(57)【要約】【課題】溶接性及び半田濡れ性に優れ、ウィスカの発生のないリード線を用いた電解コンデンサを提供する。【解決手段】陽極リードタブ端子が接続された陽極箔及び陰極リードタブ端子が接続された陰極箔がセパレータを介して巻回されてなるコンデンサ素子と、外装ケースと、外装ケースの開口部を封口する封口体とを備えた電解コンデンサにおいて、陽極リードタブ端子及び陰極リードタブ端子の各リード線は、基材の表面に、厚さ０．３〜５．０μｍのニッケルめっき層、厚さ０．０１〜０．１０μｍのパラジウムめっき層、及び厚さ０．００２〜０．０３０μｍの金めっき層がこの順に形成されている電解コンデンサ。【選択図】図４
2010003731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極リードタブ端子が接続された陽極箔及び陰極リードタブ端子が接続された陰極箔がセパレータを介して巻回されてなるコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を収納した外装ケースと、前記外装ケースの開口部を封口する封口体とを備えた電解コンデンサであって、
前記陽極リードタブ端子及び陰極リードタブ端子はそれぞれ、前記リードタブ端子のボス部と溶接され、外部に導出されるリード線を有し、
前記リード線は、基材の表面に、ニッケルめっき層、パラジウムめっき層、及び金めっき層がこの順に形成されており、
前記ニッケルめっき層の厚さが０．３〜５．０μｍ、前記パラジウムめっき層の厚さが０．０１〜０．１０μｍ、及び前記金めっき層の厚さが０．００２〜０．０３０μｍである、電解コンデンサ。
【請求項２】
前記リード線の基材は、無酸素銅線または銅被覆鉄線からなる請求項１に記載の電解コンデンサ。
【請求項３】
前記ニッケルめっき層、パラジウムめっき層、及び金めっき層は、電解めっき法により形成されている請求項１または２に記載の電解コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の電子機器に使用される電解コンデンサに関する。特に、本発明は、コンデンサ素子から外部に導出されるリード線の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高周波領域用のコンデンサとしては、積層セラミックコンデンサが多用されているが、これらは比較的小容量である。このため、小型、大容量で低い等価直列抵抗（以下、ＥＳＲという）を有するコンデンサとして、タンタルあるいはアルミニウムなどのような弁作用を有する金属を利用した電解コンデンサが広く用いられており、特に、ポリピロール系、ポリチオフェン系、ポリアニリン系などの導電性高分子またはＴＣＮＱ（７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン）錯塩を電解質に用いた固体電解コンデンサが注目されている。
【０００３】
この種の固体電解コンデンサは、以下のようにして製造されている。まず、アルミニウム箔にエッチング処理及び化成処理を行った陽極箔と、アルミニウム箔にエッチング処理を行った陰極箔とをそれぞれ作製する。そして、各電極箔にリード線を溶接したリードタブ端子を接続した後、陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して円筒状に巻き取ってコンデンサ素子を形成し、更に、該コンデンサ素子の切り口化成と熱処理とを行う。次に、モノマーと酸化剤とを上記コンデンサ素子に含浸させた後、該モノマーを熱重合させることにより、コンデンサ素子の電極箔間に導電性高分子層（固体電解質層）を形成させる。次いで、コンデンサ素子を有底筒状の外装ケースに収納固定し、外装ケースの開口部を各リード線を外部に導出するための貫通孔を有する封口体で封口し、更にエージング処理を行う。最後に、封口体側に配置した座板のリード挿通孔から各リード線を外部に導出し、各リード線の端部をプレス加工及び折り曲げ加工して電極端子を作製することにより、固体電解コンデンサが製造される。
【０００４】
ところで、上記のような電解コンデンサの各リード線は、その一端側を電極箔に接続固定されたリードタブ端子のアルミニウム製のボス部と溶接することにより電極箔と電気的に接続されるとともに、座板のリード挿通孔から外部に導出されたリード線の他端側を電極端子として実装基板に半田付けしている。従って、このような電解コンデンサにおいては、リード線の一端側はアルミニウム製のボス部との溶接性に優れていることが求められるとともに、リード線の他端側は半田濡れ性に優れることが要求される。このため、一般に、銅線などの基材の表面に、銀めっき層、錫めっき層、あるいは錫−ビスマス系合金めっき層などのめっき層が施されたリード線が用いられている。
【０００５】
しかしながら、ポリチオフェン系などの導電性高分子を含有する固体電解質層を電極箔間に形成するにあたっては、上記のようにリード線を接続したコンデンサ素子内でモノマーが熱重合されるため、この熱重合時にモノマーやドーパントなどから硫化ガスが発生する。このような硫化ガスが発生した場合、銀めっき層を有するリード線においては、銀めっき層が硫化ガスによって汚染され、銀めっき層が変色し、半田濡れ性が低下するという問題がある。熱重合後、リード線を洗浄することも考えられるが、銀めっき層は空気中の硫黄成分によっても変色するため、工業的生産においては、電解コンデンサを製造後、実装基板に半田付けされるまでに電解コンデンサが長時間放置される場合もあることから、経時的に銀めっき層が変色し、半田濡れ性が低下するという問題がある。
【０００６】
一方、錫めっき層あるいは錫−ビスマス系合金めっき層を有するリード線が接続されたコンデンサ素子では、製造工程における上記のような熱重合や、電極箔やセパレータの熱処理を行う際の高温によりめっき層が溶融しやすいため、リード線径が不均一となりやすいという問題がある。また、錫めっき層あるいは錫−ビスマス系合金めっき層を有するリード線はウィスカが発生しやすいという問題もある。さらに、ウィスカは電解コンデンサを高温の環境下で使用することによっても発生しやすい。このため、錫めっき層あるいは錫−ビスマス系合金めっき層を有するリード線を用いた場合、陽極リード線と陰極リード線との間でショートを引き起こす恐れがある。
【０００７】
このため、いずれのめっき層を施したリード線によっても、不良品が発生しやすく、生産効率が低下するという問題やショート不良などの問題が発生しやすい。
【０００８】
チップ型コンデンサにおいては、半田付け性やＥＳＲの低減を目的に、厚さ１００μｍ程度のニッケル−鉄系合金からなるリードフレームの表面に、銅めっき層、ニッケルめっき層、パラジウムめっき層、及び金めっき層を形成することも提案されている（例えば、特許文献１）。しかしながら、上記特許文献１のリードフレームに形成されているめっき層でもアルミニウム製のボス部と小径のリード線との間の十分な溶接性を確保することができないという問題がある。
【特許文献１】特開平１１−２８３８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、アルミニウム製のボス部との溶接性に優れ、また製造工程における硫化ガスや空気中の硫黄成分によっても半田濡れ性の劣化が少なく、錫めっき層などで見られるウィスカの発生のないリード線を有する電解コンデンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、陽極リードタブ端子が接続された陽極箔及び陰極リードタブ端子が接続された陰極箔がセパレータを介して巻回されてなるコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を収納した外装ケースと、前記外装ケースの開口部を封口する封口体とを備えた電解コンデンサであって、
前記陽極リードタブ端子及び陰極リードタブ端子はそれぞれ、前記リードタブ端子のボス部と溶接され、外部に導出されるリード線を有し、
前記リード線は、基材の表面に、ニッケルめっき層、パラジウムめっき層、及び金めっき層がこの順に形成されており、
前記ニッケルめっき層の厚さが０．３〜５．０μｍ、前記パラジウムめっき層の厚さが０．０１〜０．１０μｍ、及び前記金めっき層の厚さが０．００２〜０．０３０μｍであることを特徴とする。
【００１１】
上記リード線の基材は、無酸素銅線または銅被覆鉄線を用いることができる。
【００１２】
また、上記ニッケルめっき層、パラジウムめっき層、及び金めっき層はいずれも、電解めっき法により形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、アルミニウム製のボス部との溶接性に優れ、製造工程における硫化ガスや空気中の硫黄成分に対しても十分な耐性を有し、半田濡れ性に優れるとともに、錫めっき層などで見られるウィスカの発生がなく、ショート不良の発生の恐れの少ないリード線を有する電解コンデンサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本実施の形態のリードタブ端子の一例を示す平面概略図であり、図２は、図１のリード線の断面概略図である。なお、陰極リードタブ端子及び陰極リード線の構成は陽極リードタブ端子及び陽極リード線のそれらと同様であるため、同一図を使用して各リードタブ端子を説明する。
【００１５】
図１に示すように、陽極リードタブ端子１ａ及び陰極リードタブ端子１ｂにはそれぞれ、基材を成形することにより、ボス部１１ａ，１１ｂとリブ部１２ａ，１２ｂと平打ち部１３ａ，１３ｂとが形成されている。そして、陽極リード線２ａ及び陰極リード線２ｂが各ボス部１１ａ，１１ｂの溶接部１４ａ，１４ｂと溶接により接続されている。
【００１６】
本実施の形態において、リード線２ａ，２ｂには、図２に示すように、基材２１の表面にニッケルめっき層２２、パラジウムめっき層２３、及び金めっき層２４が順に形成されている。リード線２ａ，２ｂは実装基板に半田付けするための電極端子として使用されるため、半田濡れ性が良好であることだけでなく、溶接部１４ａ，１４ｂではリード線２ａ，２ｂがアルミニウム製のボス部１１ａ，１１ｂと抵抗溶接で接続されるため、アルミニウムとの溶接性も良好であることが求められる。抵抗溶接により高い溶接強度を得るためには、抵抗値の高いめっき層を形成する必要があるが、半田付けのために形成される最表層の金めっき層２４は抵抗値が低い。上記観点から半田濡れ性と溶接性とを両立できるめっき層について検討した結果、ニッケルめっき層２２の厚さが０．３〜５．０μｍの範囲、パラジウムめっき層２３の厚さが０．０１〜０．１０μｍの範囲、及び金めっき層２４の厚さが０．００２〜０．０３０μｍの範囲であれば、小径のリード線２ａ，２ｂであってもアルミニウム製のボス部１１ａ，１１ｂとの溶接性に優れ、高い溶接強度を確保できるとともに、半田濡れ性にも優れることが見出された。
【００１７】
最表層である金めっき層２４の厚さが０．００２μｍ未満では、半田濡れ性が低下する。一方、金めっき層２４は一定の厚みで形成されていれば良好な半田濡れ性を確保することができるため、金めっき層２４が０．０３０μｍより厚い場合その効果が飽和し、コスト的に不利となる。このため、金めっき層２４の厚さは０．００２〜０．０３０μｍの範囲とする必要があり、０．００２〜０．０１０μｍの範囲がより好ましい。
【００１８】
また、中間層であるパラジウムめっき層２３の厚さが０．０１μｍ未満では、ニッケルめっき層２２及び金めっき層２４の厚さが上記範囲であっても、半田濡れ性が低下するとともに、一定の抵抗値を確保することができず溶接性も不十分となる。一方、パラジウムめっき層２３は一定の厚みで形成されていれば良好な半田濡れ性及び溶接性を確保することができるため、パラジウムめっき層２３が０．１０μｍより厚い場合その効果が飽和し、コスト的に不利となる。このため、パラジウムめっき層２３の厚さは０．０１〜０．１０μｍの範囲とする必要があり、０．０１〜０．０５μｍの範囲がより好ましい。
【００１９】
さらに、基材２１の表面と接触する最下層のニッケルめっき層２２の厚さが０．３μｍ未満では、パラジウムめっき層２３の厚さが上記範囲であっても、一定の抵抗値を確保することができず、溶接性が低下し、十分な溶接強度を確保することが難しくなる。一方、ニッケルめっき層２２は一定の厚みで形成されていれば良好な溶接性を確保することができるため、ニッケルめっき層２２が５．０μｍより厚い場合その効果が飽和し、コスト的に不利となる。このため、ニッケルめっき層２２の厚さは０．３〜５．０μｍの範囲とする必要があり、０．３〜２．０μｍの範囲がより好ましい。
【００２０】
上記各めっき層の形成方法は、従来公知のめっき法を使用することができる。具体的には、例えば、電解めっき法、無電解めっき法、溶融めっき法、超音波めっき法、蒸着めっき法、置換析出めっき法などが挙げられる。これらの中でも、電解めっき法は、均一なめっき層が形成できるため好ましく用いることができる。
【００２１】
本実施の形態のリード線に用いられる基材としては、無酸素銅線（ＯＦＣ線）、銅被覆鉄線（ＣＰ線）などを使用することができる。これらの中でも電解コンデンサのＥＳＲを低減させる目的から無酸素銅線が好ましい。基材の径は、通常０．３〜１．０ｍｍである。
【００２２】
次に、本実施の形態の電解コンデンサについて説明する。図３は上記のリード線を溶接した各電極リードタブ端子が接続された本実施の形態のコンデンサ素子の一例を示す斜視図、図４は図３のコンデンサ素子を用いた本実施の形態の電解コンデンサの一例を示す概略断面図である。
【００２３】
図３に示すように、巻回型のコンデンサ素子４は、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタンなどの弁作用金属からなる箔に粗面化のためのエッチング処理及び誘電体皮膜形成のための化成処理を施した陽極箔４１と、エッチング処理を施した対向陰極箔４２とをセパレータ４３を介して巻き取ることにより形成される。これらは、巻き取られた後、巻き止めテープ４４により固定される。上記陽極箔４１及び対向陰極箔４２には、各リードタブ端子１ａ，１ｂの平打ち部１３ａ，１３ｂ（図示せず）が接続されており、各リードタブ端子１ａ，１ｂのボス部１１ａ，１１ｂはリード線２ａ，２ｂと抵抗溶接されている。
【００２４】
上記のようにして作製されるコンデンサ素子４は、切り口化成と、１５０〜３００℃での熱処理とが施された後、コンデンサ素子４内にＴＣＮＱ錯塩や導電性高分子などを含有する固体電解質層が形成される。本実施の形態のリード線２ａ，２ｂは最表層に金めっき層が形成されており、錫めっき層を有していないため、上記の熱処理によってもめっき層の溶融が発生せず、それゆえリード線径が不均一になることもない。
【００２５】
コンデンサ素子４内に固体電解質層を形成する場合、例えば、上記の巻回型のコンデンサ素子４にチオフェン、ピロールなどの重合により導電性高分子となるモノマーと、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、遷移金属塩などの酸化剤とを含浸させ、モノマーを熱重合させる。このような熱重合を行うと硫化ガスが発生するが、本実施の形態のリード線２ａ，２ｂは、上記のように最表層に金めっき層が形成されており、銀めっき層を有していないため、該硫化ガスによっても変色がなく、それゆえ半田濡れ性が低下することもない。
【００２６】
図４に示すように、本実施の形態の電解コンデンサは、上記のようにして固体電解質層を形成したコンデンサ素子４が収納された有底筒状の外装ケース５と、外装ケース５の開口部を封口する封口体６と、封口体側の端面に電解コンデンサを実装基板に装着するための座板７とを備えている。
【００２７】
リード線２ａ，２ｂを外部に導出する場合、まず上記した封口体６の貫通孔６１ａ，６１ｂにボス部１１ａ，１１ｂを挿通させた後、アルミニウム製の外装ケース５に絞り加工及びカーリング加工を施す。そして、封口体６の貫通孔６１ａ，６１ｂから導出されたリード線２ａ，２ｂを座板７のリード挿通孔７１ａ，７１ｂに挿通し、リード線２ａ，２ｂが座板面に沿うようにリード挿通孔７１ａ，７１ｂ近傍の根元部分から互いに離れる方向に略９０度折り曲げる。なお、本実施の形態のリード線２ａ，２ｂは錫めっき層を有していないため、ウィスカの発生がなく、それゆえウィスカを除去するための熱処理や加工処理などを施す必要もなく、またウィスカによるショート不良が発生する恐れもない。
【００２８】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００２９】
表１に示す各めっき層を電解めっき法により基材の表面に形成したリード線を作製した。これらのリード線を用いてリードタブ端子を作製し、リードタブ端子単体のリード線とアルミニウム製ボス部との溶接性を下記の溶接性試験により評価した。
また、上記とは別に、作製した各リードタブ端子を用いて、コンデンサ素子内にポリチオフェンからなる固体電解質層を有する固体電解コンデンサを作製した。その後、固体電解コンデンサからリード線を切り取り、リード線の半田濡れ性を下記の半田濡れ性試験により評価した。
表１にリード線の種類と評価結果とを併せて示す。
【００３０】
〔溶接性試験〕
リードタブ端子のリード線側を軸方向下側とし、そのリード線先端に０．５ｋｇの重りをつけた測定試料を作製した。この測定試料の軸方向に荷重をかけながらボス部を掴んで９０度折り曲げて元に戻し、次に反対方向に９０度折り曲げて元に戻す工程を１サイクルとして、これを２サイクル行った。試験後に溶接部の破断がないものを、○、破断が発生したものを、×と評価した
【００３１】
〔半田濡れ性試験〕  
半田濡れ性は、ＪＩＳ  Ｃ  ６００６８−２−５４規定の半田付け試験（平衡法）により評価した。半田表面とリード線とが最初に接触する作用力零値の時点からリード線が浮力を受けた後に濡れ始めることで再び作用力零値となる時点までの時間であるＺ．Ｃ．Ｔ．（ゼロクロスタイム）を測定した。フラックスにはロジンを２５質量％含有するエタノール溶液を、半田槽には無鉛半田（温度：２４５℃）を用いた。なお、銀めっき層を形成した比較例７、及び錫めっき層を形成した比較例８のリード線の半田濡れ性の評価にあたっては、固体電解コンデンサ作製時の熱や硫化ガスの影響を排除するため、固体電解コンデンサを作製することなく、リード線単体を測定試料として用いた。
【００３２】
【表１】
2010003731.tif 000003
【００３３】
一般にＺ．Ｃ．Ｔ．は３秒以内が好ましいとされている。上記表に示すように、金めっき層の厚さが０．００２μｍ、パラジウムめっき層の厚さが０．０１μｍより薄くなると、半田濡れ性が低下することが分かる。また、パラジウムめっき層の厚さが０．０１μｍ、ニッケルめっき層の厚さが０．３μｍより薄くなると、溶接性が低下することが分かる。
【００３４】
次に、実施例のリード線と、比較例７のリード線とを用い、上記の半田濡れ性試験と同様にして作製したリード線を測定試料として、以下の硫化ガスによる加速試験を行い、硫化ガスの汚染による半田濡れ性への影響を評価した。この結果を、表２に示す。
【００３５】
〔硫化ガス試験〕
リード線を硫化アンモニウム水溶液（硫黄分：０．２ｖｏｌ／ｖｏｌ％）に３分間浸漬した後、水洗した。このリード線を用いて上記と同様の半田濡れ性試験を行い、Ｚ．Ｃ．Ｔ．を測定した。
【００３６】
【表２】
2010003731.tif 000004
【００３７】
銀めっき層を有するリード線は、めっき直後では優れた半田濡れ性を示したが、上記表２に示すように、硫化により半田濡れ性が顕著に劣化することが分かる。このため、このリード線は、固体電解質層を形成するために熱重合を行った場合に発生する硫化ガスや、めっき層形成後に長時間放置された場合の空気中の硫黄成分により経時的に半田濡れ性が劣化するという問題を有している。これに対して、金めっき層、パラジウムめっき層、及びニッケルめっき層をそれぞれ一定厚みで有するリード線は、硫化ガスに晒されても半田濡れ性の劣化が少ないことが分かる。このため、本実施例のリード線は固体電解質層を有する電解コンデンサに好適に用いることができる。
【００３８】
次に、実施例のリード線と、比較例８のリード線とをそれぞれ用いて作製した固体電解コンデンサについて、以下のウィスカ試験を行った。この結果を、表３に示す。
【００３９】
〔ウィスカ試験〕
固体電解コンデンサを６０℃９０％ＲＨの環境下で１，０００時間保存した後、室温雰囲気に取り出し、リード線表面を３００倍の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察し、ウィスカ発生の有無を観察した。
【００４０】
【表３】
2010003731.tif 000005
【００４１】
上記表に示すように、錫めっき層を有するリード線は、ウィスカの発生が確認された。これに対して、金めっき層、パラジウムめっき層、及びニッケルめっき層をそれぞれ一定厚みで有するリード線は、高温高湿で保存されてもウィスカの発生がないことが確認された。従って、本実施例のリード線を用いることにより、製造工程においてウィスカ除去のための熱処理や洗浄処理を設ける必要がなく、また該リード線は高温下で使用される電解コンデンサにも好適に用いることができる。
なお、上記実施例のリード線を用いて作製した固体電解コンデンサの特性を評価したところ、実用上問題のない特性を有しており、ショート不良もないことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施の形態のリードタブ端子の一例を示す平面概略図である。
【図２】図１のリード線の断面概略図である。
【図３】本実施の形態のコンデンサ素子の一例を示す斜視図である。
【図４】本実施の形態の電解コンデンサの一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ａ，１ｂ    リードタブ端子
２ａ，２ｂ    リード線
４    コンデンサ素子
５    外装ケース
６    封口体
７    座板
１１ａ，１１ｂ  ボス部
１４ａ，１４ｂ  溶接部
２１  基材
２２  ニッケルめっき層
２３  パラジウムめっき層
２４  金めっき層
４１  陽極箔
４２  陰極箔
４３  セパレータ
【図１】
2010003731.tif 000006
【図２】
2010003731.tif 000007
【図３】
2010003731.tif 000008
【図４】
2010003731.tif 000009