JP4756172B2

JP4756172B2 - 固体電解コンデンサ

Info

Publication number: JP4756172B2
Application number: JP2003393518A
Authority: JP
Inventors: 秀徳上川; 晃一森田; 仁井二; 洋幸小山
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Tyco Electronics Japan GK
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Tyco Electronics Japan GK
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2023-11-25
Also published as: JP2004221544A

Description

本発明は、短絡故障による自己発熱が抑制された固体電解コンデンサに関する。

従来の典型的な固体電解コンデンサは、図１４に示す構成を有している。コンデンサ素子(15)は、略直方体状の陽極体(1)と、該陽極体(1)に埋設された棒状の陽極引出部材(16)とを具えている。陽極体(1)は、弁作用金属(タンタル、ニオブ、チタン又はアルミニウム等)の焼結体であり、陽極体(1)の表面には、該表面を酸化させて誘電体被膜層(2)が形成されている。該誘電体被膜層(2)上には、固体電解質層(3)、さらには陰極引出層(4)が順次形成されている。固体電解質層(3)は、二酸化マンガン等の導電性無機材料、又は、ＴＣＮＱ錯塩若しくは導電性ポリマ等の導電性有機材料で形成されており、陰極引出層(4)は、カーボン又は銀等で形成されている。

陽極引出部材(16)には、抵抗溶接により板状の陽極端子部材(61)が接合されており、陰極引出層(4)には、導電性接着剤(5)を用いて板状の陰極端子部材(62)が接合されている。コンデンサ素子(15)は、略直方体状の外形を有する外装樹脂部(7)により被覆されており、陽極端子部材(61)及び陰極端子部材(62)の一部は、該外装樹脂部(7)の外部に引き出され、外装樹脂部(7)の外面に沿って下方に屈曲されている。陽極端子部材(61)及び陰極端子部材(62)の先端部分は、外装樹脂部(7)の下側に配置されており、実装基板に半田付けされる。

このような固体電解コンデンサでは、誘電体皮膜層(2)の損傷等によって陽極と陰極が短絡した場合、短絡電流による自己発熱が起こり、極端な場合には、発煙又は発火に至ることがある。固体電解質層(3)が導電性無機材料で形成されている場合、自己発熱が生じても固体電解質層(3)がかなりの高温になるまで絶縁化(ヒーリング)が生じがたい。また、導電性無機材料が酸素を含んでいる場合、発煙及び発火が生じやすい。そのため、固体電解質層(3)に導電性無機材料を用いた固体電解コンデンサでは、短絡電流対策として、陰極引出層(4)と陰極端子部材(62)との間に、過電流又は過熱により不可逆的に切断されるヒューズを介在させることが行われている(特許文献１参照)。

また、短絡に対する対策として、固体電解コンデンサの陰極引出層(4)と陰極端子部材(62)との間に、過電流又は過熱により電気抵抗が可逆的に増大する電流制御層を設けることも行われている(特許文献２参照)。この電流制御層は、導電性粒子を混入させた絶縁性ポリマで形成されており、常温では、導電性粒子の接触による多数の導電パスが生じて抵抗値は低いが、高温になると絶縁性ポリマの膨張によって導電パスが減って抵抗値は高くなる。従って、短絡電流により温度上昇が生ずると、固体電解コンデンサを流れる短絡電流は微小に制限される。さらに、このような電流制御層を金属板で挟んだ電流制御素子を、短絡対策に用いたセラミックコンデンサも知られている(特許文献３参照)。
特開平６−２０８９１号公報特開平９−１２９５２０号公報特開平１１−１７６６９５号公報

固体電解コンデンサの特徴の一つとして、等価直列抵抗(ＥＳＲ)が低いことが挙げられる。電子機器の高性能化に伴って、固体電解コンデンサには更なる低ＥＳＲ化が求められており、近年は、二酸化マンガンと比較して導電率が１０〜１００倍も高い導電性ポリマを固体電解質層(3)に用いた固体電解コンデンサが広く用いられている。

しかしながら、上記のように短絡対策用にヒューズを設けると、ヒューズは抵抗そのものであるから、固体電解コンデンサのＥＳＲは著しく増加する。従って、低ＥＳＲ仕様の固体電解コンデンサ、特に導電性ポリマを用いた固体電解コンデンサにヒューズを設けることはできない。

また、固体電解コンデンサにヒューズを設けた場合には、瞬間的な過電流には対応可能であるが、緩やかな温度上昇による発煙及び発火には対応し難いという問題がある。このような温度上昇による発煙及び発火を防ぐためには、通常のヒューズの融点(２００〜３００℃)よりも低温で、好ましくは１００〜１５０℃で働く電流制御手段を固体電解コンデンサに設ける必要がある。一方、固体電解コンデンサの外装樹脂部(7)は、固形エポキシ樹脂等を約１８０℃に加熱して溶融させてモールドに流し込んだ後、同温度を数分間保持して熱硬化させることによって作製される。従って、固体電解コンデンサの電流制御手段として、低融点ヒューズ等の不可逆性の素子を用いると、固体電解コンデンサの外装樹脂部(7)の作製工程において、電流制御手段が溶解する事態が生じる。

また、特許文献２に記載されているように、固体電解コンデンサに用いられている従来の電流制御層は、３００℃を越える高温で電流制御層の絶縁化が生じるために、緩やかな温度上昇による発煙及び発火を防ぐには適してはいない。さらに、固体電解コンデンサの製造工程において、陰極引出層(4)と陰極端子部材(62)との間に電流制御層を直接形成することは、製造工程の長期化及び煩雑化を招くおそれがある。加えて、発明者の実験によれば、このように電流制御層を設けた固体電解コンデンサのＥＳＲは、ヒューズを設けた固体電解コンデンサと同程度であることが確認されており、現在、電流制御層を具える低ＥＳＲの固体電解コンデンサは実現されていない。

本発明はこれらの問題を解決するものであり、電流制御層を具える低ＥＳＲの固体電解コンデンサ、さらには、従来の固体電解コンデンサと比べて低い温度で電流制御が可能であると共に、製造工程において高温にされても製造後に電流制御がなされる電流制御層を具えた固体電解コンデンサを提供する。

本発明の固体電解コンデンサは、陽極引出部材を有する陽極体の表面に、誘電体皮膜層、固体電解質層及び陰極引出層が順次形成されたコンデンサ素子を具えており、前記陽極引出部材には陽極端子部材が接続され、前記陰極引出層には陰極端子部材が接続され、前記コンデンサ素子は外装樹脂部で被覆された固体電解コンデンサにおいて、前記陰極端子部材は、電流制御手段を介して前記陰極引出層に接続されており、前記電流制御手段は、過電流又は過熱により電気抵抗が可逆的に増大する電流制御層と、前記電流制御層を挟む板状又は箔状の一対の電極部材とを具えており、これら電極部材は、前記陰極引出層及び前記陰極端子部材に夫々接合されていることを特徴とする。

また、本発明の固体電解コンデンサは、陽極引出部材を有する陽極体の表面に、誘電体皮膜層、固体電解質層及び陰極引出層が順次形成されたコンデンサ素子を具えており、前記陽極引出部材には陽極端子部材が接続され、前記陰極引出層には陰極端子部材が接続され、前記コンデンサ素子は外装樹脂部で被覆された固体電解コンデンサにおいて、前記陽極端子部材は、電流制御手段を介して前記陽極引出部材に接続されており、前記電流制御手段は、過電流又は過熱により電気抵抗が可逆的に増大する電流制御層と、前記電流制御層を挟む板状又は箔状の一対の電極部材とを具えており、これら電極部材は、前記陽極引出部材及び前記陽極端子部材に夫々接合されていることを特徴とする。

さらに、本発明の固体電解コンデンサでは、前記電流制御層は、導電性粒子を混入させた絶縁性ポリマで形成された層であることが好ましい。

また、本発明の固体電解コンデンサは、短絡電流を制御する電流制御層を具えており、前記電流制御層は、導電性粒子を混入させた絶縁性ポリマで形成されており、ニッケル及び銅の少なくとも何れか一方で形成された電極部材によって挟まれている。前記電極部材は、ニッケル板、ニッケル箔、銅板、銅箔、ニッケルメッキが施された銅板、又はニッケルメッキが施された銅箔であることが好ましい。

過電流又は過熱により電気抵抗が可逆的に増大する電流制御層と、該電流制御層を挟む板状又は箔状の一対の電極部材とを具えた電流制御手段を固体電解コンデンサに設けることにより、電流制御層を具える低ＥＳＲの固体電解コンデンサが得られる。また、電流制御層を具える従来の固体電解コンデンサよりも低温で電流制御ができ、さらに、製造工程において高温にされても製造後に電流制御ができる固体電解コンデンサが得られる。

電極部材を板状又は箔状に形成すれば、固体電解コンデンサの製造工程において電流制御層の取り扱いが容易になり、さらに、電流制御層を陽極側に配置することが容易になる。また、電流制御手段を素子状に、すなわち電流制御素子の形態で予め作製しておくと、固体電解コンデンサの製造が容易になる。また、陽極端子部材又は陰極端子部材の一部を、電極部材とすることによって、固体電解コンデンサの構成部材は少なくなる。

電流制御層を挟む電極部材は、ニッケル及び銅の少なくとも何れか一方で形成されることが好ましい。さらに、電流制御層を導電体粒子が混入されたポリエチレン樹脂で形成することにより、１２０℃程度から電流制御層の抵抗値が急激に上昇して、従来の電流制御層を具える固体電解コンデンサと比較してかなりの低温で、固体電解コンデンサの短絡電流の制御が可能となる。

以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。

(第１実施例) 図１は、本発明の第１実施例である固体電解コンデンサの縦断面図である。コンデンサ素子(15)は、棒状の陽極引出部材(16)が埋設された陽極体(1)を具えている。陽極体(1)は、略直方体状の弁金属焼結体である。本実施例では、陽極体(1)にタンタル焼結体を用いているが、アルミニウム、ニオブ、チタン、又はジルコニウム等の焼結体を用いてもよい。また、本実施例では、陽極引出部材(16)にタンタル線を用いている。

Ｈ₃ＰＯ₄水溶液中に焼結体を浸漬して陽極酸化処理を施すことによって、陽極体(1)の表面には誘電体被膜層(2)が形成されている。さらに、陽極酸化後の陽極体(1)に重合処理を施すことによって、誘電体被膜層(2)上には固体電解質層(3)が形成されている。固体電解質層(3)は、ポリピロール、ポリチオフェン、若しくはポリアニリン等の導電性ポリマ、又はこれらの誘導体等が用いられる。本実施例では、固体電解質層(3)をポリピロールで形成している。固体電解質層(3)上には、カーボン又は銀等で形成された陰極引出層(4)が形成されている。

板状の陰極端子部材(62)は、電流制御手段(20)を介してコンデンサ素子(15)に接続されている。電流制御手段(20)は、第１電極部材(22a)と、第２電極部材(22b)と、これらに挟まれた過電流又は過熱により電気抵抗が可逆的に増大する電流制御層(21)とを具えている。コンデンサ素子(15)の陰極引出層(4)と第１電極部材(22a)とは、銀を含有する導電性接着剤(5)により接合されている。陰極端子部材(62)と第２電極部材(22b)も同様に接合されている。

電流制御層(21)は、絶縁性ポリマに導電性粒子を混入させた材料で形成され、例えば、導電性粒子としての導電性フィラー、例えば導電性カーボンブラック粒子が混練された絶縁性ポリマを、押出成形によりシート状に形成することにより作製される。絶縁性ポリマには、ポリオレフィンを用いることが好ましく、特にポリエチレン樹脂を用いることが好ましい。電流制御層(21)の材料及び製法に関する以上の説明は、後述する第２乃至第９実施例の電流制御層(21)にも適用される。

導電性金属製の第１電極部材(22a)及び第２電極部材(22b)は、板状又は箔状であることが好ましい。また、これら電極部材(22a)(22b)は、ニッケル及び銅の少なくとも何れか一方で形成されることが好ましい。具体的には、第１電極部材(22a)及び/又は第２電極部材(22b)は、ニッケル板、ニッケル箔、銅板、銅箔、ニッケルメッキが施された銅板、又はニッケルメッキが施された銅箔であることが好ましい。電極部材(22a)(22b)の形状及材料に関する以上の説明は、後述する第２乃至第９実施例の電極部材(22a)(22b)にも適用される。

陽極引出部材(16)には、板状の陽極端子部材(61)が、例えば抵抗溶接により接合されている。本実施例では、陽極端子部材(61)及び陰極端子部材(62)は、４２アロイで形成されている。コンデンサ素子(15)は、エポキシ樹脂で形成された外装樹脂部(7)によって覆われており、陽極端子部材(61)及び陰極端子部材(62)の一部は、外装樹脂部(7)の外部に引き出され、該外装樹脂部(7)の外面に沿って下方に屈曲されている。陽極端子部材(61)及び陰極端子部材(62)の先端部分は、外装樹脂部(7)の下側に配置されており、夫々固体電解コンデンサの陽極端子及び陰極端子となる。

本発明において、第１電極部材(22a)、第２電極部材(22b)、電流制御層(21)の形成方法は特に限定されない。例えば、第１実施例の固体電解コンデンサの製造工程において、第１電極部材(22a)及び第２電極部材(22b)は、ニッケル又は銅のペースト等の導電性金属ペーストを、コンデンサ素子(15)の陰極引出層(4)及び電流制御層(21)上に夫々塗布することにより形成可能である。しかしながら、第１電極部材(22a)及び第２電極部材(22b)として、ニッケル板等の導電性金属板、又はニッケル箔等の導電性金属箔を用いた方が、固体電解コンデンサの製造工程は簡単化される。

また、コンデンサ素子(15)の陰極引出層(4)上に、第１電極部材(22a)、電流制御層(21)及び第２電極部材(22b)を順次形成して、第１実施例の固体電解コンデンサを製造できるが、このように電流制御手段(20)の構成要素をコンデンサ素子(15)の側面上に順次形成することは煩雑であり、固体電解コンデンサの製造時間が長くなる。そこで、図２に示すように、第１電極部材(22a)と第２電極部材(22b)、及びこれらに挟まれた電流制御層(21)からなる素子状の電流制御手段(20)、すなわち電流制御素子を、コンデンサ素子(15)とは別個に予め作製しておく。そして、この素子状の電流制御手段(20)を導電性接着剤(5)を用いて陰極引出層(4)に接合し、さらに、導電性接着剤(5)を用いて陰極端子部材(62)を電流制御手段(20)に接合すれば、電流制御層(21)を有する固体電解コンデンサの製造工程は短縮される(陰極端子部材(62)に電流制御手段(20)を予め接合したものを陰極引出層(4)に接合してもよい)。

素子状の電流制御手段(20)は、電流制御層(21)の両面に、例えばニッケルペースト等の導電性金属ペーストを塗布することによって作製できるが、第１電極部材(22a)と第２電極部材(22b)として導電性金属板を用いて、これら電極部材(22a)(22b)を電流制御層(21)に接合すれば、素子状の電流制御手段(20)が容易に作製できる。導電性金属板には、ニッケル板、銅板、又はニッケルメッキを施した銅板を用いることが好ましく、導電性金属箔には、ニッケル箔、銅箔、又はニッケルメッキを施した銅箔を用いることが好ましい。板状又は箔状の第１電極部材(22a)及び第２電極部材(22b)は、予め作製された電流制御層(21)の両面に熱圧着することによって夫々電流制御層(21)に接合される。

（第２実施例）図３は、本発明の第２実施例の固体電解コンデンサの縦断面図である。本実施例では、第１実施例における第２電極部材(22b)は存在せず、電流制御層(21)は、第１電極部材(22a)と陰極端子部材(62)の一部との間に挟まれている。陰極端子部材(62)が第１実施例における第２電極部材(22b)の機能を兼ねており、言い換えると、前記陰極端子部材(62)の一部は、図１に示す第２電極部材(22b)となっている。第２実施例では、このような構成により、固体電解コンデンサの構成要素が少なくなっている。また、第１電極部材(22a)、電流制御層(21)及び陰極端子部材(62)をコンデンサ素子(15)とは別個に素子状に作製しておくと、固体電解コンデンサの製造工程の短縮化が図られる。

本発明では、ニッケル及び銅の少なくとも何れか一方で形成された電極部材を用いて電流制御層(21)を挟むことが好ましいことから、陰極端子部材(62)は、ニッケル及び銅の少なくとも何れか一方で形成されることが好ましい。ニッケル及び銅以外の導電性金属(例えば、４２アロイ)で形成された陰極端子部材(62)に、ニッケルメッキ又は銅メッキを施してもよい。

(第３実施例) 図４は、本発明の第３実施例の固体電解コンデンサの縦断面図である。本実施例では、陽極端子部材(61)及び陰極端子部材(62)は、平板状に形成されると共に、外装樹脂部(7)の下側において、略同一平面内に互いに離間して配置されている。電流制御手段(20)は陽極体(1)の下側に配置されており、陰極端子部材(62)は、電流制御手段(20)の下側に配置されている。電流制御手段(20)の第１電極部材(22a)は、陽極体(1)の下面に導電性接着剤(5)を用いて接合されており、第２電極部材(22b)は、陰極端子部材(62)の上面に導電性接着剤(5)を用いて接合されている。

陽極引出部材(16)は、前記陽極体(1)から略水平に突出しており、陽極端子部材(61)は、陽極引出部材(16)の下側に配置されている。陽極端子部材(61)と陽極引出部材(16)とは、略垂直方向に設けられた導電性金属製の接続部材(63)を介して接続されている。接続部材(63)の一端部は、略水平に形成されており、導電性接着剤(5)により陽極端子部材(61)の上面と接合されている。また、接続部材(63)の他端部も略水平に形成されており、該他端部は、陽極引出部材(16)に抵抗溶接されている。第１実施例と比較して、第３実施例では、陽極端子部材(61)及び陰極端子部材(62)の長さ(電流の経路)が短くなっている。これによって、固体電解コンデンサの小型化及びＥＳＲの低下が図られている。

(第４実施例) 図５は、本発明の第４実施例の固体電解コンデンサの縦断面図である。本実施例では、第２実施例と同様に第２電極部材(22b)が省略されており、電流制御層(21)は、第１電極部材(22a)と陰極端子部材(62)との間に挟まれている。また、陽極端子部材(61)はブロック状に形成されており、該陽極端子部材(61)の上面に陽極引出部材(16)が接合されている。陽極端子部材(61)の下面は、外装樹脂部(7)の下面と略同一平面内に配置されている。

(第５実施例) 図６は、本発明の第５実施例の固体電解コンデンサの縦断面図である。第５実施例は、第１実施例に似た構造を有しているが、電流制御手段(20)が、これが接合されるコンデンサ素子(15)の上面全体を覆っている点で異なっている。このように、接合されるコンデンサ素子(15)の面を覆うように、電流制御手段(20)を接合することによって、電流制御手段(20)とコンデンサ素子(15)の接触面積が増加して、固体電解コンデンサのＥＳＲは低減される。なお、第２乃至４実施例の固体電解コンデンサについても、第５実施例と同様な変更を行うことができる。この場合、第３及び第４実施例の固体電解コンデンサでは、電流制御手段(20)は、コンデンサ素子(15)の下面全体を覆うように変更される。

(第６実施例) 図７は、本発明の第６実施例の固体電解コンデンサの縦断面図である。本実施例では、電流制御手段(20)は、陽極引出部材(16)と陽極端子部材(61)との間に設けられている。電流制御手段(20)は、板状又は箔状の第１電極部材(22a)と、板状の第２電極部材(22b)と、これらに挟まれた電流制御層(21)とを具えている。第２電極部材(22b)の面積は、第１電極部材(22a)及び電流制御層(21)の面積よりも大きくされている。第１電極部材(22a)は、導電性接着剤(5)を用いて陽極端子部材(61)に接合されており、電流制御層(21)と接しない第２電極部材(22b)の延出部分は、陽極引出部材(16)に抵抗溶接されている。

第６実施例の固体電解コンデンサの製造工程において、図８に示すような、第１電極部材(22a)と第２電極部材(22b)、及びこれらに挟まれた電流制御層(21)からなる素子状の電流制御手段(20)を、すなわち電流制御素子を、コンデンサ素子(15)とは別個に作製しておくことが好ましい。また、図８に示す電流制御手段(20)ではなく、図２に示す電流制御手段(20)を、例えば導電性接着剤を用いて陽極引出部材(16)及び陽極端子部材(61)に接合することもできる。この場合、第２電極部材(22b)に導電性金属箔を用いてもよい。従来の固体電解コンデンサでは、電流制御層(21)をコンデンサ素子(15)の陽極側に配置することは困難であったが、本発明では、電流制御層(21)を電極部材(22a)(22b)で挟むことによって、電流制御層(21)を陽極側に配置することが容易になっている。

(第７実施例) 図９は、本発明の第７実施例の固体電解コンデンサの縦断面図である。本実施例では、図７に示す第６実施例における第１電極部材(22a)は存在せず、電流制御層(21)は、第２電極部材(22b)と陽極端子部材(61)の一部との間に挟まれている。陽極端子部材(61)が第６実施例における第１電極部材(22a)の機能を兼ねており、言い換えると、前記陽極端子部材(61)の一部が図７に示す第１電極部材(22a)となっている。本発明では、電流制御層(21)をニッケル及び銅の少なくとも何れか一方で形成された電極部材で挟むことが好ましいことから、陽極端子部材(61)は、ニッケル及び銅の少なくとも何れか一方で形成されることが好ましい。ニッケル及び銅以外の導電性金属(例えば、４２アロイ)で形成された陽極端子部材(61)に、ニッケルメッキ又は銅メッキを施してもよい。

(第８実施例) 図１０は、本発明の第８実施例の固体電解コンデンサの縦断面図である。本実施例では、陽極端子部材(61)及び陰極端子部材(62)は、平板状に形成されると共に、外装樹脂部(7)の下側において、略同一平面内に互いに離間して配置されている。陰極端子部材(62)は、陽極体(1)の下側に配置されており、導電性接着剤(5)を用いて陰極引出層(4)に接合されている。陽極引出部材(16)は、陽極体(1)から略水平に突出しており、陽極端子部材(61)と陽極引出部材(16)とは、陽極引出部材(16)の下側に配置された電流制御手段(20)を介して接続されている。電流制御手段(20)の第１電極部材(22a)は、導電性接着剤(5)を用いて、電流制御手段(20)の下側に配置された陽極端子部材(61)と接合されている。第２電極部材(22b)は、電流制御層(21)に接合する平面部分と、前記平面部分から略垂直に延びる延出部分と具えており、この延出部分の端部は、例えば抵抗溶接により陽極引出部材(16)に接合されている。

(第９実施例) 図１１は、本発明の第９実施例の固体電解コンデンサの縦断面図である。本実施例では、第７実施例と同様に第１電極部材(22a)が省略されており、電流制御層(21)は、第２電極部材(22b)と陽極端子部材(61)との間に挟まれている。陽極端子部材(61)はブロック状に形成されており、陽極端子部材(61)の下面は、外装樹脂部(7)の下面と略同一平面内に配置されている。陽極端子部材(61)の上面には、電流制御層(21)が配置されており、該電流制御層(21)の上面には第２電極部材(22b)が配置されている。第２電極部材(22b)の上面には、陽極体(1)から略水平に突出した陽極引出部材(16)が接合されている。

第１乃至第９実施例の電流制御手段(20)では、室温における体積固有抵抗値は１０Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、また、電流制御手段(20)の厚さは１.０ｍｍ以下であることが好ましい。

以下、本発明の固体電解コンデンサを試作して電気的特性を測定した結果について説明する。試作した固体電解コンデンサは、図１に示す第１実施例の固体電解コンデンサである。電流制御手段(20)の寸法は３ｍｍ×３ｍｍ×０.２ｍｍ(厚さ)であり、電流制御層(21)の厚さは０.１５ｍｍ、第１電極部材(22a)及び第２電極部材(22b)の厚さは、共に０.０２５ｍｍである。固体電解コンデンサの試作は、図２に示す素子状の電流制御手段(20)を予め作製して、これをコンデンサ素子(15)に接合して行われた。電流制御層(21)は、導電性カーボンブラック粒子が混練されたポリエチレン樹脂を、押出成形によりシート状に形成することにより作製され、さらに、第１電極部材(22a)及び第２電極部材(22b)となるニッケル箔を、電流制御層(21)に熱圧着して素子状の電流制御手段(20)が作製された。

表１に、試作した２６個の固体電解コンデンサについて、常温(２０℃)で測定した１２０Ｈｚの静電容量(Ｃａｐ)と誘電体損失角の正接(誘電損失)(ｔａｎδ)、及び１００ｋＨｚでのＥＳＲ値を示す。

表２に、第１電極部材(22a)及び第２電極部材(22b)としてニッケルメッキを施した銅箔を用いた場合における、試作した２６個の固体電解コンデンサの静電容量、誘電損失及びＥＳＲ値を示す。

表３は、表１及び表２に示した値の平均値と、比較例の固体電解コンデンサについて、上記と同じ条件で測定した静電容量、ＥＳＲ、及び誘電損失とを示している。図１２は、比較例の固体電解コンデンサの縦断面図である。比較例の固体電解コンデンサは、試作した第１実施例の固体電解コンデンサから第１電極部材(22a)及び第２電極部材(22b)を除いた構成(特許文献２に開示された固体電解コンデンサと同様な構成)を有している。すなわち、比較例の固体電解コンデンサでは、試作した第１実施例の固体電解コンデンサと同寸法の電流制御層(21)がコンデンサ素子(15)の陰極引出層(4)上に形成されており、該電流制御層(21)上に陰極端子部材(62)が接合されている。比較例の固体電解コンデンサの作製において、上記と同様に作製された電流制御層(21)は、コンデンサ素子(15)の陰極引出層(4)と陰極端子部材(62)の間に挟まれて加熱されることにより、陰極引出層(4)及び陰極端子部材(62)に接合された。

表３に示すように、試作した第１実施例の固体電解コンデンサのＥＳＲは、電極部材(22a)(22b)にニッケル箔を使用した場合、及びこれらにニッケルメッキを施した銅泊を用いた場合の双方にて、比較例の固体電解コンデンサの約８分の１まで低下しており、誘電損失は、比較例の固体電解コンデンサと比較して約３分の１も小さくなっている。このように、電流制御層(21)を第１電極部材(22a)及び第２電極部材(22b)の間に挟んだ固体電解コンデンサでは、ＥＳＲ及び誘電損失が劇的に減少するという結果が得られた。

次に、試作した第１実施例の固体電解コンデンサ(電極部材(22a)(22b)には、ニッケル箔を使用)について行った動作試験の結果を示す。動作試験は、短絡状態にした固体電解コンデンサに、６.３Ｖの設定電圧で異なる値の設定電流(直流である)を流して行った。なお、試作した各固体電解コンデンサは、２０Ｖの過電圧を１秒印加されて短絡状態にされた(この時の短絡電流は０.０５Ａであった)。表４に、動作試験結果を示す。表４中の制御時間とは、通電開始から電流制御動作時まで(短絡電流が急激に減少するまで)の時間である。最大温度とは、測定時間(約６０秒間)中における最大コンデンサ温度であり、最終電圧、最終電流、最終温度とは、夫々、測定時間経過時における、コンデンサ電圧、コンデンサ電流、コンデンサ温度である。

設定電流が０.１〜０.４Ａである場合、測定時間内では、短絡電流の制御は確認されなかった。設定電流が０.５Ａの場合、短絡電流は、通電開始から１７秒後に急激に減少して、０.５Ａから最終的には０.０７Ａまで減少した。また、最大１３２℃まで上昇したコンデンサ温度は、１０２℃まで低下した。設定電流が０.６〜１.０Ａである場合も、通電開始から４秒後に短絡電流の制御が確認できた。

表４の最大温度に着目すると、設定電流が０.５〜１.０Ａである場合に生じた短絡電流の制御は、１２０〜１３０℃程度までコンデンサ温度が上昇したことに起因していることが分かる。つまり、本発明の固体電解コンデンサは、従来の電流制御層を有する固体電解コンデンサよりも著しく低い温度で短絡電流制御を行うことが分かる。

設定電流が１.５Ａ以上になると、上記の温度に起因した短絡電流制御(温度制御)に代わって、電流値に起因した短絡電流制御(電流制御)が行われる。設定電流の値が大きいために、電流制御層の抵抗値が瞬時に大きくなって、測定開始直後に短絡電流は小さくなっている。なお、表４の最下行に、設定電流が５Ａである場合に、通電開始から６０００秒経過後に測定した結果を示す。測定終了時の温度は１０５℃であった。設定電流が０.５〜１.０Ａである場合の最終温度も同程度であり、本発明の固体電解コンデンサでは、短絡が生じても１００℃程度にコンデンサ温度が維持されることが分かる。つまり、本発明の固体電解コンデンサでは、短絡が発生することによって、該固体電解コンデンサが装着される基板や該固体電解コンデンサの外装樹脂が発煙又は発火するおそれはない。

図１３に、試作した第１実施例の固体電解コンデンサ(電極部材(22a)(22b)には、ニッケル箔を使用)のＥＳＲの温度変化を示す。図１３Ａは、１２０Ｈｚの交流電圧０.５Ｖｒｍｓを印加した場合のＥＳＲの温度変化を示しており、図１３Ｂは、１００ｋＨｚの交流電圧０.５Ｖｒｍｓを印加した場合のＥＳＲの温度変化を示している。図１３Ａには示していないが、１３０℃でＥＳＲは２３.１５５Ωになっている。また、図１３Ｂには示していないが、１３０℃でＥＳＲは２２.６８３Ωになっている。測定結果より、コンデンサ温度が１２０℃程度になると、印加電圧の周波数に拘わらず、電流制御層(21)の作用によってＥＳＲが急激に増大していることが分かる。

上記実施例の固体電解コンデンサは、固体電解質層に導電性有機材料を用いているが、本発明を二酸化マンガン等の導電性無機材料を用いた固体電解コンデンサに適用しても同様な効果が得られる。また、電流制御層に使用する導電性粒子には、カーボン以外に銅、銀等の導電性粒子を用いてもよい。さらに、電流制御層は、ポリエチレン樹脂(融点約１１０〜１４０℃)と同程度の融点を有する絶縁性樹脂、例えばポリプロピレン樹脂(約１７０℃)を用いて形成されてもよい。

上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

本発明の第１実施例の固体電解コンデンサの縦断面図である本発明の第１実施例の固体電解コンデンサに用いられる素子状の電流制御手段の斜視図である。本発明の第２実施例の固体電解コンデンサの縦断面図である。本発明の第３実施例の固体電解コンデンサの縦断面図である。本発明の第４実施例の固体電解コンデンサの縦断面図である。本発明の第５実施例の固体電解コンデンサの縦断面図である。本発明の第６実施例の固体電解コンデンサの縦断面図である。本発明の第７実施例の固体電解コンデンサに用いられる素子状の電流制御手段の斜視図である。本発明の第７実施例の固体電解コンデンサの縦断面図である。本発明の第８実施例の固体電解コンデンサの縦断面図である本発明の第９実施例の固体電解コンデンサの縦断面図である。比較例として作製した従来の固体電解コンデンサの縦断面図である。温度に対する、本発明の固体電解コンデンサのＥＳＲの変化を示すグラフである。従来の固体電解コンデンサの縦断面図である。

符号の説明

(1) 陽極体
(2) 誘電体皮膜層
(3) 固体電解質層
(4) 陰極引出層
(5) 導電性接着剤
(7) 外装樹脂部
(15) コンデンサ素子
(16) 陽極引出部材
(20) 電流制御手段
(21) 電流制御層
(22a) 第１電極部材
(22b) 第２電極部材
(61) 陽極端子部材
(62) 陰極端子部材
(63) 接続部材

Claims

陽極引出部材(16)を有する陽極体(1)の表面に、誘電体皮膜層(2)、固体電解質層(3)及び陰極引出層(4)が順次形成されたコンデンサ素子(15)を具えており、前記陽極引出部材(16)には陽極端子部材(61)が接続され、前記陰極引出層(4)には陰極端子部材(62)が接続され、前記コンデンサ素子(15)は外装樹脂部(7)で被覆された固体電解コンデンサにおいて、
前記陰極端子部材(62)は、電流制御手段(20)を介して前記陰極引出層(4)に接続されており、
前記電流制御手段(20)は、過電流又は過熱により電気抵抗が可逆的に増大する電流制御層(21)と、前記電流制御層(21)を挟む板状又は箔状の一対の電極部材(22a)(22b)とを具えており、
これら電極部材(22a)(22b)は、前記陰極引出層(4)及び前記陰極端子部材(62)に夫々接合されていることを特徴とする固体電解コンデンサ。
陽極引出部材(16)を有する陽極体(1)の表面に、誘電体皮膜層(2)、固体電解質層(3)及び陰極引出層(4)が順次形成されたコンデンサ素子(15)を具えており、前記陽極引出部材(16)には陽極端子部材(61)が接続され、前記陰極引出層(4)には陰極端子部材(62)が接続され、前記コンデンサ素子(15)は外装樹脂部(7)で被覆された固体電解コンデンサにおいて、
前記陰極端子部材(62)は、電流制御手段(20)を介して前記陰極引出層(4)に接続されており、
前記電流制御手段(20)は、過電流又は過熱により電気抵抗が可逆的に増大する電流制御層(21)と、板状又は箔状の電極部材(22a)とを具えており、
前記電流制御層(21)は、前記電極部材(22a)と前記陰極端子部材(62)との間に挟まれており、
前記電極部材(22a)は、前記陰極引出層(4)に接合されていることを特徴とする固体電解コンデンサ。
前記陽極端子部材(61)は、前記陽極体(1)から略水平に突出した前記陽極引出部材(16)の下側に配置されており、
前記電流制御手段(20)は、前記陽極体(1)の下側に配置されており、
前記陰極端子部材(62)は、前記電流制御手段(20)の下側に配置されている請求項１又は請求項２に記載の固体電解コンデンサ。
前記コンデンサ素子(15)は略直方体状に形成されており、前記電流制御手段(20)が接合される前記コンデンサ素子(15)の面は、前記電流制御手段(20)により覆われている請求項１乃至請求項３の何れかに記載の固体電解コンデンサ。
前記電流制御層(21)は、導電性粒子を混入させた絶縁性ポリマで形成された層である請求項１乃至請求項４の何れかに記載の固体電解コンデンサ。
陽極引出部材(16)を有する陽極体(1)上に、誘電体皮膜層(2)、固体電解質層(3)及び陰極引出層(4)が順次形成されたコンデンサ素子(15)と、短絡電流の増加又は温度上昇によって抵抗値が増大する電流制御層(21)と、前記電流制御層(21)を介して前記陰極引出層(4)に接続される陰極端子部材(62)とを具えており、
前記電流制御層(21)は、導電性粒子を混入させた絶縁性ポリマで形成されており、ニッケル及び銅の少なくとも何れか一方で形成された一対の電極部材(22a)(22b)によって挟まれており、
一方の電極部材(22a)は前記陰極引出層(4)に接合され、他方の電極部材(22b)は前記陰極端子部材(62)に接合されている固体電解コンデンサ。
陽極引出部材(16)を有する陽極体(1)上に、誘電体皮膜層(2)、固体電解質層(3)及び陰極引出層(4)が順次形成されたコンデンサ素子(15)と、短絡電流の増加又は温度上昇によって抵抗値が増大する電流制御層(21)と、前記電流制御層(21)を介して前記陰極引出層(4)に接続される陰極端子部材(62)とを具えており、
前記電流制御層(21)は、導電性粒子を混入させた絶縁性ポリマで形成されており、ニッケル及び銅の少なくとも何れか一方で形成された一対の電極部材(22a)(22b)によって挟まれており、
一方の電極部材(22a)は前記陰極引出層(4)に接合され、前記陰極端子部材(62)の一部は他方の電極部材(22b)となっている固体電解コンデンサ。
前記電極部材(22a)(22b)の少なくとも一方は、ニッケル板、ニッケル箔、銅板、銅箔、ニッケルメッキが施された銅板、又はニッケルメッキが施された銅箔である請求項６又は請求項７に記載の固体電解コンデンサ。
前記電流制御層(21)及び前記電極部材(22a)(22b)は、素子状に構成されている請求項６乃至請求項８の何れかに記載の固体電解コンデンサ。
前記絶縁性ポリマはポリエチレン樹脂である請求項６乃至請求項９の何れかに記載の固体電解コンデンサ。
固体電解コンデンサの短絡電流を制御する電流制御層(21)を具えている電流制御素子であって、
前記固体電解コンデンサは、請求項６乃至請求項１０の何れかに記載された固体電解コンデンサである電流制御素子。
短絡電流を制御する電流制御層(21)を具えた低等価直列抵抗の固体電解コンデンサの製造方法であって、請求項１１に記載の電流制御素子をコンデンサ素子(15)に接合する工程を含む固体電解コンデンサの製造方法。