JP2014049602A - 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
【解決手段】固体電解コンデンサは、陽極体と、陽極体を覆うように形成された誘電体被膜と、誘電体被膜を覆うように形成された第1固体電解質層と、第1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、導電性高分子からなる第2固体電解質層と、第1固体電解質層および第2固体電解質層を覆うように形成された陰極層とを備える。
【選択図】図1
Description
[固体電解コンデンサの構成]
図1(a)は本発明の第1の実施形態に係る固体電解コンデンサの構成を示す断面図であり、図1(b)は図1(a)に示すIB領域の拡大図である。本実施形態に係る固体電解コンデンサは、互いに対向する第1端部11aおよび第2端部11bを有する陽極体11と、陽極体11の第1端部11aに植立された陽極リード12と、陽極体11を覆うように形成された誘電体被膜13と、誘電体被膜13を覆うように形成された第1固体電解質層14とを備える。第1固体電解質層14には、当該第1固体電解質層14の厚さが陽極体11の外周部分において相対的に薄い部分(以下では「薄肉部分」と記すことがある)14aが存在しており、導電性高分子からなる第2固体電解質層54が、薄肉部分14aを覆うように形成されている。カーボン層15および銀ペイント層16の順に積層されてなる陰極層が、第1固体電解質層14および第2固体電解質層54を覆うように形成されている。陽極体11と陽極リード12と誘電体被膜13と第1固体電解質層14と第2固体電解質層54とカーボン層15と銀ペイント層16とによってコンデンサ素子10が構成されている。
図2は、本実施形態に係る固体電解コンデンサの製造方法を示すフローチャートである。図3(a)〜(c)および図4(a)〜(b)は、本実施形態に係る固体電解コンデンサの製造方法を工程順に示す断面図である。
まず、図2のステップS11において、図3(a)に示すように陽極体11を形成する。たとえば、金属粉末を準備し、棒状体の陽極リード12の長手方向の一端側を金属粉末に埋め込んだ状態で当該粉末を所望の形状に成形する。次に、この成形体を焼結して、陽極リード12の一端が埋設された多孔質構造の陽極体11を形成する。
次に、図2のステップS12において、図3(b)に示すように陽極体11を覆うように誘電体被膜13を形成する。誘電体被膜13の形成方法は特に限定されない。たとえば、陽極体11が弁作用金属からなる場合には、陽極体11を化成処理することによって陽極体11の表面に誘電体被膜13を形成することができる。化成処理としては、たとえば、陽極体11をリン酸水溶液または硝酸水溶液などの化成液に浸漬して熱処理してもよいし、陽極体11を化成液に浸漬して電圧を印加してもよい。これにより、陽極体11の表面を誘電体被膜13に変化させることができる。
次に、図2のステップS13において、図3(c)に示すように誘電体被膜13を覆うように第1固体電解質層14を形成する。第1固体電解質層14は、化学重合法によって形成されてもよいが、電解重合法によって形成されることが好ましい。本実施形態では、化学重合法による第1固体電解質層14の形成方法を説明してから、電解重合法による第1固体電解質層14の形成方法を説明する。
次に、図2のステップS14において、図4(a)に示すように薄肉部分14aを覆うように第2固体電解質層54を形成する。たとえば、導電性高分子からなる粒子または凝集体が分散されてなる分散体を薄肉部分14aに付着させることにより第2固体電解質層54を形成しても良いし、導電性高分子が溶解されてなる溶液を薄肉部分14aに付着させることにより第2固体電解質層54を形成しても良い。これにより、薄肉部分14aにおいても、カーボン層15および銀ペイント層16が陽極体11の近くにまで侵入することを防止できる。それだけでなく、上記[固体電解コンデンサの構成]で示したように、薄肉部分14aにおける導電性高分子からなる層の厚さを確保することができるので、薄肉部分14aにおいても導電性高分子材料が有する自己修復機能を発揮させることができる。以上のことから、本実施形態に係る固体電解コンデンサの製造方法にしたがって製造された固体電解コンデンサでは、薄肉部分14aにおいて陽極体11とカーボン層15または銀ペイント層16とが電気的に短絡することを防止できるので、ショート不良率が低下し、LCが低下する。したがって、本実施形態に係る固体電解コンデンサの製造方法では、性能に優れた固体電解コンデンサを製造することができる。
次に、図2のステップS15において、図4(b)に示すように第1固体電解質層14および第2固体電解質層54を覆うようにカーボン層15および銀ペイント層16を形成する。
次に、図2のステップS16において、図1(a)に示すようにコンデンサ素子10を封止して固体電解コンデンサを製造する。封止の方法としては、特に限定されないが、たとえば、以下の方法がある。
本発明の第2の実施形態では、電解重合法により第1固体電解質層を形成したときに生じたバリを除去したために薄肉部分が形成された場合に、当該薄肉部分における陽極体と陰極層との電気的な短絡が防止された固体電解コンデンサおよびその製造方法を示す。以下では、上記第1の実施形態とは異なる点を主に示す。
図5(a)は本実施形態に係る固体電解コンデンサの構成を示す断面図であり、図5(b)は図5(a)に示すVB領域の拡大図である。本実施形態では、第1固体電解質層24は電解重合法により形成されている。電解重合法により第1固体電解質層24を形成すると、バリ94(図7(a)参照)が第1固体電解質層24に形成されることがある。バリ94が形成されたまま固体電解コンデンサを製造しようとすると、バリ94が陰極端子19に接触するおそれがあり、バリ94が外装樹脂20から露出するおそれがある。そのため、バリ94を除去することが好ましい。バリ94を除去するとき、バリ94直下の第1固体電解質層24などがバリ94と一緒に除去されることがある。これにより、薄肉部分24aが形成される。つまり、本実施形態では、薄肉部分24aは、第1固体電解質層24のうちバリ94が除去された部分に相当する。陽極体11と電解重合を行なうときに使用する電極との配置関係などによって、バリ94は、陽極体11の第2端部11b側に形成された第1固体電解質層24に形成される場合が多い。そのため、薄肉部分24aは、陽極体11の第2端部11b側に形成された第1固体電解質層24に形成される。
図6は、本実施形態に係る固体電解コンデンサの製造方法を示すフローチャートである。図7(a)〜(c)は、本実施形態に係る固体電解コンデンサの製造方法を工程順に示す断面図である。
次に、図6のステップS23において、図7(a)に示すように誘電体被膜13を覆うように第1固体電解質層24を形成する。上記第1の実施形態における電解重合法による第1固体電解質層14の形成方法にしたがって、第1固体電解質層24を形成することができる。
次に、図6のステップS24において、図7(b)に示すようにバリ94を除去する。バリ94を除去する方法としては、切断、研磨もしくはブラストなどの機械的な除去方法、または、化学研磨もしくは電解研磨などの化学的な除去方法を用いることができる。
次に、図6のステップS14において、図7(c)に示すように薄肉部分24aを覆うように第2固体電解質層64を形成する。第2固体電解質層64の形成方法としては、上記第1の実施形態で示した通りであり、導電性高分子からなる粒子または凝集体が分散されてなる分散体を薄肉部分24aに付着させることにより第2固体電解質層64を形成しても良いし、導電性高分子が溶解されてなる溶液を薄肉部分24aに付着させることにより第2固体電解質層64を形成しても良い。本実施形態では、薄肉部分24aが陽極体11の第2端部11b側に形成されているので、第2固体電解質層64は陽極体11の第2端部11b側に形成される。
本発明の第3の実施形態では、第2固体電解質層が上記第2の実施形態における第1固体電解質層全体を覆うように形成されている。以下では、上記第2の実施形態とは異なる点を主に示す。
図8は、本実施形態に係る固体電解コンデンサの構成を示す断面図である。本実施形態では、第2固体電解質層74は第1固体電解質層24全体を覆うように形成されている。
まず、上記第1の実施形態で記載の方法にしたがって陽極体11を形成する工程および誘電体被膜13を形成する工程を順に行なう。次に、第1固体電解質層24を形成する。
(陽極体の形成)
まず、タンタル粉末を準備し、棒状体のタンタルからなる陽極リード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当該タンタル粉末を直方体に成形した。そして、この成形体を焼結し、陽極リードの一端が埋設された多孔質構造の陽極体を形成した。このときの陽極体の寸法は、縦×横×高さが4.5mm×3.5mm×2.5mmであった。
次に、陽極体をリン酸溶液に浸漬して、陽極リードを介して陽極体に30Vの電圧を印加した。これにより、陽極体を覆うようにTa2O5からなる誘電体被膜を形成した。
次に、化学重合法によって導電性のプレコート層を形成した。具体的には、まず、重合液として、ピロールを0.03mol/lの濃度で含むエタノール溶液と、過硫酸アンモニウムおよびp−トルエンスルホン酸を含む水溶液とを準備した。そして、誘電体被膜が形成された陽極体を上記エタノール溶液および上記水溶液に順に浸漬し、上記水溶液から引き上げた陽極体を室温で放置した。これにより、誘電体被膜を覆うようにポリピロールからなるプレコート層を形成した。
次に、電解重合法によって第1固体電解質層を形成した。具体的には、まず、電解重合液として、ピロールおよびアルキルナフタレンスルホン酸をそれぞれ0.03mol/Lの濃度で含む水溶液を準備した。この水溶液で電解重合用装置の電解槽を満たしたのち、プレコート層などが形成された陽極体をこの水溶液に浸漬させた。そして、プレコート層に0.5mAの電流を3時間流した。これにより、プレコート層を覆うようにポリピロールからなる第1固体電解質層を形成した。このとき、陽極体の下面上(陽極体の第2端部側)に形成された第1固体電解質層には、薄肉部分が形成されていた。
次に、PEDOTの分散液を用いて第2固体電解質層を形成した。具体的には、分散液として、PEDOTからなる粒子を5wt%の濃度で含む水溶液を準備した。次に、第1固体電解質層などが形成された陽極体をこの分散液に5分間浸漬させてから引き上げ、100℃で30分間乾燥させた。これにより、PEDOTからなる第2固体電解質層を形成した。このとき、薄肉部分も含めて第1固体電解質層全体を覆うように第2固体電解質層を形成した。
次に、第2固体電解質層上にグラファイト粒子懸濁液を塗布して大気中で乾燥させた。これにより、第2固体電解質層を覆うようにカーボン層を形成した。その後、銀粒子を含む溶液を用いて銀ペイント層をカーボン層上に形成した。これらの操作によってコンデンサ素子を製造した。
コンデンサ素子において、陽極リードに銅からなる陽極端子を溶接し、銀ペイント層に銀接着剤を塗布して接着層を形成し、その接着層に銅からなる陰極端子の一端を接着させた。さらに、陽極端子および陰極端子の一部が露出するように、コンデンサ素子をエポキシ樹脂からなる外装樹脂で封止した。外装樹脂から露出する陽極端子および陰極端子を当該外装樹脂に沿うように折り曲げた後、エージング処理を行った。これにより、実施例1の固体電解コンデンサを製造した。製造された固体電解コンデンサの寸法は、縦×横×高さが7.3mm×4.3mm×3.8mmであった。
第1固体電解質層を形成したときにバリが形成されたために当該バリを除去してから第2固体電解質層を形成したことを除いては上記実施例1に記載の方法にしたがって、実施例2の固体電解コンデンサを製造した。
薄肉部分を覆うようにして第2固体電解質層を形成したことを除いては上記実施例2に記載の方法にしたがって、実施例3の固体電解コンデンサを製造した。
ポリアニリンが溶解されてなる溶液を用いて第2固体電解質層を形成したことを除いては上記実施例2に記載の方法にしたがって、実施例4の固体電解コンデンサを製造した。
第2固体電解質層を形成しなかったことを除いては上記実施例1に記載の方法にしたがって、比較例1の固体電解コンデンサを製造した。
第2固体電解質層を形成しなかったことを除いては上記実施例2に記載の方法にしたがって、比較例2の固体電解コンデンサを製造した。
化学重合法により第1固体電解質層を形成したことを除いては上記比較例1に記載の方法にしたがって、比較例3の固体電解コンデンサを製造した。比較例3では、上記実施例1におけるプレコート層の形成方法にしたがって第1固体電解質層を形成した。
第1固体電解質層を形成してから第2固体電解質層を形成したことを除いては上記比較例3に記載の方法にしたがって、比較例4の固体電解コンデンサを製造した。比較例4では、上記実施例1における第2固体電解質層の形成方法にしたがって第2固体電解質層を形成した。
各実施例1〜4および各比較例1〜4の固体電解コンデンサからそれぞれランダムに20個ずつ抽出した。抽出された各固体電解コンデンサについて、4端子測定用のLCRメータを用いて周波数120Hzにおける各固体電解コンデンサの容量を測定し、各実施例1〜4および各比較例1〜4における平均値を算出した。容量が大きい方が固体電解コンデンサの性能が優れていることを表わす。
各実施例1〜4および各比較例1〜4の固体電解コンデンサからそれぞれランダムに20個ずつ抽出した。抽出された各固体電解コンデンサについて、4端子測定用のLCRメータを用いて周波数100kHzにおける各固体電解コンデンサのESR(mΩ)を測定し、各実施例1〜4および各比較例1〜4における平均値を算出した。ESRが小さい方が固体電解コンデンサの性能が優れていることを表わす。
各実施例1〜4および各比較例1〜4の固体電解コンデンサからそれぞれランダムに20個ずつ抽出した。抽出された各固体電解コンデンサに1kΩの抵抗を直列につないで、その抵抗に対して並列に電圧計を接続して、定格の電圧を加えたときに流れた電流値を測定した。LCが低い方が固体電解コンデンサの性能が優れていることを表わす。
各実施例1〜4および各比較例1〜4の固体電解コンデンサからそれぞれランダムに100個ずつ抽出した。抽出された各固体電解コンデンサの外形寸法を測定し、測定された外形寸法が規格外となった固体電解コンデンサを不良品とみなし、(外形寸法の良品率)=(不良品の個数)/(100個)×100を用いて外形寸法の良品率を測定した。外形寸法の良品率が高い方が固体電解コンデンサの性能が優れていることを表わす。
Claims (12)
- 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第1固体電解質層と、
前記第1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、導電性高分子からなる第2固体電解質層と、
前記第1固体電解質層および前記第2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端部には、陽極リードが植立され、
前記第2固体電解質層は、前記第1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端部側を覆うように形成された、請求項1に記載の固体電解コンデンサ。 - 前記第2固体電解質層は、前記第1固体電解質層全体を覆うように形成された、請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記第2固体電解質層は、前記導電性高分子からなる粒子もしくは凝集体が分散されてなる分散体または前記導電性高分子が溶解されてなる溶液を、前記第1固体電解質層の厚さが相対的に薄い部分に付着させることによって形成された、請求項1〜3のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
- 前記第2固体電解質層は、ポリチオフェンを含む、請求項1〜4のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
- 前記第1固体電解質層は、電解重合によって形成された、請求項1〜5のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
- 前記第1固体電解質層は、ポリピロールを含む、請求項1〜6のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
- 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、
前記誘電体被膜を覆うように第1固体電解質層を形成する工程と、
前記第1固体電解質層の厚さが相対的に薄い部分を覆うように、導電性高分子からなる第2固体電解質層を形成する工程と、
前記第1固体電解質層および前記第2固体電解質層を覆うように、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。 - 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、
前記誘電体被膜を覆うように第1固体電解質層を形成する工程と、
前記第1固体電解質層に生じたバリを除去する工程と、
前記第1固体電解質層のうち前記バリが除去された部分を覆うように、導電性高分子からなる第2固体電解質層を形成する工程と、
前記第1固体電解質層および前記第2固体電解質層を覆うように、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。 - 前記第1固体電解質層を形成する工程は、導電性高分子を電解重合によって形成する工程を含む、請求項8または9に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記第2固体電解質層を形成する工程は、前記導電性高分子からなる粒子もしくは凝集体が分散されてなる分散体または前記導電性高分子が溶解されてなる溶液を、前記第1固体電解質層の厚さが相対的に薄い部分に付着させることにより前記第2固体電解質層を形成する工程を含む、請求項8に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記第2固体電解質層を形成する工程は、前記導電性高分子からなる粒子もしくは凝集体が分散されてなる分散体または前記導電性高分子が溶解されてなる溶液を、前記第1固体電解質層のうち前記バリが除去された部分に付着させることにより前記第2固体電解質層を形成する工程を含む、請求項9に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
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