JP2012043960A - 電解コンデンサの製造方法および電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電解コンデンサを高耐圧化することを目的とする。
【解決手段】この目的を達成するため本発明は、セパレータ２を介して巻回された陽極箔３および陰極箔４からなるコンデンサ素子５と、このコンデンサ素子５に含浸させた陰極材料と、陽極箔３および陰極箔４の電極をそれぞれ引き出す陽極端子７および陰極端子８と、陰極材料とともにコンデンサ素子５を収容するケース６と、陽極端子７および陰極端子８の一部が外部に露出するようにケース６を封止する封止部材９と、を備え、陽極箔３のセパレータ２と対向する表面には誘電膜が形成されている電解コンデンサ１の製造方法であって、誘電膜は、原子層堆積法によって形成するものとした。これにより本発明は陽極箔３となる基材に不純物が含まれていても均一に誘電膜を形成でき、耐圧を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解コンデンサの製造方法および電解コンデンサに関する。

従来の巻回型の電解コンデンサは、セパレータを介して巻回された陽極箔および陰極箔からなるコンデンサ素子と、このコンデンサ素子に含浸させた電解液や固体電解質等の陰極材料と、陽極箔および陰極箔の電極をそれぞれ引き出す陽極端子および陰極端子と、陰極材料とともにコンデンサ素子を収容するケースと、陽極端子および陰極端子の一部が外部に露出するようにケースを封止する封止部材と、を備えている。

このような電解コンデンサは、まず陽極箔となるアルミニウム箔をエッチングで粗面化する。次に粗面化したアルミニウム箔を、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム等のリン酸系の水溶液に、５〜６０分程度、所定の電圧印加をして含浸させ、化成処理を行う。これによりアルミニウム箔の表面に酸化アルミニウムからなる誘電膜を形成できる。その後アルミニウム箔を洗浄し、さらに乾燥し、所定の幅にカットすれば、表面に誘電膜が形成された陽極箔となる。このように形成された陽極箔を、セパレータを介して陰極箔と対向させ、巻回すれば、上述のコンデンサ素子となる。

また従来の積層型の固体電解コンデンサは、陽極箔と、この陽極箔上に設けられ、この陽極箔を陽極部と陰極形成部とに分離する絶縁部と、陰極形成部上に誘電膜を介して設けられた固体電解質層と、この固体電解質上に設けられた陰極層とからなるコンデンサ素子と、陽極箔および陰極層の電極をそれぞれ引き出す陽極端子および陰極端子と、陽極端子および陰極端子の一部が外部に露出するように、コンデンサ素子の外周を覆う外装体と、を備えている。

このような電解コンデンサは、巻回型の電解コンデンサと同様に、まずアルミニウム箔をエッチングした後化成処理を行い、誘電膜を形成する。そして次に誘電膜上に絶縁部を形成しコンデンサ素子の形状に合わせてアルミニウム箔を打ち抜けば、表面に誘電膜が形成された陽極箔となる。その後陰極形成部の誘電膜上に、固体電解質層、陰極層を順次積層すれば、コンデンサ素子を形成できる。

このような電解コンデンサに関連する技術を開示するものとして、下記の特許文献１が挙げられる。

特開２００８−１５９７３９号公報

しかしながら上記従来の方法では、耐圧が低くなることがあった。

その理由は、化成処理によって誘電膜を形成しているからである。すなわち化成処理では、陽極箔となる基材に不純物が含まれている場合、不純物上に誘電膜が形成されないことがある。そしてその結果、漏れ電流が発生し、耐圧が低くなるのである。

そこで本発明は、耐圧を高くすることを目的とする。

そしてこの目的を達成するため本発明は、誘電膜を、原子層堆積法によって形成する電解コンデンサの製造方法およびこれにより形成された電解コンデンサである。

以上より本発明は、耐圧を高くできる。

その理由は、原子層堆積法を用いることによって、不純物上にも容易に誘電膜を形成できるからである。

さらに原子層堆積法を用いれば、複雑な立体構造の表面にも誘電膜を形成できるため、巻回型の電解コンデンサではコンデンサ素子を巻回後、あるいは積層型の電解コンデンサでは絶縁部を形成し打ち抜きした後、それぞれ原子層堆積法によって誘電膜を形成できる。したがって、巻回時あるいは打ち抜き時に誘電膜が損傷するのを抑制でき、耐圧を高くできる。

本発明の実施例１における電解コンデンサの一部切欠斜視図 本発明の実施例２における電解コンデンサの斜視図 本発明の実施例２におけるコンデンサ素子の断面図

（実施例１）
図１に電解コンデンサの一例として、巻回型の電解コンデンサ１を示す。この電解コンデンサ１は、例えばセパレータ２を介して巻回された陽極箔３、陰極箔４を有するコンデンサ素子５と、このコンデンサ素子５に含浸させた電解質（図示せず）と、電解質とともにコンデンサ素子５を収容するケース６と、陽極箔３、陰極箔４の電極を引き出す陽極端子７、陰極端子８と、この陽極端子７、陰極端子８を外部に露出するようにケース６を封止する封止部材９と、を備えている。陽極箔３には、セパレータ２と対向する面に誘電膜（図示せず）が形成されている。またセパレータ２の陽極箔３と対向する面にも誘電膜が形成されている。これらの誘電膜は、同じ誘電材料から形成されている。

陽極箔３、陰極箔４は、それぞれ厚み８０μｍ〜１２０μｍ程度のアルミニウム箔からなり、表面にはエッチングや蒸着などにより微細な凹凸が多数形成されている。

陽極箔３、陰極箔４は、アルミニウム以外にも、アルミニウム合金、チタン、チタン合金などの弁金属材料や、その他の導電性材料で構成してもよい。

また誘電膜は、酸化アルミニウムや窒化チタン、酸化チタン、二酸化珪素、窒化珪素、酸化タンタル、酸化ジルコニウムなどの皮膜で構成できる。

セパレータとしては、セルロース系材料やポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂系材料が挙げられる。

以下、本実施例における電解コンデンサ１の製造方法について説明する。

はじめにアルミニウム箔からなる基材を電解液中でエッチングし、基材の表面に微細な凹凸を形成し、陽極箔３とする。同様に、陰極箔もエッチング等で粗面化する。

次に陽極箔３、陰極箔４のアルミニウムの露出部分にそれぞれ陽極端子７、陰極端子８を接続する。

次に陽極箔３、陰極箔４を、セパレータ２を介して対向させ、巻回してコンデンサ素子５を形成する。

その後コンデンサ素子５を成膜装置に入れ、原子層堆積法によって酸化アルミニウムからなる誘電膜を形成する。

この時、まずコンデンサ素子５を８０度〜３００度程度に制御された成膜室に入れ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）に暴露する。これにより、陽極箔３、セパレータ２、陰極箔４の表面に、化学吸着したＴＭＡの単層が形成できる。なお、誘電膜は、少なくとも陽極箔３のセパレータ２と対向する表面に形成されればよい。

その後、気相中の過剰なＴＭＡをパージして除去する。

次に成膜室に酸化剤として水蒸気、酸素ガス、オゾンガスのうちいずれか一つ、もしくは複数を、あるいはプラズマ化されたこれらのガスを導入し、ＴＭＡ単層と反応させ、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）の層を形成する。その後メタンなどの反応生成物と過剰の酸化剤を除去することで誘電膜形成の１サイクルが終了する。１サイクルの所要時間は５〜６秒である。

このサイクルを、陽極箔３のセパレータ２と対向する面の誘電膜の厚みが１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度になるまで繰り返し、誘電膜を完成させる。誘電膜は、１サイクルで０．１６ｎｍ程度の厚みとなるため、１００サイクル程度繰り返せばよい。

その後コンデンサ素子５を成膜装置から取り出し、電解液を含浸させ、ケース６に収容する。そしてケース６を封止部材９で封止すれば、巻回型の電解コンデンサ１となる。

以下、本実施例の効果を以下に説明する。

本実施例では、耐圧の高い電解コンデンサを実現できる。

その理由は、原子層堆積法を用いて誘電膜を形成したためである。これにより基材に不純物が含まれていても、その上に化学吸着により容易に誘電膜を形成できるため、陽極箔上に均一に誘電膜を形成できる。

また従来の化成処理と比べて化成液や洗浄液などの廃液が殆どないため、生産工程における環境負荷を低減できる。

なお誘電膜は、陽極箔を巻回する前に形成してもよいが、原子層堆積法では複雑な立体構造の表面にも誘電膜を形成できるため、陽極箔を巻回後形成してもよい。この場合は特に巻回時や箔の切断時に誘電膜が損傷するのを抑制でき、より耐圧を高くできる。

さらに巻回後に原子層堆積法によって形成した巻回型の電解コンデンサは、誘電膜がセパレータの表面にも形成されるため、セパレータの熱膨張を抑制し、耐圧を高くできる。

（実施例２）
本実施例では、電解コンデンサとして図２に示すような積層型の電解コンデンサ１０を例に説明する。

この電解コンデンサ１０は、図３に示すように陽極箔１１と、この陽極箔１１上に設けられ、この陽極箔１１を陽極部１２Ａと陰極形成部１２Ｂとに分離する絶縁部１３と、陰極形成部１２Ｂ上に誘電膜１４を介して設けられた固体電解質層１５と、この固体電解質層１５上に設けられた陰極層１６とからなるコンデンサ素子１７と、陽極箔１１および陰極層１６の電極をそれぞれ引き出す陽極端子（図２の図番１８）および陰極端子（図２の図番１９）と、陽極端子１８および陰極端子１９の一部が外部に露出するように、コンデンサ素子１７の外周を覆う外装体（図２の図番２０）と、を備えている。

図３に示すように、絶縁部１３は、剥離しにくいように陽極箔１１に押圧して設けられ、その表面には、陰極形成部１２Ｂ上の誘電膜１４と同じ材料からなる誘電膜１４が形成されている。

陽極箔１１、誘電膜１４の材料は実施例１と同様である。また本実施例の固体電解質層１５は、導電性高分子からなり、陰極層１６はカーボンペーストおよび銀ペーストが積層されたものである。絶縁部１３および外装体２０はたとえば絶縁性の樹脂材料からなる。

以下、本実施例の電解コンデンサ１０の製造方法について説明する。

まず陽極箔となる基材の表面を、実施例１と同様にエッチングあるいは蒸着によって粗面化し、図３に示す絶縁部１３を形成し、基材を陽極部１２Ａと陰極形成部１２Ｂとに分ける。

次に基材を所望の大きさに打ち抜き、その後原子層堆積法によって基材の表面に誘電膜１４を形成する。誘電膜１４は少なくとも陰極形成部１２Ｂ上に形成すればよいが、本実施例では陽極部１２も含めて基材の表面全体に形成できる。また絶縁部１３上にも形成される。

その後陰極形成部１２Ｂ上の誘電膜１４上に、化学重合あるいは電解重合、もしくは分散剤塗布等により固体電解質層１５を形成し、さらにこの固体電解質層１５上に陰極層１６を形成すれば、コンデンサ素子１７となる。

次に、このコンデンサ素子１７を図２に示すように複数枚積層し、それぞれの陽極部１２Ａを陽極端子１８と接続し、それぞれの陰極層１６を陰極端子１９と接続する。

その後陽極端子１８、陰極端子１９の一部を露出し、電極を外部へ引き出せる状態でコンデンサ素子１７の積層体を外装体２０で覆うと電解コンデンサ１０となる。

本実施例の効果を以下に説明する。

本実施例でも、実施例１と同様に、基材の不純物上にも均一に誘電膜１４を形成でき、耐圧を高めることができる。また廃液量を抑え、環境負荷を低減できる。

また従来の化成処理の場合は、陽極箔１１の表面に化成によって誘電膜１４を形成後、絶縁部１３を押圧して形成し、その後陽極箔１１を所望のサイズに打ち抜いていた。したがって絶縁部１３の押圧時および打ち抜き時に誘電膜１４が損傷し、漏れ電流の要因となることがあった。

これに対し本実施例のように原子層堆積法を用いた場合は、陽極箔１１上に絶縁部１３を押圧して形成し所望のサイズに打ち抜いた後、誘電膜１４を形成できる。したがって、絶縁部１３を押圧時、もしくは陽極箔１１の打ち抜き時に誘電膜１４が損傷するのを抑制でき、耐圧を高くすることができる。

さらに絶縁部１３を形成した後に原子層堆積法によって誘電膜１４を形成することで、誘電膜１４は絶縁部１３上にも形成される。したがって構造上も耐圧を高くできる。

（実施例３）
本実施例では、実施例１に示すような巻回型の電解コンデンサにおいて、陰極材料として電解液ではなく固体電解質を用いたものである。陰極材料としては、電解液と固体電解質とを併用してもよい。

この巻回型の固体電解コンデンサは、図１に示すコンデンサ素子５を形成後、実施例１と同様に原子層堆積法によって誘電膜を形成し、その後固体電解質層を形成するものである。固体電解質層は、化学重合、電解重合あるいは分散体の塗布により形成できる。

その後実施例１と同様に、コンデンサ素子５をケース６に収容し、封止部材９で封止すれば、本実施例の電解コンデンサとなる。

本実施例においても、実施例１と同様に、セパレータ２の表面もＡｌ₂Ｏ₃からなる誘電膜で覆われる。したがって固体電解質を形成するための重合液あるいは分散液がセパレータ２に浸透しにくくなり、セパレータ２の空隙や陽極箔３とセパレータ２の間に十分に固体電解質を形成できるためコンデンサの低ＥＳＲ化にも有利である。

本発明の電解コンデンサは、高耐圧特性が求められる電解コンデンサに有用である。

１ 電解コンデンサ
２ セパレータ
３ 陽極箔
４ 陰極箔
５ コンデンサ素子
６ ケース
７ 陽極端子
８ 陰極端子
９ 封止部材
１０ コンデンサ
１１ 陽極箔
１２Ａ 陽極部
１２Ｂ 陰極形成部
１３ 絶縁部
１４ 誘電膜
１５ 固体電解質層
１６ 陰極層
１７ コンデンサ素子
１８ 陽極端子
１９ 陰極端子
２０ 外装体

Claims (6)

1. セパレータを介して巻回された陽極箔および陰極箔からなるコンデンサ素子と、
   このコンデンサ素子に含浸させた陰極材料と、
   前記陽極箔および前記陰極箔の電極をそれぞれ引き出す陽極端子および陰極端子と、
   前記陰極材料とともに前記コンデンサ素子を収容するケースと、
   前記陽極端子および陰極端子の一部が外部に露出するように前記ケースを封止する封止部材と、を備え、
   前記陽極箔の前記セパレータと対向する表面には誘電膜が形成されている電解コンデンサの製造方法であって、
   前記誘電膜は、原子層堆積法によって形成する電解コンデンサの製造方法。
2. 前記誘電膜は、前記セパレータを介して前記陽極箔および前記陰極箔を巻回した後に形成された、請求項１に記載の電解コンデンサの製造方法。
3. 陽極箔と、この陽極箔上に設けられ、この陽極箔を陽極部と陰極形成部とに分離する絶縁部と、前記陰極形成部上に誘電膜を介して設けられた固体電解質層と、この固体電解質上に設けられた陰極層とからなるコンデンサ素子と、
   前記陽極箔および前記陰極層の電極をそれぞれ引き出す陽極端子および陰極端子と、
   前記陽極端子および陰極端子の一部が外部に露出するように、前記コンデンサ素子の外周を覆う外装体と、を備え、
   前記絶縁部の表面には、前記陰極形成部上の前記誘電膜と同じ材料からなる誘電膜が形成されている電解コンデンサの製造方法であって、
   前記陰極形成部上および前記絶縁部上の前記誘電膜は、原子層堆積法によって形成する電解コンデンサの製造方法。
4. 前記陰極形成部上および前記絶縁部上の前記誘電膜は、前記陽極箔上に前記絶縁部を形成した後に形成された、請求項３に記載の電解コンデンサの製造方法。
5. セパレータを介して巻回された陽極箔および陰極箔からなるコンデンサ素子と、
   このコンデンサ素子に含浸させた陰極材料と、
   前記陽極箔および前記陰極箔の電極をそれぞれ引き出す陽極端子および陰極端子と、
   前記陰極材料とともに前記コンデンサ素子を収容するケースと、
   前記陽極端子および陰極端子の一部が外部に露出するように前記ケースを封止する封止部材と、を備え、
   前記陽極箔および前記セパレータの表面には、それぞれ同じ誘電材料からなる誘電膜が形成されている電解コンデンサ。
6. 陽極箔と、この陽極箔上に設けられ、この陽極箔を陽極部と陰極形成部とに分離する絶縁部と、前記陰極形成部上に誘電膜を介して設けられた固体電解質層と、この固体電解質上に設けられた陰極層とからなるコンデンサ素子と、
   前記陽極箔および前記陰極層の電極をそれぞれ引き出す陽極端子および陰極端子と、
   前記陽極端子および陰極端子の一部が外部に露出するように、前記コンデンサ素子の外周を覆う外装体と、を備え、
   前記絶縁部の表面には、前記陰極形成部上の前記誘電膜と同じ材料からなる誘電膜が形成されている電解コンデンサ。

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