JP3963458B2 - 固体電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

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とその製造方法に関し、特に、固体電解質として、導電性高分子を用いた固体電解コンデンサと、その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯型通信端末に代表されるように、近年の、電気電子機器の小型化への要求が、増々厳しくなるに伴い、コンデンサの分野においても、小型、大容量、高周波領域での低インピーダンスなどが強く求められている。
【０００３】
これに対応するため、固体電解コンデンサが開発され、実用に供されている。これは、タンタル、ニオブ、アルミニウムなどのような弁作用を有する金属を陽極体として、７、７、８、８−テトラシアノキノジメタン錯塩や、二酸化マンガンを、固体電解質として用いたものである。
【０００４】
その後、前記の固体電解質の代替物質として、ポリピロールなどの導電性高分子を、固体電解質として用いた、固体電解コンデンサが開発され、固体電解質の抵抗が低いことから、高周波領域での低インピーダンス化に十分対応可能で、電気電子機器のさらなる小型化に寄与している。そして、その有用性をさらに活用すべく、様々な改良技術が開発されている。
【０００５】
導電性高分子を固体電解質として用いた固体電解コンデンサの一般的な製法は、陽極体として用いる弁作用を有する金属の表面を、陽極酸化などの方法で酸化して、酸化皮膜を形成し、その酸化皮膜表面に導電性高分子層を形成するものである。導電性高分子層の形成には、電解重合法が用いられる。
【０００６】
図５は、導電性高分子を用いた従来の固体電解コンデンサの一例の断面図である。図５において、１は陽極体、２は酸化皮膜、３は固体電解質層、４は陰極層である。陽極体１は高純度のアルミニウム箔からなり、電解液に浸漬して、表面に電気化学的に酸化皮膜２を形成し、次に導電性高分子を与えるモノマーに浸漬して、電解重合により、固体電解質層３を形成する。
【０００７】
さらに、固体電解質層３の表面に、グラファイトや銀などの導体を含むペーストを用いて、陰極層４を形成し、コンデンサ素子を完成していた。そして、陽極体１の表面積を増加させるために、エッチングなどの方法で、陽極体１の表面に微細な凹凸を形成していた。
【０００８】
しかし、このような構成の固体電解コンデンサにおいては、酸化皮膜と固体電解質層の界面の接合は、陽極体のエッチングによって形成された微細な凹凸で維持しているため、剥離が生じ易いという問題がある。また、酸化皮膜と固体電解層の剥離は、陰極層を構成する導体を含むペーストが、界面に侵入することで、ショートが発生することがあるという問題があった。
【０００９】
酸化皮膜と固体電解質の界面の接合強度を向上する技術として、特許文献１には、陽極体内部に導電性高分子を重合させた後、シランカップリング剤で表面処理を行い、さらに導電性高分子を重合させる技術が開示されている。しかし、この方法では、界面の接合強度は向上するが、重合反応を２回行う他、シランカップリング剤による表面処理工程も必要となり、コスト増加に繋がる。
【００１０】
また、特許文献２には、蒸気圧が異なる溶媒を用いることで、多孔質の陽極体の表面近傍に酸化剤の濃度勾配を付与した後に、導電性高分子を与えるモノマーに浸漬して重合を行うことで、固体電解質を陽極体の外周近傍に形成する技術が開示されている。この方法も、陽極体と固体電解質層の接合強度向上には効果を奏するが、多孔質の陽極体にのみ適用可能であることと、製造工程の複雑化に繋がるという問題がある。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−２１９８６０号公報
【特許文献２】
特開２００３−１３３１８２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、製造工程の複雑化を招くことのない簡便な方法で、陽極体と固体電解質界面の接合強度を向上した、固定電解コンデンサ、特に、固体電解質として導電性高分子を用いた固体電解コンデンサと、その製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、陽極体としての、弁作用を有する金属箔への、酸化皮膜の形成方法を検討した結果なされたものである。
【００１４】
即ち、本発明は、弁作用を有する金属の箔からなる陽極体と、該陽極体表面に形成された酸化皮膜と、該酸化皮膜表面に形成された導電性高分子からなる固体電解質層と、該固体電解質層表面に形成された陰極層を有する電解コンデンサにおいて、前記陽極体の厚さ方向に貫通された複数の鱗形状の切り込み部を有し、該切り込み部が厚さ方向に引き起こされて鱗片状の突起を形成していることを特徴とする固体電解コンデンサである。
【００１５】
また、本発明は、前記鱗片状の突起が、互いに隣接する前記切り込み部が厚さ方向に対して互いに反対方向に引き起こされて形成されていることを特徴とする、前記の固体電解コンデンサである。
【００１６】
また、本発明は、弁作用を有する金属の箔からなる陽極体に、該陽極体の厚さ方向に貫通させて鱗形状に切り込みを入れ、この切り込みを厚さ方向に引き起こして鱗片状の突起を形成した後、該陽極体表面に酸化皮膜を形成し、該酸化皮膜表面に導電性高分子からなる固体電解質層を形成し、該固体電解質層表面に陰極層を形成する工程を有することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法である。
【００１７】
また、本発明は、前記鱗片状の突起が、互いに隣接する前記切り込み部が厚さ方向に対して互いに反対方向に引き起こされて形成されていることを特徴とする、前記の固体電解コンデンサの製造方法である。
【００１８】
本発明による固体電解コンデンサにおいては、金属箔からなる陽極体に設けた、微細な穴または鱗片状の突起による凹凸が、アンカー効果を発現するため、酸化皮膜と固体電解質層の界面の接合強度を向上することができ、酸化皮膜と固体電解質層の剥離を防止して、ショート不良発生を抑制できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照し、具体的な例を挙げて、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る、固体電解電解コンデンサの素子の断面を、模式的に示した図である。図１において、１は陽極体、２は酸化皮膜、３は固体電解質層、４は陰極層、５は陽極体１に設けられた穴である。
【００２１】
この例では、陽極体１として、エッチングにより微細な凹凸を設けた、厚さが８０μｍの高純度アルミニウム箔を用い、８０μｍの距離をおいて、直径が８０μｍの穴５が開けてある。この陽極体１を、ホウ酸アンモニウムを溶解した電解液に浸漬し、陽極体１の表面に、電気化学反応による酸化皮膜２を形成し、次に、ピロールとスルホン酸鉄の混合液中で、電解重合反応を行い、導電性高分子であるポリピロールからなる固体電解質層３を形成する。
【００２２】
しかる後、グラファイト、銀ペーストを順に用いて陰極層４を形成し、固体電解コンデンサの素子を完成させる。このようにして得られた固体電解コンデンサについて、酸化皮膜と固体電解質層の界面の密着力を求めた。
【００２３】
次に、陽極体に設ける穴の径と間隔の最適範囲を検証するために、穴径と穴の距離の異なる固体電解コンデンサを、前記と同様に調製し、酸化皮膜と固体電解質層の界面の密着力を求めた。なお、ここでは、たとえば穴径が５μｍである場合は、穴の外周間の距離も５μｍとなるように同じ数値に設定した。
【００２４】
図４は、穴径及び穴間隔と密着力の関係を示す図である。この図によると、密着力のピークは、８０〜１００μｍの部分に現れ、１０μｍ未満及び２００μｍを超える範囲では、急激に低下することが明らかである。
【００２５】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る、固体電解電解コンデンサの素子に用いる、表面に酸化皮膜を設けた陽極体を、模式的に示した図で、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡＡ線断面図である。この例では、陽極体１の表面に、斜めに切り込みを入れて引き起こすことにより、鱗片状の突起６を形成した後に、酸化皮膜を形成しいている。
【００２６】
また、図３は、鱗片状の突起の別の例を示す図で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡＡ線断面図である。この例では、陽極体１の厚さ方向に貫通させて、鱗形状に切り込み、この切り込みを厚さ方向に対して相互に引き起こし、鱗片状の突起７を形成している。
【００２７】
このように、陽極体に鱗片状の突起を設けた後、酸化皮膜を形成することでも、アンカー効果が増加し、固体電解質層の密着力を向上することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の固体電解コンデンサは、陽極体に微細な穴または鱗片状の突起を設けることで、酸化皮膜と導電性高分子からなる固体電解質層の剥離を防止でき、ショート不良を極めて少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る固体電解コンデンサの素子の断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る陽極体を示した図。図２（ａ）は平面図。図２（ｂ）は図２（ａ）のＡＡ線断面図。
【図３】鱗片状の突起の別の例を示す図。図３（ａ）は平面図。図３（ｂ）は図３（ａ）のＡＡ線断面図。
【図４】穴径及び穴間隔と密着力の関係を示す図。
【図５】導電性高分子を用いた従来の固体電解コンデンサの一例の断面図。
【符号の説明】
１ 陽極体
２ 酸化皮膜
３ 固体電解質層
４ 陰極層
５ 穴
６，７ 鱗片状の突起

Claims (4)

1. 弁作用を有する金属の箔からなる陽極体と、該陽極体表面に形成された酸化皮膜と、該酸化皮膜表面に形成された導電性高分子からなる固体電解質層と、該固体電解質層表面に形成された陰極層を有する電解コンデンサにおいて、前記陽極体の厚さ方向に貫通された複数の鱗形状の切り込み部を有し、該切り込み部が厚さ方向に引き起こされて鱗片状の突起を形成していることを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 前記鱗片状の突起は、互いに隣接する前記切り込み部が厚さ方向に対して互いに反対方向に引き起こされて形成されていることを特徴とする請求項１記載の固体電解コンデンサ。
3. 弁作用を有する金属の箔からなる陽極体に、該陽極体の厚さ方向に貫通させて鱗形状に切り込みを入れ、この切り込みを厚さ方向に引き起こして鱗片状の突起を形成した後、該陽極体表面に酸化皮膜を形成し、該酸化皮膜表面に導電性高分子からなる固体電解質層を形成し、該固体電解質層表面に陰極層を形成する工程を有することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
4. 前記鱗片状の突起は、互いに隣接する前記切り込み部が厚さ方向に対して互いに反対方向に引き起こされて形成されていることを特徴とする請求項３記載の固体電解コンデンサの製造方法。

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