(57)【要約】【課題】ウィスカの発生が抑制される電解コンデンサを提供する。【解決手段】電解コンデンサのリード線８は、無酸素銅線等の基材９の表面に接触するようにスズ（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）との合金メッキ層１０が形成され、さらに、その合金メッキ層の表面に接触するようにスズメッキ層１１が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極箔と陰極箔とが巻回されたコンデンサ素子と、
前記陽極箔および前記陰極箔のそれぞれの所定の位置に電気的に接続され、リン（Ｐ）が元素として添加されたリード線と
を有し、
前記リード線は、
基材と、
前記基材の表面に形成されたスズ（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）との合金メッキ層と、
前記合金メッキ層の表面に形成されたスズメッキ層と
を備えた、電解コンデンサ。
【請求項２】
前記合金メッキ層と前記スズメッキ層とを併せた厚さは２μｍ〜１２μｍである、請求項１記載の電解コンデンサ。
【請求項３】
前記基材は、無酸素銅線および銅を被覆した鉄線のいずれかである、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】
本発明は電解コンデンサに関し、特に、陽（陰）極箔を巻回した電解コンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電解コンデンサの一形態に、陽極箔と陰極箔とを巻回した電解コンデンサがある。この種の電解コンデンサでは、まず、それぞれ帯状の陽極箔と陰極箔とをセパレータ紙を介在させて巻回することによってコンデンサ素子が形成される。そして、そのコンデンサ素子を所定のアルミニウムケースに収納することによって電解コンデンサとして完成する。図９に示すように、完成した電解コンデンサ１０１では、リード線１０８として、陽極リード線１０８ａと陰極リード線１０８ｂとがアルミニウムケース１１２の開口端側から突出している。陽極リード線１０８ａと陰極リード線１０８ｂとは、帯状の陽極箔と陰極箔の長手方向のそれぞれ所定の位置にリードタブ（図示せず）を介して取り付けられている。
【０００３】
電解コンデンサ１０１は、プリント配線基板等の所定の回路基板にリード線１０８をはんだ付けすることによって実装される。従来、リード線の表面には、はんだ付けを効率よく行うために、鉛を含有するスズメッキ層が形成されていた。近年、環境問題に配慮して、電子部品の電極端子の無鉛化や電子部品の接合に無鉛はんだを使用する技術が展開されている。電解コンデンサのリード線においても、鉛を含有しないスズ系のメッキ層が適用され始めている。図１０に示すように、このようなリード線１０８では、銅線あるいは銅を被覆した鉄線等の基材１０９の表面に、単層のスズ（Ｓｎ）メッキ層１１１が形成されている。
【０００４】
ところが、鉛を含有しないスズ系のメッキ層が形成されたリード線では、ウィスカ（スズウィスカ）が発生するという新たな問題がある。ウィスカが発生する詳細なメカニズムについては、現時点ではまだ解明されていないが、その発生モデルの一つとして金属間化合物の成長に伴って発生するという考え方がある。このようなウィスカを除去するために、たとえば、特許文献１では、リード線をリン系溶剤によって洗浄したり、イオン注入によってリンイオンをリード線に注入する手法が提案されている。
【０００５】
ウィスカは経時的に成長するため、電解コンデンサを製造した後にウィスカが除去された電解コンデンサでも、時間の経過とともにウィスカが徐々に成長することになる。そのため、電解コンデンサが回路基板に実装された後において、陰極リード線から成長するウィスカと陽極リード線から成長するウィスカとが互いに接合することがある。また、陽（陰）極リード線に発生したウィスカが回路基板の表面にまで成長したり、あるいは、アルミニウムケースにまで成長することがある。ウィスカがこのような状態にまで成長すると、電解コンデンサの漏れ電流が増大したり、電気的に短絡するおそれが高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２２０８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、電解コンデンサの開発の一環でなされたものであり、その目的は、ウィスカの発生が抑制される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】
本発明に係る電解コンデンサは、コンデンサ素子とリード線とを有している。コンデンサ素子では、陽極箔と陰極箔とが巻回されている。リード線は、陽極箔および陰極箔のそれぞれの所定の位置に電気的に接続され、リン（Ｐ）が元素として添加されている。リード線は、基材と、基材の表面に接触するように形成されたスズ（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）との合金メッキ層と、合金メッキ層の表面に接触するように形成されたスズメッキ層とを備えている。
【０００９】
この電解コンデンサによれば、電解コンデンサとしての特性を保持しながら、ウィスカの発生を抑制することができる。
【００１０】
ウィスカの発生を効果的に抑制し、はんだの濡れ性を確保するために、合金メッキ層とスズメッキ層とを併せた厚さは２μｍ〜１２μｍであることが好ましい。また、基材は、無酸素銅線および銅を被覆した鋼線のいずれかであることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る電解コンデンサの斜視図である。
【図２】同実施の形態において、電解コンデンサのリード線の構造を示す部分断面斜視図である。
【図３】同実施の形態において、リード線の断面構造を示す電子顕微鏡写真である。
【図４】同実施の形態において、電解コンデンサの製造工程を示すフローチャートである。
【図５】同実施の形態において、電解コンデンサの製造方法の一工程を示す斜視図である。
【図６】同実施の形態において、図５に示す工程の後に行われる工程を示す斜視図である。
【図７】同実施の形態において、図６に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図８】同実施の形態において、電解コンデンサのリード線の評価結果を示す図である。
【図９】従来の電解コンデンサの斜視図である。
【図１０】従来の電解コンデンサに使用されているリード線の構造を示す部分断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態
本発明の実施の形態に係る電解コンデンサについて説明する。図１に示すように、電解コンデンサ１では、陽極リード線８ａと陰極リード線８ｂが、互いに間隔を隔ててアルミニウムケース１２の開口端側から突出するように配置されている。陽（陰）極リード線８ａ（８ｂ）は、コンデンサ素子２において巻回された陽（陰）極箔（図示せず）の長手方向の所定の位置にリードタブ７（図５参照）を介して取り付けられている。
【００１３】
本実施の形態に係る電解コンデンサでは、リード線（陽極リード線８ａ、陰極リード線８ｂ）８には、２層のメッキ層が形成されている。すなわち、図２および図３に示すように、基材９の表面に接触するように、１層目のメッキ層としてスズ（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）の合金メッキ層１０が形成され、さらに、その合金メッキ層１０の表面に接触するように、２層目のメッキ層としてスズメッキ層１１が形成されている。基材９として、無酸素銅線または銅を被覆した鋼線（ＣＰ線：Copper Clad Steel）あるいは無酸素銅線（ＯＦＣ線：Oxygen Free Copper）等が適用される。電解コンデンサの等価直列抵抗（ＥＳＲ：Equivalent Series Resistance）を低減する目的からは無酸素銅線が好ましい。また、基材の直径は、通常０．３〜１．０ｍｍである。後述するように、合金メッキ層１０とスズメッキ層１１とを併せた厚さは、２μｍ以上１２μｍ以下とされる。
【００１４】
次に、上述したリード線を備えた電解コンデンサの製造方法について説明する。図４に示すように、まず、ステップＳ１では、リード線となる基材を用意する。基材として、たとえば、直径０．４５ｍｍの無酸素銅線が好ましい。次に、ステップＳ２では、基材の表面にスズ（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）の合金メッキ層を形成する。次に、ステップＳ３では、合金メッキ層の表面にスズメッキ層を形成する。次に、ステップＳ４では、イオン注入法により、たとえば、注入エネルギ１０ＫｅＶ、注入量１×１０10／ｃｍ2の条件のもとで、リン（Ｐ）をリード線に注入する。発明者は、イオン注入装置として、ＵＬＶＡＣ社製ＩＭＸ−３５００イオン注入装置を用いた。
【００１５】
次に、ステップＳ５では、リード線の一端側にリードタブを接続する。次に、ステップＳ６では、リード線に接続されたリードタブを、帯状の陽（陰）極箔の長手方向の所定の位置に取り付ける。次に、ステップＳ７では、陽（陰）極箔を巻回する。このとき、図５に示すように、陽極リード線８ａが取り付けられた帯状の陽極箔３と、陰極リード線８ｂが取り付けられた陰極箔４とをセパレータ紙５を介在させて円筒状に巻回し、巻き終わった陽（陰）極箔３（４）の端部を巻き止めテープ６によって留める。こうして、図６に示すように、コンデンサ素子２が形成される。
【００１６】
次に、コンデンサ素子２に対して、２重量％のアジピン酸アンモニウム水溶液による切り口の化成処理を施し、そして、温度約２２０℃のもとで熱処理を施す。次に、希釈剤としてｎ−ブチルアルコールを含む４０重量％のパラトルエンスルホン酸鉄（III）と、３，４−エチレンジオキシチオフェンをコンデンサ素子２に含浸し重合させることにより、固体電解質としてポリ３，４−エチレンジオキシチオフェンを形成する。
【００１７】
次に、コンデンサ素子２に対してリード線８の側から封止用ゴムパッキング１３（図７参照）を装着する。次に、図７に示すように、封止用ゴムパッキング１３が装着されたコンデンサ素子２を有底のアルミニウムケース１２に収納する。最後に、アルミニウムケース１２の開口端側に横絞りとカール処理を施すことで、図１に示される電解コンデンサ１が完成する。
【００１８】
上述した電解コンデンサ１では、リード線８の基材９の表面に、スズ（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）の合金メッキ層１０とスズメッキ層１１との２層のメッキ層が形成されていることで、ウィスカの発生を抑制することができる。
【００１９】
ウィスカが発生するメカニズムの一つとして、次のように考えられる。まず、リード線の基材の表面にスズメッキ層を直接形成した従来のリード線の場合には、スズ（Ｓｎ）とリード線の基材の表面の銅（Ｃｕ）との間に、たとえば、Ｃｕ3Ｓｎ、Ｃｕ6Ｓｎ5等の金属間化合物が成長しやすくなることが考えられる。特に、電解コンデンサを製造する際に施される熱処理によって熱ストレスを受けた場合や、完成品として電解コンデンサが高温高湿度（例：６０℃、９０％）の雰囲気に晒された場合等では、このような金属間化合物は無秩序に成長し、この成長した金属間化合物が結果的にウィスカになると考えられる。
【００２０】
これに対して、上述した電解コンデンサにおけるリード線では、少なくとも表面に銅（Ｃｕ）が形成されている基材とスズメッキ層との間に、スズと銅の合金メッキ層を介在させていることで、基材の表面にスズメッキ層を直接形成した従来のリード線の場合に比べて、金属元素がより秩序よく配列されることになる。これにより、ウィスカの発生が抑制されると考えられる。
【００２１】
また、単層のスズメッキ層だけではリンを注入することによってウィスカを十分に抑制することができなかった場合でも、基材とスズメッキ層との間に、スズと銅の合金メッキ層を介在させてリンを注入することで、ウィスカの発生を十分に抑制できることがわかった。
【００２２】
さらに、２層のメッキ層が形成されたリード線では、基材にスズメッキ層を直接形成した従来のリード線と同等以上のはんだ濡れ性を確保できることがわかった。２層のメッキ層の膜厚は２μｍ〜１２μｍが好ましい。膜厚が２μｍよりも薄くなると、はんだ濡れ性が乏しくなる。一方、膜厚が１２μｍを越えると、コンデンサ素子内にチオフェン、ピロール等の導電性高分子、ＴＣＮＱ（テトラシアノキノジメタン：TetraCyanoQuinodimethane）錯塩等の固体電解質層を形成する過程における熱処理によって、２層のメッキ層が溶融してしまい、リード線の直径が不均一になることがある。また、その固体電解質層を形成する過程で発生する硫化ガス、シアンガスによって、２層のメッキ層が過度に変色してしまい、はんだ濡れ性が低下することがある。
【実施例】
【００２３】
次に、発明者によって行われたウィスカとはんだ濡れ性の評価について説明する。まず、リード線の基材として直径０．４５ｍｍの無酸素銅線の表面に、電解メッキ法により、スズ（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）の合金メッキ層とスズメッキ層との２層のメッキ層と、単層のスズメッキ層とをそれぞれ膜厚を振り分けて形成した。次に、イオン注入装置（ＵＬＶＡＣ社製：ＩＭＸ−３５００）を用いて、注入エネルギ１０ＫｅＶ、注入量１×１０10／ｃｍ2の条件のもとで、そのメッキ層が形成されたリード線にリンイオンを注入した。Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）装置（日本電子製）による評価では、注入されたリンは、リン酸スズ（ＳｎＰＯｘ）として存在することが確認された。そのリン酸スズにおけるｘの値は２．８であった。次に、リード線にリードタブ端子を接続した。
【００２４】
次に、そのリード線を用いて、前述した手法により電解コンデンサを作製した。まず、エッチング処理および化成処理（５Ｖ）を施したアルミニウム箔の陽極箔と陰極箔とをセパレータ紙を介在させて円筒状に巻回することにより、コンデンサ素子を形成した。次に、そのコンデンサ素子に、２重量％のアジピン酸アンモニウム水溶液による切り口の化成処理を施し、そして、温度約２２０℃のもとで熱処理を施した。
【００２５】
次に、希釈剤としてｎ−ブチルアルコールを含む４０重量％のパラトルエンスルホン酸鉄（III）と、３，４−エチレンジオキシチオフェンをコンデンサ素子に含浸し重合させることにより、固体電解質としてポリ３，４−エチレンジオキシチオフェンを形成した。次に、コンデンサ素子に封止用ゴムパッキングを装着してアルミニウムケースに収納した。最後に、アルミニウムケースの開口端側に横絞りとカール処理を施して電解コンデンサを完成させた。
【００２６】
完成した電解コンデンサのリード線を電子顕微鏡による観察を行い、メッキ層の膜厚を測定し、そのばらつきを評価した。なお、１条件につき２０本のリード線を評価した。
【００２７】
その後、電解コンデンサからリード線を切り取りリード線のはんだ濡れ性を評価した。はんだ濡れ性は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｃ ６００６８−２−５４）に規定されたはんだ付け試験に基づいて、ゼロクロスタイム（Ｚ.Ｃ.Ｔ）を測定した。ゼロクロスタイムとは、はんだ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、再び作用零値になる時点までの時間である。フラックスとして、ロジンを２５重量％含有するエタノール溶液を用いた。また、はんだ槽には鉛フリーはんだ（千住金属工業製  Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ：融点ピーク温度２１９℃）を用いた。一般に、ゼロクロスタイムは３秒以内が好ましいとされる。
【００２８】
次に、ウィスカについて評価をした。上記作製した電解コンデンサを、温度６０℃、相対湿度９０％のもとで、２０００時間の加速試験を行い、リード線の表面に発生したウィスカの数と長さとを測定した。ウィスカの数は、リード線とリードタブとの接続部分から１ｍｍ離れた部分の表面を写した電子顕微鏡写真（５００倍）を拡大し、そこに存在するウィスカの本数を数え上げた。また、ウィスカの長さは、電子顕微鏡写真（５００倍）を用いて測定した。評価結果を図８に示す。
【００２９】
図８に示すように、試料１〜８では、２層のメッキ層の膜厚とリンイオン注入を振り分けた。試料９〜１２では、単層のメッキ層の膜厚とリンイオン注入を振り分けた。試料９〜１２では、多数のウィスカが発生していることが確認された。また、メッキ層の膜厚が同じでも、リンイオンを注入することによってウィスカの発生数が減少することが確認された。特に、２層のメッキ層の膜厚を２μｍ〜１２μｍにした試料２〜５では、加速試験後においてもウィスカが発生していないことが確認された。また、試料２〜５では、メッキの膜厚のばらつきも低く、ゼロクロスタイムも３秒以内であることがわかった。
【００３０】
この評価結果から、所定の厚みを有する２層のメッキ層を形成したリード線を用いることで、電解コンデンサの製造工程において、ウィスカを除去するための付加的な熱処理や洗浄処理を設ける必要がなくなることがわかった。また、当該リード線を高温のもとで使用する電解コンデンサにも適用できることがわかった。この評価では、リード線の基材として無酸素銅線を用いた場合について説明したが、発明者は、ＣＰ線を適用した場合にも同様の効果が得られることを確認した。また、当該リード線を適用した電解コンデンサでは、電解コンデンサとして実使用上の問題のない特性を有しており、短絡不良もないことが確認された。なお、リード線を電解コンデンサに適用した場合について説明したが、電解コンデンサ以外の電子素子のリード線としても適用することができる。
【００３１】
今回開示された実施の形態および実施例は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３２】
１  電解コンデンサ、２  コンデンサ素子、３  陽極箔、４  陰極箔、５  セパレータ紙、６  巻き止めテープ、７  リードタブ端子、８  リード線、８ａ  陽極リード線、８ｂ  陰極リード線、９  基材、１０  合金メッキ層、１１  スズメッキ層、１２  アルミケース、１３  封止用ゴムパッキング。
【図１】
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【図２】
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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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【図３】
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