JP4817910B2 - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、誘電体皮膜を形成した陽極箔と、対向陰極箔とをセパレータを介して巻き取ることにより巻回素子を作製し、該巻回素子内に導電性ポリマーを形成した固体電解コンデンサの製造方法に関する。

近年、電子機器の小型デジタル化に伴い、それに使用されるコンデンサにも小型、大容量で高周波領域における等価直列抵抗（以下、ＥＳＲという）の小さなものが求められるようになってきている。

従来、高周波領域用のコンデンサとしては、プラスチックフィルムコンデンサ、積層セラミックコンデンサ等が多用されているが、これらは比較的小容量である。

大容量で低ＥＳＲのコンデンサとしては、二酸化マンガン、ＴＣＮＱ錯塩等の電子伝導性固体を陰極材として用いた固体電解コンデンサがある。ここで、ＴＣＮＱとは、7,7,8,8−テトラシアノキノジメタンを意味する。

又、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリアニリン等の導電性ポリマーを陰極材として用いた固体電解コンデンサも有望である。

この種の固体電解コンデンサの１つとして、図１に示すような巻回型のコンデンサ素子(７)が用いられる。

巻回型コンデンサ素子(７)は、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン等の弁作用金属からなる箔に、粗面化のためのエッチング処理及び誘電体皮膜形成のための化成処理を施した陽極化成箔(１)と、対向陰極箔(２)とをセパレータ(３)を介して巻き取ることにより形成される。陽極化成箔(１)及び対向陰極箔(２)には、夫々リードタブ(61)(62)を介してリード線(51)(52)が取り付けられている。(４)は巻き止めテープである。

また、巻回型コンデンサ素子(７)内には、ピロール、チオフェン等のモノマーを含浸した後に酸化剤溶液に浸漬して、前記モノマーを酸化重合させた導電性ポリマーが形成される。

斯かる巻回型コンデンサ素子(７)を、図２に示すように有底筒状のアルミニウム製外装ケース(８)に収納し、その開口部にゴムパッキング(９)を装着すると共に絞り加工及びカーリング加工を施して封止し、これにエージング処理を行うことによって固体電解コンデンサが完成する。
特開平１１-１８６１１０号公報

近年の電子機器は、その高機能化、小型・軽量化の進展に伴って、応用分野が急速に拡大しつつある。そしてそれにつれ、電子回路を構成する部品類では、使用環境、条件などがさらに厳しくなり、耐電圧性向上の要求がますます厳しくなってきている。

そこで本発明は、陰極材に導電性ポリマーを用いた固体電解コンデンサにおいて、耐電圧性の向上を図ることを目的とする。

本発明は、誘電体皮膜を形成した陽極箔と対向陰極箔とをセパレータを介して巻き取ることにより巻回素子を作製し、該巻回素子内に導電性ポリマーを形成した固体電解コンデンサの製造方法であって、前記巻回素子を作製した後、前記導電性ポリマーを形成する前に、前記巻回素子の陽極箔に再化成処理を施し、前記巻回素子を可溶性樹脂溶液に浸漬した後、乾燥する工程を有し、前記可溶性樹脂溶液は、樹脂のエマルジョン水溶液であって、濃度が１％以上１０％以下であることを特徴とするものである。

また、前記樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする。

本発明の固体電解コンデンサの製造方法によれば、陽極箔上の誘電体皮膜表面に形成された樹脂薄膜によって、製造工程における物理的・化学的劣化損傷から誘電体皮膜が保護されて、固体電解コンデンサの漏れ電流の増大やショートの発生を抑えることができる。

また、樹脂薄膜は、セルロース系のセパレータ表面にも形成され、これによって巻回素子内に導電性ポリマーを形成する時に、セパレータと導電性ポリマーの密着性が改善され、特性も改善される。

以下、本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法について説明する。

（実施例１）
先ず、アルミニウムからなる陽極化成箔、対向陰極箔及びセルロース系のセパレータを準備し、外径Φ１０ｍｍ×Ｈ１０．５ｍｍ、定格５０Ｖ−１０μＦの巻回型コンデンサ素子を作製した。

次に、このコンデンサ素子を０．１％のクエン酸水溶液に半分程度浸漬し、陽極箔をプラス、槽をマイナスとして、陽極箔の化成電圧と同じ電圧を印加して再化成処理を行い、誘電体皮膜の未形成部分の化成と皮膜欠損部の修復を行った。

再化成処理した巻回型コンデンサ素子を乾燥した後、素子内に０．１％のエポキシ樹脂のエマルジョン水溶液を含浸し、１００℃で１時間熱処理し、乾燥、硬化させた。

次いで、斯かるコンデンサ素子に３，４−エチレンジオキチオフェンを含浸し、５０℃で３０分間放置した後、コンデンサ素子をパラトルエンスルホン酸第２鉄ブタノール溶液に浸漬し、コンデンサ素子内部にポリエチレンジオキチオフェンを形成させた。

次に、コンデンサ素子を水洗し、素子内部に残留する酸化剤等を除去して乾燥させた。

最後に、コンデンサ素子内に電解液を含浸し、当該コンデンサ素子をアルミニウム製ケース内に収納、封止した後、１２５℃で約１時間のエージング処理を行って完成品とした。
（実施例２）
実施例１と同じ外径、定格のコンデンサ素子を準備し、これを０．１％のクエン酸水溶液に半分程度浸漬し、陽極箔をプラス、槽をマイナスとして、陽極箔の化成電圧と同じ電圧を印加して再化成処理を行い、誘電体皮膜の未形成部分の化成と皮膜欠損部の修復を行った。

再化成処理した巻回型コンデンサ素子を乾燥した後、素子内に１％のエポキシ樹脂のエマルジョン水溶液を含浸し、１００℃で１時間熱処理し、乾燥、硬化させた。

次いで、斯かるコンデンサ素子に３，４−エチレンジオキチオフェンを含浸し、５０℃で３０分間放置した後、コンデンサ素子をパラトルエンスルホン酸第２鉄ブタノール溶液に浸漬し、コンデンサ素子内部にポリエチレンジオキチオフェンを形成させた。

次に、コンデンサ素子を水洗し、素子内部に残留する酸化剤等を除去して乾燥させた。

最後に、コンデンサ素子内に電解液を含浸し、当該コンデンサ素子をアルミニウム製ケース内に収納、封止した後、１２５℃で約１時間のエージング処理を行って完成品とした。
（実施例３）
実施例１と同じ外径、定格のコンデンサ素子を準備し、これを０．１％のクエン酸水溶液に半分程度浸漬し、陽極箔をプラス、槽をマイナスとして、陽極箔の化成電圧と同じ電圧を印加して再化成処理を行い、誘電体皮膜の未形成部分の化成と皮膜欠損部の修復を行った。

再化成処理した巻回型コンデンサ素子を乾燥した後、素子内に１０％のエポキシ樹脂のエマルジョン水溶液を含浸し、１００℃で１時間熱処理し、乾燥、硬化させた。

次いで、斯かるコンデンサ素子に３，４−エチレンジオキチオフェンを含浸し、５０℃で３０分間放置した後、コンデンサ素子をパラトルエンスルホン酸第２鉄ブタノール溶液に浸漬し、コンデンサ素子内部にポリエチレンジオキチオフェンを形成させた。

次に、コンデンサ素子を水洗し、素子内部に残留する酸化剤等を除去して乾燥させた。

最後に、コンデンサ素子内に電解液を含浸し、当該コンデンサ素子をアルミニウム製ケース内に収納、封止した後、１２５℃で約１時間のエージング処理を行って完成品とした
（実施例４）
実施例１と同じ外径、定格のコンデンサ素子を準備し、これを０．１％のクエン酸水溶液に半分程度浸漬し、陽極箔をプラス、槽をマイナスとして、陽極箔の化成電圧と同じ電圧を印加して再化成処理を行い、誘電体皮膜の未形成部分の化成と皮膜欠損部の修復を行った。

再化成処理した巻回型コンデンサ素子を乾燥した後、素子内に１％のアクリル樹脂溶液を含浸し、１００℃で１時間熱処理し、乾燥、硬化させた。

次いで、斯かるコンデンサ素子に３，４−エチレンジオキチオフェンを含浸し、５０℃で３０分間放置した後、コンデンサ素子をパラトルエンスルホン酸第２鉄ブタノール溶液に浸漬し、コンデンサ素子内部にポリエチレンジオキチオフェンを形成させた。

次に、コンデンサ素子を水洗し、素子内部に残留する酸化剤等を除去して乾燥させた。

最後に、コンデンサ素子内に電解液を含浸し、当該コンデンサ素子をアルミニウム製ケース内に収納、封止した後、１２５℃で約１時間のエージング処理を行って完成品とした。
（従来例）
実施例１と同じ外径、定格のコンデンサ素子を準備し、これを０．１％のクエン酸水溶液に半分程度浸漬し、陽極箔をプラス、槽をマイナスとして、陽極箔の化成電圧と同じ電圧を印加して再化成処理を行い、誘電体皮膜の未形成部分の化成と皮膜欠損部の修復を行った。

再化成処理した巻回型コンデンサ素子を乾燥した後、斯かるコンデンサ素子に３，４−エチレンジオキチオフェンを含浸し、５０℃で３０分間放置した後、コンデンサ素子をパラトルエンスルホン酸第２鉄ブタノール溶液に浸漬し、コンデンサ素子内部にポリエチレンジオキチオフェンを形成させた。

次に、コンデンサ素子を水洗し、素子内部に残留する酸化剤等を除去して乾燥させた。

最後に、コンデンサ素子内に電解液を含浸し、当該コンデンサ素子をアルミニウム製ケース内に収納、封止した後、１２５℃で約１時間のエージング処理を行って完成品とした。

実施例１〜４及び従来例に従って固体電解コンデンサを各々１００個作製し、コンデンサの初期特性（静電容量及び１００ｋＨｚにおけるＥＳＲ）と、定格電圧以上の電圧を印加した時の１分後の漏れ電流の値を測定した。その結果を表１に示す。

表１より、実施例１〜４では、従来例に比べ、漏れ電流値が大幅に抑制されていると共に耐電圧性が向上していることが分かる。

さらに、実施例１〜４では、従来例に比べ、静電容量が大きくなり、ＥＳＲも低減していることが分かる。これは、樹脂膜の形成により、誘電体皮膜と導電性ポリマーの密着性が高くなったためであると考えられる。

また、可溶性樹脂溶液の濃度が０．１％より小さくなると、誘電体皮膜上に形成される樹脂膜の膜厚が薄くなるため耐電圧性の向上効果は低くなり、１０％を超えると樹脂層の膜厚が厚くなるためＥＳＲが高くなり、実用的ではなくなる。

尚、誘電体皮膜と導電性ポリマーの密着性を高めるため、誘電体皮膜表面にシランカップリング剤を介在させることが提案されている（例えば、特開平４−７３９２４号公報等）が、本発明者の実験によると、シランカップリング剤を用いて密着性を高めても、耐電圧性は向上しなかった。

即ち、本発明のように、可溶性樹脂溶液を用いることによって、誘電体皮膜上に、ＥＳＲに影響せず、製造工程での物理的・化学的劣化損傷損傷に対する保護膜としての樹脂薄膜が形成できるものと考えられる。

本発明の固体電解コンデンサによれば、製造工程における物理的・化学的劣化損傷から誘電体皮膜が保護されて、漏れ電流の増大やショートの発生を抑えることができ、耐電圧性を向上させることができるので、厳しい環境下での使用が可能となる。

本発明に係る固体電解コンデンサ素子の分解斜視図である。 本発明に係る固体電解コンデンサの断面図である。

符号の説明

１ 陽極化成箔
２ 対向陰極箔
３ セパレータ
４ 巻き止めテープ
５１、５２ リード線
６１、６２ リードタブ
７ コンデンサ素子
８ 外装ケース
９ ゴムパッキング

Claims (2)

1. 誘電体皮膜を形成した陽極箔と対向陰極箔とをセパレータを介して巻き取ることにより巻回素子を作製し、該巻回素子内に導電性ポリマーを形成した固体電解コンデンサの製造方法において、
   前記巻回素子を作製した後、前記導電性ポリマーを形成する前に、
   前記巻回素子の陽極箔に再化成処理を施し、
   前記巻回素子を可溶性樹脂溶液に浸漬した後、乾燥する工程を有し、
   前記可溶性樹脂溶液は、樹脂のエマルジョン水溶液であって、濃度が１％以上１０％以下であることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
2. 前記樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１記載の固体電解コンデンサの製造方法。