(57)【要約】      （修正有）【課題】陽極接続が良好な積層型固体電解コンデンサを提供する。【解決手段】表面に誘電体となる酸化皮膜を有する弁作用金属の、一方の側に固体電解質層及び陰極引出層からなる陰極部Ｎ１〜Ｎ４を、他方の側に弁作用金属の露出部である陽極部Ｐ１〜Ｐ４を備えたコンデンサ素子基板Ｃ１〜Ｃ４が複数枚積層されて、陽極部Ｐ１，Ｐ２とリードフレーム７，７’とを抵抗溶接で溶接し、溶接箇所を抵抗溶接の接合幅の５０〜１００％となるスポット径のレーザー溶接により導電接合する。【選択図】図４
2008282955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に誘電体となる酸化皮膜を有する弁作用金属の、一方の側に固体電解質層および陰極引出層からなる陰極部を、他方の側に前記弁作用金属の露出部である陽極部を備えたコンデンサ素子基板が、複数枚積層されてなる積層型固体電解コンデンサにおいて、
前記陽極部とリードフレームとを抵抗溶接で溶接した抵抗溶接部と、該抵抗溶接部に前記抵抗溶接の接合幅の５０〜１００％となるスポット径のレーザー溶接によるレーザー溶接部を有することを特徴とする積層型固体電解コンデンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のコンデンサ素子基板を複数枚、陰極部を中心として、その陽極露出部の方向が交互に左右互い違いになるように積層することを特徴とする積層型固体電解コンデンサ。
【請求項３】
請求項１に記載の抵抗溶接部を複数設けたことを特徴とする積層型固体電解コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体電解質を陰極として備えた電解コンデンサに関し、特に積層型の固体電解コンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体電解コンデンサとしては、アルミニウム、タンタルなどの弁作用金属を陽極とし、その表面に陽極酸化皮膜を形成して誘電体層とし、その上に固体電解質層、陰極引出層が順次形成された後、樹脂パッケージにより樹脂封止された構造のものが多く使われている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記のコンデンサは、例えばバイパスコンデンサとしてＣＰＵなどの電子機器と電源回路との間に接続されて使用される。最近では、電子デバイスの高速化およびデジタル化に伴い、安定性がよくかつ高速応答が可能な電源系が必要とされる。
そのため、ノイズの除去や電源系の安定のために用いられる固体電解コンデンサも、広い周波数領域においてノイズ除去特性に優れ、また電力供給に際して高速応答性に優れることが要望される。また、大電流の電力供給に対応して静電容量が大きいことや発火防止の信頼性が高いことも強く要望される。（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
これらの要望に対して実装時の占有面積をできるだけ抑えたままで大容量化、低ＥＳＲ化を図る方法として平板状の素子や薄型の焼結体素子を積層する技術が実用化されている。（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
積層型固体電解コンデンサの構造としては、陽極部と陰極部を備えた平板状のコンデンサ素子基板をその陽極部は陽極部同士、陰極部は陰極部同士が互いに重なり合うように、複数枚積層してコンデンサ素子ユニットを作製し、それらユニットを一つのリードフレーム上に複数個パラレルに接続した２端子構成のものが知られている（例えば、特許文献４参照）。
【０００６】
また、陽極部と陰極部を備えた平板状のコンデンサ素子基板を陽極部が陰極部を中心になるように交互に互い違いになるように複数枚積層した３端子構造のものもある（例えば、特許文献５参照）。
【０００７】
このような積層構造を有する固体電解コンデンサでは、複数のコンデンサ素子陽極部と陽極リードフレームを接続する必要があるため、強度的に安定している溶接を行う。溶接方法としては、抵抗溶接、アーク溶接、レーザー溶接、超音波溶接等が知られている。（例えば、特許文献６参照）。
【特許文献１】特許第２９６９６９２号公報
【特許文献２】特開２００５−２２３１１３号公報
【特許文献３】特開２００５−１５８７６９号公報
【特許文献４】特開２０００−１３８１３８号公報
【特許文献５】特願２００５−３０８８４６号公報
【特許文献６】特開２００３−２５７７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記溶接のなかで、レーザー溶接は、コンデンサ素子の陽極部および陽極フレームを一様に溶融することができるため、その他の溶接（抵抗溶接、アーク溶接、超音波溶接）に比べ溶接点が強固であり、接続強度に優れている。
【０００９】
しかしながら、レーザー溶接の場合は、コンデンサ素子陽極部間または陽極部と陽極リードフレーム間に微小な空間がある場合、陽極部および陽極リードフレームを一様に溶融させることができず接続不良が発生してしまうという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題を解決するため、本発明に係る積層型固体電解コンデンサは、表面に誘電体となる酸化皮膜を有する弁作用金属の、一方の側に固体電解質層および陰極引出層からなる陰極部を、他方の側に弁作用金属の露出部である陽極部を備えたコンデンサ素子基板が、複数枚積層されてなる積層型固体電解コンデンサにおいて、陽極部とリードフレームとを抵抗溶接で溶接した抵抗溶接部と、この抵抗溶接部に抵抗溶接の接合幅の５０〜１００％となる（所謂はみ出さない大きさの）スポット径のレーザー溶接によるレーザー溶接部を有する。
【００１１】
好ましくは、コンデンサ素子基板を複数枚、陰極部を中心として、その陽極露出部の方向が交互に左右互い違いになるように積層する。
【００１２】
さらに好ましくは、抵抗溶接部を複数設ける。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によって提供される積層型固体電解コンデンサは、コンデンサ素子陽極部同士および陽極リードフレーム間を抵抗溶接で溶接した後、略長方形となる溶接箇所の中心部をその接合部位の幅よりも小さなスポット径のレーザー溶接により導電接合する。
これにより、接合困難なアルミニウム箔と銅系リードフレームの電気的、物理的な接合を可能にし、コンデンサ素子の陽極部と陽極フレームの結合を安定にし、電気抵抗の低い接続ができる。また、結合部が強固であるため、熱ストレスに対する性能も向上する。
【００１４】
その結果、より低ＥＳＲの積層型固体電解コンデンサが得られるとともに、陽極外れが原因の接触不良などによる性能劣化を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づき、本発明に係る積層型固体電解コンデンサの実施例について詳細に説明する。
【００１６】
図１および図２は、本発明の積層型固体電解コンデンサにおいて、積層される前のコンデンサ素子基板の基本構成を説明するための図である。図１は、１個のコンデンサ素子基板Ｃの外観斜視図である。図２は、図１の詳細構成を示す断面図である。なお、図２では説明の便宜上、厚さは拡大して表示した。図４は、４枚のコンデンサ素子基板を積層した積層型固体電解コンデンサを示す斜視図である。
【００１７】
図１および図２において、１は、アルミニウム、タンタルなどの弁作用金属を粗面化した薄板（箔）を示し、陽極を構成する部分である。２は、表面が粗面化された弁作用金属薄板１の表面に形成された酸化皮膜層を示し、誘電体を構成する層である。３は、酸化皮膜層（誘電体層）２の右側部分の表面に形成された固体電解質層を示し、陰極部を構成する層で、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＴ）などの導電性高分子を含む電解質を化学重合によって形成した層である。４および５は、陰極引出層で、各々４はカーボン層、５は銀層である。
【００１８】
なお、機能的には弁作用金属薄板１全体が陽極であるが、本実施例では、弁作用金属薄板１の陰極部（固体電解質層）３が形成されていない部分、即ち図２の左側に突出している部分を陽極部（陽極露出部）Ｐとし、固体電解質層３、カーボン層４および銀層５からなる部分を陰極部Ｎとする。
【００１９】
図１および図２に示すように、コンデンサ素子基板Ｃは、陽極部Ｐおよび陰極部Ｎで構成されている。陽極部Ｐと陰極部Ｎとの間は、絶縁性マスキング部材６によって完全に絶縁隔離されている。
【００２０】
図４に示すように、本実施例の積層型固体電解コンデンサは、４枚のコンデンサ素子基板Ｃ１〜Ｃ４を複数枚積層して構成されている。各コンデンサ素子基板Ｃ１〜Ｃ４は、陰極部Ｎ１〜Ｎ４を中心として、陽極部Ｐ１〜Ｐ４が交互に左右に配置されている。
【００２１】
上記固体電解コンデンサは、コンデンサ素子基板Ｃ１〜Ｃ４の各陰極部Ｎ１〜Ｎ４間、コンデンサ素子基板Ｃ１の陰極部Ｎ１と陰極リードフレーム８との間が、導電性接着剤により電気的に導電接続されている。
【００２２】
さらに、上記固体電解コンデンサは、図３に示すように、コンデンサ素子基板Ｃ１〜Ｃ４の陽極部Ｐ１〜Ｐ４間、およびコンデンサ素子基板Ｃ１，Ｃ２の陽極部Ｐ１，Ｐ２と陽極リードフレーム７、７’との間を、抵抗溶接で溶接することにより３箇所仮止めした後（３箇所の抵抗溶接部１０）、この抵抗溶接部１０に、抵抗溶接の接合幅の５０〜１００％となる（所謂はみ出さない大きさの）スポット径のレーザー溶接により導電接合する（３箇所のレーザー溶接部１１）。その後、リードフレーム７，７’に接続された固体電解コンデンサは外装樹脂９により封止される。
【００２３】
次に、本発明に係る積層型固体電解コンデンサの効果を説明するために実施例、従来例および比較例を以下に示す。
【００２４】
（実施例１）
表面を電気化学的に粗面化した厚さ０．１ｍｍの長尺のアルミニウム箔を弁作用金属薄板１として、このアルミニウム箔１をアジピン酸アンモニウム水溶液中で１０Ｖの電圧を印加して約６０分間陽極酸化を行い、表面に誘電体層（酸化皮膜層）２を形成する。
【００２５】
このようにして誘電体層（酸化皮膜層）２が形成されたアルミニウム箔（弁作用金属）１を、図１に示したように、幅（ｗ）１１ｍｍ、長さ（ｌ）１１ｍｍの寸法に裁断し、図２に示すように、適切な位置に絶縁性樹脂などのマスキング部材６を周方向に塗布して、左右の領域（陽極部Ｐと陰極部Ｎ）を区分する。
【００２６】
その後、裁断によってアルミニウム箔（弁作用金属）１が露出した端面部を、再度アジピン酸アンモニウム水溶液中で１０Ｖの電圧を印加して約３０分間酸化処理を行い、裁断面にも誘電体層（酸化皮膜層）２を形成する。その後、マスキング部分６より右側部分に、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＴ）からなる固体電解質層３、カーボン層４および銀層５を設けて陰極部Ｎを形成する。
【００２７】
図４に示すように、４枚のコンデンサ素子基板Ｃ１〜Ｃ４の陰極部Ｎ１〜Ｎ４を順次積層し、それぞれの積層面の間を、導電性接着剤（図示を省略する）を介して密に接合する。一方、各コンデンサ素子基板Ｃ１〜Ｃ４の、陽極部Ｐ１、Ｐ３を左側に、陽極部Ｐ２、Ｐ４を右側に、即ち交互に反対方向になるように積層する。
【００２８】
本実施例では、左側に突出した陽極部Ｐ１、Ｐ３および下面の陽極電位取り出し用リードフレーム７、右側に突出した陽極部Ｐ２、Ｐ４および陽極電位取り出し用リードフレーム７’を、それぞれ直径５０ｍｍ、幅０．８ｍｍの円板電極を用いて、円板電極の円周部の一部をコンデンサ素子基板に押しあてて、抵抗溶接で１５００ｍＶ、２．５ｍｓの条件で３箇所仮止めした後、抵抗溶接した箇所の中心部を、レーザーのスポット径がφ＝０．８ｍｍ（抵抗溶接の接合部位の幅０．８ｍｍの１００％）のＹＡＧレーザー溶接により導電接合した。
この時、抵抗溶接による接合部１０は略長方形となり、その大きさは、幅０．８ｍｍ×長さ３．７ｍｍとなる。８は陰極電位取り出し用のリードフレームであり、陰極部Ｎ１と導電性接着剤を介して接続した。また、レーザー溶接の出力波形は４．０Ｊで２．５ｍｓ照射後、２．４Ｊで５．０ｍｓ照射する２段階波形とした。
なお、今回のリードフレームの材料には銅合金系を使用した。
【００２９】
なお、陽極部Ｐ１〜Ｐ４の表面に形成される酸化皮膜２は、抵抗溶接した際、溶接温度によって接合面の皮膜２は溶解されるので、電気的には完全に導電接合される。
その後、図４に示すように、リードフレーム（端子板）７、７’、８の外部回路との接続部だけを露出させた状態で、全体を樹脂９（破線）で外装し、積層型固体電解コンデンサを作製した。
【００３０】
（実施例２）
実施例２は、上記実施例１と略同様であるので、異なる点のみ説明する。本実施例では、陽極部Ｐ１〜Ｐ４と陽極リードフレーム７，７’とを、実施例１と同様の円板電極を用いて、円板電極の円周部の一部をコンデンサ素子基板に押しあてて抵抗溶接し、各３箇所仮止めした後、レーザーのスポット径をφ＝０．４ｍｍ（抵抗溶接の接合部位の幅０．８ｍｍの５０％）とし、中心部をＹＡＧレーザー溶接により導電接合し、積層型固体電解コンデンサを作製した。
【００３１】
（比較例１）
比較例１は、上記実施例１と略同様であるので、異なる点のみ説明する。本比較例では、陽極部Ｐ１〜Ｐ４と陽極リードフレーム７，７’とを、実施例１と同様の円板電極を用いて、円板電極の円周部の一部をコンデンサ素子基板に押しあてて抵抗溶接し、各３箇所仮止めした後、レーザーのスポット径をφ＝１．２ｍｍ（抵抗溶接の接合部位の幅０．８ｍｍよりも大きい）とし、中心部をＹＡＧレーザー溶接により導電接合し、積層型固体電解コンデンサを作製した。
【００３２】
（比較例２）
比較例２は、上記実施例１と略同様であるので、異なる点のみ説明する。本比較例では、陽極部Ｐ１〜Ｐ４と陽極リードフレーム７，７’とを、実施例１と同様の円板電極を用いて、円板電極の円周部の一部をコンデンサ素子基板に押しあてて抵抗溶接し、各３箇所仮止めした後、レーザーのスポット径をφ＝０．３ｍｍ（抵抗溶接の接合部位の幅０．８ｍｍの４０％）とし、中心部をＹＡＧレーザー溶接により導電接合し、積層型固体電解コンデンサを作製した。
【００３３】
（従来例１）
従来例１は、上記実施例１と略同様であるので、異なる点のみ説明する。本従来例１では、陽極部Ｐ１〜Ｐ４と陽極リードフレーム７，７’とを、実施例１と同様の円板電極を用いて、円板電極の円周部の一部をコンデンサ素子基板に押しあてて抵抗溶接し、各３箇所仮止めし、その後のレーザー溶接は行わずに、積層型固体電解コンデンサを作製した。
【００３４】
（従来例２）
従来例２は、上記実施例１と略同様であるので、異なる点のみ説明する。本従来例２では、抵抗溶接は行わずに、左側に突出した陽極部Ｐ１、Ｐ３および下面の電位取り出し用リードフレーム７、右側に突出した陽極部Ｐ２、Ｐ４および電位取り出し用リードフレーム７’をＹＡＧレーザー溶接により３箇所、導電接合し、積層型固体電解コンデンサを作製した。
【００３５】
図５は、実施例、比較例および従来例の積層型コンデンサについて、温度サイクル試験を行ったときのＥＳＲ（ｍΩ）を実測した結果を示すグラフ図である。ＥＳＲは１００ｋＨｚで測定した。また、温度サイクル条件は、−５５℃〜＋１２５℃の温度条件で１０００回行った。
【００３６】
図５から分かるように、実施例の積層型固体電解コンデンサのＥＳＲ値は、温度サイクル１０００回後も初期と同等の値を示すのに対して、従来例および比較例の積層型固体電解コンデンサのＥＳＲ値は、温度サイクル５００回後からすでに劣化が見られる。
【００３７】
すなわち、従来例１のように抵抗溶接のみで陽極部を溶接した場合は、陽極部と陽極リードフレームの接合が不安定になる。また、従来例２のようにレーザー溶接のみで陽極部を溶接した場合は、陽極部と陽極リードフレームの間に空間が生じているため、接合が不安定になると考えられる。
【００３８】
また、比較例１のようにレーザー溶接のスポット径が、抵抗溶接の接合部より大きい場合は、箔が破れてコンデンサ素子が破損してしまうため、陽極部が劣化して熱ストレスに対して不安定になると考えられる。
【００３９】
上記の実施例では、固体電解質としてＰＥＤＴの場合について説明したが、ポリアニリン、ポリピロールなどの公知の導電性高分子も有効であることが確認されている。
【００４０】
上記の各実施例では、レーザー溶接の光源としてＹＡＧレーザーの場合について説明したが、ＹＶＯ４レーザー、炭酸ガスレーザー、アルゴンレーザーである場合でも有効であることが確認されている。
【００４１】
上記の各実施例では、レーザー溶接の出力波形が２段階波形の場合について説明したが、出力波形は、１段階でもよく３段階以上でもよく実質的に複数のコンデンサ素子とリードフレームが電気的、機械的に接続できればよい。
【００４２】
上記の各実施例では、リードフレームの材料として銅合金系の場合について説明したが、銅系である場合でも有効であることが確認されている。
【００４３】
上記の各実施例では、抵抗溶接３箇所について説明したが、抵抗溶接は１箇所でも３箇所以上でもよく、実質的に複数のコンデンサ素子とリードフレームが電気的、機械的に接続できればよい。
【００４４】
さらに、抵抗溶接部へのレーザー溶接は、各抵抗溶接部において、１箇所に限定されるものではなく、抵抗溶接部からはみ出さないように複数箇所行ってもよい。
【００４５】
また、上記の実施例より、レーザーのスポット径は、抵抗溶接の接合部位の縦方向の長さ（接合部の幅）の５０〜１００％である。上記の通り、５０％未満（比較例２）では、導電接続が十分でなくなる問題があり、１００％を超える（比較例１）と、箔が破れてコンデンサ素子が破損する問題がある。
【００４６】
また、実施例では、コンデンサ素子の陽極部とリードフレームの間は直接接続したが、コンデンサ素子の陽極部とリードフレームの間、コンデンサ素子の陽極部間の何れか一箇所以上にニッケル、鉄、銅、アルミニウムの何れか、またはそれらの合金のマクラ材を介在させてもよい。
【００４７】
上記各実施例では、電極として円板電極の場合について説明したが、形状は円柱電極でも長方形電極でもよく実質的に複数のコンデンサ素子とリードフレームが電気的、機械的に接続できればよい。
【００４８】
また、陰極電位取り出し用端子板、陽極電位取り出し用端子板は、実施例では積層体の下面に取り付けた例について説明したが、コンデンサの使用態様や用途に応じて積層体の側面または中間部から取り出すようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】１個のコンデンサ素子基板の外観斜視図である。
【図２】図１の詳細構成を示す断面図である。
【図３】コンデンサ素子の抵抗溶接箇所およびレーザー溶接箇所を示す平面図である。
【図４】４枚のコンデンサ素子基板を積層した固体電解コンデンサを示す斜視図である。
【図５】実施例、従来例および比較例の積層型固体電解コンデンサについて、温度サイクル試験を行ったときのＥＳＲ（ｍΩ）を実測した結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００５０】
Ｐ、Ｐ１〜Ｐ４  陽極部（陽極露出部）
Ｎ、Ｎ１〜Ｎ４  陰極部
Ｃ，Ｃ１〜Ｃ４  コンデンサ素子基板
１  弁金属薄板
２  誘電体層（酸化皮膜層）
３  固体電解質層
４  カーボン層
５  銀層
６  マスキング部材
７、７’  陽極電位取り出し用リードフレーム
８  陰極電位取り出し用リードフレーム
９  樹脂モールド
１０  抵抗溶接の箇所
１１  レーザー溶接の箇所
【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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