JP2003297677A

JP2003297677A - 固体電解コンデンサ

Info

Publication number: JP2003297677A
Application number: JP2002097858A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Higuchi; 和浩樋口; Susumu Ando; 進安藤; Takio Taguchi; 多喜雄田口; Shoichi Hayashi; 彰一林; Shigeki Yoshida; 茂樹吉田; Koji Ikawa; 幸治伊川
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2003-10-17

Abstract

(57)【要約】【課題】固体電解コンデンサのＥＳＬの低減を図る。【解決手段】ポリエチレンジオキシチオフェン等の固
体電解質を保持したコンデンサ素子２の陽極箔と陰極箔
にそれぞれ複数の引出端子３，４を取り付け、引出端子
３，４をコンデンサ素子２の一方の巻回端面から導出す
るとともに、外周近傍にある引出端子３，４を折り曲
げ、内周側の引出端子３，４に接続する。引出端子を近
接することにより、それぞれの引出端子の誘導磁場がう
ち消されるため、ＥＳＬが低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電解質材料として
固体電解質を用いた固体電解コンデンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子情報機器はデジタル化され、
さらに駆動周波数の高速化に伴い駆動電圧の低減化かつ
駆動電流の増大化が進んできている。特に、パーソナル
コンピューターの心臓部であるマイクロプロセッサの高
速化は著しく、駆動電圧は低減の一途をたどっている。こ
のような、マイクロプロセッサに高精度な電力を供給す
る回路として、電圧制御モジュール（ＶＲＭ）と呼ばれ
るＤＣ−ＤＣコンバーターが広く使用されている。

【０００３】一方でマイクロプロセッサの低電圧化に伴
い、マイクロプロセッサの動作を保証する電圧範囲は狭
くなってきている。マイクロプロセッサの要求電流は、マ
イクロプロセッサに課せられる状況により非常に高速で
変化するため、ＤＣ−ＤＣコンバーターだけでは変化に
対応できず、出力側に、負荷コンデンサを接続してマイク
ロプロセッサの負荷変動に対応している。

【０００４】このような負荷コンデンサに求められる機
能は、損失を小さくするため等価直列抵抗(ＥＳＲ)が小
さいことが求められる。さらに、近年の大電流化と高速
化により、ｄｉ／ｄｔが大きくなるため、ＥＳＲに加え
等価直列インダクタンス(ＥＳＬ)も小さくすることも求
められる。

【０００５】電解コンデンサのインダクタンス特性を改
善するものとしては、例えば実開昭５７−７１３３１号
公報に示すように、複数の引出端子を電極箔に接続し、
電極箔をセパレータとともに巻回してコンデンサ素子と
し、引出端子同士を接続してなる電解コンデンサが知ら
れている。このような電解コンデンサでは、同一極の電
極箔の内部を流れる電流を逆方向とすることにより、こ
の逆方向の電流同士により互いの電流を打ち消し合う作
用により、インダクタンス特性を改善したものである。

【０００６】また、ＥＳＲのさらなる低減を図るため、
電解質に固体電解質を用いた固体電解コンデンサが採用
されている。従来、固体電解質として用いた固体電解コ
ンデンサは、図２にその内部構造を示すように、アルミ
ニウム、タンタル又はニオブなどの弁作用金属箔表面を
エッチング液で粗面化し表面積を拡大した後、陽極酸化
皮膜を生成した陽極箔と、アルミニウム、タンタル又は
ニオブ等の弁作用金属箔表面を前記同様エッチング液で
粗面化し表面積を拡大した陰極箔間にクラフト紙又はマ
ニラ紙などからなるセパレータを介在し、前記陽極箔及
び陰極箔の任意な箇所に陽極引出端子３及び陰極引出端
子４を取り付けた状態で巻回して形成したコンデンサ素
子２に、エチレンジオキシチオフェンなどの重合性モノ
マーを酸化剤とともに含浸し、コンデンサ素子２内で化
学酸化重合させて固体電解質とし、さらに、このコンデ
ンサ素子を外装ケース５内に収納して、前記外装ケース
５の開口部を封口部材６にて密閉してなるものである。

【０００７】このような固体電解コンデンサでは、固体
電解質、特にＴＣＮＱ錯塩やポリエチレンジオキシチオ
フェン等の導電率が１０Ω・ｍ以下の導電性高分子を固
体電解質として採用したことにより、従来の電解液を電
解質として用いた電解コンデンサでは達成できなかっ
た、８〜１４ｍΩの低ＥＳＲを実現することができるよ
うになってきている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マイク
ロプロセッサの高周波数化、ならびに消費電力の省力化
の要求から、上記のような複数の引出端子を有する電解
コンデンサや固体電解コンデンサで実現できたＥＳＲで
は十分ではなく、さらなるＥＳＲの低減が求められてい
る。

【０００９】さらに、従来の固体電解コンデンサではＥ
ＳＬが約４〜６ｎＨと高く、先述の負荷コンデンサに使
用すると、ＣＰＵの高速化で大きくなったｄｉ／ｄｔの
影響により電圧降下を生じて、ＣＰＵの許容電圧範囲を
超えてしまう恐れもある。

【００１０】以上のように、上記構成になる固体電解質
として機能性高分子を用いた固体電解コンデンサでは、
ＥＳＬが大きく、ますます高速化するＣＰＵのＶＲＭ負
荷コンデンサに使用すると、ＣＰＵの高速化で大きくな
ったｄｉ／ｄｔの影響により電圧降下を生じて、ＣＰＵ
が動作停止に陥る可能性がある。

【００１１】本発明は、上記の問題を解決するために成
されたものであり、低ＥＳＲの固体電解コンデンサ、さ
らには高速化するＣＰＵのＶＲＭ負荷コンデンサに適用
できるＥＳＬの低い固体電解コンデンサを提供するもの
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで発明者らは、導電
率が１０Ω・ｍ以下の有機半導体を固体電解質に用いた
固体電解コンデンサの構造について鋭意研究を進めた結
果、導電率が１０Ω・ｍ以下の有機半導体を固体電解質
に用いた固体電解コンデンサでは、引出端子のＥＳＬの
影響が大きいことを突き止め、この発明に至ったもので
ある。

【００１３】この発明は、帯状の陽極箔と陰極箔に引出
端子を接続し、セパレータを介して巻回したコンデンサ
素子に、固体電解質を保持させるとともに、有底筒状の
外装ケースに収納し、外装ケースの開口部を封口部材で
封止してなる固体電解コンデンサにおいて、前記陽極箔
と陰極箔にそれぞれ複数の引出端子を取り付け、前記引
出端子をコンデンサ素子の一方の巻回端面から導出する
とともに、同極の電極の引出端子同士を固体電解コンデ
ンサの内部で接続したことを特徴とする。

【００１４】１枚の電極端子に対し、引出端子を複数接
続することにより、等価回路上ではコンデンサを並列接
続した場合に類似する構造となる。この結果、コンデン
サにの内部の等価インダクタンスもまた並列接続した場
合に類似するため、合成インダクタンスは小さくなる。

【００１５】また、この発明においては、陽極箔および
陰極箔に取り付けられる引出端子のそれぞれの電極箔の
長手方向の端部からの位置を、隣接する引出端子間の距
離の１／３から２／３の距離となる位置とすると好適で
ある。

【００１６】１枚の箔に２本の引出端子を接続する場合
には、図５（ａ）に示すように隣接する引出端子間の距
離Ｄ１対し、引出端子から電極箔の端部までの距離Ｄ２
を１／３から２／３の距離とすると、一本の引出端子に
よって集電される電気の経路がほぼ等距離になり、固体
電解コンデンサのＥＳＲ特性をさらに低減させることが
できる。なお、１枚の箔に３本の引出端子を接続する場
合には、図５（ｂ）に示すように隣接する引出端子間の
距離Ｄ３対し、引出端子から電極箔の端部までの距離Ｄ
４を１／３から２／３の距離とするように引出端子を接
続する。

【００１７】コンデンサ素子の一方の巻回端面から導出
した引出端子を、コンデンサ素子の中心を通るように直
線上に配置するとともに、外周近傍にある引出端子を折
り曲げ、内周側の引出端子に接続すると好適である。

【００１８】外周近傍にある引出端子を折り曲げ、内周
側の引出端子に接続すると、外部に導出されている引出
端子同士の距離が近くなる。このため、引出端子を電流
が流れる際に発生する誘導磁界を相殺する効果が大きく
なり、結果として固体電解コンデンサ全体のＥＳＬをさ
らに低減させることができる。

【００１９】ここで、実開昭５７−７１３３１号公報と
本発明の違いについて言及すると、実開昭５７−７１３
３１号公報では電極箔中を流れる電流を制御することを
目的としているが、これは従来の電解液を用いた電解コ
ンデンサでは、電解液の導電率が低く（１００Ω・ｍオ
ーダー）、マイクロプロセッサのような高周波が要求さ
れる領域では使用されることがなかったため、引出端子
によるＥＳＬの影響の問題は顕在化せず、実開昭５７−
７１３３１号公報に記載の構造でも電解コンデンサのイ
ンピーダンスの低減に十分に効果があったものと考えら
れる。しかしながら、高周波回路で使用されるような導
電率が１０Ω・ｍ以下の有機半導体を固体電解質に用い
た固体電解コンデンサでは、引出端子のＥＳＬの影響が
顕著となる。そこで、本願発明では引出端子部のＥＳＬ
の影響を低減する構造を発明したものであり、固体電解
コンデンサのＥＳＬに及ぼすメカニズムは異なるもので
ある。

【００２０】前記固体電解質がチオフェンまたはその誘
導体をコンデンサ素子内で化学酸化重合させたものであ
ると好適である。

【００２１】チオフェンの誘導体としては次に掲げる構
造のものを例示できる、チオフェン又はその誘導体は、
ポリピロール又はポリアニリンと比較して、導電率が高
いとともに熱安定性が特に優れているため、低ＥＳＲで
耐熱特性に優れた固体電解コンデンサを得ることができ
る。

【００２２】

【化１】ＸはＯまたはＳＸがＯのとき、Ａはアルキレン、又はポ
リオキシアルキレンＸの少なくとも一方がＳのとき、Ａ
はアルキレン、ポリオキシアルキレン、置換アルキレ
ン、置換ポリオキシアルキレン：ここで、置換基はアル
キル基、アルケニル基、アルコキシ基

【００２３】チオフェンの誘導体の中でも、３，４−エ
チレンジオキシチオフェンを用いると好適である。

【００２４】３，４−エチレンジオキシチオフェンは、
酸化剤と接触することで、緩やかな重合反応によってポ
リ−（３，４−エチレンジオキシチオフェン）を生成す
るため、３，４−エチレンジオキシチオフェンのモノマ
ー溶液を微細な構造を有するコンデンサ素子の内部にま
で浸透した状態で重合させることができる。この結果、
コンデンサ素子の内部にまで導電性高分子層を形成する
ことができるようになり、固体電解コンデンサの静電容
量の増大を図ることができる。

【００２５】また、固体電解質として、有機半導体であ
るＴＣＮＱ錯体を用いることもできる。ＴＣＮＱ錯体を
用いる場合には、コンデンサ素子に溶融液化させたＴＣ
ＮＱ錯体を含浸し、ＴＣＮＱ錯体を冷却固化させて得る
ことができる。

【００２６】さらに、前記封口部材のコンデンサ素子側
の面に折り曲げた引出端子を収納する溝部を設けたこと
を特徴とする。

【００２７】固体電解コンデンサの開口部の封止工程で
加締めた際、封口部材が圧縮されて、さらに封口部材に
よって引出端子がコンデンサ素子に押しつけられると、
漏れ電流特性などへの悪影響があるが、封口部材のコン
デンサ素子対向面に折り曲げた引出端子を収納する溝部
を設けたことにより、引出端子に対する機械的ストレス
が緩和され、漏れ電流の上昇等の悪影響を防止する事が
できる。

【００２８】なお、従来より知られている溝を設けない
封口部材を用い、引出端子を押し受けないようなクリア
ランスを設けるように外装ケースに封口部材を挿入して
加締めることも考えられるが、この場合には引出端子の
長さが長くなってしまい、ＥＳＬが上昇してしまう。従
って、封口部材のコンデンサ素子対向面に折り曲げた引
出端子を収納する溝部を設けることにより、固体電解コ
ンデンサのＥＳＬの悪化も防止することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図１を参照して説明する。すなわち、まず例えばアル
ミニウム箔表面をエッチング液で粗面化し表面積を拡大
した後、誘電体酸化皮膜を生成した陽極箔と、アルミニ
ウム箔表面を前記同様エッチング液で粗面化し表面積を
拡大した陰極箔を用意し、外部引出用の複数の引出端子
を電極箔に取り付けた。引出端子の取り付け位置は、そ
れぞれの電極箔の長手方向の長さの比が１：２：１とな
る位置とした。このように引出端子を取り付けると、陽
極箔および陰極箔に取り付けられる引出端子のそれぞれ
の電極箔の長手方向の端部からの位置が、隣接する引出
端子間の距離の１／２の距離となる。

【００３０】そして、陽極箔と陰極箔の間にクラフト紙
又はマニラ紙などからなるセパレータを介在させて巻回
してコンデンサ素子２を形成した。巻回したコンデンサ
素子２は一方の巻回端面から引出端子が導出されてお
り、その引出端子の配置はコンデンサ素子２の中心を通
る一直線上に配置されている。そして、コンデンサ素子
２の外周近傍にある引出端子をコンデンサ素子２の巻回
端面と平行となるように折り曲げて、コンデンサ素子の
中心近傍にある引出端子に溶接した。

【００３１】このコンデンサ素子２をアジピン酸アンモ
ニウムなどの水溶液で再化成し巻回過程で生じた誘電体
酸化皮膜の修復を行う。さらに、コンデンサ素子２に、
エチレンジオキシチオフェンのモノマー溶液と酸化剤を
含浸し、コンデンサ素子２内でポリエチレンジオキシチ
オフェンを化学酸化重合させて固体電解質とした。次
に、外装ケース５内にコンデンサ素子２を収納して、前
記外装ケース５の開口部をブチルゴム等からなる封口部
材６にて密閉して固体電解コンデンサを得た。しかる
後、高温雰囲気中で端子間に定格電圧を印加してエージ
ング処理を行い完成品とした。

【００３２】また、折り曲げられたコンデンサ素子を、
従来の封口部材を用いて加締めを行うと、封口部材が素
子側に圧着する際、折り曲げられた端子部分により、コ
ンデンサ素子に過剰なストレスが加わることとなり、漏
れ電流特性などに悪影響を与える恐れがある。そこで、
図４に示すように、封口部材のコンデンサ素子側の面
に、折り曲げられた引出端子３，４に合わせて溝部８を
設けることにより、引出端子３，４に対して過剰な機械
的ストレスが加わることがなくなる。

【００３３】

【実施例】次に、本発明について、より詳細な実施例に
ついて説明する。

【００３４】アルミニウム箔表面を適切なエッチング液
で粗面化し表面積を拡大した後、適切な化成方法で誘電
体酸化皮膜を生成した陽極箔と、アルミニウム箔表面を
前記同様エッチング液で粗面化し表面積を拡大した陰極
箔のそれぞれに陽極引出端子又は陰極引出端子を取り付
けた。この引出端子の取り付け位置は、それぞれの電極
箔の長手方向の長さの比が１：２：１となる位置とし
た。さらに両電極箔の間にクラフト紙又はマニラ紙など
からなるセパレータを介して巻回し、コンデンサ素子を
得た。

【００３５】さらに、コンデンサ素子の巻回端面から導
出した引出端子のうち、コンデンサ素子の外周近傍にあ
る引出端子を、コンデンサ素子の中心方向に折り曲げ
て、コンデンサ素子の中心近傍にある引出端子に溶接し
た（実施例１、２）。

【００３６】また、コンデンサ素子の巻回端面から導出
した引出端子のうち、コンデンサ素子の中心近傍にある
引出端子を、コンデンサ素子の外周方向に折り曲げて、
コンデンサ素子の外周近傍にある引出端子に溶接した
（実施例３）。

【００３７】さらに、従来例１として引出端子を陽極
箔、陰極箔ともに一本ずつとしたコンデンサ素子も用意
した。

【００３８】これらのコンデンサ素子を、さらに公知の
化成液中で電圧を印加し、巻回により破壊された誘電体
皮膜を修復する。さらに、前記コンデンサ素子に、公知
の方法でエチレンジオキシチオフェンのモノマーを含浸
浸透させ、所定の酸化剤を用いて化学重合を行い、導電
性を有した機能性高分子を形成させる。

【００３９】次に、アルミ製の外装ケースにコンデンサ
素子を収納し、ブチルゴムからなる円筒形状の封口部材
を外装ケースの開口端部に挿入した。なお、これらの封
口部材は、各引出端子の間隔に合わせて貫通孔を形成し
たものである。また、これらの封口部材のコンデンサ素
子側の面には、引出端子の折り曲げ形状に合致するよう
に溝部を形成したもの（実施例１）と、溝部を形成して
いないもの（実施例２）を用意した。

【００４０】さらに、開口端部の加締めを行い、φ１０
×１２．５Ｌの外径寸法の固体電解コンデンサを得た。
しかる後、１２５℃中で端子間に定格電圧を１時間印加
しエージングを行って、固体電解コンデンサとした。

【００４１】実施例１、実施例２、実施例３と従来技術
による従来例１の特性比較について述べる。実施例及び
従来例で検討した引出端子の形状、引出端子間の距離、
及び封口部材の形状は下記の通りである。

【００４２】

【表１】

【００４３】しかして、上記実施例及び従来例のＥＳ
Ｌ、ＥＳＲ及び漏れ電流特性を比較したところ、表２に
示すような結果が得られた。なお、試料は、実施例及び
従来例ともに定格４Ｖ−８２０μＦで、数量はそれぞれ
１００個である。また、ＥＳＲは１００ｋＨｚ、ＥＳＬ
は１０ＭＨｚ、漏れ電流は定格電圧印加２分後の値とし
た。

【００４４】

【表２】

【００４５】表１、表２から明らかなように、引出端子
を折り曲げて、他方の引出端子に接続した実施例１、実
施例２、実施例３は従来例１と対比してＥＳＬが低減し
ていることが判る。また、実施例１と実施例３を対比す
ると、コンデンサ素子の一方の巻回端面から導出した前
記引出端子のうち、外周近傍にある引出端子を折り曲
げ、内周側の引出端子に接続した実施例１が、実施例３
よりもＥＳＬの低減効果が高いことが判る。

【００４６】さらに実施例１と実施例２を対比すると、
実施例２の漏れ電流が上昇しており、実施例１に用いた
封口部材の形状の有効性が確認された。

【００４７】なお、固体電解質としてＴＣＮＱ錯塩を用
いて試験を行った結果も、上述した実施例と同様の効果
が得られたことを確認した。

【００４８】

【発明の効果】以上、この発明では、コンデンサ素子の
陽極箔と陰極箔にそれぞれ複数の引出端子を取り付け、
前記引出端子をコンデンサ素子の一方の巻回端面から導
出するとともに、同極の電極の引出端子同士を固体電解
コンデンサの内部で接続したことにより、合成インダク
タンスは小さくなり、固体電解コンデンサのＥＳＬの低
減を図ることができる。

【００４９】また、この発明においては、陽極箔および
陰極箔に取り付けられる引出端子のそれぞれの電極箔の
長手方向の端部からの位置を、隣接する引出端子間の距
離の１／３から２／３の距離となる位置とすることによ
り、同時にＥＳＲの低減を図ることもできる。

【００５０】さらに、コンデンサ素子の一方の巻回端面
から導出した引出端子を、コンデンサ素子の中心を通る
ように直線上に配置するとともに、外周近傍にある引出
端子を折り曲げ、内周側の引出端子に接続することによ
り、引出端子を電流が流れる際に発生する誘導磁界を相
殺する効果が大きくなり、結果として固体電解コンデン
サ全体のＥＳＬをさらに低減させることができる。

【００５１】そして、前記封口部材のコンデンサ素子側
の面に折り曲げた引出端子を収納する溝部を設けたこと
により、封口部材による引出端子に対する機械的ストレ
スが緩和され、漏れ電流の上昇等の悪影響を防止する事
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体電解コンデンサの内部構造を示す
図面である。

【図２】従来の固体電解コンデンサの内部構造を示す図
面である。

【図３】本発明の固体電解コンデンサに用いるコンデン
サ素子の外観を示す斜視図である。

【図４】封口部材の形状を説明するための図面である。

【図５】電極箔に対する引出端子の取り付け位置を説明
する図面である。

【符号の説明】

１固体電解コンデンサ２コンデンサ素子３引出端子（陽極引出端子）４引出端子（陰極引出端子）５外装ケース６封口部材８溝部

───────────────────────────────────────────────────── 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 9/05 Ｇ 9/02 ３３１Ｅ (72)発明者林彰一東京都青梅市東青梅１丁目167番地の１日本ケミコン株式会社内 (72)発明者吉田茂樹東京都青梅市東青梅１丁目167番地の１日本ケミコン株式会社内 (72)発明者伊川幸治東京都青梅市東青梅１丁目167番地の１日本ケミコン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状の陽極箔と陰極箔に引出端子を接続
し、セパレータを介して巻回したコンデンサ素子に、有
機半導体からなる固体電解質を保持させるとともに、有
底筒状の外装ケースに収納し、外装ケースの開口部を封
口部材で封止してなる固体電解コンデンサにおいて、前記陽極箔と陰極箔にそれぞれ複数の引出端子を取り付
け、前記引出端子をコンデンサ素子の一方の巻回端面か
ら導出するとともに、同極の電極の引出端子同士を固体
電解コンデンサの内部で接続した固体電解コンデンサ。
【請求項２】陽極箔および陰極箔に取り付けられる引
出端子のそれぞれの電極箔の長手方向の端部からの位置
を、隣接する引出端子間の距離の１／３から２／３の距
離となる位置とした請求項１記載の固体電解コンデン
サ。
【請求項３】前記コンデンサ素子の一方の巻回端面か
ら導出した前記引出端子を、前記コンデンサ素子の中心
を通るように直線上に配置するとともに、外周近傍にあ
る引出端子を折り曲げ、内周側の引出端子に接続した請
求項１または請求項２のいずれかに記載の固体電解コン
デンサ。
【請求項４】前記固体電解質がチオフェンまたはその
誘導体をコンデンサ素子内で化学酸化重合させたもので
ある請求項１ないし３のいずれかに記載の固体電解コン
デンサ。
【請求項５】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４
記載の固体電解コンデンサ。
【請求項６】前記固体電解質がＴＣＮＱ錯塩であるこ
とを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の固
体電解コンデンサ。
【請求項７】前記封口部材のコンデンサ素子対向面に
折り曲げた引出端子を収納する溝部を設けたことを特徴
とする請求項１ないし６のいずれかに記載の固体電解コ
ンデンサ。