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JP5132374B2 - 固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

固体電解コンデンサ及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、陽極リードフレーム及び陰極リードフレームの下端面が、外装樹脂の端面から露出している固体電解コンデンサに関する。
従来より、電子回路においては、コンデンサが幅広く利用されている。コンデンサの中でも電解コンデンサは、比較的小型で大容量であることから電力回路等によく用いられている。このような電解コンデンサの例として、図17のような構造を有する固体電解コンデンサがある。この固体電解コンデンサは、陽極引出部121と陰極引出部15を有するコンデンサ素子を具え、陽極体121と陽極リードフレーム161、陰極引出部15と陰極リードフレーム162が夫々接続している。陽極リードフレーム161と陰極リードフレーム162の一部と、コンデンサ素子を外装樹脂19にて被覆し、外装樹脂19から露出している陽極リードフレーム161及び陰極リードフレーム162を外装樹脂19の周面に沿うように折り曲げてなる構造をしている。
上記の構造の固体電解コンデンサを形成する際、前述のように陽極リードフレーム161及び陰極リードフレーム162を外装樹脂19に沿って折り曲げるが、この際相当な曲げ応力が加わる。そのため、外装樹脂19を厚くして曲げ応力に耐えられる強度を確保していた。しかしながら、外装樹脂19を厚くすることは、コンデンサの大型を招くことになり好ましくない。また、近年大容量化のニーズが高まっており、コンデンサに占めるコンデンサ素子の体積の増大が求められている。このような要求に応えるべく、図18に示すような構造の固体電解コンデンサが提案され、用いられている。(例えば特許文献1)
特開2002−367862号公報。
図18の固体電解コンデンサは、平板状の陽極リードフレーム161及び陰極リードフレーム162を有しており、該陽極リードフレーム161及び陰極リードフレーム162の下端面は、外装樹脂19から露出している。このような構造を有する固体電解コンデンサにおいて、陽極引出部121として図18に示すようなリードワイヤを用いた場合、陽極引出部121と陰極引出部15は同一水平面上にないため、陽極リードフレーム161上に導電性部材18を配置し、該導電性部材18上に陽極引出部121が載置することでコンデンサ素子が水平に配置するように配慮する必要がある。しかしながら、コンデンサ素子を形成する各層の厚みは個々によってバラツキがある。このような状態でコンデンサ素子と陽極リードフレーム及び陰極リードフレームと接続する場合、陰極引出部15と陰極リードフレーム162が強固に接続するよう面接触させて接続すると、導電性部材18から陽極引出部121が浮きあがり接続が確実に行われず、コンデンサのESR(Equivalent Series Resistance:等価直列抵抗)の増大や不良品の発生などの問題があった。また、導電性部材18と陽極引出部121を強固に接続しようとすると、陰極引出部15と陰極リードフレーム162との接続が確実に行われず、コンデンサのESRの増大や不良品の発生などの問題があった。
上記の問題を鑑みて、本発明は、陽極引出部と陰極引出部を有するコンデンサ素子と、前記陽極引出部と導電性部材を介して接続される陽極リードフレームと、前記陰極引出部と接続される陰極リードフレームとを具える固体電解コンデンサにおいて、前記陽極リードフレームは前記導電性部材に加えさらに陽極側補助フレームを介して前記陽極引出層と接続していることを特徴とする。
また本発明の別の形態は、陽極引出部と陰極引出部を有するコンデンサ素子と、前記陽極引出部と導電性部材を介して接続される陽極リードフレームと、前記陰極引出部と接続される陰極リードフレームとを具える固体電解コンデンサにおいて、前記陽極引出部及び前記陽極リードフレームと接続される陽極側補助フレームを有し、前記陽極側補助フレームは段部を有しており、該段部を介して一方は前記陽極引出部と、他方は前記陽極リードフレームと接続していることを特徴とする。前記段部は、前記陽極引出部と前記陰極引出部が連なる方向に形成されていてもよいし、前記陽極引出部と前記陰極引出部が連なる方向に略垂直方向に設けられていてもよい。
さらに本発明は前記陰極引出部及び前記陰極リードフレームと接続する陰極側補助フレームを有し、前記陰極引出部と前記陰極リードフレームとが接続している面と対向する面において前記陰極引出部と前記陰極補助フレームが接続しており、前記陰極引出部と前記陰極リードフレームとが接続している面において前記陰極リードフレームと前記陰極補助フレームが接続していることが好ましい。
また本発明の製造方法は、陽極引出部と陰極引出部とを具えたコンデンサ素子を作製する工程と、陽極リードフレーム及び陰極リードフレームを有するリードフレーム上に前記コンデンサ素子を載置する工程とを備えた固体電解コンデンサの製造方法において、前記リードフレーム上に前記コンデンサ素子を載置する工程の前に、陽極側補助フレーム及び陰極側補助フレームを有する補助フレーム上に前記コンデンサ素子を載置する工程を有することを特徴とする。
本発明の構成及び製造方法によれば、コンデンサ素子の厚みのバラツキがあっても、陽極引出部と陽極リードフレーム及び陰極引出部と陰極リードフレームを確実に接続し、歩留まりの向上に寄与する。また、陽極引出部と陽極リードフレーム及び陰極引出部と陰極リードフレームの接続が強固になるので、固体電解コンデンサのESRも低減する。
以下、本発明の実施形態について、図を用いて説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の第一実施形態における固体電解コンデンサの構造を示す斜視図(a)及び断面図(b)である。該固体電解コンデンサは、陽極引出部21及び陰極引出部5を有するコンデンサ素子1と、陽極リードフレーム61及び陰極リードフレーム62と、陽極側補助フレーム71及び陰極側補助フレーム72と、導電性部材8と、外装樹脂9を具えている。ここでコンデンサ素子1は、図4に示す構成からなる。すなわち、陽極引出部21が植立されている陽極体22の周面に誘電体層3、陰極層4、陰極引出部5が順次形成されてコンデンサ素子1を構成している。
陽極リードフレーム61及び陰極リードフレーム62の下端面は、外装樹脂9の下端面から露出しており、陽極リードフレーム61は、導電性部材8及び陽極側補助フレーム71を介して陽極引出部21と接続されており、陰極リードフレーム62は、陰極引出部5と接続されている。また、陰極リードフレーム62と陰極引出部5との接続面において、陰極リードフレーム62は、陰極側補助フレーム72と接続している。陽極側補助フレーム71は平板状からなり、陰極側補助フレーム72は段部を有している。また、陰極引出部5の陰極リードフレーム62と接続している面に対向する面において、陰極引出部5と陰極側補助フレーム72は接続している。このような構成により、陰極側補助フレーム72と陰極引出部5が確実に接続されており、該陰極側補助フレーム72は陰極リードフレーム62と接続している。よって陽極引出部21と陽極側補助フレーム71とを確実に接続するように配置することにより、コンデンサ素子1と陽極リードフレーム61及び陰極リードフレーム62との接続が確実に行われるので、不良品の発生を減少させることができ歩留まりが向上する。また、コンデンサ素子1は陽極リードフレーム21、陰極リードフレーム62、陽極側補助フレーム71、陰極側補助フレーム72と電気的に接続しているので、接続面積が増大し、固体電解コンデンサのESRが低減する。
次に、実施形態1の固体電解コンデンサの製造方法について説明する。
まず、コンデンサ素子1を作製する。コンデンサ素子1は前述のように図4に示す構造からなり、周知の材料、技術を用いて作製することができる。具体的には、例えば次のようにして作製される。まず、アルミニウム、タンタル、ニオブ等の弁作用金属からなる陽極ワイヤを植立させた弁作用金属からなる焼結体を作製し、これを陽極体22として用いる。また、前記陽極ワイヤを陽極引出部21として用いる。次に陽極体22に酸溶液を用いた化成処理を行って陽極体22の周面に誘電体層3を形成し、該誘電体層3の周面に陰極層4を形成する。陰極層4は具体的には固体電解質からなり、単層構造であっても、複数の層から形成されていてもよい。固体電解質としては、二酸化マンガン等の無機半導体やTCNQ(7,7,8,8-テトラシアノキノジメタン)錯塩等の有機半導体、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリアニリン等の導電性高分子を用いることができ、これらは周知の方法によって形成することができる。該陰極層4の周面に陰極引出部5を形成し、コンデンサ素子1を作製する。ここで、陰極引出部5としては、銀ペースト層や導電性ペースト層と銀ペースト層の積層構造等を用いることができ、従来周知の材料、方法を用いて形成することができる。
次に補助フレーム7を加工する。補助フレーム7は、例えば図5に示すような金属部材からなるはしご状のフレームから形成される。該補助フレーム7の陽極側補助フレーム71及び陰極側補助フレーム72部分を段押しして、図6に示す構造を形成する。段押し加工することにより、図6に示すように陽極側第一平坦部711及び陰極側第一平坦部721に対して略平行である陽極側第二平坦部712及び陽極側第二平坦部722を形成する。陽極側第一平坦部711と陽極側第二平坦部712との距離及び陰極側第一平坦部721及び陰極側第二平坦部722との距離は任意に決定することができるが、陽極側第一平坦部711と陽極側第二平坦部712との距離より、陰極側第一平坦部721と陰極側第二平坦部722との距離の方が大きいことが好ましい。これは、本発明で用いるコンデンサ素子1の陽極引出部21と陰極引出部5が連なる方向を水平方向としたときの鉛直方向において、陽極引出部21の大きさが陰極引出部5の大きさより小さいためである。
次いで、図7の(a)に示すように、補助フレーム7上にコンデンサ素子1を載置、接続する。陰極側第二平坦部722の陰極側第一平坦部721との距離が最も近い面上にコンデンサ素子1の陰極引出部5が位置するように、且つ、陽極側第二平坦部712の陽極側第一平坦部711を構成する面と平行な面のうち陽極側第一平坦部711から遠方に位置する面において、陽極側第二平坦部712と陽極引出部21が接触するように載置し、陽極側第二平坦部712と陽極引出部21及び陰極側第二平坦部722と陰極引出部5を接続する。接続方法としては従来周知の種々の方法を用いることができ、例えば導電性ペーストを用いた接続や抵抗溶接、レーザー溶接等を用いることができ、また、これらを組み合わせてもよい。このような構成で補助フレーム7とコンデンサ素子1を接続することにより、コンデンサ素子1と補助フレーム7との接続を確実に行うことができる。
上記のようにして補助フレーム7とコンデンサ素子1とを接続した後、図7の(b)に示す波線Aで補助フレーム7を切断し、上下逆にすると図8の斜視図(a)及び正面図(b)で示す構造となる。
次に図9の部分図に示すような平板状のリードフレーム6を用意し、該リードフレーム6の陽極側リードフレーム61上に図10に示すように導電性部材8を載置、接続する。前記リードフレーム6は金属部材からなるはしご状のフレームからなる。リードフレーム6と前述の補助フレーム7は同一のものを使用してもよく、同一のものを使用することにより、生産コストの削減に寄与する。
図10のように陽極リードフレーム61に導電性部材8が接続されたリードフレーム6上に図8のコンデンサ素子1を載置、接続する。具体的には、図11に示すように陽極側補助フレーム71を導電性部材8上に、陰極引出部5の陰極側補助フレーム72と接続している面に対向する面が陰極リードフレーム62と接触するようにコンデンサ素子1を載置し、接続する。そして陰極側補助フレーム72の陰極側第一平坦部721を必要に応じて陰極リードフレーム62方向に押し曲げて陰極側補助フレーム72の陰極側第一平坦部721と陰極リードフレーム62を面接触するように接続する。上記各所の接続は、従来周知の技術を用いて行われる。
上述のようにしてコンデンサ素子1と補助フレーム7、リードフレーム6が接続された状態で、陽極リードフレーム61の導電性部材8との接続面に対向する面及び陰極リードフレーム62の導電性部材8及び陰極引出部5との接続面に対向する面が露出するようにコンデンサ素子1を外装樹脂9で被覆し、陽極リーフレーム61及び陰極リードフレーム62を所定の箇所で切断して、図1に示す固体電解コンデンサが作製される。
(実施形態2)
図2は、本発明の第二実施形態における固体電解コンデンサの斜視図(a)及び断面図(b)である。該固体電解コンデンサは、陽極引出部21及び陰極引出部5を有するコンデンサ素子1と、陽極引出部21と接続している陽極側補助フレーム71と、陰極引出部5と接続している陰極側補助フレーム72と、該陽極側補助フレーム71と接続している陽極リードフレーム61と、前記陰極引出部5及び陰極側補助フレーム72と接続している陰極リードフレーム62と、外装樹脂9を有している。前記陽極側補助フレーム71は陽極引出部21と陰極引出部5が連なる方向について段部を有し、該段部を介して平行な二つの平坦部を有している。該平坦部の一方と陽極引出部21が、他方と陽極リードフレーム61が夫々接続されている。また、前記陰極側補助フレーム72は陽極引出部21と陰極引出部5が連なる方向について段部を有し、該段部を介して平行な二つの平坦部を有し、該平坦部の一方と陰極引出部5が、他方と陰極リードフレーム62が夫々接続されている。前記陰極側補助フレーム72と前記陰極リードフレーム62の接続面において、前記陰極リードフレーム62は陰極引出部5とも接続している。
上記のような構成により、コンデンサ素子1と陽極リードフレーム61及び陰極リードフレーム62とが確実に接続しているので、接続不良による不良品の発生を防ぐことができ、歩留まりも改善する。また、接続が強固なこと及びコンデンサ素子1と補助フレーム及びリードフレームとの接続面積が増大するため、固体電解コンデンサのESRを低減させることができる。さらに、実施形態1の構造に比べ導電性部材8の必要がないので、材料費の削減や導電性部材8を陽極リードフレーム61に接続する工程を省略することができるので、生産コストを削減することができると共に、製造工程を簡易化することができる。
図2に示す固体電解コンデンサは、以下のようにして作製することができる。ここで、コンデンサ素子1は実施形態1と同様の方法で作製することができる。実施形態1と同様に図5の補助フレーム7を図6に示す構造に段押し加工して補助フレーム7に段部を設ける。そして実施形態1と同様にして図7に示すように補助フレーム7上にコンデンサ素子1を載置、接続する。次に、図7(b)の波線Bで切断し上下逆向きにして、図12に示す構造を形成する。その後図9に示されるような陽極リードフレーム61及び陰極リードフレーム62を具えたリードフレーム6上に図12に示すコンデンサ素子を載置し、図13に示す構造を得る。具体的には、陽極側補助リード71の陽極側第一平坦部711と陽極リードフレーム61とを、必要に応じて陽極側補助リード71を陰極リードフレーム異61方向に押し曲げすることによって、陽極リードフレーム61と陰極側補助リード71を面接触するように接続し、コンデンサ素子1の陰極引出部5と陰極リードフレーム62を接続する。その後陰極側補助フレーム72の陰極側第一平坦部721を必要に応じて陰極リードフレーム62側に押し曲げて、陰極側第一平坦部721と陰極リードフレーム62を面接触するように接続する。
上記のようにして形成される固体電解コンデンサは、コンデンサ素子1の個々の厚みが異なっていても、確実にコンデンサ素子1と陽極リードフレーム61及び陰極リードフレーム62が接続されるので、接続不良による不良品の発生を抑えることができ、歩留まりが向上する。また、コンデンサ素子1と補助フレーム7及びリードフレーム6との接続面積が増大するので、固体電解コンデンサのESRを低減することができる。さらにサイズの異なる固体電解コンデンサを作製する際にも、段押しする力の大きさを変更するだけで実施形態2の陽極側補助フレーム71の構造を得ることができるので、製造装置を変更することなく、効率的に製造することができる。
上述のようにしてリードフレーム6上にコンデンサ素子1を載置、接続した後、実施形態1と同様にして外装樹脂9でコンデンサ素子1を被覆し、適当な箇所で切断して、図2に示す固体電解コンデンサを作製する。
(実施形態3)
図3は、本発明の第三実施形態の固体電解コンデンサの斜視図(a)及び断面図(b)である。該固体電解コンデンサは、陽極引出部21及び陰極引出部5を有するコンデンサ素子1と、該陽極引出部21及び陰極引出部5と夫々接続している陽極側補助フレーム71及び陰極側補助フレーム72と、前記陽極側補助フレーム71及び陰極側補助フレーム72と夫々接続している陽極リードフレーム61及び陰極リードフレーム62と、外装樹脂9とを具えている。陽極側補助フレーム71は、陰極引出部5と対向する面の両端部が陽極引出部5から陽極リードフレーム61方向に延出することにより、陽極リードフレーム61と接続している。陰極側補助フレーム72と陰極リードフレーム62の接続面と、陰極引出部5と陰極リードフレーム62との接続面は同一面であり、陰極側補助フレーム72と陰極引出部5とは、陰極引出部5の陰極リードフレーム62との接続面に対向する面において接続されている。
上記の構成により、コンデンサ素子1と陽極リードフレーム61及び陰極リードフレーム62との接続が確実に行われるため、接続不良による不良品の発生を抑えることができるので、歩留まりが改善する。また、コンデンサ素子1と補助フレーム7及びリードフレーム6との接続面積が増大するため、固体電解コンデンサのESRが低減する。
図3の固体電解コンデンサは、以下の方法により作製することができる。まずコンデンサ素子1を作製する。コンデンサ素子1は図4に示す構造をしており、実施形態1と同様の方法により作製することができる。次に図5に示す平板ではしご状からなるリードフレーム6を段押し加工して図6のような形状にし、波線Aにて切断し上下逆にして、図14に示す構造を得る。その後陽極側第二平坦部712の一部を破線Cで示す矢印の方向に押し下げて図15に示すように接続部712aを形成した後、図9のような平板状からなる陽極リードフレーム61及び陰極リードフレーム62上に図16に示すようにコンデンサ素子1を載置する。接続部712aと陽極リードフレーム61とが面接触するように、必要に応じて接続部712aをさらに押し下げて接続部712aと陽極リードフレーム61とを接続する。ここで、接続部712aは上述のようにコンデンサ素子1をリードフレーム61上に載置する前に形成してもよいし、リードフレーム61上にコンデンサ素子1を載置した後、接続する前に形成してもよい。コンデンサ素子1は、陰極引出部5が陰極リードフレーム62上に位置するように載置し、接続する。次いで陰極側補助フレーム72の第一平坦部721が陰極リードフレーム62と面接触するように必要に応じて陰極側第一平坦部721を陰極リードフレーム62側に押し下げ、陰極側補助フレーム72と陰極リードフレーム62を接続する。
上記のようにしてコンデンサ素子1をリードフレーム6に接続した後、実施形態1と同様にしてコンデンサ素子1を外装樹脂9で被覆し、適当な箇所でリードフレーム6を切断して図3に示す固体電解コンデンサが作製される。
上述のようにして作製された固体電解コンデンサは、コンデンサ素子1と陽極リードフレーム61及び陰極リードフレーム62との接続が確実に行われているため、接続不良による不良品の発生を抑制することができ、歩留まりが向上する。また、コンデンサ素子1と補助フレーム7及びリードフレーム6との接触が強固なため、固体電解コンデンサのESRを低減することができる。
ここで、実施形態3の陽極側第二平坦部712への段押し加工は、陽極リードフレーム61と陰極リードフレーム62の連なる方向全体に亘ってもよい。その場合、実施形態3における陽極引出部21と接続する陽極側補助フレーム71の形状は、図15の波線Dにより切断された形状になる。
上記実施形態は、本発明を説明するためのものに過ぎず、特許請求の範囲に記載の発明を限定する様に解すべきでない。例えば本発明はコンデンサ素子の陽極体として弁作用金属からなる陽極体を用いたが、アルミニウム箔などの弁作用金属からなる箔を用いてもよいし、コンデンサ素子を積層させてもよい。本発明は、特許請求の範囲内及び均等の意味の範囲内で自由に変更することができる。
本発明の第一実施形態による固体電解コンデンサの斜視図(a)及び断面図(b)である。 本発明の第二実施形態による固体電解コンデンサの斜視図(a)及び断面図(b)である。 本発明の第三実施形態による固体電解コンデンサの斜視図(a)及び断面図(b)である。 本発明のコンデンサ素子の断面図である。 本発明に用いられるの補助フレームの部分図である。 本発明の第一及び第二実施形態における補助フレームの加工図である。 図6の補助フレーム上にコンデンサ素子を配置したときの関係図である。 本発明の第一実施形態における補助フレームとコンデンサ素子の配置図である。 本発明におけるリードフレームの斜視図である。 本発明の第一実施形態におけるリードフレームと導電性部材の配置図である。 図10のリードフレーム及び導電性部材に図8のコンデンサ素子を載置したときの図である。 本発明の第二実施形態における補助フレームとコンデンサ素子の配置図である。 図9のリードフレームに図12のコンデンサ素子を載置したときの図である。 本発明の第三実施形態における補助フレーム切断時の補助フレームとコンデンサ素子の配置図である。 本発明の第三実施形態における補助フレームとコンデンサ素子の配置図である。 図9のリードフレームに図15のコンデンサ素子を載置したときの図である。 従来の固体電解コンデンサの断面図である。 従来の別の形態の固体電解コンデンサの断面図である。
符号の説明
1 コンデンサ素子
21 陽極引出部
22 陽極体
3 誘電体層
4 陰極層
5 陰極引出部
6 リードフレーム
7 補助フレーム
8 導電性部材
9 外装樹脂

Claims (7)

  1. 陽極引出部と陰極引出部を有するコンデンサ素子と、前記陽極引出部と接続される陽極リードフレームと、前記陰極引出部と接続される陰極リードフレームとを具える固体電解コンデンサにおいて
    前記陰極引出部と前記陰極リードフレームとを接続する陰極側補助フレームを有し、
    前記陰極引出部と前記陰極リードフレームとが接続している面と対向する面において前記陰極引出部と前記陰極補助フレームとが接続しており、
    前記陰極引出部と前記陰極リードフレームとが接続している面において前記陰極リードフレームと前記陰極補助フレームとが接続していることを特徴とする固体電解コンデンサ。
  2. 前記陽極引出部と前記陽極リードフレームとは導電性部材を介して接続され、
    前記陽極リードフレームは前記導電性部材に加えさらに陽極側補助フレームを介して前記陽極引出部と接続されていることを特徴とする請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
  3. 前記陰極引出部は、前記コンデンサ素子の外面の部分である第1外面と、該第1外面に対向する第2外面とを有し、
    前記陰極リードフレームは、第1表面と、第1表面とは反対側の第2表面とを有する単一部材であって、該第1表面が前記陰極引出部の前記第2外面に接続され、
    前記陰極側補助フレームは、前記陰極引出部の前記第1外面と前記陰極リードフレームの前記第1表面とに接続されていることを特徴とする請求項1又は2の何れかに記載の固体電解コンデンサ。
  4. 前記陰極側補助フレームは、階段状に屈曲することにより、第1平坦部と、第2平坦部と、第1平坦部と第2平坦部との間に設けられた段部とを有し、
    前記段部は、前記陰極引出部の前記第1外面と同じ位置から前記陰極引出部の前記第2外面と同じ位置まで延びていることを特徴とする請求項3に記載の固体電解コンデンサ。
  5. 前記陰極リードフレームの前記第1表面のうち、前記陰極引出部の第2外面に接続され
    た領域とは異なる領域に前記第1平坦部が接続され、前記陰極引出部の前記第1外面に、前記第2平坦部が接続されていることを特徴とする請求項3又は4の何れかに記載の固体電解コンデンサ。
  6. 陽極引出部と陰極引出部とを具えたコンデンサ素子を作製する工程と、陽極リードフレーム及び陰極リードフレームを有するリードフレーム上に前記コンデンサ素子を載置する工程とを備えた固体電解コンデンサの製造方法において、
    前記リードフレーム上に前記コンデンサ素子を載置する工程の前に、陽極側補助フレーム及び陰極側補助フレームを有する補助フレーム上に前記コンデンサ素子を載置する工程を有し、
    前記補助フレーム上に前記コンデンサ素子を載置する工程の前に、前記補助フレームに段部を形成する工程を有することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
  7. 前記リードフレーム上に前記コンデンサ素子を載置する工程の後前記リードフレームと前記コンデンサ素子を接続する前に、前記陽極側補助フレームに段押し加工を行う工程を有することを特徴とる請求項に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
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