JP4688028B2 - 固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
所定の容量の固体電解コンデンサは、固体電解コンデンサ素子(基本素子)を積層して得ることができる。固体電解コンデンサの基本素子は、図1に示すように、一般にエッチング処理された比表面積の大きな金属箔からなる陽極基体(1)に誘電体の酸化皮膜層(2)を形成し、この外側に対向する陰極部として固体の半導体層(以下、固体電解質という。)(4)を形成し、望ましくはさらに導電ペーストなどの導電体層を形成して作製される。露出した陽極基体はそのまま陽極部となる。通常は、陰極部と陽極部とを確実に分離するためにマスキング材(3)が設けられている。
従来、コンデンサ素子の樹脂封止に起因するダメージを軽減するための試みが種々提案されてきた。例えば、特開2003−002954号公報(特許文献1)には、成形収縮率0.30〜0.60%、かつ常温での弾性率を14000N/mm2以下としたタンタル素子封止用エポキシ樹脂組成物が記載されており、これによれば成形時の収縮や動作時の発熱に起因する熱応力が抑えられ、成形時のコンデンサ素子に作用するストレスを低減させるとともに耐温度サイクル性が改善されると記載されている。
また、特開2005−72399号公報(特許文献2)は、エポキシ樹脂に73質量%以上の無機充填材を含有させ、樹脂硬化後の線膨張係数を2.0×10-5〜3.0×10-5(/℃)の数値範囲内とする樹脂組成物が記載され、これによれば、成形時の熱履歴に伴う封止樹脂の膨張・収縮が抑えられ、コンデンサ素子表面に作用するストレスが低減されると記載されている。
すなわち、本発明によれば、以下の固体電解コンデンサの製造方法及びこの製造方法により製造される固体電解コンデンサが提供される。
2.前記熱硬化性樹脂が、
(a)スパイラルフロー:90〜100cm(166℃、1.7MPa)
(b)ゲルタイム:20〜25秒(166℃)
を満たす前記1に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
3.固体電解コンデンサが表面に多孔質層を有する弁作用金属を基材とするコンデンサ素子を含む前記1または2に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
4.弁作用金属がアルミニウムである前記1〜3のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造方法。
5.プレヒート時間を5〜9秒間の範囲とする前記1〜4のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造方法。
6.注入量が50cm3以下の樹脂を15〜20秒の範囲内で注入する前記1〜5のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造方法。
7.熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である前記1〜6のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造方法。
8.熱硬化性樹脂が50〜97質量%の無機粒子を含む樹脂組成物である前記7に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
9.無機粒子がシリカである前記8に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
10.コンデンサ素子が、表面に多孔質層を有する弁作用金属を基材に化成により誘電体皮膜を形成し、その一部に、固体電解質層、カーボンペースト層、導電ペースト層を順次形成してなるものである前記1〜9のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造方法。
11.複数のコンデンサ素子を積層してから前記1〜9のいずれかに記載の方法により封止する積層型固体電解コンデンサの製造方法。
12.前記1〜10のいずれかに記載の製造方法により製造される固体電解コンデンサ。
13.前記11に記載の製造方法により製造される積層型固体電解コンデンサ。
上述のように、本発明は、低い封止圧力を用いることにより電気特性、特にLC(漏れ電流)低減を実現する。封止圧力は、成形金型の容積や形状、封止する固体電解コンデンサの形状や積層枚数等にもよるが、0.5〜3MPa、好ましくは0.8〜1.2MPaの範囲である。封止圧力が0.5MPa未満であると硬化樹脂体の内部に欠陥が形成されやすい。封止圧力が3MPaを超えると封止ダメージが増大し、漏れ電流が増大する。なおここで、封止圧力とは樹脂が硬化するまでの保持圧力を示す。
(a)スパイラルフロー:90〜100cm(166℃、1.7MPa)
(b)ゲルタイム:20〜25秒(166℃)
を満たすように設計することで実現可能である。
上記条件(a)のスパイラルフローは、螺旋状の流路を有する試験金型内に、所定の温度、所定の圧力で試験対象である樹脂を流し込み、樹脂の流動長さによって、その流動特性を評価するものであり、温度166℃、圧力1.7MPaにおける値である。
上記条件(b)のゲルタイムは、通常の定義による。温度166℃における値である。
上記の他、慣用の成分、例えば、硬化促進剤を含んでもよい。硬化促進剤としては特に限定するものではなく、例えば、1,8−ジアザ−ビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン等の三級アミン化合物、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン等の有機ホスフィン化合物、トリアゾール化合物、有機金属錯塩、有機酸金属塩、四級アンモニウム塩等が挙げられ、これらを単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
また、各成分の含有比は、典型的には、樹脂全体を100質量%として
エポキシ樹脂:25〜30質量%(好ましくは、27〜29質量%)
硬化剤:1〜4質量%(好ましくは、1〜2質量%)
無機粒子:50〜97質量%(好ましくは、60〜95質量%より好ましくは、67〜72質量%)
である。コンデンサの強度向上および吸湿性向上の点から、50質量%以上が好ましい。但し、これらは目安として挙げたものであって、上記の条件(a)及び(b)を満たすものであれば、これらの範囲外でもよい。
ここで、プレヒート時間とは樹脂がゲル化する時間を指す。
弁作用を有する金属の寸法は、使用目的によって変わり得るが、例えば、薄板ないし箔では、一般的に厚みが約40〜150μmのものが使用される。また、形状は用途により異なるが、平板形素子単位として幅約1〜50mm、長さ約1〜50mmの矩形のものが好ましく、より好ましくは幅約2〜20mm、長さ約2〜20mm、さらに好ましくは幅約2〜5mm、長さ約2〜6mmである。
チオフェン骨格を有する化合物としては、3−メチルチオフェン、3−エチルオフェン、3−プロピルチオフェン、3−ブチルチオフェン、3−ペンチルチオフェン、3−ヘキシルチオフェン、3−ヘプチルチオフェン、3−オクチルチオフェン、3−ノニルチオフェン、3−デシルチオフェン、3−フルオロチオフェン、3−クロロチオフェン、3−ブロモチオフェン、3−シアノチオフェン、3,4−ジメチルチオフェン、3,4−ジエチルチオフェン、3,4−ブチレンチオフェン、3,4−メチレンジオキシチオフェン、3,4−エチレンジオキシチオフェン等の誘導体を挙げることができる。これらの化合物は、一般には市販されている化合物または公知の方法(例えばSynthetic Metals誌、1986年、15巻、169頁)で準備できるが、本発明においてはこれらに限定されない。
これらの化合物は、市販品または公知の方法で入手できる。なお、以上は例示であり、本発明において固体電解質を形成する導電性重合物はこれに限られるものではない。
好ましくは、陰極と陽極に対応するリードフレーム上に、陰極部と陽極部とを有する固体電解コンデンサ素子を、陰極と陽極、陽極部と陰極部がそれぞれ対応するように積層し、固体電解コンデンサ素子のうち少なくとも一の素子の陰極部の端部を下位の固体電解コンデンサ素子の陰極部の端部よりも突出させて積層する工程、陰極リードフレームと前記突出した陰極部端部との間の空間に導電ペーストを充填してこれを硬化させる工程、及び全体を樹脂封止する工程を含む。
短軸方向3mm×長軸方向10mm、厚さ約100μmのアルミニウム化成箔(以下、化成箔と称する。)上にマスキング材(耐熱性樹脂)による幅1mmのマスキングを周状に形成し、陰極部と陽極部に分け、この化成箔の先端側区画部分である陰極部を電解液中通電して化成し水洗した。次いで、陰極部を、3,4−エチレンジオキシチオフェンのイソプロピルアルコール溶液1mol/lに浸漬し、次いで、酸化剤(過硫酸アンモニウム)とドーパント(ナフタレン−2−スルホン酸ナトリウム)の混合水溶液に浸漬して酸化重合を行った。この含浸工程及び重合工程を繰り返し、ドーパントを含む固体電解質層を化成箔の微細孔内に形成した。このドーパントを含む固体電解質層を形成した化成箔を水洗し固体電解質層を形成し熱風乾燥を行った。その上にカーボンペースト及び銀ペーストを被覆して素子材料を形成した。
これを金型中に配置し、トランスファー成形装置により、以下の組成の樹脂を種々の封止圧力で注入することによってコンデンサを形成した。
[樹脂組成]
エポキシ樹脂:28質量%
硬化剤:2質量%
無機粒子:70質量%
次に、上記試験例またはそれに準じる組成の樹脂を用いて、以下の封止条件でコンデンサ素子の封止及びその特性の測定を行なった。封止圧力は0.8M〜1.2MPaの範囲とした。樹脂の物性値及びこれを用いて得られたコンデンサの電気特性の結果を表1に示す。SF(スパイラルフロー)は温度166℃、圧力1.7MPaにおける値であり、GT(ゲルタイム)は、温度166℃における値である。歩留まりは素子を255℃の温度下に10秒間通過させ、この作業を3回繰り返し、定格電圧印加1分後の漏れ電流を測定し、この値が26.4μA(0.1CV)以上の素子を不良品とした際の歩留まりに基づく。LCはリフロー後の漏れ電流(LC)が2μA以下の平均値を示すものを○とし、ESRは25mΩ以下の平均値を示すものを○とした。
2 多孔質層
3 マスキング材
4 固体電解質層
5 導電体
6 陽極リード
7 陰極リード
8 封止材
9 固体電解コンデンサ
20 固体電解コンデンサ素子
Claims (13)
- 熱硬化性樹脂を用いトランスファー成形によりコンデンサ素子を封止する工程を含む固体電解コンデンサの製造方法において、トランスファー成形時の封止圧力を0.8〜1.2MPaの範囲としたことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記熱硬化性樹脂が、
(a)スパイラルフロー:90〜100cm(166℃、1.7MPa)
(b)ゲルタイム:20〜25秒(166℃)
を満たす請求項1に記載の固体電解コンデンサの製造方法。 - 固体電解コンデンサが表面に多孔質層を有する弁作用金属を基材とするコンデンサ素子を含む請求項1または2に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 弁作用金属がアルミニウムである請求項1〜3のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- プレヒート時間を5〜9秒間の範囲とする請求項1〜4のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 50cm3以下の樹脂を15〜20秒の範囲内で金型内に注入する請求項1〜5のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である請求項1〜6のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 熱硬化性樹脂が50〜97質量%の無機粒子を含む樹脂組成物である請求項7に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 無機粒子がシリカである請求項8に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- コンデンサ素子が、表面に多孔質層を有する弁作用金属を基材に化成により誘電体皮膜を形成し、その一部に、固体電解質層、カーボンペースト層、導電ペースト層を順次形成してなるものである請求項1〜9のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 複数のコンデンサ素子を積層してから請求項1〜9のいずれかに記載の方法により封止する積層型固体電解コンデンサの製造方法。
- 請求項1〜10のいずれかに記載の製造方法により製造される固体電解コンデンサ。
- 請求項11に記載の製造方法により製造される積層型固体電解コンデンサ。
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