JP4683176B2

JP4683176B2 - 固体電解コンデンサの製造方法

Info

Publication number: JP4683176B2
Application number: JP2001069906A
Authority: JP
Inventors: 敏行村上; 伊久雄森
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2021-03-13
Also published as: JP2002270474A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、固体電解コンデンサの製造方法に関し、特に導電性を固体電解質とした固体電解コンデンサのリード線を所定形状に変形加工してなる固体電解コンデンサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より導電性高分子を固体電解質に用いた固体電解コンデンサとしては、ポリピロール、７，７、８、８−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）を固体電解質として使用したもの固体電解コンデンサが知られているが、近年は、３，４−エチレンジオキシチオフェンのようなモノマーを酸化剤とともにコンデンサ素子内に含浸し、コンデンサ素子内で、モノマーを酸化重合させて、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＴ）のような導電性高分子を形成し、こ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知られている。
【０００３】
このような導電性高分子を固体電解質に用いた固体電解コンデンサついて、図２の固体電解コンデンサの断面図とともに説明する。まず、陽極箔と陰極箔をセパレータを介して巻回してコンデンサ素子２を形成し、このコンデンサ素子２に固体電解質層を形成する。
【０００４】
このような固体電解質の形成においては、前述した３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＥＤＴ）のようなモノマーを酸化剤とともにコンデンサ素子内に含浸し、コンデンサ素子内で３，４−エチレンジオキシチオフェンを酸化重合させて、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＴ）のような導電性高分子を形成する方法が好適である。すなわち、モノマーと酸化剤を含浸して、コンデンサ素子内で酸化重合するようにすると、コンデンサ素子の内部、特に陽極箔のエッチングピットにまで、十分にモノマー及び酸化剤が入り込む。そして、その状態で酸化重合により固体化するため、固体電解質がコンデンサの内部、特に陽極箔のエッチングピット内にも十分に形成されるようになる。このため、固体電解質と陽極箔との接触面積が大きくなり、固体電解コンデンサの静電容量の増加が図られるようになる。
【０００５】
コンデンサ素子内で酸化重合させるモノマーとしては、３，４−エチレンジオキシチオフェンが特に好適である。３，４−エチレンジオキシチオフェンは酸化剤と接触しても重合反応の速度が緩やかであるため、急激な固体化によりコンデンサ素子の内部へのへのモノマー及び酸化剤の浸透を妨げるという問題が起こりづらい。そのため、陽極箔のエッチングピット内にも十分にポリエチレンジオキシチオフェンが存在するようになる。その結果として、固体電解質層と陽極箔の接触面積が大きくなり、固体電解コンデンサの静電容量の増大を図ることができる。
【０００６】
さらに、このコンデンサ素子をアルミニウムやアルミニウム合金等からなる有底筒状の外装ケース３に収納し、外装ケース３の開口端部を弾性部材からなる封口体４で封口して、固体電解コンデンサ１を得る。
【０００７】
この固体電解コンデンサ１は、例えば、図１に示すように固体電解コンデンサ本体１を外装枠７に収納し、さらにリード線５、６を外装枠７に沿って折り曲げ加工して、表面実装が可能なチップ型固体電解コンデンサとして用いられる。
【０００８】
また、図２に示すように、固体電解コンデンサ１のリード線５、６をクランク状に折り曲げて使用される場合もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような固体電解コンデンサ１では、リード線５、６を折り曲げる等の変形加工すると、漏れ電流が大きくなってしまうという問題がある。これは、リード線５、６を加工する際の機械的ストレスが、コンデンサ素子２に加わり、電極箔の陽極酸化皮膜に損傷を与えてしまうためと考えられる。特に、導電性高分子を固体電解質に用いた固体電解コンデンサでは、固体電解質層の導電性が高いということもあり、漏れ電流値は電解液を用いた電解コンデンサと比較しても、漏れ電流値は大きくなってしまう。
【００１０】
特に弾性部材からなる封口体４を用いて固体電解コンデンサ１の開口端部を封口したものについては、封口体４が弾性変形するため、リード線５、６の加工時の機械的ストレスを封口体４で吸収することができず、コンデンサ素子２に大きな機械的ストレスが加わってしまう。このため、弾性部材を封口体４として用いた固体電解コンデンサは漏れ電流の増加が顕著であった。
【００１１】
しかも、前述したように、３，４−エチレンジオキシチオフェンをモノマーとして酸化剤とともにコンデンサ素子に含浸して、コンデンサ素子内で重合させて、ポリエチレンジオキシチオフェンからなる固体電解質層を形成した場合には、ポリエチレンジオキシチオフェンと陽極箔の接触面積が大きくなっているため、漏れ電流の増加も大きなものとなってしまっていた。
【００１２】
一般に電解液を用いた電解コンデンサの場合には、初期の漏れ電流が高い場合でも、電圧が印加される環境で使用することにより、陽極酸化皮膜が修復され、漏れ電流は減少する。しかし、導電性高分子を固体電解質に用いた固体電解コンデンサでは、固体電解質の再化成性、すなわち皮膜修復性能が低いため、固体電解コンデンサの保証条件（最高使用温度、定格電圧）の範囲内で電圧を印加しても、漏れ電流の低減は望めない。そのため、初期の漏れ電流が大きい場合には、固体電解コンデンサを使用している間には、大きな漏れ電流が流れ続けるという固体電解コンデンサ固有の問題があった。
【００１３】
そこで、この発明では固体電解コンデンサの初期の漏れ電流の低減を図ることのできる製造方法を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決しようとする手段】
この発明では陽極箔と陰極箔をセパレータを介して巻回したコンデンサ素子に、導電性高分子を固体電解質層として保持させ、該コンデンサ素子を外装ケースに収納するとともに、外装ケースの開口端部を封口して固体電解コンデンサを形成した後に、リード線を所定形状に変形加工してなる固体電解コンデンサの製造方法において、リード線を所定形状に変形加工し、固体電解コンデンサを１２０℃から２００℃の高温環境に放置した後、リード線間に電圧印加を行ったことを特徴としている。
【００１５】
リード線を所定形状に変形加工した後に、リード線間に電圧を印加して、再化成することにより、漏れ電流を低減することができる。この漏れ電流を低減するメカニズムについての詳細は現在のところ不明であるが、リード線を加工する際の機械的ストレスにより生じた陽極酸化皮膜の損傷を修復する、あるいは、酸化皮膜の欠陥部と接触している導電性高分子が局所的に絶縁化するといった考え方が示されている。また、再化成後には、リード線に機械的ストレスが加わることが無く、陽極酸化皮膜の損傷が起こらない。このため、漏れ電流の低い固体電解コンデンサが得られる。
【００１６】
また、この発明は、固体電解コンデンサを封口する封口部材が、弾性部材よりなる封口体であることを特徴としている。
【００１７】
弾性部材よりなる封口体を封口部材として用いると、コンデンサ素子に加わる機械的ストレスも大きく、陽極箔の陽極酸化皮膜の損傷も大きくなる場合があったが、リード線の加工の後に再化成を行うことにより、漏れ電流の低減を図ることができる。
【００１８】
そして、この発明では、モノマーが３，４−エチレンジオキシチオフェンであり、導電性高分子がポリエチレンジオキシチオフェンであることを特徴としている。
【００１９】
３，４−エチレンジオキシチオフェンは酸化剤と接触しても重合反応の速度が緩やかであるため、急激な固体化によりコンデンサ素子の内部へのへのモノマー及び酸化剤の浸透を妨げるという問題が起こりづらい。そのため、エッチングピット内にも十分にポリエチレンジオキシチオフェンが存在するようになる。また、ポリエチレンジオキシチオフェンは陽極箔との密着性も良好であり、その結果として、固体電解質層と陽極箔の接触面積が大きくなり、固体電解コンデンサの静電容量の増大を図ることができる
【００２０】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態について図面とともに説明する。この実施の形態での固体電解コンデンサは従来の固体電解コンデンサの構造と変わるところは無いため、従来例の図面を参照する。図１はこの発明のチップ型固体電解コンデンサの製造方法によって製造されたチップ型固体電解コンデンサの外観を示す斜視図である。図２は固体電解コンデンサの本体を示す断面図である。
【００２１】
次にこのチップ型固体電解コンデンサの製造方法を工程を追って説明する。
【００２２】
コンデンサ素子２は、高純度のアルミニウムからなり、表面がエッチング処理されるとともに、陽極酸化被膜が形成された陽極箔と、アルミニウムからなり表面がエッチング処理された陰極箔とをセパレータを介して巻回して構成されたもので、一方の巻回端面より２本のリード線５、６が導出されている。このコンデンサ素子２を、３，４−エチレンジオキシチオフェンと酸化剤としてｐ−トルエンスルホン酸第二鉄を混合した混合液に浸漬し、コンデンサ素子２内に混合液を含浸する。そして、コンデンサ素子２内での重合反応により、ポリエチレンジオキシチオフェンよりなる固体電解質を形成する。
【００２３】
コンデンサ素子に３，４−エチレンジオキシチオフェンと酸化剤を含浸する方法としては、上記のような混合液にコンデンサ素子を浸漬する方法の他、コンデンサ素子をそれぞれの液に交互に浸漬する方法や、一定量の３，４−エチレンジオキシチオフェンと酸化剤をそれぞれコンデンサ素子に吐出して含浸する方法によっても良い。
【００２４】
その後、固体電解質を形成したコンデンサ素子２に、封口体４を装着し、アルミニウム又はアルミニウム合金よりなる有底筒状の外装ケース３に収納する。
【００２５】
封口体４はブチルゴム等の弾性部材からなり、収納する外装ケース３の内径に適合するように円盤状に形成されている。また、リード線５、６を貫通する貫通孔が形成されている。
【００２６】
封口体４が装着されたコンデンサ素子２を外装ケース３に収納した後、外装ケース３の側面からの横溝加工と外装ケース３の開口端部のカーリング加工により、固体電解コンデンサ１を封口し、密封状態を得る。
【００２７】
さらに、この固体電解コンデンサ１は、固体電解コンデンサ本体１の外観形状に適合する収納空間を有する外装枠７に収納する。外装枠７は内部に固体電解コンデンサ本体１の外径寸法および外観形状に適合した円筒状の収納空間を有し、一方の開口端面には開口端面の一部を覆う壁部８が設けられている。
【００２８】
固体電解コンデンサを外装枠７に収納し、固体電解コンデンサ本体１のリード線５、６の導出端面を壁部８に当接させて固体電解コンデンサ１本体と外装枠２の位置決めを行った後、リード線５、６を外装枠７の開口端面の壁部８、突起部１０および底面に沿うように折り曲げて、表面実装が可能なチップ型固体電解コンデンサを得る。このリード線５、６の折り曲げによって、外装枠７から固体電解コンデンサ１本体が脱落することを防止する機能も担っている。
【００２９】
リード線５、６の折り曲げ加工を行うと、リード線５、６の折り曲げ加工の際の機械的ストレスがコンデンサ素子２に伝達し、コンデンサ素子２の陽極箔の陽極酸化皮膜を損傷する。そして、固体電解コンデンサの漏れ電流の増加を引き起こす。
【００３０】
そこで、リード線の折り曲げ加工が終了したチップ型固体電解コンデンサを、高温環境に５分間放置し、コンデンサ素子の内部まで十分に熱せられた状態で、固体電解コンデンサのリード線間に所定の電圧を印加して、再化成を行う。
【００３１】
チップ型固体電解コンデンサの放置環境としては、１２０℃から２００℃の範囲が好ましい。１２０℃未満の温度範囲で電圧を印加しても、漏れ電流を所定の値以下に減少させるのに時間がかかってしまう。また、２００℃を超える温度に固体電解コンデンサを放置すると、固体電解コンデンサの内部で何らかの化学反応によりガスが発生し、固体電解コンデンサの内部の内圧が上昇する。ガス発生が大きい場合には、外装ケースを変形させるおそれがある。また、再化成中には固体電解コンデンサに異常がなかった場合でも、その後、チップ型固体電解コンデンサをリフロー等により高温環境に晒されたときに、内圧が上昇し、外装ケースの変形を引き起こしやすくなるという問題がある。
【００３２】
印加する電圧としては、固体電解コンデンサの定格電圧の１．０〜１．５倍の電圧に設定して行う。
【００３３】
印加する電圧が、定格電圧より低い場合には、漏れ電流を所望の値まで低下させるのに非常に時間がかかってしまい、作業効率が悪化してしまう。ただし、定格電圧を印加する場合には、比較的高温の環境、例えば１５０℃以上の環境で行うと良い。一方、定格電圧の１．５倍を超える電圧を印加すると、再化成中の漏れ電流（再化成電流）が大きくなり過ぎ、コンデンサ素子が発熱する。この結果、コンデンサ素子が高温となり、コンデンサ素子内より何らかのガスが発生し、固体電解コンデンサの内圧を上昇させ、固体電解コンデンサの外装ケースの変形を引き起こす可能性がある。
【００３４】
電圧印加を行うと、徐々に漏れ電流値が減少する。所望の漏れ電流値に達したところで、電圧印加を止め、再化成を終了する。以上のような工程で製造された固体電解コンデンサは、漏れ電流が小さい固体電解コンデンサとなる。
【００３５】
なお、以上の発明の実施の形態では、固体電解コンデンサのリード線を変形する例として、横型のチップ型固体電解コンデンサを用いて説明してきたが、固体電解コンデンサはこの形状に限定されるものではなく、縦型のチップ型固体電解コンデンサや、リード線を図２に示すようにクランク状に折り曲げたものであっても良く、リード線の折り曲げ形状には特に限定はない。
【００３６】
【発明の効果】
この発明では、陽極箔と陰極箔をセパレータを介して巻回したコンデンサ素子に、モノマー溶液と酸化剤を含浸し、コンデンサ素子内で導電性高分子を重合して固体電解質層として保持させ、該コンデンサ素子を外装ケースに収納するとともに、外装ケースの開口端部を封口部材で封口して固体電解コンデンサを形成、リード線を所定形状に変形加工し、固体電解コンデンサを１２０℃から２００℃の高温環境に放置した後、リード線間に電圧印加を行うことにより、リード線の固体電解コンデンサの漏れ電流の低減を図ることができる。
【００３７】
また、固体電解コンデンサを封口する封口部材が、弾性部材よりなる封口体であると、リード線の加工時の機械的ストレスがコンデンサ素子に伝わりやすく、陽極酸化皮膜が損傷する場合が多かったが、リード線を所定形状に変形加工した後に、リード線間に電圧印加を行うことにより、リード線の加工時に発生した陽極酸化皮膜を修復し、固体電解コンデンサの漏れ電流の低減を図ることができる。
【００３８】
さらに、前記モノマーが３，４−エチレンジオキシチオフェンであり、導電性高分子がポリエチレンジオキシチオフェンであると、静電容量が大きく、かつ等価直列抵抗の低いという電気的特性に良い固体電解コンデンサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の製造方法によって製造させる固体電解コンデンサを示す斜視図である。
【図２】固体電解コンデンサの内部構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１固体電解コンデンサ本体
２コンデンサ素子
３外装ケース
４封口体
５リード線
６リード線
７外装枠
８壁部
９チップ型固体電解コンデンサ
１０突起部

Claims

陽極箔と陰極箔をセパレータを介して巻回したコンデンサ素子に、モノマー溶液と酸化剤を含浸し、コンデンサ素子内で導電性高分子を重合して固体電解質層として保持させ、該コンデンサ素子を外装ケースに収納するとともに、外装ケースの開口端部を封口部材で封口して固体電解コンデンサを形成し、リード線を所定形状に変形加工した後に、固体電解コンデンサを１２０℃から２００℃の高温環境に放置した後、リード線間に所定の電圧を印加した固体電解コンデンサの製造方法。
前記固体電解コンデンサを封口する封口部材が、弾性部材よりなる封口体である請求項１記載の固体電解コンデンサの製造方法。
前記モノマーが３，４−エチレンジオキシチオフェンであり、導電性高分子がポリエチレンジオキシチオフェンである請求項１ないし請求項３記載の固体電解コンデンサの製造方法。