JPWO2003034453A1 - 固体電解コンデンサとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電気機器・電子機器の電子回路などに使用される固体電解コンデンサとその製造方法に関する。
背景技術
従来の固体電解コンデンサの構造を図6に示す。このような固体電解コンデンサは以下のようにして製造される。弁作用金属箔11の表面に設けた弁金属多孔質体12に誘電体被膜13を形成する。この誘電体被膜13上に導電性高分子膜を形成して固体電解質層14とし、この固体電解質層14上にカーボン層15、銀ペースト層16からなる集電体層を形成する。次に全体を外装樹脂材でモールドし、このモールドした樹脂材による外装17の一端に弁作用金属箔11と電気的に接続される一方の外部電極18を設け、他端に集電体層と電気的に接続される他方の外部電極19を設ける。
この固体電解コンデンサにおいて、固体電解質層14を形成する時に弁作用金属箔11の引出部11Aに固体電解質層14が形成されるとショートが発生したり漏れ電流が増加したりする。そのために、引出部11Aに絶縁性の樹脂で絶縁分離層20を形成して分離することが一般的に行われている。
絶縁分離層20は一般にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの絶縁性樹脂を塗布硬化したり、ポリイミドを基材とする絶縁性のテープを貼るなどの方法で行われている。しかしながら絶縁性樹脂やテープ上に固体電解質が形成されてしまうため、レーザーにて固体電解質を除去するという作業を行う必要があり漏れ電流が大きくなることがある。また、絶縁性樹脂を塗布するときに弁金属多孔質体12に樹脂が吸い込まれ、容量がコントロールできないなどコンデンサ特性を損なうこともある。さらに、塗布方法においては作業性、量産性に乏しい。
発明の開示
本発明は、弁作用金属箔の引出部を包み込むように、湿気または熱によって硬化するシリコーンゴムからなる絶縁分離層を設けることで、電気特性の優れた固体電解コンデンサを提供する。また、そのような固体電解コンデンサを製造する方法として、以下の工程からなる方法を提供する。すなわちその方法は、一端に引出部を有する弁作用金属箔の少なくとも片面に弁金属多孔質体を、引出部を残すように設けるステップと、この引出部を包み込むように湿気または熱によって硬化するシリコーンゴムを塗布して絶縁分離層を形成するステップと、少なくとも弁金属多孔質体の表面に誘電体被膜を形成するステップと、誘電体被膜の表面に固体電解質層を形成するステップと、固体電解質層の表面に集電体層を形成するステップとを含む。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、同様の構成をなすものは同じ符号を付して説明し、詳細な説明は省略する。
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における固体電解コンデンサの構成について図1を用いて説明する。
弁作用金属箔(以下、金属箔と称す)1の表面には弁金属多孔質体(以下多孔質体と称す)2が形成され、この金属箔1の引出部1Aとこの引出部1Aに対応する多孔質体2の端面とに湿気または熱によって硬化するシリコーンゴムからなる絶縁分離層10を設けられている。多孔質体2の表面には誘電体被膜3、誘電体被膜3の表面には固体電解質層4、さらに固体電解質層4の表面には集電体層としてカーボン層5と銀ペースト層6が設けられている。この構成によりコンデンサ素子が構成されている。このコンデンサ素子が樹脂材による外装7でモールドされ、外装7に外部電極8、9が設られ、それぞれが金属箔1の引出部1Aと、銀ペースト層6と電気的に接続されている。
次にその固体電解コンデンサの製造方法を、図2A〜図2Fを用いて具体的に説明する。
タンタルなどの弁作用金属箔1の表面にタンタル粉末のシート型の焼結体からなる弁金属多孔質体2(3.4×5.3×0.2mm)を形成する。金属箔1の引出部1Aとこの引出部1Aに対応する多孔質体2の端面とに湿気によって硬化する粘度33Pa・sのシリコーンゴムをディスペンサーで1mm塗布した後1時間放置して絶縁分離層10を形成する。次にりん酸溶液中で陽極化成(12V)して、多孔質体2の表面に誘電体被膜3としてのタンタル酸化被膜層を形成する。その後、ピロールと水とエチレングリコーンを重量比で1:15:1の割合で含有するピロール液に浸漬する。さらに硫酸第2鉄と水とエチレングリコールを重量比で1:1.5:1.8の割合で含有する酸化剤溶液に浸漬して化学酸化重合によりポリピロール膜を形成する。次いで、チオフェンとp−トルエンスルホン酸第二鉄とブタノールを重量比で1:0.1:0.2の割合で含有するチオフェン液に浸漬して固体電解質層4を形成する。このときシリコーンゴムからなる絶縁分離層10は撥水性を有するために絶縁分離層10の表面には、固体電解質は形成されない。さらに、固体電解質層4の上に集電体層としてカーボン層5、銀ペースト層6を順次形成する。その一部から対極を取出した後、エポキシなどの樹脂材による外装7でモールドする。外装7の一端に引出部1Aと電気的に接続された一方の外部電極8を形成し、他端に銀ペースト層6と電気的に接続された他方の外部電極9を形成して固体電解コンデンサを完成させる。
このような製造方法では、陽極化成前に絶縁分離層10を設けるため、重合前の修復化成が不要となり、工程を簡略化でき量産性に優れる。また絶縁分離層10の表面に固体電解質が形成されないためにこれをレーザーにより除去するが必要ない。工程が不要であり、素子にストレスを与えないため漏れ電流が小さくなる。さらにシリコーンゴムの塗布をディスペンサーで行うので、作業性や量産性が高い。またシリコーンゴムが湿気によって硬化するため、硬化に要する特別な工程が必要ない。
また、絶縁分離層10は柔軟性のあるゴム材で構成しているので凹凸にフレキシブルに追従する。そのため絶縁分離層10の密着性が高い。それにより耐電圧が高くなる。
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2における固体電解コンデンサの構成について図3を用いて説明する。
弁作用金属箔1上に弁金属多孔質体2が設けられ、その表面に誘電体被膜3を形成されている。そして誘電体被膜3が引出部1Aを覆う部分に湿気または熱によって硬化するシリコーンゴムからなる絶縁分離層10が設けられている。その表面には固体電解質層4が設けられ、さらにその表面に集電体層としてカーボン層5および銀ペースト層6を設けられている。この構成によりコンデンサ素子が構成されている。このコンデンサ素子が樹脂材による外装7でモールドされ、外装7に外部電極8、9が設られ、それぞれが金属箔1の引出部1Aと、銀ペースト層6と電気的に接続されている。
次にその製造方法を、図4A〜図4Fを用いて具体的に説明する。
弁作用金属箔1や弁金属多孔質体2の材料、金属箔1の表面に多孔質体2を形成する工程は実施の形態1と同様である。次に実施の形態1と同様の方法により、金属箔1と多孔質体2の表面に誘電体被膜3としてのタンタル酸化被膜層を形成する。誘電体被膜3が引出部1Aを覆う部分に湿気によって硬化するシリコーンゴムを塗布して絶縁分離層10を形成する。なお、誘電体被膜3が引出部1Aの全面を覆っていない場合は露出している引出部1Aにもシリコーンゴムを塗布する。このときのシリコーンゴムの粘度は1Pa・sであり、ディスペンサーで1mm塗布した後、1時間放置する。そしてりん酸溶液中で陽極化成電圧と同じ12Vで修復化成を行う。その後、チオフェンとp−トルエンスルホン酸鉄(III)とブタノールの溶液中に浸漬してプレコート層を形成する。次いで、チオフェンとアルキルナフタレンスルホン酸とイソプロピルアルコール溶液中で、電解重合を行い、固体電解質層4を形成する。このとき作用電極であるステンレス線をプレコート層に軽く接触させ、ステンレス板を対電極として定電圧3Vを印加して30分間電解重合する。以後実施の形態1と同様な方法で固体電解コンデンサを完成させる。
(実施の形態3)
実施の形態2において粘度が1Pa・sのシリコーンゴムの代わりに2.5Pa・sのシリコーンゴムを塗布し,150℃で1時間硬化させて絶縁分離層10を持つものを形成する。ついで、実施の形態2と同様の方法で固体電解質層4を形成して固体電解コンデンサを完成させる。
実施の形態3におけるシリコーンゴムは熱により硬化させて絶縁分離層10を形成する。これは実施の形態1,2で述べたような、湿気で硬化するシリコーンゴムに比べ、加熱器が必要になるものの、塗布中に硬化しないためにディスペンサーなどの塗布装置のメンテナンスが容易である。シリコーンゴムには他にUVで硬化するものがあるが、UV照射装置に比べると加熱器ははるかに簡便である。
(比較例)
実施の形態2においてシリコーンゴムの代わりにシリコーン樹脂を塗布し、150℃で1時間硬化させて絶縁分離層20を形成する。次いで、実施の形態2と同様の方法で固体電解質層14を形成して固体電解コンデンサを完成させる。基本的な構成は図6に示し、既に説明している。
これまで述べた実施の形態と比較例により構成した固体電解コンデンサの特性を表1に示す。
表1の固体電解コンデンサの初期特性を比較すると、比較例の固体電解コンデンサは、絶縁分離層20上に固体電解質が形成されているために漏れ電流が大きく、耐電圧も低い。さらに、塗布したシリコーン樹脂が誘電体被膜13に吸い込まれて弁金属多孔質体の細孔を塞ぐため特性を引き出せず容量が小さい。一方、本発明の固体電解コンデンサは容量低下が少ない。製造段階ではコンデンサ容量のばらつきが小さくなる。これは、シリコーンゴム塗布により弁金属多孔質体2にシリコーンゴムが吸い込まれていないからである。また絶縁分離層10上に固体電解質が形成されないため、漏れ電流が低くかつ耐電圧も高い。なお、固体電解質層4を機能性高分子により形成するため等価直列抵抗(ESR)は小さくなっている。
(実施の形態4)
本発明の実施の形態1により構成したコンデンサ素子を積層して外装7でモールドしたものの断面図を図5に示す。このように積層構造にすることで低ESRかつ大容量の固体電解コンデンサにすることができる。
以上述べた全ての実施の形態において、固体電解質層4の形成方法は、化学重合法や化学重合法で合成した固体電解質層をプレコート層とし、その上に電解重合することにより形成される。なお、電解重合により形成される固体電解質は特に限定されないが、重合反応の容易さからピロール、チオフェン、アニリン或いはそれらの誘電体を繰り返し単位とする機能性高分子が好ましい。また、酸化剤を用いて化学酸化重合したポリピロール或いはポリアニリン、ポリチオフェンのいずれか、或いはそれらの誘電体のいずれかが望ましい。更には、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールのいずれかの組み合わせでも良い。
また、シリコーンゴムの粘度は、1Pa・s以上、より好ましくは2.5Pa・s以上とすることで弁金属多孔質体にシリコーンゴムが吸い込まれるのを防ぐことができる。また塗布の作業性の観点から33Pa・s以下とすることが好ましい。
また、弁作用金属箔1の表面に弁金属多孔質体2を形成する例を示したが、弁作用金属箔1の片面のみに弁金属多孔質体2を形成する構成とすることもできる。
産業上の利用可能性
本発明は、弁作用金属箔の引出部とこの引出部に対応する弁金属多孔質体の端面とに湿気または熱によって硬化するシリコーンゴムを塗布して絶縁分離層を設けることで、容量の低下がなくて漏れ電流が小さく、かつ耐電圧の高い固体電解コンデンサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
図1は本発明の固体電解コンデンサの実施の形態1における断面図である。
図2A〜図2Fは本発明の固体電解コンデンサの製造方法の実施の形態1における工程図である。
図3は本発明の固体電解コンデンサの実施の形態2における断面図である。
図4A〜図4Fは本発明の固体電解コンデンサの製造方法の実施の形態2における工程図である。
図5は本発明の実施の形態4の固体電解コンデンサの断面図である。
図6は従来の固体電解コンデンサの断面図である。
図面の参照符号の一覧表
1 弁作用金属箔
1A、1B 引出部
2 弁金属多孔質体
3 誘電体被膜
4 固体電解質層
5 カーボン層
6 銀ペースト層
7 外装
8、9 外部電極
10 絶縁分離層
11 弁作用金属箔
11A 引出部
12 弁金属多孔質体
13 誘電体被膜
14 固体電解質層
15 カーボン層
16 銀ペースト層
17 外装
18、19 外部電極
20 絶縁分離層
Claims (10)
- 一端に引出部を有する弁作用金属箔と、
前記弁作用金属箔の少なくとも片面に設けた弁金属多孔質と、
前記弁作用金属箔の引出部を包み込む、湿気と熱との少なくともいずれかで硬化するシリコーンゴムからなる絶縁分離層と、
少なくとも前記弁金属多孔質体の表面に設けた誘電体被膜と、
前記誘電体被膜の表面に設けた固体電解質層と、
前記固体電解質層の表面に設けた集電体層と、からなるコンデンサ素子と、
前記弁作用金属箔の引出部と前記集電体層のいずれか一方と電気的に接続される外部電極と、
を備えた、
固体電解コンデンサ。 - 前記絶縁分離層が前記弁作用金属箔の引出部と直接接する、
請求項1に記載の固体電解コンデンサ。 - 前記誘電体被膜が前記弁作用金属箔の引出部を覆い、
前記誘電体被膜が前記弁作用金属箔の引出部を覆った部分を前記絶縁分離層がさらに覆う、
請求項1に記載の固体電解コンデンサ。 - 前記固体電解質層が機能性高分子を含む、
請求項1に記載の固体電解コンデンサ。 - 前記コンデンサ素子を複数備え、
前記複数のコンデンサ素子に含まれる複数の弁作用金属箔を電気的に接続し、前記複数のコンデンサ素子に含まれる複数の集電体層を電気的に接続した、
請求項1に記載の固体電解コンデンサ。 - 一端に引出部を有する弁作用金属箔の少なくとも片面に弁金属多孔質体を、前記引出部を残すように設けるステップと、
前記弁作用金属箔の引出部を包み込むように、湿気と熱の少なくともいずれかによって硬化するシリコーンゴムを塗布して絶縁分離層を形成するステップと、
少なくとも前記弁金属多孔質体の表面に誘電体被膜を形成するステップと、
前記誘電体被膜の表面に固体電解質層を形成するステップと、
前記固体電解質層の表面に集電体層を形成するステップと、
を備えた、固体電解コンデンサの製造方法。 - 前記絶縁分離層を形成するステップにおいて、前記引出部と、前記引出部に対応する前記弁金属多孔質体の端面に、前記シリコーンゴムを塗布する、
請求項6に記載の固体電解コンデンサの製造方法。 - 前記誘電体被膜を形成するステップにおいて前記弁作用金属箔の引出部を覆うように前記誘電体被膜を形成し、
前記絶縁分離層を形成するステップにおいて、前記誘電体被膜が前記引出部を覆う部分をさらに覆うように、前記シリコーンゴムを塗布する、
請求項6に記載の固体電解コンデンサの製造方法。 - 前記絶縁分離層を形成するステップにおいて、前記シリコーンゴムの粘度が1Pa・s以上である、
請求項6に記載の固体電解コンデンサの製造方法。 - 前記絶縁分離層を形成するステップにおいて、前記シリコーンゴムの塗布をディスペンサーで行う、
請求項6に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
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