JP2005116713A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 基板に実装する際の導通不良を低減し、かつ、素子内部への酸素の侵入がなく、高信頼性、高温耐久性に優れ、しかも封止による外装が不要な、表面実装型の固体電解コンデンサを提供すること。
【解決手段】 表面実装用の陽極端子８を具備したコンデンサ素子の、陰極層４の表面全体を熱融着テープで覆い、実装側に対向する面には補強板１１を、実装側には曲げ加工による立ち上がり部を有する陰極端子９を配置する。陰極端子９の立ち上がり部により、熱融着テープに含まれる高分子材料の硬化工程における流出を防止し、陰極端子の実装面への付着をなくすとともに、陰極層４を覆う熱融着テープが、外部からの酸素拡散を抑制し、固体電解質層３を構成する導電性高分子の酸化による特性低下を防止することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、導電性高分子を電解質として用いた固体電解コンデンサに関し、さらに詳しくは、薄型で表面実装用の構造を有する固体電解コンデンサに関する。

固体電解コンデンサは、タンタルやアルミニウムなどのような弁作用金属を陽極体とし、その陽極体の表面に、たとえば電気化学反応による酸化皮膜を誘電体として用いるものである。一般に、弁作用金属は、微粉末を焼結したり、圧延箔にエッチングを施したりして、拡面化して用いる。

そして、酸化皮膜の誘電体表面に導電体層を形成して陰極層とし、陰極層と誘電体皮膜の間には、固体電解質層を介在させ、陰極の一部とする。固体電解質層は、誘電体と陰極層を電気的に接続する機能を有し、従来、二酸化マンガンなどの金属酸化物が用いられてきたが、特性向上のために、導電性高分子を多用する傾向が顕著である。

一方で、携帯用通信端末に代表される機器に対する、小型化、薄型化への要求は、留まることがなく、それに用いられる部品にも、小型化、薄型化の要求が高まるとともに、組み立て作業の効率向上のため、表面実装に対応した構造を具備することが必須要件となっている。

このような要求に対応すべく、様々な構成の固定電解コンデンサが開発され実用に供されている。このような例の一つとして、特許文献１には、３端子型の表面実装型コンデンサが開示されている。

図３は、特許文献１に開示されている、従来技術による、表面実装型の固体電解コンデンサの断面図で、図３（ａ）は長さ方向の断面図、図３（ｂ）は幅方向の断面図、即ち、図３（ａ）におけるＡＡ断面図である。

図３に示した固定電解コンデンサにおいては、弁作用金属からなる陽極体１３の中央部の表面に、酸化皮膜１４が形成され、酸化皮膜１４の表面には、導電性高分子からなる固体電解質層１５が形成されている。さらに固体電解質層１５の表面には、グラファイト層と銀ペースト層を順次形成した陰極層１６が形成されている。

そして、図３における上側には、熱融着テープ１７を介して、金属からなる補強板２３が貼り付けられ、図３における下側には、貫通孔を有する熱融着テープ１８を介して、金属板からなる陰極端子２１が貼り付けられ、貫通孔に充填された導電材１９により、陰極層１６と陰極端子２１の電気的な接続が確保されている。

また、陽極体１３の両端部は、酸化皮膜１４が形成されず、屈曲加工が施され、二つの陽極端子２０を構成している。なお、２２は、レジスト層である。このような構成とすることで、小型、薄型で、しかも簡略な構造の表面実装型の固体電解コンデンサを得ることができる。

しかしながら、このような構造では、陰極端子の接続不良が問題となることがある。前記の熱融着テープとしては、繊維状の高分子材料をテープ状とした後、たとえば一液性のエポキシ樹脂を含浸したものが用いられるが、含浸したエポキシ樹脂を硬化させる過程で、エポキシ樹脂が溶融した状態が生じるので、これが流出し、図３（ｂ）に示した樹脂付着部２４が形成されることがある。これが陰極端子２１の実装面に形成されると、基板表面に実装する際に電気的な接続を妨げる結果となる。

また、ここに示した構造の固体電解コンデンサでは、陰極層１６に外気に暴露された部分が存在するため、この部分における外部からの酸素の拡散が容易で、固体電解質層１５を構成する導電性高分子の、酸化による特性劣化を助長するという問題がある。

特開２００２−３１３６７６号公報

従って、本発明の課題は、表面実装に対応した構造を有する固定電解コンデンサであって、陰極端子として用いる金属板の基板実装面への樹脂付着がなく、導通不良を低減でき、かつ、素子内部への酸素の侵入がなく、高信頼性、高温耐久性を有し、しかも高分子材料を用いた封止による外装が不要な、固体電解コンデンサを提供することにある。

本発明は、前記課題の解決のため、陰極端子を構成する金属板の構造を再検討した結果、なされたものである。

即ち、本発明は、略平板状で、中央部が拡面化され、両端部が陽極端子を構成する、弁作用金属からなる陽極体と、前記陽極体の前記中央部の表面に形成されてなる酸化皮膜と、前記酸化皮膜の表面に形成された導電性高分子からなる固体電解質層と、前記固体電解質層の表面に形成された陰極層を有する固体電解コンデンサ素子の、前記陽極端子が引き出された第一面側には、絶縁性を有する熱融着性高分子を含浸させ貫通孔を設けてなるテープと、金属板を成形加工してなる陰極端子と、前記貫通孔に充填され前記陰極層及び前記陰極端子を接続する導電材が配置され、前記第一面と対向する第二面側には、絶縁性を有する熱融着性高分子を含浸させたテープと金属からなる補強板が配置された固体電解コンデンサであって、前記陰極端子は曲げ加工による立ち上がり部を有することを特徴とする固体電解コンデンサである。

また、本発明は、前記陰極層の表面の陰極端子との接続部以外の部分が、高分子材料により封止されてなることを特徴とする、前記の固体電解コンデンサである。

また、本発明は、前記立ち上がり部の先端が、前記補強板よりも前記第一面側に配置されてなることを特徴とする、前記の固体電解コンデンサである。

本発明による固定電解コンデンサにおいては、製造工程で下側となる陰極端子に、曲げ加工による立ち上がり部が設けられ、これが堰として機能し、硬化過程で熱融着テープから滲み出す樹脂の流出を防止するので、導通不良の原因となる陰極端子の樹脂付着部が形成されることがない。

さらに、陰極端子に立ち上がり部を設けることに伴い、陰極層の表面全体を熱融着テープで覆うことになるので、結果的に陰極層は高分子材料により全体が封止されるので、該部からの酸素拡散による、固体電解質層を構成する導電性高分子の酸化劣化を極めて少なくすることができる。

また、前記のように陰極端子の立ち上がり部の先端と、補強板との間に間隙を設けることで、熱融着テープと補強板の間に空隙が生じることがなく、補強板と固体電解コンデンサ素子との間の接合を確実にすることができる。

図１は、本発明を実施するための最良の形態に係る、固体電解コンデンサの一例を示す断面図で、図１（ａ）は長さ方向の断面図、図１（ｂ）は幅方向の断面図、即ち、図１（ａ）におけるＡＡ断面図である。この固体電解コンデンサは、略長方形の平板状であり、１個の陰極端子と、２個の陽極端子を有することから、３端子伝送線路素子タイプと称される。

次に、図１に示した固体電解コンデンサの製造工程を、工程順に説明する。まず、板状の弁作用金属の中央部の表面に、エッチングを施したり、弁作用金属粉末を表面に付着させた状態にして焼成したりすることで多孔質とし、表面積を２００倍前後に大きくする拡面化処理を行い、陽極体１とする。

続いて拡面化処理を行った部分に陽極酸化を施し、誘電体として機能する酸化皮膜２を形成する。ここで、弁作用金属としては、タンタル、アルミニウム、ニオブなどを用いることができる。次に、酸化皮膜２を覆うように、導電性高分子からなる固体電解質層３を形成し、さらに固体電解質層３の表面に、グラファイト層と、銀ペースト層を順次形成して陰極層４とする。

ここで用いる固体電解質層としては、たとえばポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンなどの高分子に、電子供与性化合物、電子吸引性化合物を添加することで導電性を発現する導電性高分子を用いることができる。

次に、図１における上側に、たとえばアクリル系繊維を紡糸して平織にしたテープ状の高分子材料からなる基材に、熱硬化性高分子を含浸した熱融着テープ５と、補強板１１を順に貼り付け、図１に置ける下側に、貫通孔を有する熱融着テープ６を貼り付け、貫通孔にたとえば銀ペーストのような導電材を充填した後に陰極端子９を取り付ける。

次に、加熱により熱融着テープに含まれる熱硬化性高分子を効果させ、固体電解コンデンサを得る。なお、本発明においては、前記の上下に貼り付けた熱融着テープは、熱硬化の工程で接合され、導電材７の部分を除く陰極層４の周囲を被覆することになる。従って、別途に全体を封止する工程が不要となる。

図２は、ここで用いている陰極端子９の例を示す斜視図である。本発明に用いる陰極端子は、図２に示したように、略長方形で、４辺にそれぞれ立ち上がり部が設けられ、図２における上側が解放された箱状である。なお、図１、図２における１２は、立ち上がり部の先端を示す。

熱融着テープに含まれる熱硬化性高分子を硬化させるためには加熱が必要で、加熱により熱硬化性高分子は一時的に流動性を発現するが、陰極端子９に立ち上がり部が設けてあるため、外部に流動することがない。

次に、図１を参照して具体的な実施例を挙げ、本発明について詳しく説明する。

まず、両端に折り曲げ加工を施し、表面実装のための平坦部を有するタンタル板を調製した。このタンタル板の中央部の周囲に、プレス成形によりタンタル粉末の圧粉体層を形成して焼成することで、当該部分を多孔質とし、拡面化した。この拡面化処理は、たとえば必要な部分をフッ化水素溶液に浸してエッチングすることで行ってもよい。

次に、拡面化した部分を、温度を８０℃に保持した、濃度が０．１モル／Ｌのリン酸水溶液に浸し、１００Ｖの直流電流を印加することで陽極酸化を行って、酸化皮膜２を形成した。これによって、中央部に酸化皮膜２、両端部に陽極端子８を有する陽極体１を得た。

次に、陽極体１の酸化皮膜の部分に、ドデシルベンゼンスルホン酸第二鉄のメタノール溶液、ドーパントを含むポリピロール及びピロールを分散、溶解したメタノール溶液を、順に用いることで、酸化皮膜表面に、導電性を有するポリピロールからなる固体電解質層３を形成した。続いて、固体電解質層３の表面に、グラファイト層、銀ペースト層を順に形成して、陰極層４として、固体電解コンデンサ素子を得た。

次に、アクリル繊維を紡糸して平織にしたテープに一液性のエポキシ樹脂を含浸した熱融着テープ５を図１における上側に、同材質で貫通孔を有する熱融着テープ６を図１における下側に貼り付け、貫通孔に銀ペーストを充填した後、銅からなる補強板１１と、図２に示した形状を有し、銅からなる陰極端子９を上下に取り付けた。そして、１１０℃に加熱することにより、熱融着テープに含まれる一液性エポキシ樹脂を硬化させ、表面実装に対応した構造を有する固体電解コンデンサを得た。

このような工程で、固体電解コンデンサを１００個作製したが、陰極端子の実装面には、熱融着テープに由来する一液性エポキシ樹脂の付着は、まったく見られなかった。また、これらの固体電解コンデンサを、１００℃で７日間保持するという条件で処理し、処理前後の特性を評価したところ、変化が殆ど認められず、導電性高分子層の酸化による特性低下が抑制されていることが検証できた。

本実施例においては、陽極体にはタンタルを用いたが、アルミニウム、ニオブなどの弁作用金属にも適用できる。また、導電性高分子としてポリピロールを用いたが、ポリチオフェン、ポリアニリンなども使用可能であり、一液性エポキシ樹脂の代替として熱融着性を有する他の材料も使用可能である。同様に、補強板、陰極端子などの他の部材としても、同等の特性を有する材料であれば使用可能である。

本発明の最良の実施の形態に係る表面実装型の固体電解コンデンサの断面図。図１（ａ）は長さ方向の断面図。図１（ｂ）は幅方向の断面図。 陰極端子の例を示す斜視図。 従来技術による表面実装型の固体電解コンデンサの断面図。図３（ａ）は長さ方向の断面図。図３（ｂ）は幅方向の断面図。

符号の説明

１，１３ 陽極体
２，１４ 酸化皮膜
３，１５ 固体電解質層
４，１６ 陰極層
５，１７ 熱融着テープ
６，１８ 貫通孔を有する熱融着テープ
７，１９ 導電材
８，２０ 陽極端子
９，２１ 陰極端子
１０，２２ レジスト層
１１，２３ 補強板
１２ 立ち上がり部
２４ 樹脂付着部

Claims (3)

1. 略平板状で、中央部が拡面化され、両端部が陽極端子を構成する、弁作用金属からなる陽極体と、前記陽極体の前記中央部の表面に形成されてなる酸化皮膜と、前記酸化皮膜の表面に形成された導電性高分子からなる固体電解質層と、前記固体電解質層の表面に形成された陰極層を有する固体電解コンデンサ素子の、前記陽極端子が引き出された第一面側には、絶縁性を有する熱融着性高分子を含浸させ貫通孔を設けてなるテープと、金属板を成形加工してなる陰極端子と、前記貫通孔に充填され前記陰極層及び前記陰極端子を接続する導電材が配置され、前記第一面と対向する第二面側には、絶縁性を有する熱融着性高分子を含浸させたテープと金属からなる補強板が配置された固体電解コンデンサであって、前記陰極端子は曲げ加工による立ち上がり部を有することを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 前記陰極層の表面の陰極端子との接続部以外の部分が、高分子材料により封止されてなることを特徴とする、請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
3. 前記立ち上がり部の先端は、前記補強板よりも前記第一面側に配置されてなることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の固体電解コンデンサ。

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