JP2024070568A - Solid electrolytic capacitor and method for manufacturing solid electrolytic capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体電解コンデンサ及び固体電解コンデンサの製造方法に関する。 The present invention relates to a solid electrolytic capacitor and a method for manufacturing a solid electrolytic capacitor.
従来の固体電解コンデンサとして、たとえば、特許文献1に記載されたものが知られている。特許文献1に記載の固体電解コンデンサは、陽極端子領域及び陰極形成領域を有する陽極部を構成する弁金属基体と、弁金属基体の陰極形成領域の表面に設けられた酸化皮膜上に固体電解質層及び導電体層を積層して形成された陰極部と、を備えている。導電体層は、カーボンペースト層及び銀ペースト層によって構成されている。
A known example of a conventional solid electrolytic capacitor is the one described in
上記の固体電解コンデンサのように、陰極部は、固体電解質層及び導電体層を積層して形成されている。導電層は、カーボンペースト層及び銀ペースト層によって構成されている。そのため、固体電解コンデンサの製造においては、固定電解質層、カーボンペースト層及び銀ペースト層を形成する工程が必要となる。 As in the solid electrolytic capacitor described above, the cathode is formed by laminating a solid electrolyte layer and a conductive layer. The conductive layer is composed of a carbon paste layer and a silver paste layer. Therefore, the manufacturing of a solid electrolytic capacitor requires the steps of forming a solid electrolyte layer, a carbon paste layer, and a silver paste layer.
本発明の一側面は、製造の簡易化を図ることができる固体電解コンデンサ及び固体電解コンデンサの製造方法を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention aims to provide a solid electrolytic capacitor that can be manufactured more simply and a method for manufacturing a solid electrolytic capacitor.
(1)本発明の一側面に係る固体電解コンデンサは、陽極端子領域及び陰極形成領域を有し、陽極部を構成する弁金属基体と、弁金属基体の陰極形成領域に設けられた陰極部と、を備え、陰極部は、弁金属基体の少なくとも陰極形成領域上に設けられている誘電体層の表面上に配置されている固体電解質層と、固体電解質層の表面上に配置されている金属めっき層と、を有し、固体電解質層は、数平均分子量1000以上100000以下のドーピング材料を含有する非水溶性導電高分子を含み、金属めっき層は、電解めっき層である。 (1) A solid electrolytic capacitor according to one aspect of the present invention includes a valve metal substrate having an anode terminal region and a cathode formation region, constituting an anode portion, and a cathode portion provided in the cathode formation region of the valve metal substrate. The cathode portion includes a solid electrolyte layer disposed on the surface of a dielectric layer provided on at least the cathode formation region of the valve metal substrate, and a metal plating layer disposed on the surface of the solid electrolyte layer. The solid electrolyte layer includes a water-insoluble conductive polymer containing a doping material having a number-average molecular weight of 1,000 or more and 100,000 or less, and the metal plating layer is an electrolytic plating layer.
本発明の一側面に係る固体電解コンデンサでは、固体電解質層は、数平均分子量1000以上100000以下のドーピング材料を含有する非水溶性導電高分子を含む。このように、数平均分子量1000以上100000以下のドーピング材料を用いることによって、金属めっき層を電解めっき法によって形成する際、ドーピング材料が固体電解質層に保持されるため、脱ドーピングによる電流が生じず、固体電解質層表面上で通電による電子の供給が可能となり、固体電解質層の表面上に、電解めっき法によって金属めっき層を形成することができる。そのため、固体電解コンデンサでは、陰極部を、固体電解質層と金属めっき層との二つの層によって構成することができる。すなわち、陰極部は、固体電解質層と金属めっき層との間に導電層を有していない。そのため、固体電解コンデンサは、固体電解質層、カーボンペースト層及び銀ペースト層を含む陰極部に比べて、構成の簡易化を図れる。その結果、固体電解コンデンサでは、製造の簡易化を図ることができる。 In the solid electrolytic capacitor according to one aspect of the present invention, the solid electrolyte layer includes a water-insoluble conductive polymer containing a doping material having a number-average molecular weight of 1000 to 100,000. In this way, by using a doping material having a number-average molecular weight of 1000 to 100,000, when the metal plating layer is formed by electrolytic plating, the doping material is retained in the solid electrolyte layer, so that no current is generated due to dedoping, and electrons can be supplied by passing electricity on the surface of the solid electrolyte layer, and the metal plating layer can be formed on the surface of the solid electrolyte layer by electrolytic plating. Therefore, in the solid electrolytic capacitor, the cathode part can be composed of two layers, the solid electrolyte layer and the metal plating layer. That is, the cathode part does not have a conductive layer between the solid electrolyte layer and the metal plating layer. Therefore, the solid electrolytic capacitor can be simplified in configuration compared to a cathode part including a solid electrolyte layer, a carbon paste layer, and a silver paste layer. As a result, the solid electrolytic capacitor can be simplified in manufacturing.
(2)上記(1)の固体電解コンデンサにおいて、非水溶性導電高分子は、ポリピロール又はポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)であってもよい。 (2) In the solid electrolytic capacitor of (1) above, the water-insoluble conductive polymer may be polypyrrole or poly(3,4-ethylenedioxythiophene).
(3)上記(2)の固体電解コンデンサにおいて、ドーピング材料は、スルホン酸誘導体であってもよい。この構成では、非水溶性導電高分子を重合により形成するための高分子重合溶液に溶解させることができると共に、固体電解質層において導電性をもたせることができる。 (3) In the solid electrolytic capacitor of (2) above, the doping material may be a sulfonic acid derivative. In this configuration, the doping material can be dissolved in a polymer polymerization solution for forming a water-insoluble conductive polymer by polymerization, and the solid electrolyte layer can be made conductive.
(4)上記(3)の固体電解コンデンサにおいて、ドーピング材料は、ポリスチレンスルホン酸系又はフェノールスルホン酸系であってもよい。 (4) In the solid electrolytic capacitor of (3) above, the doping material may be polystyrene sulfonic acid-based or phenol sulfonic acid-based.
(5)上記(1)~(4)の固体電解コンデンサにおいて、固体電解質層における非水溶性導電高分子に対するドーピング材料の濃度は、1%以上200%以下であってもよい。この構成では、固体電解質層において導電性を安定的にもたせることができる。 (5) In the solid electrolytic capacitors described above in (1) to (4), the concentration of the doping material in the water-insoluble conductive polymer in the solid electrolyte layer may be 1% or more and 200% or less. With this configuration, the solid electrolyte layer can have stable conductivity.
(6)上記(1)~(5)のいずれか一つの固体電解コンデンサにおいて、金属めっき層は、銅層からなる電解めっき層であってもよい。銅のめっき層は、導電性に優れている。そのため、固体電解コンデンサにおいて等価直列抵抗の低減を図ることができる。 (6) In any one of the solid electrolytic capacitors (1) to (5) above, the metal plating layer may be an electrolytic plating layer made of a copper layer. A copper plating layer has excellent electrical conductivity. Therefore, the equivalent series resistance of the solid electrolytic capacitor can be reduced.
(7)本発明の一側面に係る固体電解コンデンサの製造方法は、弁金属基体を準備する準備工程と、弁金属基体上に固体電解質層を形成する固体電解質層形成工程と、固体電解質層上に電解めっき法によって金属めっき層を形成するめっき層形成工程と、を含み、固体電解質層形成工程では、数平均分子量1000以上100000以下のドーピング材料を含有する非水溶性導電高分子を含む重合溶液に、弁金属基体を浸漬する工程を含む重合処理を行い、固体電解質層を形成する。 (7) A method for manufacturing a solid electrolytic capacitor according to one aspect of the present invention includes a preparation step of preparing a valve metal substrate, a solid electrolyte layer formation step of forming a solid electrolyte layer on the valve metal substrate, and a plating layer formation step of forming a metal plating layer on the solid electrolyte layer by electrolytic plating. In the solid electrolyte layer formation step, a polymerization process is performed including a step of immersing the valve metal substrate in a polymerization solution containing a water-insoluble conductive polymer containing a doping material having a number average molecular weight of 1,000 or more and 100,000 or less, to form a solid electrolyte layer.
本発明の一側面に係る固体電解コンデンサの製造方法では、固体電解質層形成工程において、数平均分子量1000以上100000以下のドーピング材料を含有する非水溶性導電高分子を含む重合溶液に、弁金属基体を浸漬する工程を含む重合処理を行い、固体電解質層を形成する。このように、数平均分子量1000以上100000以下のドーピング材料を用いることによって、金属めっき層を電解めっき法によって形成する際、ドーピング材料が固体電解質層に保持されるため、脱ドーピングによる電流が生じず、固体電解質層表面上で通電による電子の供給が可能となり、固体電解質層の表面上に、電解めっき法によって金属めっき層を形成することができる。そのため、固体電解コンデンサでは、陰極部を、固体電解質層と金属めっき層との二つの層によって構成することができる。すなわち、陰極部は、固体電解質層と金属めっき層との間に導電層を有していない。そのため、固体電解コンデンサは、固体電解質層、カーボンペースト層及び銀ペースト層を含む陰極部に比べて、構成の簡易化を図れる。その結果、固体電解コンデンサの製造方法では、製造の簡易化を図ることができる。 In the method for manufacturing a solid electrolytic capacitor according to one aspect of the present invention, in the solid electrolyte layer forming step, a polymerization process including a step of immersing a valve metal substrate in a polymerization solution containing a water-insoluble conductive polymer containing a doping material having a number-average molecular weight of 1000 to 100,000 is performed to form a solid electrolyte layer. In this way, by using a doping material having a number-average molecular weight of 1000 to 100,000, when a metal plating layer is formed by electrolytic plating, the doping material is retained in the solid electrolyte layer, so that no current is generated due to dedoping, and electrons can be supplied by passing electricity on the surface of the solid electrolyte layer, and the metal plating layer can be formed on the surface of the solid electrolyte layer by electrolytic plating. Therefore, in the solid electrolytic capacitor, the cathode part can be composed of two layers, the solid electrolyte layer and the metal plating layer. That is, the cathode part does not have a conductive layer between the solid electrolyte layer and the metal plating layer. Therefore, the solid electrolytic capacitor can be simplified in configuration compared to a cathode part including a solid electrolyte layer, a carbon paste layer, and a silver paste layer. As a result, the method for manufacturing a solid electrolytic capacitor can be simplified in manufacturing.
本発明の一側面によれば、製造の簡易化を図ることができる。 According to one aspect of the present invention, manufacturing can be simplified.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 A preferred embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the attached drawings. In the description of the drawings, the same or equivalent elements are given the same reference numerals, and duplicate descriptions will be omitted.
図1は、一実施形態に係る固体電解コンデンサの断面図である。図2は、図1に示した固体電解コンデンサの一部構造を詳細に示す拡大断面図である。図1及び図2に示されるように、固体電解コンデンサ1は、陽極部3と、陰極部5と、絶縁部7と、を備えている。
Figure 1 is a cross-sectional view of a solid electrolytic capacitor according to one embodiment. Figure 2 is an enlarged cross-sectional view showing in detail a portion of the structure of the solid electrolytic capacitor shown in Figure 1. As shown in Figures 1 and 2, the solid
陽極部3は、弁金属基体9で構成されている。図2に示されるように、弁金属基体9の表面には、粗面化又は拡面化処理(化成処理)が施されて微細な凹凸形状が形成されている。弁金属基体9を構成する材料としては、電解コンデンサに一般に用いられるものであれば特に制限されず、たとえば、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモンなどのいわゆる弁作用金属が挙げられる。これらの中ではアルミニウム又はタンタルが比較的好ましく用いられる。これらの弁作用金属により構成される弁金属基体9は、弁作用金属層とも呼ばれている。弁金属基体9の厚さは、たとえば、1μm~500μm程度である。
The
弁金属基体9は、陽極端子領域9aと、陰極形成領域9bと、を有している。陽極端子領域9aは、陽極部3の端子として機能する領域である。陰極形成領域9bは、陰極部5が形成される領域である。
The
図2に示されるように、弁金属基体9の陰極形成領域9bの表面には、誘電体層11が形成されている。誘電体層11は、通常電気絶縁性を有する金属酸化皮膜(たとえば、弁金属基体9がアルミニウムである場合は酸化アルミニウム皮膜)である。誘電体層11は、弁金属基体9の表層部を所定の方法で酸化することで形成される。誘電体層11の厚さは、たとえば、1nm~1μm程度である。
As shown in FIG. 2, a
陰極部5は、固体電解質層13と、金属めっき層15と、を含んで構成されている。陰極部5は、弁金属基体9における陰極形成領域9bの表面(上面、下面及び側面)上に設けられている。陰極部5は、誘電体層11上に、固体電解質層13及び金属めっき層15が積層されることによって構成されている。具体的には、陰極部5では、誘電体層11側から、固体電解質層13及び金属めっき層15の順に積層されている。
The
固体電解質層13は、拡面化により形成された弁金属基体9の微細凹凸面上の誘電体層11に沿って、その凹部9cを埋めるように形成されている。固体電解質層13の厚さは、上記凹凸面を覆うことができるような厚さが好ましい。固体電解質層13の厚さは、たとえば、1μm~100μm程度である。
The
固体電解質層13は、導電性高分子を含有して構成されている。具体的には、固体電解質層13は、ドーピング材料を含有する非水溶性導電高分子を含有して構成されている。非水溶性導電性高分子化合物としては、通常使用されるものを使用することができ、たとえば、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリフラン及びこれらの誘導体などを用いることができ、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)、ポリピロール(ppy)が好ましく用いられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
The
ドーピング材料は、高分子重合溶液に溶解すること、弁金属基体9における凹凸形状に侵入(拡散)が可能であること、及び、金属めっき層15を形成する電解めっき時において逆バイアスが印加された場合でも導電性高分子膜から離脱しないものである必要がある。ドーピング材料としては、スルホン酸誘導体を使用することができ、たとえば、ポリスチレンスルホン酸、フェノールスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、アントラキノンスルホン酸などの芳香族スルホン酸化合物を用いることができ、ポリスチレンスルホン酸、フェノールスルホン酸が好ましく用いられる。
The doping material must be soluble in the polymer polymerization solution, must be able to penetrate (diffuse) into the uneven shape of the
ドーピング材料の分子量は、数平均分子量1000以上100000以下である。ドーピング材料の分子量は、電解めっき法において逆バイアスが印加された場合であっても導電性高分子膜から離脱しないように、数平均分子量において1000以上が好ましい。一方で、弁金属基体9に形成された誘電体層11の凹凸形状に侵入する必要性からは、数平均分子量において100000以下であることが好ましい。ドーピング材料の濃度は、非水溶性導電性高分子化合物に対して、1%以上200%以下、好ましくは、5%以上150%以下である。これにより、固体電解質層13において導電性を安定的にもたせることができる。
The molecular weight of the doping material is a number average molecular weight of 1000 or more and 100,000 or less. The molecular weight of the doping material is preferably 1000 or more in number average molecular weight so that it does not leave the conductive polymer film even when a reverse bias is applied in the electrolytic plating method. On the other hand, the number average molecular weight is preferably 100,000 or less in terms of the need to penetrate into the uneven shape of the
金属めっき層15は、固体電解質層13の表面上に形成されている。具体的には、金属めっき層15は、固体電解質層13において、固体電解質層13が誘電体層11と接触する面と反対側の面上に形成されている。金属めっき層15は、電解めっきによって形成されるめっき層である。金属めっき層15を構成する金属としては、銅、ニッケル、錫などを用いることができ、銅が特に好ましく用いられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
The
図1に示されるように、絶縁部7は、弁金属基体9における陽極端子領域9aと陰極形成領域9bとの境界部分の表面(上面、下面及び側面)上に形成されている。絶縁部7は、陽極部3と陰極部5とを電気的に絶縁する機能の他に、導電性高分子重合工程やペースト塗布工程などの浸漬工程において溶液の這い上がりを防止する機能も有している。絶縁部7の幅は、たとえば0.1mm~1.0mmである。絶縁部7の厚さは、たとえば1μm~50μmであり、好ましくは10μm~40μmである。
As shown in FIG. 1, the insulating
絶縁部7は、二つのレジスト部によって構成されていてもよい。たとえば、弁金属基体9の陽極端子領域9aと陰極形成領域9bとを区画するように弁金属基体9の表面に形成された第一レジスト部と、第一レジスト部における陽極端子領域9a側の表面と弁金属基体9の表面とに跨って連続的に形成された第二レジスト部と、を有していてもよい。第一レジスト部及び第二レジスト部は、固体電解コンデンサ1の一側面から他側面に向けて弁金属基体9の幅方向に延びるように形成されている。つまり、第二レジスト部は、第一レジスト部に対して第一レジスト部の延在方向に全体的に形成されている。第一レジスト部は、親水性を有する樹脂、たとえばエポキシ樹脂などから形成されている。第二レジスト部は、疎水性(撥水性)を有する樹脂、たとえばシリコン樹脂やフッ素樹脂などから形成されている。
The insulating
続いて、固体電解コンデンサ1の製造方法について説明する。最初に、表面が粗面化され且つ化成処理された弁金属基体9を用意し、弁金属基体9を金型により所定の形状に打ち抜いて加工する(準備工程)。
Next, a method for manufacturing the solid
続いて、印刷法、ディスペンサ、インクジェット、転写法などを用いて、化成処理された弁金属基体9における陽極端子領域9aと陰極形成領域9bとの境界部分の表面上に絶縁部7を形成する。続いて、上記の金型打ち抜き加工により露出した弁金属基体9のエッジ部分の表面(切断面)に誘電体層11を形成する。
Next, an insulating
続いて、電解重合法、化学酸化重合などによって、弁金属基体9の陰極形成領域9bの表面上に、固体電解質層13を形成する(固体電解質形成工程)。本実施形態では、弁金属基体9の陰極形成領域9bを重合槽内の重合液に浸漬させて電解重合法を行うことにより、固体電解質層13を形成する。
Then, a
より詳細には、上述した導電性高分子化合物を構成する単量体と、ドーピング材料、必要に応じてプロトン供与性高分子化合物などの添加剤を含む重合溶液を調製する。 More specifically, a polymerization solution is prepared that contains the monomers that constitute the conductive polymer compound described above, a doping material, and, if necessary, additives such as a proton-donating polymer compound.
電解重合法の場合には、陰極形成領域9b上の誘電体層11上に形成された種材料に通電することによって単量体を電解酸化し、重合反応を行う。種材料は導電性高分子の他、二酸化マンガンやTTF-TCNQなどの有機半導体を用いることができる。
In the case of electrolytic polymerization, a current is passed through the seed material formed on the
化学酸化重合法の場合には、重合溶液に更に酸化剤を加えることによって重合反応を行う。これらの重合溶液を調製する際に用いられる溶媒としては、水やアルコールなどの極性溶媒などが用いられる。アルコールとしては、エタノール及びプロパノールが好ましい。なお、重合溶液に添加剤を添加する場合には、これを溶解可能な溶媒を用いることが好ましい。これらの溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 In the case of chemical oxidation polymerization, an oxidizing agent is further added to the polymerization solution to carry out the polymerization reaction. The solvent used in preparing these polymerization solutions is a polar solvent such as water or alcohol. As alcohol, ethanol and propanol are preferred. When an additive is added to the polymerization solution, it is preferred to use a solvent capable of dissolving the additive. These solvents may be used alone or in combination of two or more.
また、単量体としては、例えば、アニリン、ピロール、チオフェン、フラン及びこれらの誘導体などが挙げられ、これらを重合させることによって、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン及びこれらの誘導体などの導電性高分子化合物を得ることができる。 In addition, examples of monomers include aniline, pyrrole, thiophene, furan, and derivatives thereof, and by polymerizing these, conductive polymer compounds such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyfuran, and derivatives thereof can be obtained.
化学酸化重合法に用いる酸化剤としては、ヨウ素、臭素などのハロゲン化物、五フッ化珪素などの金属ハロゲン化物、硫酸などのプロトン酸、三酸化イオウなどの酸素化合物、硫酸セリウムなどの硫酸塩、過硫酸アンモニウム及び過硫酸ナトリウムなどの過硫酸塩、過酸化水素などの過酸化物、パラトルエン酸鉄などの鉄塩などが挙げられる。 Oxidizing agents used in chemical oxidation polymerization include halides such as iodine and bromine, metal halides such as silicon pentafluoride, protonic acids such as sulfuric acid, oxygen compounds such as sulfur trioxide, sulfates such as cerium sulfate, persulfates such as ammonium persulfate and sodium persulfate, peroxides such as hydrogen peroxide, and iron salts such as ferric paratoluene.
かかる重合溶液を用いて、弁金属基体9の誘電体層11上に固体電解質層13を形成する化学酸化重合を行う。化学酸化重合工程では、弁金属基体9を重合溶液に浸漬した後、弁金属基体9を重合溶液から引き上げることにより、浸漬ステップを行う。これにより、弁金属基体9の表面に重合溶液を付着させる。
This polymerization solution is used to perform chemical oxidation polymerization to form a
次に、弁金属基体9を重合溶液から引き上げた状態で放置する。これにより、弁金属基体9表面に付着した重合溶液中の単量体の酸化重合反応を進行させ、導電性高分子化合物を生成させる。また、放置ステップにおいては、単量体の酸化重合反応を促進させるために、重合溶液が付着した弁金属基体9を高温環境下で放置してもよい。また、放置ステップにおける放置時間は特に制限されず、使用する重合溶液の組成や固形分濃度、又はその他の条件に合わせて適宜決定することができる。なお、上記の重合溶液には単量体とともに酸化剤が含有されているため、重合反応は放置ステップを行う前の浸漬ステップでも若干生じる場合もある。
Next, the
重合反応後には、弁金属基体9の表面を洗浄する。ここで、洗浄は、水、アルコールなどを洗浄液とし、これを弁金属基体9に吹き付ける方法や、洗浄液中に弁金属基体9を浸漬する方法などにより弁金属基体9表面の不純物を除去することにより行われる。また、洗浄ステップにおいては、弁金属基体9の洗浄後に更に乾燥を行うことが好ましい。これにより弁金属基体9に付着した洗浄液などの液体が除去される。以上説明した工程により、単量体を重合させて固体電解質層13を形成する重合処理が行われ、固体電解質層13が形成される(固体電解質層形成工程)。
After the polymerization reaction, the surface of the
続いて、固体電解質層13上に、電解めっき法を用いて、金属めっき層15を形成する(めっき層形成工程)。これにより、陰極部5が形成される。以上により、固体電解コンデンサ1が得られる。
Next, a
図3は、コンデンサ構造体の断面図である。図3に示されるように、コンデンサ構造体100は、複数の固体電解コンデンサ1を備えて構成されている。コンデンサ構造体100は、複数の固体電解コンデンサ1と、モールド部110と、接続部120と、接着部130と、を備えている。本実施形態では、コンデンサ構造体100は、三つの固体電解コンデンサ1を含んで構成されている。以下の説明では、説明の便宜のために、三つの固体電解コンデンサ1を、固体電解コンデンサ1A、固体電解コンデンサ1B及び固体電解コンデンサ1Cと区別して示すこともある。
Figure 3 is a cross-sectional view of the capacitor structure. As shown in Figure 3, the
モールド部110は、複数の固体電解コンデンサ1をモールドする。モールド部110は、コンデンサ構造体100の外装を構成している。モールド部110は、エポキシ樹脂などの絶縁性樹脂材料により構成されている。モールド部110は、第一端子電極140と、第二端子電極150と、を有している。第一端子電極140及び第二端子電極150は、回路基板などに実装される部分である。
The molded
接続部120は、導電性を有する材料で形成されている。接続部120は、複数の固体電解コンデンサ1A~1Cの陽極部3を電気的に接続している。接続部120は、たとえば、溶接、カシメなどである。接続部120の一端部(下端部)は、第一端子電極140に接続されている。これにより、固体電解コンデンサ1A~1Cの陽極部3は、第一端子電極140と電気的に接続されている。なお、固体電解コンデンサ1Cの陽極部3が第一端子電極140に直接接続(配置)されることによって、固体電解コンデンサ1A~1Cの陽極部3が第一端子電極140と電気的に接続されていてもよい。
The
接着部130は、隣り合う固体電解コンデンサ1A~1Cを接着している。接着部130は、導電性接着剤である。接着部130は、隣り合う固体電解コンデンサ1A~1Cの陰極部5を電気的に接続(接合)している。具体的には、接着部130は、固体電解コンデンサ1Aの陰極部5と固体電解コンデンサ1Bの陰極部5とを接合している。また、接着部130は、固体電解コンデンサ1Bの陰極部5と固体電解コンデンサ1Cの陰極部5とを接合している。固体電解コンデンサ1Cの陰極部の一部は、第二端子電極150上に配置されている。これらの構成により、固体電解コンデンサ1A~1Cの陰極部5は、第二端子電極150と電気的に接続されている。
The
以上説明したように、本実施形態に係る固体電解コンデンサ1では、固体電解質層13は、数平均分子量1000以上100000以下のドーピング材料を含有する非水溶性導電高分子を含む。このように、数平均分子量1000以上100000以下のドーピング材料を用いることによって、金属めっき層15を電解めっき法によって形成する際、ドーピング材料が固体電解質層13に保持されるため、脱ドーピングによる電流が生じず、固体電解質層13表面上で通電による電子の供給が可能となり、固体電解質層13の表面上に、電解めっき法によって金属めっき層15を形成することができる。そのため、固体電解コンデンサ1では、陰極部5を、固体電解質層13と金属めっき層15との二つの層によって構成することができる。すなわち、陰極部5は、固体電解質層13と金属めっき層15との間に導電層を有していない。そのため、固体電解コンデンサ1は、固体電解質層、カーボンペースト層及び銀ペースト層を含む陰極部に比べて、構成の簡易化を図れる。その結果、固体電解コンデンサ1では、製造の簡易化を図ることができる。
As described above, in the solid
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not necessarily limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.
上記実施形態では、固体電解質層13を電解重合法によって形成する形態を一例に説明した。しかし、固体電解質層13は、化学酸化重合によって形成してもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、コンデンサ構造体100が三つの固体電解コンデンサ1を備える形態を一例に説明した。しかし、コンデンサ構造体100は、二つの固体電解コンデンサ1を備えて構成されていてもよいし、四つ以上の固体電解コンデンサ1を備えて構成されていてもよい。
In the above embodiment, an example has been described in which the
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
以下の手順を経て、電解コンデンサを製造した。最初に、陽極として拡面化処理済みのアルミニウム箔を準備し、アルミニウム箔表面の陽極となるべき部分(陽極端子領域)と陰極を形成すべき部分(陰極形成領域)とを区画すべき位置に、これらを区画するための絶縁物を形成した。このアルミニウム箔を化成溶液としてのアジピン酸アンモニウム水溶液に浸漬させた後、アルミニウム箔に電圧を印加して陽極酸化反応を進行させることにより、そのアルミニウム箔の表層に酸化アルミニウム皮膜よりなる誘電体層を形成した。これにより、アルミニウム箔上に誘電体層が形成されてなる弁金属基体を得た。
Example 1
The electrolytic capacitor was manufactured through the following procedure. First, an aluminum foil that had been subjected to surface enlargement treatment was prepared as an anode, and an insulator was formed at a position on the surface of the aluminum foil to separate the part to be the anode (anode terminal area) and the part to be the cathode (cathode formation area) for dividing them. The aluminum foil was immersed in an aqueous solution of ammonium adipate as a chemical conversion solution, and then a voltage was applied to the aluminum foil to cause an anodization reaction to proceed, forming a dielectric layer made of an aluminum oxide film on the surface layer of the aluminum foil. This resulted in a valve metal substrate having a dielectric layer formed on the aluminum foil.
次に、弁金属基体にポリピロールを電解重合法により形成し、弁金属基体上に固体電解質層を形成した。具体的には、導電性高分子化合物としてポリピロールを含み、ドーピング材料として数平均分子量が「1200」のポリスチレンスルホン酸を含む重合溶液を作製し、重合処理によって、基体の誘電体層上に固体電解質層を形成した。 Next, polypyrrole was formed on the valve metal substrate by electrolytic polymerization, and a solid electrolyte layer was formed on the valve metal substrate. Specifically, a polymerization solution was prepared that contained polypyrrole as a conductive polymer compound and polystyrene sulfonic acid with a number average molecular weight of 1200 as a doping material, and a solid electrolyte layer was formed on the dielectric layer of the substrate by polymerization.
次に、固体電解質層上に金属めっき層を形成した。金属めっき層は、電解めっき浴に浸漬して電圧を印加し、銅めっきを形成した。以上により、固体電解コンデンサを得た。 Next, a metal plating layer was formed on the solid electrolyte layer. The metal plating layer was immersed in an electrolytic plating bath and a voltage was applied to form copper plating. In this way, a solid electrolytic capacitor was obtained.
(実施例2)
固体電質層のドーピング材量の分子量を「5000」としたこと以外は実施例1と同様にして、実施例2の固体電解コンデンサを作製した。
Example 2
A solid electrolytic capacitor of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1, except that the molecular weight of the doping material in the solid electrolyte layer was set to "5000".
(実施例3)
固体電質層のドーピング材料の分子量を「7000」としたこと以外は実施例1と同様にして、実施例3の固体電解コンデンサを作製した。
Example 3
A solid electrolytic capacitor of Example 3 was produced in the same manner as in Example 1, except that the molecular weight of the doping material in the solid electrolyte layer was set to "7000."
(比較例1)
固体電質層のドーピング材料をブチルナフタレンスルホン酸とし、ドーピング材料の分子量を「264」としたこと以外は実施例1と同様にして、比較例1の固体電解コンデンサを作製した。
(Comparative Example 1)
A solid electrolytic capacitor of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1, except that the doping material for the solid electrolyte layer was butylnaphthalenesulfonic acid and the molecular weight of the doping material was "264."
(比較例2)
固体電質層のドーピング材料をアントラキノンスルホン酸とし、ドーピング材料の分子量を「289」としたこと以外は実施例1と同様にして、比較例2の固体電解コンデンサを作製した。
(Comparative Example 2)
A solid electrolytic capacitor of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1, except that the doping material for the solid electrolyte layer was anthraquinonesulfonic acid and the molecular weight of the doping material was "289."
(比較例3)
固体電質層のドーピング材量の分子量を「920」としたこと以外は実施例1と同様にして、比較例3の固体電解コンデンサを作製した。
(Comparative Example 3)
A solid electrolytic capacitor of Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 1, except that the molecular weight of the doping material in the solid electrolyte layer was set to "920".
(比較例4)
固体電質層のドーピング材量の分子量を「120000」としたこと以外は実施例1と同様にして、比較例4の固体電解コンデンサを作製した。
(Comparative Example 4)
A solid electrolytic capacitor of Comparative Example 4 was produced in the same manner as in Example 1, except that the molecular weight of the doping material in the solid electrolyte layer was set to "120,000."
(固体電解コンデンサの評価)
実施例1~3及び比較例1~4で得られた固体電解コンデンサについて、めっき外観の評価、ESRの測定、ピール試験を行った。めっき外観検査では、実施例1~3及び比較例1~4で得られた固体電解コンデンサにおいて、金属めっき層が端部を含み全面に形成されている場合には「〇」、金属めっき層が端部に形成されていない場合には「△」、金属めっき層が形成されなかった場合、又は、金属めっき層に不具合(膨れなど)が発生している場合には「×」とした。
(Evaluation of solid electrolytic capacitors)
The solid electrolytic capacitors obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 were subjected to an evaluation of plating appearance, an ESR measurement, and a peel test. In the plating appearance inspection, the solid electrolytic capacitors obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 were marked with "◯" when the metal plating layer was formed over the entire surface including the ends, marked with "△" when the metal plating layer was not formed on the ends, and marked with "X" when the metal plating layer was not formed or a defect (such as blistering) occurred in the metal plating layer.
ESRの測定では、LCRメータを用いて、100kHz時のESRを取得し比較を行った。 To measure the ESR, an LCR meter was used to obtain the ESR at 100 kHz and compare it.
ピール試験では、実施例1~3及び比較例1~4で得られた固体電解コンデンサにおいて、陰極部の金属めっき層の一面にセロハンテープを貼付し、その後にセロハンテープを一定の速度で引き剥がした。これにより、セロハンテープにめっき成分が付着していない場合、すなわち金属めっき層が剥離していない場合には「〇」、セロハンテープにめっき成分が付着している場合、すなわち金属めっきの少なくとも一部が剥離している場合には「×」とした。 In the peel test, cellophane tape was applied to one side of the metal plating layer of the cathode part of the solid electrolytic capacitors obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4, and then the cellophane tape was peeled off at a constant speed. If no plating components were attached to the cellophane tape, i.e., the metal plating layer had not peeled off, it was marked as "O", and if plating components were attached to the cellophane tape, i.e., at least a part of the metal plating had peeled off, it was marked as "X".
表1に示されるように、実施例1~3の固体電解コンデンサでは、めっき外観について、いずれも「〇」となることが確認された。比較例1~3の固体電解コンデンサでは、めっき外観について、「△」又は「×」となることが確認された。実施例1~3の固体電解コンデンサでは、ESRについて、60mΩ~90mΩとなることが確認された。比較例1の固体電解コンデンサでは、ESRの測定をすることができなかった。比較例2の固体電解コンデンサでは2Ω、比較例3の固体電解コンデンサでは1.5Ω、比較例4の固体電解コンデンサでは700mΩとなることが確認された。実施例1~3の固体電解コンデンサは、比較例2~4の固体電解コデンサに比べて、ESRが低くなることが確認された。実施例1~3の固体電解コンデンサでは、ピール試験について、いずれも「〇」となることが確認された。 As shown in Table 1, the plating appearance of the solid electrolytic capacitors of Examples 1 to 3 was confirmed to be "good". The plating appearance of the solid electrolytic capacitors of Comparative Examples 1 to 3 was confirmed to be "△" or "x". The ESR of the solid electrolytic capacitors of Examples 1 to 3 was confirmed to be 60 mΩ to 90 mΩ. The ESR of the solid electrolytic capacitor of Comparative Example 1 could not be measured. The ESR of the solid electrolytic capacitor of Comparative Example 2 was confirmed to be 2 Ω, the solid electrolytic capacitor of Comparative Example 3 was confirmed to be 1.5 Ω, and the solid electrolytic capacitor of Comparative Example 4 was confirmed to be 700 mΩ. The solid electrolytic capacitors of Examples 1 to 3 were confirmed to have lower ESR than the solid electrolytic capacitors of Comparative Examples 2 to 4. The peel test of the solid electrolytic capacitors of Examples 1 to 3 was confirmed to be "good".
1,1A,1B,1C…固体電解コンデンサ、3…陽極部、5…陰極部、9…弁金属基体、9a…陽極端子領域、9b…陰極形成領域、11…誘電体層、13…固体電解質層、15…金属めっき層。 1, 1A, 1B, 1C... solid electrolytic capacitor, 3... anode portion, 5... cathode portion, 9... valve metal substrate, 9a... anode terminal area, 9b... cathode formation area, 11... dielectric layer, 13... solid electrolyte layer, 15... metal plating layer.
Claims (7)
前記弁金属基体の前記陰極形成領域に設けられた陰極部と、を備え、
前記陰極部は、前記弁金属基体の少なくとも前記陰極形成領域上に設けられている誘電体層の表面上に配置されている固体電解質層と、前記固体電解質層の表面上に配置されている金属めっき層と、を有し、
前記固体電解質層は、数平均分子量1000以上100000以下のドーピング材料を含有する非水溶性導電高分子を含み、
前記金属めっき層は、電解めっき層である、固体電解コンデンサ。 a valve metal substrate having an anode terminal region and a cathode forming region and constituting an anode portion;
a cathode portion provided in the cathode formation region of the valve metal base,
the cathode portion has a solid electrolyte layer disposed on a surface of a dielectric layer provided on at least the cathode formation region of the valve metal base, and a metal plating layer disposed on the surface of the solid electrolyte layer,
the solid electrolyte layer includes a water-insoluble conductive polymer containing a doping material having a number average molecular weight of 1,000 to 100,000,
The solid electrolytic capacitor, wherein the metal plating layer is an electrolytic plating layer.
前記弁金属基体上に固体電解質層を形成する固体電解質層形成工程と、
前記固体電解質層上に電解めっき法によって金属めっき層を形成するめっき層形成工程と、を含み、
前記固体電解質層形成工程では、数平均分子量1000以上100000以下のドーピング材料を含有する非水溶性導電高分子を含む重合溶液に、前記弁金属基体を浸漬する工程を含む重合処理を行い、前記固体電解質層を形成する、固体電解コンデンサの製造方法。 a preparation step of preparing a valve metal substrate;
a solid electrolyte layer forming step of forming a solid electrolyte layer on the valve metal substrate;
a plating layer forming step of forming a metal plating layer on the solid electrolyte layer by an electrolytic plating method,
In the solid electrolyte layer forming step, a polymerization treatment is performed including a step of immersing the valve metal base in a polymerization solution containing a water-insoluble conductive polymer containing a doping material having a number average molecular weight of 1,000 to 100,000, to form the solid electrolyte layer.
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