(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁作用金属板の表面の一方側に陽極部を、他方側に誘電体酸化皮膜層と固体電解質層・陰極端子層からなる陰極部とを形成したコンデンサ素子板を２枚、前記陽極部が重なるように、かつ重ね合わされた前記陽極部を中心としてその両側に前記陰極部が配置されるように積層して一対のコンデンサ素子対を構成し、
前記コンデンサ素子対の陽極部同士および陰極部同士が重なるように複数対の前記コンデンサ素子対を上下方向に積層したことを特徴とする固体電解コンデンサ。
【請求項２】
弁作用金属板の表面の両端部に陽極部を、その中間部に誘電体酸化皮膜層と固体電解質層、陰極端子層からなる陰極部を形成した３端子型コンデンサ素子板と、
弁作用金属板の表面の一方側に陽極部を、他方側に誘電体酸化皮膜層と固体電解質層・陰極端子層からなる陰極部とを形成した２枚の２端子型コンデンサ素子板と、を有し、
前記３端子型コンデンサ素子板の両端に形成された前記陽極部と２枚の前記２端子型コンデンサ素子板の一方側に形成された前記陽極部の各々とが重なるように、かつ前記２端子型コンデンサ素子板の他方側に形成された前記陰極部が前記３端子型コンデンサ素子板を中心としてその両側に配置されるように前記３端子型コンデンサ素子板と前記２端子型コンデンサ素子板とを積層して５端子型コンデンサ素子列を構成し、
前記５端子型コンデンサ素子列の陽極部同士および陰極部同士が重なるように複数列の前記５端子型コンデンサ素子列を上下方向に積層したことを特徴とする固体電解コンデンサ。
【請求項３】
固体電解質層が導電性高分子であり、この導電性高分子がポリアニリン、ポリピロール、ポリエチレンジオキシチオフェンの何れか、またはその複合物質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。
【請求項４】
固体電解質層の表面に設けられる陰極端子層が、カーボン層と銀層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】
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、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】
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、その陽極酸化皮膜を誘電体とし、その上に固体電解質層を形成して陰極を構成したものが多く使われている。固体電解質としては二酸化マンガン、ＴＣＮＱ錯体、導電性高分子などが知られている。（特許文献１参照）
【０００３】
最近では電子機器の小型・高周波化が進み、使用されるコンデンサも高周波で低インピーダンスが実現できる高電導率の導電性高分子を固体電解質に用いた固体電解コンデンサが商品化されている。そしてこの固体電解コンデンサは高電導率の導電性高分子を固体電解質として用いているため、二酸化マンガンを用いた固体電解コンデンサに比べ、等価直列抵抗成分が低く、理想に近い大容量でかつ小型の固体電解コンデンサを実現することができることからさまざまな改善がなされている。（特許文献２参照）
【０００４】
また、コンピュータのＣＰＵの低電圧化と高速化に伴い、高周波でコンデンサに流れる電流が飛躍的に大きくなり、コンデンサのＥＳＲ・ＥＳＬが低くなければその発熱量が大きくコンデンサの故障の原因となるため、固体電解コンデンサに対する高速過渡対応性が必要とされ、大容量かつ低ＥＳＲ・ＥＳＬであることが必須の要件となっている。（特許文献２参照）
【０００５】
大容量でかつ低ＥＳＲ化を実現するための一つの方法として、コンデンサ素子を積層構造とし、その積層枚数を増やす手法がある。
この導電性高分子を固体電解質に用いた積層型固体電解コンデンサの積層構造としては、陽極部と、固体電解質層からなる陰極部を備えた平板状のコンデンサ素子板を、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、少なくとも２枚以上複数枚積層し、各電極にそれぞれ電位取り出し用端子板を接続した構成のものが知られている。（特許文献２、３参照）
【特許文献１】特許第２９６９６９２号公報
【特許文献２】特開２０００−１３８１３８号公報
【特許文献３】特開２０００−６８１５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の積層型固体電解コンデンサでは、図１に示すごとくコンデンサ素子Ｃの陽極部と陰極部の厚さが異なるため、図８に示すごとく平板状のコンデンサ素子Ｃの積層枚数を増していく場合、積層体の形状が陽極部を中心に陰極部が扇状に広がった形となり、全体として積層体高さが高くならざるをえず、製品パッケージの低背化と、大容量低ＥＳＲ化を両立するのは困難であった。（特許文献３参照）
図８においてＰは陽極部、Ｃａは陰極部、８’は陽極端子板、９’は陰極端子板、７’は陽極・陰極を絶縁隔離するためのマスキング層、１０’は外装樹脂を示す。図から判るように、陽極を密接させた場合、陰極部Ｃａが広がり嵩高となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するため、本発明の第１発明は、弁作用金属板の表面の一方側に陽極部を、他方側に誘電体酸化皮膜層と固体電解質層・陰極端子層からなる陰極部とを形成したコンデンサ素子板を２枚、陽極部が重なるように、かつ重ね合わされた陽極部を中心としてその両側に陰極部が配置されるように積層して一対のコンデンサ素子対を構成し、
コンデンサ素子対の陽極部同士および陰極部同士が重なるように複数対のコンデンサ素子対を上下方向に積層したことを特徴とする固体電解コンデンサを提供する。
【０００８】
更に、本発明の第２発明は、弁作用金属板の表面の両端部に陽極部を、その中間部に誘電体酸化皮膜層と固体電解質層、陰極端子層からなる陰極部を形成した３端子型コンデンサ素子板と、
弁作用金属板の表面の一方側に陽極部を、他方側に誘電体酸化皮膜層と固体電解質層・陰極端子層からなる陰極部とを形成した２枚の２端子型コンデンサ素子板と、を有し、
３端子型コンデンサ素子板の両端に形成された陽極部と２枚の２端子型コンデンサ素子板の一方側に形成された陽極部の各々とが重なるように、かつ２端子型コンデンサ素子板の他方側に形成された陰極部が３端子型コンデンサ素子板を中心としてその両側に配置されるように３端子型コンデンサ素子板と２端子型コンデンサ素子板とを積層して５端子型コンデンサ素子列を構成し、
５端子型コンデンサ素子列の陽極部同士および陰極部同士が重なるように複数列の５端子型コンデンサ素子列を上下方向に積層したことを特徴とする固体電解コンデンサを提供する。
【０００９】
また、前記第１または第２の発明において、固体電解質層が導電性高分子であり、この導電性高分子がポリアニリン、ポリピロール、ポリエチレンジオキシチオフェンの何れか、またはその複合物質であることを特徴とする固体電解コンデンサを提供する。
【００１０】
更に、前述の第１または第２の発明において陰極端子層がカーボン層と銀層であることを特徴とする固体電解コンデンサを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
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、陽極部と陰極部を備えた同一定格または類似の大きさの単板コンデンサ素子を少なくとも２枚を、平面方向に陽極部分同士を重ねてなるコンデンサ素子対を１単位として構成し、これを上下方向に積層する構造としたので、陽極部と陰極部の厚みに差が生じても、これを対として連接することにより素子板対としては、その左右の厚みが均整化される。従って、これを単位として積層枚数を増やしても積層厚みが左右で偏ることがなく、前述のように陰極部だけが扇状に広がることもない。また積層枚数が増えても積層体全体の厚さは低くできるので、低背で大容量、低ＥＳＲ・ＥＳＬの積層型固体電解コンデンサが得られる。
【００１２】
更に、第２発明のように、弁作用金属板の表面の両端部に陽極部を、その間の中間部に固体電解質層、陰極端子層からなる陰極部を形成した３端子型コンデンサ素子板を基準ユニットとして、その両端陽極部に前記のコンデンサ素子の陽極部が重なるように連接した５端子型コンデンサ素子列を一つの単位として、これを複数単位上下方向に積層することにより、大容量であってもその積層高さとＥＳＬを大幅に低くすることができる。従って高密度半導体回路基盤などへ実装する場合、その集積効率・容積効率を一層高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１、図２は、本発明積層型固体電解コンデンサの積層される前の２端子型コンデンサ素子板の基本構成を説明するための図で、図１は１個のコンデンサ素子基板Ｃの外観斜視図、図２はその詳細構成を示す断面図である。（説明の便宜上、厚みは拡大して表示した）
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の表面を粗面化した薄板、２はその一方側の面（右側）部分に形成された弁金属の酸化膜層で誘電体を構成する層である。３はこの誘電体層の表面に形成された陰極部を構成する固体電解質層で、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は陰極端子層で、例えば４はカーボン層、５は銀層などである。
【００１４】
６は弁金属板の陽極部で、この陽極部６と陰極部３・４・５との間は、絶縁性マスキング部材７によって完全に絶縁隔離され、陽極部・陰極部は全体で１個のコンデンサ素子板Ｃを構成する。
【００１５】
次に、このコンデンサ素子板として、アルミニウム薄板を弁金属とした場合の作製方法の例を以下に示す。
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、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、表面に誘電体酸化皮膜を形成する。このようにして酸化皮膜が形成されたアルミニウム箔を図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７を巻きつけるように塗布して、左右の領域（陽極部と陰極部）を区分する。その後、前記裁断によって弁金属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５．２Ｖ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を形成する。その後、マスキング部分７より右側部分（図２のＲ部分）に、図１で説明したように固体電解質層３、カーボン層４、銀層５を設けて陰極部を形成する。図２はこのようにして作製されたコンデンサ素子板の断面を拡大して示したものである。
【００１６】
次に、このコンデンサ素子板を積層して構成した本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
図３は、前記の方法で作製されたコンデンサ素子板Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を４枚使用した本発明の積層構造体を示す実施例で、２枚の同一定格のコンデンサ素子板Ｃ１、Ｃ２を対として、平面方向にその陽極部６を重ねて、一対のコンデンサ素子対とし、このコンデンサ素子対の上に、同じように重ねたもう１対のコンデンサ素子対Ｃ３、Ｃ４を上下方向に積層し、陽極部６を抵抗溶接により接続する。この抵抗溶接により陽極部に酸化膜が残っていても、溶接時の熱によりこの部分の酸化膜は熔解剥離された状態となり、弁金属露出面同士が導通接合される。図中の符号は図２のものと同じ部材を示す。
【００１７】
図４は、図３の実施例の積層構造体を樹脂でモールドした例で、中央の陽極部６の最下面に陽極端子板８を陽極部６と抵抗溶接により接続し、両側の陰極部の最下面に陰極端子板９を導電性接着剤を介して接合し、各端子板の外部回路との接続面だけを除いて積層部全体を樹脂１０でモールドする。
図５は、図４の積層体の拡大断面図で、積層厚みに比して左右の長さが長くなる他、陽極部６の高さに対しても陰極部Ｃ１、Ｃ２の長さが長いので、陰極部を一部省略して示した。図中の符号は図２のものと同じ機能部材を示す。尚、図では省略したが、各コンデンサ素子対の陰極面同士を積層する場合、その接合面の電気的接触を良くするために、適当な導電性接着剤を介して接着積層する。
【００１８】
このように構成した積層コンデンサは、その陽極端子部８、陰極端子部９を外部回路に接続したとき、素子４枚分のコンデンサ容量を確保しつつ、その積層高さを約半分に低減できるので、回路基盤などに実装する場合、嵩高にならず、全体をコンパクトにできるなど、用途・目的に応じて利用価値が高い。
【００１９】
（実施例２）
図６は、図４に示したコンデンサ素子対Ｃ１、Ｃ２を４層に積層した実施例で、８枚のコンデンサ素子分の容量を備えた積層コンデンサの例である。図中の各構成部分は図４、図５と同じであるので細部の説明は省略するが、従来の８枚分の積層構造に対して大幅にその実装高さを低減できることは明らかである。
【００２０】
表１は、上記実施例の本発明積層コンデンサと従来の単純積層型の積層コンデンサとの性能比較表で、それぞれの例について積層構造体の厚み（ｍｍ）、静電容量（μＦ）、ＥＳＲ（ｍΩ）、ＥＳＬ（ｎＨ）を実測した結果を示した。なお静電容量は１２０Ｈｚ、ＥＳＲは１００ｋＨｚ、ＥＳＬは１０ＭＨｚで測定した。
尚、表に実施例３と表記したものは、図示しなかったが図３のコンデンサ素子対Ｃ１、Ｃ２を８層に積層した例で、１６枚のコンデンサ素子を備えた積層構造体の実施例である。また、従来例１は図８の例を、従来例２は図８においてコンデンサ素子板を８枚とした例である。
【００２１】
【表１】
0004671347.tif 000002
【００２２】
表１から判るように、上記実施例１、２の積層固体電解コンデンサのＥＳＬ値は、略同じ容量の従来型積層固体電解コンデンサの約１／２以下にまで改善され、積層厚みも大幅に低減された。即ち、本発明により、略同じ積層厚みでより大容量の固体電解コンデンサが得られることが実証された。
【００２３】
（実施例４）
図７は、弁作用金属板の左右両端部に陽極部Ｐl、Ｐrを、中央部に陰極部（図５の３、４、５の部分）を形成した３端子型コンデンサ素子板Ｂを基準ユニットとして、その両側に図１のコンデンサ素子板Ｃを２枚平面方向に連接した例を示す。図の右側のコンデンサ素子板Ｃ１の陽極部をＰ１、左側のコンデンサ素子板Ｃ２の陽極部をＰ２とした場合、双方の陽極同士即ちＰrとＰ１、ＰlとＰ２とが重なるように３者を連接した５端子型コンデンサ素子列Ｋ（その端子は５、Ｐl、Ｐr、５’、５”の５端子となる）を１つの単位として、このコンデンサ素子列Ｋの上に、同じように重ねたもう１対のコンデンサ素子列をその陽極部分、陰極部分同士が重なるように上下に積層した実施例である。このように構成したコンデンサ素子列Ｋを複数枚、陰極部は陰極部同士、陽極部は陽極部同士接合するように上下方向に積層することにより、本発明の第２発明を構成する。各素子の詳細構造は図２、図５と略同様であり、各陰極・陽極の電位取り出し端子部も図４、図５と同様に構成すればよい。
このような積層構造にすれば、平面上の面積は大きくなるが、積層高さは大幅に低減できるので、実装回路構成によっては有効な積層型固体電解コンデンサを提供できる。
【００２４】
（変形例）
以上述べた各種実施例では、弁作用金属としてアルミニウム箔の場合について説明したが、タンタル粉末を焼結・薄層化したタンタルコンデンサにも適用できるのは当然であり、また固体電解質にはＰＥＤＴに代えてポリアニリン、ポリピロールなどの導電性高分子も有効であることが確認されている。また陰極端子板は、実施例では陰極の下面に取り付けた例について説明したが、側面（図５の右端面および左端面）または積層体の中間部から取り出すようにしてもよい。
【００２５】
尚上記実施例では、コンデンサ素子基板の寸法を巾、長さともに１１ｍｍの正方形状のものとしたが、巾１〜５０ｍｍ、長さ３〜５０ｍｍの範囲で各種の大きさ、形状のものが利用できる。これ以上大きくなると導電性高分子層を均一に形成するのが難しくなるなど作業性の面で又、ＣＰＵ近傍への実装性の面で問題がある。
【００２６】
また前記実施例４で説明した平面状に連接したコンデンサ素子列Ｋは、その端部に追加の陽極部を設けることにより、更にこれを平面方向に連接することも可能となるので、フィルムのようにロール巻状にした積層コンデンサとすることもでき、用途によってはこのような形態で利用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
この発明の積層型固体電解コンデンサは、大容量であっても低背位、且つコンパクトに構成でき、素子の積層面の密接性も高いのでＥＳＲ、ＥＳＬなどの電気特性も改善できる。即ち各種電子回路、電源回路などへ実装し易くなるなど、工業上の利用価値も大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に使用するコンデンサ素子単板の斜視図
【図２】図１のコンデンサ素子単板の拡大断面図
【図３】本発明の実施例１の積層型固体電解コンデンサの斜視図
【図４】図３の実施例をモールドした状態の斜視図
【図５】図４の実施例の拡大断面図
【図６】本発明の実施例２の積層型固体電解コンデンサの斜視図
【図７】本発明の実施例４の積層型固体電解コンデンサの斜視図
【図８】従来の積層型固体電解コンデンサの斜視図
【符号の説明】
【００２９】
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４          単位コンデンサ素子基板
Ｐ、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐl、Ｐr陽極部
１                                  弁金属薄板
２                                  誘電体層
３                                  固体電解質層
４                                  カーボン層
５、５’、５’’                      銀層
６                                  弁金属面（陽極面）
７                                  マスキング層
８、８’                            陽極端子板
９、９’                            陰極端子板
１０                                モールド部分
Ｂ                                  ３端子型コンデンサ素子板
Ｋ                                  ５端子型コンデンサ素子列
【図１】
0004671347.tif 000003
【図２】
0004671347.tif 000004
【図３】
0004671347.tif 000005
【図４】
0004671347.tif 000006
【図５】
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【図６】
0004671347.tif 000008
【図７】
0004671347.tif 000009
【図８】
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