JP2005183564A - 固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐圧電圧が高く、且つ漏れ電流が増大しない固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】固体電解コンデンサの製造方法は、陽極箔4と陰極箔5を巻き取ってコンデンサ素子2を形成した後に、コンデンサ素子2にシラン化合物を塗布、或いはコンデンサ素子2をシラン化合物溶液に含浸する工程と、陽極箔4に再度の化成処理を施して、陽極箔4の端面に誘電体酸化被膜を形成する工程と、コンデンサ素子2の内部に、固体電解質層を形成する工程を具えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、陽極箔と陰極箔を巻き取って形成された固体電解コンデンサ及びその製造方法に関する。

図１は、従来の固体電解コンデンサ(１)のコンデンサ素子（２）の分解斜視図であり、図２は、従来の固体電解コンデンサ(１)の断面正面図である(例えば、特許文献１参照)。
これは、上面が開口したアルミニウム製のケース(３)内に、コンデンサ素子(２)を収納して、ゴム製のパッキング(30)にてケース(３)の開口を封止している。ケース(３)の上端部をカールしてパッキング(30)を固定している。陽極箔(４)と陰極箔(５)からは一対のリードタブ(25)(25)が引き出され、該リードタブ(25)(25)からリード線(21)(21)が延びている。リードタブ(25)(25)は、パッキング(30)を貫通している。
コンデンサ素子(２)は、図１に示すように、誘電体酸化被膜を形成したアルミニウム箔である陽極箔(４)と、アルミニウム箔である陰極箔(５)とを、紙等の絶縁体であるセパレータ(６)を介してロール状に巻回して構成される。コンデンサ素子(２)の内部には、固体電解質層が形成され、固体電解質は、具体的にはＴＣＮＱ錯塩、又はポリピロール、ポリチオフェン等の導電性高分子である。

固体電解コンデンサ(１)は、以下の手順で形成される。以下の記載では、固体電解質として、導電性高分子を例示するが、ＴＣＮＱ錯塩であってもよい。
先ず、陽極箔(４)と、陰極箔(５)とを、セパレータ(６)を介してロール状に巻く。陽極箔(４)は誘電体酸化被膜が形成されたアルミニウムシートから切り出されて形成されるのが普通であるから、該陽極箔(４)の端面には、誘電体酸化被膜が形成されていない。従って、コンデンサ素子(２)に再度の化成処理を施して、陽極箔(４)の端面に、誘電体酸化被膜を形成する。以下、この化成処理を切り口化成と呼ぶ。この後、コンデンサ素子(２)を熱処理して、誘電体酸化被膜を安定させる。
次に、チオフェン等のモノマーを、アルコール溶媒に溶かすとともに、金属塩等の酸化剤を加え、コンデンサ素子(２)を該溶媒内に浸漬する。加熱して熱重合反応を起こさせ、コンデンサ素子(２)内に導電性高分子層を生成する。
該高分子が導電性を持つのは、酸化剤の陰イオンが高分子構造内にドーパントとして取り込まれ、ポーラロンやバイポーラロンが形成されるためである。尚、ポリチオフェンを導電性高分子として用いる固体電解コンデンサは、周知であるが、高分子材料として、ピロール、アニリンを用いてもよい。
この後、コンデンサ素子(２)をケース(３)に入れて、パッキング(30)にてケース(３)の開口を封止する。ケース(３)の上端部をカールしてパッキング(30)を固定する。

特開平６−１６８８５１号公報

斯種コンデンサには、耐圧電圧が高いものが求められている。しかし、従来のように、固体電解質にＴＣＮＱ錯塩、又は導電性高分子を用いて、２５ＷＶを超えるような高耐圧用の固体電解コンデンサ(１)を製造せんとしても、誘電体酸化被膜が損傷した際の自己修復作用が低い。従って、固体電解コンデンサ(１)の漏れ電流が大きくなり、市場から要求される特性を充たすことができない。
本発明の目的は、耐圧電圧が高く、且つ漏れ電流が増大しない固体電解コンデンサを提供することにある。

固体電解コンデンサの製造方法は、陽極箔(４)と陰極箔(５)を巻き取ってコンデンサ素子(２)を形成した後に、コンデンサ素子(２)にシラン化合物を塗布、或いはコンデンサ素子(２)をシラン化合物溶液に含浸する工程と、
陽極箔(４)に再度の化成処理を施して、陽極箔(４)の端面に誘電体酸化被膜を形成する工程と、
コンデンサ素子(２)の内部に、固体電解質層を形成する工程を具えている。

コンデンサ素子(２)にシラン(水素化珪素)化合物を塗布、或いはコンデンサ素子(２)をシラン化合物溶液に含浸した後に、切り口化成を行って陽極箔(４)の端面に誘電体酸化被膜を形成する。これにより、シラン化合物の被覆層と素地のアルミニウム金属が露出した陽極箔(４)の端面との間に、アルミニウム−珪素の複合酸化物層及び酸化アルミニウム層が同時に生成されると推測される。
これにより、漏れ電流が増大することを防ぎ、且つ耐圧電圧を向上させることができる。

以下、本発明の一例を図を用いて詳述する。
固体電解コンデンサ(１)の全体形状は、図１に示す従来品と同様である。コンデンサ素子(２)は、誘電体酸化被膜を形成したアルミニウム箔である陽極箔(４)と、アルミニウム箔である陰極箔(５)を、絶縁体であるセパレータ(６)を介してロール状に巻回し、テープ(26)で止めて構成される。コンデンサ素子(２)の内部には、固体電解質層、具体的には、ＴＣＮＱ錯塩、又はポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフラン等の導電性高分子の層が形成されている。

固体電解コンデンサ(１)は、以下の手順で形成される。本例では、切り口化成の前の工程に特徴がある。先ず、陽極箔(４)と、陰極箔(５)とを、セパレータ(６)を介してロール状に巻く。
次に、シラン化合物であるγ−(２−アミノエチル)グリシドキシプロピルトリメトキシシランをコンデンサ素子(２)の周面に塗布する。該塗布に代えて、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランの溶液に、コンデンサ素子(２)を含浸させてもよい。
コンデンサ素子(２)を乾燥させた後に、切り口化成を行い、コンデンサ素子(２)を２８０℃にて熱処理して、誘電体酸化被膜を安定させる。

次に、３，４−エチレンジオキシチオフェン等のモノマーを、ｎ−ブチルアルコールに溶かすとともに、酸化剤であるｐ−トルエンスルホン酸鉄(第３鉄)を加えて、溶媒を作り、
コンデンサ素子(２)を該溶媒内に浸漬する。
コンデンサ素子(２)の内部に、導電性高分子層を形成した後に、該コンデンサ素子(２)をケース(３)に入れ、パッキング(30)にてケース(３)の開口を封止する。ケース(３)の上端部をカールしてパッキング(30)を固定する。

出願人は、シラン化合物を塗布又は含浸させた本例に係わるコンデンサ素子(２)を用いて、固体電解コンデンサ(１)を作成した。また、シラン化合物を塗布又は含浸させない従来のコンデンサ素子(２)を用いて、固体電解コンデンサ(１)を作成し、初期電気的特性及び破壊耐圧試験を行った。
初期電気的特性は、静電容量(Ｃａｐ、単位：μＦ)、等価直列抵抗(ＥＳＲ、単位：ｍΩ)、漏れ電流(ＬＣ、単位：μＡ)、及び漏れ電流の歩留まりについて測定した。試作した固体電解コンデンサ(１)は、定格電圧３２Ｖで、静電容量１８μＦであり、コンデンサ素子(２)の外径が６.３ｍｍである。静電容量は、１２０Ｈｚの交流定格電圧を印加し、等価直列抵抗は１００ｋＨｚを印加して測定した。
また、漏れ電流は、定格電圧を印加して、６０秒後の値を測定し、５０ヶの平均値であり、漏れ電流歩留まりは０.２ＣＶ以下であることを基準として、母集団を４００ヶとして求めた。破壊耐圧試験は、１０ヶの平均値であり、破壊耐圧(単位：Ｖ)は昇圧速度１Ｖ／秒として測定した。初期電気的特性の結果を表１に、破壊耐圧試験を表２に夫々示す。

(初期電気的特性)

(破壊耐圧試験)

表１及び表２の結果から分かるように、コンデンサ素子(２)をシラン化合物に浸漬した後に、切り口化成を行うことにより、静電容量、等価直列抵抗を悪化させることなく、漏れ電流を小さくし、耐圧を高めることができた。
コンデンサ素子(２)をシラン化合物に浸漬すると、漏れ電流を小さくし、耐圧を高めることができるのは、図３に示すように、シラン化合物の被覆層(７)と素地のアルミニウム金属が露出した陽極箔(４)の端面との間に、アルミニウム−珪素の複合酸化物層及び酸化アルミニウム層(70)が同時に生成されるからと推測される。また、切り口化成を行うことにより、陽極箔(４)からアルミニウムイオンが溶出する量を抑えることができ、誘電体酸化被膜の生成効率が向上したことも考えられる。

上記例では、シラン化合物として、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを例示したが、これに代えて、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシランの何れかであってもよい。

上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
例えば、陰極箔(５)をＴｉＮ(窒化チタン)等の単金属窒化物蒸着膜、又はＴｉＡｌＮ(窒化アルミニウムチタン)等の複合金属窒化物蒸着膜を形成したアルミニウム箔から形成してもよい。該アルミニウム箔は、表面にエッチング処理がされていても、されていなくともよい。
本例ではコンデンサ素子(２)を陽極箔(４)と陰極箔(５)を巻き取って構成したが、コンデンサ素子(２)を弁金属の焼結体又は板材の積層構造から構成してもよい。ここで、弁金属とは表面に酸化被膜を形成する金属であり、アルミニウム、タンタル、ニオブ等が該当する。また、ケース(３)の上面開口は、エポキシ樹脂で塞いでも構わない。

従来の固体電解コンデンサのコンデンサ素子の分解斜視図である。 従来の固体電解コンデンサの断面正面図である。 アルミニウム−珪素の複合酸化物層及び酸化アルミニウム層を示す図である。

符号の説明

(２) コンデンサ素子
(４) 陽極箔
(５) 陰極箔
(６) セパレータ

Claims (5)

1. 陽極箔(４)と陰極箔(５)とを巻き取って構成され、内部に固体電解質層が形成されたコンデンサ素子(２)を具え、少なくとも陽極箔(４)はアルミニウムから形成され表面に化成処理によって誘電体酸化被膜が形成された固体電解コンデンサの製造方法であって、
   陽極箔(４)と陰極箔(５)を巻き取ってコンデンサ素子(２)を形成した後に、コンデンサ素子(２)にシラン化合物を塗布、或いはコンデンサ素子(２)をシラン化合物溶液に含浸する工程と、
   陽極箔(４)に再度の化成処理を施して、陽極箔(４)の端面に誘電体酸化被膜を形成する工程と、
   コンデンサ素子(２)の内部に、固体電解質層を形成する工程を具えた固体電解コンデンサの製造方法。
2. シラン化合物は、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシランの何れかである請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
3. 陰極箔(５)には、単金属窒化物蒸着膜、又は複合金属窒化物蒸着膜が形成された請求項１又は２に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
4. 固体電解質は、ＴＣＮＱ錯塩、又は導電性高分子である請求項１乃至３の何れかに記載の固体電解コンデンサの製造方法。
5. 陰極箔(５)と陽極箔(４)とを巻き取って構成され、内部に固体電解質層が形成されたコンデンサ素子(２)を具え、少なくとも陽極箔(４)はアルミニウムから形成され表面に化成処理によって誘電体酸化被膜が形成された固体電解コンデンサに於いて、
   コンデンサ素子(２)には、シラン化合物の被覆層が形成され、
   シラン化合物の被覆層と素地のアルミニウム金属が露出した陽極箔(４)の端面との間に、アルミニウム−珪素の複合酸化物層及び酸化アルミニウム層が生成されたことを特徴とする固体電解コンデンサ。

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