JP2006135212A - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐熱性試験後のＬＣ値の変化率を従来よりも改善した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1は、素子本体20に化学重合にて第１の電解質層を形成する工程と、該素子本体20を１−１０ｗｔ％のチオフェン系溶液に入れる工程と、該素子本体20に通電して電解重合し、第２の電解質層を形成する工程を経て形成される。
【選択図】図１
【解決手段】固体電解コンデンサ1は、素子本体20に化学重合にて第１の電解質層を形成する工程と、該素子本体20を１−１０ｗｔ％のチオフェン系溶液に入れる工程と、該素子本体20に通電して電解重合し、第２の電解質層を形成する工程を経て形成される。
【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る固体電解コンデンサ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た素子本体(20)を具える。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。
斯種コンデンサは、リフロー半田により回路基板(図示せず)に取り付けられるから、耐熱性が高いことが要求される。従って、耐熱性を確認すべく、コンデンサには耐熱性試験が行われる。
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た素子本体(20)を具える。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。
斯種コンデンサは、リフロー半田により回路基板(図示せず)に取り付けられるから、耐熱性が高いことが要求される。従って、耐熱性を確認すべく、コンデンサには耐熱性試験が行われる。
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、ポリチオフェンである導電性高分子を例示する。
先ず、リード線(21)(21)が取り付けられた陽極箔(４)と陰極箔(５)とを、セパレータ(６)を介してロール状に巻き、素子本体(20)を形成する。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、素子本体(20)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、素子本体(20)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、素子本体(20)を該溶媒内に浸漬する。加熱して熱重合反応を起こさせ、素子本体(20)内に化学重合による導電性高分子層を形成し、コンデンサ素子(２)を形成する。
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。
尚、化学重合のみでは高分子層が緻密且つ均一に形成されない場合がある。これでは、耐熱性試験において、高分子層が損傷して、ＬＣ(漏れ電流)値が増大する虞れがある。従って、素子本体(20)上に化学重合により導電性高分子層を形成した後に、更に電解重合による導電性高分子層を形成し、高分子層を緻密且つ均一に形成する内容も知られている(例えば、特許文献２参照)。
先ず、リード線(21)(21)が取り付けられた陽極箔(４)と陰極箔(５)とを、セパレータ(６)を介してロール状に巻き、素子本体(20)を形成する。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、素子本体(20)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、素子本体(20)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、素子本体(20)を該溶媒内に浸漬する。加熱して熱重合反応を起こさせ、素子本体(20)内に化学重合による導電性高分子層を形成し、コンデンサ素子(２)を形成する。
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。
尚、化学重合のみでは高分子層が緻密且つ均一に形成されない場合がある。これでは、耐熱性試験において、高分子層が損傷して、ＬＣ(漏れ電流)値が増大する虞れがある。従って、素子本体(20)上に化学重合により導電性高分子層を形成した後に、更に電解重合による導電性高分子層を形成し、高分子層を緻密且つ均一に形成する内容も知られている(例えば、特許文献２参照)。
出願人は、耐熱性試験後のＬＣ値の変化率を従来よりも改善することを考えた。
本発明の目的は、耐熱性試験後のＬＣ値の変化率を従来よりも改善した固体電解コンデンサを提供することにある。
本発明の目的は、耐熱性試験後のＬＣ値の変化率を従来よりも改善した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(１)は、化学重合にて第１の電解質層が形成された素子本体(20)を、１−１０ｗｔ％のチオフェン系溶液に入れる工程と、
該素子本体(20)に通電して電解重合し、第２の電解質層を形成する工程を経て形成される。
該素子本体(20)に通電して電解重合し、第２の電解質層を形成する工程を経て形成される。
後記するように、１−１０ｗｔ％のチオフェン系溶液に素子本体(20)を入れ、該素子本体(20)に通電して電解重合し、第２の電解質層を形成すれば、耐熱性試験後に於けるＬＣ値の変化倍率を、従来に比して小さくできる。
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素子本体(20)を具える。コンデンサ素子(２)の内部には、固体電解質層、具体的には、ポリチオフェンである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)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素子本体(20)を具える。コンデンサ素子(２)の内部には、固体電解質層、具体的には、ポリチオフェンである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。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き、素子本体(20)を形成する。
次に、従来と同様に、切り口化成と熱処理を行って、素子本体(20)内の誘電体酸化被膜を安定させる。ブタノールに酸化剤であるｐ−トルエンスルホン酸第２鉄を加えた酸化剤溶液に、モノマーとして３，４−エチレンジオキシチオフェンを加えた混合液を作り、素子本体(20)を該混合液内に浸漬する。ｐ−トルエンスルホン酸第２鉄は、ブタノールに対して４０％ｗｔであり、３，４−エチレンジオキシチオフェンは酸化剤溶液に対し、重量比で約２倍である。出願人の実験では、３，４−エチレンジオキシチオフェンを加え過ぎると、コンデンサとしてＥＳＲ(等価直列抵抗)が上がり、好ましくないことを確認している。混合液を加熱して熱重合反応を起こさせ、素子本体(20)内に化学重合による第１の導電性高分子層を形成する。
次に、従来と同様に、切り口化成と熱処理を行って、素子本体(20)内の誘電体酸化被膜を安定させる。ブタノールに酸化剤であるｐ−トルエンスルホン酸第２鉄を加えた酸化剤溶液に、モノマーとして３，４−エチレンジオキシチオフェンを加えた混合液を作り、素子本体(20)を該混合液内に浸漬する。ｐ−トルエンスルホン酸第２鉄は、ブタノールに対して４０％ｗｔであり、３，４−エチレンジオキシチオフェンは酸化剤溶液に対し、重量比で約２倍である。出願人の実験では、３，４−エチレンジオキシチオフェンを加え過ぎると、コンデンサとしてＥＳＲ(等価直列抵抗)が上がり、好ましくないことを確認している。混合液を加熱して熱重合反応を起こさせ、素子本体(20)内に化学重合による第１の導電性高分子層を形成する。
次に、１ｗｔ％の３，４−エチレンジオキシチオフェン水溶液中に、ナフタレンスルホン酸ナトリウムを混合した電解重合溶液を作る。該電解重合溶液中に素子本体(20)を浸して通電し、電解重合によって第２の導電性高分子層を形成する。こうして、コンデンサ素子(２)が形成される。
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)を固定して、固体電解コンデンサ(１)を作る。この固体電解コンデンサ(１)を実施例１とする。
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)を固定して、固体電解コンデンサ(１)を作る。この固体電解コンデンサ(１)を実施例１とする。
出願人は、３，４−エチレンジオキシチオフェン水溶液の濃度を、５ｗｔ％とし、他の条件を実施例１と同様にして、固体電解コンデンサ(１)を作成した。この固体電解コンデンサ(１)を実施例２とする。
以下、３，４−エチレンジオキシチオフェン水溶液の濃度を、１０ｗｔ％、１５ｗｔ％とし、他の条件を実施例１と同様にして、固体電解コンデンサ(１)を作成した。この固体電解コンデンサ(１)を実施例３、実施例４とする。
また、従来の方法、即ち化学重合のみで導電性高分子層を形成した固体電解コンデンサ(１)を作り、これを従来例とする。
作成した固体電解コンデンサ(１)は、何れも定格電圧４Ｖで静電容量１５０μＦであり、直径６.３ｍｍ、高さ６.０ｍｍである。夫々ロットとして２０ヶ作成し、該ロットの初期ＬＣ値、耐熱性試験後のＬＣ値の平均値を測定し、ＬＣ変化倍率を求めた。結果を表１に示す。ＬＣ値の単位は、μＡであり、定格電圧充電６０秒後に測定した。
実施例１−３の結果から判るように、１−１０ｗｔ％の３，４−エチレンジオキシチオフェン水溶液中に、ナフタレンスルホン酸ナトリウムを混合した電解重合溶液を用いて、第２の電解質層を形成した固体電解コンデンサ(１)では、耐熱性試験後にＬＣが増大することを、従来例に比して、可成り抑えることができた。
これに対し、実施例４の結果から判るように、１５ｗｔ％の３，４−エチレンジオキシチオフェン水溶液中に、ナフタレンスルホン酸ナトリウムを混合した電解重合溶液を用いて、第２の電解質層を形成した固体電解コンデンサ(１)では、従来例に比して、殆どＬＣ変化率が改善されない。これは、３，４−エチレンジオキシチオフェンの濃度が高い故に、電解重合によって得られた第２の電解質層が厚膜となって、クラックが生じたためである。従って、１−１０ｗｔ％の３，４−エチレンジオキシチオフェン水溶液を用いて電解重合するのが、耐熱性試験によるＬＣの増大を抑えるのに有効である。
以下、３，４−エチレンジオキシチオフェン水溶液の濃度を、１０ｗｔ％、１５ｗｔ％とし、他の条件を実施例１と同様にして、固体電解コンデンサ(１)を作成した。この固体電解コンデンサ(１)を実施例３、実施例４とする。
また、従来の方法、即ち化学重合のみで導電性高分子層を形成した固体電解コンデンサ(１)を作り、これを従来例とする。
作成した固体電解コンデンサ(１)は、何れも定格電圧４Ｖで静電容量１５０μＦであり、直径６.３ｍｍ、高さ６.０ｍｍである。夫々ロットとして２０ヶ作成し、該ロットの初期ＬＣ値、耐熱性試験後のＬＣ値の平均値を測定し、ＬＣ変化倍率を求めた。結果を表１に示す。ＬＣ値の単位は、μＡであり、定格電圧充電６０秒後に測定した。
これに対し、実施例４の結果から判るように、１５ｗｔ％の３，４−エチレンジオキシチオフェン水溶液中に、ナフタレンスルホン酸ナトリウムを混合した電解重合溶液を用いて、第２の電解質層を形成した固体電解コンデンサ(１)では、従来例に比して、殆どＬＣ変化率が改善されない。これは、３，４−エチレンジオキシチオフェンの濃度が高い故に、電解重合によって得られた第２の電解質層が厚膜となって、クラックが生じたためである。従って、１−１０ｗｔ％の３，４−エチレンジオキシチオフェン水溶液を用いて電解重合するのが、耐熱性試験によるＬＣの増大を抑えるのに有効である。
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、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。また、図３に示すように、リード線(21)(21)に座板(31)を挿入し、リード線(21)(21)を座板(31)に沿って折曲してもよい。
例えば、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。また、図３に示すように、リード線(21)(21)に座板(31)を挿入し、リード線(21)(21)を座板(31)に沿って折曲してもよい。
(２) コンデンサ素子
(４) 陽極箔
(５) 陰極箔
(６) セパレータ
(４) 陽極箔
(５) 陰極箔
(６) セパレータ
Claims (3)
- 素子本体(20)に固体電解質層を形成したコンデンサ素子(２)を具え、固体電解質層は、化学重合にて形成された第１の電解質層上に、電解重合で形成された第２の電解質層が重なっている固体電解コンデンサの製造方法であって、
第１の電解質層が形成された素子本体(20)を、１−１０ｗｔ％のチオフェン系溶液に入れる工程と、
該素子本体(20)に通電して電解重合し、第２の電解質層を形成する工程を有する固体電解コンデンサの製造方法。 - 素子本体(20)は、陽極箔(４)と陰極箔(５)を巻き取って形成され、第１の電解質層は、スルホン酸系の酸化剤の溶液に、モノマーとして３，４−エチレンジオキシチオフェンを加えた混合液に素子本体(20)を浸漬して形成される請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- チオフェン系溶液にスルホン酸ナトリウム塩を混合した電解重合溶液にて第２の電解質層が形成される請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
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