JP5575505B2 - 固体電解コンデンサの製造方法および固体電解コンデンサ - Google Patents
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Description
以下に、本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法の好ましい一例を説明する。ここでは、焼結体からなる陽極体を有する固体電解コンデンサの製造方法について、図1および図2を用いて説明する。
まず、図1のステップS101において、陽極体11を形成する。具体的には、弁作用金属粉末を準備し、棒状体の陽極リード17の長手方向の一端側を金属粉末に埋め込んだ状態で、当該粉末を所望の形状に成形する。そして、この成形体を焼結することにより、図2(a)に示すような、陽極リード17の一端が埋設された多孔質構造の陽極体11を作製する。弁作用金属としては、タンタル、ニオブ、チタン、アルミニウムなどを用いることができる。また、陽極リード17は金属からなるが、弁作用金属を好適に用いることができる。
次に、図1のステップS102において、陽極体11の表面に誘電体被膜12を形成する。本工程により、図2(b)に示すように、陽極体11の表面に誘電体被膜12が形成される。
次に、図1のステップS103において、誘電体被膜12上に第1導電性高分子層13を形成する。本工程により、図2(c)に示すように、誘電体被膜12上に第1導電性高分子層13が形成される。
本実施の形態において、洗浄工程として、第1導電性高分子層13を形成した後に、第1導電性高分子層13が形成された陽極体11を洗浄してもよい。一般的に、化学重合によって導電性高分子層を形成した場合、陽極体11には不要な酸化剤や未反応の単量体が残留していることが多い。これらの残留物は固体電解コンデンサのESRを増大させる原因となる。誘電体被膜12上に第1導電性高分子層13を形成した後、陽極体11を洗浄することによって、陽極体11の表面および細孔内の誘電体被膜12上、第1導電性高分子層13上の不要な酸化物、未反応の単量体といった残留物を除去することができ、ESRの増大を抑制することができる。
次に、図1のステップS104において、第1導電性高分子層13が形成された陽極体11にイオン液体を含浸させる。陽極体11にイオン液体を含浸させることにより、イオン液体は、誘電体被膜12上の第1導電性高分子層13に含浸され、点在する第1導電性高分子層13の隙間にイオン液体が留まり、さらに、第1導電性高分子層から露出している誘電体被膜12の表面に付着する。
次に、図1のステップS105において、第1導電性高分子層13上に、第2導電性高分子層14を形成する。本工程により、図2(d)に示すように、イオン液体が含浸された第1導電性高分子層13上に第2導電性高分子層14が形成される。
図3において、電解重合用装置300は、電解槽31と、直流電源32とを有する。直流電源32の陽極側には陽極電極片33が接続されており、直流電源32の陰極側には陽極電極片33の対電極である陰極電極片34が接続されている。また、電解槽31に満たされる電解液35としては、第2導電性高分子層14を構成する高分子の単量体およびドーパントを含む溶液を用いることができる。
次に、図1のステップS106において、第2導電性高分子層14上に、陰極層を形成する。本工程により、図2(e)に示すように、第2導電性高分子層14上にカーボン層15および銀ペースト層16からなる陰極層が形成され、コンデンサ素子10が作製される。陰極引出層としてのカーボン層15は導電性を有していればよく、たとえば、グラファイトを用いて構成することができる。なお、カーボン層15および銀ペースト層16の形成は、それぞれ公知の技術を用いて形成することができる。
最後に、図1のステップS107において、コンデンサ素子10に、公知の技術にしたがって、陽極端子18、接着層19、陰極端子20を配置し、これらを図2(f)に示すように外装樹脂21にて封止する。そして、外装樹脂21の外部に露出している陽極端子18および陰極端子20を外装樹脂21に沿うように折り曲げた後に、エージング処理することにより、図2の(f)に示す固体電解コンデンサ100を完成させる。なお、陽極端子18および陰極端子20は、たとえば銅または銅合金などの金属で構成することができ、外装樹脂21の素材としては、たとえばエポキシ樹脂を用いることができる。
以下に、本発明に係る固体電解コンデンサの好ましい一例を説明する。ここでは、焼結体からなる陽極体を有する固体電解コンデンサを用いて説明する。
まず、公知の方法を用いて、タンタル粉末を準備し、ワイヤー状の陽極リードの一端側をタンタル粉末に埋め込んた状態で、タンタル粉末を直方体に成形した。そして、これを焼結することにより、陽極リードの一端が埋め込まれた陽極体を形成した。陽極リードには、タンタルからなるワイヤーを用いた。このときの陽極体の寸法は、縦×横×高さが44.5mm×3.5mm×2.5mmであった。
第1導電性高分子層を形成後、イオン液体を含浸する前に洗浄工程を設けて陽極体を洗浄した以外は、実施例1と同様の方法により、固体電解コンデンサを製造した。すなわち、陽極体形成工程、液相重合による第1導電性高分子層形成工程、洗浄工程、イオン液体含浸工程、電解重合による第2導電性高分子層形成工程、陰極層形成工程、および封止工程を経て、固体電解コンデンサを完成させた。
第1導電性高分子層を気相重合によって形成した以外は、実施例1と同様の方法により、固体電解コンデンサを製造した。すなわち、陽極体形成工程、気相重合による第1導電性高分子層形成工程、イオン液体含浸工程、電解重合による第2導電性高分子層形成工程、陰極層形成工程、および封止工程を経て、固体電解コンデンサを完成させた。
第1導電性高分子層を形成後、イオン液体を含浸する前に実施例2と同様の洗浄工程を設けた以外は、実施例3と同様の方法により、固体電解コンデンサを製造した。すなわち、陽極体形成工程、気相重合による第1導電性高分子層形成工程、洗浄工程、イオン液体含浸工程、電解重合による第2導電性高分子層形成工程、陰極層形成工程、および封止工程を経て、固体電解コンデンサを完成させた。
イオン液体を含浸する操作を行わなかった以外は、実施例4と同様の操作を行った。すなわち、陽極体形成工程、気相重合による第1導電性高分子層形成工程、洗浄工程、電解重合による第2導電性高分子層形成工程、陰極層形成工程、および封止工程を経て、固体電解コンデンサを完成させた。
第1導電性高分子層にイオン液体を含浸する操作を行わず、誘電体被膜が形成された陽極体を、メチルトリ−n−オクチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドを10質量%含むイソプロピルアルコール溶液に5分間浸漬後、第1導電性高分子層を形成した以外は、実施例1と同様の方法により、固体電解コンデンサを製造した。すなわち、陽極体形成工程の後、陽極体にイオン液体を含浸し、続いて、液相重合による第1導電性高分子層形成工程、電解重合による第2導電性高分子層形成工程、陰極層形成工程、および封止工程を経て、固体電解コンデンサを完成させた。
第1導電性高分子層を形成後、陽極体を純水に10分間浸漬して引上げるという操作を1回行い、その後、100℃の乾燥器内に配置して、10分間乾燥させた以外は、比較例2と同様の方法により、固体電解コンデンサを製造した。すなわち、陽極体形成工程の後、陽極体にイオン液体を含浸し、続いて、液相重合による第1導電性高分子層形成工程、洗浄工程、電解重合による第2導電性高分子層形成工程、陰極層形成工程、および封止工程を経て、固体電解コンデンサを完成させた。
≪ESRの測定≫
各実施例1〜4および各比較例1〜3の固体電解コンデンサからそれぞれランダムに20個ずつ抽出した。各実施例1〜4および各比較例1〜3の固体電解コンデンサについて、4端子測定用のLCRメータを用いて周波数100kHzにおける各固体電解コンデンサのESR(mΩ)を測定し、各実施例1〜4および各比較例1〜3における平均値を算出した。この結果を表1の「ESR(mΩ)」に示した。
各実施例1〜4および各比較例1〜3の固体電解コンデンサからそれぞれランダムに20個ずつ抽出した。各実施例1〜4および各比較例1〜3の固体電解コンデンサについて、印加する直流電圧を1V/秒の速度で上昇させて、耐電圧試験を行った。漏れ電流が1mA以上となったときの電圧を耐電圧とし、各実施例1〜4および各比較例1〜3の固体電解コンデンサにおける平均値を算出した。この結果を表1の「耐電圧(V)」に示した。
各実施例1〜4および各比較例1〜3の固体電解コンデンサからそれぞれランダムに20個ずつ抽出した。各実施例1〜4および各比較例1〜3の固体電解コンデンサについて、最高使用温度である105℃環境下で、サージ耐圧試験を行った。具体的には、各固体電解コンデンサに1kΩの放電用抵抗を接続した上で、固体電解コンデンサについて、5分30秒間放電後、30秒間充電するという合計6分間のサイクルを1000回繰り返した。この試験の終了後、各固体電解コンデンサにおける漏れ電流を測定し、漏れ電流が1mA以上の場合に故障と判断してその数を調べた。この結果を表1の「故障(個)」に示した。
イオン液体を含む溶液として、メチルトリ−n−オクチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドを20質量%含むイソプロピルアルコール溶液を準備した以外は、実施例4と同様の方法により、固体電解コンデンサを製造した。
イオン液体を含む溶液として、メチルトリ−n−オクチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドを50質量%含むイソプロピルアルコール溶液を準備した以外は、実施例4と同様の方法により、固体電解コンデンサを製造した。
メチルトリ−n−オクチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイソプロピルアルコールで希釈することなく、100質量%のイオン液体、すなわちイオン液体そのものを用いた以外は、実施例4と同様の方法により、固体電解コンデンサを製造した。
イオン液体を含む溶液として、メチルトリ−n−オクチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドを5質量%含むイソプロピルアルコール溶液を準備した以外は、実施例4と同様の方法により、固体電解コンデンサを製造した。
Claims (6)
- 表面に誘電体被膜が形成された陽極体と、前記陽極体上に形成された導電性高分子層とを有するコンデンサ素子、を備える固体電解コンデンサの製造方法であって、
前記陽極体の表面に前記誘電体被膜を形成する工程と、
前記誘電体被膜上に第1導電性高分子層を形成する工程と、
前記第1導電性高分子層が形成された陽極体にイオン液体を含浸させる工程と、
前記イオン液体を含浸させた後、更に導電性高分子層を形成しうる溶液を前記陽極体に含浸させて、前記第1導電性高分子層上に第2導電性高分子層を形成する工程と、を含み、
前記第2導電性高分子層は、前記第1導電性高分子層よりも緻密である、固体電解コンデンサの製造方法。 - 前記第2導電性高分子層は、電解重合によって形成される、請求項1に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記第1導電性高分子層は、化学重合によって形成される、請求項1または2に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記イオン液体を含浸させる工程の前に、前記第1導電性高分子層が形成された陽極体を洗浄する工程を有する、請求項1から3のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記化学重合は、気相重合である、請求項3または4に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記イオン液体の含有量が10重量%以上となるように調製した溶液を用いて、前記第1導電性高分子層が形成された陽極体に前記イオン液体を含浸させる、請求項1から5のいずれかに記載の固体電解コンデンサの製造方法。
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