JP4803741B2

JP4803741B2 - 固体電解コンデンサの製造方法

Info

Publication number: JP4803741B2
Application number: JP2007026618A
Authority: JP
Inventors: 大輔高田
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2027-02-06
Also published as: JP2008192886A

Description

本発明は、固体電解質として導電性ポリマーを用いた固体電解コンデンサの製造方法に関する。

従来、電解質として導電性ポリマーを用いた固体電解コンデンサがあり、陽極リードが引き出された、弁作用を有する金属（弁作用金属）よりなる多数の空隙部を有する陽極体に誘電体層となる酸化皮膜層が形成され、誘電体酸化皮膜層の表面に、固体電解質となる導電性ポリマー層を形成し、この導電性ポリマー層上に陰極層（グラファイトペースト層、Ａｇペースト層）を形成させる構造となっている。導電性ポリマー層を形成する際に工程数を減少させるために高濃度の導電性ポリマー溶液（以下導電性ポリマーペーストと称す）を用いて導電性ポリマー層を形成する方法が特許文献１で提案されている。

特表２００２−５２４８６８号公報

図３は従来の固体電解質層の形成工程における固体電解コンデンサ素子を示す模式断面図であり、図３（ａ）は導電性ポリマーペースト塗布後、図３（ｂ）は乾燥後を示す。従来の固体電解質層の形成工程においては固体電解コンデンサ素子の外表面に固体電解質層とする導電性ポリマーを形成する際に、図３（ａ）に示すように陽極リード２が導出された陽極体３を導電性ポリマーペーストに浸漬後、引き上げて、陽極体３の外表面に導電性ポリマーペースト５ａを塗布すると表面張力５ｃにより面の中央部に導電性ポリマーペーストがより多く保持される。その後、乾燥させると図３（ｂ）に示すように陽極体３のコーナー部および稜線部には導電性ポリマーからなる固体電解質層５が付着しにくく、コーナー部および稜線部の固体電解質層５の厚さは中央領域の厚さに比べ薄くなっていた。そのため陽極体３のコーナー部および稜線部においては誘電体層上の固体電解質層が薄く、製造工程中の機械的ストレス、実装時の熱的ストレスにより、グラファイトペースト層が近接あるいは接触し、コンデンサの漏れ電流が増加する問題があった。

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は導電性ポリマーからなる固体電解質層を誘電体層上に均一に厚く形成させることにより、製造工程中の機械的ストレス、実装時の熱的ストレスにより、漏れ電流が増加することのない生産性がよく信頼性の高い固体電解コンデンサの製造方法を提供することにある。

本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、陽極リードが導出された弁作用金属の多孔質体からなる柱状の陽極体に、誘電体層を形成する工程と、前記誘電体層上に導電性ポリマーからなる固体電解質層を形成する工程と、前記固体電解質層上に陰極層を形成する工程を有する固体電解コンデンサの製造方法において、前記固体電解質を形成する工程が、気泡を含有させた導電性ポリマーペーストをコンデンサ素子の外表面に塗布し、乾燥する工程を含むことを特徴とする。ここで前記導電性ポリマーペーストに含有させる気泡の量は、１０体積％以上４０体積％以下が好ましく、前記導電性ポリマーペーストに含有させる気泡は、空気または窒素であることが好ましく、さらに、前記導電性ポリマーペーストの粘度は６０ｍＰａ・ｓ以上１００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。

本発明では、導電性ポリマーペーストに気泡を含有させることで導電性ポリマーペーストの表面張力が分散され、導電性ポリマーペーストの乾燥時に導電性ポリマーペーストの移動が抑制されるため、導電性ポリマーからなる固体電解質層を誘電体層上に均一に形成させることができ、製造工程中の機械的ストレス、実装時の熱的ストレスによるコンデンサの漏れ電流の増加が抑制されることとなる。

本発明によれば、誘電体層上の固体電解質層がコーナー部および稜線部を含めて厚く均一に形成されるため、製造工程中の漏れ電流不良を低減することができ、また実装において信頼性の高い固体電解コンデンサの製造方法を提供することが出来る。

次に本発明の実施の形態についてタンタル固体電解コンデンサを例に図面を参照して説明する。図２は本発明の固体電解コンデンサの断面図である。

まず陽極体３の形成工程は、１）粉末調合した後、２）プレス・焼結を行う工程からなる。１）粉末調合については、弁作用金属としてのタンタル粉末にプレス成形性を向上させるためにバインダ−を添加して混合する。２）プレス・焼結については、前記タンタル混合粉末の中に陽極リード２を挿入し円柱状または直方体状にプレス成形する。次いで、そのプレス成形品を高真空中（１０^-4Ｐａ以下）で、１３００〜２０００℃に加熱することによって焼結し、タンタル多孔質体、すなわち陽極体３を形成する。

誘電体層の形成は、タンタル多孔質体からなる陽極体３を陽極として対向電極とともにリン酸などの電解液中に浸漬し、電圧を印加することによって陽極体３の表面に誘電体層４となるタンタル酸化皮膜を形成する。

固体電解質層形成は主として陽極体３の内部に形成する工程と、主として外部に形成する工程からなり、内部の固体電解質層の形成は、前工程で形成された陽極体内部の誘電体層上にポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン等を化学酸化重合により固体電解質を形成する。

図１は本発明の固体電解質層の形成工程における固体電解コンデンサ素子を示す模式断面図であり、図１（ａ）は導電性ポリマーペースト塗布後、図１（ｂ）は乾燥後を示す。外部の固体電解質層の形成は、気泡を含有させた導電性ポリマーペーストに陽極体を浸漬後引き上げて、陽極体３の外表面に導電性ポリマーペーストを塗布すると、図１（ａ）に示すように気泡５ｂを含んだ状態の導電性ポリマーペースト５ａが陽極体３の外表面に塗布される。(図示では多数あるうちの１個の気泡を模式的に示した。) その後乾燥することにより図１（ｂ）に示すように気泡５ｂにより導電性ポリマーペーストの表面張力５ｃが分散され、陽極体３の外表面の誘電体層上にコーナー部および稜線部を含めて固体電解質層５が厚く均一に形成される。

この際、気泡の数が導電性ポリマーペーストの表面張力の分散に効果的に働くので、導電性ポリマーペーストに含有させる気泡の大きさは、可能な限り細かい方が良く、分散している方が好ましい。また、導電性ポリマーペーストに含有させる気泡の量は、１０体積％以上４０体積％以下が好ましい。１０体積％以下では、本発明の効果が得られず、陽極体３の外表面の誘電体層上にコーナー部および稜線部を含めて固体電解質層５が厚く均一に形成されない。また、４０体積％以上では固体電解質層５の密度が低くなり、固体電解質層５の電気抵抗が高くなる。また、導電性ポリマーペーストに含有させる気泡は、空気でも良いが、窒素などの不活性ガスが好ましい。空気を用いた場合には、空気中の酸素が、固体電解質層５内に残留するためコンデンサが高温雰囲気中で使用された場合、ポリマーの酸化劣化が加速されコンデンサのＥＳＲ特性に悪影響を及ぼすことがある。また、導電性ポリマーペーストは気泡を安定化させるため、導電性ポリマーペーストの粘度はある程度高い方が良く、６０ｍＰａ・ｓ以上１００ｍＰａ・ｓ以下が好ましい。

陰極層の形成は図２に示すように固体電解質層５の上に陰極層としてグラファイトペースト層６を形成し、さらにその上にＡｇペースト層７を形成する。

次に、陽極リード２にリードフレーム９の陽極部をスポット溶接にて接合し、Ａｇペースト層７にリードフレーム９の陰極部を導電性接着剤８によって接合する。最後に全体を外装樹脂１０でモールド外装し図１に示すような構成のタンタル固体電解コンデンサを完成させる。

次に実施例により本発明を詳細に説明する。タンタル粉末（約５０，０００ＣＶ／ｇ）を用いて、嵩密度６．５ｇ／ｃｍ³に調整した縦３．７６ｍｍ、横１．０５ｍｍ、高さ４．６４ｍｍの直方体にタンタルワイヤー（直径０．４４ｍｍ）からなる陽極リードが埋め込まれたプレス体を、約１５００℃で焼結し、タンタル焼結体からなる陽極体を作製した。

このタンタル焼結体からなる陽極体を０．０５質量％、６０℃のリン酸水溶液に浸漬し、３０Ｖで陽極酸化を行い、誘電体層を形成した。

前段階で形成されたタンタル多孔質体からなる陽極体内部のタンタル酸化皮膜からなる誘電体層上に固体電解質を形成する。鉄塩系酸化剤を用いて化学酸化重合によりポリチオフェンを誘電体層上に形成した。

導電性ポリマーペーストにタンタル陽極体を浸漬、乾燥させ、タンタル多孔質体外表部のタンタル酸化皮膜上に固体電解質を形成する。このとき、粘度６５ｍＰａ・ｓの導電性ポリマーペーストを用い、平均空隙径１００μｍの多孔質フィルターを介して空気を混入させ、導電性ポリマーペーストに気泡を約２０体積％含有させた導電性ポリマーペーストを用いた。導電性ポリマーペーストは、ＢＡＹＥＲ社製ＢＡＹＴＲＯＮＰを使用した。

その後、固体電解質層上に陰極層を形成した後、陽極リードおよび、陰極層にリードフレームを接続し、全体を樹脂で外装しタンタル固体電解コンデンサを作製した。

（比較例）
実施例と同様にタンタル多孔質体からなる陽極体内部のタンタル酸化皮膜からなる誘電体層上に、鉄塩系酸化剤を用いて化学酸化重合によりポリチオフェンを形成した。その後、導電性ポリマーペーストを用いて、タンタル多孔質体外表部のタンタル酸化皮膜上に固体電解質を形成する。このとき、脱泡された粘度６５ｍＰａ・ｓの導電性ポリマーペーストを用いた以外は実施例と同様にタンタル固体電解コンデンサを作製した。

上述のようにして作製した実施例、比較例の断面観察によりタンタル多孔質体外表部の導電性ポリマーからなる固体電解質層の厚みを測定した。その結果を表１に示す。

上述のようにして作製した実施例、比較例のコンデンサ素子を樹脂により外装したときの、漏れ電流不良率の結果を表２に示す。

本発明の実施例で作製された固体電解コンデンサは、比較例で作製された固体電解コンデンサよりも、導電性ポリマー層が均一であり、樹脂外装時のストレスに対しても強く顧客での製品実装時の耐熱性において信頼性の高い固体電解コンデンサを製造することが出来る。

本発明は、アルミ固体電解コンデンサ、ニオブ固体電解コンデンサ等の固体電解コンデンサのみならずペースト状の物質を浸漬により、ペースト層を均一に形成させる工程においても利用できる。

本発明の固体電解質層の形成工程における固体電解コンデンサ素子を示す模式断面図、図１（ａ）は導電性ポリマーペースト塗布後、図１（ｂ）は乾燥後の図。本発明の固体電解コンデンサの断面図。従来の固体電解質層の形成工程における固体電解コンデンサ素子を示す模式断面図、図３（ａ）は導電性ポリマーペースト塗布後、図３（ｂ）は乾燥後の図。

符号の説明

１固体電解コンデンサ
２陽極リード
３陽極体
４誘電体層
５固体電解質層
５ａ導電性ポリマーペースト
５ｂ気泡
５ｃ表面張力
６グラファイトペースト層
７Ａｇペースト層
８導電性接着剤
９リードフレーム
１０外装樹脂

Claims

陽極リードが導出された弁作用金属の多孔質体からなる柱状の陽極体に、誘電体層を形成する工程と、前記誘電体層上に導電性ポリマーからなる固体電解質層を形成する工程と、前記固体電解質層上に陰極層を形成する工程を有する固体電解コンデンサの製造方法において、前記固体電解質層を形成する工程が、気泡を含有させた導電性ポリマーペーストをコンデンサ素子の外表面に塗布し、乾燥する工程を含むことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
前記導電性ポリマーペーストに含有させる気泡の量は、１０体積％以上４０体積％以下であることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
前記導電性ポリマーペーストに含有させる気泡は、空気または窒素であることを特徴とする請求項１または２に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
前記導電性ポリマーペーストの粘度は６０ｍＰａ・ｓ以上１００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサの製造方法。