JP2007103468A - Electrolytic capacitor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解コンデンサ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an electrolytic capacitor and a manufacturing method thereof.
固体電解コンデンサ(以下、「電解コンデンサ」と略す)は、一般に、アルミニウム、タンタル等のいわゆる弁作用を有する金属からなる弁金属基体、この表面を酸化して得られた酸化皮膜からなる誘電体層、高分子電解質からなる電解質層、及び、グラファイトや銀等からなる導体層が順次積層された構成を有している。かかる電解コンデンサは、種々のコンデンサのなかでも、比較的大容量であるという特徴を有している。 A solid electrolytic capacitor (hereinafter abbreviated as “electrolytic capacitor”) is generally a valve metal base made of a metal having a so-called valve action such as aluminum or tantalum, and a dielectric layer made of an oxide film obtained by oxidizing this surface. In addition, an electrolyte layer made of a polymer electrolyte and a conductor layer made of graphite, silver or the like are sequentially laminated. Such an electrolytic capacitor is characterized by a relatively large capacity among various capacitors.
電解コンデンサにおける電解質層は、弁金属基体の誘電体層上でモノマー成分を重合させて高分子電解質を生じさせることにより形成するのが一般的である。この重合方法としては、誘電体層の表面に酸化剤及びモノマーを含む重合液を付着させるだけで高分子電解質を生じさせることが可能な化学酸化重合が採用されている。 The electrolyte layer in an electrolytic capacitor is generally formed by polymerizing a monomer component on a dielectric layer of a valve metal substrate to produce a polymer electrolyte. As this polymerization method, chemical oxidative polymerization capable of producing a polymer electrolyte simply by attaching a polymerization solution containing an oxidizing agent and a monomer to the surface of the dielectric layer is employed.
重合液に用いる酸化剤としては、従来、鉄塩が多く用いられている。しかし、酸化剤として用いた鉄塩は、酸化重合後に2価又は3価の鉄イオンとして固体電解質層に残存して、電解コンデンサの漏れ電流の増大やショートの発生等の原因となり易かった。そこで、かかる不都合を解消するため、固定電解質層中の鉄濃度が100ppm以下という低いレベルに維持された電解コンデンサが提案されている。
ところで、コンデンサは、広範な電子機器に搭載されており、かかる電子機器のなかには、車載用のコンピュータといった高温条件下での使用が想定されるものも少なくない。従来、このような高温条件で用いるコンデンサとしては、セラミックコンデンサ等の比較的耐熱性に優れるものが適用されてきた。ところが、近年では、これらのコンデンサに対しても更なる大容量化が求められており、電解コンデンサの適用が望まれている。 By the way, capacitors are mounted on a wide range of electronic devices, and many of these electronic devices are expected to be used under high temperature conditions such as in-vehicle computers. Conventionally, as a capacitor used under such a high temperature condition, a capacitor having relatively high heat resistance such as a ceramic capacitor has been applied. However, in recent years, further increase in capacity has been demanded for these capacitors, and application of electrolytic capacitors is desired.
しかしながら、電解コンデンサは、高分子電解質を含むことからセラミックコンデンサ等に比して耐熱性が低く、高温条件に晒された場合に、例えば徐々に容量の低下が生じるなど、コンデンサ特性の低下が著しかった。上記従来技術の電解コンデンサも、漏れ電流の増大やショートの発生等の不都合は大幅に低減することが可能であったものの、高温条件下でコンデンサ特性を良好に維持するのは従来のものと同様に困難な傾向にあった。 However, since electrolytic capacitors contain polymer electrolytes, they have lower heat resistance compared to ceramic capacitors and the like, and when exposed to high temperature conditions, for example, the capacity is gradually reduced. It was. Although the above-mentioned conventional electrolytic capacitor can greatly reduce the disadvantages such as increase of leakage current and occurrence of short circuit, it maintains the capacitor characteristics well under high temperature conditions as well as the conventional one. Tended to be difficult.
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、優れた耐熱性を有する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。 Then, this invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the electrolytic capacitor which has the outstanding heat resistance, and its manufacturing method.
上記目的を達成するため、本発明者らが鋭意研究を行った結果、上記従来技術のように電解質層に含まれる鉄の量を最小限とするのではなく、電解質層中に一定濃度以上の鉄を含ませることで、電解コンデンサの耐熱性を向上させ得るという新たな知見を見出し、本発明を完成させるに至った。 In order to achieve the above object, the present inventors have conducted intensive research. As a result, the amount of iron contained in the electrolyte layer is not minimized as in the above-described prior art, but the electrolyte layer has a certain concentration or more. The inventors have found new knowledge that the heat resistance of electrolytic capacitors can be improved by including iron, and have completed the present invention.
すなわち、本発明の電解コンデンサは、弁金属基体と、弁金属基体上に形成された誘電体層と、誘電体層上に形成され、150〜1000ppmの鉄を含む固体電解質層と、固体電解質層上に形成された導体層とを備えることを特徴とする。 That is, the electrolytic capacitor of the present invention includes a valve metal substrate, a dielectric layer formed on the valve metal substrate, a solid electrolyte layer formed on the dielectric layer and containing 150 to 1000 ppm of iron, and a solid electrolyte layer And a conductor layer formed thereon.
上記本発明の電解コンデンサは、電解質層中に150ppm以上という従来の電解コンデンサに比して多量の鉄を含むことから、高温条件に晒された場合であってもコンデンサ特性の低下が小さく、優れた耐熱性を有している。この要因については必ずしも明らかではないものの、例えば、電解質層において2価又は3価の状態で含まれる鉄が、高温条件下で固体電解質と反応して電解質層の劣化を生じさせる成分等を捕獲する役割を果たしているのが一因であると予想される。ただし、作用はこれに限定されない。 Since the electrolytic capacitor of the present invention contains a large amount of iron as compared with the conventional electrolytic capacitor of 150 ppm or more in the electrolyte layer, the deterioration of the capacitor characteristics is small even when exposed to high temperature conditions, and is excellent. It has high heat resistance. Although this factor is not necessarily clear, for example, iron contained in a divalent or trivalent state in the electrolyte layer captures components that react with the solid electrolyte under high temperature conditions to cause deterioration of the electrolyte layer. Part of this is expected to play a role. However, the action is not limited to this.
また、本発明の電解コンデンサの製造方法は、上記本発明の電解コンデンサを好適に製造し得る方法であり、弁金属基体、及び、この弁金属基体上に形成された誘電体層を備える素体を準備する工程と、素体の少なくとも誘電体層の表面に、鉄塩及びモノマーを含む重合液を付着させる工程と、重合液中のモノマーを重合させて、誘電体層上に固体電解質層を形成する工程とを有しており、固体電解質層中に、鉄塩に由来する鉄を150〜1000ppm残留させることを特徴とする。 The method for producing an electrolytic capacitor according to the present invention is a method by which the electrolytic capacitor according to the present invention can be suitably produced. The element body includes a valve metal substrate and a dielectric layer formed on the valve metal substrate. Preparing a polymer electrolyte containing an iron salt and a monomer on at least the surface of the dielectric layer of the element body, polymerizing the monomer in the polymerization liquid, and forming a solid electrolyte layer on the dielectric layer And forming a solid electrolyte layer, wherein 150 to 1000 ppm of iron derived from an iron salt is left in the solid electrolyte layer.
この方法においては、酸化剤として鉄塩を用い、この鉄塩に由来する鉄を電解質層中に残留させることで、鉄を含む電解質層を備える電解コンデンサを容易に製造することができる。そして、このようにして得られた電解コンデンサは、上述の如く、電解質層に鉄を含むことから、優れた耐熱性を発揮し得るものとなる。 In this method, an iron capacitor is used as an oxidizing agent, and iron derived from the iron salt is left in the electrolyte layer, whereby an electrolytic capacitor including an electrolyte layer containing iron can be easily manufactured. The electrolytic capacitor thus obtained can exhibit excellent heat resistance because the electrolyte layer contains iron as described above.
本発明によれば、優れた耐熱性を有する電解コンデンサ及びその製造方法を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the electrolytic capacitor which has the outstanding heat resistance, and its manufacturing method.
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、全図を通じ、同一の要素には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、説明における上下左右等の位置関係は、いずれも図面の位置関係に基づくものとする。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Throughout the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Also, the positional relationships such as up, down, left, and right in the description are all based on the positional relationships in the drawings.
まず、図1を参照して好適な実施形態に係る製造方法により得られる電解コンデンサの構造について説明する。図1は、好適な実施形態に係る製造方法により得られた電解コンデンサの断面構造を模式的に示す図である。 First, the structure of an electrolytic capacitor obtained by a manufacturing method according to a preferred embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of an electrolytic capacitor obtained by a manufacturing method according to a preferred embodiment.
電解コンデンサ10は、陽極部12a及び陰極部12bを有する弁金属基体12と、この弁金属基体12における陰極部12bの表面上に順に形成された誘電体層14、電解質層15及び陰極層16とから構成されている。また、弁金属基体12の表面上には、陽極部12aと陰極部12bとの境界部にレジスト部19が形成されている。
The
弁金属基体12は、電解コンデンサ10において陽極として機能するものであり、箔状又は薄い板状を有している。この弁金属基体12は、その表面上に形成された誘電体層14、電解質層15及び陰極層16からなる積層構造から一部が引き出されており、この部分が陽極部12aに該当する。
The
弁金属基体12は、弁作用を有する金属から構成される。このような金属としては、例えば、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン等が挙げられる。なかでも、アルミニウム又はタンタルが好ましい。なお、図示しないが、弁金属基体12は、少なくとも陰極部12bの表面が粗面化されて微細な凹凸を有しており、これにより表面積が拡大された状態となっている。また、レジスト部19は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の絶縁性を有する樹脂材料から構成される。
The
誘電体層14は、弁金属基体12の表面、より詳しくは陰極部12bの微細な凹凸表面に沿って設けられた、極めて薄い層状構造を有している。この誘電体層14は、弁金属基体12の表面を酸化することにより形成された酸化皮膜によって構成されている。
The
電解質層15は、電解コンデンサにおいて実質的に陰極として機能するものであり、導電性高分子からなる高分子電解質から構成されている。導電性高分子としては、化学酸化重合による合成が可能なものであれば特に制限はなく、例えば、ポリチオフェン、ポリピロール等が挙げられる。
The
この電解質層15には、鉄が150〜1000ppm含まれている。この鉄は、例えば2価又は3価の鉄塩の状態で含まれている。このような鉄塩としては、電解質層15の形成時に化学酸化重合に用いた酸化剤の残留物や、かかる酸化剤の反応後の副生物が挙げられる。具体的には、例えば、酸化剤として3価の鉄塩を用いた場合、電解質層15中には、鉄塩としてこの3価の鉄塩と、その反応後の2価の鉄塩が主に含まれる。これらの好適な鉄塩については後述する。
The
電解質層15中の鉄の濃度(ppm)は、質量基準の値であり、電解質層15の合計質量に対する鉄の質量から算出される。このような鉄の濃度は、LA−ICP−MSによって測定できる。つまり、電解質層にレーザーを照射し、この熱で蒸発したものをICP−MS(誘導結合プラズマ質量分析装置)により定量することで測定することができる。
The iron concentration (ppm) in the
電解質層15中の鉄の濃度が150ppm未満であると、当該電解質層15は高温に晒された場合に劣化し易くなり、その結果、電解コンデンサ10の耐熱性が不十分となる。一方、この鉄の濃度が1000ppmを超えると、例えば、電解質層15中に含まれる鉄塩が誘電体層14の欠損部等に付着して導電性を有するようになるなどして、電解コンデンサ10において漏れ電流の増大やショートの発生等の不都合が生じ易くなる。これらの不都合をより確実に低減する観点からは、電解質層15中の鉄の濃度は、150〜1000ppmであり、200〜800ppmであると好ましい。
When the concentration of iron in the
また、電解質層15は、鉄を均一に含有している必要はなく、当該層全体として上述した鉄の濃度範囲となる限り、例えば、その厚さ方向に鉄の濃度勾配を有していてもよい。ここで、「電解質層15全体として」の鉄の濃度としては、例えば、電解質層15の厚み方向の複数箇所で測定した値の平均値を採用できる。優れた耐熱性を得るとともに、漏れ電流やショートの発生を十分に低減する観点からは、電解質層15は、誘電体層14に近い側の鉄の含有量が多く、且つ、陰極層16に近い側の鉄の含有量が少ないような濃度勾配を有していると好ましい。また、このような構造を容易に得るために、例えば、電解質層15を、鉄濃度が高い層と、鉄濃度が低い若しくは鉄を含有しない層とから構成される多層構造としてもよい。
In addition, the
陰極16(導体層)は、導電体から構成され、電解質層15とともに陰極として機能するものである。陰極16としては、特に制限されないが、例えば、電解質層15側から順にカーボン層17及び銀層18が積層された2層構造のものが例示できる。
The cathode 16 (conductor layer) is made of a conductor and functions as a cathode together with the
次に、上述した構造を有する電解コンデンサ10の製造方法の好適な実施形態について説明する。
Next, a preferred embodiment of a method for manufacturing the
電解コンデンサ10の製造においては、まず、上述したような弁作用を有する金属により構成される金属箔からなる弁金属基体12を準備する。次に、この弁金属基体12に対し、化学的又は電気化学的なエッチングを施して、表面に微細な凹凸を多数形成させる(粗面化)。それから、この凹凸が形成された弁金属基体12の表面に陽極酸化等を施し、当該表面上に酸化皮膜を形成する。なお、後述する誘電体層14の形成工程において十分な酸化皮膜を形成し得る場合は、この酸化皮膜を形成する工程は必ずしも必要ではない。
In the production of the
次いで、この箔状の弁金属基体12の両表面に、この弁金属基体12を陽極部12aと陰極部12bとに区画するためのレジスト部19を形成する。このレジスト部19は、例えば、弁金属基体12の表面上に、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の液状の樹脂を転写又はスクリーン印刷する方法や、あらかじめテープ状に成形されたレジスト材料を弁金属基体12の所望の位置に貼り付ける方法等によって形成することができる。レジスト部19を簡便に形成する観点からは、前者の転写又はスクリーン印刷による方法が好ましい。
Next, a resist
それから、弁金属基体12における陰極部12bの表面を陽極酸化等によって酸化し、当該領域の表面上に酸化皮膜からなる誘電体層14を形成する。この誘電体層14の形成においては、弁金属基体12における少なくとも陰極部12bを化成液中に浸漬し、弁金属基体12を陽極側として電圧を印加することによって陽極酸化を生じさせる。このような陽極酸化によって、上記のように予め酸化皮膜の形成を行っていた場合は、かかる酸化皮膜の未形成部や損傷部に、酸化皮膜が更に形成される(再化成)。こうして得られた酸化皮膜は優れた絶縁性を有し、電解コンデンサ10における誘電体層14として有効に機能し得るものとなる。
Then, the surface of the
陽極酸化に好適な化成液としては、ホウ酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、有機酸アンモニウム等の緩衝溶液が挙げられる。なかでも、有機酸アンモニウムであるアジピン酸アンモニウム水溶液が好ましい。 Examples of chemical conversion solutions suitable for anodization include buffer solutions such as ammonium borate, ammonium phosphate, and organic acid ammonium. Of these, an aqueous solution of ammonium adipate which is an organic acid ammonium is preferable.
なお、上述したように再化成よりも前に弁金属基体12に酸化皮膜を形成した場合や、再化成時に陽極部12aにまで化成液が付着した場合等は、陽極部12aの表面に酸化皮膜が存在することとなる。この場合、陽極部12aは、その後の工程において酸化皮膜を除去されるか、または、溶接により接合されること等によって、これが接続される他の端子等との導通が確保される。
As described above, when an oxide film is formed on the
その後、誘電体層14の表面上に、酸化剤である鉄塩、及び、重合により電解質層15を構成する高分子電解質となるモノマーとを含む重合液を付着させた後、熱処理を施すこと等によって、重合液中に含まれるモノマーの重合を生じさせる。これにより、誘電体層14の表面上に、主として上記モノマーの重合体からなる電解質層15が形成される。かかるモノマーの重合は化学酸化重合であり、この反応は、重合液に含まれる酸化剤である鉄塩によって促進される。この重合液の付着及び重合の工程は、所望の電解質層15の厚さを得るために、複数回繰り返し実施することが好ましい。
After that, a polymer solution containing an iron salt as an oxidizing agent and a monomer that becomes a polymer electrolyte constituting the
重合液に含まれる酸化剤である鉄塩としては、例えば、3価の鉄の塩が好適であり、パラトルエンスルホン酸鉄、ドデシルベンゼンスルホン酸鉄、ナフタレンスルホン酸鉄等が例示できる。なかでも、パラトルエンスルホン酸鉄が好ましい。また、モノマーとしては、重合により上述したような導電性高分子となり得るモノマー、例えば、チオフェン系化合物、ピロール系化合物等が挙げられる。 As an iron salt which is an oxidizing agent contained in the polymerization liquid, for example, a trivalent iron salt is suitable, and examples thereof include iron paratoluenesulfonate, iron dodecylbenzenesulfonate, and iron naphthalenesulfonate. Of these, iron paratoluenesulfonate is preferable. Moreover, as a monomer, the monomer which can become a conductive polymer as mentioned above by superposition | polymerization, for example, a thiophene type compound, a pyrrole type compound, etc. are mentioned.
さらに、重合液には、上記モノマー及び酸化剤等を均一に分散させるための溶媒が更に含まれていてもよい。このような溶媒としては、エタノール、ブタノール、水或いはこれらの混合溶媒等が挙げられる。また、重合液には、ポリマー層に導電性を付与するためのドーピング材料が更に含まれていてもよい。ドーピング材料としては、パラトルエンスルホン酸、アルキルナフタレンスルホン酸等の芳香族スルホン酸や、無機スルホン酸等が例示できる。 Furthermore, the polymerization liquid may further contain a solvent for uniformly dispersing the monomer, the oxidizing agent, and the like. Examples of such a solvent include ethanol, butanol, water, or a mixed solvent thereof. The polymerization solution may further contain a doping material for imparting conductivity to the polymer layer. Examples of the doping material include aromatic sulfonic acids such as paratoluenesulfonic acid and alkylnaphthalenesulfonic acid, inorganic sulfonic acids, and the like.
誘電体層14の表面に重合液を付着させる方法としては、例えば、弁金属基体12における誘電体層14が形成された領域を重合液中に浸漬する方法が挙げられる。具体的には、弁金属基体12を、誘電体層14側から重合液に入れ、重合液の液面とレジスト部19の高さとが一致するまで浸漬させることで、弁金属基体12における陰極部12bの領域上に確実に電解質層15を形成することができる。この際、レジスト部19によって、毛細現象等による重合液の陽極部12aへの付着は十分に防止される。
Examples of the method of attaching the polymerization solution to the surface of the
このようにして電解質層15を形成する工程においては、得られた電解質層15中に、酸化剤として用いた鉄塩に由来する鉄を150〜1000ppm残留させる。鉄塩に由来する鉄としては、反応後に残存した鉄塩中の鉄や、化学酸化重合において鉄塩が反応して生じた鉄を含む副生物が挙げられる。この鉄を含む副生物としては、例えば、3価の鉄塩が反応して生じた2価の鉄塩が例示できる。
In the step of forming the
電解質層15中の鉄濃度を上記の範囲とする方法としては、上述した重合液の付着・重合後に、重合後の層に対して行う洗浄を所望に調節する方法が挙げられる。化学酸化重合により形成された電解質層15は、通常、そのままでは酸化剤である鉄塩に由来する鉄の濃度が高すぎるため、上述したように漏れ電流の増大やショートの発生の原因となり易い。この場合、重合液の付着・重合を行った後に、得られた層を所定の洗浄液を用いて洗浄することで、当該層に残存している鉄塩を除去し、これによって電解質層15中の鉄濃度を低下させることができる。そこで、この洗浄の際、除去される鉄塩の量を調節することで、重合後の層中に適度な量の鉄塩を残留させれば、上述した好適な下限値以上の鉄濃度を有する電解質層15を得ることができる。電解質層15の洗浄に用いる洗浄液としては、鉄塩を溶解する等して除去し得る液体が挙げられ、例えば、水が好ましい。
Examples of the method for setting the iron concentration in the
洗浄の調節は、例えば、洗浄液の流量や洗浄時間等の条件を変化させることで行うことができる。これらは、重合液中の鉄塩の濃度、鉄塩の除去の容易さ等に応じて適宜設定する。また、これらの洗浄条件を変更する方法以外には、以下に示すような鉄濃度の調整方法も好適である。 The adjustment of the cleaning can be performed, for example, by changing conditions such as the flow rate of the cleaning liquid and the cleaning time. These are appropriately set according to the concentration of the iron salt in the polymerization solution, the ease of removal of the iron salt, and the like. Besides the methods for changing these cleaning conditions, the following iron concentration adjustment methods are also suitable.
例えば、上述したように電解質層15の形成において重合液の付着・重合の一連の工程を繰り返し実施する場合に、かかる一連の工程の実施回数に対して、洗浄を行う回数を少なくする方法が挙げられる。すなわち、電解質層15中の鉄濃度を従来のように限りなく少なくする場合は、重合液の付着・重合ごとに毎回十分な洗浄を行うのが通常である。これに対し、本実施形態では、重合液の付着・重合の一連の工程後に洗浄を行う回と、洗浄を行わない回とを設け、これにより得られる電解質層15に一定量の鉄を残留させる。そして、重合液の付着・重合の一連の工程の回数に対して洗浄を行う回数を増減させることで、鉄濃度を上述したような所望の範囲に調節することができる。この場合、各回の洗浄における条件を厳密に制御しなくても、洗浄を行う回数を調整するだけで鉄濃度の調節が可能となることから、本実施形態の電解コンデンサ10の製造を簡便に行うことが可能となる。
For example, as described above, when the series of steps of adhesion and polymerization of the polymerization liquid is repeatedly performed in the formation of the
ここで、上述の如く、電解質層15は、厚さ方向の鉄の濃度勾配を有していてもよく、特に、誘電体層14に近い側の鉄濃度が高く、陰極層16に近い側の鉄濃度が低くなっていると好ましい。このような濃度勾配の実現には、上述したような洗浄回数の調節による鉄濃度の調整が有効である。すなわち、具体的には、重合液の付着・重合の一連の工程を複数回繰り返す場合において、少なくとも1回目の工程後には洗浄を行わずに、少なくとも最後の工程後には洗浄を行うことが好ましい。さらに、付着・重合の一連の工程を複数回繰り返す場合には、2回目以降の工程で洗浄を行うようにすることがより好ましい。
Here, as described above, the
電解コンデンサ10の製造においては、上記のようにして電解質層15を形成した後、この電解質層15上に、カーボン層17及び銀層18を順次積層し、これらから構成される陰極16を形成して、図1に示す構造を有する電解コンデンサ10を得る。カーボン層17及び銀層18は、それぞれの層を形成するためのペーストを用い、電解質層15に対してスクリーン印刷法、浸漬法(ディップ法)やスプレー塗布法等を行うことにより形成することができる。
In the production of the
このようにして得られた電解コンデンサ10は、単独で又は複数積層されて、基板等に搭載されたり、リード電極等を接続されたりして、コンデンサ素子として実用に供される。なお、電解コンデンサ10又はその積層体は、これらの保護の観点から、キャスティングモールド、インジェクション、トランスファーモールド等の公知の方法でモールドされてもよい。
The
以上、好適な実施形態に係る電解コンデンサの製造方法及びこれにより得られた電解コンデンサについて説明したが、本発明は必ずしもこれらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更を行うことができる。 As mentioned above, although the manufacturing method of the electrolytic capacitor which concerns on preferred embodiment, and the electrolytic capacitor obtained by this were demonstrated, this invention is not necessarily limited to these embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it is appropriate. Changes can be made.
例えば、弁金属基体12としては、上述したような箔状の形状を有するものに限られず、例えば、ブロック状のものを適用することができる。この場合、得られる電解コンデンサも全体としてブロック状の構造を有するものとなる。また、電解コンデンサは、上記のように弁金属基体12の周囲に誘電体層14、電解質層15及び陰極16が形成された形状のものではなく、弁金属基体12の一方の面上に上記各層が積層されたものであってもよく、これが複数積層されたものであってもよい。
For example, the
また、上記の製造方法では、重合液の付着・重合の一連の工程後に洗浄液による洗浄を行っていたが、例えば、かかる一連の工程後にそのまま所望の鉄濃度が得られる場合は、上記の洗浄は必ずしも行わなくてもよい。 Further, in the above production method, washing with a washing liquid is performed after a series of steps of adhesion and polymerization of the polymerization liquid. For example, when a desired iron concentration is obtained as it is after the series of steps, the above washing is performed. It is not always necessary.
さらに、上記では、電解コンデンサ10を1つずつ製造する方法を説明したが、これに限定されず、例えば、複数の弁金属基体12が接続された構造を有する弁金属シートを用い、これらの弁金属基体12に対して上述した工程をまとめて実施することで、複数の電解コンデンサ10を一度に製造するようにしてもよい。
Furthermore, in the above description, the method of manufacturing the
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[電解コンデンサの製造]
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to these Examples.
[Manufacture of electrolytic capacitors]
(実施例1)
まず、弁金属基体として、拡面化処理済のアルミニウム箔(3.5mm×6.5mm)を準備した。このアルミニウム箔の両面に、当該アルミニウム箔の短辺に平行となるように、直線状の1本のレジストを形成し、これによりアルミニウム箔を陽極部と陰極部とに区画した。このアルミニウム箔の陰極部を、化成液であるアジピン酸アンモニウム水溶液に浸漬させた。その後、このアルミニウム箔に陽極端子を接続して6Vの電圧を印加し陽極酸化を生じさせて、これによりアルミニウム箔の表面に酸化アルミニウム皮膜からなる誘電体層を形成させた。
Example 1
First, an aluminum foil (3.5 mm × 6.5 mm) that had been subjected to surface enlargement treatment was prepared as a valve metal substrate. A linear resist was formed on both sides of the aluminum foil so as to be parallel to the short side of the aluminum foil, thereby dividing the aluminum foil into an anode part and a cathode part. The cathode part of this aluminum foil was immersed in an aqueous solution of ammonium adipate that is a chemical conversion solution. Thereafter, an anode terminal was connected to the aluminum foil, and a voltage of 6 V was applied to cause anodic oxidation, thereby forming a dielectric layer made of an aluminum oxide film on the surface of the aluminum foil.
続いて、重合液として、3,4−エチレンジオキシチオフェン(Bayel社製、BAYTRON M)0.9gとパラトルエンスルホン酸鉄溶液10.81g(Bayel社製、BAYTRON C−B 50)の混合溶液を調製した。この重合液中に上記アルミニウム箔の陰極部を浸漬し、引き上げた後、温度150℃の炉内で約5分間の熱処理を行う一連の工程を3回繰り返し行った。この際、上記一連の工程の2回目以降に、当該一連の工程後に重合液が付着した部位を水洗して乾燥させる処理を毎回行い、1回目の工程ではこの処理は行わなかった。 Subsequently, as a polymerization solution, a mixed solution of 0.9 g of 3,4-ethylenedioxythiophene (BAYTRON M, manufactured by Bayel) and 10.81 g of iron paratoluenesulfonate (BAYTRON C-B 50, manufactured by Bayel) Was prepared. After immersing the cathode part of the aluminum foil in this polymerization solution and pulling it up, a series of steps of heat treatment for about 5 minutes in a furnace at a temperature of 150 ° C. was repeated three times. At this time, after the second series of the above-mentioned series of processes, a process of washing and drying the portion where the polymerization solution adhered after the series of processes was performed each time, and this process was not performed in the first process.
その後、この電解質層の表面上に、カーボンペーストを厚さ3μmとなるように塗布してカーボン層を形成した後、厚さ20μmとなるように銀ペーストを塗布して銀層を形成し、これらより構成される陰極を形成した。こうして、アルミニウム箔からなる弁金属基体(陽極)の表面に、酸化アルミニウムからなる誘電体層、電解質層及び陰極がこの順に積層された電解コンデンサを得た。 Thereafter, on the surface of the electrolyte layer, a carbon paste is applied to a thickness of 3 μm to form a carbon layer, and then a silver paste is applied to a thickness of 20 μm to form a silver layer. The cathode comprised from was formed. Thus, an electrolytic capacitor was obtained in which a dielectric layer made of aluminum oxide, an electrolyte layer, and a cathode were laminated in this order on the surface of a valve metal substrate (anode) made of aluminum foil.
その後、得られたコンデンサ素子の陽極及び陰極に、陽極リード及び陰極リードをそれぞれ接続した後、これらのリードが外部に露出するようにコンデンサ素子の周囲をエポキシ樹脂で覆い、電解コンデンサを得た。 Then, after connecting an anode lead and a cathode lead to the anode and cathode of the obtained capacitor element, the periphery of the capacitor element was covered with an epoxy resin so that these leads were exposed to the outside, thereby obtaining an electrolytic capacitor.
上述した実施例1の電解コンデンサの製造を行う際、電解質層の形成後に当該電解質層中の鉄濃度をLA−ICP−MSにより測定したところ、水洗しなかった領域は質量基準で900ppmであり、水洗した領域は質量基準で100ppmであり、電解質層全体として350ppmであった。 When manufacturing the electrolytic capacitor of Example 1 described above, the iron concentration in the electrolyte layer after the formation of the electrolyte layer was measured by LA-ICP-MS, and the area that was not washed with water was 900 ppm on a mass basis, The area washed with water was 100 ppm on a mass basis, and the entire electrolyte layer was 350 ppm.
(実施例2)
重合液への浸漬、引き上げ、及び、150℃で約5分間の熱処理の一連の工程を3回繰り返す際、かかる一連の工程後に一度も水洗を行わなかったこと以外は、実施例1と同様にして電解コンデンサを得た。
(Example 2)
When repeating a series of steps of immersion in the polymerization solution, pulling up and heat treatment at 150 ° C. for about 5 minutes three times, the procedure was the same as in Example 1 except that the washing was not performed once after the series of steps. Thus, an electrolytic capacitor was obtained.
得られた電解コンデンサにおける電解質層中の鉄濃度を実施例1と同様に測定したところ、電解質層全体として質量基準で800ppmであった。 When the iron concentration in the electrolyte layer in the obtained electrolytic capacitor was measured in the same manner as in Example 1, the entire electrolyte layer was 800 ppm on a mass basis.
(比較例1)
重合液への浸漬、引き上げ、及び、150℃で約5分間の熱処理の一連の工程を3回繰り返す際、全ての工程後に毎回水洗を行ったこと以外は、実施例1と同様にして電解コンデンサを得た。
(Comparative Example 1)
The electrolytic capacitor was the same as in Example 1 except that when the series of steps of immersion in the polymerization solution, pulling up, and heat treatment at 150 ° C. for about 5 minutes was repeated three times, washing was performed after each step. Got.
得られた電解コンデンサにおける電解質層中の鉄濃度を実施例1と同様にして測定したところ、電解質層全体として質量基準で100ppmであった。
[高温条件下での静電容量及びESRの経時変化の測定]
When the iron concentration in the electrolyte layer in the obtained electrolytic capacitor was measured in the same manner as in Example 1, the entire electrolyte layer was 100 ppm on a mass basis.
[Measurement of capacitance and ESR over time under high temperature conditions]
実施例1〜2及び比較例1の電解コンデンサを、125℃で1000時間保持した。この際、一定時間が経過するごとに各電解コンデンサの静電容量及び等価直列抵抗(ESR)を測定し、各電解コンデンサの静電容量及びESRの経時変化を測定した。この静電容量及びESRの値は、アジレントテクノロジー社製のインピーダンスアナライザー4194Aを用いて測定した。 The electrolytic capacitors of Examples 1-2 and Comparative Example 1 were held at 125 ° C. for 1000 hours. At this time, the capacitance and equivalent series resistance (ESR) of each electrolytic capacitor were measured every time a certain time passed, and the capacitance and ESR of each electrolytic capacitor were measured over time. The capacitance and ESR values were measured using an impedance analyzer 4194A manufactured by Agilent Technologies.
実施例1〜2及び比較例1の電解コンデンサで得られた120Hzでの静電容量、10kHzでの静電容量及び100kHzでのESRの経時変化を、それぞれまとめて図2〜4に示した。なお、図2〜図4には、各実施例及び比較例に対応する電解コンデンサ2つの測定結果を両方示した。図2中、実施例1で得られた結果をL11a及びL11b、実施例2で得られた結果をL12a及びL12b、比較例1で得られた結果をL13a及びL13bでそれぞれ示した。また、図3中、実施例1で得られた結果をL21a及びL21b、実施例2で得られた結果をL22a及びL22b、比較例1で得られた結果をL23a及びL23bでそれぞれ示した。さらに、図4中、実施例1で得られた結果をL31a及びL31b、実施例2で得られた結果をL32a及びL32b、比較例1で得られた結果をL33a及びL33bでそれぞれ示した。 The electrostatic capacity at 120 Hz obtained with the electrolytic capacitors of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 are shown in FIGS. 2 to 4 together with time-dependent changes in electrostatic capacity at 10 kHz and ESR at 100 kHz. 2 to 4 show both the measurement results of two electrolytic capacitors corresponding to the respective examples and comparative examples. In FIG. 2, the results obtained in Example 1 are indicated by L11a and L11b, the results obtained in Example 2 are indicated by L12a and L12b, and the results obtained in Comparative Example 1 are indicated by L13a and L13b, respectively. In FIG. 3, the results obtained in Example 1 are indicated by L21a and L21b, the results obtained in Example 2 are indicated by L22a and L22b, and the results obtained in Comparative Example 1 are indicated by L23a and L23b, respectively. Further, in FIG. 4, the results obtained in Example 1 are indicated by L31a and L31b, the results obtained in Example 2 are indicated by L32a and L32b, and the results obtained in Comparative Example 1 are indicated by L33a and L33b, respectively.
図2〜図4より、実施例1及び実施例2の電解コンデンサは、比較例1の電解コンデンサに比して、125℃で1000時間維持した後の静電容量の値が高く維持され、しかも、1000時間経過後のESRの値が低く維持されていることが確認された。これより、実施例1及び2の電解コンデンサは、高温条件下でもコンデンサ特性を良好に維持することができ、優れた耐熱性を有していることが確認された。 2 to 4, the electrolytic capacitors of Example 1 and Example 2 maintain a higher capacitance value after being maintained at 125 ° C. for 1000 hours than the electrolytic capacitor of Comparative Example 1, and It was confirmed that the ESR value after 1000 hours was kept low. From this, it was confirmed that the electrolytic capacitors of Examples 1 and 2 were able to maintain good capacitor characteristics even under high temperature conditions and had excellent heat resistance.
10…電解コンデンサ、12…弁金属基体、12a…陽極部、12b…陰極部、14…誘電体層、15…電解質層、16…陰極、17…カーボン層、18…銀層。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記弁金属基体上に形成された誘電体層と、
前記誘電体層上に形成され、150〜1000ppmの鉄を含む固体電解質層と、
前記固体電解質層上に形成された導体層と、
を備えることを特徴とする電解コンデンサ。 A valve metal substrate;
A dielectric layer formed on the valve metal substrate;
A solid electrolyte layer formed on the dielectric layer and containing 150-1000 ppm iron;
A conductor layer formed on the solid electrolyte layer;
An electrolytic capacitor comprising:
前記弁金属基体における少なくとも前記誘電体層の表面に、鉄塩及びモノマーを含む重合液を付着させる工程と、
前記重合液中の前記モノマーを重合させて、前記誘電体層上に固体電解質層を形成する工程と、を有しており、
前記固体電解質層中に、前記鉄塩に由来する鉄を150〜1000ppm残留させる、
ことを特徴とする電解コンデンサの製造方法。 Providing a valve metal substrate comprising a dielectric layer on at least a portion of the surface;
Attaching a polymerization solution containing an iron salt and a monomer to at least the surface of the dielectric layer in the valve metal substrate;
Polymerizing the monomer in the polymerization solution to form a solid electrolyte layer on the dielectric layer, and
In the solid electrolyte layer, 150 to 1000 ppm of iron derived from the iron salt is left.
The manufacturing method of the electrolytic capacitor characterized by the above-mentioned.
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