JP4931488B2 - 固体電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、固体電解コンデンサおよびその製造方法に関する。
従来より、導電性高分子からなる固体電解質層を備えた固体電解コンデンサが広く知られている（たとえば特許文献１参照）。図４は、従来の固体電解コンデンサの一例を示している。同図に示された固体電解コンデンサＸは、陽極ワイヤ９２が突出した多孔質焼結体９１を備えており、陽極端子９６Ａおよび陰極端子９６Ｂを用いて回路基板に面実装可能に構成されている。陽極端子９６Ａは、陽極端子９２と導通している。多孔質焼結体９１の表面には、誘電体層９３および固体電解質層９４が積層されている。固体電解質層９４と陰極端子９６Ｂとは、導電体層９５によって接合されている。固体電解質層９４は、導電性高分子からなり、電解重合または化学重合によって形成される。
しかしながら、導電性高分子からなる固体電解質層９４は、比較的強度が小さい。発明者らの試験結果および製造経験から、このような固体電解質層９４に覆われた誘電体層９３は、小さい応力によって破損しやすいことが分かってきた。このため、固体電解コンデンサＸを製造するときや固体電解コンデンサＸをリフローの手法によって実装するときなどの応力によって、誘電体層９３にクラックが生じるおそれがある。誘電体層９３にクラックが生じると、漏れ電流が増大するという問題があった。
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、漏れ電流を抑制することが可能な固体電解コンデンサを提供することをその課題とする。
本発明の第１の側面によって提供される固体電解コンデンサは、弁作用金属の多孔質焼結体と、上記多孔質焼結体の表面に積層された誘電体層および固体電解質層と、を備えた固体電解コンデンサであって、上記固体電解質層は、２以上の導電性高分子層と２以上の樹脂層とを含んでおり、上記固体電解質層における上記誘電体層に接する層が上記樹脂層であり、上記樹脂層と上記導電性高分子層とが交互に形成されており、かつ、上記樹脂層は、シリカフィラーを含んでいることを特徴としている。
このような構成によれば、上記固体電解質層を上記樹脂層によって補強することにより、導電性高分子のみからなる固体電解質層よりも上記固体電解質層を強固なものとすることができる。強固とされた上記固体電解質層は、上記誘電体層を適切に保護する機能を発揮する。これにより、上記固体電解コンデンサの製造時やリフローの手法を用いた実装時などに上記誘電体層にクラックが生じることを回避することが可能である。したがって、上記固体電解コンデンサの漏れ電流を抑制することができる。
本発明の第２の側面によって提供される固体電解コンデンサの製造方法は、弁作用金属の多孔質焼結体と、上記多孔質焼結体の表面に積層された誘電体層および固体電解質層と、を備えた固体電解コンデンサの製造方法であって、上記固体電解質層を形成する工程においては、上記誘電体層が形成された上記多孔質焼結体に導電性高分子を付着させる導電性高分子付着工程と、樹脂を付着させる樹脂付着工程とを、それぞれ２回以上交互に行い、かつ、上記樹脂付着工程においては、シリカフィラーを含む樹脂を用いることを特徴とする。
このような構成によれば、上記固体電解質層を上記導電性高分子と上記樹脂とを含むものとして形成することが可能である。上記樹脂を含む固体電解質層は、導電性高分子のみからなる固体電解質層よりも強固なものとなる。強固とされた上記固体電解質層は、上記誘電体層を適切に保護する機能を発揮する。したがって、上記誘電体層にクラックが生じることを回避可能であり、上記固体電解コンデンサの漏れ電流を抑制することができる。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明に係る固体電解コンデンサの一実施形態を示している。本実施形態の固体電解コンデンサＡは、多孔質焼結体１、誘電体層２、固体電解質層３、導電体層４、陽極端子５Ａ、陰極端子５Ｂ、および樹脂パッケージ６を備えている。
多孔質焼結体１は、ニオブまたはタンタルなどの弁作用金属からなり、多数の細孔が形成された構造とされている。本実施形態においては、多孔質焼結体１は、直方体形状とされている。多孔質焼結体１からは、陽極ワイヤ１０が突出している。陽極ワイヤ１０は、ニオブまたはタンタルなどの弁作用金属からなり、その一部が多孔質焼結体１内に進入している。
誘電体層２は、多孔質焼結体１の表面に形成されており、たとえば五酸化ニオブまたは五酸化タンタルなどの弁作用金属の酸化物からなる。この誘電体層２は、多孔質焼結体１の上記細孔を覆っている。
固体電解質層３は、誘電体層２上に積層されており、多孔質焼結体１の上記細孔を埋めるように形成されている。固体電解質層３は、１以上の導電性高分子層３１と１以上の樹脂層３２とが積層された構造とされている。導電性高分子層３１は、たとえばポリエチレンジオキシチオフェンまたはポリピロールからなる。樹脂層３２は、たとえばフェノール、エポキシ、アクリルなどの樹脂からなる。
陽極端子５Ａは、たとえばＣｕまたＮｉからなる板状部材であり、導電部材５１を介して陽極ワイヤ１０に導通している。陽極端子５Ａは、固体電解コンデンサＡをたとえば回路基板に面実装するために用いられる部分である。
陰極端子５Ｂは、たとえばＣｕまたＮｉからなる板状部材であり、導電体層４によって固体電解質層３と導通している。陰極端子５Ｂは、固体電解コンデンサＡの面実装に用いられる。導電体層４は、たとえばグラファイト層とＡｇ層とが積層されたものである。
樹脂パッケージ６は、たとえばエポキシ樹脂からなり、多孔質焼結体１を保護するためのものである。陽極端子５Ａおよび陰極端子５Ｂそれぞれの一部ずつが、樹脂パッケージ６から露出している。
＜実施例１＞
固体電解コンデンサＡの実施例１について、その製造工程を以下に説明する。図２は、実施例１の製造方法の手順を示している。まず、弁作用金属からなる粉末成形体を形成する。たとえばタンタルやニオブの微粉末を用意し、この微粉末を金型に充填する。この際、タンタルやニオブからなる陽極ワイヤ１０を上記微粉末に進入させておく。この状態で、上記金型により上記微粉末を加圧することにより、たとえば直方体形状の粉末成形体が得られる。この粉末成形体に対して焼結処理を施すことにより、多孔質焼結体１が得られる。
固体電解コンデンサＡの実施例１について、その製造工程を以下に説明する。図２は、実施例１の製造方法の手順を示している。まず、弁作用金属からなる粉末成形体を形成する。たとえばタンタルやニオブの微粉末を用意し、この微粉末を金型に充填する。この際、タンタルやニオブからなる陽極ワイヤ１０を上記微粉末に進入させておく。この状態で、上記金型により上記微粉末を加圧することにより、たとえば直方体形状の粉末成形体が得られる。この粉末成形体に対して焼結処理を施すことにより、多孔質焼結体１が得られる。
次に、多孔質焼結体１の表面に誘電体層２を形成する。誘電体層２の形成には、化成処理を用いる。たとえば化成液としてのリン酸水溶液に多孔質焼結体１を浸漬させた状態で、多孔質焼結体に所定の電圧を印加する。この陽極酸化処理によって、多孔質焼結体１の表面に酸化タンタルまたは五酸化ニオブからなる誘電体層２が形成される。
次に、固体電解質層３を形成する。固体電解質層３の形成においては、樹脂層３２の形成と導電性高分子層３１の形成とを交互に行う。樹脂層３２の形成は、まず、たとえばシリカフィラーを混濁させた重量濃度５％のフェノール樹脂溶液に多孔質焼結体１を１０ｓｅｃ間程度浸漬させる。次いで、フェノール樹脂溶液から多孔質焼結体１を引き揚げた後に、オーブン内において多孔質焼結体１を加熱する。この熱硬化処理によって樹脂層３２が形成される。一方、導電性高分子層３１の形成は、たとえばパラトルエンスルホン酸鉄エタノール溶液とＥＤＯＴ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）溶液とに交互に浸漬させることと浸漬後に乾燥させることとによって行う。
実施例１においては、図２に示すように、樹脂層３２を形成する工程を１回、導電性高分子層３１を形成する工程を４回、樹脂層３２を形成する工程を１回、導電性高分子層３１を形成する工程を４回、この順で行った。これによって、図１の部分拡大図に示される積層構造とされた固体電解質層３が得られた。
この後は、固体電解質層３にグラファイト層およびＡｇ層を塗布することにより導電体層４を形成する。また、導電部材５１、陽極端子５Ａ、および陰極端子５Ｂを接合する。そして、たとえばエポキシ樹脂を用いたモールド成形によって樹脂パッケージ６を形成する。以上の工程によって、図１に示す固体電解コンデンサＡの実施例１が得られる。
＜実施例２＞
図３は、固体電解コンデンサＡの実施例２を示している。本実施例においては、固体電解質層３の形成において、導電性高分子層３１の形成を８回、樹脂層３２の形成を１回、この順で行った。
図３は、固体電解コンデンサＡの実施例２を示している。本実施例においては、固体電解質層３の形成において、導電性高分子層３１の形成を８回、樹脂層３２の形成を１回、この順で行った。
＜比較例＞
実施例１，２との比較のため、導電性樹脂層３１の形成を８回行うことのみによって固体電解質層３を形成した比較例を用意した。実施例１，２および比較例における固体電解質層３の厚さは、いずれも２０μｍ程度とした。表１は、実施例１，２および比較例について、製造直後とリフローの手法によって回路基板に実装した後とにおいて、静電容量、等価直列抵抗（以下ＥＳＲ）、および漏れ電流ＬＣを測定した結果を示している。
実施例１，２との比較のため、導電性樹脂層３１の形成を８回行うことのみによって固体電解質層３を形成した比較例を用意した。実施例１，２および比較例における固体電解質層３の厚さは、いずれも２０μｍ程度とした。表１は、実施例１，２および比較例について、製造直後とリフローの手法によって回路基板に実装した後とにおいて、静電容量、等価直列抵抗（以下ＥＳＲ）、および漏れ電流ＬＣを測定した結果を示している。
次に、固体電解コンデンサＡの作用について説明する。
本実施形態によれば、固体電解質層３に樹脂層３２が含まれるため、従来技術による比較例のように導電性高分子のみからなる固体電解質層よりも本実施形態の固体電解質層３は、強固なものとなる。このような固体電解質層３は、誘電体層２を適切に保護する機能を発揮する。このため、固体電解コンデンサＡの製造時やリフローの手法を用いた実装時などに生じる応力によって、誘電体層２にクラックが生じることを抑制することができる。これは、漏れ電流ＬＣの低減に有利である。表１に示された測定結果から理解されるように、本発明に係る実施例１，２は、製造直後およびリフロー実装後の双方において、比較例よりも漏れ電流ＬＣが小さい。特に、樹脂層３２の形成を計２回行った実施例１は、製造直後における漏れ電流ＬＣが比較例の１／４程度、実施例２の１／２程度となっている。また、リフロー実装によって、比較例においては、漏れ電流ＬＣが２倍程度に増大しているのに対し、実施例１においては８％程度しか増大していない。この結果、実施例１，２のリフロー実装後における漏れ電流は、それぞれ比較例の１５％および４４％程度の値となっている。このように、固体電解質層３に樹脂層３２が含まれることにより、応力による誘電体層２のクラックの発生を抑制し、漏れ電流を低減することができる。
また、実施例１，２は、比較例と比べて静電容量およびＥＳＲに大きな差が見られない。これは、樹脂層３２によって上述した固体電解質層３の補強を図る一方で、大容量化および低抵抗化に適した導電性高分子層３１を合理的に配置したことによる。特に、絶縁性の樹脂からなる樹脂層３２を適切な厚さとすることにより、ＥＳＲの顕著な増大が回避されている。
本発明に係る固体電解コンデンサおよびその製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る固体電解コンデンサおよびその製造方法の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
固体電解質層３を構成する導電性高分子層３１および樹脂層３２の層数および積層順序は、上述した例に限定されず適宜設定すればよい。上述した導電性高分子層３１および樹脂層３２を形成する工程は、それぞれ本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法における導電性高分子を付着させる工程および樹脂を付着させる工程に相当する。実施例１，２においては、固体電解質層３が導電性高分子層３１および樹脂層３２が認められる積層構造となっているが、本発明に係る製造方法によれば、導電性高分子と樹脂との明瞭な積層構造とならず、導電性高分子と樹脂との境界が不明瞭である構造の固体電解質層が形成される場合もある。このような構造であっても、樹脂を含むことによる固体電解質層の補強効果が期待できる。
Ａ 固体電解コンデンサ
１ 多孔質焼結体
２ 誘電体層
３ 固体電解質層
４ 導電体層
５Ａ 陽極端子
５Ｂ 陰極端子
６ 樹脂パッケージ
１０ 陽極ワイヤ
３１ 導電性高分子層
３２ 樹脂層
１ 多孔質焼結体
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５Ｂ 陰極端子
６ 樹脂パッケージ
１０ 陽極ワイヤ
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３２ 樹脂層
Claims (3)
- 弁作用金属の多孔質焼結体と、
上記多孔質焼結体の表面に積層された誘電体層および固体電解質層と、
を備えた固体電解コンデンサであって、
上記固体電解質層は、２以上の導電性高分子層と２以上の樹脂層とを含んでおり、
上記固体電解質層における上記誘電体層に接する層が上記樹脂層であり、上記樹脂層と上記導電性高分子層とが交互に形成されており、かつ、
上記樹脂層は、シリカフィラーを含んでいることを特徴とする、固体電解コンデンサ。 - 弁作用金属の多孔質焼結体と、
上記多孔質焼結体の表面に積層された誘電体層および固体電解質層と、
を備えた固体電解コンデンサであって、
上記固体電解質層は、２以上の導電性高分子層と２以上の樹脂層とを含んでおり、
上記固体電解質層における上記誘電体層に接する層が上記導電性高分子層であり、上記樹脂層と上記導電性高分子層とが交互に形成されており、かつ、
上記樹脂層は、シリカフィラーを含んでいることを特徴とする、固体電解コンデンサ。 - 弁作用金属の多孔質焼結体と、
上記多孔質焼結体の表面に積層された誘電体層および固体電解質層と、
を備えた固体電解コンデンサの製造方法であって、
上記固体電解質層を形成する工程においては、上記誘電体層が形成された上記多孔質焼結体に導電性高分子を付着させる導電性高分子付着工程と、樹脂を付着させる樹脂付着工程とを、それぞれ２回以上交互に行い、かつ、
上記樹脂付着工程においては、シリカフィラーを含む樹脂を用いることを特徴とする、固体電解コンデンサの製造方法。
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