JP6199006B2 - 固体電解コンデンサ要素 - Google Patents
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Description
固体電解コンデンサのアノードは、約2,000μF*V/gから約700,000μF*V/g、一部の実施形態において約5,000から約300,000μF*V/g、一部の実施形態において約20,000から約200,000μF*V/gの広範囲にある比電荷を有するバルブ金属組成物から形成することができる。バルブ金属組成物は、タンタル、ニオブ、アルミニウム、ハフニウム、チタン、それらの合金、それらの酸化物、及びそれらの窒化物などのようなバルブ金属(すなわち、酸化の可能な金属)又はバルブ金属ベースの化合物を含有する。例えば、バルブ金属組成物は、1:1.0±1.0、一部の実施形態において1:10±0.3、一部の実施形態において1:10±0.1、一部の実施形態において1:1±0.05のニオブの酸素に対する原子比を有するニオブ酸化物のようなニオブの導電性酸化物を含有することができる。例えば、ニオブ酸化物は、NbO0.7、NbO1.0、NbO1.1、及びNbO2とすることができる。好ましい実施形態では、この組成物は、NbO1.0を含有し、これは、高温での焼結の後であっても化学的に安定のままとすることができる。そのようなバルブ金属酸化物の例は、Fifeに付与された米国特許第6,322,912号明細書、Fife他に付与された第6,391,275号明細書、Fife他に付与された第6,416,730号明細書、Fifeに付与された第6,527,937号明細書、Kimmel他に付与された第6,576,099号明細書、Fife他に付与された第6,592,740号明細書、及びKimmel他に付与された第6,639,787号明細書、及びKimmel他に付与された第7,220,397号明細書、並びにSchnitterに付与された米国特許出願公開第2005/0019581号明細書、Schnitter他に付与された第2005/0103638号明細書、Thomas他に付与された第2005/0013765号明細書に説明されており、それらの全ては、全ての目的に対してそれへの引用により全体として本明細書に組み込まれている。
上述のように、固体電解質が誘電体の上に重なり、これは、一般的にコンデンサのためのカソードとして機能する。固体電解質は、無機材料(例えば、二酸化マンガン)又は有機材料(例えば、導電性ポリマー、7,7’,8,8’−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体など)のような様々な公知の材料から形成することができる。1つの特定の実施形態では、導電性ポリマーが、固体電解質として用いられる。一般的に、こうした導電性ポリマーは、π共役であり、例えば、酸化の後での少なくとも1μScm-1の導電率のような酸化又還元の後での真性導電率を有する。そのようなπ共役導電性ポリマーの例としては、例えば、ポリヘテロ環(例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンなど)、ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレン、ポリフェノレートなどが挙げられる。特に適切な導電性ポリマーは、以下の一般構造、
を有する置換ポリチオフェンであり、ここで、Tは、O又はSであり、Dは、任意的に置換されたC1からC5アルキレン基(例えば、メチレン、エチレン、n−プロピレン、n−ブチレン、n−ペンチレンなど)であり、R7は、直鎖又は分岐の任意的に置換されたC1からC18のアルキル基(例えば、メチル、エチル、n−又はiso−プロピル、n−,iso−,sec−又はtert−ブチル、n−ペンチル、1−メチルブチル、2−メチルブチル、3−メチルブチル、1−エチルプロピル、1,1−ジメチルプロピル、1,2−ジメチルプロピル、2,2−ジメチルプロピル、n−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、2−エチルヘキシル、n−ノニル、n−デシル、n−ウンデシル、n−ドデシル、n−トリデシル、n−テトラデシル、n−ヘキサデシル、n−オクタデシルなど)、任意的に置換されたC5からC12のシクロアルキル基(例えば、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、シクロデシルなど)、任意的に置換されたC6からC14のアリール基(例えば、フェニル、ナフチルなど)、任意的に置換されたC7からC18のアラルキル基(例えば、ベンジル、o−,m−,p−トリル,2,3−,2,4−,2,5−,2,6−,3,4−,3,5−キシリル、メシチルなど)、任意的に置換されたC1からC4のヒドロキシアルキル基、又はヒドロキシル基であり、qは、0から8、一部の実施形態において0から2の整数であり、一部の実施形態において0であり、nは、2から5,000、一部の実施形態において4から2,000、一部の実施形態において5から1,000である。化学基「D」又は「R7」のための置換基の例としては、例えば、アルキル、シクロアルキル、アリール、アラルキル、アルコキシ、ハロゲン、エーテル、チオエーテル、ジスルフィド、スルホキシド、スルホン、スルホネート、アミノ、アルデヒド、ケト、カルボン酸エステル、カルボン酸、カーボネート、カルボキシレート、シアノ、アルキルシラン及びアルコキシシラン基、カルボキシアミド基などが挙げられる。
を有する。
を有し、ここで、T、D、R7、及びqは、上記に定められている。特に適切なチオフェンモノマーは、「D」が、任意的に置換されたC2からC3アルキレン基のものである。例えば、以下の一般構造:
を有する任意的に置換された3,4−アルキレンジオキシチオフェンを使用することができ、ここで、R7及びqは、上記に定められている。1つの特定の実施形態では、「q」は0である。3,4−エチレンジオキシチオフェンの市販の適切な一例は、「H.C.Starck GmbH」から「Clevios(登録商標)M」の名称で入手可能である。他の適切なモノマーは、本明細書にその全ての目的に対して引用により全体として組み込まれているBlohm他に付与された米国特許第5,111,327号明細書及びGroenedaal他に付与された米国特許第6,635,729号明細書にも説明されている。これらのモノマーの誘導体を使用することもでき、それらは、上述のモノマーのダイマー又はトライマーである。より高分子の誘導体、すなわち、モノマーのテトラマー、ペンタマーなどは、本発明での使用に適切である。この誘導体は、同一の又は異なるモノマー単位から構成することができ、かつ純粋形態、並びに相互との混合物及び/又はモノマーとの混合物の状態で使用することができる。これらの前駆体の酸化又は還元型も用いることができる。
本発明のコンデンサは、少なくとも1つの光反射層及び少なくとも1つの応力散逸層を含む多層保護コーティングも含む。光反射層は、固体電解質の上に重なり、応力散逸層は、光反射層の上に重なる。本明細書での用語「上に重なる」の使用は、特定のコーティング又は層が先行する層の後で付加されることを単に意味することを理解すべきである。しかし、このコーティング又は層の何らかの部分は、先行コーティング又は層と混合し又はそれらを通過して流れ、そのためにこのコーティング又は層が先行コーティング又は層全体を厳密には覆わない場合がある。例えば、光反射層の何らかの部分は、固体電解質のないアノード本体の空隙内に通される場合がある。それにも関わらず、光反射層は、依然として固体電解質の上に重なっている。更に、用語「上に重なる」は、先行層の間の追加層の使用を除外しない。例えば、1つ又はそれよりも多くの層は、固体電解質と保護コーティングの間に付加することができ、このコーティングは、それにも関わらず固体電解質の上に重なると見なされる。1つの特定の実施形態では、上述のように、外部コーティング(例えば、炭素質層及び金属層)が固体電解質と保護コーティングの間に位置決めされる。
光反射層は、ある一定の種類の入射光(例えば、レーザ光)を反射するように構成され、それによってこの光が固体電解質に実質的に接触せず、潜在的炭化が抑制されるようになっている。光反射層は、約1.7又はそれよりも高く、一部の実施形態において約2.0又はそれよりも高く、一部の実施形態において約2.2つ又はそれよりも高く、一部の実施形態において約2.4又はそれよりも高い比較的高い屈折率を有する粒子を一般的に含有する。コンデンサの電気的特性を最適化するために、光反射層は非金属性であり、かつ任意的に非導電性であることも典型的に望ましい。これに関連して、この反射性粒子は、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、硫酸マグネシウム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化チタン、アルミナ、水酸化アルミニウム、ヒドロキシアパタイト、シリカ、マイカ、タルク、カオリン、粘土、ガラス粉末、及びゼオライトなどである無機粒子、及び有機粒子などのような誘電体から典型的に形成される。光反射層に使用するために特に適切な絶縁性粒子としては、ルチル型二酸化チタン(約2.73の屈折率)、アナターゼ型二酸化チタン(約2.55の屈折率)、硫化亜鉛(約2.32の屈折率)、及び酸化亜鉛(約2.0の屈折率)が挙げられる。
によって推算することができ、ここで、λは、入射光の波長であり、n1は、粒子の屈折率であり、n2は、層の連続相の屈折率(例えば、水の屈折率は、約1.33)である。例えば、Nd:YAGレーザは、赤外線スペクトルでの1064nmの波長を有する光を典型的に放射する。この波長で、ルチル型及びアナターゼ型二酸化チタンに関する推算された最適散乱粒径は、それぞれ約0.47μm及び約0.55μmである。上記を考慮して、本発明の反射性粒子は、約0.01から約5μm、一部の実施形態において約0.05から約2μm、一部の実施形態において約0.1から1μmの範囲にある平均粒径を有するように選択することができる。
保護コーティングの応力散逸層は、特に、コンデンサが(例えば、封入、リフロー中に)受ける応力を消散するのに役立ち、それによってこの応力がコンデンサに損傷を引き起こし難くする。応力散逸層はまた、本質的に比較的多孔質とすることができ、それによってコンデンサ(例えば、固体電解質)に閉じ込められた湿分が脱出することができ、そうでなければ固体電解質に伝達される可能性がある圧力が低減される。一般的に、応力散逸層は、端子、別のコンデンサ要素などへの導電性取り付けを強化するために導電性でもあることが望ましい。これら及び他の機能を達成するために、応力散逸層は、複数の導電性金属粒子を一般的に含む。この粒子の形成に使用するために適切な金属の例としては、例えば、ニッケル、銅、金、銀、銀被覆銅、銀被覆ニッケル、錫、鉛、パラジウム、アルミニウムなど、並びにそれらの合金が挙げられる。銀が、本発明での使用に特に適切である。粒子は、コンデンサ要素の表面に付加された(例えば、コーティング、浸漬、噴霧、印刷などされた)ペーストの形態のような当業技術で公知のあらゆる技術を用いてコンデンサ要素に付加することができる。このペーストは、次に硬化処理又は乾燥させてその中に存在するあらゆる溶媒が除去される。
漏れ電流:漏れ電流(DCL)は、25℃の温度及び所定の定格電圧で最低限60秒後の漏れ電流を測定する漏れ試験セットを用いて測定された。漏れ電流はまた、従来型の無鉛リフロー・プロフィールが行われた後に測定され、かつ25℃及び定格電圧での30分のリラクゼーションの後に測定された。
34 アノードワイヤ
36 前面
37 上面
38 後面
39 底面
Claims (22)
- 前面、後面、上面、底面、第1の側面、及び第2の側面を有する固体電解コンデンサ要素であって、
バルブ金属組成物を含有するアノード本体と、
前記アノード本体の上に重なる誘電体と、
前記誘電体の上に重なる固体電解質と、
前記固体電解コンデンサ要素の前記前面から、アノード端子にレーザー溶接するために延びるアノードワイヤと、
光反射層及び応力散逸層を含む多層保護コーティングと、
前記固体電解質と前記多層保護コーティングの間に位置決めされた外部コーティングと、
を含み、
前記光反射層は、前記固体電解質の上に重なり、前記応力散逸層は、該光反射層の上に重なり、
前記光反射層は、前記前面及び、前記上面又は前記底面又は前記第1の側面又は前記第2の側面又はそれらの組み合わせの、少なくとも前記前面に隣接する部分に配置され、
前記光反射層は、複数の非金属反射性粒子を含有し、
前記応力散逸層は、複数の金属粒子を含み、
前記外部コーティングは、前記固体電解質の上に重なる炭素質層及び該炭素質層の上に重なる金属層を含み、
前記金属粒子は、0.1から50μmのメジアン径を有することを特徴とする固体電解コンデンサ要素。 - 前記非金属反射性粒子は、1.7又はそれよりも大きい屈折率を有することを特徴とする請求項1に記載の固体電解コンデンサ要素。
- 前記非金属反射性粒子は、無機粒子を含むことを特徴とする請求項1に記載の固体電解コンデンサ要素。
- 前記無機粒子は、二酸化チタンを含むことを特徴とする請求項3に記載の固体電解コンデンサ要素。
- 前記二酸化チタンは、ルチル型二酸化チタン、アナターゼ型二酸化チタン、又はそれらの混合物であることを特徴とする請求項4に記載の固体電解コンデンサ要素。
- 前記非金属反射性粒子は、0.1から1μmの平均径を有することを特徴とする請求項1に記載の固体電解コンデンサ要素。
- 前記非金属反射性粒子は、前記光反射層の80重量%から100重量%を構成することを特徴とする請求項1に記載の固体電解コンデンサ要素。
- 前記光反射層は、20から80μmの厚みを有することを特徴とする請求項1に記載の固体電解コンデンサ要素。
- 前記応力散逸層は、1から100μmの厚みを有することを特徴とする請求項1に記載の固体電解コンデンサ要素。
- 前記金属粒子は、銀を含むことを特徴とする請求項1に記載の固体電解コンデンサ要素。
- 前記金属層は、銀粒子を含むことを特徴とする請求項1に記載の固体電解コンデンサ要素。
- 前記保護コーティングは、実質的に前記側面全体を覆うことを特徴とする請求項1に記載の固体電解コンデンサ要素。
- 前記保護コーティングは、前記側面の一部分のみを覆うことを特徴とする請求項1に記載の固体電解コンデンサ要素。
- 付加的な応力散逸層が、コンデンサ要素の前記後面に位置することを特徴とする請求項1に記載の固体電解コンデンサ要素。
- 前記バルブ金属組成物は、タンタル、ニオブ、又はそれらの導電性酸化物を含有することを特徴とする請求項1に記載の固体電解コンデンサ要素。
- 前記固体電解質は、導電性ポリマーを含有することを特徴とする請求項1に記載の固体電解コンデンサ要素。
- 前記導電性ポリマーは、置換ポリチオフェンであることを特徴とする請求項16に記載の固体電解コンデンサ要素。
- 前記置換ポリチオフェンは、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)であることを特徴とする請求項17に記載の固体電解コンデンサ要素。
- 前記固体電解質は、予重合された導電性ポリマー粒子の分散液から形成されることを特徴とする請求項16に記載の固体電解コンデンサ要素。
- 前記固体電解質は、カウンタイオンを更に含むことを特徴とする請求項19に記載の固体電解コンデンサ要素。
- 前記導電性ポリマー粒子は、前記誘電体と接触していることを特徴とする請求項19に記載の固体電解コンデンサ要素。
- 前記固体電解質は、予重合された置換ポリチオフェン粒子の分散液から形成されることを特徴とする請求項19に記載の固体電解コンデンサ要素。
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