JP2012256747A - 固体電解コンデンサおよび固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、表面に誘電体被膜を有する陽極体と、陽極体上に設けられた固体電解質層と、を備え、誘電体被膜には、二酸化ケイ素粒子が存在する、固体電解コンデンサである。
【選択図】図1
Description
まず、図1〜図3を用いて、実施形態1の固体電解コンデンサの構成について説明する。図1は、実施形態1の固体電解コンデンサの模式的な断面図であり、図2は、図1のコンデンサ素子の構成を説明するための概略図であり、図3は、図1の陽極体の構成を説明するための概略図である。
陽極体21を構成する金属箔30は、特に限定されず、たとえば、アルミニウム、タンタル、ニオブなどの弁作用金属からなる金属箔を用いることができる。また、金属箔30の表面に設けられる誘電体被膜31の表面積を大きくするために、金属箔30の表面は拡面化されていることが好ましい。たとえば、金属箔30の表面をエッチング処理して粗面化することによって、金属箔30の表面を拡面化することができる。
図4を参照し、まず、金属箔30を化成処理して、誘電体被膜31を形成する(ステップS1)。
次に、上記陽極体21と、セパレータ23、陰極体22とを巻回して、巻回体を作製する(ステップS2)。
次に、陽極体21を再化成処理する(ステップS3)。
図4に戻り、次に、再化成処理された陽極体21上に固体電解質層32を形成する(ステップS4)。たとえば、導電性高分子からなる固体電解質層32は、化学重合および/または電解重合によって形成することができるが、ここでは、一例として、化学重合によって固体電解質層32を形成する方法について、説明する。
次に、コンデンサ素子10を封止する(ステップS5)。
次に、図6を用いて、実施形態2の固体電解コンデンサの構成について説明する。図6は、実施形態2の固体電解コンデンサの模式的な断面図である。なお、実施形態1と同様の構成および方法などについては、その説明を繰り返さない。
陽極体43を構成する焼結体41は、タンタルおよびニオブなどの弁作用金属からなる焼結体である。漏れ電流が低い点で、タンタルからなる焼結体であることがより好ましい。また、焼結体41にその一端が埋設される陽極リード44の材料は、金属であれば特に限定されないが、焼結体41の金属と同一の金属を用いることが好ましい。
図7を参照し、まず、焼結体41を化成処理して、誘電体被膜42を形成する(ステップS21)。
次に、陽極体43の表面に導電性の下地層を作製する(ステップS22)。
次に、下地層が形成された陽極体43を再化成処理する(ステップS23)。
図7に戻り、次に、再化成処理された陽極体43上に固体電解質層45を形成する(ステップS24)。ここでは、電解重合によって、導電性高分子からなる固体電解質層45を形成する方法について説明する。なお、導電性高分子からなる固体電解質層45は、化学重合および/または電解重合によって形成することができるが、本実施形態において、誘電体被膜42上に導電性の下地層が形成されているため、電解重合による固体電解質層45の形成が容易となる。電解重合による固体電解質層45は、化学重合による場合よりも緻密で高品質である点で好ましい。
次に、固体電解質層45上にカーボン層46および銀ペイント層47からなる陰極層を形成する(ステップS25)。
具体的には、陽極端子48を陽極リード44の露出している一端に接続し、銀ペイント層47上に接着層49を形成して陰極端子50の一端を接続し、これらを図6に示すように外装樹脂51にて封止する。そして、外装樹脂51の外部に露出している陽極端子48および陰極端子50を外装樹脂51の外周に沿うように折り曲げた後に、エージング処理することにより、図6の固体電解コンデンサが製造される。
本実施例1において、巻回型の固体電解コンデンサを作製した。以下に、固体電解コンデンサの具体的な製造方法について説明する。
まず、アルミニウム箔にエッチング処理を行ってアルミニウム箔の表面を粗面化した後、該アルミニウム箔の表面に、化成処理によって誘電体被膜を形成した。化成処理は、アジピン酸アンモニウムを5質量%含有する水溶液からなる化成処理液にアルミニウム箔を浸漬し、これに145Vの電圧を印加することによって行なった。そして、このアルミニウム箔を、縦×横が6mm×120mmとなるように切断して陽極体を準備した。
次に、上記陽極体と同程度の面積のセパレータおよび陰極体を準備し、陽極体と陰極体とを、リード線が接続されたリードタブを巻き込みながら、セパレータを介して巻回した。次に、巻回体の外側表面の端部を巻止めテープで貼着して巻回体を作製した。陰極体としてアルミニウム箔を用いた。
次に、アジピン酸アンモニウムを5質量%含有する水溶液に、二酸化ケイ素粒子を5質量%含有する再化成処理液を準備し、この再化成処理液に巻回体を浸漬し、陽極体に145Vの電圧を120分間印加した。再化成処理液中において、二酸化ケイ素粒子は、平均粒子径が40nmのコロイド状であった。以上の処理により、巻回体が作製された。なお、再化成処理液中での二酸化ケイ素粒子の平均粒子径は、SEMを用いて測定した。
次に、前駆体モノマーとしての3,4−エチレンジオキシチオフェンと、酸化剤兼ドーパント剤としてのp−トルエンスルホン酸第二鉄とを含有する混合液を準備した。そして、作製された巻回体を混合液に浸漬してから該巻回体を引上げて、150℃で30分間熱処理することによって、ポリチオフェンからなる固体電解質層を形成した。以上の処理により、コンデンサ素子が作製された。
次に、リード線が有底ケースの開口する上面に位置するように、コンデンサ素子を有底ケースに収納し、リード線が貫通するように形成された封止部材であるゴムパッキングをコンデンサ素子の上方に配置して、コンデンサ素子を有底ケース内に封止した。そして、有底ケースの開口端近傍を、横絞り後にカール加工し、加工されたカール部分に座板を配置し、これに130℃で35Vの電圧を2時間印加してエージング処理を行うことによって、巻回型の固体電解コンデンサを製造した。
実施例2および3においては、平均粒子径がそれぞれ20nmおよび60nmのコロイド状の二酸化ケイ素粒子を用いた以外は、実施例1と同様の方法により、固体電解コンデンサを製造した。実施例4および5においては、再化成処理液中の二酸化ケイ素粒子の濃度をそれぞれ2質量%および10質量%とした以外は、実施例1と同様の方法により、固体電解コンデンサを製造した。また、実施例6においては、アジピン酸アンモニウムを5質量%含有する水溶液の代わりに、リン酸二水素ナトリウムを2質量%含有する水溶液を用いた以外は、実施例1と同様の方法により、固体電解コンデンサを製造した。
比較例1および2においては、平均粒子径がそれぞれ15nmおよび70nmのコロイド状の二酸化ケイ素粒子を用いた以外は、実施例1と同様の方法により、固体電解コンデンサを製造した。比較例3および4においては、再化成処理液中の二酸化ケイ素粒子の濃度をそれぞれ1質量%および15質量%とした以外は、実施例1と同様の方法により、固体電解コンデンサを製造した。
比較例5においては、二酸化ケイ素粒子を含有せず、アジピン酸アンモニウムを5質量%含有する水溶液を再化成処理液としてこれに巻回体を浸漬し、陽極体に145Vの電圧を120分間印加することによって再化成処理を行い、その後、平均粒子径が40nmのコロイド状の二酸化ケイ素粒子を5質量%含有する水溶液に巻回体を30分間浸漬することによって、陽極体上に二酸化ケイ素粒子を付着させた。その他の工程は、実施例1と同様である。
各実施例および各比較例の固体電解コンデンサの定格電圧は35V、定格容量は22μFであった。また、固体電解コンデンサの外形は、直径が8.0mm、高さが10.0mmであった。
各実施例および各比較例におけるそれぞれ100個ずつの固体電解コンデンサについて、エージング時のショート発生率(%)を測定した。具体的には、各固体電解コンデンサについて、35Vの電圧を130℃で2時間印加した後のショートの発生の有無を試験し、各実施例および比較例の固体電解コンデンサのショート発生率を算出した。ショートの有無として、漏れ電流が1mA以上測定された場合に、ショートに到ったものと判定した。
各実施例および各比較例の固体電解コンデンサのうち、ショートの発生がみられなかった各20個ずつの固体電解コンデンサを選択した。選択した各実施例および各比較例における固体電解コンデンサを、4端子測定用のLCRメータを用いて、それぞれの固体電解コンデンサの周波数120Hzにおける静電容量(μF)を測定した。
上記の選択した各実施例および各比較例における20個ずつの固体電解コンデンサについて、4端子測定用のLCRメータを用いて、それぞれの固体電解コンデンサの周波数100kHzにおける等価直列抵抗(mΩ)を測定した。
上記の選択した各実施例および各比較例における20個ずつの固体電解コンデンサについて、定格電圧を2分間印加した後、各固体電解コンデンサの漏れ電流量(μA)を測定した。
各実施例および各比較例の固体電解コンデンサのうち、ショートの発生がみられなかった各20個ずつの固体電解コンデンサを選択した。選択した各実施例および各比較例における固体電解コンデンサに印加する直流電圧を1V/秒の速度で上昇させて、誘電体被膜の耐電圧試験を行った。過電流が0.5A以上となったときの電圧を耐電圧(V)とした。
Claims (10)
- 表面に誘電体被膜を有する陽極体と、
前記陽極体上に設けられた固体電解質層と、を備え、
前記誘電体被膜には、二酸化ケイ素粒子が存在する、固体電解コンデンサ。 - 前記二酸化ケイ素粒子の平均粒子径が20nm以上60nm以下である、請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記二酸化ケイ素粒子は、前記誘電体被膜中に包含される、請求項1または2に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記二酸化ケイ素粒子はコロイド状である、請求項1から3のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
- 誘電体被膜が形成された陽極体を再化成処理する工程と、
前記再化成処理された前記陽極体上に固体電解質層を形成する工程と、を含み、
前記再化成処理する工程は、
前記陽極体を、二酸化ケイ素粒子を含有する再化成処理液に浸漬する工程と、
前記再化成処理液に浸漬された前記陽極体に、電圧を印加する工程とを含む、固体電解コンデンサの製造方法。 - 前記二酸化ケイ素粒子の平均粒子径が20nm以上60nm以下である、請求項5に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記再化成処理液における前記二酸化ケイ素粒子の濃度が2質量%以上10質量%以下である、請求項5または6に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記二酸化ケイ素粒子はコロイド状である、請求項5から7のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記二酸化ケイ素粒子は負電荷を帯びている、請求項5から8のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記再化成処理する工程の前に、前記陽極体の基体を化成処理して、前記基体の表面に前記誘電体被膜を形成する工程を含み、
前記誘電体被膜を形成する工程は、
前記基体を、二酸化ケイ素粒子を含有する化成処理液に浸漬する工程と、
前記化成処理液に浸漬された前記基体に、電圧を印加する工程を含む、請求項5から9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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