JP3748091B2

JP3748091B2 - 固体電解コンデンサの製造方法

Info

Publication number: JP3748091B2
Application number: JP28276297A
Authority: JP
Inventors: 芳博鈴木; 貴之荒屋敷; 博文上村; 良太郎大塚; 英雄渡辺; 光輝吉田; 迪和田; 和幸飯田
Original assignee: Hitachi AIC Inc
Current assignee: Hitachi AIC Inc
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JPH11111573A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体電解コンデンサの製造方法に関し、特に再化成処理を改良した固体電解コンデンサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体電解コンデンサは、例えば、タンタルやアルミニウム等の弁作用金属の微粉末にバインダーを混合した粉末に各種の処理を施して製造している。すなわち、先ず、この粉末を、予じめタンタル等の弁作用金属からなる陽極用リード線の一端を埋め込んで、プレス加圧成型する。次に、この成型体を真空中で高温度で加熱して焼結し、焼結体を形成する。焼結後、この焼結体を化成液中に浸漬し、陽極酸化して酸化皮膜を生成して陽極体を形成する。陽極体を形成後、この陽極体を硝酸マンガン溶液中等に浸漬し、次いで焼成する。焼成後、損傷した酸化皮膜を修復するために、陽極体を再化成液中に浸漬して再化成処理する。そして必要に応じてこの硝酸マンガン溶液中等に浸漬する工程から再化成処理の工程までを繰り返して行ない、所定の厚さの固体電解質層を形成する。固体電解質層を形成後、カーボン層や銀層を順次形成してコンデンサ素子を造る。
【０００３】
なお、陽極体を再化成処理するには、量産化のために、細長いステンレス製等の金属板に陽極体を等間隔に取り付けた状態で行っている。すなわち、この金属板に取り付けた複数個の陽極体を、底面に網目状の電極を配置した再化成槽内の再化成液中に浸漬する。そしてこの状態で陽極体と電極との間で通電して陽極体を再化成処理する。この際、各陽極体の漏れ電流特性を均一に改善することを目的として、陽極体間の最短距離Ｔ_１よりも、陽極体と電極との最短距離Ｔ_２の方を比較的長めにし、５≦Ｔ_２／Ｔ_１となるように電極を配置するとともに、陽極体を再化成液中に浸漬している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の再化成処理方法では、陽極体間の最短距離Ｔ_１に比較して、
陽極体と電極との間の最短距離Ｔ_２の方が５倍以上長めになっているため、陽極体から直接電極に至るまでの経路の抵抗値と、陽極体から隣接する陽極体の固体電解質層を迂回して電極に至るまでの経路の抵抗値とが比較的に近似した値になる。従って、漏れ電流は、陽極体から再化成液を通って平板状電極に流れるとともに、かなりの量が前記陽極体から隣接する陽極体の固体電解質層を迂回して平板状電極にも流れる。本願出願人には、このような理由から、漏れ電流の大きな陽極体があると、この陽極体から隣接する陽極体を通して平板状電極に向う経路にも比較的大きな漏れ電流が流れることを見いだした。そしてこの漏れ電流のため隣接する陽極体の固体電解質層が再化成液中に溶け出す。その結果、漏れ電流の大きな陽極体に隣接する陽極体も漏れ電流が増大し、外観が変色する等の欠点を生じる。
また、陽極体を通して漏れ電流が流れると、二酸化マンガン等の酸化により再化成液中にマンガン酸化物イオンが溶出する。このため、陽極体と電極との間のイオンの濃度が高くなる。そして、陽極体と電極間の再化成液の抵抗率及び火花発生電圧が各々低下する。従って、陽極体の酸化皮膜を所定の電圧で再化成し難くなり、漏れ電流特性を改良し難い欠点を生じる。
【０００５】
本発明は、以上の欠点を改良し、漏れ電流特性を容易に向上でき、不良を低減できる固体電解コンデンサの製造方法を提供することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、弁作用金属を陽極酸化して酸化皮膜を形成した陽極体に固体電解質層を形成した後、網目状電極を配置した再化成槽の再化成液中に前記陽極体を複数個浸漬し前記陽極体と前記電極との間で通電して再化成処理する工程を１回以上行う固体電解コンデンサの製造方法において、前記網目状電極を前記再化成槽の液底面から平行方向に離して浸漬すると共に、陽極体間の最短距離Ｔ_１と、この陽極体と前記電極との間の最短距離Ｔ_２とを０＜Ｔ_２／Ｔ_１＜５にして前記陽極体を浸漬し再化成処理することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法を提供するものである。
【０００７】
すなわち、この発明は、網目状の電極を再化成液中に配置するとともに、陽極体と電極との間の最短距離Ｔ_２を短かくして、陽極体間の最短距離Ｔ_１との関係を、０＜Ｔ_２／Ｔ_１＜５の範囲としている。従って、陽極体間の抵抗は、陽極体と電極との間の抵抗の１／５倍よりも大きくなる。すなわち、特定の陽極体から隣接する陽極体及びその陽極体の固体電解質層を迂回して電極に至る経路の抵抗は、特定の陽極体から直接電極に至る経路の抵抗に比較して約１．２倍以上になる。このため、特定の陽極体の漏れ電流が大きくても、その漏れ電流のうち隣接する陽極体を迂回して流れる分が従来に比較して少なくなる。それ故、隣接する陽極体は、その分固体電解質層が溶出するのを抑制され、その結果、漏れ電流特性の劣化が抑制され、不良が低減する。
【０００８】
すなわち、網目状電極を再化成槽の液底面から平行方向に離して浸漬して配置しているため、再化成処理の際に、再化成液中に溶出したマンガン酸化物イオン等は、電極の空隙部を通過し易く、再化成液中に広く拡散する。従って、陽極体と電極との間でイオンの濃度が高くなるのを抑制できる。そして、陽極体と電極との間で再化成液の抵抗率が低下し、火花発生電圧が低下するのを抑制できる。このため、陽極体の酸化皮膜を所定の電圧で再化成し易くなり、漏れ電流特性を向上し易くなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
先ず、タンタルやアルミニウム、ニオブ等の弁作用金属の微粉末に、カンファやアクリル系樹脂等を有機溶剤で溶かしたバインダーを添加し、混合する。混合した後、加熱して有機溶剤を揮発して除去する。
次に、この弁作用金属の粉末を、円筒形や角形等の形状にプレス等で圧縮成型する。この際、タンタル等の弁作用金属からなる陽極用リード線の一端を粉末中に挿入し、他端を引き出した構造にする。
圧縮成型後、真空中等の雰囲気中において高温度で焼結して、図１（イ）に示す通りの焼結体１を形成する。
焼結後、陽極用リード線２の根本に、テフロンやシリコーンゴム、シリコーン樹脂等からなる円板状の絶縁板３を配置する。
そして、図１（ロ）に示す通り、この焼結体１を複数個、陽極用リード線２の箇所でステンレス製等の細長い金属板４に接続する。
焼結体１を金属板４に接続後、この焼結体１を硝酸やリン酸等の化成液中に浸漬して陽極酸化し、図１（ハ）に示す通り、厚さ２００オングストローム〜６０００オングストローム程度の酸化皮膜５を生成して、陽極体６を形成する。
【００１０】
陽極体６を形成後、図１（ニ）に示す通り、二酸化マンガン等からなる固体電解質層７を形成する。固体電解質層７を形成するには、液面が陽極用リード線２の引き出した面のわずかに上であって絶縁板３を越えない程度に陽極用リード線２の引き出し面側を上にして陽極体６を硝酸マンガン溶液中等に浸漬する。これにより、液を陽極体６に含浸する。含浸後、加熱分解し、さらに再化成処理する。そして順次濃度の高い硝酸マンガン溶液を用い、その溶液の含浸、加熱分解及び再化成処理の工程を必要に応じて任意回数だけ繰り返して行ない、所定の厚さの二酸化マンガン等からなる固体電解質層７を形成する。
【００１１】
再化成処理は、図２（イ）及び（ロ）に示す通り、金属板４に接続した複数個の陽極体６を、再化成槽８内に充した硝酸溶液やリン酸溶液、酢酸溶液等の、温度が１５〜７０℃程度の再化成液９中に浸漬して行う。再化成槽８は、例えばこの図２（イ）及び（ロ）に示す通り、プラスチック製絶縁物を材質とする底の浅い四角の箱形で、対向する一対の側壁８ａが他の側壁８ｂよりも高さが高くなっていて、その高い方の側壁８ａに切込み１０を設けるとともに、底面に平行に、網目状の電極１１を設けた構造になっている。この網目状の電極１１は、再化成液が通過する空隙部の面積Ｓ_１が、この空隙部を含む全面積Ｓ_２に対して０．００１＜Ｓ_１／Ｓ_２＜０．９９９９になっている。すなわち、Ｓ_１／Ｓ_２≦０．００１の場合には、再化成液中に溶出したマンガン酸化物イオン等が空隙笛を通過し難くなり、陽極体と電極との間のマンガン酸化物イオン等の濃度が高くなり、その結果、この間の再化成液の抵抗率が低下して火花電圧が低下し易く、陽極体を所定の電圧で再化成することが比較的困難になる。また、０．９９９９≦Ｓ_１／Ｓ_２の場合には、空隙部以外の電極の実質的な部分の面積が小さく、再化成のための通電を十分に行うことが比較的困難になる。そしてこの電極１１の四隅に導電性の支持用リード線１２を接続し、この支持用リード線１２の端を側壁８ｂの縁に引っかけて、電極１１を取り付けている。なお、Ｓ_１／Ｓ_２は、好ましくは０．００５〜０．９９９の範囲がよく、より好ましくは０．０５〜０．５５の範囲がよい。そして側壁８ａの切込み１０に、陽極体６を接続した金属板４の両端を挿入し、複数列にして並行に配置する。この場合、図２（イ）に示す通り、陽極体６間の最短距離Ｔ_１と、陽極体６と電極１１との間の最短距離Ｔ_２との関係が０＜Ｔ_２／Ｔ_１＜５となるように電極１１を再化成槽８内に配置している。なお、Ｔ_２／Ｔ_１は好ましくは０．２〜１．５の範囲がよい。そしてこの位置関係の状態で、陽極体６側が正極に、電極１１側が負極になるように金属板４と支持用リード線１２との間に外部電源を接続して陽極体６に電圧を印加し、陽極体６を再化成処理する。この場合、タンタル粉末の陽極体にあっては、その陽極体の重量１ｇあたり１Ａ以下の通電電流となるようにする。再化成液９は、市販のリン酸溶液や硝酸溶液、酢酸溶液等を０．０１％程度に希釈したものとし、化成液よりも濃度を低くしている。なお、図２（イ）においては、陽極体６間の最短距離Ｔ_１を、同一の金属板４に接続した陽極体６間の最短距離としているが、異なる金属板どうしに接続した陽極体６どうしの距離の方が短い場合には、その距離の方を最短距離とする。
【００１２】
再化成処理等を行ない固体電解質層を形成した後、図１（ホ）に示す通り、カーボンペーストを塗布してカーボン層１３を形成する。
また、カーボン層１３の表面には、図１（ヘ）に示す通り、銀ペーストを塗布して銀層１４を形成する。
銀層１４を形成後、陽極体６を金属板４から切離す。
そして図１（ト）に示す通り、銀層１４に銀ペースト１５により陰極端子１６を接続するとともに、陽極用リード線２に陽極端子１７を溶接等により接続する。
次に、図１（チ）に示す通り、樹脂モールド法や樹脂ディップ法等に等により外装１８を形成する。
外装１８を形成後、エージング処理し、さらに陰極端子１６と陽極端子１７とを外装１８の表面に沿って折り曲げて、固体電解コンデンサ１９を形成する。
【００１３】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
先ず、タンタルの微粉末にバインダーを混合した粉末を角形にプレス圧縮成型する。この際、タンタル製の陽極用リード線の一端を粉末中に挿入し、他端を引き出した構造にする。圧縮成型後、真空中で焼結し、１．０２mm×１．８２mm×１．４５mm角の焼結体を形成する。焼結体を形成後、陽極用リード線の根本にテフロン製の円板状の絶縁板を配置する。次に、焼結体を硝酸溶液中に浸漬し、化成電圧５０Ｖで陽極酸化処理し、酸化皮膜を形成して陽極体とする。酸化皮膜を形成後、硝酸マンガン溶液中に陽極体を浸漬して液を含浸し、焼成して熱分解し、再化成処理する。そしてこの含浸から再化成処理までの工程を数回繰り返して行い、二酸化マンガンからなる固体電解質層を形成する。なお、再化成処理は、図２に示す通りの装置を用い、陽極体６間の最短距離Ｔ_１と、陽極体６と電極１１との間の最短距離Ｔ_２とを表１の通りに示す値として行う。また、再化成液は０．００５％の酢酸溶液を用いる。そして固体電解質層を形成後、カーボンペースト及び銀ペーストを順次塗布して、カーボン層及び銀層を形成する。次に、リードフレームの陰極端子を銀ペーストにより銀層に接続するとともに、リードフレームの陽極端子を陽極用リード線に溶接する。この後、トランスファーモールド法により外装を形成する。外装を形成後、リードフレームを所定の位置で切断する。切断後、エージング処理を行い、定格１６Ｖ，１０μＦのタンタル固体電解コンデンサとする。
【００１４】
そして上記実施例の方法により製造したタンタル固体電解コンデンサと、従来の方法により製造したタンタル固体電解コンデンサとにつき、漏れ電流の不良率を測定し、表１に示した。
【００１５】
なお、従来例１〜従来例３のタンタル固体電解コンデンサは、Ｔ_２／Ｔ_１を表１に示す通り５よりも大きくして再化成処理する以外は実施例１〜実施例６のタンタル固体電解コンデンサと同一の条件で製造したものとする。
【００１６】
また、漏れ電流は、試料に１ｋΩの抵抗を直列に接続し、温度２５℃の雰囲気中において、試料と抵抗間に直流電圧１６Ｖを印加し、３分後の電流値とする。そして一般的に用いている製品定格基準値０．０１ＣＶ（μＡ／μＦ・Ｖ）に０．２５を掛けた値、すなわち、０．２５×０．０１ＣＶを基準とし、漏れ電流がこの値よりも小さい場合を良、等しいか、大きい場合を不良とする。試料数は各々５０００ケとする。
【００１７】
【表１】

【００１８】
この表１から明らかな通り、不良率は、実施例１〜実施例１７が１．６〜６．６％、そして従来例１〜従来例３が７．５〜１１．５％となった。
これらの結果から、実施例１〜実施例１７は、従来例１〜従来例３に比較して漏れ電流特性が改良され、不良が低下することが明らかである。
【００１９】
【発明の効果】
以上の通り、請求項１の発明の製造方法によれば、弁作用金属を陽極酸化して酸化皮膜を形成した陽極体に固体電解質層を形成した後、網目状の電極を再化成槽の液底面から平行方向に離して浸漬して配置した再化成液中に陽極体を複数個浸漬し、この際、陽極体間の最短距離Ｔ_１と、陽極体と電極との間の最短距離Ｔ_２とを０＜Ｔ_２／Ｔ_１＜５の関係にして互いに配置し、陽極体と電極との間で通電して再化成処理し、次いで金属層や外装を形成等しているため、漏れ電流特性を容易に改善でき、不良を低減でき、信頼性の高い固体電解コンデンサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の工程図を示す。
【図２】本発明の実施の形態の再化成処理工程において再化成液中に陽極体を浸漬した状態の断面図を示す。
【符号の説明】
１…焼結体、５…酸化皮膜、６…陽極体、７…固体電解質層、
８…再化成槽、９…再化成液、１１…電極、１３…カーボン層、
１４…銀層、１９…固体電解コンデンサ。

Claims

弁作用金属を陽極酸化して酸化皮膜を形成した陽極体に固体電解質層を形成した後、網目状電極を配置した再化成槽の再化成液中に前記陽極体を複数個浸漬し前記陽極体と前記電極との間で通電して再化成処理する工程を１回以上行う固体電解コンデンサの製造方法において、前記網目状電極を前記再化成槽の液底面から平行方向に離して浸漬すると共に、陽極体間の最短距離Ｔ_１と、この陽極体と前記電極との間の最短距離Ｔ_２とを０＜Ｔ_２／Ｔ_１＜５にして前記陽極体を浸漬し再化成処理することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。