JP7257636B2 - 固体電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
(外装体3)
外装体3は、コンデンサ素子を封止するものである。コンデンサ素子内への空気の侵入を抑制する観点からは、陽極端子4および陰極端子5の一部が外装体3で封止されていることが望ましい。樹脂外装体は、コンデンサ素子、および、陽極端子4および陰極端子5の一部を樹脂材料で封止することにより形成され得る。
陽極端子4および陰極端子5の一端部は、コンデンサ素子と電気的に接続され、他端部は外装体3の外部に引き出される。固体電解コンデンサ1において、陽極端子4および陰極端子5の一端部側は、コンデンサ素子2A~2Cとともに外装体3により覆われている。陽極端子4および陰極端子5としては、例えば、リードフレームと呼ばれるものを用いてもよい。陽極端子4および陰極端子5の素材としては、例えば、銅などの金属またはその合金などが挙げられる。
コンデンサ素子2A~2Cは、それぞれ、陽極部を構成する陽極体6と、誘電体層7と、固体電解質層9を含む陰極部8とを備える。陰極部8は、少なくとも固体電解質層9を備えていればよいが、図1および図2に示されるように、固体電解質層9と、固体電解質層9を覆う陰極引出層10とを備えることが好ましい。
陽極体6は、弁作用金属、弁作用金属を含む合金、および弁作用金属を含む化合物などを含むことができる。これらの材料は一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。弁作用金属としては、例えば、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタンが好ましく使用される。陽極体6の多孔質部は、例えば、エッチングなどにより弁作用金属を含む基材(箔状または板状の基材など)の表面を粗面化することで得られる。
誘電体層7は、陽極体6の表面の弁作用金属を、化成処理などにより陽極酸化することで形成される。誘電体層7は、陽極体6の少なくとも一部を覆うように形成されていればよい。誘電体層7は、通常、陽極体6の表面に形成される。誘電体層7は、陽極体6の多孔質の表面に形成されるため、陽極体6の表面の孔や窪み(ピット)の内壁面に沿って形成される。
陰極部8を構成する固体電解質層9は、導電性高分子を含むが、必要に応じて、さらに、ドーパントや添加剤などを含んでもよい。導電性高分子としては、例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンおよびこれらの誘導体などを用いることができる。固体電解質層9は、例えば、原料モノマーを誘電体層7上で化学重合および/または電解重合することにより、形成することができる。あるいは、導電性高分子が溶解した溶液、または、導電性高分子が分散した分散液を、誘電体層7に接触させることにより、形成することができる。固体電解質層9は、誘電体層7の少なくとも一部を覆うように形成されていればよい。
陰極部8を構成する陰極引出層10は、例えば、カーボン層および導電性ペースト層の積層により形成され得る。カーボン層は、導電性を有していればよく、例えば、黒鉛などの導電性炭素材料を用いて構成することができる。導電性ペースト層には、例えば、金属粒子とバインダ樹脂(エポキシ樹脂など)を含む組成物を用いることができる。金属粒子は、例えば、銀粒子である。なお、陰極引出層10の構成は、これに限られず、集電機能を有する構成であればよい。陰極引出層10は、固体電解質層9の少なくとも一部を覆うように形成される。
上記の固体電解コンデンサは、表層に多孔質部を有する陽極体を準備する工程(第1工程)と、多孔質部の少なくとも一部に、誘電体層を形成する工程(第2工程)と、多孔質部を部分的に圧縮または除去して、陽極体に厚みの小さい陽極形成部と、前記陽極形成部よりも厚みの大きい陰極形成部とを設ける工程(第3工程)と、陰極形成部において、誘電体層の少なくとも一部に陰極部を設ける工程(第4工程)と、陽極形成部の一部を切断して除去することにより、陽極形成部の残部を含む陽極薄肉部を形成し、コンデンサ素子を得る工程(第5工程)と、を備える製造方法により製造できる。
以下、各工程についてより詳細に説明する。
この工程では、陽極体6の種類に応じて、公知の方法により、表層に多孔質部を有する陽極体を準備する。
陽極体は、例えば、弁作用金属を含む箔状または板状の基材の表面を粗面化することにより準備することができる。粗面化は、基材表面に凹凸を形成できればよく、例えば、基材表面をエッチング(例えば、電解エッチング)することにより行ってもよい。
次に、多孔質部の少なくとも一部に、誘電体層を形成する。誘電体層は、陽極体の表面を陽極酸化することにより形成される。陽極酸化は、公知の方法、例えば、化成処理などにより行うことができる。化成処理は、例えば、陽極体を化成液中に浸漬することにより、陽極体に化成液を含浸させ、陽極体をアノードとして、化成液中に浸漬したカソードとの間に電圧を印加することにより行うことができる。化成液としては、例えば、リン酸水溶液などを用いることが好ましい。
なお、誘電体層の形成は、後述の第3工程を行う前の多孔質部が薄肉化されていない陽極体に対して行ってもよいし、第3工程後の陰極形成部に対して行ってもよい。
次に、陽極体の多孔質部を部分的に圧縮または除去し、陽極体の一部に厚みの小さい領域を設け、陽極形成部とする。一方で、陽極体の圧縮または除去されない残部は、第3工程で誘電体層の形成が予定される領域(陰極形成部)を含む。
多孔質部の圧縮は、陽極形成部のプレス加工により行うことができる。または、陽極形成部の多孔質部を切削により除去し、多孔質部の厚みを小さくしてもよい。このとき、陽極形成部の表面(特に、加工領域と非加工領域との境界部)には、加工時の負荷によりクラックが形成され得る。
次に、陰極形成部の誘電体層の少なくとも一部に陰極部を設ける。陰極部は、固体電解質層を含む。この工程では、例えば、誘電体層の少なくとも一部を覆うように固体電解質層を形成し、固体電解質層の少なくとも一部を覆うように陰極引出層を形成する。
導電性高分子を含む固体電解質層は、例えば、モノマーやオリゴマーを含浸し、化学重合や電解重合により重合させる方法により形成してもよい。
次に、薄肉化された陽極形成部の一部を切断して除去する。これにより、陽極形成部のうち、クラックが形成され易い部分が取り除かれる。一方、陽極形成部の残部である陽極薄肉部には、クラックは殆ど存在していない。結果、陽極引出部にクラックが殆ど存在しないコンデンサ素子が得られる。
上記第4工程の後、上記第5工程の前に、陽極形成部の少なくともいずれか一方の面に形成された絶縁層を除去してもよい。
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
下記の要領で、固体電解コンデンサ1を作製し、その特性を評価した。
(1)コンデンサ素子の作製
基材としてアルミニウム箔(厚み100μm)を準備し、アルミニウム箔の表面の全面にエッチング処理を施し、陽極体を得た。陽極体を濃度0.3質量%のリン酸溶液(液温70℃)に浸して70Vの直流電圧を20分間印加することにより、陽極体の表面の一部に酸化アルミニウム(Al2O3)を含む誘電体層を形成した。
さらに、陽極形成領域の一部を切断により除去した。
このようにして、コンデンサ素子を得た。
上記のコンデンサ素子を6つ、陰極引出層同士を重ね合わせて素子積層体を形成した。6つのコンデンサ素子のそれぞれの陽極引出部を陽極端子と接続し、最下層の陰極引出層を陰極端子と、接着層を介して接続した。さらに、フィラーとしてシリカ粒子を含む樹脂を用いて外装体を形成し、コンデンサ素子を封止した。
このようにして、固体電解コンデンサを作製した。
コンデンサ素子の作製において、プレスにより薄肉化する領域を変更した。陽極体のうち、絶縁性のレジストテープが設けられる領域のみが薄膜化されるように、プレス加工する領域の幅を狭く設定した。
陰極引出層の形成後、薄膜化されていない部分で陽極体を切断し、コンデンサ素子を得た。
この場合、陽極引出部の陽極端子との接続部分はプレス加工により薄膜化されておらず、プレス加工部分とプレス非加工部分との境界が、絶縁テープが設けられた箇所と陽極引出部との間に存在している。
実施例1および比較例1の固体電解コンデンサを、それぞれ、-55℃の環境に30分置き、続いて、125℃の環境に30分置いた。これを1ヒートサイクルとし、-55℃/125℃のヒートサイクルを1500サイクル繰り返した。各ヒートサイクルの後で、20℃における静電容量を測定した。
Claims (8)
- 表層に多孔質部を有する陽極体と、誘電体層と、前記誘電体層の少なくとも一部を覆う陰極部と、を備えるコンデンサ素子と、
陽極端子と、
少なくとも前記コンデンサ素子を封止する樹脂外装体と、を備え、
前記陽極体は、陽極部と、陰極形成部と、を有し、前記陽極部の全部が、前記陰極形成部に隣接する陽極薄肉部であり、
前記誘電体層は、前記陰極形成部における前記多孔質部の表面の少なくとも一部を覆っており、
前記陽極薄肉部において、前記多孔質部が除去されているか、または、前記陽極薄肉部の前記多孔質部の厚みが前記陰極形成部における前記多孔質部の厚みよりも薄く、
前記陽極体は、前記陽極薄肉部で前記陽極端子と接続している、固体電解コンデンサ。 - 前記陽極薄肉部は、前記多孔質部を圧縮した圧縮層を有する、請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記陽極薄肉部の表面の少なくとも一部および前記陽極端子の少なくとも一部が、前記樹脂外装体で覆われている、請求項1または2に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記陽極薄肉部が屈曲または湾曲している、請求項1~3のいずれか1項に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記陽極薄肉部は、前記陰極形成部に隣接した分離部と、前記分離部によって前記陰極形成部から離間した陽極引出部と、を有し、
前記分離部の少なくとも一方の主面に絶縁層が配置されている、請求項1~4のいずれか1項に記載の固体電解コンデンサ。 - 前記陰極部は、前記誘電体層の少なくとも一部を覆う固体電解質層と、前記固体電解質層の少なくとも一部を覆う陰極引出層と、を備え、
前記絶縁層の厚みが、前記固体電解質層および前記陰極引出層の合計の厚みよりも大きい、請求項5に記載の固体電解コンデンサ。 - 複数の前記コンデンサ素子を積層した素子積層体を備え、
前記複数のコンデンサ素子のそれぞれにおいて、前記絶縁層は、前記分離部の第1の主面および第2の主面のいずれか一方に配置され、
互いに重ねられる一対の前記コンデンサ素子の一方の前記第1の主面と、他方の前記コンデンサ素子の前記第2の主面とが、前記絶縁層の一層を挟んで向かい合うように積層されている、請求項5または6に記載の固体電解コンデンサ。 - 複数の前記コンデンサ素子を積層した素子積層体を備え、
前記素子積層体は、前記複数のコンデンサ素子の前記陽極薄肉部が積層された陽極積層部、および、前記複数のコンデンサ素子の前記陰極部が積層された陰極積層部を備え、
前記陽極積層部の前記陽極端子と接触する箇所における厚みが、前記陰極積層部の厚みよりも薄い、請求項1~6のいずれか1項に記載の固体電解コンデンサ。
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