JP5099831B2 - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents
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Description
通電手法としては、例えば、導電体を陽極として、もしくは導電体に接触してあるいは近傍に配置した外部電極を陽極として半導体層形成溶液中に設けられた陰極板に対して通電することにより誘電体層上に半導体層が形成される。通電手法として定電圧法、定電流法またはこれらの組み合わせがあるが、多数個の導電体に同時に通電して半導体層を形成する場合に安定に半導体層を形成するために定電流法を用いることが好ましい。
1.陽極リードが接続された導電体粉末の焼結体に、誘電体酸化皮膜、半導体層及び電極層を順次積層し、外装樹脂で封口する固体電解コンデンサの製造方法において、表面に誘電体酸化皮膜を有する前記導電体を陽極とし、電解液中に設けた陰極との間に通電して誘電体酸化皮膜上に半導体層を形成する際に、表面積を見掛け表面積の10倍以上にした陰極を使用することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
2.陰極として、半導体層を形成する容器壁を使用する前記1に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
3.導電体粉末の焼結体を半導体層形成容器内の陰極板または半導体層形成容器壁に接続することにより陰極の表面積を見掛け表面積の10倍以上にする前記1または2に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
4.導電体が、タンタル、ニオブ、チタン及びアルミニウムから選ばれる少なくとも1種を主成分とする金属あるいは合金、酸化ニオブ、またはこれら金属、合金及び酸化ニオブから選ばれる少なくとも2種以上の混合物である前記1記載の固体電解コンデンサの製造方法。
5.陽極リードの材質が、タンタル、アルミニウム、ニオブ、チタン、またはこれら弁作用金属を主成分とする合金である前記1に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
6.陽極リードが、線、箔または板状である前記1に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
7.半導体層が、有機半導体層及び無機半導体層から選ばれる少なくとも1種である前記1に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
8.有機半導体が、ベンゾピロリン4量体とクロラニルからなる有機半導体、テトラチオテトラセンを主成分とする有機半導体、テトラシアノキノジメタンを主成分とする有機半導体、下記一般式(1)または(2)
で示される繰り返し単位を含む高分子にドーパントをドープした導電性高分子を主成分とした有機半導体から選択される少なくとも1種である前記7に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
9.一般式(1)で示される繰り返し単位を含む導電性高分子が、下記一般式(3)
で示される構造単位を繰り返し単位として含む導電性高分子である前記8に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
10.導電性高分子が、ポリアニリン、ポリオキシフェニレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリピロール、ポリメチルピロール、及びこれらの置換誘導体及び共重合体から選択される前記8に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
11.導電性高分子が、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)である前記9または10に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
12.半導体の電導度が10−2〜103S/cmの範囲である前記7に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
13.前記1乃至12のいずれかの項に記載のコンデンサの製造方法によって作製された固体電解コンデンサ。
14.前記13に記載の固体電解コンデンサを使用した電子回路。
15.前記13に記載の固体電解コンデンサを使用した電子機器。
本発明によれば、導電体粉末からなる焼結体の誘電体酸化皮膜上に良質の半導体層を効率よく形成でき、LCの良好な固体電解コンデンサを製造することができる。
本発明に使用される焼結体は、陽極リードを成形体面に植設した導電体の粉末の成形体を焼結して作製される。成形圧力(例えば、0.1〜50Kg/mm2)と焼結条件(例えば、温度800〜1800℃・時間1分〜10時間)を適宜選択することにより焼結体の表面積を大きくすることができる。焼結後に焼結体の表面積をさらに増加させるために、焼結体表面を化学的及び/または電気的にエッチング処理を行っていてもよい。
本発明では、通電手法により表面に誘電体酸化皮膜を有する前記導電体を陽極とし、電解液中に設けた陰極との間に通電して誘電体酸化皮膜上に半導体層を形成する際に、表面積を見掛け表面積の10倍以上、好ましくは30倍以上の陰極を使用することを特徴とする。この倍率は、製造可能な範囲で大きいほど好ましい。
長尺金属板上に複数個(例えば、10〜1000個、好ましくは10〜200個)の導電体の陽極部を等間隔かつ等寸に整列接続する。このような長尺金属板を等間隔に複数枚(例えば、10〜500枚、好ましくは10〜200枚)配設した金属製フレームを、金属製フレーム上の導電体の半導体形成部を、別途用意した半導体層形成用溶液に浸漬するように載置して所定時間半導体層形成反応を行う。前記金属性フレームに設けた給電端子から半導体層形成容器中に設けた陰極板に向かって所定直流定電流を通電して導電体の誘電体層上に半導体層形成を行う。
陰極板としてはステンレス板、タンタル板、白金板等が好ましく用いられる。
本発明において、陰極板の表面積を見掛け表面積の10倍以上に大きくする。その方法としては、例えば、陰極板として白金黒を表面に形成した白金板、白金黒を表面に付着させたタンタル板、ニオブ板やステンレス板を使用する方法がある。また、その表面に半導体を形成する多数個の導電体を接続するステンレス板、タンタル板、白金板との接続を溶接法により行い、接続した導電体部分で表面積をかせぐ方法が挙げられる。これらの中でも、半導体層形成容器自体を陰極板とし導電体を溶接により接続する態様が好ましい。
元の金属板の表面積に対する見掛け表面積を10倍以上にした陰極板を用いることにより、通電時の電流が安定し、良質の半導体を従来よりも短い時間で形成することができ、最終製品としてLCがの良好な固体電解コンデンサを効率よく生産することができる。
なお、本発明においては見掛け表面積の倍率は、BET法により測定した値を元の金属材料面の表面積で除して求めた値である。
通電は、少なくとも1箇所の給電部に電気的に接続した複数枚の陰極板を使用して、半導体層形成溶液に漬けられた複数個の導電体全てに均一に配電できるように配置した態様で行うことが好ましい。
導電性ペーストは、通常導電粉を40〜97質量%含む。40質量%未満であると作製した導電ペーストの導電性が小さく、97質量%を超えると、導電ペーストの接着性が小さくなる。導電ペーストに前述した半導体層を形成する導電性高分子や金属酸化物の粉を混合して使用してもよい。
以上のような構成の本発明のコンデンサ素子は、例えば、樹脂モールド、樹脂ケース、金属性の外装ケース、樹脂のディッピング、ラミネートフイルムによる外装などの外装により各種用途のコンデンサ製品とすることができる。これらの中でも、とりわけ樹脂モールド外装を行ったチップ状コンデンサが、小型化と低コスト化が簡単に行えるので好ましい。
1.金属製フレームへの複数個導電体の設置
CV10万μF・V/gのタンタル焼結体(大きさ4.5×3.3×1mm、質量81mg、引き出しリード線0.29mmφが7mm表面に出ている。)を導電体として640個使用した。後に行う半導体層形成時の溶液はねあがり防止用として、リード線にポリテトラフルオロエチレン製ワッシャーを装着させた。別途用意した長さ250mm、幅20mm、厚さ2mmのステンレス製長尺金属板に左右30mmを残して前記焼結体32個の各リード線を等間隔かつ等寸に整列接続した。このような長尺金属板20枚を5mm間隔に並列に並べ、長尺金属板の左右15mmのところで電気的に接続するように金属製フレームに配設した。以上により焼結体640個が金属製フレームに等間隔に配置され、各焼結体はリード線を通して金属性フレームに設けた給電端子に電気的に接続されている。
別途用意した1%燐酸水溶液が入った化成槽(4側面と底面の5面にタンタル板が貼り付けられている。)に焼結体とリード線の一部が化成槽に入るように前記金属製フレームを配設し、80℃,9Vで8時間化成し、焼結体の内部細孔表面と外部表面及びリード線の一部に五酸化二タンタルを主成分とする誘電体層を形成した。化成槽から引き上げ水洗・乾燥した後、金属製フレームを調節して、20%トルエンスルホン酸鉄水溶液に浸漬後引上げ、105℃、15分間乾燥することを5回繰り返した。3,4−エチレンジオキシチオフェン(モノマーが飽和濃度以下となる水溶液として使用)とアントラキノン−2−スルホン酸が溶解した水と20%エチレングリコール電解液が入った半導体層形成容器(5面に白金黒付き白金板(市村金属(株))が貼り付けられ、BET法による測定から求めた表面積が元の白金板表面積の50倍)に焼結体部分のみが浸漬するように金属製フレームを調整して設置し、金属製フレームに設けた給電端子を陽極に、半導体層形成容器中の白金黒付き白金板を陰極にして25mAの定電流を2時間通電した。金属製フレームを引き上げ水洗・アルコール洗浄・乾燥した後、前述した化成槽中に焼結体とリード線の一部を浸漬するように金属製フレームを設置し誘電体層の微小なLC(漏れ電流)の欠陥を修復するための再化成(80℃、30分、7V)を行った。引き上げて水洗・乾燥した後、前記通電と再化成を12回繰り返した後、水洗・アルコール洗浄・乾燥し、陰極である半導体層を形成した。ついでカーボンペースト槽、アクリル系樹脂10質量部と銀粉90質量部の銀ペースト槽に焼結体部のみを順次浸漬・乾燥することを行い、導電体層を形成し陰極部を設けたコンデンサ素子を作製した。その後金属製フレームから長尺金属板をはずし、別途用意した表面に錫メッキした厚さ100μmの銅合金リードフレーム(幅3.4mmの一対の先端部が32個存在し、両先端部には同一平面に投影して1.0 mmの隙間がある。)の一対の先端部の上面に、前記したコンデンサ素子を、陰極部面(4.5mm×3.3mmの面)と一部切断除去したリード線を各々載置し、前者は、銀粉75%を含むエポキシ樹脂の銀ペーストの固化で、後者は、スポット溶接で電気的・機械的に接続した。ついで前記リードフレームの一部を残してエポキシ樹脂でトランスファー成形して樹脂外装し、さらに、リードフレームの樹脂外部の所定部を切断後外装部に沿って折り曲げ加工し、大きさ7.3×4.3×1.8mmのチップ状コンデンサを640個作製した。さらに、125℃、3.5Vで2時間エージングを行い、185℃に30分放置して最終的な定格2.5Vのコンデンサとした。
実施例1で、半導体層形成容器の5面に貼り付けた白金板を、BET法による測定から求めた表面積が110倍の白金黒付き白金板(市村金属(株))とした外は、実施例1と同様にして定格2.5Vの固体電解コンデンサ640個を得た。
実施例1で、半導体層形成容器の5面に貼り付けた白金板を、BET法による測定から求めた表面積が225倍の白金黒付き白金板(市村金属(株))とした外は、実施例1と同様にして定格2.5Vの固体電解コンデンサを640個得た。
実施例1で、半導体層形成容器の内側5面に陰極としてタンタル板を貼り付け、通電と再化成を12回行ったこと以外は実施例1と同様に半導体層を形成して固体電解コンデンサを640個作製した。
実施例1で、半導体層形成容器の内側5面に陰極としてタンタル板を貼り付け、通電と再化成を20回行ったこと以外は実施例1と同様にして半導体層を形成して固体電解コンデンサを640個作製した。
実施例1で導電体をCV8万μF・V/gのニオブ焼結体(寸法は実施例1に同じ。質量は54mg)とし、化成電圧を20V、誘電体層を五酸化二ニオブ、定電流値を18mA(最終の2回を34mA)、回数を22回、半導体層形成容器の内側5面に、実施例3で使用したのと同様の白金板の表面より白金黒を削って銀ペーストでタンタル板に貼り付け、タンタル板投影面積の15倍の表面積の陰極とし、再化成電圧を14Vとして定格4Vとした以外は実施例1と同様にして固体電解コンデンサを640個作製した。
実施例1で導電体をCV8万μF・V/gのニオブ焼結体とし、実施例4と同様にして白金黒を銀ペーストでタンタル板に貼り付けてタンタル板表面積の55倍の表面積とした外は、実施例4と同様にして固体電解コンデンサを640個作製した。
実施例1で導電体をCV8万μF・V/gのニオブ焼結体とし、実施例4と同様にして白金黒を銀ペーストでタンタル板に貼り付けてタンタル板表面積の5倍の表面積とした外は、実施例4と同様にして固体電解コンデンサを640個作製した。
実施例4で、半導体層形成容器の内側5面に陰極としてタンタル板を貼り付け、通電と再化成を22回行ったこと以外は実施例4と同様にして固体電解コンデンサを640個作製した。
実施例4で、半導体層形成容器の内側5面に陰極としてタンタル板を貼り付け、通電と再化成を30回行ったこと以外は実施例4と同様にして半導体層を形成して固体電解コンデンサを640個作製した。
実施例4で、半導体層形成容器として長さ350mm×幅170mm×高さ45mmのステンレス製の容器を用い、その底面と4側内面に実施例4と同等のニオブ焼結体250個の各リード線を溶接して接続し、ステンレス板見掛け表面積の35倍の表面積の陰極とした外は実施例4と同様に半導体層を形成して固体電解コンデンサを640個作製した。
以上の実施例1〜6、比較例1〜3及び参考例1〜2で作製した各コンデンサについて容量及びLC値を以下の方法により測定した。
コンデンサの容量:ヒューレットパッカード社製LCR測定器を用い、室温120Hzで測定した。
LC値:室温において、所定の定格電圧(実施例1〜3、比較例1、及び参考例1は2.5V値、実施例4〜6、比較例2〜3、及び参考例2は4V値)を作製したコンデンサの端子間に30秒間印加し続けた後に測定した。
測定結果を表1に示す。
比較例1〜2と同様の陰極板を用いた参考例1〜2では、それぞれ通電と再化成の繰り返し回数を増やすことによりLC値低減の効果がみられた。しかし、この方法は実施例に比べて半導体の形成に時間がかかり、また半導体層が厚くなり小型のコンデンサが得にくいため好ましくない。
Claims (16)
- 陽極リードが接続された導電体粉末の焼結体に、誘電体酸化皮膜、半導体層及び電極層を順次積層し、外装樹脂で封口する固体電解コンデンサの製造方法において、表面に誘電体酸化皮膜を有する前記導電体を陽極とし、電解液中に設けた陰極との間に定電流で通電して誘電体酸化皮膜上に半導体層を形成する際に、表面積を見掛け表面積の15倍以上にした陰極を使用することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
- 陰極として、半導体層を形成する容器壁を使用する請求項1に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 陰極が、導電体粉末の焼結体である請求項1に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 導電体粉末の焼結体を半導体層形成容器内の陰極板または半導体層形成容器壁に接続することにより陰極の表面積を見掛け表面積の15倍以上にする請求項1〜3に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 導電体が、タンタル、ニオブ、チタン及びアルミニウムから選ばれる少なくとも1種を主成分とする金属あるいは合金、酸化ニオブ、またはこれら金属、合金及び酸化ニオブから選ばれる少なくとも2種以上の混合物である請求項1記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 陽極リードの材質が、タンタル、アルミニウム、ニオブ、チタン、またはこれら弁作用金属を主成分とする合金である請求項1に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 陽極リードが、線、箔または板状である請求項1に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 半導体層が、有機半導体層及び無機半導体層から選ばれる少なくとも1種である請求項1に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 有機半導体が、ベンゾピロリン4量体とクロラニルからなる有機半導体、テトラチオテトラセンを主成分とする有機半導体、テトラシアノキノジメタンを主成分とする有機半導体、下記一般式(1)または(2)
で示される繰り返し単位を含む高分子にドーパントをドープした導電性高分子を主成分とした有機半導体から選択される少なくとも1種である請求項8に記載の固体電解コンデンサの製造方法。 - 導電性高分子が、ポリアニリン、ポリオキシフェニレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリピロール、ポリメチルピロール、及びこれらの置換誘導体及び共重合体から選択される請求項9に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 導電性高分子が、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)である請求項10または11に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 半導体の電導度が10-2〜103S/cmの範囲である請求項8に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 請求項1乃至13のいずれかの項に記載のコンデンサの製造方法によって作製された固体電解コンデンサ。
- 請求項14に記載の固体電解コンデンサを使用した電子回路。
- 請求項14に記載の固体電解コンデンサを使用した電子機器。
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