JP4944359B2 - Solid electrolytic capacitor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、固体電解コンデンサ及びその製造方法に関するものであり、特に、固体電解質に導電性高分子を用いた固体電解コンデンサ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid electrolytic capacitor and a manufacturing method thereof, and more particularly to a solid electrolytic capacitor using a conductive polymer as a solid electrolyte and a manufacturing method thereof.
従来より、低ESR化を目的として導電性高分子を固体電解質として用いた固体電解コンデンサが知られている。一般に、これら導電性高分子としては、ポリチオフェン,ポリピロール又はポリアニリン等があり、中でもポリチオフェンは、ポリピロール又はポリアニリンと比較して、導電率が高く熱安定性が特に優れていることから近年注目されており、ポリチオフェンを固体電解質として用いた固体電解コンデンサとして特許文献1等に開示されているものがある。
Conventionally, a solid electrolytic capacitor using a conductive polymer as a solid electrolyte for the purpose of lowering ESR is known. In general, these conductive polymers include polythiophene, polypyrrole, or polyaniline. Among them, polythiophene has attracted attention in recent years because it has higher electrical conductivity and thermal stability than polypyrrole or polyaniline. Some solid electrolytic capacitors using polythiophene as a solid electrolyte are disclosed in
ところで、近年、電子情報機器はデジタル化され、さらに駆動周波数の高速化に伴い駆動電圧の低減化、且つ駆動電流の増大化が進んできている。特に、パーソナルコンピューターの心臓部であるマイクロプロセッサの高速化は著しく、駆動電圧は低減の一途をたどっている。このような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コンバータが広く使用されている。 By the way, in recent years, electronic information devices have been digitized, and the driving voltage has been reduced and the driving current has been increased with the increase in driving frequency. In particular, the speed of the microprocessor, which is the heart of a personal computer, has been remarkably increased, and the driving voltage has been steadily decreasing. As a circuit for supplying high-precision power to such a microprocessor, a DC-DC converter called a voltage control module (VRM) is widely used.
ところで、マイクロプロセッサの低電圧化に伴い、マイクロプロセッサの動作を保証する電圧範囲は狭くなってきている。マイクロプロセッサの要求電流は、マイクロプロセッサに課せられる状況により非常に高速で変化するため、DC−DCコンバーターだけでは変化に対応できず、出力側に負荷コンデンサを接続してマイクロプロセッサの負荷変動に対応している。 By the way, as the voltage of the microprocessor is lowered, the voltage range for guaranteeing the operation of the microprocessor is becoming narrower. The demand current of the microprocessor changes very fast depending on the situation imposed on the microprocessor. Therefore, the DC-DC converter alone cannot cope with the change, and a load capacitor is connected to the output side to cope with the load fluctuation of the microprocessor. is doing.
このような負荷コンデンサに求められる機能は、損失を小さくするため等価直列抵抗(ESR)が小さいことである。そのため、このような負荷コンデンサに用いられる固体電解コンデンサにおいても、さらなる低ESR化が求められることになる。このような固体電解コンデンサの低ESR化の試みとしては、特許文献2や、特許文献3に示されたものがある。
The function required for such a load capacitor is that the equivalent series resistance (ESR) is small in order to reduce the loss. For this reason, even in a solid electrolytic capacitor used for such a load capacitor, further reduction in ESR is required. Examples of attempts to lower the ESR of such a solid electrolytic capacitor include those disclosed in
上記の特許文献において開示された固体電解コンデンサは、いずれも従来の固体電解コンデンサの固体電解質層の上に形成される陰極層に改良を加えたものである。すなわち、従来の固体電解コンデンサでは、固体電解質層の上に導電性カーボン層を形成し、さらに銀ペースト層を形成して、外部引出用のリード線と接続する構造であったが、上記の特許文献に示された固体電解コンデンサでは、導電性カーボン層を形成することなく、固体電解質層の上に直接銀ペースト層を形成している。 All of the solid electrolytic capacitors disclosed in the above-mentioned patent documents are obtained by improving the cathode layer formed on the solid electrolyte layer of the conventional solid electrolytic capacitor. That is, the conventional solid electrolytic capacitor has a structure in which a conductive carbon layer is formed on a solid electrolyte layer and a silver paste layer is further formed and connected to an external lead wire. In solid electrolytic capacitors disclosed in the literature, a silver paste layer is formed directly on the solid electrolyte layer without forming a conductive carbon layer.
特に、特許文献2で開示された固体電解コンデンサでは、粒子径の小さい銀を用いることで、固体電解質層の表面の微細な凹凸に対する接触面積を拡大することで接触抵抗を減少させると共に、銀ペーストに比べて導電率の低い導電性カーボンを用いないことで、陰極層の電気抵抗を減少させたものである。
本発明が解決しようとする問題点は以下の点である。すなわち、上記の特許文献において開示された固体電解コンデンサでは、ある程度の低ESR化を図ることができるものの、さらなる低ESR化の要求には充分なものではなかった。また、次のような問題点があることが、本発明者等の研究で明らかとなってきている。 The problems to be solved by the present invention are as follows. In other words, the solid electrolytic capacitor disclosed in the above-mentioned patent document can achieve a certain level of ESR reduction, but is not sufficient for further reduction in ESR. Moreover, it has become clear by the present inventors' research that there are the following problems.
すなわち、特許文献2に開示されたように、粒径10〜500Åの金属微粒子に若干の有機化合物が含有された導電膜層を形成した固体電解コンデンサでは、銀粒子が固体電解質層の表面の微細な凹凸に入り込み、全体として銀ペースト層と固体電解質層の接触面積を拡大することで接触抵抗を減少させることができるものの、銀ペーストを焼結した際に、バインダー成分が除去されることに伴い、銀ペースト層にマイクロクラックが生じてしまい、銀粒子同士の接触頻度が低下してしまう。その結果、銀ペースト層の抵抗率が高くなってしまい、期待されたほどには固体電解コンデンサのESR特性を低減することができなかった。
That is, as disclosed in
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、さらなるESRの低減を可能とした固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been proposed to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a solid electrolytic capacitor capable of further reducing ESR and a method for manufacturing the same. .
上記の目的を達成するため、請求項1に記載の固体電解コンデンサは、弁金属粉未を焼結してなる焼結体の表面に陽極酸化皮膜が形成されたコンデンサ素子の上に、導電性高分子からなる固体電解質層が形成され、該導電性高分子層の上に、平均粒径が0.2〜20μmの銀粉粒子と平均粒径が1〜100nmの銀ナノ粒子と所定のバインダーを混合してなる銀ペーストを焼結した3次元マトリクス構造の銀層が形成されていることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the solid electrolytic capacitor according to
本発明者等は、まず従来の固体電解コンデンサにおける銀ペースト層について検討した結果、ナノスケールの銀粒子を用いると、固体電解質層の表面の微細な凹凸に対して良く密着し、接触抵抗の低減を図ることができるものの、銀ペースト中における銀粒子同士の接触頻度が多くなり、接触抵抗が大きくなってしまうことを見出した。そこで、さらに検討を進めた結果、平均粒径が1〜100nmの銀ナノ粒子と平均粒径が0.2〜20μmの銀粉粒子を混合することにより、上記の問題を解決することができることが判明したものである。 The present inventors first examined the silver paste layer in the conventional solid electrolytic capacitor, and as a result, when nanoscale silver particles were used, the solid electrolyte layer adhered well to the fine irregularities on the surface of the solid electrolyte layer, and the contact resistance was reduced. However, it has been found that the contact frequency between silver particles in the silver paste increases and the contact resistance increases. As a result of further investigation, it was found that the above problem can be solved by mixing silver nanoparticles having an average particle diameter of 1 to 100 nm and silver powder particles having an average particle diameter of 0.2 to 20 μm. It is a thing.
すなわち、平均粒径が1〜100nmの銀ナノ粒子中に平均粒径が0.2〜20μmの銀粉粒子を混合しておくことにより、固体電解質層の表面への銀ペーストの密着性は維持されると共に、銀ペーストを焼結した際に、銀ナノ粒子と銀粉粒子が架橋するような形状で結合し、3次元的なマトリクス構造が形成される。そのため、銀粒子同士の接触抵抗が減少し、固体電解コンデンサのESRのさらなる低減を図ることができることが分かった。 That is, by adhering silver powder particles having an average particle diameter of 0.2 to 20 μm in silver nanoparticles having an average particle diameter of 1 to 100 nm, the adhesion of the silver paste to the surface of the solid electrolyte layer is maintained. At the same time, when the silver paste is sintered, the silver nanoparticles and the silver powder particles are bonded in such a shape that they are cross-linked to form a three-dimensional matrix structure. Therefore, it has been found that the contact resistance between silver particles is reduced, and the ESR of the solid electrolytic capacitor can be further reduced.
また、請求項1に係る発明は、前記銀ナノ粒子100質量部あたり、前記銀粉粒子が150〜10000質量部の範囲で混合されていることを特徴とするものである。
The invention according to
本発明者等は、銀ナノ粒子と銀粉粒子の混合比率を種々変更して検討した結果、上記の比率に規定した場合に、固体電解コンデンサのESRの低減に最も有効であることが判明したものである。すなわち、銀ナノ粒子100質量部あたり、銀粉粒子の添加量を150質量部未満とすると、銀ペースト層を焼結した際の3次元的なマトリクス構造が充分に形成されずに、銀ペースト層の電気抵抗が増大する。一方、銀ナノ粒子100質量部あたり、銀粉粒子の添加量が10000質量部を越えると、銀ペースト中の銀ナノ粒子が少なくなりすぎ、微細な構造の固体電解質層表面に対する接触面積が減少し、接触抵抗が増大する。 As a result of studying various mixing ratios of silver nanoparticles and silver powder particles, the present inventors have found that the above ratio is the most effective for reducing the ESR of a solid electrolytic capacitor. It is. That is, if the addition amount of silver powder particles is less than 150 parts by mass per 100 parts by mass of silver nanoparticles, a three-dimensional matrix structure when the silver paste layer is sintered is not sufficiently formed, Electrical resistance increases. On the other hand, if the amount of silver powder particles exceeds 10000 parts by mass per 100 parts by mass of silver nanoparticles, the amount of silver nanoparticles in the silver paste becomes too small, and the contact area with respect to the surface of the solid electrolyte layer having a fine structure decreases. Contact resistance increases.
請求項2に記載の発明は、上記請求項1の固体電解コンデンサにおいて、固体電解質層が化学重合により形成された導電性高分子よりなることを特徴とするものである。
固体電解質として、化学重合により形成された導電性高分子を用いた場合には、その固体電解質層の表面が微細な凹凸を持つようになるため、前述した銀粉粒子と銀ナノ粒子を混合した銀ペーストを用いると、低ESR化の効果はより顕著なものとなる。
According to a second aspect of the present invention, in the solid electrolytic capacitor of the first aspect, the solid electrolyte layer is made of a conductive polymer formed by chemical polymerization.
When a conductive polymer formed by chemical polymerization is used as the solid electrolyte, the surface of the solid electrolyte layer has fine irregularities, so silver mixed with the silver powder particles and silver nanoparticles described above. When the paste is used, the effect of lowering the ESR becomes more remarkable.
請求項3に係る発明は、上記請求項2の固体電解コンデンサにおいて、導電性高分子が、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフェニレンビニレンまたはそれらの誘導体の何れかであることを特徴とするものである。
上記の導電性高分子は、化学重合によって重合が可能な物質であると共に、電導度が高いものであるため、陰極層に前述した銀粉粒子と銀ナノ粒子を混合した銀ペーストを用いると、固体電解質の良好な導電性を損なうことのない固体電解コンデンサを実現することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the solid electrolytic capacitor of the second aspect , the conductive polymer is any one of polythiophene, polypyrrole, polyaniline, polyphenylene vinylene, and derivatives thereof.
The conductive polymer is a substance that can be polymerized by chemical polymerization and has high conductivity. Therefore, when a silver paste in which the above-described silver powder particles and silver nanoparticles are mixed is used for the cathode layer, a solid is obtained. A solid electrolytic capacitor that does not impair the good conductivity of the electrolyte can be realized.
請求項4に記載の固体電解コンデンサの製造方法は、弁金属粉未を焼結してなる焼結体の表面に陽極酸化皮膜を形成したコンデンサ素子の上に、導電性高分子からなる固体電解質層を形成し、該導電性高分子層の上に、平均粒径が0.2〜20μmの銀粉粒子と平均粒径が1〜100nmの銀ナノ粒子とバインダーを混合してなる銀ペーストを塗布し、150〜350℃の温度範囲で焼結して3次元マトリクス構造の導電層を形成することを特徴とするものである。
The method for producing a solid electrolytic capacitor according to
平均粒径が0.2〜20μmの銀粉粒子と平均粒径が1〜100nmの銀ナノ粒子とバインダーを混合した銀ペーストを塗布した場合には、150〜350℃の温度範囲で焼結することにより、焼結後の銀ペースト層にマイクロクラックが生じることがなく、銀ペースト層の抵抗率が上昇することがない。なお、焼結温度が150℃未満であると銀ペースト層が焼結せず、一方、焼結温度が350℃を超えると、導電性高分子においてポリマーの分解が発生することもあり、導電性高分子層の特性の悪化を引き起こす。 When silver paste particles having an average particle diameter of 0.2 to 20 μm, silver nanoparticles having an average particle diameter of 1 to 100 nm and a binder are applied, sintering is performed at a temperature range of 150 to 350 ° C. Therefore, microcracks are not generated in the sintered silver paste layer, and the resistivity of the silver paste layer is not increased. If the sintering temperature is lower than 150 ° C., the silver paste layer does not sinter. On the other hand, if the sintering temperature exceeds 350 ° C., polymer decomposition may occur in the conductive polymer. It causes deterioration of the properties of the polymer layer.
また、請求項4に係る発明は、銀ナノ粒子100質量部あたり、前記銀粉粒子の添加量を150〜10000質量部の範囲としたことを特徴とする。
本発明者等が実験的に確認したところ、前記焼結温度範囲は、銀ナノ粒子100質量部あたり、前記銀粉粒子の添加量を150〜10000質量部の範囲とした場合に有効である。
The invention according to
When the present inventors have had experimentally confirmed, the sintering temperature range, per 100 parts by weight of silver nanoparticles, it is effective when a range of the addition amount of 150 to 10,000 parts by weight of the silver particles.
本発明によれば、固体電解コンデンサのESR特性の改善を図ることができる。また、本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法により、ESR特性をより改善した固体電解コンデンサを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the ESR characteristics of a solid electrolytic capacitor. Moreover, the solid electrolytic capacitor which improved the ESR characteristic more can be obtained with the manufacturing method of the solid electrolytic capacitor which concerns on this invention.
次に、本発明の実施の形態について、図1を参照して具体的に説明する。
図1において、コンデンサ素子1は、タンタル微粉末を直方体形状に成型し、焼結して形成されたものである。このコンデンサ素子1には、タンタルよりなる陽極導出線8が植設され、外部に導出されている。このコンデンサ素子1のタンタルの表面には、公知の方法により誘電体酸化皮膜が形成される。なお、このようなコンデンサ素子1を形成するには、タンタルの他、アルミニウム、ニオブ、チタン等の弁作用金属の粉末を用いることができる。
Next, an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIG.
In FIG. 1, a
このコンデンサ素子1に導電性高分子層2を形成するために、まずコンデンサ素子1を重合性モノマー溶液に浸漬する。この重合性モノマーとしては、チオフェン又はその誘導体が好適である。チオフェン又はその誘導体は、ポリピロール又はポリアニリンと比較して導電率が高いと共に熱安定性が特に優れているため、低ESRで耐熱特性に優れた固体電解コンデンサを得ることができるからである。なお、チオフェンの誘導体としては、次に掲げる構造のものを例示できる。
チオフェンの誘導体の中でも、3,4−エチレンジオキシチオフェンを用いるとより好適である。3,4−エチレンジオキシチオフェンは、酸化剤と接触することで、緩やかな重合反応によってポリ−(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDT)を生成するため、3,4−エチレンジオキシチオフェンのモノマー溶液を微細な構造を有するコンデンサ素子の内部にまで浸透した状態で重合させることができる。この結果、コンデンサ素子の内部にまで導電性高分子層を形成することができるようになり、固体電解コンデンサの静電容量の増大を図ることができる。 Among thiophene derivatives, 3,4-ethylenedioxythiophene is more preferable. Since 3,4-ethylenedioxythiophene produces poly- (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDT) by a gentle polymerization reaction when in contact with an oxidizing agent, 3,4-ethylenedioxy Polymerization can be performed in a state where the monomer solution of thiophene penetrates into the capacitor element having a fine structure. As a result, the conductive polymer layer can be formed even inside the capacitor element, and the capacitance of the solid electrolytic capacitor can be increased.
また、重合性モノマー溶液は、上記のような重合性モノマーを所定の溶媒で希釈したものである。希釈することによって、重合性モノマー溶液の粘性が低くなり、コンデンサ素子の内部にまで重合性モノマーが浸透しやすくなる。溶媒としては各種有機溶媒を用いることができるが、重合性モノマーとして3,4−エチレンジオキシチオフェンを用いた場合には、イソプロピルアルコールが適当である。 The polymerizable monomer solution is obtained by diluting the polymerizable monomer as described above with a predetermined solvent. By diluting, the viscosity of the polymerizable monomer solution becomes low, and the polymerizable monomer easily penetrates into the capacitor element. Various organic solvents can be used as the solvent, but isopropyl alcohol is suitable when 3,4-ethylenedioxythiophene is used as the polymerizable monomer.
コンデンサ素子を重合性モノマー溶液に所定時間浸漬した後、コンデンサ素子を引き上げ、大気中で放置する。この大気中への放置によって重合性モノマー溶液の溶媒であるイソプロピルアルコールが揮発し、3,4−エチレンジオキシテオフェンがコンデンサ素子に付着した状態となる。 After the capacitor element is immersed in the polymerizable monomer solution for a predetermined time, the capacitor element is pulled up and left in the air. By being left in the atmosphere, isopropyl alcohol, which is a solvent for the polymerizable monomer solution, is volatilized, and 3,4-ethylenedioxytheophene is attached to the capacitor element.
さらに、コンデンサ素子を酸化剤溶液に浸漬する。この酸化剤溶液としては、純水等の所定溶媒に過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩やスルホン酸塩を溶解した溶液を用いることができる。この酸化剤溶液への浸漬によって、重合性モノマーの重合が進行し、高分子化する。 Further, the capacitor element is immersed in an oxidant solution. As this oxidizing agent solution, a solution in which a persulfate such as ammonium persulfate or a sulfonate is dissolved in a predetermined solvent such as pure water can be used. By soaking in the oxidant solution, the polymerization of the polymerizable monomer proceeds and becomes a polymer.
以上のような工程によって、コンデンサ素子の内部にまで導電性高分子を形成する。そして、導電性高分子の重合を終えたコンデンサ素子を、純水による流水で洗浄する。その後コンデンサ素子を乾燥し、1回の重合を終える。 The conductive polymer is formed even inside the capacitor element by the process as described above. And the capacitor | condenser element which complete | finished superposition | polymerization of the conductive polymer is wash | cleaned with the flowing water by a pure water. Thereafter, the capacitor element is dried, and one polymerization is completed.
以上のような、重合性モノマー溶液への浸漬から乾燥までの工程を複数回繰り返し、所望の厚さの導電性高分子層を得る。このように導電性高分子層を化学重合により作成した場合には、重合性モノマーの重合が進行する方向を制御することが困難であるため、作製された導電性高分子層の表面は微細な凹凸を有するものとなる。 The steps from the immersion in the polymerizable monomer solution to the drying as described above are repeated a plurality of times to obtain a conductive polymer layer having a desired thickness. When the conductive polymer layer is prepared by chemical polymerization in this way, it is difficult to control the direction in which the polymerization of the polymerizable monomer proceeds, so the surface of the prepared conductive polymer layer is fine. It will be uneven.
さらに、純水洗浄、乾燥まで行った後、導電性高分子層2の上に銀ペーストを塗布する。この銀ペーストは、平均粒径が0.2〜20μmの銀粉粒子と平均粒径が1〜100nmの銀ナノ粒子とバインダーを、銀ナノ粒子100質量部あたり、前記銀粉粒子を150〜10000質量部の範囲で混合した銀ペーストを用いる。上記のような平均粒径が1〜100nmの銀ナノ粒子を銀ペースト中に含んでいるため、導電性高分子層表面の微細な凹凸に入り込み、導電性高分子層と銀ペースト層の接触面積が増大する。なお、バインダーとしては、レゾール型フェノール樹脂を主成分とする有機バインダー等が用いられる。
Furthermore, after performing pure water washing and drying, a silver paste is applied on the
そして、銀ペースト層を150〜350℃の温度範囲で焼結して導電層を形成する。この焼結によって、固体電解質層の表面への銀ペーストの密着性は維持されると共に、銀ペーストを焼結した際に、銀ナノ粒子と銀粉粒子が架橋するような形状で結合し、3次元的なマトリクス構造が形成される。このため、銀ナノ粒子と銀粉粒子の接触抵抗が減少すると共に、銀粉粒子中では銀のみで形成された導電経路が確保された状態となり、銀ペースト層3全体の抵抗率が低減することになる。また、上記の温度範囲では銀ペースト層3にマイクロクラックが発生することもない。従って、マイクロクラックによって、導電経路が遮断されることがなく、この点からも銀ペースト層3の抵抗率を低減させることができる。
And a silver paste layer is sintered in the temperature range of 150-350 degreeC, and a conductive layer is formed. By this sintering, the adhesion of the silver paste to the surface of the solid electrolyte layer is maintained, and when the silver paste is sintered, the silver nanoparticles and the silver powder particles are bonded in a shape that crosslinks, and the three-dimensional A typical matrix structure is formed. For this reason, the contact resistance between the silver nanoparticles and the silver powder particles is reduced, and a conductive path formed only of silver is secured in the silver powder particles, and the resistivity of the entire
以上のように、銀ペースト層3を形成した後、この銀ペースト層3の上に導電性接着材により陰極引出端子5を接合すると共に、前記陽極導出線8に陽極引出端子4を溶接等の手段により接合する。さらに、トランスファーモールドにより樹脂外装を行い、前記陰極引出端子5及び陽極引出端子4を所定の位置に折曲げて、チップ状の固体電解コンデンサを完成する。
As described above, after the
次に、より詳細な実施例に基づき、本発明について説明する。
(実施例)
コンデンサ素子として、大きさが3.5×4.6×1.7mm3のタンタル焼結体を用い、陽極線としてタンタル線を用いた陽極体を、0.05%燐酸水溶液中で90℃、20Vで180分陽極酸化し、脱イオン水の流水により洗浄して、乾燥を行いコンデンサ素子とした。
Next, the present invention will be described based on more detailed examples.
(Example)
As a capacitor element, a tantalum sintered body having a size of 3.5 × 4.6 × 1.7 mm 3 was used, and an anode body using a tantalum wire as an anode wire was heated at 90 ° C. in a 0.05% phosphoric acid aqueous solution. The capacitor element was anodized at 20 V for 180 minutes, washed with running deionized water and dried.
次に、このコンデンサ素子をブタノール50gと3,4−エチレンジオキシチオフェン50gとを混ぜ合わせてなるモノマー溶液に7分間浸漬し、次に遷移金属イオンを含む酸化剤としてパラトルエンスルホン酸第二鉄40gを60gのブタノールに溶解させて得た酸化剤溶液に15分間浸漬し、化学酸化重合を行い、コンデンサ素子を構成する陽極酸化皮膜上に導電性高分子層を形成した。そして、コンデンサ素子に付着した余分なモノマーや酸化剤を除去するために、ブタノールによる洗浄を5分間行った後、105℃で5分間乾燥した。次いで、前記コンデンサ素子を0.4%の燐酸水溶液中で60℃、20Vで30分再化成し、脱イオン水の流水により洗浄して乾燥を行った。その後、前記高分子層が所望の厚さになるまで、モノマー溶液への浸漬〜乾燥までの重合工程を4回繰り返した。 Next, this capacitor element is immersed in a monomer solution obtained by mixing 50 g of butanol and 50 g of 3,4-ethylenedioxythiophene for 7 minutes, and then ferric paratoluenesulfonate as an oxidizing agent containing transition metal ions. A conductive polymer layer was formed on the anodic oxide film constituting the capacitor element by immersing in 40 g of oxidant solution obtained by dissolving in 60 g of butanol for 15 minutes and performing chemical oxidative polymerization. And in order to remove the excess monomer and oxidant adhering to the capacitor element, it was washed with butanol for 5 minutes and then dried at 105 ° C. for 5 minutes. Next, the capacitor element was re-formed in a 0.4% phosphoric acid aqueous solution at 60 ° C. and 20 V for 30 minutes, washed with running deionized water and dried. Thereafter, the polymerization process from immersion in the monomer solution to drying was repeated four times until the polymer layer had a desired thickness.
次に、コンデンサ素子の導電性高分子層の上に、銀ペーストを塗布した。この銀ペーストは、平均粒径が3.9μmの銀粉粒子と平均粒径が5.0nmの銀ナノ粒子とを、銀ナノ粒子100質量部あたり前記銀粉粒子を400質量部添加したものに、レゾール型フェノール樹脂を主成分とする有機バインダーを90質量部混合し、さらにジエチレングリコールジブチルエーテルを100質量部添加した銀ペーストを用いた。そして、この銀ペーストを導電性高分子層の上に直接塗布した。 Next, a silver paste was applied on the conductive polymer layer of the capacitor element. This silver paste is obtained by adding 400 parts by mass of silver powder particles having an average particle diameter of 3.9 μm and silver nanoparticles having an average particle diameter of 5.0 nm to 100 parts by mass of silver nanoparticles. The silver paste which mixed 90 mass parts of organic binders which have a type phenol resin as a main component, and also added 100 mass parts of diethylene glycol dibutyl ether was used. And this silver paste was apply | coated directly on the conductive polymer layer.
その後、陽極線を陽極リードフレームに溶接すると共に、銀ペースト層に陰極リードフレームを接合し、銀ペーストを塗布したコンデンサ素子を室温状態で30分間放置した後、180℃の雰囲気で1時間放置し、銀ペースト層の焼結を行った。さらに、全体を樹脂でモールドし、リードフレームから陽極外部端子、陰極外部端子を切断し、樹脂外装に沿って折り曲げて、チップ型の固体電解コンデンサとした。 Thereafter, the anode wire is welded to the anode lead frame, the cathode lead frame is bonded to the silver paste layer, and the capacitor element coated with the silver paste is left at room temperature for 30 minutes, and then left at 180 ° C. for 1 hour. The silver paste layer was sintered. Further, the whole was molded with a resin, the anode external terminal and the cathode external terminal were cut from the lead frame, and bent along the resin sheath to obtain a chip-type solid electrolytic capacitor.
(従来例)
従来例として、実施例と同様にして導電性高分子層の形成まで行ったコンデンサ素子に、カーボン層を形成し、さらに平均粒径5μmの銀粉をバインダーと混合した銀ペースト層を形成し、その後の工程を実施例と同様に形成したチップ型固体電解コンデンサを用意した。
(Conventional example)
As a conventional example, a carbon layer is formed on a capacitor element that has been subjected to the formation of a conductive polymer layer in the same manner as in the examples, and further a silver paste layer in which silver powder having an average particle size of 5 μm is mixed with a binder is formed. A chip-type solid electrolytic capacitor formed in the same manner as in the example was prepared.
(比較例1)
比較例1として、実施例と同様にして導電性高分子層の形成まで行ったコンデンサ素子の導電性高分子層の上に、直接、平均粒径5μmの銀粉をバインダーと混合した銀ペースト層を形成し、その後の工程を実施例と同様に形成したチップ型固体電解コンデンサを用意した。
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, a silver paste layer in which silver powder having an average particle size of 5 μm was directly mixed with a binder on the conductive polymer layer of the capacitor element which was formed up to the formation of the conductive polymer layer in the same manner as in the example. A chip-type solid electrolytic capacitor was prepared, and the subsequent steps were formed in the same manner as in the example.
(比較例2)
比較例2として、実施例と同様にして導電性高分子層の形成まで行ったコンデンサ素子の導電性高分子層の上に、直接、平均粒径5nmの銀ナノ粒子をバインダーと混合した銀ペースト層を形成し、その後の工程を実施例と同様に形成したチップ型固体電解コンデンサを用意した。
(Comparative Example 2)
As Comparative Example 2, a silver paste in which silver nanoparticles having an average particle diameter of 5 nm were directly mixed with a binder on a conductive polymer layer of a capacitor element which was formed in the same manner as in the Examples until the formation of the conductive polymer layer A chip-type solid electrolytic capacitor in which a layer was formed and the subsequent steps were formed in the same manner as in the example was prepared.
(試験結果)
以上のようにして作製した各固体電解コンデンサについて電気的測定を行った。その結果を表1に示す。
Each solid electrolytic capacitor produced as described above was electrically measured. The results are shown in Table 1.
表1より明らかなように、従来の固体電解コンデンサは15.4mΩであるのに対し、本発明の実施例の固体電解コンデンサはESRが11.4mΩとなり、ESR特性の改善が図られていることが分かった。 As is apparent from Table 1, the conventional solid electrolytic capacitor is 15.4 mΩ, while the solid electrolytic capacitor of the embodiment of the present invention has an ESR of 11.4 mΩ, and the ESR characteristics are improved. I understood.
一方、平均粒径5μmの銀粉粒子のみを銀ペーストに用いた比較例1、平均粒径5nmの銀ナノ粒子のみを銀ペーストに用いた比較例2は、固体電解質層の上にカーボン層を形成していないにも関わらず、ESR特性は悪化した。これは、比較例1では、銀ペーストと固体電解質層との接触面積が低下したことによるものと考えられる。また、比較例2では、銀ペースト層中に発生したマイクロクラックにより、銀ペースト層の導電率が悪化したためと考えられる。 On the other hand, Comparative Example 1 using only silver powder particles having an average particle diameter of 5 μm as a silver paste and Comparative Example 2 using only silver nanoparticles having an average particle diameter of 5 nm as a silver paste form a carbon layer on the solid electrolyte layer. Despite not doing so, the ESR characteristics deteriorated. This is considered to be due to the decrease in the contact area between the silver paste and the solid electrolyte layer in Comparative Example 1. Moreover, in the comparative example 2, it is thought that the electrical conductivity of the silver paste layer deteriorated due to microcracks generated in the silver paste layer.
以上の結果より、本発明に係る固体電解コンデンサは、ESR特性が改善されることが確認できた。 From the above results, it was confirmed that the solid electrolytic capacitor according to the present invention has improved ESR characteristics.
1…コンデンサ素子
2…導電性高分子層
3…銀ペースト層
4…陽極引出端子
5…陰極引出端子
6…樹脂外装
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