JP2006196498A - 固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性高分子を固体電解質とした固体電解コンデンサに関し、外部から侵入する酸素や水分により導電性高分子の酸化劣化や陽極酸化皮膜近傍の腐食を起こし、コンデンサ特性が悪化するという課題を解決し、高信頼性の固体電解コンデンサを提供することを目的とする。
【解決手段】導電性高分子を固体電解質として陽極部と陰極部が形成されたコンデンサ素子１と、このコンデンサ素子１の陰極部を電気的に接続して収容した金属製の陰極ケース１０と、コンデンサ素子１の陽極部を電気的に接続して収容すると共に、陰極ケース１０と絶縁状態で結合された金属製の陽極ケース１３からなる構成により、外部からの酸素と水分の侵入を阻止して導電性高分子の酸化劣化や陽極酸化皮膜近傍の腐食をなくし、コンデンサ特性の悪化がない優れた信頼性を発揮することができ、かつ小型化と低コスト化も同時に実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は各種電子機器に使用されるコンデンサの中で、特に導電性高分子を固体電解質として用いた固体電解コンデンサ及びその製造方法に関するものである。

近年、電子機器の小型化・高周波化が進み、これらに使用されるコンデンサも高周波領域で低インピーダンス化が実現できる導電性高分子を固体電解質として用いた固体電解コンデンサが商品化されている。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（ＥＳＲ）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様々な改善がなされ、市場にも受け入れられるようになってきている。

また、固体電解質として使用する導電性高分子も種々のものが開発され、固体電解コンデンサへの適応の開発が急ピッチで進められているものの、これらの導電性高分子はいずれも有機物であるため、酸素雰囲気下では酸化劣化を引き起こし、これによって導電性の低下や陽極酸化皮膜との密着性ならびに安定性の低下を引き起こすことになり、これが原因で特に高温下においてはコンデンサ特性の劣化（特に容量減少ならびにＥＳＲの増大）を引き起こすことが分かってきている。

さらに、アルミニウムエッチド箔を用いた場合、化学的に不安定であるため、水分の浸入によりフリーになった酸のアタックによって陽極酸化皮膜近傍に腐食が起こり、特に容量減少が引き起こされる。

従って、これらの問題を解消する目的で、外装樹脂の肉厚を厚くすることによって外部からの水分の浸入がコンデンサ素子に到達するまでの距離を長くする等の工夫がなされており、このような従来の固体電解コンデンサについて以下に図面を用いて説明する。

図７はこの種の従来の固体電解コンデンサの構成を示した斜視図、図８は同固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子の構成を示した一部切り欠き斜視図であり、図７と図８において、２１はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子２１は弁作用金属であるアルミニウム箔からなる陽極体２２の表面を粗面化した後に陽極酸化皮膜層２３を形成し、この陽極体２２の所定の位置に絶縁性のレジスト部２４を設けて陽極部２５と陰極部２６に分離し、この陰極部２６の陽極酸化皮膜層２３上に導電性高分子からなる固体電解質層２７、カーボンと銀ペーストからなる陰極層２８を順次積層形成することにより構成されたものである。

２９は陽極コム端子、３０は陰極コム端子、３０ａはこの陰極コム端子３０の接続面の一部を曲げ起こすことにより形成されたガイド部であり、上記コンデンサ素子２１の陽極部２５を陽極コム端子２９の接続面に搭載し、接続部２９ａを折り曲げて抵抗溶融により接合し、また、コンデンサ素子２１の陰極部２６を陰極コム端子３０の接続面に搭載し、図示しない導電性銀ペーストを介して接続したものである。

３１はこのようにコンデンサ素子２１を接合した陽極コム端子２９と陰極コム端子３０の一部が夫々外表面に露呈する状態でコンデンサ素子２１を被覆した絶縁性の外装樹脂であり、この外装樹脂３１から表出した陽極コム端子２９と陰極コム端子３０は夫々外装樹脂３１に沿って側面から底面へと折り曲げられることによって外部端子を形成し、これにより面実装型の固体電解コンデンサを構成したものである。

そして、このように構成された従来の固体電解コンデンサは、陽極コム端子２９と陰極コム端子３０の形状を工夫することにより、外部の酸素がコンデンサ素子２１に到達する確率を低くすると共に、外装樹脂３１内への外部の酸素の侵入を抑制することができるため、コンデンサ素子２１の固体電解質層２７として用いている導電性高分子が酸素雰囲気下で酸化劣化を引き起こすことはなくなり、これにより、高温下においてもコンデンサ特性の劣化（特に容量減少およびＥＳＲの増大）を引き起こすことはなくなるため、信頼性の高い固体電解コンデンサを得ることができるというものであった（特許文献１）。

また、図９（ａ）〜（ｃ）はこの種の従来の固体電解コンデンサの別の例を示したものであり、図９において３２はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子３２は上記図８で示したコンデンサ素子２１と実質的に同様に構成されたものである。３３は実質的に気体透過性のない材料で構成された基台であり、この基台３３には気密封止された電極リード３３ａが設けられ、この電極リード３３ａは上記コンデンサ素子３２の陽極部と陰極部に夫々接続されるものである。３４は上記基台３３と同様に実質的に気体透過性のない材料で構成されたキャップであり、このキャップ３４内にコンデンサ素子３２を収納し、このキャップ３４と基台３３とによりコンデンサ素子３２を気密封止するように構成されたものである。

そして、このように構成された固体電解コンデンサは、酸素および水によるアタックで電気伝導度の劣化を来し易い導電性高分子を気密封止して外気と遮断することにより、高温高湿下においても導電性高分子の酸化劣化や陽極酸化皮膜近傍の腐食を起こさないために、容量、損失、及び高周波インピーダンス特性等の劣化が極めて少ない、優れた信頼性を有するものであるというものであった（特許文献２）。
特開平９−３２０８９５号公報 特開平５−２１２９８号公報

しかしながら上記従来の固体電解コンデンサでは、特許文献１に記載の技術による固体電解コンデンサにおいては、従来品と比較して導電性高分子の酸化劣化を大きく低減してはいるものの、完全に外部の酸素や水分の侵入を阻止した構成でないために、微量の酸素や水分の侵入によって導電性高分子の酸化劣化や陽極酸化皮膜近傍の腐食が進行し、結果的にコンデンサ特性が悪化するという課題があった。

また、特許文献２に記載の技術による固体電解コンデンサにおいては、キャップ３４内にコンデンサ素子３２を気密封止した構成によって外部の酸素や水分の侵入を完全に阻止しているために導電性高分子の酸化劣化や陽極酸化皮膜近傍の腐食はないものの、電気リード３３ａが設けられた基台３３とキャップ３４を用いる構成のために製品が大型化するという問題と、コスト的に高くなるという問題が解消できないという課題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、外部からの酸素と水分の侵入を阻止して導電性高分子の酸化劣化や陽極酸化皮膜近傍の腐食をなくし、これによりコンデンサ特性が悪化することがない、優れた信頼性を発揮すると共に、小形で低コストの固体電解コンデンサ及びそ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、表面を粗面化して陽極酸化皮膜層が形成された弁作用金属からなる陽極体の所定の位置に絶縁部を設けて陽極部と陰極形成部に分離し、この陰極形成部の陽極酸化皮膜層上に導電性高分子からなる固体電解質層、陰極層を順次積層形成することにより陰極部が形成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の陰極部を電気的に接続した状態で収容した金属製の陰極ケースと、同じくコンデンサ素子の陽極部を電気的に接続した状態で収容すると共に、上記陰極ケースの開口部側の周面を覆うように嵌め込まれて陰極ケースと絶縁状態で結合された金属製の陽極ケースからなり、コンデンサ素子の陽極取り出しを陽極ケースから、同陰極取り出しを陰極ケースから行うように構成したものである。

以上のように本発明による固体電解コンデンサは、陽極ケースと陰極ケースによりコンデンサ素子を封止する簡単な構成により、外部からの酸素と水分の侵入を阻止して導電性高分子の酸化劣化や陽極酸化皮膜近傍の腐食をなくすることができるようになり、これにより、コンデンサ特性が悪化することがない優れた信頼性を発揮することができ、しかも小型化と低コスト化を同時に実現することができるという効果が得られるものである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜３，５，６，９に記載の発明について説明する。

図１は本発明の実施の形態１による固体電解コンデンサの構成を示した断面図、図２は同固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子の構成を示した断面図であり、図１と図２において、１はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子１は弁作用金属であるアルミニウム箔からなる陽極体２の表面を粗面化した後に陽極酸化皮膜層３を形成し、この陽極体２の所定の位置に絶縁性のレジスト部４を設けて陽極部５と陰極形成部６に分離し、この陰極形成部６の陽極酸化皮膜層３上に導電性高分子からなる固体電解質層７、カーボンと銀ペーストからなる陰極層８を順次積層形成することにより陰極部９を形成して構成したものである。

１０は上記コンデンサ素子１の陰極部９を収容した金属製の陰極ケースであり、この陰極ケース１０の内部で導電性銀ペースト１１を介してコンデンサ素子１の陰極部９と電気的に接続すると共に、この陰極ケース１０内に接着剤１２によりコンデンサ素子１を結合しているものである。

１３は上記コンデンサ素子１の陽極部５を収容すると共に、上記陰極ケース１０の開口部側の周面を覆うように嵌め込まれた金属製の陽極ケースであり、陰極ケース１０の周面に設けた絶縁性のシール接着剤１４（低透湿率のエポキシ接着剤：ＮＴＴアドバンステクノロジ（株）製の光部品用シール材「ＯＳ−１４」を用いた）により陽極ケース１３を絶縁状態で結合するようにしたものである。また、陽極ケース１３の少なくとも一部を内部に窪ませるカシメ加工を行って接合部１３ａを形成し、この接合部１３ａを介して抵抗溶接を行うことによりコンデンサ素子１の陽極部５と陽極ケース１３を電気的、機械的に結合するようにしているものである。

１５は絶縁層であり、陽極ケース１３と陰極ケース１０の結合部の外表面に双方に跨るように設けられているものであり、これにより、コンデンサ素子１の陽極取り出しを陽極ケース１３から、同陰極取り出しを陰極ケース１０から行うと共に、この状態で図示しないプリント基板に面実装する際に、溶融した半田が相手側に回り込むのを防止することができるように構成されたものである。

このようにして得られた本実施の形態による固体電解コンデンサの寿命特性を測定した結果を比較例としての従来品と比較して（表１）に示す。

（表１）から明らかなように、本実施の形態による固体電解コンデンサは、高温寿命試験ならびに高温高湿寿命試験共に特性変化が小さく、特に耐湿性に優れていることが分かるものである。

従って、本実施の形態による固体電解コンデンサは、陽極ケースと陰極ケースによりコンデンサ素子を封止する簡単な構成により、外部からの酸素と水分の侵入を阻止して導電性高分子の酸化劣化をなくすことができるようになり、これにより、コンデンサ特性が悪化することがない、優れた信頼性を発揮することができるということが言えるものである。

また、従来品と比較して小型化と低コスト化を同時に実現することもできるものであり、このような比較を（表２）に示す。

（表２）から明らかなように、本実施の形態による固体電解コンデンサは、信頼性、小型化、コストのいずれも満足することができるものであることが分かる。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項４に記載の発明について説明する。

本実施の形態は、上記実施の形態１で説明した固体電解コンデンサの陽極ケースと陰極ケースの接合部分の構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図３は本発明の実施の形態２による固体電解コンデンサの構成を示した断面図、図４（ａ），（ｂ）は同固体電解コンデンサに使用される陰極ケースの構成を示した斜視図であり、図３と図４において、１６ａと１６ｂは陰極ケース１０の陽極ケース１３と結合される部分に設けられたガラス層であり、ガラス層１６ａは島状に設けた例を、またガラス層１６ｂは環状に設けた例を夫々示したものである。

このガラス層１６ａ，１６ｂは、低融点封止ガラスを用いてスクリーン印刷やディスペンサー等により島状あるいは環状に塗布し、これを加熱処理して硬化させることにより形成するようにしたものであり、これにより、ガラス層１６ａ，１６ｂが突起状に形成されるために陽極ケース１３との間に所定の隙間を形成することができるようになり、陰極ケース１０と陽極ケース１３の絶縁信頼性を向上させることができるようになるものである。

なお、このようにガラス層１６ａ，１６ｂを設けた陰極ケース１０と陽極ケース１３の結合部分においてもシール接着剤１４は必要であり、このような構成にすることにより、より高い封止効果が得られるようになるものである。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明の特に請求項７，８，１０に記載の発明について説明する。

本実施の形態は、上記実施の形態１で説明した固体電解コンデンサの陰極ケースならびに陽極ケース内に複数のコンデンサ素子を積層して収容した構成のものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図５は本発明の実施の形態３による固体電解コンデンサの構成を示した断面図、図６は同固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子を積層した状態の斜視図であり、図５と図６において、１７は陽極接合部材であり、この陽極接合部材１７は複数枚（本実施の形態においては３枚）を積層したコンデンサ素子１の陽極部５を一体に束ねるように形成され、レーザー溶接等の手段によって電気的、機械的に結合されるものである。

また、コンデンサ素子１の夫々の陰極部９間は導電性銀ペースト１８で電気的に接続し、このようにして一体化された積層品を陰極ケース１９と陽極ケース２０内に収容して封止しているのは実施の形態１と同様である。

このように構成された本実施の形態による固体電解コンデンサは、上記実施の形態１により得られる効果に加え、簡単な構成で小形大容量化を図ることができるようになるものである。

本発明による固体電解コンデンサは、外部からの酸素と水分の侵入を阻止して導電性高分子の酸化劣化や陽極酸化皮膜近傍の腐食をなくすることができるようになり、これにより、コンデンサ特性が悪化することがない優れた信頼性を発揮することができ、しかも小型化と低コスト化を同時に実現することができるという効果を有し、特に高周波領域で低インピーダンスが要求される分野のコンデンサとして有用である。

本発明の実施の形態１による固体電解コンデンサの構成を示した断面図 同固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子の構成を示した一部切り欠き断面図 本発明の実施の形態２による固体電解コンデンサの構成を示した断面図 （ａ），（ｂ）同固体電解コンデンサに使用される陰極ケースの構成を示した斜視図 本発明の実施の形態３による固体電解コンデンサの構成を示した断面図 同固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子を積層した状態の斜視図 従来の固体電解コンデンサの構成を示した斜視図 同固体電解コンデンサに使用されるコンデンサ素子の構成を示した一部切り欠き斜視図 （ａ）〜（ｃ）従来の他の固体電解コンデンサの構成を示した斜視図

符号の説明

１ コンデンサ素子
２ 陽極体
３ 陽極酸化皮膜層
４ レジスト部
５ 陽極部
６ 陰極形成部
７ 固体電解質層
８ 陰極層
９ 陰極部
１０，１９ 陰極ケース
１１，１８ 導電性銀ペースト
１２ 接着剤
１３，２０ 陽極ケース
１３ａ 接合部
１４ シール接着剤
１５ 絶縁層
１６ａ，１６ｂ ガラス層
１７ 陽極接合部材

Claims (10)

1. 表面を粗面化して陽極酸化皮膜層が形成された弁作用金属からなる陽極体の所定の位置に絶縁部を設けて陽極部と陰極形成部に分離し、この陰極形成部の陽極酸化皮膜層上に導電性高分子からなる固体電解質層、陰極層を順次積層形成することにより陰極部が形成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の陰極部を電気的に接続した状態で収容した金属製の陰極ケースと、同じくコンデンサ素子の陽極部を電気的に接続した状態で収容すると共に、上記陰極ケースの開口部側の周面を覆うように嵌め込まれて陰極ケースと絶縁状態で結合された金属製の陽極ケースからなり、コンデンサ素子の陽極取り出しを陽極ケースから、同陰極取り出しを陰極ケースから行うようにした固体電解コンデンサ。
2. 陰極ケースと陽極ケースを絶縁性のシール接着剤で結合した請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
3. 絶縁性のシール接着剤として、低透湿率のエポキシ接着剤を用いた請求項２に記載の固体電解コンデンサ。
4. 陽極ケースと結合される部分の陰極ケースの外表面にガラス層を島状または環状に設けた請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
5. 陰極ケースと陽極ケースの結合部の外表面に双方に跨る絶縁層を設けた請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
6. コンデンサ素子の陽極部と陽極ケースとの電気的接続が溶接により行われたものである請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
7. 陰極ケースならびに陽極ケース内に複数のコンデンサ素子を積層して収容した請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
8. 複数が積層されたコンデンサ素子の陽極部を一体に接合する陽極接合部材を設けた請求項７に記載の固体電解コンデンサ。
9. 表面を粗面化して陽極酸化皮膜層を形成した弁作用金属からなる陽極体の所定の位置に絶縁部を設けて陽極部と陰極形成部に分離し、この陰極形成部の陽極酸化皮膜層上に導電性高分子からなる固体電解質層、陰極層を順次積層形成することにより陰極部を形成したコンデンサ素子を作製する工程と、このコンデンサ素子を陰極部を電気的に接続された状態で金属製の陰極ケース内に収容する工程と、同じくコンデンサ素子の陰極部を金属製の陽極ケース内に収容すると共に、この陽極ケースと陰極ケースを絶縁状態で結合することによりコンデンサ素子を封止する工程と、コンデンサ素子の陽極部と陰極ケースを電気的に接合する工程とを備えた固体電解コンデンサの製造方法。
10. 陰極ケースならびに陽極ケース内に複数のコンデンサ素子を積層して収容するようにした請求項９に記載の固体電解コンデンサの製造方法。

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