JP4803744B2 - 薄型固体電解コンデンサ - Google Patents
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Description
本発明は、電子機器の電源電圧の安定化及び高周波ノイズの低減に用いる薄型固体電解コンデンサに関するものである。
近年の電子機器の小型・薄型化、高性能化に伴い、電子部品にも小型・薄型化の要求が強くなってきている。このような状況下において、固体電解コンデンサも小型・薄型化の必要性が増している。
従来、固体電解コンデンサの外装法としては、図７に断面図で示す様なリードフレームと外装樹脂を使用したトランスファーモールドによるものが多く用いられてきた。１０がコンデンサ素子、１７がリードフレーム、２０が外装樹脂である。同様にリードフレームと外装樹脂を用い、下面電極型の端子を形成したチップ形固体電解コンデンサの例が特許文献１に開示されている。
しかし、薄型化を考えた場合、前記の外装法では平面度が悪くなりやすく、又、薄型化が進行するに伴ってリードフレームの曲げ加工が困難になるため、対応し難くなってきている。
前述の通り、固体電解コンデンサをより薄型化するためにはトランスファーモールドでは難しい。又、コンデンサには樹脂ケースを使用したものも多いが、やはり薄型化には限界がある。
一方で、ＣＳＰ（Chip Size Package）に用いられるような、基板と樹脂による外装は薄型化が比較的容易であるが、この場合には外装樹脂と基板との間に強固な接着が要求されるため、外装樹脂には接着力の強い樹脂が必要となる。その結果、コンデンサ素子−外装樹脂間が接着され、コンデンサがリフロー等により加熱された際に外装樹脂が膨張し、その引っ張り応力で素子表面が剥離、等価直列抵抗（以下ＥＳＲと記載）が増大するという問題が生じる。
この状況にあって、本発明の課題は、リフロー等の熱ストレスを受けても低ＥＳＲを保つことができる薄型固体電解コンデンサを提供することにある。
本発明では、素子−外装樹脂間に非接着部材を構成することで、熱ストレスを受けた際に素子に引っ張り応力が加わらない構造を実現した。
すなわち、本発明の薄型固体電解コンデンサは、表面を拡面化した板状又は箔状の弁作用金属からなる母材の表面に該母材金属の酸化物による誘電体層が設けられた陽極体と、前記陽極体の該誘電体層上に固体電解質層を含む陰極導体層が形成され、前記陽極体の母材端部には前記陰極導体層とは絶縁部により分離された陽極導体部が形成されてなる素子部が、少なくとも樹脂を用いた外装部と、基板とにより封止されてなる薄型固体電解コンデンサにおいて、前記外装部が接着性樹脂又はプリプレグからなり、前記素子部と前記外装部との間に該素子部には接着せずに接する非接着性樹脂からなる非接着部材が設けられ、前記非接着部材を構成する非接着性樹脂板が、前記素子部を覆う部分と前記素子部を覆わず外装部に包含される部分からなり、前記非接着性樹脂板に設けられた開口部又は切り欠きを通して、前記素子部を囲む枠状の前記接着性樹脂又は前記プリプレグと、前記素子部の上側を覆う前記接着性樹脂又は前記プリプレグとが接合することを特徴とする。
加えて、前記非接着性樹脂は、ポリイミド、液晶ポリマー、フッ素樹脂又は耐熱性ポリスチレンからなることができる。
又、本発明の薄型固体電解コンデンサは、表面を拡面化した板状又は箔状の弁作用金属からなる母材の表面に該母材金属の酸化物による誘電体層が設けられた陽極体の該誘電体層上に固体電解質層を含む陰極導体層が形成され、前記陽極体の母材端部には前記陰極導体層とは絶縁部により分離された陽極導体部が形成されてなる素子部が、少なくとも樹脂を用いた外装部と、基板とにより封止されてなる薄型固体電解コンデンサにおいて、前記外装部の全部又は一部が非接着性樹脂からなり、前記外装部と前記素子部とが接した面は非接着性樹脂からなることを特徴とする。
前記薄型固体電解コンデンサは、素子部周辺の外装部の非接着性樹脂と基板の間を接着材にて接着することにより素子部が封止された構造とすることができる。
前記薄型固体電解コンデンサは、外装部の非接着性樹脂が接着材で接着可能な状態に表面処理されたポリイミド、液晶ポリマーからなることができる。
更に、前記薄型固体電解コンデンサは、素子部周辺の外装部の非接着性樹脂を基板と熱融着させることにより素子部が封止された構造とすることもできる。
本発明の薄型固体電解コンデンサでは、基板と樹脂により外装を行うことで、従来のトランスファーモールドやケース外装では実現の難しい薄型化が容易である。又、素子と外装樹脂との間に非接着部材を設けることで、リフロー等の熱ストレス時において、素子に引っ張り応力が加わることを抑制でき、ＥＳＲの増大を防止する効果がある。
本発明の一実施の形態の薄型固体電解コンデンサを図１と図６に基づいて説明する。図１は本発明に係る薄型固体電解コンデンサの断面図であり、図６はそれに用いるコンデンサ素子を示し、図６（ａ）はその斜視図、図６（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。
初めに、本発明の一実施の形態での薄型固体電解コンデンサに用いるコンデンサ素子１０について図６を参照し、説明する。まず、薄板状の母材金属１に多孔質部を形成し、陽極酸化することで酸化皮膜２を形成した。ここではアルミ電解コンデンサ用に市販されているもので、単位平方センチメートル当たりの容量が２２０μＦ、酸化皮膜を形成する上での公称化成電圧３Ｖ、厚みが７０μｍのアルミ箔を選択した。次に、陽極と陰極を分断するため、エポキシ樹脂を主成分とする樹脂を塗布し、多孔質部に含浸・硬化させることで絶縁部３を形成した。更に、絶縁部３の形成後、陰極の領域となる部分の酸化皮膜上に固体電解質層としての導電性高分子４を形成し、続いてグラファイト５、銀６を形成して陰極部７とした。その後、陽極部８の酸化皮膜２を除去し、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇメッキを施されたＣｕ箔をリードフレーム９として陽極部８に超音波溶接したものをコンデンサ素子とした。
次に、図１のように、下面に陽極端子３１及び陰極端子３２を備え上面にはコンデンサ素子の陽陰極に接続される導体を備えると共にそれらを導通させた実装用の基板１１の素子側陽陰極部に、導電性接着剤を塗布し、前記コンデンサ素子１０を熱圧着した。このコンデンサ素子１０の上側を覆うように非接着部材としての非接着性樹脂１２を載せ、枠状のプリプレグ１３ａと蓋状のプリプレグ１３ｂとで外装し、本実施の形態の薄型固体電解コンデンサを得る。
このとき用いる非接着性樹脂には、ポリイミド、液晶ポリマー、フッ素樹脂、耐熱性ポリスチレンを使用できる。他方、プリプレグにはガラスクロス（ガラス繊維基材）にエポキシ樹脂を含浸させたものが使いやすい。又、このプリプレグに代えて、エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂などの接着性樹脂を使用できる。
以下、本発明の薄型固体電解コンデンサについて、幾つかの実施例を挙げ、その製造工程を含めて具体的に説明する。
（実施例１）
図１に本発明の実施例１の薄型固体電解コンデンサの基本構造を断面図で示す。本実施例では、基板１１に熱圧着したコンデンサ素子１０の上に、非接着性樹脂１２を挿入し、プリプレグ１３ａ，１３ｂにより外装を行った。
図１に本発明の実施例１の薄型固体電解コンデンサの基本構造を断面図で示す。本実施例では、基板１１に熱圧着したコンデンサ素子１０の上に、非接着性樹脂１２を挿入し、プリプレグ１３ａ，１３ｂにより外装を行った。
その代表的な外装方法の詳細を説明する。まず、コンデンサ素子１０を熱圧着した基板１１上に、コンデンサ素子１０の部分を打ち抜いたプリプレグ（枠状のプリプレグ１３ａ）を乗せ、素子の上部分には非接着性樹脂１２として液晶ポリマーを乗せた。次に、枠状のプリプレグ１３ａ及び非接着性樹脂１２の上に更に蓋状のプリプレグ１３ｂを乗せ、１０Ｔｏｒｒの減圧下において１７０℃，３０ｍｉｎ，０．５ＭＰaの条件でプレスを行った。非接着性樹脂１２は製品外形よりも小さな面積とし、製品側面に非接着性樹脂１２が露出しない様にした。その理由は、コンデンサ素子１０周辺で枠状のプリプレグ１３ａと蓋状のプリプレグ１３ｂとを確実に接着するためである。
（実施例２）
実施例１では、非接着性樹脂１２の位置合わせを厳密に行う必要があり、又は外装中にずれるということもある。本実施例では、そのずれを防止するために、非接着性樹脂の縁辺部若しくは角部をプリプレグ又は接着性樹脂の縁辺部若しくは角部の外形面に一致するようにした。図２は本発明の実施例２の薄型固体電解コンデンサの基本構造を示した断面図である。
実施例１では、非接着性樹脂１２の位置合わせを厳密に行う必要があり、又は外装中にずれるということもある。本実施例では、そのずれを防止するために、非接着性樹脂の縁辺部若しくは角部をプリプレグ又は接着性樹脂の縁辺部若しくは角部の外形面に一致するようにした。図２は本発明の実施例２の薄型固体電解コンデンサの基本構造を示した断面図である。
本実施例と実施例１との相違は非接着性樹脂１２の形状にある。図３に本実施例に係る非接着性樹脂を示す。図３（ａ）は丸穴状の開口部を持つ非接着性樹脂の平面図、図３（ｂ）は縁辺に切り欠きを持つ非接着性樹脂の平面図である。
本実施例では、図３に示すような開口部１８を設けた非接着性樹脂１２を用いたが、切り欠き１９を設けた非接着性樹脂１２を用いてもよい。非接着性樹脂１２の開口部１８、若しくは切り欠き１９はプリプレグ１３ａ，１３ｂの一部又は接着性樹脂を透過させるためのものである。すなわち、開口部１８又は切り欠き１９を通してプリプレグ１３ａと１３ｂとを接着した。非接着性樹脂１２の形状以外の具体的な外装方法は実施例１と全く同様である。本実施例は実施例１と比較すると、プリプレグ１３ａとプリプレグ１３ｂの接着性はやや低下するが、非接着性樹脂の位置合わせが容易になった。
（実施例３）
図４は本発明の実施例３の薄型固体電解コンデンサの基本構造を示した断面図である。本実施例では、コンデンサ素子１０を熱圧着した基板１１上の素子部周辺に接着材１４を敷き、非接着性樹脂１５を接着して外装を行った。この際、接着材１４は加熱時の流動性が小さいものとした。
図４は本発明の実施例３の薄型固体電解コンデンサの基本構造を示した断面図である。本実施例では、コンデンサ素子１０を熱圧着した基板１１上の素子部周辺に接着材１４を敷き、非接着性樹脂１５を接着して外装を行った。この際、接着材１４は加熱時の流動性が小さいものとした。
本実施例の代表的な外装方法の詳細を説明する。基板１１上の素子部周辺にディスペンサーを用いて液状エポキシ樹脂を塗布し、その上に非接着性樹脂１５として接着材での接着が可能な状態に表面処理された液晶ポリマーを乗せた。しかる後に、１０Ｔｏｒｒの減圧下において１５０℃，３０ｍｉｎ，０．５ＭＰaの条件でプレスを行った。
（実施例４）
図５は本発明の実施例４の薄型固体電解コンデンサの基本構造を示した断面図である。本実施例では、コンデンサ素子１０を熱圧着した基板１１上に非接着性樹脂１５として液晶ポリマーを乗せ、コンデンサ素子１０を加熱しないよう周辺部のみをプレスした。プレス条件は３００℃，１ｍｉｎであり、非接着性樹脂１５と基板１１とを熱融着部１６で接合させることで外装を行った。尚、本実施例では基板１１の絶縁材としても液晶ポリマーを使用した。
図５は本発明の実施例４の薄型固体電解コンデンサの基本構造を示した断面図である。本実施例では、コンデンサ素子１０を熱圧着した基板１１上に非接着性樹脂１５として液晶ポリマーを乗せ、コンデンサ素子１０を加熱しないよう周辺部のみをプレスした。プレス条件は３００℃，１ｍｉｎであり、非接着性樹脂１５と基板１１とを熱融着部１６で接合させることで外装を行った。尚、本実施例では基板１１の絶縁材としても液晶ポリマーを使用した。
（比較例）
本発明を適用したコンデンサとの比較用に従来工法にて薄型固体電解コンデンサを作製した。図８は比較例の薄型固体電解コンデンサの断面図である。その作製方法を説明する。コンデンサ素子１０を熱圧着した基板１１上に、ディスペンサーを用いて接着性樹脂２１を塗布し、減圧下で１５０℃，３０ｍｉｎ加熱して硬化させた。その後ダイシングを行い、比較例とした。
本発明を適用したコンデンサとの比較用に従来工法にて薄型固体電解コンデンサを作製した。図８は比較例の薄型固体電解コンデンサの断面図である。その作製方法を説明する。コンデンサ素子１０を熱圧着した基板１１上に、ディスペンサーを用いて接着性樹脂２１を塗布し、減圧下で１５０℃，３０ｍｉｎ加熱して硬化させた。その後ダイシングを行い、比較例とした。
比較例及び実施例１〜４にて作製した薄型固体電解コンデンサをそれぞれ５ｐずつ用意し、リフロー（２６０℃，１５ｓ）前後における１００ｋＨｚのＥＳＲを比較した。その結果を図９に示す。
図９から判るように、比較例の薄型固体電解コンデンサはリフロー前後でＥＳＲが大きく増大したが、本発明を適用した実施例１〜４の薄型固体電解コンデンサはリフロー前後におけるＥＳＲの増大がほとんど起こらなかった。
以上、本発明を適用することで、リフローによるＥＳＲ増大の生じない薄型固体電解コンデンサを提供することができる。
１ 母材金属
２ 酸化皮膜
３ 絶縁部
４ 導電性高分子
５ グラファイト
６ 銀
７ 陰極部
８ 陽極部
９，１７ リードフレーム
１０ コンデンサ素子
１１ 基板
１２，１５ 非接着性樹脂
１３ａ，１３ｂ プリプレグ
１４ 接着材
１６ 熱融着部
１８ 開口部
１９ 切り欠き
２０ 外装樹脂
２１ 接着性樹脂
３１ 陽極端子
３２ 陰極端子
２ 酸化皮膜
３ 絶縁部
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５ グラファイト
６ 銀
７ 陰極部
８ 陽極部
９，１７ リードフレーム
１０ コンデンサ素子
１１ 基板
１２，１５ 非接着性樹脂
１３ａ，１３ｂ プリプレグ
１４ 接着材
１６ 熱融着部
１８ 開口部
１９ 切り欠き
２０ 外装樹脂
２１ 接着性樹脂
３１ 陽極端子
３２ 陰極端子
Claims (6)
- 表面を拡面化した板状又は箔状の弁作用金属からなる母材の表面に該母材金属の酸化物
による誘電体層が設けられた陽極体と、前記陽極体の該誘電体層上に固体電解質層を含む陰極導体層が形成され、前記陽極体の母材端部には前記陰極導体層とは絶縁部により分離された陽極導体部が形成されてなる素子部が、少なくとも樹脂を用いた外装部と、基板とにより封止されてなる薄型固体電解コンデンサにおいて、前記外装部が接着性樹脂又はプリプレグからなり、前記素子部と前記外装部との間に前記素子部には接着せずに接する非接着性樹脂からなる非接着部材が設けられ、前記非接着部材を構成する非接着性樹脂板が、前記素子部を覆う部分と前記素子部を覆わず外装部に包含される部分からなり、前記非接着性樹脂板に設けられた開口部又は切り欠きを通して、前記素子部を囲む枠状の前記接着性樹脂又は前記プリプレグと、前記素子部の上側を覆う前記接着性樹脂又は前記プリプレグとが接合することを特徴とする薄型固体電解コンデンサ。 - 請求項１記載の薄型固体電解コンデンサにおいて、前記非接着性樹脂が、ポリイミド、液晶ポリマー、フッ素樹脂又は耐熱性ポリスチレンからなることを特徴とする薄型固体電解コンデンサ。
- 表面を拡面化した板状又は箔状の弁作用金属からなる母材の表面に該母材金属の酸化物による誘電体層が設けられた陽極体の該誘電体層上に固体電解質層を含む陰極導体層が形成され、前記陽極体の母材端部には前記陰極導体層とは絶縁部により分離された陽極導体部が形成されてなる素子部が、少なくとも樹脂を用いた外装部と、基板とにより封止されてなる薄型固体電解コンデンサにおいて、前記外装部の全部又は一部が非接着性樹脂からなり、前記外装部と前記素子部とが接した面は非接着性樹脂からなることを特徴とする薄型固体電解コンデンサ。
- 請求項３記載の薄型固体電解コンデンサにおいて、素子部周辺の外装部の非接着性樹脂と前記基板の間を接着材にて接着することにより素子部を封止することを特徴とする薄型固体電解コンデンサ。
- 請求項４記載の薄型固体電解コンデンサにおいて、前記外装部の非接着性樹脂が接着材で接着可能な状態に表面処理されたポリイミド又は液晶ポリマーからなることを特徴とする薄型固体電解コンデンサ。
- 請求項３記載の薄型固体電解コンデンサにおいて、素子部周辺の外装部の非接着性樹脂を基板と熱融着させることにより素子部を封止することを特徴とする薄型固体電解コンデンサ。
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