(57)【要約】 【課題】  熱応力に対し特性が良好な信頼性の高い固体電解コンデンサを提供する。【解決手段】  上面にコンデンサ素子接続面を、下面に実装電極面を備え、上下面を導通しそれぞれ千鳥状に配した第一の導電体２と第二の導電体３を有する絶縁板１からなる基材５と、第一の導電体２および第二の導電体３にそれぞれ接続される千鳥状に配した陽極部および陰極部を備えるコンデンサ素子６を有する固体電解コンデンサとする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面にコンデンサ素子接続面を下面に実装電極面を備え上下面を導通しそれぞれ千鳥状に配した第一の導電体と第二の導電体を有する絶縁板からなる基材と、
前記基材の上面において前記第一の導電体および第二の導電体にそれぞれ接続される千鳥状に配した陽極部および陰極部を備えるコンデンサ素子とを有し、
前記コンデンサ素子は板状または箔状の弁作用金属の母材を陽極とし、前記陽極の一部は陽極部として周囲に絶縁体を有する陽極電極により、前記基材の第一の導電体と接続され、前記陽極部を除く弁作用金属の母材の表面に酸化皮膜を誘電体として備え、前記誘電体の上に導電性高分子層が形成され、さらにその上に形成された陰極導電体層を陰極として備え、前記陰極の一部を陰極部として前記基材の第二の導電体と接続させたことを特徴とする固体電解コンデンサ。
【請求項２】
前記基材の上面または下面の少なくとも一方に、前記第一の導電体および第二の導電体の各々に接続された第一の金属板または金属箔と第二の金属板または金属箔を備えており、該金属板もしくは金属箔は前記陽極部および陰極部と接続されていることを特徴とする固体電解コンデンサ。
【請求項３】
前記基材の実装電極面側の表面での複合材料としての熱膨張係数が１６から２６ｐｐｍ／℃であることを特徴とする請求項１または２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、主として電子機器の電源回路に用いられるデカップリングコンデンサに関し、特に複数の実装端子を有する固体電解コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型・薄型化、高機能化が進展しているが、これを実現する有力な手法の１つとして回路駆動周波数の高周波化が挙げられる。これに対応するため固体電解コンデンサにおいては、インダクタンス（以降、ＥＳＬと呼称）の低減が大きな課題となりつつある。
【０００３】
ＥＳＬを増大させる原因として、デバイス内部の導電体の透磁率、デバイス内部から実装端子までの配線長・配線形状等があるが、正極および負極の実装端子の距離を近づけ、ループインダクタンスと呼ばれる正負の端子間に発生するインダクタンス成分を低減させ、さらに実装端子を増やし、正負の端子を一次元的に交互に配置する、または二次元的に千鳥状に配置するという手法が近年採用されている。
【０００４】
例えば、正極実装端子および負極実装端子が交互に配置されることにより、低ＥＳＬ化が図られたもので、交互の端子配置を実現するために、負極実装端子は、素子部の母材金属および固体電解質形成後の多孔質部に絶縁性樹脂部を設けた後、その中にスルーホールを形成し、その内部を導電体で充填することで素子部の陰極導電体と負極実装端子を接続し、正極実装端子は素子部の母材金属上に直接形成した構造が特許文献１に開示されている。尚、正極実装端子および負極実装端子が配置される面は絶縁保護層（外装樹脂）で覆われている。
【０００５】
また、母材金属にスルーホールを設けることなく千鳥状の端子配置を実現させた構造が特許文献２に開示されている。ここには、母材金属である弁作用金属シートの片面に多孔質化されていない電極部を設け、この電極部に接続される接続端子を正極実装端子としている。また、弁金属シートの残る部分を多孔質化した後、この部分に誘電体皮膜を形成し、この誘電体皮膜の上に固体電解質層と集電体層を形成して、この集電体層に接続される接続端子を負極実装端子としている。これら正極および負極実装端子はその間に介在する絶縁材によって絶縁された構造となっている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３４３６８６号公報
【特許文献２】特開２００２−２８９４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１に開示されている従来技術の固体電解コンデンサは、母材金属の多孔質部に所要の数の貫通孔（スルーホール）を設けた後、その貫通孔に絶縁樹脂を充填・硬化し、その硬化した樹脂部の中心に最初に設けた貫通孔の直径を超えない大きさの第二の貫通孔を設け、その内部をメッキ等で被覆・充填することにより導電体を形成しているが、ここで第二の貫通孔を形成する際に、機械的・熱的ストレスにより、樹脂部に亀裂を生じる、或いは孔周辺部の多孔質部にダメージを与える等により固体電解コンデンサの漏れ電流特性を劣化させることが多いという問題点がある。
【０００８】
また、上述した特許文献２に開示されている従来技術の固体電解コンデンサは、母材金属の多孔質部に貫通孔を形成していないので、上述した問題点を回避することが可能であるが、正極および負極の実装端子が、母材金属および母材金属の多孔質部上に直接形成されている為に、この固体電解コンデンサを基板に実装する際、あるいは実装後の温度サイクルにおいて、基板と固体電解コンデンサの熱膨張係数の差によって生じる熱応力によって、固体電解コンデンサの特性、特に等価直列抵抗が劣化するという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、本発明の課題は熱応力に対して特性が良好な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】
【００１０】
本発明によれば、上面にコンデンサ素子接続面を下面に実装電極面を備え上下面を導通しそれぞれ千鳥状に配した第一の導電体と第二の導電体を有する絶縁板からなる基材と、前記基材の上面において前記第一の導電体および第二の導電体にそれぞれ接続される千鳥状に配した陽極部および陰極部を備えるコンデンサ素子とを有し、前記コンデンサ素子は板状または箔状の弁作用金属の母材を陽極とし、前記陽極の一部は陽極部として周囲に絶縁体を有する陽極電極により、前記基材の第一の導電体と接続され、前記陽極部を除く弁作用金属の母材の表面に酸化皮膜を誘電体として備え、前記誘電体の上に導電性高分子層が形成され、さらにその上に形成された陰極導電体を陰極として備え、前記陰極の一部を陰極部として前記基材の第二の導電体と接続させたことを特徴とする固体電解コンデンサが得られる。
【００１１】
また本発明によれば、前記基材の上面または下面の少なくとも一方に、前記第一の導電体および第二の導電体の各々に接続された第一の金属板または金属箔と第二の金属板または金属箔を備えており、該金属板もしくは金属箔は前記陽極部または陰極部と接続されていることを特徴とする固体電解コンデンサが得られる。
【００１２】
さらに本発明によれば、前記基材の実装電極面側の表面の複合材料の熱膨張係数が１６から２６ｐｐｍ／℃であることを特徴とする固体電解コンデンサが得られる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の固体電解コンデンサは、コンデンサ素子が基材を介して基板に実装される形態をとるので、基板実装時、あるいは実装後の温度サイクルにおける熱応力が緩和され、固体電解コンデンサの特性、特に等価直列抵抗が劣化するのを抑制する効果があり、熱応力に対し信頼性の高い固体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】
次に、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は本発明の第一の実施の形態の固体電解コンデンサの斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ線における模式断面図である。なお図１は便宜上、上下を逆にし、実装電極面を上にして示している。
【００１６】
第一の実施の形態の固体電解コンデンサは、図１、図２に示すように、上面にコンデンサ素子接続面を、下面に実装電極面を備えた基材５と、基材５の上に接続されたコンデンサ素子６から構成される。基材５は格子状に貫通穴を有する絶縁板１と前記貫通穴内部に前記絶縁板１の表裏を貫通する第一の導電体（陽極ビア）２と第二の導電体（陰極ビア）３を千鳥状に配置し、前記第二の導電体（陰極ビア）３上に銅などの金属板もしくは金属箔からなる陰極電極板４を有している。コンデンサ素子は前記基材５の上の前記第一の導電体（陽極ビア）２および第二の導電体（陰極ビア）３に接続される千鳥状に配置した陽極部および陰極部を備えている。  
【００１７】
上述したコンデンサ素子６はタンタル、ニオブ、アルミまたはそれらの合金からなる板状または箔状の弁作用金属の母材を陽極７とし、この陽極７の一部すなわち前述した陽極部から所要の数だけ金、アルミなどの金属を使って陽極電極８を取り出しており、陽極電極８は第一の導電体（陽極ビア）２と電気的に接続されている。また、前述した陽極電極８の外周部にはエポキシ樹脂等の絶縁樹脂等からなる絶縁体９が例えばスクリーン印刷等の塗布工法等により形成されている。そして、陽極電極８を除く陽極７の表面には、誘電体１０があり、陽極電極８および絶縁体９を除き、その上には導電性高分子層１１およびグラファイト、銀などからなる陰極導電体１２がある。なお、誘電体層、導電性高分子層、陰極導電体は陽極の表面すなわち上下面および側面に形成される。また、陰極導電体１２の一部すなわち前述した陰極部は、前述した第二の導電体（陰極ビア）３と陰極電極板４を介して接続されている。陰極電極板４は必須ではないが陰極電極板４を配することにより第二の導電体（陰極ビア）３上にエリアを拡大し接続の安定性を得ることができる。
【００１８】
ここで、基材５の絶縁板１はガラエポ、液晶ポリマーなどから選ばれる絶縁基材であり、この絶縁板１を格子状に貫通する陽極ビア２および陰極ビア３は銅などを使っためっきまたは導電ペーストで形成される。なお、コンデンサ素子６の上面は外装材１３で被覆されている。
【００１９】
基板の表面の熱膨張係数は１７から２５ｐｐｍ／℃であることが好ましく、その理由は、上記範囲内の熱膨張係数を有する基板を設計し固体電解コンデンサの構成部品の一部として用いた場合に、実装時の不良発生が少なくなることを見出したからである。
【００２０】
図３は本発明の第二の実施の形態の固体電解コンデンサの模式的断面図である。
【００２１】
第二の実施の形態の固体電解コンデンサは、第一の実施の形態と比較し基材の構成が異なる。図３に示すように、第二の実施の形態の固体電解コンデンサにおいて上面にコンデンサ素子接続面を、下面に実装電極面を備えた基材５は、格子状に貫通穴を有する絶縁板１と前記貫通穴内部に前記絶縁板１の表裏を貫通する第一の導電体（陽極ビア）２と第二の導電体（陰極ビア）３を千鳥状に配置し、前記陽極ビア２および陰極ビア３上に銅などの金属板もしくは金属箔からなる陽極電極板１４および陰極電極板４を同一面、ここではコンデンサ素子接続面上に有しており、さらに前記陽極電極板１４および陰極電極板４と相対する主面には、陽極ビア２と陰極ビア３上に銅などの金属板もしくは金属箔からなる複数の実装端子板１５を同一面、ここでは実装電極面上に有している。この実装端子板１５は所要の大きさの円状の露出部（この部分が実装の際、接続される）を残して絶縁層１６で被覆されている。絶縁層１６は厚み１０μｍ程度のレジスト層であり、印刷法もしくはテープ材を用いて形成することができる。
【００２２】
以下は、本発明の固体電解コンデンサについて、幾つかの実施例を挙げ、その製造工程を含めて具体的に説明する。
【実施例１】
【００２３】
本発明の実施例１の固体電解コンデンサについて、本発明の第一の実施の形態の固体電解コンデンサで参照した図２を使用してその製造方法を含めて具体的に説明する。
【００２４】
（第一工程：陽極電極用絶縁体形成）
まず、コンデンサ素子の製造について説明する。アルミ電解コンデンサ用として市販されている単位平方センチメートルあたりの出現容量が２００μＦで、誘電体を形成する際の化成電圧が９Ｖの箔を選択した。この箔を４ｍｍ角の大きさに切断し、その片側の基板側の面の、陽極７の誘電体１０上に、０．６ｍｍピッチの格子点に千鳥状に直径０．６ｍｍの円状にエポキシ樹脂を印刷法で塗布して１．２ｍｍピッチで絶縁体９を形成した。
【００２５】
（第二工程：陽極電極形成）
しかる後、絶縁体９の中心をレーザーで除去し、φ０．３ｍｍの大きさのアルミ箔の芯を露出させ、ここに金バンプを形成して陽極電極８を引き出した。これを陽極部と称す。
【００２６】
（第三工程：導電性高分子層および陰極導電体形成）
続いて、基板側の陽極電極８および絶縁体９の周囲の誘電体１０上に、および反対側の誘電体１０上に、導電性高分子層１１を形成し、さらに、グラファイト、銀ペーストを順次重ねて形成することによって、陰極導電体１２を形成した。
【００２７】
（第四工程）
次いで、前記０．６ｍｍピッチの格子点に千鳥状に形成した絶縁体９の位置を中心として、φ０．６ｍｍの大きさにクリヌキ加工した厚み１８μｍの銅箔（図示省略）を第３工程まで完了したコンデンサ素子と銀ペースト（図示省略）を用いて接続した。
【００２８】
（第五工程：基材との接続）
しかる後、ガラス不織布を含有するエポキシ樹脂（ガラエポ）からなる厚み６０ミクロンの基材をコンデンサ素子６の上下から包み込むようにして張り合わせ、上面の基材は外装材１３、下面の基材は絶縁板１とした。次に、絶縁板１において、前記０．６ｍｍピッチの格子点にレーザーを用いて、φ０．１５ｍｍの大きさの貫通孔を設けて、さらに、この貫通孔内部に銅めっきを用いて導電体すなわち陽極ビア２および陰極ビア３を形成することによって、第二工程で形成した陽極電極８と陽極ビア２を接合し、同時に、第三工程で形成した陰極導電体１２と陰極ビア３を接続した。ここで、陽極ビア２および陰極ビア３内部を全て導体で埋めることによって、それぞれのビアの表面は実装端子としての機能を有する。
【００２９】
このようにして得られた固体電解コンデンサ１０個の平均的な電気特性は、１２０Ｈｚの容量は２０μＦ、１００ｋＨｚの等価直列抵抗は１０ｍΩであった。
【実施例２】
【００３０】
本発明の実施例２の固体電解コンデンサについて、本発明の第二の実施の形態の固体電解コンデンサで参照した図３を使用してその製造方法を含めて具体的に説明する。
【００３１】
実施例２の固体電解コンデンサは、前述した実施例１の第一工程から第四工程までと同じ方法によってコンデンサ素子６を製作した。
【００３２】
（第五工程：基材作製）
次に、ガラス不織布を含有するエポキシ樹脂からなる厚み６０ミクロンの基材５の両面に厚み１８μｍの銅箔を予め貼り合わせておき、しかる後、前記６０ミクロン厚の基材を貫通する穴（φ０．０９ｍｍの大きさ）を０．６ｍｍピッチの格子点にレーザーを用いて開け、さらにこの穴内部に銅めっきを用いて、両面の銅箔を電気的に接続させ陽極ビア２、陰極ビア３を形成した。続いて、両面の銅箔を所定の形状にエッチングを用いて加工した。すなわち、コンデンサ素子６と接する面の銅箔は、前記コンデンサ素子６に千鳥状に設けた陽極電極８および陰極と相対する部分の銅箔すなわち陽極電極板１４と陰極電極板４のみを残して、その他の部分の銅箔をエッチング除去することにより、残った銅箔の表面を絶縁分離した。同様に、反対側の面（実装面）の銅箔についても、陽極ビア２および陰極ビア３直下の領域を含む所定の大きさだけを残して、それ以外の部分の銅箔をエッチング除去することにより、同様に、残った銅箔すなわち実装端子板１５を絶縁分離した。ここで、エッチング処理で残す銅箔の領域はそれぞれ陽極電極板１４がφ０．３ｍｍ、陰極電極板４がφ０．６ｍｍ、実装端子板１５がφ０．５ｍｍの大きさである。このようにして得られた基材はさらに、実装端子板１５の上に所定の大きさ（ここではφ０．３ｍｍ）を露出させて、残る部分を１０μｍの厚さでエポキシ樹脂をスクリーン印刷により絶縁層１６で被覆することによって、実装端子を所定の大きさに形成して基材５を完成した。
【００３３】
（第六工程：基材とコンデンサ素子との接続）
次に、第四工程で準備した基材５をコンデンサ素子６と接続した。その方法は、コンデンサ素子６の陰極導電体１２と基材５の陰極電極板４とを銀ペーストなどの導電ペースト（図示省略）を用いて接着させるとともに、陽極は、第二工程で形成したコンデンサ素子６の陽極７から引き出した金バンプからなる陽極電極８と基材５の陽極電極板１４とを重ね合わせて、加圧下で過熱することによって接合させた。
【００３４】
（第七工程：外装）
最後に、基材５とコンデンサ素子６との合体構成物の上に、外装材１３を貼りあわせて外装することによって、固体電解コンデンサを完成させた。
【００３５】
このようにして得られた固体電解コンデンサ１０個の平均的な電気特性は、１２０Ｈｚの容量は２０μＦ、１００ｋＨｚの等価直列抵抗は１１ｍΩであった。また、基材５の実装電極面側の熱膨張係数は２０ｐｐｍ／℃であった。
【実施例３】
【００３６】
本発明の実施例３は上述した第二の実施の形態に係る固体電解コンデンサであって、実施例２との相違点は、基材５の実装電極面側の熱膨張係数が１６ｐｐｍ／℃であることである。本実施例の固体電解コンデンサの製造方法は実施例２とほぼ同じであるから、この相違点について、実施例２の製造工程を引用して説明する。相違点は、実施例２記載の第四工程：基材準備において、厚さ６０μｍの基材中に含まれるガラス不織布の含有率を１０％だけ実施例２に比べて増大させ、かつこの基材の両面に貼りあわせる銅箔の厚みを２５μｍに代えた。その他の製造条件は実施例２と同様にして製作した。
【００３７】
このようにして得られた固体電解コンデンサ１０個の平均的な電気特性は、１２０Ｈｚの容量は２０μＦ、１００ｋＨｚの等価直列抵抗は１０．５ｍΩであった。
【実施例４】
【００３８】
本発明の実施例４は上述した第二の実施の形態に係る固体電解コンデンサであって、実施例２との相違点は、基材５の実装電極面側の熱膨張係数が２６ｐｐｍ／℃であることである。本実施例の固体電解コンデンサの製造方法は実施例２とほぼ同じであるから、この相違点について、実施例２の製造工程を引用して説明する。相違点は、実施例２記載の第五工程：基材作製において、厚さ６０μｍの基材を厚さ１００μｍに代え、さらに、この基材中に含まれるガラス含有率を２０％だけ実施例２に比べて減少させた。その他の製造条件は実施例２と同様にして製作した。
【００３９】
このようにして得られた固体電解コンデンサ１０個の平均的な電気特性は、１２０Ｈｚの容量は２０μＦ、１００ｋＨｚの等価直列抵抗は１２ｍΩであった。
【００４０】
（比較例）
比較例として、特許文献２に開示されている公知技術を用いて固体電解コンデンサ１０個を製作した。すなわち実施例１と同様に第一工程から第四工程まで実施してコンデンサ素子を形成した後、陽極電極と陰極導電体の一部を残してエポキシ樹脂で被覆した。ここで得られた固体電解コンデンサ１０個の平均的な電気特性は、１２０Ｈｚの容量は２０μＦ、１００ｋＨｚの等価直列抵抗は１１ｍΩであった。
ここで、本実施例の固体電解コンデンサの製作条件、すなわち、使用するアルミ箔、誘電体を形成する為の化成電圧、陽極引き出し部の面積およびその周囲の絶縁体の大きさなど、固体電解コンデンサの容量、等価直列抵抗に影響を及ぼす設計因子は前述した実施例２と同じ条件とした。
【００４１】
以上のようにして得られた固体電解コンデンサを、鉛フリーはんだを用いて２４５℃１０秒のリフロー炉を通して基板に実装した後、さらに繰り返し２回の２４５℃リフローを行い、さらに、−５５℃〜＋１２５℃（保持時間３０分）の温度サイクルを５００サイクル行った。これら一連の試験前後の各実施例、比較例の固体電解コンデンサ１０個の平均の容量と等価直列抵抗を表１に示す。
【００４２】
【表１】
2008218779.tif 000003
【００４３】
表１からわかるように、本発明の実施例１〜４は比較例に比べて、一連の信頼性試験において優れた特性を示した。特に、熱膨張係数を変えた実施例２、３、４を比較すると、熱膨張係数が１６ｐｐｍ／℃（実施例３の値）より大きく、かつ２６ｐｐｍ／℃（実施例４の値）未満の範囲にある実施例２が良好な信頼性を有することがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係わる固体電解コンデンサの斜視図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態に係わる固体電解コンデンサの模式的断面図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態に係わる固体電解コンデンサの模式的断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１    絶縁板
２    第一の導電体（陽極ビア）
３    第二の導電体（陰極ビア）
４    第二の金属板（陰極電極板）
５    基材
６    コンデンサ素子
７    陽極
８    陽極電極
９    絶縁体
１０    誘電体
１１    導電性高分子層
１２    陰極導電体
１３    外装材
１４    第一の金属板（陽極電極板）
１５    実装端子板
１６    絶縁層
【図１】
2008218779.tif 000004
【図２】
2008218779.tif 000005
【図３】
2008218779.tif 000006