JP4986230B2 - 積層型固体電解コンデンサ - Google Patents
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Description
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、各電極をそれぞれ電位取り出し用端子板(リードフレーム)に接続した構成のものが従来から知られている。(特許文献3)
図1は従来から使用されている単板コンデンサ素子Cの平面図、図2はその側断面図で、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は誘電体を構成する弁金属の酸化皮膜層、3は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する。4はカーボン層、5は銀層で陰極電位の引出し層、6は陽極部、7は陽極部6と固体電解質層3との間を絶縁隔離するためのマスキング層(這い上がり防止層)である。
通常は、これら単板コンデンサ素子を前記したように、陽極は陽極部同士、陰極は陰極部同士複数枚重ねた積層体を樹脂などでモールドした積層コンデンサが一般に使用されている。
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、表面に誘電体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10mm、長さ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用マスキング剤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6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Rを形成する。
即ち単板コンデンサ素子を複数枚その陽極部が陰極部を中心として左右に対向するように交互に積層し、陽極部の電位を左右の端子板で分岐して取り出すようにした多端子型積層構造を採用することにより、ESRをより効果的に低減できる積層構造(以下多端子構造という)である。(特許文献4)
これにより積層体全体のモールドも簡潔になり、多端子型積層コンデンサとしての商品価値を一層高め得たものである。
即ち、左右の陽極間の橋渡し効率を高めるためには、橋渡しのための導電性部材による接続抵抗(電気抵抗)を小さくすることが重要であり、そのためには導電性接続部材として電気抵抗の小さい金属例えば銀・アルミニウム・金・銅などが有用であるが、更に導電性部材による接続部の幅もできるだけ広くとることが望ましい。
しかしながら、前記[0011]項で述べたように両陽極間を陰極部を跨いで最短距離で連結する(極めて重要な要件である)ためには、陰極リードフレームを分割しその間の間隙部に導電性部材を配置する構造が最適であるが、導電性部材の幅を広くすると陰極電位取り出しのための陰極端子部の面積が狭くならざるを得ず、その結果ESRが逆に高くなってしまう、という問題点が認められた。即ち橋渡し部の幅には限界があるため得られるESR・ESL低減効果にも限界がある、という問題があった。
(実施例1)
先ず、前述した方法及び順序でアルミニウム箔を粗面化した後、陽極酸化処理を行ない、誘電体酸化皮膜層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、誘電体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枚作成した。
図7は第1の実施例の側断面図で、図1の単板コンデンサ素子C1、C2、C3、C4を4層積層した多端子積層型固体電解コンデンサの例である。まず、上記陽極リードフレーム(陽極端子板)と陰極リードフレーム(陰極端子板)上に単板のコンデンサ素子の陰極部Rと陰極端子板10、10’とを導電性接着剤8を介して接続する。さらに、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’とそれぞれの陽極端子板9、9’とを抵抗溶接で接続する。
11は陽極端子板9、9’間を電気的に接続する下部橋渡し部材で、陽極端子板と同じ金属即ち銅板にニッケル/金メッキを施した材料で構成した。
尚、この下部橋渡し部材11は[0011]項で述べたように、陰極端子板10を分割しその間の空隙部gに橋渡し部材を配置した構造となっており、最短距離での接続となっている。
この場合の下部橋渡し部材11の幅aは、陰極端子板の面積をある程度確保するため陰極端子板の幅bの約35%とした。尚12はこの橋渡し部材11とその上部に位置する陰極部(C1)との間の電気的絶縁を保つための絶縁用マスキング層である。
図9は図7を上から見た図で、上部橋渡し部材13は積層体の上部を若干離れて覆う状態に配置される。
この実施例1の多端子積層型電解コンデンサ完成品のESR値は後述の表1中の実施例1−1に示した。
図10は第2の実施例を示し、実施例1と同様の構成において積層体最上部を跨ぐ上部橋渡し部材をそれぞれ離して13、13’、13’’と並列的に3枚設けた例である。
下部橋渡し構成は実施例1と同じとした。
また各橋渡し部材の材料は実施例1と全く同じ材料を使用し、その厚さおよび幅cも同じ寸法としてESR値を測定した結果極めて良好な結果が得られた。(表1中の実施例2−1参照)
実施例1と同様の構成において、積層体最上部を跨ぐ上部橋渡し部材13の幅をそれぞれ陽極端子板9の幅の10%(実施例3)、20%(実施例4)、40%(実施例5)、60%(実施例6)、95%(実施例7)として、それぞれの完成品を作成した。下部橋渡し部材の構成は実施例1と同じとした。
尚、表1の比較例は、図5、図6で説明した積層体の下面にのみ導電性橋渡し部材を配置した多端子積層型電解コンデンサ(本発明者等によって提供された構造)のESR計測値で、各単体コンデンサ素子の構成、その積層枚数(4層)は実施例のものと同一であるが、積層体上面に橋渡しがなされていないものである。尚上記比較例のESR値は、約300個の完成品について計測した値の平均値を示した。
これは橋渡しの効果は、導電性橋渡し部材の合成抵抗値に依存すると考えられ、下面で最短距離で橋渡ししたとしても、上部橋渡し部分は距離が長くならざるを得ないので、上部橋渡し部材の枚数を増やすことにより、全体の抵抗値をできるだけ小さくするのが望ましいからである。
また、橋渡し部材の厚みは厚い方が電気的には望ましいので、例えば3枚で橋渡しする代わりに厚みを3倍にすれば、1枚の橋渡し部材で同じESR低減効果が得られることになるが、曲げ加工や端子板との溶接の容易性、加工コスト、容積効率など製品全体としてのコストパーフォーマンスから、この追加の橋渡し部材の厚み・幅・材料などを選定すれば良い。
また橋渡し部材としては、アルミニウム・銀・金・ニオブ・タンタル・銅などの他、導電性高分子など各種の導電性材料を用いても同じ効果が得られる。
図11は図10の変形実施例の側断面図で、図10の上部橋渡し部材13aを最上部の単板コンデンサ素子C4の上面に、絶縁層Iを介して直接取り付けた例で、絶縁を確実にすれば橋渡し部材の長さを最短化でき、製品の小型コンパクト化に役立つ。このようにしてもESR低減効果は変わらないことは当然である。
また図12は、図7の実施例における下部橋渡し部材構造の変形実施例で、図5のように陰極端子板を10と10’に分割してその間に空隙部gを設けこの空隙部に下部橋渡し部材11を通す代わりに、陰極端子板10の下に空間hを介して両陽極9、9’間の下部橋渡し部材11を設けた例である。このようにすれば陰極端子板の面積を削減する必要がなく(ESRの劣化をきたさない)、下部橋渡し部材の幅も十分広くできるので電気的導通も良くなる。
ただし陰極部との確実な絶縁が重要であり高い絶縁能をもつ材料などで空間hを遮蔽することが必要である他、陰極電位を積層体の側面など下面以外から引き出す手当ても必要である。
さらに、この上部橋渡し部材は1枚の広幅のものを使用したが、半分の幅に切断した2枚ものを同じ平面上で並行に張り渡して使用することもできる。
R 陰極部
1 弁作用金属薄板
2 誘電体酸化皮膜層
3 固体電解質層
4 カーボン層
5 銀層
6 陽極部(弁金属面)
7 マスキング層(這い上り防止剤)
8 接着剤の層
9 陽極端子板(陽極リードフレーム)
10 陰極端子板(陰極リードフレーム)
11 下部橋渡し部材
12 絶縁用マスキング層
13 上部橋渡し部材
Claims (3)
- 表面に誘電体酸化皮膜層を有する平板状の弁作用金属板の一方側に陽極部を、他方側に固体電解質層、陰極引出層からなる陰極部を形成した単板コンデンサ素子を複数枚、その陽極部が陰極部を中心に左右互い違いになるように積層した積層体とするとともに、左右の陽極部をそれぞれ別に設けた左右の陽極リードフレームに接続してなる多端子積層型固体電解コンデンサにおいて、
前記左右の陽極リードフレームを左右方向に直交する幅方向に延設し、
前記左右の陽極リードフレーム同士を、導電性を有する上部橋渡し部材および下部橋渡し部材をもって前記積層体の上部と下部との2ヶ所において電気的に橋渡し接続し、
前記上部橋渡し部材を、電気的に離隔して併設するとともに端部同士を重ね合わせて前記陽極部上に配置した複数枚の導電性部材をもって構成し、
前記積層体の下面に配置された陰極リードフレームを空隙を隔てて前記幅方向に分割し、この空隙部に前記下部橋渡し部材を配置したことを特徴とする積層型固体電解コンデンサ。 - 前記上部橋渡し部材の幅(c)を、前記陽極リードフレームの幅(d)の20%から95%の範囲に設定す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。
- 前記上部橋渡し部材として、前記下部橋渡し部材よりも電気抵抗値の低い導電性部材を選定したことを特徴とする請求項1または2に記載の積層型固体電解コンデンサ。
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