JP2004356360A

JP2004356360A - アルミ固体電解コンデンサ

Info

Publication number: JP2004356360A
Application number: JP2003151951A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Inoue; 和文井上; Masafumi Oshima; 雅史大島
Original assignee: Japan Carlit Co Ltd
Current assignee: Japan Carlit Co Ltd
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】高耐電圧のアルミ固体電解コンデンサを提供。
【解決手段】エッチング処理されたアルミ箔１表面に、誘電体酸化皮膜２を形成させた後、固体電解質層３を形成させてなるアルミ固体電解コンデンサにおいて、ｐＨ４〜８に調整した縮合リン酸含有化成溶液中、前記アルミ箔を陽極酸化させて、該表面に誘電体酸化皮膜を形成させる。
【効果】上記誘電体酸化皮膜は、均質で欠陥が少なく、電気化学的に安定であるため、高耐電圧のアルミ固体電解コンデンサを得ることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陽極体としてアルミ箔を用いたアルミ固体電解コンデンサに関し、より詳しくは、高耐電圧のアルミ固体電解コンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エッチング処理したアルミ箔表面に、誘電体酸化皮膜を形成させた後、化学重合法及び／または電解重合法等を用いて、ピロール、アニリン、チオフェン、エチレンジオキシチオフェン等の導電性高分子モノマーを重合させた導電性高分子膜、あるいはＴＣＮＱ錯体等の有機導電体または二酸化マンガン等の無機導電体を固体電解質層とするアルミ固体電解コンデンサが提案されている。
【０００３】
上記アルミ固体電解コンデンサは、従来のアルミ電解コンデンサに比し、等価直列抵抗が低く、また高周波領域でのノイズ除去性能がよいという優れたコンデンサ特性を有しており、スイッチング電源の平滑用またはＣＰＵ周辺の負荷変動用バックアップコンデンサ等に用いられている。
【０００４】
一般的なアルミ固体電解コンデンサについて、図面を参照して、以下、詳細に説明する。図１は、アルミ固体電解コンデンサの構成を示す概略断面図である。
【０００５】
図１に示すように、まず、エッチング処理したアルミ箔１の表面に、誘電体酸化皮膜２を形成させた後、順次、固体電解質層３、陰極導電層４を形成させてコンデンサ素子を得、ついで、該素子の陽極引出部５を溶接等によりリードフレームの陽極端子６に接合し、また陰極導電層４を銀ペースト７によりリードフレームの陰極端子８に接着させ、さらに外装樹脂９を施して、アルミ固体電解コンデンサが得られる。
【０００６】
アルミ電解コンデンサにおいては、従来、アジピン酸、ホウ酸、リン酸またはそれらの塩を含有する化成溶液中、エッチング処理したアルミ箔を陽極酸化させ、該箔表面に誘電体酸化皮膜を形成させていた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
【非特許文献１】永田伊佐也著「電解液陰極アルミニウム電解コンデンサ」日本蓄電器工業（株）発行、平成９年２月２４日、（ｐ．３１５−３２０）
【０００８】
アルミ固体電解コンデンサにおいても、上記と同様の方法を用いて、アルミ箔表面に誘電体酸化皮膜を形成させていた。
【０００９】
高耐電圧のアルミ固体電解コンデンサは、誘電体酸化皮膜の形成の際、アルミ箔の陽極酸化電圧を高くすることにより得られるが、陽極酸化電圧が約５０Ｖまでは、耐電圧は陽極酸化電圧に比例して上昇するものの、陽極酸化電圧が５０Ｖ超になると、陽極酸化電圧を上げても、耐電圧を比例的に上昇させることができなかった。耐電圧の高いアルミ固体電解コンデンサが要望されていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高耐電圧のアルミ固体電解コンデンサを提供することである。
【００１１】
【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、ｐＨ４〜８に調整した縮合リン酸含有化成溶液中、アルミ箔を陽極酸化させることにより、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は、エッチング処理したアルミ箔表面に、誘電体酸化皮膜を形成させた後、固体電解質層を形成させてなるアルミ固体電解コンデンサにおいて、ｐＨ４〜８に調整した縮合リン酸含有化成溶液中、前記アルミ箔を陽極酸化させ、誘電体酸化皮膜を形成させてなることを特徴とするアルミ固体電解コンデンサである。
【００１３】
本発明のアルミ固体電解コンデンサは、チップ型または巻回型のいずれでもよく、特に限定されない。
【００１４】
以下、チップ型のアルミニウム固体電解コンデンサを例にとり、図１を参照して詳細に説明する。
【００１５】
まず、従来公知のエッチング法、例えば交流エッチング法または直流エッチング法により、アルミ箔１表面をエッチング処理した後、ｐＨ４〜８に調整した縮合リン酸含有化成溶液中で、該箔を陽極酸化させ、誘電体酸化皮膜２を形成させる。
【００１６】
縮合リン酸は、一般式ｘＨ_２Ｏ・ｙＰ_２Ｏ_５で表され、ｘ／ｙの比で示されるＲは、０＜Ｒ＜２の範囲である。
【００１７】
０＜Ｒ＜１の場合は、分子状に分枝ＰＯ_４基を有する架橋構造または直鎖状及び環状リン酸塩が相互に結合した構造となり、ウルトラリン酸に分類され、Ｒ＝１の場合は、環状構造となり、メタリン酸に分類され、また、１＜Ｒ＜２の場合は、直鎖状構造となり、ポリリン酸に分類される。
【００１８】
なお、Ｒ＝２の場合は、オルトリン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）であり、縮合リン酸でない。
【００１９】
本発明に用いられる化成溶液は、上記縮合リン酸を単独で溶解させた水溶液か、あるいは縮合リン酸及びジカルボン酸ないしはその塩を溶解させた水溶液である。ジカルボン酸ないしはその塩を加えた場合、アルミ箔の化成効率を向上させることができ、好都合である。
【００２０】
ジカルボン酸塩としては、例えば、アジピン酸、酒石酸、クエン酸、フタル酸、マレイン酸ないしはそれらの塩があげられるが、コンデンサ特性を考慮すると、アジピン酸アンモニウムが好ましい。
【００２１】
本発明に用いられる化成溶液中のリン（Ｐ）の量は、０．０３〜３質量％である。０．０３質量％未満の場合、耐電圧を高める効果が小さく、また３質量％超の場合、アルミの溶解量が多くなってしまい、不都合である。
【００２２】
本発明に用いられる化成溶液は、アンモニア水等を用いて、ｐＨ４〜８の範囲に調整される。
【００２３】
誘電体酸化皮膜を形成させる際の陽極酸化電圧は、５０Ｖ以上である。
【００２４】
次に、誘電体酸化皮膜２を形成させたアルミ箔１上に、従来公知の方法により、導電性高分子、ＴＣＮＱ錯体または二酸化マンガン等からなる固体電解質層３を形成させる。
【００２５】
化学重合法及び／または電解重合法等により形成された、ポリピロール、ポリアニリン、ポリエチレンジオキシ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の導電性高分子を固体電解質層３として用いた固体電解コンデンサは、電気抵抗が小さく優れた特性のコンデンサである。
【００２６】
ついで、固体電解質層３上に、順次、カーボンペースト、銀ペーストを、塗布、加熱、乾燥させて、陰極導電層４を形成させ、コンデンサ素子を得た後、該素子の陽極引出部５をスポット溶接等により、リードフレームの陽極端子６に接合させ、また陰極導電層４を銀ペースト７によりリードフレームの陰極端子８に接着させ、さらに、外装樹脂９をモールドさせて、本発明の固体電解コンデンサを完成する。
【００２７】
本発明に用いられる化成溶液中で、アルミ箔を陽極酸化させて形成した誘電体酸化皮膜は、均質で欠陥が少なく、電気化学的に安定であり、高耐電圧のアルミ固体電解コンデンサを得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を、実施例に基づき、図面を参照して説明する。なお、本発明は、実施例によりなんら限定されない。実施例中、「％」は「質量％」を表す。
【００２９】
実施例１
図１に示すように、交流エッチング処理したアルミ箔１（固体電解質層３の形成部：縦３．０ｍｍ×横５．０ｍｍ）を、縮合リン酸であるポリリン酸（和光純薬工業（株）社製、Ｒの平均値＝１．３３）１％水溶液中、３分間浸漬させた後、水洗、乾燥し、前処理を行った。
【００３０】
次に、ポリリン酸（和光純薬工業（株）社製、Ｒの平均値＝１．３３）及びアジピン酸アンモニウム（和光純薬工業（株）社製、特級）を溶解した水溶液にアンモニア水を添加し、ｐＨ６．５に調整した、ポリリン酸１％及びアジピン酸アンモニウム９％化成溶液（温度３０℃）中に、上記箔を浸漬し、１素子あたり５ｍＡの電流を印加して電圧１２０Ｖまで昇圧させた後、１２０Ｖの定電圧で１０分間保持して陽極酸化させた後、水洗、乾燥し、ついで温度２５０℃の雰囲気下で１０分間熱処理を行い、さらに、上記化成溶液中、１２０Ｖの定電圧で３分間保持して陽極酸化させ、誘電体酸化皮膜２を形成させた。
【００３１】
ついで、該素子を、ピロールモノマー３０％のエタノール溶液中に浸漬した後、ドーパントである過硫酸アンモニウム０．１ｍｏｌ／ｌ水溶液中に、浸漬、洗浄する操作を３回繰り返して、化学重合ポリピロール膜を形成させた後、前記化成溶液（温度３０℃）中に浸漬し、電圧１１０Ｖで陽極酸化させて、誘電体酸化皮膜２を化成修復した。
【００３２】
ついで、ピロールモノマー０．４ｍｏｌ／ｌ及び１，７−ナフタレンスルホン酸テトラエチルアンモニウム０．４ｍｏｌ／ｌのアセトニトリル電解液を入れたステンレス容器中に、上記素子を浸漬し、先に形成させた化学重合ポリピロール膜の一部分に、金ワイヤーを接触させて陽極とし、また、ステンレス容器を陰極として、電流０．３ｍＡで９０分間、電解重合させて電解重合ポリピロール膜を形成させ、固体電解質層３を形成させた。
【００３３】
次に、固体電解質層３上に、順次、カーボンペースト、銀ペーストを、塗布、加熱、乾燥させて、陰極導電層４を形成させた後、該素子の陽極引出部５をスポット溶接によりリードフレームの陽極端子６に接合し、陰極導電層４を銀ペースト７によりリードフレームの陰極端子８に接着させた後、さらに、外装樹脂９であるエポキシ樹脂をモールドさせて、本発明のアルミ固体電解コンデンサを完成した。
【００３４】
完成したコンデンサ５０個について、印加電圧を０Ｖから１Ｖ毎に昇圧した後、３０秒間保持する操作を繰り返して、コンデンサの漏れ電流が１００ｍＡを超えた時点での電圧値を破壊電圧とする破壊電圧測定試験を行った。結果を表１に示す。
【００３５】
実施例２
実施例１において、化成溶液として、ｐＨ６．５に調整したポリリン酸１％水溶液を用いた以外は、実施例１と同様にして、本発明のアルミ固体電解コンデンサを完成した。
【００３６】
完成したコンデンサ５０個について、実施例１と同様にして、破壊電圧測定試験を行った。結果を表１に示す。
【００３７】
比較例
実施例１において、化成溶液として、アジピン酸アンモニウム９％水溶液を用いた以外は、実施例と同様にして、アルミ固体電解コンデンサを完成した。
【００３８】
完成したコンデンサ５０個について、実施例１と同様にして、破壊電圧測定試験を行った。結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
表１に示すように、従来のアルミ固体電解コンデンサ（比較例）では、破壊電圧が５１〜６０Ｖの範囲に集中しているのに対し、本発明のアルミ固体電解コンデンサでは、破壊電圧が８１〜１００Ｖ（実施例１）、６０〜９０Ｖ（実施例２）と向上しており、耐電圧が高いコンデンサであることがわかる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明に用いられる化成溶液中で、アルミ箔を陽極酸化させて形成させた誘電体酸化皮膜は、均質で欠陥が少なく、電気化学的に安定であり、高耐電圧のアルミ固体電解コンデンサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アルミ固体電解コンデンサの構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１アルミ箔
２誘電体酸化皮膜
３固体電解質層
４陰極導電層
５陽極引出部
６リードフレームの陽極端子
７銀ペースト
８リードフレームの陰極端子
９外装樹脂

Claims

エッチング処理したアルミ箔表面に、誘電体酸化皮膜を形成させた後、固体電解質層を形成させてなるアルミ固体電解コンデンサにおいて、ｐＨ４〜８に調整した縮合リン酸含有化成溶液中、前記アルミ箔を陽極酸化させ、誘電体酸化皮膜を形成させてなることを特徴とするアルミ固体電解コンデンサ。
化成溶液中のリンの含有量が、０．０３〜３質量％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のアルミ固体電解コンデンサ。
化成溶液が、縮合リン酸及びジカルボン酸及びその塩を含有する溶液であることを特徴とする請求項２に記載のアルミ固体電解コンデンサ。
ジカルボン酸が、アジピン酸であることを特徴とする請求項３に記載のアルミ固体電解コンデンサ。