JP2008010521A - 固体電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサ素子の表面に樹脂層が形成されているとともに、漏れ電流の少ない固体電解コンデンサおよび固体電解コンデンサの製造方法を提供する。
【解決手段】表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と、陰極箔とを、固体電解質を保持するセパレータを介して巻回したコンデンサ素子を形成する（エッチング〜含浸・化学重合）。コンデンサ素子に溶剤可溶性樹脂を溶剤で溶解した樹脂溶液を塗布する（塗布）。樹脂溶液に含まれる溶剤を揮発させてコンデンサ素子の表面に樹脂層を形成する（樹脂層形成）。
【選択図】図３

Description

本発明は、固体電解コンデンサに関し、特に、導電性高分子からなる固体電解質を有する固体電解コンデンサに関する。

電解コンデンサは、アルミニウム、タンタル、または、ニオブ等の弁作用金属からなり、多数のエッチングピットや微細孔が形成された陽極体（陽極箔または焼結体）を有する。また、この陽極体の表面には誘電体となる酸化皮膜が形成され、酸化皮膜からは電極が引き出されている。
具体的には、酸化皮膜と電解質とが接触しており、この電解質が、酸化皮膜からの電極の引き出しを行う真の陰極として機能する。
ここで、この真の陰極としての電解質は、電解コンデンサの電気特性に大きな影響を及ぼすことから、従来から、様々な種類の電解質が採用された電解コンデンサが提案されている。

その中でも、固体電解コンデンサは、導電性を有する固体の電解質が用いられている電解コンデンサであり、電解質が液状であるものに比べて高周波領域におけるインピーダンス特性に優れている。
また、固体電解質としては、導電性高分子であるポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）が広く用いられている。

また、デジタル化が進むに伴い、コンデンサの静電容量増加および小形化に対する要求が高まってきているが、これらの相反する２つの要求を満たすことができるコンデンサとして、巻回型の固体電解コンデンサがある。
この巻回型の固体電解コンデンサは、表面に酸化皮膜が形成された陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して巻回され、セパレータに導電性高分子からなる固体電解質が保持された構造を有することで、電極面積を広く確保することが可能となっている。

このような固体電解コンデンサとして、素子巻きズレの防止や水分による電解質の劣化を防ぐために、コンデンサ素子の表面を被覆するエポキシ樹脂からなる樹脂層を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−８７１９２号公報

エポキシ樹脂は、硬化剤を混合した後に所定の温度で加熱することにより化学反応で硬化（熱硬化）させる化学反応系の樹脂である。
しかしながら、このようなエポキシ樹脂は、硬化するときに熱収縮するため、被覆しているコンデンサ素子に対してストレスを与えてしまい、漏れ電流が大きくなることがある。

本発明の目的は、コンデンサ素子の表面に樹脂層が形成されているとともに、漏れ電流の少ない固体電解コンデンサおよびその製造方法を提供することにある。

第１の発明である固体電解コンデンサの製造方法は、表面に酸化皮膜が形成された陽極体上に、導電性高分子からなる固体電解質が形成されたコンデンサ素子を有する固体電解コンデンサの製造方法であって、
前記コンデンサ素子を形成するコンデンサ素子形成工程と、前記コンデンサ素子に溶剤可溶性樹脂を溶剤で溶解した樹脂溶液を塗布または含浸する工程と、前記コンデンサ素子に塗布または含浸された前記樹脂溶液に含まれる前記溶剤を揮発させることによって、前記コンデンサ素子に前記溶剤可溶性樹脂からなる樹脂層を形成する樹脂層形成工程とを備えたことを特徴とするものである。

ここで、前記固体電解質は、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンおよびポリエチレンジオキシチオフェンの何れか１種であってもよい（第２の発明）。
また、前記溶剤可溶性樹脂は、二重結合を含む高分子物質、アクリル酸またはアクリル酸の誘導体を包含する高分子物質、メタクリル酸またはメタクリル酸の誘導体を包含する高分子物質、主鎖にウレタン結合をもつ高分子物質、および、主鎖にエステル結合をもつ高分子物質の何れか１種であることが好ましい（第３の発明）。
さらに、前記溶剤可溶性樹脂は、ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂およびポリエステル樹脂の何れか１種であることがより好ましい（第４の発明）。
加えて、前記溶剤は、メチルエチルケトン、トルエン、塩化メチレンおよび酢酸ブチルの何れか１種であることが好ましい（第５の発明）。

第６の発明である固体電解コンデンサは、表面に酸化皮膜が形成された陽極体上に導電性高分子からなる固体電解質が形成されたコンデンサ素子を有する固体電解コンデンサであって、
前記コンデンサ素子に、二重結合を含む高分子物質、アクリル酸またはアクリル酸の誘導体を包含する高分子物質、メタクリル酸またはメタクリル酸の誘導体を包含する高分子物質、主鎖にウレタン結合をもつ高分子物質、および、主鎖にエステル結合をもつ高分子物質の何れか１種からなる樹脂層が形成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、樹脂溶液に含まれる溶剤を揮発させることによって樹脂層が形成される。このため、溶剤可溶性樹脂が固化する過程において化学反応による溶剤可溶性樹脂の熱収縮が発生することがなく、コンデンサ素子に対してストレスを与えることがない。このため、コンデンサ素子の表面に樹脂層が形成されているとともに、漏れ電流の少ない固体電解コンデンサを製造することができる。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、図１に示すように、本実施形態の固体電解コンデンサ１のコンデンサ素子１０は、陽極箔２と陰極箔３を備えており、これら陽極箔２と陰極箔３がセパレータ４を介して巻回された構造を有する。

陽極箔２は、アルミニウム等の弁作用金属で形成されている。図２に示すように、この陽極箔２の表面はエッチング処理により粗面化されるとともに陽極酸化（化成）により酸化皮膜２ａが形成されている。
また、陰極箔３も陽極箔２と同様にアルミニウム等で形成されており、その表面は粗面化されるとともに、自然酸化皮膜３ａが形成されている。

また、セパレータ４の両面には導電性高分子からなる固体電解質５が保持されている。つまり、陽極箔２および陰極箔３とセパレータ４の間に固体電解質５が狭持されている。固体電解質５を構成する導電性高分子としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、またはポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等を使用でき、これらはモノマーの化学重合により生成される。
図１、図２に示すように、陽極箔２および陰極箔３からはそれぞれリードタブが接続され、リードタブを介して陽極箔２および陰極箔３からリード線６がそれぞれ引き出されている。

そして、コンデンサ素子１０の表面にはコンデンサ素子１０を被覆するように樹脂層１２が形成されている。コンデンサ素子１０は、有底筒状の外装ケース１１内に収納されている。そして、外装ケース１１の開口部に封口ゴム１３が接着されている。

次に、固体電解コンデンサ１の製造方法について、図３を参照してさらに説明する。
まず、電極の実効表面積を大きくするために、陽極箔２および陰極箔３の表面にエッチング処理を施して粗面化する。さらに、粗面化された陽極箔２の表面に化成処理を施して酸化皮膜２ａを形成し、陰極箔３は、耐水性処理および／または熱処理にて自然酸化皮膜３ａを形成する。なお、陰極箔３にも化成処理を施して酸化被膜を形成してもよいし、陽極箔２、陰極箔３の粗面化は、蒸着法によって行ってもよい。
そして、酸化皮膜２ａ、自然酸化皮膜３ａが形成された陽極箔２と陰極箔３を所定の寸法に裁断後、それぞれにリードタブを介してリード線６を接続するとともに、これら陽極箔２と陰極箔３とをセパレータ４を介して巻回させ、さらに、アジピン酸アンモニウム水溶液中で、電圧を印加して素子化成（切り口化成）を行う。その後、セパレータの炭化処理を行い、円筒型のコンデンサ素子１０を作製する。

次に、この円筒型のコンデンサ素子１０に、モノマーおよび酸化剤を溶解させた溶液を含浸させた後、重合槽内で所定の温度で一定時間保持することでモノマーを化学重合させて、電極箔２、３とセパレータ４との間に、導電性高分子からなる固体電解質５を形成する（コンデンサ素子形成工程）。
具体的には、３，４−エチレンジオキシチオフェンとｐ−トルエンスルホン酸鉄とをｉ−プロパノールに溶解した溶液に含浸させた後、１００℃で６０分間保持して化学重合によるＰＥＤＯＴを形成した。

続いて、コンデンサ素子１０の表面に、溶剤可溶性樹脂（溶質）を溶剤（溶媒）で溶解した樹脂溶液を厚さが均一になるように塗布する（塗布工程）。そして、樹脂溶液が塗布されたコンデンサ素子１０を所定の温度で一定時間加熱し、コンデンサ素子１０の表面に塗布された樹脂溶液に含まれる溶剤を十分に揮発させて溶剤可溶性樹脂を固化させる。
これにより、コンデンサ素子１０の表面に樹脂層１２が形成される（樹脂層形成工程）。そして、コンデンサ素子１０を外装ケース１１内に収納する。収納後、外装ケース１１の開口部に封口ゴム１３を接着するとともに、外装ケース１１の開口端部をかしめて外装ケース１１を封止する。最後にエージングを行って製造工程を完了する。

このように、樹脂溶液に含まれる溶剤を揮発させることによって樹脂層１２を形成するため、溶剤可溶性樹脂が固化する過程において化学反応による熱収縮が発生することがない。したがって、コンデンサ素子１０に対してストレスを与えることがない。

次に、本発明のより具体的な実施例１、２を比較例と合わせて説明する。なお、以下に説明する実施例１、２および比較例では、コンデンサ素子１０の表面に樹脂層を形成するための工程（塗布工程および樹脂層形成工程）が異なっているものの、その他の工程は全て同じである。
そこで、以下、実施例１、２および比較例における樹脂層を形成するための工程についてのみ説明する。なお、各電解コンデンサの定格は、４．０Ｖ−１００μＦである。

［実施例１］ポリオレフィン樹脂をトルエンで溶解した樹脂溶液を塗布
実施例１においては、ポリオレフィン樹脂（溶剤可溶性樹脂）をトルエン（溶剤）で溶解した樹脂溶液をコンデンサ素子１０の表面に塗布（塗布工程）し、８５℃で６０分間加熱することによって、樹脂溶液からトルエンを十分に揮発させて樹脂層１２を形成した（樹脂層形成工程）。

［実施例２］アクリル樹脂を酢酸ブチルで溶解した樹脂溶液を塗布
実施例２においては、アクリル樹脂（溶剤可溶性樹脂）を酢酸ブチル（溶剤）で溶解した樹脂溶液をコンデンサ素子１０の表面に塗布（塗布工程）し、８５℃で６０分間加熱することによって、樹脂溶液からトルエンを十分に揮発させて樹脂層１２を形成した（樹脂層形成工程）。

（比較例）エポキシ樹脂と硬化剤との混合剤塗布
比較例は、従来の固体電解コンデンサを採用した。コンデンサ素子１０の表面にエポキシ樹脂（主剤）および硬化剤の混合剤を塗布し、エポキシ樹脂に適した温度で加熱し、化学反応により硬化させて樹脂層を形成した。

以上の実施例１、２および比較例の製造方法によって、それぞれ得られた固体電解コンデンサの電気特性（静電容量、等価直列抵抗および漏れ電流）を測定した。その結果を表１に示す。

表１より、実施例１、２は、静電容量および等価直列抵抗は同様の値であった。また、実施例１、２の製造方法で製造された固体電解コンデンサの方が、比較例の製造方法で製造された固体電解コンデンサに比べて漏れ電流が少ないことが確認された。

尚、以上説明した実施例においてはＰＥＤＯＴを固体電解質として用いたが、ＰＥＤＯＴ以外の公知の導電性高分子（例えばポリアニリンやポリピロール）を固体電解質として用いた場合にも同様の効果が得られることが確認された。

そして、実施例では溶剤可溶性樹脂を塗布して樹脂層を形成したが、溶剤可溶性樹脂溶液にコンデンサ素子を浸漬する方法や、溶剤可溶性樹脂溶液を浸み込ませたスポンジにコンデンサ素子を押し付ける方法を用いてもよい。

また、実施例では、トルエンおよび酢酸ブチルを溶剤として用いたが、トルエンおよび酢酸ブチル以外の公知の溶液（メチルエチルケトンや塩化メチレン）を溶剤として用いてもよい。

さらに、実施例１ではポリオレフィン樹脂を、実施例２ではアクリル樹脂を溶剤可溶性樹脂として用いたが、ポリオレフィン樹脂およびアクリル樹脂以外の公知の樹脂（ポリウレタン樹脂やポリエステル樹脂）を溶剤可溶性樹脂として用いてもよい。
さらには、ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂およびポリエステル樹脂に限らず、二重結合を含む高分子物質、アクリル酸、メタクリル酸およびこれらの誘導体を包含する高分子物質、主鎖にウレタン結合をもつ高分子物質、および、主鎖にエステル結合をもつ高分子物質のいずれかを溶剤可溶性樹脂として用いてもよい。

また、実施例１、２では、巻回型のコンデンサ素子を有する固体電解コンデンサについて説明したが、本発明は、タンタルやニオブの焼結体を有する固体電解コンデンサについても適用可能である。

本発明によるコンデンサ素子の概略斜視図である。 固体電解コンデンサの積層構造を概略的に示す図である。 固体電解コンデンサの製造工程を示す図である。

符号の説明

１ 固体電解コンデンサ
２ 陽極箔
２ａ 酸化皮膜
３ 陰極箔
３ａ 自然酸化皮膜
４ セパレータ
５ 固体電解質
６ リード線
１０ コンデンサ素子
１１ 外装ケース
１２ 樹脂層
１３ 封口ゴム

Claims (6)

1. 表面に酸化皮膜が形成された陽極体上に、導電性高分子からなる固体電解質が形成されたコンデンサ素子を有する固体電解コンデンサの製造方法であって、
   前記コンデンサ素子を形成するコンデンサ素子形成工程と、
   前記コンデンサ素子に溶剤可溶性樹脂を溶剤で溶解した樹脂溶液を塗布または含浸する工程と、
   前記コンデンサ素子に塗布または含浸された前記樹脂溶液に含まれる前記溶剤を揮発させることによって、前記コンデンサ素子に前記溶剤可溶性樹脂からなる樹脂層を形成する樹脂層形成工程とを備えたことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
2. 前記固体電解質は、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンおよびポリエチレンジオキシチオフェンの何れか１種であることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
3. 前記溶剤可溶性樹脂は、二重結合を含む高分子物質、アクリル酸またはアクリル酸の誘導体を包含する高分子物質、メタクリル酸またはメタクリル酸の誘導体を包含する高分子物質、主鎖にウレタン結合をもつ高分子物質、および、主鎖にエステル結合をもつ高分子物質の何れか１種であることを特徴とする請求項１または２に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
4. 前記溶剤可溶性樹脂は、ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂およびポリエステル樹脂の何れか１種であることを特徴とする請求項１または３に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
5. 前記溶剤は、メチルエチルケトン、トルエン、塩化メチレンおよび酢酸ブチルの何れか１種であることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
6. 表面に酸化皮膜が形成された陽極体上に導電性高分子からなる固体電解質が形成されたコンデンサ素子を有する固体電解コンデンサであって、
   前記コンデンサ素子に、二重結合を含む高分子物質、アクリル酸またはアクリル酸の誘導体を包含する高分子物質、メタクリル酸またはメタクリル酸の誘導体を包含する高分子物質、主鎖にウレタン結合をもつ高分子物質、および、主鎖にエステル結合をもつ高分子物質の何れか１種からなる樹脂層が形成されていることを特徴とする固体電解コンデンサ。

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