JP2000306782A - 固体電解コンデンサ用電極部材とこれを用いた固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産性が高く、高ＣＶ粉末を使用できる固体
電解コンデンサ用電極部材とこれを用いた固体電解コン
デンサを提供することを目的とする。 【解決手段】 弁作用金属粉末をバインダ及び溶剤に分
散してスラリー化し、これをタンタル箔２の少なくとも
片面に塗布した後、焼結して電極層１を形成したシート
状の電極部材と、このシート状の電極部材を２枚以上積
層した積層電極体を用いた固体電解コンデンサとするこ
とにより、大容量化を実現した固体電解コンデンサを高
生産効率で生産することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は弁作用金属を用いた
固体電解コンデンサ用電極部材とこれを用いた固体電解
コンデンサ及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電源回路の２次側やパーソナル
コンピュータのＣＰＵ周りなどに使用される電解コンデ
ンサは小型大容量化が強く望まれており、更に高周波に
対応した低ＥＳＲ（等価直列抵抗）化が要求されてい
る。

【０００３】図５はこの種の従来の固体電解コンデンサ
用の電極部材を示したものであり、従来の固体電解コン
デンサ用の電極部材は、タンタル、アルミニウム、チタ
ン、ニオブ等の弁作用を有する金属粉末を所定の形状に
成形すると共に、リード線７を埋設した構成としてい
る。このように成形された電極部材８を焼結した後、化
成を行うことにより誘電体酸化皮膜が形成され、この誘
電体酸化皮膜の上に固体電解質層および陰極層が形成さ
れる。そして、陽極であるリード線７に図示しない外部
陽極端子が接続されると共に上記陰極層に外部陰極端子
が接合された後、エポキシ系粉末樹脂などにて全体を覆
うようにモールド成形することにより固体電解コンデン
サが得られるものであった。

【０００４】また、生産性向上のための一つの提案とし
て、特開平８−３１６９６号公報では、成形体を個片か
らウエハ状にする方法が開示されており、更に最近では
低ＥＳＲ化のため、固体電解質として従来の二酸化マン
ガンより桁違いに電導度の高い機能性高分子を使用した
固体電解コンデンサが開発されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような固体電解コ
ンデンサを小型大容量化する取り組みとして、従来から
弁作用金属の高ＣＶ粉末の導入を図っておりこの高ＣＶ
粉末とは一次粒子の粒径を小さくして実効表面積を拡大
したものであり、単位体積当りの静電容量は増加する
が、成形焼結後に残る空孔が小さくなるため、酸化皮膜
形成後、固体電解質層を介して静電容量を取り出すと固
体電解質層の抵抗が大きくなり、原理上どうしてもＥＳ
Ｒが高くなる。又、固体電解質母液の含浸性が悪くなる
ため、電解液中での静電容量に対する固体電解質での静
電容量の比で表される容量引き出し率も低くなる傾向に
なるものであった。

【０００６】しかしながら、上記従来の陽極体が個片の
成形体である電極構造では、製造上生産性が悪く、製品
としては高ＣＶ粉末を使用した時の大容量化の効果が小
さく、低ＥＳＲ化も実現できないという課題があった。

【０００７】本発明はこのような従来の課題を解決する
もので、生産性が高い製造方法を提供し、更に高ＣＶ粉
末を使って大容量化し、かつ低ＥＳＲを実現することが
できる固体電解コンデンサ用電極部材とこれを用いた固
体電解コンデンサ及びその製造方法を提供することを目
的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、弁作用金属粉末をバインダおよび溶剤で分
散してスラリー化し、これを弁作用金属箔上に塗布後焼
結して固体電解コンデンサ用電極部材を作製し、この電
極部材を用いて固体電解コンデンサを構成したものであ
る。

【０００９】この本発明により、シート状の電極部材１
枚で複数の電極が面方向に得られ、多くの電極部材を容
易に製造することが可能となる。又、シート状の電極部
材は従来の成形体の電極部材と比較して厚みが薄いた
め、焼結後に残る空孔に形成される固体電解質の導電パ
スが短くでき、容量引き出し率を低下させずに高ＣＶ粉
末が使用可能なため、大容量化が実現できる。更に、こ
のシート状の電極部材を積層することにより固体電解コ
ンデンサのＥＳＲを大幅に低減することができ、大容量
化との両立が実現できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、弁作用金属箔製の陽極体と、この陽極体上に形成さ
れた弁作用金属粉末製の電極層からなる固体電解コンデ
ンサ用電極部材というもので、シート状の電極部材１枚
で複数の電極が面方向に得られ、厚みの薄い電極部材を
容易に多数製造することが可能という作用を有する。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、陽極体上の所定の位置に複数の電極層
が形成された構成としたものであり、生産性と歩留まり
を向上させることができるという作用を有する。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明において、陽極体上に形成された電極層
の厚みが３００μｍ以下である構成としたものであり、
弁作用金属によって形成される電極層の厚みを、従来の
個片での乾式プレス成形法では成形が困難な３００μｍ
以下に制御可能であるため、高ＣＶ粉末を焼結した後に
残る空孔に形成される固体電解質の導電パスが短くで
き、容量引き出し率を向上させることができるため、体
積当りの大容量化が実現できるという作用を有する。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の
いずれか一つに記載の発明において、弁作用金属箔とし
てタンタル箔を、弁作用金属粉末として一次粒子の平均
粒子径が０．３μｍ以下の高ＣＶのタンタル粉末を用い
た構成としたものであり、電子機器に広く使用されてい
るタンタル固体電解コンデンサ用の電極体として電極層
厚みを薄くすることが可能なため、大容量化が実現でき
るという作用を有する。

【００１４】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の
いずれか一つに記載の固体電解コンデンサ用電極部材の
電極層上に、誘電体酸化皮膜層、固体電解質層、陰極層
を順次積層状態で形成してなる固体電解コンデンサとい
うもので、従来の成形体と比較して厚みを薄くすること
が可能で、焼結後に残る空孔に形成される固体電解質の
導電パスが短くでき、体積当りの大容量化が実現できる
という作用を有する。

【００１５】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
の発明において、固体電解質層が二酸化マンガンまたは
機能性高分子材料である構成としたもので、より高性能
の固体電解コンデンサを得ることができるという作用を
有する。

【００１６】請求項７に記載の発明は、請求項５または
６に記載の固体電解コンデンサを２個以上積層して用い
た構成の固体電解コンデンサというものであり、陽極ど
うし、陰極どうしを接続して並列接続することで電極の
抵抗が並列になり、コンデンサのＥＳＲを積層枚数分の
１に低減することができ、同時に静電容量は積層枚数の
和が成り立ち、大容量化が実現できるという作用を有す
る。

【００１７】請求項８に記載の発明は、弁作用金属粉末
をバインダ及び溶剤に分散してスラリー化し、これを弁
作用金属箔の少なくとも片面に塗布して焼結することに
より電極層を形成するようにした固体電解コンデンサ用
電極部材の製造方法というものであり、簡単な方法で厚
みの薄い電極体を容易に製造することができるという作
用を有する。

【００１８】請求項９に記載の発明は、請求項８に記載
の発明において、弁作用金属箔上の所定の位置に複数の
電極層を同時に形成するようにしたもので、生産性と歩
留まりを向上させることができるという作用を有する。

【００１９】請求項１０に記載の発明は、弁作用金属箔
上に形成された弁作用金属粉末製の電極層の周縁の三辺
を弁作用金属箔と共に打ち抜き、残り一辺を耐熱性のテ
ープでマスキングした後、陽極酸化を行って誘電体酸化
皮膜層を形成し、続いてこの誘電体酸化皮膜層上に固体
電解質層、陰極層を順次積層形成した後、上記耐熱性の
テープを剥離するようにした固体電解コンデンサの製造
方法というものであり、電極層の周縁の三辺を打ち抜く
ことにより電極端面部も陽極酸化されて漏れ電流が低減
でき、また残り一辺はマスキングすることによりその部
分の弁作用金属箔を陽極として使用でき、又、焼結体が
個片でないために化成や固体電解質形成の際にも生産性
を向上させることができるという作用を有する。

【００２０】以下、本発明の一実施の形態について、弁
作用金属としてタンタルを用いた固体電解コンデンサに
ついて図面を用いて説明する。

【００２１】図１は本実施の形態における固体電解コン
デンサ用電極部材を示した平面図であり、タンタル箔２
に、タンタル粉末をスラリー化して所望の製品サイズに
合わせて塗布印刷後、焼結して電極層１を形成したもの
である。

【００２２】このように構成された固体電解コンデンサ
用電極部材は、シート形状のために、複数の電極が面方
向に得られ、厚みの薄い電極部材を容易に多数製造可能
で、高ＣＶ粉末が使用可能になるとともに、焼結、化成
及び固体電解質形成時の生産性を高くすることができ
る。

【００２３】図２は上記図１の固体電解コンデンサ用電
極部材を用いた固体電解コンデンサを示した平面図であ
り、各電極層１の周縁の三辺に打ち抜き部３を設け、残
りの一辺に陽極リードのためのマスク４を施した後、陽
極酸化し、固体電解質層及び陰極層を形成することによ
り構成されている。

【００２４】従って、シート状の電極部材方式で課題に
なる各電極層の端面処理が表面と同様に可能となり、陽
極酸化より後で切断する場合に比べ漏れ電流等の特性も
格段に向上する。

【００２５】図３は上記図２の固体電解コンデンサを積
層したもので、図２の陰極形成後の電極体で陽極リード
部のマスクを除去してタンタル箔に戻してから電極部材
を積層して陽極部を接続後、積層電極体個片に分離し、
レーザ溶接などでタンタル箔２を陽極端子５に接続し、
陰極形成後の電極層１を陰極端子６に接続して固体電解
コンデンサの素子を形成したものであり、この素子を樹
脂でモールド（図示せず）することによりタンタル固体
電解コンデンサが得られるものである。

【００２６】従って、この積層電極体を使用することに
より電極の抵抗が並列になり、コンデンサのＥＳＲを積
層枚数分の１に低減することができ、同時に静電容量は
積層枚数の和が成り立ち、大容量化が実現できるもので
ある。

【００２７】図４は電極層１の厚みとタンタル粉末の一
次粒子の平均粒子径により容量引き出し率がどのように
変化するかを表したもので、粒子径が小さく、電極層厚
みが厚いほど容量引き出し率が小さくなる傾向になる。
例えば平均粒子径が０．２μｍで公称１５万ＣＶの超高
ＣＶ粉末では容量引き出し率を９０％以上にするには電
極層厚みを３００μｍ以下にする必要がある。又、平均
粒子径が０．３μｍで公称８万ＣＶ粉末でも、個片の成
形体厚みである１４００μｍでは容量引き出し率が８０
％以下に低下しており、電極体での容量達成率向上効果
が期待できるものである。

【００２８】次に、固体電解コンデンサの実施の形態を
具体例で説明するが、この具体例においては弁作用金属
としてタンタルを用い、使用するタンタル粉末の粒子径
と電極層の厚み及び積層枚数によって固体電解コンデン
サの静電容量及びＥＳＲの変化を調べるため、以下に示
す実施例１〜６及び比較例１〜３を実施した。

【００２９】（実施例１）平均粒子径０．５μｍの公称
４万ＣＶのタンタル粉末を用い、これをアクリル系バイ
ンダ及び溶剤と共に混合してスラリーを作成した。次
に、４ｍｍ×３ｍｍの電極層面積の孔を複数配列した厚
み３００μｍのマスクを厚み２５μｍのタンタル箔上に
載せ、上記スラリーを塗布印刷して電極部材を作成し
た。この電極部材を約１２０℃で乾燥して溶剤を除去
し、約５００℃で脱バインダー後約１３００℃で真空焼
結した。この電極部材の各電極層の周縁の三辺を打ち抜
き、残りの一辺のタンタル箔部分を耐熱テープでマスク
した。次に、リン酸水溶液中で１５Ｖの陽極酸化を実施
して誘電体酸化皮膜層を形成し、続いて硝酸マンガン溶
液に浸漬後約２５０℃で熱分解を実施して二酸化マンガ
ンの固体電解質層を形成し、この固体電解質層上にカー
ボンを塗布して銀陰極層を形成した。続いて上記マスク
を除去後、この電極部材を４枚積層し、陽極側のタンタ
ル箔をレーザ溶接にて接続して個片に分離した後、陽極
のタンタル箔を陽極端子に、銀陰極層を陰極端子に接続
し、エポキシ樹脂にてモールド後、エージングして固体
電解コンデンサとした。また、この固体電解コンデンサ
の１２０Ｈｚにおける静電容量と１００ＫＨｚにおける
ＥＳＲを測定した。さらに容量引き出し率を計算で求
め、得られた結果を合わせて（表１）に示す。

【００３０】（実施例２，３）タンタル粉末の１次粒子
の平均粒子径を変化させると共に電極層厚みを変化さ
せ、それ以外は上記実施例１と同様に作製した。得られ
た結果を（表１）に示す。

【００３１】（実施例４〜６）タンタル粉末の１次粒子
の平均粒子径を変化させると共に電極厚みを変化させ、
また固体電解質の形成として、ピロールモノマー液に浸
漬し酸化剤で酸化させ化学重合にてポリピロールを作成
した。それ以外は上記実施例１と同様にした。

【００３２】（比較例１）平均粒子径０．５μｍの公称
４万ＣＶのタンタル粉末を用い、成形体寸法が４．０ｍ
ｍ×３．０ｍｍ×１．４ｍｍでリード線を埋設した個片
に成形した。次に、上記実施例と同様に真空焼結し、リ
ン酸水溶液中で１５Ｖの陽極酸化を行った後、硝酸マン
ガン溶液中で熱分解を実施して二酸化マンガンの固体電
解質層を形成し、この固体電解質層上にカーボンを塗布
して銀陰極層を形成した。続いて上記リード線を陽極端
子に、銀陰極層を陰極端子に接続し、エポキシ樹脂にて
モールド後、エージングして固体電解コンデンサとし
た。また、この固体電解コンデンサの１２０Ｈｚにおけ
る静電容量と１００ＫＨｚにおけるＥＳＲを測定した。
さらに容量引き出し率を計算で求め、得られた結果を合
わせて（表１）に示す。

【００３３】（比較例２）固体電解質としてポリピロー
ルを用い、それ以外は上記比較例１と同様にした。得ら
れた結果を（表１）に示す。

【００３４】（比較例３）タンタル粉末の１次粒子の平
均粒子径を０．１μｍとし、それ以外は上記比較例１と
同様にした。得られた結果を（表１）に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】（表１）から明らかなように、実施例と比
較例を比較すると明らかにシート状の電極部材としたこ
とにより容量引き出し率が向上し、電極の積層化による
ＥＳＲの低減効果が見られる。又、実施例１、３と比較
例１、３を比較すると、平均粒子径の大きい低ＣＶ粉末
では電極部材を積層するとタンタル箔を使用するために
体積ロスが生じて静電容量はかえって低くなるが、平均
粒子径の小さい高ＣＶ粉末では容量引き出し率が向上す
るため、積層構造の方が大容量化できることがわかる。

【００３７】また、固体電解質をピロールにすると電導
度が高いためにＥＳＲは下がるが、化学重合する際の酸
化剤の拡散距離が長いと重合が難しくなり、容量引き出
し率が低下する。また、実施例４と比較例２を比べる
と、シート状の電極部材とすることで容量引き出し率が
向上し、この効果は二酸化マンガンより大きいことがわ
かる。

【００３８】また、実施例３、６と比較例１、２を比べ
ると、電極素子の体積は現行とほぼ同等で、静電容量を
約２．５倍に、ＥＳＲを約１５％に低減できることがわ
かる。

【００３９】なお、本実施の形態ではコンデンサ内の素
子の収納体積を現行と同等にて比較したが、シート状と
した電極部材ではリード線が必要でなく、タンタル箔に
よる面での接続が可能なため、さらに収納体積を増加さ
せることができ、更なる大容量化が期待できるものであ
る。

【００４０】

【発明の効果】以上のように本発明は、シート状の電極
部材１枚で複数の電極が面方向に得られ、多くの電極部
材が容易に製造可能となり、生産性が向上する。

【００４１】又、上記シート状の電極部材は従来の成形
体と比較して厚みが薄くできるため、焼結後に残る空孔
に形成される固体電解質の導電パスが短くでき、容量引
き出し率を低下させずに高ＣＶ粉末が使用可能なため、
大容量化が実現できる。

【００４２】更に、このシート状の電極部材を積層した
積層電極体を使用することにより、固体電解コンデンサ
のＥＳＲを大幅に低減でき、固体電解コンデンサとして
の大容量化との両立ができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による固体電解コンデン
サ用電極部材を示す平面図

【図２】図１の固体電解コンデンサ用電極部材を用いた
固体電解コンデンサを示す平面図

【図３】図２の固体電解コンデンサを複数積層した固体
電解コンデンサを示す斜視図

【図４】電極層厚みと平均粒子径と容量引き出し率との
関係を示す特性図

【図５】従来の固体電解コンデンサ用電極体を示す斜視
図

【符号の説明】

１ 電極層 ２ タンタル箔 ３ 打ち抜き部 ４ マスク ５ 陽極端子 ６ 陰極端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｇ 9/04 Ｈ０１Ｇ 9/05 Ｌ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁作用金属箔製の陽極体と、この陽極体
   上に形成された弁作用金属粉末製の電極層からなる固体
   電解コンデンサ用電極部材。
2. 【請求項２】 陽極体上の所定の位置に複数の電極層が
   形成された請求項１に記載の固体電解コンデンサ用電極
   部材。
3. 【請求項３】 陽極体上に形成された電極層の厚みが３
   ００μｍ以下である請求項１または２に記載の固体電解
   コンデンサ用電極部材。
4. 【請求項４】 弁作用金属箔としてタンタル箔を、弁作
   用金属粉末として一次粒子の平均粒子径が０．３μｍ以
   下の高ＣＶのタンタル粉末を用いた請求項１〜３のいず
   れか一つに記載の固体電解コンデンサ用電極部材。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか一つに記載の固
   体電解コンデンサ用電極部材の電極層上に、誘電体酸化
   皮膜層、固体電解質層、陰極層を順次積層状態で形成し
   てなる固体電解コンデンサ。
6. 【請求項６】 固体電解質層が二酸化マンガンまたは機
   能性高分子材料である請求項５に記載の固体電解コンデ
   ンサ。
7. 【請求項７】 請求項５または６に記載の固体電解コン
   デンサを２個以上積層して用いた固体電解コンデンサ。
8. 【請求項８】 弁作用金属粉末をバインダ及び溶剤に分
   散してスラリー化し、これを弁作用金属箔の少なくとも
   片面に塗布して焼結することにより電極層を形成するよ
   うにした固体電解コンデンサ用電極部材の製造方法。
9. 【請求項９】 弁作用金属箔上の所定の位置に複数の電
   極層を同時に形成するようにした請求項８に記載の固体
   電解コンデンサ用電極部材の製造方法。
10. 【請求項１０】 弁作用金属箔上に形成された弁作用金
    属粉末製の電極層の周縁の三辺を弁作用金属箔と共に打
    ち抜き、残り一辺を耐熱性のテープでマスキングした
    後、陽極酸化を行って誘電体酸化皮膜層を形成し、続い
    てこの誘電体酸化皮膜層上に固体電解質層、陰極層を順
    次積層形成した後、上記耐熱性のテープを剥離するよう
    にした固体電解コンデンサの製造方法。