JP2004087872A - 固体電解コンデンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固体電解コンデンサの陰極部に金属メッキ層を有する構造である。さらに、固体電解コンデンサの陰極部が第1の金属メッキ層とはんだ付け可能な第2の金属層を有する構造である。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体電解コンデンサに関し、特に、導電性高分子を固体電解質として用いた固体電解コンデンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
固体電解コンデンサは、例えば、タンタルやニオブ、アルミニウムのような弁作用金属を陽極電極とし、その陽極電極の表面を酸化してこれを誘電体とし、その上に、例えば二酸化マンガンや導電性高分子などの層を密着して形成し、更にその上にグラファイト層や銀ペースト層を形成して陰極電極とした構造を有している。
ここで二酸化マンガンや導電性高分子は固体電解質であって、特に、導電性高分子は導電率が高く、コンデンサとしての等価直列抵抗(ESR:Equivalent Series Resistance)を低くできるので、近年、多用されはじめてきている。
導電性高分子を固体電解質とした固体電解コンデンサには、例えば特開平5−275290号公報に開示されているものがある。この固体電解コンデンサについて、上記公報の図1を再掲して示す図6を参照して説明する。尚、以下では、説明の便宜のため、コンデンサの各構成要素の名称や符号に、上記公報に用いられているものとは異なった名称や符号を用いることがある。
図6を参照すると、エッチングによって拡面化したアルミニウム箔(エッチドアルミニウム箔)61が、エポキシ樹脂体69によって紙面左側から外部陽極端子を接続するための領域と容量を発現するための領域とに分けられていて、アルミニウム箔61の紙面右側の大部を占める容量発現領域には、母材であるアルミニウム箔61を陽極酸化して得た酸化アルミニウム皮膜62が形成されている。
更に、その酸化アルミニウム皮膜62の上に、これに密着して導電性高分子であるポリピロール層63が設けられており、そのポリピロール層63の更に上にグラファイト層64、銀ペースト65が密着して形成されている。
上述のアルミニウム箔61と、酸化アルミニウム皮膜62と、ポリピロール層63、グラファイト層64、銀ペースト65とで、コンデンサとしての基本構造(固体電解コンデンサ素子)が形づくられている。すなわち、アルミニウム箔61が陽極電極であり、酸化アルミニウム皮膜62が誘電体であり、ポリピロール層63とグラファイト層64、銀ペースト65とで陰極電極としての役をなしている。
【0003】
そして、そのコンデンサ素子に、外部との電気的な接続のために、外部陽極端子68と外部陰極端子67とが取り付けられ、更に、素子の封止とコンデンサの外形形成のために、外装66が施されている。
【0004】
外部陽極端子68および外部陰極端子67には銅系、鉄系などの金属を母材として表面にはんだ付けが可能な金属のメッキを施したものが使用されている。外部陽極端子68は陽極電極のアルミニウム箔61と電気溶接、超音波溶接などで接合され、一方、外部陰極端子67は陰極電極の最外層に例えば導電性接着剤(図示なし)によって電気的に固着されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の固体電解コンデンサに使用されている導電性高分子は初期の導電率は低いものの、高温の酸素雰囲気において酸化し、その導電率が低下する欠点がある。このため陰極電極において酸素の遮断が不十分であると、固体電解コンデンサが高温に長時間さらされた場合、ESRが劣化してしまうことになる。従来の固体電解コンデンサの陰極電極は導電性高分子層の上にグラファイト層、銀ペースト層を形成した構成になっている。グラファィト層、銀ペ−スト層は、緻密に形成できず、酸素の侵入を十分に防止できない問題がある。
また、従来の固体電解コンデンサの外部陰極端子は実装をしやすくするために母材金属の表面にはんだ付け可能なはんだメッキや錫メッキを行っている。これらのメッキははんだ付けは容易となるが、コンデンサ素子の陰極部と接着接合している面は、実装時にこれらのメッキ金属が一部溶融し、外部陰極端子と導電性接着剤が剥離し、陰極電極との接触抵抗を大きくしてしまう欠点があった。
【0006】
従って、本発明の目的は、固体電解コンデンサのコンデンサ素子の陰極部に使用されている導電性高分子が酸化されないように、金属めっきによる緻密な皮膜を形成し、コンデンサの信頼性を向上させることにある。
また、本発明の他の目的は、固体電解コンデンサの陰極部と接続する外部陰極端子の表面にはんだよりも融点が高くかつ化学的に安定な金、銀などのメッキを形成し、コンデンサの陰極部と外部陰極端子の実装時の界面抵抗変化を抑制し、コンデンサの信頼性を向上させることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる固体電解コンデンサは、導電性高分子を固体電解質とする固体電解コンデンサであって、前記固体電解コンデンサの陰極部が第1の金属メッキ層を有する構成である。
【0008】
また、本発明に係わる固体電解コンデンサは、導電性高分子を固体電解質とする固体電解コンデンサであって、前記固体電解コンデンサの陰極部が第1の金属メッキ層とはんだ付け可能な第2の金属層を有する構成である。
【0009】
さらに、前記第1の金属メッキ層は、銅メッキ層またはニッケルメッキ層または金メッキ層または銀メッキ層とすることもでき、前記第2の金属層は、はんだ層または錫層またははんだ付け可能な銀ペースト層とすることもできる。
【0010】
さらに、本発明に係わる固体電解コンデンサは、導電性高分子を固体電解質とする表面実装型の固体電解コンデンサであって、前記固体電解コンデンサの陰極部に接続される陰極端子が、前記陰極端子の実装面側にはんだ付け可能な第3の金属メッキ層を有し、前記陰極端子の前記陰極部に接続される面側に、前記第3の金属メッキ層より融点が高くかつ化学的に安定な第4の金属メッキ層を有する構成である。
【0011】
さらに、前記第3の金属メッキ層は、はんだメッキ層または錫メッキ層とすることもでき、前記第4の金属メッキ層は、金メッキ層または銀メッキ層とすることもできる。
【0012】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本発明の第1の実施の形態(実施例1)に係るアルミニウム固体電解コンデンサの縦断面を図1に示す。
本発明の第1の実施の形態のアルミニウム固体電解コンデンサでは、陽極電極となるアルミニウム箔51をエッチングして、拡面化する。エッチング液には、塩酸の水溶液などを用いる。そして、そのアルミニウム箔51の所定の領域(容量発現領域:図1の紙面右側の大部)を陽極酸化して、そこに酸化アルミニウム(Al2 O3 )の皮膜52を形成する。陽極酸化には、例えばアジピン酸や、クエン酸や、リン酸などのアンモニウム塩の水溶液を用いる。
【0013】
次いで、上記陽極酸化アルミニウム皮膜52の上に、固体電解質としてポリピロールからなる導電性高分子の層53を形成し、更にその上にグラファイト層54を形成する。
次に、グラファイト層54とアルミニウム箔51の陽極部となる部分にメッキ処理を施しメッキ層55を形成し、続いてはんだ層56を形成する。
本発明によれば、素子の外周部に緻密な金属メッキ層を形成しているため、従来の素子に比べ外部からの酸素の浸入は、確実に防止できる。
【0014】
図2に、本実施例に係るアルミニウム固体電解コンデンサを信頼性試験に供した結果を示す。また、比較のため、従来の構造のアルミニウム固体電解コンデンサ(図6参照)を同じ試験に供した結果を示す。
【0015】
試験は、高温放置試験であって、温度:125℃の雰囲気中に試料を放置し、試料の電気的特性を時間の経過を追って測定する試験である。電気的特性の評価には、周波数100kHzにおける等価直列抵抗(ESR)の値を用いた。
図2を参照すると、どの試料の場合も、試験開始前の初期値は3mΩ前後でほぼ同等な値を示しており、試験開始後は、従来のコンデンサと本実施例に係るコンデンサとは、当初、50時間程度まではほぼ同じ曲線を描いているが、それ以後、従来のコンデンサのESRは上昇傾向を見せ始め、本実施例に係るコンデンサの曲線とは乖離してゆく。
【0016】
そして、500時間経過後には、本実施例に係るコンデンサのESRは約6mΩで初期値の約2倍程度に止まっているのに対し、従来のコンデンサのESRは約30mΩに増加して、初期値の約10倍にも達している。
【0017】
上述の試験結果、本実施例に係るコンデンサにおける高封止能力は、特に、酸素の存在下で導電率の低下傾向が大きい導電性高分子を固体電解質に用いたときに、ESRの経時劣化の改善、特性の安定性向上、高信頼性化、長寿命化に大きな効果をもたらす。
本実施例においてメッキ金属として銅、ニッケル、銀、金などが使用可能である。また、メッキの形成方法も電解メッキ法、無電解メッキ法が可能である。
はんだ層は、はんだメッキ、錫メッキ等によって形成するほかに、溶融はんだ槽に浸漬することによっても形成可能である。
また、本実施例においては、導電性高分子にピロールモノマーを化学酸化重合させて得たポリピロールを用いたが、他の例えばポリチオフェン或いはポリアニリンなどを用いることもできる。また、形成方法についても、化学酸化重合に限らず、電解酸化重合によって形成することもできる。
【0018】
次に、本発明の第2の実施の形態(実施例2)に係るアルミニウム固体電解コンデンサを説明する。図3は、本発明の第2の実施の形態(実施例2)に係る固体電解コンデンサの縦断面図である。
【0019】
図3を参照すると、本実施例に係る固体電解コンデンサ40は、塩酸等のエッチング水溶液中で、エッチングしたアルミニウムエッチド箔(弁作用金属)41の所定部分に、アジピン酸、クエン酸、リン酸等のアンモニウム塩水溶性化成液中で、酸化アルミニウム皮膜42を形成したのち、絶縁性樹脂47を塗布硬化し、マスキングしたのち、酸化アルミニウム皮膜42上の所定の部分に、導電性高分子層43、グラファィト層44を順次形成して固体電解コンデンサ素子48を得る。
さらに、グラファィト層44上及び、固体電解コンデンサ素子48の両端部に設けた陽極部49上に、それぞれ金属メッキを行い、予め設けた絶縁性樹脂47以外の部分にメッキ層45を形成する。メッキ層45を形成した素子48と陽極部49上のメッキ層45上に、はんだ層46を形成し、固体電解コンデンサとして完成させる。
【0020】
本発明の第2の実施の形態(実施例2)に係るアルミニウム固体電解コンデンサは、いわゆる3端子構造の固体電解コンデンサであり、第1の実施の形態と同様に素子の外周部を緻密な金属層とすることにより、外部からの酸素、水分等の侵入が防止できる。
【0021】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、その要旨の範囲内で変更可能であり、上記した説明の構成以外にも
(1)エッチドアルミ箔+導電性高分子層+グラファイト層+金属めっき層
(2)エッチドアルミ箔+導電性高分子層+グラファイト層+金属めっき層+銀ペースト層
(3)エッチドアルミ箔+導電性高分子層+金属めっき層+はんだ層
(4)エッチドアルミ箔+導電性高分子層+グラファイト層+金属めっき層+はんだ層
なども考えられる。
また、本発明はタンタル、ニオブなど他の弁作用金属を陽極とする固体電解コンデンサにも適用可能である。
次に、本発明の第3の実施の形態(実施例3)に係るアルミニウム固体電解コンデンサを説明する。図4は、本発明による固体電解コンデンサの縦断面図である。
本実施例において固体電解素子の陰極部の構造は従来のものと同じ構造のものを用いている。その後、アルミニウム箔1の外部陽極端子取付けのために空けておいた部分に、外部陽極端子6を取り付ける。外部陽極端子6は、例えば42合金や銅の板にはんだめっきを施したもののような、はんだ付け可能な材料でできている。アルミニウム箔1には超音波溶接や電気抵抗溶接などによって接合する。
【0022】
次に、外部陰極端子7を銀ペーストなどの導電性接着剤8を用いて陰極部に接着する。外部陽極端子7は42合金や銅、鉄等の陰極端子金属14を有し、素子11と接合する面には、金メッキ層又は、銀メッキ層の陰極接続面メッキ層12を形成し、他方の面には、はんだ付け可能なはんだメッキ、錫メッキなどの実装面メッキ層13を設けてある。
【0023】
本発明においては、導電性接着剤である銀ペーストと化学的に同質の銀メッキ層、金メッキ層を介して接合したことにより、化学的に安定であり、はんだよりも融点の高いことから実装時にメッキが溶融することなく接着界面を安定した状態に保つことができる。
【0024】
なお、本発明の適用範囲は、第1の実施例または第2の実施例と第3の実施例とを組み合わせることも可能である。
【0025】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、固体電解コンデンサ素子の陰極部に金属メッキ層を設けることにより酸素の侵入を阻止し、導電性高分子の特性劣化を抑制することができる。また、外部陰極端子の素子との接着面に金メッキ層または、銀メッキ層を設けることにより、実装時の等価直列抵抗値の変化をなくす効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係るアルミニウム固体電解コンデンサの縦断面図である。
【図2】高温放置試験によるESRの経時変化の様子を、従来の技術に係る固体電解コンデンサと、実施例1に係る固体電解コンデンサとで比較して示す図である。
【図3】実施例2に係るアルミニウム固体電解コンデンサの縦断面図である。
【図4】実施例3に係るアルミニウム固体電解コンデンサの縦断面図である。
【図5】実施例3に係るアルミニウム固体電解コンデンサの横断面図である。
【図6】従来の技術に係るアルミニウム固体電解コンデンサの縦断面図である。
【符号の説明】
1,41,51 エッチドアルミニウム箔
2,42,52 酸化アルミニウム皮膜
3,43,53 ポリピロール層
4,44,54 グラファイト層
5 銀ペースト層
6 外部陽極端子
7 外部陰極端子
8 銀ペースト
9 補強板
10 絶縁樹脂体
11 固体電解コンデンサ素子
12 陰極接続面メッキ層
13 実装面メッキ層
14 陰極端子金属
45,55 メッキ層
46,56 はんだ層
47,57 絶縁性樹脂
48,58 固体電解コンデンサ素子
49,59 陽極部
Claims (7)
- 導電性高分子を固体電解質とする固体電解コンデンサであって、前記固体電解コンデンサの陰極部が第1の金属メッキ層を有することを特徴とする固体電解コンデンサ。
- 導電性高分子を固体電解質とする固体電解コンデンサであって、前記固体電解コンデンサの陰極部が第1の金属メッキ層とはんだ付け可能な第2の金属層を有することを特徴とする固体電解コンデンサ。
- 前記第1の金属メッキ層は、銅メッキ層またはニッケルメッキ層または金メッキ層または銀メッキ層である請求項1または2記載の固体電解コンデンサ。
- 前記第2の金属層は、はんだ層または錫層またははんだ付け可能な銀ペースト層である請求項2または3記載の固体電解コンデンサ。
- 導電性高分子を固体電解質とする表面実装型の固体電解コンデンサであって、前記固体電解コンデンサの陰極部に接続される陰極端子が、前記陰極端子の実装面側にはんだ付け可能な第3の金属メッキ層を有し、前記陰極端子の前記陰極部に接続される面側に、前記第3の金属メッキ層より融点が高くかつ化学的に安定な第4の金属メッキ層を有することを特徴とする請求項1または2記載の固体電解コンデンサ。
- 前記第3の金属メッキ層は、はんだメッキ層または錫メッキ層である請求項5記載の固体電解コンデンサ。
- 前記第4の金属メッキ層は、金メッキ層または銀メッキ層である請求項5記載の固体電解コンデンサ。
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