JP4844185B2 - チップ型アルミ電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は面実装型として各種電子機器のプリント基板などに実装して用いられるチップ型アルミ電解コンデンサの製造方法に関するものである。

図３はこの種の従来のチップ型アルミ電解コンデンサの構成を示した一部切り欠き正面断面図である。

図３において、１はコンデンサ素子であり、２は金属ケースであり、３は封口体である。コンデンサ素子１から導出された一対の外部リード線４に封口体３を挿入したあと、図示しない駆動用電解液を入れた有底筒状の金属ケース２に前記封口体３が挿入されたコンデンサ素子１を収納し含浸させ、金属ケース２の封口体３の上部と側部にあたる部分に絞り加工が施されてある。５は上記封口体３に当接するように装着された絶縁端子板であり、この絶縁端子板５には上記コンデンサ素子１から導出された一対の外部リード線４が挿通する孔５ａと、この孔５ａを挿通した一対の外部リード線４を直角方向に折り曲げて収納するための溝部５ｂが外表面に設けられており、これによってプリント基板に面実装可能とした構成になっている。

上記チップ型アルミ電解コンデンサにおいては、電子機器の高周波化に伴って従来よりも高周波領域での等価直列抵抗（以下、ＥＳＲという）に優れ、かつ長寿命のチップ型アルミ電解コンデンサが求められてきている。

最近では高周波領域におけるＥＳＲを低減するために、コンデンサ素子の巻き径を最大限にすることにより、駆動用電解液量を多くしたチップ型アルミ電解コンデンサや、電気電導度の高い導電性高分子等の固体電解質を用いた固体電解コンデンサが検討されてきている。

また、長寿命化の要求に対しては、駆動用電解液量を増やしたり、含浸方法の検討が進められてきている。

なお、この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、以下の特許文献１、２が知られている。
特開平８−２２７８３１号公報 特開平８−２３６４０７号公報

しかしながら、上記した従来のチップ型アルミ電解コンデンサにおいては、一対の外部リード線４に封口体３を装着したコンデンサ素子１を、駆動用電解液が注入されている金属ケース２内に収納する場合、金属ケース２内の空間が少ないため駆動用電解液量が多いとピストン現象が起こり、駆動用電解液が金属ケース２と封口体３との隙間を通って金属ケース２の開口部や封口体３の外面に飛散や溢れ出る現象が起こっていた。このように駆動用電解液が飛散した場合、小形サイズのチップ型アルミ電解コンデンサにおいては、金属ケース２内に注入される駆動用電解液の液量が一般的にはコンデンサ素子１の陽極箔の見かけ面積当たり１５ｍｇ／ｃｍ²以下であるため、駆動用電解液の飛散により駆動用電解液の液量の変動が相対的に大きくなり、その結果、製品としての寿命が短くなったり、高温劣化後の等価直列抵抗（以下ＥＳＲ）が高くなるという問題点を有していた。

本発明はこのような従来の課題を解決し、ＥＳＲが安定し、かつ長寿命化を図ることができるチップ型アルミ電解コンデンサの製造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、有底筒状の金属ケース内に駆動用電解液を注入する工程と、外部引き出し用の陽極リード線が接続された陽極箔と、陰極リード線が接続された陰極箔との間にセパレータを介在させて巻回し、前記金属ケースの内径よりも２０〜４０％小さい外径のコンデンサ素子を形成する工程と、前記コンデンサ素子の外部引き出し用の陽極リード線と陰極リード線に封口体を装着する工程と、前記金属ケースの開口部に設置した挿入治具により、前記封口体を装着したコンデンサ素子を前記金属ケース内に挿入する際、前記封口体を前記金属ケースの開口部手前で一旦停止させ、前記金属ケース内の空気を前記挿入治具に設けた孔より外部に排出させて金属ケース内を大気圧より減圧にする工程と、前記金属ケースの開口部と前記封口体との間に隙間がある状態で前記コンデンサ素子を前記駆動用電解液に接触させるようにして、前記減圧にした金属ケース内にコンデンサ素子を挿入し、このコンデンサ素子に前記駆動用電解液を含浸させる工程と、前記金属ケースの開口部を前記封口体にて封止する工程からなる方法である。

この方法により、コンデンサ素子を収納した金属ケースの内に空間が増えるため、駆動用電解液量を増加でき、かつ、含浸時に金属ケース内を大気圧より減圧にしているので、コンデンサ素子を金属ケース内に収納する時、駆動用電解液が飛び散ることがないので、これによる液量の変動がなく、その結果、ＥＳＲが安定し寿命が延びるという作用効果を有する。

以上のように本発明のチップ型アルミ電解コンデンサの製造方法は、有底筒状の金属ケース内に駆動用電解液を注入する工程と、外部引き出し用の陽極リード線が接続された陽極箔と、陰極リード線が接続された陰極箔との間にセパレータを介在させて巻回し、前記金属ケースの内径よりも２０〜４０％小さい外径のコンデンサ素子を形成する工程と、前記コンデンサ素子の外部引き出し用の陽極リード線と陰極リード線に封口体を装着する工程と、前記金属ケースの開口部に設置した挿入治具により、前記封口体を装着したコンデンサ素子を前記金属ケース内に挿入する際、前記封口体を前記金属ケースの開口部手前で一旦停止させ、前記金属ケース内の空気を前記挿入治具に設けた孔より外部に排出させて金属ケース内を大気圧より減圧にする工程と、前記金属ケースの開口部と前記封口体との間に隙間がある状態で前記コンデンサ素子を前記駆動用電解液に接触させるようにして、前記減圧にした金属ケース内にコンデンサ素子を挿入し、このコンデンサ素子に前記駆動用電解液を含浸させる工程と、前記金属ケースの開口部を前記封口体にて封止する工程からなる方法を採用したことにより、金属ケース内の空間が増えるため駆動用電解液量を増加しても金属ケースから飛散することがないので、高温劣化後のＥＳＲ特性が低く、かつ長寿命のチップ型アルミ電解コンデンサを提供することができる。

なお、金属ケース内径よりもコンデンサ素子の外径が２０％未満の場合、コンデンサ素子の陽極箔面積当たりの駆動用電解液量が増えるため、高温劣化後のＥＳＲが高くなり、金属ケースの内径よりもコンデンサ素子の外径が４０％を超える場合、コンデンサ素子の陽極箔面積当たりの駆動用電解液量が減るため、初期静電容量が低くなる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１を用いて、本発明の請求項１について図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施の形態によるチップ型アルミ電解コンデンサの構成を示した一部切り欠き正面断面図である。

図１において、１１はコンデンサ素子であり、コンデンサ素子１１は、表面を粗面化したアルミニウム電極箔を陰極箔とし、表面を粗面化した後に化成処理により誘電体酸化皮膜が形成されたアルミニウム電極箔を陽極箔とし、この陽極箔と陰極箔をその間にセルロース繊維からなる４０μｍのセパレータを介在させて巻回することにより構成されている。１２は有底筒状の金属ケースであり、図示しない駆動用電解液として、γ−ブチロラクトンおよびスルホランを溶媒とし、フタル酸のイミダゾリニウム塩とから構成したものをコンデンサ素子１１と共にこの金属ケース１２内に収納される。１４は前記コンデンサ素子１１の陽極箔及び陰極箔から夫々引き出された一対の外部リード線、１３は前記金属ケース１２の開口部を封止する弾性を有する封口体であり、前記封口体１３には一対の外部リード線１４が貫通する貫通孔が設けてある。１５は封口体１３に当接するように装着された絶縁端子板であり、この絶縁端子板１５にコンデンサ素子１１から導出された一対の外部リード線１４が挿通する孔１５ａと、この孔１５ａに挿通した一対の外部リード線１４が夫々直角に折り曲げて収納するための溝部１５ｂが外表面に設けられたものである。

上記コンデンサ素子１１は、金属ケース１２の内径よりもコンデンサ素子１１の外径を２０％〜４０％小さい外径にしたものである。

また、図示していないが金属ケース１２に入っている駆動用電解液量は、コンデンサ素子中の陽極箔の見かけ面積に対して２０〜２５ｍｇ／ｃｍ²入っているものである。ここで本願明細書においていう見かけ面積とはエッチング等により拡面化された実効面積を意味するものではなく、単に箔の見かけの面積を意味しているものである。

図２は、本発明のチップ型アルミ電解コンデンサの製造方法の一部の構成を示した概念図である。

図２に示すように、まず同図（ａ）において、金属ケース１２の内径より大きく形成したブチルゴムからなる封口体１３を一対の外部リード線１４に挿入したコンデンサ素子１１を準備する。

次に同図（ｂ）において、駆動用電解液１６を注入したスポイド又は駆動用電解液１６を貯蔵したタンクのポンプ１７から金属ケース１２に駆動用電解液１６を注ぎ入れる。このときコンデンサ素子１１の陽極箔の見かけ面積に対して２０〜２５ｍｇ／ｃｍ²の駆動用電解液１６を注入する。

続いて同図（ｃ）において、駆動用電解液１６が入った金属ケース１２の開口部に挿入治具１８を設置した後、封口体１３が嵌め込まれたコンデンサ素子１１を挿入治具１８の開口部２０より金属ケース１２内に挿入する。その時、封口体１３の側面が挿入治具１８の開口高さ方向の中央部で一時停止させ金属ケース１２内を大気圧より減圧状態にする。すなわち、金属ケース１２と挿入治具１８と封口体１３により形成される略閉空間の圧力が減圧される。この時、金属ケース１２内の空気は、挿入治具１８の孔１８ａより排出される。

上記金属ケース内が減圧状態になった時、同図（ｄ）においてコンデンサ素子１１を金属ケース１２内に収納し減圧を停止する。

前記駆動用電解液１６としては、エチレングリコール、γ−ブチロラクトン、プロピレンカーボネート、スルホラン、水の１種以上から選ばれる溶液を用い、これに有機酸または無機酸、もしくは有機酸または無機酸のアンモニウム塩または第１級〜第４級アンモニウム塩またはイミダゾリウム塩およびイミダゾリニウム塩及びこれらの誘導体のいずれか１種以上から選ばれる電解質塩を含むものを用いることができる。

前記有機酸または無機酸として、キ酸、酢酸、プロピオン酸、マレイン酸、シトラコン酸、フタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、安息香酸、ブチルオクタニン酸、蟻酸、デカンジカルボン酸などの有機酸、ホウ酸、リン酸などの無機酸が挙げられ、また、これらの第１級〜第４級アンモニウム塩を用いることができる。

また、前記イミダゾリウム塩及びイミダゾリニウム塩及びこれらの誘導体としては、炭素数１〜１１のアルキル基またはアリールアルキル基で４級化されたイミダゾリン化合物、イミダゾール化合物、ベンゾイミダゾール化合物、脂環式ピリミジン化合物が挙げられ、具体的には、電導度が高く、低損失のチップ型アルミ電解コンデンサを提供することができる１−メチル−１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−７，１−メチル−１，５−ジアザビシクロ［４，３，０］ノネン−５，１，２，３−トリメチルイミダゾリニウム、１，２，３，４−テトラメチルイミダゾリニウム、１，３−ジメチル−２−エチル−イミダゾリニウム、１，３，４−トリメチル−２−エチルイミダゾリニウム、１，３−ジメチル−２−ヘプチルイミダゾリニウム、１，３−ジメチル−２−（−３’ヘプチル）イミダゾリニウム、１，３−ジメチル−２−ドデシルイミダゾリニウム、１，２，３−トリメチル−１，４，５，６−テトラヒドロピリミジウム、１，３−ジメチルイミダゾリウム、１，３−ジメチルベンゾイミダゾリウムが好ましい。

また、前記封口体１３は、ブチルゴムの特性を損なわない程度にブタジエンゴム（ＢＲ）スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、エチレン−プロピレンの共重合体ゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエンの三元共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）、ウレタンゴム（Ｕ）、シリコーンゴム（Ｑ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）を併用しても構わない。

以上のような構成において、コンデンサ素子１１の陽極箔の見かけ面積当たりに対して駆動用電解液量を従来より多くしているので、高温劣化後のＥＳＲを低くすることができる。

また、金属ケース１２の内径よりもコンデンサ素子１１の外径を２０％〜４０％小さい外径に形成することにより、コンデンサ素子１１に駆動用電解液１６を含浸する時に、従来のように金属ケース１２より駆動用電解液１６が飛散したり溢れ出たりすることがないので、最初に駆動用電解液１６を注ぎ入れた量を維持できるため、チップ型アルミ電解コンデンサの寿命が延び、高温劣化後の低ＥＳＲ化を図ることができる。

本発明においては、チップ型アルミ電解コンデンサを用いたが、チップ型以外のアルミ電解コンデンサに用いても良い。

以下、具体的な実施例について説明する。

（実施例１）
前記実施の形態１において作製したチップ型アルミ電解コンデンサのコンデンサ素子が、金属ケースの内径７．５ｍｍよりもコンデンサ素子の外径を２０％小さい外径に形成した６．０ｍｍのものを用い、駆動用電解液量を２４ｍｇ／ｃｍ²にし、定格電圧３５Ｖ、静電容量１００μＦのチップ型アルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例２）
前記実施の形態１において、作製したチップ型アルミ電解コンデンサのコンデンサ素子が、金属ケースの内径７．５ｍｍよりもコンデンサ素子の外径を３０％小さい外径に形成し、レーヨン繊維からなる４０μｍのセパレータを用いて巻回した５．２５ｍｍのものを用い、駆動用電解液量を２３ｍｇ／ｃｍ²にした以外は、前記実施例１と同様にしてチップ型アルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例３）
前記実施の形態１において、作製したチップ型アルミ電解コンデンサのコンデンサ素子が、金属ケースの内径７．５ｍｍよりもコンデンサ素子の外径を４０％小さい外径に形成した４．５ｍｍのものを用い、駆動用電解液量を２５ｍｇ／ｃｍ²にした以外は、前記実施例１と同様にしてチップ型アルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例４）
前記実施の形態１において、作製したチップ型アルミ電解コンデンサのコンデンサ素子が、レーヨン繊維からなる２５μｍのセパレータを用い、駆動用電解液量を２１ｍｇ／ｃｍ²にした以外は、前記実施例１と同様にしてチップ型アルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例５）
前記実施の形態１において、作製したチップ型アルミ電解コンデンサのコンデンサ素子が、金属ケースの内径７．５ｍｍよりもコンデンサ素子の外径を３０％小さい外径に形成し、セルロース繊維からなる２５μｍのセパレータを用いて巻回した５．２５ｍｍのものを用い、駆動用電解液量を２３ｍｇ／ｃｍ²にした以外は、前記実施例１と同様にしてチップ型アルミ電解コンデンサを作製した。

（実施例６）
前記実施の形態１において、作製したチップ型アルミ電解コンデンサのコンデンサ素子が、金属ケースの内径７．５ｍｍよりもコンデンサ素子の外径を４０％小さい外径に形成し、レーヨン繊維からなる２５μｍのセパレータを用いて巻回した５．２５ｍｍのものを用い、駆動用電解液量を２５ｍｇ／ｃｍ²にした以外は、前記実施例１と同様にしてチップ型アルミ電解コンデンサを作製した。

（比較例）
陽極リードを接続した陽極箔と陰極リードを接続した陰極箔との間にセルロース繊維の４０μｍのセパレータを介在させて巻回することにより構成した巻回形のコンデンサ素子に、駆動用電解液としてγ−ブチロラクトン及びスルホランを溶媒とし、モノ（トリエチルアミン）−フタル酸塩、ｐ−ニトロ安息香酸、モノブチル燐酸エステルとから構成し、駆動用電解液量を１８ｍｇ／ｃｍ²を含浸させた。

そして、このコンデンサ素子を封口部材とともに有底筒状のアルミ製の金属ケース内に封入した後、金属ケースの開口部をカーリング及び周面を絞り処理により封止し、封口部材から導出した一対のリード線を絶縁端子板に挿入し溝部に沿って直角に折り曲げることにより、定格電圧３５Ｖ、静電容量１００μＦのチップ型アルミ電解コンデンサを作製した。

この時コンデンサ素子は、金属ケース内の内径７．５ｍｍよりもコンデンサ素子の外径を１５％小さい外径に形成した６．６ｍｍのものを用いた。

このようにして得られた実施例１〜６のチップ型アルミ電解コンデンサと比較例のチップ型アルミ電解コンデンサについての静電容量、損失角の正接、等価直列抵抗（ＥＳＲ）、漏れ電流（３５Ｖ印加、２分値）の初期特性及び１２５℃２０００時間後を測定した結果を（表１）に示す。

また試料数はそれぞれｎ＝１０個で、表は平均値を示す。

（表１）から明らかなように、金属ケースの内径よりもコンデンサ素子の外径を１５％小さい外径に形成したコンデンサ素子を使用した比較例は、実施例１〜６と比較して初期特性との差はほとんど見られないが、高温劣化後の特性では、漏れ電流以外明らかに実施例１〜６の方が特性がよく優れていることがわかる。

このように本実施の形態によるチップ型アルミ電解コンデンサの製造方法は、有底筒状の金属ケース内に駆動用電解液を注入する工程と、外部引き出し用の陽極リード線が接続された陽極箔と、陰極リード線が接続された陰極箔との間にセパレータを介在させて巻回し、前記金属ケースの内径よりも２０〜４０％小さい外径のコンデンサ素子を形成する工程と、前記コンデンサ素子の外部引き出し用の陽極リード線と陰極リード線に封口体を装着する工程と、前記金属ケースの開口部に設置した挿入治具により、前記封口体を装着したコンデンサ素子を前記金属ケース内に挿入する際、前記封口体を前記金属ケースの開口部手前で一旦停止させ、前記金属ケース内の空気を前記挿入治具に設けた孔より外部に排出させて金属ケース内を大気圧より減圧にする工程と、前記金属ケースの開口部と前記封口体との間に隙間がある状態で前記コンデンサ素子を前記駆動用電解液に接触させるようにして、前記減圧にした金属ケース内にコンデンサ素子を挿入し、このコンデンサ素子に前記駆動用電解液を含浸させる工程と、前記金属ケースの開口部を前記封口体にて封止する工程からなる方法であり、駆動用電解液が注入された金属ケース内にコンデンサ素子を挿入した時に、駆動用電解液が金属ケース外に飛散したり溢れ出ることがないので、ＥＳＲが安定し、かつ、長寿命化が図れるチップ型アルミ電解コンデンサの製造方法を実現することができる。

本発明によるチップ型アルミ電解コンデンサの製造方法は、従来品に比べ高温劣化後のＥＳＲ特性を低くすることができ、かつ長寿命化が図れるという効果を有し、各種電子機器、特に、信頼性が重視される電子機器に有用である。

本発明の一実施の形態によるチップ型アルミ電解コンデンサの一部切り欠き正面断面図 本発明の一実施の形態によるチップ型アルミ電解コンデンサの製造方法を示した概念図 従来のチップ型アルミ電解コンデンサの一部切り欠き正面断面図

１１ コンデンサ素子
１２ 金属ケース
１３ 封口体
１４ 一対の外部リード線
１５ 絶縁端子板
１５ａ 孔
１５ｂ 溝部
１６ 駆動用電解液
１７ ポンプ
１８ 挿入治具
１８ａ 孔
２０ 開口部

Claims (1)

1. 有底筒状の金属ケース内に駆動用電解液を注入する工程と、
   外部引き出し用の陽極リード線が接続された陽極箔と、陰極リード線が接続された陰極箔との間にセパレータを介在させて巻回し、前記金属ケースの内径よりも２０〜４０％小さい外径のコンデンサ素子を形成する工程と、
   前記コンデンサ素子の外部引き出し用の陽極リード線と陰極リード線に封口体を装着する工程と、
   前記金属ケースの開口部に設置した挿入治具により、前記封口体を装着したコンデンサ素子を前記金属ケース内に挿入する際、前記封口体を前記金属ケースの開口部手前で一旦停止させ、前記金属ケース内の空気を前記挿入治具に設けた孔より外部に排出させて金属ケース内を大気圧より減圧にする工程と、
   前記金属ケースの開口部と前記封口体との間に隙間がある状態で前記コンデンサ素子を前記駆動用電解液に接触させるようにして、前記減圧にした金属ケース内にコンデンサ素子を挿入し、このコンデンサ素子に前記駆動用電解液を含浸させる工程と、
   前記金属ケースの開口部を前記封口体にて封止する工程とを備えたチップ型アルミ電解コンデンサの製造方法。

Images