JP2005158769A - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大容量でしかも低ＥＳＲを実現できるタンタル等の弁作用金属を用いた固体電解コンデンサ用陽極体、固体電解コンデンサ用陽極体の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】あらかじめ弁作用金属粉末の凝集体径を従来より小径化し、これを溶剤、樹脂とともに混練し、弁作用金属粉末分散液とし、これを弁作用金属箔１上に印刷などにより形成し、この形成物を焼結することにより陽極体２を形成し固体電解コンデンサ用陽極体を製造する方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は大容量および低等価直列抵抗（以下低ＥＳＲと称す）を実現できるタンタル等の弁作用金属を用いた固体電解コンデンサ用陽極体、固体電解コンデンサ用陽極体よりなる固体電解コンデンサの製造方法に関するものである。

最近では電子機器の小型化・高周波化が進み、使用されるコンデンサも高周波で低インピーダンスが実現できる導電性高分子を固体電解質に用いた固体電解コンデンサが商品化されてきている。そしてこの固体電解コンデンサは高導電率の導電性高分子を固体電解質として用いているため、従来の駆動用電解液を用いた乾式電解コンデンサや二酸化マンガンを用いた固体電解コンデンサに比べて等価直列抵抗成分が低く、理想に近い大容量でかつ小形の固体電解コンデンサを実現することができることからさまざまな改善がなされ、次第に市場にも受け入れられるようになってきた。

また、コンピュータのＣＰＵの省電力化と高速化に伴い、コンデンサに対して高速過渡応答性が必要とされ、大容量でかつ低ＥＳＲであることが必須の要件となってきており、これらの要望に応えるために実装時の占有面積をできるだけ抑えたままで大容量化と低ＥＳＲ化を図るために、平板状の素子や薄型の焼結体素子を積層する技術が実用化されてきているものであった。そこで、従来の固体電解コンデンサ用陽極体の製造方法としてはタンタル金属粉末、溶剤及びタンタル金属粉末の５重量％以下の樹脂を含有するタンタル金属粉末分散液を、基体上に塗布あるいは印刷して塗布物あるいは印刷物とした後、該塗布物あるいは印刷物を焼結したものがあった（例えば、特許文献１参照）。

また、更なる大容量で低ＥＳＲのコンデンサを提供することがますます必要となってきており、これらを提供する手段としては特開２０００−１３８１３８に記載の複数枚の平板状のコンデンサ素子を積層した積層ユニットを作製し、これらを複数個接続した構造の固体電解コンデンサを構成する技術が開発されている。今後更に大容量低ＥＳＲを実現するためには平板状のコンデンサ素子を更に薄くし積層数を増やす必要がある。
特開２００２−５０５５０号公報

しかしながら上記従来の固体電解コンデンサ用陽極体の製造方法では、タンタル金属粉末分散液を塗布あるいは印刷すると、タンタル金属粉末の粒子（凝集体）径のばらつきが数μｍ〜数百μｍあることに起因した塗布あるいは印刷されたものの形状及び厚みのばらつきが大きく、これによって平板状のコンデンサ素子を作った場合１素子あたりの容量のばらつきが大きくなるだけでなく、積層することによる厚み及び形状のばらつきがさらに拡大し多数枚積層することが困難であるという課題をかかえていた。

さらにこれによって作られた平板状のコンデンサ素子は外形形状に微小な突起やふくらみが出やすく、誘電体酸化皮膜や陰極層を形成させる際、この微小な突起やふくらみを起因とした誘電体酸化皮膜や陰極層の不均一な形成を引き起こし製品の不良率を大きくするという課題があった。

本発明はこのような従来の問題点を解決するもので、大容量でしかも低ＥＳＲを実現できるタンタル等の弁作用金属を用いた固体電解コンデンサ用陽極体、固体電解コンデンサ用陽極体よりなる固体電解コンデンサの製造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、あらかじめ弁作用金属粉末の凝集体径を従来より小径化し、これを溶剤、樹脂とともに混練し、弁作用金属粉末分散液とし、これを弁作用金属箔上に印刷などにより形成し、この形成物を焼結することにより陽極体を形成し固体電解コンデンサ用陽極体を製造する方法である。

このような方法により、従来の弁作用金属粉末分散液に比べ寸法精度ばらつきが小さく、より薄く形成することが可能になる。これによってＥＳＲを下げることができ、今後更に進んでいく粉末の高ＣＶ値化に対応することができ、大容量化が可能となるのである。更に積層数を増やすことができるので更なる低ＥＳＲ化が実現できる。

本発明の請求項１に記載の発明は、弁作用金属粉末、溶剤、樹脂からなる固体電解コンデンサ用陽極体製造用の弁作用金属粉末分散液において、弁作用金属粉末をあらかじめ粉砕用溶剤とともに混練、粉砕し小径化した後上記分散液化することを特徴とする弁作用金属粉末分散液を使用することであり、これにより凝集体の最大径を従来より小径化することができるという作用を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、弁作用金属粉末、溶剤、樹脂からなる固体電解コンデンサ用陽極体製造用の弁作用金属粉末分散液において、凝集体の最大径を概ね０．０１ｍｍ以下にした弁作用金属粉末分散液を使用することであり、これを用いて金属箔上に電極体を形成する際、塗布厚みのばらつきを小さくすることができるので、これによる平板状のコンデンサを薄く作ることが可能となり多数枚積層が可能となり、これにより大容量でかつ低ＥＳＲの固体電解コンデンサを提供することができるという作用を有する。

請求項３に記載の発明は、弁作用金属粉末、溶剤、樹脂からなる固体電解コンデンサ用陽極体製造用の弁作用金属粉末分散液を印刷することによって形成し、さらにその形成物を焼結することを特徴とする固体電解コンデンサ用陽極体よりなる固体電解コンデンサの製造方法であり、均一な厚さで薄く形成することができるため高ＣＶ値粉末の使用が可能なため、コンデンサの大容量化が可能となるだけでなく焼結後に形成される固体電解質の導電パスを短くでき、容量引出し率を向上させることができるため、体積当りの大容量化が可能となる。

請求項４に記載の発明は、弁作用金属粉末、溶剤、樹脂からなる固体電解コンデンサ用陽極体製造用の弁作用金属粉末分散液を弁作用金属箔とともに金型により一体成形することによって形成し、さらにその形成物を焼結することを特徴とする固体電解コンデンサ用陽極体よりなる固体電解コンデンサの製造方法であり、複数個のコンデンサ素子を同時に形成することができ、生産性が向上する。

請求項５に記載の発明は、弁作用金属粉末、溶剤、樹脂からなる固体電解コンデンサ用陽極体製造用の弁作用金属粉末分散液に対し、弁作用金属箔をディッピングによって形成し、さらにその形成物を焼結することを特徴とする固体電解コンデンサ用陽極体よりなる固体電解コンデンサの製造方法であり、塗布や金型による成形などが必要無いため、低コストで大量の固体電解コンデンサ用陽極体を作ることが可能である。

請求項６に記載の発明は、弁作用金属粉末、溶剤、樹脂からなる固体電解コンデンサ用陽極体製造用の弁作用金属粉末分散液からグリーンシートを形成し、このグリーンシートを弁作用金属箔を間に挟んで重ね合わせて加圧することによって形成し、さらにその形成物を焼結することを特徴とする固体電解コンデンサ用陽極体よりなる固体電解コンデンサの製造方法であり、グリーンシートを形成する際の塗布厚みのばらつきを小さくすることができるので、これによるグリーンシートを薄く作ることが可能となり、薄型の固体電解コンデンサ用陽極体を作ることが可能となり、これによる平板状のコンデンサを薄く作ることが可能となり多数枚積層が可能となり、これにより大容量でかつ低ＥＳＲの固体電解コンデンサを提供することができるという作用効果を有する。

本発明によれば、あらかじめ弁作用金属粉末の凝集体径を０．０１ｍｍ以下にし、これを溶剤、樹脂とともに混練し、弁作用金属粉末分散液とし、これを弁作用金属箔上に印刷などにより形成し、この形成物を焼結することにより、従来の弁作用金属粉末分散液に比べ寸法精度ばらつきが小さく、より薄く形成することが可能になる。これによって成形体の突起に起因する特性不良が無くなるだけでなく、ＥＳＲを下げることができ、今後更に進んでいく粉末の高ＣＶ値化に対応することができ大容量化が可能である。更に積層数を増やすことができるので更なる低ＥＳＲ化が実現できるという大きな効果を有するものである。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本実施の形態における固体電解コンデンサ用陽極体の断面図である。図１において１は陽極引出し端子となる弁金属箔、２はこの弁金属箔１上に形成された陽極体であり、弁作用金属粉末分散液を塗布し焼結して形成される。

図２は本実施の形態における固体電解コンデンサの断面図である。３は陽極体２の一端面側に形成された絶縁層であり、陽極と陰極を分離し、短絡防止を図ったものである。４は陽極体２の表面及び空孔表面に形成された誘電体皮膜であり、陽極酸化により緻密で薄い膜を形成することができる。５は誘電体皮膜４の上に形成された固体電解質層であり、この固体電解質層５はポリピロールやポリチオフェンなどの導電性高分子層を化学重合や電解重合によって形成することや硝酸マンガン溶液を含浸させて熱分解することによって二酸化マンガン層を形成することで得ることができる。６，７は固体電解質層５上に形成された陰極層であり、固体電解質層５上に導電性ペーストを塗布することなどにより形成することができる。

図３は本実施の形態における積層型固体電解コンデンサ１１を形成した模式図である。８は固体電解コンデンサを積層するための導電性接着剤である。９は積層された固体電解コンデンサの陽極及び陰極端子を引き出すためのリードフレームであり陰極側は導電性接着剤８によって、陽極側は抵抗溶接や、レーザ溶接等の溶接により接合されている。１０は樹脂などの外装である。外装樹脂としては、エポキシ樹脂などの熱硬化性の樹脂が多く用いられているが、最近では耐熱性に優れた熱可塑性の樹脂も使用可能である。

次に本発明の固体電解コンデンサ用陽極体の製造方法の一例を図４〜図８を用いて説明する。図４は本実施の形態における弁作用金属粉末１２を弁作用金属分散液化工程の模式図である。

この工程は、弁作用金属粉末１２の凝集体を粉砕し細かくする作用を有するので、弁作用金属分散液との接触部は不純物の混入を防止するために耐磨耗性の高い材料を使用することが必要である。図４に示す混練機のほかに使用材料や分散液の粘度など必要に応じて三本ロールミルやその他の混練分散機を使用できる。

図５は本実施の形態における陽極体を形成する方法の模式図であり、弁金属箔１を支持体として使用し、所定の位置に陽極体２を形成したものである。陽極体２はスクリーン印刷、ディスペンサ法などにより塗布し、これを焼結することにより形成することができる。

図６は本実施の形態における陽極体を形成する第二の方法の模式図であり、弁金属箔１を支持体として金型１３を用いて金型成形によって陽極体２を形成したものである。

図７は本実施の形態における陽極体を形成する第三の方法の模式図であり、弁金属箔１を弁作用金属粉末分散液１４にディッピングすることによって陽極体２を形成したものである。

図８は本実施の形態における陽極体を形成する第四の方法の模式図であり、樹脂フィルム１５上にあらかじめスクリーン印刷、ディスペンサ法などにより塗布し、陽極体２を形成しておき、これを樹脂フィルム１５から剥がし、弁金属箔１を挟んで重ね合わせることにより弁金属箔１上に陽極体２を形成したものである。

次に、固体電解コンデンサ用電極体の製造方法の実施の形態を具体的に説明するが、この具体例においては、弁金属箔としてタンタル箔、弁作用金属粉末としてタンタル粉末を用い、使用するタンタル粉末の凝集体径が小さくなることによる陽極体の寸法精度の変化を調べるために以下に示すサンプルを製作し評価を行った。

（実施例１）
平均一次粒子径０．２μｍの公称１０万ＣＶのタンタル粉末１００ｇ、酢酸ブチル５０ｇ、及び３ｍｍ径のジルコニアボール１００ｇを容量５００ｃｃの密封可能なメノウ製容器に入れ、温度を２５℃〜３５℃に保ちながら６０分間自公転攪拌器にて攪拌する。次に、ジルコニアボールを除去した後この混合液を３０分間放置しタンタル粉末を沈殿させ上澄みの酢酸ブチルを除去する。次にタンタル粉末をガラス製の容器に移し、この容器を８０℃〜９０℃の湯中に浮かべて約２時間かけて残留した酢酸ブチルを蒸発・乾燥させる。次に、乾燥したタンタル粉末１００ｇにバインダとしてアクリル系結合材樹脂１０ｇ、溶剤としてα−テルピネオール１２ｇを１００ｃｃの密封可能な攪拌容器に入れ、自公転式の混練脱ポウ器にて２分間混練する。次に、これを三本ロールを用いて３０分間混練分散を行いタンタル金属粉末分散液を得た。

以上のようにして作製したタンタル金属粉末分散液を図５に示すような形状に加工した厚さ５０μｍのタンタル箔１の上に角型の穴加工が施されたメタルマスクを用いて印刷、乾燥させて陽極体２を形成した。これを４００℃の真空中にてバインダの分解除去を行い、さらに１２００℃の真空中で焼結を行いタンタル電解コンデンサの陽極素子を得た。

この方法によって作られたタンタル電解コンデンサの陽極素子の厚みのばらつきを測定した。結果は図９（２）に示す。

次に、タンタル箔との境界部を耐熱性樹脂でマスクした後に、燐酸水溶液中で１２Ｖの陽極酸化を実施して誘電体皮膜を形成した。化学酸化重合でポリピロールの固体電解質層を形成し、この固体電解質層上にカーボン層、銀ペイント層を形成した。このコンデンサ素子を図３に示すようにリードフレーム上に積層し、陽極はレーザにて溶接し、陰極は銀ペーストにて接着乾燥させた後、エポキシ樹脂にてモールドした。更に、これにエージングを施し固体電解コンデンサのサンプルを得た。このサンプルの印加電圧４Ｖにおける漏れ電流特性（１分値）を測定し得られた結果を（表１）に示した。

（比較例）
実施例１で用いたものと同じタンタル粉末１００ｇにバインダとしてアクリル系結合材樹脂ＮＣＢ−１６６ １０ｇ、溶剤としてα−テルピネオール８ｇをメノウ製の乳鉢に入れて十分混合する。次に、これを三本ロールを用いて６０分間混練分散を行い最後に粘度調整として４ｇの溶剤α−テルピネオールを加えてタンタル金属粉末分散液を得た。これを実施の形態１と同様に成形してタンタル電解コンデンサの陽極素子を得た。これによって作られたタンタル電解コンデンサの陽極素子の厚みのばらつきを測定した。結果は実施の形態１の結果とともに図９（１）に示す。

更に、実施例１と同様にして固体電解コンデンサのサンプルを作成して、このサンプルの印加電圧４Ｖにおける漏れ電流特性（１分値）を測定し得られた結果をあわせて（表１）に示した。

（実施例２）
また、実施例１で得られたものと同じタンタル金属粉末分散液を図６に示すような金型によって成形、乾燥させて陽極体を形成した。これを４００℃の真空中にてバインダの分解除去を行い、さらに１２００℃の真空中で焼結を行いタンタル電解コンデンサの陽極素子を得た。それにより、実施の形態１の結果と同等以上の効果が得られた。

（実施例３）
また、実施例１で得られたものと同じタンタル金属粉末分散液に対し図７に示すようにタンタル箔をディッピングさせ、タンタル箔の周りにタンタル金属粉末分散液層を形成させ、乾燥させて陽極体を形成した。これを４００℃の真空中にてバインダの分解除去を行い、さらに１２００℃の真空中で焼結を行いタンタル電解コンデンサの陽極素子を得た。それにより、実施の形態１の結果と同等以上の効果が得られた。

（実施例４）
また、実施例１で得られたものと同じタンタル金属粉末分散液を図８に示すような樹脂フィルム上に実施の形態１と同じ方法によって成形、乾燥させてシート状のタンタル金属粉成形体を形成させた。これの樹脂シートを剥離しタンタル箔を間に挟んで重ね合わせて陽極体を形成した。これを４００℃の真空中にてバインダの分解除去を行い、さらに１２００℃の真空中で焼結を行いタンタル電解コンデンサの陽極素子を得た。それにより、実施の形態１の結果と同等以上の効果が得られた。

なお、本実施の形態では、コンデンサ素子の材質をタンタルで説明したが、弁作用を有する金属であれば他の金属であってもかまわない。

また、本実施の形態では、混練分散の方法を自公転攪拌器、自公転式の混練脱ポウ器、三本ロールを使ったが、混練分散の方法は本実施の形態に限定するものではないことは言うまでも無いが、これらの機器を使用する必要性も限定するものではない。

本発明にかかる固体電解コンデンサの製造方法は、金属粉末を素子上に薄く形成することができ、固体電解コンデンサ用陽極体の製造などの用途として有用である。

本発明の実施の形態における平板状のコンデンサ素子を示す断面模式図 本発明の実施の形態における固体電解コンデンサを示す断面模式図 本発明の実施の形態における積層型固体電解コンデンサを示す断面模式図 本発明の実施の形態における弁作用金属粉末の分散液化工程の模式図 本発明の実施の形態における弁作用金属粉末の塗布工程の模式図 本発明の実施の形態における弁作用金属粉末の成形工程の模式図 本発明の実施の形態における弁作用金属粉末の塗布工程の模式図 本発明の実施の形態における弁作用金属粉末の成形工程の模式図 本実施の形態と比較例における固体電解コンデンサの陽極素子の厚みのばらつきを測定した結果を示す図

符号の説明

１ 弁金属箔
２ 陽極体
３ 絶縁層
４ 誘電体皮膜
５ 固体電解質層
６ 陰極層
７ 陰極層
８ 導電性接着剤
９ リードフレーム
１０ 外装
１１ 固体電解コンデンサ
１２ 弁作用金属粉末
１３ 金型
１４ 弁作用金属粉末分散液
１５ 樹脂フィルム

Claims (6)

1. 弁作用金属粉末と粉砕用溶剤を混合してあらかじめ上記弁作用金属粉末を微細化する第一の粉砕工程と、上記弁作用金属粉末に樹脂を混合して上記弁作用金属粉末を分散する分散工程を行う第二の粉砕工程と上記弁作用金属粉末を分散し、上記弁作用金属粉末、粉砕用溶剤および樹脂よりなる上記弁作用金属粉末分散液を使用して固体電解コンデンサ用陽極体を形成する固体電解コンデンサの製造方法。
2. 弁作用金属粉末よりなる凝集体の最大径が０．０１ｍｍ以下の粒子径である弁作用金属粉末分散液を使用する固体電解コンデンサの製造方法。
3. 弁作用金属粉末、粉砕用溶剤および樹脂よりなる弁作用金属粉末分散液を弁作用金属箔上に印刷することによって形成し、さらにその形成物を焼結して固体電解コンデンサ用陽極体を形成する固体電解コンデンサの製造方法。
4. 弁作用金属粉末、粉砕用溶剤および樹脂よりなる弁作用金属粉末分散液を弁作用金属箔とともに金型により一体成形することによって形成し、さらにその形成物を焼結して固体電解コンデンサ用陽極体を形成する固体電解コンデンサの製造方法。
5. 弁作用金属粉末、粉砕用溶剤および樹脂よりなる弁作用金属粉末分散液に弁作用金属箔をディッピングし弁金属箔のまわりに前記弁作用金属粉末分散液を付着させることによって形成し、さらにその形成物を焼結して固体電解コンデンサ用陽極体を形成する固体電解コンデンサの製造方法。
6. 弁作用金属粉末、粉砕用溶剤および樹脂よりなる弁作用金属粉末分散液からグリーンシートを形成し、このグリーンシートを弁作用金属箔を間に挟んで重ね合わせて加圧することによって形成し、さらにその形成物を焼結して固体電解コンデンサ用陽極体を形成する固体電解コンデンサの製造方法。

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