JP5075466B2 - 電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して巻回されたコンデンサ素子を有する巻回形の電解コンデンサの製造方法に関する。

アルミニウム電解コンデンサは、一般的に次のようにして製造される。先ず、高純度のアルミニウム箔にエッチング処理を施して表面積を拡大させる。このアルミニウム箔に化成処理を施してコンデンサの誘電体となる酸化皮膜を形成させた陽極箔、および、エッチング処理された陰極箔を製造する。
この陽極箔および陰極箔（以後、併せて「電極箔」と呼称する）を、セパレータを介在して対向させた積層体とし、この積層体を巻回してコンデンサ素子を製造する。このコンデンサ素子においては、ポリプロピレン（ＰＰ）フィルムやポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム、ポリイミド（ＰＩ）フィルム等を基材として、片面に接着剤を塗布したテープ材および／または巻回終端部に塗布した接着剤で、巻回された積層体の端末が固定される。
続いて、このコンデンサ素子に、例えば、エチレングリコール（ＥＧ）やγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）を主溶媒とした電解液、またはポリチオフェン、ポリピロール等の固体電解質を含浸し、含浸後のコンデンサ素子を、一端に開口部を有するケース（主としてアルミニウム製ケースが用いられる）に収納する。このケースの開口部は、電極箔に接続されたリード線が挿通する封口材（イソブチレン−イソプレンラバー：ＩＩＲやエチレンプロピレンターポリマー：ＥＰＴのような弾性ゴムが用いられる）によって封止される。

さらに、面実装化に対応するため、例えば特許文献１に提示されているように、上述したアルミニウム電解コンデンサの封口材側の端部に絶縁板を装着し、この絶縁板に形成された端子溝に沿ってリード線を伸延させた、チップ形アルミニウム電解コンデンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。

近年、電子部品が搭載される基板、セットの小形化が進み、これに伴い電子部品の小形化、面実装化が進んでいる。これに伴って、面実装化されたチップ形アルミニウム電解コンデンサの需要が高まっている。このようなチップ形アルミニウム電解コンデンサは、リフローはんだ付け（リフロー実装）により、コンデンサ自体が高温の雰囲気下にさらされる。このため、チップ形アルミニウム電解コンデンサには高温環境に対応できる、高い耐熱性が求められている。

さらに、欧州のＲｏＨＳ指令に代表されるように、環境への配慮のため、実装に使用されるはんだが、従来の共晶はんだ（Ｓｎ−３７Ｐｂ：融点約１８３℃）から鉛を含まない無鉛はんだ（例えばＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ：融点約２１７℃）に切り替えられつつある。このため、リフロー実装時に、実装部品がおかれる温度はますます上昇している。これにより、チップ形アルミニウム電解コンデンサに対しては、ピーク温度が最大２６０℃になる高温度リフロー実装への対応が求められている。

この高温環境に対応するには、従来のリード形アルミニウム電解コンデンサに用いられてきたポリプロピレン（ＰＰ）フィルム基材の粘着テープでは、基材自体の耐熱性が不充分であり、１５０℃の高温下へおかれた場合や、リフロー実装後に、ポリプロピレンの熱収縮や溶融が生じてコンデンサ素子の巻きほぐれが生じ、電極箔の対向面積が減少することによる静電容量の低下、電極箔の対向間隔が広がることによる損失（ｔａｎδ）の増大、等のコンデンサの電気特性の低下が生じてしまう。これに対しては、上記の電解質に対して耐性があり、かつ、高い耐熱性を有しているポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム等のエンジニアリングプラスチックフィルムを基材とした粘着テープが用いられているが、この場合、フィルム基材の熱による収縮は発生しないものの、フィルムと粘着剤との剥離が生じ、結果として粘着テープが剥がれ、あるいは、コンデンサ素子が膨張して粘着テープがずれたりすることによって、コンデンサ素子の剥がれや巻きほぐれが生じることがある。巻回終端部に直接接着剤を塗布した場合も、上記と同様に巻きほぐれが生じることがある。

上記のコンデンサ素子の巻きほぐれへの対応策として、複合基材を用いた素子巻き止め用の粘着テープ材（例えば、特許文献２および３参照）、または特定の延伸成形を施した粘着テープ材（例えば、特許文献４参照）が提案されている。

特許第２７０３７１８号公報 特開平７−６２３０３号公報 特開２０００−１８８２４２号公報 特開２００２−２４９７３６号公報

上記の技術によると、テープ基材となるフィルム自体の耐熱性は向上するが、フィルムに塗布される粘着剤が従来のものと同様であれば、フィルムと粘着剤の剥離については改善されず、依然としてコンデンサ素子の剥がれや巻きほぐれの懸念が残る。

本発明の目的は、コンデンサ素子の剥がれや巻きほぐれを防止することができる電解コンデンサの製造方法を提供することである。

本発明の電解コンデンサの製造方法は、陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して巻回されたコンデンサ素子を形成するコンデンサ素子形成工程と、前記コンデンサ素子の巻回終端部を巻止め手段で巻止める巻止め工程と、前記巻止め手段に巻止められた前記コンデンサ素子に電解質を含浸させる含浸工程と、前記含浸後のコンデンサ素子を、熱収縮性を有する筒形樹脂の内部空間に配置しつつ、有底筒状のケースに収納し、前記筒形樹脂が熱収縮する温度で加熱する収納・加熱工程と、前記ケースの開口部を弾性封口体により封止し、前記陽極箔および前記陰極箔に電気的に接続されたリード線を、前記弾性封口体を介して外部に引き出す封止工程とを備えている。

また、本発明においては、前記筒形樹脂が、円筒形状を有していてもよい。

さらに、本発明においては、前記巻止め手段として前記粘着テープを用いる電解コンデンサであって、前記基材がポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、またはポリイミドであってもよい。

本発明によると、電解コンデンサが高温度下におかれ、粘着テープの剥がれや収縮、粘着部分のずれが生じた場合でも、コンデンサ素子の外周面が筒形樹脂により固定されているため、コンデンサ素子の剥がれや巻きほぐれを防止することができる。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態であるチップ形電解コンデンサの外観および内部構造を示す概略構成図である。まず、図１に示すように、チップ形電解コンデンサ１（以下、単に電解コンデンサ１と称す）は、コンデンサ素子２と、粘着テープ５と、筒形樹脂６と、アルミニウムケース３と、弾性封口体７と、支持部材４とを有している。

図２は、コンデンサ素子２の外観図である。図２に示すように、コンデンサ素子２は、陽極箔２１と陰極箔２２とを備えており、これら陽極箔２１と陰極箔２２とがセパレータ２３を介して巻回された構造を有する。

陽極箔２１は、アルミニウム等の弁作用金属で形成されている。この陽極箔２１の表面はエッチング処理により粗面化（エッチングピット形成）されるとともに陽極酸化（化成）による陽極酸化皮膜が形成されている。
また、陰極箔２２も陽極箔２１と同様にアルミニウム等で形成されており、その表面は粗面化（エッチングピット形成）されるとともに自然酸化皮膜または陽極酸化皮膜が形成されている。
なお、陽極箔、陰極箔の粗面化は、蒸着等のドライプロセスで形成してもよい。

また、セパレータ２３には電解液が保持されている（図示せず）。
つまり、陽極箔２１および陰極箔２２との間に介在するセパレータ２３に電解液が保持されている。
陽極箔２１と陰極箔２２とからはそれぞれリードタブが接続され、リードタブを介して陽極箔２１と陰極箔２２とからリード線２４がそれぞれ引き出されている。

図３は、粘着テープ５に巻止められたコンデンサ素子２の外観図である。図１および図３に示すように、粘着テープ５は、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド等の長尺状の基材にアクリル系接着剤を塗布したものであり、その長手方向がコンデンサ素子２の周方向に沿うようにコンデンサ素子２に巻き付けられている。これにより、陽極箔２１、陰極箔２２またはセパレータ２３の少なくとも１つの終端部が巻止められている。

図１に示す筒形樹脂６は、粘着テープ５に巻止められたコンデンサ素子２の外周面を被覆するものであり、円筒形状を有している。また、筒形樹脂６は、熱収縮性を有する樹脂により形成されており、後述する加熱工程（図４参照）において加熱されることにより、熱収縮される。

アルミニウムケース３は、有底筒形状を有するものであり、筒形樹脂６によって被覆されたコンデンサ素子２を収納している。
弾性封口体７は、アルミニウムケース３の開口部を封止するものであり、イソブチレン−イソプレンラバー（ＩＩＲ）やエチレンプロピレンターポリマー（ＥＰＴ）などの弾性ゴムで形成されている。また、コンデンサ素子２のリード線２４が、弾性封口体７に形成された貫通孔を介してアルミニウムケース３から引き出されている。
支持部材４は、絶縁材料からなるものであり、アルミニウムケース３を開口側から支持している。また、弾性封口体７を介してアルミニウムケース３から引き出されたコンデンサ素子２のリード線２４が、支持部材４に形成された貫通孔を介して外部に引き出されている。外部に引き出されたリード線２４は、支持部材４の下面に沿って伸延するように折り曲げられている。

次に、電解コンデンサ１の製造方法について、図４および図５を参照して説明する。図４は、電解コンデンサ１の製造方法を示す工程フロー図である。図５は、収納工程および加熱工程後における電解コンデンサ１の断面図である。
図４に示すように、電解コンデンサ１の製造方法は、コンデンサ素子形成工程、巻止め工程、含浸工程、収納工程、封止工程および加熱工程を有している。

コンデンサ素子形成工程においては、コンデンサ素子２を形成する。具体的には、まず、電極の実効表面積を大きくするために、陽極箔２１および陰極箔２２の表面にエッチング処理を施して粗面化する。
さらに、粗面化された陽極箔２１の表面に化成処理を施して陽極酸化皮膜を形成し、陰極箔２２は、耐水性処理および／または熱処理にて自然酸化皮膜を形成する。
そして、陽極酸化皮膜、自然酸化皮膜が形成された陽極箔２１と陰極箔２２とのそれぞれにリードタブを介してリード線２４を接続するとともに、これら陽極箔２１と陰極箔２２とをセパレータ２３を介して巻回し、円柱形のコンデンサ素子２を製作する（図２参照）。

巻止め工程においては、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド等の長尺状の基材にアクリル系接着剤を塗布した粘着テープ５を準備し、その粘着テープ５を、長手方向がコンデンサ素子２の周方向に沿うようにコンデンサ素子２に巻き付ける。これにより、陽極箔２１、陰極箔２２またはセパレータ２３の少なくとも１つの終端部が巻止められる（図３参照）。

含浸工程ではコンデンサ素子２を電解液に浸漬して、コンデンサ素子２に電解液を含浸させるか、重合反応により、導電性高分子をコンデンサ素子２に形成させる。

収納工程においては、図５（ａ）に示すように、熱収縮性を有する筒形樹脂６をアルミニウムケース３内に配置する。なお、この筒形樹脂６の内径は、コンデンサ素子２の外形より大きくなっている。
続いて、粘着テープ５で巻止められたコンデンサ素子２が、アルミニウムケース３内に配置された筒形樹脂６の内部空間に配置されるように、ケース内に収納される。
なお、コンデンサ素子２をアルミニウムケース３に収納した後、電解液を注入し、コンデンサ素子に電解液を含浸してもよい。

封止工程においては、アルミニウムケース３の開口部から弾性封口体７を挿入し、開口部付近を加締めることによって、該ケース３の開口部を封止する。このとき、コンデンサ素子２のリード線２４を、弾性封口体７に形成された貫通孔を介してアルミニウムケース３から引き出す。これによって、電解コンデンサが形成される。

そして、加熱工程においては、電解コンデンサ１に対して加熱処理を行う。これにより、図５（ｂ）に示すように、筒形樹脂６が熱収縮を起こしてコンデンサ素子２の外周面と密着する。さらに、最後にエージングを行って、電解コンデンサ１の製造が完了する。

チップ形電解コンデンサにおいては、この後、電解コンデンサ１を開口側から支持するように、支持部材４をケース３に組み付ける。このとき、弾性封口体７を介してケース３から引き出されたコンデンサ素子２のリード線２４を、支持部材４に形成された貫通孔を介して外部に引き出し、さらに、外部に引き出されたリード線２４を、支持部材４の下面に沿って伸延するように折り曲げることによって、リフロー等による面実装に対応可能な形状を容易に形成させることができる。

次に、本発明の製造方法の具体的な実施例１、２を比較例１、２と合わせて説明する。
なお、実施例１、２および比較例の製造方法によって製造された各電解コンデンサは、電圧定格５０Ｖ、静電容量２２０μＦ、製品サイズφ１０×１０ｍｍＬのチップ形アルミニウム電解コンデンサである。

［実施例１］
実施例１の電解コンデンサの粘着テープは、ポリプロピレンフィルムを基材とし、アクリル系粘着剤を使用し、熱収縮性を有する樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（テフロン：登録商標）の筒形樹脂を使用した。そして、加熱工程において、１２０℃で５分間の熱処理を行うことによって、筒形樹脂を熱収縮させた。

［実施例２］
実施例２の電解コンデンサの粘着テープは、ポリプロピレンフィルムを基材とし、アクリル系粘着剤を使用し、熱収縮性を有する樹脂であるエチレン−プロピレンゴムの筒形樹脂を使用した。そして、加熱工程において、１２０℃で５分間の熱処理を行うことによって、筒形樹脂を熱収縮させた。

（比較例１）
比較例１の電解コンデンサの粘着テープは、ポリフェニレンサルファイドフィルムを基材とし、アクリル系粘着剤を使用した。この電解コンデンサは、コンデンサ素子を被覆する筒形樹脂を有していない。

（比較例２）
比較例２の電解コンデンサの粘着テープは、ポリプロピレンフィルムを基材とし、アクリル系粘着剤を使用した。比較例１と同様、この電解コンデンサは、コンデンサ素子を被覆する筒形樹脂を有していない。

上記４種類の製品を用いて、リフロー耐熱性試験を実施した。試験数は各２０個とした。リフロー条件は、コンデンサ本体表面温度でピーク２６０℃、２３０℃を超える時間が６０秒である。リフロー処理回数は２回とした。この試験結果を表１および表２に示す。

リフロー耐熱性試験の結果、表１の１回目のリフロー処理後では、比較例２の電解コンデンサの２０個全てにおいて、実施例１、２および比較例１と比較して大きな電気特性劣化が確認された。比較例２の電解コンデンサの内部構造をＸ線透過によって確認した結果、２０個全てにおいてコンデンサ素子の巻きほぐれが確認された。さらに、これらを分解しコンデンサ素子の状態を確認した結果、２０個全てにおいて粘着テープの収縮および接着面のずれが発生しており、内１７個は完全に接着面が失われていた。

また、表２の２回目のリフロー処理後では、比較例１の電解コンデンサの２０個中１個が実施例１、２に比べて大きな特性劣化を示した（比較例２の電解コンデンサについては２回目のリフロー処理を行っていない）。この電解コンデンサの内部構造をＸ線透過によって確認した結果、コンデンサ素子の粘着テープ巻き終り部が大きく浮き上がった状態となっているのが確認された。さらに、これを分解しコンデンサ素子の状態を確認した結果、粘着テープの収縮は見られないものの、接着面のずれが生じていた。これに対し、実施例１、２の電解コンデンサにおいては、比較例１、２で見られたような電気特性の大幅な劣化や、コンデンサ素子の粘着テープ巻き終り部が浮き上がり、巻きほぐれは確認されなかった。さらに、実施例１、２の電解コンデンサを分解しコンデンサ素子の状態を確認した結果、粘着テープの収縮は生じていたが、筒形樹脂によりコンデンサ素子は元の状態のまま固定されていることが確認された。

このように、本実施形態の電解コンデンサ１が高温度下におかれ、粘着テープの剥がれや収縮、粘着部分のずれが生じた場合でも、コンデンサ素子２の外周面が筒形樹脂６により固定されているため、コンデンサ素子２の剥がれや巻きほぐれを防止される。つまり、電解コンデンサ１の耐熱性が向上することが確認された。

そして、筒形樹脂６が円筒形状を有しているため、コンデンサ素子２との密着度が向上する。

また、コンデンサ素子２の外形よりも大きい内径を有する筒形樹脂６が熱収縮性を有しているため、収納工程において、コンデンサ素子２を、筒形樹脂６の内部空間に容易に配置することができるとともに、加熱工程において加熱処理されることにより、筒形樹脂６が熱収縮し、コンデンサ素子と確実に密着する。

なお、本実施形態においては、筒形樹脂が円筒形状を有しているが、四角筒形状や六角筒形状など多角筒形状を有していてもよい。

さらに、本実施形態においては、粘着テープ５が、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド等の長尺状の基材にアクリル系接着剤を塗布したものとなっているが、基材が他の材料から形成されていてもよいし、他の種類の接着剤を用いてもよい。
また、基材を用いず、直接接着剤を巻回終端部に塗布して固定してもよい。

そして、本実施形態では、収納工程において、筒形樹脂６をアルミニウムケース３内に配置した後に、コンデンサ素子２を、筒形樹脂６の内部空間に配置されるように、アルミニウムケース３内に収納する構成であるが、コンデンサ素子２を、筒形樹脂６の内部空間に配置された状態で、アルミニウムケース３内に収納する構成であってもよい。

なお、本実施形態においては、コンデンサ素子に電解液を含浸させた電解コンデンサに本発明を適用した例について説明したが、本発明は固体電解コンデンサにも適用可能である。

本実施形態であるチップ形電解コンデンサの外観および内部構造を示す概略構成図である。 図１に示すコンデンサ素子の外観図である。 図１に示す粘着テープに巻止められたコンデンサ素子の外観図である。 図１に示す電解コンデンサの製造方法を示す工程フロー面図である。 図４に示す収納工程および加熱工程後における電解コンデンサの断面図である。

符号の説明

１ チップ形電解コンデンサ
２ コンデンサ素子
３ アルミニウムケース
４ 支持部材
５ 粘着テープ
６ 筒形樹脂
７ 弾性封口体
２１ 陽極箔
２２ 陰極箔
２３ セパレータ
２４ リード線

Claims (3)

1. 陽極箔と陰極箔とがセパレータを介して巻回されたコンデンサ素子を形成するコンデンサ素子形成工程と、
   前記コンデンサ素子の巻回終端部を巻止め手段で巻止める巻止め工程と、
   前記巻止め手段に巻止められた前記コンデンサ素子に電解質を含浸させる含浸工程と、
   前記含浸後のコンデンサ素子を、熱収縮性を有する筒形樹脂の内部空間に配置しつつ、有底筒状のケースに収納し、前記筒形樹脂が熱収縮する温度で加熱する収納・加熱工程と、
   前記ケースの開口部を弾性封口体により封止し、前記陽極箔および前記陰極箔に電気的に接続されたリード線を、前記弾性封口体を介して外部に引き出す封止工程とを備えていることを特徴とする電解コンデンサの製造方法。
2. 前記筒形樹脂が、円筒形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサの製造方法。
3. 前記巻止め手段として前記粘着テープを用いる請求項１または２に記載の電解コンデンサの製造方法であって、
   前記基材がポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、またはポリイミドである電解コンデンサの製造方法。
   

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