JP2010003772A

JP2010003772A - 固体電解コンデンサ

Info

Publication number: JP2010003772A
Application number: JP2008159831A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Takada; 大輔高田
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2010-01-07

Abstract

【課題】漏れ電流不良率の小さい固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】本発明の固体電解コンデンサは、陽極リード２が導出された弁作用金属の多孔質体からなる柱状の陽極体に、順次、誘電体層４、可溶性導電性高分子溶液からなる固体電解質層５、陰極層が形成された固体電解コンデンサ素子を有する固体電解コンデンサにおいて、前記陰極層が銀ペースト層６で形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体電解コンデンサに関し、特に固体電解質として導電性高分子を用いた固体電解コンデンサに関する。

近年、導電性高分子を固体電解質とする固体電解コンデンサが開発され、二酸化マンガンを電解質とする固体電解コンデンサに比べ等価直列抵抗（以下ＥＳＲ）を低くでき、且つ高周波特性が改善され、高周波機器のノイズ吸収用として様々な電子機器に用いられてきている。

導電性高分子層を形成するにはモノマーと酸化剤を多孔質体の誘電体層上で反応させる化学酸化重合工法、或いは導電性高分子層をより厚く形成する電解重合工法が多く用いられている。また、多孔質体の誘電体層上での重合は行なわずに、可溶性導電性高分子溶液に多孔質体を浸漬あるいは塗布した後、乾燥して導電性高分子層を形成する工法が特許文献１、特許文献２に記載されている。

最近では小型、高容量化の要求により多孔質体の空隙部も細孔化する傾向にあり、可溶性高分子の溶液が空隙部に入り難くなってきている。多孔質体の誘電体層上に化学重合により導電性高分子層を形成した後、可溶性導電性高分子溶液に浸漬または塗布した後、乾燥して表面に導電性高分子層を形成する工法が特許文献３に記載されている。

図３は従来の固体電解コンデンサ素子の多孔質体の内部構造を示す模式断面図である。例えば特許文献３で提案されているような従来の固体電解コンデンサは、図３に示すように、多孔質体からなる陽極体３に陽極酸化法による酸化皮膜層からなる誘電体層４を形成した後、化学酸化重合により、および可溶性導電性高分子溶液に浸漬または塗布後、乾燥するなどして、誘電体層４上に導電性高分子層からなる固体電解質層５を形成する。その後、グラファイト層１１、銀ペースト層６からなる陰極層を形成し、陽極端子、陰極端子の接続、樹脂による外装により固体電解コンデンサとしていた。

しかしながら、従来の固体電解コンデンサでは、化学酸化重合による導電性高分子からなる固体電解質層あるいは、電解重合による導電性高分子からなる固体電解質層あるいは、可溶性導電性高分子溶液による導電性高分子からなる固体電解質層を完全にクラック、ホールなどの電解質層の欠陥が無い状態にすることは極めて困難である。このため、次工程で固体電解質層上にグラファイト層を形成する溶液に存在する遊離したカーボン粒子１２が固体電解質層の欠陥１０を通って誘電体層４に接触し漏れ電流が増加に至る問題があった。

特表２００２−５２４８６８号公報特開２００６−１８５９７３号公報特開２００５−１０９２５２号公報

本発明の課題は、ＥＳＲを増加させることなく、漏れ電流の不良率を低減出来る固体電解コンデンサを提供することにある。

本発明によれば、陽極リードが導出された弁作用金属の多孔質体からなる陽極体に順次誘電体層、導電性高分子からなる固体電解質層、および陰極層を形成した固体電解コンデンサにおいて、前記陰極層が銀ペースト層のみで形成されていることを特徴とする固体電解コンデンサを得ることが出来る。

また、本発明によれば、前記固体電解質層が、化学重合による導電性高分子層上に、可溶性導電性高分子溶液の付着、乾燥による導電性高分子層を形成したものであることが好ましい。又。前記銀ペースト層は、ポリエステル系熱可塑性樹脂、又はエポキシ系熱硬化性樹脂であることが好ましい。

本発明では、粒径が数ｎｍと分級が出来ない極めて小さい遊離したカーボン粒子を使用しないことで、カーボン粒子と誘電体層との接触を皆無にできる。また、陰極層として使用する銀ペースト層内に存在する銀粉末の粒径は制御、分級が可能であり、出来上がった電解質層により粒径の選択を行うことで誘電体層と銀ペースト層内に存在する銀粉末の接触は回避できる。

本発明によれば、陰極層が銀ペースト層のみから形成され、グラファイト層を必要としないため、カーボン粒子と誘電体層との接触が無くなり、漏れ電流に対して信頼性の高い固体電解コンデンサを得ることが出来る。

本発明の実施の形態についてタンタル固体電解コンデンサを例に図面を参照して説明する。図１は、本発明の固体電解コンデンサの断面図、図２は、本発明の製造フローを示す図である。

プレス成形性を向上させるためにタンタル粉末にバインダ−を添加して混合する。その後、前記タンタル混合粉末の中に陽極リード２を挿入し円柱状または直方体状にプレス成形する。ついで、そのプレス成形品を高真空中で、１０００℃以上で焼結し、タンタル多孔質体、すなわち陽極体３を形成する（Ｓ１）。

前記タンタル多孔質体を陽極として対向電極とともにリン酸などの電解液中に浸漬し、電圧を印加することによってタンタル多孔質体表面に誘電体層４となる酸化皮膜を形成する（Ｓ２）。

前記誘電体層４上に固体電解質層５を形成する。固体電解質層５は、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンを主成分とした可溶性導電性高分子溶液を塗布した後、乾燥することにより形成される。さらに別の方法としては、前記誘電体４上にモノマーであるアニリン、ピロール、チオフェンを化学酸化重合反応により導電性高分子層を形成し、固体電解質層５とする。その上に前記可溶性導電性高分子溶液を塗布して、前記固体電解質層を２層に重ねることとなる。本方法では、前記陽極体３の多孔質体内に前記化学酸化重合による固体電解質層５が形成されやすいことからＥＳＲが良くなることが判明している（Ｓ３）。

その後、陰極層形成として、前記固体電解質層５の上に陰極層として銀ペースト層６を形成する（Ｓ４）。

前記銀ペーストとしては、導体が銀粉末、樹脂がアクリル樹脂、フェノキシ樹脂、ウレタン樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂、フロロエラストマー、及び、セルロース樹脂が用いられ、ポリエステル系熱可塑性樹脂、又は、エポキシ系熱硬化性樹脂がよりＥＳＲに対して効果がある。

しかる後、陰極部は、リードフレーム８に導電性接着剤７によって接合し、陽極部は、陽極リード２にリードフレーム８をスポット溶接にて接合する（Ｓ５）。最後に全体を外装樹脂９でモールド外装し（Ｓ６）、図１に示すような構成の固体電解コンデンサ１を完成させる（Ｓ７）。

従来は、グラファイトを使用しなければＥＳＲを低く抑えることが出来なかった。これは、固体電解質表面の凹凸が大きく陰極層との接触抵抗が大きいため、グラファイトのような抵抗の低いカーボン粒子を有した材料を用いることが必要であったためである。しかしながら、本発明では固体電解質の最外部には可溶性高分子溶液による固体電解質層を形成しており、固体電解質表面が従来と比較して凹凸が少なく、滑らかに形成される特徴がある。従って、グラファイトによるＥＳＲ低減効果が少なくなり陰極層を銀ペースト層のみで形成してもＥＳＲに悪影響を及ぼすことなく、固体電解コンデンサを製作することが出来る。

以下、実施例について図１を参照しながら説明する。

（実施例１）
タンタル粉末（約５０，０００ＣＶ/ｇ）を用いて、嵩密度６．５に調整した３．７６×１．０５×４．６４立方ミリメートルの直方体にタンタルワイヤー（直径０．４４ｍｍ）が埋め込まれたプレス体を、約１５００℃で焼結し、タンタル焼結体、すなわち陽極体３を作製した。

タンタル焼結体を０．０５ｗｔ％、６０℃のリン酸水溶液に浸漬し、２０Ｖで陽極酸化を行ない誘電体層４を形成する。

ポリチオフェン及びポリスチレンスルホン酸を重量比が３％となるように水溶液を作製して可溶性導電性高分子溶液とし、前記陽極体３を前記可溶性高分子溶液に浸漬する。１５０℃、３０分乾燥することにより、前記誘電体層４の上に固体電解質層５が形成される。

次に、陰極層として導体が平均粒径０．２〜１．０μｍの銀粉末、溶媒がシクロヘキサン、樹脂がポリエステル系熱可塑性樹脂である銀ペーストを用いて銀ペースト層６を形成する。

次に、陽極部は、陽極リード２にリードフレーム８をスポット溶接にて接合し、陰極部は、リードフレーム８に導電性接着剤７によって接合する。最後に全体を外装樹脂９でモールド外装し、図１に示すような構成の固体電解コンデンサ１を完成させる。

（実施例２）
固体電解質層５を形成する際にチオフェンを鉄塩系酸化剤を用いて化学酸化重合により形成した後、さらにその上に可溶性導電性高分子溶液に浸漬した後、乾燥して固体電解質層５を形成した２層構造にした以外は、前述した実施例１と同一である。

（実施例３）
陰極層として導体が平均粒径０．２〜１．０μｍの銀粉末、樹脂がエポキシ系熱硬化性樹脂である銀ペーストを用いて銀ペースト層６を形成すること以外は、実施例１と同一とする。

（実施例４）
陰極層として導体が平均粒径０．２〜１．０μｍの銀粉末、樹脂がエラストマー系熱可塑性樹脂である銀ペーストを用いて銀ペースト層６を形成すること以外は、実施例１と同一とする

（実施例５）
固体電解質層５を形成する際にチオフェンを鉄塩系酸化剤を用いて化学酸化重合により形成した後、さらにその上に可溶性導電性高分子溶液に浸漬した後、乾燥して固体電解質層５を形成すること、及び、陰極層として導体が平均粒径０．２〜１．０μｍの銀粉末、樹脂がエポキシ系熱硬化性樹脂の銀ペーストを用いて銀ペースト層６を形成すること以外は、実施例１と同一とする。

（比較例１）
陰極層に導体がカーボンブラックとグラファイトの混合粉末で形成されており、樹脂がポリエステル系熱可塑性樹脂を用いたグラファイト層１１を形成した後、導体が平均粒径０．２〜１．０μｍの銀粉末、樹脂がエポキシ系熱硬化性樹脂である銀ペーストを用いて陰極層６を形成すること以外は、実施例１と同一とする。

（比較例２）
チオフェンを鉄塩系酸化剤を用いて化学酸化重合により誘電体皮膜上に形成した後、その上に陰極層として導体がカーボンブラックとグラファイトの混合粉末、樹脂がポリエステル系熱可塑性樹脂を用いたグラファイト層１１を形成した後、導体が平均粒径０．２〜１．０μｍの銀粉末、樹脂がエポキシ系熱硬化性樹脂である銀ペーストを用いて銀ペースト層６を形成すること以外は、実施例１と同一とする。

実施例１〜５、及び、比較例１〜２の条件でそれぞれ１００個の固体電解コンデンサを製作し、製造工程中の漏れ電流不良率、及び、１００ｋＨｚでのＥＳＲを測定した平均値をそれぞれ結果を表１に示す。

実施例で製作された固体電解コンデンサは、比較例で製作された固体電解コンデンサと比較して、漏れ電流不良率が少なく、実施例２は比較例２と同等のＥＳＲを示す。したがって、導電性高分子層を電解質とする固体電解コンデンサの特徴である低いＥＳＲ特性を維持し、漏れ電流に対して信頼性の高い固体電解コンデンサを得ることが出来た。

本発明は、アルミコンデンサ、ニオブコンデンサにおいても利用の可能性がある。

本発明の固体電解コンデンサの断面図。本発明の製造フローを示す図。従来の固体電解コンデンサ素子の多孔質体の内部構造を示す模式断面図。

符号の説明

１固体電解コンデンサ
２陽極リード
３陽極体
４誘電体層
５固体電解質層
６銀ペースト層
７導電性接着剤
８リードフレーム
９外装樹脂
１０固体電解質の欠陥
１１グラファイト層
１２カーボン粒子

Claims

陽極リードが導出された弁作用金属の多孔質体からなる陽極体に順次誘電体層、導電性高分子からなる固体電解質層、および陰極層を形成した固体電解コンデンサにおいて、前記陰極層が銀ペースト層のみで形成されていることを特徴とする固体電解コンデンサ。
前記固体電解質層が、化学重合による導電性高分子層上に、可溶性導電性高分子溶液の付着、乾燥による導電性高分子層を形成したもの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。
前記銀ペースト層はポリエステル系熱可塑性樹脂、又はエポキシ系熱硬化性樹脂を含む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。