(57)【要約】 【課題】  薄型化した信頼性の高い固体電解コンデンサを提供する。【解決手段】  板状または箔状の弁作用金属からなる陽極体３の片面に陰極部１を形成し、陰極部を囲み枠状に陽極部８を形成したコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の陽極部８、陰極部１とそれぞれ対となる形状で、平面状に陰極端子５と、陰極端子を囲む枠状の陽極端子４を絶縁樹脂部６で接続した基板を接続し、枠状のコンデンサ素子の陽極部８と基板の陽極端子４との接続部２が合金化している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状または箔状の弁作用金属を陽極体とし、前記陽極体の周囲に陽極部が設けられ、前記陽極体の下面の中央領域に陽極酸化皮膜からなる誘電体層が形成され、前記誘電体層上に導電性高分子層、グラファイト層、銀ペースト層を形成した陰極部が設けられたコンデンサ素子と、周囲に陽極端子、中央領域に陰極端子が前記コンデンサ素子の陽極部、陰極部と対向する形状に設けられ、前記陽極端子と前記陰極端子が絶縁樹脂部を介して一体化されている平板状の基板とが、前記コンデンサ素子の陽極部と前記基板の陽極端子および前記コンデンサ素子の陰極部と前記基板の陰極端子とでそれぞれ接続され、前記陽極部と前記陽極端子の接続部が金属接合していることを特徴とする固体電解コンデンサ。
【請求項２】
前記陽極体の上面に５〜１００μｍ厚のコーティング樹脂を有す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄型化を目的とした表面実装型の固体電解コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器は小型、薄型化が進み、それに合わせ電子部品も更なる低背化が求められている。従来の固体電解コンデンサは最も高さが低いもので０．５ｍｍ程度であり、さらに低くすることにより、電子機器の小型、薄型化に貢献できる。
【０００３】
従来技術による３端子型固体電解コンデンサの例として特許文献１に記載がある。また外装樹脂でコンデンサ素子を被覆した構造の３端子型固体電解コンデンサが特許文献２に記載されている。特許文献１に記載されたコンデンサ素子を外装樹脂で被覆した固体電解コンデンサを従来技術として説明する。図１０は従来の固体電解コンデンサの断面図である。従来の固体電解コンデンサは、弁作用金属からなる陽極体３の表面に陽極酸化皮膜からなる誘電体層を形成し、この誘電体層の表面を覆うように、導電性高分子層を形成し、さらにその上に重ねてグラファイト層、銀ペースト層を順に形成し陰極部１とし、陰極部１から絶縁のための距離をあけた両端部に金属板１２を接続し陽極部としコンデンサ素子としている。次に、陽極端子４および陰極端子５が絶縁樹脂部６を介して形成された平板状の基板の陽極端子４、陰極端子５それぞれに、コンデンサ素子の陽極部の金属板１２、陰極部１を接着銀７で接続し、モールド樹脂１３により外装を行い、製品としていた。
【０００４】
また、薄型化、気密性の向上を目的とし、プリプレグを用いた外装工法が特許文献３に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３１３６７６号公報  （図３）
【特許文献２】国際公開第ＷＯ２００８／０７７９０８号パンフレット
【特許文献３】特開２００４−０５５６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
表面実装型コンデンサをより薄型化するためには、コンデンサに使用する構成部材の厚みを薄くする必要がある。従来表面実装型コンデンサで用いられているモールド樹脂による外装では、薄く成形するには限界があり、薄型の製品になるほど外装樹脂が製品に占める割合が大きくなる。また、外装が薄くなるほど気密性が低下し、製品の信頼性が低下する事や、ボイドによる不良発生が起こりやすく歩留まりが悪くなる等の問題がある。また、プリプレグを用いた外装工法が検討されているが、従来工法に比べ製品高さを低く製造できる可能性はあるが、気密性を確保するためにはある程度外装を厚くしなければならず、製品高さを低くするのには限界がある。本発明の課題は薄型化した信頼性の高い固体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】
【０００７】
本発明の固体電解コンデンサは、板状または箔状の弁作用金属を陽極体とし、前記陽極体の周囲に陽極部が設けられ、前記陽極体の下面の中央領域に陽極酸化皮膜からなる誘電体層が形成され、前記誘電体層上に導電性高分子層、グラファイト層、銀ペースト層を形成した陰極部が設けられたコンデンサ素子と、周囲に陽極端子、中央領域に陰極端子が前記コンデンサ素子の陽極部、陰極部と対向する形状に設けられ、前記陽極端子と前記陰極端子が絶縁樹脂部を介して一体化されている平板状の基板とが、前記コンデンサ素子の陽極部と前記基板の陽極端子および前記コンデンサ素子の陰極部と前記基板の陰極端子とでそれぞれ接続され、前記陽極部と前記陽極端子の接続部が金属接合していることを特徴とする。また、前記陽極体の上面に５〜１００μｍ厚のコーティング樹脂を有してもよい。
【０００８】
板状または箔状の弁作用金属からなる陽極体の下面に陰極部を形成し、陰極部の周囲に枠状に陽極部を形成したコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の陽極部、陰極部とそれぞれ対となる形状で、平面状に陰極端子と、陰極端子を囲む枠状の陽極端子を絶縁樹脂部で接続した基板を用い、コンデンサ素子の陰極部と基板の陰極端子を導電性ペースト等で接続し、次に枠状のコンデンサ素子の陽極部と基板の陽極端子を未溶接部が無い状態に枠状に溶接により接続することでコンデンサ素子の陰極部を密閉し、陰極部の気密性を確保することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、モールド樹脂による外装のような外装樹脂が無くともコンデンサ素子の陰極部の気密性が確保できるため、従来構造に比べ製品の薄型化が可能となる。さらに、従来構造では、外装樹脂のガス透過性、外装樹脂と基板界面の気密性が製品の信頼性に影響を与えていたが、本発明では、コンデンサ素子と基板の陽極部を溶接で接続し、コンデンサ素子の陰極部を密閉する構造になっているため、上述のような影響はなく陰極部の気密性が非常に高く、信頼性が高い固体電解コンデンサが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。図１は本発明の実施の形態による表面実装型の固体電解コンデンサを示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は底面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。なお図１（ａ）においては溶接部を示すため、図１（ｂ）においては端子部と絶縁樹脂部を示すためハッチングを用いた。
【００１１】
本発明の実施の形態による表面実装型の固体電解コンデンサの実装端子は、例えば中央の正方形の陰極端子５を陽極端子４が囲む形状であり、内部のコンデンサ素子も同様の形状である。なお端子形状は正方形には限られず長方形、多角形等であってもよい。
【００１２】
次にコンデンサ素子について説明する。まず、板状または箔状の弁作用金属の表面にエッチング等により多数の空孔を形成して表面積を拡大した陽極体３の表面に陽極酸化により陽極酸化皮膜からなる誘電体層を形成する。陽極体３の厚みは、３０〜２００μｍが好ましく、定格電圧、静電容量、製品厚み、生産性を考慮して決定する。両面がエッチングされている陽極体を用いることもできるが、本発明では、弁作用金属からなる陽極体の片面のみが静電容量に寄与する構造になっていることから、片面のみをエッチングした箔を用いることで、更なる高容量化、薄型化が実現できる。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、この誘電体層が表面に形成された弁作用金属からなる陽極体の中央領域の陰極形成部に、導電性高分子層を形成し、さらにその上にグラファイト層、銀ペースト層を順に形成し陰極部１とする。導電性高分子層には、ポリピロール、ポリチオフェン等を用いることができる。なお、陽極体３の周囲は陽極部８となる。
【００１３】
次に、基板について説明する。平板状の基板は、周囲に陽極端子４、中央領域に陰極端子５がコンデンサ素子の陽極部８、陰極部１と対向する形状に設けられ、陽極端子４と陰極端子５は絶縁樹脂部６を介して一体化されている。基板の陽極端子４、陰極端子５としては、４２合金、銅、銅系合金、ニッケル合金などを用いることができる。絶縁樹脂部６としては、液晶ポリマー（LCP）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、フッ素系樹脂などを用いることができ、耐熱性、ガス透過性等の特性を満足すれば、これらに限定されるものではない。
【００１４】
次に、コンデンサ素子と基板との接続について説明する。基板の陰極端子５上に導電性接着剤、例えば接続銀７を塗布、印刷等により設けた後、基板の陰極端子５と、コンデンサ素子の陰極部１を位置合わせした後、接続銀７を硬化して接続する。その後、基板の陽極端子４とコンデンサ素子の陽極部８をシーム溶接、レーザ溶接、超音波溶接等により気密接続するように接続部２を設け固体電解コンデンサとする。このとき接続部は金属同士が接合し、異種金属の接合の場合には接合部は合金化している。このようにして本実施の形態の固体電解コンデンンサを得るが、実際の作製工程では、多数個のコンデンサ素子を基板上に接続した後、切断工程を行う。その詳細については、以下の実施例で説明する。
【実施例】
【００１５】
（実施例１）
先ずコンデンサ素子の作製について説明する。図２は、本発明の実施例１による固体電解コンデンサの製造工程におけるコンデンサ素子の陰極部形成後の底面図である。各部を明確にするためハッチングを入れた。アルミ箔をエッチング後、定格電圧を２．５Ｖとなるように陽極酸化した厚さ０．１ｍｍのアルミ化成箔を弁作用金属の陽極体３とした。図２に示すように、大きさ□４０×４０ｍｍ、四隅に位置決め用穴９をあけた形状にアルミ化成箔からなる陽極体３を打ち抜き、その陽極体３の片面に、６行６列、合計３６ヵ所、陰極部１を形成した。陰極部１の大きさは□２．８×２．８ｍｍとした。コンデンサ素子の陽極部８は溶接が良好になされるようにアルミ化成箔からなる陽極体３のエッチング層をレーザ加工により削った。
【００１６】
図３は、本発明の実施例１による固体電解コンデンサの製造工程における基板の平面図である。各部を明確にするためハッチングを入れた。基板は厚みを０．１ｍｍとし、コンデンサ素子の陰極部１と位置が対になるよう陰極端子５を６行６列形成し、コンデンサ素子と同様に四隅に位置決め用穴９があるものを用いた。基板の陽極端子４、陰極端子５には４２合金、絶縁樹脂部６には液晶ポリマー（ＬＣＰ）を用いた。接着銀７（図１参照）をスクリーン印刷で基板の陰極端子５上に印刷し、６行６列の陰極部１を形成したコンデンサ素子（図２参照）を位置決め用の穴を利用し基板上に載せ、接着銀７を乾燥硬化し、基板の陰極端子５とコンデンサ素子の陰極部１を接着した。
【００１７】
図４は、本発明の実施例１による固体電解コンデンサの製造工程におけるコンデンサ素子と基板との接続後の平面図である。各部を明確にするためハッチングを入れた。接着銀を完全に硬化させた後、幅０．８ｍｍの溶接ヘッドを用いて接続部２をシーム溶接した。この溶接により、接続部を合金化し、陰極部を密閉状態にした。次にダイサーで一点鎖線で示す接続部の中央部分をダイシングにより切断し、□５×５ｍｍの固体電解コンデンサを３６個得た。なお切断は、コンデンサ素子にダメージを与えず、製品実装面方向にバリが出なければ、打ち抜き等でも可能である。
【００１８】
（実施例２）
図５は、本発明の実施例２による固体電解コンデンサの部分断面図である。コンデンサ素子の陽極部８と、基板の陽極端子４をシーム溶接する工程までは実施例１と同様とした。シーム溶接後、製品実装端子面となる基板の底面に絶縁樹脂部６を覆うようにエポキシ樹脂系のレジスト１０を印刷し、これを実施例１と同様にダイサーで切断した。
【００１９】
（実施例３）
図６は、本発明の実施例３による固体電解コンデンサの部分断面図である。基板の陽極端子４、陰極端子５のコンデンサ素子との接続面上の一部（０．０５ｍｍ幅）を覆うように絶縁樹脂部６を形成している基板を用いた。その他は実施例２と同様とした。
【００２０】
（実施例４）
図７は、本発明の実施例４による固体電解コンデンサの部分断面図である。基板の陽極端子４、陰極端子５のコンデンサ素子との接続面上、製品実装端子面上の一部（０．０５ｍｍ幅）を覆うように絶縁樹脂部６を形成している基板を用いた。製品実装端子面にレジストは印刷していない。その他は実施例２と同様とした。
【００２１】
（実施例５）
厚さ０．０７ｍｍのアルミ化成箔からなる陽極体３および陽極端子４、陰極端子５の厚みが０．０５ｍｍの基板を用いた。その他、基板の絶縁樹脂部６の形状、レジスト１０等は実施例３と同様とした。（図６参照）
【００２２】
（実施例６）
図８は、本発明の実施例６による固体電解コンデンサの断面図である。コンデンサ素子および基板の構成部材の材質、形状は実施例５と同様とし、シーム溶接後にコンデンサ素子上面側のアルミ化成箔からなる陽極体３表面にポリイミド（ＰＩ）樹脂からなる厚み２０〜３０μｍのコーティング樹脂１１を形成し、製品上面を平坦にした。これにより製品を吸着しやすくなるため表面実装する際の実装性が向上する。コーティング後はダイサーで切断した。なおコーティング樹脂１１にはフッ素樹脂、シリコーン樹脂などを用いることができ、耐熱性、塗工性を満足すれば、これらに限定されるものではない。
【００２３】
（比較例１）
比較例１は実施例１から４に対応する比較例である。図９は比較例１による固体電解コンデンサの断面図である。従来の基板を用いたモールド樹脂１３により外装した３端子表面実装型の固体電解コンデンサを比較例１とした。アルミ化成箔からなる陽極体３の厚みは０．１ｍｍ、陰極部１の大きさ、陰極部１、陽極部間の距離を実施例１〜６と同じ、コンデンサ素子の周りのモールド樹脂１３と基板との接着幅を０．３ｍｍとし、製品のサイズを５．６×３．４×２．０ｍｍとした。コンデンサ素子の陰極部１は従来技術では図１０に示したように、弁作用金属陽極体の両面に形成するが、本比較例１では製品の薄型化、実施例１〜４との比較のためアルミ化成箔からなる陽極体３の片面にのみ形成した。コンデンサ素子の陽極部は、０．１ｍｍの４２合金板からなる金属板１２を超音波溶接し、金属板１２と基板の陽極端子４を接着銀７で接続した。また、基板は、厚み、陽極端子４、陰極端子５、絶縁樹脂部６の材質を、実施１〜４と同じ、絶縁樹脂部６の形状、レジスト１０を実施例３と同じとし、３端子型コンデンサ素子の形状に合わせた陽極端子４、陰極端子５の配置とした。
【００２４】
モールド樹脂１３は製品の上面部分の肉厚が０．１ｍｍとなるように成形した。肉厚を０．１ｍｍ以下で成形すると成形時にモールド樹脂が回り込まない部分ができることや、ガスバリア性が低下し信頼性が悪くなる。
【００２５】
（比較例２）
比較例２は実施例５および６に対応する比較例であり、厚さ０．０７ｍｍのアルミ化成箔からなる陽極体３、および陽極端子４、陰極端子５の厚みが０．０５ｍｍの基板を用い、その他は比較例１と同様とした（図９参照）。
【００２６】
実施例１〜６、比較例１、２を各３０個作製し、外形寸法、特性の平均値を比較した結果を表１に示した。静電容量は測定周波数１２０Ｈｚにて測定した値、信頼性試験は、１２５℃放置と、６５℃、９５％Ｒ.Ｈ.、２．５Ｖ電圧印加の測定周波数１００ｋＨｚの等価直列抵抗（ＥＳＲ）の初期値に対する１０００時間後の上昇率で示した。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１の高さの結果と構成部材の厚みから計算すると、実施例１〜６、比較例１、２すべての水準で、コンデンサ素子陰極部（導電性高分子層、グラファイト層、銀ペースト層）の厚みと、コンデンサ素子と基板陰極端子を接続している接着銀の厚みの合計が約０．０７ｍｍになっていた。絶縁樹脂部６の厚みは、実施例２が０．１ｍｍ、実施例３が０．１６ｍｍ、実施例４が０．２２ｍｍ、実施例５が０．１１ｍｍである。
【００２９】
各水準の高さを比較する。従来例である比較例１と、実施例３と同じ基板を用いているが、基板以外の部分で約０．１ｍｍ、本発明の実施例３のほうが低くなっていることが分かる。同様に、従来例である比較例２と、実施例６は同じ基板を用い、実施例６は製品の実装性を向上させるコーティング樹脂を施しているが、実施例６のほうが約０．０７ｍｍ低くなっている。
【００３０】
実施例１と実施例２、３を比較すると、実装端子面にレジスト１０を印刷した分、約０．０２ｍｍ高くなっている。実施例４は基板の絶縁樹脂部６が気密性対策のため実装端子面側の一部分凸形状になっているため、その部分の高さが実施例１〜３に比べて高くなっている。実施例５は、実施例３に比べアルミ化成箔の厚みと、基板の陽極端子、陰極端子を薄くした分高さが低くなっている。実施例６は、製品の実装性を向上させるために行ったコーティング樹脂の分だけ実施例５よりも高くなっている。
【００３１】
測定周波数１２０Ｈｚの静電容量は使用するアルミ化成箔に依存するため、実施例１〜４、比較例１がほぼ同じ値、実施例５、６、比較例２がほぼ同じ値となった。
【００３２】
信頼性試験の結果よりコンデンサ素子の陰極部１の気密性がわかる。従来例である比較例１と、実施例３は同じ基板を用いているため、基板以外の気密性の差が結果に表れている。１２５℃放置と、６５℃、９５％Ｒ.Ｈ.、２．５Ｖ電圧印加のどちらの等価直列抵抗（ＥＳＲ）上昇率も比較例１に比べ実施例３が大幅に低くなっていることが分かる。同様に、従来例である比較例２と、実施例６は同じ基板を用いているが、等価直列抵抗（ＥＳＲ）上昇率は比較例２に比べ実施例６が大幅に低くなっていることが分かる。
【００３３】
実施例１〜４は基板の構造のみが異なっている。実施例２は実施例１に比べ基板の陽極端子、陰極端子と絶縁樹脂部の界面の製品実装端子面側にレジストを印刷し覆うことで気密性を向上させている。これによりＥＳＲの上昇率が低くなっている。実施例３では、基板の陽極端子、陰極端子のコンデンサ素子接続面上の一部を覆うように絶縁樹脂部を形成していることにより、さらに基板の気密性が向上し、実施例１、２に比べＥＳＲの上昇率が低くなっている。実施例４では、実施例３で基板の絶縁樹脂部６をコンデンサ素子接続面上の一部を覆う構造にしたのに加え、製品実装端子側も同様に基板の陽極端子、陰極端子の一部を覆い、レジストの印刷を行わない構造とした。これによりレジストを用いる場合に比べ気密性が僅かに向上し、ＥＳＲの上昇率が低くなっている。実施例５、６で使用している基板は実施例１〜４に比べ厚みが半分の０．０５ｍｍであるため、気密性が実施例１〜４に比べ悪くなっており、ＥＳＲの上昇率も高くなっている。比較例１と比較例２の間でも同様のことが言える。また、実施例５、６は製品上面の樹脂コーティング１１の有無の違いであるが、コンデンサ素子の陽極部と、基板の陽極端子４を溶接し、密閉している構造であるため、気密性、信頼性には影響なくほぼ同じ結果となっている。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態による表面実装型の固体電解コンデンサを示す図、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は底面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線の断面図。
【図２】本発明の実施例１による固体電解コンデンサの製造工程におけるコンデンサ素子の陰極部形成後の底面図。
【図３】本発明の実施例１による固体電解コンデンサの製造工程における基板の平面図。
【図４】本発明の実施例１による固体電解コンデンサの製造工程におけるコンデンサ素子と基板との接続後の平面図。
【図５】本発明の実施例２による固体電解コンデンサの部分断面図。
【図６】本発明の実施例３による固体電解コンデンサの部分断面図。
【図７】本発明の実施例４による固体電解コンデンサの部分断面図。
【図８】本発明の実施例６による固体電解コンデンサの断面図。
【図９】比較例１による固体電解コンデンサの断面図。
【図１０】従来の固体電解コンデンサの断面図。
【符号の説明】
【００３５】
１    陰極部
２    接続部
３    陽極体
４    陽極端子
５    陰極端子
６    絶縁樹脂部
７    接着銀
８    陽極部
９    位置決め用穴
１０    レジスト
１１    コーティング樹脂
１２    金属板
１３    モールド樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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