CN109891535B - 固体电解电容器 - Google Patents

Abstract

本发明的固体电解电容器是具备被并列地层叠的多个电容器元件和对上述多个电容器元件进行密封的外装树脂的固体电解电容器，其特征在于，上述多个电容器元件分别具有：阀作用金属基体；电介质层，设置在上述阀作用金属基体的表面，并由氧化膜构成；以及阴极层，设置在上述电介质层的表面，上述多个电容器元件中的至少一个电容器元件的上述氧化膜比其他电容器元件的上述氧化膜厚。

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

作为小型且大电容的固体电解电容器，例如，在专利文献1公开了具有层叠了多片电容器元件的构造的固体电解电容器，在电容器元件中，在表面形成有电介质氧化覆膜层的阀作用金属箔的给定的位置设置绝缘部而分离为阳极电极部和阴极形成部，在该阴极形成部依次层叠由导电性高分子构成的固体电解质层和由碳层以及银膏层构成的阴极层，从而形成了阴极电极部。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-135427号公报

发明内容

发明要解决的课题

在像专利文献1记载的那样的以往的固体电解电容器中，因为能够降低层叠了电容器元件时的阳极部以及阴极部的整体的内部电阻，所以可得到等效串联电阻(ESR)低的固体电解电容器。

但是，已知即使ESR的初始值，即，刚刚制造之后的ESR低，当将该电容器在高温下使用的情况下，也存在ESR增大的情况。像这样，ESR的初始值与ESR的热稳定性没有关联，因此要求ESR的热稳定性优异的固体电解电容器的开发。

本发明正是为了解决上述的问题而完成的，其目的在于，提供一种暴露于高温的情况下的ESR的随时间变化小的固体电解电容器。

用于解决课题的技术方案

本发明的固体电解电容器是具备被并列地层叠的多个电容器元件和对上述多个电容器元件进行密封的外装树脂的固体电解电容器，其特征在于，上述多个电容器元件分别具有阀作用金属基体、设置在上述阀作用金属基体的表面的由氧化膜构成的电介质层、以及设置在上述电介质层的表面的阴极层，上述多个电容器元件中的至少一个电容器元件的上述氧化膜比其他电容器元件的上述氧化膜厚。

在本发明的固体电解电容器中，上述多个电容器元件中的上述氧化膜最厚的电容器元件的上述氧化膜的厚度优选为上述氧化膜最薄的电容器元件的上述氧化膜的厚度的1.5倍以上，特别优选为3.0倍以上。

发明效果

根据本发明，能够提供一种暴露于高温的情况下的ESR的随时间变化小的固体电解电容器。

附图说明

图1是示意性地示出本发明的固体电解电容器的一个例子的剖视图。

图2是示意性地示出构成本发明的固体电解电容器的电容器元件的一个例子的剖视图。

图3是用于说明氧化膜的厚度的测定方法的俯视图。

具体实施方式

以下，对本发明的固体电解电容器进行说明。

然而，本发明并不限定于以下的结构，能够在不变更本发明的主旨的范围内适当地进行变更而进行应用。另外，将以下记载的本发明的各个优选的结构组合了两个以上的结构也还是本发明。

在本发明的固体电解电容器中，多个电容器元件被并列地层叠，这些电容器元件通过外装树脂进行密封。

以下，对层叠有六个电容器元件的例子进行说明，但是本发明的固体电解电容器具备的电容器元件的个数只要为两个以上就没有特别限定。

图1是示意性地示出本发明的固体电解电容器的一个例子的剖视图。

图2是示意性地示出构成本发明的固体电解电容器的电容器元件的一个例子的剖视图。

图1所示的固体电解电容器1具备六个电容器元件10(10a、10b、10c、10d、10e以及10f)、外装树脂31、阳极端子32、以及阴极端子33。

外装树脂31被形成为覆盖电容器元件10的整体、阳极端子32的一部分以及阴极端子33的一部分。作为外装树脂31的材质，例如可举出环氧树脂等。

如图2所示，构成固体电解电容器1的各电容器元件10具有阀作用金属基体11，在阀作用金属基体11的表面的一部分设置有由氧化膜构成的电介质层12。在阀作用金属基体11的单侧端部形成有阳极部21，与阳极部21相接地在阀作用金属基体11上环绕设置有给定宽度的绝缘层20作为绝缘部。在图2中，在除阳极部21以及绝缘层20以外的阀作用金属基体11上设置有电介质层12。在电介质层12上设置有阴极层13，在图2中，阴极层13包含在电介质层12的表面设置的固体电解质层13a和在固体电解质层13a的表面设置的集电层13b。通过阴极层13形成了阴极部22。另外，电介质层12也可以设置在阀作用金属基体11上的设置有绝缘层20的部分，进而，还可以设置在阳极部21的一部分。

在图1所示的固体电解电容器1中，电容器元件10a、10b以及10c被层叠，电容器元件10a、10b以及10c的阴极层13例如通过银膏等导电性膏(未图示)被一体地接合。同样地，电容器元件10d、10e以及10f被层叠，电容器元件10d、10e以及10f的阴极层13例如通过银膏等导电性膏(未图示)被一体地接合。

阳极端子32由金属材料构成，并形成为阳极部21侧的引线框。阀作用金属基体11的阳极部21彼此、以及阀作用金属基体11的阳极部21和阳极端子32例如通过电阻焊等焊接、压接等被一体地接合。

阴极端子33由金属材料构成，并形成为阴极部22侧的引线框。电容器元件10c或10d的阴极层13和阴极端子33例如通过银膏等导电性膏(未图示)被一体地接合。

在本发明的固体电解电容器中，阀作用金属基体由示出所谓的阀作用的阀作用金属构成。作为阀作用金属，例如可举出铝、钽、铌、钛、锆等金属单质、或包含这些金属的合金等。在它们之中，优选铝或铝合金。

阀作用金属基体的形状优选为平板状，更优选为箔状。此外，阀作用金属基体优选为在芯部的表面具有多孔质部的构造，更优选在芯部的表面设置有蚀刻层等多孔质层。

在本发明的固体电解电容器中，电介质层由上述阀作用金属的氧化膜构成。电介质层优选设置在阀作用金属基体的多孔质部的表面。例如，在作为阀作用金属基体而使用铝箔的情况下，通过在包含己二酸铵等的水溶液中对铝箔的表面进行阳极氧化处理(也称为化成处理)，从而能够形成由氧化膜构成的电介质层。

构成本发明的固体电解电容器的多个电容器元件中的至少一个电容器元件的氧化膜比其他电容器元件的氧化膜厚。

在图1所示的固体电解电容器1中，六个电容器元件10a、10b、10c、10d、10e以及10f中的电容器元件10a的氧化膜比其他电容器元件10b、10c、10d、10e以及10f的氧化膜厚。另外，电容器元件10a以外的电容器元件10b、10c、10d、10e以及10f的氧化膜的厚度相同。

可推测，在固体电解电容器暴露于高温的情况下，由氧化膜构成的电介质层从阀作用金属基体的表面剥离，或者在电介质层与阴极层之间发生剥离，由此ESR增大。在本发明的固体电解电容器中，将多个电容器元件中的至少一个电容器元件的氧化膜增厚。固体电解电容器的合成ESR依赖于ESR低的电容器元件。在此，低ESR的电容器元件因为氧化膜的膜厚厚，所以即使固体电解电容器暴露于高温，也能够抑制上述的电介质层的剥离，ESR不易变化。

虽然在图1所示的固体电解电容器1中，配置在端部的电容器元件10a的氧化膜变厚，但是在本发明的固体电解电容器中，只要多个电容器元件被并列地层叠，氧化膜厚的电容器元件的配置处就没有特别限定。若考虑制造效率，则优选层叠的顺序成为最初或最后的电容器元件的氧化膜厚，例如，在图1所示的固体电解电容器1中，优选电容器元件10a、10c、10d或10f的氧化膜厚。

在本发明的固体电解电容器中，优选氧化膜厚的电容器元件以外的电容器元件的氧化膜的厚度实质上相同。在该情况下，称本发明的固体电解电容器作为电容器元件仅具备氧化膜最厚的电容器元件以及氧化膜最薄的电容器元件。像这样，本发明的固体电解电容器优选作为电容器元件仅具备氧化膜最厚的电容器元件以及氧化膜最薄的电容器元件，但是也可以具备氧化膜最厚的电容器元件以及氧化膜最薄的电容器元件以外的电容器元件。

在本说明书中，设具有收敛于最厚的氧化膜的厚度的±10％以内的氧化膜的厚度的电容器元件也包含于“氧化膜最厚的电容器元件”。同样地，设具有收敛于最薄的氧化膜的厚度的±10％以内的氧化膜的厚度的电容器元件也包含于“氧化膜最薄的电容器元件”。

构成本发明的固体电解电容器的多个电容器元件中的氧化膜最厚的电容器元件的氧化膜的厚度优选为氧化膜最薄的电容器元件的氧化膜的厚度的1.5倍以上，更优选为2.0倍以上，特别优选为3.0倍以上。氧化膜最厚的电容器元件的氧化膜的厚度可以为氧化膜最薄的电容器元件的氧化膜的厚度的3.5倍以上、4.0倍以上、4.5倍以上。此外，氧化膜最厚的电容器元件的氧化膜的厚度也可以为氧化膜最薄的电容器元件的氧化膜的厚度的20倍以下。氧化膜的厚度之差越大，越能够抑制ESR的随时间变化。

另外，在氧化膜最厚的电容器元件存在多个的情况下，将这些氧化膜的厚度的平均值作为“氧化膜最厚的电容器元件的氧化膜的厚度”。同样地，在氧化膜最薄的电容器元件存在多个的情况下，将这些氧化膜的厚度的平均值作为“氧化膜最薄的电容器元件的氧化膜的厚度”。

本发明的固体电解电容器只要具备至少一个氧化膜比其他电容器元件的氧化膜厚的电容器元件即可。本发明的固体电解电容器也可以具备两个以上的氧化膜比其他电容器元件的氧化膜厚的电容器元件，但是从增大电容器整体的电容的观点出发，氧化膜厚的电容器元件的个数少为宜。

在本发明的固体电解电容器中，为了将阳极部和阴极部可靠地分离，优选绝缘层环绕设置在阀作用金属基体。作为绝缘层的材料，例如可举出聚苯砜树脂、聚醚砜树脂、氰酸酯树脂、氟树脂(四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物等)、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、以及它们的衍生物或前体等绝缘性树脂。

在本发明的固体电解电容器中，作为阴极层，优选在电介质层的表面设置有固体电解质层。更优选在固体电解质层的表面设置有集电层。

作为构成固体电解质层的材料，例如可举出聚吡咯类、聚噻吩类、聚苯胺类等导电性高分子等。在它们之中，优选聚噻吩类，特别优选被称为PEDOT的聚(3，4-乙烯二氧噻吩)。此外，上述导电性高分子可以包含聚苯乙烯磺酸(PSS)等掺杂剂。

集电层优选由作为基底的碳层和其上的银层构成，但是也可以仅为碳层，还可以仅为银层。

本发明的固体电解电容器优选像以下那样制造。

首先，在阀作用金属基体的表面形成由氧化膜构成的电介质层。氧化膜通过对阀作用金属基体的表面进行阳极氧化处理(也称为化成处理)来形成。此时，使化成电压越高，能够形成越厚的氧化膜，因此通过调整化成电压，从而能够制作多片形成有氧化膜的厚度不同的电介质层的阀作用金属基体。

优选在形成阴极层之前，在阀作用金属基体的绝缘层形成部的表面形成绝缘层。绝缘层通过将绝缘性树脂等材料涂敷在阀作用金属基体的表面并通过加热等使其固化或硬化而形成。另外，绝缘层的形成也可以在形成电介质层之前进行。

接着，在电介质层的表面形成阴极层。作为阴极层，优选在电介质层的表面形成固体电解质层。在该情况下，例如，能够通过如下方法来形成固体电解质层，该方法有：使用包含3，4-乙烯二氧噻吩等的单体的处理液在电介质层的表面形成聚(3，4-乙烯二氧噻吩)等的聚合膜的方法；将聚(3，4-乙烯二氧噻吩)等聚合物的分散液涂敷到电介质层的表面并使其干燥的方法，等。

进而，更优选在固体电解质层上形成集电层。作为集电层，优选依次层叠碳层以及银层而形成，但是也可以仅形成碳层，还可以仅形成银层。例如，通过在涂敷碳膏以及使其干燥之后涂敷银膏以及使其干燥，从而能够形成碳层以及银层。通过以上，制作氧化膜的厚度不同的多个电容器元件。

接下来，层叠多个电容器元件，使得包含至少一个氧化膜比其他电容器元件的氧化膜厚的电容器元件。如上所述，优选最初或最后层叠氧化膜厚的电容器元件。层叠时，将阀作用金属基体的阳极部相互接合，并且将阳极端子接合到阳极部。作为接合方法，例如可举出焊接、压接等。此外，使用银膏等导电性膏进行层叠，使得阴极层也分别相接，并将阴极端子接合到阴极层。

此后，用外装树脂进行密封，使得覆盖电容器元件的整体和阴极端子的一部分以及阳极端子的一部分。外装树脂例如通过转移模具来形成。通过以上，可得到固体电解电容器。

实施例

以下，示出更具体地公开了本发明的固体电解电容器的实施例。另外，本发明并不仅限定于这些实施例。

(电容器元件的制作)

首先，作为阀作用金属基体，准备了在表面具有蚀刻层的铝化成箔。为了防止阳极部和阴极部的短路，在从铝化成箔的长轴方向上的一端起隔开给定的间隔的位置形成了带状的绝缘层，使得绕铝化成箔一周。

接着，形成了由氧化膜构成的电介质层，使得覆盖铝化成箔。氧化膜通过进行使铝化成箔的表面浸渍于己二酸铵水溶液并施加电压的化成处理而形成。以下示出化成电压与氧化膜的厚度的关系。

图3是用于说明氧化膜的厚度的测定方法的俯视图。

使用透射型电子显微镜(TEM)在阀作用金属基体11的中央附近的直线上的三个点(在图3中，单点划线上的三处×标记)测定了由氧化膜构成的电介质层12的厚度。对一个试样测定表面三个点、背面三个点的厚度，并将化成电压相同的十个试样的平均值作为氧化膜的厚度。

此后，使导电性高分子(PEDOT：PSS)的分散液含浸于用绝缘层分割的铝化成箔中的面积大的部分(蚀刻层)而形成了固体电解质层。进而，通过在涂敷碳膏以及使其干燥之后涂敷银膏以及使其干燥，从而形成了碳层以及银层。通过以上，制作了氧化膜的厚度不同的电容器元件。

(比较例1)

将五个氧化膜的厚度为21nm的电容器元件进行层叠，并用外装树脂进行密封，由此制作了比较例1的固体电解电容器。

(实施例1)

将一个氧化膜的厚度为33nm的电容器元件、四个氧化膜的厚度为21nm的电容器元件进行层叠，并用外装树脂进行密封，由此制作了实施例1的固体电解电容器。

对于比较例1以及实施例1的固体电解电容器，使用LCR仪表(AgilentTechnologies公司制造)用四端子法测定了100kHz下的等效串联电阻(ESR)，并将该值作为ESR的初始值。进而，在对这些固体电解电容器进行在125℃放置1000小时的高温负荷试验之后，测定了100kHz下的ESR。

将构成比较例1的固体电解电容器的电容器元件以及ESR的测定结果示于表1，将构成实施例1的固体电解电容器的电容器元件以及ESR的测定结果示于表2。

[表1]

[表2]

根据表1以及表2确认出，在具备氧化膜比其他电容器元件的氧化膜厚的电容器元件的实施例1的固体电解电容器中，与具备氧化膜的厚度大致相同的电容器元件的比较例1的固体电解电容器相比，ESR的随时间变化小，ESR保持得低。

(实施例2)

通过将一个氧化膜的厚度为66nm的电容器元件、四个氧化膜的厚度为21nm的电容器元件进行层叠，并用外装树脂进行密封，由此制作了实施例2的固体电解电容器。

(实施例3)

通过将一个氧化膜的厚度为33nm的电容器元件、七个氧化膜的厚度为21nm的电容器元件进行层叠，并用外装树脂进行密封，由此制作了实施例3的固体电解电容器。

(实施例4)

通过将一个氧化膜的厚度为66nm的电容器元件、七个氧化膜的厚度为21nm的电容器元件进行层叠，并用外装树脂进行密封，由此制作了实施例4的固体电解电容器。

(实施例5)

通过将一个氧化膜的厚度为45nm的电容器元件、七个氧化膜的厚度为21nm的电容器元件进行层叠，并用外装树脂进行密封，由此制作了实施例5的固体电解电容器。

(实施例6)

通过将一个氧化膜的厚度为80nm的电容器元件、七个氧化膜的厚度为21nm的电容器元件进行层叠，并用外装树脂进行密封，由此制作了实施例6的固体电解电容器。

(实施例7)

通过将一个氧化膜的厚度为100nm的电容器元件、七个氧化膜的厚度为21nm的电容器元件进行层叠，并用外装树脂进行密封，由此制作了实施例7的固体电解电容器。

通过上述的方法对实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6以及实施例7的固体电解电容器测定了ESR的初始值。进而，对这些固体电解电容器测定了进行了在125℃放置1000小时的高温负荷试验之后的ESR。

将构成实施例2的固体电解电容器的电容器元件以及ESR的测定结果示于表3，将构成实施例3的固体电解电容器的电容器元件以及ESR的测定结果示于表4，将构成实施例4的固体电解电容器的电容器元件以及ESR的测定结果示于表5，将构成实施例5的固体电解电容器的电容器元件以及ESR的测定结果示于表6，将构成实施例6的固体电解电容器的电容器元件以及ESR的测定结果示于表7，将构成实施例7的固体电解电容器的电容器元件以及ESR的测定结果示于表8。

[表3]

[表4]

[表5]

[表6]

[表7]

[表8]

根据表2以及表3确认出，氧化膜的厚度之差越大，越可抑制ESR的随时间变化。

根据表2以及表4确认出，氧化膜薄的电容器元件的个数越多、电容器元件的合计个数越多，在至少六个元件以上的情况下，ESR的初始值越低，ESR的随时间变化也越小。

根据表4～表8确认出，与表2以及表3同样地，氧化膜的厚度之差越大，越可抑制ESR的随时间变化。

附图标记说明

1：固体电解电容器；

10：电容器元件；

11：阀作用金属基体；

12：由氧化膜构成的电介质层；

13：阴极层；

13a：固体电解质层；

13b：集电层；

20：绝缘层；

21：阳极部；

22：阴极部；

31：外装树脂；

32：阳极端子；

33：阴极端子。

Claims (3)

1.一种固体电解电容器，具备被并列地层叠的多个电容器元件和对所述多个电容器元件进行密封的外装树脂，

所述多个电容器元件分别具有：阀作用金属基体；电介质层，设置在所述阀作用金属基体的表面，并由氧化膜构成；以及阴极层，设置在所述电介质层的表面，

其特征在于，所述多个电容器元件中的至少一个电容器元件的所述氧化膜比其他电容器元件的所述氧化膜厚。

2.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其特征在于，

所述多个电容器元件中的所述氧化膜最厚的电容器元件的所述氧化膜的厚度为所述氧化膜最薄的电容器元件的所述氧化膜的厚度的1.5倍以上。

3.根据权利要求1或2所述的固体电解电容器，其特征在于，

所述多个电容器元件中的所述氧化膜最厚的电容器元件的所述氧化膜的厚度为所述氧化膜最薄的电容器元件的所述氧化膜的厚度的3.0倍以上。

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