JP5276566B2

JP5276566B2 - 固体電解コンデンサおよびその製造方法

Info

Publication number: JP5276566B2
Application number: JP2009247254A
Authority: JP
Inventors: 香織御堂丸
Original assignee: AVX Tantalum Asia Corp
Current assignee: AVX Tantalum Asia Corp
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: JP2011096751A

Description

本発明は、固体電解コンデンサに関し、特に導電性高分子を固体電解質とする固体電解コンデンサとその製造方法に関するものである。

固体電解コンデンサは様々な電子機器に広く利用されており、漏れ電流による回路設計への影響を考慮して、漏れ電流が小さい固体電解コンデンサの開発が要望されている。

固体電解コンデンサとしては、一般に、チタン、ニオブ、タンタル等の弁作用金属または、この弁作用金属を主成分とする合金からなる陽極体をリン酸水溶液中で陽極酸化させて、この陽極体の表面に酸化物からなる誘電体層を形成し、この誘電体層の表面に導電性を有する酸化物や導電性高分子で構成された固体電解質層を設ける。さらに、この固体電解質層の上に陰極引出層として、カーボン層と銀層とを設けた後、予め、陽極体に埋設または溶接したタンタル線等の金属と、陽極端子とを溶接すると同時に、銀層と陰極端子とを導電性接着剤を介して接続した後、樹脂によって外装形成したものが提案されている。

また、固体電解質である導電性高分子層を形成する溶液に、無機微粉末または金属微粉末を混合して重合反応を進ませる方法が知られている（特許文献１参照）。

しかし、上記のような従来の固体電解コンデンサに形成された酸化物からなる誘電体層は外部からの熱の影響を受けやすい。特に、ニオブやチタンを用いた陽極を陽極酸化させて形成した誘電体層においては、熱の影響を大きく受けやすく、リフロー工程等の熱処理を行った場合に、上記の外装樹脂が伸縮する際の応力により、誘電体層中に亀裂が生じることにより、漏れ電流が増加する問題があった。

この問題を解決する方法として、熱を負荷した際の応力が小さい外装樹脂を用いる方法が提案されている（特許文献２参照）。また、ワックス層をコンデンサ素子に被覆して応力緩和する方法が提案されている（特許文献３参照）。

しかし、上記特許文献２、３による方法においても、リフロー工程等の熱処理を行った場合に、誘電体層の亀裂の発生を十分に抑制することができず、依然として漏れ電流が増加するため、漏れ電流の小さい固体電解コンデンサを得ることができないという問題があった。

また、前記陰極引出層を酸化アルミニウムからなる被覆層で覆うことで、熱を負荷した際、外装樹脂から素子にかかる応力を抑制させた固体電解コンデンサが提案されている（特許文献４参照）。

しかしながら、上記特許文献４による方法では、リフローなど熱処理工程により陽極体内部の特に、素子強度が低く誘電体の亀裂が生じ易い陽極リード線の植立面側に残存する水分から発生する水蒸気により、陽極リード線の植立面付近の誘電体層に亀裂が発生するため、漏れ電流が十分低くならず、さらなる改善が必要とされた。

特開平８−２１３２８５号公報特開２００１−３３２４５７号公報実開平５−６８２９号公報特開２００７−１８０４４０号公報

本発明は、固体電解コンデンサに対してリフロー工程等の熱処理工程を行った場合、陽極体内部の特に、陽極リード線の植立面側に残存する水分から発生する水蒸気により陽極体にかかる応力を緩和させることで、素子強度の弱い陽極リード線の植立面側の誘電体層の亀裂の発生を抑制し、漏れ電流を低減した固体電解コンデンサおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の固体電解コンデンサは、弁作用金属からなる陽極導出線と、弁作用金属または弁作用金属を主成分とする合金を用いた陽極体と、前記陽極体が陽極酸化されて形成される誘電体層と、前記誘電体層の表面に形成された導電性高分子からなる固体電解質層と、前記固体電解質層の上に形成された陰極引出層とを有するコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を被覆する外装樹脂からなる固体電解コンデンサにおいて、前記陽極体と陽極導出線との接合面上および前記陰極引出層上にゼオライトからなる被覆層を備えることを特徴とする。

また、本発明は、弁作用金属または弁作用金属を主成分とする合金を用いた陽極体に、弁作用金属からなる陽極導出線を接続した後、陽極酸化することにより、誘電体層を形成する工程と、前記誘電体層表面に導電性高分子からなる固体電解質層を形成する工程と、前記固体電解質層の上に陰極引出層を形成する工程と、前記陽極体と前記陽極導出線との接合面上および前記陰極引出層上にゼオライトの混濁液を塗布し、その後乾燥することにより、前記接合面上および前記陰極引出層上にゼオライトからなる被覆層で被覆する工程と、外装樹脂を形成する工程とを備えることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法である。

本発明に係る固体電解コンデンサは、陽極体内の特に、陽極リード線の植立面側に残存する水分をゼオライトからなる被膜層によって十分吸収することができる。よって、リフロー工程等の熱処理工程を行った場合、発生する気体による陽極体の特に、陽極リード線接合面付近にかかる応力を緩和できる。

また、ゼオライトは熱の変化による伸縮が小さいので、本発明に係る固体電解コンデンサは、樹脂の伸縮による陽極体への応力をより緩和することができ、誘電体層中の亀裂の発生を抑制することもできるため、固体電解コンデンサの漏れ電流をより低減させることができる。

実施例に係る固体電解コンデンサの断面模式図である。比較例に係る固体電解コンデンサの断面模式図である。従来例に係る固体電解コンデンサの断面模式図である。

以下、図面に基づいて、本発明に係る固体電解コンデンサの実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の固体電解コンデンサを示す断面模式図である。

［実施例］
弁作用金属のタンタル粉末に、タンタル製の陽極導出線１を埋設させた状態で角形に成形、焼結した多孔質焼結体２を作製した。さらに、この多孔質焼結体２をリン酸中に浸漬し、電圧を印加することにより、多孔質焼結体１の表面に誘電体層３を形成した（図１参照）。

誘電体層３を形成後、４０ｇのエタノールに、１０ｇの３，４−エチレンジオキシチオフェンを溶解させた溶液に多孔質焼結体１を浸漬させ、さらに、４０ｇのエタノールに、５ｇのｐ−トルエンスルホン酸第二鉄を溶解させた溶液に浸漬して反応させ、さらに溶媒を蒸発させた。その後、純水中で洗浄を行った後、１００℃にて乾燥を行った。この浸漬と洗浄の工程を複数回繰り返すことにより平均厚さ５μｍの固体電解質層４を形成した。

この後、凹凸表面を有する固体電解質層４上にカーボンペーストを塗布し、１５０℃で加熱乾燥してカーボン層５を形成した。そして、銀ペーストをカーボン層５上に塗布し、１５０℃にて加熱硬化して銀層６を形成した。

さらに、陽極導出線の植立面上および前記陰極引出層上にゼオライト混濁液を塗布し、６０℃で１０分乾燥することにより、厚さ１０μｍのゼオライト層１１を形成した。なお、前記のゼオライト混濁液は、平均粒径が０．０５μｍのゼオライト粒子と水とカルボキシメチルセルロース（以下ＣＭＣと呼ぶ）からなる結着材とを重量比で１：１０：０．０００５の比率となるように調合・作製した。

続いて、トランスファーモールド法により外装樹脂１０で封止した。以上の工程を行い、定格６．３Ｖ−１００μＦの固体電解コンデンサを作製した。

［比較例］
銀層を形成した後、平均粒径が０．０５μｍの酸化アルミニウム粒子と水とＣＭＣからなる結着材とを重量比で１：１０：０．０００５の比率となるように調合・作製した混濁液を陽極導出線の植立面上および前記陰極引出層上に塗布し、６０℃で１０分乾燥することで、酸化アルミニウム層１２を形成した以外は実施例と同様の方法で固体電解コンデンサを作製した（図２参照）。

［従来例］
銀層を形成した後、ゼオライト層を形成せずに、外装体７で封止した。それ以外は、実施例と同様の方法で作製した（図３参照）。

上記実施例、比較例、従来例の固体電解コンデンサにおいて、各々エアリフロー方式によりピーク温度２４０℃で５分間熱処理した固体電解コンデンサに６．３Ｖの電圧を印加させてから１分後の漏れ電流を測定した。１００個の平均値の結果を次の表１に示す。

上記表１から明らかなように、実施例に係る固体電解コンデンサは、比較例および従来例と比較してリフロー後の漏れ電流値が改善した。これは、ゼオライトが陽極体内の特に、陽極リード線接合部付近の水分を十分吸収でき、かつ外装樹脂から陽極体にかかる応力を緩和できたためであると考えられる。

上記実施例では、コンデンサ陽極材料としてタンタルを用いたが、ニオブやアルミニウムのような弁作用金属を用いても同様の効果が得られる。

また、上記実施例では、ゼオライト混濁液の乾燥を６０℃で１０分行ったが、混濁液が沸騰しない温度で乾燥するならば、温度はこれに限られるものではない。

また、上記実施例では平均粒径が０．０５μｍのゼオライト粒子と水とＣＭＣとを重量比で１：１０：０．０００５の比率として調合・作製したが、本発明はこれに限定されるものではないが、ＣＭＣの比率は、上記重量比に対し、０．００１以下とすることがより望ましい。

また、上記実施例ではゼオライト層の厚さを１０μｍとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。ただし、ゼオライト層が薄くなると吸収する水分量が減少し、また外装樹脂からコンデンサ素子にかかる応力の軽減効果が減少するため、５μｍ以上であることがより望ましい。

さらに、上記実施例では、陽極導出線の植立面にゼオライト層を塗布したが、ゼオライト層を塗布する位置はこれに限られるものではなく、少なくとも陽極体の一面に塗布されていれば、同様の効果が得られる。

１陽極導出線
２多孔質焼結体
３誘電体層
４固体電解質層
５カーボン層
６銀層
７陰極引出層
８陰極端子
９陽極端子
１０外装樹脂
１１ゼオライト層
１２酸化アルミニウム層

Claims

弁作用金属からなる陽極導出線と、弁作用金属または弁作用金属を主成分とする合金を用いた陽極体と、前記陽極体が陽極酸化されて形成される誘電体層と、前記誘電体層の表面に形成された導電性高分子からなる固体電解質層と、前記固体電解質層の上に形成された陰極引出層とを有するコンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を被覆する外装樹脂からなる固体電解コンデンサにおいて、
前記陽極導出線と前記陽極リード線との接合面上および前記陰極引出層上にゼオライトからなる被覆層を備えることを特徴とする固体電解コンデンサ。
弁作用金属または弁作用金属を主成分とする合金を用いた陽極体に、弁作用金属からなる陽極導出線を接続した後、陽極酸化することにより、誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層表面に導電性高分子からなる固体電解質層を形成する工程と、
前記固体電解質層の上に陰極引出層を形成する工程と、
前記陽極導出線と陽極体との接合面上および前記陰極引出層上にゼオライトの混濁液を塗布し、乾燥することにより、前記接合面上および前記陰極引出層上にゼオライトからなる被覆層で被覆する工程と、
外装樹脂を形成する工程と、
を備えることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。