JP2012129293A - 固体電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】陽極体と陰極層との電気的な短絡が抑制される固体電解コンデンサと、その製造方法とを提供する。
【解決手段】固体電解コンデンサのコンデンサ素子２は、陽極としての陽極体３と、誘電体被膜４と、固体電解質層５と、絶縁層６と、陰極としてのカーボン層７および銀ペースト層８とを備えている。絶縁層６は、固体電解質層５のうち、その厚みが相対的に薄い部分を覆うように形成されている。
【選択図】図２
【解決手段】固体電解コンデンサのコンデンサ素子２は、陽極としての陽極体３と、誘電体被膜４と、固体電解質層５と、絶縁層６と、陰極としてのカーボン層７および銀ペースト層８とを備えている。絶縁層６は、固体電解質層５のうち、その厚みが相対的に薄い部分を覆うように形成されている。
【選択図】図２
Description
本発明は固体電解コンデンサおよびその製造方法に関し、特に、焼結体からなる陽極体を備えた固体電解コンデンサと、そのような固体電解コンデンサの製造方法とに関するものである。
従来より、小型化に適したコンデンサとして、固体電解コンデンサが知られている。この固体電解コンデンサは、次のように製造される。まず、たとえば、タンタル（Ｔａ）等の弁金属の粉末が所定の形状の成形体に成型され、その成形体を焼結することにより陽極体が形成される。次に、その陽極体の表面に電解酸化処理を施すことにより、誘電体被膜が形成される。次に、化学重合あるいは電解重合により、誘電体被膜を覆うように導電性高分子層が形成される。この導電性高分子層は固体電解質層と称され、等価直列抵抗を下げる目的で形成される。
次に、その固体電解質層を覆うようにカーボン層を塗布し、さらに、そのカーボン層を覆うように銀ペースト層を塗布することにより、陰極層が形成される。こうして、陽極体、誘電体被膜、固体電解質および陰極層を備えたコンデンサ素子が形成される。次に、そのコンデンサ素子を所定のリードフレーム上に載置し、外装樹脂により封止することで、固体電解コンデンサが完成する。なお、固体電解コンデンサを開示した文献の一例として、特許文献１がある。
上述したように、固体電解コンデンサにおいて、誘電体被膜を覆う固体電解質層は、化学重合あるいは電解重合により形成される。また、その誘電体被膜が形成されている陽極体は、たとえば、略直方体等の所定の形状に成形される。ところが、この固体電解質層の形成方法（重合）や陽極体の形状に起因して、誘電体被膜の表面上に、厚さが均一な固体電解質層を形成することが困難な場合があることがわかった。このため、特に、固体電解質層の厚みが相対的に薄い部分において、陽極体と陰極層（カーボン層および銀ペースト層）とが電気的に短絡するおそれがあることが発明者によって確認された。
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、陽極体と陰極層との電気的な短絡が抑制される固体電解コンデンサを提供することであり、他の目的は、そのような固体電解コンデンサの製造方法を提供することである。
本発明に係る固体電解コンデンサは、所定の形状を有する陽極体と誘電体被膜と固体電解質層と絶縁層と陰極層とを備えている。誘電体被膜は、陽極体を覆うように形成されている。固体電解質層は、誘電体被膜を覆うように形成されている。絶縁層は、固体電解質層において固体電解質層の厚さが相対的に薄い部分を覆うように形成されている。陰極層は、絶縁層および固体電解質層を覆うように形成されている。
本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法は、以下の工程を備えている。所定の形状を有する陽極体を形成する。陽極体の表面に誘電体被膜を形成する。化学重合および電解重合の少なくともいずれかの重合により、誘電体被膜を覆うように固体電解質層を形成する。固体電解質層の厚さが相対的に薄い部分を覆うように、絶縁層を形成する。誘電体被膜および絶縁層を覆うように、陰極層を形成する。
本発明に係る固体電解コンデンサによれば、固体電解質層において固体電解質層の厚さが相対的に薄い部分を覆うように絶縁層が形成されていることで、陽極体と陰極層とが電気的に短絡するのを抑制することができる。その結果、固体電解コンデンサとしての信頼性を向上させることができる。
本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法によれば、固体電解質層を形成することに起因して生じた、固体電解質層の厚さが相対的に薄い部分を覆うように、絶縁層を形成する。これにより、陽極体と陰極層とが電気的に短絡するのを抑制することができ、その結果、固体電解コンデンサとしての信頼性を向上させることができる。
実施の形態１
本発明の実施の形態１に係る固体電解コンデンサについて説明する。図１に示すように、固体電解コンデンサ１における、コンデンサ本体としてのコンデンサ素子２は、陽極としての陽極体３と、誘電体被膜４と、固体電解質層５と、絶縁層６と、陰極としてのカーボン層７および銀ペースト層８とを備えている。
本発明の実施の形態１に係る固体電解コンデンサについて説明する。図１に示すように、固体電解コンデンサ１における、コンデンサ本体としてのコンデンサ素子２は、陽極としての陽極体３と、誘電体被膜４と、固体電解質層５と、絶縁層６と、陰極としてのカーボン層７および銀ペースト層８とを備えている。
コンデンサ素子２の陽極体３に陽極リード９が立設され、その陽極リード９には、陽極端子１０の一端が電気的に接続されている。コンデンサ素子２の銀ペースト層８には、導電性の接着層１１を介して陰極端子１２の一端側が電気的に接続されている。その陽極端子１０の他端側と陰極端子１２の他端側とを露出させる態様で、外装樹脂１３がコンデンサ素子２を封止している。
次に、コンデンサ素子２の構造について詳しく説明する。陽極体３は、弁作用金属の焼結体から形成されている。弁作用金属として、たとえば、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）等を適用することができる。また、陽極体３は多孔質であってもよい。陽極体３に立設された陽極リード９の材料としては、金属であれば特に限定されないが、弁作用金属がより好ましい。
誘電体被膜４は、陽極体３を覆うように形成されている。固体電解質層５は、その誘電体被膜４を覆うように形成されている。固体電解質層５は、脂肪族系化合物、芳香族系化合物、複素環式系化合物およびヘテロ原子含有化合物のうちの少なくとも一つを含む導電性高分子が好ましく、たとえば、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリピロールおよびその誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、ならびに、ポリフランおよびその誘導体から構成される。このような固体電解質層５を形成することで、より高い電気伝導性が得られて、固体電解コンデンサの等価直列抵抗（ＥＳＲ：Equivalent Series Resistance）を下げることができる。
絶縁層６は、固体電解質層５のうち、その厚みが相対的に薄い部分を覆うように形成されている。固体電解質層５の厚みが相対的に薄い部分として、図２に示すように、陽極体３の角部に対応する部分５ａ（点線枠Ｂ内）があり、また、固体電解質層５を形成する際に生じたバリを除去した部分５ｂ（点線枠Ｃ内）がある。なお、図２は、図１に示す点線枠Ａ内を拡大した図である。その絶縁層６の材料としては、電気的に絶縁性の性質を有する樹脂であれば、特定に限定されず、たとえば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、フッソ樹脂等が好ましい。
カーボン層７は、固体電解質層５および絶縁層６を覆うように形成されている。カーボン層７としては、導電性を有していればよく、たとえば、グラファイトを適用することができる。銀ペースト層８は、カーボン層７を覆うように形成されている。
上述した固体電解コンデンサでは、誘電体被膜４が形成された陽極体３を覆う固体電解質層５のうち、その厚みが相対的に薄い部分５ａ，５ｂを覆うように絶縁層６が形成され、その絶縁層６と誘電体被膜４を覆うように陰極層（カーボン層７＋銀ペースト層８）が形成されている。これにより、固体電解質層５の厚みが相対的に薄くなっている部分５ａ，５ｂにおいて、陽極体３と陰極層とが電気的に短絡するのを防止することができ、その結果、固体電解コンデンサとしての信頼性を向上させることができる。
実施の形態２
本発明の実施の形態２として、前述した固体電解コンデンサの製造方法の一例について説明する。製造フローの一例を図３に示す。図３および図１に示すように、まず、ステップＳ１では、陽極体を形成する。弁作用を有する金属粉末を用意し、陽極リード９の長手方向の一端側を金属粉末に埋め込んだ状態で、この金属粉末を所望の形状に成形する。次に、その成形体を焼結することにより陽極体３を形成する。この陽極体３は多孔質であってもよい。
本発明の実施の形態２として、前述した固体電解コンデンサの製造方法の一例について説明する。製造フローの一例を図３に示す。図３および図１に示すように、まず、ステップＳ１では、陽極体を形成する。弁作用を有する金属粉末を用意し、陽極リード９の長手方向の一端側を金属粉末に埋め込んだ状態で、この金属粉末を所望の形状に成形する。次に、その成形体を焼結することにより陽極体３を形成する。この陽極体３は多孔質であってもよい。
次に、ステップＳ２では、誘電体被膜を形成する。陽極体３に化成処理を施すことによって、陽極体３を覆うように誘電体被膜４を形成する。化成処理としては、たとえば、陽極体３をリン酸水溶液または硝酸水溶液等の化成溶液に浸漬し、所定の電圧を印加する手法がある。
次に、ステップＳ３では、固体電解質層を形成する。まず、導電性高分子層を構成する単量体を誘電体被膜４に付着させ、単量体を酸化重合させることによって導電性高分子層を形成する。この導電性高分子層を形成するに際し、公知の化学重合あるいは電解重合を利用することができる。
化学重合を利用する方法として、たとえば、誘電体被膜４の表面に単量体を付着させて、単量体を化学重合する方法がある。誘電体被膜４の表面上に単量体を付着させる方法としては、誘電体被膜４を単量体を含む重合液に浸漬する方法がある。また、化学重合を利用する他の方法としては、たとえば、単量体、ドーパントおよび酸化剤の３つの成分を含む重合液に誘電体被膜４を浸漬させる方法等がある。
電解重合を利用する方法として、たとえば、誘電体被膜４に単量体を付着させ、単量体を電解重合させることによって、導電性高分子層を形成する手法がある。誘電体被膜４に単量体を付着させる方法としては、誘電体被膜４を単量体およびドーパントを含む電解液に浸漬する方法があり、この電解液に所定の電流を流すことによって、導電性高分子層を形成することができる。
こうして、誘電体被膜４を覆うように、固体電解質層５として、導電性高分子層が形成される。
以上のように、固体電解質層５としての導電性高分子層は、化学重合あるいは電解重合を利用して形成される。ところが、図４に示すように、この重合によって固体電解質層５にはバリ５５が発生することがある。化学重合では、陽極体を重合液から引き上げた際の液ダレがバリの原因とされる。また、電解重合では、電解重合中に陽極体から電極に向かって成長する導電性高分子の一部がバリの原因とされる。このような重合液からの引き上げや、陽極体と電極との配置関係によって、バリ５５は、陽極リード９が立設されている陽極体３の端部とは対向する対向端部の側に発生しやすい傾向にある。
バリ５５が生じた状態で固体電解コンデンサを形成しようとすると、バリが陰極端子１２（図１参照）に接触するおそれがある。また、バリが外装樹脂から露出するおそれがある。そこで、次に、図５に示すように、固体電解質層５に発生したバリ５５を取り除く。このとき、バリを取り除いた後の固体電解質層５の部分５ｂの厚さが相対的に薄くなることがある。また、このようなバリを取り除いた部分５ｂの他に、陽極体３の角部に対応する部分５ａでも、固体電解質層５の厚さが相対的に薄くなることがある。
そこで、次に、ステップＳ４では、図６に示すように、固体電解質層５の厚さが相対的に薄くなる部分５ａ，５ｂを覆うように、たとえば、エポキシ樹脂等の絶縁層６をコーティングする。コーティングの方法としては、たとえば、ディップ法やスプレー法等がある。なお、絶縁層６としては、電気的絶縁性を有する材料であれば、エポキシ樹脂に限られず、たとえば、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、フッソ樹脂等でもよい。
次に、ステップＳ５では、陰極層を形成する。固体電解質層５と絶縁層６を覆うように、カーボン層７（図１参照）を形成する。次に、カーボン層７を覆うように、銀ペースト層８（図１参照）を形成する。こうして、コンデンサ素子２が形成される。
次に、ステップＳ６では、コンデンサ素子を封止する。まず、コンデンサ素子を、陽極端子および陰極端子となる部分を含む所定のリードフレームに固定する。このとき、陽極端子となる部分を陽極リードに電気的に接続させ、陰極端子となる部分を接着層１１（図１参照）を介して銀ペースト層８に電気的に接続させる。次に、コンデンサ素子を搭載したリードフレームを所定の金型に入れて、たとえば、エポキシ樹脂等の外装樹脂を金型内に充填し、コンデンサ素子を封止する。その後、外装樹脂でコンデンサ素子が封止されたフレームを取り出し、露出している陽極端子と陰極端子の部分を外装樹脂の表面に沿って折り曲げることで、図１に示される固体電解コンデンサ１が完成する。
固体電解質層を含むコンデンサ素子を備えた固体電解コンデンサの製造においては、特に、化学重合あるいは電解重合によって固体電解質層５を形成する際に発生したバリ５５を取り除くことで、そのバリを取り除いた後の固体電解質層５の部分５ｂの厚さが相対的に薄くなることがある。また、陽極体３の形状に起因して、特に、陽極体３の角部に対応する部分５ａでも、固体電解質層５の厚さが相対的に薄くなることがある。
上述した固体電解コンデンサの製造方法では、そのようなで固体電解質層５の厚さが相対的に薄くなった部分５ａ，５ｂを覆うように絶縁層６を形成する。これにより、陽極体３と、陰極層となる銀ペースト層８およびカーボン層７とが、電気的に短絡するのを阻止することができる。これにより、固体電解コンデンサとしての信頼性を向上させることができる。
なお、上述した固体電解コンデンサの製造方法では、固体電解質層５の厚さが相対的に薄くなる部分５ａ，５ｂを絶縁層によって覆う手法として、ディップ法やスプレー法等によって、エポキシ樹脂等をコーティングする場合を例に挙げて説明した。絶縁層を形成する手法としては、この他に、たとえば、固体電解質層が形成された陽極体を所定の金型内に入れ、エポキシ樹脂等を充填することにより、図７に示すように、固体電解質層５の厚さが相対的に薄くなる部分５ａ，５ｂを覆う絶縁層６を成形によって形成するようにしてもよい。また、固体電解質層を形成する手法としては、化学重合と電解重合とを併用してもよい。
今回開示された実施の形態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。
本発明は、固体電解質層を含むコンデンサ素子を備えた固体電解コンデンサに有効に利用される。
１ 固体電解コンデンサ、２ コンデンサ素子、３ 陽極体、４ 誘電体被膜、５ 固体電解質層、 ５ａ 薄い部分、 ５ｂ 薄い部分、５５ バリ、６ 絶縁層、７ カーボン層、８ 銀ペースト層、９ 陽極リード、１０ 陽極端子、１１ 接着層、１２ 陰極端子、１３ 外装樹脂。
Claims (6)
- 所定形状を有する陽極体と、
前記陽極体を覆うように形成された誘電体被膜と、
前記誘電体被膜を覆うように形成された固体電解質層と、
前記固体電解質層において前記固体電解質層の厚さが相対的に薄い部分を覆うように形成された絶縁層と、
前記絶縁層および前記固体電解質層を覆うように形成された陰極層と
を備えた、固体電解コンデンサ。 - 前記陽極体は、互いに対向する第１端部および第２端部を有し、
前記陽極体の前記第１端部に陽極リードが装着され、
前記絶縁層は、前記固体電解質層の厚さが相対的に薄い部分として、前記陽極体における前記第２端部の側を覆うように形成された、請求項１記載の固体電解コンデンサ。 - 所定の形状を有する陽極体を形成する工程と、
前記陽極体を覆うように誘電体被膜を形成する工程と、
化学重合および電解重合の少なくともいずれかの重合により、前記誘電体被膜を覆うように固体電解質層を形成する工程と、
前記固体電解質層の厚さが相対的に薄い部分を覆うように、絶縁層を形成する工程と、
前記誘電体被膜および前記絶縁層を覆うように、陰極層を形成する工程と
を備えた、固体電解コンデンサの製造方法。 - 前記絶縁層を形成する工程は、前記固体電解質層の厚さが相対的に薄い部分として、前記陽極体の角部に対応する部分を覆うように前記絶縁層を形成する工程を含む、請求項３記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記固体電解質層を形成する工程の後、前記絶縁層を形成する工程の前に、前記固体電解質層に生じたバリを除去する工程を備え、
前記絶縁層を形成する工程は、前記固体電解質層の厚さが相対的に薄い部分として、前記バリが除去された部分を覆うように前記絶縁層を形成する工程を含む、請求項３または４に記載の固体電解コンデンサの製造方法。 - 前記絶縁層を形成する工程は、ディップ法またはスプレー法によって前記絶縁層を形成する工程を含む、請求項３〜５のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造方法。
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