CN104603896A - 固体电解电容器 - Google Patents

Abstract

本发明的固体电解电容器(20)具备电容器元件、阳极端子(7)、阴极端子(9)和树脂外装体(11)，电容器元件包含：阳极(1)，其以钽为主要成分，并由多孔质烧结体构成；阳极导线(2)，其以铌为主要成分，一端(2a)埋设于阳极(1)中而另一端(2b)从阳极(1)突出；电介质层(3)，其设置于阳极(1)的表面以及阳极导线(2)的一部分的表面；和阴极层(6)，其设置在电介质层(3)上，阳极端子(7)电连接于阳极导线(2)的另一端(2b)侧，阴极端子(9)与阴极层(5)电连接，树脂外装体(11)覆盖电容器元件的表面、阳极端子(7)的一部分以及阴极端子(9)的一部分，树脂外装体(11)的线膨胀系数比阳极(1)、阳极导线(2)、阳极端子(7)以及阴极端子(9)的任一个的线膨胀系数都大。

Description

固体电解电容器

技术领域

本发明涉及固体电解电容器。

背景技术

近年来，随着电子设备的小型化，对于小型并且大容量的高频用途电容器的需求越来越高。作为这样的电容器，提出了一种固体电解电容器，其具备：由钽、铌、钛、铝等阀作用金属的烧结体构成的阳极；阳极的表面被氧化而成的电介质层；和设置在电介质层上，并由导电性高分子的构成的固体电解质层。

在阳极，设置有用于与阳极端子连接的阳极导线。为了提高阳极与阳极导线的密接性，在专利文献1中提出了一种下述这种技术：在由钽构成的阳极，使用由与钽不同的铌等阀作用金属构成的阳极导线。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开平4-42520号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在构成阳极的阀作用金属的主要成分与构成阳极导线的阀作用金属的主要成分不同的情况下，若通过用于对固体电解电容器进行钎焊的回流等，对固体电解电容器施加高温的负荷，则有可能阳极与阳极导线之间的密接性下降，固体电解电容器的等效串联电阻(ESR)增加。

本发明的目的在于提供一种固体电解电容器，其使用了以钽为主要成分的阳极和以铌为主要成分的阳极导线，并能够抑制高温负荷后的ESR的增加。

用于解决课题的手段

本发明的固体电解电容器具备电容器元件、阳极端子、阴极端子和树脂外装体，所述电容器元件包含：阳极，其以钽为主要成分，并由多孔质烧结体构成；阳极导线，其以铌为主要成分，一端埋设于阳极中而另一端从阳极突出；电介质层，其设置于阳极的表面以及阳极导线的一部分的表面；和阴极层，其设置在电介质层上，所述阳极端子电连接于阳极导线的另一端侧，所述阴极端子与阴极层电连接，所述树脂外装体覆盖电容器元件的表面、阳极端子的一部分以及阴极端子的一部分，树脂外装体的线膨胀系数比阳极、阳极导线、阳极端子以及阴极端子的任一个的线膨胀系数都大。

发明的效果

根据本发明，在使用了以钽为主要成分的阳极和以铌为主要成分的阳极导线的固体电解电容器中，能够抑制高温负荷后的ESR的增加。

附图说明

图1是本发明的一实施方式中的固体电解电容器的示意性剖面图。

图2是将图1所示的固体电解电容器中的阳极与阳极导线的界面附近放大进行表示的示意性剖面图。

具体实施方式

在本发明中，树脂外装体的线膨胀系数比阳极、阳极导线、阳极端子以及阴极端子中的任一个的线膨胀系数都大。优选的是阳极、阳极导线、阳极端子以及阴极端子的线膨胀系数中最大的线膨胀系数、与树脂外装体的线膨胀系数之差为0.05×10^-5/℃以上。该差较大则可以提高能够抑制高温负荷后的ESR的增加的效果。

在本发明中，由于树脂外装体的线膨胀系数比阳极、阳极导线、阳极端子以及阴极端子中的任一个线膨胀系数都大，所以在对固体电解电容器施加有高温的负荷的情况下，在阳极与阳极导线的界面、阳极端子与阳极导线的界面、阴极端子与导电性粘接剂(阴极层)的界面等应力发挥作用以提高它们的密接性。因此，能够在高温负荷后，提高阳极与阳极导线的密接性、阳极端子与阳极导线的密接性、以及阴极端子与导电性粘接剂(阴极层)的密接性等。

阳极、阳极导线、阳极端子以及阴极端子的线膨胀系数中最大的线膨胀系数、与树脂外装体的线膨胀系数之差的上限值虽然没有特别限定，但一般来说是1.5×10^-5/℃以下。

在阳极端子以及阴极端子由铜构成或者以铜为芯材的情况下，树脂外装体的线膨胀系数优选在1.7×10^-5～3.0×10^-5/℃的范围内。若树脂外装体的线膨胀系数比该范围小，则存在不能充分地抑制高温负荷后的ESR的增加的情况。此外，若树脂外装体的线膨胀系数比该范围大，则高温负荷后，对固体电解电容器的内部过度地施加应力，有泄漏电流增大的危险。

在树脂外装体的线膨胀系数比以钽为主要成分的阳极以及以铌为主要成分的阳极导线小的情况下，由于树脂外装体的弹性模量增高，树脂外装体变得太硬，因此高温负荷后，对固体电解电容器的内部过度地施加应力，有泄漏电流显著增大的危险。

以下，关于实施了本发明的优选方式的一例进行说明。但是，下述的实施方式仅为例示。本发明丝毫不限定于下述的实施方式。

此外，在实施方式等中参照的各附图中，设为实质上具有相同功能的构件通过相同的符号来参照。此外，在实施方式等中参照的附图是示意性地记载的图。有时附图中所描绘的物体的尺寸的比率等与现实的物体的尺寸的比率等不同。在附图相互之间，有时物体的尺寸比率等也互不相同。具体的物体的尺寸比率等应参考以下的说明来判断。

图1是表示本实施方式中的固体电解电容器的内部的示意性剖面图。

本实施方式中的固体电解电容器20具有长方体的外形。如图1所示，固体电解电容器20具备由阳极1、阳极导线2、电介质层3、阴极层6构成的电容器元件、阳极端子7、阴极端子9和树脂外装体11。以下，对它们进行说明。

如上所述，电容器元件具备：由阀作用金属构成的阳极1；一端部2a埋设于阳极1中而另一端部2b突出地设置的阳极导线2；通过对阳极1进行阳极氧化而形成的电介质层3；和覆盖电介质层3的阴极层6。

阳极1由多孔质体构成，所述多孔质体通过对由阀作用金属或其合金构成的许多金属粒子进行成形并对其进行烧结而形成。阳极1的主要成分是钽(Ta)，由钽或以钽为主要成分的合金形成。在此，所谓“主要成分”意味着包含90质量％以上。作为钽以外的成分，可以列举例如硅、钒、硼、氮等。钽的线膨胀系数是6.7×10^-6/℃。

阳极导线2的一端部2a埋设于阳极1中，与阳极1结合。

阳极导线2以铌(Nb)为主要成分。因此，阳极导线2能够由铌或以铌为主要成分的合金形成。在此，所谓“主要成分”意味着含有90质量％以上。作为铌以外的成分，可以列举硅、钒、硼、氮等。铌的线膨胀系数是7.3×10^-6/℃。

电介质层3能够形成为通过对阳极1进行阳极氧化而覆盖阳极1的表面。在图1中，对由在阳极1的外面侧的表面形成的氧化皮膜构成的电介质层3进行了图示，但如上所述阳极1是多孔质体，所以实际上在多孔质体的孔的壁面也形成了电介质层3。

图2是将阳极导线2与阳极1的界面附近放大进行表示的示意性剖面图。如图2所示，在阳极导线2的表面的一部分，也形成了电介质层3b。在图2中，将在阳极1的表面形成的电介质层3表示为电介质层3a。

导电性高分子层4形成为覆盖电介质层3。在导电性高分子层4中，能够使用通过化学聚合法、电解聚合法等而形成的导电性高分子。导电性高分子层4既可以由一层形成，也可以由多层形成。作为导电性高分子材料，可以列举聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺以及聚呋喃等。此外，在本实施方式中，作为固体电解质层而使用了导电性高分子层4，但并不限于导电性高分子层4，也可以使用二氧化锰等。

在图1中，虽对在阳极1的外面侧的表面形成的电介质层3上的导电性高分子层4进行了图示，但导电性高分子层4也形成于在多孔质体的孔的壁面形成的电介质层3的表面上。

阴极引出层5形成为部分地覆盖导电性高分子层4，并具有依次形成了碳层5a以及银膏层5b的层叠结构。碳层5a由包含碳粒子的层形成。在碳层5a上形成的银膏层5b由包含银粒子的层形成。另外，阴极引出层5也可以仅由碳层或银膏层的哪一层形成。阴极引出层5只要由具有集电功能的层构成即可。

阴极层6由导电性高分子层4和阴极引出层5构成。阴极层6并不限于此，只要是作为阴极而发挥作用即可。

阳极端子7安装于阳极导线2。具体来说，该阳极端子7是将带状的金属板折弯而形成的，如图1所示，其一端部7a侧的下表面通过焊接等而与阳极导线的另一端部2b机械连接并且电连接。

阴极端子9安装于阴极层6。具体来说，该阴极端子9是将带状的金属板折弯而形成的，如图1所示，其一端部9a侧的下表面通过导电性粘接剂8而与阴极层6粘接，由此将阴极端子9和阴极层6机械连接并且电连接。作为导电性粘接剂8的材料，具体来说，可以列举将银和环氧树脂混合而成的银膏等材料。

作为阳极端子7以及阴极端子9的材料，可以列举铜、铜合金以及铁-镍合金(42合金)等。铜的线膨胀系数是1.62×10^-5/℃，42合金的线膨胀系数是0.46×10^-5/℃。

树脂外装体11形成为覆盖阳极导线2、阴极层6、阳极端子7以及阴极端子9露出的表面。阳极端子7的另一端部7b以及阴极端子9的另一端部9b从树脂外装体11的侧面到下表面露出，该露出部位用于与基板的钎焊连接。

作为树脂外装体11，可以使用作为密封材料而发挥作用的材料，具体来说可以列举环氧树脂、硅酮树脂等。

树脂外装体11的线膨胀系数大于阳极1、阳极导线2、阳极端子7以及阴极端子9的线膨胀系数。作为阳极端子7以及阴极端子9，在使用由铜构成的端子或者以铜为芯材的端子的情况下，其线膨胀系数大致与铜的线膨胀系数相同。因此是1.62×10^-5/℃。在本实施方式中，阳极端子7以及阴极端子9的线膨胀系数大于阳极1以及阳极导线2的线膨胀系数。因此，在上述情况下，树脂外装体11优选使用的是线膨胀系数在1.7×10^-5～3.0×10^-5/℃的范围内的。

树脂外装体11的线膨胀系数能够通过对主剂、硬化剂以及填料等进行适当混合来进行调整。例如，作为填料，能够通过混合二氧化硅等的低应力剂，来降低树脂外装体11的线膨胀系数。作为二氧化硅以外的低应力剂，可以列举硅酮系高分子化合物等。

在树脂外装体11由线膨胀系数不同的多个构件构成的情况下，能够根据各构件的容积比与各构件的线膨胀系数来求取树脂外装体11的线膨胀系数。

线膨胀系数能够通过TMA(Thermal Mechanical Analysis，热机械分析)来测量。

在本实施方式中，树脂外装体11的线膨胀系数比以钽为主要成分的阳极1、以铌为主要成分的阳极导线2、以铜为芯材的阳极端子7以及阴极端子9的各自的线膨胀系数大。因此，在由于回流等而使固体电解电容器负担了高温的情况下，在树脂外装体11内部，提高阳极1与阳极导线2的界面的密接性那样的应力发挥作用。因此，在由于回流等而负担了高温之后，能够使阳极1与阳极导线2的密接性得到提高。

而且，树脂外装体11的线膨胀系数大于阳极端子7以及阳极导线2的各自的线膨胀系数，因此也能够提高阳极端子7与阳极导线2的密接性。

而且，树脂外装体11的线膨胀系数大于阴极端子9的线膨胀系数，因此能够提高阴极端子9与导电性粘接剂8的密接性。

此外，树脂外装体11在由于回流等而使固体电解电容器负担了高温的情况下，也能够提高阳极1与阳极导线2的界面的密接性。因此，能够抑制在由于回流等而负担了高温之后，在阳极1与阳极导线2的界面附近的电介质层3产生裂纹。因此，能够抑制泄漏电流的增加。

实施例

以下，通过实施例对本发明更进一步详细地进行说明，本发明并不限定于以下的实施例。

(实施例1)

<工序1：阳极的形成>

使用1次粒子径为约0.5μm、2次粒子径为约100μm的钽金属粒子来形成了阳极1。具体来说，在阳极导线2的一端部2a埋入到阳极1中的状态下，对多个钽金属粒子进行成形，并在真空中进行烧结，由此对由多孔质烧结体构成的阳极1进行了成形。作为阳极导线2而使用了由铌构成的导线。阳极导线2的另一端部2b按从阳极1的一面突出的形状进行固定。以此方式形成的由多孔质烧结体构成的阳极1的外形是由长度4.4mm、宽度3.3mm、厚度1.0mm构成的长方体。

由钽构成的阳极1的线膨胀系数是6.7×10^-6/℃。由铌构成的阳极导线2的线膨胀系数是7.3×10^-6/℃。

<工序2：电介质层的形成>

将阳极导线2的另一端部2b与化成槽的阳极连接，使阳极1和阳极导线2的一部分浸渍到加入了电解水溶液即0.01～0.1质量％的磷酸水溶液的化成槽中，由此进行了阳极氧化。由此，如图2所示，在阳极1的表面形成了氧化钽(Ta₂O₅)的电介质层3a，在阳极导线2的一部分的表面形成了氧化铌(Nb₂O₅)的电介质层3b。

通过该阳极氧化工序，从而在由多孔质烧结体构成的阳极1的表面即外表面、细孔的壁面以及阳极导线2的一部分的表面，形成了电介质层3。

另外，电解水溶液并不限于磷酸水溶液，可以使用硝酸、醋酸、硫酸等。

<工序3：导电性高分子层的形成>

在电介质层3的表面上，形成了导电性高分子层4。作为导电性高分子层4的形成方法，例如，首先使用化学聚合法形成由聚吡咯等的导电性高分子构成的预涂层。接着，在预涂层的表面上，使用电解聚合法来形成聚吡咯等的导电性高分子层。以此方式，在电介质层3上，形成由预涂层以及导电性高分子层的层叠膜构成的导电性高分子层4。

<工序4：阴极引出层的形成>

通过在导电性高分子层4的表面上以直接接触的方式涂敷碳膏，从而形成了碳层5a。接着，通过在碳层5a上涂敷银膏而形成了银膏层5b。阴极引出层5由碳层5a以及银膏层5b构成。

<工序5：阳极端子以及阴极端子的连接>

阳极端子7的端部7a通过焊接等而与阳极导线2的另一端部2b电连接并且机械连接。此外，阴极端子9的另一端部9a在阴极层6上，通过导电性粘接剂8而电连接并且机械连接。阳极端子7以及阴极端子9使用了将铜板作为芯材并在该芯材上实施了镍-钯-金镀覆的端子。铜板的厚度为0.1mm，镀覆层的厚度为0.3～2μm程度的范围。由于实施了镀覆的阳极端子7以及阴极端子9的线膨胀系数依赖于芯材，因此阳极端子7以及阴极端子9的线膨胀系数是与铜的线膨胀系数相同的1.62×10^-5/℃。

<工序6：模塑工序>

使用包含环氧树脂(主剂)、咪唑化合物(硬化剂)以及作为填料的二氧化硅粒子的密封材料，通过传递模塑法来形成了树脂外装体11，使得阳极端子7以及阴极端子9的一部分露出。具体来说，将预备加热了的密封材料注入到模具中，使其在模具内硬化。在形成了树脂外装体11之后，通过将露出的阳极端子7以及阴极端子9从树脂外装体11的侧面向下表面侧折弯，从而形成了在与基板的钎焊连接中使用的端子7b、9b的部分。

本实施例中的树脂外装体的线膨胀系数是1.7×10^-5/℃。

以此方式，制作出实施例1的固体电解电容器20。

(实施例2)

除了在工序6中，通过调整填料即二氧化硅粒子的混合量，从而使树脂外装体的线膨胀系数成为2.1×10^-5/℃以外，与实施例1同样地制作出实施例2的固体电解电容器。

(比较例1)

除了在工序6中，通过调整填料即二氧化硅粒子的混合量，从而使树脂外装体的线膨胀系数成为1.3×10^-5/℃以外，与实施例1同样地制作出比较例1的固体电解电容器。

(比较例2)

除了在工序1中，使由铌构成的阳极导线2成为由钽构成的阳极导线2以外，与实施例1同样地制作出比较例2的固体电解电容器。

(比较例3)

除了在工序1中，使由铌构成的阳极导线2成为由钽构成的阳极导线2，在工序6中，调整填料的混合量使树脂外装体的线膨胀系数成为1.3×10^-5/℃以外，与实施例1同样地制作出比较例3的固体电解电容器。

〔ESR的测量〕

关于以此方式制作出的各固体电解电容器，在高温负荷试验前后对ESR(等效串联电阻)进行了测量。在测量温度125℃下施加一定时间的额定电压来进行了高温负荷试验。在100kHz、100mV的条件下对ESR进行了测量。另外，测定结果是高温负荷试验前后的ESR的变化量除以施加了高温负荷的时间而得到的值。

表1中示出测量结果。

[表1]

从上述结果中，树脂外装体的线膨胀系数比阳极、阳极导线、阳极端子以及阴极端子的任一个的线膨胀系数都大的实施例1以及2，与树脂外装体的线膨胀系数比阳极端子以及阴极端子的线膨胀系数小的比较例1相比，能够抑制了高温负荷后的ESR的增加。

实施例1以及2与比较例1相比，能够抑制了高温负荷后的ESR的增加，但比较例2与比较例3相比，并未能够抑制高温负荷后的ESR的增加。在实施例1以及2中，由于由钽的多孔质烧结体构成的阳极中埋设了铌的阳极导线，因而在阳极与阳极导线的接合部附近，高温负荷后的密接性有可能下降。因此，在没有这样的问题的比较例2以及3中，可以认为即便使树脂外装体的线膨胀系数比阳极、阳极导线、阳极端子以及阴极端子的任一个的线膨胀系数都大，也不能确认实施例那样的效果。

符号说明

1…阳极

2…阳极导线

2a…一端部

2b…另一端部

3、3a、3b…电介质层

4…导电性高分子层

5…阴极引出层

5a…碳层

5b…银膏层

6…阴极层

7…阳极端子

7a…一端部

7b…另一端部

8…导电性粘接剂

9…阴极端子

9a…一端部

9b…另一端部

11…树脂外装体

20…固体电解电容器

Claims (3)

1.一种固体电解电容器，其具备电容器元件、阳极端子、阴极端子和树脂外装体，

所述电容器元件包含：

阳极，其以钽为主要成分，并由多孔质烧结体构成；

阳极导线，其以铌为主要成分，一端埋设于所述阳极中而另一端从所述阳极突出；

电介质层，其设置于所述阳极的表面以及所述阳极导线的一部分的表面；和

阴极层，其设置在所述电介质层上，

所述阳极端子电连接于所述阳极导线的另一端侧，

所述阴极端子与所述阴极层电连接，

所述树脂外装体覆盖所述电容器元件的表面、所述阳极端子的一部分以及所述阴极端子的一部分，

所述树脂外装体的线膨胀系数比所述阳极、所述阳极导线、所述阳极端子以及所述阴极端子的任一个的线膨胀系数都大。

2.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中，

所述阳极、所述阳极导线、所述阳极端子以及所述阴极端子的线膨胀系数中最大的线膨胀系数与所述树脂外装体的线膨胀系数之差为0.05×10^-5/℃以上。

3.根据权利要求1或2所述的固体电解电容器，其中，

所述阳极端子以及所述阴极端子由铜构成或者以铜为芯材，所述树脂外装体的线膨胀系数在1.7×10^-5～3.0×10^-5/℃的范围内。