JPH04302127A - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンデンサ素子に有機
半導体を含浸して固体電解コンデンサを製造する方法に
係り、特に、コンデンサ素子内の固体電解質の空隙部を
埋めるための改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、乾式電解コンデンサの製造に当た
っては、例えば高純度アルミニウムなどの弁作用金属か
らなる一対の陽極箔と陰極箔に、同じくアルミニウムな
どからなる一対の引出端子を個別に接続し、前記一対の
陽極箔と陰極箔の相互間にスペーサを介在して巻回して
コンデンサ素子を形成していた。この後、形成したコン
デンサ素子に、駆動用電解液を含浸して開口部を有する
ケースに収納し、このケース開口部をゴム線などで密閉
していた。

【０００３】このような方法によって製造される乾式電
解コンデンサにおいては、駆動用電解液として、例えば
エチレングリコールなどの有機溶媒にアジピン酸アンモ
ニウムなどの有機カルボン酸を溶解してなる駆動用電解
液を使用していた。しかしながら、このような駆動用電
解液を使用した場合、ｔａｎδ特性改善に限度があり、
また低温で比抵抗が上り、低温特性が極度に悪化し、広
域温度範囲で使用するには信頼性に欠けるなどの欠点が
あった。そのため、近年では、電解質として、駆動用電
解液に代えてＴＣＮＱ錯体からなる有機半導体を用いて
なる固体電解コンデンサが種々提案され、その一部は実
用化されている。

【０００４】このような有機半導体を用いた固体電解コ
ンデンサの製造において、コンデンサ素子の形成までの
工程は、前記の乾式電解コンデンサと同様である。すな
わち、高純度アルミニウムなどの弁作用金属からなる一
対の陽極箔と陰極箔に一対の引出端子を個別に接続し、
この一対の陽極箔と陰極箔の相互間にスペーサを介在し
て巻回してコンデンサ素子を形成する。そして、この後
、固体電解コンデンサの製造に特徴的な工程として、以
下の工程を行う。

【０００５】すなわち、まず、形成したコンデンサ素子
に、電極箔の酸化皮膜の欠陥修復を目的とする化成や、
含浸性の向上及びＥ．Ｓ．Ｒ．の低下を目的とする炭化
処理などを施す。次に、コンデンサ素子に有機半導体を
含浸する。この含浸工程に当たっては、一般にアルミニ
ウム製とされた、開口部を有するケースに、一定量の有
機半導体を収納して、ヒータ上で加熱溶融し、この溶融
状態の有機半導体内に、コンデンサ素子を浸漬して含浸
する。含浸終了時には、素早く水などの冷却媒体中にケ
ースを浸漬し、冷却して、有機半導体を固化させ、固体
電解質を形成する。この後、ケース開口部をエポキシ樹
脂などで封口する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、有機半
導体を用いた固体電解コンデンサを以上のような従来の
製造方法によって製造した場合においては、次のような
欠点が存在していた。

【０００７】すなわち、固体電解コンデンサのうち、例
えば、タンタル固体電解コンデンサにおいては、硝酸マ
ンガン水溶液への素子の浸漬及び焼成の繰り返しにより
二酸化マンガン固体電解質を数回形成することで、固体
電解質の欠陥を修復できる。これに対し、固体電解質と
して有機半導体を使用し、前述のように、溶融含浸後、
有機半導体を固化させる場合には、固体電解質を一回し
か形成することができない。このような一回の形成だけ
では、コンデンサ素子内には、固体電解質の空隙部が数
多く残されてしまう。

【０００８】そして、固体電解コンデンサにおいて、こ
のように、コンデンサ素子内に固体電解質の空隙部が多
数残されると、コンデンサ完成後の温度サイクル試験や
高温無負荷試験などの信頼性試験において、固体電解質
の膨脹率あるいは収縮率が大きくなり、これに従い、コ
ンデンサ素子の膨脹率あるいは収縮率が大きくなってし
まう。このようなコンデンサ素子の大きな膨脹・収縮の
結果、酸化皮膜の機械的ストレスによる劣化傾向が大き
くなり、場合によっては、漏れ電流の増大や静電容量の
減少、損失の増大などの特性低下を生じてしまい、良好
且つ安定な特性を得ることができないという問題があっ
た。

【０００９】このような問題に対し、コンデンサ素子内
に残された固体電解質の空隙部を埋めるための方法が提
案されている。例えば、コンデンサ素子を予備加熱して
おき、封口用の樹脂注入時に、樹脂温度を上昇させてそ
の粘度を下げコンデンサ素子内に導入する方法や、粘度
の低い樹脂を使用する方法などが存在している。しかし
ながら、これらの方法を採用した場合においても、コン
デンサ素子中の微細なピッチングピット内に形成された
有機半導体上の全面に被覆を施すことは不可能であり、
空隙部を完全に埋めることは不可能であった。

【００１０】従って、これらの方法を採用した場合にお
いても、結局コンデンサ素子内に固体電解質の空隙部が
多数残されるため、コンデンサ完成後の温度サイクル試
験や高温無負荷試験などの信頼性試験において、固体電
解質の膨脹率あるいは収縮率が大きくなり、これに従い
、コンデンサ素子の膨脹率あるいは収縮率が大きくなっ
てしまう。この結果、酸化皮膜の機械的ストレスによる
劣化傾向が大きくなり、漏れ電流の増大や静電容量の減
少、損失の増大などの特性低下を生じる恐れが高く、良
好且つ安定な特性を得ることはできなかった。

【００１１】本発明は、上記のような従来技術の課題を
解決するために提案されたものであり、その目的は、固
体電解質として、有機半導体を使用してなる固体電解コ
ンデンサの製造方法を改良し、完成されたコンデンサ素
子内に固体電解質の空隙部を残さないようにすることに
より、温度サイクル試験や高温無負荷試験などの信頼性
試験においても、酸化皮膜の劣化が少なく、漏れ電流の
増大や静電容量の減少、損失の増大などの特性低下を生
じる恐れがないような、良好且つ安定な特性を有する固
体電解コンデンサを提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による固体電解コ
ンデンサの製造方法は、弁作用金属からなる陽極箔と陰
極箔間にスペーサを介在させ、巻回してコンデンサ素子
を形成する工程と、開口部を有するケースに有機半導体
を収納して加熱溶融する工程と、溶融状態の有機半導体
内にコンデンサ素子を浸漬してコンデンサ素子に有機半
導体を含浸する工程と、有機半導体を冷却して固化させ
、固体電解質を形成する工程と、ケース開口部に樹脂を
注入して封口する工程とを有する固体電解コンデンサの
製造方法において、樹脂を注入して封口する工程は、ケ
ース開口部に樹脂を注入した後に減圧する処理またはケ
ース開口部に減圧状態で樹脂を注入する処理を含むこと
を特徴としている。また、コンデンサ素子に有機半導体
を含浸する工程においては、コンデンサ素子を予備加熱
しておき、この予備加熱済みのコンデンサ素子を溶融状
態の有機半導体内に浸漬することが望ましい。

【００１３】

【作用】以上のような構成を有する本発明の製造方法に
よって、固体電解コンデンサを製造すれば、コンデンサ
素子内における固体電解質の空隙部の大半を埋めること
ができる。すなわち、本発明の製造方法においては、樹
脂を注入した後減圧するかまたは減圧状態で樹脂を注入
する処理を行うため、この減圧処理によって固体電解質
の空隙部内から空気が除去される。そして、この減圧処
理の後に常圧に復帰した時点において、空気の除去され
た空隙部に、樹脂が容易に導入されるため、空隙部の大
半を埋めることができる。

【００１４】また、この減圧処理に加えて、コンデンサ
素子への有機半導体の含浸工程において、予備加熱済み
のコンデンサ素子を溶融状態の有機半導体内に浸漬した
場合には、樹脂注入時に、注入された樹脂温度を上昇さ
せてその粘度を下げ、コンデンサ素子内への導入を促進
することができるため、より効果的である。

【００１５】従って、温度サイクル試験や高温無負荷試
験などの信頼性試験においても、固体電解質の膨脹率あ
るいは収縮率を小さくできるため、コンデンサ素子の膨
脹・収縮を最小限に低減でき、その結果、酸化皮膜の機
械的ストレスによる劣化を著しく低減できる。

【００１６】特に、減圧処理として、ケース開口部に減
圧状態で樹脂を注入する処理を行った場合には、注入し
た後に減圧した場合よりも、減圧による樹脂の泡発生を
防止できるため、より好都合である。

【００１７】

【実施例】以下、本発明による固体電解コンデンサの製
造方法の一実施例について、図１乃至図３を参照して具
体的に説明する。ここで、図１は、完成した固体電解コ
ンデンサを示す断面図、図２は、コンデンサ素子の巻回
工程を示す展開斜視図、図３は、樹脂注入による封口工
程を示す断面図である。

【００１８】まず、図２に示すように、例えば、アルミ
ニウム箔表面をエッチング液で粗面化して表面積を拡大
した後、陽極酸化皮膜を生成して陽極箔１を形成すると
共に、アルミニウム箔表面を同様にエッチング液で粗面
化し、表面積を拡大して陰極箔２を形成する。次に、こ
の陽極箔１と陰極箔２の間にクラフト紙またはマニラ紙
などからなるスペーサ３を介在して巻回し、この巻回途
中において、陽極箔１と陰極箔２の任意の箇所に、陽極
引出端子４及び陰極引出端子５をそれぞれ取着し、これ
らの端子４，５を巻き込む形でコンデンサ素子６を形成
する。

【００１９】続いて、図３に示すように、アルミニウム
製とされ、上部に開口部を有する有底円筒状のケース７
内にＴＣＮＱ錯体などからなる有機半導体８を収納し、
この有機半導体を加熱溶融して、有機半導体溶融液とす
る。一方、前記の工程で形成したコンデンサ素子６を、
予備加熱処理し、予備加熱済みのコンデンサ素子６を、
有機半導体溶融液内に浸漬することにより、コンデンサ
素子６に有機半導体溶融液を含浸させる。含浸終了時に
は、素早く水などの冷却媒体中にケースを浸漬し、冷却
して、有機半導体８を固化させ、固体電解質を形成する
。

【００２０】この後、図３に示すように、ケース７の開
口部に、陽極引出端子４及び陰極引出端子５の丸線部の
半分のレベルまで、エポキシ樹脂９を注入し、減圧する
。この減圧処理によって、コンデンサ素子６内の固体電
解質の空隙部内から空気が除去される。そして、このよ
うに空隙部の空気が除去された後、常圧に戻し、エポキ
シ樹脂９をケース７の開口部の縁まで注入する。この状
態で、最終的に加熱処理を行い、エポキシ樹脂９を効果
させ、封口を完了する。

【００２１】このような方法で製造した場合、ケース７
への加熱によりエポキシ樹脂９の温度を上昇させてその
粘度を下げ、コンデンサ素子６内へのエポキシ樹脂９の
導入を促進することができる。特に、本実施例では、減
圧処理によって、コンデンサ素子６内の固体電解質の空
隙部から空気を除去できるため、減圧処理の後に常圧に
復帰した時点において、空気の除去された空隙部内に、
エポキシ樹脂９を容易に効率よく導入でき、これによっ
て空隙部の大半を埋めることができる。

【００２２】以上のように、本実施例の方法によって製
造した固体電解コンデンサにおいては、固体電解質内の
空隙部の大半を埋めることができるため、温度サイクル
試験や高温無負荷試験などの信頼性試験に対しても、従
来方法によって製造した固体電解コンデンサに比べて、
固体電解質の膨脹率あるいは収縮率が格段に小さくなる
。そのため、コンデンサ素子６の膨脹・収縮は、最小限
に低減され、その結果、酸化皮膜の機械的ストレスによ
る劣化が著しく低減される。従って、従来のように、漏
れ電流の増大や静電容量の減少、損失の増大などの特性
低下を生じる恐れがなくなり、良好且つ安定な特性を得
られる。

【００２３】また、前記実施例の変形例として、樹脂の
注入工程に際し、コンデンサ素子６を気密容器に収納し
、ケース７の開口部に減圧状態でエポキシ樹脂９を注入
する減圧処理を行うことも可能である。この場合にも、
同様にコンデンサ素子６内の固体電解質の空隙部内から
空気が除去されるため、この後、常圧に戻せば、前記実
施例と同様、空気の除去された空隙部内に、エポキシ樹
脂９を容易に効率よく導入でき、これによって空隙部の
大半を埋めることができる。この場合には、前記実施例
のように、注入した後に減圧した場合よりも、減圧によ
る樹脂の泡発生を防止できるため、より好都合である。

【００２４】以上のような本発明の作用効果をより明確
に示すために、本発明の方法による固体電解コンデンサ
と、従来方法による固体電解コンデンサとを実際に製造
し、比較的に温度サイクル試験及び高温無負荷試験を行
った。この比較試験の一例について、次に説明する。

【００２５】まず、本発明の製造方法に従う固体電解コ
ンデンサＡとして、直径６．３ｍｍ、高さ６．８ｍｍの
有底円筒状のアルミニウム製ケースに有機半導体を収納
し、溶融した後、この溶融状態の有機半導体にコンデン
サ素子を浸漬してコンデンサ素子に有機半導体を含浸し
、さらに、冷却固化によって固体電解質を形成した。 次に、エポキシ樹脂として、例えばシェル石油＃８２８
と硬化剤（変性アミン）を調合し、このエポキシ樹脂を
、ケース開口部を封口する量の約１／２の量だけケース
開口部に注入し、減圧によってコンデンサ素子内の空隙
部の空気を除去した。この後、ケース開口部縁まで前記
エポキシ樹脂を注入し、８５℃−２時間、１０５℃−５
時間中で加熱硬化させ、固体電解コンデンサ（本発明品
Ａ）を完成した。

【００２６】これに対して、従来の製造方法に従う固体
電解コンデンサＢとして、同様のサイズの有底円筒状の
アルミニウム製ケースに有機半導体を収納し、溶融した
後、この溶融状態の有機半導体にコンデンサ素子を浸漬
してコンデンサ素子に有機半導体を含浸し、さらに、冷
却固化によって固体電解質を形成した。次にエポキシ樹
脂として、前記の本発明品Ａと同様のシェル石油＃８２
８と硬化剤（変性アミン）を調合し、このエポキシ樹脂
をケース開口部縁まで注入し、８５℃−２時間、１０５
℃−５時間中で加熱硬化させ、固体電解コンデンサ（従
来品Ｂ）を完成した。

【００２７】なお、本発明品Ａ、従来品Ｂ共に、電極箔
の種類は全く同一とし、また、有機半導体としては、Ａ
，Ｂ共に、Ｎ−メチル−３−ｎプロピルイミダゾルのＴ
ＣＮＱ錯体を用いた。定格は、Ａ，Ｂ共に１６Ｖ１０μ
Ｆとした。

【００２８】以上のようにして完成した本発明品Ａと従
来品Ｂにおける温度サイクル試験の前後の漏れ電流分布
を調べたところ、図４に示すような結果が得られた。こ
の場合の試験条件は、（−５５℃−３０分）→（移行５
分）→（１０５℃−３０分）→（移行５分）を１サイク
ルとする５サイクルとした。また、高温無負荷試験での
漏れ電流変化を調べたところ、図５に示すような結果が
得られた。この場合の試験温度は、１０５℃とした。こ
れらの図４及び図５に示すように、いずれの特性におい
ても、本発明品Ａは、従来品Ｂに対して良好且つ安定な
特性を有しており、本発明における減圧処理を使用した
封口方法の作用効果が実証されている。すなわち、本発
明による封口方法によって、コンデンサ素子内の空隙部
をほとんど埋めることができる結果、コンデンサ素子の
膨脹・収縮を従来に比べて格段に低減でき、酸化被膜の
劣化が著しく低減されるため、良好且つ安定な特性が得
られることが実証されている。

【００２９】なお、本発明は、前記実施例に限定される
ものではなく、具体的に使用する有機半導体の種類や、
封口用樹脂の種類は適宜選択可能である。また、樹脂の
具体的な注入方法や減圧処理は、適宜選択可能であり、
使用する樹脂の種類に応じて、その加熱硬化の条件も適
宜選択される。さらに、本発明は、樹脂注入による封口
工程において、減圧処理を行うことを特徴とするもので
あるため、その他の工程の具体的な処理方法やコンデン
サ素子の使用材料などについては、自由に選択可能であ
る。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の製造方法に
おいては、コンデンサ素子に有機半導体を含浸させた後
の封口工程において、減圧処理を含む樹脂注入を採用す
ることにより、完成されたコンデンサ素子内に固体電解
質の空隙部を残さないようにすることができるため、温
度サイクル試験や高温無負荷試験などの信頼性試験にお
いても、コンデンサ素子の膨脹・収縮に起因する酸化皮
膜の劣化が少なく、漏れ電流の増大や静電容量の減少、
損失の増大などの特性低下を生じる恐れがないような、
良好且つ安定な特性を有する固体電解コンデンサを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による固体電解コンデンサの製造方法の
一実施例において、完成した固体電解コンデンサを示す
断面図。

【図２】図１の実施例において、コンデンサ素子の巻回
工程を示す展開斜視図。

【図３】図１の実施例において、樹脂注入による封口工
程を示す断面図。

【図４】本発明の方法によって製造した固体電解コンデ
ンサ（本発明品Ａ）と従来の方法によって製造した固体
電解コンデンサ（従来品Ｂ）とにおける、温度サイクル
試験の前後の漏れ電流分布を示す特性図。

【図５】本発明の方法によって製造した固体電解コンデ
ンサ（本発明品Ａ）と従来の方法によって製造した固体
電解コンデンサ（従来品Ｂ）とにおける、高温無負荷試
験での漏れ電流変化を示す特性図。

【符号の説明】

１　　陽極箔 ２　　陰極箔 ３　　スペーサ ４　　陽極引出端子 ５　　陰極引出端子 ６　　コンデンサ素子 ７　　ケース ８　　有機半導体 ９　　エポキシ樹脂

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　弁作用金属からなる陽極箔と陰極箔間
   にスペーサを介在させ、巻回してコンデンサ素子を形成
   する工程と、開口部を有するケースに有機半導体を収納
   して加熱溶融する工程と、溶融状態の有機半導体内にコ
   ンデンサ素子を浸漬してコンデンサ素子に有機半導体を
   含浸する工程と、有機半導体を冷却して固化させ、固体
   電解質を形成する工程と、ケース開口部に樹脂を注入し
   て封口する工程とを有する固体電解コンデンサの製造方
   法において、前記樹脂を注入して封口する工程は、ケー
   ス開口部に樹脂を注入した後に減圧する処理またはケー
   ス開口部に減圧状態で樹脂を注入する処理を含むことを
   特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。