(57)【要約】【課題】誘電体皮膜から陰極引出層までの平均パスを低減させ、コンデンサの大容量化してもＥＳＲの増加を抑制するニオブ固体電解コンデンサを提供する。【解決手段】 コンデンサ本体(15)の夫々の陽極リード部材(1a)に電気的に接続された陽極端子(20)と、２つのコンデンサ本体(15)(15)に挟まれて電気的に接続された陰極端子(21)と、２つのコンデンサ本体(15)(15)、陽極端子(20)及び陰極端子(21)を被覆して、これらを一体モールドしてなる外装樹脂(７)とからなり、前記陽極端子(20)及び陰極端子(21)は夫々の一部が前記外装樹脂(７)から露出していることを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニオブ又はニオブ化合物を主成分とする粉末焼結体からなる陽極体(１)に、陽極リード部材(1a)を具え、前記陽極体(１)の表面に誘電体皮膜(２)、陰極層(３)を形成したコンデンサ素子(10)に、カーボン層(４)、及び金属ペースト層(５)を形成してコンデンサ本体(15)を構成し、該コンデンサ本体(15)を２つ具えるニオブ固体電解コンデンサにおいて、
コンデンサ本体(15)の夫々の陽極リード部材(1a)に電気的に接続された陽極端子(20)と、
２つのコンデンサ本体(15)(15)に挟まれて電気的に接続された陰極端子(21)と、
２つのコンデンサ本体(15)(15)、陽極端子(20)及び陰極端子(21)を被覆して、これらを一体モールドしてなる外装樹脂(７)とからなり、前記陽極端子(20)及び陰極端子(21)は夫々の一部が前記外装樹脂(７)から露出していることを特徴とするニオブ固体電解コンデンサ。
【請求項２】
ニオブ又はニオブ化合物を主成分とする粉末焼結体からなる陽極体(１)に、陽極リード部材(1a)を具え、前記陽極体(１)の表面に誘電体皮膜(２)、陰極層(３)を形成したコンデンサ素子(10)に、カーボン層(４)を形成し、該カーボン層まで形成したコンデンサ素子(10)を２つ具えるニオブ固体電解コンデンサにおいて、
前記コンデンサ素子(10)の夫々の陽極リード部材(1a)に電気的に接続された陽極端子(20)と、
カーボン層まで形成した２つのコンデンサ素子(10)(10)の表面に形成され、且つ、前記２つのコンデンサ素子(10)(10)の一面を共有している金属ペースト層(５)と、
前記共有している金属ペースト層(５)内に配置された陰極端子(21)と、
２つのコンデンサ素子(10)(10)、陽極端子(20)及び陰極端子(21)を被覆して、これらを一体モールドしてなる外装樹脂(７)とからなり、前記陽極端子(20)及び陰極端子(21)は夫々の一部が前記外装樹脂(７)から露出していることを特徴とするニオブ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、ニオブ、又はニオブ化合物を主成分とする粉末焼結体を陽極体として用いるニオブ固体電解コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
タンタル、ニオブ、アルミニウム等の弁金属を用いた固体電解コンデンサとして図６に示すようなものが知られている。この固体電解コンデンサは、例えばタンタル粉末にタンタルからなる陽極リード部材(1a)を植立して焼結したものを陽極体(１)として、該陽極体(１)をリン酸等を含む水溶液中で陽極酸化(以下、化成という)して陽極体(１)表面に誘電体皮膜(２)を形成する。次いで、該誘電体皮膜(２)上に二酸化マンガン等の導電性無機材料、或いはＴＣＮＱ錯塩、導電性ポリマー等の導電性有機材料からなる陰極層(３)を形成し、カーボン層(４)、銀、銅等の金属を含む金属ペースト層(５)を順次形成してコンデンサ本体(15)を作製する。その後、陰極端子(21)の所定位置に導電性接着剤(８)として少量の銀ペーストを滴下し、その上から前記コンデンサ本体(15)を載置し、熱硬化して前記コンデンサ本体(15)と陰極端子(21)とを電気的に接続し、固定する。一方、陽極リード部材(1a)と陽極端子(20)とを溶接接続する。然る後、陽極端子(20)と陰極端子(21)とを外部に導出した形で前記コンデンサ本体(15)を例えば外装樹脂(７)等の射出成形により被覆密閉する。前記外部に導出した陽極端子(20)及び陰極端子(21)は、前記外装樹脂(７)に沿って折り曲げられて固体電解コンデンサが完成する (例えば、特許文献１) 。
【０００３】
近年、小型化が求められる一方でＣＰＵの高速化、低電圧化、電圧変動平準化などの要求が高まり、コンデンサの大容量化、等価直列抵抗(以下、ＥＳＲ) の低減が限りなく求められるようになってきた。コンデンサの容量と定格電圧の積(以下、ＣＶ積)を増大させるには、例えば素子を分厚くする方法が考えられるが、この場合誘電体皮膜から陰極引出層までの平均パスが長くなりＥＳＲが増大してしまう。即ち、リードフレームの比抵抗は金属なので数μ〜数十μ〔Ω・ｃｍ〕であるのに対し、固体電解コンデンサに実用されている固体電解質は数千μ〜数千ｍ〔Ω・ｃｍ〕と非常に高いため固体電解質のパスの長さはコンデンサ性能上、重要な要因となる。この問題は、弁金属の中でも素子内に形成される粉末間の細孔(以下、ポア)の充分な太さ、均一性を確保することが困難なニオブ焼結体を用いる場合に特に問題になる。ニオブに比べ焼結力が弱く脆い酸化ニオブを陽極体として用いる場合、ニオブよりも３〜４００℃高い温度で焼結するため、ポアがさらに細くなり前記問題が顕著になる(例えば、特許文献２)。
【特許文献１】特開平１０−６４７６１号公報
【特許文献２】特開２００３−５９７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この問題の改善策として、図４に示すように金属ペースト層(５)まで形成した２つのコンデンサ本体(15)を重ねて用いる(以下、素子２分割化)ことにより誘電体皮膜(２)から金属ペースト層(５)までの平均パスを半減させる方法が実施されている。これは金属ペースト層(５)が金属に近い導電性をもつことから考え出された方法である。即ち、金属ペースト層(５)は銀等の金属粉(5a)と樹脂(5b)とを練ったものからなり、硬化後の金属ペースト層(５)の比抵抗を膜の長さ方向で測定した場合、数十μ〔Ω・ｃｍ〕で金属に近い導電性を示す。ところが、図５に示すように実際には、硬化の際に金属ペースト層(５)の表皮にはほとんど樹脂(5b)だけの薄膜が形成され、金属ペースト層(５)の厚さ方向の比抵抗は長さ方向の測定値に比べ著しく高い値になってしまう。上記のような素子２分割化の構造を用いた場合、表皮に樹脂(5b)だけの薄膜を導電性接着剤(８)により夫々接続したことになり、その結果平均パスの半減によるＥＳＲ低減の効果を充分に得ることができないという問題がある。この問題は、燐片状又はフレーク状の金属粉(5a)を用いた場合に顕著になり、ＥＳＲ増加の大きな原因になっている。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、誘電体皮膜から陰極引出層までの平均パスを低減させ、コンデンサの大容量化してもＥＳＲの低いニオブ固体電解コンデンサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ニオブ又はニオブ化合物を主成分とする粉末焼結体からなる陽極体(１)に、陽極リード部材(1a)を具え、前記陽極体(１)の表面に誘電体皮膜(２)、陰極層(３)を形成したコンデンサ素子(10)に、カーボン層(４)、及び金属ペースト層(５)を形成してコンデンサ本体(15)を構成し、該コンデンサ本体(15)を２つ具えるニオブ固体電解コンデンサにおいて、コンデンサ本体(15)の夫々の陽極リード部材(1a)に電気的に接続された陽極端子(20)と、２つのコンデンサ本体(15)(15)に挟まれて電気的に接続された陰極端子(21)と、２つのコンデンサ本体(15)(15)、陽極端子(20)及び陰極端子(21)を被覆して、これらを一体モールドしてなる外装樹脂(７)とからなり、前記陽極端子(20)及び陰極端子(21)は夫々の一部が前記外装樹脂(７)から露出していることを特徴とする。
【０００７】
また、ニオブ又はニオブ化合物を主成分とする粉末焼結体からなる陽極体(１)に、陽極リード部材(1a)を具え、前記陽極体(１)の表面に誘電体皮膜(２)、陰極層(３)を形成したコンデンサ素子(10)に、カーボン層(４)を形成し、該カーボン層まで形成したコンデンサ素子(10)を２つ具えるニオブ固体電解コンデンサにおいて、前記コンデンサ素子(10)の夫々の陽極リード部材(1a)に電気的に接続された陽極端子(20)と、カーボン層まで形成した２つのコンデンサ素子(10)(10)の表面に形成され、且つ、前記２つのコンデンサ素子(10)(10)の一面を共有している金属ペースト層(５)と、前記共有している金属ペースト層(５)内に配置された陰極端子(21)と、２つのコンデンサ素子(10)(10)、陽極端子(20)及び陰極端子(21)を被覆して、これらを一体モールドしてなる外装樹脂(７)とからなり、前記陽極端子(20)及び陰極端子(21)は夫々の一部が前記外装樹脂(７)から露出していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明を用いることにより、２つのコンデンサ本体の金属ペースト層の表皮の樹脂だけの薄膜同士を接続することによる高抵抗部が存在しないため、２つのコンデンサ本体並列に接続してもＥＳＲの低いニオブ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】
【０００９】
本発明に用いる陽極体の材料は、ニオブ又は酸化ニオブ等のニオブ化合物を主成分とするものを用いる。例えば、ニオブに窒化ニオブを混合したもの等も含まれる。これらの粉末に陽極リード部材を植立して焼結したものを陽極体として、該陽極体表面に誘電体皮膜、二酸化マンガン等の導電性無機材料、或いはＴＣＮＱ錯塩、導電性ポリマー等の導電性有機材料からなる固体電解質層を形成したコンデンサ素子を用いる。
【００１０】
以下に本発明の実施例及び比較例を図を参照して説明する。実施例及び比較例はいずれも定格電圧１０Ｖである。実施例及び比較例の金属ペースト層には、厚さが直径の１０分の１程度と薄い燐片状の銀粉と樹脂とを練ったものを用いた。
（実施例１）
本発明におけるコンデンサ素子の縦断面図を図１に示す。また、実施例１におけるニオブ固体電解コンデンサの縦断面図を図２に示す。ＣＶ積９６０００μＦＶ／ｇのニオブ粉末２９．５ｍｇを陽極リード部材(1a)として用いる直径０．３ｍｍの植立ニオブワイヤと共に厚さ０．８５ｍｍの直方体に焼結し陽極体(１)を作製した。これをリン酸水溶液中において４５Ｖで化成して誘電体皮膜(２)を形成し、次にポリピロールを素子内部及び外周に重合析出させ固体電解質からなる陰極層(３)を形成してコンデンサ素子(10)を作製した。次いでカーボン懸濁水でカーボン層(４)を形成し、更に銀粉と樹脂とを練った銀ペーストを塗布、熱硬化させて金属ペースト層(５)を形成しコンデンサ本体(15)を作成した。
【００１１】
その後、前記コンデンサ本体(15)を２つ用いて銀ペーストからなる導電性接着剤(８)を介して陰極端子(21)を挟みこみ、夫々の金属ペースト層(５)と陰極端子(21)を電気的に接続して固着する。次いで、前記コンデンサ本体(15)から導出している夫々の陽極リード部材(1a)を陽極端子に抵抗溶接により所定位置に溶接接続する。その後、射出成形により外装樹脂(７)を形成し、陽極端子(20)及び陰極端子(21)をそれぞれ前記外装樹脂(20)に沿って折り曲げ外形７．３（長さ）×４．３（幅）×２．８（厚さ）ｍｍのニオブ固体電解コンデンサを作製した。
（実施例２）
ＣＶ積９６０００μＦＶ／ｇのニオブ粉末４７ｍｇを厚さ１．３ｍｍの直方体に焼結したこと以外は実施例１と同様の方法を用いて外形７．３（長さ）×４．３（幅）×３．８（厚さ）のニオブ固体電解コンデンサを作製した。
（実施例３）
ＣＶ積９６０００μＦＶ／ｇのニオブ粉末９２ｍｇを厚さ０．８５ｍｍの直方体に焼結したこと以外は実施例１と同様の方法を用いて外形１０．０（長さ）×６．３（幅）×２．８（厚さ）のニオブ固体電解コンデンサを作製した。
（実施例４）
図３に実施例４におけるニオブ固体電解コンデンサの縦断面図を示す。ＣＶ積９６０００μＦＶ／ｇのニオブ粉末２９．５ｍｇを陽極リード部材(1a)として用いる直径０．３ｍｍの植立ニオブワイヤと共に厚さ０．８５ｍｍの直方体に焼結し陽極体(１)を作製した。これをリン酸水溶液中において４５Ｖで化成し陽極体(１)表面に誘電体皮膜(２)を形成し、その後ポリピロールを素子内部及び外周に重合析出させ陰極層(３)を形成してコンデンサ素子(10)を作製した。次いで、コンデンサ素子(10)の表面にカーボン懸濁水でカーボン層(４)を形成し、該カーボン層(４)を形成した２つのコンデンサ素子(10)(10)を、銀粉と樹脂を練ったものからなる銀ペースト浴に浸漬し、該２つのコンデンサ素子(10)(10)にて陰極端子(21)を挟み込み乾燥させて、陰極端子(21)を２つのコンデンサ素子(10)(10)に電気的に接続すると共に、２つのコンデンサ素子(10)(10)が一面を共有する金属ペースト層(５)を形成する。その後、射出成形により外装樹脂(７)を形成し、陽極端子(20)及び陰極端子(21)をそれぞれ前記外装樹脂(７)に沿って折り曲げ外形７．３（長さ）×４．３（幅）×２．８（厚さ）ｍｍのニオブ固体電解コンデンサを作製した。
（比較例１−１）
実施例１と同様の方法にてコンデンサ本体を作成し、該コンデンサ本体を折り曲げ加工が施された陰極端子上に載置し導電性接着剤により電気的に接続して固定する。次いで、前記コンデンサ本体から導出している陽極リード部材を陽極端子に抵抗溶接により所定位置に溶接接続する。その後、射出成形により外装樹脂を形成し、陽極端子及び陰極端子をそれぞれ前記外装樹脂に沿って折り曲げ外形７．３（長さ）×４．３（幅）×１．８（厚さ）ｍｍのニオブ固体電解コンデンサを作製した。
（比較例１−２）
実施例１と同様の方法にてコンデンサ本体を作成し、該二つのコンデンサ本体夫々の銀層を銀ペーストからなる導電性接着剤により接続し、該接続された二つのコンデンサ本体を折り曲げ加工が施された陰極端子上に載置し導電性接着剤により電気的に接続して固定する。次いで、前記コンデンサ本体から導出している夫々の陽極リード部材を陽極端子に抵抗溶接により所定位置に溶接接続する。その後、射出成形により外装樹脂を形成し、陽極端子及び陰極端子をそれぞれ前記外装樹脂に沿って折り曲げ外形７．３（長さ）×４．３（幅）×２．８（厚さ）ｍｍのニオブ固体電解コンデンサを作製した。
（比較例１−３）
ＣＶ積９６０００μＦＶ／ｇのニオブ粉末５９ｍｇを直径０．３ｍｍの植立ニオブワイヤと共に厚さ１．７ｍｍの直方体に焼結した以外は実施例１と同様の方法でコンデンサ本体を作成した。その後、該コンデンサ本体を折り曲げ加工が施された陰極端子上に載置し導電性接着剤により電気的に接続して固定する。次いで、前記コンデンサ本体から導出している陽極リード部材を陽極端子に抵抗溶接により所定位置に溶接接続する。その後、射出成形により外装樹脂を形成し、陽極端子及び陰極端子をそれぞれ前記外装樹脂に沿って折り曲げ外形７．３（長さ）×４．３（幅）×２．８（厚さ）ｍｍのニオブ固体電解コンデンサを作製した。
（比較例２−１）
実施例２と同様の方法を用いてコンデンサ本体を作成し、該コンデンサ本体を用いて比較例１−１と同様の方法を用いて７．３（長さ）×４．３（幅）×２．８（厚さ）ｍｍのニオブ固体電解コンデンサを作製した。
（比較例２−２）
実施例２と同様の方法を用いてコンデンサ本体を作成し、該コンデンサ本体を二つ用いて比較例１−２と同様の方法を用いて７．３（長さ）×４．３（幅）×３．８（厚さ）ｍｍのニオブ固体電解コンデンサを作製した。
（比較例３−１）
実施例３と同様の方法を用いてコンデンサ本体を作成し、該コンデンサ本体を用いて比較例１−１と同様の方法を用いて１０．０（長さ）×６．３（幅）×１．８（厚さ）ｍｍのニオブ固体電解コンデンサを作製した。
【００１２】
以上の実施例及び比較例のニオブ固体電解コンデンサを作成後、夫々エージング処理を行い、その後静電容量及び１００ｋＨｚでのＥＳＲを夫々測定した。その結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】
2005311014.tif 000003
【００１４】
実施例１のサイズはＥＩＡＪ-ＲＣ２３７８-１０１（表面実装用タンタル固体（導電性高分子）コンデンサ）に規定する寸法記号「７３４３」に相当する。参考までに同規格の１００μＶ／１０ＶにおけるＥＳＲ規格は４５ｍΩ以下となっている。実施例１のＥＳＲ値１９ｍΩは、実施例１のコンデンサ本体１つで作製された比較例１−１の３６．８ｍΩの２個の並列になるため、計算値の１８．４ｍΩに対し達成率９７％である。これに対し２つのコンデンサ本体夫々の金属ペースト層を導電性接着剤により接続した従来品の比較例１−２では、２５．２ｍΩなので達成率は７３％に過ぎない。この結果より本発明を用いることにより従来品よりＥＳＲを２５％低減できた。また、実施例１〜３のように１つのコンデンサ本体から作製した従来品のＥＳＲ値は、３２．７ｍΩと大きい。
【００１５】
実施例２は、実施例１と長さと幅は同寸法にして厚く形成したものである。この場合も実施例２のコンデンサ本体１つで作製された比較例２−１の３２．７ｍΩの２個の並列になるため、計算値１６．４ｍΩの達成率９５％である。これに対し二つのコンデンサ本体夫々の金属ペースト層を導電性接着剤により接続した従来技術の７５％に過ぎない。
【００１６】
また、実施例３は長さと幅を大きくとり厚さを薄くしたものだが、この場合ＥＳＲの絶対値は小さくなるが達成率は、比較例３−１から計算して９６％とやはり高い。
【００１７】
ニオブ焼結体を用いた本発明の実施例１〜３において計算値の９５〜９７％と従来品の約７３％に対し非常に高い達成率が得られた。この結果、従来の２つのコンデンサ本体夫々の金属ペースト層を導電性接着剤により接続した従来品に比べＥＳＲを２３〜２５％低減することができた。
【００１８】
これは、誘電体皮膜から陰極引出層までの平均パスの距離を短くする素子２分割化によるＥＳＲ低減効果が、陽極体としてニオブ用いた場合、タンタル等の他の弁金属を用いた場合よりも著しく大きいことと、該素子２分割化により２つのコンデンサ本体を導電性接着剤等により接続するための、金属ペースト層における表皮の樹脂だけの薄膜同士を接続することによる高抵抗部が形成されないこととの相乗効果を得られるためと考えられる。
【００１９】
実施例４は、カーボン層(４)が形成された２つのコンデンサ素子(10)(10)の一面を共有する金属ペースト層(５)を形成し、前記共有している金属ペースト層(５)内に陰極端子(21)が配置した構成になっている。この構造を用いることにより、金属ペースト層(５)における表皮の表面に形成されやすい樹脂だけの薄膜がなくなると共に、導電性接着剤も使用したいため実施例１〜３よりもＥＳＲ低減効果がさらに大きくなる。
【００２０】
実施例では、陽極リード部材として植立ニオブワイヤを用いたが代わりにタンタルワイヤを用いてもよく、またニオブ粉末焼結後にニオブワイヤを溶接接続してもよい。また、ワイヤの代わりに板材を用いることもできる。また、金属ペースト層に用いる金属粉の形状として燐片状のものを用いたが、フレーク状のものを用いても同様の効果を得ることができる。
【００２１】
また、金属ペースト層内における説明で樹脂だけの薄膜とは、完全に樹脂のみを示すものではなく、金属粉に対して樹脂が多いものも含む。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明におけるニオブコンデンサ素子の縦断面図である。
【図２】実施例１におけるニオブ固体電解コンデンサの縦断面図である。
【図３】実施例４におけるニオブ固体電解コンデンサの縦断面図である。
【図４】従来品における素子2分割化を用いた固体電解コンデンサの縦断面図である。
【図５】図４における２つのコンデンサ本体の接続部の拡大図である。
【図６】従来の固体電解コンデンサの縦断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  陽極体
1a  陽極リード部材
２  誘電体皮膜
３  陰極層
４  カーボン層
５  金属ペースト層
5a  金属粉
5b  樹脂
７  外装樹脂
８  導電性接着剤
１０  コンデンサ素子
１５  コンデンサ本体
２１  陽極端子
２２  陰極端子
【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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【図６】
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