JP2000286152A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】陽極リード部を有する固体電解コンデンサにお
いて、ワッシャーのバリの発生を抑制してコンデンサの
小型化を図り、同一規格サイズのコンデンサにおいてよ
り大容量コンデンサを提供する。 【解決手段】陽極リード部３を有する固体電解コンデン
サ１において、熱可塑性液晶ポリマーフィルムからなる
ワッシャー２を固体電解質ペレット４に接するように陽
極リード部３に挿入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、陽極リード部を有
する固体電解コンデンサに関する。さらに詳しくは、光
学的異方性の溶融相を形成し得る熱可塑性ポリマーから
なるフィルム（以下、これを熱可塑性液晶ポリマーフィ
ルムと称する）を、固体電解質ペレットに接するように
陽極リード部に挿入するワッシャーに用いた固体電解コ
ンデンサに関する。本発明の固体電解コンデンサは、小
型化が可能であり、エレクトロニクス分野における回路
基板の小型化、高密度化に伴い増大しているコンデンサ
の高容量化に対応できる。

【０００２】

【従来の技術】近年、移動体通信を始め、携帯用電子機
器の小型・軽量化の要求が強くなり、高密度実装に対す
る期待が一段と強まっている。これに伴い、配線基板の
多層化や配線ピッチの狭幅化などの方法による回路基板
の小型化だけでなく、コンデンサのような受動素子につ
いても小型化の要望が大きい。さらに、小型化に伴って
発生し易いもれ電流による不良を改善した構造のコンデ
ンサが必要とされている。

【０００３】従来の陽極リード部を有する固体電解コン
デンサは、例えば、以下のような方法で製造されてい
た。すなわち、陽極リード部を有するタンタル等の金属
粉末の焼結ペレットを、該陽極リード部を保持して吊り
下げ、燐酸水溶液中に浸漬し、次いで、硝酸マンガン溶
液（ＰＨ２〜３）に浸漬して硝酸マンガンを含浸させた
後、２００〜２４０℃の加熱炉で焼結して二酸化マンガ
ン層を形成させ、陽極リード部を有する固体電解質ペレ
ットとする。次に、固体電解質ペレットの陰極側表面に
カーボン層、銀塗料層を形成し、導電性接着剤、はんだ
などを介して、陰極外部端子に接続し、陽極リード部を
陽極外部端子と溶接する。その後、成形金型に入れ、樹
脂モールド法により、陽極リード部と固体電解質ペレッ
トの周りに樹脂外装体を形成してコンデンサ素子とす
る。

【０００４】陽極リード部を有するタンタル等の金属粉
末の焼結ペレットに二酸化マンガンなどの固体電解質を
形成する際、その固体電解質が陽極リードにまで毛細管
現象により這い上がってしまう。この這い上がり現象が
発生すると、陽極外部端子に溶接する際に溶接部に巣
（空隙）が含まれるので、もれ電流による不良を引き起
こす。この這い上がり現象を防止するために、従来か
ら、固体電解質ペレットに接するように陽極リード部に
ワッシャーを挿通して改善する試みがなされている。

【０００５】上記這い上がり現象防止用ワッシャーは、
前述したコンデンサ製造工程を通過するために、硝酸マ
ンガン溶液（ＰＨ２〜３）の浸漬に耐える耐薬品性や、
２００〜２４０℃の加熱炉での焼結に耐え得る耐熱性を
必要とし、例えば、４弗化エチレン、４弗化エチレンと
パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体を原料と
するフィルムを使用して改善が試みられていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のフッ素系樹脂を原料として製造したフィルムまたはシ
ートは引張伸度が大きいため（８０％以上）、ワッシャ
ーを打ち抜いて製造する際に加えられる力によって端面
にバリ（微小なフィブリル）が発生し易く、フィルムま
たはシートの厚みが１５０μｍ以下では、製造時の単位
膜厚当りのせん断応力が大きくなるために、大きなバリ
が発生する。バリのないワッシャーを得るためには厚み
を２５０μｍ以上にする必要があった。厚みの増大はコ
ンデンサのサイズを大きくする。

【０００７】また、バリによって固体電解質ペレットへ
の密着不良が起こり、バリに沿って固体電解質の這い上
がり現象が発生するために、前述のもれ電流による不良
を引き起こす。このような不良を起こさないためには、
陽極リード部を長くして陽極外部端子溶接部と電解質ペ
レット間の距離（接続距離）を十分に長くする必要があ
り、コンデンサの小型化が制限される。

【０００８】さらに、コンデンサの大きさは、規格によ
り種々に定められているため、陽極リード部を長くした
場合、コンデンサ素子内の固体電解質量が少なくなり、
大容量化が困難となる。

【０００９】本発明の目的は、ワッシャーのバリの発生
を抑制してコンデンサの小型化を図り、同一規格サイズ
のコンデンサにおいてより大容量コンデンサを提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために鋭意検討した結果、固体電解質ペレッ
トから突出した陽極リード部を有する固体電解コンデン
サにおいて、熱可塑性液晶ポリマーフィルムからなるワ
ッシャーを固体電解質ペレットに接するように陽極リー
ド部に挿入することが有用であることを見い出した。

【００１１】本発明に係るワッシャーは熱可塑性液晶ポ
リマーフィルムからなるので、コンデンサ製造工程にお
いて必要とされる耐薬品性、耐熱性に優れる。これとと
もに、ワッシャーの引張伸度を小さくしつつその厚みを
薄くでき、ワッシャー打ち抜き時にバリの発生を防止で
きることから、固体電解質がワッシャーを介して陽極リ
ード部へ這い上がる現象を防止することができる。この
結果、陽極リード部を短くできることに加えて、ワッシ
ャー自体の厚みを薄くできるので、固体電解コンデンサ
を小型化できる。

【００１２】本発明に使用される熱可塑性液晶ポリマー
フィルムの原料は特に限定されるものではないが、その
具体例として、以下に例示する（１）から（４）に分類
される化合物およびその誘導体から導かれる公知のサー
モトロピック液晶ポリエステルおよびサーモトロピック
液晶ポリエステルアミドを挙げることができる。但し、
光学的に異方性の溶融相を形成し得るポリマーを得るた
めには、各々の原料化合物の組み合わせには適当な範囲
があることは言うまでもない。

【００１３】（１）芳香族または脂肪族ジヒドロキシ化
合物（代表例は表１参照）

【００１４】

【表１】

【００１５】(２）芳香族または脂肪族ジカルボン酸
（代表例は表２参照）

【００１６】

【表２】

【００１７】（３）芳香族ヒドロキシカルボン酸（代表
例は表３参照）

【００１８】

【表３】

【００１９】（４）芳香族ジアミン、芳香族ヒドロキシ
アミンまたは芳香族アミノカルボン酸（代表例は表４参
照）

【００２０】

【表４】

【００２１】これらの原料化合物から得られる熱可塑性
液晶ポリマーの代表例として表５に示す構造単位を有す
る共重合体（ａ）〜（ｅ）を挙げることができる。

【００２２】

【表５】

【００２３】また、本発明に使用される熱可塑性液晶ポ
リマーとしては、コンデンサ製造工程における２００〜
２４０℃の加熱炉での焼結に耐え得る耐熱性を必要とし
ている観点から、２６０〜４００℃の範囲内、とりわけ
２８０〜３５０℃の範囲内に融点を有するものが好まし
い。

【００２４】本発明に使用される熱可塑性液晶ポリマー
フィルムは、熱可塑性液晶ポリマーを押出成形して得ら
れる。任意の押出成形法がこの目的のために適用される
が、周知のＴダイ製膜延伸法、ラミネート体延伸法、イ
ンフレーション法等が工業的に有利である。特にインフ
レーション法では、フィルムの機械軸方向（以下、ＭＤ
方向と略す）だけでなく、これと直交する方向（以下、
ＴＤ方向と略す）にも応力が加えられるため、ＭＤ方向
とＴＤ方向における機械的性質および熱的性質のバラン
スのとれたフィルムを得ることができる。

【００２５】本発明の熱可塑性液晶ポリマーフィルムの
適用分野によって、必要とされる分子配向度ＳＯＲは当
然異なるが、ＳＯＲ≧１．５０およびＳＯＲ≦０．６５
の場合は、熱可塑性液晶ポリマー分子の配向の偏りが著
しいためにフィルムが硬くなり、かつワッシャー打ち抜
き加工時にＭＤ方向に裂け易い。したがって、ＳＯＲは
０．８５から１．１５の範囲であることが好ましく、特
に加熱工程での反りを無くす必要がある用途分野の場合
には、ＳＯＲは０．９５から１．０５であることが望ま
しい。

【００２６】ここで、分子配向度：ＳＯＲ(Segment Ori
entation Ratio) とは、分子を構成するセグメントにつ
いての分子配向の度合いを与える指標をいい、従来のＭ
ＯＲ(Molecular Orientation Ratio) とは異なり、物体
の厚さを考慮した値である。この分子配向度ＳＯＲは、
以下のように算出される。

【００２７】まず、周知のマイクロ波分子配向度測定機
において、熱可塑性液晶ポリマーフィルムを、マイクロ
波の進行方向にフィルム面が垂直になるように、マイク
ロ波共振導波管中に挿入し、該フィルムを透過したマイ
クロ波の電場強度（マイクロ波透過強度）が測定され
る。そして、この測定値に基づいて、次式により、ｍ値
（屈折率と称する）が算出される。 ｍ＝（Ｚｏ／△ｚ）Ｘ［１−νmax ／νｏ］ ただし、Ｚｏは装置定数、△ｚは物体の平均厚、νmax
はマイクロ波の振動数を変化させたとき、最大のマイク
ロ波透過強度を与える振動数、νｏは平均厚ゼロのとき
（すなわち物体がないとき）の最大マイクロ波透過強度
を与える振動数である。

【００２８】次に、マイクロ波の振動方向に対する物体
の回転角が０°のとき、つまり、マイクロ波の振動方向
と、物体の分子が最もよく配向されている方向であっ
て、最小マイクロ波透過強度を与える方向とが合致して
いるときのｍ値をｍ0 、回転角が９０°のときのｍ値を
ｍ９０として、分子配向度ＳＯＲはｍ0 ／ｍ９０により
算出される。

【００２９】本発明において使用される熱可塑性液晶ポ
リマーフィルムの厚みは、陽極外部端子溶接部と固体電
解質ペレット間の距離（接続距離）を短縮するためには
できるだけ薄いことが望ましい。そのフィルムの膜厚
は、２０〜２００μｍの範囲内にあることが好ましく、
５０〜１５０μｍの範囲内にあることがより好ましい。
フィルムの膜厚が薄過ぎる場合には、フィルムの剛性や
強度が小さくなるため、陽極リード部に挿入する場合の
取扱いが難しく、固体電解質ペレットに接する部分の密
着ムラにより、もれ電流による不良を引き起こす場合が
ある。フィルムの膜厚が厚過ぎる場合には、本発明の目
的であるコンデンサの小型化が十分に達成されない。

【００３０】また、本発明に用いられる熱可塑性液晶ポ
リマーフィルムは、他の電気絶縁性材料、例えばガラス
布基材と複合して、複数種類の熱可塑性液晶ポリマー
や、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリアミ
ド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリ
イミド、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレ
ン、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレ
ン共重合体、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデ
ン、ポリ三フッ化塩化エチレン等と複合またはポリマー
アロイ化して用いることもできる。なお、原材料フィル
ムには、滑剤、酸化防止剤などの添加剤が配合されてい
てもよい。

【００３１】本発明においては、熱可塑性液晶ポリマー
フィルムは、ワッシャーに加工される。ワッシャーを製
造する方法としては、特に限定されるものではないが、
加工速度が早い点から、所定の形状の打ち抜き型を備え
たパンチング装置により、所定の厚みの熱可塑性液晶ポ
リマーフィルムを打ち抜く方法を採用するのが好まし
い。複雑な形状が必要な場合などに用いられる他の方法
としては、YAG レーザー、エキシマレーザーなどにより
所望の形状に加工する方法などが例示される。

【００３２】本発明において、上記のパンチング装置に
より、所定の厚みの熱可塑性液晶ポリマーフィルムを打
ち抜く方法においては、端面でのバリの発生を防止する
点でフィルムの引張伸度を小さくすることが望ましい。
熱可塑性液晶ポリマーフィルムの引張伸度は７０％以下
が好ましく、複雑な形状の加工においては３０％以下が
より好ましい。

【００３３】また、ワッシャー打ち抜き製造時のバリの
発生を抑制するためには、フィルムの層内剥離強度を大
きくすることが有効である。熱可塑性液晶ポリマーフィ
ルムの層内剥離強度は０．４Ｋｇ／ｃｍ以上が好まし
く、０．５Ｋｇ／ｃｍ以上がより好ましい。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
にしたがって説明する。図１は、本発明の一実施形態に
係る固体電解コンデンサを示す概念図である。固体電解
コンデンサ１は、コンデンサ素子（固体電解質ペレッ
ト）４に対して、陽極リード部３および導電性接着剤６
を介して陰極外部端子７が形成され、陽極リード部３の
外端に陽極外部端子５が接続されている。そして、熱可
塑性液晶ポリマーフィルムからなるワッシャー２が固体
電解質ペレット４に接するように陽極リード部３に挿入
されている。同図において、固体電解質ペレット４と陽
極外部端子５との距離（接続距離）をＬで示している。

【００３５】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるも
のではない。なお、以下の実施例において、熱可塑性液
晶ポリマーフィルムの融点、膜厚、引張伸度および層内
剥離強度の評価は以下の方法により行った。 （１）融点 示差走査熱量計を用いて、フィルムの熱挙動を観察して
得た。すなわち、供試フィルムを２０℃／分の速度で昇
温して完全に溶融させた後、溶融物を５０℃／分の速度
で５０℃まで急冷し、再び２０℃／分の速度で昇温した
時に現れる吸熱ピークの位置を、フィルムの融点として
記録した。 （２）膜厚 デジタル厚み計（株式会社ミツトヨ製）を用い、得られ
たフィルムをＴＤ方向に１ｃｍ間隔で測定し、中央部お
よび端部から任意に選んだ１０点の平均値を膜厚とし
た。 （３）引張伸度 得られたフィルムから試料を切り出し、引張試験機を用
いて、ＪＩＳ Ｃ２３１８に準じて測定した。 （４）層内剥離強度 供試フィルムの両面にアルミニウムシート補強粘着テー
プを貼付け、幅１ｃｍ、長さ１０ｃｍに切り出し、引張
強度測定機を用いて該補強粘着テープを引き剥がす方向
に力をかけ、熱可塑性液晶ポリマーの層内剥離を発生さ
せ、ＪＩＳ Ｃ６４７１に準じて９０°剥離試験に付し
て、層内剥離強度を測定した。

【００３６】〔参考例１〕ｐ−ヒドロキシ安息香酸と６
−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸の共重合物である熱可塑
性液晶ポリマーを単軸押出機を用いて２８０〜３００℃
で加熱混練し、直径４０ｍｍ、スリット間隔０．６ｍｍ
のインフレーションダイより押し出し、厚さ７５μｍ、
分子配向度ＳＯＲが１．０３のフィルムを得た。得られ
た熱可塑性液晶ポリマーフィルムの融点は２８０℃であ
った。該熱可塑性液晶ポリマーフィルムの引張伸度は９
％、層内剥離強度は０．５４Ｋｇ／ｃｍであった。この
熱可塑性液晶ポリマーフィルムをＡとする。

【００３７】〔参考例２〕厚さ５０μｍのステンレス箔
（圧延、最大粗さ１０μｍ）の粗面側にシリコン系ポリ
マー（ケムリースアジア製、４１Ｇ）を厚さ１．０μｍ
となるようにコートし、このコート面上に、参考例１の
熱可塑性液晶ポリマーフィルムＡを２８５℃で加熱圧着
して、金属箔／液晶ポリマーフィルムの構成の積層体を
作製した。ついで、この積層体を２９０℃の熱風乾燥機
中で１０分間吊り下げて溶融熱処理した。得られた積層
体を冷却した後、熱可塑性液晶ポリマーフィルムを剥離
して熱可塑性液晶ポリマーフィルムＢを得た。該熱可塑
性液晶ポリマーフィルムの分子配向度ＳＯＲは変化せ
ず、引張り伸度は２３％、層内剥離強度は１．２Ｋｇ／
ｃｍであった。

【００３８】〔実施例〕参考例１、参考例２の熱可塑性
液晶ポリマーフィルムおよび従来ワッシャーとして用い
られる４弗化エチレンフィルム（２５０μｍ厚）を用い
て、内径０．１９ｍｍ、外径０．５ｍｍのリング状のワ
ッシャーをパンチング装置で打ち抜いて製造した。それ
ぞれのワッシャーを使用し、固体電解質ペレットと陽極
外部端子との距離（接続距離）Ｌ（図１）を０．１ｍｍ
刻みで段階的変更して、コンデンサをそれぞれ２０個製
造した。漏れ電流不良率が３％以下となる時の接続距離
の短い方から、×、○、◎で表６に示した。４弗化エチ
レンフィルムでは、ワッシャー作製の際にバリが大き
く、這い上がり防止のために接続距離を長くする必要が
あったが、熱可塑性液晶ポリマーは接続距離を短くする
ことが可能であった。

【００３９】

【表６】

【００４０】参考例１および参考例２の熱可塑性液晶ポ
リマーフィルムから製造したワッシャーは、コンデンサ
製造工程中の固体電解質を形成する２２０℃の加熱炉で
の焼結工程において、陽極リード部とワッシャーの密着
が向上するので、陽極外部端子と陽極リード部を溶接す
る際の補強となり、取扱い性が容易であった。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、陽極リード部を有する
固体電解コンデンサにおいて、ワッシャーの端部でのバ
リの発生を抑制した構成を提供することによって、コン
デンサ素子の接続距離を短くして陽極外部端子と固体電
解質ペレットを近接化できるのでコンデンサの小型化が
達成される。加えて、固体電解質量を多くしても固体電
解質の陽極リード部への這い上がり現象を効果的に防止
できるので、同一規格サイズのコンデンサにおいてコン
デンサ素子内の固体電解質量を多くした大容量コンデン
サを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る固体電解コンデンサ
を示す概念図である。

【符号の説明】

１…固体電解コンデンサ、２…ワッシャー（熱可塑性液
晶ポリマーフィルム）、３…陽極リード部、４…固体電
解質ペレット。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体電解質ペレットから突出した陽極リ
   ード部を有する固体電解コンデンサにおいて、光学的異
   方性の溶融相を形成し得る熱可塑性ポリマーからなるフ
   ィルム（以下、これを熱可塑性液晶ポリマーフィルムと
   称する）からなるワッシャーを固体電解質ペレットに接
   するように陽極リード部に挿入していることを特徴とす
   る固体電解コンデンサ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記熱可塑性液晶ポリマーフィルムは、引張伸度が７０
   ％以下でかつ厚みが２００μｍ以下であることを特徴と
   する固体電解コンデンサ。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記熱可塑性液晶ポリマーフィルムは、層内剥離強度が
   ０．４ｋｇ／ｃｍ以上であることを特徴とする固体電解
   コンデンサ。