JP4770750B2 - 固体電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

各種電子機器に使用される固体電解コンデンサおよびその製造方法に関する。

従来の固体電解コンデンサを説明する。従来の固体電解コンデンサのコンデンサ素子は、弁金属である陽極体の表面に誘電体、固体電解質、集電体が順次積層されて構成されている。そして、前記陽極体、前記集電体がそれぞれ陽極端子、陰極端子に電気的に接続され、前記コンデンサ素子を被覆する外装樹脂から突出した前記陽極端子、陰極端子の一端部をそれぞれ前記外装樹脂に沿って折り曲げて、陽極電極、陰極電極をそれぞれ構成している。

近年、環境問題から電子機器の鉛フリー化が急速に進展しており、固体電解コンデンサにおいても鉛フリー化に対応することが要望されている。

なお、本出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２０００−１３３５５６号公報

鉛フリー化によりリフロー温度は従来の温度に比べて高くなる。一般的に、リフロー温度が上昇することにより固体電解コンデンサの漏れ電流は増大する傾向にあり、最悪ショートに至る可能性もある。この漏れ電流が増大する一因としては、リフロー温度が上昇したことによる誘電体の損傷によるものであると考えられている。

したがって、その損傷の悪影響を低減させるために誘電体の耐電圧を上げる、すなわち、誘電体の厚みをより厚くすることにより漏れ電流を低減させる方法が考えられるが、耐電圧を上げることにより必然的に静電容量が低下してしまい、その結果、所望の静電容量を得ることが難しいという問題があった。

そこで本発明は、静電容量を犠牲にすることなく固体電解コンデンサとしての漏れ電流を抑制することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、陽極体と、この陽極体の表面に設けた誘電体と、この誘電体の表面に設けた導電性高分子と、この導電性高分子の表面に島状に設けた絶縁部と、この絶縁部と前記導電性高分子の表面に設けた集電体を有し、前記絶縁部は、アルミナ、アルミナ水和物、シリカ、シリカ水和物からなる群から選択された少なくとも一種からなる構成としたものである。

本発明によれば、導電性高分子の表面にアルミナ、アルミナ水和物、シリカ、シリカ水和物からなる群から選択された少なくとも一種からなる絶縁部を島状に設けることにより絶縁部を含めた導電性高分子の耐電圧を向上させることができる。これにより、静電容量を犠牲にすることなく固体電解コンデンサとしての耐電圧を向上させることができ、その結果、漏れ電流を低減することができる。

また、前記絶縁部は島状に設けているため固体電解コンデンサとしての電気特性、特に、等価直列抵抗への悪影響をより低減することができる。

以下、一実施の形態および図面を用いて本発明の固体電解コンデンサおよびその製造方法について説明する。

図１は本発明の固体電解コンデンサの断面図であり、図２は図１Ａ部における拡大断面図である。図１、図２において、陽極体１として弁作用金属であるアルミニウムを用いている。使用可能な他の弁作用金属としては、タンタル、ニオブが挙げられる。

前記陽極体１の表面には誘電体２として酸化アルミニウムを、この誘電体２の表面には導電性高分子３としてポリチオフェン誘導体の一つであるポリエチレンジオキシチオフェンを順次設けている。使用可能な他の導電性高分子としては、ポリチオフェン、上記ポリエチレンジオキシチオフェン以外のポリチオフェン誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリアニリンまたはその誘導体が挙げられる。

本発明の固体電解コンデンサにおいて特に有用な導電性高分子は表面に多数の凹凸を有する形状のものであり、表面粗さ（以下、Ｒａと記す）で表すと、Ｒａは、０．３μｍ〜５μｍの範囲であることが望ましい。すなわち、Ｒａが０．３μｍ未満である場合（表面がより滑らかな場合）、導電性高分子上に、後述する絶縁部が層状に形成されやすくなり、その結果、ＥＳＲ（等価直列抵抗）が上昇する場合がある。一方、Ｒａが５μｍを超える場合（表面の凹凸がより著しい場合）、このときの導電性高分子は多くの場合ポーラスな形状を有しており、このような形状の導電性高分子では絶縁物は、導電性高分子を通過して誘電体上に層状に形成されやすくなる。その結果、ＥＳＲが上昇する場合がある。したがって、望ましいＲａは、０．３μｍ〜５μｍの範囲である。

このＲａの観点から特に有用な導電性高分子としてはポリエチレンジオキシチオフェンまたはその誘導体が挙げられる。

なお、Ｒａとは算術平均粗さのことであり、検体表面の平均線から求めた絶対値偏差の平均値を表している。Ｒａの測定方法としては、レーザー顕微鏡による表面計測が挙げられ、例えば、株式会社キーエンス製、型番ＶＫ−９５００を用いて測定することができる。

前記導電性高分子３の表面には絶縁部４が島状に設けられ、この絶縁部４はアルミナ、アルミナ水和物、シリカ、シリカ水和物からなる群から選択される少なくとも１つからなる。この絶縁部４を導電性高分子３の表面に島状に設けることにより固体電解コンデンサの電気特性において抵抗成分の増加をできるだけ抑制することができる。

前記導電性高分子３と前記絶縁部４の表面にはそれぞれ集電体５が設けられている。この集電体５は、カーボン層（図示せず）と金属樹脂層（図示せず）からなる。以上の構成にてコンデンサ素子６が形成されている。

前記コンデンサ素子６の陽極部１１と集電体５は、金属製（例えば、銅、鉄）のフレーム１０にそれぞれ接続されており、少なくともコンデンサ素子６を被覆する外装樹脂７から突出した前記フレーム１０の一端部を前記外装樹脂７の端面に沿って折り曲げ加工され、陽極端子８、陰極端子９がそれぞれ形成されている。この陽極端子８、陰極端子９は金属素地にニッケルメッキ、スズメッキが施されている。

以上の構成により本発明の固体電解コンデンサが形成されている。

ここで、コンデンサ素子の耐電圧を向上させる方法について説明する。

コンデンサ素子の耐電圧を向上させる方法として大きく二つ挙げられる。すなわち、誘電体の耐電圧を向上させる方法と導電性高分子の耐電圧を向上させる方法である。前者の具体的方法としては、（１）固体電解コンデンサの定格電圧に対する誘電体の厚みを従来以上に厚くする、（２）誘電体に内在する欠陥部を低減する、が挙げられ、後者の具体的方法としては、（３）導電性高分子の抵抗値を上げる、（４）絶縁化した導電性高分子の耐電圧を向上させる、が主として挙げられる。

本発明は、上記（４）に着目してなされた発明である。本発明の固体電解コンデンサは固体電解質として導電性高分子を用いている。誘電体が損傷した場合、この損傷部から漏れ電流が発生するが、この漏れ電流に起因するジュール熱により当該箇所近傍の導電性高分子は絶縁物化して、これにより漏れ電流が低下すると考えられている。

このとき絶縁物化した導電性高分子の耐電圧は、使用している導電性高分子、添加剤、等により決まると考えられる。しかし、耐電圧向上のため材料から見直しを行うのは多大な時間、労力等が必要となり、市場の高耐電圧化の要望にタイムリーに応えることが難しい。本発明の特徴の一つは、このような導電性高分子の材料からの見直しをすることなく、簡便な方法にて高耐圧化を実現することができるという点である。

次に、本発明の固体電解コンデンサの製造方法について説明する。

図３は本発明の固体電解コンデンサの製造方法を示すステップ図である。

まず、陽極体１となるアルミニウム箔の表面積をエッチング処理により拡大する（図３Ａ）。このエッチング処理は、塩酸を主成分とする電解液中にてアルミニウム箔に電圧を印加することにより行われる。また、陽極体１の表面積を拡大する方法としては、エッチング処理に限定されることはなく、他に異種、同種の弁金属元素またはその酸化物を（ここではアルミニウムまたは酸化アルミニウム）を陽極体１の表面に蒸着させてもよい。

次に、エッチング処理されたアルミニウム箔の表面に陽極酸化処理により誘電体２を形成する（図３Ｂ）。陽極酸化処理の方法は従来技術を用いることができる。

また、必要に応じて、導電性高分子３を形成する前に、陽極部と陰極部を分離するための分離部（図示せず）を誘電体２の表面の所望の箇所に設けることができる。このとき分離部はエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を塗布して乾燥、硬化することで形成することができる。

次に、誘電体２の表面に導電性高分子３を形成する（図３Ｃ）。形成方法としては、化学重合、電解重合、導電性高分子を分散させた溶液を塗布する方法が挙げられるが、上述したように、導電性高分子３の表面は多数の凹凸を有する形状であることが望ましく、このような形状が実現できる方法であれば特に制限されないが、一般的には化学重合が望ましい。

また、導電性高分子３は異なる複数の導電性高分子材料を積層して形成してもよく、この場合でも上述したように最表面層の導電性高分子の表面は多数の凹凸を有する形状であることが望ましい。

次に、導電性高分子３の表面に島状の絶縁部４を形成する（図３Ｄ）。この絶縁部４は、アルミナゾルまたはシリカゾルを用いて導電性高分子の表面に塗布して乾燥することで形成する。このとき、アルミナゾルまたはシリカゾルの濃度は、アルミナ水和物またはシリカ水和物の粒径と塗布する面積に応じて、導電性高分子の表面をアルミナ水和物またはシリカ水和物ですべて覆わないように、すなわち、島状に形成するように濃度を適宜設定する。例えば、塗布面積２４ｍｍ²（片面１２ｍｍ²の両面）に対し、平均粒径１００ｎｍ×１０ｎｍのアルミナ水和物の濃度が３％程度のアルミナゾルを用いて塗布し、その後、１００℃で１０分乾燥する。このように、アルミナゾルまたはシリカゾルを塗布、乾燥するという簡便な方法にて高耐圧化を実現できる。

次に、導電性高分子３および絶縁部４の表面に集電体５を形成する（図３Ｅ）。この集電体５は、カーボン層と金属樹脂層からなる。カーボン層は、カーボンを分散させた水溶液を用いて導電性高分子３および絶縁部４の表面に塗布した後、乾燥することで形成する。そして、このカーボン層の表面に銀を含有した樹脂ペーストを塗布し、乾燥、硬化させて金属樹脂層を形成する。

以上の工程により本発明の固体電解コンデンサのコンデンサ素子６を作製する。

次に、このコンデンサ素子６の陽極部１１をフレーム１０に抵抗溶接にて電気的に接続するととともに、集電体５を銀接着剤にてフレーム１０に接続する（図３Ｆ）。

次に、コンデンサ素子６をエポキシ樹脂等の外装樹脂７によりモールドし（図３Ｇ）、外装樹脂から突出したフレームにニッケルメッキ、スズメッキを施した後外装樹脂の端面に沿って折り曲げ加工を行い、陽極端子と陰極端子をそれぞれ形成する（図３Ｈ）。その後必要に応じてエージング等を行う。

以上の工程により本発明の固体電解コンデンサを作製する。

本発明の固体電解コンデンサは、特に、耐熱性が要求される電子機器に有用である。

本発明の一実施の形態における固体電解コンデンサの断面図 同要部拡大断面図 本発明の一実施の形態における固体電解コンデンサの製造方法のステップ図

符号の説明

１ 陽極体
２ 誘電体
３ 導電性高分子
４ 絶縁部
５ 集電体
６ コンデンサ素子
７ 外装樹脂
８ 陽極端子
９ 陰極端子
１０ フレーム
１１ 陽極部

Claims (7)

1. 陽極体と、この陽極体の表面に設けた誘電体と、この誘電体の表面に設けた導電性高分子と、この導電性高分子の表面に島状に設けた絶縁部と、この絶縁部と前記導電性高分子の表面に設けた集電体を有し、前記絶縁部は、アルミナ、アルミナ水和物、シリカ、シリカ水和物からなる群から選択された少なくとも一つからなる固体電解コンデンサ。
2. 導電性高分子の表面粗さＲａは０．３μｍ〜５μｍである請求項１記載の固体電解コンデンサ。
3. 導電性高分子は、ポリチオフェンもしくはその誘導体からなる請求項１記載の固体電解コンデンサ。
4. 前記島状の絶縁部は、
   前記導電性高分子の表面上に、アルミナ、アルミナ水和物、シリカ、シリカ水和物からなる群から選択された少なくとも一つが偏在して構成された請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
5. 陽極体と、この陽極体の表面に設けた誘電体と、この誘電体の表面に設けた導電性高分子からなる素子にアルミナゾルまたはシリカゾルを塗布した後乾燥することにより前記導電性高分子の表面にアルミナ、アルミナ水和物、シリカ、シリカ水和物からなる群から選択された少なくとも一つからなる島状の絶縁部を設ける固体電解コンデンサの製造方法。
6. 陽極体と、この陽極体の表面に設けた誘電体と、この誘電体の表面に設けた導電性高分子からなる素子の前記導電性高分子を形成後、その表面にアルミナ、アルミナ水和物、シリカ、シリカ水和物からなる群から選択された少なくとも一つからなる島状の絶縁部を設け、その後前記導電性高分子および前記絶縁部の表面に集電体を形成する固体電解コンデンサの製造方法。
7. 導電性高分子は化学重合にて形成された請求項５または６に記載の固体電解コンデンサの製造方法。

Images