JP2011044730A

JP2011044730A - 固体電解コンデンサ

Info

Publication number: JP2011044730A
Application number: JP2010242305A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Iida; 貴久飯田; Mutsumi Yano; 睦矢野; Kazuhiro Takatani; 和宏高谷; Hiroshi Nonogami; 寛野々上
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2011-03-03

Abstract

【課題】等価直列抵抗が小さい固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】この固体電解コンデンサでは、陽極リード１ａ上に陽極リード１ａの一部を覆うように、多孔質焼結体からなる略板状の陽極１及び誘電体層２が順次形成されている。誘電体層２上には、誘電体層２の周囲を覆うように、ポリエチレングリコールからなる中間層３が形成されている。中間層３上には、中間層２の周囲を覆うように、ポリピロールからなる電解質層４が形成されている。電解質層４上には、電解質層４の周囲を覆うように、グラファイト粒子を主成分とする第１導電層５ａと、銀粒子を主成分とする第２導電層５ｂとから構成されている陰極５が形成されている。また、導電性接着剤層６を介して陰極５と陰極端子７とが接続され、陽極リード１ａと陽極端子８は接続されている。陰極端子７および陽極端子８の端部が外部に引き出されるように、モールド外装樹脂９が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、弁作用金属又は弁作用金属を主成分とする合金を用いた陽極と、上記の陽極が陽極酸化されて形成される誘電体層とを有する固体電解コンデンサに係り、特に、等価直列抵抗（以下、ＥＳＲと呼ぶ）の小さい固体電解コンデンサに関するものである。

従来より、固体電解コンデンサは様々な電子機器に広く利用されており、特に近年においては、パーソナルコンピュータ等の電子機器の信号処理回路の高速化に伴い、この信号処理回路に対して瞬時に電流を供給する必要があるため、高周波領域におけるＥＳＲの値が小さい固定電解コンデンサが望まれている。しかしながら、固体電解質と誘電体層の間の接触抵抗が大きいため、ＥＳＲが大きくなるという問題がある。

この接触抵抗を低減させるために、固体電解質と誘電体層の間に有機シランからなる中間層を設けた固体電解コンデンサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、このような構造であっても、接触抵抗の十分な低減には至らず、固体電解コンデンサのＥＳＲを低減させるには、限界があった。
特開平５−２３４８２６号公報

本発明は、固体電解コンデンサのＥＳＲを低減すること及びＥＳＲの低減を可能とした固体電解コンデンサの製造方法を提供することを目的とするものである。

上記のような課題を解決するため、本発明に係る固体電解コンデンサは、弁作用金属又は弁作用金属を主成分とする合金からなる陽極と、前記の陽極が陽極酸化されて形成される誘電体層と、前記誘電体層の上に形成された導電性高分子を含む電解質層と、前記の電解質層の上に形成された陰極とを備えた固体電解コンデンサにおいて、前記誘電体層と前記電解質層の間に、ポリエチレングリコールを含む中間層を備えたことを特徴とする。

前記弁作用金属としては、例えば、タンタル、ニオブ、チタンを用いることができる。

かかる構造をとることにより、誘電体層と、導電性高分子を含む電解質層との密着性を向上させることができ、このため、誘電体層と電解質層との間の接触抵抗を低くすることができるので、固体電解コンデンサのＥＳＲを低減させることができる。前記密着性を向上させることができるのは、ポリエチレングリコールが誘電体と導電性高分子との間に水素結合等の化学結合を形成するためと考えられる。

ここで、本発明に係る固体電解コンデンサにおいては、前記のポリエチレングリコールの分子量が４００以上１２００以下であることが好ましい。

かかる構造をとることにより、誘電体層と、導電性高分子からなる電解質層との密着性をより向上させることができ、誘電体層と電解質層との間の接触抵抗をより低くすることができるため、ＥＳＲがより小さい固体電解コンデンサを提供することができる。

本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法は、弁作用金属又は弁作用金属を主成分とする合金を用いた陽極を陽極酸化することにより、前記弁作用金属又は弁作用金属を主成分とする合金の酸化物を主成分とする誘電体層を形成する工程と、前記誘電体層をポリエチレングリコール溶液に浸漬することにより、前記誘電体層表面をポリエチレングリコール層で被覆する工程と、前記ポリエチレングリコール層表面に導電性高分子を含む電解質層を形成する工程を備えることを特徴とする。

ここで、ポリエチレングリコールを溶解する溶媒としては、ポリエチレングリコールを溶解できるものであればよく、例えば、水、エタノール、アセトンを用いることができる。かかる製造方法を用いることにより、誘電体層表面に、ポリエチレングリコール層を均一に形成することができることによって、誘電体層と、導電性高分子層を含む電解質層とを、その密着面全面に渡って良好に密着させることができ、接触抵抗の小さい、誘電体層と電解質層との界面を形成することができるため、ＥＳＲの低減を可能とした固体電解コンデンサを提供することができる。

本発明に係る固体電解コンデンサによれば、誘電体層と、導電性高分子からなる電解質層との密着性を向上させることができ、誘電体層と電解質層との間の接触抵抗を低くすることができるため、固体電解コンデンサのＥＳＲを低減させることができる。

また、本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法によれば、誘電体層表面に、ポリエチレングリコール層を均一に形成することができることによって、誘電体層と、導電性高分子層を含む電解質層との密着面全面に渡って密着性を改善できるので、接触抵抗の小さい、誘電体層と電解質層との界面を形成することができるため、ＥＳＲの低減を可能とした固体電解コンデンサを提供することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係る固体電解コンデンサの断面図である。図１を参照して、以下に、本発明の実施例１に係る固体電解コンデンサの構造について説明する。

まず、本発明の実施例１による固体電解コンデンサでは、図１に示すように、タンタルからなる陽極リード１ａ上に、陽極リード１ａの一部を覆うように、約２μｍの平均粒径を有するタンタル粉末を真空中で焼結することにより作製したタンタル多孔質焼結体からなる略板状の陽極１が形成されている。ここで、タンタルは、本発明の陽極を構成する「弁作用金属」の一例である。

陽極１上には、陽極１の周囲を覆うように、主に酸化タンタルからなる誘電体層２が形成されている。

誘電体層２上には、誘電体層２の周囲を略均一に覆うように、膜厚（約５ｎｍ）を有するポリエチレングリコール（以下、ＰＥＧと呼ぶ）からなる中間層３が形成されている。

中間層３上には、中間層３の周囲を覆うように、ポリピロールからなる電解質層４が形成されている。

電解質層４上には、電解質層４の周囲を覆うように、陰極５が形成されている。陰極５は、電解質層４の周囲を覆うように形成されたグラファイト粒子を主成分とする第１導電層５ａと、第１導電層５ａの周囲を覆うように形成された銀粒子を主成分とする第２導電層５ｂとから構成されている。

陰極５の周囲のうち上面には、導電性接着剤層６が形成され、さらに、導電性接着剤層６を介して、陰極５と陰極端子７とが接続されている。また、陽極１から露出した陽極リード１ａ上には、陽極端子８が溶接により接続されている。さらに、陰極端子７および陽極端子８の端部が外部に引き出されるように、第２導電層５ｂ、陰極端子７および陽極端子８の周囲には、モールド外装樹脂９が形成されている。これにより、本発明の実施例１による固体電解コンデンサが構成されている。

次に、図１に示す本発明の実施例１による固体電解コンデンサの製造方法について説明する。

まず、タンタルからなる陽極リード１ａ上に、陽極リード１ａの一部を覆うように、平均粒径が約２μｍのタンタル粉末を略板状に成形し、これを真空中で焼結することにより陽極１を形成した。

次に、陽極１を約６０℃に保持した約０．１ｗｔ％のリン酸水溶液中において約８Ｖの定電圧で約１０時間陽極酸化を行った。これにより、陽極１の周囲を覆うように、酸化タンタルからなる誘電体層２を形成した。

次に、誘電体層２が形成された陽極１を、平均分子量１０００、約０．００１ｗｔ％のＰＥＧを含む水溶液中に浸漬させることにより、誘電体層２の表面に均一にＰＥＧを付着させた。その後、６５℃で１０分間乾燥した。これにより、誘電体層２上に、誘電体層２の周囲を覆うように、膜厚約５ｎｍを有するＰＥＧからなる中間層３を形成した。

次に、中間層３上に、化学重合等により、ポリピロールからなる電解質層４を形成した。

次に、電解質層４上にグラファイトペーストを塗布し、約８０℃で約３０分間乾燥することによりグラファイト粒子を主成分とする第１導電層５ａを形成した。また、第１導電層５ａの周囲を覆うように、第１導電層５ａ上に銀ペーストを塗布し、約１７０℃で約３０分間乾燥することにより銀粒子を主成分とする第２導電層５ｂを形成した。これにより、中間層３の周囲を覆うように、電解質層４上に第１導電層５ａおよび第２導電層５ｂが積層された陰極５を形成した。

そして、陰極端子７上に導電性接着剤を塗布した後、この導電性接着剤を介して陰極５と陰極端子７とを接触させた。導電性接着剤を陰極５と陰極端子７とで押圧しながら、約６０℃の温度で約３０分間乾燥を行うことにより、陰極５と陰極端子７とを接続する導電性接着剤層６を形成した。

その後、溶接により、陽極リード１ａ上に陽極端子８を接続し、さらに、陰極端子７および陽極端子８の端部が外部に引き出されるようにモールド外装樹脂９を形成した。これにより、本発明の実施例１による固体電解コンデンサを作製した。

実施例１に係る他の試料として、陽極１の材料として、平均粒径が約２μｍのタンタル粉末の代わりに、平均粒径が約２μｍのタンタルーニオブ合金粉末、平均粒径が約２μｍのニオブ粉末を用いた以外は、上記と同様の構造を有する固体電解コンデンサをそれぞれ作製した。

（比較例１）
比較例として、上記実施例１において、誘電体層２と電解質層４との間に中間層３がない以外は、実施例１と同様の構造を有する固体電解コンデンサを作製した。

（比較例２）
比較例２として、従来の固体電解コンデンサと同様の固体電解コンデンサを作製した。即ち、ＰＥＧからなる中間層３の代わりに、オクタデシルトリエトキシシラン（以下、ＯＴＥＳと呼ぶ）からなる有機シランを主成分とする中間層を用いる以外は、実施例１と同様の固体電解コンデンサを作製した。

本比較例では、ＯＴＥＳからなる有機シランを主成分とする中間層は、以下のように形成した。

誘電体層２が形成された陽極１を、０．１ｗｔ％のＯＴＥＳを含むｎ−ヘキサン溶液中に浸漬した後、１２５℃で６０分間風乾した。これにより、誘電体層２上に、誘電体層２の周囲を覆うように、膜厚約１ｎｍを有するＯＴＥＳからなる中間層を形成した。

実施例１、２、３および比較例１、２において作製した固体電解コンデンサについて、ＬＣＲメータを用いて、陰極端子７と陽極端子８との間に電圧を印加することにより、１００ｋＨｚの周波数におけるＥＳＲを測定した。結果を表１に示す。なお、表１においては、比較例１の測定結果を１００として、実施例１および比較例２の測定結果を規格化した値を示している。

表１に示すように、実施例１の固体電解コンデンサでは、比較例１および２の固体電解コンデンサよりＥＳＲが低減していることがわかった。ＰＥＧの比抵抗は１０^４Ω・ｃｍ程度と比較的大きいにも関わらずＥＳＲが低減しているのは、電解質層４と陰極５との間に小さい膜厚を有するＰＥＧからなる中間層３が略均一に形成されていることにより、誘電体層２と電解質層４との間の密着性を向上させることができたためと考えられる。

（実施例２）
この実施例２では、陽極材料としてタンタルを用いた、上記実施例１の平均分子量１０００のＰＥＧからなる中間層３に代えて、分子量の異なる（分子量１００、４００、８００、１２００、１５００、２０００、４０００）ＰＥＧからなる中間層３を形成する以外は、実施例１と同様の構造を有する固体電解コンデンサを作製した。

本実施例では、実施例１で用いた平均分子量１０００、約０．００１ｗｔ％のＰＥＧを含む水溶液に代えて、それぞれ、平均分子量１００、４００、８００、１２００、１５００、２０００、４０００の、約０．００１ｗｔ％のＰＥＧを含む水溶液を用いる以外は実施例１と同様に作製することにより、それぞれ、膜厚約０．５ｎｍ〜約２０ｎｍを有するＰＥＧからなる中間層３を誘電体層２と電解質層４との間に有する固体電解コンデンサを作製した。

実施例２において作製した固体電解コンデンサについても、ＬＣＲメータを用いて、陰極端子７と陽極端子８との間に電圧を印加することにより、１００ｋＨｚの周波数におけるＥＳＲを測定した。上記の実施例１及び比較例１、２の場合と合わせて、その結果を表２に示す。なお、表２においては、比較例１の測定結果を１００として、実施例１、２及び比較例２の測定結果を規格化した値を示している。また、実施例１、２、比較例１、２の陽極材料はタンタルである。

表２に示すように、実施例２の固体電解コンデンサでは、中間層３を構成するＰＥＧの平均分子量が１００乃至４０００である場合には、中間層を有しない比較例１及びＯＴＥＳからなる中間層を有する比較例２の固体電解コンデンサより、ＥＳＲを低減できることがわかった。さらに、ＰＥＧの分子量が４００以上１２００以下のものから構成されている場合には、特に１０％以上のＥＳＲの低減が認められた。

実施例１および２では、誘電体層２を、ＰＥＧを含む水溶液中に浸漬することにより、ＰＥＧを誘電体層表面に略均一に、付着させることができる。また、上記水溶液中への浸漬を繰り返すことにより、中間層の膜厚を制御することも可能である。

また、実施例１および２では、多孔質焼結体からなる略板状の陽極１を用いている。これにより、誘電体層２と電解質層４との接触面積が大きくなるとともに、誘電体層２の表面に微小な凹凸形状が形成されているので、誘電体層２と電解質層４との間の密着性も向上する。その結果、さらに、ＥＳＲを小さくすることができる。

また、実施例１および２では、弁作用金属であるタンタルからなる陽極１を用いている。これにより、この陽極１を陽極酸化することにより、容易に、酸化タンタルを主成分とする誘電体層を得ることができる。

なお、今回開示された実施例は、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、上記した実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。

また、上記実施例では、誘電体層２をＰＥＧを含む水溶液中に浸漬することにより中間層３を形成していたが、本発明はこれに限らず、上記水溶液を誘電体層２の表面に噴霧するなどの方法によりＰＥＧを付着させることによっても中間層３を形成することができる。

また、上記実施例では、電解質層４は、ポリピロールから構成されていたが、本発明はこれに限らず、他の導電性高分子を主成分としてもよい。

また、上記実施例では、第１導電層５ａは、グラファイト粒子を主成分としていたが、本発明はこれに限らず、グラファイト粒子以外の、例えば、カーボン粒子が主成分であってもよい。

また、上記実施例では、陽極１は、タンタル、タンタルー二オブ合金又はニオブから構成されていたが、本発明はこれに限らず、アルミニウムおよびチタンなどの他の弁作用金属を主成分としていてもよく、また、これらの弁作用金属を主成分とする合金などであってもよい。

また、上記実施例では、陽極１の陽極酸化にはリン酸水溶液を用いたが、本発明はこれに限らず、フッ化アンモニウム水溶液、フッ化カリウム水溶液、フッ化ナトリウム水溶液およびフッ酸水溶液などのフッ素を含む水溶液や硫酸などを用いてもよい。

また、上記実施例では、陽極１は、多孔質焼結体からなる略板状であったが、本発明はこれに限らず、円柱状や金属箔などから構成されていてもよい。

本発明の実施例１による固体電解コンデンサの断面図である。

１陽極
１ａ陽極リード
２誘電体層
３中間層
４電解質層
５陰極
５ａ第１導電層
５ｂ第２導電層
６導電性接着剤層
７陰極端子
８陽極端子
９モールド外装樹脂

Claims

弁作用金属又は弁作用金属を主成分とする合金を用いた陽極と、前記の陽極が陽極酸化されて形成される誘電体層と、前記誘電体層の上に形成された導電性高分子を含む電解質層と、前記の電解質層の上に形成された陰極とを備えた固体電解コンデンサにおいて、前記誘電体層と前記電解質層の間に、ポリエチレングリコールを含む中間層を備え、
前記ポリエチレングリコールを含む中間層の膜厚は、０．５ｎｍ〜２０ｎｍであることを特徴とする固体電解コンデンサ。