JPWO2008001630A1 - 固体電解コンデンサ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の課題は、ハンダ付け時の熱的ストレスを受けても等価直列抵抗(ESR)が上昇したり、漏れ電流が上昇したりしない、大容量の固体電解コンデンサを提供することにある。
〔1〕 陽極体の表面に、誘電体層、固体電解質層、導電性カーボン層、及び導電性金属粉末と重量平均分子量60,000以下のアクリル系樹脂とを含む導電性金属層を、順次積層した固体電解コンデンサ素子を封止してなる固体電解コンデンサ。
〔2〕 導電性金属粉末が、銀粉、銅粉、アルミニウム粉、ニッケル粉、銅−ニッケル合金粉、銀合金粉、銀混合粉および銀コート粉からなる群から選ばれる少なくとも1種の粉である〔1〕に記載の固体電解コンデンサ。
〔3〕 アクリル系樹脂が、メチルメタクリレートを主繰り返し単位として含有する重合体である〔1〕又は〔2〕のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
〔5〕 陽極体が弁作用を有する金属材料で形成されている〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
〔6〕 弁作用を有する金属材料が、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウムおよびそれらの合金からなる群から選ばれる少なくとも1種の材料である〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
〔7〕 陽極体は、静電容量と化成電圧との積(CV)が100,000μF・V/g以上のタンタル粉焼結体からなるものである〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
〔9〕 固体電解質層が、ピロール、チオフェン、アニリン、フラン若しくはそれらの誘導体から導かれる少なくとも1つの繰返し単位を含む高分子固体電解質で形成されている〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
〔10〕 固体電解質が、3,4−エチレンジオキシチオフェンの重合体を含む〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
〔12〕 固体電解コンデンサの大きさ及び定格電圧と容量との積が、Dサイズ(7.3mm×4.3mm×2.8mm)で2500V・μF以上、Vサイズ(7.3mm×4.3mm×1.8mm)で1700V・μF以上、C2サイズ(6.0mm×3.2mm×1.8mm)で1370V・μF以上、Cサイズ(6.0mm×3.2mm×2.5mm)で1700V・μF以上、Bサイズ(3.4mm×2.8mm×1.8mm)で800V・μF以上、又はAサイズ(3.2mm×1.6mm×1.2mm)で550V・μF以上である〔1〕〜〔11〕のいずれかに記載の固体電解コンデンサ。
〔14〕 静電容量と化成電圧との積(CV)が100,000μF・V/g以上のタンタル粉焼結体又は静電容量と化成電圧との積(CV)が200,000μF・V/g以上のニオブ粉焼結体からなる陽極体を含んでなる固体電解コンデンサ素子用である〔13〕に記載の導電性金属ペースト。
〔15〕 導電性金属粉末が銀粉であり、アクリル系樹脂がメチルメタクリレートを主繰り返し単位として含有する重合体である〔13〕又は〔14〕に記載の固体電解コンデンサ素子用の導電性金属ペースト。
〔16〕 重量平均分子量60,000以下のアクリル系樹脂を3〜10質量%、導電性金属粉末を90〜97質量%(重量平均分子量60,000以下のアクリル系樹脂と導電性金属粉末との合計で100質量%)を含む〔13〕〜〔15〕のいずれかに記載の導電性金属ペースト。
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を封止してなるものである。該固体電解コンデンサ素子は、陽極体の表面に、誘電体層、固体電解質層、導電性カーボン層、及び導電性金属粉末と重量平均分子量60,000以下のアクリル系樹脂とを含む導電性金属層を順次積層したものである。
固体電解コンデンサ素子の陽極体は、通常、弁作用を有する金属材料で形成されている。弁作用を有する金属材料としては、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウムおよびそれらの合金などが挙げられる。陽極体は、箔、棒、多孔体などの形態から適宜選ばれる。
なお、静電容量と化成電圧との積(CV)は、真空中で1300℃、20分間焼成して得られた焼結体を、65℃の1%リン酸水溶液に浸漬し化成電圧20Vで300分間化成処理し、次いで40%硫酸水溶液に浸漬して120Hzの電圧を室温下で印加したときの容量をAgilent社製LCRメータで測定し、化成電圧と測定容量との積を焼結体の重さで除算することによって求められる値である。
固体電解コンデンサ素子では、誘電体層が前記陽極体表面に積層されている。該誘電体層は、空気中の酸素により陽極体表面を酸化することによって形成できるが、後記の化成処理によって陽極体表面を酸化することによって形成することが好ましい。
なお、陽極体の表面を酸化させる前に、公知の方法によりエッチング処理などして粗面化することが好ましい。また、固体電解コンデンサ素子の形状に合わせた寸法に陽極体を裁断しておくことが好ましい。
固体電解コンデンサ素子には、前記の誘電体層の表面に固体電解質層が積層されている。固体電解質層は、固体電解質材料として従来知られている材料によって形成される。固体電解質材料としては、ピロール、チオフェン、アニリン、フラン又はそれらの誘導体から導かれる少なくとも1つの繰返し単位を含む導電性重合体(高分子固体電解質)が好適なものとして挙げられる。中でも、3,4−エチレンジオキシチオフェンの導電性重合体が特に好ましい。固体電解質層を誘電体層の表面に形成する方法は特に限定されず、例えば、3,4−エチレンジオキシチオフェン単量体及び酸化剤又はそれらを必要に応じて溶剤に溶かしてなる溶液を、誘電体層に塗布し、必要に応じて含浸させ、重合させる方法〔特開平2−15611号公報(米国特許第4,910,645号)や特開平10−32145号公報(欧州特許公開第820076号)〕が挙げられる。
固体電解コンデンサ素子には、固体電解質層の上に導電性カーボン層が形成されている。
導電性カーボン層は、例えば、導電性カーボン及びバインダーを含んでなるペーストを固体電解質層に塗布し、含浸させて、乾燥、熱処理することによって形成できる。導電性カーボンとしては、黒鉛粉を通常80質量%以上、好ましくは95質量%以上含む材料が好ましい。黒鉛粉としては、鱗片状若しくは葉片状の天然黒鉛、アセチレンブラックやケッチェンブラック等のカーボンブラックなどが挙げられる。好適な導電性カーボンは、固定炭素分が97質量%以上、平均粒子径が1〜13μm、アスペクト比が10以下であって、粒子径32μm以上の粒子の割合が12質量%以下のものである。
本発明の固体電解コンデンサを構成する導電性金属層は導電性金属粉末とアクリル系樹脂とを含む。該導電性金属層は、前述の導電性カーボン層の上に形成される。
固体電解コンデンサ素子の導電性金属層の一部を、別途用意した一対の対向して配置された先端部を有するリードフレームの一方の先端部に載置し、さらに陽極体の一部(陽極体が陽極リードを有する構造の場合は陽極リード。この場合は寸法を合わすために陽極リードの先端を切断して使用してもよい。)を前記リードフレームの他方の先端部に載置し、例えば前者は導電性金属ペーストの固化によって、後者は溶接によって、各々電気的・機械的に接合する。次に前記リードフレームの先端部の一部を残して樹脂封止し、樹脂封止外の所定部でリードフレームを切断し、折り曲げ加工(リードフレームが樹脂封口の下面にあってリードフレームの下面または下面と側面のみを残して封口されている場合は、切断加工のみでもよい。)する。前記リードフレームは、樹脂封止した後、切断加工されて最終的にはコンデンサの外部端子となる。リードフレームの形状は、箔または平板状であり、材質としては鉄、銅、アルミニウムまたはこれら金属を主成分とする合金が使用される。前記リードフレームの一部または全部に半田、錫、チタン、金、銀などのメッキが施されていてもよい。リードフレームとメッキとの間に、ニッケルまたは銅などの下地メッキがあってもよい。
電圧印加方法として、直流、(任意の波形を有する)交流、直流に重畳した交流やパルス電流などの任意の電流を流すように設計することができる。エージングの途中に一旦電圧印加を止め、再度電圧印加を行うことも可能である。
本発明の固体電解コンデンサは、ESR値が良好であることから、これを用いることにより高速応答性のよい電子回路および電子機器を得ることができる。
タンタル粉24.1mgを0.40mmφのタンタルリード線(長さ13.0mm)とともに成形し、これを真空下、1325℃で、20分間焼成して、CV(容量と化成電圧との積)が160,000μF・V/gで、密度が6.3g/cm3で、大きさが1.0mm×1.2mm×3.4mmである焼結体を得た。該焼結体の3.4mm寸法の長手方向と平行にタンタルリード線3.0mmが埋設されていて焼結体から突き出たタンタルリード線10mmが陽極部となる。
ニオブインゴットの水素脆性を利用して粉砕したニオブ一次粉(平均粒径0.31μm)を造粒し平均粒径140μmのニオブ粉(微粉であるために表面が自然酸化されていて全体として酸素を9,600ppm含有する)を得た。次に450℃の窒素雰囲気中に放置し、さらに700℃のアルゴン中に放置することにより、窒化量9,000ppmの一部窒化したニオブ粉(CV:285,000μF・V/g)を得た。この一部窒化ニオブ粉を0.38mmφのニオブリード線(長さ13.5mm)と共に成形し、1260℃で焼成することにより、大きさ1.0mm×1.5mm×4.4mm(質量22.1mg、ニオブリード線が焼結体内部に3.5mm埋設され、外部に10mm突き出ている。)の焼結体を複数個作製した。
Claims (16)
- 陽極体の表面に、
誘電体層、固体電解質層、導電性カーボン層、及び導電性金属粉末と重量平均分子量60,000以下のアクリル系樹脂とを含む導電性金属層を、
順次積層した固体電解コンデンサ素子を封止してなる固体電解コンデンサ。 - 導電性金属粉末が、銀粉、銅粉、アルミニウム粉、ニッケル粉、銅−ニッケル合金粉、銀合金粉、銀混合粉および銀コート粉からなる群から選ばれる少なくとも1種の粉である請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
- アクリル系樹脂が、メチルメタクリレートを主繰り返し単位として含有する重合体である請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
- 導電性金属層は、重量平均分子量60,000以下のアクリル系樹脂3〜10質量%と導電性金属粉末90〜97質量%とを含む請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
- 陽極体が弁作用を有する金属材料で形成されている請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
- 弁作用を有する金属材料が、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ジルコニウムおよびそれらの合金からなる群から選ばれる少なくとも1種の材料である請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
- 陽極体は、静電容量と化成電圧との積(CV)が100,000μF・V/g以上のタンタル粉焼結体からなるものである請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
- 陽極体は、静電容量と化成電圧との積(CV)が200,000μF・V/g以上のニオブ粉焼結体からなるものである請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
- 固体電解質層が、ピロール、チオフェン、アニリン、フラン若しくはそれらの誘導体から導かれる少なくとも1つの繰返し単位を含む高分子固体電解質で形成されている請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
- 固体電解質が、3,4−エチレンジオキシチオフェンの重合体を含む請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
- 固体電解質がさらにアリールスルホン酸塩系ドーパントを含む請求項9または10に記載の固体電解コンデンサ。
- 固体電解コンデンサの大きさ及び定格電圧と容量との積が、Dサイズ(7.3mm×4.3mm×2.8mm)で2500V・μF以上、Vサイズ(7.3mm×4.3mm×1.8mm)で1700V・μF以上、C2サイズ(6.0mm×3.2mm×1.8mm)で1370V・μF以上、Cサイズ(6.0mm×3.2mm×2.5mm)で1700V・μF以上、Bサイズ(3.4mm×2.8mm×1.8mm)で800V・μF以上、又はAサイズ(3.2mm×1.6mm×1.2mm)で550V・μF以上である請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
- 導電性金属粉末と、重量平均分子量60,000以下のアクリル系樹脂とを含む、固体電解コンデンサ素子用の導電性金属ペースト。
- 静電容量と化成電圧との積(CV)が100,000μF・V/g以上のタンタル粉焼結体又は静電容量と化成電圧との積(CV)が200,000μF・V/g以上のニオブ粉焼結体からなる陽極体を含んでなる固体電解コンデンサ素子用である請求項13に記載の導電性金属ペースト。
- 導電性金属粉末が銀粉であり、アクリル系樹脂がメチルメタクリレートを主繰り返し単位として含有する重合体である請求項13に記載の固体電解コンデンサ素子用の導電性金属ペースト。
- 重量平均分子量60,000以下のアクリル系樹脂を3〜10質量%、導電性金属粉末を90〜97質量%(重量平均分子量60,000以下のアクリル系樹脂と導電性金属粉末との合計で100質量%)を含む請求項13に記載の導電性金属ペースト。
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