JP2012039123A - 機械的に堅牢な固体電解コンデンサアセンブリ - Google Patents

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Abstract

【課題】良好な機械的堅牢性及び電気的性能を保有する固体電解コンデンサアセンブリを提供する。
【解決手段】共通のアノード及びカソード端子に電気的に接続された少なくとも２つの固体電解コンデンサ要素を収容する集積コンデンサアセンブリ。コンデンサ要素は、アノードと、陽極酸化によって形成されてアノードの上に重なる誘電体コーティングと、誘電体層の上に重なる導電性ポリマー固体電解質とを収容する。コンデンサ要素は、樹脂材料が要素間の空間を満たすことができるように特定の距離で互いから離間している。樹脂材料が、導電性ポリマー層の膨張をそれがコンデンサ要素から実質的に剥離しない程度まで制限することができる。機械的安定性を有するのに加えて、コンデンサアセンブリはまた、低いＥＳＲ、高いキャパシタンス、及び高い誘電体降伏電圧のような良好な電気的特性の組合せを有する。
【選択図】図１

Description

固体電解コンデンサ（例えば、タンタルコンデンサ）は、電子回路の小型化への主な寄与因子であり、かつそのような回路の極端な環境での適用を可能にしている。従来型の固体電解コンデンサは、金属粉末（例えば、タンタル）を金属リードワイヤの周囲でプレスし、プレスされた部分を焼結し、焼結されたアノードを陽極酸化し、その後に固体電解質を付加することによって形成することができる。本来的に導電性のポリマーは、それらの有利な低い等価直列抵抗（ＥＳＲ）及び「非燃焼／非着火」故障モードの理由で固体電解質として多くの場合に使用される。こうした電解質は、触媒及びドーパントの存在下でモノマーの原位置重合によって形成することができる。代替的に、予め作られた導電性ポリマースラリを使用することもできる。どのようにそれらが形成されたかに関わらず、導電性ポリマー電解質に伴う１つの問題は、それらが本質的に弱いことであり、これは、時にコンデンサの形成中又はその作動中にそれらを誘電体から剥離させる可能性がある。これは、特定の用途で特に問題である。例えば、スイッチモード電源、マイクロプロセッサ、及びデジタル回路の用途においては、高い作動周波数でノイズの小さいコンデンサが多くの場合に望ましい。これらの要件を満たすために、超低ＥＳＲのコンデンサが通常は要求される。タンタルコンデンサのＥＳＲを低下させるために試みられた１つの方法は、単一のコンデンサ本体内に複数のコンデンサ要素を使用することである。しかし、残念なことに、そのようなマルチアノードコンデンサに導電性ポリマー電解質を使用する機能は、それらの乏しい強度及び剥離傾向のために制限されている。
米国特許第６，３２２，９１２号 米国特許第６，３９１，２７５号 米国特許第６，４１６，７３０号 米国特許第６，５２７，９３７号 米国特許第６，５７６，０９９号 米国特許第６，５９２，７４０号 米国特許第６，６３９，７８７号 米国特許第７，２２０，３９７号 米国特許出願公開第２００５／００１９５８１号 米国特許出願公開第２００５／０１０３６３８号 米国特許出願公開第２００５／００１３７６５号 米国特許第６，１９７，２５２号 米国特許第６，１９１，９３６号 米国特許第５，９４９，６３９号 米国特許第３，３４５，５４５号 米国特許出願公開第２００５／０２７０７２５号 米国特許第６，９８７，６６３号 米国特許出願公開第２００８／２３２０３７号 米国特許第５，４５７，８６２号 米国特許第５，４７３，５０３号 米国特許第５，７２９，４２８号 米国特許第５，８１２，３６７号 米国特許出願公開第２００６／００３８３０４号
Ｂｒｕａｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔ、及びＴｅｌｌｅｒ、「米国化学学会誌」、第６０巻、１９３８年、ｐ．３０９
従って、良好な機械的堅牢性及び電気的性能を保有する固体電解コンデンサアセンブリに対する必要性が残っている。
本発明の一実施形態により、第１の固体電解コンデンサ要素及び第２の固体電解コンデンサ要素を含むコンデンサアセンブリが開示され、コンデンサ要素は、アノードと、陽極酸化によって形成されたアノードの上に重なる誘電体コーティングと、誘電体層の上に重なる導電性ポリマーとを収容する。コンデンサ要素は、第１のコンデンサ要素が特定の方向に第２のコンデンサ要素から離間するように並列に置かれる。アセンブリはまた、第１のコンデンサ要素及び第２のコンデンサ要素が電気的に接続されたアノード端子と、第１のコンデンサ要素及び第２のコンデンサ要素が電気的に接続されたカソード端子とを含む。樹脂材料が、第１のコンデンサ要素と第２のコンデンサ要素の間に形成された空間を実質的に埋める。
本発明の別の実施形態により、コンデンサアセンブリを形成する方法を開示する。本方法は、第１のコンデンサ要素が特定の方向に第２のコンデンサ要素から離間するように、第１及び第２のコンデンサ要素をリードフレーム上に位置決めする段階を含む。第１のコンデンサ要素及び第２のコンデンサ要素は、カソード端子に電気的に接続され、第１及び第２のコンデンサ要素のアノードリードは、アノード端子に電気的に接続される。コンデンサ要素及び端子は、ケース内に位置決めされ、樹脂材料が、第１のコンデンサ要素と第２のコンデンサ要素の間の空間をそれが埋めるようにケースに付加される。
本発明の他の特徴及び態様を以下でより詳細に説明する。
当業者に対する最良のモードを含む本発明の完全かつ権限付与する開示を添付図面への参照を含む本明細書の残り部分でより詳細に説明する。
本明細書及び図面における参照文字の反復使用は、本発明の同じか又は類似の特徴又は要素を表すことを意図している。
本発明のコンデンサアセンブリの一実施形態の斜視図である。 コンデンサ要素及び樹脂材料を示す図１のコンデンサアセンブリの部分上面図である。 コンデンサ要素及び樹脂材料を示す図１のコンデンサアセンブリの部分正面図である。
本説明は、単に例示的な実施形態の説明であり、本発明のより広範な態様の制限としては意図されないことは、当業者によって理解されるものとする。
一般的に、本発明は、共通のアノード及びカソード端子に電気的に接続した少なくとも２つの固体電解コンデンサ要素を収容する集積コンデンサアセンブリに関する。コンデンサ要素は、アノードと、陽極酸化によって形成されてアノードの上に重なる誘電体コーティングと、誘電体層の上に重なる導電性ポリマー固体電解質とを含む。コンデンサ要素は、樹脂材料が要素の間の空間を満たすことができるように特定の距離で互いに離間する。このようにして、本発明者は、樹脂材料が、導電性ポリマー層の膨張をそれがコンデンサ要素から実質的に剥離しない程度まで抑制すると考えている。機械的安定性を有するのに加えて、このコンデンサアセンブリは、低いＥＳＲ、高いキャパシタンス、及び高い誘電体降伏電圧のような良好な電気的特性の組合せも有する。
ここで、本発明の様々な実施形態をより詳細に以下に説明する。
Ｉ．固体電解コンデンサ要素
Ａ．アノード
固体電解コンデンサ要素のアノードは、約５，０００μＦ*Ｖ／ｇから約３００，０００μＦ*Ｖ／ｇの広範な範囲にある比電荷を有する。以下でより詳細に説明するように、本発明のコンデンサは、高電圧用途での使用に特に適切とすることができる。こうした高電圧部分は、アノード粒子の空間及び間隙の間に成長することができる比較的厚い誘電体層の形成を一般的に必要とする。このように誘電体を成長させる機能を最適化するために、アノードは、低い比電荷を有する粉末から形成することができる。すなわち、粉末は、約７０，０００マイクロファラッド*ボルト／グラム（μＦ*Ｖ／ｇ）未満、一部の実施形態では、約２，０００μＦ*Ｖ／ｇから約６５，０００μＦ*Ｖ／ｇ、かつ一部の実施形態では、約５，０００から約６５，０００μＦ*Ｖ／ｇの比電荷を有することができる。
バルブ金属組成物は、タンタル、ニオブ、アルミニウム、ハフニウム、チタン、それらの合金、それらの酸化物、それらの窒化物などのようなバルブ金属（すなわち、酸化することができる金属）又はバルブ金属ベースの化合物を含有する。例えば、バルブ金属組成物は、１：１．０±１．０、一部の実施形態では、１：１０±０．３、一部の実施形態では、１：１０±０．１、かつ一部の実施形態では、１：１±０．０５のニオブの酸素に対する原子比を有するニオブ酸化物のようなニオブの導電性酸化物を含有することができる。例えば、ニオブ酸化物は、ＮｂＯ0.7、ＮｂＯ1.0、ＮｂＯ1.1、及びＮｂＯ2とすることができる。好ましい実施形態では、この組成物は、ＮｂＯ1.0を含有し、これは、高温での焼結の後でも化学的に安定とすることができる導電性ニオブ酸化物である。そのようなバルブ金属酸化物の例は、Ｆｉｆｅに付与された米国特許第６，３２２，９１２号、Ｆｉｆｅ他に付与された第６，３９１，２７５号、Ｆｉｆｅ他に付与された第６，４１６，７３０号、Ｆｉｆｅに付与された第６，５２７，９３７号、Ｋｉｍｍｅｌ他に付与された第６，５７６，０９９号、Ｆｉｆｅ他に付与された第６，５９２，７４０号、及びＫｉｍｍｅｌ他に付与された第６，６３９，７８７号、及びＫｉｍｍｅｌ他に付与された第７，２２０，３９７号、並びにＳｃｈｎｉｔｔｅｒに付与された米国特許出願公開第２００５／００１９５８１号、Ｓｃｈｎｉｔｔｅｒ他に付与された第２００５／０１０３６３８号、Ｔｈｏｍａｓ他に付与された第２００５／００１３７６５号に説明されており、それらの全ては、全ての目的に対してそれへの引用により全体として本明細書に組み込まれている。
従来型の製造手順をアノード本体を形成するために一般的に利用することができる。一実施形態では、特定の粒径を有するタンタル又はニオブ酸化物が最初に選択される。例えば、粒子は、薄片状、角張ったもの、結節性、及びそれらの混合又は変形とすることができる。粒子は、典型的に少なくとも約６０メッシュ、一部の実施形態では、約６０から約３２５メッシュ、かつ一部の実施形態では、約１００から約２００メッシュの篩サイズ分布も有する。更に、比表面積は、約０．１から約１０．０ｍ2／ｇ、一部の実施形態では、約０．５から約５．０ｍ2／ｇ、かつ一部の実施形態では、約１．０から約２．０ｍ2／ｇである。用語「比表面積」は、吸着気体として窒素を用いたＢｒｕａｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔ、及びＴｅｌｌｅｒの物理的気体吸着（Ｂ．Ｅ．Ｔ．）法、「米国化学学会誌」、第６０巻、１９３８年、ｐ．３０９によって測定された表面積を意味する。更に、バルク（又はＳｃｏｔｔ）密度は、典型的に約０．１から約５．０グラム／立方センチ（ｇ／ｃｍ3）、一部の実施形態では、約０．２から約４．０ｇ／ｃｍ3、かつ一部の実施形態では、約０．５から約３．０ｇ／ｃｍ3である。
アノード本体の構成を容易にするために、他の成分を導電性粒子に添加することができる。例えば、導電性粒子は、アノード本体を形成するためにプレスされる時に粒子が相互に適切に接着することを保証するように、結合剤及び／又は滑剤と任意的に混合させることができる。適切な結合剤としては、樟脳、ステアリン酸及び他の滑らかな態様の脂肪酸、カーボワックス（Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）、グリプタル（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）、ナフタリン、植物性ワックス、及びマイクロワックス（精製パラフィン）、ポリマー結合剤（例えば、ポリビニルアルコール、ポリ（エチル−２−オキサゾリン）など）、その他を含むことができる。結合剤は、溶媒内に溶解又は分散させることができる。例示的な溶媒としては、水、アルコール、その他を含むことができる。利用される場合、結合剤及び／又は滑剤の比率は、全重量の約０．１重量％から約８重量％まで変えることができる。しかし、本発明においては、結合剤及び滑剤は要求されないことを理解すべきである。
得られた粉末は、あらゆる従来型の粉末プレス成形を用いて圧密化することができる。例えば、プレス成形は、ダイと１つ又は複数のパンチとを用いる単一ステーション圧密プレス成形とすることができる。代替的に、アンビル型圧密プレス成形を使用することができ、これは、ダイと単一のより低いパンチのみを用いる。単一ステーション圧密プレス成形は、シングルアクション、ダブルアクション、フローティング・ダイ、可動プラテン、対向ラム、スクリュー、衝撃、ホットプレス、コイニング、又はサイジングのような様々な機能を有するカム式、トグル／ナックル式、及び偏心／クランク式プレスのようないくつかの基本タイプで利用することができる。必要に応じて、ペレットを特定の温度（例えば、約１５０℃から約５００℃）で数分間真空の下で加熱するなどにより、あらゆる結合剤／滑剤を圧縮の後に除去することができる。代替的に、Ｂｉｓｈｏｐ他に付与された米国特許第６，１９７，２５２号に説明されているように、ペレットと水溶液の接触によって結合剤／滑剤を除去することができ、この特許は、全ての目的に対してそれへの引用により全体として本明細書に組み込まれている。
プレスされたアノード本体の厚みは、約４ミリメートル又はそれ未満、一部の実施形態では、約０．０５から約２ミリメートル、かつ一部の実施形態では、約０．１から約１ミリメートルのような比較的薄いものとすることができる。アノード本体の形状も、得られるコンデンサの電気的特性を改善するように選択することができる。例えば、アノード本体は、湾曲、正弦波、矩形、Ｕ字形、Ｖ字形などである形状を有することができる。アノード本体は、表面の容積に対する比率を高めてＥＳＲをできるだけ低下させ、かつキャパシタンスの周波数応答を拡大させるために、その中に１つ又はそれよりも多くの山、溝、凹部、又は欠刻を含む「溝付き」形状も有することができる。そのような「溝付き」アノードは、例えば、Ｗｅｂｂｅｒ他に付与された米国特許第６，１９１，９３６号、Ｍａｅｄａ他に付与された第５，９４９，６３９号、及びＢｏｕｒｑａｕｌｔ他に付与された第３，３４５，５４５号、並びにＨａｈｎ他に付与された米国特許出願公開第２００５／０２７０７２５号に説明されており、それらの全ては、全ての目的に対してそれへの引用により全体として本明細書に組み込まれている。
必要に応じて、アノード本体にアノードリードを取り付けることができる。アノードリードは、ワイヤ、シート、その他の形態とすることができ、かつタンタル、ニオブ、ニオブ酸化物、その他のようなバルブ金属化合物で形成することができる。リードの取付は、本体にリードを溶接するか又は形成中にアノード本体内にリードを埋め込むような公知の技術を用いて達成することができる。
Ｂ．誘電体
アノード本体は、陽極酸化することができ、それによって誘電体層がアノードを覆い及び／又はアノード内部に形成される。陽極酸化は、それによってアノードが酸化されて比較的高い誘電率を有する材料を形成する電気化学処理である。例えば、タンタルアノードは、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）に陽極酸化することができる。一般的に、陽極酸化は、例えば、アノードを電解質内に浸漬するなどして、アノードに電解質を最初に付加することによって行われる。電解質は、溶液（例えば、水性又は非水性）、分散液、溶融物などのような一般的に液体の形態である。水（例えば、脱イオン水）、エーテル（例えば、ジエチルエーテル及びテトラヒドロフラン）、アルコール（例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、及びブタノール）、トリグリセライド、ケトン（例えば、アセトン、メチルエチルケトン、及びメチルイソブチルケトン）、エステル（例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、ジエチレングリコールエーテルアセテート、及び酢酸メトキシプロピル）、アミド（例えば、ジメチルホルマミド、ジメチルアセタミド、ジメチルカプリリック／カプリック脂肪酸アミド、及びＮ−アルキルピロリドン）、ニトリル（例えば、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、及びベンゾニトリル）、スルホキシド又はスルホン（例えば、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）及びスルホラン）などのような溶媒が、電解質内に一般的に用いられる。溶媒は、電解質の約５０重量％から約９９．９重量％、一部の実施形態では、約７５重量％から約９９重量％、かつ一部の実施形態では、約８０重量％から約９５重量％を構成することができる。必ずしも要求されないが、水性溶媒（例えば、水）の使用が、望ましい酸化物を得ることを助けるために多くの場合に望ましい。実際上、水は、電解質内に使用される溶媒の約５０重量％又はそれよりも多く、一部の実施形態では、約７０重量％又はそれよりも多く、かつ一部の実施形態では、約９０重量％から１００重量％を構成することができる。
電解質は、イオン導電性であり、約１ミリジーメンス／センチメートル（ｍＳ／ｃｍ）又はそれよりも大きく、一部の実施形態では、約３０ｍＳ／ｃｍ又はそれよりも大きく、かつ一部の実施形態では、約４０ｍＳ／ｃｍから約１００ｍＳ／ｃｍの２５℃の温度で測定されたイオン導電率を有する。電解質のイオン導電率を高めるために、溶媒内で解離してイオンを形成することができる化合物を使用することができる。この目的のための適切なイオン化合物としては、例えば、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、ポリリン酸、ホウ酸、ボロン酸などのような酸と、アクリル酸、メタクリル酸、マロン酸、コハク酸、サリチル酸、スルホサリチル酸、アジピン酸、マレイン酸、リンゴ酸、オレイン酸、没食子酸、酒石酸、クエン酸、ギ酸、酢酸、グリコール酸、シュウ酸、プロピオン酸、フタール酸、イソフタール酸、グルタール酸、グルコン酸、乳酸、アスパラギン酸、グルタミン酸、イタコン酸、トリフルオロ酢酸、バルビツール酸、桂皮酸、安息香酸、４−ヒドロキシ安息香酸、アミノ安息香酸などのようなカルボン酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、スチレンスルホン酸、ナフタレンジスルホン酸、ヒドロキシベンゼンスルホン酸、ドデシルスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸などのようなスルホン酸、ポリ（アクリル）又はポリ（メタクリル）酸及びそれらのコポリマー（例えば、マレイン−アクリル、スルホン−アクリル、及びスチレン−アクリル・コポリマー）、カラギニン酸、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸などのようなポリマー酸、その他を含む有機酸とを含むことができる。イオン化合物の濃度は、望ましいイオン導電率を達成するように選択される。例えば、酸（例えば、リン酸）は、電解質の約０．０１重量％から約５重量％、一部の実施形態では、約０．０５重量％から約０．８重量％、かつ一部の実施形態では、約０．１重量％から約０．５重量％を構成することができる。必要に応じて、イオン化合物の配合物も電解質に用いることができる。
電解質を通過して電流が流され、誘電体が形成される。電圧の値は、誘電体の厚みを管理する。例えば、電力供給は、必要な電圧に到達するまでガルバノスタットモードに最初に設定することができる。その後、電力供給は、ポテンショスタットモードに切り換えることができ、望ましい誘電体厚みがアノードの表面を覆って形成されることが保証される。言うまでもなく、パルス又はステップポテンショスタット法のような他の公知の方法を使用することもできる。電圧は、典型的に約４から約２００Ｖ、かつ一部の実施形態では、約９から約１００Ｖの範囲である。陽極酸化中に、電解質は、約３０℃又はそれよりも高く、一部の実施形態では、約４０℃から約２００℃、かつ一部の実施形態では、約５０℃から約１００℃のような高い温度に維持することができる。陽極酸化は、室温で又はそれ未満で行うことができる。得られる誘電体層は、アノード表面上及びその空隙内に形成することができる。
Ｃ．固体電解質
固体電解質は、誘電体層の上に重なり、かつ１つ又はそれよりも多くの導電性ポリマー層から一般的に形成される。こうした層に使用することができる導電性ポリマーは、典型的にπ共役であり、例えば、酸化の後での少なくとも１μＳｃｍ-1の導電率のような酸化又還元の後での導電性を有する。そのようなπ共役導電性ポリマーの例としては、例えば、ポリヘテロ環（例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンなど）、ポリアセチレン、ポリ−ｐ−フェニレン、ポリフェノレート、その他が挙げられる。適切なポリチオフェン類としては、例えば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＴ）のようなポリチオフェン及びその誘導体を含むことができる。１つの特定的な実施形態では、一般構造式（Ｉ）又は（ＩＩ）の反復単位、又は一般構造式（Ｉ）及び（ＩＩ）の反復単位を有するポリチオフェン誘導体が用いられる。
Figure 2012039123
ここで、Ａは、任意的に置換されたＣ1からＣ5のアルキレン基（例えば、メチレン、エチレン、ｎ−プロピレン、ｎ−ブチレン、ｎ−ペンチレンなど）であり、Ｒは、直鎖又は分岐の任意的に置換されたＣ1からＣ18のアルキル基（例えば、メチル、エチル、ｎ−又はｉｓｏ−プロピル、ｎ−，ｉｓｏ−，ｓｅｃ−又はｔｅｒｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、１−メチルブチル、２−メチルブチル、３−メチルブチル、１−エチルプロピル、１，１−ジメチルプロピル、１，２−ジメチルプロピル、２，２−ジメチルプロピル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチル、ｎ−オクチル、２−エチルヘキシル、ｎ−ノニル、ｎ−デシル、ｎ−ウンデシル、ｎ−ドデシル、ｎ−トリデシル、ｎ−テトラデシル、ｎ−ヘキサデシル、ｎ−オクタデシルなど）、任意的に置換されたＣ5からＣ12のシクロアルキル基（例えば、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、シクロデシルなど）、任意的に置換されたＣ6からＣ14のアリール基（例えば、フェニル、ナフチルなど）、任意的に置換されたＣ7からＣ18のアラルキル基（例えば、ベンジル、ｏ−，ｍ−，ｐ−トリル，２，３−，２，４−，２，５−，２，６−，３，４−，３，５−キシリル、メシチルなど）、任意的に置換されたＣ1からＣ4のヒドロキシアルキル基、又はヒドロキシル基であり；かつｘは、０から８、一部の実施形態では、０から２の整数であり、かつ一部の実施形態では、ｘは０である。化学基「Ａ」又は「Ｒ」のための置換基の例としては、例えば、アルキル、シクロアルキル、アリール、アラルキル、アルコキシ、ハロゲン、エーテル、チオエーテル、ジスルフィド、スルホキシド、スルホン、スルホネート、アミノ、アルデヒド、ケト、カルボン酸エステル、カルボン酸、カーボネート、カルボキシレート、シアノ、アルキルシラン及びアルコキシシラン基、カルボキシアミド基等々が挙げられる。
一般構造式（Ｉ）又は（ＩＩ）、又は一般構造式（Ｉ）及び（ＩＩ）の反復単位の総数は、典型的に２から２０００、かつ一部の実施形態では、２から１００である。
特に適切なポリチオフェン誘導体は、「Ａ」が任意的に置換されたＣ2からＣ3のアルキレン基であり、かつｘが０又は１であるものである。１つの特定的な実施形態では、ポリチオフェン誘導体は、ＰＥＤＴであり、構造式（ＩＩ）の反復単位を有し、式中「Ａ」は、ＣＨ2−ＣＨ2であり、「ｘ」が０である。こうしたポリチオフェン誘導体を生成する方法は、当業技術で公知であり、例えば、Ｍｅｒｋｅｒ他に付与された米国特許第６，９８７，６６３号に説明されており、これは、全ての目的に対してそれへの引用により全体として本明細書に組み込まれている。例えば、ポリチオフェン誘導体は、任意的に置換されたチオフェンのようなモノマー前駆体から生成することができる。特に適切なモノマー前駆体は、一般構造式（ＩＩＩ）、（ＩＶ）を有する置換された３，４−アルキレンジオキシチオフェン、又は一般構造式（ＩＩＩ）及び（ＩＶ）のチオフェンの混合物である。
Figure 2012039123
ここで、Ａ、Ｒ、及びＸは、上記で定めた通りである。
こうしたモノマー前駆体の例としては、例えば、任意的に置換された３，４−エチレンジオキシチオフェンが挙げられる。これらのモノマー前駆体の誘導体を使用することもでき、それらは、上述のモノマー前駆体のダイマー又はトライマーである。より高分子の誘導体、すなわち、モノマー前駆体のテトラマー、ペンタマーなどは、本発明での使用に適切である。この誘導体は、同一の又は異なるモノマー単位から構成することができ、かつ純粋な形態の状態、並びに相互との及び／又はモノマー前駆体との混合物の状態で使用することができる。これらの前駆体の酸化又は還元形態も用いることができる。
望ましい導電性ポリマーを形成するために、上述のようなモノマー前駆体は、典型的には、酸化剤の存在下で酸化重合を受ける。酸化剤は、鉄（ＩＩＩ）、銅（ＩＩ）、クロム（ＶＩ）、セリウム（ＩＶ）、マンガン（ＩＶ）、マンガン（ＶＩＩ）、又はルテニウム（ＩＩＩ）カチオンを含有する無機又は有機酸の塩のような遷移金属塩とすることができる。特に適切な遷移金属塩としては、ハロゲン化鉄（ＩＩＩ）（例えば、ＦｅＣｌ3）又はＦｅ（ＣｌＯ4）3又はＦｅ2（ＳＯ4）3のような他の無機酸の鉄（ＩＩＩ）塩、並びに有機酸及び有機基を含む無機酸の鉄（ＩＩＩ）塩のような鉄（ＩＩＩ）カチオンが挙げられる。有機基を有する無機酸の鉄（ＩＩＩ）塩の例としては、例えば、Ｃ1からＣ20のアルカノールの硫酸モノエステルの鉄（ＩＩＩ）塩（例えば、ラウリルサルフェートの鉄（ＩＩＩ）塩）が挙げられる。同様に、有機酸の鉄（ＩＩＩ）塩としては、Ｃ1からＣ20のアルカンスルホン酸（例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、又はドデカンスルホン酸）の鉄（ＩＩＩ）塩、脂肪族ペルフルオロスルホン酸（例えば、トリフルオロメタンスルホン酸、ペルフルオロブタンスルホン酸、又はペルフルオロオクタンスルホン酸）の鉄（ＩＩＩ）塩、Ｃ1からＣ20の脂肪族カルボン酸（例えば、２−エチルヘキシルカルボン酸）の鉄（ＩＩＩ）塩、脂肪族ペルフルオロカルボン酸（例えば、トリフルオロ酢酸、又はペルフルオロオクタン酸）の鉄（ＩＩＩ）塩、Ｃ1からＣ20のアルキル基によって任意的に置換された芳香族スルホン酸（例えば、ベンゼンスルホン酸、ｏ−トルエンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、又はドデシルベンゼンスルホン酸）の鉄（ＩＩＩ）塩、シクロアルカンスルホン酸（例えば、カンファースルホン酸）の鉄（ＩＩＩ）塩、その他が挙げられる。これらの上述の鉄（ＩＩＩ）塩の混合物を使用することもできる。鉄（ＩＩＩ）−ｐ−トルエンスルホネート、鉄（ＩＩＩ）−ｏ−トルエンスルホネート、及びそれらの混合物は、本発明での使用に特に適切である。
固体電解質をアノード部分上に付加する様々な方法を利用することができる。一実施形態では、酸化剤とモノマー前駆体は、重合反応がこの部分上に原位置で生じるように順番に又は一緒に付加される。導電性ポリマーコーティングを形成するために使用することができる適切な付加的な技術としては、スクリーン印刷、浸漬、電着コーティング、及び噴霧が挙げられる。例示的に、モノマー前駆体（例えば、３，４−エチレンジオキシ−チオフェン）を最初に酸化剤と混合することができ、溶液が形成される。１つの適切な酸化剤は、Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋにより販売されている鉄ＩＩＩトルエンスルホネートであるＣＬＥＶＩＯＳ（登録商標）Ｃである。ＣＬＥＶＩＯＳ（登録商標）Ｃは、これもＨ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋによって販売されているＰＥＤＴのモノマーの３，４−エチレンジオキシチオフェンであるＣＥＬＶＩＯＳ（登録商標）Ｍのための市販の触媒である。混合物が形成された状態で、次に、アノード部分は、この溶液に浸漬することができ、それによってポリマーがアノード部分の表面上に形成される。代替的に、酸化剤と前駆体は、個別にアノード部分に付加することができる。一実施形態では、例えば、酸化剤は溶媒（例えば、ブタノール）に溶解され、次に、浸漬溶液としてアノード部分に付加される。アノード部分は、次に、乾燥させることができ、それから溶媒が除去される。その後、アノード部分は、適切なモノマーを含有する溶液内に浸漬することができる。
モノマーが、触媒を含有するアノード部分の表面に接触すると、モノマーは、その上に化学的に重合する。重合は、使用される酸化剤及び望ましい反応時間に基づいて約−１０℃から約２５０℃、かつ一部の実施形態では、約０℃から約２００℃の温度で行うことができる。上述したような適切な重合技術は、Ｂｉｌｅｒに付与された米国特許出願公開第２００８／２３２０３７号により詳細に説明されている。こうした導電性ポリマーコーティングを付加する更に他の方法は、Ｓａｋａｔａ他に付与された米国特許第５，４５７，８６２号、Ｓａｋａｔａ他に付与された第５，４７３，５０３号、Ｓａｋａｔａ他に付与された第５，７２９，４２８号、及びＫｕｄｏｈ他に付与された第５，８１２，３６７号に説明されており、それらは、全ての目的に対してそれへの引用により全体として本明細書に組み込まれている。
原位置付加に加えて、固体電解質は、固体導電性ポリマー粒子の分散液の形態でこの部分に付加することができる。それらのサイズは、変えることができるが、アノード部分に付加することができる表面積を高める小さい直径を有することが典型的に望ましい。例えば、この粒子は、約１から約５００ナノメートル、一部の実施形態では、約５から約４００ナノメートル、かつ一部の実施形態では、約１０から約３００ナノメートルの平均直径を有することができる。粒子のＤ90値（このＤ90値に等しいか又はそれ未満の直径を有する粒子が、全ての固体粒子の合計容積の９０％を構成する）は、約１５マイクロメートル又はそれ未満、一部の実施形態では、約１０マイクロメートル又はそれ未満、かつ一部の実施形態では、約１ナノメートルから約８マイクロメートルとすることができる。粒径は、超遠心法、レーザ回折などによるなどの公知の技術を使用して測定することができる。
粒子形態への導電性ポリマーの形成は、帯電した導電性ポリマー（例えば、ポリチオフェン）と逆作用する個別のカウンタイオンの使用によって容易にされる。すなわち、典型的に固体電解質に使用される導電性ポリマー（例えば、ポリチオフェン又はそれらの誘導体）は、中性又は陽性（カチオン性）である電荷を主ポリマー鎖の上に典型的に有する。例えば、ポリチオフェン誘導体は、主ポリマー鎖内に陽電荷を典型的に有する。場合によっては、ポリマーは、構造単位内に陽及び陰電荷を有し、陽電荷は主鎖上に位置し、陰電荷は任意的にスルホネート基又はカルボキシレート基のような化学基「Ｒ」の置換基上に位置する。主鎖の陽電荷は、化学基「Ｒ」上に任意的に存在するアニオン基で部分的又は全体的に飽和することができる。全体的にみると、このポリチオフェンは、これらの場合においてカチオン性、中性、又は更にはアニオン性とすることができる。それにも関わらず、それらは、全てカチオン性ポリチオフェンと見なされ、これは、ポリチオフェン主鎖が陽電荷を有するからである。
カウンタイオンは、モノマーアニオン又はポリマーアニオンとすることができる。ポリマーアニオンは、例えば、ポリマーカルボン酸（例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマーレイン酸など）、ポリマースルホン酸（例えば、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）、ポリビニルスルホン酸など）、その他とすることができる。この酸は、ビニルカルボン酸及びビニルスルホン酸と、アクリル酸エステル及びスチレンのような他の重合可能モノマーとのコポリマーのようなコポリマーであるとすることもできる。更に、適切なモノマーアニオンとしては、例えば、Ｃ1からＣ20のアルカンスルホン酸（例えば、ドデカンスルホン酸）、脂肪族ペルフルオロスルホン酸（例えば、トリフルオロメタンスルホン酸、ペルフルオロブタンスルホン酸、又はペルフルオロオクタンスルホン酸）、Ｃ1からＣ20の脂肪族カルボン酸（例えば、２−エチルヘキシルカルボン酸）、脂肪族ペルフルオロカルボン酸（例えば、トリフルオロ酢酸、又はペルフルオロオクタン酸）、Ｃ1からＣ20のアルキル基によって任意的に置換された芳香族スルホン酸（例えば、ベンゼンスルホン酸、ｏ−トルエンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、又はドデシルベンゼンスルホン酸）、シクロアルカンスルホン酸（例えば、カンファースルホン酸又はテトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、パークロレート、ヘキサフルオロアンチモネート、ヘキサフルオロアルセネート又はヘキサクロロアンチモネート）、その他のアニオンが挙げられる。特に適切なカウンタイオンは、ポリマーカルボン酸又はポリマースルホン酸（例えば、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ））のようなポリマーアニオンである。こうしたポリマーアニオンの分子量は、一般的に、約１，０００から約２，０００，０００、かつ一部の実施形態では、約２，０００から約５００，０００の範囲にある。
用いられる時に、固体電解質の所定の層内のこうしたカウンタイオンの導電性ポリマーに対する重量比率は、典型的に約０．５：１から約５０：１、一部の実施形態では、約１：１から約３０：１、かつ一部の実施形態では、約２：１から約２０：１である。上述の重量比率に引用される導電性ポリマーの重量は、重合中に完全な変換が起こると仮定して、使用されるモノマーの計量された部分に対応する。
導電性ポリマー及び任意的なカウンタイオンに加えて、分散液は、１つ又はそれよりも多くの結合剤を含有することができ、ポリマー層の接着特性が更に改善され、分散液内の粒子の安定性も高められる。結合剤は、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリ酪酸ビニル、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリル酸アミド、ポリメタクリル酸エステル、ポリメタクリル酸アミド、ポリアクリロニトリル、スチレン／アクリル酸エステル、酢酸ビニル／アクリル酸エステル及びエチレン／酢酸ビニルコポリマー、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリスチレン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン、メラミン・ホルムアミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、又はセルロースのような本質的に有機性のものとすることができる。結合剤の接着機能を高めるために、架橋剤も用いることができる。こうした架橋剤としては、例えば、メラミン化合物、マスクドイソシアネート又は３−グリシドキシプロピルトリアルコキシシラン、テトラエトキシシラン及びテトラエトキシシラン・ハイドロライゼートのような官能性シラン、又はポリウレタン、ポリアクリレート、又はポリオレフィンのような架橋可能ポリマーが挙げられ、並びにその後の架橋が含まれる。
固体電解質の形成とそれをアノード部分に付加する機能とを容易にするために、分散剤も用いることができる。適切な分散剤としては、脂肪族アルコール（例えば、メタノール、エタノール、ｉ−プロパノール及びブタノール）、脂肪族ケトン（例えば、アセトン及びメチルエチルケトン）、脂肪族カルボン酸エステル（例えば、酢酸エチル及び酢酸ブチル）、芳香族炭化水素（例えば、トルエン及びキシレン）、脂肪族炭化水素（例えば、ヘキサン、ヘプタン及びシクロヘキサン）、塩素化炭化水素（例えば、ジクロロメタン及びジクロロエタン）、脂肪族ニトリル（例えば、アセトニトリル）、脂肪族スルホキシド及びスルホン（例えば、ジメチルスルホキシド及びスルホラン）、脂肪族カルボン酸アミド（例えば、メチルアセトアミド、ジメチルアセトアミド及びジメチルホルムアミド）、脂肪族及びアラリファチックエーテル（例えば、ジメチルエーテル及びアニソール）、水、及び上記溶媒のあらゆる混合物が挙げられる。特に適切な分散剤は、水である。
上述したものに加えて、更に他の成分も分散液内に使用することができる。例えば、約１０ナノメートルから約１００マイクロメートル、一部の実施形態では、約５０ナノメートルから約５０マイクロメートル、かつ一部の実施形態では、約１００ナノメートルから約３０マイクロメートルのサイズを有する従来型の充填剤を使用することができる。こうした充填剤の例としては、炭酸カルシウム、ケイ酸塩、シリカ、硫酸カルシウム又はバリウム、水酸化アルミニウム、ガラス繊維又はガラス球、木粉、セルロース粉末カーボンブラック、導電性ポリマーなどが挙げられる。充填剤は、粉末の形態で分散液内に導入することができるが、繊維のような別の形態で存在することもできる。
イオン性又は非イオン性界面活性剤のような界面活物質も分散液内に用いることができる。更に、有機官能性シラン又はそれらのハイドロライゼート、例えば、３−グリシドキシプロピルトリアルコキシシラン、３−アミノプロピル−トリエトキシシラン、３−メルカプトプロピル−トリメトキシシラン、３−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン又はオクチルトリエトキシシランのような接着剤も用いることができる。分散液はまた、エーテル基含有化合物（例えば、テトラヒドロフラン）、ラクトン基含有化合物（例えば、γ−ブチロラクトン又はγ−バレロラクトン）、アミド又はラクタム基含有化合物（例えば、カプロラクタム、Ｎ−メチルカプロラクタム、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアニリド、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ−オクチルピロリドン、又はピロリドン）、スルホン及びスルホキシド（例えば、スルホラン（テトラメチレンスルホン）又はジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ））、糖又は糖誘導体（例えば、ショ糖、ブドウ糖、果糖、又は乳糖）、糖アルコール（ソルビット又はマンニット）、フラン誘導体（例えば、２−フランカルボン酸又は３−フランカルボン酸）、アルコール（例えば、エチレングリコール、グリセリン、ジ−又はトリエチレングリコール）のような導電性を高める添加剤を含有することができる。
ポリマー分散液は、スピンコーティング、含浸、注加、滴下式付加、注入、噴霧、ドクターブレーディング、刷毛塗り、印刷（例えば、インクジェット、スクリーン、又はパッド印刷）のような様々な公知の技術を使用することによって部分に付加することができる。用いられる付加技術に基づいて変えることができるが、分散液の粘性は、典型的に約０．１から約１００，０００ｍＰａｓ（１００ｓ-1の剪断速度で測定して）、一部の実施形態では、約１から約１０，０００ｍＰａｓ、一部の実施形態では、約１０から約１，５００ｍＰａｓ、かつ一部の実施形態では、約１００から約１０００ｍＰａｓである。付加された状態で、層は、乾燥させて洗浄することができる。
こうした分散液を用いる１つの恩典は、分散液が、コンデンサ本体のエッジ領域内に浸透することができることが可能であり、内側層との良好な電気的接触を達成してコンデンサ本体との接着性を高めることである。これは、より機械的に堅牢な部分をもたらし、等価直列抵抗及び漏れ電流を低減することができる。こうした分散液は、原位置重合中に生成されるイオン種（例えば、Ｆｅ2+又はＦｅ3+）の存在を最小にすることができ、これらは、イオン移動に起因する高電界での絶縁破壊を引き起こす可能性があるものである。従って、原位置重合によるのではなく分散液として導電性ポリマーを付加することによって得られるコンデンサは、比較的高い「降伏電圧」（コンデンサが破損する電圧）を示すことができ、漏れ電流が１ｍＡに達するまで３ボルトの増分で印加電圧を高めることによって測定された時に、例えば、約６０ボルト又はそれよりも高く、一部の実施形態では、約８０ボルト又はそれよりも高く、一部の実施形態では、約１００ボルト又はそれよりも高く、かつ一部の実施形態では、約１２０ボルトから約２００ボルトのような降伏電圧が示される。
上述のように、固体電解質は、１つ又は複数の層から形成することができる。複数の層が用いられる時に、それらは、原位置で形成され、及び／又はポリマー分散液から形成される導電性ポリマーから形成することができる。各層は、１つ又はそれよりも多くのコーティング段階を使用して形成することができる。使用される層の数に関わらず、得られる固体電解質は、約１マイクロメートル（μｍ）から約２００μｍ、一部の実施形態では、約２μｍから約５０μｍ、かつ一部の実施形態では、約５μｍから約３０μｍの全厚を典型的に有する。
アノード部分への付加時に、固体電解質の層は、ヒーリング処理することができる。複数の層が用いられる時に、ヒーリング処理は、固体電解質層の各々の付加後又は全体のコーティングの付加後に行うことができる。一部の実施形態では、例えば、固体電解質は、酸の溶液のような電解質溶液内にペレットを浸漬し、その後、電流が予め設定したレベルに低下するまで一定電圧を印加することにより、ヒーリング処理することができる。必要に応じて、こうしたヒーリング処理は、複数の段階で達成することができる。上述した一部又は全ての層の付加後に、得られた部分は、必要に応じて次に洗浄することができ、様々な副産物、過剰の酸化剤、その他が除去される。更に、一部の場合には、上述の浸漬作業のうちの一部又は全ての後に、乾燥を利用することができる。例えば、部分の空隙を開放し、それによって次の浸漬段階の時にそれが液体を受け取ることができるように、触媒の付加後及び／又はペレットの洗浄の後に乾燥が望ましい場合がある。
Ｅ．外部コーティング
固体電解コンデンサ要素は、固体電解質の上に重なる外部コーティングも含む。外部コーティングは、少なくとも１つの炭素質層と、炭素質層の上に重なる少なくとも１つの金属層とを含む。金属層は、コンデンサのための半田付け可能導体、接触層、及び／又は電荷集電体として機能を果たすことができ、銅、ニッケル、銀、ニッケル、亜鉛、錫、パラジウム、鉛、銅、アルミニウム、モリブデン、チタン、鉄、ジルコニウム、マグネシウム、及びそれらの合金のような導電性金属から形成することができる。この層での使用ためには、銀は、特に適切な導電性金属である。炭素質層は、金属層と固体電解質層の間の接触を制限することができ、そうでなければこの接触は、コンデンサの抵抗を増大させると考えられる。炭素質層は、グラファイト、活性炭、カーボンブラックなどのような様々な公知の炭素質材料から形成することができる。炭素質層の厚みは、典型的に約１μｍから約５０μｍ、一部の実施形態では、約２μｍから約３０μｍ、かつ一部の実施形態では、約５μｍから約１０μｍの範囲である。同様に、金属層の厚みは、典型的に約１μｍから１００μｍ、一部の実施形態では、約５μｍから約５０μｍ、かつ一部の実施形態では、約１０μｍから約２５μｍの範囲である。
ＩＩ．樹脂材料
樹脂材料が、２つ又はそれよりも多くの並列コンデンサ要素の間の空間を満たすために本発明において用いられる。当業技術で公知のように、同じか又は異なる材料が、要素を同様に封入又は覆うことができ、コンデンサアセンブリのための保護ケースが形成される。あらゆる樹脂材料を使用することができるが、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂などのような熱硬化性樹脂を用いることが一般的に好ましい。エポキシ樹脂は、本発明で用いるのに特に適切である。適切なエポキシ樹脂の例としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノール・ノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾール・ノボラック型エポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂及びビフェニル樹脂のようなグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、環式脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、クレゾール・ノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェノール・アラルキル型エポキシ樹脂、シクロペンタジエン型エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂などが挙げられる。硬化剤、光開始剤、粘度調整剤、懸濁補助剤、色素、応力減少剤、カプリング剤（例えば、シランカプリング剤）、非導電性充填剤（例えば、粘土、シリカ、アルミナなど）、安定剤などのような更に他の添加剤も樹脂材料内に使用することができる。
ＩＩＩ．コンデンサ要素のアセンブリ
あらゆる数の上述の固体電解コンデンサ要素を本発明に使用することができる。例えば、コンデンサアセンブリは、２から８のコンデンサ要素（例えば、２，３，又は４）、一部の実施形態では、２から４のコンデンサ要素、かつ１つの特定的な実施形態では、２つのコンデンサ要素を収容することができる。
図１−図３を参照すると、２つのコンデンサ要素を収容するコンデンサアセンブリ６４の１つの特定的な実施形態が示されており、これをここでより詳しく以下に説明する。より詳細には、コンデンサアセンブリ６４は、第２の固体電解コンデンサ要素２４と電気的に通信する第１の固体電解コンデンサ要素２２を含む。この実施形態では、コンデンサ要素は、ほぼ矩形の角柱の形状を有し、それらの主表面（すなわち、最も大きい面積を有する）が互いに並列の状態にあるようにして整列する。換言すれば、固体電解コンデンサ要素２２のその幅（−ｘ方向）及び長さ（−ｙ方向）によって定められる表面９０は、固体電解コンデンサ要素２４の対応する主表面８０と向かい合う。コンデンサ要素２２及び２４は、表面８０及び表面９０が−ｚ方向と実質的に平行な平面内に与えられる垂直構成に位置決めすることができ、並びに表面８０及び表面９０が−ｚ方向と実質的に直角な平面内に与えられる水平構成に位置決めすることができる。図示の実施形態では、コンデンサ要素２２及び２４は、−ｚ方向と平行な平面内に垂直に位置決めされている。コンデンサ要素２２及び２４は、同じ方向に延びなくてもよいことを理解すべきである。例えば、コンデンサ要素２２の表面９０は、−ｘ方向と実質的に直角な平面内に設けることができ、一方でコンデンサ２４の表面８０は、−ｙ方向と実質的に直角な平面に設けられる。しかし、両方のコンデンサ要素２２及び２４は、好ましくは同じ方向に延びている。
それらの特定の幾何学的構成に関係なく、コンデンサ要素は、互いに特定の方向に離間させ、それによって樹脂材料をそれらの間に配置することができる。コンデンサ要素が離間する距離は、一般的に導電性ポリマー層に対する望ましい安定化効果を提供するのに十分に大きいが、容積効率での有意な低下を回避するほど十分に小さい。例えば、２つの並列コンデンサ間の距離とコンデンサアセンブリの全体寸法（要素が離間している方向の）との比率は、典型的に約０．０１から約０．１、一部の実施形態では、約０．０１から約０．０５、かつ一部の実施形態では、約０．０１５から約０．０２である。図１−図３に示すように、例えば、コンデンサ要素２２及び２４は、互いから−ｘ方向に距離「Ｄ」で離間する。この実施形態では、上述の比率は、距離「Ｄ」を−ｘ方向でのコンデンサアセンブリ６４の幅によって除すことによって定められる。当然ながら、要素が離間する実際の距離は、コンデンサアセンブリのケースサイズに依存して一般的に変化することになる。単なる例として、２つのコンデンサ要素は、約４０マイクロメートルから約１００マイクロメートル、一部の実施形態では、約５０マイクロメートルから約９０マイクロメートル、かつ一部の実施形態では、約６０から約７０マイクロメートルの距離で離間することができる。
固体電解コンデンサ要素それら自体に加えて、コンデンサアセンブリは、それぞれのコンデンサ要素のアノードリードが電気的に接続されるアノード端子も収容する。一般的に、アノードリードは、互いに実質的に平行であり、かつ同じ側を向く。このようにして、アノードリードは、並列関係に置かれ、これは、リードがアノード端子に接続することができる効率を改善することができる。アノードリードはまた、実質的に水平のアラインメント（すなわち、−ｙ方向）に位置決めすることができ、これは、コンデンサアセンブリの寸法安定性を改善する。これは、例えば、１つのアノードリードをアノード端子の上側領域に、別のアノードリードをアノード端子の下側領域に接続することによって達成することができる。コンデンサアセンブリは、固体電解コンデンサ要素が電気的に接続されるカソード端子も含む。
導電性金属（例えば、銅、ニッケル、銀、ニッケル、亜鉛、錫、パラジウム、鉛、銅、アルミニウム、モリブデン、チタン、鉄、ジルコニウム、マグネシウム、及びそれらの合金）のようなあらゆる導電材料を端子を形成するために用いることができる。特に適切な導電性金属としては、例えば、銅、銅合金（例えば、銅−ジルコニウム、銅−マグネシウム、銅−亜鉛、又は銅−鉄）、ニッケル、及びニッケル合金（例えば、ニッケル−鉄）が挙げられる。端子の厚みは、コンデンサの厚みをできるだけ小さくするように一般的に選択される。例えば、端子の厚みは、約０．０５から約１ミリメートル、一部の実施形態では、約０．０５から約０．５ミリメートル、かつ約０．０７から約０．２ミリメートルの範囲とすることができる。端子は、溶接、接着結合などのような当業技術で公知のいずれかの技術を使用して接続することができる。例えば、一実施形態では、導電性接着剤をアノード端子及び／又はカソード端子の表面上に最初に付加することができる。導電性接着剤は、例えば、樹脂組成物に含有された導電性金属粒子を含むことができる。金属粒子は、銀、銅、金、白金、ニッケル、亜鉛、ビスマス、その他とすることができる。樹脂組成物は、熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂）、硬化剤（例えば、酸無水物）、及びカプリング剤（例えば、シランカプリング剤）を含むことができる。適切な導電性接着剤は、Ｏｓａｋｏ他に付与された米国特許出願公開第２００６／００３８３０４号に説明されており、この出願は、全ての目的に対して本明細書においてその全内容が引用により組み込まれている。
例えば、図１−図３を再び参照すると、固体電解コンデンサ要素２２及び２４が、共通の電気端子７２及び６２に接続され、コンデンサアセンブリ６４を形成することが示されている。より詳細には、コンデンサアセンブリ６４は、コンデンサ要素２２及び２４のカソードに電気的に接続されたカソード端子７２を含む。この特定的な実施形態では、カソード端子７２は、コンデンサ要素の底面にほぼ平行な平面の状態で最初に設けられる。しかし、以下でより詳細に説明するように、カソード端子７２は、封入の後の装着のための露出部分を形成するために、その後に曲げることができる。従って、カソード端子７２の一部分は、底面にほぼ平行のままであるが、露出部分は、それが曲げられる方式に基づいて完成コンデンサアセンブリ６４内であらゆる様々な角度（例えば、直角）に位置決めすることができる。
コンデンサアセンブリ６４は、第１の部分６５及び第２の部分６７から形成されるアノード端子６２も含む。図１に示すように、第１の部分６５は、第２の部分６７と一体化している。しかし、代替的に、これらの部分６５及び６７は、直接か又は付加的な導電性要素（例えば、金属）を通じてのいずれかで互いに接続される個別の部分とすることができることを理解すべきである。図示の実施形態では、第１の部分６５は、コンデンサ要素の底面に実質的に平行な平面に最初に設けられる。しかし、上述のように、第１の部分６５は、取付端子を形成するように引き続き曲げることができる。アノード端子６２の第２の部分６７は、コンデンサ要素の底面と実質的に直角な平面に設けられる。第２の部分６７は、アノードリード６ａに電気的に接続される上側領域５１とアノードリード６ｂに電気的に接続される下側領域５３とを有する。図示のように、第２の部分６７は、アノード６ａ及び６ｂを実質的に水平なアラインメント（すなわち、−ｘ方向）に保持し、コンデンサアセンブリ６４の寸法安定性を更に高める。領域５１及び５３は、リード６ａ及び６ｂの表面接触及び機械的安定性を更に改善するために「Ｕ字形状」を有することができる。
取り付けられた状態で、コンデンサ要素、アノード端子、及びカソード端子は、ケース内に置くことができ、このケースは、「Ｄ」ケース（７．３ｍｍ×４．３ｍｍ×２．９ｍｍ）、「Ｅ」ケース（７．３ｍｍ×４．３ｍｍ×４．１ｍｍ）、「Ｖ」ケース（７．３ｍｍ×６．１ｍｍ×３．５ｍｍ）、又は「Ｙ」ケース（７．３ｍｍ×４．３ｍｍ×２．０ｍｍ）のような望ましいあらゆるサイズを有することができる。このケースは、樹脂材料がコンデンサ要素の間及び周囲に流れるようにして樹脂材料で満たすことができる。樹脂材料は、次に、当業技術で公知のように硬化することができ、硬質保護シースが形成される。例えば、再び図１−図３を参照すると、コンデンサアセンブリ６４は、樹脂材料５８によって形成された保護シース５９を収容し、樹脂材料は、コンデンサ要素２２及び２４の間及び周囲に位置決めされる。封入の後、それぞれのアノード及びカソード端子６２及び７２の露出部分（図示せず）は、切り取られてシース５９の外側に沿って曲げられる（例えば、９０°の角度で）。このようにして、この部分は、完成コンデンサアセンブリ６４のためのＪ字形状のリードを形成することができるが、あらゆる他の公知の構成も本発明によって形成することができる。
本発明の結果として、優れた電気的性能を示すコンデンサアセンブリを形成することができる。コンデンサアセンブリの等価直列抵抗は、２．２ボルトＤＣバイアス及び１００ｋＨｚの周波数で高調波のない０．５ボルトピーク・トゥ・ピーク正弦波信号を用いて測定された時に、約１００ミリオーム又はそれ未満、一部の実施形態では、約５０ミリオーム又はそれ未満、かつ一部の実施形態では、約０．１から約３５ミリオームである。コンデンサアセンブリの散逸率（ＤＦ）も、比較的低レベルに維持されると考えられている。散逸率（ＤＦ）は、コンデンサアセンブリ内に生じる損失を一般的に意味し、理想性能の百分率として典型的に表現される。例えば、本発明のコンデンサアセンブリの散逸率は、１２０Ｈｚの周波数で測定して典型的に１０％又はそれ未満、かつ一部の実施形態では、約０．１％から約５％である。更に、１つの導体から誘電体を通過して隣接する導体に流れる電流を一般的に意味する漏れ電流は、比較的低レベルに維持することができる。例えば、漏れ電流は、約２μＡ又はそれ未満、一部の実施形態では、約１μＡ又はそれ未満、かつ一部の実施形態では、約０．０１から約０．５μＡとすることができる。同様に、このアセンブリのキャパシタンスは、１２０Ｈｚの周波数で測定して約１から約１００μＦ、一部の実施形態では、約１５０から約１，５００μＦ、かつ一部の実施形態では、約２００から約８００μＦに及ぶ場合がある。
本発明は、以下の実施例の参照によって更に良好に理解することができる。
試験手順
等価直列抵抗（ＥＳＲ）
等価直列抵抗は、２．２ボルトＤＣのバイアス及び０．５ボルトピークトゥピーク正弦波信号を用いて、ケルビンリードを有する「Ｋｅｉｔｈｌｅｙ ３３３０ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ＬＣＺ」メーターを使用して測定することができる。作動周波数は、１００ｋＨｚであり、温度は、２３℃±２℃であった。
キャパシタンス
キャパシタンスは、２．２ボルトＤＣのバイアス及び０．５ボルト・ピークトゥピーク正弦波信号を用いて、ケルビンリードを有する「Ｋｅｉｔｈｌｅｙ ３３３０ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ＬＣＺ」メーターを使用して測定された。作動周波数は、１２０Ｈｚであり、温度は、２３℃±２℃であった。
漏れ電流
漏れ電流（ＤＣＬ）は、２５℃の温度かつ定格電圧で最低限６０秒後での漏れ電流を測定する漏れ試験セットを用いて測定された。
４．３ｍｍ×３．１ｍｍ×２．７ｍｍのサイズを有するタンタルアノードが、液体電解質内で１４０Ｖで２２μＦまで陽極酸化された。次に、このアノードをトルエンスルホン酸鉄（ＩＩＩ）の溶液（Ｃｌｅｖｉｏｓ（登録商標）Ｃ、Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ）内に５分間浸漬し、引き続き３，４−エチレンジオキシチオフェン（Ｃｌｅｖｉｏｓ（登録商標）Ｍ，Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ）内に１分間浸漬することにより、導電性ポリマーコーティングが形成された。重合の４５分後に、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）の薄膜が誘電体の表面に形成された。各部分は、メタノール内で洗浄されて反応副産物が除去され、液体電解質内で陽極酸化され、再びメタノール内で洗浄された。重合サイクルは、１２回反復された。次に、各部分は、グラファイト及び銀によって被覆され、かつアノードをリードフレームポケット内に接着し、アノードワイヤを切断してリードフレーム垂直部内にレーザ溶接し、コンデンサを成形することによって組み立てられた。
４．３ｍｍ×３．１ｍｍ×２．７ｍｍのサイズを有するタンタルアノードが、液体電解質内で１４０Ｖで２２μＦまで陽極酸化された。次に、このアノードを１．１％（Ｃｌｅｖｉｏｓ（登録商標）Ｋ，Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ）の固形含量を有する分散されたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）内に浸漬することにより、導電性ポリマーコーティングが形成された。被覆時に、この部分は、次に１２０℃で２０分間乾燥させた。この処理は、６回反復された。その後、この部分は、２％の固形含量を有する分散されたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）内に浸漬され、１２５℃で２０分間乾燥させた。再度、この処理が６回反復された。次に、各部分は、グラファイト及び銀によって被覆され、実施例１に上述のものと同じ方法で組み立てられた。
４．１ｍｍ×３．１ｍｍ×１．０ｍｍのサイズを有するタンタルアノードが、液体電解質内で１４０Ｖで７μＦまで陽極酸化された。次に、このアノードを１．１％（Ｃｌｅｖｉｏｓ（登録商標）Ｋ，Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ）の固形含量を有する分散されたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）内に浸漬することにより、導電性ポリマーコーティングが形成された。被覆時に、この部分は、次に１２０℃で２０分間乾燥させた。この処理は、６回反復された。その後、この部分は、２％の固形含量を有する分散されたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）内に浸漬され、１２５℃で２０分間乾燥させた。再度、この処理が６回反復された。次に、各部分は、グラファイト及び銀によって被覆された。その後、これらの部分の２つは、図１−図３に示すようにリードフレームパドル上に垂直に真空「ピックアンドプレース」された。コンデンサ要素の接着を保証するために、銀接着剤がリードフレームパドル（負極端子）上に分注された。リードフレームの正極端子は、リードワイヤを収容するように設計された複数のスロットを有し、リードワイヤがそれにレーザ溶接された。その後、コンデンサは、成形樹脂が要素の周囲にかつそれらの間に流されるように封入された。
実施例１−実施例３の完成コンデンサは、次に、電気的性能（すなわち、漏れ電流、ＥＳＲ、及びキャパシタンス）に関して試験された。また、エージング後の電気的性能の安定性を測定するために、２０００時間の保存（温度８５℃及び印加電圧３５Ｖ）の後に、漏れ電流の測定が反復された。結果は、表１で以下に示されている。
（表１）
Figure 2012039123
本発明のこれら及び他の修正及び変形は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく当業者によって実施することができる。更に、様々な実施形態の態様は、全部又は一部の両方で入れ替えることができることを理解すべきである。更に、当業者は、以上の説明が単に例示的であり、添付の特許請求の範囲で更に説明するような本発明を制限する意図ではないことを認めるであろう。
２２ 第１の固体電解コンデンサ要素
２４ 第２の固体電解コンデンサ要素
６２ アノード端子
６５ 第１の部分
６７ 第２の部分

Claims (25)

  1. アノードと、陽極酸化によって形成されて該アノードの上に重なる誘電体コーティングと、該誘電体層の上に重なる導電性ポリマーとを収容し、第１のコンデンサ要素が特定の方向に第２のコンデンサ要素から離間した、第１の固体電解コンデンサ要素及び第２の固体電解コンデンサ要素と、
    前記第１のコンデンサ要素及び前記第２のコンデンサ要素が電気的に接続されたアノード端子と、
    前記第１のコンデンサ要素及び前記第２のコンデンサ要素が電気的に接続されたカソード端子と、
    前記第１のコンデンサ要素及び前記第２のコンデンサ要素の間に形成された空間を実質的に満たす樹脂材料と、
    を含むことを特徴とするコンデンサアセンブリ。
  2. 前記第１のコンデンサ要素、前記第２のコンデンサ要素、又はその両方の前記導電性ポリマーは、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリ−ｐ−フェニレン、ポリフェノレート、又はその組合せを含有することを特徴とする請求項１に記載のコンデンサアセンブリ。
  3. 前記ポリチオフェンは、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）であることを特徴とする請求項２に記載のコンデンサアセンブリ。
  4. 前記第１のコンデンサ要素、前記第２のコンデンサ要素、又はその両方の前記導電性ポリマーは、予備重合された導電性ポリマー粒子の分散液から形成されることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサアセンブリ。
  5. 前記粒子は、約１から約５００ナノメートルの平均直径を有することを特徴とする請求項４に記載のコンデンサアセンブリ。
  6. 前記分散液は、ポリマーアニオンを含有することを特徴とする請求項４に記載のコンデンサアセンブリ。
  7. 前記ポリマーアニオンは、ポリスチレンスルホン酸であることを特徴とする請求項６に記載のコンデンサアセンブリ。
  8. コンデンサアセンブリの降伏電圧が、約６０ボルト又はそれよりも高いことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサアセンブリ。
  9. コンデンサアセンブリの降伏電圧が、約１００ボルト又はそれよりも高いことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサアセンブリ。
  10. 前記樹脂材料は、エポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサアセンブリ。
  11. 前記樹脂材料は、前記コンデンサ要素の周囲に拡がり、かつコンデンサアセンブリのためのシースを形成し、
    前記アノード端子の少なくとも一部分及び前記カソード端子の少なくとも一部分が、前記シースから露出されたままである、
    ことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサアセンブリ。
  12. 前記第１のコンデンサ要素及び前記第２のコンデンサ要素の主要な表面が、垂直構成で設けられることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサアセンブリ。
  13. 前記コンデンサ要素が離間した前記方向に特定の寸法を定め、
    前記コンデンサ要素間の前記空間とコンデンサアセンブリの前記寸法の比率が、約０．０１から約０．１である、
    ことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサアセンブリ。
  14. 前記比率は、約０．０１から約０．０５であることを特徴とする請求項１３に記載のコンデンサアセンブリ。
  15. 前記コンデンサ要素は、約４０マイクロメートルから約１００マイクロメートルの距離で離間していることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサアセンブリ。
  16. 前記第１のコンデンサ要素は、第１のアノードリードを含み、前記第２のコンデンサ要素は、第２のアノードリードを含み、
    前記第１のアノードリード及び前記第２のアノードリードは、前記コンデンサ要素が離間した前記方向に対して実質的に直角の方向に延びる、
    ことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサアセンブリ。
  17. 前記第１のアノードリード及び前記第２のアノードリードは、前記アノード端子に電気的に接続されることを特徴とする請求項１６に記載のコンデンサアセンブリ。
  18. 前記アノードは、タンタル、ニオブ、又はその導電性酸化物を含むことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサアセンブリ。
  19. コンデンサアセンブリを形成する方法であって、
    タンタル、ニオブ、又はその導電性酸化物を含むアノードと、陽極酸化によって形成されて該アノードの上に重なる誘電体コーティングと、該誘電体層の上に重なる導電性ポリマーとを収容し、かつ該アノードから延びるそれぞれの第１及び第２のアノードリードを収容する第１の固体電解コンデンサ要素及び第２の固体電解コンデンサ要素を準備する段階と、
    カソード端子とアノード端子とを形成するリードフレームを準備する段階と、
    前記第１のコンデンサ要素が前記第２のコンデンサ要素から特定の方向に離間するように該第１及び第２のコンデンサ要素を前記リードフレーム上に位置決めする段階と、
    前記第１のコンデンサ要素及び前記第２のコンデンサ要素を前記カソード端子に電気的に接続する段階と、
    前記第１のアノードリード及び前記第２のアノードリードを前記アノード端子に電気的に接続する段階と、
    前記第１及び第２のコンデンサ要素、前記アノード端子、及び前記カソード端子をケース内に位置決めする段階と、
    樹脂材料を該材料が前記第１のコンデンサ要素と前記第２のコンデンサ要素の間の空間を実質的に埋めるように前記ケースに付加する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
  20. 前記樹脂材料を硬化する段階を更に含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
  21. 前記第１のコンデンサ要素、前記第２のコンデンサ要素、又はその両方の前記導電性ポリマーは、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリ−ｐ−フェニレン、ポリフェノレート、又はその組合せを含有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
  22. 前記第１のコンデンサ要素、前記第２のコンデンサ要素、又はその両方の前記導電性ポリマーは、予備重合された導電性ポリマー粒子の分散液から形成されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
  23. 前記コンデンサアセンブリの降伏電圧が、約６０ボルト又はそれよりも高いことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
  24. 前記コンデンサアセンブリは、前記コンデンサ要素が離間した前記方向に特定の寸法を定め、
    前記コンデンサ要素間の前記空間と前記コンデンサアセンブリの前記寸法の比率が、約０．０１から約０．１である、
    ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
  25. 比率が、約０．０１から約０．０５であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
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