JP5093978B2 - Solid electrolytic capacitor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、エッチング箔に化成皮膜を形成したものを陰極部に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 using a cathode formed with a chemical conversion film formed on an etching foil, and a method for manufacturing the same.
スイッチング電源用コンデンサでは平滑やデカップリング等の用途により数アンペアを超える大電流が流れ、過渡応答を有する用途例えば、VRM(Voltage Regulate Module)電源では、電流変化が数百A/μs以上の急峻な値を呈する。このような用途に適合する電解コンデンサでは、放電直後、数μsの短時間での大電流放電が求められる。 In a capacitor for switching power supply, a large current exceeding several amperes flows due to applications such as smoothing and decoupling. For example, in a VRM (Voltage Regulate Module) power supply, the current change is steep with a few hundred A / μs or more. Presents a value. An electrolytic capacitor suitable for such an application requires a large current discharge in a short time of several μs immediately after the discharge.
このような用途に適した固体電解コンデンサでは低抵抗化が要請され、その製造方法はエッチング箔に化成皮膜を形成して陰極部とし、その表面に窒化チタン、炭化チタン等からなる導体層を設置している(例えば、特許文献1参照)。 Solid electrolytic capacitors suitable for such applications are required to have low resistance, and the manufacturing method is to form a cathode film by forming a chemical conversion film on the etching foil, and a conductor layer made of titanium nitride, titanium carbide, etc. is provided on the surface. (For example, refer to Patent Document 1).
また、化成皮膜の一部を除去することにより導体層と陰極部とを導通させると、陰極部の静電容量が無限大となり、固体電解コンデンサとしての静電容量が増大し、また、固体電解質と化成皮膜との密着性が高められると、ESR(等価直列抵抗)が低減する(特許文献1参照)。
しかしながら、前述のスイッチング電源には、静電容量1000〔μF〕以下の固体電解コンデンサが使われることが多いが、このような数十〜数百〔kHz〕の高周波領域で用いられると、高周波領域で静電容量が低下することが判明した。 However, a solid electrolytic capacitor having a capacitance of 1000 [μF] or less is often used for the switching power supply described above, but when used in such a high frequency region of several tens to several hundreds [kHz], the high frequency region is used. It was found that the capacitance decreased.
ところで、このような固体電解コンデンサは、素子の巻回、積層等の工程で陽極箔に生じた損傷部分を修復するための処理として、化成液中にコンデンサ素子を浸して化成処理(修復化成、再化成) を行う。この際、陰極には電位が生じる。この電位が高いと、高周波域での静電容量の低下が大きくなることが本発明者により実験で確認された。 By the way, such a solid electrolytic capacitor is formed by immersing a capacitor element in a chemical conversion solution as a process for repairing a damaged portion generated in the anode foil in a process such as element winding or lamination (repair formation, Re-forming). At this time, a potential is generated at the cathode. It has been experimentally confirmed by the present inventor that the capacitance decreases in a high frequency region when this potential is high.
そこで、本発明は、固体電解コンデンサに関し、その低抵抗化を図ることを第1の目的とし、製造工程で陰極に生じる電位を低減させて高周波領域の静電容量の低下の防止を図ることを第2の目的とする。
Accordingly, the present invention relates to a solid electrolytic capacitor with a first object of reducing its resistance and reducing the potential generated at the cathode in the manufacturing process to prevent a decrease in capacitance in the high frequency region. Second purpose.
上記第1の目的を達成するため、本発明の固体電解コンデンサは、エッチングが施された陰極側電極箔と、この陰極側電極箔のエッチング面に形成された化成皮膜と、この化成皮膜の表面に形成されるとともに、前記化成皮膜を貫通して前記陰極側電極箔に導通させた導体層と、この導体層との間に固体電解質層を介在させて設置された陽極側電極箔とを備え、前記導体層が炭化チタンで形成され、前記固体電解質層との接触抵抗を含めた抵抗値が0.01〔Ω〕以下、好ましくは0.005〔Ω〕以下に設定された構成としている。 In order to achieve the first object, a solid electrolytic capacitor of the present invention includes an etched cathode side electrode foil, a conversion film formed on the etched surface of the cathode side electrode foil, and a surface of the conversion film. A conductive layer that penetrates the chemical conversion film and is conducted to the cathode-side electrode foil, and an anode-side electrode foil that is disposed with a solid electrolyte layer interposed between the conductive layer and the conductive layer. The conductor layer is made of titanium carbide, and the resistance value including the contact resistance with the solid electrolyte layer is set to 0.01 [Ω] or less, preferably 0.005 [Ω] or less.
上記第2の目的を達成するため、本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、エッチングが施された陰極側電極箔と、この陰極側電極箔のエッチング面に形成された化成皮膜と、この化成皮膜の表面に形成されるとともに、前記化成皮膜を貫通して前記陰極側電極箔に導通させた導体層と、この導体層との間に固体電解質層を介在させて設置された陽極側電極箔とを備える固体電解コンデンサの製造方法であって、前記導体層が炭化チタンで形成され、2〔V〕以下、好ましくは1〔V〕以下の電位を加える工程を含み、前記導体層の前記固体電解質層との接触抵抗を含めた抵抗値が0.01〔Ω〕以下に設定される構成としている。 In order to achieve the second object, a method for producing a solid electrolytic capacitor of the present invention comprises an etched cathode side electrode foil, a chemical conversion film formed on the etched surface of the cathode side electrode foil, and the chemical conversion film. A conductor layer formed on the surface of the film and passing through the chemical conversion film and conducted to the cathode side electrode foil, and an anode side electrode foil disposed with a solid electrolyte layer interposed between the conductor layer a method of manufacturing a solid electrolytic capacitor comprising bets, the conductor layer is formed by titanium carbide, 2 [V] or less, preferably saw including the step of adding a potential of 1 [V] or less, the said conductor layer The resistance value including the contact resistance with the solid electrolyte layer is set to 0.01 [Ω] or less .
本発明は、上記構成により、次のような効果が得られる。 According to the present invention, the following effects can be obtained from the present invention.
(1) 本発明の固体電解コンデンサによれば、ESRを低減させることができる。 (1) According to the solid electrolytic capacitor of the present invention, ESR can be reduced.
(2) 本発明の固体電解コンデンサの製造方法によれば、陰極部に発生する電位を抑えたので、製造に起因する静電容量の低下を防止できる。
(2) According to the method for manufacturing a solid electrolytic capacitor of the present invention, since the potential generated in the cathode portion is suppressed, it is possible to prevent a decrease in capacitance caused by the manufacturing.
本発明の固体電解コンデンサ及びその製造方法について、図1を参照して説明する。図1は、固体電解コンデンサの概要を示す断面図である。 The solid electrolytic capacitor and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an outline of a solid electrolytic capacitor.
この固体電解コンデンサはコンデンサ素子2を備えており、このコンデンサ素子2は陰極側電極部として陰極側電極箔4、第1の化成皮膜6、導体層としての被覆層8、固体電解質層10、第2の化成皮膜12及び陽極側電極部として陽極側電極箔14等を備えている。陰極側電極箔4は弁金属、皮膜形成金属である例えば、アルミニウム等の金属材料で形成され、その形態は箔で構成されている。この陰極側電極箔4は、その表面にエッチング処理等の処理により、表面積の拡大化が図られ、そのエッチング面16にはピット部18が形成されている。
The solid electrolytic capacitor includes a
この陰極側電極箔4のエッチング面16には、陰極側電極箔4の化成液への浸漬等により、既述の化成皮膜6が形成されている。この化成皮膜6は、エッチング面16のピット部18の内壁部にも侵入させてある。
The above-described
このような化成皮膜6が形成された陰極側電極箔4には、導体の蒸着処理により、被覆層8が形成されている。この被覆層8を形成する導体材料には例えば、炭化チタン(TiC)が用いられる。
A
また、導体の蒸着処理により、化成皮膜6には部分的に化成皮膜6の除去により透孔部20が形成され、被覆層8は透孔部20に侵入させ、陰極側電極箔4との電気的な導通が図られている。
Further, through the vapor deposition process of the conductor, a through-
そして、被覆層8の表面部と陽極側電極箔14側の化成皮膜12との間には固体電解質層10として例えば、導電性ポリマー(PEDT)が設置され、この固体電解質層10は、ピット部18の内壁に沿って形成された化成皮膜6にも接触している。即ち、陰極側電極箔4、化成皮膜6、被覆層8及び固体電解質層10を以て陰極部22が構成されている。
And between the surface part of the
また、陽極側電極箔14は、陰極側電極箔4と同様に弁金属、皮膜形成金属である例えば、アルミニウム等の金属材料で形成され、その形態は箔で構成されている。この陽極側電極箔14の表面には、陽極側電極箔14の化成液への浸漬等により、既述の化成皮膜12が形成されている。即ち、この化成皮膜12及び陽極側電極箔14を以て陽極部24が構成されている。
Further, the anode
この固体電解コンデンサを構成するコンデンサ素子2は、例えば、陰極部22及び陽極部24を巻回することにより、巻回型素子として構成することができる。
The
そして、このコンデンサ素子2の等価回路について、図2を参照して説明する。図2は既述のコンデンサ素子2に重ねて表示した等価回路を示している。
An equivalent circuit of the
このコンデンサ素子2の陰極端子26と陽極端子28との間には、化成皮膜6で静電容量Cc、被覆層8及び固体電解質層10との接触抵抗を含む抵抗Rc、固体電解質層10で抵抗Rp、化成皮膜12で静電容量Ca及びインダクタンスLが形成されている。インダクタンスLは、陰極側電極箔4、陽極側電極箔14、陰極端子26、陽極端子28等に電流が流れることにより生じる。
Between the
そこで、低周波領域では、1/ωCc≫Rcとなり、抵抗Rc、Rp、静電容量Ca及びインダクタンスLの直列回路を通して電流ルート30が形成されるのに対し、高周波領域では、1/ωCc≪Rcとなり、静電容量Cc、抵抗Rp、静電容量Ca及びインダクタンスLの直列回路を通して電流ルート32が形成される。この結果、高周波領域では、化成皮膜6、12の静電容量Cc、Caが発生してコンデンサ素子2の静電容量Cが低下する。即ち、この静電容量Cは、
Therefore, in the low frequency region, 1 / ωCc >> Rc, and the
C=Ca・Cc/(Ca+Cc) ・・・(1)
で与えられる。例えば、Ca=Ccと仮定すれば、式(1)の静電容量Cは、C=Ca/2又はCc/2となるから、静電容量Cの低下することが理解できる。
C = Ca · Cc / (Ca + Cc) (1)
Given in. For example, if it is assumed that Ca = Cc, the capacitance C in the formula (1) becomes C = Ca / 2 or Cc / 2, and therefore it can be understood that the capacitance C decreases.
このように、高周波領域で静電容量が低下するのは、製造工程で修復化成中に発生する電位が高いことに起因するものであり、その電位が陰極側電極箔4に化成皮膜6を形成することによる被覆層8の抵抗の上昇、被覆層8と固体電解質層10との間の接触抵抗の上昇等を生じさせるものと推測される。この部分の抵抗即ち、既述の抵抗Rcが上昇して、高周波領域では、電流ルート32の形成により、静電容量が低下する。従って、抵抗Rcを一定の値以下に抑えれば、高周波領域でも電流ルート30により静電容量の低下を抑えることができる。
As described above, the decrease in the capacitance in the high frequency region is caused by the high potential generated during the repair formation in the manufacturing process, and the potential forms the
次に、本発明の固体電解コンデンサ及びその製造方法の実施例について説明する。 Next, examples of the solid electrolytic capacitor and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described.
陰極側電極箔4及び陽極側電極箔14には、弁金属として例えば、アルミニウム、タンタルからなる箔が用いられ、陰極側電極箔4の表面はエッチング処理が施されて表面積の拡大化が図られている。陽極側電極箔14には例えば、エッチング箔が用いられている。
For the cathode side electrode foil 4 and the anode
陰極側電極箔4のエッチング面16には化成処理が施されて化成皮膜6が形成され、また、この化成皮膜6側に対向する陽極側電極箔14の対向面部にも化成処理が施されて化成皮膜12が形成される。また、陰極側電極箔4の化成皮膜6の表面には炭化チタン又は窒化チタンを蒸着し、被覆層8が形成される。化成皮膜6には複数の透孔部20を形成し、表面に形成された被覆層8が透孔部20を貫通して陰極側電極箔4に到達するように処理しておく。そして、これらの処理を経た陰極側電極箔4及び陽極側電極箔14はセパレータを介して巻回することにより、コンデンサ素子2として構成される。
The
このコンデンサ素子2にEDT(エチレンジオキシチオフェン)及び酸化剤を含浸させる。酸化剤には例えば、p−トルエンスルホン酸第二鉄のブタノール溶液が使用され、処理温度を例えば、150℃に設定し、1時間加熱重合して導電性ポリマーであるPEDT(ポリエチレンジオキシチオフェン)を生成させ、固体電解質層10が形成される。そして、コンデンサ素子2をケースに収容し、そのケースを封止することにより製品としての固体電解コンデンサが得られる。この固体電解コンデンサの定格は、2.5〔WV〕−680〔μF〕である。
The
そして、この固体電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子2の被覆層8に炭化チタン又は窒化チタンを使用し、実施例1では、被覆層8に炭化チタンを使用し、製造工程中にかかる電位を0.8〔V〕、実施例2では、被覆層8に炭化チタンを使用し、製造工程中にかかる電位を2〔V〕、実施例3では、被覆層8に窒化チタンを使用し、製造工程中にかかる電位を、0.8〔V〕に設定し、周波数30〔kHz〕、50〔kHz〕、100〔kHz〕について静電容量を測定するとともに、周波数120〔kHz〕を基準とした静電容量の変化率〔%〕を求めた。その結果を表1に示す。
In this solid electrolytic capacitor, titanium carbide or titanium nitride is used for the
これらの実施例1〜3から明らかなように、製造工程中に被覆層8にかかる電位を2〔V〕以下、好ましくは1〔V〕以下に設定することにより、静電容量の変化率を低くすることができる。
As is clear from these Examples 1 to 3, by setting the potential applied to the
表1から明らかなように、静電容量Cの低下率を15%以下に抑えられるのは、Rc<0.01Ω、20%以下に抑えられるのは、Rc<0.005Ωであることが判る。 As is apparent from Table 1, it can be seen that the decrease rate of the capacitance C can be suppressed to 15% or less, and that Rc <0.01Ω, and that 20% or less can be suppressed is Rc <0.005Ω. .
そして、この固体電解コンデンサについて、被覆層8を炭化チタンで形成し、製品Aでは製造工程中に電位を0.8〔V〕に設定し、製品Bでは製造工程中に電位を2.0〔V〕に設定した場合の静電容量Cの変化を測定した。その結果を図3に示す。
And about this solid electrolytic capacitor, the
このような実施例から明らかなように、高周波領域での静電容量Cの低下を抑制できるとともに、被覆層8に炭化チタンを使用し、製造工程中に掛かる電位を1〔V〕以下に抑えれば、静電容量Cの低下を抑制できることが判明した。
As is clear from these examples, the decrease in the capacitance C in the high frequency region can be suppressed, and titanium carbide is used for the
さらに詳述すれば、コンデンサ素子2の液中化成時に陽極側電極箔14に流れる電流が大きいほど、また、その化成液の抵抗が高いほど、間接給電の影響で化成バスに対して陰極側電極箔4の電位が高くなることが判明している。そこで、通常の素子化成後に陰極側電極箔4に化成を施し、特性の影響を精査したところ、その結果より陰極側電極箔4の化成時間を延ばすほど、高周波領域の静電容量Cの変化容量ΔCapの落ち込み量が増加し、tanδの上昇や低周波領域でのESRの上昇が観測された。
More specifically, the larger the current flowing through the anode
既述したように、陰極側電極箔4側に形成された被覆層8に炭化チタン(TiC)を用いたTiC仕様の等価回路(図2)では、低周波領域では陰極側電極箔4の表面側の被覆層(TiC層)8の抵抗、その表面とポリマー(PEDT) の接触抵抗とからなる抵抗Rcより陰極側電極箔4のインピーダンス(1/ωCc)が大きいため、電流はその被覆層(TiC層)8に流れ、陰極側電極箔4の容量の影響を受けず、製品容量はほぼ陽極側電極箔14で形成される静電容量となる。高周波領域では抵抗Rcよりインピーダンス(1/ωCc)が小さくなり、逆に被覆層(TiC層)8に流れ難くなるため、陰極側電極箔4の容量の影響が出る。そこで、その等価回路に、固体電解コンデンサの量産品の特性値を当てはめ、周波数特性のシミュレーションを行ったところ、抵抗Rcを大きくしていくと、静電容量Cの変化容量ΔCapが増大することが判明した。そして、被覆層8をTiN又はTiCで構成した場合、TiCを用いた製品では、TiNを用いた製品に比較し、固体電解質層10を構成するポリマーとの接触抵抗を含む抵抗Rcが小さく、高周波領域での変化容量ΔCapが小さくなる。
As described above, in the equivalent circuit of the TiC specification (FIG. 2) in which titanium carbide (TiC) is used for the
このような検証の結果、TiC仕様の量産品で高周波領域での変化容量ΔCapの落ち込みが大きいものがあるが、その要因は、コンデンサ素子2の化成時に陰極側電極箔4が化成バスに対して電位を持つために電気化学的な酸化が発生するものと推定され、その検証の結果、その特性が再現された。コンデンサ素子2を巻回素子とした場合、そのばらつきで擬似的にショート状態のものが存在するので、コンデンサ素子2の化成時に陰極側電極箔4がその影響を受けることがある。このような状態のコンデンサ素子2の等価回路を作成し、Ti系蒸着箔の表面と固体電解質層10を構成するポリマーとの抵抗が増加した場合のシミュレーションを行ったところ、実際の周波数特性に近い値が得られた。
As a result of such verification, there is a TiC specification mass-produced product that has a large drop in the change capacity ΔCap in the high-frequency region. The cause is that the cathode-side electrode foil 4 is in contact with the formation bus when the
次に、上記実施形態の変形例について列挙する。 Next, modifications of the above embodiment will be listed.
(1) 電極箔4、14について、上記実施例ではアルミニウムを使用した例を説明したが、電極箔にはアルミニウム以外の弁金属を用いてもよい。 (1) For the electrode foils 4 and 14, an example in which aluminum is used has been described in the above embodiment, but a valve metal other than aluminum may be used for the electrode foil.
(2) コンデンサ素子2について、上記実施形態では巻回型素子を例示したが、巻回型素子以外の素子構成としてもよい。
(2) Regarding the
以上述べたように、本発明の最も好ましい実施形態等について説明したが、本発明は上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は、発明を実施するための最良の形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であり、斯かる変形や変更が本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。
As described above, the most preferred embodiment of the present invention has been described. However, the present invention is not limited to the above description, and is described in the claims or the best for carrying out the invention. Various modifications and changes can be made by those skilled in the art based on the gist of the invention disclosed in the embodiments, and it goes without saying that such modifications and changes are included in the scope of the present invention.
本発明によれば、固体電解コンデンサに関し、ESRの低減とともに、静電容量の低下を抑制でき、品質を向上させた固体電解コンデンサを提供できる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solid electrolytic capacitor can provide the solid electrolytic capacitor which can suppress the fall of an electrostatic capacitance with the reduction of ESR, and improved the quality regarding a solid electrolytic capacitor.
2 コンデンサ素子
4 陰極側電極箔
6、12 化成皮膜
8 被覆層(導体層)
10 固体電解質層
14 陽極側電極箔
16 エッチング面
2 Capacitor element 4 Cathode
DESCRIPTION OF
Claims (2)
この陰極側電極箔のエッチング面に形成された化成皮膜と、
この化成皮膜の表面に形成されるとともに、前記化成皮膜を貫通して前記陰極側電極箔に導通させた導体層と、
この導体層との間に固体電解質層を介在させて設置された陽極側電極箔と、
を備え、前記導体層が炭化チタンで形成され、前記固体電解質層との接触抵抗を含めた抵抗値が0.01〔Ω〕以下に設定された固体電解コンデンサ。 Etched cathode side electrode foil,
A chemical conversion film formed on the etched surface of the cathode-side electrode foil;
A conductor layer formed on the surface of the chemical film and conducted through the chemical film and conducted to the cathode-side electrode foil;
An anode-side electrode foil installed with a solid electrolyte layer interposed between the conductor layer,
A solid electrolytic capacitor in which the conductor layer is formed of titanium carbide, and a resistance value including a contact resistance with the solid electrolyte layer is set to 0.01 [Ω] or less.
前記導体層が炭化チタンで形成され、2〔V〕以下の電位を加える工程を含み、前記導体層の前記固体電解質層との接触抵抗を含めた抵抗値が0.01〔Ω〕以下に設定される固体電解コンデンサの製造方法。 An etched cathode side electrode foil, a chemical conversion film formed on the etched surface of the cathode side electrode foil, and formed on the surface of the chemical conversion film and penetrating through the chemical conversion film, the cathode side electrode foil A method for producing a solid electrolytic capacitor comprising: a conductive layer conducted to a conductive layer; and an anode-side electrode foil placed with a solid electrolyte layer interposed between the conductive layer,
The conductor layer is formed of titanium carbide, and includes a step of applying a potential of 2 [V] or less, and a resistance value including a contact resistance of the conductor layer with the solid electrolyte layer is set to 0.01 [Ω] or less. Manufacturing method of a solid electrolytic capacitor.
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