JP7493162B2 - 電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
[第1態様]
本態様において、第1金属層は第1金属粒子を含み、第2金属層は、第2金属粒子および第2バインダ樹脂を含む。第1金属層は、バインダ樹脂を含まないか、あるいは、第1金属層に含まれるバインダ樹脂(第1バインダ樹脂)の体積割合が、第2金属層に含まれるバインダ樹脂(第2バインダ樹脂)の体積割合より小さい。これにより、第1金属粒子は、カーボン層に含まれるカーボン粒子と容易に接触することができて、第1金属層とカーボン層との間の接触抵抗が小さくなる。
本態様において、第1金属層は第1金属粒子を含み、第2金属層は第2金属粒子を含む。ただし、第1金属層に含まれる第1金属粒子の体積割合は、第2金属層に含まれる第2金属粒子の体積割合より大きい。これにより、第1金属粒子は、カーボン層に含まれるカーボン粒子と容易に接触することができて、第1金属層とカーボン層との間の接触抵抗が小さくなる。
本態様において、第1金属層は第1金属粒子を含み、第2金属層は第2金属粒子を含み、陰極引出層の法線方向からみたとき、第2金属層は第1金属層の周縁の少なくとも一部を覆っており、第1金属粒子の平均粒子径は、第2金属粒子の平均粒子径より小さい。
(第1金属層)
第1金属層は、カーボン層に隣接しており、第1金属粒子を含む。
第1金属粒子は特に限定されない。導電性の観点から、第1金属粒子は銀を含んでよい。第1金属粒子の少なくとも一部は、第1金属層において、凝集していてよく、互いに融着していてよく、焼結していてもよい。
第2金属層は、第1金属層の少なくとも一部を覆い、第2金属粒子を含む。
第2金属粒子は特に限定されない。導電性の観点から、第2金属粒子は銀を含んでよい。
陰極引出層14は、固体電解質層(図示せず)の少なくとも一部を覆うカーボン層140と、カーボン層140の少なくとも一部を覆う第1金属層141と、第1金属層141の少なくとも一部を覆う第2金属層142と、を備える。
第1金属層のカーボン層とは反対側の主面に、第2金属層以外の第3層が配置されてもよい。第3層は、第1金属層と第2金属層との間に介在してもよいし、最外に配置されてもよい。
図4は、本発明の一実施形態に係る電解コンデンサの構造を模式的に示す断面図である。
電解コンデンサ100は、コンデンサ素子10と、コンデンサ素子10を封止する外装体20と、外装体20の外部にそれぞれ少なくともその一部が露出する陽極リード端子30および陰極リード端子40と、を備えている。
陽極体は、導電性材料として弁作用金属を含む箔(金属箔)または弁作用金属を含む多孔質焼結体を含む。多孔質焼結体からは、陽極ワイヤーを植立させる。陽極ワイヤーは、陽極リード端子との接続に用いられる。弁作用金属としては、チタン、タンタル、アルミニウムおよびニオブ等が挙げられる。陽極体は、一種、または二種以上の上記弁作用金属を含んでいてもよい。陽極体は、弁作用金属を、弁作用金属を含む合金または弁作用金属を含む化合物等の形態で含んでいてもよい。金属箔である陽極体の厚みは特に限定されず、例えば、15μm以上、300μm以下である。多孔質焼結体である陽極体の厚みは特に限定されず、例えば、15μm以上、5mm以下である。
誘電体層は、例えば、陽極体の表面を、化成処理等により陽極酸化することで形成される。そのため、誘電体層は、弁作用金属の酸化物を含み得る。例えば、弁作用金属としてアルミニウムを用いた場合、誘電体層はAl2O3を含み、弁作用金属としてタンタルを用いた場合、誘電体層はTa2O5を含む。なお、誘電体層はこれに限らず、誘電体として機能するものであればよい。
固体電解質層は、誘電体層の少なくとも一部を覆うように形成されていればよく、誘電体層の表面全体を覆うように形成されていてもよい。
陰極引出層は、固体電解質層の少なくとも一部を覆うカーボン層と、カーボン層の少なくとも一部を覆う上記第1金属層と、第1金属層を覆う上記第2金属層と、を備える。
陽極リード端子および陰極リード端子の材質は、電気化学的および化学的に安定であり、導電性を有するものであれば特に限定されず、金属であっても非金属であってもよい。これらの形状も特に限定されない。
外装体は、陽極リード端子と陰極リード端子とを電気的に絶縁するために設けられており、絶縁性の材料(外装体材料)から構成されている。外装体材料は、例えば、熱硬化性樹脂を含む。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、不飽和ポリエステル等が挙げられる。外装体材料は、フィラー、硬化剤、重合開始剤、および/または触媒などを含んでもよい。
上記の電解コンデンサの製造方法は、陽極体の少なくとも一部を覆うように誘電体層を形成する工程(S2)と、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する工程(S3)と、固体電解質層の少なくとも一部にカーボンペーストを付着させてカーボン層を形成する工程(S4)と、カーボン層の少なくとも一部に第1金属ペーストを付着させる工程(S5)と、第1金属ペーストの少なくとも一部を覆うように、第2金属ペーストを付着させる工程(S6)と、を有する。
図5は、本実施形態に係る電解コンデンサの製造方法を示すフローチャートである。
以下、各工程についてより詳細に説明する。
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。
また、弁作用金属の粉末を所望の形状(例えば、ブロック状)に成形して成形体を得た後、この成形体を焼結することで、多孔質構造の陽極体を形成してもよい。
誘電体層は、例えば、陽極体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、陽極体の表面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。
誘電体層が形成された陽極体に、例えば、導電性高分子を含む処理液を付着させた後、乾燥させて固体電解質層を形成する。処理液は、さらにドーパントなどの他の成分を含んでもよい。導電性高分子には、例えば、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)が用いられる。ドーパントには、例えば、ポリスチレンスルホン酸(PSS)が用いられる。処理液は、例えば、導電性高分子の分散液または溶液である。分散媒(溶媒)としては、例えば、水、有機溶媒、またはこれらの混合物が挙げられる。固体電解質層は、導電性高分子の原料モノマーを、誘電体層上で化学重合および/または電解重合させることにより形成してもよい。
カーボン層は、カーボンペーストを用いて形成される。
カーボンペーストは、炭素粒子および分散媒を含む。分散媒としては、水、有機媒体、またはこれらの混合物が使用される。カーボンペーストは、必要に応じて、バインダ樹脂および/または添加剤などを含むことができる。
カーボン層の少なくとも一部に第1金属ペーストを付着させる。これにより、第1金属層が形成される。あるいは、後述するように、第1金属ペーストを乾燥および/または加熱することにより、第1金属層が形成される。
第1金属ペーストの少なくとも一部を覆うように、第2金属ペーストが付着される。これにより、第1金属層の少なくとも一部を覆う第2金属層が形成される。このとき、第2金属ペーストは、第1金属ペーストの周縁の少なくとも一部を覆うように付着されてよい。第1金属ペーストの周縁は、例えば、第1金属ペーストの外縁から内側に向かって、第1金属ペーストの最少の幅の5%までの領域である。第2金属ペーストは、第1金属ペーストを付着させる方法として記載したのと同様の方法により、第1金属ペーストに付着させることができる。
陽極体に陽極リード端子を電気的に接続し、陰極引出層に陰極リード端子を電気的に接続する。陽極体と陽極リード端子との電気的な接続は、例えば、これらを溶接することにより行われる。陰極引出層と陰極リード端子との電気的な接続は、例えば、陰極引出層と陰極リード端子とを、導電性の接着層を介して接着させることにより行われる。
コンデンサ素子およびリード端子の一部を外装体で覆う。より具体的には、コンデンサ素子とリード端子とを電気的に接続した後、コンデンサ素子およびリード端子の一部を、樹脂外装体を構成する樹脂で覆うことにより封止することができる。
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、図4に示す電解コンデンサを20個作製し、その特性を評価した。この電解コンデンサは、第1態様および第2態様に対応する。
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にエッチング処理を施し、陽極体を得た。陽極体を化成液に浸して70Vの直流電圧を20分間印加することにより、陽極体の表面に酸化アルミニウム(Al2O3)を含む誘電体層を
形成した。
第1金属層および第2金属層の厚みをそれぞれ10μmにしたこと以外は、実施例1と同様にして、電解コンデンサX2を20個作製した。
第2金属ペーストのみを塗布したこと以外は、実施例1と同様にして、電解コンデンサY1を20個作製した。形成された第2金属層の厚みは10μmであった。
実施例1の第1金属ペーストに替えて、銀粒子(平均粒子径80nm、含有量約83.2質量%)とバインダ樹脂(エポキシ樹脂、含有量約4.4質量%)と溶媒(ブチルカルビトール)とを含む実施例3の第1金属ペーストを塗布したこと以外は、実施例1と同様にして、電解コンデンサX3を20個作製した。
実施例3で調製された第1金属ペーストのみを塗布したこと以外は、実施例1と同様にして、電解コンデンサY2を20個作製した。形成された第1金属層の厚みは5μmであった。
実施例1で調製された第1金属ペーストのみを塗布したこと以外は、実施例1と同様にして、電解コンデンサY3を20個作製した。形成された第1金属層の厚みは5μmであった。
[ESR値]
20℃の環境下で、4端子測定用のLCRメータを用いて、電解コンデンサの周波数100kHzにおけるESR値(mΩ)を測定し、その平均値を求めた。電解コンデンサY1の平均のESR値(A0)に対する電解コンデンサX1~X3、Y2、Y3の平均のESR値(A)の変化率(ESR相対値)を下記式により求めた。評価結果を表1に示す。
ESR相対値(%)=(A-A0)/A0×100
実施例1で作製したコンデンサ素子を6枚積層したこと以外は、実施例1と同様にして、電解コンデンサX4を20個作製した。
比較例1で作製したコンデンサ素子を7枚積層したこと以外は、実施例1と同様にして、電解コンデンサY4を20個作製した。
第1金属層および第2金属層を、図2Aおよび図2Bに示すように形成したこと以外は、実施例1と同様にして電解コンデンサX5を20個作製した。電解コンデンサX5は、第3態様に対応している。第1金属層は、陽極体の主面の周縁から離れるように形成されている。電解コンデンサX5における第1金属層の面積S1に対する第2金属層の面積S2の比(S2/S1)の平均値は、1.35であった。
第1金属層および第2金属層を、図3Aおよび図3Bに示すように形成したこと以外は、実施例1と同様にして電解コンデンサX6を20個作製した。電解コンデンサX6は、第3態様に対応している。第1金属層の第1端部以外の端部は、陽極体の主面の周縁にまで形成されている。第2金属層は、第1金属層の第1端部を超える位置まで延びている。電解コンデンサX6における第1金属層の面積S1に対する第2金属層の面積S2の比(S2/S1)の平均値は、1.19であった。
第2金属層の面積を第1金属層の面積より小さくしたこと以外、実施例1と同様にしてコンデンサ素子y5を10個作製した。ただし、第1金属層の第1端部以外の端部は、第2金属層により覆った。コンデンサ素子y5において第1金属層の面積S1に対する第2金属層の面積S2の比(S2/S1)の平均値は、0.83であった。
JIS H 8504に準じてテープ試験を行い、第1金属層の剥離の有無を評価した。結果を表3に示す。ただし、テープ試験には、ポリエステル基材を備える粘着テープを用いた。表3には、実施例5、実施例6、比較例5のそれぞれの10個のコンデンサ素子のうち、剥離が生じたコンデンサ素子の数を示した。
10、10A、10B:コンデンサ素子
11:陽極体
12:誘電体層
13:固体電解質層
14:陰極引出層
140:カーボン層
141:第1金属層
141a:第1端部
1411:第1金属粒子
1412:バインダ樹脂または空隙
142:第2金属層
142a:第2端部
1421:第2金属粒子
1422:バインダ樹脂
20:外装体
30:陽極リード端子
40:陰極リード端子
50:接着層
Claims (14)
- 弁作用金属を含む箔状又は板状の基材の表面を粗面化した陽極体と、前記陽極体の少なくとも一部を覆う誘電体層と、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、を備えるコンデンサ素子を含み、
前記陰極引出層は、前記固体電解質層の少なくとも一部を覆うカーボン層と、前記カーボン層の少なくとも一部を覆う第1金属層と、前記第1金属層の少なくとも一部を覆う第2金属層と、を備え、
前記陽極体のエッジ部上に配置された前記カーボン層の部分は、前記第2金属層に接しており、
前記第1金属層は、第1金属粒子を含み、
前記第2金属層は、第2金属粒子および第2バインダ樹脂を含み、
前記第1金属層は、バインダ樹脂を含まないか、あるいは、第1バインダ樹脂を、前記第2金属層に含まれる前記第2バインダ樹脂の体積割合より小さい体積割合で含む、電解コンデンサ。 - 前記第1金属層に含まれる前記第1金属粒子の体積割合は、前記第2金属層に含まれる前記第2金属粒子の体積割合より大きい、請求項1に記載の電解コンデンサ。
- 弁作用金属を含む箔状又は板状の基材の表面を粗面化した陽極体と、前記陽極体の少なくとも一部を覆う誘電体層と、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、を備えるコンデンサ素子を含み、
前記陰極引出層は、前記固体電解質層の少なくとも一部を覆うカーボン層と、前記カーボン層の少なくとも一部を覆う第1金属層と、前記第1金属層の少なくとも一部を覆う第2金属層と、を備え、
前記陽極体のエッジ部上に配置された前記カーボン層の部分は、前記第2金属層に接しており、
前記第1金属層は、第1金属粒子を含み、
前記第2金属層は、第2金属粒子を含み、
前記第1金属層に含まれる前記第1金属粒子の体積割合は、前記第2金属層に含まれる前記第2金属粒子の体積割合より大きい、電解コンデンサ。 - 前記第2金属層は、さらに第2バインダ樹脂を含み、
前記第1金属層は、バインダ樹脂を含まないか、あるいは、第1バインダ樹脂を、前記第2金属層に含まれる前記第2バインダ樹脂の体積割合より小さい体積割合で含む、請求項3に記載の電解コンデンサ。 - 前記第2金属層の面積は、前記第1金属層の面積より大きい、請求項1~4のいずれか一項に記載の電解コンデンサ。
- 前記第1金属粒子の平均粒子径は、前記第2金属粒子の平均粒子径より小さい、請求項1~5のいずれか一項に記載の電解コンデンサ。
- 弁作用金属を含む箔状又は板状の基材の表面を粗面化した陽極体と、前記陽極体の少なくとも一部を覆う誘電体層と、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、を備えるコンデンサ素子を含み、
前記陰極引出層は、前記固体電解質層の少なくとも一部を覆うカーボン層と、前記カーボン層の少なくとも一部を覆う第1金属層と、前記第1金属層の少なくとも一部を覆う第2金属層と、を備え、
前記第1金属層は、第1金属粒子を含み、
前記第2金属層は、第2金属粒子を含み、
前記第2金属層は、前記第1金属層の周縁の少なくとも一部を覆っており、
前記陽極体のエッジ部上に配置された前記カーボン層の部分は、前記第2金属層に接しており、
前記第1金属粒子の平均粒子径は、前記第2金属粒子の平均粒子径より小さい、電解コンデンサ。 - 前記第2金属層は、前記第1金属層の全体を覆っている、請求項1~7のいずれか一項に記載の電解コンデンサ。
- 前記陽極体のエッジ部上に配置された前記カーボン層の部分は、前記第1金属層に覆われていない、請求項1~8のいずれか一項に記載の電解コンデンサ。
- 前記第1金属粒子は銀を含み、
前記第2金属粒子は銀を含む、請求項1~9のいずれか一項に記載の電解コンデンサ。 - 前記第1金属粒子の平均粒子径は、1nm以上、1μm以下である、請求項1~10のいずれか一項に記載の電解コンデンサ。
- 前記第1金属層に含まれる前記第1金属粒子の少なくとも一部は、互いに焼結している、請求項1~11のいずれか一項に記載の電解コンデンサ。
- 弁作用金属を含む箔状又は板状の基材の表面を粗面化した陽極体の少なくとも一部を覆うように誘電体層を形成する工程と、
前記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する工程と、
前記固体電解質層の少なくとも一部にカーボンペーストを付着させてカーボン層を形成する工程と、
前記カーボン層の少なくとも一部に第1金属ペーストを付着させる工程と、
前記第1金属ペーストの少なくとも一部を覆い、かつ前記陽極体のエッジ部上に配置された前記カーボン層の部分に接するように、第2金属ペーストを付着させる工程と、を有し、
前記第1金属ペーストは、第1金属粒子を含み、
前記第2金属ペーストは、第2金属粒子および第2バインダ樹脂を含み、
前記第1金属ペーストは、バインダ樹脂を含まないか、あるいは、第1バインダ樹脂を、前記第2金属ペーストの固形分に占める前記第2バインダ樹脂の質量割合より小さい質量割合で含む、電解コンデンサの製造方法。 - 弁作用金属を含む箔状又は板状の基材の表面を粗面化した陽極体の少なくとも一部を覆うように誘電体層を形成する工程と、
前記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する工程と、
前記固体電解質層の少なくとも一部にカーボンペーストを付着させてカーボン層を形成する工程と、
前記カーボン層の少なくとも一部に第1金属ペーストを付着させる工程と、
前記第1金属ペーストの少なくとも一部を覆うように、第2金属ペーストを付着させる工程と、を有し、
前記第1金属ペーストは、第1金属粒子を含み、
前記第2金属ペーストは、第2金属粒子を含み、
前記第1金属粒子の平均粒子径は、前記第2金属粒子の平均粒子径より小さく、
前記第2金属ペーストは、前記第1金属ペーストの周縁の少なくとも一部を覆い、かつ前記陽極体のエッジ部上に配置された前記カーボン層の部分が前記第2金属ペーストに接するように付着される、電解コンデンサの製造方法。
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