JP2009231645A - Solid electrolytic capacitor, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体電解コンデンサおよびその製造方法に関し、特に導電性高分子陰極層を有する固体電解コンデンサおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid electrolytic capacitor and a manufacturing method thereof, and more particularly to a solid electrolytic capacitor having a conductive polymer cathode layer and a manufacturing method thereof.
近年、電子機器の小型・高性能化に伴い、製品体積あたりの静電容量が大きく、且つ、等価直列抵抗(ESR)の低い固体電解コンデンサが求められるようになってきた。このようなことを考慮して、固体電解質としてTCNQ錯塩などの有機半導体やポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリアニリンなどの導電性高分子を用いた固体電解コンデンサが注目されている。これらの導電性高分子は、従来の固体電解コンデンサに用いられてきた固体電解質である二酸化マンガンなどに比べて高い導電率を有することから、固体電解コンデンサの低ESR化に大きく寄与することができる。 In recent years, with the downsizing and high performance of electronic devices, there has been a demand for a solid electrolytic capacitor having a large capacitance per product volume and a low equivalent series resistance (ESR). In view of the above, a solid electrolytic capacitor using an organic semiconductor such as a TCNQ complex salt or a conductive polymer such as polypyrrole, polythiophene, polyfuran, or polyaniline as a solid electrolyte has attracted attention. These conductive polymers have a higher electrical conductivity than manganese dioxide, which is a solid electrolyte that has been used in conventional solid electrolytic capacitors, and thus can greatly contribute to lowering the ESR of solid electrolytic capacitors. .
上述の導電性高分子には、一般に、その基本骨格であるモノマー(ピロール、チオフェン、フラン、アニリンなど)を化学酸化重合または電解酸化重合することにより得られたものが採用されている。そして、こうした酸化重合を行う際のドーパント剤には、主に有機スルホン酸が用いられ、その中でも特に耐熱性を向上させるために、芳香族スルホン酸(たとえば、アルキルベンゼンスルホン酸やアルキルナフタレンスルホン酸)が採用されている。また、酸化重合を行う際の酸化剤には、酸化作用のある金属が用いられ、その中でも第二鉄が多用されている。こうしたことから、通常、酸化重合におけるドーパント兼酸化剤として芳香族スルホン酸の第二鉄塩が用いられている(たとえば、特許文献1および特許文献2参照)。
上記従来の固体電解コンデンサでは、芳香族スルホン酸を添加して導電性高分子の耐熱性の向上を図っているが、近年の鉛フリーはんだリフローなどの高温処理や保障温度の高温化により、導電性高分子のさらなる高耐熱化が求められている。 In the above conventional solid electrolytic capacitors, aromatic sulfonic acid is added to improve the heat resistance of the conductive polymer. However, due to the recent high-temperature treatment such as lead-free solder reflow and the increase in the guaranteed temperature, the conductivity can be increased. There is a demand for higher heat resistance of functional polymers.
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐熱性の向上した導電性高分子陰極層を用いた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。 The present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide a solid electrolytic capacitor using a conductive polymer cathode layer with improved heat resistance and a method for producing the same.
上記目的を達成するために、本発明に係る固体電解コンデンサは、陽極体の表面に誘電体層および導電性高分子陰極層が順次形成された固体電解コンデンサにおいて、導電性高分子陰極層には、導電性高分子陰極層の高分子骨格に結合したフラーレン化合物と、導電性高分子陰極層に分散したフラーレン化合物とが含まれることを特徴とする。ここで、導電性高分子陰極層の高分子骨格に結合したフラーレン化合物は、導電性高分子陰極層のドーパントとして機能する状態にあるフラーレン化合物を意味し、導電性高分子陰極層に分散したフラーレン化合物は、導電性高分子陰極層の高分子骨格と結合していないフラーレン化合物(導電性高分子陰極層のドーパントとして機能しない状態にあるフラーレン化合物)を意味する。 In order to achieve the above object, a solid electrolytic capacitor according to the present invention is a solid electrolytic capacitor in which a dielectric layer and a conductive polymer cathode layer are sequentially formed on the surface of an anode body. And a fullerene compound bonded to a polymer skeleton of the conductive polymer cathode layer and a fullerene compound dispersed in the conductive polymer cathode layer. Here, the fullerene compound bonded to the polymer skeleton of the conductive polymer cathode layer means a fullerene compound in a state of functioning as a dopant of the conductive polymer cathode layer, and the fullerene dispersed in the conductive polymer cathode layer. The compound means a fullerene compound that is not bonded to the polymer skeleton of the conductive polymer cathode layer (a fullerene compound that does not function as a dopant for the conductive polymer cathode layer).
上記目的を達成するために、本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法は、陽極体の
表面に誘電体層および導電性高分子陰極層を順次形成する固体電解コンデンサの製造方法において、導電性高分子陰極層を酸化重合で形成する際のドーパント兼酸化剤として、フラーレン化合物と酸化作用のある金属との化合物を溶媒に溶解して用いることにより、導電性高分子陰極層に、導電性高分子陰極層の高分子骨格に結合したフラーレン化合物と、導電性高分子陰極層に分散したフラーレン化合物とを含有させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a solid electrolytic capacitor according to the present invention includes a method for manufacturing a solid electrolytic capacitor in which a dielectric layer and a conductive polymer cathode layer are sequentially formed on the surface of an anode body. As a dopant and oxidant for forming the molecular cathode layer by oxidative polymerization, a compound of a fullerene compound and a metal having an oxidizing action is dissolved in a solvent to be used as a conductive polymer cathode layer. It is characterized by containing a fullerene compound bonded to the polymer skeleton of the cathode layer and a fullerene compound dispersed in the conductive polymer cathode layer.
本発明によれば、耐熱性の向上した導電性高分子陰極層を用いた固体電解コンデンサおよびその製造方法が提供される。 According to the present invention, a solid electrolytic capacitor using a conductive polymer cathode layer with improved heat resistance and a method for producing the same are provided.
以下、本発明を具現化した実施形態について図面に基づいて説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態に係る固体電解コンデンサの構成を示す概略断面図であり、図2は図1の固体電解コンデンサを構成するコンデンサ素子の分解斜視図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the solid electrolytic capacitor according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the capacitor element constituting the solid electrolytic capacitor of FIG.
第1実施形態の固体電解コンデンサでは、コンデンサ素子1として、図2に示すように、誘電体層として誘電体被膜(図示せず)を形成した陽極箔2とこれに対向する陰極箔3とをセパレータ紙4を介して巻回したものを採用している。陽極箔2にはリードタブ端子6を介して陽極リード線7が引き出され、陰極箔3には別のリードタブ端子6を介して陰極リード線8が引き出されている。そして、図1に示すように、こうしたコンデンサ素子1の内部にフラーレン化合物(導電性高分子陰極層の高分子骨格に結合したフラーレン化合物および導電性高分子陰極層に分散したフラーレン化合物)が含まれた導電性高分子陰極層(図示せず)を形成し、このコンデンサ素子1を有底筒状の金属製のケース9に収納し、このケース9の開口端部に封止用ゴム10を装着する。封止用ゴム10は、ケース9の開口端部に横絞り加工とカール加工を施すことにより固定される。その後、コンデンサのカール面にプラスチック製の座板11を挿入し、コンデンサ素子のリード線(陽極リード線7および陰極リード線8)を電極端子12としてプレス加工・折り曲げを行ない、チップタイプおよび表面実装(SMD)タイプの固体電解コンデンサが完成する。
In the solid electrolytic capacitor of the first embodiment, as the
具体的な固体電解コンデンサの構成は以下の通りである。 The specific configuration of the solid electrolytic capacitor is as follows.
陽極箔2には、アルミニウム、タンタル、ニオブなどの弁作用を有する金属からなる箔が採用され、箔表面の粗面化のためのエッチング処理および箔表面への誘電体皮膜(誘電体層)形成のための化成処理が施されている。そして、陽極箔2の上縁に金属製のリードタブ端子6を介して陽極リード線7が接続されている。
The
陰極箔3としては、陽極箔2と同じ弁作用を有する金属からなる箔が採用される。そして、陰極箔3には、その上縁に金属製のリードタブ端子6を介して陰極リード線8が接続されている。なお、陰極箔3には、陽極箔2と異なる種類の弁作用金属からなる箔を採用してもよい。
As the
コンデンサ素子1は、陽極箔2と、これに対向する陰極箔3とを絶縁体などからなるセパレータ紙4を介して円筒状に巻回し、外周の巻き止めテープ5により巻き止めることにより構成される。
The
固体電解質には、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリアニリンなどの導電性高分子が採用されるが、導電性が良好な固体電解質として、特にポリチオフェンまたはその誘導体からなる導電性高分子を採用することが望ましい。上記から選ばれる固体電解質としての導電性高分子を含浸、塗布などの周知の方法でコンデンサ素子1の内部に形
成させる。本発明の実施形態では、フラーレン(炭素原子が球状のネットワーク構造を成している化合物)が含まれている。なお、フラーレンは分子量が非常に大きいため、高耐熱性であることが特徴の1つであり、たとえば、C60構造(60個の炭素原子が12個の五員環と20個の六員環を構成し、サッカーボール状の中空分子となった構造)を有するフラーレン(フラーレンC60)では400℃以上の高温においても優れた安定性を示す。
As the solid electrolyte, a conductive polymer such as polypyrrole, polythiophene, polyfuran, and polyaniline is employed. However, it is desirable to employ a conductive polymer composed of polythiophene or a derivative thereof as a solid electrolyte having good conductivity. . A conductive polymer as a solid electrolyte selected from the above is formed inside the
金属製のケース9には、通常、成形加工が容易なアルミニウム板などで有底筒状に形成されたアルミニウム製のケースが採用される。前記ケース9内にコンデンサ素子1を収納固定し、封止用ゴム10をこのケース9の開口端部に装着して封止している。なお、金属製のケース9として、アルミニウム以外に、ステンレス、銅、鉄、真鍮などの金属からなるケースを採用してもよいし、あるいはこれらの合金からなるケースを採用してもよい。
The metal case 9 is usually an aluminum case formed in a bottomed cylindrical shape with an aluminum plate or the like that is easy to form. The
封止用ゴム10には、弾性体、なかでも耐熱性や密封性の比較的高い材料である、シリコンゴム(SR)、フッ素ゴム(FR)、エチレンプロピレンゴム(EPT)、ハイパイロンゴム(CSM)、ブチルゴム(IIR)、イソプレンゴム(IR)などの絶縁ゴムが用いられる。そして、封止用ゴム10には陽極リード線7および陰極リード線8にそれぞれ接続されたリードタブ端子6を引き出すための貫通孔が形成されている。そして、封止用ゴム10は、貫通孔内にリードタブ端子6を挿入した状態でケース9の開口端部に装着され、ケース9の開口端部に対して横絞り加工とカール加工を施すことにより固定されている。
The
プラスチック製の座板11は、陽極リード線7および陰極リード線8を通過させるための貫通孔を有し、両リード線を挿入した状態で、コンデンサのカール面に装着、固定されている。そして、陽極リード線7および陰極リード線8は、電極端子12として相反する方向にその先端部を座板11の板面に沿って折り曲げられている。
The
(製造方法)
次に、本発明の第1実施形態に係る固体電解コンデンサの製造方法について説明する。
(Production method)
Next, a method for manufacturing the solid electrolytic capacitor according to the first embodiment of the present invention will be described.
工程1:粗面化のためのエッチング処理および誘電体皮膜(誘電体層)形成のための化成処理を施した弁作用金属(アルミニウム、タンタル、ニオブなど)からなる箔を陽極箔2とし、この陽極箔2に対向する陰極箔3とをセパレータ紙4を介して円筒状に巻き取ったコンデンサ素子1を形成する。陽極箔2および陰極箔3にはそれぞれリードタブ端子6を介して陽極リード線7および陰極リード線8を取り付けている。なお、コンデンサ素子1には、陽極箔2の端面に誘電体皮膜を形成するとともに、陽極箔2の巻回による破損部や傷を修復させるために、切り口化成と熱処理を施し、陽極箔2の誘電体皮膜を強化している。
Step 1: A foil made of a valve metal (aluminum, tantalum, niobium, etc.) subjected to an etching process for roughening and a chemical conversion process for forming a dielectric film (dielectric layer) is used as an
工程2:導電性高分子となる単量体(モノマー)溶液と、アルコール系溶媒にドーパント兼酸化剤としてフラーレン化合物と酸化作用のある金属との化合物を溶解した溶液と、を混合した化学重合液を用意する。その後、この化学重合液にコンデンサ素子1を浸漬し、コンデンサ素子1の内部に酸化重合により導電性高分子陰極層を固体電解質として形成する。この時、温度を上げる熱処理により反応をしやすくする。なお、フラーレン化合物のフラーレンには、フラーレンC60に代表されるフラーレンCn(n=60,70,76,78,82,84,86,88,92,94,96,110)の単体やその誘導体または混合物の誘導体が用いられる。また、アルコール系溶媒には、メチルアルコール、エチルアルコール、プリピルアルコール、ブチルアルコールなどのアルコールの単体または混合で用いられ、酸化作用のある金属塩を構成する金属には、たとえば、遷移金属である鉄(III)、銅(II)、クロム(VI)、マンガン(VII)、亜鉛(II)が用いられる。
Step 2: A chemical polymerization liquid in which a monomer (monomer) solution to be a conductive polymer and a solution in which a compound of a fullerene compound and an oxidizing metal as a dopant / oxidant is dissolved in an alcohol solvent are mixed. Prepare. Thereafter, the
工程3:所定の貫通孔が形成された封止用ゴム10を用意する。そして、封止用ゴム10の貫通孔にコンデンサ素子1のリードタブ端子6を挿入する。
Process 3: The rubber |
工程4:有底筒状に形成されたアルミニウム製のケース9を用意する。そして、このケース9の内部にコンデンサ素子1を収納し固定する。
Step 4: An aluminum case 9 formed in a bottomed cylindrical shape is prepared. The
工程5:ケース9の開口端部に封止用ゴム10を配置し、ケース9の開口端部に対して横絞り加工とカール加工を施す。このようにして、封止用ゴム10は固定され、コンデンサ素子1は封止用ゴム10によりケース9内に封止される。
Process 5: The
工程6:両リード線(陽極リード線7および陰極リード線8)を介して所定の電圧を印加するエージング処理を行う。これにより、コンデンサ素子1の特性を安定化させる。
Step 6: An aging process is performed in which a predetermined voltage is applied via both lead wires (the
工程7:最後に、コンデンサのカール面にプラスチック製の座板11を挿入し、コンデンサ素子1の両リード線(陽極リード線7および陰極リード線8)を電極端子12としてプレス加工・折り曲げを行う。
Step 7: Finally, a
以上の工程を経て、第1実施形態における固体電解コンデンサとして、導電性高分子陰極層の高分子骨格に結合したフラーレン化合物と、導電性高分子陰極層に分散したフラーレン化合物とが含まれる導電性高分子陰極層を有する固体電解コンデンサが製造される。 Through the above steps, the solid electrolytic capacitor in the first embodiment includes a fullerene compound bonded to the polymer skeleton of the conductive polymer cathode layer and a fullerene compound dispersed in the conductive polymer cathode layer. A solid electrolytic capacitor having a polymer cathode layer is manufactured.
以下の実施例では、上述の第1実施形態に対応した固体電解コンデンサを作製し、特性評価を行った。また、比較例では、従来のドーパント兼酸化剤を用いて形成した導電性高分子陰極層を備える固体電解コンデンサを作製し、特性評価を行った。なお、固体電解コンデンサは、いずれも定格電圧4Vで静電容量560μFであり、外形寸法は直径6.3mm×高さ12.0mmである。 In the following examples, a solid electrolytic capacitor corresponding to the above-described first embodiment was produced, and the characteristics were evaluated. Moreover, in the comparative example, the solid electrolytic capacitor provided with the electroconductive polymer cathode layer formed using the conventional dopant and oxidizing agent was produced, and the characteristic evaluation was performed. Each of the solid electrolytic capacitors has a rated voltage of 4 V and a capacitance of 560 μF, and the outer dimensions are a diameter of 6.3 mm and a height of 12.0 mm.
(実施例)
実施例では、上述の工程(工程1〜工程7)を経て、フラーレン化合物としてスルホン化フラーレンC60が含まれる導電性高分子陰極層を備える固体電解コンデンサAを作製した。
(Example)
In Examples, a solid electrolytic capacitor A including a conductive polymer cathode layer containing sulfonated fullerene C60 as a fullerene compound was produced through the above-described steps (
工程1A:粗面化のためのエッチング処理および誘電体皮膜(誘電体層)形成のための化成処理(印加電圧8V、電流密度4mA/piece、印加時間2時間〜5時間)を施したアルミニウム箔を陽極箔2とし、この陽極箔2に対向する陰極箔3とをセパレータ紙4を介して円筒状に巻き取ってコンデンサ素子1を形成する。なお、電流密度はコンデンサ1個当たりの電流値で管理し、コンデンサのサイズなどに応じて変更している。陽極箔2および陰極箔3にはそれぞれリードタブ端子6を介して陽極リード線7および陰極リード線8が取り付けている。その後、コンデンサ素子1には切り口化成処理と260℃の熱処理を施す。
Step 1A: Aluminum foil subjected to an etching treatment for roughening and a chemical conversion treatment (applied voltage 8 V,
工程2A:3,4−エチレンジオキシチオフェンの単量体(モノマー)溶液と、ブチルアルコール溶媒にドーパント兼酸化剤として40重量%のスルホン化フラーレン第ニ鉄塩(フラーレンスルホン酸第二鉄塩)を溶解した溶液と、を混合した化学重合液を用意する。なお、上述のフラーレンにはフラーレンC60が採用され、スルホン化フラーレン第二鉄塩は化学構造式Fe(C60−O−SO3)3で表される。そして、100℃以上の温度で予熱処理されたコンデンサ素子1をこの化学重合液に浸漬した後、200℃以上の温度で熱処理を施すことにより単量体(モノマー)を酸化重合させ、コンデンサ素子1の両極電極箔間に約40μmの厚みで3,4−エチレンジオキシチオフェンからなる導電性高分子陰極層を形成する。この際、導電性高分子陰極層にはスルホン化フラーレンC60(導電性高分子陰極層の高分子骨格に結合したスルホン化フラーレンC60および導電性高分子陰極層に分散したスルホン化フラーレンC60)が含まれる。
Step 2A: 3,4-ethylenedioxythiophene monomer solution and 40% by weight of sulfonated fullerene ferric salt (fullerene sulfonic acid ferric salt) as a dopant and oxidant in a butyl alcohol solvent A chemical polymerization solution is prepared by mixing a solution in which is dissolved. Note that the fullerenes above fullerene C60 is employed, sulfonated fullerene ferric salt is represented by the chemical structural formula Fe (C60-O-SO 3 ) 3. Then, after the
そして、上述の工程3〜工程7を経て、実施例における固体電解コンデンサAが製造される。
And the solid electrolytic capacitor A in an Example is manufactured through the above-mentioned process 3-
(比較例)
比較例では、3,4−エチレンジオキシチオフェンの単量体(モノマー)溶液と、ブチルアルコール溶媒にドーパント兼酸化剤として40重量%のp−トルエンスルホン酸第ニ鉄塩を溶解した溶液と、を混合した化学重合液を用いて酸化重合を行うことにより導電性高分子陰極層を形成すること以外は、実施例と同様にして固体電解コンデンサXを作製した。なお、このp−トルエンスルホン酸が従来の芳香族スルホン酸に相当する。
(Comparative example)
In a comparative example, a monomer solution of 3,4-ethylenedioxythiophene, a solution in which 40% by weight of p-toluenesulfonic acid ferric salt as a dopant and oxidant is dissolved in a butyl alcohol solvent, A solid electrolytic capacitor X was produced in the same manner as in the example except that the conductive polymer cathode layer was formed by performing oxidative polymerization using a chemical polymerization solution mixed with the above. This p-toluenesulfonic acid corresponds to a conventional aromatic sulfonic acid.
(評価)
各固体電解コンデンサについて静電容量(C)および等価直列抵抗(ESR)を評価した。静電容量は各固体電解コンデンサに対して120Hzの交流定格電圧を印加して測定し、等価直列抵抗は各電解コンデンサに対して100kHzの交流定格電圧を印加して測定した。また、各評価は、耐熱性試験前(初期状態)と、耐熱性試験として固体電解コンデンサを150℃に保持した恒温槽中で定格電圧4Vを印加して1000時間経過した後に行った。
(Evaluation)
Each solid electrolytic capacitor was evaluated for capacitance (C) and equivalent series resistance (ESR). The capacitance was measured by applying an AC rated voltage of 120 Hz to each solid electrolytic capacitor, and the equivalent series resistance was measured by applying an AC rated voltage of 100 kHz to each electrolytic capacitor. Each evaluation was performed before the heat resistance test (initial state) and after a lapse of 1000 hours by applying a rated voltage of 4 V in a thermostat holding a solid electrolytic capacitor at 150 ° C. as a heat resistance test.
表1に各固体電解コンデンサにおける静電容量および等価直列抵抗の評価結果を示す。なお、各特性値は試料数20個についての平均である。 Table 1 shows the evaluation results of capacitance and equivalent series resistance in each solid electrolytic capacitor. Each characteristic value is an average of 20 samples.
静電容量変化(C変化)および等価直列抵抗変化(ESR変化)は、耐熱性試験前後での各特性値を用いて、以下の式(1)および式(2)により算出される。 The capacitance change (C change) and equivalent series resistance change (ESR change) are calculated by the following formulas (1) and (2) using respective characteristic values before and after the heat resistance test.
静電容量変化(%)=(耐熱性験前後での静電容量差ΔC/耐熱性試験前の静電容量C)×100・・・・(1)
等価直列抵抗変化(倍)=(耐熱性試験後の等価直列抵抗/耐熱性試験前の等価直列抵抗)・・・・(2)
Capacitance change (%) = (capacitance difference ΔC before and after heat resistance test / capacitance C before heat resistance test) × 100 (1)
Equivalent series resistance change (times) = (Equivalent series resistance after heat resistance test / Equivalent series resistance before heat resistance test) (2)
表1に示すように、実施例(固体電解コンデンサA)では、従来の比較例(固体電解コンデンサX)に比べて、耐熱性試験による静電容量や等価直列抵抗の変化(劣化)が小さく抑制されている。これは、導電性高分子陰極層の高分子骨格に結合したスルホン化フラーレンC60と、導電性高分子陰極層に分散したスルホン化フラーレンC60とが導電性高分子陰極層に含まれることにより、(a)芳香族スルホン酸が含まれる導電性高分子陰極層に比べて、高耐熱性を有するスルホン化フラーレンC60がドーパントとして導電性高分子陰極層に含まれることにより導電性高分子陰極層の耐熱性が向上したこと、(b)フラーレンC60がドーパントとしてではなく抗酸化剤としてラジカル補足作用(熱的に耐えきれずに分解しようとする導電性高分子を補足して分解を抑制する機能)に起因して導電性高分子陰極層の耐熱性が向上したこと、によると推察される。 As shown in Table 1, in the example (solid electrolytic capacitor A), compared to the conventional comparative example (solid electrolytic capacitor X), the change (deterioration) in capacitance and equivalent series resistance due to the heat resistance test is suppressed to a small extent. Has been. This is because the sulfonated fullerene C60 bonded to the polymer skeleton of the conductive polymer cathode layer and the sulfonated fullerene C60 dispersed in the conductive polymer cathode layer are contained in the conductive polymer cathode layer ( a) Compared to a conductive polymer cathode layer containing an aromatic sulfonic acid, the heat-resistant polymer cathode layer has a heat-resistant sulfonated fullerene C60 contained as a dopant in the conductive polymer cathode layer. (B) Fullerene C60 as a radical scavenging action as an antioxidant rather than as a dopant (function to supplement the conductive polymer to be decomposed without being able to withstand heat and suppress decomposition) This is presumably because the heat resistance of the conductive polymer cathode layer has been improved.
以上のことから、固体電解コンデンサの耐熱性を向上するには、導電性高分子陰極層を酸化重合する際のドーパント兼酸化剤としてスルホン化フラーレンC60の第二鉄塩を用い、導電性高分子陰極層にフラーレンC60(導電性高分子陰極層の高分子骨格に結合したフラーレンC60および導電性高分子陰極層に分散したフラーレンC60)を添加することが有効であることが分かる。 From the above, in order to improve the heat resistance of the solid electrolytic capacitor, a conductive polymer is used by using a ferric salt of sulfonated fullerene C60 as a dopant and an oxidizing agent when the conductive polymer cathode layer is subjected to oxidative polymerization. It can be seen that it is effective to add fullerene C60 (fullerene C60 bonded to the polymer skeleton of the conductive polymer cathode layer and fullerene C60 dispersed in the conductive polymer cathode layer) to the cathode layer.
本発明の第1実施形態に係る固体電解コンデンサおよびその製造方法によれば、以下の効果を得ることができる。 According to the solid electrolytic capacitor and the manufacturing method thereof according to the first embodiment of the present invention, the following effects can be obtained.
(1)フラーレンC60などはラジカル補足作用を有し、熱負荷による導電性高分子の分解を抑制するので、フラーレン化合物(スルホン化フラーレン)を含有する導電性高分子陰極層では、従来の芳香族スルホン酸が添加された導電性高分子陰極層に比べて、その耐熱性が向上する。この結果、耐熱性の向上した固体電解コンデンサとすることができる。 (1) Since fullerene C60 has a radical scavenging action and suppresses decomposition of the conductive polymer due to heat load, in the conductive polymer cathode layer containing the fullerene compound (sulfonated fullerene), the conventional aromatic Compared to the conductive polymer cathode layer to which sulfonic acid is added, its heat resistance is improved. As a result, a solid electrolytic capacitor with improved heat resistance can be obtained.
(2)導電性高分子となる単量体溶液と、アルコール系溶媒にドーパント兼酸化剤としてスルホン化フラーレンと酸化作用のある金属との化合物を溶解した溶液と、を混合した化学重合液を用いて酸化重合を行ったことで、容易にスルホン化フラーレン(導電性高分子陰極層の高分子骨格に結合したスルホン化フラーレンおよび導電性高分子陰極層に分散したスルホン化フラーレン)を導電性高分子陰極層に含ませることができる。 (2) A chemical polymerization solution in which a monomer solution to be a conductive polymer and a solution in which a compound of a sulfonated fullerene and an oxidizing metal as a dopant and oxidant is dissolved in an alcohol solvent are mixed. By conducting oxidative polymerization, sulfonated fullerene (sulfonated fullerene bonded to the polymer skeleton of the conductive polymer cathode layer and sulfonated fullerene dispersed in the conductive polymer cathode layer) can be easily converted into the conductive polymer. It can be included in the cathode layer.
(3)導電性高分子となる単量体溶液と、アルコール系溶媒にドーパント兼酸化剤としてスルホン化フラーレンと酸化作用のある金属との化合物を溶解した溶液と、を混合した化学重合液にコンデンサ素子1を浸漬し、コンデンサ素子1の内部に酸化重合により導電性高分子陰極層を形成したことで、分子量が大きく高耐熱性を有するスルホン化フラーレンをドーパントとして作用させることができるので、従来のドーパント(たとえば、芳香族スルホン酸)に比べて、導電性高分子陰極層の耐熱性をさらに向上することができる。この結果、固体電解コンデンサの耐熱性をさらに向上させることができる。
(3) A capacitor in a chemical polymerization solution obtained by mixing a monomer solution to be a conductive polymer and a solution in which a compound of a sulfonated fullerene and an oxidizing metal as a dopant and oxidant is dissolved in an alcohol solvent. Since the
(4)スルホン化フラーレンと酸化作用のある金属との化合物として、低コストで製造することが可能なスルホン化フラーレンC60の第二鉄塩を採用したことで、他の構造を有するフラーレン(たとえば、フラーレンC70など)の第二鉄塩を用いる場合に比べて、耐熱性の向上した導電性高分子陰極層を低コスト化で形成することができる。 (4) As a compound of a sulfonated fullerene and an oxidizing metal, a fullerene having another structure (for example, for example, by adopting a ferric salt of sulfonated fullerene C60 that can be produced at low cost) Compared to the case of using a ferric salt of fullerene C70 or the like, a conductive polymer cathode layer with improved heat resistance can be formed at low cost.
(5)酸化重合に用いる化学重合液における溶媒として、アルコール系溶媒を用いたことで、下地基材(陽極箔2上に形成された誘電体皮膜)に対する濡れ性が増し、導電性高分子陰極層と下地基材との密着性が向上するので、導電性高分子陰極層の耐熱性をさらに向上することができる。 (5) By using an alcohol solvent as the solvent in the chemical polymerization solution used for the oxidation polymerization, the wettability with respect to the base substrate (dielectric film formed on the anode foil 2) is increased, and the conductive polymer cathode. Since the adhesion between the layer and the base substrate is improved, the heat resistance of the conductive polymer cathode layer can be further improved.
(6)導電性高分子としてポリチオフェン系材料を用いたことで、ポリピロール系材料やポリアニリン系材料に比べて、分解温度が高く、印加電圧に対する構造安定性の高い導電性高分子陰極層を形成することができる。 (6) By using a polythiophene-based material as a conductive polymer, a conductive polymer cathode layer having a higher decomposition temperature and higher structural stability against applied voltage is formed compared to a polypyrrole-based material or a polyaniline-based material. be able to.
(7)コンデンサ素子1として、誘電体皮膜が形成された陽極箔2とこれに対向する陰極箔3とをセパレータ紙4を介して巻回されたものを採用したことで、焼結体からなる陽極体を用いて形成されたコンデンサ素子や、金属板からなる陽極体を用いて形成されたコンデンサ素子に比べて、容易に製造することができる。このため、耐熱性の向上した固体電解コンデンサの低コスト化を実現することができる。
(7) The
(8)第1実施形態の製造方法によれば、上記(1)〜(7)に記載のような好適な固体電解コンデンサを製造することができる。 (8) According to the manufacturing method of 1st Embodiment, a suitable solid electrolytic capacitor as described in said (1)-(7) can be manufactured.
(第2実施形態)
次に、弁作用を有する金属粒子の焼結体からなる陽極体の表面に、誘電体皮膜(誘電体層)と、上述の導電性高分子陰極層(導電性高分子陰極層の高分子骨格に結合したフラーレン化合物と、導電性高分子陰極層に分散したフラーレン化合物とが含まれる導電性高分子陰極層)と、陰極引出層とが順次形成されたコンデンサ素子を採用した固体電解コンデンサについて説明する。
(Second Embodiment)
Next, a dielectric film (dielectric layer) and the above-mentioned conductive polymer cathode layer (polymer skeleton of the conductive polymer cathode layer) are formed on the surface of an anode body made of a sintered body of metal particles having a valve action. A solid electrolytic capacitor employing a capacitor element in which a conductive polymer cathode layer containing a fullerene compound bonded to a conductive polymer cathode and a fullerene compound dispersed in a conductive polymer cathode layer) and a cathode lead layer are sequentially formed is described. To do.
図3は本発明の第2実施形態に係る固体電解コンデンサの概略断面図である。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a solid electrolytic capacitor according to a second embodiment of the present invention.
第2実施形態の固体電解コンデンサは、図3に示すように、陽極リード線21aが導出された弁作用を有する金属粒子の焼結体からなる陽極体21と、この陽極体21の表面に形成された誘電体層22と、誘電体層22の上に形成された導電性高分子陰極層23と、この導電性高分子陰極層23の上に形成された陰極引出層(導電性カーボン層24aおよび銀ペースト層24bの積層膜)24と、を有するコンデンサ素子1aを備えている。そして、導電性高分子陰極層23には、第1実施形態と同様の導電性高分子が採用され、その内部にフラーレン化合物(たとえば、スルホン化フラーレンC60)が添加されている。そして、コンデンサ素子1aの陰極引出層24の上に導電性接着材(図示せず)を介して平板状の陰極端子27が接合され、陽極リード線21aに平板状の陽極端子26が接合されている。そして、陽極端子26および陰極端子27の一部が、図3のように外部に引き出される形で、エポキシ樹脂などからなるモールド外装体28が成形されている。
As shown in FIG. 3, the solid electrolytic capacitor according to the second embodiment is formed on an
なお、導電性高分子陰極層23は、第1実施形態と同様の方法(工程2)で形成される。すなわち、導電性高分子となる単量体(モノマー)溶液と、アルコール系溶媒にドーパント兼酸化剤としてフラーレン化合物と酸化作用のある金属との化合物(たとえば、スルホン化フラーレンC60の第ニ鉄塩)を溶解した溶液と、を混合した化学重合液を用意する。その後、この化学重合液にコンデンサ素子1aを浸漬し、酸化重合によりコンデンサ素子1aにおける誘電体層22の表面上に導電性高分子陰極層23が形成される。この時、温度を上げる熱処理により反応しやすくする。なお、導電性高分子陰極層の形成のためには、電解重合法を採用することも可能である。
The conductive
本発明の第2実施形態に係る固体電解コンデンサおよびその製造方法によれば、上記(1)〜(6)の効果に加え、以下の効果を得ることができる。 According to the solid electrolytic capacitor and the manufacturing method thereof according to the second embodiment of the present invention, the following effects can be obtained in addition to the effects (1) to (6).
(9)巻回型のコンデンサ素子を有する固体電解コンデンサ(第1実施形態)や、金属板からなる陽極体を用いて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(第3実施形態)に比べて、容易に小型・大容量化を図ることができる。特に、容量を一定とする場合には、耐熱性の向上した固体電解コンデンサを小型化することができる。 (9) Compared to a solid electrolytic capacitor having a wound capacitor element (first embodiment) and a solid electrolytic capacitor having a capacitor element formed using an anode body made of a metal plate (third embodiment). Therefore, it is possible to easily reduce the size and increase the capacity. In particular, when the capacitance is constant, the solid electrolytic capacitor with improved heat resistance can be reduced in size.
(10)第2実施形態の製造方法によれば、上記(1)〜(6)、(9)に記載のような好適な固体電解コンデンサを製造することができる。 (10) According to the manufacturing method of the second embodiment, a suitable solid electrolytic capacitor as described in (1) to (6) and (9) above can be manufactured.
(第3実施形態)
次に、弁作用を有する金属板の表面に、誘電体皮膜(誘電体層)と、上述の導電性高分子陰極層(導電性高分子陰極層の高分子骨格に結合したフラーレン化合物と、導電性高分子陰極層に分散したフラーレン化合物とが含まれる導電性高分子陰極層)と、陰極引出層とが順次形成されたコンデンサ素子を採用した固体電解コンデンサについて説明する。
(Third embodiment)
Next, on the surface of the metal plate having a valve action, a dielectric film (dielectric layer), the above-described conductive polymer cathode layer (fullerene compound bonded to the polymer skeleton of the conductive polymer cathode layer, and conductive A solid electrolytic capacitor using a capacitor element in which a conductive polymer cathode layer containing a fullerene compound dispersed in a conductive polymer cathode layer) and a cathode lead layer are sequentially formed will be described.
図4は第3実施形態に係る積層型の固体電解コンデンサの構成を示す概略断面図であり、図5は図4の積層型の固体電解コンデンサに用いるコンデンサ素子の概略断面図である。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the multilayer solid electrolytic capacitor according to the third embodiment, and FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a capacitor element used in the multilayer solid electrolytic capacitor of FIG.
第3実施形態に係る積層型の固体電解コンデンサは、図4に示すように、複数枚(本例では4枚)積層されたコンデンサ素子1bを備え、積層状態の中央部には外部リード端子
として機能するリードフレーム(陽極端子36および陰極端子37)が取り付けられている。そして、陽極端子36および陰極端子37の一部が相反する方向の外部に引き出される形で、積層されたコンデンサ素子1b、陽極端子36、及び陰極端子37はモールド外装体38により覆われている構成である。
As shown in FIG. 4, the multilayer solid electrolytic capacitor according to the third embodiment includes a capacitor element 1 b that is stacked in a plurality (four in this example), and has an external lead terminal at the center of the stacked state. A functioning lead frame (
上記コンデンサ素子1bは、図5に示すように、陽極体としての弁作用を有する金属板(金属単板)31の表面に、誘電体層32、導電性高分子陰極層33、及び陰極引出層34が順次形成されている。誘電体層32は、金属板31の酸化物からなる誘電体で構成されている。導電性高分子陰極層33には、第1実施形態と同様の導電性高分子が採用され、その内部にフラーレン化合物(たとえば、スルホン化フラーレンC60)が含まれている。陰極引出層34は、導電性カーボン層34aと銀ペースト層34bとの積層膜で構成されている。そして、誘電体層32の上に導電性高分子陰極層33および陰極引出層34が形成されている部分が陰極部42となり、導電性高分子陰極層33および陰極引出層34が形成されていない部分が陽極部41となる。そして、このような構成のコンデンサ素子1bを、図4に示すように、リードフレーム(陽極端子36および陰極端子37)上に複数(本例では上下面に各2枚)積層し、陽極部41と陽極端子36および隣接する陽極部41同士を抵抗溶接するとともに、陰極部42と陰極端子37および隣接する陰極部42同士を導電性接着剤35で接着固定して、積層型の固体電解コンデンサが形成されている。
As shown in FIG. 5, the capacitor element 1b has a
なお、導電性高分子陰極層33は、第1実施形態と同様の方法(工程2)で形成される。すなわち、導電性高分子となる単量体(モノマー)溶液と、アルコール系溶媒にドーパント兼酸化剤としてフラーレン化合物と酸化作用のある金属との化合物(たとえば、スルホン化フラーレンC60の第ニ鉄塩)を溶解した溶液とを、混合した化学重合液を用意する。その後、この化学重合液にコンデンサ素子1bを浸漬し、酸化重合によりコンデンサ素子1bにおける誘電体層32の表面上に導電性高分子陰極層33が形成される。この時、温度を上げる熱処理により反応しやすくなる。
The conductive
本発明の第3実施形態に係る固体電解コンデンサおよびその製造方法によれば、上記(1)〜(6)の効果に加え、以下の効果を得ることができる。 According to the solid electrolytic capacitor and the manufacturing method thereof according to the third embodiment of the present invention, the following effects can be obtained in addition to the effects (1) to (6).
(11)巻回型のコンデンサ素子を有する固体電解コンデンサ(第1実施形態)や、金属粒子の焼結体で構成される陽極体を用いて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(第2実施形態)に比べて、等価直列抵抗(ESR)および実効直列インダクタンス(ESL)を低減することができる。 (11) A solid electrolytic capacitor having a wound capacitor element (first embodiment) or a solid electrolytic capacitor having a capacitor element formed using an anode body made of a sintered body of metal particles (second embodiment) Compared to the embodiment, the equivalent series resistance (ESR) and the effective series inductance (ESL) can be reduced.
(12)第3実施形態の製造方法によれば、上記(1)〜(6)、(11)に記載のような好適な固体電解コンデンサを製造することができる。 (12) According to the manufacturing method of the third embodiment, a suitable solid electrolytic capacitor as described in (1) to (6) and (11) above can be manufactured.
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更などの変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうるものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications such as design changes can be added based on the knowledge of those skilled in the art. Embodiments to which such a modification is added Can also be included in the scope of the present invention.
上記第1実施形態では、封止用ゴムによる封止後に、固体電解コンデンサの上部にプラスチック製の座板を取り付けた例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、座板を設けなくてもよい。この場合にも上記効果を享受することができる。 In the first embodiment, the example in which the plastic seat plate is attached to the upper part of the solid electrolytic capacitor after sealing with the sealing rubber is shown, but the present invention is not limited to this. For example, the seat plate may not be provided. Also in this case, the above effect can be enjoyed.
上記第1実施形態では、コンデンサ素子の形状を、2本の電極端子(陽極リード線および陰極リード線)を折り曲げたチップタイプとした例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、電極端子を折り曲げずにそのまま突出させたラジアルリードタイプとしてもよい。この場合にも上記効果を享受することができる。 In the first embodiment, the capacitor element has a chip type in which two electrode terminals (anode lead wire and cathode lead wire) are bent. However, the present invention is not limited to this. For example, it may be a radial lead type in which the electrode terminal is projected as it is without being bent. Also in this case, the above effect can be enjoyed.
上記実施形態では、フラーレン化合物(導電性高分子陰極層の高分子骨格に結合したフラーレン化合物および導電性高分子陰極層に分散したフラーレン化合物)が含まれた導電性高分子陰極層を形成する際、導電性高分子となる単量体溶液と、アルコール系溶媒にドーパント兼酸化剤としてスルホン化フラーレンと酸化作用のある金属との化合物を溶解した溶液と、を混合した化学重合液を用いて形成する例を示したが、本発明はこれに限らない。たとえば、導電性高分子となる単量体溶液と、アルコール系溶媒にドーパント兼酸化剤として、スルホン化フラーレンと酸化作用のある金属との化合物と、芳香族スルホン酸と酸化作用のある金属との化合物とを溶解した溶液と、を混合した化学重合液を用いて形成してもよい。この場合にも同様の効果を享受することができる。 In the above embodiment, when forming the conductive polymer cathode layer containing the fullerene compound (fullerene compound bonded to the polymer skeleton of the conductive polymer cathode layer and fullerene compound dispersed in the conductive polymer cathode layer). , Formed by using a chemical polymerization solution in which a monomer solution to be a conductive polymer and a solution of a sulfonated fullerene and an oxidizing metal compound dissolved in an alcohol solvent as a dopant and oxidant are mixed However, the present invention is not limited to this. For example, a monomer solution that becomes a conductive polymer, a compound of a sulfonated fullerene and an oxidizing metal as a dopant and oxidizing agent in an alcohol solvent, an aromatic sulfonic acid and an oxidizing metal You may form using the chemical polymerization liquid which mixed the solution which melt | dissolved the compound. In this case, the same effect can be enjoyed.
1 コンデンサ素子、2 陽極箔、3 陰極箔、4 セパレータ紙、5 巻き止めテープ、6 リードタブ端子、7 陽極リード線、8 陰極リード線、9 ケース、10 封止用ゴム、11 座板、12 電極端子。 1 Capacitor Element, 2 Anode Foil, 3 Cathode Foil, 4 Separator Paper, 5 Winding Tape, 6 Lead Tab Terminal, 7 Anode Lead Wire, 8 Cathode Lead Wire, 9 Case, 10 Sealing Rubber, 11 Seat Plate, 12 Electrode Terminal.
Claims (5)
前記導電性高分子陰極層には、前記導電性高分子陰極層の高分子骨格に結合したフラーレン化合物と、前記導電性高分子陰極層に分散したフラーレン化合物とが含まれることを特徴とした固体電解コンデンサ。 In the solid electrolytic capacitor in which the dielectric layer and the conductive polymer cathode layer are sequentially formed on the surface of the anode body,
The conductive polymer cathode layer includes a fullerene compound bonded to a polymer skeleton of the conductive polymer cathode layer and a fullerene compound dispersed in the conductive polymer cathode layer. Electrolytic capacitor.
前記導電性高分子陰極層を酸化重合で形成する際のドーパント兼酸化剤として、フラーレン化合物と酸化作用のある金属との化合物を溶媒に溶解して用いることにより、前記導電性高分子陰極層に、前記導電性高分子陰極層の高分子骨格に結合した前記フラーレン化合物と、前記導電性高分子陰極層に分散した前記フラーレン化合物とを含有させることを特徴とした固体電解コンデンサの製造方法。 In a method for producing a solid electrolytic capacitor in which a dielectric layer and a conductive polymer cathode layer are sequentially formed on the surface of an anode body,
As a dopant and oxidant when forming the conductive polymer cathode layer by oxidative polymerization, a compound of a fullerene compound and an oxidizing metal is dissolved in a solvent to be used in the conductive polymer cathode layer. A method for producing a solid electrolytic capacitor comprising: containing the fullerene compound bonded to a polymer skeleton of the conductive polymer cathode layer; and the fullerene compound dispersed in the conductive polymer cathode layer.
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