(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極ワイヤが埋設された陽極体と、当該陽極体の表面に設けられた誘電体膜と、当該誘電体膜の表面に設けられ、導電性高分子を含む固体電解質と、を備えるコンデンサ素子と、
前記コンデンサ素子を覆う外装樹脂と、
前記陽極ワイヤと電気的に接続され、前記外装樹脂の内部から外部へと延び、陽極端子として機能する陽極リードフレームと、
前記固体電解質層と電気的に接続され、前記外装樹脂の内部から外部へと延び、陰極端子として機能する陰極リードフレームと、を備え、
前記陰極リードフレームの両面にははんだメッキ層が設けられており、当該はんだメッキ層は一部が分断している分断部分を有し、当該分断部分の中に前記外装樹脂の内部と外部の境界である境界部分が配置されている、
固体電界コンデンサ。
【請求項２】
前記陽極体は、弁作用金属を焼結して形成した多孔質体である、請求項１に記載の固体電界コンデンサ。
【請求項３】
前記陰極リードフレームは、
銅を含む母材と、
前記母材の表面に形成されたニッケルメッキ層と、
前記ニッケルメッキ層の表面に形成された前記はんだメッキ層と、を有する、
請求項１または２に記載の固体電界コンデンサ。
【請求項４】
前記導電性高分子は、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、またはこれらの誘導体である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の固体電界コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体電解コンデンサに関し、特に導電性高分子を含む固体電解質を有する固体電解コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯型電子機器の発展に伴い、小型で静電容量が大きく、周波数特性に優れている固体電解コンデンサが必要とされている。特に電子機器のデジタル化に伴い、固体電解コンデンサには優れた高周波特性が要求されている。よって、固体電解コンデンサの等価直列抵抗（以下、ＥＳＲ（Equivalent Series Resistance））を低減させるために、固体電解コンデンサの陰極材料に導電率が高い導電性高分子が使用されている。
【０００３】
特許文献１には、低コストでかつＥＳＲ特性の劣化を抑制することができる固体電解コンデンサに関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１３５４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
背景技術で説明したように、固体電解コンデンサの陰極材料に導電率が高い導電性高分子を用いることで、固体電解コンデンサのＥＳＲを低減することができる。一般的に、固体電解コンデンサは、導電性高分子を含むコンデンサ素子を外装樹脂で封止している。よって、導電性高分子を外部環境から隔離することができ、導電性高分子の酸化劣化を抑制することができる。
【０００６】
しかしながら、コンデンサ素子を外装樹脂で封止していたとしても、外部から固体電解コンデンサの内部に酸素が侵入した場合は導電性高分子が酸化劣化する。導電性高分子が酸化劣化すると導電性高分子の導電率が低下（つまり、抵抗が増加）し、固体電解コンデンサのＥＳＲが上昇してしまうという問題がある。
【０００７】
上記課題に鑑み本発明の目的は、コンデンサ素子に含まれている導電性高分子の酸化劣化を抑制し、ＥＳＲの上昇を抑制することができる固体電解コンデンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかる固体電解コンデンサは、陽極ワイヤが埋設された陽極体と、当該陽極体の表面に設けられた誘電体膜と、当該誘電体膜の表面に設けられ、導電性高分子を含む固体電解質と、を備えるコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を覆う外装樹脂と、前記陽極ワイヤと電気的に接続され、前記外装樹脂の内部から外部へと延び、陽極端子として機能する陽極リードフレームと、前記固体電解質層と電気的に接続され、前記外装樹脂の内部から外部へと延び、陰極端子として機能する陰極リードフレームと、を備える。前記陰極リードフレームの表面にははんだメッキ層が設けられており、当該はんだメッキ層は前記陰極リードフレーム側の前記外装樹脂の内部と外部の境界である第１の境界部分を含む領域において分断部分を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、コンデンサ素子に含まれている導電性高分子の酸化劣化を抑制し、ＥＳＲの上昇を抑制することができる固体電解コンデンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１にかかる固体電解コンデンサの断面図である。
【図２】実施の形態１にかかる固体電解コンデンサを陰極リードフレーム側から見た側面図である。
【図３】実施の形態１にかかる固体電解コンデンサの陰極リードフレーム側の拡大断面図である。
【図４】実施の形態１にかかる固体電解コンデンサの陰極リードフレーム側の拡大断面図である。
【図５】実施の形態１にかかる固体電解コンデンサの陰極リードフレーム側の拡大断面図である。
【図６】実施の形態１にかかる固体電解コンデンサの陰極リードフレーム側の拡大断面図である。
【図７】実施の形態２にかかる固体電解コンデンサの断面図である。
【図８】従来の固体電解コンデンサの陰極リードフレーム側の拡大断面図である。
【図９】従来の固体電解コンデンサの陰極リードフレーム側の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜実施の形態１＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態にかかる固体電解コンデンサ１の断面図である。図１に示すように、固体電解コンデンサ１は、コンデンサ素子１１と、コンデンサ素子１１を覆う外装樹脂１２と、陽極リードフレーム１３と、陰極リードフレーム１４とを有する。
【００１２】
コンデンサ素子１１は、陽極ワイヤ１５が埋設された陽極体と、当該陽極体の表面に設けられた誘電体膜と、当該誘電体膜の表面に設けられ、導電性高分子を含む固体電解質と、を備える。陽極体には、例えばタンタルなどの弁作用金属を焼結して形成した多孔質体を用いることができる。
【００１３】
例えば、コンデンサ素子１１は、タンタル粉末に陽極ワイヤ１５を埋設し、所定の形状にプレス成形した後、焼結してタンタル金属の多孔質体を形成する。そして、電気化学的方法を用いて、多孔質体の表面に誘電体酸化皮膜を形成する。その後、誘電体酸化皮膜の表面に導電性高分子の固体電解質層を形成し、さらにグラファイト層および銀ペースト層を形成してコンデンサ素子１１を作製することができる。導電性高分子としては、例えばポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、またはこれらの誘導体を用いることができる。
【００１４】
陽極リードフレーム１３は、陽極ワイヤ１５と電気的に接続され、外装樹脂１２の内部から外部へと延び、陽極端子として機能する。陽極リードフレーム１３は、銅を含む母材と、当該母材の表面に形成されたニッケルメッキ層と、当該ニッケルメッキ層の表面に形成されたはんだメッキ層と、を有する。なお、母材とはんだメッキ層との間に形成されるメッキ層として、例えばニッケルメッキよりも抵抗の低い金メッキ等を用いてもよい。母材とはんだメッキ層との間に形成されるメッキ層は、融点が３００℃以上の材料であればどのような材料を用いてもよい。
【００１５】
陰極リードフレーム１４は、導電性樹脂１６を介してコンデンサ素子１１と電気的に接続されている。陰極リードフレーム１４は、外装樹脂１２の内部から外部へと延び、陰極端子として機能する。図２は、固体電解コンデンサ１を陰極リードフレーム側２０から見た側面図である。図１、図２に示すように、陰極リードフレーム１４は、固体電解コンデンサ１の側面から底面に渡って形成されている。陽極リードフレーム１３についても同様である。
【００１６】
陰極リードフレーム１４は、例えば、銅を含む母材と、当該母材の表面に形成されたニッケルメッキ層と、当該ニッケルメッキ層の表面に形成されたはんだメッキ層と、を有する。なお、母材とはんだメッキ層との間に形成されるメッキ層として、例えばニッケルメッキよりも抵抗の低い金メッキ等を用いてもよい。母材とはんだメッキ層との間に形成されるメッキ層は、融点が３００℃以上の材料であればどのような材料を用いてもよい。
【００１７】
図３は、図１に示す固体電解コンデンサ１の陰極リードフレーム側２０の拡大断面図である。図３に示すように、陰極リードフレーム１４は、母材２１と、当該母材２１の表面に形成されたニッケルメッキ層（不図示）と、当該ニッケルメッキ層の表面に形成されたはんだメッキ層２２とを有する。そして、本実施の形態にかかる固体電解コンデンサ１では、はんだメッキ層２２が、陰極リードフレーム側の外装樹脂１２の内部と外部の境界部分（第１の境界部分）２３を含む領域において分断部分２５を有するように構成されている。換言すると、外装樹脂１２の内部と外部の境界部分２３（分断部分２５）では、表面にニッケル等がメッキされた母材２１を跨ぐように、外装樹脂１２が形成されている。
【００１８】
図９は、従来の固体電解コンデンサの陰極リードフレーム側の拡大断面図であり、図３の拡大断面図に対応している。なお、図９では、各構成要素を示す符号を１００番台で示している。つまり、固体電解コンデンサは、コンデンサ素子１１１と、外装樹脂１１２と、陽極ワイヤ１１５と、導電性樹脂１１６と、ニッケルメッキ層を有する母材１２１およびはんだメッキ層１２２を備える陰極リードフレーム１１４と、を有する。
【００１９】
図９に示すように、外装樹脂１１２の境界部分１２３を含む領域において、はんだメッキ層１２２が形成されていると、固体電解コンデンサを回路基板に実装する際に、はんだメッキ層１２２が溶融し、外装樹脂１１２の境界部分１２３に隙間が形成される。そして、この形成された隙間を通して外装樹脂１１２の内部に酸素が侵入し、コンデンサ素子１１１に形成された導電性高分子が酸化劣化することでコンデンサ素子１１１の特性が劣化するという問題があった。つまり、導電性高分子が酸化劣化すると導電性高分子の導電率が低下（つまり、抵抗が増加）し、固体電解コンデンサのＥＳＲが上昇してしまうという問題があった。
【００２０】
これに対して本実施の形態にかかる固体電解コンデンサ１では、図３に示すように、外装樹脂１２の境界部分２３を含む領域において、はんだメッキ層２２が形成されていない分断部分２５を設けている。よって、固体電解コンデンサ１を回路基板に実装する際に、はんだメッキ層２２が溶融することで外装樹脂１２の境界部分２３に隙間が形成されることを抑制することができ、外装樹脂１２の内部に酸素が侵入することを抑制することができる。
【００２１】
よって、本実施の形態にかかる発明により、コンデンサ素子１１に含まれている導電性高分子の酸化劣化を抑制し、ＥＳＲの上昇を抑制することができる固体電解コンデンサを提供することができる。
【００２２】
なお、はんだメッキ層２２が形成されていない分断部分２５は、境界部分２３を含む領域に形成されていればよく、例えば、図４に示すように、分断部分２５が図３に示した分断部分２５よりも短くなるように形成されていてもよい。
【００２３】
また、はんだメッキ層２２が形成されていない分断部分２５は、陰極リードフレーム１４の上部表面（第１の面）および下部表面（第２の面）の少なくとも一方に形成されていればよい。すなわち、図５に示すように、陰極リードフレーム１４の上部表面のみに分断部分２５を形成してもよい。また、陰極リードフレーム１４の下部表面のみに分断部分２５を形成してもよい。また、分断部分２５は、境界部分２３を含む領域に形成されていればよく、外装樹脂１２の内部および外部の少なくとも一方に形成されていればよい。
【００２４】
更に、はんだメッキ層２２が形成されていない分断部分２５は、陰極リードフレーム１４の表面であって、境界部分２３から外装樹脂１２と離れる方向に所定の長さ水平に延びる領域（図４の領域２４参照）に形成されていてもよい。
【００２５】
一方、図６に示すように、陰極リードフレーム１４が外装樹脂１２の外部で折り曲げられた後、下方に延びる部分を含む領域に分断部分２５を形成してもよい。つまり、図４に示す所定の長さ水平に延びる領域２４を設けなくても、分断部分２５を形成することができる。
【００２６】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図７は、実施の形態２にかかる固体電解コンデンサ２の断面図である。本実施の形態では、コンデンサ素子３１を陰極リードフレーム側から所定の距離を隔てて配置している点が、実施の形態１と異なる。これ以外は、実施の形態１で説明した固体電解コンデンサ１と同一であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して重複した説明は省略する。
【００２７】
図７に示すように、本実施の形態にかかる固体電解コンデンサ２では、コンデンサ素子３１を陰極リードフレーム側から距離ｄ２だけ隔てて配置している。ここで、距離ｄ２は、外装樹脂１２の境界部分２３からコンデンサ素子３１の端部３２までの距離（陰極リードフレーム１４に沿った距離）である。
【００２８】
例えば、コンデンサ素子３１は、距離ｄ２が外装樹脂１２の外形寸法である距離ｄ１の１／４以上となるように配置することができる。ここで、外装樹脂１２の外形寸法である距離ｄ１は、陰極リードフレーム側の外装樹脂１２の内部と外部の境界部分（第１の境界部分）と、陽極リードフレーム側の外装樹脂１２の内部と外部の境界部分（第２の境界部分）との距離に対応している。
【００２９】
更に、コンデンサ素子３１は、距離ｄ２が外装樹脂１２の外形寸法である距離ｄ１の１／２以上となるように配置してもよい。ここで、距離ｄ２を大きくし過ぎるとコンデンサ素子３１が小さくなりコンデンサ素子３１の静電容量が低下する。よって、更に好ましくは、コンデンサ素子３１は、距離ｄ２が外装樹脂１２の外形寸法である距離ｄ１の１／２以上３／４以下となるように配置することができる。
【００３０】
このように、コンデンサ素子３１を境界部分２３から所定の距離を隔てて配置することで、外部の酸素が境界部分２３からコンデンサ素子３１の導電性高分子へ到達する時間を遅らせることができる。よって、導電性高分子の酸化劣化を更に抑制することができ、固体電解コンデンサのＥＳＲを更に低減することができる。
【００３１】
図７に示すように、コンデンサ素子３１のサイズを小さくするとコンデンサ素子の静電容量が低下する。しかし、本実施の形態にかかる固体電解コンデンサ２では、コンデンサ素子３１のサイズをあえて小さくして、コンデンサ素子３１を境界部分２３から所定の距離を隔てて配置することで、導電性高分子の酸化劣化を抑制している。
【実施例】
【００３２】
＜実施例１＞
次に、本発明の実施例について説明する。
弁作用金属であるタンタル粉末に陽極ワイヤ１５を埋設し、所定の形状にプレス成形した後、１２５０℃で焼結してタンタル金属の陽極体を形成した。そして、形成した陽極体をリン酸水溶液中に浸して、直流電圧１５Ｖを印可して陽極体の表面に誘電体酸化皮膜（陽極酸化皮膜）を形成した。その後、誘電体酸化皮膜の表面に導電性高分子の固体電解質層を形成した。固体電解質層は、ポリチオフェンを化学重合および懸濁液の含浸、乾燥を繰り返すことで形成した。その後、固体電解質層の表面にグラファイト層、銀ペースト層をそれぞれ形成してコンデンサ素子１１を作製した。
【００３３】
その後、導電性樹脂１６を陰極リードフレーム１４に塗布してコンデンサ素子１１を搭載後、１５０℃で３０分間乾燥して、コンデンサ素子１１と陰極リードフレーム１４とを導通させた。このとき、外装樹脂１２の境界部分２３（図３参照）からコンデンサ素子の端部までの距離ｄ２（陰極リードフレーム１４に沿った距離：図７参照）を０．３ｍｍとした。また、陽極ワイヤ１５と陽極リードフレーム１３を抵抗溶接により接続した。
【００３４】
陰極リードフレーム１４は、母材２１である銅材に厚さ０．５μｍのニッケルメッキ層を形成し、その後、ニッケルメッキ層の上に、厚さ４μｍのはんだメッキ層２２を形成することで作製した。また、陰極リードフレーム１４の境界部分２３を含む領域に分断部分２５を形成するために、外装樹脂１２で封止する前に、分断部分２５を形成する部分以外をマスクした後、サンドブラスト法により分断部分２５のはんだメッキ層２２を削り取った。なお、はんだメッキ層２２を削り取る方法については、サンドブラスト法以外にも、例えば機械的に研削する方法やレーザを用いて研削する方法を用いてもよい。
【００３５】
分断部分２５は、境界部分２３を跨いでいる外装樹脂１２の内部および外部の両方、且つ陰極リードフレーム１４の両面のはんだメッキ層を削り取って下地のニッケルメッキを露出させることで形成した。分断部分２５の長さは、０．１ｍｍとした。その後、外装樹脂１２により封止して、縦７．３ｍｍ、横４．３ｍｍ、高さ１．９ｍｍの外形寸法を有する固定電解コンデンサを作製した。
【００３６】
＜比較例１＞
比較例１として、図８に示すような、分断部分１２５が外装樹脂１１２の内部に存在して、分断部分１２５が境界部分１２３を跨いでいない固体電解コンデンサを作製した。分断部分１２５の位置が異なる点以外は、実施例１と同様である。
【００３７】
＜比較例２＞
また、比較例２として、図９に示すような分断部分が形成されていない固体電解コンデンサを作製した。分断部分が形成されていない点以外は、実施例１と同様である。
【００３８】
＜試験結果１＞
実施例１、比較例１、および比較例２にかかる固体電解コンデンサを各々２０個ずつ作製し、１０５℃の環境に放置した。そして、２５０時間放置した後、および５００時間放置した後のＥＳＲ（等価直列抵抗）を測定した。ＥＳＲの測定条件は、周波数１００ｋＨｚ、ＤＣ＝１．５Ｖ、ＡＣ＝５００ｍＶとした。測定器には、ＨＰ社のＨＰ４２６３Ａを用いた。各ＥＳＲを測定した後、初期値に対するＥＳＲの変化率を算出し、２０個のサンプルの平均値を求めた。１０５℃の環境に放置した場合の初期値、初期値に対する２５０時間後のＥＳＲの変化率、および初期値に対する５００時間後のＥＳＲの変化率を表１に示す。
【００３９】
【表１】
0005898998.tif 000002
【００４０】
表１に示すように、実施例１では、２５０時間後の変化率が１．０３であり、５００時間後の変化率が１．０５であった。これに対して、比較例１では、２５０時間後の変化率が１．０６であり、５００時間後の変化率が１．０９であり、実施例１の場合よりもＥＳＲの変化率が大きかった。また、比較例２では、２５０時間後の変化率が１．１０であり、５００時間後の変化率が１．２０であり、実施例１の場合よりもＥＳＲの変化率が大きかった。
【００４１】
よって、外装樹脂の境界部分に、はんだメッキ層が形成されていない分断部分を設けることで、外装樹脂の内部に酸素が侵入して導電性高分子が酸化劣化することを抑制することができ、ＥＳＲが上昇することを抑制することができた。
【００４２】
なお、境界部分２３を跨いで外装樹脂１２の内部の陰極リードフレーム１４の両面または片面に分断部分２５を形成した場合や、外装樹脂１２の外部の陰極リードフレーム１４の両面または片面に分断部分２５を形成した場合にも本発明の効果が得られた。特に、境界部分２３を跨いで外装樹脂１２の内部および外部の両方、且つ陰極リードフレーム１４の両面に分断部分２５を形成した場合に、本発明の効果が最も顕著だった。
【００４３】
＜実施例２＞
実施例１と同様の方法を用いて、タンタル金属の陽極体、誘電体酸化皮膜、導電性高分子の固体電解質層、グラファイト層、および銀ペースト層を備えるコンデンサ素子を作製した。コンデンサ素子は、縦１．８ｍｍ、横２．４ｍｍ、高さ１．２ｍｍ、定格電圧２．５Ｖ、静電容量２２０μＦとした。
【００４４】
コンデンサ素子を作製後、実施例１と同様の方法で作製した陰極リードフレーム１４に導電性樹脂１６を塗布してコンデンサ素子を搭載後、１５０℃で３０分間乾燥して、コンデンサ素子と陰極リードフレーム１４とを導通させた。また、実施例１と同様に、陰極リードフレーム１４の境界部分２３を含む領域に分断部分２５を形成した。また、陽極ワイヤ１５と陽極リードフレーム１３を抵抗溶接により接続した。
【００４５】
その後、縦７．３ｍｍ、横４．３ｍｍ、高さ１．９ｍｍの外形寸法のトランスファーモールドを用いてコンデンサ素子を封止した。このとき作製された固体電解コンデンサにおける、外装樹脂１２の境界部分２３からコンデンサ素子の端部までの距離ｄ２（陰極リードフレーム１４に沿った距離：図７参照）は３．８５ｍｍであった。つまり、距離ｄ２が外装樹脂１２の外形寸法である距離ｄ１の１／２以上となる固体電解コンデンサを作製した。
【００４６】
＜比較例３＞
比較例３として、外装樹脂１２の境界部分２３からコンデンサ素子の端部までの距離ｄ２が０．３ｍｍになるまでコンデンサ素子１１を拡大して体積効率を向上させた固体電解コンデンサを作製した。このときの固体電解コンデンサの定格電圧は２．５Ｖ、静電容量は２２０μＦであった。なお、コンデンサ素子以外は実施例２と同様である。
【００４７】
＜試験結果２＞
実施例２および比較例３にかかる固体電解コンデンサを各々２０個ずつ作製し、１０５℃の環境に放置した。そして、２５０時間放置した後、および５００時間放置した後のＥＳＲ（等価直列抵抗）を測定した。ＥＳＲの測定条件は、周波数１００ｋＨｚ、ＤＣ＝１．５Ｖ、ＡＣ＝５００ｍＶとした。測定器には、ＨＰ社のＨＰ４２６３Ａを用いた。各ＥＳＲを測定した後、初期値に対するＥＳＲの変化率を算出し、２０個のサンプルの平均値を求めた。１０５℃の環境に放置した場合の初期値、初期値に対する２５０時間後のＥＳＲの変化率、および初期値に対する５００時間後のＥＳＲの変化率を表２に示す。
【００４８】
【表２】
0005898998.tif 000003
【００４９】
表２に示すように、実施例２では、２５０時間後の変化率が１．０１であり、５００時間後の変化率が１．０２であった。これに対して、比較例３では、２５０時間後の変化率が１．０６であり、５００時間後の変化率が１．０９であり、実施例２の場合よりもＥＳＲの変化率が大きかった。
【００５０】
よって、外装樹脂の境界部分に、はんだメッキ層が形成されていない分断部分を設けると共に、コンデンサ素子を陰極リードフレーム側から所定の距離を隔てて配置することで、導電性高分子が酸化劣化することを抑制することができ、ＥＳＲの上昇を抑制することができた。
【００５１】
なお、本発明は上記実施の形態や実施例に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記例では陰極リードフレームに１４に分断部分２５を形成した場合について説明したが、陽極リードフレーム１３側の外装樹脂の内部と外部の境界部分を含む領域に、はんだメッキ層が形成されていない分断部分を設けてもよい。このように、陰極リードフレーム１４に加えて陽極リードフレーム１３にも分断部分を設けることで、導電性高分子の酸化劣化を更に抑制することができる。
【００５２】
以上、本発明を上記実施の形態および実施例に即して説明したが、上記実施の形態および実施例の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００５３】
１、２  固定電解コンデンサ
１１  コンデンサ素子
１２  外装樹脂
１３  陽極リードフレーム
１４  陰極リードフレーム
１５  陽極ワイヤ１５
１６  導電性樹脂
２１  母材
２２  はんだメッキ層
２３  境界部分
２５  分断部分
【図１】
0005898998.tif 000004
【図２】
0005898998.tif 000005
【図３】
0005898998.tif 000006
【図４】
0005898998.tif 000007
【図５】
0005898998.tif 000008
【図６】
0005898998.tif 000009
【図７】
0005898998.tif 000010
【図８】
0005898998.tif 000011
【図９】
0005898998.tif 000012