JP6729179B2 - 固体電解コンデンサ素子、固体電解コンデンサ、固体電解コンデンサ素子の製造方法、及び、固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents
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Description
従来の固体電解コンデンサ素子6を構成する固体電解質層40及び集電層50は、通常、弁作用金属基体10の陰極部となるべき一方の端部を、導電性高分子の原料溶液や分散液、及び、カーボンペースト等に浸漬することによって形成される。
マスキング部材の高さが50μmを超える場合、コンデンサ素子が大きくなりすぎて、体積あたりの容量が低下してしまうことがある。
第1の被覆領域を構成するマスキング部材の表面に親水性部材が設けられていると、固体電解質層を形成するための導電性高分子の原料溶液又は分散液が第1の被覆領域においてはじかれにくくなるため、第1の被覆領域上に固体電解質層が形成されやすくなる。
シランカップリング剤、金属キレート剤及び湿潤剤はいずれも、マスキング部材に充分な親水性を付与することができる。
これらのシランカップリング剤は、マスキング部材の表面に充分な親水性を付与することができる。
これらの金属キレート剤は、マスキング部材の表面に充分な親水性を付与することができる。
第2の被覆領域を構成するマスキング部材の表面に疎水性部材が設けられていると、固体電解質層を形成するための導電性高分子の原料溶液又は分散液が第2の被覆領域においてはじかれやすくなるため、第2の被覆領域上に固体電解質層が形成されにくくなる。
マスキング領域上に形成された固体電解質層の少なくとも一部が集電層によって覆われずに露出していると、露出領域において集電層と誘電体層とが直接接触することが防止される。
陰極形成領域上の誘電体層上に形成された固体電解質層の全体が集電層により覆われていると、固体電解コンデンサ素子のESRを充分に低下させることができる。
マスキング部材の高さが50μm以下であると、小型の固体電解コンデンサ素子を製造することができる。
露出領域よりも陰極形成領域側に形成された被覆領域を構成するマスキング部材の表面に親水性部材を付与することにより、固体電解質層を形成するための導電性高分子の原料溶液又は分散液が上記被覆領域においてはじかれにくくなるため、当該被覆領域上に固体電解質層が形成されやすくなる。
シランカップリング剤、金属キレート剤及び湿潤剤はいずれも、マスキング部材に充分な親水性を付与することができる。
これらのシランカップリング剤は、マスキング部材の表面に充分な親水性を付与することができる。
これらの金属キレート剤は、マスキング部材の表面に充分な親水性を付与することができる。
露出領域よりも陽極端子領域側に形成された被覆領域を構成するマスキング部材の表面に疎水性部材を付与することにより、固体電解質層を形成するための導電性高分子の原料溶液又は分散液が上記被覆領域においてはじかれやすくなるため、当該被覆領域上に固体電解質層が形成されにくくなる。
マスキング領域上に形成された固体電解質層の少なくとも一部を集電層によって覆わずに露出させることによって、集電層と誘電体層とが直接接触することが防止される。
陰極形成領域上の誘電体層上に形成された固体電解質層の全体を集電層によって覆うことにより、固体電解コンデンサ素子のESRを充分に低下させることができる。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい構成を2つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
まず、本発明の固体電解コンデンサ素子について説明する。
本発明の固体電解コンデンサ素子は、陽極端子領域と陰極形成領域とを有する弁作用金属基体と、上記陰極形成領域上に形成された誘電体層と、上記誘電体層上に形成された固体電解質層と、上記固体電解質層上に形成された集電層とを有する固体電解コンデンサ素子であって、上記陽極端子領域上に、上記弁作用金属基体を対極と絶縁するためのマスキング領域が形成されている。
図1に示す固体電解コンデンサ素子1は、陽極端子領域(図1中、両矢印aで示される領域)と陰極形成領域(図1中、両矢印bで示される領域)とを有する弁作用金属基体10と、陽極端子領域a上及び陰極形成領域b上に形成された誘電体層20と、誘電体層20上に形成された固体電解質層40と、固体電解質層40上に形成された集電層50とを有する。陽極端子領域a上には、陽極端子領域aと陰極形成領域bとを区画し、弁作用金属基体10を対極と絶縁するための、マスキング部材35からなるマスキング領域30が形成されている。マスキング領域30には、上記陽極端子領域aと陰極形成領域bとの境界を起点として、陽極端子領域a側に向かって、マスキング部材35を含む第1の被覆領域31、誘電体層20が露出する露出領域32及びマスキング部材35を含む第2の被覆領域33がこの順で配置されている。
そして、固体電解質層40は、第1の被覆領域31の全体及び露出領域32の少なくとも一部を覆っている。
図2に示すように、図1における第2の被覆領域33に相当するマスキング部材35は、誘電体層20が表面に形成された弁作用金属基体の周囲に設けられている。図2には示されていないが、図1における第1の被覆領域31に相当するマスキング部材35も、誘電体層20が表面に形成された弁作用金属基体の周囲に設けられている。図1及び図2に示す固体電解コンデンサ素子1では、2つのマスキング部材35の間に、リング状の露出領域32が配置されている。
図3に示す固体電解コンデンサ素子2では、マスキング部材35が露出領域によって分断されておらず、誘電体層20が表面に形成された弁作用金属基体の周囲に、点状の露出領域が配置されている。
本明細書において、マスキング部材の高さとは、マスキング部材が設けられている誘電体層の表面からのマスキング部材の表面までの高さである。なお、弁作用金属基体の表面が多孔質層を有する場合、多孔質層の内部に侵入するマスキング部材の侵入深さはマスキング部材の高さに含まれない。
続いて、本発明の固体電解コンデンサ素子の製造方法について説明する。
本発明の固体電解コンデンサ素子の製造方法は、弁作用金属基体の表面に誘電体層を形成する工程と、上記弁作用金属基体上にマスキング部材からなるマスキング領域を形成することにより、上記マスキング領域によって、上記弁作用金属基体を陽極端子領域と陰極形成領域とに区画する工程と、上記マスキング領域の一部上及び上記誘電体層上に固体電解質層を形成する工程と、上記固体電解質層上に集電層を形成する工程とを備え、上記マスキング領域を形成する工程では、上記マスキング領域の端部以外の領域に、上記誘電体層が露出する露出領域を形成し、上記固体電解質層を形成する工程では、上記マスキング領域のうち、上記陽極端子領域と上記陰極形成領域との境界から上記露出領域の少なくとも一部までの領域上に上記固体電解質層を形成することを特徴とする。
図4(a)〜図4(d)を参照しながら、本発明の固体電解コンデンサ素子の製造方法の一例について説明する。
ただし、通常は面積の大きい側を陰極形成領域とし、面積の小さい側を陽極端子領域とする。これ以降、図4(b)におけるマスキング領域30とマスキング領域30よりも右側の領域とを合わせた領域(図4(b)中、両矢印aで示される領域)を陽極端子領域とし、マスキング領域30よりも左側の領域(図4(b)中、両矢印bで示される領域)を陰極形成領域として説明する。
絶縁性樹脂を塗布する方法としては、インクジェット方式、スクリーン印刷方式、ディスペンサー方式、転写方式など公知の手法を採用することができる。
固体電解質層を形成する方法としては、例えば、導電性高分子を分散させた分散液(導電性ポリマー液ともいう)を誘電体層上に付与して乾燥させる方法、又は、導電性高分子となるモノマーを含有する溶液(導電性モノマー液ともいう)を誘電体層上に付与して重合させる方法等が挙げられる。
図5(a)及び図5(b)は、マスキング領域を形成する工程において形成されるマスキング領域の形状の例を模式的に示す斜視図である。
[固体電解コンデンサ素子]で説明したように、マスキング領域の形状、特に、露出領域の形成は特に限定されず、例えば、図5(a)に示すようなリング状の露出領域32を有するマスキング領域30、図5(b)に示すような点状の露出領域32を有するマスキング領域30等を形成すればよい。
続いて、本発明の固体電解コンデンサについて説明する。
本発明の固体電解コンデンサは、[固体電解コンデンサ素子]で説明した固体電解コンデンサ素子を備え、上記固体電解コンデンサ素子が外装樹脂により封止されている。本発明の固体電解コンデンサが複数の固体電解コンデンサ素子を備える場合、[固体電解コンデンサ素子]で説明した固体電解コンデンサ素子以外の固体電解コンデンサ素子を備えてもよい。
図6に示す固体電解コンデンサ100は、複数の固体電解コンデンサ素子1(以下、単にコンデンサ素子1ともいう)と、陽極端子70(陽極側のリードフレーム)と、陰極端子80(陰極側のリードフレーム)と、外装樹脂60と、を備えている。
以下、本発明の固体電解コンデンサの製造方法について説明する。
本発明の固体電解コンデンサの製造方法では、[固体電解コンデンサ素子の製造方法]で説明した方法によって固体電解コンデンサ素子を作製し、上記固体電解コンデンサ素子を外装樹脂によって封止する。
まず、弁作用金属基体として、表面に多孔質層を有するアルミニウム化成箔を準備し、所定の形状に裁断した。
この際、マスキング領域の幅は0.8mmとし、マスキング領域の略中央部に、幅0.2mmのリング状の露出領域が設けられるようにマスキング領域を形成した。
なお、マスキング部材の高さは10μmとした。
露出領域の形状を点状に変更したほかは、実施例1と同様の手順でコンデンサ素子を作製し、実施例2に係る固体電解コンデンサを得た。
マスキング領域を形成した後、第1の被覆領域を構成するマスキング部材の表面に、シランカップリング剤である3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシランを塗布して親水性部材を設けたほかは、実施例1と同様の手順でコンデンサ素子を作製し、実施例3に係る固体電解コンデンサを得た。
マスキング領域を形成した後、第1の被覆領域を構成するマスキング部材の表面に、シランカップリング剤である3−アミノプロピルトリメトキシシランを塗布して親水性部材を設けたほかは、実施例1と同様の手順でコンデンサ素子を作製し、実施例4に係る固体電解コンデンサを得た。
マスキング領域を形成した後、第1の被覆領域を構成するマスキング部材の表面に、金属キレート剤である8−キノリノールを塗布して親水性部材を設けたほかは、実施例1と同様の手順でコンデンサ素子を作製し、実施例5に係る固体電解コンデンサを得た。
マスキング領域を形成した後、第1の被覆領域を構成するマスキング部材の表面に、金属キレート剤である1,2,3−ベンゾトリアゾールを塗布して親水性部材を設けたほかは、実施例1と同様の手順でコンデンサ素子を作製し、実施例6に係る固体電解コンデンサを得た。
マスキング領域を形成した後、第1の被覆領域を構成するマスキング部材の表面に、金属キレート剤である1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオンを塗布して親水性部材を設けたほかは、実施例1と同様の手順でコンデンサ素子を作製し、実施例7に係る固体電解コンデンサを得た。
マスキング領域を形成した後、第1の被覆領域を構成するマスキング部材の表面に、湿潤剤(Air Products社製 Carbowet106)を塗布して親水性部材を設けたほかは、実施例1と同様の手順でコンデンサ素子を作製し、実施例8に係る固体電解コンデンサを得た。
露出領域を設けず、マスキング領域の全部をマスキング部材によって覆うようにしたほかは、実施例1と同様の手順でコンデンサ素子を作製し、比較例1に係る固体電解コンデンサを得た。
なお、導電性ポリマー配合液、カーボンペースト及び銀ペーストへの浸漬は、実施例1と同様の位置まで行った。
実施例1〜実施例8及び比較例1に係る固体電解コンデンサを各1000個ずつ作製し、漏れ電流を評価した。漏れ電流が0.1CV以上のものを不良品と判定し、良品率を求めた。結果を表1に示す。
6 従来の固体電解コンデンサ素子
10 弁作用金属基体
20 誘電体層
30 マスキング領域
31 第1の被覆領域
32 露出領域
33 第2の被覆領域
35 マスキング部材
40 固体電解質層
50 集電層
60 外装樹脂
70 陽極端子(陽極側のリードフレーム)
80 陰極端子(陰極側のリードフレーム)
100 固体電解コンデンサ
Claims (20)
- 陽極端子領域と陰極形成領域とを有する弁作用金属基体と、前記陰極形成領域上に形成された誘電体層と、前記誘電体層上に形成された固体電解質層と、前記固体電解質層上に形成された集電層とを有する固体電解コンデンサ素子であって、
前記陽極端子領域上に、前記陽極端子領域と前記陰極形成領域とを区画し、前記弁作用金属基体を対極と絶縁するための、マスキング部材からなるマスキング領域が形成されており、
前記マスキング領域は、前記弁作用金属基体の長軸方向に略直交する方向に沿って一周するように形成されており、
前記マスキング領域には、前記陽極端子領域と前記陰極形成領域との境界を起点として、前記陽極端子領域側に向かって、前記マスキング部材を含む第1の被覆領域、前記誘電体層が露出する露出領域、及び、前記マスキング部材を含む第2の被覆領域がこの順で配置されており、
前記固体電解質層は、前記第1の被覆領域と、前記露出領域の少なくとも一部とを覆っており、
前記露出領域は、前記第1の被覆領域と前記第2の被覆領域とを分断するリング状に形成されていることを特徴とする固体電解コンデンサ素子。 - 前記マスキング部材の高さは50μm以下である請求項1に記載の固体電解コンデンサ素子。
- 前記第1の被覆領域を構成するマスキング部材の表面には、親水性部材が設けられている請求項1又は2に記載の固体電解コンデンサ素子。
- 前記親水性部材は、シランカップリング剤、金属キレート剤及び湿潤剤からなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項3に記載の固体電解コンデンサ素子。
- 前記シランカップリング剤が、3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン及び3−アミノプロピルトリメトキシシランからなる群から選択される少なくとも1種である請求項4に記載の固体電解コンデンサ素子。
- 前記金属キレート剤が、8−キノリノール、1,2,3−ベンゾトリアゾール及び1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオンからなる群から選択される少なくとも1種である請求項4に記載の固体電解コンデンサ素子。
- 前記第2の被覆領域を構成するマスキング部材の表面には、疎水性部材が設けられている請求項1〜6のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子。
- 前記マスキング領域上に形成された前記固体電解質層の少なくとも一部は、前記集電層によって覆われておらず露出している請求項1〜7のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子。
- 前記陰極形成領域上の前記誘電体層上に形成された前記固体電解質層の全体が、前記集電層により覆われている請求項1〜8のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子を備え、前記固体電解コンデンサ素子が外装樹脂によって封止されていることを特徴とする固体電解コンデンサ。
- 弁作用金属基体の表面に誘電体層を形成する工程と、
前記弁作用金属基体上にマスキング部材からなるマスキング領域を形成することにより、前記マスキング領域によって、前記弁作用金属基体を陽極端子領域と陰極形成領域とに区画する工程と、
前記マスキング領域の一部上及び前記誘電体層上に固体電解質層を形成する工程と、
前記固体電解質層上に集電層を形成する工程とを備え、
前記マスキング領域を形成する工程では、前記誘電体層が露出する露出領域が、前記マスキング領域を分断するリング状に形成されるように、かつ、前記マスキング領域が前記弁作用金属基体の長軸方向に略直交する方向に沿って一周するように前記マスキング領域を形成し、
前記固体電解質層を形成する工程では、前記マスキング領域のうち、前記陽極端子領域と前記陰極形成領域との境界から前記露出領域の少なくとも一部までの領域上に前記固体電解質層を形成することを特徴とする固体電解コンデンサ素子の製造方法。 - 前記マスキング部材の高さは50μm以下である請求項11に記載の固体電解コンデンサ素子の製造方法。
- 前記マスキング領域を形成する工程の後に、さらに、前記露出領域よりも前記陰極形成領域側に形成された被覆領域を構成する前記マスキング部材の表面に親水性部材を付与する工程を備える請求項11又は12に記載の固体電解コンデンサ素子の製造方法。
- 前記親水性部材は、シランカップリング剤、金属キレート剤及び湿潤剤からなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項13に記載の固体電解コンデンサ素子の製造方法。
- 前記シランカップリング剤が、3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン及び3−アミノプロピルトリメトキシシランからなる群から選択される少なくとも1種である請求項14に記載の固体電解コンデンサ素子の製造方法。
- 前記金属キレート剤が、8−キノリノール、1,2,3−ベンゾトリアゾール及び1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオンからなる群から選択される少なくとも1種である請求項14に記載の固体電解コンデンサ素子の製造方法。
- 前記マスキング領域を形成する工程の後に、さらに、前記露出領域よりも前記陽極端子領域側に形成された被覆領域を構成する前記マスキング部材の表面に疎水性部材を付与する工程を備える請求項11〜16のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子の製造方法。
- 前記集電層を形成する工程では、前記マスキング領域上に形成された前記固体電解質層の少なくとも一部を、前記集電層によって覆わずに露出させる請求項11〜17のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子の製造方法。
- 前記集電層を形成する工程では、前記陰極形成領域上の前記誘電体層上に形成された前記固体電解質層の全体を前記集電層によって覆う請求項11〜18のいずれかに記載の固体電解コンデンサ素子の製造方法。
- 請求項11〜19のいずれかに記載の方法によって固体電解コンデンサ素子を作製する工程と、
前記固体電解コンデンサ素子を外装樹脂によって封止する工程と、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。
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