JP4653595B2 - 電解コンデンサの駆動用電解液 - Google Patents

Description

本発明は、電解コンデンサの駆動用電解液(以下、単に電解液と称す)の改良に関するものであり、特に、電解コンデンサをはんだフロー／リフローに供したときの耐熱性向上に関するものである。

従来の低圧用アルミニウム電解コンデンサでは、γ−ブチロラクトンを主成分とする溶媒に、主電解質となるフタル酸の三級アミン塩またはそのイミダゾリニウム塩などを配合してなる電解液が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

この種のアルミニウム電解コンデンサは、エッチング処理および酸化皮膜形成処理をした陽極箔と陰極箔とをセパレータを介し、巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子を電解液に含浸した後、有底筒状の外装ケースに収納するとともに、開口部を弾性封口体（全体がゴム製のゴムパッキング、あるいは樹脂板が貼られたゴムパッキング）を用いて封口し、構成されている。

また、電子部品の小型化、薄型化、高密度面実装技術の進歩に伴い、アルミニウム電解コンデンサにおいてもチップ形であることが求められている。チップ形アルミニウム電解コンデンサは、上記アルミニウム電解コンデンサのリード端子を引き出した端面に当接するように配設し、かつ該リード端子が貫通する貫通孔を備えた絶縁板を装着して、基板装着上の安定性を持たせるよう構成されている。
特開平８−２５５７３１号公報

近年、鉛入りのはんだに代えて鉛フリーはんだが使用される傾向にあるが、鉛フリーはんだは、従来の鉛入りはんだに比べ融点が高いため、はんだフロー／リフロー温度を上昇させる必要がある。しかしながら、アルミニウム電解コンデンサでは、ケースの開口部をゴムパッキングで封口した構造が採用されているため、はんだフロー／リフロー温度を高めると、電解液からのガス発生によってケースの内圧が上昇し、その結果、ゴムパッキングまたはケース底が膨らんで、アルミニウム電解コンデンサの高さ寸法値（ゴムパッキングの外側端面からケース底までの寸法）が増加するという問題点がある。このような高さ寸法の増加が発生すると、基板に実装したアルミニウム電解コンデンサの基板の機器への搭載に支障が発生する他、アルミニウム電解コンデンサの信頼性も低下するため、好ましくない。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、はんだフロー／リフロー温度が上昇しても高さ寸法を増大させない電解コンデンサの駆動用電解液を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、γ−ブチロラクトンを主成分とする溶媒に、少なくとも、カルボン酸またはその塩が配合された電解コンデンサの駆動用電解液において、前記溶媒に対して、さらに、以下の化学式で示されるベンゼンスルホン酸ネオペンチルが電解液全体に対して５〜１０ｗｔ％配合されていることを特徴とする。

本発明において、ベンゼンスルホン酸ネオペンチルの配合量は、電解液全体に対して５〜１０ｗｔ％の範囲である。配合量が５ｗｔ％未満では高さ寸法値抑制効果が小さく、配合量が１０ｗｔ％を超えると、電解コンデンサのｔａｎδが高くなる傾向にある。

本発明において、上記カルボン酸としては、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、安息香酸、フタル酸、マレイン酸を例示することができる。

また、上記カルボン酸の塩としては、アンモニウム塩の他、メチルアミン、エチルアミ
ン、ｔ−ブチルアミン等の一級アミン塩、ジメチルアミン、エチルメチルアミン、ジエチルアミン等の二級アミン塩、トリメチルアミン、ジエチルメチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエチルアミン等の三級アミン塩、テトラメチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム等の四級アンモニウム塩、イミダゾリニウム塩等を例示することができる。

本発明において、前記カルボン酸としてはフタル酸を用い、その塩としては三級アミン塩またはイミダゾリニウム塩を用いることが好ましい。

フタル酸の三級アミン塩としては、フタル酸水素トリメチルアミン、フタル酸水素トリエチルアミン、フタル酸水素エチルジメチルアミン、フタル酸水素ジエチルメチルアミン等を例示することができる。

また、フタル酸のイミダゾリニウム塩としては、フタル酸水素テトラエチルイミダゾリニウム、フタル酸水素テトラメチルイミダゾリニウム、フタル酸水素１，３−ジメチルイミダゾリニウム、フタル酸水素１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリニウム、フタル酸水素２−エチル−１，３−ジメチルイミダゾリニウム、フタル酸水素１、３，４−トリメチルイミダゾリニウム、フタル酸水素２−エチル−１，３−ジメチルイミダゾリニウム、フタル酸水素１，３−ジメチル−２−ｎ−ペンチルイミダゾリニウム等を例示することができる。

γ−ブチロラクトンに混合する副溶媒としては、エチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等のラクトン類、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−エチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−エチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホリックアミド等のアミド類、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、イソブチレンカーボネート等の炭酸類、アセトニトリル等のニトリル類、ジメチルスルホキシド等のオキシド類、エーテル類、ケトン類、エステル類、スルホラン、スルホラン誘導体、水等を例示することができる。これらの溶媒は一種類だけでなく、二種類以上を混合して使用することができる。

本発明に係る電解液には、ベンゼンスルホン酸ネオペンチルが配合されており、この電解液を用いた電解コンデンサは、はんだフロー／リフロー温度が高い場合でも、ケース底の膨らみやゴムパッキングの膨らみを防止でき、電解コンデンサの高さ寸法値の増加を防止することができる。

ここで、カルボン酸としてはフタル酸を用い、その塩としては三級アミン塩またはイミダゾリニウム塩を用いることが好ましい。カルボン酸としてフタル酸を用いると、マレイン酸を用いた場合と比較して、電解コンデンサのｔａｎδの経時的な増大を抑えることができるからである。

以下、実施例に基づいて、本発明をより具体的に説明する。まず、表１に示す組成で電解液を調合し、その電解液を用いて、５０ｗｖ／１００μＦの電解コンデンサ（φ８×１１．５ｍｍＬ）を各２０個作製し、１０個についてはんだ耐熱性試験を実施した。はんだ耐熱性試験としては、２５０℃２分間放置した後、冷却し、電解コンデンサの高さ寸法値の変化を測定した。その測定結果を表１に示す。また、残りの各１０個については１０５℃の恒温槽中で定格電圧を印加し、２０００時間後のｔａｎδを測定した。その結果を表１に示す。

表１に示すように、ベンゼンスルホン酸ネオペンチル無添加の従来例１、２は、耐熱試験後、８〜１０％の高さ増加が発生した。これに対して、ベンゼンスルホン酸ネオペンチルを配合した実施例２〜５は、耐熱試験後の製品高さの変化率が、従来例より大きく改善されていることが分かる。

ここで、ベンゼンスルホン酸ネオペンチルの配合量は、電解液全体に対して５〜１０ｗｔ％の範囲が好ましい。配合量が５ｗｔ％未満（比較例１）では、耐熱試験で製品高さ変化の抑制効果が少なく、１０ｗｔ％を超える場合（比較例６）は、高温負荷試験でのｔａｎδにおいて初期値に対する２０００時間後の変化は少ないが、ｔａｎδの絶対値が高くなるため、低比抵抗用途に不向きとなる。

なお、本発明は実施例に限定されるものではなく、先に例示した各種溶質を単独または複数溶解した電解液や、その他の特性改善を目的とする添加剤を加えた電解液、副溶媒を混合した電解液でも実施例と同等の効果があった。

Claims (2)

1. γ−ブチロラクトンを主成分とする溶媒に、少なくとも、カルボン酸またはその塩が配合された電解コンデンサの駆動用電解液において、
   前記溶媒に対して、さらに、以下の化学式で示されるベンゼンスルホン酸ネオペンチルが電解液全体に対して５〜１０ｗｔ％配合されていることを特徴とする電解コンデンサの駆動用電解液。
   

   
2. 請求項１において、カルボン酸がフタル酸であり、その塩が三級アミン塩またはイミダゾリニウム塩であることを特徴とする電解コンデンサの駆動用電解液。