(57)【要約】【課題】ヒューズ機能を有し、かつ耐熱性に優れた固体電解コンデンサを提供する。【解決手段】弁作用金属粉末を加圧成形し、焼結して得られた焼結体に陽極リードを植立し、該焼結体表面に誘電体皮膜を形成した後、誘電体皮膜上に固体電解質層を形成し、さらに陰極引出層を形成した後、陽極リードと陽極リードフレーム、陰極引出層と陰極リードフレームとを接続してなる固体電解コンデンサにおいて、  陰極引出層と陰極リードフレームとの間をＰｂ−Ｓｎ系合金ヒューズで接続し、かつ、少なくとも陰極リードフレームに施されるＳｎメッキの厚さが１〜５μｍであることを特徴とし、  さらに、上記記載のＰｂ−Ｓｎ系合金のＰｂとＳｎとの重量比率が９０：１０〜９５：５であることを特徴とする。【選択図】  図３
2007005689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁作用金属粉末を加圧成形し、焼結して得られた焼結体に陽極リードを植立し、該焼結体表面に誘電体皮膜を形成した後、誘電体皮膜上に固体電解質層を形成し、さらに陰極引出層を形成した後、陽極リードと陽極リードフレーム、陰極引出層と陰極リードフレームとを接続してなる固体電解コンデンサにおいて、
陰極引出層と陰極リードフレームとの間をＰｂ−Ｓｎ系合金ヒューズで接続し、かつ、少なくとも陰極リードフレームに施されるＳｎメッキの厚さが１〜５μｍであることを特徴とするヒューズ付固体電解コンデンサ。
【請求項２】
請求項１記載のＰｂ−Ｓｎ系合金のＰｂとＳｎとの重量比率が９０：１０〜９５：５であることを特徴とするヒューズ付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、ヒューズ機能を有する固体電解コンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒューズ機能を有する従来の固体電解コンデンサは、陽極リードフレーム１２を固体電解コンデンサ素子２から延出する陽極リード１０と接続し、陰極リードフレーム１３を固体電解コンデンサ素子２の表面に形成された銀層６とワイヤ４を介して接続した後、樹脂モールドされている。
また、陽極、陰極各リードフレームの一部分の各インナーリード１２ａ、１３ａは、樹脂パッケージ３内に封止され、残りの部分の各アウターリード１２ｂ、１３ｂは、樹脂パッケージ３から延出され、クランク状に折り曲げられている。
【０００３】
この構成の固体電解コンデンサ１は、ワイヤ４にヒューズとしての機能をもたせている。つまり、固体電解コンデンサ素子２の温度が異常に上昇した場合、ワイヤ４が溶断するように構成されている。この機能により、固体電解コンデンサ１を含む電気回路のショートによる電気回路での異常動作の発生および固体電解コンデンサ１の異常加熱の発生が抑制される。ワイヤ４をヒューズとした場合の融点（溶断温度）は、固体電解コンデンサ１の特性（発火温度など）や固体電解コンデンサ１を回路基板に実装する際の実装温度に応じて決定される。例えば、固体電解コンデンサ素子２にタンタルを用い、２６０℃で実装する場合、２８０℃程度で溶断するワイヤ４が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１４２３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、２８０℃程度で溶断するワイヤ４の材料としては、Ｐｂ系合金が用いられている。これは、Ｐｂ自身の融点が比較的低いため、他の物質と合金を形成した場合、その合金を低融点化し、２８０℃程度で溶断する材料とすることができるためである。また、Ｐｂを含む材料は、延性に富むため、ワイヤの形態である細線に加工し易い上に、既存のヒータチップを用いて陰極インナーリード１３ａと固体電解コンデンサ素子２との間を熱圧着で接続することができるためである。
【０００５】
一方、陽極、陰極各リードフレーム１２、１３は、Ｆｅ−Ｎｉ合金系の母材にＳｎメッキ７処理が施され、ワイヤ４と接続されている。しかし、熱圧着にてワイヤ４を陰極インナーリード１３ａに接合した場合、Ｐｂを含むワイヤ４とその周りのＳｎメッキ７が合金層を形成するため、接続部はＳｎリッチで融点が低い共晶状態となり、高温で基板にはんだ付けした場合、その熱で接続部が溶融し、実装オープン不良を引き起こすことがある。また、漏れ電流不良をデバッグする目的で実施する熱スクリーニングの処理温度を低温に抑えなければならないため、十分な熱デバッグ効果を得ることができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するものであり、ヒューズ機能を有しつつ、かつ耐熱性を向上させた固体電解コンデンサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するもので、弁作用金属粉末を加圧成形し、焼結して得られた焼結体に陽極リードを植立し、該焼結体表面に誘電体皮膜を形成した後、誘電体皮膜上に固体電解質層を形成し、さらに陰極引出層を形成した後、陽極リードと陽極リードフレーム、陰極引出層と陰極リードフレームとを接続してなる固体電解コンデンサにおいて、
陰極引出層と陰極リードフレームとの間をＰｂ−Ｓｎ系合金ヒューズで接続し、かつ、少なくとも陰極リードフレームに施されるＳｎメッキの厚さが１〜５μｍであることを特徴とするヒューズ付固体電解コンデンサである。
【０００８】
また、上記のＰｂ−Ｓｎ系合金のＰｂとＳｎとの重量比率が９０：１０〜９５：５であることを特徴とするヒューズ付固体電解コンデンサである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、ヒューズ機能を有するワイヤとしてＰｂ−Ｓｎ系合金を使用する。この合金は、延性に富み、加工が容易であるため、固体電解コンデンサ素子表面に凹凸がある場合でも、十分な接合強度を確保でき、陰極インナーリードとの接続を容易に行うことができる。
【００１０】
さらに、接続される内部電極の表面におけるＳｎメッキ層の厚さを１〜５μｍにすることで、アウターリードのはんだ濡れ性の著しい悪化を発生させることなく、かつ、高温で実装する場合、ワイヤと陰極インナーリードの接合部で形成される合金層の融点低下による接合不良を発生することがないため、製造工程における熱スクリーニング時のスクリーニング温度を高めることができ、デバッグ効果を向上させ、工程不良の発生率を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に使用するワイヤは、Ｐｂ−Ｓｎ系合金を使用する。本ワイヤを用いることで、２８０〜３２０℃で導体が溶断するため、タンタルを用いた固体電解コンデンサの発火点に対して、ヒューズ機能を持たせることができる。また、厚さ１〜５μｍの範囲のＳｎメッキを施した内部電極を用いることで、外部接続用電極のはんだ濡れ性を悪化させることなく、ワイヤと内部電極の接合部におけるＰｂ−Ｓｎ合金層の融点の低下を防ぎ、かつ、回路基板の実装温度や２６０℃の熱スクリーニング温度におけるオープン不良を低減することができるため、耐熱性の向上が可能となる。
【００１２】
［実施例１］
本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は固体電解コンデンサの断面図、図２（ａ）は図１に示す固体電解コンデンサ素子の断面図、図２（ｂ）はその一部の拡大断面図である。図３はワイヤと陰極インナーリードとの接続部の拡大断面図である。
【００１３】
まず、最初にタンタルの弁作用金属粉末を直方体状に圧縮成形し、高真空状態で焼結することにより、多孔質焼結体を形成した。
【００１４】
次に、得られた多孔質焼結体に陽極酸化処理を行い、誘電体層５を形成し、さらに、二酸化マンガンを使用した固体電解質層８を誘電体層５上に形成した。固体電解質層８は、誘電体層形成後の素子を硝酸マンガン溶液に含浸した後、加熱処理を行い形成した。この含浸処理および加熱処理は複数回行った。
【００１５】
続いて、固体電解質層８と銀層６との間の接触抵抗が大きいため、その抵抗を低減する目的でカーボン層９を形成した。その後、銀ペーストを塗布し、熱処理により銀層６を形成し、陽極リード１０と陽極インナーリード１２ａを抵抗溶接により接続した。
【００１６】
さらに、ワイヤ４を介して銀層６と陰極インナーリード１３ａを接続した。なお、陽極リードフレーム１２、陰極リードフレーム１３は、厚さ０．５ｍｍのＮｉフラッシュメッキを施した上に、厚さ１μｍのＳｎメッキ処理を施したＦｅ−Ｎｉ系合金を使用した。
また、ヒューズ機能を有するワイヤ材料として、ＰｂおよびＳｎからなり、かつ、これらの重量比率が９０：１０のＰｂ−Ｓｎ合金を用い、線径φ１３０μｍ、長さ０．３ｍｍのものを使用した。なお、ワイヤ４は既存のヒータチップを用いて銀層６と陰極インナーリード１３ａの間に熱圧着し、接続した。
【００１７】
続いて、樹脂パッケージ３を熱硬化性のエポキシ樹脂を用いたトランスファーモールドにより形成し、さらに、回路基板などに対する固体電解コンデンサ１の面実装を可能にするため、各アウターリード１２ｂ、１３ｂをクランク状に折り曲げ、その先端部が樹脂パッケージ３の底面１４に沿う水平の形状とし、定格３５Ｖ−６．８μＦの固体電解コンデンサを作製した。
【００１８】
［実施例２］
各リードフレーム１２、１３に、厚さ０．５ｍｍのＮｉフラッシュメッキを施した上から厚さ３μｍのＳｎメッキ処理を施したＦｅ、Ｎｉ系合金を使用した以外は、実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサ作製した。
【００１９】
［実施例３］
各リードフレーム１２、１３に、厚さ０．５ｍｍのＮｉフラッシュメッキを施した上から厚さ５μｍのＳｎメッキ処理を施したＦｅ−Ｎｉ系合金を使用した以外は、実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。
【００２０】
［実施例４］
ワイヤ材料であるＰｂ−Ｓｎ合金のＰｂおよびＳｎの重量比率を９３：７とした以外は、実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。
【００２１】
［実施例５］
ワイヤ材料であるＰｂ−Ｓｎ合金のＰｂおよびＳｎの重量比率を９５：５とした以外は、実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。
【００２２】
（比較例１）
各リードフレーム１２、１３に、厚さ０．５μｍのＮｉフラッシュメッキを施した上に、厚さ０．５μｍのＳｎメッキ処理を施したＦｅ−Ｎｉ系合金を使用した以外は、実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。
【００２３】
（比較例２）
各リードフレーム１２、１３に、厚さ０．５μｍのＮｉフラッシュメッキを施した上に、厚さ７μｍのＳｎメッキ処理を施したＦｅ−Ｎｉ系合金のリードフレームを使用した以外は、実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。
【００２４】
（比較例３）
各リードフレーム１２、１３に、厚さ０．５μｍのＮｉフラッシュメッキを施した上に、厚さ８μｍのＳｎメッキ処理を施したＦｅ−Ｎｉ系合金を使用した以外は、実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。
【００２５】
（比較例４）
各リードフレーム１２、１３に、厚さ０．５μｍのＮｉフラッシュメッキを施した上に、厚さ９μｍのＳｎメッキ処理を施したＦｅ−Ｎｉ系合金を使用した以外は、実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。
【００２６】
（比較例５）
ワイヤ材料であるＰｂ−Ｓｎ合金のＰｂおよびＳｎの重量比率を８４：１６とした以外は、実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。
【００２７】
（比較例６）
ワイヤ材料であるＰｂ−Ｓｎ合金のＰｂおよびＳｎの重量比率を８６：１４とした以外は、実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。
【００２８】
（比較例７）
ワイヤ材料であるＰｂ−Ｓｎ合金のＰｂおよびＳｎの重量比率を８８：１２とした以外は、実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。
【００２９】
（比較例８）
ワイヤ材料であるＰｂ−Ｓｎ合金のＰｂおよびＳｎの重量比率を９７：３とした以外は、実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。
【００３０】
（比較例９）
ワイヤ材料であるＰｂ−Ｓｎ合金のＰｂおよびＳｎの重量比率を９９：１とした以外は、実施例１と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した。
【００３１】
実施例１〜３、比較例１〜４で作製した固体電解コンデンサについて、各々１０００個を１組として７組分作成し、各組毎に異なるピーク温度のリフロー炉に１０秒、３回投入し、ワイヤ４の溶断によるオープン発生数を確認した。ピーク温度は、それぞれ、２４０℃、２５０℃、２６０℃、２７０℃、２８０℃、２９０℃および３００℃とした。
【００３２】
また、それぞれのピーク温度のリフロー炉に投入したサンプルの内１２個に対し、各アウターリード１２ｂ、１３ｂのはんだ濡れ性試験を行い、はんだ濡れ性が３秒を超える製品数を確認した。結果を表１に示す。
さらに、実施例１、４、５および比較例５〜９のヒューズの接続強度とピーク温度２６０℃のはんだリフロー後のオープン発生数を確認した。結果を表２に示す。
【００３３】
【表１】
2007005689.tif 000003
【００３４】
【表２】
2007005689.tif 000004
【００３５】
表１から明らかなように、実施例１〜３は、比較例１〜４と比較し、２７０℃においても、ワイヤ溶断によるオープン不良の発生がなく、耐熱性が改善されていることが分かる。つまり、２６０℃以下で回路基板などに実装される固体電解コンデンサにおいて、基板実装時に不必要にワイヤ４が溶断することなく、当該ワイヤ４がヒューズとして正常に機能することが確認された。
【００３６】
また、リフローピーク温度が２９０℃後のはんだ濡れ性に対する不良品もなく、基板実装後の固体電解コンデンサとして不具合なく動作し得ることが確認された。
【００３７】
ただし、Ｓｎメッキ厚さが０．５μｍ（比較例１）は、リフローピーク温度が２９０℃になるまでオープン不良の発生は無いが、２６０℃以上になるとはんだ濡れ性が悪化する傾向にあり、また、７．０μｍ（比較例２）は、２５０℃でオープン不良が発生するため、Ｓｎメッキ厚さは１〜５μｍが望ましい。
【００３８】
表２から明らかなように、実施例１、４、５は、比較例５〜９と比較して、ワイヤ４の接続強度が高い。ここで、Ｐｂの重量比率が８８％以下（比較例５、６、７）では、接続強度が低下し、かつコンデンサ内部素子の正常な範囲での温度上昇で、容易にオープン不良が発生する。また、９５％を超える（比較例８、９）と、ワイヤ４の接続強度が十分に得られないため、９０〜９５％の範囲が望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】ヒューズを内蔵した固体電解コンデンサの一例を示す断面図である。
【図２】固体電解コンデンサ素子の断面図およびその一部の拡大断面図である。
【図３】ワイヤと陰極インナーリードの接続部の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  固体電解コンデンサ
２  固体電解コンデンサ素子
３  樹脂パッケージ
４  ワイヤ
５  誘電体層
６  銀層
７  Ｓｎメッキ
８  固体電解質層
９  カーボン層
１０  陽極リード
１１  細孔
１２  陽極リードフレーム
１２ａ  陽極インナーリード
１２ｂ  陽極アウターリード
１３  陰極リードフレーム
１３ａ  陰極インナーリード
１３ｂ  陰極アウターリード
１４  パッケージ底面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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