JP4887593B2

JP4887593B2 - 電解コンデンサ

Info

Publication number: JP4887593B2
Application number: JP2001304365A
Authority: JP
Inventors: 正小澤; 達紀辻
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP2003109859A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解コンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミ電解コンデンサは一般的には以下のような構成を取っている。すなわち、帯状に形成された高純度のアルミニウム箔を化学的あるいは電気化学的にエッチングを行って拡面処理するとともに、拡面処理したアルミニウム箔をホウ酸アンモニウム水溶液等の化成液中にて化成処理することによりアルミニウム箔の表面に酸化皮膜層を形成させた陽極箔と、同じく高純度のアルミニウム箔を拡面処理した陰極箔をセパレータを介して巻回してコンデンサ素子が形成される。そしてこのコンデンサ素子には駆動用の電解液が含浸され、金属製の有底筒状の外装ケースに収納される。さらに外装ケースの開口端部は弾性ゴムよりなる封口体が収納され、さらに外装ケースの開口端部を絞り加工により封口を行い、アルミ電解コンデンサを構成する。
【０００３】
そして、小型、低圧用のアルミ電解コンデンサの、コンデンサ素子に含浸される電解液としては、従来よりエチレングリコールを主溶媒としアジピン酸、安息香酸などのアンモニウム塩を溶質とするもの、または、γ−ブチロラクトンを主溶媒としフタル酸、マレイン酸などの四級化環状アミジニウム塩を溶質とするもの等が知られている。
【０００４】
一方、電子情報機器の小型化、高機能化、生産性向上のために、電子部品の表面実装が進展し、前記の電解コンデンサにおいても表面実装型のものが求められている。そして、表面実装型電解コンデンサは、前述のようにして作成した電解コンデンサを台座に取り付けて形成される。このような表面実装型電解コンデンサには小型化が要求されるので、前記の電極箔の箔幅や箔長はできるだけ小さくてはならない。また、表面実装型電解コンデンサはリフロー半田で実装され、この時に２００℃以上の高温下におかれるので、耐熱性が必要とされる。
【０００５】
ところで、近年、電子情報機器はデジタル化され、さらにこれらの電子情報機器の心臓部であるマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）の駆動周波数の高速化がすすんでいる。これに伴って、消費電力の増大化が進み、発熱による信頼性の問題が顕在化し、対策として、駆動電圧の低減化が図られてきた。ここで、マイクロプロセッサに高精度な電力を供給する回路として、電圧制御モジュール（ＶＲＭ）と呼ばれるＤＣ−ＤＣコンバーターが広く使用されており、その出力側コンデンサには電圧降下を防ぐため直列等価抵抗（ＥＳＲ）の低いコンデンサが多数用いられている。この低ＥＳＲ特性を有するコンデンサとして、前記の低比抵抗特性を有するγ−ブチロラクトンを主溶媒としフタル酸、マレイン酸などの四級化環状アミジニウム塩を溶質とする電解コンデンサ用電解液を用いた電解コンデンサが広く用いられている。
【０００６】
しかしながら、マイクロプロセッサの駆動周波数の高速化は著しく、それに伴って消費電力が増大し、それに対応するために電圧降下を防ぐためのコンデンサからの供給電力の増大化が求められている。すなわち、大きな電力を短時間で供給することができなければならず、このために前記の電解コンデンサには大容量化、小型化、低電圧化と共に、これまでよりもさらに低いＥＳＲ特性が要求され、電解コンデンサ用電解液の比抵抗を低減するために、電解液に水を多量に含有させて電解液の比抵抗をさらに低減する試みがあるが、耐熱性が劣るため、表面実装用として用いることができない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、電解コンデンサ用電解液の改善によってコンデンサのＥＳＲを低減するには限界があり、さらなるＥＳＲの低減は難しいといった問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、低ＥＳＲを実現した電解コンデンサを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、比抵抗の低い電解液を用いた電解コンデンサにおいては、電極箔の箔幅と箔長の最適化を図ることにより、コンデンサのさらなるＥＳＲの低減が可能であることを見いだした。
【００１０】
本発明の電解コンデンサは、以下の陽極箔および陰極箔を備えるコンデンサ素子内に、γ−ブチロラクトンと環状アミジン化合物の四級塩を含む電解液を含有している。すなわち、本発明に用いる電極箔は箔幅が５．５〜６．０ｍｍさらに箔長が２５０〜４００ｍｍである。箔幅がこの範囲未満ではＥＳＲ低減の効果が少なく、この範囲を越えると電解コンデンサの高さが大きくなって表面実装用の許容範囲以上になる。また箔長がこの範囲未満ではＥＳＲ低減の効果が少なく、この範囲を越えるとＥＳＲの低減効果が小さくなり、かえって体積効率が悪くなる。
【００１１】
以上のような本発明の電極箔とγ−ブチロラクトンと環状アミジン化合物の四級塩を含む電解液を含有する低比抵抗の電解液を用いることによって、これまでにない低ＥＳＲ特性を有する電解コンデンサを実現することができる。
【００１２】
さらに、前記の電極箔を巻回して構成される電解コンデンサにおいては、コンデンサの電極箔を幅を大きくし、長さを長くすることができ、本発明の電極箔の箔幅と箔長の条件を実現することができるので好適である。
【００１３】
さらに、具体的に本発明の実施の形態について説明する。アルミニウム箔を塩酸水溶液等からなるエッチング液中で交流エッチングで粗面化してエッチング箔を作成し、陰極箔として用いる。さらに、このエッチング箔の表面に誘電体皮膜を形成するためにリン酸水溶液等からなる化成液中で化成を施し、陽極箔として用いる。そして本発明においては、このような電極箔の箔幅を４．５〜７ｍｍ、好ましくは５．０〜６．０ｍｍ、さらに箔長
【００１４】
以上の陽極箔と陰極箔に陽極引出端子，陰極引出端子を取着し、セパレータを介して巻回する。ここで、セパレータとしては、マニラ紙、クラフト紙、ガラスセパレータなど、またはビニロン、ポリエステルなどの合成繊維からなる不織布、さらには多孔質セパレータを用いることができる。そして、このようにして形成したコンデンサ素子に本発明のγ−ブチロラクトンと環状アミジン化合物の四級塩を含む電解液を含浸し、有低筒状の金属ケースに収納し、開口端部に封口ゴムを装着して、加締め加工により封口する。
【００１５】
環状アミジン化合物の四級塩は環状アミジン化合物を四級化したカチオンをカチオン成分とする塩である。
【００１６】
アニオン成分となる酸としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、マレイン酸、安息香酸、トルイル酸、エナント酸、マロン酸等を挙げることができる。
【００１７】
また、カチオン成分となるテトラアルキルアンモニウムとしては、テトラメチルアンモニウム、トリメチルエチルアンモニウム、ジメチルジエチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム等を挙げることができる。また、環状アミジン化合物を四級化したカチオンとは、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−置換アミジン基をもつ環状化合物を四級化したカチオンであり、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−置換アミジン基をもつ環状化合物としては、以下の化合物が挙げられる。すなわち、イミダゾール単環化合物（１─メチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、１，４─ジメチル─２─エチルイミダゾール、１─フェニルイミダゾール等のイミダゾール同族体、１−メチル−２−オキシメチルイミダゾール、１−メチル−２−オキシエチルイミダゾール等のオキシアルキル誘導体、１−メチル−４（５）−ニトロイミダゾール、１，２−ジメチル−４（５）−ニトロイミダゾール等のニトロおよびアミノ誘導体）、ベンゾイミダゾール（１−メチルベンゾイミダゾール、１−メチル−２−ベンジルベンゾイミダゾール等）、２−イミダゾリン環を有する化合物（１─メチルイミダゾリン、１，２−ジメチルイミダゾリン、１，２，４−トリメチルイミダゾリン、１，４−ジメチル−２−エチルイミダゾリン、１−メチル−２−フェニルイミダゾリン等）、テトラヒドロピリミジン環を有する化合物（１−メチル−１，４，５，６−テトラヒドロピリミジン、１，２−ジメチル−１，４，５，６−テトラヒドロピリミジン、１，８−ジアザビシクロ〔５．４．０〕ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ〔４．３．０〕ノネン等）等である。
【００１８】
以上の電解液のγ−ブチロラクトンの含有量は電解液中６０〜９０ｗｔ％、好ましくは６５〜８５ｗｔ％、この範囲未満では火花電圧が低下し、この範囲を越えると比抵抗が上昇する。。また、環状アミジン化合物の四級塩の含有量は１５〜４０ｗｔ％、好ましくは２０〜３５ｗｔ％、この範囲未満では比抵抗が上昇し、この範囲を越えると火花電圧が低下する。
【００１９】
また、電解コンデンサの寿命特性を安定化する目的で、ニトロフェノール、ニトロ安息香酸、ニトロアセトフェノン、ニトロベンジルアルコール、２−（ニトロフェノキシ）エタノール、ニトロアニソール、ニトロフェネトール、ニトロトルエン、ジニトロベンゼン等の芳香族ニトロ化合物を添加することができる。
【００２０】
また、電解コンデンサの安全性向上を目的として、電解液の耐電圧向上を図ることができる非イオン性界面活性剤、多価アルコールと酸化エチレン及び／または酸化プロピレンを付加重合して得られるポリオキシアルキレン多価アルコールエーテル化合物、ポリビニルアルコールを添加することもできる。
【００２１】
また、本発明の電解コンデンサ用電解液に、硼酸、多糖類（マンニット、ソルビット、ペンタエリスリトールなど）、硼酸と多糖類との錯化合物、コロイダルシリカ等を添加することによって、さらに耐電圧の向上をはかることができる。
【００２２】
また、漏れ電流の低減の目的で、オキシカルボン酸化合物等を添加することができる。
【００２３】
以上のようにして形成した本発明の電解コンデンサは、低ＥＳＲ特性を有し、従来の四級塩でみられていた漏液も防止できる。
【００２４】
また、リード線の少なくとも丸棒部の表面には、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂などからなるセラミックスコーティング層等の絶縁層を形成したり、ホウ酸アンモニウム水溶液、リン酸アンモニウム水溶液あるいはアジピン酸アンモニウム水溶液等による陽極酸化処理によって形成した酸化アルミニウム層を形成することができる。このことによっても、漏液防止効果を高めることができる。
【００２５】
また、本発明の電解コンデンサにおいて、陰極電極箔として、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化タンタル、窒化ニオブから選ばれた金属窒化物、又は、チタン、ジルコニウム、タンタル、ニオブから選ばれた金属を蒸着法、メッキ法、塗布など従来より知られている方法により被覆した陰極電極箔を用いることができる。ここで、被覆する部分は陰極電極箔の全面に被覆してもよいし、必要に応じて陰極電極箔の一部、例えば陰極電極箔の一面のみに金属窒化物又は金属を被覆してもよい。このことによって、電解液の漏液防止効果を高めることができる。なお、表面実装用電解コンデンサは、小型でゴム厚が小さくその分リード線の丸棒部が小さいので、漏液防止効果が少ないので、前記の金属窒化物、金属を被覆した陰極電極箔を用いる方が好適である。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の電解コンデンサについて具体的な実施例を述べる。
（実施例１）
アルミニウム箔を交流エッチングにより粗面化し、さらに誘電体酸化皮膜を形成するための化成を施し、本発明の陽極箔を作成する。また、アルミニウム箔を同じく交流エッチングにより粗面化し、表面に窒化チタンを蒸着して陰極箔を作成する。この陽極箔と陰極箔をセパレータを介して巻回し、コンデンサ素子を形成する。
【００２７】
上記のように構成したコンデンサ素子に、アルミ電解コンデンサの駆動用の電解液を含浸する。この電解液を含浸したコンデンサ素子を、有底筒状のアルミニウムよりなる外装ケースに収納し、外装ケースの開口端部に、ブチルゴム製の封口体を挿入し、さらに外装ケースの端部を絞り加工することによりアルミ電解コンデンサの封口を行う。
【００２８】
ここで用いる電解液はγ−ブチロラクトン７５部、フタル酸１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリニウム２５部の組成のものを用いた。
【００２９】
そして、ここで用いた電極箔の箔幅、箔長とそれぞれのＥＳＲを（表１）に示す。
【００３０】
【表１】

【００３１】
（表１）からわかるように、本発明の実施例１〜３の電解コンデンサのＥＳＲは４５〜６７ｍΩと低い値を示している。特に箔幅が５．５ｍｍ、箔長が２５０ｍｍの実施例２、箔幅が６．０ｍｍ、箔長が４００ｍｍの実施例３は５０ｍΩ以下のＥＳＲとなっており、これまでにない低ＥＳＲ特性を有する電解コンデンサを実現している。
【００３２】
これに対して、箔幅が４．５ｍｍ以下の比較例１では９０ｍΩ、箔長が２２０ｍｍ以下の比較例２では８０ｍΩとなっており、本発明の電解コンデンサの効果がわかる。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、これまでにない低ＥＳＲ特性を有する電解コンデンサを提供することができる。

Claims

箔幅が５．５〜６．０ｍｍ、且つ箔長が２５０〜４００ｍｍである陽極箔および陰極箔を備えるコンデンサ素子内に、γ−ブチロラクトンと環状アミジン化合物の四級塩を含む電解液を含有した電解コンデンサ。
コンデンサ素子が、陽極引出し手段を備えた前記陽極箔と陰極引出し手段を備えた前記陰極箔間にセパレータを介して巻回してなることを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサ。