JP2007311519A - 電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 陰極材に導電性高分子を用いた巻回型の電解コンデンサにおいて、リフロー後においても良好な電気特性が得られる電解コンデンサを提供する。
【解決手段】 本発明は、陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在させて巻き取ったコンデンサ素子内に導電性高分子からなる電解質層を保持させた電解コンデンサにおいて、一方のセパレータをセルロース系セパレータとし、もう一方のセパレータを合成繊維系セパレータとしたことを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在させて巻き取ったコンデンサ素子内に電解質層を保持させた電解コンデンサに関する。

近年、電子機器の小型デジタル化に伴い、それに使用されるコンデンサにも小型、大容量で高周波領域における等価直列抵抗（以下、ＥＳＲという）の小さなものが求められるようになってきている。

従来、高周波領域用のコンデンサとしては、プラスチックフィルムコンデンサ、積層セラミックコンデンサ等が多用されているが、これらは比較的小容量である。

大容量で低ＥＳＲのコンデンサとしては、二酸化マンガン、ＴＣＮＱ錯塩等の電子伝導性固体を電解質層として用いた固体電解コンデンサがある。ここで、ＴＣＮＱとは、7,7,8,8−テトラシアノキノジメタンを意味する。

又、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリアニリン等の導電性高分子を電解質層として用いた固体電解コンデンサも有望である。

この種の固体電解コンデンサの１つとして、図３に示すような巻回型のコンデンサ素子(７)が用いられる。

巻回型コンデンサ素子(７)は、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン等の弁作用金属からなる箔に、粗面化のためのエッチング処理及び誘電体皮膜形成のための化成処理を施した陽極化成箔(１)と、対向陰極箔(２)とをセパレータ(３)(３)を介して巻き取ることにより形成される。陽極化成箔(１)及び対向陰極箔(２)には、夫々リードタブ(61)(62)を介してリード線(51)(52)が取り付けられている。(４)は巻き止めテープである。

また、巻回型コンデンサ素子(７)内には、ピロール、チオフェン等のモノマーを含浸した後に酸化剤溶液に浸漬して、前記モノマーを酸化重合させた導電性高分子が形成される。

斯かる巻回型コンデンサ素子(７)を、図２に示すように有底筒状のアルミニウム製外装ケース(８)に収納し、その開口部にゴムパッキング(９)を装着すると共に絞り加工及びカーリング加工を施して封止し、これにエージング処理を行うことによって電解コンデンサが完成する。

また、上記誘電体皮膜の修復やＥＳＲの低減を図るため、上記導電性高分子に加え、電解質の一部として電解液をさらに含浸させたものも提案されている。
特開平１１−１８６１１０号公報

一方、近年では、ハンダ中の鉛が環境に悪影響を及ぼすことから、鉛フリーハンダの導入が進められている。鉛フリーハンダは融点が高く、これに伴ってハンダリフロー温度が従来の１８０℃から２００〜２７０℃程度まで上がっており、コンデンサの耐熱性を今まで以上に上げることが必要になってきている。

コンデンサの耐熱性を向上させるには、コンデンサの封口ゴムや金属ケースの耐熱性の向上はもとより、コンデンサ素子自体の熱的劣化を抑制することが重要である。

ところで、電解質層として導電性高分子を使用した券回型電解コンデンサを製造しようとした場合、従来のセルロース系繊維を主体としたセパレータを用いると、十分なＥＳＲ特性が得られないという問題があった。これは、セパレータ中のセルロースが導電性高分子の重合反応を阻害するために、コンデンサ素子内に十分に高分子が形成されにくいからである。

このようなセルロースの影響を抑制するために、巻回したコンデンサ素子を熱処理することによって、セパレータを炭化させて使用する試みが行われている。

しかし、巻回されたコンデンサ素子中のセパレータを炭化することは、製造工程の複雑化を招き、また、炭化によってセパレータの強度が低下し、製造工程中にコンデンサ素子形状が崩れたり、熱処理時の熱ストレスによって誘電体皮膜が損傷し、コンデンサのＬＣ（漏れ電流）が増大する等の弊害が生じやすくなるため、改善が求められている。

一方で、セルロース系セパレータに替え、合成繊維からなる不職布や多孔質フィルムなどの合成繊維系セパレータを用いた電解コンデンサが提案されている。

しかし、これら合成繊維系セパレータは、セルロース系セパレータに比べ、親水性に乏しいため、コンデンサ素子の修復化成時にコンデンサ素子内に化成液がしみにくく、十分に修復が行われない結果、ＬＣが大きくなり、また導電性高分子の形成時にコンデンサ素子内へのモノマーや酸化剤溶液等の重合液のしみ込みが悪いため、コンデンサ素子内に導電性高分子が形成されにくいといった問題があった。

本発明は、陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在させて巻き取ったコンデンサ素子内に導電性高分子からなる電解質層を保持させた電解コンデンサにおいて、一方のセパレータをセルロース系セパレータとし、もう一方のセパレータを合成繊維系セパレータとしたことを特徴とするものである。

本発明の固体電解コンデンサによれば、一方のセルロース系セパレータの存在により、コンデンサ素子内への化成液や重合液のしみ込みが良好であるため、修復化成が良好に行われると共に、他方の合成繊維系セパレータの存在により、しみ込んだ重合液は反応の阻害されない合成繊維系セパレータ側で良好に反応し、導電性高分子が形成される。

また、巻回したコンデンサ素子を熱処理し、一方のセルロース系セパレータを炭化させても、他方の合成繊維系セパレータは、一般的に耐熱性が高いので炭化されにくく、セパレータ強度が維持されるため、製造工程中にコンデンサ素子形状が崩れることもない。炭化時の熱処理で誘電体皮膜に損傷が生じても、電解質層の一部として、導電性高分子に加え、電解液をも含浸させることによって、その修復が可能である。

本発明の電解コンデンサにおいては、図１に示すような巻回型のコンデンサ素子(７)において、セパレータとして、セルロース系セパレータ(31)と合成繊維系セパレータ(32)を用いる。他の構成は図３の従来例と同じのため、同番号を付し説明を省略する。

また、本発明の電解コンデンサは以下のように作製される。

先ず、図３に示されるように、陽極化成箔(１)と対向陰極箔(２)とを、セルロース系セパレータ(31)と合成繊維系セパレータ(32)を介して巻回したコンデンサ素子(７)を、化成槽（図示せず）内のリン酸水溶液からなる化成液に半分程度浸漬し、陽極化成箔(１)に接続されたリード線(51)をプラス側、化成槽をマイナス側として誘電体皮膜形成時の化成電圧と同じ電圧を印加し、誘電体皮膜の欠損部を修復する。

上記巻回型コンデンサ素子(７)に、ピロール、エチレンジオキシチオフェン(ＥＤＯＴ)等のモノマーを含浸した後、コンデンサ素子(７)を酸化剤及びドーパントを含む水溶液に浸漬することによって、前記モノマーを酸化重合させ、コンデンサ素子(７)内に導電性高分子を形成する。

次に、導電性高分子を形成したコンデンサ素子(７)を水洗し、乾燥炉内で乾燥させた後、コンデンサ素子(７)内の隙間に電解液を含浸する。電解液の溶媒としては、γ−ブチロラクトン又はエチレングリコール等が用いられ、電解液の溶質としては、フタル酸アミジン塩、フタル酸テトラメチルアンモニウム、アジピン酸アンモニウム、フタル酸トリエチルアミン、ボロジサリチル酸トリメチルアミン等が用いられる。

最後に、図２に示すように、コンデンサ素子(７)を有底筒状のアルミニウム製外装ケース(８)に収納し、その開口部にゴムパッキング(９)を装着すると共に絞り加工及びカーリング加工を施して封止し、これに定格電圧を印加しながら１２５℃で約１時間のエージング処理を行うことによって電解コンデンサが完成する。

ここで、アルミニウムからなる陽極化成箔、対向陰極箔を用いた、外径Φ１０ｍｍ×Ｈ１０．５ｍｍ、定格６．３Ｖ−１０００μＦのアルミニウム巻回型コンデンサ素子を作製し、セルロース系セパレータ、合成繊維系セパレータ及び電解質を種々変更して、本発明の電解コンデンサを作製した。（実施例１〜６）
また、比較例として、セパレータをセルロース系セパレータ同士又は合成繊維系セパレータ同士を用い、電解質を種々変更した電解コンデンサを作製した。（比較例１〜４）
これら実施例及び比較例の電気的特性を初期の特性（静電容量(Ｃａｐ)、等価直列抵抗(ＥＳＲ)、漏れ電流(ＬＣ)）とリフロー後の特性（静電容量変化率(ΔＣ/Ｃ)、等価直列抵抗(ＥＳＲ)、漏れ電流(ＬＣ)）を測定した。リフロー試験条件は、ピーク温度２５０℃で３０秒間保持したものである。測定結果を表１に示す。

表１から明らかなように、セルロース系セパレータ同士を用いた比較例１，２では、重合反応が阻害され、十分に導電性高分子が形成されなかったため、初期のＥＳＲが大きく、またリフロー後の静電容量変化も大きい。

合成繊維系セパレータ同士を用いた比較例３，４では、修復時の化成液や重合液がしみ込みにくいため、修復が十分できずに漏れ電流が大きく、また静電容量が小さくなっている。

これに対して、セルロース系セパレータと合成繊維系セパレータを用いた本発明における実施例１〜６はいずれも、初期の静電容量、ＥＳＲ、ＬＣ共に良好で、またリフロー後の特性も良好である。これは、修復時の化成液や重合液がコンデンサ素子内に十分しみ込み、誘電体皮膜が良好に修復されたのと共に、コンデンサ素子内に十分な導電性高分子が形成できたからである。

また、本発明による巻回型コンデンサ素子においては、電解液のしみ込みも良好であるため、導電性高分子が形成されたコンデンサ素子に、電解質の一部として電解液をさらに含浸させると、その効果が十分に発揮でき、修復性が高く、低ＥＳＲの電解コンデンサを得ることができる。

本発明によれば、静電容量、ＥＳＲ、ＬＣ共に良好で、リフロー後の特性も良好な電解コンデンサを得ることができる。

本発明に係る電解コンデンサ素子の分解斜視図である。 電解コンデンサの断面図である。 従来の電解コンデンサ素子の分解斜視図である。

符号の説明

１ 陽極化成箔
２ 対向陰極箔
31 セルロース系セパレータ
32 合成繊維系セパレータ
４ 巻き止めテープ
５１、５２ リード線
６１、６２ リードタブ
７ コンデンサ素子
８ 外装ケース
９ ゴムパッキング

Claims (4)

1. 陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在させて巻き取ったコンデンサ素子内に導電性高分子からなる電解質層を保持させた電解コンデンサにおいて、一方のセパレータをセルロース系セパレータとし、もう一方のセパレータを合成繊維系セパレータとしたことを特徴とする電解コンデンサ
2. 前記セルロース系セパレータの主体繊維が、木材クラフトパルプ、針葉樹クラフトパルプ、マニア麻パルプ、サイザル麻のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の電解コンデンサ。
3. 前記合成繊維系セパレータの主体繊維が、ナイロン、アラミド、ポリエステル、ビニロン、アクリルのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の電解コンデンサ。
4. 前記コンデンサ素子に、さらに電解質層の一部としての電解液を含浸したことを特徴とする請求項１記載の電解コンデンサ。