JP5679275B2 - 固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
[1]細孔を有する弁作用金属からなる陽極体表面上に形成された誘電体層上に固体電解質層を設けた固体電解コンデンサ素子において、前記陽極体が、複数の平板状の陽極体を直接重ね合わせて固体電解質により一体化され、重ね合って隣り合う陽極体同士がそれらの一部で接合されていることを特徴とする固体電解コンデンサ素子。
[2]接合が、熔接により行われている前記1に記載の固体電解コンデンサ素子。
[3]固体電解質で覆われていない陽極部で接合されている前記1または2に記載の固体電解コンデンサ素子。
[4]固体電解質で覆われている陰極部で接合されている前記1または2に記載の固体電解コンデンサ素子。
[5]接合部の面積が、重ね合わせた陽極体の陰極部の面積の1〜30%である前記4に記載の固体電解コンデンサ素子。
[6]隣接する陽極体が、それらの一部で絶縁性樹脂を介して相互に固定されている前記1〜5のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子。
[7]陽極体の厚さが、50〜500μmである前記1〜6のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子。
[8]弁作用金属が、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム及びこれらの合金から選択される前記1〜7のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子。
[9]固体電解質が導電性高分子である前記1〜8のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子。
[10]細孔を有する弁作用金属からなる陽極体表面上に形成された誘電体層上に固体電解質層を設けた固体電解コンデンサ素子の製造方法において、細孔を有する平板状の弁作用金属からなる陽極体を複数枚直接重ね合わせ、その一部を残して固体電解質により覆い一体化する工程、及び少なくとも隣り合う陽極体同士をそれらの一部で接合する工程を含むことを特徴とする固体電解コンデンサ素子の製造方法。
[11]接合を熔接により行う前記10に記載の固体電解コンデンサ素子の製造方法。
[12]陽極体同士を接合する工程を行った後、固体電解質により覆い一体化する工程を行う前記10または11に記載の固体電解コンデンサ素子の製造方法。
[13]陽極体の一部を残して固体電解質により覆い一体化する工程を行った後に、一部を残された陽極体部分で陽極体同士を接合する工程を行う前記10または11に記載の固体電解コンデンサ素子の製造方法。
[14]さらに、隣接する陽極体同士の一部を、絶縁性樹脂を介して相互に固定する工程を含む前記10〜13のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子の製造方法。
[15]固体電解質により覆い一体化する工程が、重合して導電性重合体となる原料溶液を直接重ね合わせた陽極体表面及び陽極体間に浸み込ませ、重合することにより行われる前記10〜14のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子の製造方法。
[16]前記1〜9のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子の陽極部及び陰極部が、それぞれ陽極リード端子及び陰極リード端子に接続され、さらに固体電解コンデンサ素子全体が絶縁性の樹脂で封止されている固体電解コンデンサ。
[17]複数の固体電解コンデンサ素子が積層されている前記16に記載の固体電解コンデンサ。
[18]前記1〜9のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子の陽極部に陽極リード端子を接続し、陰極部に陰極リード端子を接続し、さらに固体電解コンデンサ素子全体を絶縁性樹脂で封止することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
[19]前記1〜9のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子を複数積層し、積層体の陽極部に陽極リード端子を接続し、陰極部に陰極リード端子を接続し、さらに固体電解コンデンサ素子全体を絶縁性樹脂で封止することを特徴とする積層型固体電解コンデンサの製造方法。
本発明では、平板状の微細孔を有する弁作用金属からなる陽極体の複数を直接重ね合わせて固体電解質により一体化し、この固体電解質上に導電体層を積層して固体電解コンデンサ素子を形成する。ここで、「直接重ね合わせて」の「直接」とは、弁作用金属表面に固体電解質層や導電体層などの他の層を介在させることなく重ね合わせることを意味する。
本発明の陽極体として使用できる弁作用金属は、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム及びこれらの合金から選択される。好ましくは、アルミニウムまたはその合金である。具体的な弁作用金属材料の形態としては、箔などの平板状のものが好適である。これらの弁作用金属は、予め公知の方法によりエッチング処理等を施して表面に微細孔を形成したものが特に好ましく使用される。
本発明においては、弁作用金属箔は、製品の形状に合わせた寸法に裁断したものが使用される。厚さは使用目的によって変わるが、一般的に厚みが、約50〜500μmの箔が使用される。大きさ及び形状も用途により異なるが、平板形素子単位として幅約1〜50mm、長さ約1〜50mmの矩形の金属箔が好ましく、幅約2〜20mm、長さ約2〜20mmがより好ましく、幅約2〜5mm、長さ約2〜6mmがさらに好ましい。
陽極体の固体電解質や絶縁性樹脂で覆われない部分(陽極部)と固体電解質で覆われ陰極が形成される部分(陰極部)とを分離するために、両部分の境界域には絶縁性樹脂が塗布される。
絶縁性樹脂としては、一般的な耐熱性樹脂、好ましくは溶剤に可溶あるいは膨潤しうる耐熱性樹脂またはその前駆体、無機質微粉とセルロース系樹脂からなる組成物などが使用できるが、材料には制限されない。具体例としては、ポリフェニルスルホン(PPS)、ポリエーテルスルホン(PES)、シアン酸エステル樹脂、フッ素樹脂(テトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体等)、低分子量ポリイミド及びそれらの誘導体及びその前駆体などが挙げられ、特に低分子量ポリイミド、ポリエーテルスルホン、フッ素樹脂及びそれらの前駆体が好ましい。
必要であれば、引き続き、陽極体の表面に誘電体酸化皮膜を形成する。陽極体の表面に誘電体酸化皮膜を形成する方法は、特に制限されず、公知の方法を用いることができる。例えば、アルミニウム箔を使用する場合には、ホウ酸、リン酸、アジピン酸、またはそれらのナトリウム塩、アンモニウム塩などを含む水溶液中で陽極酸化して酸化皮膜を形成することができる。また、タンタルなどの粉末の焼結体を使用する場合には、リン酸水溶液中で陽極酸化して、焼結体に酸化皮膜を形成することができる。
次いで、重合して導電性重合体となる原料溶液を、直接重ね合わされた陽極体表面及び陽極体間に浸漬させて重合することにより陰極部に固体電解質層を形成し、これにより複数の陽極体を固体電解質により覆い一体化する工程を行うことができる。複数の陽極体を一体化する際には、熔接、絶縁性樹脂による接着などの陽極体同士を固定する方法を併用してもよい。
本発明において、陰極部に形成する固体電解質としては導電性高分子が好ましい。
導電性高分子としては、チオフェン骨格を有する化合物、多環状スルフィド骨格を有する化合物、ピロール骨格を有する化合物、フラン骨格を有する化合物、アニリン骨格を有する化合物等で示される構造を繰り返し単位として含む導電性重合体が挙げられるが、固体電解質を形成する導電性重合体はこれに限られるものではない。
さらに、一体化された陽極体の陰極部全体を覆う固体電解質層の表面にカーボンペースト層と銀ペースト層を設けてコンデンサの陰極部を形成してコンデンサ素子とする。
厚さ110μmの化成アルミニウム箔(3V化成品)を3.5mm幅に切断したものを13mmずつの長さに切り取り、この箔片の一方の短辺部を金属製ガイドに熔接により固定した。引き続き、3.5mm幅に切断したアルミニウム化成箔を4.5mmの長さに切断し、金属製ガイドに熔接したもう一方の化成アルミニウム上面に配置し、ガイドに固定していない先端を揃えて重ねた状態で、4.5mmの長さの化成箔の中央部(陰極中央部)を抵抗熔接した。抵抗熔接の電極は1mm×2mmの長方形の電極を使用して実施した。なお、熔接により初期の静電容量が消失したエリアは12%であった。
厚さ110μmの化成アルミニウム箔(3V化成品)を3.5mm幅に切断したものを13mmずつの長さに切り取り、この箔片の一方の短辺部を金属製ガイドに溶接により固定した。切口を化成するために、ガイドに固定していない先端から7mmの箇所にポリイミド樹脂溶液(宇部興産製)を0.8mm幅に線状に描き、約180℃で30分乾燥させた。ガイドに固定していないアルミニウム箔の先端から塗布されたポリイミド樹脂までの部分を、実施例1と同様に化成処理を行ない水洗、乾燥を行なった。次に陽極部と陰極部を分離するポリイミド樹脂を、アルミニウム箔の先端から5mmの部分を中心として0.8mm幅で片面に線状に塗布した。まだ生乾き状態にあるアルミニウム化成箔のポリイミド樹脂が塗布された面同士を圧着し30分静置した後、約180℃で30分乾燥させた。再び、重ね合わせた外側の両面にポリイミド樹脂を、アルミニウム箔の先端から5mmの部分を中心として0.8mm幅で片面に線状に描き、約180℃で30分乾燥させた。ポリイミド樹脂の塗布以降は実施例1と同様に処理し化成箔2枚を重ね合わせた図6に断面を示す構成のコンデンサ素子を製造した。
厚さ110μmの化成アルミニウム箔(3V化成品)を3.5mm幅に切断したものを13mmずつの長さに切り取り、この箔片の一方の短辺部を金属製ガイドに熔接により固定した。厚さ110μmの化成アルミニウム箔(3V化成品)を4.5mm幅に切断したものを7mmずつの長さに切り取り中央部分で折り曲げたものを上記長さ13mmの化成アルミニウム箔のガイドに固定していない先端に揃えて重ね合わせて、中央部を抵抗熔接し一体化した。
厚さ110μmの化成アルミニウム箔(3V化成品)を3.5mm幅に切断したものを13mmずつの長さに切り取り、この箔片の一方の短辺部を金属製ガイドに溶接により固定した。切口を化成するために、ガイドに固定していない先端から7mmの箇所にポリイミド樹脂溶液(宇部興産製)を0.8mm幅に線状に描き、約180℃で30分乾燥させた。ガイドに固定していないアルミニウム箔の先端から塗布されたポリイミド樹脂までの部分を、実施例1と同様に化成処理を行ない水洗、乾燥を行なった。次に陽極部と陰極部を分離するポリイミド樹脂を、アルミニウム箔の先端から5mmの部分を中心として0.8mm幅で片面に線状に塗布した。まだ生乾き状態にあるアルミニウム化成箔のポリイミド樹脂が塗布された面同士を圧着し30分静置した後、約180℃で30分乾燥させた。再び、重ね合わせた外側の両面にポリイミド樹脂を、アルミニウム箔の先端から5mmの部分を中心として0.8mm幅で片面に線状に描き、約180℃で30分乾燥させた。さらに、陰極の中央部を1mm×2mmの長方形の電極を使用して抵抗熔接した。ポリイミド樹脂の塗布以降は実施例1と同様に処理し図7に断面を示す構成のコンデンサ素子を製造した。
引き続き、陽極リード端子に2枚のアルミニウム化成箔の固体電解質のついていない部分を同時に熔接し導通接合すること以外は実施例1と同様にして合計10個のチップ型固体電解コンデンサを作製し、評価した。コンデンサ素子の平均厚さ(素子厚)、初期特性、コンデンサ素子の素子厚当たりの静電容量出現率を表1に示した。
表1のとおり、陽極体の陽極部および陰極部を接合することによりESRが最も低減した。
厚さ110μmの化成アルミニウム箔(3V化成品)を3.5mm幅に切断したものを13mmずつの長さに切り取り、この箔片の一方の短辺部を金属製ガイドに溶接により固定した。切口を化成するために、ガイドに固定していない先端から7mmの箇所にポリイミド樹脂溶液(宇部興産製)を0.8mm幅に線状に描き、約180℃で30分乾燥させた。ガイドに固定していないアルミニウム箔の先端から塗布されたポリイミド樹脂までの部分を、化成処理を行ない水洗、乾燥を行なった。次に陽極部と陰極部を分離するポリイミド樹脂を、アルミニウム箔の先端から5mmの部分を中心として0.8mm幅に線状に塗布し、180℃で1時間乾燥させた。陰極部(3.5mm×4.6mm)への固体電解質の形成以降は、実施例1と同様に処理し、合計10個のチップ型コンデンサを製造し、評価した。コンデンサ素子の平均厚さ(素子厚)、初期特性、コンデンサ素子の素子厚当たりの静電容量出現率を表1に示した。
1a 短い方の弁作用金属箔
1b 長い方の弁作用金属箔
2 誘電体皮膜
3 弁作用金属箔のエッチング層
4 接続部位
5 絶縁性樹脂
5a エッチング層内の絶縁性樹脂層
5b 弁作用金属箔の表面に形成された絶縁性樹脂層
6 固体電解質層
6a エッチング層内の固体電解質層
6b 弁作用金属箔の表面に形成された固体電解質層
7 カーボンペースト層
8 導電性ペースト層
Claims (15)
- 細孔を有する弁作用金属からなる陽極体表面上に形成された誘電体層上に固体電解質層を設けた固体電解コンデンサ素子において、
前記陽極体が、複数の平板状の陽極体を直接重ね合わせて固体電解質により一体化され、重ね合って隣り合う陽極体同士が固体電解質で覆われている陰極部で接合されていることを特徴とする固体電解コンデンサ素子。 - 接合が、熔接により行われている請求項1に記載の固体電解コンデンサ素子。
- 接合部の面積が、重ね合わせた陽極体の陰極部の面積の1〜30%である請求項1に記載の固体電解コンデンサ素子。
- 隣接する陽極体が、それらの一部で絶縁性樹脂を介して相互に固定されている請求項1〜3のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子。
- 陽極体の厚さが、50〜500μmである請求項1〜4のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子。
- 弁作用金属が、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウム及びこれらの合金から選択される請求項1〜5のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子。
- 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素子。
- 細孔を有する弁作用金属からなる陽極体表面上に形成された誘電体層上に固体電解質層を設けた固体電解コンデンサ素子の製造方法において、
細孔を有する平板状の弁作用金属からなる陽極体を複数枚直接重ね合わせ、隣り合う陽極体同士を少なくとも1箇所もしくは複数箇所で接合する工程、及び接合した陽極体の接合箇所を含む陰極部形成部を固体電解質により覆い複数の陽極体を一体化する工程を含むことを特徴とする固体電解コンデンサ素子の製造方法。 - 接合を熔接により行う請求項8に記載の固体電解コンデンサ素子の製造方法。
- さらに、隣接する陽極体同士の一部を、絶縁性樹脂を介して相互に固定する工程を含む請求項8または9に記載の固体電解コンデンサ素子の製造方法。
- 固体電解質により覆い一体化する工程が、重合して導電性重合体となる原料溶液を直接重ね合わせた陽極体表面及び陽極体間に浸み込ませ、重合することにより行われる請求項8〜10のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子の製造方法。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子の陽極部及び陰極部が、それぞれ陽極リード端子及び陰極リード端子に接続され、さらに固体電解コンデンサ素子全体が絶縁性の樹脂で封止されている固体電解コンデンサ。
- 複数の固体電解コンデンサ素子が積層されている請求項12に記載の固体電解コンデンサ。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子の陽極部に陽極リード端子を接続し、陰極部に陰極リード端子を接続し、さらに固体電解コンデンサ素子全体を絶縁性樹脂で封止することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子を複数積層し、積層体の陽極部に陽極リード端子を接続し、陰極部に陰極リード端子を接続し、さらに固体電解コンデンサ素子全体を絶縁性樹脂で封止することを特徴とする積層型固体電解コンデンサの製造方法。
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