JP2012069788A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

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Abstract

【課題】特性を向上できる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は、陽極体11と、誘電体層12と、固体電解質層13と、陰極層14とを備え、陰極層14は、イミド系ポリマーをバインダー樹脂として有する銀ペースト層である。誘電体層12は、陽極体11上に形成されている。固体電解質層13は、誘電体層12上に形成されている。陰極層14は、固体電解質層13に接するように形成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は固体電解コンデンサに関する。
従来の固体電解コンデンサとして、たとえば特開2009−10238号公報(特許文献1)が挙げられる。図2は、特許文献1に開示の固体電解コンデンサの構成を示す概略断面図である。図2を参照して、特許文献1の固体電解コンデンサは、陽極体1と、陽極体1の表面に形成された誘電体層2と、誘電体層2の上に形成された導電性高分子層3と、導電性高分子層3の上に形成された陰極層4とを備えている。陰極層4は、導電性高分子層3上に形成され、かつカーボン粒子を含む層からなるカーボン層4aと、カーボン層4a上に形成され、かつ銀粒子を含む層からなる銀ペースト層4bとを有している。
特開2009−10238号公報
特許文献1の固体電解コンデンサは、カーボン層4aを有している。しかし、カーボン層4aを形成する際に、カーボン層の厚みの制御は難しい。カーボン層4aが厚く形成されると、外装被覆時にクラックが入りやすくなる。このため、固体電解コンデンサの特性が低下するという問題が生じる。
また、カーボン層4aを形成せずに、導電性高分子層3に接するように銀ペースト層4bを形成する技術が考えられる。しかし、この場合には、導電性高分子層3と銀ペースト層4bとの間に隙間が生じる。このため、固体電解コンデンサの特性が低下するという問題が生じる。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、特性を向上できる固体電解コンデンサを提供することである。
本発明者は、上記課題を解決するために、カーボン層を形成せずに銀ペースト層を形成する場合において、導電性高分子層と銀ペースト層との間に形成される隙間を低減する手段について鋭意研究した。その結果、銀ペースト層のバインダー樹脂として、イミド系ポリマーを用いることにより、カーボン層を形成しなくても、固体電解コンデンサの特性を向上できることを見出した。
すなわち、本発明の固体電解コンデンサは、陽極体と、誘電体層と、固体電解質層と、陰極層とを備え、陰極層は、イミド系ポリマーをバインダー樹脂として有する銀ペースト層である。誘電体層は、陽極体上に形成されている。固体電解質層は、誘電体層上に形成されている。陰極層は、固体電解質層に接するように形成されている。
本発明の固体電解コンデンサによれば、陰極層は、イミド系ポリマーをバインダー樹脂として有する銀ペースト層である。イミド系ポリマーは、固体電解質層とのなじみがよいので、カーボン層を形成しなくても銀ペースト層と固体電解質層との隙間を低減することができる。このため、陰極層と固体電解質層との隙間に起因した特性の劣化を抑制できる。さらに、カーボン層を省略できるので、カーボン層の形成に起因した特性の劣化を防止できる。したがって、特性を向上することができる固体電解コンデンサを実現できる。
上記固体電解コンデンサにおいて好ましくは、上記固体電解質層は、ポリピロールを含む。
ポリピロールを含む固体電解質層の表面は滑らかであるため、銀ペースト層を直接形成すると隙間が形成されやすい。しかし、イミド系ポリマーを銀ペースト層のバインダー樹脂として用いることにより、ポリピロールの固体電解質層に接する銀ペースト層を、隙間を低減して形成することができる。このため、固体電解質層がポリピロールを含む場合であっても、特性を向上することができる固体電解コンデンサを実現できる。
以上のように、本発明の固体電解コンデンサによれば、特性を向上することができる。
本発明の実施の形態における固体電解コンデンサの構成を概略的に示す断面図である。 特許文献1の固体電解コンデンサの構成を概略的に示す断面図である。
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。
図1は、本発明の実施の形態における固体電解コンデンサ10の構成を概略的に示す断面図である。始めに、図1を参照して、本発明の一実施の形態における固体電解コンデンサ10を説明する。
図1に示すように、固体電解コンデンサ10は、陽極体11と、誘電体層12と、固体電解質層13と、陰極層14とを備えている。陽極体11と、誘電体層12と、固体電解質層13と、陰極層14とは、固体電解コンデンサ10のコンデンサ素子を構成する。誘電体層12は、陽極体11上に形成され、本実施の形態では陽極体11に接するように形成されている。固体電解質層13は、誘電体層12上に形成され、本実施の形態では誘電体層12に接するように形成されている。陰極層14は、固体電解質層13に接するように形成されている。
陽極体11は、たとえば弁作用金属の焼結体からなる。弁作用金属は、たとえばタンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)などである。焼結体は多孔質構造を有している。
誘電体層12は、弁作用金属を化成処理することによって形成される酸化被膜である。たとえば、弁作用金属としてタンタルを用いた場合の誘電体層12の組成は酸化タンタル(Ta25)となり、弁作用金属としてアルミニウムを用いた場合の誘電体層12の組成は酸化アルミニウム(Al23)となる。
固体電解質層13は、ポリピロール、ポリフラン、ポリアニリン等の導電性高分子材料や、TCNQ錯塩(7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン)などにより構成される。固体電解質層13はポリピロールを含むことが好ましく、ポリピロールからなることがより好ましい。また、固体電解質層13は、電解重合法により形成されたポリピロールで構成されることが好ましい。電解重合法により形成されたポリピロールの表面は特に滑らかになる。
陰極層14は、イミド系ポリマーをバインダー樹脂として有する銀ペースト層である。言い換えると、陰極層14は、バインダー樹脂としてのイミド系ポリマーと、銀粒子とを含む。陰極層14には、カーボン層は含まれない。
銀ペースト層を構成するイミド系ポリマーとしては、たとえば下記の化学式1で示される芳香族ポリイミドが挙げられる。なお、下記の化学式1においてRおよびR’は、芳香族を意味する。
Figure 2012069788
本実施の形態の固体電解コンデンサ10は、陽極リード15と、陽極端子16と、陰極端子17と、接着層18とをさらに備えている。
陽極リード15は、たとえばタンタルなどの金属からなる棒状体であり、その一端は陽極体11に埋設されており、他端がコンデンサ素子の外部へ突出するように配置される。陽極端子16は、溶接などにより、その一部が陽極リード15に接続される。陰極端子17は、導電性の接着剤からなる接着層18を介して、コンデンサ素子の最外層である陰極層14と接続するように配置される。陽極端子16および陰極端子17は、たとえば銅または銅合金などの金属で構成される。
また、本実施の形態の固体電解コンデンサ10は、外装樹脂19をさらに備えている。外装樹脂19は、陽極端子16の一部および陰極端子17の一部が露出するように、陽極リード15、陽極端子16、陰極端子17および接着層18が配置されたコンデンサ素子を封止する。外装樹脂19は、たとえばエポキシ樹脂が用いられる。
続いて、図1を参照して、本実施の形態における固体電解コンデンサ10の製造方法について説明する。
まず、陽極体11を準備する。この工程では、たとえば弁作用金属の粉末である原料粉末を準備し、陽極リード15の長手方向の一端側が原料粉末に埋め込まれた状態で、所望の形状になるように原料粉末を成形する。そして、成形された原料粉末を焼結することにより、陽極リード15の一端側が埋め込まれた陽極体11を形成できる。陽極リード15と陽極体11とは、同一の弁作用金属からなることが好ましい。
次に、陽極体11上に誘電体層12を形成する。この工程では、たとえば陽極体11を硝酸やリン酸などの酸溶液中に浸漬し、電解化成を行なうことにより、陽極体11の表層部に誘電体層12を形成する。
次に、誘電体層12上に固体電解質層13を形成する。この工程では、電解重合法、化学重合法などにより、誘電体層12上に導電性高分子からなる固体電解質層13を形成する。固体電解質層13は、電解重合法により形成することが好ましい。
電解重合法にて固体電解質層13を形成する場合、たとえばモノマーとドーパントとを含む電解重合液中に誘電体層12が形成された陽極体11を浸漬し、陽極体11を陽極として電解酸化する方法を採用することができる。
化学重合法にて固体電解質層13を形成する場合、モノマーと酸化剤とドーパントとを含む化学重合液に、誘電体層12が形成された陽極体11を浸漬する方法、上記化学重合液を誘電体層12が形成された陽極体11に塗布する方法、モノマー溶液および酸化剤溶液の各々に誘電体層12が形成された陽極体11を浸漬する方法、モノマー溶液および酸化剤溶液の各々を誘電体層12が形成された陽極体11に塗布する方法などを採用することができる。
なお、上記化学重合法においては、必ずしも酸化剤とドーパントとを別の材料とする必要はなく、酸化剤とドーパントとを兼ねる材料を用いることもできる。また、上記化学重合液や電解重合液には、上記材料のほかに、界面活性剤などの添加剤を添加してもよい。さらに、上記化学重合の後に熱を加える熱化学重合を実施してもよい。
次に、固体電解質層13上に、陰極層14として、イミド系ポリマーをバインダー樹脂として有する銀ペースト層を形成する。この工程では、たとえば、固体電解質層13上に、イミド系ポリマーをバインダー樹脂として有する銀ペースト層を塗布し、その後乾燥することにより、陰極層14を形成する。銀ペースト層を塗布する方法は特に限定されいが、ディッピング、スクリーン印刷などを採用することができる。この陰極層14を形成する工程では、カーボン層を形成する工程を省略する。これにより、コンデンサ素子を製造することができる。
次に、陽極端子16および陰極端子17の各々を、陽極体11および陰極層14に接続する。この工程では、たとえば銅または銅合金からなる陽極端子16を陽極リード15に接続するとともに、銅または銅合金からなる陰極端子17を陰極層14に接続する。陰極層14と陰極端子17とは、たとえば接着層18により接続する。陽極端子16と陽極リード15とは、たとえば抵抗溶接により接続することができる。なお、陰極層14と陰極端子17とを抵抗溶接により接続してもよいし、陽極端子16と陽極リード15とを接着層18により接続してもよい。
次に、外装樹脂19で被覆する。この工程では、陽極端子16および陰極端子17の一部が外部に露出するように、コンデンサ素子を外装樹脂19で被覆する。被覆する方法は、特に限定されないが、たとえばトランスファーモールド法などを採用することができる。その後、陽極端子16および陰極端子17のうち外装樹脂19から露出している部分を外装樹脂19に沿って折り曲げる。
以上の工程を実施することにより、図1に示す固体電解コンデンサ10を製造することができる。
以上説明したように、本実施の形態における固体電解コンデンサ10およびその製造方法によれば、陰極層14は、イミド系ポリマーをバインダー樹脂として有する銀ペースト層である。イミド系ポリマーは、固体電解質層13とのなじみがよいので、カーボン層を形成しなくても陰極層14と固体電解質層13との隙間を低減することができる。このため、陰極層14と固体電解質層13との隙間に起因した特性の劣化を抑制できる。また、厚みの制御が難しく、強度の小さいカーボン層を省略できるので、カーボン層の形成に起因した特性の劣化を防止できる。したがって、信頼性や等価直列インダクタンス(ESL:Equivalent Series Inductance)容量(Cap)、漏れ電流(LC)などの特性を向上することができる。
さらに、カーボン層を形成する工程を省略できるので、製造コストを低減することもできる。
本実施の形態の固体電解コンデンサ10およびその製造方法において好ましくは、固体電解質層13は、ポリピロールを含む。ポリピロールを含む固体電解質層13の表面は滑らかである。しかし、イミド系ポリマーを銀ペースト層のバインダー樹脂として用いることにより、アンカー効果により、ポリピロールの固体電解質層13に接する銀ペースト層を、隙間を低減して形成することができる。このため、固体電解質層13がポリピロールを含む場合であっても、特性を向上することができる固体電解コンデンサ10を実現できる。
本実施例では、陰極層がイミド系ポリマーをバインダー樹脂として有する銀ペースト層であることの効果について調べた。
(本発明例1)
本発明例1は、基本的には上述した実施の形態の固体電解コンデンサの製造方法にしたがって図1に示す固体電解コンデンサ10を製造した。
具体的には、まず、タンタル粉末を準備し、棒状体の陽極リード15の長手方向の一端側をタンタル粉末に埋め込んだ状態で、タンタル粉末を直方体に成形した。そして、これを焼結して、陽極リード15の一端が埋め込まれた陽極体11を準備した。
次に、陽極体11をリン酸溶液に浸して電圧を印加することにより、陽極体11の表面にTa25からなる誘電体層12を形成した。
次に、ポリピロールを電解重合液中に誘電体層12が形成された陽極体11を浸漬し、固体電解質層13を形成した。その後、乾燥することで、誘電体層12上に固体電解質層13を形成した。
次に、平均粒径0.2〜1.0μmの銀粉末と、溶媒としてのNMP(N−メチル-2−ピロリドン)と、バインダー樹脂であるイミド系ポリマーとを有する銀ペーストを用いて、固体電解質層13上に陰極層14を形成した。
次に、陽極リード15に陽極端子16をスポット溶接にて接続し、陰極端子17を導電性の接着層18を介して陰極層14に接続した。次に、全体を外装樹脂19でモールド外装した。以上の工程により、図1に示すような本発明例1の固体電解コンデンサ10を製造した。
(比較例1)
比較例1は、基本的には本発明例1の固体電解コンデンサ10と同様に製造したが、カーボン層と銀ペースト層とが積層された陰極層を形成した点において異なっていた。具体的には、固体電解質層13を形成した後に、固体電解質層13上に、カーボン層を形成した。その後、カーボン層上に、バインダー樹脂として本発明例1と同様のイミド系樹脂を有する銀ペースト層を形成した。
(比較例2)
比較例2は、基本的には比較例1の固体電解コンデンサと同様に製造したが、陰極層として、エポキシ系樹脂をバインダー樹脂として有する銀ペースト層を形成した点において異なっていた。つまり、比較例2の固体電解コンデンサは、固体電解質層上に形成されたカーボン層と、カーボン層上に形成された銀ペースト層とを備え、銀ペースト層のバインダー樹脂はエポキシ系ポリマーであった。
(比較例3)
比較例3は、基本的には本発明例1の固体電解コンデンサ10と同様に製造したが、陰極層として、エポキシ系樹脂をバインダー樹脂として有する銀ペースト層を形成した点において異なっていた。つまり、比較例3の固体電解コンデンサは、カーボン層を備えず、銀ペースト層のバインダー樹脂はイミド系ポリマーであった。
(評価方法)
本発明例1、および比較例1〜3の固体電解コンデンサについて、LCRメータを用いて、ESRを測定した。ESRの測定条件は、100kHzとした。その結果を下記の表1に記載する。
Figure 2012069788
(評価結果)
表1に示すように、カーボン層を備えず、かつ銀ペースト層のバインダー樹脂がイミド系ポリマーであった本発明例1は、カーボン層を備えていた比較例1および2よりもESRが向上していた。また、本発明例1は、カーボン層を備えず、かつバインダー樹脂がエポキシ樹脂であった比較例3よりもESRが大幅に向上していた。このことから、カーボン層を省略することでESRを向上することができ、かつバインダー樹脂としてイミド系樹脂を用いることでESRをさらに向上することができることがわかった。
以上より、本実施例によれば、陰極層がイミド系ポリマーをバインダー樹脂として有する銀ペースト層であることにより、カーボン層を形成しなくても、特性を向上できることが確認できた。
今回開示された実施の形態および実施例は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、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でのすべての変更が含まれることが意図される。
10 固体電解コンデンサ、11 陽極体、12 誘電体層、13 固体電解質層、14 陰極層、15 陽極リード、16 陽極端子、17 陰極端子、18 接着層、19 外装樹脂。

Claims (2)

  1. 陽極体と、
    前記陽極体上に形成された導電性高分子層と、
    前記導電性高分子層上に形成された固体電解質層と、
    前記固体電解質層に接するように形成された陰極層とを備え、
    前記陰極層は、イミド系ポリマーをバインダー樹脂として有する銀ペースト層である、固体電解コンデンサ。
  2. 前記固体電解質層は、ポリピロールを含む、請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
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