JP2004311875A

JP2004311875A - 固体電解コンデンサ

Info

Publication number: JP2004311875A
Application number: JP2003106402A
Authority: JP
Inventors: 誠司 ▲高▼木; Seiji Takagi; Ayumi Kawachi; あゆみ河内; Yuji Mido; 勇治御堂
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】本発明は、等価直列抵抗の低減と、漏れ電流の増大を防止した固体電解コンデンサの提供を目的とするものである。
【解決手段】弁金属箔１と、弁金属箔１の表面に形成された弁金属多孔質体２と、弁金属多孔質体２の表面に設けた誘電体被膜３と、誘電体被膜３を覆うように設けた固体電解質層５と、固体電解質層５を覆うようにカーボン層６と銀ペイント層７を設け、カーボン層６または／および銀ペイント層７を弾性体で構成したものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子機器に利用される固体電解コンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電源回路の２次側やパーソナルコンピュータのＣＰＵ周りなどに使用されるコンデンサは、低背化、小型大容量化が強く望まれている。さらに、高周波化に対応した等価直列抵抗（以下、ＥＳＲ）の低いものが要求されている。
【０００３】
ＥＳＲは各材料の固有抵抗と各材料間の界面抵抗からなり、低ＥＳＲ化するためには、これらの抵抗を小さくする必要がある。
【０００４】
低ＥＳＲ化する方法として、図８に示すように、従来の固体電解コンデンサでは弁金属２０上にその金属の誘電体被膜２１を形成し、前記誘電体被膜上に固体電解質層２２および集電体層２３をこの順に順次形成してなり、前記固体電解質層表面に凹凸を設け、前記陰極導体層との密着力を強化したものであった（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２７６５４６２号公報（第８頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では固体電解質層上に凹凸を設ける方法として、化学重合の溶液中に固体電解質の粉末を混合する方法を行っているが、化学反応が伴っているため、凹凸の大きさの制御が難しく、凹凸の大きさに差があると陰極導体層との密着力にばらつきが生じ、その結果としてＥＳＲがばらついてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、従来の上記問題点を解決するためになされたものであり、弾性体からなる集電体層で固体電解質層を覆うように構成し、ＥＳＲが小さくかつ漏れ電流の小さな固体電解コンデンサの提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、弁金属箔と、弁金属箔の表面に形成された弁金属多孔質体と、弁金属多孔質体を覆うように設けた誘電体被膜と、誘電体被膜を覆うように設けた固体電解質層と、固体電解質層を覆うように集電体層を設け、この集電体層を弾性体で構成したものである。
【０００９】
これにより、固体電解コンデンサの低ＥＳＲ化を図るとともに、漏れ電流の増大を防ぐことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、弁金属箔と、弁金属箔の表面に形成された弁金属多孔質体と、弁金属多孔質体を覆うように設けた誘電体被膜と、誘電体被膜を覆うように設けた固体電解質層と、固体電解質層を覆うように集電体層を設け、この集電体層を弾性体で構成したことで、外装時の樹脂の硬化収縮によって、集電体層が圧縮されて固体電解質層との接触面積が大きくなることで、低ＥＳＲ化を図ることができるとともに、外装時の圧力を吸収するため、誘電体被膜への影響が小さくなり、漏れ電流の増大を防ぐことができる。
【００１１】
また本発明は、集電体層はカーボン層と銀ペイント層からなり、前記カーボン層と銀ペイント層のいずれか一方または両方を弾性体で構成したことで、外装時に生じる応力を集電体層が緩和するため、誘電体被膜への影響が小さくなり、漏れ電流の発生を防ぐことができる。
【００１２】
また本発明は、カーボン層は弾性を有する熱可塑性樹脂を含むようにしたことで、銀ペイント層や外装の硬化収縮によるカーボン層の圧縮により、固体電解質層との密着がよくなり、低ＥＳＲ化することができる。
【００１３】
また本発明は、銀ペイント層は弾性を有する熱可塑性樹脂を含むようにしたことで、外部端子を接合するときの機械的ストレスを緩和することができるとともに、コンデンサ素子の取り扱いを容易にすることができる。
【００１４】
また本発明は、カーボン層はエラストマーを含むようにしたことで、カーボン層の乾燥時に硬化収縮がないため、固体電解質層へのストレスを与えることなくカーボン層を形成することができる。
【００１５】
また本発明は、銀ペイント層はエラストマーを含むようにしたことで、外装前のコンデンサ素子の特性検査における外的ストレスを緩和することができる。
【００１６】
また本発明は、弁金属箔と弁金属多孔質体にタンタルまたは／およびニオブまたは／およびアルミニウムを用いたことで、大容量の固体電解コンデンサを構成することができる。
【００１７】
【実施例】
以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるコンデンサ素子の断面図、図２は図１のコンデンサ素子を外装樹脂で覆った本発明の実施例１における固体電解コンデンサの断面図である。
【００１９】
図１および図２に示すように、陽極体である弁金属箔１および弁金属多孔質体２と、誘電体被膜３と、陰極となる固体電解質層５および集電体層６、７とにより構成される。
【００２０】
弁金属箔１は、板状のタンタル箔またはニオブ箔である。弁金属多孔質体２は、弁金属箔１の一部を除いて上面視が略長方形となるようにタンタルやニオブなどの弁金属粉末を含む塗料を塗布し、真空中で焼結して形成する。この塗布の方法はスクリーン印刷、ディスペンサー、ダイコート法などを用いることができる。
【００２１】
次に誘電体被膜３は、りん酸溶液中で陽極酸化を行い弁金属多孔質体２の表面を覆うように形成する。
【００２２】
４は弁金属多孔質体２で覆われていない弁金属箔１上の弁金属多孔質体２の端面に形成された絶縁分離層であり、エポキシあるいはシリコーンなどで陽極と陰極を分離し、短絡防止を図ったものである。この絶縁分離層４はスクリーン印刷、ディスペンサー法などにより形成できる。
【００２３】
固体電解質層５は誘電体被膜３を覆うように設けられ、ポリピロールまたはポリチオフェンなどの導電性高分子層を化学重合法または電解重合法などにより形成することで得ることができる。これにより、インピーダンスの低い固体電解コンデンサを得ることができる。
【００２４】
集電体層６、７は固体電解質層５を覆うように固体電解質層５上に導電ペーストであるカーボンと銀ペイントを塗布することによってカーボン層６および銀ペイント層７を順次積層して形成される。このカーボン層６および銀ペイント層７は熱可塑性樹脂あるいはエラストマーを含んで構成されている。熱可塑性樹脂としては、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、テフロン（米国デュポン社の登録商標）樹脂などを用いることができる。またエラストマーとしてはゴム状弾性を有する天然ゴム、合成ゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂などを用いることができる。さらにこれらの混合物であっても良い。
【００２５】
これらの弾性を有する材料の曲げ弾性率が１０００ＭＰａ以下の範囲である熱可塑性樹脂あるいはエラストマーが好ましい。
【００２６】
以上のようにして得られた図１に示すコンデンサ素子の弁金属箔１と外部端子（陽極）８を接合し、銀ペイント層７と外部端子（陰極）９を接合し、外部端子８、９の端部のみが露出し、コンデンサ素子を覆うように樹脂による外装１０で被覆封止した後、エージングを施して、図２に示す固体電解コンデンサを得る。
【００２７】
このエージングによって、誘電体被膜３の形成後のコンデンサ素子の製造過程において壊れた誘電体被膜３を修復し、漏れ電流を低減することができる。
【００２８】
本実施例１において、外装１０としてはエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いる。
【００２９】
本実施例１において、集電体層６、７が熱可塑性樹脂あるいはエラストマーで構成されているため、外装１０を形成する時の樹脂の硬化収縮によって集電体層６、７が圧縮されて固体電解質層５との接触面積が大きくなり、層と層との界面に生じる界面抵抗が小さくなることで、固体電解コンデンサのＥＳＲを低減することが可能となる。また、外装１０の形成時に生じる応力を集電体層６、７が緩和するため、誘電体被膜３への影響が小さくなり、漏れ電流の増大を防ぐことができる。
【００３０】
さらに本実施例１において、集電体層６、７が熱可塑性樹脂で構成されているため、外装１０の形成前の製造過程において加わる衝撃や機械的ストレス、材料の熱膨張率の違いによって生じる応力を緩和し、亀裂が誘電体被膜３に生じるのを防ぐことにより、コンデンサの漏れ電流の増大を防止することが可能となる。
【００３１】
なお、本実施例１においては、弁金属箔１および弁金属多孔質体２はタンタルとニオブを例に挙げたが、一般に固体電解コンデンサに用いられるアルミニウムやチタンなどの弁金属なら何でもよい。また、弁金属箔１と弁金属多孔質体２からなる陽極体として、アルミニウム箔を用い、このアルミニウム箔の必要部分の表面側をエッチングして弁金属多孔質体２と弁金属箔１が一体となって構成されたものとしてもよい。
【００３２】
（実施例２）
本発明の実施例２について説明する。図１、図２と同一構成要件は同符号を付して説明を省略する。
【００３３】
図３、図４において、固体電解コンデンサは、エラストマーを含むカーボン層６と、熱硬化性ペーストからなる銀ペイント層７とから構成される。
【００３４】
このように、カーボン層６がエラストマーで構成されているため、銀ペイント層７や外装１０の硬化収縮によってカーボン層６と固体電解質層５との接触面積が大きくなり、カーボン層６と固体電解質層５との界面に生じる界面抵抗が小さくなるため、固体電解コンデンサのＥＳＲを低減することが可能となる。また、固体電解質層５との密着がよくなり、容量を引き出し易くすることができる。
【００３５】
さらに、カーボン層６がエラストマーで構成されているため、カーボン層６の乾燥時に硬化収縮がなく、固体電解質層５へのストレスを与えることなくカーボン層６を形成することができるため、コンデンサの漏れ電流の増大を防ぐことができる。
【００３６】
なお、本実施例２において、カーボン層６はエラストマーを含む例を挙げたが、ポリエチレン、ポリエステルなどの熱可塑性樹脂でもよく、エラストマーと同様の効果を得ることができる。
【００３７】
（実施例３）
本発明の実施例３について説明する。図１、図２と同一構成要件は同符号を付して説明を省略する。
【００３８】
図５、図６において、熱硬化性ペーストからなるカーボン層６と、エラストマーを含む銀ペイント層７とから構成される。
【００３９】
このように、銀ペイント層７がエラストマーで構成されているため、外装１０の形成時の硬化収縮によって銀ペイント層７が圧縮されてカーボン層６との接触面積が大きくなるため、カーボン層６と銀ペイント層７との界面に生じる界面抵抗が小さくなり、固体電解コンデンサのＥＳＲを低減することが可能となる。
【００４０】
さらに、銀ペイント層７がエラストマーで構成されているため、外部端子を接合するときの機械的ストレスや、外装１０の形成前のコンデンサ素子の特性検査等において加わる衝撃などの応力を緩和することができ、コンデンサ素子の取り扱いを容易にすることができる。また、亀裂が誘電体被膜３に生じるのを防ぐため、コンデンサの漏れ電流の増大を防止することが可能となる。
【００４１】
なお、本実施例３において、銀ペイント層７はエラストマーを含む例を挙げたが、ポリエチレン、ポリエステルなどの熱可塑性樹脂でもよく、エラストマーと同様の効果を得ることができる。
【００４２】
上記各実施例において、１個のコンデンサ素子を外装１０してなる固体電解コンデンサについて説明したが、図７に示すようにコンデンサ素子を複数個積層し、このコンデンサ素子の積層体の弁金属箔１と外部端子（陽極）８を接合し、銀ペイント層７と外部端子（陰極）９を接合し、外部端子８、９の端部のみが露出しコンデンサ素子の積層体を覆うように樹脂による外装１０で被覆封止した後、エージングを施すことにより得られる積層型固体電解コンデンサについても同様の効果が得られるのは当然である。
【００４３】
このような積層コンデンサを構成する場合にも、カーボン層６と銀ペイント層７のいずれか一方または両方が弾性体などの柔軟性のある材料である熱可塑性樹脂あるいはエラストマーで構成されているため、コンデンサ素子を積層する際の機械的ストレスなどによって生じる漏れ電流の増大を防ぐことができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明は、集電体層を密着性がよく、応力を緩和する弾性体で構成することにより、低ＥＳＲで漏れ電流の小さい固体電解コンデンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるコンデンサ素子の断面図
【図２】本発明の実施例１における固体電解コンデンサの断面図
【図３】本発明の実施例２におけるコンデンサ素子の断面図
【図４】本発明の実施例２における固体電解コンデンサの断面図
【図５】本発明の実施例３におけるコンデンサ素子の断面図
【図６】本発明の実施例３における固体電解コンデンサの断面図
【図７】本発明の他の実施例における積層型固体電解コンデンサの断面図
【図８】従来のコンデンサ素子の断面図
【符号の説明】
１弁金属箔
２弁金属多孔質体
３誘電体被膜
４絶縁分離層
５固体電解質層
６集電体層（カーボン層）
７集電体層（銀ペイント層）
８外部端子（陽極）
９外部端子（陰極）
１０外装

Claims

弁金属箔と、前記弁金属箔の表面に形成された弁金属多孔質体と、前記弁金属多孔質体の表面に設けた誘電体被膜と、前記誘電体被膜を覆うように設けた固体電解質層と、前記固体電解質層を覆うように集電体層を設け、前記集電体層を弾性体で構成した固体電解コンデンサ。
集電体層はカーボン層と銀ペイント層からなり、前記カーボン層と銀ペイント層のいずれか一方または両方を弾性体で構成した請求項１記載の固体電解コンデンサ。
カーボン層は弾性を有する熱可塑性樹脂を含む請求項２記載の固体電解コンデンサ。
銀ペイント層は弾性を有する熱可塑性樹脂を含む請求項２記載の固体電解コンデンサ。
カーボン層はエラストマーを含む請求項２記載の固体電解コンデンサ。
銀ペイント層はエラストマーを含む請求項２記載の固体電解コンデンサ。
弁金属箔と弁金属多孔質体にタンタルまたは／およびニオブまたは／およびアルミニウムを用いた請求項１記載の固体電解コンデンサ。