JP2003289019A - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

固体電解コンデンサの製造方法

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JP2003289019A
JP2003289019A JP2002092535A JP2002092535A JP2003289019A JP 2003289019 A JP2003289019 A JP 2003289019A JP 2002092535 A JP2002092535 A JP 2002092535A JP 2002092535 A JP2002092535 A JP 2002092535A JP 2003289019 A JP2003289019 A JP 2003289019A
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Katsumi Abe
克己 阿部
Hisaki Wakabayashi
寿樹 若林
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温リフロー後の耐電圧の低下を防止するこ
とができる固体電解コンデンサの製造方法を提供する。 【解決手段】 表面に酸化皮膜層が形成された陽極箔と
陰極箔をセパレータを介して巻回して、コンデンサ素子
を形成し、このコンデンサ素子に修復化成を施す。続い
て、このコンデンサ素子を重合性モノマーと酸化剤と所
定の溶媒とを混合して調製した混合液に浸漬し、コンデ
ンサ素子内で導電性ポリマーの重合反応を発生させ、固
体電解質層を形成する。そして、このコンデンサ素子を
外装ケースに挿入し、開口端部に封口ゴムを装着して、
加締め加工によって封止した後、エージング電圧を定格
電圧の1.4〜1.6倍とし、エージング温度を100
〜170℃としてエージングを行い、固体電解コンデン
サを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解コンデン
サの製造方法に係り、特に、高耐電圧が要求される固体
電解コンデンサにおける高温リフロー後の耐電圧の低下
を防止することができる固体電解コンデンサの製造方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】タンタルあるいはアルミニウム等のよう
な弁作用を有する金属を利用した電解コンデンサは、陽
極側対向電極としての弁作用金属を焼結体あるいはエッ
チング箔等の形状にして誘電体を拡面化することによ
り、小型で大きな容量を得ることができることから、広
く一般に用いられている。特に、電解質に固体電解質を
用いた固体電解コンデンサは、小型、大容量、低等価直
列抵抗であることに加えて、チップ化しやすく、表面実
装に適している等の特質を備えていることから、電子機
器の小型化、高機能化、低コスト化に欠かせないものと
なっている。
【0003】この種の固体電解コンデンサにおいて、小
型、大容量用途としては、一般に、アルミニウム等の弁
作用金属からなる陽極箔と陰極箔をセパレータを介在さ
せて巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ
素子に駆動用電解液を含浸し、アルミニウム等の金属製
ケースや合成樹脂製のケースにコンデンサ素子を収納
し、密閉した構造を有している。なお、陽極材料として
は、アルミニウムを初めとしてタンタル、ニオブ、チタ
ン等が使用され、陰極材料には、陽極材料と同種の金属
が用いられる。
【0004】また、固体電解コンデンサに用いられる固
体電解質としては、二酸化マンガンや7、7、8、8−
テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体が知られて
いるが、近年、反応速度が緩やかで、かつ陽極電極の酸
化皮膜層との密着性に優れたポリエチレンジオキシチオ
フェン(以下、PEDTと記す)等の導電性ポリマーに
着目した技術(特開平2−15611号公報等)が存在
している。
【0005】このような巻回型のコンデンサ素子にPE
DT等の導電性ポリマーからなる固体電解質層を形成す
るタイプの固体電解コンデンサは、以下のようにして作
製される。まず、アルミニウム等の弁作用金属からなる
陽極箔の表面を塩化物水溶液中での電気化学的なエッチ
ング処理により粗面化して、多数のエッチングピットを
形成した後、ホウ酸アンモニウム等の水溶液中で電圧を
印加して誘電体となる酸化皮膜層を形成する(化成)。
陽極箔と同様に、陰極箔もアルミニウム等の弁作用金属
からなるが、その表面にはエッチング処理を施すのみで
ある。
【0006】このようにして表面に酸化皮膜層が形成さ
れた陽極箔とエッチングピットのみが形成された陰極箔
とを、セパレータを介して巻回してコンデンサ素子を形
成する。続いて、修復化成を施したコンデンサ素子に、
3,4−エチレンジオキシチオフェン(以下、EDTと
記す)等の重合性モノマーと酸化剤溶液をそれぞれ吐出
し、あるいは両者の混合液に浸漬して、コンデンサ素子
内で重合反応を促進し、PEDT等の導電性ポリマーか
らなる固体電解質層を生成する。その後、このコンデン
サ素子を有底筒状の外装ケースに収納して固体電解コン
デンサを作成する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、上述
したような固体電解コンデンサが車載用として用いられ
るようになってきている。通常、車載用回路の駆動電圧
は12Vであり、固体電解コンデンサには25Vの高耐
電圧が要求される。しかしながら、上述したような従来
の製造方法によりこのような高耐電圧品を製造した場
合、エージング工程でショートが発生する割合が高く、
歩留まりが低いという欠点があった。
【0008】また、近年、環境問題から高融点の鉛フリ
ー半田が用いられるようになり、半田リフロー温度が2
00〜220℃から230〜270℃へとさらに高温化
している。このような高温下におかれる半田リフローを
行う場合、電解質層の熱劣化又は結晶化によるものと思
われるが、耐電圧が低下するという問題点があった。な
お、このような問題点は、重合性モノマーとしてEDT
を用いた場合に限らず、他のチオフェン誘導体、ピロー
ル、アニリン等を用いた場合にも同様に生じていた。
【0009】本発明は、上述したような従来技術の問題
点を解決するために提案されたものであり、その目的
は、高温リフロー後の耐電圧の低下を防止することがで
きる固体電解コンデンサの製造方法を提供することにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決すべく、高耐電圧品を製造する場合に、エージン
グ工程でショートが発生する割合が高くなる原因につい
て種々検討を重ねた結果、以下の結論に達したものであ
る。
【0011】すなわち、通常は、エージング工程で漏れ
電流の大きなもの、具体的には、定格電圧(V)及び定
格静電容量(C)に対して、0.2C・V(μA)以上
となるものは不良品として選別しているが、本発明者等
は、このエージング工程における印加電圧(エージング
電圧)とエージング後のコンデンサの漏れ電流との関係
に着目し、エージング電圧を種々変えて検討した。その
結果、エージング電圧が定格電圧の1.3倍までである
と、漏れ電流は0.3CV以下であったが、エージング
電圧を定格電圧の1.4倍〜1.6倍とすると、漏れ電
流が0.3CV以上のものが若干発生し、定格電圧の
1.6倍以上とすると、漏れ電流が数十〜数百CVのも
のも発生することが分かった。
【0012】そこで、これらの不良品をスクリーニング
して、高温リフロー後の耐電圧を測定したところ、耐電
圧が向上することが分かった。また、高温リフロー後の
サージ試験は、規格では定格電圧の1.15倍の電圧を
印加するが、これより高い電圧を印加した場合のショー
トの発生数も低減することが分かった。
【0013】(エージングの条件)エージング電圧は、
固体電解コンデンサの定格電圧の1.4〜1.6倍とす
ることが好ましく、1.45〜1.55倍とすることが
より好ましい。この範囲未満では、高温リフロー後の耐
電圧の向上効果が不十分であり、この範囲以上とする
と、エージング後の漏れ電流が増大し、定格電圧(V)
及び定格静電容量(C)に対して、0.2CV(μA)
以上となる不良品の割合(不良率)が大きくなる。
【0014】また、エージング温度は100〜170℃
が好ましく、120〜150℃がより好ましい。この範
囲未満では、エージング工程における酸化皮膜の修復効
果が低く、この範囲を超えると、導電性ポリマーの耐熱
温度を超えてしまうため、導電性ポリマーが劣化する。
【0015】(固体電解コンデンサの製造方法)本発明
に係る固体電解コンデンサの製造方法は以下の通りであ
る。すなわち、表面に酸化皮膜層が形成された陽極箔と
陰極箔をセパレータを介して巻回して、コンデンサ素子
を形成し、このコンデンサ素子に修復化成を施す。続い
て、このコンデンサ素子を重合性モノマーと酸化剤と所
定の溶媒とを混合して調製した混合液に浸漬し、コンデ
ンサ素子内で導電性ポリマーの重合反応を発生させ、固
体電解質層を形成する。そして、このコンデンサ素子を
外装ケースに挿入し、開口端部に封口ゴムを装着して、
加締め加工によって封止した後、エージング電圧を定格
電圧の1.4〜1.6倍とし、エージング温度を100
〜170℃としてエージングを行い、固体電解コンデン
サを形成する。
【0016】(EDT及び酸化剤)重合性モノマーとし
てEDTを用いた場合、コンデンサ素子に含浸するED
Tとしては、EDTモノマーを用いることができるが、
EDTと揮発性溶媒とを1:0〜1:3の体積比で混合
したモノマー溶液を用いることもできる。前記揮発性溶
媒としては、ペンタン等の炭化水素類、テトラヒドロフ
ラン等のエーテル類、ギ酸エチル等のエステル類、アセ
トン等のケトン類、メタノール等のアルコール類、アセ
トニトリル等の窒素化合物等を用いることができるが、
なかでも、メタノール、エタノール、アセトン等が好ま
しい。
【0017】また、酸化剤としては、エタノールに溶解
したパラトルエンスルホン酸第二鉄、過ヨウ素酸もしく
はヨウ素酸の水溶液を用いることができ、酸化剤の溶媒
に対する濃度は40〜58wt%が好ましく、45〜5
7wt%がより好ましい。酸化剤の溶媒に対する濃度が
高い程、ESRは低減する。なお、酸化剤の溶媒として
は、上記モノマー溶液に用いた揮発性溶媒を用いること
ができ、なかでもエタノールが好適である。酸化剤の溶
媒としてエタノールが好適であるのは、蒸気圧が低いた
め蒸発しやすく、残存する量が少ないためであると考え
られる。
【0018】(修復化成の化成液)修復化成の化成液と
しては、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アン
モニウム等のリン酸系の化成液、ホウ酸アンモニウム等
のホウ酸系の化成液、アジピン酸アンモニウム等のアジ
ピン酸系の化成液を用いることができるが、なかでも、
リン酸二水素アンモニウムを用いることが望ましい。ま
た、浸漬時間は、5〜120分が望ましい。
【0019】(他の重合性モノマー)本発明に用いられ
る重合性モノマーとしては、上記EDTの他に、EDT
以外のチオフェン誘導体、アニリン、ピロール、フラ
ン、アセチレンまたはそれらの誘導体であって、所定の
酸化剤により酸化重合され、導電性ポリマーを形成する
ものであれば適用することができる。なお、チオフェン
誘導体としては、下記の構造式のものを用いることがで
きる。
【化1】
【0020】
【実施例】続いて、以下のようにして製造した実施例及
び比較例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。 (実施例1)表面に酸化皮膜層が形成された陽極箔と陰
極箔に電極引き出し手段を接続し、両電極箔をセパレー
タを介して巻回して、素子形状が5φ×2.8Lのコン
デンサ素子を形成した。そして、このコンデンサ素子を
リン酸二水素アンモニウム水溶液に40分間浸漬して、
修復化成を行った。一方、所定の容器に、EDTと45
%のパラトルエンスルホン酸第二鉄のエタノール溶液
を、その重量比が1:2となるように注入し、コンデン
サ素子を上記混合液に10秒間浸漬し、120℃、60
分加熱して、コンデンサ素子内でPEDTの重合反応を
発生させ、固体電解質層を形成した。そして、このコン
デンサ素子を有底筒状の外装ケースに挿入し、開口端部
に封口ゴムを装着して、加締め加工によって封止した。
その後に、135℃、120分、定格電圧の1.4倍で
ある35.0Vの電圧印加によってエージングを行い、
固体電解コンデンサを形成した。なお、この固体電解コ
ンデンサの定格電圧は25WV、定格容量は10μFで
ある。
【0021】(実施例2)定格電圧の1.5倍である3
7.5Vの電圧印加によってエージングを行った。その
他の条件及び工程は、実施例1と同様である。 (実施例3)定格電圧の1.6倍である40.0Vの電
圧印加によってエージングを行った。その他の条件及び
工程は、実施例1と同様である。 (比較例)定格電圧の1.3倍である32.5Vの電圧
印加によってエージングを行った。その他の条件及び工
程は、実施例1と同様である。
【0022】[比較結果]上記の方法により得られた実
施例1〜3及び比較例について、エージング後、漏れ電
流を測定し、その漏れ電流が0.2CV(μA)=0.
2×25×10=50μA以下となる良品について、ピ
ーク温度250℃、230℃以上30秒保持の鉛フリー
リフローを行った後、耐電圧を測定した。また、定格電
圧の1.4倍の電圧の充放電を105℃の下で1000
回行うサージ試験を行って、ショートの発生率を測定し
たところ、表1に示したような結果が得られた。
【0023】なお、エージング後の漏れ電流を調べたと
ころ、比較例においては、0.2CV=50μA以上の
不良品(75μA)が数%発生した。一方、実施例1で
は、100μAのものが数%発生し、実施例2では、5
00μAや1000μAのものが数%発生していた。言
い換えれば、実施例1及び実施例2の不良率は数%に過
ぎなかった。また、実施例3では、1000μA以上の
ものも多数発生し、不良率は20%を越えていた。
【表1】
【0024】表1から明らかなように、鉛フリーリフロ
ー後の耐電圧は、比較例においては40Vであったのに
対し、実施例1〜3においては43〜46Vに向上し
た。また、過電圧サージ試験でのショートの数は、比較
例においては9/20であったのに対し、実施例1では
3/20に減少し、さらに、実施例2及び実施例3にお
いてはショートの発生は見られなかった。
【0025】以上の結果から、実施例1及び実施例2
は、エージング後の不良率も数%と低く、鉛フリーリフ
ロー後の耐電圧及び過電圧サージ試験でのショート数も
良好な結果が得られた。一方、実施例3は、鉛フリーリ
フロー後の耐電圧及び過電圧サージ試験でのショート数
は良好であるものの、エージング後の不良率が高く不適
当であった。
【0026】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
温リフロー後の耐電圧の低下を防止することができる固
体電解コンデンサの製造方法を提供することができる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して
    巻回したコンデンサ素子に、重合性モノマーと酸化剤と
    を含浸して導電性ポリマーからなる固体電解質層を形成
    し、所定のケースに収納後エージングを行う固体電解コ
    ンデンサの製造方法において、 前記エージングの電圧を、前記固体電解コンデンサの定
    格電圧の1.4〜1.6倍とすることを特徴とする固体
    電解コンデンサの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記エージングの温度を100〜170
    ℃とすることを特徴とする請求項1に記載の固体電解コ
    ンデンサの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記重合性モノマーが、チオフェン誘導
    体であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載
    の固体電解コンデンサの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記チオフェン誘導体が、3,4−エチ
    レンジオキシチオフェンであることを特徴とする請求項
    3に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
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