(57)【要約】【課題】  線材メーカー等から入手可能な、鉛フリーのスズメッキが施されたリード線を、そのままタブ端子に使用した場合であっても、溶接部分からのスズウィスカが発生せず、また、ウィスカ発生に起因する上記のような問題が解消され、しかもハンダ濡れ性も良好なタブ端子およびその製造方法を提供する。【解決手段】  芯材表面にスズからなる金属層が形成されてなるリード線端部に、圧扁部を有するアルミ芯線が溶接されてなる電解コンデンサ用タブ端子であって、前記リード線部と前記アルミ芯線との溶接部表面に、ウィスカの成長抑制処理が施されていることを特徴とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材表面にスズからなる金属層が形成されてなるリード線端部に、圧扁部を有するアルミ芯線が溶接されてなる電解コンデンサ用タブ端子であって、前記リード線と前記アルミ芯線との溶接部に、ウィスカの成長抑制処理が施されてなる、電解コンデンサ用タブ端子。
【請求項２】
前記のウィスカ抑制処理が、酸化スズ形成処理である、請求項１に記載のタブ端子。
【請求項３】
前記の酸化スズ形成処理により、前記リード線と前記アルミ芯線との溶接部に少なくともＳｎＯまたはＳｎＯ２が含まれてなる、請求項２に記載のタブ端子。
【請求項４】
前記の酸化スズ形成処理が、タブ端子を熱処理することにより行われる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のタブ端子。
【請求項５】
前記熱処理が、６０〜１８０℃の範囲において酸素雰囲気下で行われる、請求項４に記載のタブ端子。
【請求項６】
前記熱処理が、８０〜１５０℃の範囲において酸素雰囲気下で行われる、請求項４に記載のタブ端子。
【請求項７】
前記の酸化スズ形成処理が、溶剤処理により行われる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のタブ端子。
【請求項８】
前記溶剤処理が、リード線端部にアルミ芯線を溶接した直後に行われるものである、請求項７に記載のタブ端子。
【請求項９】
前記溶剤が、珪酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩、硫酸塩、およびこれらの混合物からなる群から選択される無機酸塩を含んでなる水溶液である、請求項７に記載のタブ端子。
【請求項１０】
前記溶剤が、さらにアンモニウム塩を含んでなる水溶液である、請求項９に記載のタブ端子。
【請求項１１】
前記水溶液の濃度が、１〜１０重量％である、請求項９または１０に記載のタブ端子。
【請求項１２】
請求項１〜１１に記載のタブ端子の製造方法であって、
芯材表面にスズからなる金属層が形成されてなるリード線端部に、圧扁部を有するアルミ芯線を溶接してタブ端子を準備する工程、および
前記溶接されたタブ端子を、熱処理する工程、
を含んでなる、タブ端子の製造方法。
【請求項１３】
前記熱処理が、６０〜１８０℃の範囲において酸素雰囲気下で行われる、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記熱処理が、８０〜１５０℃の範囲において酸素雰囲気下で行われる、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜１１に記載のタブ端子の製造方法であって、
芯材表面にスズからなる金属層が形成されてなるリード線端部に、圧扁部を有するアルミ芯線を溶接する工程、および
溶接直後に、前記溶接部分に溶剤を塗布して付着させる工程、
を含んでなる、タブ端子の製造方法。
【請求項１６】
前記溶剤が、珪酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩、硫酸塩、およびこれらの混合物からなる群から選択される無機酸塩を含んでなる水溶液である、請求項１５に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記溶剤が、さらにアンモニウム塩を含んでなる水溶液である、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記水溶液の濃度が、１〜１０重量％である、請求項１６または１７に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記溶接部分に溶剤を塗布する際の、溶接部分の温度が、８０〜２５０℃である、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解コンデンサに使用されるタブ端子に関し、特に、鉛フリーのスズメッキが施されたタブ端子、およびその製造方法に関する。
【従来技術】
【０００２】
電解コンデンサは、タンタル、アルミニウム等の弁作用金属からなる陽極電極箔と陰極電極箔とをセパレータを介して巻回してなるコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子に、液状電解質または固体電解質を保持させて外装ケース内に収納して構成されている。このような電解コンデンサにおいて、陽極電極箔と陰極電極箔とには、それぞれの電極を外部に接続するためのタブ端子が、ステッチ、超音波溶接等の公知の手段により接続されている。
【０００３】
当該タブ端子は、圧扁部、丸棒部、およびリード線部の三つの部分から構成されている。すなわち、電極箔に接合される部分は、巻回型のコンデンサ素子内に巻き込まれる関係から圧扁部とされ、外装ケースを密封する封口体に貫通挿入される部分は、封口体との間のシール性と機械的強度を確保するために丸棒部とされている。また、回路基板に実装される引出し部分は、実装時の取扱性を確保するために柔軟性を持つリード線部とされている。
【０００４】
このような三つの部分から構成されるタブ端子は、２種類の部材を溶接することによって作製されるのが通常である。すなわち、アルミ材等からなる芯線を用いて圧扁部と丸棒部とを形成し、当該丸棒部にリード線を溶接することによって作製される。また、電解コンデンサは回路基板にはんだ付けで実装されることから、当該リード線は、はんだ付け特性の向上のため、その表面にスズや鉛を含有するスズでメッキが施されたものが使用されている。
【０００５】
一方、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の開発がなされ始めている。電子部材として用いるリード線においても、従来の鉛含有スズメッキに替わり、鉛を用いない、いわゆる鉛フリーのスズメッキが使用され始めている。このような鉛フリーのスズメッキが施されたリード線を用いたタブ端子では、アルミ丸棒部とリード線部との溶接部分にスズのウィスカが発生するという問題がある。該ウィスカは経時的に成長するため、タブ端子製造後にウィスカを除去しても、その後に徐々にウィスカが成長する。従って、電解コンデンサを回路基板に実装した後に、陽極側のリード線から発生したウィスカと陰極側のリード線から発生したウィスカとが互いに接合したり、あるいは、リード線部に発生したウィスカが回路基板の表面まで達して、ひいては電解コンデンサの漏れ電流を増大させたり、ショートを発生させる恐れもある。
【０００６】
このような問題に対し、溶接部からのスズウィスカの発生を抑制するため、特開２０００−１２３８６号公報には、０．５〜１０．０ｗｔ％のビスマス等の金属を含有するスズからなる金属層が形成されたリード線を使用することが開示されている。このように、スズにビスマス等の金属を含有させることにより、ウィスカの発生を抑制することができる。
【０００７】
しかしながら、ビスマス等の金属を含有するスズが表面に形成されたリード線を得るためには、当該金属を所定量含有するスズ合金のメッキを施す必要があるため、線材メーカー等から入手できる鉛フリーのスズメッキされたリード線をタブ端子の製造に直接用いることができない。このように線材メーカー等から入手できるリード線をそのまま使用してタブ端子を製造することができれば、製造工程も複雑とならず、製造コストを増大させることもないと考えられる。
【０００８】
また、ウィスカが発生する部位はアルミ芯線とリード線との溶接部のみであるのに対し、ビスマス／スズ合金メッキはリード線全体に施されているため、ウィスカ発生と関係のない部分のメッキ処理が無駄になりコスト上昇を招く。
【０００９】
さらに、スズに他の金属を含有させすぎると、スズのみからなるメッキと比較して、ハンダ濡れ性等のメッキ特性が変化してしまう。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１２３８６号公報
【発明の概要】
【００１１】
本発明者らは、今般、スズメッキさたリード線の表面に酸化スズを形成することにより、ハンダ濡れ性を損ねることなく、ウィスカの発生が抑制できるとの知見を得た。本発明はかかる知見によるものである。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、線材メーカー等から入手できる、鉛フリーのスズメッキが施されたリード線を、そのままタブ端子に使用した場合であっても、溶接部分からのスズウィスカが発生せず、また、ウィスカ発生に起因する上記のような問題が解消され、しかもハンダ濡れ性も良好なタブ端子およびその製造方法を提供することにある。
【００１３】
本発明による電解コンデンサ用タブ端子は、芯材表面にスズからなる金属層が形成されてなるリード線端部に、圧扁部を有するアルミ芯線が溶接されてなる電解コンデンサ用タブ端子であって、前記リード線部と前記アルミ芯線との溶接部表面に、ウィスカの成長抑制処理が施されていることを特徴とするものである。このように、ウィスカの発生場所であるアルミ芯線とリード線との溶接部分表面にウィスカ発生抑制処理を施すことにより、当該溶接部分からスズウィスカが経時的に成長するのを抑制することができる。
【００１４】
本発明の好ましい態様として、前記のウィスカ抑制処理は、酸化スズ形成処理である。このように溶接部表面に形成されたスズを酸化して、少なくともＳｎＯまたはＳｎＯ２に変性することによりすることにより、当該溶接部分から発生するウィスカを効果的に抑制することができる。
【００１５】
また、前記酸化スズ形成処理は、タブ端子の熱処理により行われることが好ましく、前記熱処理温度は６０℃〜１８０℃、特に８０℃〜１５０℃の範囲であることがより好ましい。かかる温度範囲において酸素雰囲気下でタブ端子を熱処理し酸化スズを形成することにより、タブ端子のハンダ濡れ性を損なわずに、ウィスカ発生が抑制されたタブ端子を得ることができる。
【００１６】
さらに、前記酸化スズ形成処理は、溶剤処理によっても行うことができる。酸化スズの形成を溶剤処理により行うことで、タブ端子中で、ウィスカ発生抑制処理が必要な部分のみを選択的に処理することができる。
【００１７】
前記の溶剤は、珪酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩、および硫酸塩からなる群から選択される無機酸塩の水溶液であることが好ましく、さらにアンモニウム塩を含んでなる水溶液であることが好ましい。このような水溶液を用いて溶剤処理を行うことにより、ハンダ濡れ性を損なわない程度に、スズ表面に酸化スズを形成することができ、ウィスカ発生の抑制効果が得られる。また、溶剤によるウィスカ抑制処理は、上記の熱処理と併用して行うこともでき、このように熱処理と溶剤処理とを行うことにより更なるウィスカ抑制効果が得られる。
【００１８】
本発明の別の態様として、本発明による電解コンデンサ用タブ端子の製造方法は、芯材表面にスズからなる金属層が形成されてなるリード線端部に、圧扁部を有するアルミ芯線を溶接する工程、および溶接直後に、前記溶接部分に溶剤を塗布して付着させる工程、を含んでなるものである。
【００１９】
また、別の態様として、本発明による電解コンデンサ用タブ端子の製造方法は、芯材表面にスズからなる金属層が形成されてなるリード線端部に、圧扁部を有するアルミ芯線を溶接してタブ端子を準備する工程、および前記溶接されたタブ端子を、熱処理する工程を含んでなるものである。
【発明の具体的説明】
【００２０】
以下、本発明の実施形態の一例に係るタブ端子およびその製造方法について説明する。
本発明の電解コンデンサ用タブ端子は、芯材表面にスズからなる金属層が形成されてなるリード線端部に、圧扁部を有するアルミ芯線が溶接されてなる電解コンデンサ用タブ端子であって、前記リード線と前記アルミ芯線との溶接部に、ウィスカの成長抑制処理が施されているものである。本発明のタブ端子を構成するスズメッキが施されたリード線は、スズメッキまでの工程は一般的に用いられている方法が採用され、特に限定されるものではなく、また市販の鉛フリーのスズメッキが施されたＣＰ線（引き込み線）等を使用することができる。リード線の太さや長さも特に限定されるものではなく、電解コンデンサの要求特性に応じて種々のＣＰ線を使用することができる。なお、ＣＰ線は、導電特性の観点から、鉄の周囲に銅が形成されたものが通常用いられる。
【００２１】
本発明のタブ端子を構成するアルミ芯線も、従来のタブ端子に使用されているものを使用することができる。当該アルミ芯線も市販のものを用いることができる。また、アルミ芯線は電解コンデンサの電極として機能するものであり、その一端部は扁平状に圧扁された形状を有している。かかる圧扁部は従来技術により形成することができる。例えば、アルミ芯線をプレス加工し所定形状に切断することにより、所定形状の圧扁部を有するアルミ芯線を作製することができる。圧扁部を所定形状に切断する工程は、プレス加工と同時に行うこともできる。
【００２２】
次に上記のリード線およびアルミ芯線を、従来の方法により接合することにより、タブ端子の形状とすることができる。例えば、火花放電等によって高温状態を形成し、アルミ芯線とリード線との両端を溶解して接合する方法等により両者を接合することができる。
【００２３】
このようにして作製されたタブ端子のアルミ芯線とリード線との溶接部分にウィスカ成長抑制処理を施すことにより、本発明のタブ端子が完成する。本願発明者らは、タブ端子の溶接部分付近から発生するウィスカが、スズ金属単体からなるものであることを確認し、当該溶接部分に存在するスズをあらかじめ酸化スズに変成しておくことで、経時的に発生するウィスカを抑制できるとの知見を得た。すなわち、本願発明は、ウィスカ発生原因に着目し、タブ端子の処理方法とウィスカ発生との関係について鋭意検討をした結果、導き出されたものである。
【００２４】
本発明者らの知見によれば、当該ウィスカはスズからなる単体金属で構成されており、リード線表面に設けられたスズメッキに由来するものと推定されるが、リード線全体にウィスカが発生することはなく、リード線とアルミ芯線との溶接部分に集中してウィスカは発生する。その理由は以下のように考えられる。すなわち、アルミ芯線とリード線との接合部分では、溶接時の残留応力が残されたままアルミ、銅およびスズ等の金属が固化する。しかしながら、アルミや銅と異なり、スズは融点が低く（２３２℃）、また、低温（数十℃）において結晶変態を起こし得る。このような残留応力（ひずみ）が残されている状態においては、常温においてもスズの結晶変態が進み、針状のウィスカとなって溶接部分から現れるものと推定される。当該ウィスカの成長は、数ヶ月のオーダーで徐々に進行するため、タブ端子製造直後にウィスカ除去を行っても、根本的な解決にはならないことに留意されるべきである。すなわち、本発明者らの知見によれば、ウィスカの成長自体を抑制する必要があるということである。
【００２５】
本発明においては、スズの結晶成長を抑制するために、溶接部分の残留応力を取りのぞき、かつ、スズを酸化スズに変性し、その結果としてウィスカの発生を抑制するものである。このように溶接部分のスズを酸化スズに変性することで、スズの結晶変態も起こらず、スズの結晶成長が効果的に抑制されることは予想外のことであった。
【００２６】
本発明では、６０〜１８０℃の温度範囲において、酸素雰囲気下で、タブ端子を熱処理することにより、タブ端子の溶接部分のスズを酸化して、酸化スズを形成するものである。当該熱処理は、タブ端子製造後（アルミ芯線とリード線との溶接後）に行う。溶接前にスズメッキされたリード線のみを熱処理し、その後にアルミ芯線と溶接することもできるが、溶接してタブ端子とした後に熱処理を行うことにより、溶接部分の表面に現れたスズを効率的に酸化できる。また、６０℃よりも低い温度において熱処理を行うとウィスカ発生抑制効果が十分には得られない。一方、スズを酸化するためには高温で行うことが好ましいが、１８０℃を超える温度において熱処理を行うと、スズの酸化が進みすぎるため、リード線表面のメッキが変色するだけでなくハンダ濡れ性が低下してしまう。すなわち、酸素雰囲気下での熱処理により、溶接部の表面付近に存在する金属スズのうち一部が酸化スズ（ＳｎＯまたはＳｎＯ２）に変化するが、ウィスカ発生を抑制する目的からは酸化スズの存在は好ましいものの、金属スズのすべてが、酸化スズに酸化されてしまうと、ハンダ濡れ性が低下するため好ましくない。本願発明のタブ端子は、金属スズと酸化スズとが適度な割合で存在することが好ましいのである。このような、金属スズと酸化スズが適度な割合で存在できる熱処理温度としては、特に、８０〜１５０℃の温度範囲が好ましい。熱処理時間は、１０〜６０分の範囲が好ましく、特に、１５〜３０分の範囲が好ましい。熱処理温度同様に６０分を超えるとスズの酸化が進行しすぎて、ハンダ濡れ性に悪影響を及ぼす。
【００２７】
本発明による電解コンデンサ用タブ端子では、上記の温度範囲で熱処理を行い、酸化スズを形成することによりウィスカの発生を抑制するものであるが、かかる熱処理により溶接部分に残存したひずみも緩和でき、併せてウィスカ発生を抑制することができるものである。なお、熱処理は、従来から用いられている方法により行うことができ、特に限定されるものではない。
【００２８】
本発明の他の好ましい態様として、上記のウィスカ発生抑制処理を溶剤処理により行うこともできる。すなわち、溶剤処理によっても、タブ端子の溶接部分に酸化スズを形成することができる。
【００２９】
この酸化スズの形成は、タブ端子を作製した後に、当該無機酸の水溶液を塗布したり、無機酸水溶液中にタブ端子を浸漬することにより、酸化スズ形成処理を行うこともできるが、本発明においては、溶剤処理が、リード線端部にアルミ芯線を溶接した直後に行われることが好ましい。すなわち、当該溶剤処理は、タブ端子製造工程中のアルミ芯線とリード線とを溶接した直後に、当該溶接部分に、上記無機酸水溶液を塗布し付着させることにより、行うことが好ましい。スズウィスカは、端子の溶接直後から発生し成長するため、まだウィスカが発生していない状態にあるときに、溶剤処理を施すことにより、効果的にウィスカの発生を抑制できる。なお、溶接直後とは、溶接後、数ミリ秒〜１秒を言うものであが、本発明においては、溶接後、５００ミリ秒以内、好ましくは３００ミリ秒以内に溶剤を塗布することが好ましい。
【００３０】
さらに溶剤処理する際の、溶接部分の温度は８０〜２５０℃であることが好ましく、より好ましくは８５℃〜１８５℃である。このように、溶接部分がある程度高温のときに溶剤を塗布することにより、酸化スズの形成、すなわち、溶接部分の表面に存在する金属スズの酸化を促し、それによって、効果的にウィスカの発生を抑制することができる。なお、上記の温度は、溶接直後に溶剤を塗布することにより実現できる。
【００３１】
本発明に用いられる処理溶剤としては、珪酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩、および硫酸塩からなる群から選択される無機酸塩を含む水溶液を用いることが好ましく、さらにアンモニウム塩を含む水溶液であることが好ましい。例えば、上記無機酸塩とアンモニウム塩との複塩化合物を含有する水溶液等を好適に使用できる。具体的には、ケイフッ化アンモニウム水溶液等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００３２】
上記の処理溶剤を用いることにより、ハンダ濡れ性に悪影響を及ぼさない程度にスズを酸化することができる。すなわち、本発明のタブ端子においては、上記のごとく、ウィスカ発生抑制の面からは、溶接部分に酸化スズが形成されてなることが好ましいが、金属スズのすべてを酸化スズに酸化してしまうとハンダ濡れ性が悪化するため、金属スズと酸化スズとの割合が適当である必要がある。上記の無機酸塩やアンモニウム塩を含む水溶液を用いて金属スズを酸化することにより、金属スズと酸化スズとの割合を適切にすることが可能となる。上記水溶液の濃度は、１〜１０重量％であることが好ましい。
【実施例】
【００３３】
リード線としてスズ１００％のメッキを施した、鉄／銅からなる引き込み線（ＣＰ線）とアルミ芯線とを、それぞれ所定の長さに切断し、切断されたリード線とアルミ芯線とをアーク放電にて溶接した後、アルミ芯線部分をプレス加工により圧扁することによりタブ端子１を得た。得られたタブ端子１をパラフィン系溶剤により脱脂洗浄処理を行い、８０℃×１２分、熱風乾燥を行った。
【００３４】
脱脂処理を行ったタブ端子１を、表１に示す温度にて２０分間、恒温恒湿器（ＰＶＨ−１１０：タバイエスペック製）を用いて熱処理を行った（実施例１〜４、および比較例１）。また、熱処理を行わない試料を比較例２とした。
【００３５】
次に、熱処理を行った試料（実施例）および熱処理を行わなかった試料（比較例）のウィスカを観察するため、６０℃×９０％ＲＨの条件において２５０時間加速試験を行った。加速試験後、各試料の溶接部に発生したウィスカを３０倍の光学顕微鏡を用いて観察し、タブ端子の溶接部分に発生したウィスカの長さを測定した。
【００３６】
さらに、上記の加速試験を行う前の各試料のハンダ濡れ性を調べるため、ＪＩＳ Ｃ−００５３はんだ付け試験方法（平衡法）によりゼロクロス時間（ＺＣＴ値）を測定した。測定結果を表１に示す。
【表１】
2004311950.tif 000002
【００３７】
次に、上記のタブ端子１を、１．０重量％のメタ珪酸ナトリウム水溶液中に１２０℃で２分間浸漬して溶剤処理を行い、試料６を得た。得られた試料について、６０℃×９０％ＲＨの条件において２５０時間加速試験を行った。加速試験後、上記と同様の測定方法により、タブ端子の溶接部分に発生したウィスカの長さを測定した。また、上記と同様にして溶液処理した試料のハンダ濡れ性を測定した。測定結果を表２に示す。
【００３８】
また、上記のリード線とアルミ芯線とをアーク放電にて溶接後３００ｍｓ以内に、溶接部分に５重量％のケイフッ化アンモニウム水溶液を塗布して付着させた。その後、上記と同様にしてアルミ芯線部分をプレス加工により圧扁することによりタブ端子２（試料７）を得た。得られたタブ端子２をパラフィン系溶剤により脱脂洗浄処理を行い、８０℃×１２分、熱風乾燥を行った。
【００３９】
得られた試料６および７について、上記と同様にして加速試験を行い、ウィスカの長さ、およびハンダ濡れ性について測定を行った。
【００４０】
結果は表２に示される通りであった。
【表２】
2004311950.tif 000003