JP2005166978A

JP2005166978A - 電子部品

Info

Publication number: JP2005166978A
Application number: JP2003404160A
Authority: JP
Inventors: Shigetaka Furusawa; 茂孝古澤; Koichiro Minato; 浩一郎湊
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-12-03
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】耐薬品性に優れ、高温での気密性に優れた封口体を用いた電子部品を提供することを目的とするものである。
【解決手段】駆動用電解液が含浸された電子部品素子を収納する金属ケースと、この金属ケースの開口部を封口する弾性を有した封口体からなる電子部品において、上記封口体が架橋ポリテトラフルオロエチレン樹脂を主体としたもので構成とすることにより、高温での寿命試験や気密性などの信頼性に優れた電子部品を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は各種電子機器に利用される電子部品に関し、特に駆動用電解液が含浸された電子部品素子を収納した金属ケースの開口部を弾性を有する封口体で封止した電子部品に関するものである。

この種の従来の電子部品について、アルミ電解コンデンサを例にして以下に説明する。図１は従来のアルミ電解コンデンサの構成を示した断面図であり、同図において、１はコンデンサ素子、２はこのコンデンサ素子１を図示しない駆動用電解液と共に収納する金属ケース、３はこの金属ケース２の開口部を封止する弾性を有した封口体、４と５は上記コンデンサ素子１から夫々引き出された陽極リード線と陰極リード線である。

このように構成された従来のアルミ電解コンデンサでは、上記コンデンサ素子１に含浸された図示しない駆動用電解液として、エチレングリコールを主溶媒とし、これに有機酸のアンモニウム塩を加えたものが多く使用され、また、封口体３としては、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴムからなるものが多く使用されていた。

更に、近年、広温度範囲に亘る信頼性が要求されるようになり、上記駆動用電解液の溶媒もエチレングリコールに代わってγ−ブチロラクトンが使用されるようになってきており、これに伴って駆動用電解液の高伝導度が期待できる有機酸のアンモニウム塩が使用されるようになってきている。

また、これらの駆動用電解液の変更により、上記封口体３も気密性の高いイソブチレン・イソプレンゴム、いわゆるブチルゴムが使用されるようになってきている。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１、２が知られている。
特開平９−１０６９３２号公報特開２００１−１１０６７１号公報

上記従来のアルミ電解コンデンサでは、ブチルゴムからなる封口体３と、有機酸のアンモニウム塩を電解質とする駆動用電解液とを組み合わせてアルミ電解コンデンサを作製しこれを高温での寿命試験を行うと、上記封口体３から駆動用電解液が揮散し、また熱により封口体に割れ等の劣化が発生し気密性が低下するという課題があり、さらにリフローのような高温時に封口体が膨れ、実装不良や気密性が低下するという課題があった。

そのため、長寿命長時間対応のアルミ電解コンデンサにするには、封口体の劣化による封止力の低下を抑える為に、封口体の厚みを厚くし、もしくは径を小さくするといった方法がとられていた。

また、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥ樹脂と略す）は耐熱性、耐薬品性が高いがアルミ電解コンデンサ用封口体としては、耐クリープ性が悪く使用できなかった。すなわち、通常のＰＴＦＥ樹脂はその分子鎖が直鎖状で分岐がほとんどなく結晶化度が高いため耐クリープ性が悪く、そのため高温で加重を加え、その後加重を除去しても塑性変形したままであり、弾性に乏しく封口体に用いても気密性が低かった。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、耐薬品性に優れ、高温での気密性に優れた封口体を用いた電子部品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の請求項１に記載の発明は、駆動用電解液が含浸された電子部品素子を収納する金属ケースと、この金属ケースの開口部を封口する弾性を有した封口体からなる電子部品において、上記封口体が架橋ＰＴＦＥ樹脂を主体としたもので構成されたものであり、ＰＴＦＥ樹脂の利点である耐熱性、耐薬品性を保ちつつ、さらにＰＴＦＥ樹脂を架橋させることにより封止に必要な弾性を備えた封口体であり、高い封止力により信頼性に優れ、また、耐熱性が高いことから封口体の割れ等の劣化が発生し気密性が低下することが抑制され、封口体から駆動用電解液が揮散せず、さらに耐薬品性が高いことから封口体が駆動用電解液の悪影響を受けることがなく信頼性に優れた電子部品を実現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、架橋ＰＴＦＥ樹脂が、放射線、プラズマ、ＵＶのいずれか１つ以上から選ばれる方法を用いてＰＴＦＥ樹脂を架橋させたものであり、放射線等を照射してラジカルを生成させ、もしくは、セリウム塩のような薬品でラジカルを生成させて架橋構造を形成させることができるという作用を有する。

本発明の請求項３に記載の発明は、架橋ＰＴＦＥ樹脂１００部に対し、ガラスファイバーもしくはカーボンブラックのいずれか１つ以上から選ばれる補強添加剤を１部から１００部配合することにより構成された封口体を用いたものであり、ガラスファイバーもしくはカーボンブラックの補強添加剤により、封口体の高温での劣化が抑えられ、また、強度、弾性率が向上し、その結果、高温での寿命試験においても気密性が低下することが抑制され、信頼性に優れた電子部品を実現することができるという作用を有する。

本発明の請求項４に記載の発明は、駆動用電解液がエチレングリコール、γ−ブチロラクトン、スルホラン、プロピレンカーボネート、水の１つ以上から選ばれる溶液を用い、これに有機酸または無機酸、もしくは有機酸または無機酸のアンモニウム塩または第１級〜第４級アンモニウム塩およびイミダゾリウム塩のいずれか１つ以上から選ばれる電解質塩を加えたものにより構成されたものであり、これにより、駆動用電解液が封口体との組み合わせによって悪影響を与えることが無くなり、高温での寿命試験または高温高湿条件下での寿命試験においても、封口体の気密性の低下を抑制して信頼性に優れた電子部品を実現することができるという作用を有する。

本発明の請求項５に記載の発明は、封口体が補強材層と架橋ＰＴＦＥ樹脂層を積層させることにより構成された封口体を用いた電子部品であり、これによりリフロー時のような高温時における膨れを抑制でき、また、耐熱性、耐薬品性などに優れた封口体により気密性が低下せず信頼性に優れた電子部品を実現することができるという作用を有する。

本発明の請求項６に記載の発明は、架橋ＰＴＦＥ樹脂が、放射線、プラズマ、ＵＶのいずれか１つ以上から選ばれる方法を用いてＰＴＦＥ樹脂を架橋させたものであり、放射線等を照射してラジカルを生成させ、もしくは、セリウム塩のような薬品でラジカルを生成させて架橋構造を形成させることができるという作用を有する。

本発明の請求項７に記載の発明は、補強材層が金属、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ゴム材料のいずれか１つ以上から選ばれたものであり、これによりリフロー時のような高温時における膨れを抑制でき、また、耐熱性、耐薬品性などに優れた封口体により気密性が低下せず信頼性に優れた電子部品を実現することができるという作用を有する。

なお、補強材層として、白金板、金板、銀板、ステンレス板等の金属板、またポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等の熱可塑性樹脂層、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂、ジエン系ゴム、オレフィン系ゴム、ウレタンゴム等のゴム材料が挙げられるが、以上に限定するのではなく他の補強材層でも構わない。

また、補強材層と架橋ＰＴＦＥ樹脂層の接着処理の方法としては、コロナ放電処理、金属ナトリウム処理、スパッタエッチング処理、プラズマ処理等の方法で行い、更にイソプレン−イソブチレン共重合体ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム、ポリブタジエンゴム、シランカップリング剤、塩化ゴム等のプライマーを介して積層しても良い。

本発明の請求項８に記載の発明は、電子部品がアルミ電解コンデンサである構成としたものである。

本発明は、駆動用電解液が含浸された電子部品素子を収納する金属ケースと、この金属ケースの開口部を封口する弾性を有した封口体からなる電子部品において、上記封口体が架橋ＰＴＦＥ樹脂を主体としたもので構成されたものであり、ＰＴＦＥ樹脂の利点である耐熱性、耐薬品性を保ちつつ、さらにＰＴＦＥ樹脂を架橋させることにより分子が網目構造に固定され塑性変形が抑制され封止に必要な弾性を備えた封口体により、高温での寿命試験においても架橋により弾性を備えていることから、高い封止力により信頼性に優れ、また、耐熱性が高いことから封口体の割れ等の劣化が発生し気密性が低下することが抑制され、封口体から駆動用電解液が揮散せず、さらに耐薬品性が高いことから封口体が駆動用電解液の悪影響を受けることがなく信頼性に優れた電子部品を実現することができるという作用効果が得られる。

さらに、補強材層と架橋ＰＴＦＥ樹脂層を積層させることにより構成された封口体を用いることにより、リフロー時のような高温時における封口体の膨れを抑制でき、気密性が低下せず信頼性に優れた電子部品を実現することができるという作用効果が得られ、またリフロー時の封口体膨れによる実装不良が無くなるという作用効果を奏するものである。

以下、本発明の実施の形態を用いて、本発明の請求項１〜８に記載の発明について説明する。

本発明の実施の形態（比較例も兼ねる）による電子部品としては、図１に示す従来のアルミ電解コンデンサと同じ構成のものである。同図において、１は電子部品素子としてのコンデンサ素子であり、このコンデンサ素子１は、表面を粗面化した後に電解酸化により酸化皮膜が形成されたアルミニウム電極箔を陽極箔とし、この陽極箔と陰極箔をその間にセパレータを介在させて巻回することにより構成されている。

２はこのコンデンサ素子１を図示しない駆動用電解液と共に収納する金属ケース、３はこの金属ケース２の開口部を封止する弾性を有した封口体、４と５は上記コンデンサ素子１から夫々引き出された陽極リード線と陰極リード線であり、上記封口体３には陽極リード線４と陰極リード線５が貫通する貫通孔が設けられ、この貫通孔に両リード線４，５を貫通して封口体３を金属ケース２の開口部に挿入した後、金属ケース２の開口部を内側に折り曲げて封口体３を押圧し、更に、金属ケース２の周囲を絞り加工することにより封口体３の有する弾性を利用することにより封止しているものである。

上記封口体は架橋ＰＴＦＥ樹脂を主体とするものであり、架橋していないＰＴＦＥ樹脂に不活性雰囲気下で電離性放射線等を照射してラジカルを生成させて架橋構造を形成したものを所定の形状に成型したものである。

なお、ＰＴＦＥ樹脂の架橋方法として、上記電離性放射線を照射する以外に、プラズマ、ＵＶを照射してラジカルを生成させて架橋する方法やセリウム塩などの薬品を用いてラジカルを生成させて架橋する方法がある。

上記架橋ＰＴＦＥ樹脂を用いた封口体とすることにより、通常のＰＴＦＥ樹脂は耐熱性、耐薬品性が高いがアルミ電解コンデンサ用封口体としては、耐クリープ性が悪く封口体に使用しても気密性が低かったが、架橋ＰＴＦＥ樹脂は分子が網目構造に固定され塑性変形が抑制され弾性に優れるため、高温での荷重時においても図２に示すように圧縮永久歪みが改善される。これにより、高温での寿命試験においても、架橋により弾性を備えていることから、高い封止力により信頼性に優れ、また、耐熱性が高いことから封口体の割れ等の劣化が発生し気密性が低下することが抑制され、封口体から駆動用電解液が揮散せず、さらに耐薬品性が高いことから封口体が駆動用電解液の悪影響を受けることがなく信頼性に優れた電子部品を実現することができる。

以下、具体的な実施例について説明する。

（実施例１）
駆動用電解液として、γ−ブチロラクトンを溶媒とし、４級アンモニウム塩を溶質として構成したものを用いた。封口体として、架橋ＰＴＦＥ樹脂で構成されたものを用いてアルミ電解コンデンサを作製した。

なお、上記架橋ＰＴＦＥ樹脂は、低酸素雰囲気ガス中で未架橋ＰＴＦＥ樹脂に電離製放射線を照射して架橋したものを用いた。

（実施例２）
上記実施例１において、架橋ＰＴＦＥ樹脂１００部に対し、補強添加剤であるガラスファイバーを１部配合した架橋ＰＴＦＥ樹脂により封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例３）
上記実施例１において、架橋ＰＴＦＥ樹脂１００部に対し、補強添加剤であるガラスファイバーを５０部配合した架橋ＰＴＦＥ樹脂により封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例４）
上記実施例１において、架橋ＰＴＦＥ樹脂１００部に対し、補強添加剤であるガラスファイバーを１００部配合した架橋ＰＴＦＥ樹脂により封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例５）
上記実施例１において、架橋ＰＴＦＥ樹脂１００部に対し、補強添加剤であるカーボンブラックを１部配合した架橋ＰＴＦＥ樹脂により封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例６）
上記実施例１において、架橋ＰＴＦＥ樹脂１００部に対し、補強添加剤であるカーボンブラックを５０部配合した架橋ＰＴＦＥ樹脂により封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例７）
上記実施例１において、架橋ＰＴＦＥ樹脂１００部に対し、補強添加剤であるカーボンブラックを１００部配合した架橋ＰＴＦＥ樹脂により封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例８）
上記実施例１において、架橋ＰＴＦＥ樹脂１００部に対し、補強添加剤であるガラスファイバーを１部、カーボンブラックを１部配合した架橋ＰＴＦＥ樹脂により封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例９）
上記実施例１において、架橋ＰＴＦＥ樹脂１００部に対し、補強添加剤であるガラスファイバーを１部、カーボンブラックを５０部配合した架橋ＰＴＦＥ樹脂により封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例１０）
上記実施例１において、架橋ＰＴＦＥ樹脂１００部に対し、補強添加剤であるガラスファイバーを１部、カーボンブラックを１００部配合した架橋ＰＴＦＥ樹脂により封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例１１）
上記実施例１において、架橋ＰＴＦＥ樹脂１００部に対し、補強添加剤であるガラスファイバーを５０部、カーボンブラックを１部配合した架橋ＰＴＦＥ樹脂により封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例１２）
上記実施例１において、架橋ＰＴＦＥ樹脂１００部に対し、補強添加剤であるガラスファイバーを５０部、カーボンブラックを５０部配合した架橋ＰＴＦＥ樹脂により封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例１３）
上記実施例１において、架橋ＰＴＦＥ樹脂１００部に対し、補強添加剤であるガラスファイバーを５０部、カーボンブラックを１００部配合した架橋ＰＴＦＥ樹脂により封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例１４）
上記実施例１において、架橋ＰＴＦＥ樹脂１００部に対し、補強添加剤であるガラスファイバーを１００部、カーボンブラックを１部配合した架橋ＰＴＦＥ樹脂により封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例１５）
上記実施例１において、架橋ＰＴＦＥ樹脂１００部に対し、補強添加剤であるガラスファイバーを１００部、カーボンブラックを５０部配合した架橋ＰＴＦＥ樹脂により封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例１６）
上記実施例１において、架橋ＰＴＦＥ樹脂１００部に対し、補強添加剤であるガラスファイバーを１００部、カーボンブラックを１００部配合した架橋ＰＴＦＥ樹脂により封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例１７）
上記実施例１において、金属である白金板の補強材質と架橋ＰＴＦＥ樹脂層を積層させることにより封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例１８）
上記実施例１において、熱可塑性樹脂であるポリスチレン樹脂の補強材層と架橋ＰＴＦＥ樹脂層を積層させることにより封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例１９）
上記実施例１において、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂の補強材層と架橋ＰＴＦＥ樹脂層を積層させることにより封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例２０）
上記実施例１において、ゴム材料であるウレタンゴムの補強材層と架橋ＰＴＦＥ樹脂層を積層させることにより封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例２１〜実施例３５）
上記実施例２から実施例１６において、それぞれの封口体として用いた架橋ＰＴＦＥ樹脂層に金属である白金板の補強材層を積層させて封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例３６〜実施例５０）
上記実施例２から実施例１６において、それぞれの封口体として用いた架橋ＰＴＦＥ樹脂層に熱可塑性樹脂であるポリスチレン樹脂の補強材層を積層させて封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例５１〜実施例６５）
上記実施例２から実施例１６において、それぞれの封口体として用いた架橋ＰＴＦＥ樹脂層に熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂の補強材層を積層させて封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例６６〜実施例８０）
上記実施例２から実施例１６において、それぞれの封口体として用いた架橋ＰＴＦＥ樹脂層にゴム材料であるウレタンゴムの補強材層を積層させて封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

（比較例１）
上記実施例１において、未架橋のＰＴＦＥ樹脂により封口体を構成した以外は、実施例１と同様にしてアルミ電解コンデンサを作製した。

このようにして構成された本実施の形態の実施例１〜８０と比較例１のアルミ電解コンデンサの封口体の気密性を確認するため、高温試験及び高温高湿試験の結果を（表１）に、熱衝撃試験及びリフロー試験の結果を（表２）に示す。

なお、高温試験は試験温度１５０℃による封口体の気密性測定、高温高湿試験は試験温度８５℃相対湿度８５％による封口体の気密性測定をしたもの、また、熱衝撃試験は試験温度−４０℃および＋１５０℃を各３０分放置し、これを１サイクルとして−４０℃から＋１５０℃への移動は１分以内としたときの封口体の気密性測定、リフロー試験はリフロー後に上記熱衝撃試験による封口体の気密性測定をしたものである。

以上の（表１）及び（表２）の結果から明らかなように、ＰＴＦＥ樹脂の利点である耐熱性、耐薬品性を保ちつつ、さらにＰＴＦＥ樹脂を架橋させることにより分子が網目構造に固定され塑性変形が抑制され、封止に必要な弾性を備えた封口体を用いて構成されていることにより、高温での寿命試験においても、架橋により弾性を備えていることから高い封止力により信頼性に優れ、また、耐熱性が高いことから封口体の割れ等の劣化が発生し気密性が低下することが抑制され、封口体から駆動用電解液が揮散せず、さらに耐薬品性が高いことから封口体が駆動用電解液の悪影響を受けることがなく信頼性に優れた電子部品を実現することができるものである。

さらに、（表２）の結果から明らかなように、補強材層と架橋ＰＴＦＥ樹脂層を積層させることにより構成された封口体により、リフロー時のような高温時における封口体の膨れが抑制でき、封止応力、耐湿性を確保し、劣化を抑制し、封止応力を維持する効果が得られ、これらにより気密性の低下を抑制して駆動用電解液の揮散を無くし、信頼性に優れたアルミ電解コンデンサ、または電子部品を提供することができるものである。

本発明は各種電子機器に利用される電子部品に関し、特に駆動用電解液が含浸された電子部品素子を収納した金属ケースの開口部を弾性を有した封口体で封口することにより、その気密性向上を図った高信頼性の電子部品（アルミ電解コンデンサ、電気二重層コンデンサ）に利用できる可能性を有したものである。

本発明及び従来のアルミ電解コンデンサの構成を示す断面図ＰＴＦＥの圧縮永久歪み率の特性図

符号の説明

１コンデンサ素子
２金属ケース
３封口体
４陽極リード線
５陰極リード線

Claims

駆動用電解液が含浸された電子部品素子を収納する金属ケースと、この金属ケースの開口部を封口する弾性を有した封口体からなる電子部品において、上記封口体が架橋ポリテトラフルオロエチレン樹脂を主体としたもので構成されたものである電子部品。
架橋ポリテトラフルオロエチレン樹脂が、放射線、プラズマ、ＵＶ、薬品のいずれか１つ以上から選ばれる方法を用いてポリテトラフルオロエチレン樹脂を架橋させたものである請求項１に記載の電子部品。
架橋ポリテトラフルオロエチレン樹脂１００部に対し、ガラスファイバーもしくはカーボンブラックのいずれか１つ以上から選ばれる補強添加剤を１部から１００部配合することにより構成された封口体を用いた請求項１に記載の電子部品。
駆動用電解液がエチレングリコール、γ−ブチロラクトン、スルホラン、プロピレンカーボネート、水の１つ以上から選ばれる溶液を用い、これに有機酸または無機酸、もしくは有機酸または無機酸のアンモニウム塩または第１級〜第４級アンモニウム塩およびイミダゾリウム塩のいずれか１つ以上から選ばれる電解質塩を加えたものにより構成されたものである請求項１に記載の電子部品。
封口体が補強材層と架橋ポリテトラフルオロエチレン樹脂層を積層したものである請求項１に記載の電子部品。
架橋ポリテトラフルオロエチレン樹脂が、放射線、プラズマ、ＵＶ光、薬品のいずれか１つ以上から選ばれる方法を用いてポリテトラフルオロエチレン樹脂を架橋させたものである請求項５に記載の電子部品。
補強材層が金属、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ゴム材料のいずれか１つ以上から選ばれたものである請求項５に記載の電子部品。
電子部品がアルミ電解コンデンサである請求項１に記載の電子部品。