JP2004087713A

JP2004087713A - アルミニウム固体電解コンデンサ

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Publication number: JP2004087713A
Application number: JP2002245559A
Authority: JP
Inventors: Tomio Hosaka; 保坂　利美夫; Minoru Fukuda; 福田　実; Hideo Yamamoto; 山本　秀雄
Original assignee: Japan Carlit Co Ltd
Current assignee: Japan Carlit Co Ltd
Priority date: 2002-08-26
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】静電容量が大きく、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が小さく、かつ低背位の薄型で実装可能なアルミニウム固体電解コンデンサを提供。
【解決手段】表面に誘電体酸化皮膜が形成されたアルミニウム箔上に、順次、導電性高分子からなる固体電解質層、導電層を形成させてなる平板状コンデンサ素子が、陽極リード及び陰極リードを備えた金属製リードフレームに接合され、ついで外装樹脂が施されてなるアルミニウム固体電解コンデンサにおいて、固体電解質層の縦及び横の寸法を、各々少なくとも７ｍｍとする。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、アルミニウム固体電解コンデンサに関し、より詳しくは、等価直列抵抗（以下、「ＥＳＲ」と略記する。）の小さく、静電容量（以下、「Ｃ」と略記する。）が大きく、かつ薄型低背位で実装可能なアルミニウム固体電解コンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、固体電解コンデンサは、表面に誘電体酸化皮膜を形成させたアルミニウム、タンタル等の皮膜形成性金属上に、順次、導電性高分子からなる固体電解質層、導電層が形成されている。
【０００３】
固体電解質として、電気伝導度が高く、耐熱性に優れた導電性高分子を用いた固体電解コンデンサは、電気抵抗が小さく、周波数特性、電気特性に優れ、また、小型低背位であることからプリント配線基板等への表面実装が可能である。
【０００４】
プリント配線基板等に表面実装されるアルミニウム及びタンタル固体電解コンデンサは、実装時の互換性を考慮して設計されており、同じ外装寸法のものが、市販されている。
【０００５】
図１を参照して、表面実装型タンタル固体電解コンデンサの一例を示す。陽極端子部１を設けたタンタル焼結体２の表面に、化成処理により誘電体酸化皮膜を形成させた後、順次、固体電解質である導電性高分子層３、カーボン層及び銀層からなる導電層４を形成させて、タンタル焼結体コンデンサ素子を得る。導電層４は、該コンデンサ素子の陰極部となる。ついで、陽極リード５に、該コンデンサ素子の陽極端子部１を溶接し、また、銀ペースト７を用いて、陰極リード６に、該コンデンサ素子の導電層４を接着し、金属製リードフレームに接合させる。その後、エポキシ樹脂等の外装樹脂８により、該コンデンサ素子を直方体状に成型し、タンタル固体電解コンデンサを作製する。
【０００６】
上記タンタル焼結体コンデンサ素子として用いられるタンタル焼結体は、高温下、タンタル微粉末を直方体に成型して作製されるため、大型のタンタル焼結体を作製することが技術的に困難であり、該コンデンサ素子の大きさが制限され、縦×横が、最大でも、約５ｍｍ×約３．５ｍｍであり、外装樹脂で外装されたコンデンサのサイズは、縦×横が、約７．３ｍｍ×約４．３ｍｍであり、このものが、通常、市販されている。また、該コンデンサ素子の高さは、要求される静電容量により、適宜設定されている。
【０００７】
一方、市販されている実装型アルミニウム固体電解コンデンサも、実装型タンタル固体電解コンデンサとの互換性を考慮して、コンデンサのサイズは、一般に、タンタル固体電解コンデンサと同様、縦×横が、約７．３ｍｍ×約４．３ｍｍである。
【０００８】
従来、市販されているアルミニウム及びタンタル固体電解コンデンサの特性では得ることのできない、ＥＳＲの小さく、Ｃが大きく、かつ薄型低背位で実装可能な固体電解コンデンサが要望されていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ＥＳＲが小さく、Ｃが大きく、かつ薄型低背位で実装可能なアルミニウム固体電解コンデンサを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討した結果、上記課題を解決し得る、薄型低背位で実装可能なアルミニウム固体電解コンデンサを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、表面に誘電体酸化皮膜が形成されたアルミニウム箔上に、順次、導電性高分子からなる固体電解質層、導電層を形成させてなる平板状コンデンサ素子が、陽極リード及び陰極リードを備えた金属製リードフレームに接合され、ついで外装樹脂が施されてなるアルミニウム固体電解コンデンサにおいて、固体電解質層の縦及び横が、各々少なくとも７ｍｍであることを特徴とするアルミニウム固体電解コンデンサである。
【００１２】
また、本発明は、上記コンデンサ素子が、陰極リードの上面及び／または下面に、１〜２枚積層されてなることを特徴とするアルミニウム固体電解コンデンサである。
【００１３】
以下、本発明について、図２及び図３を参照して、詳細に説明する。
【００１４】
図２は、本発明のアルミニウム固体電解コンデンサの一実施態様を示す断面模式図であり、陰極リード６上に、平板状コンデンサ素子が２枚積層されている。図３は、本発明に用いられる平板状コンデンサ素子の平面模式図である。
【００１５】
本発明に用いられる平板状コンデンサ素子は、エッチング処理したアルミニウム箔９を、化成処理により、表面に誘電体酸化皮膜を形成させた後、図３に示すように、該アルミニウム箔９上に、陽極端子部１と導電性高分子からなる固体電解質層３を設けたものである。
【００１６】
アルミニウム箔９上に設けた固体電解質層３の縦（Ｌ）及び横（Ｗ）は、各々少なくとも７ｍｍである。
【００１７】
固体電解質層３の縦（Ｌ）及び横（Ｗ）の少なくともどちらか一方が７ｍｍ未満の場合、該コンデンサ素子１枚当りの電気抵抗が著しく増大し、作製したコンデンサのＥＳＲが大きくなり、不都合である。
【００１８】
また、固体電解質層３の縦（Ｌ）及び横（Ｗ）が、各々少なくとも８ｍｍの場合、ＥＳＲをより一層小さくすることができ、好ましい。
【００１９】
固体電解質層３となる導電性高分子としては、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフラン、ポリアセチレンあるいはポリチオフェンまたはポリ（アルキルチオフェン）等のチオフェン誘導体ポリマーがあげられ、コンデンサの特性を考慮すると、電気伝導度に優れているポリピロールまたはチオフェン誘導体ポリマーが好ましい。
【００２０】
固体電解質層３となる導電性高分子の重合方法としては、公知の重合方法を用いることができ、酸化剤を用いてモノマーを酸化重合する化学重合法や、モノマーと支持電解質を含む電解液を電解酸化重合する電解重合法が知られている。
【００２１】
化学重合法によりチオフェン誘導体ポリマーを形成させる方法を例にとり、以下に示す。
【００２２】
表面に誘電体皮膜を形成させたアルミニウム箔９を、陽極端子部１が液中に浸らないように、３，４−エチレンジオキシチオフェンと、酸化剤であるパラトルエンスルホン酸第二鉄とを溶解させたブタノール溶液中に浸漬、取出した後、加熱、乾燥させる操作を、複数回繰り返して、チオフェン誘導体ポリマーであるポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）からなる固体電解質層３を形成させる。
【００２３】
ついで、固体電解質層３上に、カーボンペースト及び銀ペーストを塗布し、加熱、乾燥させて、カーボン層及び銀層からなる導電層４を形成させ、図３に示す平板状コンデンサ素子を作製する。導電層４は、コンデンサ素子の陰極部となる。
【００２４】
図２に示すように、上記平板状コンデンサ素子２枚を、各素子の導電層４が重なり合うように、銀ペーストで接着させ、また、各素子の陽極端子部１は、電気抵抗溶接またはレーザー溶接により接合させて、平板状コンデンサ素子を２枚積層したコンデンサ素子を得る。
【００２５】
上記のようにして得られた２枚積層コンデンサ素子を、陽極リード５及び陰極リード６を備えた金属製リードフレームに載置し、陽極端子部１を陽極リード５に溶接し、また、銀ペースト７を用いて、陰極リード６に導電層４を接着して、コンデンサ素子をリードフレームに接合させる。
【００２６】
金属製リードフレームは、一般にリードフレームとして用いられているものならなんでもよく特に限定されず、例えば、鉄、銅及びその合金等があげられる。
【００２７】
上記平板状コンデンサ素子は、陰極リード６の上面及び／または下面に、１〜２枚積層される。３枚以上の素子を積層させた場合、陰極リード６と３枚目以上の素子との距離が長くなり、電気抵抗が高くなり、ＥＳＲが増大し、不都合である。
【００２８】
図４は、本発明のアルミニウム固体電解コンデンサの他の実施態様を示す断面模式図であり、陰極リード６の上下面に、平板状コンデンサ素子が、各々２枚積層されている。
【００２９】
さらに、外装樹脂８で成型した後、電圧を印加し、再化成して、誘電体酸化皮膜を修復させて、本発明のアルミニウム固体電解コンデンサを完成する。
【００３０】
外装樹脂８は、一般に電子部品の封止等に用いられるものならなんでもよく特に限定されず、例えば、電子グレードのエポキシ樹脂があげられ、必要に応じて、フィラー、難燃剤等が添加される。
【００３１】
本発明のアルミニウム固体電解コンデンサは、コンデンサ素子１枚当りの電気抵抗を大幅に低減でき、ＥＳＲが小さく、またＣが大きく薄型低背位で実装可能なコンデンサである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を、実施例に基き、図面を参照して、説明する。実施例中、「％」は「質量％」を表す。なお、本発明は、実施例により、なんら限定されない。
【００３３】
実施例１
図３に示すように、表面をエッチング処理したアルミニウム箔（縦９．５ｍｍ×横９．０ｍｍ、厚さ１５０μｍ）９の陽極端子部１を除いた縦８．５ｍｍ×横９．０ｍｍの部分を、アジピン酸アンモニウム水溶液中に浸漬させ、電圧１０Ｖを印加させて化成し、表面に誘電体酸化皮膜を形成させたアルミニウム箔９を準備した。
【００３４】
次に、３，４−エチレンジオキチオフェンの１５％ブタノール溶液中に、準備したアルミニウム箔９の誘電体酸化皮膜を形成させた部分を、１分間、浸漬させた後、取り出し、酸化剤であるｐ−トルエンスルホン酸第二鉄１５％水溶液中に、５分間、浸漬させた後、取り出し、温度１５０℃で３０分間加熱した。この操作を、８回繰返して、化学重合によるポリ（３，４−エチレンジオキチオフェン）からなる固体電解質層３を形成させた。該固体電解質層３は、縦（Ｌ）×横（Ｗ）が、８．５ｍｍ×９．０ｍｍである。
【００３５】
ついで、上記固体電解質層３上に、コロイダルカーボン及び銀ペーストを塗布して、陰極部となる導電層４を形成させて、厚さ０．３ｍｍの平板状コンデンサ素子を得た。
【００３６】
得られた平板状コンデンサ素子２枚を、図２に示すように、銀ペーストを用いて陰極部である導電層４が重なり合うように接着させ、また、陽極端子部１を電気抵抗溶接機によりスポット溶接させて、該素子２枚を積層したコンデンサ素子１組を得た。該コンデンサ素子の厚さは、０．６ｍｍであった。
【００３７】
ついで、上記１組のコンデンサ素子を、陽極リード５及び陰極リード６を備えた鉄合金（４２−アロイ、厚さ０．１ｍｍ）製リードフレームに載置し、電気抵抗溶接機を用いて、陽極端子部１を陽極リード５にスポット溶接し、また、陰極リード６に導電層４を銀ペースト７で接着して、コンデンサ素子をリードフレームに接合させた後、さらに、エポキシ外装樹脂で成形した後、電圧４Ｖを印加させて再化成し、定格電圧４Ｖ、定格静電容量３３０μＦのアルミニウム固体電解コンデンサ（外形寸法：縦１０．５ｍｍ×横１０ｍｍ×高さ１．７ｍｍ）を完成した。
【００３８】
完成したコンデンサについて、初期電気特性であるＣ、誘電損失の正接（ｔａｎδ）及びＥＳＲを測定した結果を、表１に示す。
【００３９】
実施例２
実施例１において、平板状コンデンサ素子１枚のみを用いた以外は、実施例１に準じて、定格電圧４Ｖ、定格静電容量１８０μＦのアルミニウム固体電解コンデンサ（外形寸法：縦１０．５ｍｍ×横１０ｍｍ×高さ１．４ｍｍ）を完成した。完成したコンデンサの初期電気特性を表１に示す。
【００４０】
実施例３
実施例１において、銀ペーストを用いて、陰極リード６の上下面に、実施例１の平板状コンデンサ素子２枚を積層したコンデンサ素子を各々１組接着させた以外は、実施例１に準じて、図４に示すような、定格電圧４Ｖ、定格静電容量６８０μＦのアルミニウム固体電解コンデンサ（外形寸法：縦１０．５ｍｍ×横１０ｍｍ×高さ２．３ｍｍ）を完成した。完成したコンデンサの初期電気特性を表１に示す。
【００４１】
実施例４
実施例１において、表面をエッチング処理したアルミニウム箔（縦８．０ｍｍ×横７．０ｍｍ、厚さ１５０μｍ）９の陽極端子部１を除いた、縦７．０ｍｍ×横７．０ｍｍの固体電解質層３を形成させた平板状コンデンサ素子を１枚のみ用いた以外は、実施例１に準じて、定格電圧４Ｖ、定格静電容量１００μＦのアルミニウム固体電解コンデンサ（外形寸法：縦９．０ｍｍ×横８．０ｍｍ×高さ１．４ｍｍ）を完成した。完成したコンデンサの初期電気特性を表１に示す。
【００４２】
実施例５
図３に示すように、表面をエッチング処理したアルミニウム箔（縦１３ｍｍ×横１０ｍｍ、厚さ１５０μｍ）９の陽極端子部１を除いた縦１２ｍｍ×横１０ｍｍの部分を、アジピン酸アンモニウム水溶液中に浸漬させ、電圧１０Ｖを印加させて化成し、表面に誘電体酸化皮膜を形成させたアルミニウム箔９を準備した。
【００４３】
次に、ピロールモノマーの１０％エタノール溶液中に、準備したアルミニウム箔９の誘電体酸化皮膜を形成させた部分を、１分間、浸漬させた後、取り出し、酸化剤である過硫酸アンモニウム５％及び２−ナフタレンスルホン酸ナトリウム５％水溶液中に、５分間、浸漬させた後、取り出し、室温で化学重合させた。この操作を２回繰返した後、水及びメタノールで洗浄、乾燥して、化学重合によるポリピロールからなる固体電解質層３を形成させた。該固体電解質層３は、縦（Ｌ）×横（Ｗ）が、１２ｍｍ×１０ｍｍである。
【００４４】
ついで、上記固体電解質層３上に、コロイダルカーボン及び銀ペーストを塗布して、陰極部となる導電層４を形成させて、厚さ０．３ｍｍの平板状コンデンサ素子を得た。
【００４５】
以下、陰極リードの上下面に、得られた平板状コンデンサ素子を、銀ペーストを用いて、各々１枚接着させた以外は、実施例１に準じて、定格電圧４Ｖ、定格静電容量５６０μＦのアルミニウム固体電解コンデンサ（外形寸法：縦１４ｍｍ×横１１ｍｍ×高さ１．７ｍｍ）を完成した。完成したコンデンサの初期電気特性を表１に示す。
【００４６】
比較例１
実施例１において、アルミニウム箔（縦６．３ｍｍ×横３．３ｍｍ×厚さ１５０μｍ）に、縦５．３ｍｍ×横３．３ｍｍの固体電解質層３を形成させた平板状コンデンサ素子１枚のみを用いた以外は、実施例１に準じて、定格電圧４Ｖ、定格静電容量３３μＦのアルミニウム固体電解コンデンサ（外形寸法：縦７．３ｍｍ×横４．３ｍｍ×高さ１．４ｍｍ）を完成した。完成したコンデンサの初期電気特性を表１に示す。
【００４７】
比較例２
実施例１において、比較例１と同様の平板状コンデンサ素子を９枚積層させたコンデンサ素子１組（厚さ２．７ｍｍ）を用いた以外は、実施例１に準じて、定格電圧４Ｖ、定格静電容量３３０μＦのアルミニウム固体電解コンデンサ（外形寸法：縦７．３ｍｍ×横４．３ｍｍ×高さ３．８ｍｍ）を完成した。完成したコンデンサの初期電気特性を表１に示す。
【００４８】
比較例３
実施例１において、アルミニウム箔（縦７．３ｍｍ×横６．３ｍｍ×厚さ１５０μｍ）に、縦６．３ｍｍ×横６．３ｍｍの固体電解質層３を形成させた平板状コンデンサ素子１枚のみを用いた以外は、実施例１に準じて、定格電圧４Ｖ、定格静電容量８２μＦのアルミニウム固体電解コンデンサ（外形寸法：縦８．３ｍｍ×横６．３ｍｍ×高さ１．４ｍｍ）を完成した。完成したコンデンサの初期電気特性を表１に示す。
【００４９】
【表１】

【００５０】
【発明の効果】
本発明のアルミニウム固体電解コンデンサは、コンデンサ素子１枚当りの電気抵抗を大幅に低減でき、ＥＳＲが小さいく、またＣが大きい薄型低背位で実装可能なコンデンサである。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なタンタル固体電解コンデンサの構造を示す断面模式図である。
【図２】本発明のアルミニウム固体電解コンデンサの一実施態様を示す断面模式図である。
【図３】本発明のアルミニウム固体電解コンデンサに用いられる平板状コンデンサ素子に固体電解質層を形成させた時の平面模式図である。
【図４】本発明のアルミニウム固体コンデンサの他の実施態様を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１　　陽極端子部
２　　タンタル焼結体
３　　固体電解質層
４　　導電層
５　　陽極リード
６　　陰極リード
７　　銀ペースト
８　　外装樹脂
９　　アルミニウム箔

Claims

表面に誘電体酸化皮膜が形成されたアルミニウム箔上に、順次、導電性高分子からなる固体電解質層、導電層を形成させてなる平板状コンデンサ素子が、陽極リード及び陰極リードを備えた金属製リードフレームに接合され、ついで外装樹脂が施されてなるアルミニウム固体電解コンデンサにおいて、固体電解質層の縦及び横が、各々少なくとも７ｍｍであることを特徴とするアルミニウム固体電解コンデンサ。
固体電解質層の縦及び横が、各々少なくとも８ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム固体電解コンデンサ。
平板状コンデンサ素子が、陰極リードの上面及び／または下面に、１〜２枚積層されてなることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のアルミニウム固体電解コンデンサ。