CN102420053B - 固体电解电容器的制造方法及固体电解电容器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够提高特性的固体电解电容器的制造方法及固体电解电容器。一个方案的固体电解电容器的制造方法具备以下的工序。准备在表面上形成有电介质层的阳极体。在电介质层上形成固体电解质层。在固体电解质层上形成碳层。使水溶性聚合物与碳层接触。在水溶性聚合物上形成银涂层。另一方案的固体电解电容器的制造方法具备以下的工序。准备在表面上形成有电介质层的阳极体。在电介质层上形成固体电解质层。使碳和水溶性聚合物的混合材料与固体电解质层接触，从而形成碳和水溶性聚合物的混合层。在混合层上形成银涂层。

Description

固体电解电容器的制造方法及固体电解电容器
技术领域
本发明涉及固体电解电容器的制造方法及固体电解电容器。
背景技术
作为以往的固体电解电容器，可以举出例如日本特开2009-10238号公报。图4是表示日本特开2009-10238号公报中公开的固体电解电容器的结构的示意性剖视图。参照图4，日本特开2009-10238号公报的固体电解电容器具备阳极体1、形成在阳极体1的表面上的电介质层2、形成在电介质层2上的导电性高分子层3、形成在导电性高分子层3上的阴极层4。阴极层4具有碳层4a和银涂层4b，碳层4a由形成在导电性高分子层3上且含有碳粒子的层构成，银涂层4b由形成在碳层4a上且含有银粒子的层构成。
另外，作为日本特开2009-10238号公报的电解电容器的制造方法，公开了以下的工序1～工序4。具体而言，首先，形成阳极体1(工序1)。接下来，以覆盖阳极体1的周围的方式形成电介质层2(工序2)。接下来，在电介质层2的表面上形成导电性高分子层3(工序3)。接下来，在导电性高分子层3上形成碳层4a，并且在碳层4a上形成银涂层(工序4)。
在日本特开2009-10238号公报的固体电解电容器及其制造方法中，形成有碳层4a。碳层4a因为脆，所以容易产生裂化。因此，产生固体电解电容器的特性下降的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题点而作出的，其目的在于提供一种可提高特性的固体电解电容器的制造方法及固体电解电容器。
本发明的一个方案的固体电解电容器的制造方法包括以下的工序。准备在表面上形成有电介质层的阳极体。在电介质层上形成固体电解质层。在固体电解质层上形成碳层。使水溶性聚合物与碳层接触。在水溶性聚合物上形成银涂层。
根据本发明的一个方案中的固体电解电容器的制造方法，通过使水溶性聚合物与碳层接触的工序，能够利用水溶性聚合物涂敷形成在固体电解质层上的碳层。因此，碳层通过水溶性聚合物被固定。在该状态下，通过实施形成银涂层的工序，构成银涂层的粘结剂树脂与水溶性聚合物结合，因此水溶性聚合物与银涂层的密接情况变好。如此，通过使碳层利用水溶性聚合物固定而使水溶性聚合物与银涂层的密接情况变好，从而能够提高强度。由此，能够制造特性得到提高的固体电解电容器。
本发明的另一方案的固体电解电容器的制造方法具备以下的工序。准备在表面上形成有电介质层的阳极体。在电介质层上形成固体电解质层。使碳和水溶性聚合物的混合材料与固体电解质层接触，从而形成碳和水溶性聚合物的混合层。在混合层上形成银涂层。
根据本发明的另一方案中的固体电解电容器的制造方法，通过使碳和水溶性聚合物的混合材料与固体电解质层接触，从而能够利用水溶性聚合物涂敷位于固体电解质层上的碳。因此，碳通过水溶性聚合物被固定。在该状态下，通过实施形成银涂层的工序，构成银涂层的粘结剂树脂与水溶性聚合物结合，因此水溶性聚合物与银涂层的密接情况变好。于是，通过使碳利用水溶性聚合物固定而使水溶性聚合物与银涂层的密接情况变好，能够提高强度。由此，能够制造特性得到提高的固体电解电容器。
在本发明的第一及另一方案的固体电解电容器的制造方法的基础上，优选水溶性聚合物包含聚丙烯酸系聚合物及聚乙烯醇的至少一方。
聚丙烯酸系聚合物及聚乙烯醇容易覆盖碳，且能够与银涂层之间良好地固定，因此能够制造特性进一步得到提高的固体电解电容器。
本发明的固体电解电容器具备阳极体、电介质层、固体电解质层、混合层、银涂层。电介质层形成在阳极体上。固体电解质层形成在电介质层上。混合层形成在固体电解质层上，且含有碳和水溶性聚合物。银涂层形成在混合层上。
根据本发明的固体电解电容器，由于混合层含有水溶性聚合物，因此固体电解质层上的碳通过水溶性聚合物被涂敷，且构成银涂层的粘结剂树脂与水溶性聚合物结合。由此，碳通过水溶性聚合物被固定，且水溶性聚合物与银涂层的密接情况变好。因此，能够提高强度。由此，能够实现特性得到提高的固体电解电容器。
发明效果
如以上所述，根据本发明的固体电解电容器的制造方法及固体电解电容器能够提高特性。
附图说明
以下，根据附图说明本发明的实施方式。需要说明的是，对在以下附图中的相同或相当的部分标注同一参照符号而不进行反复说明。
图1是示意性地表示本发明的实施方式1中的固体电解电容器的结构的剖视图。
图2是表示本发明的实施方式1中的固体电解电容器的制造方法的流程图。
图3是表示本发明的实施方式2中的固体电解电容器的制造方法的流程图。
图4是示意性地表示日本特开2009-10238号公报的固体电解电容器的结构的剖视图。
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的实施方式。需要说明的是，对在以下的附图中相同或相当的部分标注同一参照符号而不进行反复说明。
(实施方式1)
图1是示意性地表示本发明的实施方式中的固体电解电容器10的结构的剖视图。首先，参照图1说明本发明的一实施方式中的固体电解电容器10。
如图1所示，固体电解电容器10具备阳极体11、电介质层12、固体电解质层13和具有混合层14a及银涂层14b的阴极层14。阳极体11、电介质层12、固体电解质层13、阴极层14构成固体电解电容器10的电容器元件。电介质层12形成在阳极体11上，在本实施方式中以与阳极体11相接的方式形成。固体电解质层13形成在电介质层12上，在本实施方式中，以与电介质层12相接的方式形成。混合层14a形成在固体电解质层13上，在本实施方式中，以与固体电解质层13相接的方式形成。银涂层14b形成在混合层14a上，在本实施方式中，以连接在混合层14a上的方式形成。
阳极体11由例如阀金属的烧结体构成。阀金属例如是钽(Ta)、铌(Nb)、钛(Ti)、铝(Al)等。烧结体具有多孔质结构。
电介质层12是通过对阀金属进行化成处理而形成的氧化膜。例如，在作为阀金属使用钽的情况下的电介质层12的组成为氧化钽(Ta2O5)，在作为阀金属使用铝的情况下的电介质层12的组成为氧化铝(Al2O3)。
固体电解质层13由聚吡咯、聚呋喃、聚苯胺等导电性高分子材料或TCNQ络盐(7，7，8，8-四氰基对苯二醌二甲烷)等构成。固体电解质层13优选含有聚吡咯，更优选由聚吡咯构成。此外，固体电解质层13优选由通过电解聚合法形成的聚吡咯构成。
阴极层14具有位于内周侧的混合层14a和位于外周侧的银涂层。
混合层14a含有碳和水溶性聚合物。即，混合层14a作为其构成成分而含有碳和水溶性聚合物。碳可以使用例如石墨。水溶性聚合物可以使用例如聚丙烯酸系聚合物、聚乙烯醇、纤维素酯、纤维素醚、聚氨基酸、聚环氧乙烷、聚丙烯酰胺、甲基纤维素等，优选含有聚丙烯酸系聚合物及聚乙烯醇的至少一方。
银涂层14b含有粘结剂树脂和银粒子。对粘结剂树脂没有特定的局限，但例如可以使用酰亚胺系的聚合物、环氧系的聚合物等。
本实施方式的固体电解电容器10还具备阳极引线15、阳极端子16、阴极端子17、粘接层18。
阳极引线15例如是由钽等金属构成的棒状体，其配置成一端埋设于阳极体11中，另一端向电容器元件的外部突出。通过焊接等将阳极端子16的一部分与阳极引线15连接。阴极端子17配置成经由由导电性的粘接剂构成的粘接层18与电容器元件的最外层即阴极层14连接。阳极端子16及阴极端子17例如由铜或铜合金等金属构成。
此外，本实施方式的固体电解电容器10还具备外装树脂19。外装树脂19以使阳极端子16的一部分及阴极端子17的一部分露出的方式将配置有阳极引线15、阳极端子16、阴极端子17及粘接层18的电容器元件密封。外装树脂19例如使用环氧树脂。
接下来，参照图1及图2，对本实施方式中的固体电解电容器10的制造方法进行说明。需要说明的是，图2是表示本发明的实施方式1的固体电解电容器10的制造方法的流程图。
首先，如图2所示，准备阳极体11(S10)。在该工序(S10)中，准备例如作为阀金属粉末的原料粉末，在阳极引线15的长度方向的一端侧埋入原料粉末的状态下，将原料粉末成形为期望的形状。并且，通过烧结成形的原料粉末，能够形成埋入有阳极引线15的一端侧的阳极体11。阳极引线15和阳极体11优选由相同的阀金属构成。
接下来，在阳极体11上形成电介质层12(S20)。在该工序(S20)中，例如将阳极体11浸渍到硝酸或磷酸等酸溶液中并进行电解化成，由此在阳极体11的表层部形成电介质层12。通过实施工序(S10、S20)，从而能够准备在表面上形成有电介质层12的阳极体11。
接下来，在电介质层12上形成固体电解质层13(S30)。在该工序(S30)中，通过电解聚合法、化学聚合法等，在电介质层12上形成由导电性高分子构成的固体电解质层13。固体电解质层13优选通过电解聚合法形成。
在通过电解聚合法形成固体电解质层13的情况下，例如可以采用在含有单体和掺杂剂的电解聚合液中浸渍形成有电介质层12的阳极体11并将阳极体11作为阳极电解氧化的方法。
在通过化学聚合法形成固体电解质层13的情况下，可以采用在含有单体、氧化剂和掺杂剂的化学聚合液中浸渍形成有电介质层12的阳极体11的方法、将上述化学聚合液涂敷到形成有电介质层12的阳极体11上的方法、在单体溶液及氧化剂溶液中分别浸渍形成有电介质层12的阳极体11的方法、将单体溶液及氧化剂溶液分别涂敷到形成有电介质层12的阳极体11上的方法等。
需要说明的是，在上述化学聚合法中，并非必须使氧化剂和掺杂剂为不同的材料，可以使用兼用作氧化剂和掺杂剂的材料。此外，除了上述材料以外，也可以在上述化学聚合液或电解聚合液中添加界面活性剂等添加剂。而且，也可以实施在上述化学聚合后加热的热化学聚合。
接下来，在固体电解质层13上形成碳层(S40)。在该工序(S40)中，例如，在固体电解质层13上涂敷碳糊剂或将其浸渍到在水或有机溶剂中扩散有碳粉末的液体中，然后进行干燥从而形成碳层。通过实施该工序(S40)将碳层配置在固体电解质层13上。
接下来，使水溶性聚合物与碳层接触(S50)。在该工序(S50)中，例如在工序(S40)中形成的碳层上涂敷水溶性聚合物并进行干燥。由此，能够形成含有碳和水溶性聚合物的混合层14a。通过该工序(S50)，水溶性聚合物侵入在工序(S40)中配置在固体电解质层13上的碳粒子间，并且在碳层的表面涂敷水溶性聚合物。而且，通过在形成碳层后接触水溶性聚合物，从而能够降低电阻。
接下来，在水溶性聚合物(混合层14a)上形成银涂层14b(S60)。在该工序(S60)中，例如在固体电解质层13上涂敷银涂层，然后进行干燥，由此形成银涂层14b。涂敷银涂层14b的方法没有特定限制，可以采用浸渍、丝网印刷等。通过该工序(S60)，将在工序(S50)中形成的水溶性聚合物与银涂层的粘结剂树脂结合。该结合是在聚合物彼此之间进行的，因此通过结合水溶性聚合物的官能基和粘结剂树脂的官能基，能够提高结合强度。
通过实施工序(S40～S60)，能够形成具有混合层14a和银涂层14b的阴极层14，该混合层14a含有碳和水溶性聚合物，银涂层14b形成在混合层14a上。进而，通过实施工序(S10～S60)，能够制造构成本实施方式的固体电解电容器10的电容器元件。
接下来，将阳极端子16及阴极端子17分别与阳极体11及阴极层14连接(S70)。在该工序(S70)中，将由例如铜或铜合金构成的阳极端子16与阳极引线15连接，并将由铜或铜合金构成的阴极端子17与阴极层14连接。阴极层14与阴极端子17例如通过粘接层18连接。阳极端子16和阳极引线15例如可以通过阻焊连接。需要说明的是，可以将阴极层14与阴极端子17通过阻焊连接，还可以将阳极端子16与阳极引线15通过粘接层18连接。
接下来，由外装树脂19进行覆盖(S80)。在该工序(S80)中，以使阳极端子16及阴极端子17的一部分向外部露出的方式利用外装树脂19覆盖电容器元件。对覆盖的方法没有特定的限制，例如可以采用递压模具(transfermold)法等。然后，将阳极端子16及阴极端子17中的从外装树脂19露出的部分沿着外装树脂19折弯。
需要说明的是，通过实施利用外装树脂19进行覆盖的工序(S80)，能够对水溶性聚合物进行加热。通过水溶性聚合物硬化，能够进一步提高强度。
通过实施以上的工序(S10～S80)，能够制造图1所示的固体电解电容器10。
如以上说明的那样，根据本实施方式中的固体电解电容器及其制造方法，包括：在固体电解质层13上形成碳层的工序(S40)、使水溶性聚合物与碳层接触的工序(S50)、在水溶性聚合物上形成银涂层14b的工序(S60)。通过在碳层上接触水溶性聚合物的工序(S50)，能够利用水溶性聚合物涂敷在固体电解质层13上形成的碳层。因此，碳层通过水溶性聚合物被固定。在该状态下，通过实施形成银涂层14b的工序(S60)，构成银涂层14b的粘结剂树脂与水溶性聚合物结合，因此水溶性聚合物与银涂层14b的密接情况变好。于是，碳层通过水溶性聚合物被固定，而水溶性聚合物与银涂层14b的密接情况变好，由此与在固体电解质层13和银涂层14b之间仅配置碳层的情况相比，能够提高强度。因此，能够降低因强度不足而引起的裂化的发生等。由此，能够提高可靠性、等效串联电感(ESL：EquivalentSeriesInductance)容量(Cap)、漏电流(LC)等特性。
此外，通过使碳层通过水溶性聚合物被固定而使水溶性聚合物与银涂层14b的密接情况变好，能够减小含有碳及水溶性聚合物的混合层14a与固体电解质层13的间隙、以及含有碳及水溶性聚合物的混合层14a与银涂层14b的间隙。即，通过在固体电解质层13与银涂层14b之间形成含有碳和水溶性聚合物的混合层14a，能够减小固体电解质层13和银涂层14b间的间隙。由此，能够制造可提高特性的固体电解电容器。
在本实施方式中的固体电解电容器及其制造方法中，优选水溶性聚合物包含聚丙烯酸系聚合物及聚乙烯醇的至少一方。由于聚丙烯酸系聚合物及聚乙烯醇能够将与碳的结合及与银涂层14b之间良好地固定，因此能够制造特性进一步得到提高的固体电解电容器。
(实施方式2)
本发明的实施方式2中的固体电解电容器与图1所示的实施方式1的固体电解电容器10同样，因此不重复其说明。
图3是表示本发明的实施方式2中的固体电解电容器的制造方法的流程图。参照图1及图3，对本实施方式中的固体电解电容器的制造方法进行说明。
首先，实施准备阳极体11的工序(S10)、在阳极体11上形成电介质层12的工序(S20)、在电介质层12上形成固体电解质层13的工序(S30)。这些工序(S10～S30)与实施方式1同样，因此不重复其说明。
接下来，使碳和水溶性聚合物的混合材料与固体电解质层13接触，从而形成碳和水溶性聚合物的混合层14a(S90)。该工序(S90)例如通过以下方式进行。具体而言，以水为溶剂准备碳粉末和水溶性聚合物的混合材料。通过使水为溶剂而能够良好地分散水溶性聚合物。然后，在该混合材料中浸渍固体电解质层13，或在固体电解质层13的表面涂敷混合材料。接下来进行干燥。通过该工序(S90)形成的混合层14a的外周侧被利用水溶性聚合物涂敷。
接下来，在混合层14a上形成银涂层14b(S60)。该工序(S60)与实施方式1同样，因此不重复说明。通过以上的工序(S10～S30、S60、S90)能够制造本实施方式的电容器元件。
接下来，将阳极端子16及阴极端子17分别与阳极体11及阴极层14连接(S70)。接下来，利用外装树脂19进行覆盖(S80)。这些工序(S70、S80)与实施方式1同样，因此不重复其说明。
通过实施以上的工序(S10～S30、S60～S90)，能够制造图1所示的固体电解电容器10。
如以上说明的那样，根据本实施方式中的固体电解电容器及其制造方法，具备：使碳和水溶性聚合物的混合材料与固体电解质层13接触，从而形成碳和水溶性聚合物的混合层14a的工序(S90)；在混合层14a上形成银涂层14b的工序(S60)。通过在工序(S90)中使碳和水溶性聚合物的混合材料与固体电解质层13接触，能够利用水溶性聚合物将位于固体电解质层13上的碳涂敷。因此，碳通过水溶性聚合物被固定。在该状态下，通过实施形成银涂层14b的工序(S60)，构成银涂层14b的粘结剂树脂和水溶性聚合物结合，因此水溶性聚合物和银涂层14b的密接情况变好。于是，碳通过水溶性聚合物被固定，而水溶性聚合物与银涂层14b的密接情况变好，由此与在固体电解质层13和银涂层14b之间仅配置碳层的情况相比能够提高强度。由此，能够制造可提高特性的固体电解电容器。
此外，通过使碳通过水溶性聚合物被固定而使水溶性聚合物和银涂层14b的密接情况变好，能够减小含有碳及水溶性聚合物的混合层14a与固体电解质层13的间隙、及含有碳及水溶性聚合物的混合层14a与银涂层14b的间隙。即，通过在固体电解质层13与银涂层14b之间形成含有碳和水溶性聚合物的混合层14a，能够减小固体电解质层13与银涂层14b之间的间隙。由此，能够制造特性得到提高的固体电解电容器。
【实施例】
在本实施例中，对在固体电解质层与银涂层之间形成含有碳和水溶性聚合物的混合层的效果进行了研究。
(本发明例1)
本发明例1基本上根据上述的实施方式1的固体电解电容器的制造方法制造了图1所示的固体电解电容器10。
具体而言，首先，准备钽粉末，在将棒状体的阳极引线15的长度方向的一端侧埋入钽粉末的状态下，将钽粉末成形为长方体。然后，将其烧结，从而准备出埋入有阳极引线15的一端的阳极体11(S10)。
接下来，将阳极体11浸渍到磷酸溶液中并施加电压，由此在阳极体11的表面形成由Ta2O5构成的电介质层12(S20)。
接下来，在含有聚吡咯的电解聚合液中浸渍形成有电介质层12的阳极体11，形成固体电解质层13。然后，通过干燥在电介质层12上形成固体电解质层13(S30)。
接下来，在固体电解质层13上涂敷碳糊剂并干燥10分钟，由此形成碳层(S40)。
接下来，在碳层上涂敷作为水溶性聚合物的聚丙烯酸系聚合物(S50)。由此，形成混合层14a。
接下来，使用平均粒径为0.2～1.0μm的银粉末、作为溶剂的NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)和具有作为粘结剂树脂的环氧系树脂的银糊剂，在混合层14a上形成银涂层14b(S60)。
接下来，在阳极引线15上点焊连接阳极端子16，并将阴极端子17经由导电性的粘接层18与阴极层14连接(S70)。接下来，将整体利用外装树脂19模制外装(S80)。
如图1所示，通过以上的工序(S10～S80)，制造具备混合层14a和银涂层14b的本发明例1的固体电解电容器10，其中混合层14a含有形成在固体电解质层13上的碳和水溶性聚合物，银涂层14b形成在混合层14a上。
(本发明例2)
本发明例2基本上根据上述的实施方式2的固体电解电容器的制造方法制造了图1所示的固体电解电容器10。
具体而言，与本发明例1同样，实施了准备阳极体11的工序(S10)、在阳极体11上形成电介质层12的工序(S20)、在电介质层12上形成固体电解质层13的工序(S30)。
接下来，使碳和水溶性聚合物的混合材料与固体电解质层13接触，形成碳和水溶性聚合物的混合层(S90)。碳使用石墨粉末，水溶性聚合物使用与本发明例1同样的聚合物。
接下来，与本发明例1同样，在混合层14a上形成银涂层14b(S60)，将阳极端子16及阴极端子17分别与阳极体11及阴极层14连接(S70)，并利用外装树脂19覆盖(S80)。
如图1所示，通过以上的工序(S10～S30、S60～S90)，制造具备混合层14a和银涂层14b的本发明例2的固体电解电容器10，其中混合层14a形成在固体电解质层13上且含有碳和水溶性聚合物，银涂层14b形成在混合层14a上。
(比较例1)
比较例1基本上与本发明例1的固体电解电容器10同样地制造而成，但在未实施使水溶性聚合物与碳层接触的工序(S50)这一点上不同。因此，比较例1的固体电解电容器具备形成在固体电解质层上的碳层和形成在碳层上的银涂层。
(评价方法)
利用LCR表对本发明例1、2及比较例1的固体电解电容器测定了ESR。ESR的测定条件为100kHz。将其结果记载于下表1中。
【表1】
(评价结果)
实施了在固体电解质层13上形成碳层的工序(S40)和使水溶性聚合物与碳层接触的工序(S50)的本发明例1、以及实施了使碳和水溶性聚合物的混合材料与固体电解质层接触的工序(S90)的本发明例2能够形成混合层14a，该混合层14a形成在固体电解质层13上且含有碳和水溶性聚合物。如表1所示，形成有该混合层14a的本发明例1及2与在碳和银涂层14b之间未配置水溶性聚合物的比较例1相比，ESR得以提高。由此可知，通过在碳和银涂层14b之间配置水溶性聚合物，能够提高ESR。
由以上可知，根据本实施例，通过在固体电解质层与银涂层之间形成含有碳和水溶性聚合物的混合层，能够提高固体电解电容器的特性。
虽然详细地说明表示了本发明，但以上仅用于例示，并非进行限定，应当明确地理解为本发明的范围由附加的权利要求书来解释。

Claims (3)

1.一种固体电解电容器的制造方法，包括：
准备在表面上形成有电介质层的阳极体的工序；
在所述电介质层上形成固体电解质层的工序；
在所述固体电解质层上形成碳层的工序；
在所述碳层上涂敷水溶性聚合物的工序；
在所述水溶性聚合物上形成银涂层的工序。
2.根据权利要求1所述的固体电解电容器的制造方法，其中，
所述水溶性聚合物包含聚丙烯酸系聚合物及聚乙烯醇的至少一方。
3.一种固体电解电容器，具备：
阳极体；
形成在所述阳极体上的电介质层；
形成在所述电介质层上的固体电解质层；
混合层，其含有形成在所述固体电解质层上的碳层和在所述碳层上涂敷的水溶性聚合物；
形成在所述混合层上的银涂层。
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