JP4876705B2

JP4876705B2 - Solid electrolytic capacitor

Info

Publication number: JP4876705B2
Application number: JP2006130597A
Authority: JP
Inventors: 克彦河野
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 2006-05-09
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2026-05-09
Also published as: JP2007305686A

Description

本発明は、高速な電源回路に用いられる固体電解コンデンサに関する。 The present invention relates to a solid electrolytic capacitor used for a high-speed power supply circuit.

従来、コンデンサとしては、アルミニウムやタンタルなどの弁金属を用いた電解コンデンサや、Ａｇ／ＰｄやＮｉなどを電極として用い、チタン酸バリウムなどを誘電体として用いた積層セラミックコンデンサなどが知られており、これらのコンデンサは、電源回路のほとんどに使用されている。 Conventionally, electrolytic capacitors using valve metals such as aluminum and tantalum, and multilayer ceramic capacitors using Ag / Pd, Ni, etc. as electrodes and barium titanate, etc. as dielectrics are known as capacitors. These capacitors are used in most power supply circuits.

近年では特に、ＣＰＵ駆動回路やスイッチング電源回路などに対して、低駆動電圧化、低消費電力化、高周波対応化が要求されているため、これに伴って、コンデンサについても大容量化、低等価直列抵抗化（以下、等価直列抵抗をＥＳＲと記載する）、低等価直列インダクタンス化が要求されている（以下、等価直列インダクタンスをＥＳＬと記載する）。このような要求に対応するため、特に低ＥＳＲ化を目的として、電気電導度の高い機能性高分子を電解コンデンサの陰極用固体電解質として用いる技術が検討され、開発されてきている。 In recent years, in particular, CPU drive circuits and switching power supply circuits have been required to have low drive voltage, low power consumption, and high frequency compatibility. There is a demand for series resistance (hereinafter, equivalent series resistance is described as ESR) and low equivalent series inductance (hereinafter, equivalent series inductance is described as ESL). In order to meet such demands, a technique using a functional polymer having a high electrical conductivity as a solid electrolyte for a cathode of an electrolytic capacitor has been studied and developed, particularly for the purpose of reducing ESR.

ここで、従来の機能性高分子アルミ電解コンデンサの構造について、図１を用いて説明する。図１は、従来の機能性高分子アルミ電解コンデンサの構成を示す断面図である。図１において、１は電極（陽極用アルミニウム電極箔）、２は誘電体層、３は導電性高分子層、４はカーボン層、５は銀ペイント層、６は陰極端子としての接続リードである。 Here, the structure of a conventional functional polymer aluminum electrolytic capacitor will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional functional polymer aluminum electrolytic capacitor. In FIG. 1, 1 is an electrode (aluminum electrode foil for anode), 2 is a dielectric layer, 3 is a conductive polymer layer, 4 is a carbon layer, 5 is a silver paint layer, and 6 is a connection lead as a cathode terminal. .

図１に示したように、陽極用アルミニウム電極箔１は粗面化処理されており、且つ、表面に誘電体層２が形成されている。このように表面に誘電体層２が設けられた陽極用アルミニウム電極箔１の表面に、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン等からなる導電性高分子層３が形成されている。さらに、導電性高分子層３の上に、カーボン層４と銀ペイント層５が順次形成されてコンデンサ素子が構成されている。このコンデンサ素子に対して電極に陽極端子（図示せず）、銀ペイント層に陰極端子６がそれぞれ接合され、さらにモールド樹脂にてコンデンサ素子が封止されることで、従来の機能性高分子アルミ電解コンデンサが形成されている。 As shown in FIG. 1, the aluminum electrode foil 1 for anode is subjected to a roughening treatment, and a dielectric layer 2 is formed on the surface. A conductive polymer layer 3 made of polypyrrole, polythiophene, polyaniline or the like is formed on the surface of the anode aluminum electrode foil 1 having the dielectric layer 2 provided on the surface in this way. Furthermore, a carbon layer 4 and a silver paint layer 5 are sequentially formed on the conductive polymer layer 3 to constitute a capacitor element. An anode terminal (not shown) is connected to the electrode with respect to this capacitor element, a cathode terminal 6 is joined to the silver paint layer, and the capacitor element is sealed with a mold resin, so that a conventional functional polymer aluminum is provided. An electrolytic capacitor is formed.

このような従来の機能性高分子アルミ電解コンデンサは、電解質として電解液を使用した電解コンデンサよりもＥＳＲが低いという特徴があるが、さらなる高容量化と低ＥＳＲ化を図るために、上記のコンデンサ素子をＡｇ接着剤を用いて複数積層した構成も開発されている。さらに、上記のコンデンサ素子においては、よりＥＳＲを下げるために、導電性高分子層３の材料やカーボン層４、銀ペイント層５の材料開発もなされている。 Such a conventional functional polymer aluminum electrolytic capacitor has a characteristic that the ESR is lower than that of an electrolytic capacitor using an electrolytic solution as an electrolyte. However, in order to further increase the capacity and reduce the ESR, the above capacitor is used. A structure in which a plurality of elements are laminated using an Ag adhesive has also been developed. Further, in the above capacitor element, materials for the conductive polymer layer 3, the carbon layer 4, and the silver paint layer 5 have been developed in order to further lower the ESR.

上述したように、陽極体の表面に導電性高分子よりなる固体電解質を形成した固体電解コンデンサにおいては、固体電解質層と外部電極との電気的な接続のため、固体電解質層の上にカーボン層および銀ペースト層を形成することが一般的に行われている。このカーボン層を形成するものとしては、鱗片状のグラファイトが知られている。鱗片状グラファイトは天然黒鉛に由来するもので、その大きさは０．１〜５０μｍ程度のものが多用されている（特許文献１参照）。 As described above, in the solid electrolytic capacitor in which the solid electrolyte made of the conductive polymer is formed on the surface of the anode body, the carbon layer is formed on the solid electrolyte layer for electrical connection between the solid electrolyte layer and the external electrode. In general, a silver paste layer is formed. As a material for forming the carbon layer, scaly graphite is known. The scaly graphite is derived from natural graphite, and a size of about 0.1 to 50 μm is frequently used (see Patent Document 1).

このような固体電解コンデンサのカーボン層に求められる特性としては、固体電解質層との界面接触抵抗を低減させるための密着性とともに、内部抵抗が低いことが求められる。そのため、このような特性を満たすべく、比較的大きな鱗片状グラファイト（例えば、０．２〜１２μｍ程度）と、例えば、カーボンブラック等の粒径の小さいカーボン粒（例えば、０．０３〜０．０５μｍ程度）とを混合してなる混合ペーストを用いることが行われている。 The characteristics required for the carbon layer of such a solid electrolytic capacitor are required to have low internal resistance as well as adhesion for reducing the interface contact resistance with the solid electrolyte layer. Therefore, in order to satisfy such characteristics, relatively large scaly graphite (for example, about 0.2 to 12 μm) and carbon particles having a small particle diameter such as carbon black (for example, 0.03 to 0.05 μm). In other words, a mixed paste obtained by mixing the above is used.

このような混合ペーストを用いる理由は、以下の通りである。すなわち、粒径の小さいカーボン粒のみでカーボン層を形成した場合には、固体電解質層との接触面積が増大し、固体電解質層との界面接触抵抗が低減される点では好適である一方、ある一定厚さのカーボン層を形成するためには、カーボン層の厚さに対してカーボン粒が多数存在することになり、カーボン粒同士の界面接触抵抗が大きくなってしまうからである。 The reason for using such a mixed paste is as follows. That is, in the case where the carbon layer is formed with only carbon particles having a small particle size, the contact area with the solid electrolyte layer is increased, and the interface contact resistance with the solid electrolyte layer is reduced. This is because in order to form a carbon layer having a constant thickness, a large number of carbon particles exist with respect to the thickness of the carbon layer, and the interfacial contact resistance between the carbon particles increases.

一方、比較的大きな鱗片状グラファイトをカーボン層の中に含むと、所望のカーボン層の厚さを達成したときに、鱗片状グラファイトが嵩大であるために接触頻度が少ない状態となる。その結果、界面接触抵抗に由来する内部抵抗の増加を抑制でき、結果としてカーボン層の内部低減を図ることができるため好適であるからである。
特開平２−２６５２３４号公報 On the other hand, when relatively large scaly graphite is included in the carbon layer, the contact frequency is low because the scaly graphite is bulky when the desired carbon layer thickness is achieved. As a result, an increase in internal resistance derived from the interface contact resistance can be suppressed, and as a result, the internal reduction of the carbon layer can be achieved, which is preferable.
JP-A-2-265234

しかしながら、比較的大きな鱗片状グラファイトを含む混合ペーストを固体電解質層の上に塗布した場合、塗布圧力により鱗片状グラファイトが固体電解質層に突き刺さってしまうことがある。そして、場合によっては、その鱗片状グラファイトが固体電解質層を貫通して誘電体酸化皮膜にまで到達し、誘電体酸化皮膜を傷付け、その結果、漏れ電流の増大を引き起こすという問題点があった。 However, when a mixed paste containing relatively large scaly graphite is applied on the solid electrolyte layer, the scaly graphite may pierce the solid electrolyte layer due to the application pressure. In some cases, the scaly graphite penetrates through the solid electrolyte layer to reach the dielectric oxide film and damages the dielectric oxide film, resulting in an increase in leakage current.

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、漏れ電流の増大を防止し、優れた電気的特性を有する固体電解コンデンサを提供することにある。 The present invention has been proposed to solve the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a solid electrolytic capacitor that prevents an increase in leakage current and has excellent electrical characteristics. There is.

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、弁金属からなる陽極体の表面に、導電性高分子よりなる固体電解質層およびカーボン層を順次形成してなる固体電解コンデンサにおいて、前記カーボン層を形成するグラファイトとして、カーボン粒子と、このカーボン粒子より大きな鱗片状のグラファイトを含む混合ペーストを用いるとともに、前記鱗片状グラファイトとして、その最大長さが前記固体電解質層の厚さ未満のものを用いたことを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is a solid electrolytic capacitor in which a solid electrolyte layer and a carbon layer made of a conductive polymer are sequentially formed on the surface of an anode body made of a valve metal. As the graphite forming the carbon layer, a mixed paste containing carbon particles and scaly graphite larger than the carbon particles is used, and the maximum length of the scaly graphite is less than the thickness of the solid electrolyte layer. It is characterized by using the thing.

上記のような構成を有する請求項１に記載の発明によれば、カーボン層を形成するグラファイトとして、カーボン粒子と、このカーボン粒子より大きな鱗片状のグラファイトを含む混合ペーストを用いると共に、鱗片状グラファイトの大きさとして、最大長さが固体電解質層の厚さ未満のものを用いることにより、グラファイトのスクリーン印刷の際に、鱗片状グラファイトが固体電解質層に突き刺さったとしても、鱗片状グラファイトが固体電解質層内に留まり、誘電体酸化皮膜層まで到達することを防止できる。このため、誘電体酸化皮膜と鱗片状グラファイトの接触による微細な短絡による漏れ電流の増大を防止することができる。 According to the invention of claim 1 having the above-described configuration, as graphite forming the carbon layer , a mixed paste containing carbon particles and scaly graphite larger than the carbon particles is used, and scaly graphite is used. By using a material whose maximum length is less than the thickness of the solid electrolyte layer, even if scaly graphite pierces the solid electrolyte layer during screen printing of graphite, the scaly graphite is It stays in the layer and can be prevented from reaching the dielectric oxide film layer. For this reason, it is possible to prevent an increase in leakage current due to a fine short circuit due to contact between the dielectric oxide film and the scaly graphite.

本発明によれば、漏れ電流の増大を防止し、優れた電気的特性を有する固体電解コンデンサを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the increase in a leakage current can be prevented and the solid electrolytic capacitor which has the outstanding electrical property can be provided.

以下、本発明に係る固体電解コンデンサの実施の形態（以下、実施形態という）について、具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of the solid electrolytic capacitor according to the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be specifically described.

（コンデンサ素子）
純度９９．９９％のアルミニウム箔に交流電流を印加し、塩酸を主体とする電解液中で電解エッチングすることにより、アルミニウム箔を粗面化して陽極用弁金属箔を作製する。次に、陽極用弁金属箔を中性の電解液中で陽極酸化し、陽極用弁金属箔の表面に任意の耐圧を有する誘電体酸化皮膜層を形成する。 (Capacitor element)
An alternating current is applied to an aluminum foil having a purity of 99.99%, and electrolytic etching is performed in an electrolytic solution mainly composed of hydrochloric acid to roughen the aluminum foil to produce a valve metal foil for an anode. Next, the anode valve metal foil is anodized in a neutral electrolyte, and a dielectric oxide film layer having an arbitrary withstand voltage is formed on the surface of the anode valve metal foil.

（固体電解質層の形成）
ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン等からなる導電性高分子層を、ドーパントと各モノマーとを含む溶液を用いて、化学重合により形成する。この固体電解質層はコンデンサ素子の外周に約１０μｍの厚さで形成する。 (Formation of solid electrolyte layer)
A conductive polymer layer made of polypyrrole, polythiophene, polyaniline or the like is formed by chemical polymerization using a solution containing a dopant and each monomer. This solid electrolyte layer is formed on the outer periphery of the capacitor element with a thickness of about 10 μm.

（カーボン層の形成）
固体電解質層の上にカーボン層を形成する。このカーボン層としては、最大長が０．２〜８μｍの鱗片状グラファイトと、カーボンブラックを所定の混合比率で混合してなる混合ペーストをスクリーン印刷等によって塗布することによって形成する。なお、前記混合ペースト中のカーボンブラックの混合比率は、重量比で２〜１０％とすることが好ましい。 (Formation of carbon layer)
A carbon layer is formed on the solid electrolyte layer. The carbon layer is formed by applying a mixed paste obtained by mixing flaky graphite having a maximum length of 0.2 to 8 μm and carbon black at a predetermined mixing ratio by screen printing or the like. The mixing ratio of carbon black in the mixed paste is preferably 2 to 10% by weight.

なお、最大長が０．２〜８μｍの鱗片状グラファイトの調製は、例えば、天然黒鉛を粉砕しながら分級することにより行う。 The scale-like graphite having a maximum length of 0.2 to 8 μm is prepared, for example, by classification while pulverizing natural graphite.

（固体電解コンデンサの作成）
カーボン層の上に銀塗料層を形成し、銀塗料層と外部引き出し端子を接続して、固体電解コンデンサを作製する。 (Creation of solid electrolytic capacitor)
A silver paint layer is formed on the carbon layer, and the silver paint layer and the external lead terminal are connected to produce a solid electrolytic capacitor.

上記のような構成を有する本実施形態の固体電解コンデンサによれば、カーボン層を形成するグラファイトとして、カーボン粒子と、このカーボン粒子より大きな鱗片状のグラファイトを含む混合ペーストを用いると共に、鱗片状グラファイトの大きさとして、最大長さが固体電解質層の厚さ未満のものを用いることにより、グラファイトのスクリーン印刷の際に、鱗片状グラファイトが固体電解質層に突き刺さったとしても、鱗片状グラファイトが固体電解質層内に留まり、誘電体酸化皮膜層まで到達することがない。このため、誘電体酸化皮膜と鱗片状グラファイトの接触による微細な短絡による漏れ電流の増大を防止することができる。 According to the solid electrolytic capacitor of the present embodiment having the above-described configuration, as graphite forming the carbon layer , a mixed paste containing carbon particles and scaly graphite larger than the carbon particles is used, and scaly graphite is used. By using a material whose maximum length is less than the thickness of the solid electrolyte layer, even if scaly graphite pierces the solid electrolyte layer during screen printing of graphite, the scaly graphite is It stays in the layer and does not reach the dielectric oxide layer. For this reason, it is possible to prevent an increase in leakage current due to a fine short circuit due to contact between the dielectric oxide film and the scaly graphite.

固体電解コンデンサの構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of a solid electrolytic capacitor.

符号の説明Explanation of symbols

１…電極（陽極用アルミニウム電極箔）
２…誘電体層
３…導電性高分子層
４…カーボン層
５…銀ペイント層
６…接続リード（陰極端子） 1 ... Electrode (Aluminum electrode foil for anode)
2 ... Dielectric layer 3 ... Conductive polymer layer 4 ... Carbon layer 5 ... Silver paint layer 6 ... Connection lead (cathode terminal)

Claims

弁金属からなる陽極体の表面に、導電性高分子よりなる固体電解質層およびカーボン層を順次形成してなる固体電解コンデンサにおいて、前記カーボン層を形成するグラファイトとして、カーボン粒子と、このカーボン粒子より大きな鱗片状のグラファイトを含む混合ペーストを用いるとともに、前記鱗片状グラファイトとして、その最大長さが前記固体電解質層の厚さ未満のものを用いたことを特徴とする固体電解コンデンサ。 In a solid electrolytic capacitor in which a solid electrolyte layer made of a conductive polymer and a carbon layer are sequentially formed on the surface of an anode body made of a valve metal , carbon particles are used as graphite for forming the carbon layer, and the carbon particles A solid electrolytic capacitor characterized in that a mixed paste containing large scaly graphite is used, and the scaly graphite has a maximum length less than the thickness of the solid electrolyte layer.