JP2001126965A - 固体電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

固体電解コンデンサおよびその製造方法

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JP2001126965A
JP2001126965A JP30927899A JP30927899A JP2001126965A JP 2001126965 A JP2001126965 A JP 2001126965A JP 30927899 A JP30927899 A JP 30927899A JP 30927899 A JP30927899 A JP 30927899A JP 2001126965 A JP2001126965 A JP 2001126965A
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Takahiro Hamada
貴裕 濱田
Chiharu Hayashi
千春 林
Masanori Yoshida
雅憲 吉田
Emiko Igaki
恵美子 井垣
Masakazu Tanahashi
正和 棚橋
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体電解コンデンサにおいて、長時間高湿環
境下に放置した後に基板実装を行っても、外装樹脂にク
ラックが発生することを防止することを目的とする。 【解決手段】 固体電解コンデンサにおいて、前記固体
電解コンデンサの内部素子の細孔表面上に撥水膜を形成
することにより、長時間高湿環境下に放置し、水蒸気が
外装樹脂を通って、内部素子内に到達しても、内部素子
細孔内で結露することを防止する。このことにより、長
時間高湿環境下に放置した後でも、基板実装時に外装樹
脂にクラックが発生しない固体電解コンデンサが得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解コンデン
サおよびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の固体電解コンデンサの製造方法に
ついて説明する。
【0003】まず、弁金属からなる多孔質の陽極体の表
面に酸化皮膜からなる誘電体を形成する。その酸化皮膜
の上に固体電解質を形成する。その後、カーボン層と銀
層からなる陰極層を形成し、固体電解コンデンサの内部
素子を形成する。陽極側は、陽極体のリードと陽極引き
出し端子を接合し、陰極側は、固体電解コンデンサ内部
素子と陰極引き出し端子を銀接着剤で接続した後、全体
を外装樹脂でモールドし、固体電解コンデンサを構成し
ていた。
【0004】このような構成の固体電解コンデンサにお
いて、内部素子の弁金属多孔体の細孔のほとんどは、固
体電解質が充填されているが、固体電解質が形成されて
いないミクロンオーダーまたはサブミクロンオーダーの
多くの細孔、すなわちポアが残存している。また細孔内
部および多孔体表面に形成されている固体電解質自体に
多くのポアが存在する場合がある。そのため、固体電解
コンデンサを大気中に長時間放置すると、外層樹脂を通
して水蒸気が拡散し、内部素子に到達する。内部素子の
オープンポア(素子外と連通するポア)に、水蒸気が侵
入すると、十分細いポアでは毛管凝集により、水蒸気が
結露する。水蒸気が結露している状態で、コンデンサを
基板に実装しようとすると、実装時にかかる熱により、
内部素子中の水分が急激に水蒸気となる。水蒸気が発生
すると内部素子の内圧が上昇するため、外層樹脂にクラ
ックが発生するという問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そこで、特開平5−9
0099号公報では、外部から侵入する水分に対して、
撥水性樹脂をコンデンサ内部素子の内部にまで浸透して
保護膜を形成する方法を提案している。しかし、内部素
子を撥水性樹脂に浸漬し保護膜を形成する場合、撥水性
樹脂に直接浸漬しただけでは、内部素子の外表面付近の
オープンポアだけを撥水性樹脂で被覆し、内部素子深部
まで到達するオープンポアを被覆することができない。
このように、内部素子の外表面付近だけを撥水性樹脂で
全面被覆した場合、水蒸気のオープンポア内への侵入速
度を抑制するだけで、長時間高湿環境下に放置しておく
と、水蒸気は撥水性樹脂内を拡散していき、オープンポ
ア内へ侵入した水蒸気は、毛管凝集により結露する。そ
れにより、加熱時に外装樹脂にクラックが発生する問題
があった。
【0006】また、全てのポアを撥水性樹脂で満たそう
としても、ポア内の空間全てを満たすことは不可能で、
隙間が残ったり、ポアに空間を残したまま膜を被覆した
状態になる。この場合、隙間を介して、あるいは撥水膜
を拡散、透過して、水蒸気が内部素子のポアに侵入し、
長時間高湿環境下に放置すれば、結露が生じる。
【0007】この課題を解決するために本発明は、長時
間高湿環境下に放置しても、コンデンサ内部素子の細孔
内部に結露が生じるのを抑制し、加熱時に外装樹脂にク
ラックが発生しない高品質な固体電解コンデンサを提供
することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記、目的を達成するた
めに本発明は、多数の細孔を有するコンデンサ内部素子
の、外表面付近のオープンポアだけでなく、内部素子深
部まで到達するオープンポアまでもポア内表面を撥水膜
で被覆し、内部素子内の水分の結露を防止するものであ
る。この構成によれば、たとえ長時間高湿環境下に放置
しても、水蒸気の毛管凝集が発生することがなく、加熱
時にコンデンサ内部の圧力上昇が発生しないため、外装
樹脂のクラック発生を抑制できる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
【0010】図2は、本発明の撥水処理が施されるタン
タル固体電解コンデンサの一例である。図1は、タンタ
ル固体電解コンデンサの要部断面模式図を示したもので
ある。
【0011】以下にその製造方法の概略を図面を参照し
ながら説明する。
【0012】まず、タンタル粉末を陽極リード21ととも
に所定の形状(1.0mm×3.2mm×4.4mm)に成形した後、
真空中で高温焼結により粉末を結合させ、サブミクロン
の空孔を持つタンタル金属の焼結体を作り、これを電解
液中で陽極酸化することによりタンタル金属表面に誘電
体酸化皮膜12を形成する。次に焼結体の空孔内部と外部
表面に固体電解質13を導電性高分子であるポリピロール
で形成した後、陰極層となるカーボン層15、銀層16を順
に形成し、固体電解コンデンサ内部素子22を形成する。
【0013】この状態の固体電解コンデンサ内部素子22
を撥水性樹脂あるいはカップリング剤を溶媒で希釈した
溶液に浸漬し、撥水性樹脂を内部素子の細孔内部に浸透
させる。その後、内部素子を引き上げ、加熱して、細孔
の表面を撥水膜14で被覆する。
【0014】その後、陽極側は、陽極リード21と陽極引
き出し端子23を溶接により接合し、陰極側は、固体電解
コンデンサ内部素子22と陰極引き出し端子24を銀接着剤
25で接続した後、全体を外装樹脂26でモールドする。そ
の後、エージングを行い、固体電解コンデンサを作製し
た。
【0015】(実施例1)撥水剤として、撥水性樹脂で
あるシリコン樹脂を用いた。シリコン樹脂をトルエンで
5重量%に希釈した。次に、上述したように固体電解コ
ンデンサ内部素子を浸漬、引き上げて、加熱し、図1に
示すような撥水膜を形成した。撥水剤含浸時間は10分
間、撥水膜形成のための加熱は200℃で30分間行っ
た。
【0016】(実施例2)撥水剤として、フッ素修飾さ
れたエポキシ樹脂を用いた。フッ素修飾されたエポキシ
樹脂をトルエンで5重量%に希釈した。次に、上述した
ように固体電解コンデンサ内部素子を浸漬、引き上げ
て、加熱し、図1に示すような撥水膜を形成した。撥水
剤含浸時間は10分間、撥水膜形成のための加熱は20
0℃で30分間行った。
【0017】(実施例3)撥水剤として、末端がフッ素
修飾されたカップリング剤を用いた。フッ素修飾された
カップリング剤をイソプロピルアルコールで5重量%に
希釈した。次に、上述したように固体電解コンデンサ内
部素子を浸漬、引き上げて、加熱し、図1に示すような
撥水膜を形成した。撥水剤含浸時間は10分間、撥水膜
形成のための加熱は150℃で20分間行った。
【0018】(従来例1)撥水膜を全く形成せず、上述
のように固体電解コンデンサを作製した。
【0019】(従来例2)固体電解コンデンサ内部素子
の主に表面部分のポアをシリコン樹脂で塞ぐために、撥
水剤として、トルエンで20重量%に希釈したシリコン
樹脂を用いた。次に、上述したように固体電解コンデン
サ内部素子を浸漬、引き上げて、加熱し、内部素子の外
表面に撥水膜を形成した。撥水剤含浸時間は10分間、
撥水膜形成のための乾燥は200℃で30分間行った。
【0020】実施例1〜3と従来例1〜2について、高
温高湿下(85℃、85%RH)で、24時間放置した
後、リフロー試験を行い、リフロー試験後、外装樹脂に
入ったクラックを検出した。リフロー条件は、ピーク温
度230℃、10秒で、リフロー炉に入ってから、出る
までの時間を3分とした。外装樹脂クラックの検出は、
低沸点のフッ素系のオイル(沸点100℃)に外装樹脂
でモールドした固体電解コンデンサを浸漬し、50℃で
30分間ボイルした後、室温に戻してから取り出し、高
沸点のフッ素系のオイル(沸点200℃)に浸漬し、1
50℃で30分間ボイルする。この時、外装樹脂にクラ
ックが入っているコンデンサでは、初めに浸漬した低沸
点オイルが、クラック部分から気体となって気泡が発生
する。そこで、気泡が発生したコンデンサの個数をカウ
ントした。
【0021】サンプル数は、それぞれの条件に対して1
00個ずつで行った。外装樹脂のクラックが発生した個
数の割合いを(表1)に示す。
【0022】
【表1】
【0023】(表1)から分かるように、従来例1にお
いては、かなりの確率で外装樹脂にクラックが生じてい
る。従来例2として、シリコン樹脂で固体電解コンデン
サ内部素子外表面を全面被覆したものでは、外装樹脂ク
ラックの発生に対して一応の効果が確認されたが、全て
のクラックを抑制することはできなかった。この原因と
しては、仮に、完全にシリコン樹脂が内部素子外表面を
覆っても、水蒸気はシリコン樹脂内を拡散していくた
め、長時間後には内部素子深部のオープンポア内に侵入
し、毛管凝集により、結露するためであると考えられ
る。
【0024】一方、実施例1〜3の撥水膜を形成したも
のに関しては、外装樹脂クラックを完全に防止すること
ができた。この構成においては、撥水剤を非常に低濃度
に希釈しているために、撥水剤が内部素子のポアにまで
容易に浸透していき、内部素子の細孔深部を含むほとん
ど全てのポアの固体電解質表面に撥水膜を形成する。ま
た、撥水剤を希釈して内部素子に入れるので、固体電解
質がポーラスの場合であっても、その細孔表面に容易に
撥水膜を形成できる。この時、撥水膜は空間的にポアを
塞ぐのではなく、すなわち、ポア内に空隙を生じている
状態でも、ポア内部の固体電解質表面で、水蒸気が毛管
凝集するのを防止し、その役割を十分に果たすことが確
認できた。
【0025】以上の理由により、この構成が外装樹脂ク
ラックに対して、有効な手法である。
【0026】なお、本実施例では、撥水膜を形成する撥
水性樹脂として、シリコン樹脂および一部がフッ素で修
飾されたエポキシ樹脂を用いたが、その他フッ素修飾さ
れた合成樹脂であれば種類を問わずその効果が認められ
た。また、フッ素修飾されたカップリング剤もその種類
を問わず効果があった。いずれも、水との接触角が90
度以上あり、この条件を満たす撥水性樹脂もしくはカッ
プリング剤であれば、同様の効果が得られる。
【0027】なお、本実施例では、撥水性樹脂もしくは
カップリング剤を希釈した溶液の濃度を5重量%として
いたが、10重量%以上では、内部素子への希釈溶液の
含浸性が低下し、内部素子の深部への撥水処理が困難に
なり、外装樹脂にクラックが発生する場合があった。さ
らに好ましくは、希釈溶液の濃度が3重量%以下の場合
であり、この場合、内部素子への希釈溶液の含浸性が、
5重量%の場合よりも良くなり、希釈溶液の濃度が3重
量%以下であっても同様の効果が得られる。
【0028】なお、本実施例では、撥水性樹脂もしくは
カップリング剤を希釈する溶媒として、トルエンを用い
ているが、芳香族炭化水素や高級アルコール溶液などか
ら、撥水性樹脂を希釈可能であるものを選択すれば、同
様の効果が得られる。
【0029】なお、本実施例では、陰極層まで形成した
内部素子を撥水性樹脂もしくはカップリング剤の希釈溶
液に浸漬し、撥水処理を行ったが、固体電解コンデンサ
の構成によっては、陰極層の形成前に撥水処理を行って
も良く、固体電解質形成後であれば、その処理順につい
ては限定されるものではない。
【0030】なお、本実施例では、陽極体の弁金属とし
てタンタルを用いたが、これに限定されるものではな
く、陽極体としてエッチングされたアルミニウムなどを
用いても、同様の効果が得られる。
【0031】なお、本実施例では固体電解質として、導
電性高分子であるポリピロールを用いたが、これに限定
されるものではなく、他の導電性高分子や二酸化マンガ
ンを用いてもよい。
【0032】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、固体電解
コンデンサ内部素子の外表面付近のオープンポア表面だ
けでなく、素子深部まで到達するオープンポア表面まで
も撥水膜で被覆する構成にすることによって、固体電解
コンデンサ内部素子の細孔に毛管凝集水が結露するのを
防止し、長時間高湿環境下に放置後、基板に実装を行っ
ても、外装樹脂にクラックの発生しない固体電解コンデ
ンサおよびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の構造を示す固体電解コン
デンサ内部素子の細孔部の断面模式図
【図2】本発明の実施の形態の構造を示す固体電解コン
デンサの断面模式図
【符号の説明】
11 弁金属 12 誘電体酸化皮膜 13 固体電解質 14 撥水膜 15 カーボン層 16 銀層 17 空隙 21 陽極リード 22 固体電解コンデンサ内部素子 23 陽極引出し端子 24 陰極引出し端子 25 銀接着剤 26 外装樹脂
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 雅憲 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 井垣 恵美子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 棚橋 正和 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多数の細孔を有し、かつ弁作用金属からな
    る陽極体の表面に誘電体酸化皮膜、固体電解質、陰極層
    を形成し構成した固体電解コンデンサにおいて、前記固
    体電解コンデンサの内部素子の細孔内部の表面を撥水膜
    で被覆したことを特徴とする固体電解コンデンサ。
  2. 【請求項2】前記撥水膜が、水との接触角が90度以上
    の撥水性樹脂よりなる薄膜である請求項1記載の固体電
    解コンデンサ。
  3. 【請求項3】前記撥水性樹脂が、シリコン樹脂である請
    求項2記載の固体電解コンデンサ。
  4. 【請求項4】前記撥水性樹脂が、その一部がフッ素で修
    飾された合成樹脂よりなる請求項2記載の固体電解コン
    デンサ。
  5. 【請求項5】前記撥水膜はカップリング剤を原料とした
    ものよりなり、前記内部素子の細孔内部で脱水縮合させ
    ることにより前記固体電解コンデンサの細孔内部表面上
    に形成した薄膜である請求項1記載の固体電解コンデン
    サ。
  6. 【請求項6】前記カップリング剤は、その一部がフッ素
    で修飾された分子よりなる請求項5記載の固体電解コン
    デンサ。
  7. 【請求項7】前記固体電解質が、導電性高分子である請
    求項1〜6のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
  8. 【請求項8】撥水性樹脂を有機溶媒で希釈する工程と、
    前記撥水性樹脂を有機溶媒で希釈した撥水性樹脂溶液を
    固体電解コンデンサ内部素子に含浸させる工程と、加熱
    して前記固体電解コンデンサ内部素子の細孔内部の表面
    に撥水膜を形成する工程とを備えることを特徴とする固
    体電解コンデンサの製造方法。
  9. 【請求項9】前記撥水性樹脂溶液の濃度が、5重量%以
    下であることを特徴とする請求項8に記載の固体電解コ
    ンデンサの製造方法。
  10. 【請求項10】前記カップリング剤を有機溶媒で希釈す
    る工程と、前記カップリング剤を有機溶媒で希釈したカ
    ップリング剤溶液を固体電解コンデンサ内部素子に含浸
    させる工程と、加熱して前記固体電解コンデンサ内部素
    子の細孔内部のの表面に撥水膜を形成する工程とを備え
    ることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
  11. 【請求項11】前記カップリング剤溶液の濃度が5重量
    %以下であることを特徴とする請求項10に記載の固体
    電解コンデンサの製造方法。
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