JP2001126959A - 固体電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

固体電解コンデンサおよびその製造方法

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JP2001126959A JP30927999A JP30927999A JP2001126959A JP 2001126959 A JP2001126959 A JP 2001126959A JP 30927999 A JP30927999 A JP 30927999A JP 30927999 A JP30927999 A JP 30927999A JP 2001126959 A JP2001126959 A JP 2001126959A
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Hideo Hashimoto
英雄 橋本
Chiharu Hayashi
千春 林
Yoshiki Hashimoto
芳樹 橋本
Mikiya Shimada
幹也 嶋田
Emiko Igaki
恵美子 井垣
Masakazu Tanahashi
正和 棚橋
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板実装時の気体体積膨張ストレスによる外
装樹脂クラックやコンデンサ素子の電気特性の劣化を抑
制した信頼性の高い固体電解コンデンサを提供する。 【解決手段】 陽極導出部を具備し、かつ弁作用金属か
らなる多孔質体の表面に誘電体酸化皮膜、固体電解質
層、陰極導電体層を順次積層して構成したコンデンサ素
子と、このコンデンサ素子を被覆する外装樹脂からなる
ディップまたはトランスファーモールド成形固体電解コ
ンデンサにおいて、コンデンサ素子1内に存在する気体
が行き来することができる空隙を有した空隙保持体2を
固体電解コンデンサ内部に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解コンデン
サおよびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】固体電解コンデンサにおいては、コンデ
ンサ容量を大きくするために、陽極としてエッチングし
て粗面化したアルミニウムや微細粒子をプレス成形後に
粒子接点を軽く焼結させたタンタルなどの細孔からなる
弁作用金属を用いている。このような手段で体積当たり
の表面積を向上させた弁作用金属上に、陽極酸化による
誘電体酸化皮膜を形成する。さらに、誘電体酸化皮膜層
上に二酸化マンガンあるいは導電性高分子を固体電解質
として形成し、銀ペースト等の陰極導電体層で陰極の引
出しを行っている。ここまでの構成状態をコンデンサ素
子と称する。
【0003】このコンデンサ素子を実装部品とするため
に、外部電極引出し用のコムに陽極側は陽極導出部を溶
接し、陰極側は陰極導電体層を銀接着剤で接合する。そ
の後、一般的には成形金型を用いてエポキシ系の外装樹
脂をトランスファーモールド成形する。
【0004】このような構成の中で、従来はコンデンサ
の容量を高めるために、特開平5−226195号公報
に開示されているように、外装樹脂の肉厚を薄くするな
どデッドスペースを少なくすることでコンデンサ素子の
比率を高める取り組みがなされている。また、弁作用金
属の細孔内部から効率よく容量を引き出すことを目的と
して、特開平9−213576号公報および特開平7−
45481号公報に開示されているように、細孔内部に
できるだけ固体電解質を充填して容量引出し抵抗を減少
する取り組みがなされている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
取り組みの結果、固体電解コンデンサ内部の空隙は僅か
な率になっており、固体電解コンデンサを基板に実装す
る際の熱により生じるコンデンサ素子内部の固体電解質
の吸湿水が急激に気化した体積膨張ストレスを緩和する
ことができず、外装樹脂にクラックを生じさせる問題点
を有していた。また、この体積膨張ストレスは固体電解
質と陰極導電体層界面の剥離や、誘電体酸化皮膜に欠陥
を生じさせる問題点も同時に有していた。これらの問題
は、固体電解コンデンサの抵抗特性や漏れ電流特性など
の信頼性を損なう物である。
【0006】更には、固体電解質に導電性高分子を用い
た固体電解コンデンサは低抵抗であることを特徴とする
製品であるが、外装樹脂にクラックが生じた場合にはコ
ンデンサ素子中の導電性高分子が外部の空気中の酸素と
反応して、抵抗特性が劣化する性質を有している。この
ように、導電性高分子を用いた場合には、本課題はさら
に重要なこととなる。
【0007】そこで、本発明は基板実装する際の熱によ
る水の気化体積膨張ストレスを緩和することで、外装樹
脂クラックやコンデンサ素子の電気的特性の劣化を抑制
して、信頼性の高い固体電解コンデンサを提供すること
を目的とした。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明は、陽極導出部を具備し、かつ弁作用金属から
なる多孔質体の表面に誘電体酸化皮膜、固体電解質層、
陰極導電体層を順次積層して構成したコンデンサ素子
と、このコンデンサ素子を被覆する外装樹脂からなるデ
ィップまたはトランスファーモールド成形固体電解コン
デンサにおいて、コンデンサ素子内に存在する気体が行
き来することができる空隙を有した空隙保持体を固体電
解コンデンサ内部に設けたことを特徴とするものであ
る。
【0009】コンデンサ素子内部の気体が行き来する空
隙を新たに設けることにより、基板実装する際の熱によ
り固体電解質の吸湿水が急激に気化した場合でも、空隙
が緩衝室の機能を果たして内部圧力の上昇を緩和する。
これにより、外装樹脂のクラックや固体電解質と陰極導
電体層接合界面での剥離、誘電体層皮膜の欠陥発生を抑
制し、信頼性の高い固体電解コンデンサを得ることがで
きる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。
【0011】本発明に使用する弁作用金属はエッチング
や粉末焼結により多数の細孔を持つことで表面積を高め
たアルミニウムやタンタルが好ましい。以下の説明では
タンタルを用いた例を示すが、本発明はこれに限定され
るものではない。
【0012】図1は本発明に用いる固体電解コンデンサ
100の一例を示す図であり、図2は図1のコンデンサ
素子1の内部細孔構造を拡大して示した図である。これ
らの図に基づいて本発明の説明を行う。
【0013】弁作用金属にタンタルを使用した場合、タ
ンタル粒子を焼結した多孔質体11に陽極酸化で誘電体
酸化皮膜12を形成する。この状態で多孔質体11中の
空隙率は多孔質体11のみかけ体積に対して、多孔質体
11形成時のプレス密度にもよるが一般的には61%〜
67%の範囲内に設計される。この誘電体酸化皮膜12
で形成された細孔に固体電解質層13を充填すること
で、コンデンサ容量を引き出すことができる。固体電解
質層13の充填方法は多々あるが、一般的に二酸化マン
ガンの場合は硝酸マンガン溶液に多孔質体11を浸漬す
ることで細孔に液を含浸させ、液から引き上げた後に熱
分解により二酸化マンガンを形成する。これを複数回、
繰り返すことで細孔内に二酸化マンガンを充填してい
く。また、導電性高分子を固体電解質層13に用いる場
合も、導電性高分子溶液を多孔質体11に含浸させて化
学重合もしくは電解重合を行うが、この際も重合反応を
繰り返すことで細孔内に導電性高分子を充填していくこ
とに変わりはない。いずれの固体電解質層13を形成す
るにせよ、コンデンサ容量を固体電解質層13で効率よ
く取り出すためには細孔内部への充填率を高めていく必
要があった。
【0014】コンデンサ素子1中の空隙の体積がコンデ
ンサ素子全体積に占める率を測定した例を示す。測定に
際してはコンデンサ素子1の外周部に形成された素子外
周電解質層5等をカッターナイフで軽く落とした後に体
積を測定すると共に、水銀ポロシメーターで空隙体積を
測定した。固体電解質層13に二酸化マンガンないしは
導電性高分子を用いた従来技術によるコンデンサ素子を
測定した結果、コンデンサ素子中の空隙の体積がコンデ
ンサ素子全体積に占める率は10%〜15%の範疇にあ
ることが判った。
【0015】空隙保持体2としては、なるべく空隙率が
高い多孔質体もしくは中空体で形成されていて、かつ外
装樹脂3を形成する際の圧力に耐えうる機械的強度を満
足するものならば、材質はタンタル等の金属であれ、ア
ルミナ,シリカに代表される無機材であれ、有機物であ
れ、特に限定するものではない。しかしながら、外装樹
脂3が外装形成時の圧力で空隙保持体2の内部に侵入し
ないようにするには、外装樹脂3中に配合されているフ
ィラーの粒子径や成形時の圧力にもよるが、空隙保持体
2の表面細孔の径は1μm以下であることが好ましい。
また、空隙保持体2の内部細孔径が毛細管現象による水
の吸収を生じないようにするには、細孔径は0.03μ
m以上であることが望ましい。あるいは空隙保持体2中
の細孔表面に撥水処理を施しておくことが望ましい。こ
れにより、表面の細孔径が10μm以上であっても外装
樹脂が細孔内部に侵入することなく、しかも微細細孔部
においても毛管凝集による水の取り込みがない空隙保持
体2を得ることができる。撥水処理の種類としては、シ
ラン系カップリング剤等を表面に処理する方法が好まし
く利用できるが、フッ素修飾されたシラン系のカップリ
ング剤がさらに好ましく用いられる。本例では、粒子径
1μmのシリカ粒子を空隙率80%に焼結した空隙保持
体2を作成して用いた。しかしながら、上記条件を満足
する空隙保持体2ならば、本発明はなんら本例に限定さ
れるものではない。
【0016】この空隙保持体2を用いて固体電解コンデ
ンサに組み上げるには、固体電解質層13を細孔に充填
して素子外周電解質層5まで形成し、更に銀ペーストに
浸漬塗布することで陰極導電体層6を形成したコンデン
サ素子1を準備する。このコンデンサ素子1の陽極導出
部4の周辺に空隙保持体2を配置する場合、予め中心部
に貫通孔を形成した空隙保持体2を用いて陽極導出部4
に貫通する様にして位置を固定することができる。コン
デンサ素子1の陽極導出部4が埴立する面は陰極導電体
層6が塗布されていない面なので、コンデンサ素子内部
の気体の移動が容易であり、かつ外装樹脂3を被覆した
場合に構造上のデッドスペースとなっている個所であ
り、更には接着剤等を用いることなく空隙保持体2をコ
ンデンサ素子1に固定することができるなどの利点が多
い配置個所である。また、陽極導出部4を空隙保持体2
が保持する形状となるため、組立時の機械的ストレスが
集中する陽極導出部4の根元部の誘電体酸化皮膜の保護
材としての作用も期待できる。このようにしてコンデン
サ素子1内部と空隙保持体2の間で気体が行き来できる
状態に連結した後に、空隙保持体2から突出した陽極導
出部4を陽極側コム7に溶接等で固定すると共に、コン
デンサ素子1の陰極導電体層6と陰極側コム8を導電性
接着剤9で固定する。これをトランスファーモールド成
形で外装樹脂3を被覆して固体電解コンデンサ100と
するが、ディップで外装樹脂3を被覆する場合には、陽
極側コム7と陰極側コム8の代わりに各々リード電極を
接合するのが異なるだけで、本発明に係わる内容は同一
のものである。
【0017】また、固体電解コンデンサ100の組み上
げの本例では、空隙保持体2を陽極導出部4に貫通して
配置する方法を示したが、陽極導出部4が埴立する反対
のコンデンサ素子1面に接着剤を用いて配置した場合で
も、なんら効果が損なわれるものではない。
【0018】(実施例1)コンデンサ素子中の空隙体積
がコンデンサ素子全体積の12%を占めるコンデンサ素
子を用いて、このコンデンサ素子の全体積の12%に相
当する空隙体積を持つ空隙保持体を陽極導出部に貫通す
る様に配置することで、気体の動き得る空隙体積を倍増
した固体電解コンデンサを作製した。この時用いた空隙
保持体は、上述したシリカ焼結体である。
【0019】(実施例2)コンデンサ素子中の空隙体積
がコンデンサ素子全体積の12%を占めるコンデンサ素
子を用いて、このコンデンサ素子の全体積の12%に相
当する空隙体積を持つ空隙保持体を陽極導出部が埴立す
る反対面に接する形で、陰極コム上に接着剤で固定し
た。このことにより、気体の動き得る空隙体積を倍増し
た固体電解コンデンサを作製した。この時用いた空隙保
持体は、上述したシリカ焼結体である。
【0020】(従来例1)コンデンサ素子中の空隙体積
がコンデンサ素子全体積の12%を占めるコンデンサ素
子をそのまま用いた。
【0021】実施例1、実施例2、従来例1で作製した
コンデンサ素子をエポキシ系外装樹脂でトランスファー
モールド成形して固体電解コンデンサを作製した。これ
を30℃、85%RH環境下で2週間保管した後に、ピ
ーク温度230℃で10秒のリフロー炉を通過させた。
リフロー処理後のコンデンサを外装樹脂クラック、抵抗
特性変動、漏れ電流特性変動検査した。外装樹脂クラッ
クの検査は、低沸点フッ素系オイル中で煮沸後冷却し、
次に高沸点系フッ素オイル中で温度を上げた際にコンデ
ンサ外装樹脂から低沸点フッ素系オイルの気泡が発生す
るか否かで判別した。また抵抗特性、漏れ電流特性は変
動率が30%を越えるものを不良と判別した。
【0022】サンプル数は、それぞれの条件に対して5
0個ずつ行った。検査による不良発生率を(表1)に示
す。
【0023】
【表1】
【0024】(表1)から分かるように、従来例1におい
ては、不良発生率が高いのに対して、実施例1、実施例
2では信頼性が向上していることが確認された。
【0025】実施例2の場合は空隙保持体の配置場所を
確保するために容量が2割程度減少するが、実施例1で
は従来、陽極導出部の補強材が存在していた部位に代わ
りに配置することができるので、容量を損なわずに目的
を達成することができる。
【0026】電解質に導電性高分子を用いた場合は、外
装樹脂クラックからの外気侵入により導電性高分子の酸
化劣化が生じて抵抗特性の劣化が著しいものとなるの
で、本発明の効果は更に重要となる。
【0027】本実施例では空隙保持体中の気体とコンデ
ンサ素子内部に存在する気体とが、同じ体積を有する場
合について記したが、空隙保持体中の気体がそれ以上で
あれば、その効果が確認できた。しかし、空隙保持体中
の気体がコンデンサ素子内部の気体体積より少ない場
合、例えば半分の場合には、多少の効果は認められた
が、顕著な効果が確認できなかった。
【0028】
【発明の効果】以上のように、本発明の固体電解コンデ
ンサはコンデンサ素子内部の気体が行き来できる空隙を
有した空隙保持体を固体電解コンデンサ内部に設けるこ
とにより、基板実装時の熱によるコンデンサ素子内部の
気体膨張の緩衝室となり、ストレスを緩和することで、
外装樹脂のクラックや陰極導電体層界面の剥離による抵
抗特性変動や誘電体酸化皮膜の欠陥による漏れ電流特性
劣化などを抑制し、信頼性の高い固体電解コンデンサを
得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における固体電解コンデンサ
の断面図
【図2】本発明の一実施例における固体電解コンデンサ
のコンデンサ素子内部の細孔構造断面図
【符号の説明】
1 コンデンサ素子 2 空隙保持体 3 外装樹脂 4 陽極導出部 5 素子外周電解質層 6 陰極導電体層 7 陽極側コム 8 陰極側コム 9 導電性接着剤 11 多孔質体 12 誘電体酸化皮膜 13 電解質層 100 固体電解コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── 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 9/08 H01G 9/04 313 9/00 9/05 K // C09K 3/18 104 9/24 C (72)発明者 橋本 芳樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 嶋田 幹也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 井垣 恵美子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 棚橋 正和 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 4H020 BA32 BA36

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 陽極導出部を具備し、かつ弁作用金属か
    らなる多孔質体の表面に誘電体酸化皮膜、固体電解質
    層、陰極導電体層を順次積層して構成したコンデンサ素
    子と、このコンデンサ素子を被覆する外装樹脂からなる
    ディップまたはトランスファーモールド成形固体電解コ
    ンデンサにおいて、コンデンサ素子内に存在する気体が
    行き来することができる空隙を有した空隙保持体を固体
    電解コンデンサ内部に設けたことを特徴とする固体電解
    コンデンサ。
  2. 【請求項2】 上記空隙保持体の空隙体積が、コンデン
    サ素子内に残存する空隙体積以上を有することを特徴と
    する請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
  3. 【請求項3】 上記空隙保持体表面に撥水剤をコートし
    たことを特徴とする請求項1に記載の固体電解コンデン
    サ。
  4. 【請求項4】 上記固体電解質層に導電性高分子を用い
    た請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
  5. 【請求項5】 上記空隙保持体を、樹脂外装形成時の圧
    力に耐えうる強度の多孔質体もしくは中空体で形成し、
    その空隙保持体を陽極導出部周辺に配置するのか、もし
    くはコンデンサ素子陽極導出部の反対面に配置すること
    で、コンデンサ素子内の気体を行き来することができる
    ようにしたことを特徴とする請求項1に記載の固体電解
    コンデンサ。
  6. 【請求項6】 陽極導出部を具備し、かつ弁作用金属か
    らなる多孔質体の表面に誘電体酸化皮膜、固体電解質
    層、陰極導電体層を順次積層して構成したコンデンサ素
    子に、樹脂外装形成時の圧力に耐えうる強度の多孔質体
    もしくは中空体で形成した空隙保持体を、コンデンサ素
    子内に存在する気体が行き来できるように陽極導出部周
    辺ないしはコンデンサ素子陽極導出部反対面周辺に配置
    した後で、このコンデンサ素子と空隙保持体の表面をデ
    ィップまたはトランスファーモールド成形により外装樹
    脂で被覆することを特徴とする固体電解コンデンサの製
    造方法。
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