CN110088862A - 固体电解电容器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固体电解电容器及其制造方法，固体电解电容器具备：元件层叠体，包括被层叠的分别具有阳极部以及阴极部的多个电容器元件，并具有阳极部层叠而成的阳极层叠部以及阴极部层叠而成的阴极层叠部；阳极引线，与阳极层叠部连接；阴极引线，与阴极层叠部连接；涂层，填埋多个电容器元件之间的间隙的至少一部分；以及外装树脂，将元件层叠体与阳极引线的一部分以及阴极引线的一部分一起密封。
Description
技术领域
本发明涉及具备层叠的多个电容器元件的固体电解电容器。
背景技术
固体电解电容器由于等效串联电阻(ESR)小、频率特性优异，因此搭载于各种电子设备。其中，包括多个电容器元件的固体电解电容器能够实现大容量化，在设计的自由度高的方面优异。各个电容器元件由具有电介质层的阳极体和阴极部构成。阳极体使用钛、钽、铝、铌等阀作用金属的箔。
阳极体的表面的电介质层被构成阴极部的固体电解质层覆盖，固体电解质层被阴极引出层覆盖。在相邻的电容器元件彼此之间，阳极体相互接合，并且阴极引出层通过导电性粘合剂相互接合(专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-91444号公报
发明内容
发明要解决的课题
在具备层叠的多个电容器元件的固体电解电容器的情况下，由于层叠部的厚度不同而在电容器元件之间会形成间隙。其中，在阴极部与阳极部的边界附近容易产生间隙。电容器元件的层叠体由形成外装体的模制树脂(外装树脂)密封。但是，随着电容器元件的小型化，难以使模制树脂浸入电容器元件之间的间隙。在形成外装体之后电容器元件之间仍残留有间隙的情况下，若在安装工序等中在外装体上稍微产生龟裂，则气密性会急剧降低。其结果是，阴极部的劣化发展，固体电解电容器的ESR增大。
用于解决课题的手段
本发明的一个方面涉及固体电解电容器，具备：元件层叠体，包括被层叠的分别具有阳极部以及阴极部的多个电容器元件，并具有所述阳极部层叠而成的阳极层叠部以及所述阴极部层叠而成的阴极层叠部；阳极引线，与所述阳极层叠部连接；阴极引线，与所述阴极层叠部连接；涂层，填埋所述多个电容器元件之间的间隙的至少一部分；以及外装树脂，将所述元件层叠体与所述阳极引线的一部分以及所述阴极引线的一部分密封。
本发明的另一方面涉及固体电解电容器的制造方法，包括：(i)准备元件层叠体、阳极引线以及阴极引线的工序，所述元件层叠体包括被层叠的分别具有阳极部以及阴极部的多个电容器元件，并具有所述阳极部层叠而成的阳极层叠部以及所述阴极部层叠而成的阴极层叠部，所述阳极引线与所述阳极层叠部连接，所述阴极引线与所述阴极层叠部连接；(ii)以填埋所述多个电容器元件之间的间隙的至少一部分的方式形成涂层的工序；以及(iii)形成外装树脂的工序，所述外装树脂将形成了所述涂层的所述元件层叠体与所述阳极引线的一部分以及所述阴极引线的一部分一起密封。
发明效果
根据本发明，固体电解电容器的气密性提高，阴极部的劣化得到抑制。
附图说明
图1是具备多个电容器元件的固体电解电容器的一例的纵剖视图。
图2是示意性地表示电容器元件的一例的剖视图。
图3是电容器元件之间的间隙被涂层填埋的固体电解电容器的一例的纵剖视图。
具体实施方式
本发明的实施方式所涉及的固体电解电容器具备元件层叠体，元件层叠体包括层叠的多个电容器元件。多个电容器元件分别具有阳极部以及阴极部。多个电容器元件层叠为阳极部彼此重叠、阴极部彼此重叠。因此，元件层叠体具有阳极部层叠而成的阳极层叠部和阴极部层叠而成的阴极层叠部。阳极引线与阳极层叠部电连接，阴极引线与阴极层叠部电连接。阳极引线以及阴极引线均由金属材料形成，例如由从金属制的板材切出的材料形成。阳极引线的一部分以及阴极引线的一部分分别作为阳极以及阴极的外部端子发挥功能。
在多个电容器元件之间必然会形成间隙。这样的间隙的至少一部分被涂层填埋。而且，由涂层填埋了间隙的元件层叠体与阳极引线的一部分以及阴极引线的一部分一起被外装树脂密封。作为阳极的外部端子发挥功能的阳极引线的一部分以及作为阴极的外部端子发挥功能的阴极引线的一部分没有被外装树脂覆盖而分别被导出到外部。
电容器元件例如具有形成阳极部的阳极体、覆盖阳极体的至少一部分的电介质层以及阴极部。阴极部例如具有覆盖电介质层的至少一部分的固体电解质层和覆盖固体电解质层的至少一部分的阴极引出层。固体电解质层有时具有未被阴极引出层覆盖的露出部。在阳极部与阴极部的边界部容易形成固体电解质层的露出部。通过使固体电解质层的露出部的至少一部分与涂层接触，从而能够保护露出部。涂层优选覆盖固体电解质层的露出部的尽可能多的部分。
图1是示意性地表示具备多个电容器元件20(20A～20C)的固体电解电容器30的剖视图。图2是示意性地表示电容器元件20的构造的剖视图。多个被层叠的电容器元件20A～20C彼此通过介于阴极部之间的导电性粘合剂(未图示)连接。多个电容器元件20分别具备具有阳极部10N和形成电介质层22的区域10E的箔状的阳极体11。电介质层22被固体电解质层23覆盖，固体电解质层23被阴极引出层24覆盖。固体电解质层23以及阴极引出层24形成电容器元件20的阴极部。
在如上述那样层叠多个电容器元件20的情况下，在阳极部10N彼此重叠的阳极层叠部的厚度与阴极部彼此重叠的阴极层叠部的厚度之间产生差异。由于这样的厚度的不同，在元件层叠体中，在电容器元件20之间形成间隙S。其中，如图1所示，在阴极引出层24与阳极部10N的边界附近容易产生间隙S。在这样的边界中，如图2所示，大多形成固体电解质层23的露出部23T。因此，若外部空气侵入间隙S，则从露出部23T起而固体电解质层23的氧化、水分等导致的劣化发展，固体电解电容器30的ESR增大。
在图1中，在阳极层叠部电连接有阳极引线34，该阳极引线34具有弯曲成给定形状的外部端子32。外部端子32可以与阳极引线34的剩余部分成为一体，也可以是分体构件。在阴极层叠部经由导电性粘合剂35电连接有平坦的阴极引线33。阴极引线33的外表面作为外部端子发挥功能。由多个电容器元件20构成的元件层叠体被外装树脂31密封，但作为阳极引线34的一部分的外部端子32以及阴极引线33的外部端子从外装树脂31露出。
另外，阳极体11例如通过金属箔的蚀刻等形成。多个阳极部10N重叠而成的阳极层叠部通过阳极引线34铆接而一体化，由此相互电连接。但是，阳极部10N彼此的接合方法没有特别限定，也可以通过激光焊接、电阻焊接来接合。
(涂层)
在图1中，在间隙S中未图示涂层，但在本发明的实施方式所涉及的固体电解电容器30A中，如图3所示，间隙S的至少一部分被涂层36填埋。涂层36可以形成为不仅覆盖元件层叠体的间隙S，还覆盖元件层叠体的外周面的至少一部分。
在准备元件层叠体、与元件层叠体的阳极层叠部连接的阳极引线、和与元件层叠体的阴极层叠部连接的阴极引线后，以填埋电容器元件之间的间隙S的至少一部分的方式形成涂层36。
填埋电容器元件之间的间隙的涂层的形成能够使用各种材料，但优选通过使液状组合物浸入电容器元件之间的间隙S来形成。若使液状组合物从微小的间隙浸入，则通过毛细管现象，能够容易地填埋间隙。此外，液状组合物通过使用分配器等，能够涂敷在小型的元件层叠体的所希望的部位。因此，液状组合物不易附着于阳极引线以及阴极引线，后续的外装树脂的成形工序不会受到阻碍，外部端子也不会被污染。
作为涂层，优选二氧化硅膜等无机材料膜、树脂膜等。无机材料膜能够通过溶胶凝胶法、聚硅氮烷溶液的涂敷等形成。树脂膜优选使用在常温(25以上且30℃以下)下为液状的树脂组合物来形成。液状的树脂组合物(以下也称为第1树脂组合物)适于填埋电容器元件之间的间隙。
第1树脂组合物可以是热固化性或者光固化性的树脂组合物，也可以是热塑性树脂组合物。此外，第1树脂组合物可以包括挥发性的溶剂。在第1树脂组合物包括挥发性的溶剂的情况下，在形成涂层时进行通过干燥去除溶剂的工序即可。
第1树脂组合物在25℃下的粘度优选为100Pa·s以下，更优选为10Pa·s以下。粘度测定使用B型粘度计以100rpm的转速进行即可。
作为第1树脂组合物的树脂成分，可列举环氧树脂、酚醛树脂、硅酮树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、不饱和聚酯等。其中，优选环氧树脂。
涂层可以不包括填料，但为了减小构成电容器元件的材料或外装树脂与涂层的线膨胀系数之差，优选包括填料。此外，通过使涂层包括平均粒径小的填料，从而能够进一步提高固体电解电容器的可靠性。以下，将涂层中所包括的填料称为第1填料。浸入微小的间隙所需的第1树脂组合物的使用量为微量，能够使用比较高价的材料作为第1填料。第1填料的种类没有特别限定，能够使用二氧化硅、氧化铝等。
在元件层叠体中电容器元件之间的间隙的大小也依赖于固体电解电容器的尺寸，但通常为20μm以上且100μm以下。第1填料的平均粒径D1优选小于电容器元件之间的间隙的大小。此外，第1填料的平均粒径D1优选小于后述的第2填料的平均粒径D2。第1填料的平均粒径D1优选为30μm以下，进一步优选为10μm以下。另外，填料的平均粒径是体积基准的粒度分布中的累计体积为50％时的粒径，能够通过激光衍射式的粒度分布测定装置进行测定。
(外装树脂)
外装树脂形成固体电解电容器的外装体。在进行了用涂层填埋电容器元件之间的间隙的至少一部分的工序后，以将元件层叠体与阳极引线的一部分以及阴极引线的一部分一起密封的方式形成外装树脂。
外装树脂的体积与用于填埋微小的空隙的涂层的体积相比相当大。因此，外装树脂使用比较廉价的树脂组合物(以下也称为第2树脂组合物)。外装树脂优选通过传递模制成形工序形成。对第2树脂组合物的成形时的熔融粘度没有特别限定，通常为30Pa·s以上。
第2树脂组合物通常难以浸入微小的间隙。随着固体电解电容器的小型化，使第2树脂组合物浸入电容器元件之间的微小间隙变得越发困难。另一方面，电容器元件越小型化，微小的间隙对气密性的影响越大。针对于此，通过预先用涂层填埋电容器元件之间的微小的间隙，从而能够容易地提高固体电解电容器的内部气密性，能够提高固体电解电容器的可靠性。
作为第2树脂组合物的树脂成分，可列举环氧树脂、酚醛树脂、硅酮树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂、醇酸树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、不饱和聚酯等。其中，优选环氧树脂。
外装树脂优选包括填料。以下，将外装树脂中所含的填料称为第2填料。第2填料的平均粒径没有特别限定，例如优选为100μm以下，更优选为60μm以下。第2填料的种类没有特别限定，能够使用二氧化硅、氧化铝等。
接着，进一步对固体电解电容器的结构要素进行说明。
(阳极体)
形成阳极部的阳极体是包括阀作用金属且具备第1主面和其相反侧的第2主面的箔(金属箔)。作为阀作用金属，使用钛、钽、铝、铌等。阳极体的厚度没有特别限定，例如为50μm以上且250μm以下。
(电介质层)
电介质层通过化学转化处理等使阳极体的表面阳极氧化而形成。在使用铝作为阀作用金属的情况下，形成包括Al2O3的电介质层。另外，电介质层不限定于此，只要是作为电介质发挥功能的电介质即可。
(固体电解质层)
固体电解质层优选包括导电性高分子。作为导电性高分子，能够使用聚吡咯、聚噻吩、聚呋喃、聚苯胺、聚乙炔、聚亚苯基、聚对苯乙炔、多并苯和/或聚噻吩亚乙烯酯、以及它们的衍生物等。包括导电性高分子的固体电解质层能够通过将原料单体在电介质层上进行化学聚合和/或电解聚合而形成。或者，可以通过将溶解有导电性高分子的溶液或者分散有导电性高分子的分散液涂敷于电介质层来形成。
(阴极引出层)
阴极引出层只要是具有集电功能的结构即可，例如，具有碳层和在碳层的表面形成的金属(例如银)糊剂层。碳层由包括导电性碳材料的组合物形成。金属糊剂层例如由分散有银粒子的树脂膏形成。
接着，基于实施例对本发明的实施方式进行说明。在此，制作如图3所示的固体电解电容器，评价其ESR特性。
《实施例1》
(1)电容器元件的制作
准备铝箔(厚度100μm)作为基材，对其表面的一部分实施蚀刻处理，得到阳极体。
将阳极体浸入浓度0.3质量％的磷酸溶液(液温70℃)中，施加70V的直流电压20分钟，由此在阳极体的表面形成包括氧化铝(Al2O3)的电介质层。
将形成有电介质层的阳极体浸渍在掺杂了聚苯乙烯磺酸(PSS)的聚(3，4-亚乙二氧噻吩)(PEDOT)的水分散液(浓度2质量％)中后，进行干燥，形成固体电解质层。
在固体电解质层上涂敷石墨粉末的水分散液后，进行干燥，在固体电解质层的表面形成碳层。接着，在碳层的表面涂敷包括银粒子的环氧树脂组合物(银膏)后，加热使树脂固化，形成银膏层。这样，形成由碳层和银膏层构成的阴极引出层。
(2)元件层叠体的制作
将合计3个电容器元件重叠，使导电性粘合剂介于相邻的电容器元件的阴极引出层之间进行接合，形成了元件层叠体。在元件层叠体的阳极层叠部连接阳极引线，在阴极层叠部连接阴极引线。
(3)涂层的形成
调制出以包括30质量％的平均粒径0.6μm的球状二氧化硅的环氧树脂为主要成分的液状的第1树脂组合物。将得到的第1树脂组合物从分配器滴加到元件层叠体的侧面，利用毛细管现象填充到间隙中。然后，在80℃下进行加热，使第1树脂组合物固化，形成涂层。
(4)外装树脂(外装体)的形成
将形成有涂层的元件层叠体配置在模具内，将以包括74质量％的平均粒径50μm的二氧化硅的环氧树脂为主要成分的第2树脂组合物进行传递模制成形，由此形成外装树脂。
《比较例1》
除了不形成涂层这一点以外，与实施例1同样地制作了固体电解电容器。
[评价]
分别制作30个实施例1以及比较例1的固体电解电容器的试样。使用4端子测定用的LCR测量仪以频率100kHz测定30个试样在初期20℃的环境下的ESR值，求出平均值(X0)。接着，将全部的试样在145℃下持续加热500小时，然后，测定ESR值，同样地求出平均值(X1)。
然后，根据下式求出ESR的变化率。将结果示于表1。
变化率(％)＝(X1-X0)/X0×100
[表1]
| ESR的变化率(％) | |
| 比较例1 | 205 |
| 实施例1 | 23 |
在实施例1中，与比较例1相比，ESR的变化率变小。这被认为是由于通过涂层提高了固体电解电容器的内部密闭性，不易受到外部空气的侵入造成的影响。
产业上的可利用性
本发明所涉及的固体电解电容器例如适于长期在高温环境下使用的用途等。
符号说明
10N：阳极部，10E：形成有电介质层的区域，11：阳极体，20(20A、20B、20C)：电容器元件，22：电介质层，23：固体电解质层，23T：固体电解质层的露出部，24：阴极引出层，30(30A)：固体电解电容器，31：外装树脂，32：阳极引线的外部端子，33：阴极引线，34：阳极引线，35：导电性粘合剂，36：涂层，S：间隙。
Claims (5)
1.一种固体电解电容器，具备：
元件层叠体，包括被层叠的分别具有阳极部以及阴极部的多个电容器元件，并具有所述阳极部层叠而成的阳极层叠部以及所述阴极部层叠而成的阴极层叠部；
阳极引线，与所述阳极层叠部连接；
阴极引线，与所述阴极层叠部连接；
涂层，填埋所述多个电容器元件之间的间隙的至少一部分；以及
外装树脂，将所述元件层叠体与所述阳极引线的一部分以及所述阴极引线的一部分一起密封。
2.根据权利要求1所述的固体电解电容器，其中，
所述电容器元件具有形成所述阳极部的阳极体、和覆盖所述阳极体的至少一部分的电介质层，
所述阴极部具有覆盖所述电介质层的至少一部分的固体电解质层、和覆盖所述固体电解质层的至少一部分的阴极引出层，
所述固体电解质层具有未被所述阴极引出层覆盖的露出部，
所述露出部的至少一部分与所述涂层接触。
3.根据权利要求1或2所述的固体电解电容器，其中，
所述涂层包括第1填料，
所述外装树脂包括第2填料，
所述第1填料的平均粒径比所述第2填料的平均粒径小。
4.一种固体电解电容器的制造方法，包括：
(i)准备元件层叠体、阳极引线以及阴极引线的工序，所述元件层叠体包括被层叠的分别具有阳极部以及阴极部的多个电容器元件，并具有所述阳极部层叠而成的阳极层叠部以及所述阴极部层叠而成的阴极层叠部，所述阳极引线与所述阳极层叠部连接，所述阴极引线与所述阴极层叠部连接；
(ii)以填埋所述多个电容器元件之间的间隙的至少一部分的方式形成涂层的工序；以及
(iii)形成外装树脂的工序，所述外装树脂将形成了所述涂层的所述元件层叠体与所述阳极引线的一部分以及所述阴极引线的一部分一起密封。
5.根据权利要求4所述的固体电解电容器的制造方法，其中，
所述工序(ii)包括使液状组合物浸入所述间隙的工序。
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