JP5916885B2 - 高い容量効率を有する積層コンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、固体電解コンデンサ、および固体電解コンデンサの製造方法に関する。 より具体的には、本発明は、平面形状すなわち面状の陽極体を有し、該陽極体は、隣り合う誘電体間にスペーサを含む固体電解コンデンサに関する。

電子機器の機能性を向上させながら、同時に全体的なサイズを縮小させる努力が続けられている。電子構成素子の製造において、サイズの縮小と機能性の向上とが矛盾していることは周知である。例えば、固体電解コンデンサは、等価直列抵抗（ＥＳＲ）のような寄生効果による損失をなくしつつ、所定のスペースに対する容量を増加させる、又は、所定の容量に対するスペースを縮小させることに焦点を絞って多くの努力がなされている。積み重ねられた層から形成された固体電解コンデンサの技術は、静電容量／容量のさらに著しい増加が利用可能な技術では実現不可能であると考えられる水準にまで到達している。

本発明は、静電容量／容量における著しい利得を提供し、さらなる小型化の技術を発展させる、固体電解コンデンサ、および固体電解コンデンサを製造する方法を提供する。

本発明は、容量効率の向上が可能なコンデンサ、およびコンデンサを製造する方法を提供することを目的とする。

本発明の特徴は、標準的な製造工程を用いて効率的かつ経済的にコンデンサを製造することができることである。

これら及び他の利点は、以下に提供するコンデンサによって実現されるであろう。当該コンデンサは、面状の陽極を備え、各陽極は、溶融端と分離端とを備える。前記陽極は、隣り合う全ての陽極同士が溶融端において直接電気接触するように、並列に配置される。各陽極の分離端上には誘電体が設けられ、誘電体は少なくともコンデンサの活性領域を覆う。スペーサが隣り合う誘電体を分離しており、隣り合う誘電体とスペーサとの間の隙間空間には、導電性材料が設けられる。

また、別の実施形態ではコンデンサを製造する方法が提供される。当該方法は、
面状の陽極を供給する工程であって、前記陽極の各々は、溶融端、分離端、および前記分離端を覆う誘電体を備える工程と、
少なくとも一部の前記陽極の前記誘電体に、バインダーおよびスペーサを備えるマトリクスを設ける工程と、
少なくとも一つのマトリクスが隣り合う誘電体の間に位置するよう、前記陽極の積層体を形成する工程と、
前記溶融端および前記分離端を溶融する工程と、
前記隣り合う誘電体が前記スペーサによって分離された状態で、前記隣り合う誘電体の間に隙間空間を形成するために、部分的に前記バインダーを除去する工程と、
前記隙間空間の内部および前記積層体の外部にわたって導電性材料を供給する工程と、
前記溶融端に陽極リードを電気的に取り付ける工程と、
前記導電性材料に陰極リードを電気的に取り付ける工程と、
を有する。

コンデンサの概略を示す部分断面図である。 コンデンサを製造する工程を示すフローチャートである。 コンデンサを製造する工程の間に生成された中間生成物の概略を示す部分断面図である。 コンデンサを製造する工程の間に生成された中間生成物の概略を示す部分断面図である。 コンデンサを製造する工程の間に生成された中間生成物の概略を示す部分断面図である。 コンデンサの概略を示す部分断面図である。

本発明は、容量効率が改善された固体電解コンデンサに関する。より具体的には、本発明は、スペーサの構成を含むコンデンサを製造する方法に関する。スペーサは、隙間空間を有する隣り合う誘電体間に設けられ、隙間空間は、スペーサと隣り合う誘電体とによって画定されている。スペーサによって、隣り合う誘電体間に導電性の炭素および金属層を設ける必要がなくなり、且つ、陽極を積層した後に導電性材料層を構成することができる。

本発明は、不可欠で制限的でない要素を開示する図面を参照することにより、説明される。図面は、発明の理解を促進するように意図され、且つ、任意の方法において発明を制限することは意図されない。図面の全体にわたって、異なる構成要素には異なる符合が付される。

本発明の一実施形態を、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略を示す部分断面図である。 コンデンサ１は、並列配置された多層の陽極１０^１ 〜１０^ｍを含む。各陽極は、溶融端および分離端を有している。誘電体１２は、各陽極の表面上に設けられている。誘電体は少なくとも、コンデンサの活性部分１４を覆い、好ましくは活性部分を超えて伸びている。本明細書でより詳しく説明するスペーサ１６によって、隣り合う誘電体層間が分離される。誘電体層は、その位置に設けられたスペーサ間に隙間空間を有する。隙間空間は、隣り合う誘電体と直接電気接触する導電性材料１８を含む。また、導電性材料は、活性領域１４の全体を包み込むことが好ましい。たとえ他の出願において、いくつかの陽極材料と共に陰極と陽極を逆にすることができたとしても、慣習により、導電性材料はコンデンサの陰極層として定義される。導電性材料に外部端子を接着させることが困難であることは周知である。したがって、外部端子へのハンダ付けの助けになるように、導電性材料上に層を設けることは一般的な技術である。導電性材料上に少なくとも１層の導電性炭素２０を形成し、導電性炭素層上に少なくとも１層の金属層２２を形成することにより、外部端子への接着が可能となる。隣り合う誘電体間に導電性炭素または金属層を設けないことは、特別な特徴である。隣り合う誘電体間に導電性炭素または金属層を設ける必要をなくし、導電性材料を誘電体に直接物理的および電気的に接続することで、実質的にスペースを節約することができる。

スペーサは、独立した不活性な物質であり、誘電体間を分離するために十分な厚さで隣り合う誘電体間に分散している。これにより、導電性材料（またはその先駆物質）を、真空によって、圧力によって、または湿潤によって、隙間空間に引き込むことができる。スペーサは、好ましくは隣り合う誘電体に接着しており、これにより、導電性材料層の構成の中に誘電体を相対位置に確実に固定することができる。スペーサは、完成したコンデンサの機能に寄与しないため、空間に占めるスペーサの密度をできる限り小さくすることが好ましい。これにより、導電性材料の量を増やすことができる。

スペーサによって、隣り合う誘電体間に導電性炭素層および金属層を包含させることなく、隣り合う誘電体間に導電性材料層を容易に形成することができる。隣り合う誘電体間に導体（導電性材料）を１つだけ設けることができることは、本発明の主な利点である。従来技術のコンデンサは、典型的には、各誘電性素子上に、少なくとも１つの導電性材料層、少なくとも１つの導電性炭素層および少なくとも１つの金属層を含む。複数の層を積層して組み合わせると、隣り合う誘電体間の層の数は２倍になる。これを導電性材料の単独層（それは本来の位置に形成されてもよい）にすることによって、厚みを著しく節約することができる。これにより、隣り合う誘電体をきわめて接近させることができ、積層体の全体の厚みを大きく減少させることができる。

本来の位置にスペーサを形成するために、バインダーおよびスペーサを含むマトリクスが誘電体の表面上で覆われる。マトリクスは、浸漬、吹付け、印刷、ブラッシング、圧延、その他、誘電体の表面上のマトリクスを塗布するのに適した技術によって、塗布することができる。スペーサは、好ましくは繊維物質であり、さらに好ましくは炭素繊維物質である。製造上の利便性の観点では、浸漬が最も好ましい。特に好ましいマトリクスは、容易に炭化されるバインダーを含む。溶剤を使用してもよく、マトリクスのコーティングを促進するためには、溶剤を使用することが好ましい。

マトリクスの溶剤は、特に制限されない。ただし、溶剤が蒸発し得る場合、誘電体の表面を汚染せず、コーティングを形成するために十分な量の他のマトリクス成分を懸濁することができることが必要である。製造上の利便性の観点で、水と共に特に適した溶剤として、水、エタノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノールおよびアセトンが挙げられる。溶剤の量は、使用されるマトリクスおよび溶剤に依存する。コーティング可能なマトリクスを形成するためには、十分な量が必要となる。マトリクスは、溶剤の除去に先立って流されないことが好ましい。

スペーサは電気的に不活発な材料であることが最も好ましい。特に適した繊維材料は、例えば炭素紙繊維である。様々な電解紙が液体電解質を有するコンデンサの中で使用され、あらゆる炭素紙が本発明の実施のために使用することができる。あらゆる精製した電解紙（本技術において典型的にはコンデンサセパレータと称される）が本発明の実施のために使用することができる。非木材の繊維コンデンサセパレータとしては、日本国のニッポン高度紙工業株式会社、ＮＫＫから市販されているＲＴＺ又はＭＲシリーズ、若しくは、中国浙江省の浙江凱恩特種材料股フン有限公司からコンデンサ紙（ＫＡＮ）として市販されているＳ１又はＳＭ２シリーズが、本発明を実施するために適した材料として挙げられる。スペーサの断面サイズは誘電体の分離を決定する。その分離は、導電性材料および／またはその先駆物質を導入し、好ましくは隙間空間に充填するのに十分なスペースがある限り、極力小さいほうが好ましい。必要以上に大きく分離することは小型化の目的に反する。また、必要以上に小さく分離すると、隣り合う誘電体間の適切な導電性材料層を形成できなくなる。断面寸法の平均が少なくとも１〜１００ミクロンであるスペーサが好ましい。約１ミクロンを下回ると、形成される導電性材料のコーティング量が不十分であり、導電性材料による誘電体の保護が不十分になるというリスクが生じる。約１００ミクロンを超えると、サイズ縮小の利点が少なくなり、電気的な利点も少ししか得られない。繊維の長さは、少なくとも１ミクロンからせいぜい１５０ミクロンまでであることが特に好ましい。繊維が約１ミクロンより短い場合、スペーサネットワークの形成の効率が低下し、生産環境での取り扱いが難しくなる。繊維が約１５０ミクロンより長い場合、繊維がオーバーレイし始めて、これにより、誘電体間の分離距離が増大し、分離がより変動しやすくなる。繊維は、重合体、石墨またはセラミック材料を含むことができる。 好ましくは、繊維は、表面を容易に湿らせることができ、それゆえに浸透効率の高い、水酸基またはカルボン酸基を有するポリマー材料を含む。より好ましくは、繊維は、炭化する前に、約２５％〜８５％のセルロースおよび１５％〜７５％のペントサンを含む。炭素繊維は、マトリクスと混合する前に挽かれることが好ましい。

特に好ましいマトリクスは、容易に炭化されるバインダーを含む。炭化によって不純物を最小限にすることができる。特に好ましい実施形態では、バインダーは、スペーサを炭化された誘電体に付着させる。マトリクス材料は、繊維素、セルロース、グルコース、タンパク質およびゼラチンを含む。特に好ましいマトリクスは糊である。典型的には、マトリクスは、十分な時間２００℃〜３５０℃程度の温度で加熱することにより炭化される。炭化によって、誘電性の表面への付着力が増大し、その結果、誘電性および導電性材料が形成される間、浸透を促進する細孔構造となる。これは、誘電性の品質、および導電性材料による誘電性表面の良好な被覆にとって重要である。

ほとんどの実施形態において、陽極積層体は２〜４０の面状の陽極を備える。１つの面状の陽極に使用する場合、本発明によって提供される最小限の利点がある。面状の陽極が非常に多い（約４０を超える）場合であっても、本発明を実施することができるが、製造されたコンデンサのサイズは、表面実装の応用に適したものではなくなり、生産観点から困難になるであろう。約８〜２０層が最適である。

コンデンサを形成する工程について、図２を参照して説明する。図２において、工程のフローチャートが説明のために示されている。図２に示すフローチャートは、開示をサポートするものであり、制限的なものではない。ステップをフローチャートに加えてもよいしフローチャートから省略してもよい。あるいは、簡潔にするために、多数のステップを組み合わせてもよい。

図２では、陽極酸化された陽極がステップ４０において提供される。陽極酸化された陽極は、表面上に誘電体を備えた陽極を含む。任意的にマスクを設けてもよく、これにより、マスク上における溶剤の漏出を防ぐことができる。ステップ４２において、バインダーとスペーサを含むマトリクスが誘電体の表面に形成され、マトリクスが乾燥される。これにより、図３の斜視断面図に示すように、層構造が形成される。特に好ましいスペーサは、繊維状に挽かれた炭化コンデンサセパレータである。また、特に好ましいマトリクスは、容易に炭化される材料である。図３において、陽極１０上に誘電体１２が形成されている。任意的にマスク４１を形成することにより、浸漬工程を用いる場合に、溶剤がマスクを超えて漏れ出すことを防ぐことができる。スペーサ１６を有するバインダー４３を含むマトリクスが誘電体１２上に形成される。誘電体はマスクを超えて伸びてもよく、多くの場合、マスクを超えて伸びる。マトリクスは、他の誘電体と隣り合うように交互に設けられる誘電体の表面上に少なくとも形成される。

マトリクス層を準備するために、糊のようなバインダーが溶剤に溶解される、または分散される。繊維状に挽かれた炭化精製電解紙繊維のようなスペーサが、適切な分散が保証される十分な時間をかけて、バインダー中で剪断加工によって分散される。典型的には、少なくとも３時間で十分である。マトリクスは、誘電体上を被覆して乾燥される。被覆された誘電体は、層を形成するために積み重ねられる。陽極は、溶接などによって溶融端において接合され、これにより、マトリクスによって分離された誘電体を有する櫛状構造が形成される。櫛状構造は、誘電体層間にスペーサが残留したバインダーを炭化するために熱処理される。

引き続き図２を参照すると、少なくとも交互に形成された誘電体上に乾燥したマトリクスを有する一連の陽極が層状に重ねられている。陽極の溶融端は、溶接などによって融合することが好ましい。ステップ４４において、スペーサおよび炭素バインダーを隙間空間に残したまま、炭化などによってマトリクスが部分的に除去される。これにより、図４の断面図に示すような層構造が形成される。溶融工程では、溶融位置において全ての誘電体が除去されることが最も好ましい。あるいは、接着剤を形成すると、陽極材料は誘電体によって分離されない。これにより、全ての陽極が低抵抗で電気的に接続された一連の陽極が形成される。

図４において、陽極１０は溶融され、誘電体層１２はスペーサ１６によって分離されている。スペーサ間および誘電体間には、隙間空間４５が存在する。

引き続き図２を参照すると、ステップ４６において、隙間空間の内部および積層体の外部上に、導電性材料が塗布される。導電性材料はポリマー層として塗布することができる。あるいは、好ましくは連続的な浸漬によって酸化剤およびモノマーを塗布することにより、ポリマーを本来の位置に形成することができる。特に好ましい実施形態では、積層体が酸化剤中に浸漬される。これにより、モノマー溶剤中に浸漬された後、酸化剤が誘電体の表面上を被覆し、モノマーが隙間空間の内部に拡散して、隙間空間が酸化剤によって重合される。モノマーは、その後加えられる酸化剤と共に最初に塗布されてもよい。隙間空間をできるだけ充填することを保証するために、モノマーと酸化剤の塗布を交互に繰り返すことがより好ましい。モノマーを塗布する前、または、モノマーからポリマーを形成した後に、ポリマーを塗布することも考えられる。公知技術のように、ポリマーを形成した後に再形成ステップを実施することが好ましい。

モノマー又はポリマーは、湿潤によって、あるいは圧力変化によって、隙間空間へ分散する。一実施形態では、スペーサと誘電体によって画定された隙間空間を有する積層素子は、ポリマー又はモノマーの導入に先立って、減圧される。別の実施形態では、積層要素にポリマー又はモノマーが導入され、ポリマー又はモノマーの溶剤が加圧される。これにより、隙間空間へのポリマー又はモノマーの導入が促進される。

引き続き図２を参照すると、ステップ４８において、導電性炭素層が導電性材料の外部上に形成される。導電性材料は、導電性材料に付着する転移表面と、後の金属層が付着することができる表面とを有する。ステップ５０において、金属層が導電性炭素層上に形成される。これにより、図１に示す層構造が形成される。

図２のステップ５２において、コンデンサは完成され、テストされる。完成工程は、外部端子の取り付け、包装化、容器への挿入などを含んでもよい。

本発明の一実施形態について、図５を参照して説明する。図５は、概略的な分解部分断面図である。図５において、一連の陽極１０の各々に誘電体１２が形成されている。バインダー４３を有するマトリクス１８、およびスペーサ１６が、１つおきの陽極の誘電体１２^２上に形成されている。これに隣り合う誘電体１２^１及び１２^３上には、マトリクスは形成されていない。３つの層が積層して形成される場合、隣り合う誘電体はその間に、バインダー中にスペーサを含むマトリクスを備える。これにより、処理ステップは最小化される。なぜならば、１つおきの誘電体のみにマトリクスを被覆すればよいからである。被覆は、浸漬によって形成することができ、これにより、端部および小さな面上にマトリクスが必ず形成されるが、不利益は生じない。あるいは、吹付け又は塗布によってマトリクスを形成してもよい。これにより、確実にマトリクスを主要な面に形成することができる。

図６は、固体電解コンデンサの概略的な部分断面図である。コンデンサ１は、並列配置された多層の陽極１０^１ 〜１０^ｍを含む。誘電体１２は各陽極の表面上に設けられている。誘電体は少なくとも、コンデンサの活性部分１４を覆い、好ましくは活性部分を超えて伸びている。スペーサ１６によって、隣り合う誘電体層間が分離され、その隙間には導電性材料１８が充填されている。また、導電性材料は、活性領域１４の全体を包み込むことが好ましい。導電性材料上に少なくとも１層の導電性炭素２０を形成し、導電性炭素層上に少なくとも１層の金属層２２を形成することにより、外部端子への接着が可能となる。隣り合う誘電体間に導電性炭素または金属層を設けないことは、特別な特徴である。隣り合う誘電体間に導電性炭素または金属層を設けないことで、実質的にスペースを節約することができる。

陽極は、導体から形成され、好ましくは、金属から形成され、最も好ましくは、バルブ金属あるいはバルブ金属の導電性酸化物から形成される。特に好ましくは、陽極は、Ａｌ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＮｂＯあるいはそれらの合金を含む。アルミニウムは、本発明を実施するために特に好ましい陽極材料である。

誘電体は陽極の酸化物であることが好ましい。製造上の利便性、および、陽極の酸化物の形成に関連するコンデンサの製造技術において広範囲なノウハウが存在するためである。当該技術において周知のように、誘電体の厚さは化成電圧によって制御される。典型的には、陽極酸化する溶剤の存在下で陽極を変性させることによって、誘電体が形成される。本明細書において、陽極酸化する溶剤は特に限定されない。あらゆる誘電体形成技術または陽極酸化する溶剤が、本発明の実施のために適用できる。陽極酸化する溶剤および技術は、例えば米国特許第７,７８０,８３５号明細書、米国特許第７,６７８,２５９号明細書、米国特許第７,３４２,７７３号明細書、米国特許第７,２４８,４６２号明細書および米国特許第７,１２５,６１０号明細書に詳細に開示されている。

陰極層は、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、またはそれらの誘導体などの導電性ポリマー；二酸化マンガン、酸化鉛、電荷輸送材料合成物、またはそれらの組み合わせを好ましくは含む導電層である。固有導電性ポリマーが最も好ましい。

特に好ましい導電性ポリマーを式１に示す。

式１のＲ^１およびＲ^２は、環のβ−部位での重合を禁止するように選択される。α−部位の重合のみを進行させることが最も好ましい。したがって、Ｒ^１およびＲ^２は水素でないことが好ましい。より好ましくは、Ｒ^１およびＲ^２はα−ディレクタである。したがって、エーテル結合はアルキル結合よりも好ましい。基は、立体障害を回避するのに小さいことが最も好ましい。これらの理由から、一緒になって−Ｏ−（ＣＨ_２）_２−Ｏ−となるＲ^１およびＲ^２が最も好ましい。式１において、ＸはＳまたはＮであり、最も好ましくは、ＸはＳである。

Ｒ^１およびＲ^２は、独立して、線状または分岐状のＣ_１〜Ｃ_１６アルキルまたはＣ_２〜Ｃ_１８アルコキシアルキルを表すか；または、置換されていないまたはＣ_１〜Ｃ_６アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_６アルコキシ、ハロゲンもしくはＯＲ^３によって置換されているＣ_３〜Ｃ_８シクロアルキル、フェニルまたはベンジルであり；あるいは、Ｒ^１およびＲ^２が、一緒になって、置換されていないまたはＣ_１〜Ｃ_６アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_６アルコキシ、ハロゲン、Ｃ_３〜Ｃ_８シクロアルキル、フェニル、ベンジル、Ｃ_１〜Ｃ_４アルキルフェニル、Ｃ_１〜Ｃ_４アルコキシフェニル、ハロフェニル、Ｃ_１〜Ｃ_４アルキルベンジル、Ｃ_１〜Ｃ_４アルコキシベンジルもしくはハロベンジル、２つの酸素元素を含む５、６もしくは７員ヘテロ環構造によって置換されている線状Ｃ_１〜Ｃ_６アルキレンである。Ｒ^３は、水素、線状または分岐状のＣ_１〜Ｃ_１６アルキルまたはＣ_２〜Ｃ_１８アルコキシアルキルを表すか；あるいは、置換されていないまたはＣ_１〜Ｃ_６アルキルよって置換されているＣ_３〜Ｃ_８シクロアルキル、フェニルまたはベンジルである。

導電性ポリマーは、特に、有機スルホン酸塩と組み合わせて、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、および式１の繰り返し単位を含むポリマーから選択されることが好ましい。特に好ましいポリマーは、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＴ）である。

二酸化マンガン層を用いる場合、二酸化マンガン層は、硝酸マンガン水溶液に積層された陽極を浸漬することによって得られることが好ましい。二酸化マンガンは、次いで、乾燥または蒸気雰囲気で２００〜３５０℃の温度で硝酸塩を熱分解することによって形成される。陽極は、最適被覆率を保証するために複数回処理されてもよい。

本技術分野において典型的に使用されるように、様々なドーパントを重合プロセスの間にポリマーに組み入れることができる。ドーパントは、芳香族スルホン酸、芳香族ポリスルホン酸、ヒドロキシ基を備えた有機スルホン酸、カルボキシルヒドロキシル基を備えた有機スルホン酸、脂環式スルホン酸およびベンゾキノンスルホン酸、ベンゼンジスルホン酸、スルホサリチル酸、スルホイソフタル酸、カンファースルホン酸、ベンゾキノンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸を含む様々な酸または塩から誘導され得る。他の適切なドーパントとしては、参照によって本明細書に包含される米国特許第６,３８１,１２１号で例示されるような、スルホキノン、アントラセンモノスルホン酸、置換ナフタレンモノスルホン酸、置換ベンゼンスルホン酸、または複素環式スルホン酸が挙げられる。

バインダーおよび架橋剤も必要に応じて導電性ポリマー層に組み入れることができる。適切な材料としては、ポリ（酢酸ビニル）、ポリカーボネート、ポリ（ビニルブチレート）、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリ（塩化ビニル）、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリエーテル、ポリエステル、シリコーン、ならびにピロール／アクリレート、酢酸ビニル／アクリレートおよびエチレン／酢酸ビニル共重合体が挙げられる。

ポリマーにドーパントを含むことが好ましい。ドーパントは、別々に覆われてもよく、あるいは、モノマー溶剤中に含まれてもよい。特に好ましいドーパントは、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）のナトリウム塩である。

続いてリードフレームのような外部端子への接続を補強するために、導電性ポリマー層に接着層を設けてもよい。典型的には、接着層は、炭素含有層および金属含有層（例えば銀またはニッケルを含有する層）を有する。最外層は、蒸着によって被覆されたニッケル層または銀層のような、接合性を有する層であることが好ましい。

（実施例１）
１９０μＦ／ｃｍ^２の静電容量を有する金属箔を作製するために、定格耐電圧が１１ボルトのアルミニウム箔上に酸化物を形成した。金属箔に幅３．５ｍｍの切れ目を入れ、長尺に切断して、プロセスバーに溶接した。端を形成するための４．７ｍｍ×３．５ｍｍの領域を画定するために、マスキングラインを素子に設けた。

電解紙ＲＴＺ３０‐４０を、３００℃で炭化して挽くことにより、繊維状のスペーサを形成した。コンデンサ等級特殊糊、スペーサおよび脱イオン水を１：１：２０の重量割合で混合することにより、マトリクス先駆物質を形成した。バインダーを溶剤中に溶解または分散し、その後、少なくとも３時間の剪断加工したスペーサを分散した。誘電体を２度マトリクス中に侵漬して乾燥させた。８個の素子を互いに積層して、陽極を形成した。陽極の正極を抵抗溶接によって溶接した。マトリクスを３００℃で３０分間加熱することにより炭化した。

積層体中の陽極素子の端を、１１ボルトの電解質溶液中に形成した。端の形成工程は、米国特許６,５６２,６５２号明細書および米国特許６,７４４,６２１号明細書によって開示されているように、本技術分野において周知である。

２５ｗｔ％のアンモニア塩基過硫酸塩および１ｗｔ％のトシル酸ナトリウムを含むように準備された酸化剤水溶液中に、陽極を真空環境下で連続的に浸した。続いて、１．５ｍｏｌ／Ｌの３,４‐エチレンジオキシチオフェンのプロパノール溶液中に、陽極を浸した。陽極を３０分間４０．５℃に保持することにより、重合が完了した。酸化剤水溶液中の浸漬から重合反応までの工程を３回繰り返した。その後、陽極から重合副生成物を洗い落とし、炭素および銀のペースト層が得られた。

陽極をリードフレームに取り付け、続いて、エポキシ化合物を用いて７．３０ｍｍ×４．３０ｍｍ×１．９０ｍｍの容器に封入した。続いて、ＨＰ社製の４２６３Ｂ ＬＣＲメーターを用いて容量を測定した。
容量回復を次のように定義した：
容量回復＝１素子当たりの測定容量値／１素子当たりの理論上の計算容量値
１素子当たりの理論上の計算容量値＝０．４７ｃｍ×０．３５ｃｍ×１９０μＦ／ｃｍ^２＝３１．２６μＦ
容量回復を表１に示す。

（実施例２）
浸漬の圧力環境以外は、実施例１と同様に積層コンデンサを製造し、評価した。圧力環境を適用するため、酸化剤水溶液中に陽極を通常の大気圧下で連続的に浸した。容量回復を表１に示す。

（比較例１）
スペーサを用いなかったこと以外は、実施例２と同様に積層コンデンサを製造し、評価した。マトリクス先駆物質は、糊および脱イオン水を１：２０重量割合で混合することにより形成した。容量回復を表１に示す。

（比較例２）
浸漬の圧力環境以外は、比較例１と同様に積層コンデンサを製造し、評価した。圧力環境を適用するため、酸化剤水溶液中に陽極を真空環境下で連続的に浸した。容量回復を表１に示す。

実施例に示されたように、誘電体間において、炭化可能なマトリクスと共にスペーサを用いることにより、細孔構造を形成することができる。その結果、最も好ましい容量回復を達成することができる。真空下でポリマー層を形成することが最も好ましい。

本発明を、制限的でない好ましい実施形態を特に参照して説明した。特に列挙していないが、後述する請求項に特に記載された発明の範囲内で、当業者は追加的な実施形態および改善を実現するであろう。

Claims (49)

1. 面状の陽極と、誘電体と、スペーサと、隙間空間と、導電性材料とを備えたコンデンサであって、
   前記陽極の各々は、溶融端および分離端を備え、前記陽極は、全ての隣り合う陽極同士が前記溶融端において直接電気接触するように、並列に配置され、
   前記誘電体は、各陽極の前記分離端上に設けられ、前記コンデンサの活性領域のみを覆い、
   前記スペーサは、隣り合う誘電体を分離し、
   前記隙間空間は、隣り合う前記誘電体と前記スペーサとの間に形成され、 前記導電性材料は、前記隙間空間に設けられ、
   前記スペーサが繊維を含むことを特徴とするコンデンサ。
   ることを特徴とするコンデンサ。
2. 面状の陽極と、誘電体と、スペーサと、隙間空間と、導電性材料とを備えたコンデンサであって、
   前記陽極の各々は、溶融端および分離端を備え、前記陽極は、全ての隣り合う陽極同士が前記溶融端において直接電気接触するように、並列に配置され、
   前記誘電体は、各陽極の前記分離端上に設けられ、前記コンデンサの活性領域のみを覆い、
   前記スペーサは、隣り合う誘電体を分離し、
   前記隙間空間は、隣り合う前記誘電体と前記スペーサとの間に形成され、 前記導電性材料は、前記隙間空間に設けられ、
   前記スペーサによって、隣り合う前記誘電体間が分離されていることを特徴とするコンデンサ。
3. 前記隙間空間は、導電性炭素層または導電性金属層を含まないことを特徴とする請求項１又は２に記載のコンデンサ。
4. 前記導電性材料は、固有導電性ポリマー、電荷輸送材料化合物、または導電性酸化物から選択されることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンデンサ。
5. 前記導電性材料は、ポリチオフェン、ポリピロールまたはポリアニリン、若しくはそれらの誘導体を含むことを特徴とする請求項４に記載のコンデンサ。
6. 前記導電性材料は、ポリ３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンを含むことを特徴とする請求項５に記載のコンデンサ。
7. 前記導電性材料は、二酸化マンガンを含むことを特徴とする請求項４に記載のコンデンサ。
8. 前記導電性材料は、前記隣り合う誘電体と直接電気接触することを特徴とする請求項４に記載のコンデンサ。
9. 前記面状の陽極を２〜４０個備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンデンサ。
10. 前記面状の陽極を８〜２０個備えることを特徴とする請求項９に記載のコンデンサ。
11. 前記繊維は、断面の平均径が１〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。
12. 前記繊維の長さが１〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。
13. 前記繊維がポリマー材料を含むことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。
14. 前記スペーサが炭素繊維であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンデンサ。
15. 前記炭素繊維は、断面の平均径が１〜１００μｍであることを特徴とする請求項１４に記載のコンデンサ。
16. 前記炭素繊維の長さの平均が１〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１４に記載のコンデンサ。
17. 前記面状の陽極は、バルブ金属あるいはバルブ金属の導電性酸化物を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のコンデンサ。
18. 前記面状の陽極は、Ｔａ、Ｎｂ、Ａｌ、ＮｂＯ、Ｔｉ、Ｚｒおよびそれらの合金からなる群から選択される材料を含むことを特徴とする請求項１７に記載のコンデンサ。
19. 前記導電性材料は、さらに前記コンデンサの前記活性領域を包み込んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンデンサ。
20. 前記導電性材料を包み込む導電性炭素層をさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載のコンデンサ。
21. 前記導電性炭素層を包み込む導電性金属層をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載のコンデンサ。
22. 前記導電性材料と電気的に接続される陰極外部端子、および、前記陽極と電気的に接続される陽極外部端子をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンデンサ。
23. コンデンサを製造する方法であって、
    面状の陽極を供給する工程であって、前記陽極の各々は、溶融端、分離端、および前記分離端を覆う誘電体を備える工程と、
    少なくとも一部の前記陽極の前記誘電体に、バインダーおよびスペーサを備えるマトリクスを設ける工程と、
    少なくとも一つのマトリクスが隣り合う誘電体の間に位置するよう、前記陽極の積層体を形成する工程と、
    前記溶融端および前記分離端を溶融する工程と、
    前記隣り合う誘電体が前記スペーサによって分離された状態で、前記隣り合う誘電体の間に隙間空間を形成するために、部分的に前記バインダーを除去する工程と、
    前記隙間空間の内部および前記積層体の外部にわたって導電性材料を供給する工程と、
    前記溶融端に陽極リードを電気的に取り付ける工程と、
    前記導電性材料に陰極リードを電気的に取り付ける工程と、
    を有することを特徴とするコンデンサを製造する方法。
24. 前記陰極リードを電気的に取り付ける工程の前に、前記積層体の外部にわたって前記導電性材料の被覆上に導電性炭素層を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項２３に記載のコンデンサを製造する方法。
25. 前記陰極リードを電気的に取り付ける工程の前に、前記導電性炭素層上に金属層を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項２４に記載のコンデンサを製造する方法。
26. 前記バインダーを除去する工程は、前記バインダーを加熱する工程を含むことを特徴とする請求項２３に記載のコンデンサを製造する方法。
27. 前記陽極は、Ｔａ、Ｎｂ、Ａｌ、ＮｂＯ、Ｔｉ、Ｚｒおよびそれらの合金からなる群から選択される材料を含むことを特徴とする請求項２３に記載のコンデンサを製造する方法。
28. 前記導電性材料は、固有導電性ポリマー、電荷輸送材料化合物、または導電性酸化物から選択されることを特徴とする請求項２３に記載のコンデンサを製造する方法。
29. 前記導電性材料は、ポリチオフェンを含むことを特徴とする請求項２８に記載のコンデンサを製造する方法。
30. 前記導電性材料は、ポリ３，４−ポリエチレンジオキシチオフェンを含むことを特徴とする請求項２９に記載のコンデンサを製造する方法。
31. 前記導電性材料は、二酸化マンガンを含むことを特徴とする請求項２８に記載のコンデンサを製造する方法。
32. 前記導電性ポリマーを供給する工程は、前記隙間空間の中へ酸化剤およびモノマーの導入する工程を含むことを特徴とする請求項２８に記載のコンデンサを製造する方法。
33. 前記酸化剤を導入する前に、前記モノマーを前記隙間空間の中へ導入することを特徴とする請求項３２に記載のコンデンサを製造する方法。
34. 前記導電性ポリマーを供給する工程は、前記ポリマーを含むスラリーを前記隙間空間に導入する工程を含むことを特徴とする請求項２８に記載のコンデンサを製造する方法。
35. 前記スペーサが炭素繊維を含むことを特徴とする請求項２３に記載のコンデンサを製造する方法。
36. 前記繊維の材料は、断面の平均径が１〜１００μｍであることを特徴とする請求項３５に記載のコンデンサを製造する方法。
37. 前記炭素繊維の長さが１〜１５０μｍであることを特徴とする請求項３５に記載のコンデンサを製造する方法。
38. 前記スペーサを形成するために、ポリマーを炭化する工程をさらに有することを特徴とする請求項２３に記載のコンデンサを製造する方法。
39. 前記ポリマーは、ヒドロキシル基またはカルボキシル基を含むことを特徴とする請求項３８に記載のコンデンサを製造する方法。
40. 前記ポリマーは、セルロースおよびペントサンから選択された少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする請求項３８に記載のコンデンサを製造する方法。
41. 前記ポリマーは、２５〜８５重量％のセルロースを含むことを特徴とする請求項４０に記載のコンデンサを製造する方法
42. 前記ポリマーは、１５〜７５重量％のペントサンを含むことを特徴とする請求項４０に記載のコンデンサを製造する方法
43. 前記バインダーは、繊維素、セルロース、グルコース、タンパク質およびゼラチンからなる群から選択された材料を含むことを特徴とする請求項２３に記載のコンデンサを製造する方法。
44. 前記バインダーが糊であることを特徴とする請求項４３に記載のコンデンサを製造する方法。
45. 前記導電性材料を供給する工程は、前記積層体に真空を供給する工程を含むことを特徴とする請求項２３に記載のコンデンサを製造する方法。
46. 前記溶融する工程は、溶接する工程を含むことを特徴とする請求項２３に記載のコンデンサを製造する方法。
47. 前記面状の陽極を２〜４０個備えることを特徴とする請求項２３に記載のコンデンサを製造する方法。
48. 前記面状の陽極を８〜２０個備えることを特徴とする請求項４７に記載のコンデンサを製造する方法。
49. 前記積層体を形成する工程は、前記マトリクスに被覆された陽極と前記マトリクスに被覆されていない陽極とを交互に設ける工程を有することを特徴とする請求項２３に記載のコンデンサを製造する方法。