JP7300616B2 - 電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
少なくとも前記第2部分の表面に形成された誘電体層と、
前記誘電体層の少なくとも一部を覆う陰極部と、
を有する少なくとも1つのコンデンサ素子と、
前記コンデンサ素子を封止する外装体と、
外部電極と、を備え、
少なくとも前記第2部分の表面(より具体的には、表層)は多孔質部を有し、
少なくとも前記第1端部の端面は、前記外部電極と接触している、電解コンデンサに関する。
前記誘電体層の少なくとも一部を覆う陰極部を形成して、コンデンサ素子を得る第2工程と、
少なくとも1つの前記コンデンサ素子を外装体で覆う第3工程と、
前記第3工程の後、前記一方の端部側において、前記第1部分の端面を形成して、前記外装体から露出させる第4工程と、
前記第1部分の端面を外部電極と接触させる第5工程と、
を含む、電解コンデンサの製造方法に関する。
本発明の一局面に係る電解コンデンサは、少なくとも1つのコンデンサ素子と、コンデンサ素子を封止する外装体と、外部電極とを備える。コンデンサ素子は、第1端部を含む第1部分(または陽極引出部)、および第2端部を含む第2部分(または陰極形成部)を有する陽極箔と、少なくとも第2部分の表面に形成された誘電体層と、誘電体層の少なくとも一部を覆う陰極部とを備える。少なくとも第2部分の表面(より具体的には、表層)は多孔質部を有する。第1端部の少なくとも一部(例えば、端面の少なくとも一部)は、外装体で覆われず、外部電極と接触している。
本発明の第1実施形態では、第2部分の表面(より具体的には、表層)は多孔質部を有するが、第1部分の表面(より具体的には、表層)は多孔質部を有さない。多孔質部は、例えば、陽極箔の粗面化により形成される。そのため、第2部分は、より具体的には、芯部と、芯部の表面に形成された多孔質部(粗面部)とを有する。
第2実施形態に係る電解コンデンサでは、コンデンサ素子は、さらに、第1部分と陰極部とを隔離する絶縁部材を備える。
本発明の第3実施形態に係る電解コンデンサは、複数のコンデンサ素子が積層された積層体を備える。積層体は、隣接するコンデンサ素子の間における第1部分側に配置されたスペーサを備える。第1端部の端面とスペーサの端面とは、それぞれ外装体から露出し、外部電極と接触している。
(陽極箔)
陽極箔は、弁作用金属、弁作用金属を含む合金、および弁作用金属を含む化合物(金属間化合物など)などを含むことができる。これらの材料は一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。弁作用金属としては、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタンなどを用いることができる。
誘電体層は、例えば、陽極箔の少なくとも第2部分の表面の弁作用金属を、化成処理などにより陽極酸化することで形成される。誘電体層は弁作用金属の酸化物を含む。例えば、弁作用金属としてアルミニウムを用いた場合の誘電体層は酸化アルミニウムを含む。誘電体層は、少なくとも多孔質部が形成されている第2部分の表面(多孔質部の孔の内壁面を含む)に沿って形成される。なお、誘電体層の形成方法はこれに限定されず、第2部分の表面に、誘電体として機能する絶縁性の層を形成できればよい。誘電体層は、第1部分の表面(例えば、第1部分の表面の多孔質部上)にも形成されてもよい。
陰極部は、誘電体層の少なくとも一部を覆う固体電解質層と、固体電解質層の少なくとも一部を覆う陰極引出層とを備える。以下、固体電解質層および陰極引出層について説明する。
固体電解質層は、例えば、導電性高分子を含む。導電性高分子としては、例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンおよびこれらの誘導体などを用いることができる。固体電解質層は、例えば、原料モノマーを誘電体層上で化学重合および/または電解重合することにより、形成することができる。あるいは、導電性高分子が溶解した溶液、または、導電性高分子が分散した分散液を、誘電体層に塗布することにより、形成することができる。固体電解質層は、マンガン化合物を含んでもよい。
陰極引出層は、カーボン層および銀ペースト層を備える。カーボン層は、導電性を有していればよく、例えば、黒鉛などの導電性炭素材料を用いて構成することができる。カーボン層は、例えば、カーボンペーストを固体電解質層の表面の少なくとも一部に塗布して形成される。銀ペースト層には、例えば、銀粉末とバインダ樹脂(エポキシ樹脂など)とを含む組成物を用いることができる。銀ペースト層は、例えば、銀ペーストをカーボン層の表面に塗布して形成される。なお、陰極引出層の構成は、これに限られず、集電機能を有する構成であればよい。
コンデンサ素子に含まれる絶縁部材は、第1部分と陰極部とを隔離するものであり、分離層とも呼ばれる。絶縁部材は、第1部分および外装体と密着している。これにより、上記の電解コンデンサ内部への空気の侵入が抑制される。絶縁部材は、第1部分の上に誘電体層を介して配置されてもよい。
絶縁部材は、例えば、樹脂を含み、後述の外装体について例示するものを用いることができる。
外装体は、例えば、硬化性樹脂組成物の硬化物を含むことが好ましく、熱可塑性樹脂もしくはそれを含む組成物を含んでもよい。
一方、絶縁部材は、外装体よりも粒径が小さいフィラーを含むことが好ましく、フィラーを含まないことがより好ましい。第1部分に液状樹脂を含浸させて絶縁部材を形成する場合、液状樹脂は、外装体よりも粒径が小さいフィラーを含むことが好ましく、フィラーを含まないことがより好ましい。この場合、第1部分の多孔質部の表面の凹部の深部にまで、液状樹脂を含浸させ易く、絶縁部材を形成し易い。また、複数のコンデンサ素子を積層可能なように、厚みの小さい絶縁部材を形成し易い。
外部電極(陽極側の外部電極)は、少なくとも第1端部の端面と接触していればよい。外部電極は、絶縁部材の端部Aと接触(物理的に接触)していてもよい。コンデンサ素子積層体がスペーサを備える場合には、外部電極は、スペーサの端面と接触していてもよい。
スペーサの材料としては、例えば、銅、鉄、ニッケルなどの金属、またはこれらを含む合金材料を用いることができる。
スペーサは、複数のコンデンサ素子を積層し、コンデンサ素子積層体を形成する際、またはコンデンサ素子積層体を形成した後に、複数の第1部分の間に挟まれるように設けられる。スペーサを第1部分(または多孔質部)と密着させた後、上記の樹脂組成物を隣接する第1部分の間の隙間に充填して、外装体を形成することができる。
図1に示すように、電解コンデンサ11は、複数のコンデンサ素子10を備える。コンデンサ素子10は、第1端部1aを含む第1部分1と、第2端部2aを含む第2部分2とを有する陽極箔3を備える。図1では、第2部分は、表面に多孔質部5を有する。より具体的には、第2部分2は、芯部4と、粗面化(エッチングなど)などにより芯部4の表面に形成された多孔質部(多孔体)5とを有する。一方、第1部分は、表面に多孔質部を有さない。
図2に示すように、電解コンデンサ11は、複数のコンデンサ素子10を備える。コンデンサ素子10は、第1端部1aを含む第1部分1と、第2端部2aを含む第2部分2とを有する陽極箔3を備える。陽極箔3(第1部分1および第2部分2)は、芯部4と、芯部4の表面に形成された多孔質5とを有する。
陰極側の外部電極16は、図1の場合と同じである。
図3では、陽極箔3の第1部分1の表面にもエッチングなどの粗面化処理により多孔質部5が形成されている。また、電解コンデンサ11は、隣接するコンデンサ素子10の間における第1部分1側に配置された複数のスペーサ17を備える。外部電極15は、さらに、スペーサ17の端面17aを覆っている。これら以外は、図1の説明を参照できる。
本発明の上記局面に係る電解コンデンサは、陽極箔を準備する第1工程と、コンデンサ素子を得る第2工程と、コンデンサ素子を外装体で覆う第3工程と、第1部分の端面を形成して外装体から露出させる第4工程と、第1部分の端面を外部電極と接触させる第5工程と、を含む製造方法により製造できる。製造方法は、さらに、陽極箔上の一部に分離層(絶縁部材)を配置する第6工程を含んでもよい。また、陰極部を陰極側の外部電極と接触させる第7工程を含んでもよい。電解コンデンサが複数のコンデンサ素子を備える場合、隣接するコンデンサ素子の間における第1部分側に複数のスペーサを配置する第8工程を含んでもよい。
以下、本発明の実施形態に係る電解コンデンサの製造方法の各工程について説明する。
第1工程では、表面に誘電体層が形成された陽極箔を準備する。より具体的には、一方の端部を含む第1部分と一方の端部とは反対側の他方の端部を含む第2部分とを備え、少なくとも第2部分の表面に誘電体層が形成された陽極箔が準備される。第1工程は、例えば、陽極箔の表面に多孔質部を形成する工程と、多孔質部の表面に誘電体層を形成する工程とを含む。より具体的には、第1工程で用いられる陽極箔は、除去予定端部(上記一方の端部)を含む第1部分と、第2端部(上記他方の端部)を含む第2部分とを有する。少なくとも第2部分の表面には、多孔質部を形成することが好ましい。
絶縁部材(または分離層)を備える電解コンデンサを製造する場合、絶縁部材を配置する第6工程は、第1工程の後、第2工程の前に行われる。第6工程では、陽極箔上の一部に絶縁部材を配置する。より具体的には、第6工程では、陽極箔の第1部分の上に誘電体層を介して絶縁部材を配置する。絶縁部材は、除去予定端部側の端部Cおよび第2部分側の端部Bを有する。絶縁部材は、第1部分と後工程で形成される陰極部とを隔離するように配置される。
第2工程では、陽極箔上に陰極部を形成してコンデンサ素子を得る。第6工程で絶縁部材を設ける場合には、第2工程で、陽極箔上の絶縁部材が配置されていない部分に陰極部を形成し、コンデンサ素子を得る。より具体的には、第2工程では、陽極箔の第2部分の表面に形成された誘電体層の少なくとも一部を陰極部で覆う。
第3工程では、コンデンサ素子を外装体で覆う。外装体は射出成形などを用いて形成することができる。外装体は、例えば、所定の金型を用いて、硬化性樹脂組成物または熱可塑性樹脂(組成物)を、コンデンサ素子を覆うように所定の箇所に充填して形成することができる。
第4工程では、第3工程の後、一方の端部(または除去予定端部)側において、第1部分の端面を形成して、外装体から露出させる。より具体的には、陽極箔の一方の端部側において、少なくとも陽極箔を外装体とともに部分的に除去して、少なくとも陽極箔の第1端部(具体的には、第1端部の端面)を形成し、外装体から露出させる。第1端部を外装体から露出させる方法としては、例えば、コンデンサ素子を外装体で覆った後、外装体から第1端部が露出するように、外装体の表面を研磨したり、外装体の一部を切り離したりする方法が挙げられる。また、第1部分の一部を外装体の一部とともに切り離してもよい。この場合、多孔質部を含まず、かつ、自然酸化皮膜が形成されていない表面を有する第1端部を、外装体より容易に露出させることができ、第1部分と外部電極との間において抵抗が小さく信頼性の高い接続状態が得られる。
コンデンサ素子30は、除去予定端部21aを含む第1部分21および第2端部2aを含む第2部分2を有する陽極箔23と、除去予定端部21aを含む第1部分21の上に配置された絶縁部材32とを備える。絶縁部材32は、除去予定端部21a側の端部Cおよび第2部分2側の端部Bを有する。上記以外、コンデンサ素子30は、図2に示すコンデンサ素子10と同様の構成を有する。外装体34は、第1部分21の除去予定端部21aおよび絶縁部材32の端部Cを覆っている。陽極側の外部電極および陰極側の外部電極は、配置されていない。上記以外、中間体31は、図2に示す電解コンデンサ11と同様の構成を有する。
第5工程では、外装体から露出する陽極箔(第1端部)の端面を、陽極側の外部電極と接触させる。第1端部の端面と外部電極との接触は、両者間で電気的な接続が得られればよく、接合などにより行ってもよい。第1端部の端面と外部電極との接触には、電解めっき法、無電解めっき法、物理蒸着法、化学蒸着法、コールドスプレー法、および/または溶射法を用いることが好ましい。この場合、外装電極を、第1端部と密着させることができる。第4工程において、陽極箔とともにスペーサおよび/または絶縁部材とを部分的に除去した場合、外部電極は、第1端部とともに、スペーサの端部および/または絶縁部材の端部Aと密着させることができる。第4工程で、外装体から露出する面一の端面を有する第1部分の第1端部とスペーサの端部および/または絶縁部材の端部Aとが形成されるため、外部電極を、第1端部と接合するとともに、スペーサの端部および/または絶縁部材の端部Aと密着させ易い。
さらに、陰極部を陰極側の外部電極と接触させる第7工程を行ってもよい。陰極側の外部電極には、陽極側の外部電極で例示するものを用いることができる。図1~3に示す構造の電解コンデンサを作製する場合、外装体から露出する複数の陰極部の第2端部側の端部および複数の接着層の第2端部側の端部を、陰極側の外部電極と電気的に接続するように接触させればよく、例えば、接合させてもよい。この場合、第3工程で、複数の陰極部の第2端部側の端部および接着層の第2端部側の端部が露出するように、外装体を形成すればよい。
スペーサを備える電解コンデンサを製造する場合、第8工程において、コンデンサ素子積層体の隣接するコンデンサ素子間の第1部分側にスペーサを配置する。第8工程は、第3工程に先立って行うことができる。より具体的には、スペーサは、複数のコンデンサ素子を積層し、コンデンサ素子積層体を形成する際、またはコンデンサ素子積層体を形成した後に、複数の第1部分の間に挟まれるように設けられる。
Claims (15)
- 第1端部を含む第1部分、および第2端部を含む第2部分を有する陽極箔と、
少なくとも前記第2部分の表面に形成された誘電体層と、
前記誘電体層の少なくとも一部を覆う陰極部と、
前記第1部分と前記陰極部とを隔離する絶縁部材と、
を有する少なくとも1つのコンデンサ素子と、
前記コンデンサ素子を封止する外装体と、
外部電極と、を備え、
少なくとも前記第2部分の表面は多孔質部を有し、
前記第1端部の端面における前記陽極箔の厚さは、前記第2部分における前記陽極箔の厚さと同じであり、
前記絶縁部材は、前記第1端部側の端部Aおよび前記第2部分側の端部Bを有し、
前記第1端部の端面および前記端部Aの端面は、前記外装体から露出し、前記第1端部の端面は、前記外部電極と接触している、
電解コンデンサ。 - 前記絶縁部材の前記端部Aは、前記外部電極と接触している、請求項1に記載の電解コンデンサ。
- 前記第1部分の表面は、多孔質部を有さない、請求項1または2に記載の電解コンデンサ。
- 前記絶縁部材の前記端部Aから前記端部Bまでの長さが、0.5mm以上3mm以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
- 前記絶縁部材および前記外装体は、互いに同一の樹脂を含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
- 前記外装体はフィラーを含み、
前記絶縁部材はフィラーを含まない、請求項1~5のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。 - 前記陽極箔は、多孔質部を有し、
前記絶縁部材は、前記多孔質部の表面の凹凸を埋めるように形成されている、請求項1~6のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。 - 複数の前記コンデンサ素子が積層された積層体を備え、
前記複数の前記コンデンサ素子は、前記陽極箔が同じ向きで重なり合うように積層されており、
前記複数の前記コンデンサ素子において、積層方向で互いに隣り合う前記第1部分は離間しており、その間に前記外装体の一部が介在している、請求項1~7のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。 - 前記外部電極は、前記外装体から露出する前記第1端部の端面とともに前記外装体の表面の一部を覆う第1電極層と、前記第1電極層の表面に形成された第2電極層と、を有する、請求項1~8のいずれか1項に記載の電解コンデンサ。
- 前記第1電極層は、金属層であり、
前記第2電極層は、導電性樹脂層である、請求項9に記載の電解コンデンサ。 - 一方の端部を含む第1部分と前記一方の端部とは反対側の他方の端部を含む第2部分とを備え、少なくとも前記第2部分の表面に誘電体層が形成された陽極箔を準備する第1工程と、
前記誘電体層の少なくとも一部を覆う陰極部を形成して、コンデンサ素子を得る第2工程と、
少なくとも1つの前記コンデンサ素子を外装体で覆う第3工程と、
前記第3工程の後、前記一方の端部側において、前記第1部分の端面を形成して、前記外装体から露出させる第4工程と、
前記第1部分の端面を外部電極と接触させる第5工程と、
前記第1工程の後、前記第2工程の前に、前記陽極箔上の一部に前記第1部分と前記陰極部とを隔離する絶縁部材を配置する第6工程と、
を含み、
前記第1工程は、少なくとも前記第2部分の表面に多孔質部を形成する工程と、少なくとも前記第2部分の前記多孔質部の表面に前記誘電体層を形成する工程とを含み、
前記第4工程において、前記陽極箔および前記絶縁部材を前記外装体とともに部分的に除去して、前記第1部分の端面および前記絶縁部材の端面を前記外装体から露出させ、
前記一方の端部の端面における前記陽極箔の厚さは、前記第2部分における前記陽極箔の厚さと同じである、
電解コンデンサの製造方法。 - 前記第4工程では、前記絶縁部材の前記外装体から露出する側の端部Aから前記陰極部側の端部Bまでの長さが、0.5mm以上3mm以下となるように、前記陽極箔および前記絶縁部材を前記外装体とともに部分的に除去する、請求項11に記載の電解コンデンサの製造方法。
- 前記外部電極は、第1電極層および第2電極層を備え、
前記第5工程は、前記外装体から露出する前記第1部分の端面および前記絶縁部材の端面とともに前記外装体の露出面の少なくとも一部を前記第1電極層で覆う工程と、前記第1電極層の表面に前記第2電極層を形成する工程と、を含む、請求項11または12に記載の電解コンデンサの製造方法。 - 前記第1電極層は、金属層であり、
前記第2電極層は、導電性樹脂層である、請求項13に記載の電解コンデンサの製造方法。 - 前記第6工程は、前記多孔質部の表面の一部に液状樹脂を含浸させて、前記絶縁部材を形成する工程を含む、請求項11~13のいずれか1項に記載の電解コンデンサの製造方法。
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