JPS6127892B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は電子部品に関し、特に固体電解コンデ
ンサにおける電極引出し層の改良に関するもので
ある。 一般に、この種固体電解コンデンサは例えば第
１図に示すように、タンタル、ニオブ、アルミニ
ウムなどのように弁作用を有する金属粉末を円柱
状に加圧成形し焼結してなるコンデンサエレメン
トＡに予め弁作用を有する金属線を陽極リードＢ
として植立し、この陽極リードＢのコンデンサエ
レメントＡからの突出部分にＬ形に屈曲された第
１の外部リード部材Ｃを溶接すると共に、ストレ
ート状の第２の外部リード部材Ｄを、コンデンサ
エレメントＡの周面に酸化層、半導体層を介して
形成された電極引出し層Ｅに半田部材Ｆを用いて
接続し、然る後、コンデンサエレメントＡの全周
面を樹脂材Ｇにて被覆して構成されている。 ところで、コンデンサエレメントＡにおける電
極引出し層Ｅはグラフアイト層が半田部材Ｆに対
して殆んど濡れ性を示さず、第２の外部リード部
材Ｄのグラフアイト層への半田付けが不可能に近
いことに鑑み、グラフアイト層に対する電気的、
機械的な接続性に優れ、かつ半田部材Ｆに対する
濡れ性にも優れている導電部材にて形成されてい
る。 この導電部材は平均粒径が２〜３μの銀粉及び
樹脂を含み、かつ全体に占める銀粉の割合を70重
量％に設定して構成されている。尚、導電部材は
通常、銀粉、無機質材、樹脂及び溶剤よりなる導
電性懸濁液として構成されており、電極引出し層
Ｅはこの導電性懸濁液にコンデンサエレメントＡ
を浸漬し引上げた後、150℃程度に加熱すること
によつて形成される。そして、銀粉は樹脂の熱硬
化によつてコンデンサエレメントＡの周面に固定
されると共に、銀粉相互及びグラフアイト層との
電気的な接続が良好に保たれる。 ところで、この電極引出し層Ｅへの第２の外部
リード部材Ｄの半田付けは電極引出し層Ｅに第２
の外部リード部材Ｄを当接させた状態でコンデン
サエレメントＡを250℃程度の温度にコントロー
ルされた溶融半田槽に浸漬し引上げることによつ
て行われているのであるが、コンデンサエレメン
トＡの溶融半田槽への浸漬時に電極引出し層Ｅに
おける銀が半田部材に喰われるという現象（銀の
半田部材との合金化現象）が生ずる。この現象は
電極引出し層Ｅの溶融半田と接触する外表面から
生じ、時間の経過と共にグラフアイト層側に移行
していくものである。 このように電極引出し層における銀の半田部材
による喰われ現象がグラフアイト層との界面にま
で達した場合、その到達部分では銀の半田部材化
によつてグラフアイト層に対して良好な接触が得
られないことに関連して接触抵抗が増加するよう
になる。 このために、誘電体損失、インピーダンスなど
のコンデンサ特性が著しく損なわれる。例えばタ
ンタル粉末を3.5φ×４mmの円柱状に加圧成形し
焼結してなる3V100μＦ用のコンデンサエレメン
トにおいては120Hz時の誘電体損失が、通常４％
前後であるものが10％を越えるものも発生するよ
うになるのみならず、バラツキも大きくなる。 しかも、コンデンサエレメントＡの全周面は熱
硬化性の樹脂材Ｇにて被覆されているのである
が、それの熱硬化時に電極引出し層Ｅ、グラフア
イト層、半導体層などにストレスが作用する。特
に銀の喰われ現象が電極引出し層Ｅとグラフアイ
ト層との界面にまで進んでいたり、或いは銀の厚
みが極めて薄くなつていたりする場合には上述の
ストレスによつて電極引出し層Ｅとグラフアイト
層との間或いはグラフアイト層と半導体層との間
に局部的な、極端な場合には広い面積に亘つて剥
離が生じることがある。 このような剥離が生じると、最終的に電極引出
し層Ｅとグラフアイト層との接触抵抗は著しく増
加することとなり、上述のように、誘電体損失、
インピーダンスなどのコンデンサ特性が著しく損
なわれるのみならず、製造工程における特性変動
が大きくなつて充分な工程管理を行い難いという
問題がある。 例えば、上述の3V100μＦ用のコンデンサエレ
メントにあつては、電極引出し層形成後における
120Hz時の誘電体損失４％前後が外装後は10％
（通常４％前後）以上にまで増加したりする。こ
れがために、工程不良発生率でみると電極引出し
層の形成直後ではせいぜい１％程度であるもの
が、樹脂外装後では50％にまで達することがあつ
て、工程管理が極めて困難になる。 従つて、従来においてはかかる問題を解決する
ために、コンデンサエレメントＡにおける電極引
出し層Ｅはその被覆厚さが厚くなるように構成さ
れている。例えば上述の3V100μＦ用のコンデン
サエレメントにおける導電部材の付着重量と
0KHzにおける誘電体損失との関係を第２図に示
す。図において、黒点は平均値を、黒点を通つて
上下に延びる直線はバラツキを示している。この
図より明らかなように、導電部材の付着重量が
380μｇ／mm²以上では誘電体損失は勿論のこと、
バラツキも小さくなつているものの、380μｇ／
mm²未満ではいずれもが大きくなつている。それ故
に、電極引出し層Ｅにおける導電部材の付着重量
は380μｇ／mm²以上と厚く設定されている。 この構成によれば、第２の外部リード部材Ｄの
半田付け時に電極引出し層Ｅの表層部において銀
の半田部材による喰われ現象が生ずるものの、グ
ラフアイト層への到達を阻止できるのみならず、
銀の充分な厚みをも確保できる。このために、製
造工程における諸要因のの影響を極力軽減できる
上、電極引出し層Ｅのグラフアイト層に対する良
好な電気的接続性が得られることに基いて例えば
1KHz時の誘電体損失のバラツキを通常の20〜40
％程度より20〜30％程度に改善できるものであ
る。 しかし乍ら、電極引出し層Ｅは上述のように、
それ自身の厚みが増加することによつて銀粉の使
用量も大巾に増加するために、近時の貴金属粉末
の高騰を相俟つてコンデンサのコストが著しく高
くなるという問題がある。 本発明はこのような点に鑑み、電極引出し層を
構成する導電部材に占める貴金属粉末例えば銀量
の減少によつてコストダウンを計つても、銀の半
田部材による喰われ現象に起因する特性への影響
を最小限に抑えることのできる固体電解コンデン
サを提供するものであり、以下具体的について説
明する。 第３図において、１は弁作用を有する金属部材
にて構成されたコンデンサエレメント（部品本
体）であつて、例えば弁作用を有する金属粉末を
円柱状に加圧成形し焼結して形成されている。そ
して、このコンデンサエレメント１の周面には化
成処理によつて誘電体層としての酸化層、二酸化
マンガンなどの半導体層、グラフアイト層が順次
に形成されている。又、コンデンサエレメント１
の中心には金属粉末の加圧成形に先立つて、弁作
用を有する金属線が陽極リード２として植立され
ている。尚、陽極リード２は酸化層の形成に先立
つて、コンデンサエレメント１の周面に溶接して
導出することもできる。そして、このコンデンサ
エレメント１におけるグラフアイト層上には比抵
抗が１×10^-1〜３×10^-4Ω金・cmの導電部材にて
第１の電極引出し層３が形成されている。この導
電部材は例えば銀粉の一部ないし大部分を錫粉、
亜鉛粉末、ガラス粉末、アルミニウム粉末、ニオ
ブ粉末などの添加物にて置換して構成されてい
る。この第１の電極引出し層３上にはさらに半田
部材に対する濡れ性が充分である銀粉を主成分と
する比抵抗が１×10⁶⁴Ω・cm以下の導電部材から
成る第２の電極引出し層４が形成されている。ま
た、これら引出し層は、例えば銀粉、無機質添加
材、樹脂および溶剤よりなる導電性懸濁液にコン
デンサエレメント１を浸漬し引上げた後、加熱処
理することによつて形成される。一方、コンデン
サエレメント１より導出された陽極リード２には
半田付け性に優れた金属部材にてＬ形に屈曲して
形成された第１の外部リード部材５が、それの屈
曲部５ａが突出部分２ａに交叉するように重合し
た上で溶接されている。又、コンデンサエレメン
ト１の第２の電極引出し層４には半田付け性に優
れた金属部材にてストレート状に形成された第２
の外部リード部材６が半田部材７によつて、接続
されている。尚、第２の外部リード部材６の第２
の電極引出し層４への半田付けは例えば第２の外
部リード部材６の一端を第２の電極引出し層４の
外表面に当接させた状態で、コンデンサエレメン
ト１と共に250℃前後の温度にコントロールされ
た溶融半田槽に浸漬し引上げることによつて行わ
れる。さらにこのコンデンサエレメント１の全周
面はエポキシ樹脂、フエノール樹脂などの樹脂材
８によつて簡易外装されている。この外装はモー
ルド法による他、浸漬法、粉体塗装法などによつ
て行うこともできる。 このようにコンデンサエレメント１における電
極引出し層はそれぞれ特定された範囲にある比抵
抗を有する導電部材により構成されている。すな
わち、第１の電極引出し層３は比抵抗の上限値を
それ以上では誘電体損失とそのバラツキが大きく
なり電気的接続性を欠くようになる１×10^-1Ω・
cmとし、下限値をそれ以下では銀粉割合を減少で
きず実質的にコスト低減ができなくなる３×10^-4
Ω・cmに設定し、且つ第２の電極引出し層４は半
田部材に対して濡れ性が損なわれず半田付が良好
にできるよう比抵抗を１×10^-4Ω・cm以下に設定
して、それぞれ導電部材を選定しているる。それ
故に、第２の電極引出し層４に第２の外部リード
部材６を半田付けする際に、第２の電極引出し層
４の表層部に銀の半田部材による喰われ現象が生
じるものの、第１の電極引出し層３によつてそれ
のグラフアイト層への到達が阻止される。従つ
て、第１の、電極引出し層３のグラフアイト層に
対する電気的接続は良好に保つことができ、所望
のコンデンサ特性を得ることができる上、工程変
動をも抑えることができる。 特に、第１の電極引出し層３はコンデンサエレ
メント１のグラフアイト層と第２の電極引出し層
４との間に配置される関係で、グラフアイト層及
び第２の電極引出し層４に対して電気的に良好に
接続できれば、半田付け性は要求されない。従つ
て、特にグラフアイト層の抵抗は20Ω・cm程度と
大きいので、第１の電極引出し層自身の抵抗も銀
粉を主体にした導電部材の１×10^-4〜１×10^-5
Ω・cmほど低い値は要求されない。 例えば銀粉、添加物及び樹脂を含む導電部材に
おいて、添加物として錫粉を用いた場合、銀粉及
び添加物の合計量に占める添加物の割合（以下添
加物含量という）に対する導電部材の比抵抗は第
４図に示すように、添加物含量によつて大きく変
化している。従つて、第１の電極引出し層３の比
抵抗を例えば３×10^-4Ω・cmより大きい値に設定
しても、グラフアイト層、第２の電極引出し層４
に対し、充分の電気的接続性が得られるのみなら
ず、導電部材に占める銀粉の割合の減少によつ
て、コンデンサのコストを有効に低減できる。 しかし乍ら、第１の電極引出し層３の比抵抗は
誘電体損失、インピーダンスなどの特性に対して
密接な関係を有しているので、その値を無制限に
大きくすることはできない。例えばタンタル粉末
を3.5φ×４mmの円柱状に加圧成形し焼結してな
る3V100μＦ用のコンデンサエレメントを用いて
第１の電極引出し層３の比抵抗と1KHzにおける
誘電体損失との関係を求めた処、第５図に示す結
果が得られた。尚、図において黒点はその平均値
を、黒点を通つて上下に延びる直線は、バラツキ
の大きさを示している。 この図より明らかなように、誘電体損失は比抵
抗が2.5×10^-5〜５×10^-2Ω・cmの範囲では25％
度と安定しているのみならず、そのバルツキも10
％程度と小さくなつている。そして、比抵抗が５
×10^-2Ω・cmより大きくなると、誘電体損失は増
加している。特に比抵抗が１×10^-1Ω・cmを越え
ると、誘電体損失は勿論のこと、そのバラツキも
40％以上と極めて大きくなつている。従つて、第
１の電極引出し層３の比抵抗は１×10^-1Ω・cm以
下に設定しなければならず、経済性を考慮すれば
３×10^-4〜１×10^-1Ω・cmの範囲に規制すること
が望ましい。 又、第２の電極引出し層４は例えば銀粉を主体
とする比抵抗が１×10^-4Ω・cm以下の導電部材に
て形成されているので、半田部材に対し充分の濡
れ性を呈し、第２の外部リード部材６の半田付け
を良好に行うことができる。特に、この導電部材
は半田部材に対する濡れ性が損なわれない範囲に
おいて、銀粉の一部を錫などの金属粉末にて置換
することができる。例えば錫粉を用いる場合、銀
粉及び錫粉の合計量に占める錫粉の割合を35重量
％まで置換することができるので、第１の電極引
出し層３と同様に導電部材に占める銀粉の割合が
減少し、コンデンサのコストを一層低減できる。 次に具体的実施例について説明する。 実施例 １ タンタル粉末を円柱状に加圧成形し焼結してな
る35V10μＦ用のコンデンサエレメントの周面
に、酸化層、二酸化マンガン層（半導体層）を介
して銀粉、100メツシユ程度の硼酸鉛系ガラス粉
末を添加物として樹脂を含めて添加物含量を43重
量％に設定した導電部材にて第１の電極引出し層
を形成すると共に、さらにその上に添加物を含ま
ない銀粉主体の導電部材にて第２の電極引出し層
を形成する。以下通常の方法にてタンタル固体電
解コンデンサを製作する。この場合に各電極引出
し層の比抵抗値は、第１の電極引出し層が８×
10^-4Ω・cm、第２の電極引出し層が1.5×10^-5
Ω・cmであつた。また、本発明品との比較のため
に、銀粉と30％重量の樹脂材とから成る導電部材
を用い、２回浸漬工程を経て構成した電極引出し
層を有する従来品が用意された。 このコンデンサの120Hz，1KHz時の誘電体損
失を測定した処、第１表に示す結果が得られた。

【表】 上表より明らかなように、本発明品は従来品よ
り若干高い特性値を示してるものの、実用上は全
く問題にはならない。 又、第１、第２の電極引出し層形成後及び樹脂
外装後における120Hz時の誘電体損失の不良発生
率は本発明品、従来品共にほぼ同程度であり、い
わゆる高圧品に対しては第１の電極引出し層によ
る工程変動の抑止効果は認められなかつた。 一方、本発明品は添加物含量の増加によつて、
従来品に比しコンデンサのコストを2.8％低減で
きた。 実施例 ２ 実施例１において、硼酸鉛系ガラス粉末の含量
を58重量％に増加した処、第２表に示す結果が得
られた。この場合の各引出し層の比抵抗値は、第
１の電極引出し層が２×10^-2Ω・cm、第２の電極
引出し層が1.5×10^-5Ω・cmであつた。

【表】 上表より明らかなように、本発明品は第１の電
極引出し層の比抵抗が実施例１よりかなり大きく
なつているために、誘電体損失も実施例１より若
干大きな値になつている。しかし乍ら、実用上は
全く問題にはならない。 又、工程変動については実施例１と同様に良好
な結果が得られた。 一方、本発明品は実施例１に比し、添加物含量
がさらに増加していることもあつて、コンデンサ
のコストを3.4％低減できた。 実施例 ３ タンタル粉末を用いた3V100μＦ用のコンデン
サエレメントの周面に、酸化層、二酸化マンガン
層を介して銀粉、錫粉（添加物）及び樹脂を含
み、かつ添加物含量を80重量％に設定した導電部
材にて第１の電極引出し層を形成すると共に、さ
らにその上に、実施例１と同様の導電部材（添加
物含量０重量％）にて第２の電極引出し層を形成
する。尚、第１、第２の電極引出し層の比抵抗は
2.5×10.²，1.5×10^-5Ω・cmである。 このコンデンサの誘電体損失は第３表に、工程
変動（120Hz時の誘電体損失の不良発生率）は第
４表に示す。

【表】

【表】 第３表より明らかなように、いわゆる低圧品に
あつても、電極引出し層の比抵抗が従来品より高
くなることによつて誘電体損失も若干高くなつて
いるが、実用上は全く問題にはならない。 しかし乍ら、第４表に示すように、電極引出し
層形成直後及びエポキシ樹脂による外装後におけ
る誘電体損失の不良発生率は従来品では大きく変
動しているのに対し、本発明品では全く変動が見
られず、工程変動に対して大きな改良効果が認め
られた。 これは第２の電極引出し層の表層部に銀の喰わ
れ現象が生じても、それのグラフアイト層への到
達を第１の電極引出し層が阻止し、かつ外装樹脂
材からのストレスに対しても緩衝作用を呈するた
めと考えられる。又、本発明品は従来品に比しコ
ンデンサのコストを4.3％低減できた。 実施例 ４ タンタル粉末を用いた16V22μＦ用のコンデン
サエレメントの周面に、酸化層、二酸化マンガン
層を介して銀粉、亜鉛（添加物）及び樹脂を含
み、かつ添加物含量を72重量％に設定した導電部
材にて第１の電極引出し層を形成し、さらにその
上に実施例１と同様の導電部材にて第２の電極引
出し層を形成する。尚、第１の電極引出し層の比
抵抗は３×10^-3Ω・cmである。 このコンデンサの誘電体損失は第５表に示すよ
うに、本発明品、従来品共にほぼ同程度であつ
た。

【表】 又、本発明品は従来品に比し、コンデンサのコ
ストを4.0％低減できた。 なお、本発明の実施例では、電極引出し層が第
１、第２の電極引出し層にて構成されているが、
それらの間にさらに他の導電層を介在させること
もできる。さらには電極引出し層を構成する導電
部材における貴金属粉末は銀粉の他、金粉などを
用いることもできる。特に固体電解コンデンサに
適用した場合、グラフアイト層はグラフアイト以
外の導電部材にて構成することもできるし、コン
デンサエレメント、外部リード部材などの形状は
適宜に設定できる。 以上のように本発明によれば、部品本体側に形
成された第１の電極引出し層を構成する導電部材
に添加物を添加することによつて製品のコストを
有効に低減できる上、添加物の添加によつて、貴
金属粉末の半田部材による喰われ現象に起因する
特性への影響を最小限に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の固体電解コンデンサの側断面
図、第２図は電極引出し層を構成する導電部材の
付着重量と誘電体損失との関係を示す図、第３図
は本発明の一実施例を示す側断面図、第４図は導
電部材の添加物含量と比抵抗との関係を示す図、
第５図は比抵抗と誘電体損失との関係を示す図で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 弁作用を有する金属粉末を加圧成形して焼結
   したコンデンサエレメントの周面に酸化層と半導
   体層を介して形成される電極引出し部材におい
   て、前記電極引出し部材を、比抵抗１×10^-1〜３
   ×10^-4Ω・cmの導電部材から成る第１の電極引出
   し層、及びこの第１の電極引出し層上に形成した
   比抵抗１×10^-4Ω・cm以下で半田部材に充分な濡
   れ性を呈する銀粉を主成分とした導電部材から成
   る第２の電極引出し層により構成したことを特徴
   とする固体電解コンデンサ。