JP2008182098A - 固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】等価直列抵抗（ＥＳＲ）を低減させた固体電解コンデンサ及びその製造方法を得る。
【解決手段】弁作用金属または弁作用金属を主成分とする合金からなる陽極１と、陽極１の表面に形成される誘電体層３と、誘電体層３の表面に形成される第１導電性高分子層４及び第２導電性高分子層６からなる電解質層と、電解質層の上に形成される陰極層８及び９とを備える固体電解コンデンサであって、第１導電性高分子層４と第２導電性高分子層６の間に、ポリエチレングリコール鎖を有する化合物から形成された密着層５が設けられていることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、弁作用金属または弁作用金属を主成分とする合金を陽極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。

一般に、固体電解コンデンサは、タンタルやアルミニウムなどの弁作用金属からなる陽極を陽極酸化することにより、その表面に主に酸化物からなる誘電体層を形成し、この誘電体層の上に、電解質層を形成し、その上に陰極層を形成することにより構成されている。電解質層としては、化学重合法により形成したポリピロールからなる第１導電性高分子層と、電解重合法により形成したポリピロールからなる第２導電性高分子層を積層した構造のものが提案されている（特許文献１）。

しかしながら、このような従来の固体電解コンデンサにおいては、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が高いという問題があった。

特許文献２においては、二酸化マンガンからなる第１導電層を形成し、第１導電層をシランカップリング剤を用いて表面処理した後、導電性高分子からなる第２導電層を積層し、第１導電層と第２導電層の密着性を高めることが提案されている。

しかしながら、これら従来の固体電解コンデンサにおいても、十分に等価直列抵抗（ＥＳＲ）を低減させることができなかった。
特開平４−４８７１０号公報 特開平２−７４０２１号公報

本発明の目的は、等価直列抵抗（ＥＳＲ）を低減させることができる固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供することにある。

本発明の固体電解コンデンサは、弁作用金属または弁作用金属を主成分とする合金からなる陽極と、陽極の表面に形成される誘電体層と、誘電体層の表面に形成される第１導電性高分子層及び第２導電性高分子層からなる電解質層と、電解質層の上に形成される陰極層とを備える固体電解コンデンサであって、第１導電性高分子層と第２導電性高分子層の間に、ポリエチレングリコール鎖を有する化合物から形成された密着層が設けられていることを特徴としている。

本発明に従い、第１導電性高分子層と第２導電性高分子層の間に、ポリエチレングリコール鎖を有する化合物からなる密着層を形成することにより、第１導電性高分子層と第２導電性高分子層の密着性を向上させることができ、ＥＳＲを顕著に低減させることができる。

本発明において用いることができるポリエチレングリコール鎖を有する化合物としては、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルチオエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアマイドなどの非イオン界面活性剤と呼ばれているものなどが挙げられる。

ポリエチレングリコール鎖を有する化合物は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用して用いてもよい。

ポリエチレングリコールまたはポリエチレングリコール鎖の分子量は、４００〜１２００の範囲であることが好ましい。このような範囲とすることにより、ＥＳＲをより低減させることができる。また、この範囲とすることにより、均一な密着層を形成することができる。

本発明において、第１導電性高分子層及び第２導電性高分子層は、ポリピロール系、ポリチオフェン系などの導電性高分子から形成することができる。より具体的には、ポリピロール、ポリエチレンジオキシチオフェンなどから形成することができる。

本発明において、第１導電性高分子層は化学重合により形成され、第２導電性高分子層は電解重合法により形成されることが好ましい。

本発明において、密着層は、ポリエチレングリコール鎖を有する化合物を含む溶液に、誘電体層を形成した陽極を浸漬し、その後乾燥することによって形成することができる。このときの溶媒としては、水、エタノール、アセトンなど、ポリエチレングリコール鎖を有する化合物を溶解することができる溶媒であれば用いることができる。

ポリエチレングリコール鎖を有する化合物を含む溶液の濃度は、特に限定されるものではないが、例えば、０．０００７重量％〜０．０１重量％の範囲を挙げることができる。また、浸漬時間としては、５分〜１０分の範囲が一般的である。

本発明において、陽極を形成する弁作用金属としては、固体電解コンデンサに用いることができるものであれば限定されるものではないが、例えば、タンタル、ニオブ、チタン、アルミニウム、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。この中でも、酸化物の誘電率が高く、原料の入手が容易なタンタル、ニオブ、チタンが好ましい。特に、酸化物の誘電率が、タンタルの１．５倍程度であるニオブがより好ましい。また、弁作用金属を主成分とする合金としては、タンタルとニオブ等、２種類以上の弁作用金属同士の合金が挙げられる。また、弁作用金属以外の金属と弁作用金属との合金においては、弁作用金属は、５０重量％以上含まれていることが好ましい。

本発明においては、さらに導電性高分子層の上に陰極層が形成される。陰極層としては、固体電解コンデンサに用いられるものであれば特に限定されるものではないが、一般には、カーボン層及び銀ペイント層を積層して形成される。カーボン層は、例えば、カーボンペーストを塗布した後、これを乾燥させることによって形成することができる。銀ペースト層は、銀ペーストを塗布した後、これを乾燥することによって形成することができる。

本発明の製造方法は、上記本発明の固体電解コンデンサを製造することができる方法であり、陽極を陽極酸化することにより誘電体層を形成する工程と、誘電体層の上に第１導電性高分子層を形成する工程と、ポリエチレングリコール鎖を有する化合物を含む溶液中に浸漬することにより、第１導電性高分子層の上に密着層を形成する工程と、密着層の上に第２導電性高分子層を形成する工程と、第２導電性高分子層の上に陰極層を形成する工程とを備えることを特徴としている。

本発明の製造方法に従えば、ＥＳＲを低減させた固体電解コンデンサを製造することができる。

本発明の製造方法において、陽極、誘電体層、第１導電性高分子層、密着層、第２導電性高分子層、及び陰極層は、上述のようにして形成することができる。

本発明によれば、第１導電性高分子層と第２導電性高分子層の間に密着層を形成することにより、第１導電性高分子層と第２導電性高分子層の密着性が向上し、界面抵抗が低下するため、ＥＳＲを低減させることができる。

また、本発明の製造方法によれば、ＥＳＲを低減させた固体電解コンデンサを製造することができる。

以下、本発明を具体的な実施形態及び実施例により説明するが、本発明は以下の実施形態及び実施例に限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態の固体電解コンデンサを示す断面図であり、図２は模式図である。

図１及び図２に示すように、弁作用金属であるタンタル粉末を焼結して成形し、多孔質の陽極１を形成する。この陽極１には、タンタルからなる金属リード線２が埋設されている。

陽極１の表面には、誘電体層３が形成されている。陽極１は多孔質体であるので、陽極１内部の多孔質の表面に誘電体層３が形成されている。誘電体層３は、酸化タンタルを主成分とする層である。

誘電体層３の表面には、第１導電性高分子層４が形成されている。第１導電性高分子層としては、ポリピロール系、ポリチオフェン系の高分子を用いることができる。

第１導電性高分子層４の上には、ポリエチレングリコール鎖を有する化合物からなる密着層５が形成されている。密着層５の上には、第２導電性高分子層６が形成されている。第２導電性高分子層としては、第１導電性高分子層と同様に、ポリピロール系、ポリチオフェン系などの導電性高分子からなる層が形成される。

第２導電性高分子層６の上には、カーボン層７が形成され、さらにその上に銀ペースト層８が形成されている。カーボン層７と銀ペースト層８から陰極層が形成されている。陰極層の上に、陰極引出し用リード９を取り付けた後、エポキシ樹脂等で封止し、固体電解コンデンサとすることができる。

上記実施形態では、第１導電性高分子層４と第２導電性高分子層６の間に、ポリエチレングリコール鎖を有する化合物からなる密着層５が形成されているので、第１導電性高分子層４と第２導電性高分子層６の密着性を向上させることができ、接触抵抗を減少することができるので、ＥＳＲを低減することができる。

図１及び図２に示すような固体電解コンデンサを、以下のようにして製造した。

（実施例１）
平均粒子径２μｍのタンタル金属の粉末を焼結させることにより、多孔質焼結体からなる陽極を形成した。

ステップ１：まず、陽極の表面を陽極酸化することにより、酸化物からなる誘電体層を形成した。陽極酸化は、６０℃の０．１重量％リン酸水溶液中で、対抗電極に対して８Ｖの電圧を１０時間陽極に印加することにより行った。

ステップ２：上記のようにして形成した誘電体層の上に、化学重合法等により、ポリピロールからなる第１導電性高分子層を形成した。

ステップ３：ステップ２で得られたコンデンサ素子を、分子量１０００のポリエチレングリコールを０．００１重量％含有する水溶液中に浸漬し、取り出した後、６０℃で１０分間乾燥することにより、ポリエチレングリコールからなる密着層を第１導電性高分子層の上に形成した。

ステップ４：次に、密着層の上に、電解重合法等によりポリピロールからなる第２導電性高分子層を形成した。

ステップ５：次に、第２導電性高分子層の上に、グラファイトを含有するペーストを塗布し、カーボン層を形成し、次にその上に銀ペーストを塗布した後乾燥し、銀ペースト層を形成した。

次に、陰極引出し用のリード線をグラファイト層及び銀ペースト層からなる陰極層の上に配置し、エポキシ樹脂で封止することにより、固体電解コンデンサＡを得た。

（実施例２）
ポリエチレングリコールを、ポリオキシエチレンアルキルアマイドに代えて密着層を形成する以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサＢを得た。

（実施例３）
ポリエチレングリコールを、ポリオキシエチレンチオエーテルに代えて密着層を形成する以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサＣを得た。

（実施例４）
ポリエチレングリコールを、ポリオキシエチレンアルキルチオエーテルに代えて密着層を形成する以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサＤを得た。

（実施例５）
ポリエチレングリコールを、ポリオキシエチレンラウリルエーテルに代えて密着層を形成する以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサＥを得た。

（実施例６）
ポリエチレングリコールを、ポリオキシエチレンアルキルエーテルに代えて密着層を形成する以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサＦを得た。

（実施例７）
陽極を形成する材料を、平均粒子径２μｍのタンタル−ニオブ合金（ニオブ０．５重量％）とする以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサＧを得た。

（実施例８）
陽極を形成する材料としては、平均粒子径２μｍのニオブ金属を用いる以外は、実施例１と同様にして、固体電解コンデンサＨを得た。

（比較例１）
実施例１においてステップ３を行わず、密着層を形成しない以外は、実施例１と同様にして固体電解コンデンサＸを得た。

（比較例２）
実施例７においてステップ３を行わず、密着層を形成しない以外は、実施例７と同様にして固体電解コンデンサＹを得た。

（比較例３）
実施例８においてステップ３を行わず、密着層を形成しない以外は、実施例８と同様にして固体電解コンデンサＺを得た。

〔ＥＳＲの測定〕
実施例１〜８及び比較例１〜３の各固体電解コンデンサについて、周波数１００ｋＨｚにおけるＥＳＲを、ＬＣＲメータを用いて測定した。測定結果を表１に示す。なお、表１においては、比較例１の固体電解コンデンサＸのＥＳＲの値を１００として規格化した値でＥＳＲの値を示している。

表１に示す結果から明らかなように、本発明に従い、第１導電性高分子層と第２導電性高分子層の間に、ポリエチレングリコール鎖を有する化合物からなる密着層を形成することにより、ＥＳＲを低減できることがわかる。

（実施例９）
本実施例では、ポリエチレングリコールの分子量についての検討を行った。

ポリエチレングリコールとして、分子量２００、４００、８００、１２００、１５００、２０００及び４０００のものを用い、それぞれ０．００１重量％の水溶液を用いて、密着層を形成する以外は、実施例１と同様にして、固体電解コンデンサＡ１〜Ａ７を作製した。

得られた固体電解コンデンサについて、ＥＳＲを測定し、その結果を表２に示す。なお、ここでは、実施例１の固体電解コンデンサＡのＥＳＲを１００とした指数でＥＳＲの測定値を示す。

表２に示す結果から明らかなように、分子量が４００〜１２００の範囲のポリエチレングリコールを用いることにより、特に低いＥＳＲが得られることがわかる。また、このことから、ポリエチレングリコール鎖の分子量としても、４００〜１２００の範囲が好ましいことがわかる。

本発明に従う一実施形態の固体電解コンデンサを示す断面図。 本発明に従う一実施形態の固体電解コンデンサを示す模式図。

符号の説明

１…陽極
２…金属リード線
３…誘電体層
４…第１導電性高分子層
５…密着層
６…第２導電性高分子層
７…カーボン層
８…銀ペースト層
９…陰極引出し用リード

Claims (5)

1. 弁作用金属または弁作用金属を主成分とする合金からなる陽極と、前記陽極の表面に形成される誘電体層と、前記誘電体層の表面に形成される第１導電性高分子層及び第２導電性高分子層からなる電解質層と、前記電解質層の上に形成される陰極層とを備える固体電解コンデンサであって、
   前記第１導電性高分子層と前記第２導電性高分子層の間に、ポリエチレングリコール鎖を有する化合物から形成された密着層が設けられていることを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 前記ポリエチレングリコール鎖を有する化合物が、ポリエチレングリコール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。
3. 前記ポリエチレングリコールまたは前記ポリエチレングリコール鎖の分子量が、４００〜１２００の範囲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。
4. 前記第１導電性高分子層及び／または前記第２導電性高分子層が、ポリピロールまたはポリエチレンジオキシチオフェンから形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。
5. 前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサを製造する方法であって、
   前記陽極を陽極酸化することにより前記誘電体層を形成する工程と、
   前記誘電体層の上に前記第１導電性高分子層を形成する工程と、
   前記ポリエチレングリコール鎖を有する化合物を含む溶液中に浸漬することにより、前記第１導電性高分子層の上に前記密着層を形成する工程と、
   前記密着層の上に前記第２導電性高分子層を形成する工程と、
   前記第２導電性高分子層の上に前記陰極層を形成する工程とを備えることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。

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