JP2007103532A - チップ型電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温リフロー時での外装ケースの変形を防止するとともに、電解液の漏出を防止する。
【解決手段】 電解コンデンサの開口端面に絶縁板を配置し、電解コンデンサのリード線を絶縁いたの外表面に臨ませチップ型電解コンデンサにおいて、封口体として硬度８０から９０の弾性ゴムを用い、外装ケースとしてアルミニウムーマンガン合金からなるケースを用いるとともに、横加締めによる絞り深さ寸法を、加締め前の外装ケースの外径寸法の０．８から０．９の比率とした。アルミニウム−マンガン合金を用いることによりケース硬度が上がり、高温リフロー時での外装ケースの変形を防止することができ、かつ横加締めによる絞り深さを浅くすることで外装ケースの破断を防止する。一方で、硬度の高い封口体を用いることで、絞り深さが浅い場合でも、封口体と外装ケースの密着性は高く維持でき、電解液の漏出を防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は電解コンデンサの製造方法に関するもので、特に面実装型として基板に実装して用いられるチップ型電解コンデンサに関するものである。

図１はこの種の従来のチップ型電解コンデンサの構成を示した側面断面図であり、同図において、１０はチップ形電解コンデンサであり、このチップ型電解コンデンサ１は陽極リード線３ａと陰極リード線３ｂがそれぞれ接続された陽極箔と陰極箔とをその間にセパレータを介在させて巻回することにより構成されたコンデンサ素子９を駆動用電解液と共に有底円筒状の金属からなる外装ケース１０内に収納し、この外装ケース３の開放端部を封口体４により封止することによって構成されている。

２は外装ケース１０のリード線導出端面に当接するように取り付けられた絶縁性の絶縁板であり、この絶縁板２には上記コンデンサ素子９から導出された一対のリード線３ａ，３ｂが貫通する貫通孔８と、この貫通孔８を貫通させた一対のリード線３ａ，３ｂ（折り曲げ部分は扁平に加工されている）を収納するための溝部が外表面に設けられており、リード線を直角方向に折り曲げて、絶縁板に沿うように折り曲げられて、溝部にリード線を収納することにより、プリント基板に表面実装が可能となるように構成されたものであった。

このようなチップ型電解コンデンサに関する文献としては、次のような文献が知られている。
特開昭６０−１７０９２６号 特公平２−５６８０８号

このようなチップ型電解コンデンサは、プリント基板に実装する際にははんだリフローによってはんだ付けすることが一般的に行われている。

ところで、近年、地球環境への影響を軽減するために、電子機器において鉛を用いないはんだ、いわゆる鉛フリーはんだを用いて電子部品をプリント基板に接合することが求められている。このような鉛フリーはんだとしては、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉ系合金はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金はんだ、Ｓｎ−Ａｇ系合金はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系合金はんだ等が使用されるが、これらのはんだはＳｎ−Ｐｂ系合金はんだに比べると、融点が高いという特徴がある。従って、このような鉛フリーはんだを用いてはんだ付けする際、例えばリフローはんだ付けする場合には、リフロー温度も高くする必要が出てくる。従来のＳｎ−Ｐｂ系はんだでは、リフロー温度を２２５〜２３５℃程度とすれば充分であったが、鉛フリーはんだを用いるとリフロー温度は２４５〜２５５℃程度まで上昇させる必要がある。

そして、リフロー温度の上昇に伴い、プリント基板に搭載されるチップ型電解コンデンサにも、熱による影響が大きなものとなる。

チップ型電解コンデンサは前述したように内部に駆動用電解液を保持しており、高温になると駆動用電解液の溶媒が気化して電解コンデンサの内部圧力を上昇させてしまう。そして、チップ型電解コンデンサの内圧上昇に伴い、外装ケースを変形させることがある。鉛フリーはんだを用いることによりリフロー温度が上昇することに伴って、外装ケースの変形の問題はより顕著なものとなってきている。

そこで、このようなリフロー時にチップ型電解コンデンサの外装ケースが変形することを防止するために、外装ケースの材質として硬度が高い材質が使用されている。従来、電解コンデンサの外装ケースとして用いられてきたのは、純アルミニウムに近いＪＩＳ１０００番台のアルミニウム合金であるが、より高い硬度を有するアルミニウム合金としてアルミニウムとマンガンの合金であるＪＩＳ３０００番台のアルミニウム合金が、電解コンデンサの外装ケースとして用いられることもある。外装ケースの硬度が上昇することによって、内部圧力の上昇に対する抗変形力が増し、より高い内圧上昇にも耐えられるようになる。

しかしながら、アルミニウム−マンガン合金を外装ケースとして用いると、次のような問題が発生する。電解コンデンサは、外装ケースにコンデンサ素子と封口体を収納した後、加締めと呼ばれる外装ケースの側面からの横溝加工（横加締め）と開口端部のカーリング加工（縦加締め）によって封口を行っているが、外装ケースの硬度が高くなったことに伴い、これらの横溝加工とカーリング加工も難易度が増すことになる。すなわち、外装ケースの硬度が高くなったことにより、外装ケースは変形しづらく、かつ破断しやすいものとなっている。そして、横加締めによる絞り深さを深くしてしまうと、外装ケースの硬度が高いことから、均一な加締めが困難となり、加締めむらが生じてしまうことがあり、さらには、加締め部分が破断するおそれも出てくる。

一方で、電解コンデンサの封口精度は主に横加締めによる外装ケースと封口体との密着性により得られている。すなわち、横加締めによる封口体の圧縮に伴う封口体の弾性反発力によって、外装ケースと封口体が密着し、封口精度を得ている。絞り深さが浅いと外装ケースと封口体との密着精度が悪化し、電解コンデンサの電解液の漏出のおそれが高まることになる。このため、高い封口精度を得るためには、絞り深さを深いものとしたほうが好ましい。

上記のように、電解コンデンサにおいては、絞り深さを深くして封口精度を高くしたいという要請があるにもかかわらず、一方で絞り深さを深くすると、ケースが破断してしまうという課題を有している。これは電解コンデンサにおいて鉛フリー化の要請が高まることに顕在化してきた課題であり、従来にない新たな課題である。

そこで、本願発明では、上記の課題を解決するために検討した結果なされたものである。

この発明の請求項１に係る発明は、一対のリード線が引き出されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子に含浸された電解液と、コンデンサ素子を収納する有底筒状の外装ケースと、この外装ケースの開口端部を封口する封口体と、外装ケースの開口端面に当接するように配置され、かつ前記リード線が外表面に臨ませた絶縁板よりなるチップ型電解コンデンサにおいて、封口体として硬度８０から９５の弾性ゴムを用い、外装ケースとしてアルミニウムーマンガン合金からなるケースを用いるとともに、横加締め寸法を、加締め前の外装ケースの外径寸法の０．８から０．９の比率としたチップ型電解コンデンサとした。

この横加締めにおける絞り深さは、横加締め加工前の外装ケースの外径の０．８〜０．９の比率としていることにより、硬度の硬いアルミニウム−マンガン合金を用いた外装ケースであっても、外装ケースの横加締めにおいても加締め部位で破断を起こすことがない。一方で、封口体として硬度８０から９５と硬度の高い材質の弾性ゴムを用いているので、横加締めに伴う押圧に対する弾性反発は強いものとなっている。このため、従来よりも横加締めの絞り深さが浅い場合でも、外装ケースと封口体の密着性は強固なものとなり、密封性は高いものとなる。なお、本発明における硬度はＪＩＳ−Ｋ６２５３で規定するデュロメーター硬さ試験による硬度を表している。

この出願の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のチップ型電解コンデンサにおいて、外装ケースの外周に樹脂コーティング層を有することを特徴とする。

樹脂コーティング層を形成することによって、外装ケースの絶縁を図ることが可能となるとともに、外装ケースの頭部に所定の印刷表示をすることが可能となる。

この出願の請求項３に係る発明は、請求項２に記載のチップ型電解コンデンサにおいて、樹脂コーティング層が、エポキシ樹脂からなることを特徴とする。

外装ケースに施す樹脂コーティング層としてエポキシ樹脂を用いると、エポキシ樹脂が熱硬化性樹脂であるとともに、耐摩耗性に優れる樹脂であるため、樹脂コーティング層がすり切れたりすることが無い。

この発明によると、硬度の高いアルミニウム−マンガン合金を外装ケースに使用することによって、はんだリフロー温度が高くても、はんだリフロー時に外装ケースの変形を防止することができるとともに、電解コンデンサの封口精度を高いものとし、電解液の漏出等の問題が発生することが無い。

この発明を実施するための最良の形態について説明する。図１はチップ型電解コンデンサの内部構造を示す断面図である。

コンデンサ素子９は陽極箔と陰極箔をセパレータを介して巻回して形成したもので、一方の巻回端面より２本の電極タブおよびリード線３ａ、３ｂが導出されている。

このコンデンサ素子９は、有底筒状の外装ケース１０に収納されている。ここで用いられる外装ケース１０は、アルミニウム−マンガン合金を用いている。そして外装ケースの外装にエポキシ樹脂からなる樹脂コーティング層１０ａが形成されている、この樹脂コーティング層１０ａの厚さは８μｍとなっている。このような樹脂コーティング層１０ａを形成することによって、外装ケースの絶縁を図ることが可能となるとともに、外装ケースの頭部に所定の印刷表示をすることが可能となる。

外装ケースの開口端部は、封口体４によって封口されている。なお、封口体４には貫通孔が形成されており、コンデンサ素子の電極タブおよびリード線３ａ、３ｂが封口体４の貫通孔に挿入されている。

この封口体４はブチルゴム等の弾性部材からなり、その硬度を８０から９５の範囲のものを用いている。

そして、電解コンデンサのリード線導出端面には、絶縁板２が配置され、リード線３ａ、３ｂが絶縁板２に沿って折り曲げられて、絶縁板の外表面に臨むように構成され、チップ型電解コンデンサとしている。

このような電解コンデンサの製造工程を図２とともに説明する。

所定の工程によりコンデンサ素子９を作成し、コンデンサ素子９に駆動用の電解液を含浸した後、コンデンサ素子９のリード線３ａ、３ｂおよび電極タブを封口体４の貫通孔の挿入して、コンデンサ素子９に封口体４を取り付ける。そして、図２（ａ）に示すように、外装ケース１０にコンデンサ素子９及び封口体４を収納する。

さらに、外装ケース１０の開口端部の封口を行う。外装ケース１０は、側面からの横溝加工によって、封口体を圧縮し、気密を得ている。また、外装ケースの開口端部はカーリング加工によって、開口端部が封口体に食い込むように加工されており、外装ケースからの封口体の脱落を防止している。

横加締めは、図２（ａ）に示すように、軸に回転自在に取り付けられたコマ状の横加締め治具を外装ケースの側面に押し当てて、図２（ｂ）に示すような、外装ケースが径小となるように横溝加工を行う。この横加締めにおける絞り深さは、横加締め加工前の外装ケースの外径の０．８〜０．９の比率とする。この比率であれば、硬度の硬いアルミニウム−マンガン合金を用いた外装ケースであっても、外装ケースの横加締めにおいても加締め部位で破断を起こすことがない。一方で、封口体として硬度の高い材質の弾性ゴムを用いているので、横加締めに伴う押圧に対する弾性反発は強いものとなっている。このため、従来よりも横加締めの絞り深さが浅い場合でも、外装ケースと封口体の密着性は強固なものとなり、密封性は高いものとなる。

その後、図２（ｃ）に示すように、カーリング治具１２を外装ケース１０の開口端部に押し当てて、外装ケース１０の端部を巻き込むように変形させ、開口端部を封口体４に食い込むようにカーリング加工を行って、図２（ｄ）のような電解コンデンサを得る。

この横溝加工、カーリング加工の際にはそれぞれの治具が外装ケースと当接し、摩擦による熱が発生する。この際、外装ケースの硬度が高いと外装ケースの加工がしづらく、外装ケースを変形させるのに時間がかかることになる。このため、加工治具との接触時間が長くなり、摩擦熱の発生も大きなものとなってしまう。

そこで、外装ケースに施す樹脂コーティング層１０ａとしてエポキシ樹脂を用いると、エポキシ樹脂が熱硬化性樹脂であるとともに、耐摩耗性に優れる樹脂であるため、樹脂コーティング層がすり切れたりすることが無い。

さらに電解コンデンサの封口を行った後、電解コンデンサのリード線導出端面に、絶縁板２を当接させる。絶縁板２にはリード線３ａ、３ｂを貫通する貫通孔８，８が形成されており、この貫通孔８，８を貫通させた一対のリード線３ａ、３ｂを収納するための溝部が外表面に設けられており、リード線３ａ、３ｂを直角方向に折り曲げて、絶縁板２に沿うように折り曲げられて、溝部にリード線を収納することにより、プリント基板に表面実装が可能となるように構成する。

次により具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
アルミニウム−マンガン合金からなる外装ケースを用いた外装ケースに、エポキシ樹脂からなる樹脂コーティング層を施した。樹脂コーティング層の厚さは８μｍである。
この外装ケースを用いて電解コンデンサを作成した。この電解コンデンサの大きさはφ８．０×１１．５Ｌであり、弾性ゴムとしてブチルゴムを用い、硬度が８７のものを用いた。
また、横加締め寸法を７．１ｍｍとしており、外装ケースの外径に対する比率は０．８９となっている。
（実施例２）
アルミニウム−マンガン合金からなる外装ケースを用いた外装ケースに、エポキシ樹脂からなる樹脂コーティング層を施した。樹脂コーティング層の厚さは８μｍである。
この外装ケースを用いて電解コンデンサを作成した。この電解コンデンサの大きさはφ８．０×１１．５Ｌであり、弾性ゴムとしてブチルゴムを用い、硬度が８１のものを用いた。
また、横加締め寸法を０．７１ｍｍとしており、外装ケースの外径に対する比率は０．８９となっている。
（比較例１）
アルミニウム−マンガン合金からなる外装ケースを用いた外装ケース、エポキシ樹脂からなる樹脂コーティング層を施した。樹脂コーティング層の厚さは８μｍである。
この外装ケースを用いて電解コンデンサを作成した。この電解コンデンサの大きさはφ８．０×１１．５Ｌであり、弾性ゴムとしてブチルゴムを用い、硬度が８９のものを用いた。
また、横加締め寸法を０．６ｍｍとしており、外装ケースの外径に対する比率は０．７５となっている。
（比較例２）
アルミニウム−マンガン合金からなる外装ケースを用いた外装ケースに、エポキシ樹脂からなる樹脂コーティング層を施した。樹脂コーティング層の厚さは８μｍである。
この外装ケースを用いて電解コンデンサを作成した。この電解コンデンサの大きさはφ８．０×１１．５Ｌであり、弾性ゴムとしてブチルゴムを用い、硬度が７６のものを用いた。
また、横加締め寸法を０．７１ｍｍとしており、外装ケースの外径に対する比率は０．８９となっている。

上記の電解コンデンサの製造後に外観を確認し、その後にプリント基板に実装するために、はんだリフローにてはんだ付けを行った。リフロー温度は２５０℃とした。
このはんだリフローの後に、再びチップ型電解コンデンサの外観検査を行った。

この外観検査の結果を次の表１に示す

上記の表１の結果から判るように、この発明の実施例１、実施例２では、外装ケースの破断やリフロー後の電解液の漏出は発生していないが、横加締めの比率を０．７５とした比較例１では、横加締め部での外装ケースの破断が発生した。また、封口体の硬度を７６とした比較例では、リフロー後に電解液の漏出が発生した。

チップ型電解コンデンサの内部構造を示す断面図である。 電解コンデンサの加締め工程を示す図面である。

符号の説明

１ チップ型電解コンデンサ
２ 絶縁板
３ リード線
４ 封口体
８ 貫通孔
９ コンデンサ素子
１０ 外装ケース
１０ａ 樹脂コーティング層

Claims (3)

1. 一対のリード線が引き出されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子に含浸された電解液と、コンデンサ素子を収納する有底筒状の外装ケースと、この外装ケースの開口端部を封口する封口体と、外装ケースの開口端面に当接するように配置され、かつ前記リード線が外表面に臨ませた絶縁板よりなるチップ型電解コンデンサにおいて、
   封口体として硬度８０から９０の弾性ゴムを用い、外装ケースとしてアルミニウムーマンガン合金からなるケースを用いるとともに、
   横加締めによる絞り深さ寸法を、加締め前の外装ケースの外径寸法の０．８から０．９の比率としたチップ型電解コンデンサ。
2. 外装ケースの外周に樹脂コーティング層を有する請求項１に記載のチップ型電解コンデンサ。
3. 樹脂コーティング層が、エポキシ樹脂からなる請求項２に記載のチップ型電解コンデンサ。