JP2010171256A

JP2010171256A - 固体電解コンデンサ

Info

Publication number: JP2010171256A
Application number: JP2009013171A
Authority: JP
Inventors: Kozo Ishihara; 宏三石原
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2029-01-23
Also published as: JP5294900B2

Abstract

【課題】小型化を達成するとともに、ＥＳＲやＥＳＬの低減をも達成することが可能な固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】固体電解コンデンサ１は、焼結体からなる陽極体１１と、陽極体１１上に形成された誘電体被膜１２と、誘電体被膜１２上に形成された陰極部である固体電解質陰極層１３および陰極引出層１４と、陽極体１１の内部から外部へと突出する陽極リード１５とを備えている。陽極体１１は、ベース部１１Ａと、焼結体を構成する粒子の平均粒径がベース部１１Ａよりも大きい粗粒部１１Ｂとを含んでいる。そして、ベース部１１Ａの体積は、粗粒部１１Ｂの体積よりも大きい。
【選択図】図３

Description

本発明は固体電解コンデンサに関し、より特定的には、ＥＳＲ（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ
ＳｅｒｉｅｓＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ；等価直列抵抗）およびＥＳＬ（ＥｑｕｉｖａｌｅｎｔＳｅｒｉｅｓＩｎｄｕｃｔａｎｃｅ；等価直列インダクタンス）を低減することが可能な固体電解コンデンサに関するものである。

近年、電子機器の小型化および高周波化が進行している。これに伴い、電子機器においてノイズフィルタなどとして使用される固体電解コンデンサにも小型化および高周波化への対応が求められている。固体電解コンデンサに関しては、その構成、製造方法など多くの項目について検討が実施され、種々の提案がなされている。たとえば、不良品の発生率を低減することが可能な固体電解コンデンサとして、コンデンサ素子を構成する陽極体のうち陽極ワイヤが突出する部分を弁作用金属粉末とセラミック粉末との混合粉末による焼結部にしたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００２−２３１５８４号公報

固体電解コンデンサにおいて小型化を実現するためには、単位体積あたりの容量を向上させることが有効である。一方、固体電解コンデンサにおいて高周波化への対応を達成するためには、ＥＳＲやＥＳＬの低減が有効である。しかし、陰極層を形成するための液体が陽極体の内側にまで十分浸透しないため、陽極体を構成する焼結体粒子のうち陽極体内側にある内側焼結体粒子の表層部に陰極層が形成されない。したがって、陽極リードから陽極体に供給された電流等（ノイズを含む）が内側焼結体粒子を通らず、陽極体を構成する陽極体粒子のうち陽極体外周側にある外周側焼結体粒子とその表層部にある陰極層のみを通るため、ＥＳＲおよびＥＳＬが悪化するという問題が発生していた。すなわち、上記特許文献１に開示の固体電解コンデンサを含めて、従来の固体電解コンデンサでは、小型化と、ＥＳＲやＥＳＬの低減とを両立することは難しいという問題があった。

そこで、本発明の目的は、小型化を達成するとともに、ＥＳＲやＥＳＬの低減をも達成することが可能な固体電解コンデンサを提供することである。

本発明に従った固体電解コンデンサは、焼結体からなる陽極体と、陽極体上に形成された誘電体被膜と、誘電体被膜上に形成された陰極部と、陽極体の内部から外部へと突出する陽極リードとを備えている。陽極体は、ベース部と、焼結体を構成する粒子の平均粒径がベース部よりも大きい粗粒部とを含んでいる。そして、ベース部の体積は、粗粒部の体積よりも大きい。

本発明の固体電解コンデンサの粗粒部においては、焼結体を構成する粒子の平均粒径が大きいことにより、陰極層を形成するための液体が焼結体である陽極体の内部にまで浸透しやすくなっている。そのため、陽極リードと陰極端子との間において、当該粗粒部が電流のパスとして機能する。したがって、たとえば陽極リードから陽極体に供給された上記電流等が外周側焼結体粒子とその表層部にある陰極層のみを通って大きく迂回することは
なくなり、上記粗粒部を通って陰極端子へと流れる。その結果、固体電解コンデンサのＥＳＲやＥＳＬが低減され、陽極体に供給された電荷等を短時間で排出することが可能となるため、高周波化に対応することができる。一方、ベース部においては、焼結体を構成する粒子の平均粒径が小さいことにより表面積が大きくなり、これに対応して容量が大きくなる。そして、ベース部の体積が粗粒部の体積よりも大きいことにより、本発明の固体電解コンデンサの単位体積あたりの容量が大きくなり、小型化を達成することが可能となる。以上のように、本発明の固体電解コンデンサによれば、小型化を達成するとともに、ＥＳＲやＥＳＬの低減をも達成することが可能な固体電解コンデンサを提供することができる。

なお、上記陰極部には、誘電体被膜上に形成された陰極層が含まれ、好ましくは陰極層上に形成された陰極引出層を含んでいる。

上記固体電解コンデンサにおいて好ましくは、陽極体は、ベース部と粗粒部との間に、焼結体を構成する粒子の平均粒径がベース部よりも大きく、粗粒部よりも小さい中間部をさらに含んでいる。これにより、焼結体である陽極体において、ベース部と粗粒部との間における粒子径の変化が緩やかになり、良好な焼結状態を確保することができる。

上記固体電解コンデンサにおいて好ましくは、誘電体被膜および陰極部を挟んでベース部および粗粒部の両方に対向するように配置された陰極端子をさらに備えている。これにより、陰極端子が、厚みの小さい誘電体被膜および陰極部を挟んでベース部および粗粒部の両方と接続される。その結果、電流等のうち高周波成分は粗粒部を流れ、低・中周波成分は粗粒部およびベース部を流れるので、電流のパスが短いこととなり、ＥＳＲやＥＳＬを一層確実に低減することができる。

上記固体電解コンデンサにおいて好ましくは、陽極リードと粗粒部とは接触している。これにより、陽極リードから陽極体に供給される電流等（ノイズを含む）を、粗粒部を介して短時間で外部へと流すことが可能となる。

以上の説明から明らかなように、本発明の固体電解コンデンサによれば、小型化を達成するとともに、ＥＳＲやＥＳＬの低減をも達成することが可能な固体電解コンデンサを提供することができる。

固体電解コンデンサの概略斜視図である。図１の固体電解コンデンサの上面と下面とを反転させた状態を示す概略斜視図である。図１の線分Ａ−Ａ’に沿う概略断面図である。固体電解コンデンサの製造方法を示すフローチャートである。固体電解コンデンサの製造方法を説明するための概略断面図である。固体電解コンデンサの製造方法を説明するための概略断面図である。固体電解コンデンサの製造方法を説明するための概略断面図である。固体電解コンデンサの製造方法を説明するための概略断面図である。実施の形態２における固体電解コンデンサの構成を示す概略断面図である。実施の形態３における固体電解コンデンサの構成を示す概略断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一
または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
まず、本発明の一実施の形態である実施の形態１について説明する。図１〜図３を参照して、実施の形態１における固体電解コンデンサ１は、弁作用金属（タンタル、ニオブ、チタン、アルミニウムなど）の焼結体からなる陽極体１１と、陽極体１１の表面上に形成された誘電体被膜１２と、誘電体被膜１２上に形成された固体電解質陰極層１３と、固体電解質陰極層１３上に形成された陰極引出層１４と、陽極体１１の内部から外部へと突出する棒状（または板状等）の形状を有し、金属からなる陽極リード１５とを備えている。この陽極体１１、誘電体被膜１２、固体電解質陰極層１３、陰極引出層１４および陽極リード１５は、コンデンサ素子１０を構成する。また、固体電解質陰極層１３および陰極引出層１４は、陰極部を構成する。

ここで、誘電体被膜１２は、たとえば上記弁作用金属を酸化させることにより形成された酸化被膜である。また、固体電解質陰極層１３を構成する材料としては、たとえば導電性高分子、ＴＣＮＱ（ＴｅｔｒａＣｙａｎｏＱｕｉｎｏＤｉｍｅｔｈａｎｅ）錯塩などの導電性有機材料、二酸化マンガンなどの導電性無機材料などを採用することができる。さらに、陰極引出層１４は、たとえば固体電解質陰極層１３上に形成された導電性カーボン層１４Ａと、導電性カーボン層１４Ａ上に形成された銀ペースト層１４Ｂとを含むものとすることができる。

また、固体電解コンデンサ１は、陽極リード１５に接続された陽極端子６と、陰極引出層１４に接続された陰極端子７とを備えている。この陽極端子６および陰極端子７は、たとえば銅または銅合金などの金属からなっている。そして、固体電解コンデンサ１は、外装樹脂８をさらに備え、当該外装樹脂８によりコンデンサ素子１０が被覆されるとともに、陽極端子６の陽極端子面６Ａおよび陰極端子７の陰極端子面７Ａが外装樹脂８から露出している。外装樹脂８の素材としては、たとえばエポキシ樹脂を採用することができる。

さらに、図３を参照して、陽極体１１は、ベース部１１Ａと、焼結体を構成する粒子の平均粒径がベース部１１Ａよりも大きい粗粒部１１Ｂとを含んでいる。より具体的には、粗粒部１１Ｂを挟むように一対のベース部１１Ａが配置されている。そして、一対のベース部１１Ａの体積の合計は、粗粒部１１Ｂの体積よりも大きくなっている。

本実施の形態における固体電解コンデンサ１の陽極体１１に含まれる粗粒部１１Ｂにおいては、焼結体を構成する粒子の平均粒径が大きいことにより、陰極層を形成するための液体が陽極体の内部にまで浸透しやすくなっており、陽極リード１５と陰極端子７との間において、粗粒部１１Ｂが電流のパスとして機能する。そのため、陽極リード１５から陽極体１１に供給された電荷等が陽極体１１の表層部を通って大きく迂回することなく、粗粒部１１Ｂを通って陰極端子７へと排出される。その結果、固体電解コンデンサ１のＥＳＲやＥＳＬが低減されている。さらに、ベース部１１Ａにおいては、焼結体を構成する粒子の平均粒径が小さいことにより表面積が大きくなり、単位体積あたりの容量が大きくなっている。そして、一対のベース部１１Ａの体積の合計が粗粒部１１Ｂの体積よりも大きいことにより、固体電解コンデンサ１の単位体積あたりの容量は大きくなっており、小型化を達成することが可能となっている。以上のように、本実施の形態における固体電解コンデンサ１は、小型化を達成するとともに、ＥＳＲやＥＳＬの低減をも達成することが可能な固体電解コンデンサとなっている。

さらに、本実施の形態における固体電解コンデンサ１においては、陰極端子７は、誘電体被膜１２、固体電解質陰極層１３および陰極引出層１４を挟んでベース部１１Ａおよび粗粒部１１Ｂの両方に対向するように配置されている。これにより、陰極端子７が、厚み
の小さい誘電体被膜１２、固体電解質陰極層１３および陰極引出層１４を挟んでベース部１１Ａおよび粗粒部１１Ｂの両方と接続される。その結果、電流等のうち高周波成分は粗粒部を流れ、低・中周波成分は粗粒部およびベース部を流れるので、電流のパスが短いこととなり、ＥＳＲやＥＳＬが一層確実に低減されている。

また、本実施の形態における固体電解コンデンサ１においては、陽極リード１５と粗粒部１１Ｂとは接触している。より具体的には、陽極リード１５の一方の端部は、粗粒部１１Ｂに達する深さにまで、陽極体１１の内部に侵入している。これにより、陽極リード１５から陽極体１１に供給される電流等を、粗粒部１１Ｂを介して短時間で外部へと流すことが可能となっている。

次に、実施の形態１における固体電解コンデンサ１の製造方法について説明する。図４を参照して、実施の形態１における固体電解コンデンサ１の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として第１層積層工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図５を参照して、まず型５１の内部に原料粉末である細粒粉末３１が供給された後、プレス部材５２により細粒粉末３１がプレスされて成形される。ここで、プレス部材５２には貫通穴５２Ａが形成されており、この貫通穴５２Ａには、後工程において原料粉末内にその一方の端部が挿入される陽極リード１５が挿入されている。ここで、プレス部材５２において細粒粉末３１に対向する面と、陽極リード１５において細粒粉末３１に対向する端面とは、同一平面を構成している。これにより、プレス部材５２および陽極リード１５の上記面によって、細粒粉末３１をプレスすることができる。

次に、図４を参照して、工程（Ｓ２０）である第２層積層工程、工程（Ｓ３０）である第３層積層工程および工程（Ｓ４０）である陽極リード埋め込み工程が順次実施される。ここで、工程（Ｓ２０）においては、図５および図６を参照して、工程（Ｓ１０）においてプレスされた細粒粉末３１上に、細粒粉末３１よりも平均粒径の大きい原料粉末である粗粒粉末３２が供給された後、工程（Ｓ１０）と同様にプレスされる。さらに、工程（Ｓ３０）においては、工程（Ｓ２０）においてプレスされた粗粒粉末３２上に、粗粒粉末３２よりも平均粒径の小さい原料粉末である細粒粉末３３が供給された後、プレスされる。そして、工程（Ｓ４０）においては、陽極リード１５の一方の端部が、プレスされた原料粉末に埋め込まれる。ここで、工程（Ｓ３０）と（Ｓ４０）とは、独立した工程としてそれぞれ実施することも可能であるが、以下のように同時に実施することもできる。

すなわち、まず、工程（Ｓ２０）においてプレスされた粗粒粉末３２上に、細粒粉末３３が供給される。その後、図６に示すように、プレス部材５２を陽極リード１５が貫通する状態にプレス部材５２と陽極リード１５との位置関係が変更された上で、図７に示すように、プレス部材５２によって細粒粉末３３がプレスされる。このとき、陽極リード１５のうち、プレス部材５２から見て原料粉末側に位置する領域は、原料粉末に埋め込まれる。その結果、陽極リード１５の一方の端部は粗粒粉末３２から構成される層にまで到達する。

次に、図４を参照して、工程（Ｓ５０）として焼結工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、工程（Ｓ１０）〜（Ｓ３０）において成形された原料粉末（細粒粉末３１、粗粒粉末３２および細粒粉末３３）が加熱されて焼結されることにより、図８に示すような陽極体１１が作製される。このとき、上記細粒粉末３１、粗粒粉末３２および細粒粉末３３は、それぞれベース部１１Ａ、粗粒部１１Ｂおよびベース部１１Ａとなる。

さらに、工程（Ｓ６０）として誘電体被膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、図８を参照して、工程（Ｓ１０）〜（Ｓ５０）において作製された陽極体１１が酸化されることにより、酸化層としての誘電体被膜１２が陽極体１１の表面に形成される。

次に、工程（Ｓ７０）および（Ｓ８０）として、化学重合液浸漬工程および電解重合工程が順次実施される。具体的には、工程（Ｓ７０）においては、導電性高分子のモノマーと酸化剤と溶媒とを含む化学重合液を準備し、工程（Ｓ６０）において誘電体被膜が形成された陽極体１１を当該化学重合液に浸漬する。このとき、図８を参照して、化学重合液は、点線矢印に沿って陽極体１１の粗粒部１１Ｂに容易に侵入するとともに、実線矢印で示すようにベース部１１Ａの外表面だけでなく、ベース部１１Ａと粗粒部１１Ｂとの界面からもベース部１１Ａの内部へと浸透する。そのため、化学重合液は、粗粒部１１Ｂに十分浸透するとともに、ベース部１１Ａへも浸透し易くなっている。この工程（Ｓ７０）により、誘電体被膜１２の表面上に導電性高分子層が形成される。

さらに、工程（Ｓ８０）においては、工程（Ｓ７０）が完了した陽極体１１を電解重合液に浸漬した上で電解重合を実施することにより、上記導電性高分子層上にさらに導電性高分子を生成させる。このとき、工程（Ｓ７０）における化学重合液と同様に、電解重合液は粗粒部１１Ｂに十分浸透するとともに、ベース部１１Ａへも浸透し易くなっている。その結果、陽極体１１の内部においても容易に導電性高分子層が形成され、最終的に得られる固体電解コンデンサの単位体積あたりの容量が向上し、同一容量であれば、より小型化することが可能となる。さらに、化学重合液および電解重合液が十分に浸透した粗粒部１１Ｂは、より確実に内部にまで導電性高分子層が形成される。その結果、粗粒部１１Ｂが電流のパスとして機能するため、ＥＳＲやＥＳＬが低減される。

その後、図４を参照して、工程（Ｓ９０）として陰極引出層形成工程が実施される。この工程（Ｓ９０）では、図３を参照して、工程（Ｓ７０）および（Ｓ８０）において形成された固体電解質陰極層１３上に、たとえば導電性カーボン層１４Ａおよび銀ペースト層１４Ｂが順次形成されることにより、陰極引出層１４が作製される。

さらに、図４を参照して、工程（Ｓ１００）として端子接続工程が実施される。この工程（Ｓ１００）では、図１〜図３を参照して、銅または銅合金からなる陽極端子６が陽極リード１５に接続されるとともに、銅または銅合金からなる陰極端子７が陰極引出層１４に接続される。

さらに、図４を参照して、工程（Ｓ１１０）として被覆工程が実施される。この工程（Ｓ１１０）では、図１〜図３を参照して、コンデンサ素子１０が外装樹脂８により被覆される。このとき、陽極端子６の陽極端子面６Ａおよび陰極端子７の陰極端子面７Ａは外装樹脂８から露出する。以上の工程により、実施の形態１における固体電解コンデンサ１を製造することができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。図９および図３を参照して、実施の形態２における固体電解コンデンサ１は、実施の形態１における固体電解コンデンサ１と基本的には同様の構成を有するとともに、同様の効果を奏する。しかし、図９を参照して、実施の形態２における固体電解コンデンサ１においては、陽極体１１は、ベース部１１Ａと粗粒部１１Ｂとの間に、焼結体を構成する粒子の平均粒径がベース部１１Ａよりも大きく、粗粒部１１Ｂよりも小さい中間部１１Ｃをさらに含んでいる点で、実施の形態１の場合とは異なっている。これにより、焼結体である陽極体１１において、ベース部１１Ａと粗粒部１１Ｂとの間における粒子径の変化が緩やかになり、良好な焼結状態を確保することができる。なお、実施の形態２における固体電解コンデンサ１は、実施の形態１の固体電解コンデンサ１と同様に製造することができる。

（実施の形態３）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態３について説明する。図１０および図９を参照して、実施の形態３における固体電解コンデンサ１は、実施の形態２における固体電解コンデンサ１と基本的には同様の構成を有するとともに、同様の効果を奏する。しかし、図１０を参照して、実施の形態３における固体電解コンデンサ１では、陽極体１１がベース部１１Ａと粗粒部１１Ｂとをそれぞれ１つずつ有し、当該ベース部１１Ａと粗粒部１１Ｂとの間に中間部１１Ｃが配置されている点において、実施の形態２の場合とは異なっている。このような構成を採用することにより、陽極体１１に占める中間部１１Ｃの割合を低下させるとともにベース部の割合を増加させ、単位体積あたりの容量を増加させることができる。なお、実施の形態３における固体電解コンデンサ１も、実施の形態１の固体電解コンデンサ１と同様に製造することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の固体電解コンデンサは、ＥＳＲやＥＳＬの低減が求められる固体電解コンデンサに、特に有利に適用され得る。

１固体電解コンデンサ、６陽極端子、６Ａ陽極端子面、７陰極端子、７Ａ陰極端子面、８外装樹脂、１０コンデンサ素子、１１陽極体、１１Ａベース部、１１Ｂ粗粒部、１１Ｃ中間部、１２誘電体被膜、１３固体電解質陰極層、１４陰極引出層、１４Ａ導電性カーボン層、１４Ｂ銀ペースト層、１５陽極リード、３１，３３細粒粉末、３２粗粒粉末、５１型、５２プレス部材、５２Ａ貫通穴。

Claims

焼結体からなる陽極体と、
前記陽極体上に形成された誘電体被膜と、
前記誘電体被膜上に形成された陰極部と、
前記陽極体の内部から外部へと突出する陽極リードとを備え、
前記陽極体は、
ベース部と、
前記焼結体を構成する粒子の平均粒径が前記ベース部よりも大きい粗粒部とを含んでおり、
前記ベース部の体積は、前記粗粒部の体積よりも大きい、固体電解コンデンサ。
前記陽極体は、前記ベース部と前記粗粒部との間に、前記焼結体を構成する粒子の平均粒径が前記ベース部よりも大きく、前記粗粒部よりも小さい中間部をさらに含んでいる、請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
前記誘電体被膜および前記陰極部を挟んで前記ベース部および前記粗粒部の両方に対向するように配置された陰極端子をさらに備えた、請求項１または２に記載の固体電解コンデンサ。
前記陽極リードと前記粗粒部とは接触している、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。