JP2008159739A - アルミ電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、インピーダンス特性に優れ、面実装時の高温半田リフロー後の高温電圧印加時における製品特性の劣化やショートによる不良を抑制することができるアルミ電解コンデンサを提供することを目的とするものである。
【解決手段】この目的を達成するために、本発明は、アルミ電解コンデンサにおいて、セパレータ４として溶剤紡糸レーヨン繊維を用い、かつ電解質の酸解離定数ｐＫａが５〜９の酸成分を用いたものであり、これにより、高温半田リフロー後の高温電圧印加時における製品特性の劣化やショートによる不良を抑制したアルミ電解コンデンサを実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は各種電子機器に使用され高周波領域に用いるアルミ電解コンデンサに関するものである。

従来のアルミ電解コンデンサの構成を図２に示す。同図は、従来のアルミ電解コンデンサの一部切欠斜視図であり、エッチング処理によって実効表面積を拡大させたアルミニウム箔の表面に化成処理により誘電体酸化皮膜を形成した陽極箔１１とアルミニウム箔をエッチング処理した陰極箔１２とをセパレータ１３を介して巻回することによりコンデンサ素子１９が構成されている。このコンデンサ素子１９は陽極箔１１および陰極箔１２にそれぞれ陽極リード線１５、陰極リード線１６を接続し、駆動用電解液（図示しない）を含浸させるとともに、このコンデンサ素子１９をアルミニウムケースなどの金属ケース１８内に挿入してゴム等の封口材１７で封止することにより得ることができる。

前記セパレータ１３は、マニラ麻、クラフト、ヘンプ、エスパルト等のセルロース繊維を用いたものが使用されており、セパレータの厚み、密度等の性能によりその使用を使い分けられている。

従来のアルミ電解コンデンサは、インピーダンス特性改善のために、セパレータに用いられる材料や厚み、密度の低下等で低抵抗化を図ったり、駆動用電解液に酢酸、シュウ酸、蟻酸などの酸成分の高い電解質を用いて高電導度化を図ったことが検討されてきている。

さらに近年では、環境対策の観点からアルミ電解コンデンサにおいても鉛レス化が必要となり、面実装時における高温半田リフローに対する信頼性が必要とされ、封口材や金属ケースの強度に対する改善が図られてきている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、特許文献２が知られている。
特開平０８−２７３９８４号公報 特開２０００−１７３８６２号公報

しかしながら、従来のアルミ電解コンデンサのように、インピーダンス特性を改善するために、酸成分の強い電解質を用いた駆動用電解液と密度の低い天然繊維混抄レーヨン系繊維等のセパレータを用いた場合、高温環境下において電解質の酸成分がセパレータを劣化させ、これにより製品特性の劣化やショートによる不良が生じるという課題を有していた。

そこで、本発明は、このような従来の課題を解決し、インピーダンス特性に優れ、面実装時の高温半田リフロー後の高温電圧印加時における製品特性の劣化やショートによる不良の発生を抑制することができ、高信頼性能を有するアルミ電解コンデンサを提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明は、表面に酸化アルミニウムからなる誘電体層を形成した陽極アルミニウム箔と陰極アルミニウム箔との間にセパレータを介在させて巻回することにより構成されたコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸し、この駆動用電解液を含浸したコンデンサ素子を有底筒状の金属ケースに収納した後、金属ケースの開口部を封口部材で密封したアルミ電解コンデンサにおいて、前記セパレータとして溶剤紡糸レーヨン繊維を用い、かつ前記駆動用電解液の電解質の酸解離定数ｐＫａが５〜９の酸成分を用いたことを特徴とするものである。

以上のように本発明のアルミ電解コンデンサは、特に、セパレータとして溶剤紡糸レーヨン繊維を用い、かつ電解質の酸解離定数ｐＫａが５〜９の酸成分を用いた構成にすることにより、特に高温環境下において、酸成分によるセパレータの膨潤を抑制することができるので、インピーダンス特性に優れ、面実装時の高温半田リフロー後の高温電圧印加時における製品特性の劣化やショートによる不良の発生を抑制して信頼性の向上を実現することができる。

また、駆動用電解液の主溶媒として非プロトン性溶媒を用い、電解質の塩基成分としてイミダゾリニウム化合物等を用いることにより、アルミ電解コンデンサの内部に含有する駆動用電解液、セパレータに吸着した水分による圧力上昇を抑制でき、熱安定に優れ、高温での製品特性の安定化が改善されるので、面実装時の高温半田リフロー後の高温信頼性に優れた効果を奏するものである。

以下、本発明のアルミ電解コンデンサについて、一実施の形態および図面を用いて説明する。

図１は本発明における面実装タイプのアルミ電解コンデンサの構成の一例を示す部分断面斜視図である。

図１において、アルミニウム箔をエッチング処理により実効表面積を拡大した表面に陽極酸化により誘電体酸化皮膜を形成した陽極箔２と、アルミニウム箔をエッチング処理して陰極箔３にそれぞれ外部導出用リード線７を接続し、陽極箔２、セパレータ４、陰極箔３、セパレータ４とを順次重ねて巻回することによりコンデンサ素子９を構成し、このコンデンサ素子９に駆動用電解液（図示しない）を含浸させた後、アルミニウムの金属ケース１内に挿入して金属ケース１の開口部を封口部材６で封止している。また、絶縁端子板８はアルミ電解コンデンサを面実装するために金属ケース１の封口部材６側に当接して設けられており、前記外部導出用リード線７は前記絶縁端子板８を挿通して前記絶縁端子板８の下面に沿って折り曲げられている。

前記セパレータ４は、溶剤紡糸レーヨン繊維をあらかじめ機械的に細かくすり潰すこと（いわゆる叩解処理をする）で、繊維をフィブリル化させ表面にＯＨ基を多発させた溶剤紡糸レーヨン繊維を用いている。この溶剤紡糸レーヨン繊維は、フィブリル化した繊維を抄紙することで、ＯＨ基同士が水素結合を起こし、セパレータの強度を増加していることと併せ、繊維径が小さいため近接するＯＨ基同士が水素結合を起こしやすくなり、大気中の水と親和しにくいため吸着水分が少ない。

前記駆動用電解液の電解質としては、酸解離定数ｐＫａが５〜９の酸成分のものを用いている。酸解離定数ｐＫａが５〜９の酸成分として、例えば、マロン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ジメチルマレイン酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、アミノ安息香酸、などが挙げられるが、酸解離定数ｐＫａが５〜９の酸成分であれば上述した以外の酸成分も使用することができる。

なお、駆動用電解液の電解質として、酸解離定数ｐＫａが５未満の酸成分を用いた場合、電気伝導度が高くなるものの、高温半田リフロー後の高温電圧印加時に電極箔やリード線部分が酸により腐食反応が進み信頼性が低下する。

また、駆動用電解液の電解質として、酸解離定数ｐＫａが９を超える酸成分を用いた場合、イオン化の定数が少ないため電気伝導度が低くなる。さらには、低抵抗のセパレータを用いるとインピーダンス特性が悪くなる。

また、後述する駆動用電解液を用いても、叩解処理された溶剤紡糸レーヨン繊維のセパレータは、アルミ電解コンデンサの酸成分によるセパレータの膨潤を抑制することができるので、インピーダンス特性に優れ、面実装時の高温半田リフロー後の高温電圧印加時における製品特性劣化やショートによる不良の発生を抑制して信頼性の向上を実現することができる。

また、前記駆動用電解液に用いられる非プロトン性溶媒の主溶媒として、ラクトン類（γ−ブチロラクトン、α−バレロラクトン、γ−バレロラクトン等）、カーボネート系（エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチレンカーボネート、スチレンカーボネート、ジメチルカーボネート等）、ニトリル系（アセトニトリル、３−メトキシプロピオニトリル等）、フラン系（２，５−ジメトキシテトラヒドロフラン等）、スルホラン系（スルホラン、３−メチルスルホラン、２，５−ジメチルスルホラン等）、エーテル系（メチラール、１，２−ジメトキジエタン、１−エトキシー２−メトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン等）、アミド系（Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロジリノン等）等が挙げられる。

そのほかに、アルコール類〔メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、シクロブタノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メトキシプロピレングリコール〕等が挙げられる。また、アミド系〔Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ,Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−エチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等〕、イミダゾリジノン系〔３−メチル−１，３−オキサゾリジン−２−オン、１，３−ジエチル−２−イミダゾリジノン、１，３−ジプロピル−２−イミダゾリジノン、１−メチル−３−エチル−２−イミダゾリジノン、１，３，４−トリメチル−２−イミダゾリジノン、１，３，４，５−テトラメチル−２−イミダゾリジノン等オキシド系〔ジメチルスルホキシド等〕を副溶媒として５０％以下の範囲で混合してもよい。

また、上記駆動用電解液に用いる電解質の陰イオン成分の例としては、三級アミン類［トリメチルアミン、ジメチルエチルアミン、メチルジエチルアミン、トリエチルアミン、ジメチルｎ−プロピルアミン、ジメチルイソプロピルアミン、メチルエチルｎ−プロピルアミン、メチルエチルイソプロピルアミン、ジエチルｎ−プロピルアミン、ジエチルイソプロピルアミン、トリｎ−プロピルアミン、トリイソプロピルアミン、トリｎ−ブチルアミン、トリｔｅｒｔ−ブチルアミンなど］、フェニル基含有アミン［ジメチルフェニルアミン、メチルエチルフェニルアミン、ジエチルフェニルアミンなど］が挙げられる。

イミダゾリニウム化合物またはイミダゾリウム化合物の例としては、１，２，３，４−テトラメチルイミダゾリニウム、１，３，４−トリメチル−２−エチルイミダゾリニウム、１，３−ジメチル−２，４ジエチルイミダゾリニウム、１−メチル−２，３，４−トリエチルイミダゾリニウム、１，２，３，４−テトラエチルイミダゾリニウム、１，２，３−トリメチルイミダゾリニウム、１，３−ジメチル−２−エチルイミダゾリニウム、１，２−ジメチル−３−エチルイミダゾリニウム、１，２，３−トリエチルイミダゾリニウム、１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ［４，３，０］ノネン−５、１，２−ジメチルイミダゾリニウム、１，２，４−トリメチルイミダゾリン、１−メチル−２−エチル−イミダゾリン、１，４−ジメチル−２−エチルイミダゾリン、１−メチル−２−ヘプチルイミダゾリン、１−メチル−２−（３’ヘプチル）イミダゾリン、１−メチル−２−ドデシルイミダゾリン、１，２−ジメチル−１，４，５，６−テトラヒドロピリミジン、１−メチルイミダゾール、１−メチルベンゾイミダゾール、１，３−ジメチルイミダゾリウム、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウム、１，２，３−トリメチルイミダゾリウム、２−エチル−１，３ジメチルイミダゾリウム２，３−ジエチル−１−メチルイミダゾリウム等が挙げられる。

また、ピリジニウム化合物の例としては、１−メチルピリジニウム、１−エチルピリジニウム、１−メチル，３−エチルピリジニウム等が挙げられる。

また、本発明の駆動用電解液は必要により、種々の添加剤を混合しても良い。添加剤としては、リン系化合物［リン酸、リン酸エステルなど］、ホウ酸系化合物［ホウ酸、ホウ酸と多糖類（マンニット、ソルビット、など）との錯化合物、ホウ酸と多価アルコール（エチレングリコール、グリセリン、など）］との錯化合物、ニトロ化合物［ｏ−ニトロフェノール、ｍ−ニトロフェノール、ｐ−ニトロフェノール、など］が挙げられる。これら添加剤を加えることで駆動用電解液の火花電圧を上昇させることができ、また、ガス発生による内圧上昇を抑制することができるなどの効果がある。

また、本発明の駆動用電解液における電解質の含有量は、駆動用電解液の重量に基づいて通常１０〜６０重量％、好ましくは２０〜４０重量％である。６０％を超えると電導度が著しく低下する。

次に、本発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。以下、部はすべて重量部を示す。

（表１）は本発明の実施例１〜３および比較例１〜３に示したセパレータ種および駆動用電解液の組成を示したものである。また、（表１）中のＣＳＦはＪＩＳＰ８１２１によるものである。

（表１）に示す本発明の実施例１〜３および比較例１〜３のセパレータ種および駆動用電解液を使用してアルミニウム電解コンデンサ（定格電圧３５Ｖ−静電容量４７０μＦ、サイズ；φ１０ｍｍ×Ｌ１６ｍｍ）を作製した。

封口部材には樹脂過硫のブチルゴム（硬度：８０ＩＲＨＤ）を使用した。

高温半田リフローとしてリフロー炉のピーク温度２４５℃を３０秒とし面実装の試験を実施した後、高温環境下での試験として１０５℃中で３５Ｖ電圧印加における製品特性を（表２）に示す。インピーダンス特性は１００ｋＨｚでの値を測定した。

なお、サンプル数は各１０個とし、その平均値を示した。

（表２）の実施例１〜３の試験結果から明らかなように、溶剤紡糸レーヨン繊維からなるセパレータを用い、駆動用電解液として、非プロトン性溶媒を主溶媒とし、電解質として酸解離定数が５〜９の酸を用いたイミダゾリニウム化合物またはイミダゾリウム化合物を用いた実施例１〜３は、製品特性劣化試験による容量変化率、インピーダンス、漏れ電流を大幅に改善することができることがわかる。

また、酸解離定数の低い比較例２は酸成分が強いため、高温半田リフロー後の高温環境下では、全数ショート不良が発生したことがわかる。

また、酸解離定数の高い比較例３では酸成分が弱いため、初期及び高温環境下での製品特性劣化のインピーダンス特性が実施例１〜３に比べ悪いことがわかる。

なお、本発明の実施例１〜３では、主溶媒に非プロトン性溶媒として、γ−ブチロラクトンを用いたが、これに限定することなく、上述した他の非プロトン性溶媒でも同様の効果が得られる。

また、本発明の実施例１〜３では、電解質の塩基成分として、フタル酸１，２，３，４テトラメチルイミダゾリニウム、マレイン酸１−エチルー３メチルイミダゾリウム、を用いたが、これに限らず上述した、他の電解質の酸解離定数５〜９の酸成分でも同様の効果を得られる。

本発明は、インピーダンス特性に優れ、面実装時の高温半田リフロー後の高温電圧印加時における製品特性の劣化やショートによる不良を抑制することができるので、特に、高い信頼性能が要求されるアルミ電解コンデンサに有用である。

本発明のアルミ電解コンデンサの一部切欠斜視図 従来のアルミ電解コンデンサの一部切欠斜視図

符号の説明

１ 金属ケース
２ 陽極箔
３ 陰極箔
４ セパレータ
６ 封口部材
７ 外部導出用リード線
８ 絶縁端子板

Claims (3)

1. 表面に酸化アルミニウムからなる誘電体層を形成した陽極アルミニウム箔と陰極アルミニウム箔との間にセパレータを介在させて巻回することにより構成されたコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸し、この駆動用電解液を含浸したコンデンサ素子を有底筒状の金属ケースに収納した後、この金属ケースの開口部を封口部材で密封したアルミ電解コンデンサにおいて、前記セパレータとして溶剤紡糸レーヨン繊維を用い、かつ前記駆動用電解液の電解質の酸解離定数ｐＫａが５〜９の酸成分を用いたことを特徴とするアルミ電解コンデンサ。
2. 前記駆動用電解液の溶媒として、非プロトン性溶媒を主溶媒として用いたことを特徴とする請求項１に記載のアルミ電解コンデンサ。
3. 前記駆動用電解液の電解質の塩基成分として三級アミン化合物、イミダゾリニウム化合物、イミダゾリウム化合物、ピリジニウム化合物より選ばれる少なくとも１種類の化合物を用いた請求項１に記載のアルミ電解コンデンサ。

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