JP4870868B2

JP4870868B2 - Electrolytic capacitor

Info

Publication number: JP4870868B2
Application number: JP2000396665A
Authority: JP
Inventors: 正明柳瀬; 輝幸秦泉寺; 泰司溝渕
Original assignee: Nippon Kodoshi Corp
Current assignee: Nippon Kodoshi Corp
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: JP2002198263A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在させ、該セパレータに電解質として導電性を有する機能性高分子を含浸・重合させた電解コンデンサにかかり、特にはポリアミド繊維を含有するセパレータを用いたことによってインピーダンス特性を改善するとともに生産性を高めた電解コンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に電解コンデンサ、具体的には巻回型固体アルミ電解コンデンサは、陽極アルミ箔と陰極アルミ箔との間にセパレータを介在させて巻付け形成してコンデンサ素子を作成し、このコンデンサ素子を液状の電解液中に浸漬して電解質を含浸させ、封口して製作している。上記電解液としては、通常エチレングリコール（ＥＧ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）又はγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）等を溶媒とし、これらの溶媒に硼酸やアジピン酸アンモニウム、マレイン酸水素アンモニウム等の溶質を溶解したものを用いてコンデンサ素子の両端から浸透させて製造している。
【０００３】
近年、デジタル化された業務用及び民生用の各種電子機器は動作周波数の高速化が飛躍的に進み、電子機器全体としての省電力化も強く求められている現状にある。そこでこれらの電子機器を構成する部品である電解コンデンサにも、動作周波数の高速化及び省電力化のために、インピーダンス特性、特に等価直列抵抗（以下ＥＳＲと略称する）の低いものが求められている。具体的には電子機器に使用されるＣＰＵ等の高速化に伴い、高周波域でのＥＳＲの低減、例示すれば定格電圧４Ｖ、定格静電容量１００μＦの電解コンデンサにおいて、１００ｋＨｚのＥＳＲを５０ｍΩ以下とすることが求められている。
【０００４】
しかしながら、前記した電解液を電解質に使用した電解コンデンサでは、高周波域でＥＳＲの低減を十分にはかることが困難である。これは電解液そのものの比抵抗を低くすることができないためである。そのため、より比抵抗の小さい電解質として、二酸化マンガンやＴＣＮＱ錯体を使用した電解コンデンサが開発されている。
【０００５】
更に近時はポリピロールやポリチオフェン等の導電性を有する機能性高分子を電解質に使用した電解コンデンサが開発されている。これらの機能性高分子の比抵抗は、二酸化マンガンやＴＣＮＱ錯体の比抵抗よりも小さく、電解コンデンサ自体のＥＳＲが良好なものを製作することが可能であるため注目を集めている。なお、機能性高分子とは導電性を有して電解コンデンサの電解質として利用することができる高分子を指している。
【０００６】
一方で近年ハンダ中の鉛が環境に悪影響を及ぼすことから、鉛フリーハンダの導入が進められている。これに伴ってハンダリフロー温度が従来の１８０℃から２４０℃程度まで上がっており、必然的に電子機器に使用される各種電子部品の耐熱性を今まで以上に高くすることが必須の要件となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電解質として機能性高分子を使用して電解コンデンサ、特には巻回型固体アルミ電解コンデンサを製造しようとした場合、従来の電解質として電解液を使用するアルミ電解コンデンサにおいて用いられているセルロースを原料とするセパレータをそのまま使用することができないという問題がある。これはセパレータ中のセルロースが機能性高分子の重合溶液の含浸、あるいは機能性高分子の重合を阻害するためである。
【０００８】
このようなセルロースの影響を抑制するため、巻回したコンデンサ素子を熱処理し、セパレータを炭化して使用する試みが行われている。しかしコンデンサ素子中のセパレータを炭化することは工程が複雑になり、使用する部材に耐熱性、耐酸化性が必要である上、炭化により素子の形状が崩れたり、加熱によるストレスからコンデンサのＬＣ（漏れ電流）が増大する弊害があるため、改善が求められている。
【０００９】
また、セルロース繊維の代わりにガラス繊維を用いたセパレータを使用することも提案されているが、ガラス繊維紙は厚みを薄くすることが困難であり、そのためコンデンサ素子が大きくなったり巻回が難しくなるという問題が生じる。
【００１０】
特開平１０−３４０８２９号公報には、ビニロン繊維をセパレータに使用した電解コンデンサが開示されているが、コンデンサ素子形成後にバインダーを取り除かないと電解質の保持が不十分となって充分な電気特性が得られず、面実装型固体電解コンデンサに使用した際に製品が膨張するという問題が発生する。
【００１１】
このように高周波域でのＥＳＲの低減を実現するためには、比抵抗の小さい機能性高分子を電解質として使用することが有効な手段であり、その開発が試みられているが、機能性高分子を含浸・重合させるための生産性が悪い上、該機能性高分子との相性がよいセパレータがないため、このセパレータを開発することが機能性高分子を電解質として使用する電解コンデンサの課題となっている。
【００１２】
そこで本発明はポリアミド繊維を原料として電解コンデンサの小型化に対応できるように薄く、かつ、炭化しなくてもセパレータに対する機能性高分子の重合溶液の含浸性がよく、該機能性高分子の重合を阻害しない新規なセパレータを用いることにより、電解質として機能性高分子を使用した電解コンデンサのＥＳＲ特性を改良し、生産性を高めた電解コンデンサを提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在させて巻付け形成することによりコンデンサ素子を作成し、このコンデンサ素子中のセパレータに電解質として導電性を有する機能性高分子を含浸・重合させる電解コンデンサにおいて、前記セパレータを主体繊維とバインダーから構成し、主体繊維として融点が２５０℃〜２９０℃のポリアミド繊維を少なくとも３０％以上含有するとともに、バインダーとして熱融着樹脂を少なくとも１０％以上用いる電解コンデンサを基本手段として提供する。
【００１４】
また、前記セパレータを主体繊維とバインダーから構成し、主体繊維として融点が２５０℃〜２９０℃のポリアミド繊維を少なくとも３０％以上含有するとともに、バインダーとしての熱融着樹脂としてポリアミド又はポリエチレンを用いる。
【００１５】
そして、ポリアミド繊維として、ナイロン６，６又はナイロン４，６及びこれらの変性繊維の少なくとも１種類を用いる。
【００１６】
前記電解質としての機能性高分子として、ポリピロール，ポリチオフェン，ポリアニリン又はこれらの誘導体の少なくとも１種を使用する。
【００１７】
かかる電解コンデンサは、前記セパレータを主体繊維とバインダーから構成し、主体繊維として融点が２５０℃〜２９０℃のポリアミド繊維を少なくとも３０％以上含有させるとともに、熱融着樹脂としてポリアミド又はポリエチレンをバインダーとして用いたことにより、電解質の保持性、ハンダリフロー後の高周波域でのＥＳＲ特性が優れており、しかもセパレータ自体の強度が大きくなって巻回性と耐熱性にも優れ、面実装品に使用した場合でも他の電子部品と同等のリフローが可能となって電子工業分野での汎用性が高くなるという作用が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明にかかる電解コンデンサの具体的な実施形態を説明する。先ず電解質として機能性高分子を使用する巻回型固体アルミ電解コンデンサの代表的な製造方法を説明する。即ち、陽極アルミ箔と陰極アルミ箔との間にセパレータを介在させて巻付け形成することによりコンデンサ素子を作成する。
【００１９】
本発明は、セパレータを主体繊維とバインダーから構成し、主体繊維として融点が２５０℃〜２９０℃のポリアミド繊維を少なくとも３０％以上含有するとともに、バインダーとして熱融着樹脂を用いて構成されている。また、主体繊維として、ポリアミド繊維にポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維又はポリテトラフルオロエチレン繊維を混抄し、バインダーとしての熱融着樹脂としてポリアミド又はポリエチレンを用いる。そして該セパレータを陽極箔と陰極箔との間に介在させて巻回することによりコンデンサ素子を作成し、このコンデンサ素子を機能性高分子の重合用溶液に浸漬して素子中のセパレータに重合用溶液を含浸させ、このコンデンサ素子を重合用溶液から引き上げて乾燥し、その後加熱をすることでコンデンサ素子中で機能性高分子が重合してから封口することによって所期の電解コンデンサが得られる。
【００２０】
上記機能性高分子とは、導電性を有して電解コンデンサの電解質として利用できる特性を有する高分子を指しており、該特性を有する高分子で有れば使用可能である。具体的にはポリピロール，ポリチオフェン，ポリアニリン又はこれらの誘導体の少なくとも１種を使用することができる。
【００２１】
機能性高分子の重合用溶液は、チオフェンやポリピロールのモノマー溶液と酸化剤の溶液を混合することで調製する。バイエル株式会社のバイトロンＭ（３、４エチレンジオキシチオフェン）や、バイトロンＣ（パラトルエンスルホン酸鉄のブタノール溶液）がそれぞれモノマー溶液及び酸化剤溶液として広く使用されている。溶剤としては、イソプロピルアルコール，メタノール，エタノール，ブタノール，アセトンが使用可能である。
【００２２】
本発明では上記したように主体繊維に融点が２５０℃〜２９０℃のポリアミド繊維を少なくとも３０％以上含有させたセパレータを用いることにより、電解質の保持性が向上して高周波域でのＥＳＲ特性が改善され、更にセパレータ自体の強度が大きいため、巻回性や耐熱性にも優れており、面実装品に使用した場合でも他の電子部品と同等のリフローが可能となる。また、熱融着樹脂は固体電解質層の形成を阻害しないため、巻回後のバインダー除去工程は不要となる。
【００２３】
以下に本発明の具体的な実施例を従来例及び比較例とともに説明する。先ず陽極アルミ箔と陰極アルミ箔を所望の寸法を持つスリット状に形成した後、各陽極アルミ箔と陰極アルミ箔にリード棒を取り付け、表１に示す実施例１〜５、従来例１〜３及び比較例１〜３に記載したセパレータを介して巻付け形成してコンデンサ素子を作成した。実施例１〜５と比較例３のセパレータには、融点の高いポリアミド繊維であるナイロン６，６（融点２６０℃）を用いており、従来例２，３及び比較例１，２のセパレータには湿熱融着樹脂であるポバールをバインダーとして用いた。又、実施例１，２，３，５及び比較例３のセパレータのバインダーにはポリアミドバインダーとして融点の低いナイロン４，６の変性繊維（融点１４０℃）を用いており、実施例５はポリアミド繊維にポリエステル繊維（融点２６０℃）を混抄して用いた。又、実施例４のバインダーにはポリエチレン繊維（融点１３５℃）を用いた。
【００２４】
【表１】

【００２５】
得られたコンデンサ素子の溶液アルミ箔端面には酸化被膜が形成されていないので、６０℃，１．０重量％アジビン酸アンモニウム水溶液中で化成処理を行った。次に３，４エチレンジオキシチオフェンとｐ−トルエンスルホン酸鉄（▲３▼）とをｉ−プロパノールに溶解した重合溶液（モノマー：酸化剤＝１：１．５，モル比）に浸漬した後、１００℃，６０分間保持して化学重合によるポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＴ）の固体電解質層を形成した。そして得られた固体電解質層を有するコンデンサ素子を乾燥・加熱した後にケースに入れ、開口部を封口部剤で封止し、封口部剤側に面実装用座板を取り付け、定格電圧４Ｖ、定格静電容量１００μＦの面実装型固体電解コンデンサを各１００個作製した。
【００２６】
表１中には各実施例と従来例及び比較例にかかる面実装型固体電解コンデンサを構成する各要素の含有率（％）、厚さ（μｍ）、密度（ｇ／ｃｍ^３）、引張強度（ｋｇｆ／１５ｍｍ）、吸液度（ｉ−プロパノール，ｍｍ／１０ｍｉｎ）の外に初期特性（静電容量，ＥＳＲ）とリフロー試験後の特性並びに外観の異常有無を示してある。リフロー試験は２４０℃で１０秒，２回行った。
【００２７】
表１に記載したように、実施例１〜５は従来例及び比較例と較べて初期特性とリフロー試験後の特性が何れも優れており、重合溶液の溶媒であるｉ−プロパノールの吸液度から重合溶液に対する馴染みが良いことが判明した。
【００２８】
【表２】

【００２９】
表２はセパレータの主体繊維を選択するために、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ビニロン繊維、ポリアミド繊維の融点及び熱分解温度をまとめた表である。ポリエチレン繊維は融点が１２５℃〜１３５℃と低いため、セパレータを構成する主体繊維としては耐熱性が不足して不向きであり、ハンダリフロー後の特性が悪化する惧れがある。しかしポリエチレン繊維をバインダーとして使用する際に耐熱性の高いポリアミド繊維を３０％以上混抄すればハンダリフロー温度にも耐えてリフロー後の特性に良い結果が得られる。
【００３０】
ポリプロピレン繊維はポリエチレン繊維と較べて融点が１６５℃〜１７３℃と高いが、ハンダリフロー温度を考慮すると満足できる温度ではない。従ってハンダリフロー後の特性が悪化する問題が生じる。
【００３１】
ビニロン繊維は２００℃以上の温度での空気中で水分子の脱離現象が起こり、ガスを発生して高分子の主鎖が切断、分離して熱分解する。従ってハンダリフロー後にケースが膨張する問題がある。
【００３２】
本発明で採用したポリアミド繊維の融点は２５０℃〜２９０℃であり、ハンダリフロー温度に耐える耐熱性を保持している。しかもポリアミド繊維は他の繊維と比較して価格的に安価であり、工業的に供給可能であるという利点を有している。
【００３３】
図１はセパレータに含まれているポリアミド繊維含有率（％）とハンダリフロー後の電解コンデンサ（４Ｖ／１００μＦ）のＥＳＲ（ｍΩ）の関係を示すグラフであり、同図からポリアミド繊維の含有率は３０〜９０％で最適であることが分かる。特にシートを構成するポリアミド繊維の含有率が１０〜９０％の範囲にない場合には、コンデンサ素子の強度不足とか乾燥時の熱収縮、シワの発生等によって正常なシートを構成することが困難となる。又、融点が高いポリアミド繊維含有率が高い方がセパレータとしての耐熱性が良好であり、ハンダリフロー後のＥＳＲが優れていることが判明した。
【００３４】
図２はセパレータに含まれているポリエチレン繊維バインダー含有率（％）とハンダリフロー後の電解コンデンサ（４Ｖ／１００μＦ）のＥＳＲ（ｍΩ）の関係を示すグラフであり、同図からポリエチレン繊維バインダーの含有率は１０〜７０％で最適であることが分かる。特にポリエチレン繊維バインダーの含有率が１０〜８０％の範囲にない場合には、コンデンサ素子の強度不足とか乾燥時の熱収縮、シワの発生等によって正常なシートを構成することが困難となる。ＥＳＲについてはポリエチレン繊維バインダー含有率が低い方が良いことが判明した。
【００３５】
上記各実施例では固体電解質にポリチオフェンとしてポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＴ）を用いたが、これ以外にポリピロール、ポリアニリン、ＰＥＤＴ以外のポリチオフェンまたはそれらの誘導体を用いても電解コンデンサの初期特性並びにリフロー試験の何れも満足する特性が得られる。
【００３６】
固体電解質である機能性高分子の形成方法には特に制限がなく、単一若しくは複数の固体電解質を化学重合で形成するか、化学重合による固体電解質層をプレコート層として電解重合により固体電解質層を形成しても良い。又、固体電解質を形成したコンデンサ素子をケースに入れて封口する作業を行いやすくするため、固体電解質を形成したコンデンサ素子に樹脂等を塗布するか含浸しても良い。
【００３７】
上記したように本発明にかかるポリアミド繊維を含有して熱融着樹脂としてポリアミド又はポリエチレンをバインダーとするセパレータを使用した電解コンデンサは、電解質の保持性、ハンダリフロー後の高周波域でのＥＳＲ特性に優れ、かつ、セパレータ自体の強度が大きくて巻回性と耐熱性に優れており、面実装品に使用した場合でも他の電子部品と同等のリフローが可能となり、電子工業分野で広く利用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によればセパレータを主体繊維とバインダーから構成し、主体繊維として融点が２５０℃〜２９０℃のポリアミド繊維を少なくとも３０％以上含有するとともに、バインダーとして熱融着樹脂を用いたことにより、セパレータが機能性高分子の重合溶液の含浸と重合を阻害することがなく、電解質の保持性、ハンダリフロー後の高周波域でのＥＳＲ特性を満足することができる。特に鉛フリーハンダを導入したことによってハンダリフロー温度が高くなっても耐熱性及び特性上の問題が生じないので、従来のハンダに用いられている鉛による環境への悪影響をなくすことができる。
【００３９】
更に従来のように陽極箔と陰極箔との間にセパレータを介在させて巻付け形成したコンデンサ素子を熱処理した後に炭化して使用する工程は不要であり、コンデンサ素子形成後にバインダーを取り除く必要がないので、製作工程が簡易化されるとともに素子形状の崩れとか加熱によるストレスからコンデンサの漏れ電流が増大する惧れは生じない。
【００４０】
本発明で採用したセパレータ自体は強度が大きくて巻回性と生産性にも優れており、面実装品に使用した場合でも製品の膨張現象が発生せずに他の電子部品と同等のリフローが可能であり、各種の電子機器に使用される電解コンデンサの耐熱性が今まで以上に高くなるため、電子工業分野での汎用性が高くなるという効果が得られる。
【００４１】
従って本発明によればポリアミド繊維を原料として電解コンデンサの小型化に対応できるように薄く、かつ、炭化しなくてもセパレータに対する機能性高分子の重合溶液の含浸性がよく、機能性高分子の重合を阻害しないセパレータを用いたことにより、ＥＳＲ特性を改良するとともに生産性を高めた電解コンデンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】セパレータに含まれているポリアミド繊維含有率と電解コンデンサのＥＳＲの関係を示すグラフ。
【図２】同ポリエチレン繊維バインダー含有率と電解コンデンサのＥＳＲの関係を示すグラフ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrolytic capacitor in which a separator is interposed between an anode foil and a cathode foil, and the separator is impregnated and polymerized with a functional polymer having conductivity as an electrolyte. The present invention relates to an electrolytic capacitor that improves impedance characteristics and increases productivity.
[0002]
[Prior art]
In general, an electrolytic capacitor, specifically, a wound solid aluminum electrolytic capacitor, is formed by winding a separator between an anode aluminum foil and a cathode aluminum foil to form a capacitor element. It is manufactured by dipping in an electrolytic solution, impregnating with an electrolyte, and sealing. As the electrolytic solution, ethylene glycol (EG), dimethylformamide (DMF), or γ-butyrolactone (GBL) is usually used as a solvent, and solutes such as boric acid, ammonium adipate, and ammonium hydrogen maleate are dissolved in these solvents. It is manufactured by infiltrating from both ends of the capacitor element.
[0003]
In recent years, various electronic electronic devices for commercial use and consumer use have dramatically increased the operating frequency, and there is a strong demand for power saving as a whole electronic device. Therefore, electrolytic capacitors that are components constituting these electronic devices are also required to have low impedance characteristics, particularly equivalent series resistance (hereinafter abbreviated as ESR), in order to increase the operating frequency and save power. Yes. Specifically, as CPUs used in electronic devices become faster, ESR is reduced in the high frequency range. For example, in an electrolytic capacitor with a rated voltage of 4 V and a rated capacitance of 100 μF, an ESR of 100 kHz is 50 mΩ or less. It is requested to do.
[0004]
However, it is difficult to sufficiently reduce ESR in a high frequency range in an electrolytic capacitor using the above-described electrolytic solution as an electrolyte. This is because the specific resistance of the electrolytic solution itself cannot be lowered. For this reason, electrolytic capacitors using manganese dioxide or TCNQ complexes have been developed as electrolytes with lower specific resistance.
[0005]
In recent years, electrolytic capacitors using a functional polymer having conductivity such as polypyrrole or polythiophene as an electrolyte have been developed. These functional polymers have attracted attention because the specific resistance of the functional polymer is smaller than that of manganese dioxide or TCNQ complex, and the electrolytic capacitor itself can be produced with good ESR. The functional polymer refers to a polymer that has conductivity and can be used as an electrolyte of an electrolytic capacitor.
[0006]
On the other hand, in recent years, lead-free solder has been introduced because lead in solder has an adverse effect on the environment. Along with this, the solder reflow temperature has risen from the conventional 180 ° C. to about 240 ° C., and inevitably it is an indispensable requirement to increase the heat resistance of various electronic components used in electronic devices. ing.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, when an electrolytic capacitor, particularly a wound solid aluminum electrolytic capacitor, is produced using a functional polymer as an electrolyte, cellulose used in an aluminum electrolytic capacitor using an electrolytic solution as a conventional electrolyte is not used. There is a problem that a separator as a raw material cannot be used as it is. This is because cellulose in the separator impedes impregnation of the functional polymer polymerization solution or polymerization of the functional polymer.
[0008]
In order to suppress the influence of such cellulose, attempts have been made to heat the wound capacitor element and carbonize the separator. However, carbonizing the separator in the capacitor element complicates the process, and heat resistance and oxidation resistance are required for the members to be used. In addition, the element shape is destroyed by carbonization, and the capacitor LC ( Since there is a harmful effect of increasing leakage current), improvement is demanded.
[0009]
In addition, it has been proposed to use a glass fiber separator instead of cellulose fiber, but it is difficult to reduce the thickness of glass fiber paper, which makes the capacitor element large and difficult to wind. The problem arises.
[0010]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-340829 discloses an electrolytic capacitor using vinylon fibers as a separator. However, if the binder is not removed after the capacitor element is formed, the electrolyte is not sufficiently retained and sufficient electric characteristics are obtained. However, there is a problem that the product expands when used in a surface mount type solid electrolytic capacitor.
[0011]
Thus, in order to realize the reduction of ESR in a high frequency region, it is an effective means to use a functional polymer having a small specific resistance as an electrolyte, and its development has been attempted. Since there is no productivity for impregnating and polymerizing molecules and there is no separator compatible with the functional polymer, the development of this separator is a problem of electrolytic capacitors using the functional polymer as an electrolyte. It has become.
[0012]
Therefore, the present invention is made of polyamide fiber as a raw material so that it can be made small in response to downsizing of an electrolytic capacitor, and has good impregnation of a functional polymer polymerization solution into a separator without carbonization. It is an object of the present invention to provide an electrolytic capacitor with improved productivity by improving the ESR characteristics of an electrolytic capacitor using a functional polymer as an electrolyte by using a new separator that does not inhibit the above.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention creates a capacitor element by winding a separator between an anode foil and a cathode foil, and the separator in the capacitor element has conductivity as an electrolyte. In an electrolytic capacitor impregnated / polymerized with a functional polymer, the separator is composed of a main fiber and a binder, and the main fiber contains at least 30% of a polyamide fiber having a melting point of 250 ° C. to 290 ° C. An electrolytic capacitor using at least 10% of a resin is provided as a basic means .
[0014]
The separator is composed of a main fiber and a binder. The main fiber contains at least 30% of a polyamide fiber having a melting point of 250 ° C. to 290 ° C., and polyamide or polyethylene is used as a heat sealing resin as a binder.
[0015]
As the polyamide fiber, nylon 6,6 or nylon 4,6 and at least one of these modified fibers are used.
[0016]
As the functional polymer as the electrolyte, at least one of polypyrrole, polythiophene, polyaniline or derivatives thereof is used.
[0017]
Such electrolytic capacitor, constitute the separator from main fibers and a binder, use the polyamide fiber having a melting point of 250 ° C. to 290 ° C. as main fibers together to contain at least 30% or more, a polyamide or polyethylene as the binder as heat fusion resin As a result, the electrolyte retainability and the ESR characteristics in the high frequency range after solder reflow are excellent, and the strength of the separator itself is increased and the winding and heat resistance are excellent. However, the reflow equivalent to that of other electronic components is possible, and the versatility in the electronic industry is enhanced.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the electrolytic capacitor according to the present invention will be described. First, a typical method for producing a wound solid aluminum electrolytic capacitor using a functional polymer as an electrolyte will be described. That is, a capacitor element is formed by winding a separator between an anode aluminum foil and a cathode aluminum foil.
[0019]
The present invention constitutes the separator from main fibers and a binder, with a melting point contains at least 30% or more of 250 ° C. to 290 ° C. of polyamide fibers as main fibers, and is configured with a heat fusion resin as a binder . Further, as the main fibers, polyester fibers polyamide fibers, polyethylene fibers, and混抄polypropylene fibers or polytetrafluoroethylene fibers, using polyamide or polyethylene as the heat fusion resin as a binder. Then, a capacitor element is prepared by winding the separator between the anode foil and the cathode foil, and the capacitor element is immersed in a functional polymer polymerization solution to be polymerized in the separator in the element. The desired electrolytic capacitor is obtained by impregnating the solution, lifting the capacitor element from the polymerization solution, drying, and then heating and then sealing after the functional polymer is polymerized in the capacitor element.
[0020]
The functional polymer refers to a polymer that has conductivity and can be used as an electrolyte of an electrolytic capacitor, and can be used as long as the polymer has such properties. Specifically, at least one of polypyrrole, polythiophene, polyaniline, or derivatives thereof can be used.
[0021]
The functional polymer polymerization solution is prepared by mixing a thiophene or polypyrrole monomer solution and an oxidizing agent solution. Baytron M (3,4 ethylene dioxythiophene) and Baytron C (butanol solution of iron paratoluenesulfonate) are widely used as the monomer solution and the oxidant solution, respectively. As the solvent, isopropyl alcohol, methanol, ethanol, butanol, and acetone can be used.
[0022]
In the present invention, as described above, by using a separator containing at least 30% of a polyamide fiber having a melting point of 250 ° C. to 290 ° C. in the main fiber, the electrolyte retention is improved and the ESR characteristic in the high frequency region is improved. Furthermore, since the strength of the separator itself is high, it is excellent in winding property and heat resistance, and even when used in a surface mount product, reflow equivalent to other electronic components is possible. Further, since the heat fusion resin does not hinder the formation of the solid electrolyte layer, the binder removal step after winding is not necessary.
[0023]
Specific examples of the present invention will be described below together with conventional examples and comparative examples. First, an anode aluminum foil and a cathode aluminum foil were formed into slits having desired dimensions, and lead bars were attached to the anode aluminum foil and the cathode aluminum foil. Examples 1 to 5 and Conventional Examples 1 to 3 shown in Table 1 were attached. And the capacitor | condenser element was created by winding and forming through the separator described in Comparative Examples 1-3. The separator of Comparative Example 3 and Example 1-5, and by using a nylon 6,6 (mp 260 ° C.) a high melting point polyamide fibers, the separator of the sub came Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 and 2 Used poval, which is a wet heat fusion resin, as a binder. The separators of Examples 1, 2 , 3, 5 and Comparative Example 3 use nylon 4,6 modified fibers (melting point 140 ° C.) having a low melting point as polyamide binders. Example 5 is a polyamide fiber. Polyester fiber (melting point 260 ° C.) was mixed and used. Further, polyethylene fiber (melting point: 135 ° C.) was used as the binder of Example 4 .
[0024]
[Table 1]

[0025]
Since no oxide film was formed on the solution aluminum foil end face of the obtained capacitor element, chemical conversion treatment was performed at 60 ° C. in a 1.0 wt% ammonium adipate aqueous solution. Next, after immersing in a polymerization solution (monomer: oxidant = 1: 1.5, molar ratio) of 3,4 ethylenedioxythiophene and iron p-toluenesulfonate (3) dissolved in i-propanol. The solid electrolyte layer of polyethylenedioxythiophene (PEDT) was formed by chemical polymerization by holding at 100 ° C. for 60 minutes. The capacitor element having the obtained solid electrolyte layer is dried and heated and then placed in a case, the opening is sealed with a sealing agent, a surface mounting seat plate is attached to the sealing agent, the rated voltage is 4 V, and the rating 100 surface mount type solid electrolytic capacitors each having a capacitance of 100 μF were produced.
[0026]
Table 1 shows the content (%), thickness (μm), density (g / cm ³ ), and tensile strength of each element constituting the surface mount type solid electrolytic capacitor according to each example, the conventional example, and the comparative example. In addition to (kgf / 15 mm) and liquid absorption (i-propanol, mm / 10 min), initial characteristics (capacitance, ESR), characteristics after a reflow test, and the appearance of abnormalities are shown. The reflow test was performed twice at 240 ° C. for 10 seconds.
[0027]
As described in Table 1, Examples 1 to 5 are superior in initial characteristics and characteristics after the reflow test as compared with the conventional examples and comparative examples, and the liquid absorbency of i-propanol which is a solvent of the polymerization solution. From this, it was found that the familiarity with the polymerization solution was good.
[0028]
[Table 2]

[0029]
Table 2 summarizes melting points and thermal decomposition temperatures of polyethylene fibers, polypropylene fibers, vinylon fibers, and polyamide fibers in order to select the main fibers of the separator. Since the polyethylene fiber has a low melting point of 125 ° C. to 135 ° C., the main fiber constituting the separator is unsuitable due to insufficient heat resistance, and the properties after solder reflow may be deteriorated. However, when polyethylene fiber is used as a binder, blending 30% or more of polyamide fiber having high heat resistance can withstand solder reflow temperature and give good results after reflow.
[0030]
Polypropylene fiber has a melting point as high as 165 ° C. to 173 ° C. as compared with polyethylene fiber, but it is not a satisfactory temperature considering the solder reflow temperature. Therefore, there arises a problem that characteristics after solder reflow deteriorate.
[0031]
The vinylon fiber undergoes a desorption phenomenon of water molecules in the air at a temperature of 200 ° C. or more, generates gas, and the main chain of the polymer is cut and separated to thermally decompose. Therefore, there is a problem that the case expands after the solder reflow.
[0032]
The melting point of the polyamide fiber employed in the present invention is 250 ° C. to 290 ° C., and the heat resistance that can withstand the solder reflow temperature is maintained. Moreover, the polyamide fiber is advantageous in that it is cheaper in price than other fibers and can be supplied industrially.
[0033]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the polyamide fiber content (%) contained in the separator and the ESR (mΩ) of the electrolytic capacitor after solder reflow (4 V / 100 μF). It turns out that it is optimal at 30 to 90%. Especially when the content of the polyamide fiber constituting the sheet is not in the range of 10 to 90%, it is difficult to constitute a normal sheet due to insufficient strength of the capacitor element, heat shrinkage during drying, generation of wrinkles, etc. Become. It was also found that the higher the polyamide fiber content, the higher the melting point, the better the heat resistance as a separator, and the better the ESR after solder reflow.
[ 0034 ]
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the polyethylene fiber binder content (%) contained in the separator and the ESR (mΩ) of the electrolytic capacitor after solder reflow (4 V / 100 μF). It can be seen that the rate is optimal at 10-70%. In particular, when the content of the polyethylene fiber binder is not in the range of 10 to 80%, it is difficult to form a normal sheet due to insufficient strength of the capacitor element, heat shrinkage during drying, generation of wrinkles, or the like. As for ESR, it has been found that a lower polyethylene fiber binder content is better.
[ 0035 ]
In each of the above examples, polyethylenedioxythiophene (PEDT) was used as the polythiophene for the solid electrolyte. However, polypyrrole, polyaniline, polythiophene other than PEDT or their derivatives could be used for the initial characteristics and reflow test of the electrolytic capacitor. In any case, satisfactory characteristics can be obtained.
[ 0036 ]
There is no particular limitation on the method for forming the functional polymer that is a solid electrolyte. Either a single or a plurality of solid electrolytes are formed by chemical polymerization, or the solid electrolyte layer formed by chemical polymerization is used as a precoat layer to form a solid electrolyte layer by electrolytic polymerization. It may be formed. Further, in order to facilitate the work of sealing the capacitor element formed with the solid electrolyte in the case, the capacitor element formed with the solid electrolyte may be coated or impregnated with resin or the like.
[ 0037 ]
Electrolytic capacitor using the separator of polyamide or polyethylene and a binder containing a polyamide fiber according to the present invention as described above as the heat fusion resin, retention of the electrolyte, the ESR characteristics in the high frequency range after the solder reflow Excellent and strong in the separator itself, excellent in winding property and heat resistance, and even when used for surface mount products, reflow equivalent to other electronic components is possible and widely used in the electronics industry field Can do.
[ 0038 ]
【Effect of the invention】
As described above in detail, according to the present invention constitutes a separator from main fibers and a binder, with a melting point as main fibers containing at least 30% or more of 250 ° C. to 290 ° C. of polyamide fibers, heat fusion and a binder By using the adhesion resin, the separator does not hinder the impregnation and polymerization of the functional polymer polymerization solution, and the electrolyte retention and the ESR characteristics in the high frequency range after solder reflow can be satisfied. In particular, the introduction of lead-free solder does not cause any problems in heat resistance and characteristics even when the solder reflow temperature is increased, so that adverse effects on the environment due to lead used in conventional solder can be eliminated.
[ 0039 ]
Further, there is no need for a process of carbonizing and using a capacitor element formed by winding a separator element between an anode foil and a cathode foil after heat treatment as in the prior art, and there is no need to remove the binder after the capacitor element is formed. Therefore, the manufacturing process is simplified, and there is no possibility that the leakage current of the capacitor increases due to the deformation of the element shape or the stress due to heating.
[ 0040 ]
The separator itself used in the present invention has high strength and excellent winding properties and productivity, and even when used in a surface mount product, the product does not expand and reflow is equivalent to other electronic components. This is possible, and the heat resistance of electrolytic capacitors used in various electronic devices is higher than ever, so that the versatility in the electronics industry is enhanced.
[ 0041 ]
Therefore, according to the present invention, the polyamide fiber is used as a raw material so that it can be made thin in response to the miniaturization of the electrolytic capacitor, and the separator can be easily impregnated with the functional polymer polymerization solution into the separator without carbonization. By using a separator that does not inhibit the polymerization, it is possible to provide an electrolytic capacitor with improved ESR characteristics and increased productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the content of polyamide fibers contained in a separator and the ESR of an electrolytic capacitor.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the polyethylene fiber binder content and the ESR of the electrolytic capacitor.

Claims

An electrolytic capacitor in which a capacitor element is formed by winding a separator between an anode foil and a cathode foil, and the separator in the capacitor element is impregnated and polymerized with a functional polymer having conductivity as an electrolyte. In
The separator is composed of a main fiber and a binder, and contains at least 30% or more of a polyamide fiber having a melting point of 250 ° C. to 290 ° C. as a main fiber, and at least 10% or more of a heat sealing resin as a binder. Electrolytic capacitor.

An electrolytic capacitor in which a capacitor element is formed by winding a separator between an anode foil and a cathode foil, and the separator in the capacitor element is impregnated and polymerized with a functional polymer having conductivity as an electrolyte. In
The separator is composed of a main fiber and a binder, the main fiber contains at least 30% of a polyamide fiber having a melting point of 250 ° C. to 290 ° C., and polyamide or polyethylene is used as a heat-sealing resin as a binder. Electrolytic capacitor to be used.

The electrolytic capacitor according to claim 1 or 2 , wherein at least one of nylon 6,6 or nylon 4,6 and modified fibers thereof is used as the polyamide fiber.

The electrolytic capacitor according to claim 1, 2 or 3 , wherein at least one of polypyrrole, polythiophene, polyaniline, or a derivative thereof is used as the functional polymer as the electrolyte.