(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板と、該絶縁性基板の一面側に形成される第１、第２および第３の内部電極と、該第１および第２の内部電極と電気的に接続して前記絶縁性基板の他面側に設けられる第１および第２の外部電極と、前記第１および第３の内部電極に両端部が接続して設けられるヒューズ機能を有する金属体と、弁作用金属粉末の焼結体の一面に陽極リードが形成され、他の外面に陰極が形成されると共に、前記金属体の上に絶縁体を介して設けられ、かつ、前記第３の内部電極と前記陰極が電気的に接続されるように固着されるコンデンサ素子と、該コンデンサ素子の前記陽極リードを前記第２の内部電極と電気的に接続する接続部材と、前記コンデンサ素子の周囲を被覆する被覆層とからなり、前記ヒューズ機能を有する金属体が前記コンデンサ素子の焼結体の下側のみで該焼結体の外周から外側に延出しないように形成されてなる固体電解コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タンタル粉末などの弁作用金属の焼結体からなる固体電解コンデンサに関する。さらに詳しくは、パッケージをできるだけ小さくしながら大きなコンデンサ素子を内蔵し、容量値を大きくするなどの電気的特性を向上させることができると共に、ヒューズ機能を内蔵する固体電解コンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の固体電解コンデンサは、図３に示されるように、コンデンサ素子１の陽極リード１１が第１の外部リード２と抵抗溶接などにより電気的に接続され、コンデンサ素子１の側壁に形成される陰極１２がヒューズ４を介して、第２の外部リード３とそれぞれ電気的に接続され、その周囲が樹脂によりモールド成形されて樹脂製パッケージ５で被覆されることにより形成されている。第１および第２の外部リード２、３は、モールドにより樹脂製パッケージ５が形成された後にリードフレームから切断されて分離され、フォーミングされることにより、図３に示される構造に形成されている。
【０００３】
また、特開平８−１４８３８６号公報には、図４に示されるような構造の固体電解コンデンサが開示されている。すなわち、図４に示される構造では、絶縁性の基板２１の裏面に外部電極２２、２３が形成され、絶縁性基板２１のスルーホール内の導電部材２４を介して上面側の内部電極２２ａ、２３ａに接続されるように、コンデンサ素子１の外周部が基板２１の低い部分２１ｂに固着され、陽極リード１１は絶縁性基板２１の段差により高くされた部分２１ａの表面の電極２３ａに接続されることにより形成されている。そして、その上面側がケース５により被覆される構造になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示される構造のものは、リードフレームを用いて製造することができるため、非常に安価に製造することができるという利点がある。しかし、コンデンサ素子１の上下両面側にパッケージ５で被覆するスペースを必要とするため、パッケージの外形寸法に対するコンデンサ素子１の割合を充分に大きくすることができない。とくに近年では、の電子部品の軽薄短小化に伴い、固体電解コンデンサでも非常にパッケージの小さいものが要求されると共に、容量値の増大化など、特性面の向上が要求されている。容量値の増大化などの特性面の向上を図るためには、コンデンサ素子の大きさを大きくしなければならないが、パッケージの小形化と相容れず、小さなパッケージ内にいかに大きなコンデンサ素子を内蔵するかが課題となっている。
【０００５】
また、図４に示される構造では、パッケージの占める部分は最小限に減らすことができ、外形寸法に対するコンデンサ素子の割合を大きくすることができるが、ヒューズを内蔵するスペースがなく、ヒューズ機能を有する固体電解コンデンサにすることができないため、誘電体膜の劣化などによる事故を未然に防止する構造にしにくいという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、絶縁性基板を用いて、その上にコンデンサ素子を直接外部電極と電気的に接続してマウントすることにより、コンデンサ素子の体積を大きくし得る構造としながら、ヒューズ機能を有する金属体を接続した具体的な構造の固体電解コンデンサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による固体電解コンデンサは、絶縁性基板と、該絶縁性基板の一面側に形成される第１、第２および第３の内部電極と、該第１および第２の内部電極と電気的に接続して前記絶縁性基板の他面側に設けられる第１および第２の外部電極と、前記第１および第３の内部電極に両端部が接続して設けられるヒューズ機能を有する金属体と、弁作用金属粉末の焼結体の一面に陽極リードが形成され、他の外面に陰極が形成されると共に、前記金属体の上に絶縁体を介して設けられ、かつ、前記第３の内部電極と前記陰極が電気的に接続されるように固着されるコンデンサ素子と、該コンデンサ素子の前記陽極リードを前記第２の内部電極と電気的に接続する接続部材と、前記コンデンサ素子の周囲を被覆する被覆層とからなり、前記ヒューズ機能を有する金属体が前記コンデンサ素子の焼結体の下側のみで該焼結体の外周から外側に延出しないように形成されている。
【０００８】
この構造にすることにより、ヒューズ機能を有する金属体は、直線状または板状で、直接絶縁性基板上の内部電極に蒸着または熱圧着などにより接続されるため、円弧を形成する必要がなく、最小限のスペースで接続される。さらに、コンデンサ素子は、その金属体上に絶縁体を介して直にマウントされるため、ヒューズ機能を有しない固体電解コンデンサと殆ど全体の大きさを変えることなく製造されながら、ヒューズ機能を内蔵することができ、小さなパッケージで非常に高性能な固体電解コンデンサが得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の固体電解コンデンサについて説明をする。本発明による固体電解コンデンサは、図１に本発明による固体電解コンデンサの一実施形態である断面説明図が示されるように、絶縁性基板６の一面側に第１、第２および第３の内部電極２ａ、３ａ、２ｃが設けられており、第１および第２の内部電極２ａ、３ａは、絶縁性基板６の他面側に設けられる第１および第２の外部電極２、３とビアメタル２ｂ、３ｂを介して電気的に接続されている。そして、第１および第３の内部電極２ａ、２ｃにヒューズ機能を有する金属体４の両端部が接続されて設けられている。この金属体４の上に絶縁体７を介してコンデンサ素子１が設けられており、その陰極（外周側壁）１２は、第３の内部電極２ｃと電気的に接続されるように、導電性接着剤８により固着されると共に、そのコンデンサ素子１の陽極リード１１が第２の内部電極３ａと導電性接着剤のような接続部材９を介して電気的に接続されている。そして、コンデンサ素子１の周囲が被覆層（パッケージ）５により被覆されている。
【００１０】
絶縁性基板６は、たとえば０.１ｍｍ程度の厚さのガラスエポキシ基板や、ポリイミドフィルムなどが用いられ、その表面側に第１〜第３の内部電極２ａ、３ａ、２ｃが形成され、その裏面側に第１および第２の外部電極２、３が形成されている。第１および第２の内部電極２ａ、３ａと外部電極２、３は、それぞれ絶縁性基板６に設けられたスルーホールに埋め込まれたビアメタル２ｂ、３ｂにより電気的に接続されている。この絶縁性基板６は、後述するように、たとえば２０ｃｍ×６ｃｍ程度の図２（ａ）に示されるような大きな基板に、たとえば２０００個程度分の電極が形成されており、コンデンサ素子の組立が終って、その表面に樹脂などを塗布して被覆層（パッケージ）５が形成された後に、各素子の境界部で切断することにより個々の固体電解コンデンサに分割される。
【００１１】
コンデンサ素子１は、従来の素子と同じ構造（従来のリードフレームタイプより素子の体積を大きくすることができる）で、タンタル、アルミニウム、ニオブなどの弁作用金属の粉末が角型または円柱状に成形され、その一壁面に陽極リード１１が埋め込まれている。そして、陽極酸化により粉末の周囲にＴａ2Ｏ5などの酸化皮膜や二酸化マンガン層が形成され、焼結体の外周に二酸化マンガン層、グラファイト層、銀層などが形成されて陰極１２が形成されている。焼結体の大きさは、たとえば底面積が０.３ｍｍ四方から数ｍｍ四方程度に形成される。なお、１３はテフロンリングである。このコンデンサ素子１の焼結体部外周の陰極１２が、前述の第３の内部電極２ｃと電気的に接続されるように、金属体４上の絶縁体７の上に銀ペーストなどの導電性接着剤８などにより固着されている。
【００１２】
金属体４は、たとえば太さが８０μｍφ程度で、Ｐｂ系合金からなり、２６０℃程度以上で溶断するワイヤが、ヒューズ機能を有する材料として用いられる。このワイヤは、第１および第３の内部電極２ａ、２ｃ上にその両端部がそれぞれ位置するように載置し、熱圧着法などによりその端部を加熱しながら押し付けることにより両内部電極２ａおよび２ｃ間に接続される。金属体４として、ヒューズ機能を有する材料が用いられることにより、コンデンサ素子に起因する焼損事故を防止することができる。すなわち、コンデンサ素子１の粉末周囲に形成されている誘電体膜に損傷が生じ絶縁性が低下して電流がリークすると、温度が上昇し、さらに過電流になると焼結体が焼損し、事故になりやすいが、その現象が生じそうになると、温度上昇を検知して直ちに電流を遮断することができる。この目的から、焼結体が焼損する６００℃程度より低く、ハンダ付けなどの温度では溶断しない２６０℃程度以上で溶断する材料が用いられる。
【００１３】
金属体４としては、前述のワイヤ状のＰｂ系合金に限定されるものではなく、Ｐｂフリーの観点から、たとえばＳｎ-Ａｇ-ＣｕもしくはＳｎ-Ｚｎ合金などをスパッタもしくは真空蒸着法などにより１００μｍ幅程度で、１μｍ程度の厚さの板状に形成されてもよい。すなわち、これらの材料は２６０℃程度で溶断するが、０.１ｍｍφ程度以下のワイヤ状には形成できず、ワイヤとしてはヒューズ機能を有する材料として利用できない。しかし、本発明の構造では、絶縁性基板上に直接スパッタリングなどにより設けることができ、公害防止の観点からＰｂを使用しないで、ヒューズ機能を有する金属体４として利用することができる。
【００１４】
絶縁体７としては、たとえば消弧剤とか、弾力性のあるＪＣＲ（ジャンクションコートレジン）などを使用することができる。消弧剤は、溶融して液状体となった低融点金属を吸収し得るもので、熱容量および熱伝導率が大きい、高純度のケイ砂（ＳｉＯ2）などを使用することができ、ＪＣＲは、たとえばシリコーンやポリイミドなどからなり、接合部を保護するのに適した弾力性のある樹脂である。このような消弧剤や弾力性のある樹脂を用いることにより、金属体４が溶融した場合、確実に分離させて切断状態にすることができる。
【００１５】
導電性接着剤８は、通常よく用いられるＡｇペーストなどを使用することができ、第３の内部電極２ｃとは電気的に接続されるように、かつ、第１の内部電極２ａとは電気的に接続されないようにスクリーン印刷などにより塗布され、その表面にコンデンサ素子１が載置されて硬化されることにより固着される。また、接続部材９は、たとえばコンデンサ素子の大きさが小さく、第２の内部電極２ｂと陽極リード１１との間隔が１ｍｍ程度以下であれば、粘度が大きめのＡｇペーストなどの導電性ペーストをディスペンサなどにより塗布してそのまま陽極リードを埋め込み、硬化させることにより接続することもできる。また、その間隔が広い場合には、導電性部材を第２の内部電極２ｂ上に接着して、その上に陽極リード１１を導電性ペーストなどにより接着することもできる。
【００１６】
このようにコンデンサ素子１がマウントされた絶縁性基板６の表面全体に、ペースト状樹脂をスクリーン印刷などにより塗布してコンデンサ素子１を被覆して熱硬化させることにより、被覆層５が形成される。すなわち、図３に示される従来構造のように射出成形で形成するのではなく、その量も少ないため、ただ塗布して熱硬化させるだけで形成される。
【００１７】
つぎに、この固体電解コンデンサの製法について説明をする。たとえばタンタル粉末を前述の大きさに成形すると共にその一壁面に、たとえば太さが０.２ｍｍφ程度のタンタル線を埋め込んで真空中で焼結することにより、陽極リード１１が一壁面（上面）に埋め込まれた焼結体を形成する。そして、陽極リード１１の付け根部分にテフロンリング１３を被せ、このコンデンサ素子１の陽極リード１１の先端部を、たとえばステンレス板で形成した図示しないステンレスバーに数十個程度溶接する。
【００１８】
ついで、ステンレスバーに溶接された分をまとめて、たとえばリン酸水溶液中に浸漬し、陽極リード１１を陽極として陽極酸化をすることにより、タンタル粉末の周囲にＴａ2Ｏ5からなる酸化物皮膜を形成する（化成処理）。その後、硝酸マンガン水溶液中に浸漬し、二酸化マンガン層（図示せず）を焼結体の内部およびその外周面に形成する工程と前述の酸化皮膜形成工程（再化成処理）を繰り返す。この硝酸マンガン水溶液が陽極リード１１に上らないようにテフロンリング１３が設けられている。さらにその外表面にグラファイト層（図示せず）を形成し、さらにその外表面に銀層（図示せず）を形成することにより、その表面が陰極１２とされたコンデンサ素子１が形成される。
【００１９】
一方、外部電極と接続用のスルーホール（図示せず）が形成されたガラスエポキシなどからなる大きな絶縁性基板６の表面に、導電性ペーストなどをスクリーン印刷などにより塗布して硬化させることにより、第１〜第３の内部電極２ａ、３ａ、２ｃを図２（ａ）に示されるように多数個分形成し、さらにその裏面に外部電極２、３を同様に形成する。ついで、図２（ｂ）に示されるように、第１の内部電極２ａと第３の内部電極２ｃとの間に金属体４を接続し、さらにその上に絶縁体７を塗布する。そして、第３の内部電極２ｃの露出部、および絶縁体７の上に図示しない導電性接着剤８を塗布し、さらに第２の内部電極３ａの中心部に盛り上がるように導電性接着剤からなる接続部材９を塗布し、前述のコンデンサ素子１を図２（ｃ）に示されるように載置し、１５０℃程度に昇温して導電性接着剤を硬化させる。その後、表面全体にペースト状樹脂をスクリーン印刷などにより塗布して被覆し、１５０℃程度に加熱することにより硬化させて被覆層５を形成する。ついで、図２（ｄ）に示されるように被覆層５および絶縁性基板６ごとカッター３１により切断して、図１に示される構造の固体電解コンデンサに分離する。
【００２０】
本発明によれば、絶縁性基板上に直接コンデンサ素子をマウントしながら、コンデンサ素子と絶縁性基板との間にヒューズ機能を有する金属体を介在させたため、ヒューズを円弧状に設ける必要がなく、パッケージを殆ど大きくすることなく、ヒューズ機能を内蔵することができる。その結果、余分なスペースがなく、小さなパッケージで容量値を大きくしたり、弁作用金属の粒径を大きくしてリーク電流を小さくしたりすることにより、電気的特性を向上させることができると共に、ヒューズ機能を有するため、金属粉末周囲の誘電体層が劣化してリークが生じ、温度が上昇したときはいち早く検知し遮断することができ、温度が上昇し過ぎて焼損事故が発生するということがなくなる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、小さなパッケージで大きなコンデンサ素子を内蔵することができ、容量値を大きくしたり、リーク電流を減少させることができ、非常に高性能な固体電解コンデンサが得られる。しかもヒューズ機能を有するため、リーク電流などを早期に検知することができ、非常に信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による固体電解コンデンサの一実施形態の断面説明図である。
【図２】図１の固体電解コンデンサの製造工程を示す説明図である。
【図３】従来の固体電解コンデンサの一例を示す断面説明図である。
【図４】従来における固体電解コンデンサの他の例を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１    コンデンサ素子
２    第１の外部電極
３    第２の外部電極
４    金属体
５    被覆層（パッケージ）
６    絶縁性基板
７    絶縁体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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