンサ素子の陰極が、前記コンデンサ素子の上面となる側壁と前記第２の外部リードとの間にヒューズを介して該第２の外部リードと電気的に接続され、かつ、前記上面となる側壁の前記陽極リードと反対側のコーナ部に前記ヒューズの円弧を小さくするための除去部が形成されてなる請求項１記載の固体電解コンデンサ。
3. 前記第１および第２の外部リードの前記パッケージから露出する端部が該パッケージの下面側に折り曲げられ、該第２の外部リードの端部で前記パッケージに面する側に耐熱性の絶縁性樹脂を塗布して硬化させることにより形成される絶縁性被膜が設けられてなる請求項１または２記載の固体電解コンデンサ。

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