WO2006073014A1 - 電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

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Satoru Yoshimitsu
Kazumasa Fujimoto
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
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    • H01G9/004—Details
    • H01G9/022—Electrolytes; Absorbents
    • H01G9/025—Solid electrolytes
    • H01G9/028—Organic semiconducting electrolytes, e.g. TCNQ

Definitions

  • the present invention includes a capacitor element formed by winding an anode having an oxide film formed on the surface of a metal having a valve action, a cathode, and a separator provided between the two electrodes.
  • the present invention relates to an electrolytic capacitor in which an electrolyte is interposed between electrodes and a method for manufacturing the same.
  • An electrolytic capacitor using a metal having a valve action such as tantalum or aluminum is widely used because it is small and can provide a large capacity.
  • a polypyrrole-based capacitor is used among electrolytic capacitors. Attention has been focused on solid electrolytic capacitors using polythiophene-based or polyarine-based conductive polymers or TCNQ complex salts as electrolytes.
  • the solid electrolytic capacitor is manufactured as follows.
  • a capacitor element is formed by winding an aluminum foil force-treated anode and cathode subjected to etching treatment and chemical conversion treatment into a cylindrical shape via a separator paper, and then performing cut formation and heat treatment of the capacitor element. Do. Next, the capacitor element is immersed in a solution containing an oxidant and a monomer and then thermally polymerized to form a conductive polymer layer between both electrodes of the capacitor element. Next, after the capacitor element is housed and fixed in the aluminum case, the opening of the aluminum case is sealed and further subjected to aging treatment. Finally, a seat plate is inserted into the curled surface of the capacitor, and the lead wire of the capacitor is pressed and bent to produce an electrode terminal, thereby completing the solid electrolytic capacitor.
  • the surface force of the cathode is also 200 A method of increasing the average capacitance by mixing carbon up to a position of m or more (see Patent Document 2 below).
  • Patent Document 1 JP 2000-114108 A
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-57075
  • TiN has a high melting point, it takes a long time to form a film and a lot of energy. For this reason, it has the subject that the manufacturing cost of an electrolytic capacitor becomes high.
  • the capacitance value of only the cathode increases to some extent, but does not approach infinity. Therefore, the capacitance of the electrolytic capacitor cannot be dramatically increased, and it is difficult to sufficiently cope with the large capacity of the electrolytic capacitor that will be required in the future.
  • the present invention has been proposed to solve the above-described problems, and the purpose thereof is an electrolytic capacitor that can significantly improve the capacitance while reducing the manufacturing cost. And a manufacturing method thereof.
  • the invention according to claim 1 of the present invention comprises an anode having an oxide film formed on a surface of a metal having a valve action, and a metal having a valve action.
  • a capacitor element formed by winding a cathode and a separator provided between the two electrodes is provided, and an electrolyte is interposed between the two electrodes.
  • a carbon film is formed.
  • the capacitance of the electrolytic capacitor of the present invention is the capacitance of only the anode, and the capacitance is dramatically increased as compared with the conventional electrolytic capacitor.
  • the invention of claim 2 is characterized in that, in the invention of claim 1, the carbon film is composed of a diamond-like carbon film and / or a graph eye-trike carbon film.
  • Examples of the carbon coating include a diamond-like carbon coating or a graph eye-trike force-bon coating, but the present invention is not limited to these.
  • the invention of claim 3 is characterized in that, in the invention of claim 1 or 2, a solid electrolyte is used as the electrolyte.
  • the solid electrolytic capacitor must have small characteristics, large capacity, low equivalent series resistance, and characteristics such as being suitable for surface mounting and chip mounting. Therefore, electronic devices can be reduced in size, increased in functionality, and reduced in cost.
  • the invention described in claim 4 is characterized in that, in the invention described in claim 3, a polythiophene-based, polypyrrole-based, polyarine-based conductive polymer or TCNQ complex salt is used as the solid electrolyte.
  • solid electrolyte examples include polythiophene-based, polypyrrole-based, polyarine-based conductive polymers, TCNQ complex salts, and the like. The present invention is not limited to these.
  • the invention described in claim 5 is the invention described in claim 3, characterized in that a polythiophene-based conductive polymer is used as the solid electrolyte.
  • the polythiophene-based conductive polymer is highly conductive compared to other conductive polymers, so that the ESR characteristic is improved. Is done.
  • the invention of claim 6 is the invention of claims 1 to 5, characterized in that an aluminum foil having irregularities formed on the surface is used as the metal having a valve action in the cathode.
  • the surface of the metal having a valve action is thus uneven, the surface area of the electrode is increased, so that the capacitance can be further increased.
  • the invention according to claim 7 of the present invention has a valve action.
  • a first step of producing a cathode by forming a carbon film on the surface of the metal having the anode, the anode, an anode having an oxide film formed on the surface of the metal having a valve action, and a separator provided between the two electrodes And a second step of fabricating a capacitor element, and a third step of including an electrolyte in the capacitor element.
  • the electrolytic capacitor according to claim 1 can be easily manufactured.
  • the invention described in claim 8 is the invention described in claim 7, wherein the carbon film formed in the first step is composed of a diamond-like carbon film and / or a graph-like trike carbon film.
  • the electrolytic capacitor according to claim 2 can be easily manufactured.
  • the invention according to claim 9 is the invention according to claim 7 or 8, wherein in the third step, the capacitor element is impregnated with a monomer and then thermally polymerized, whereby the solid electrolyte is applied to the capacitor element. It is characterized by including.
  • the solid electrolytic capacitor according to claim 3 can be easily manufactured.
  • the invention according to claim 10 is the invention according to claims 7 to 9, characterized in that a dry plating method is used as a method of forming the carbon film.
  • the invention described in claim 11 is the invention described in claim 10, characterized in that an ion plating method is used as the dry plating method.
  • the ion plating method is excellent in insulating properties because the adhesion strength is increased by ionization and sputtering of the evaporate, and the porosity can be lowered by increasing the deposition density of the thin film. Since high vapor deposition can be obtained even between materials with very different mechanical properties, a film with improved mechanical properties such as elasticity can be obtained, and the force is also low. Therefore, there is an advantage that the material of the processed material has versatility. Therefore, it is preferable to use the ion plating method as the wet plating method.
  • FIG. 1 is a perspective view of a capacitor element used in a solid electrolytic capacitor as an example of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a solid electrolytic capacitor as an example of the present invention.
  • a capacitor element 1 is arranged in the aluminum case 9, and a sealing rubber packing 10 is inserted on the capacitor element 1. Further, the opening of the aluminum case 9 is sealed by curling with a horizontal diaphragm, and a plastic seat plate 11 is inserted on the sealed portion. On the seat plate 11, a cathode lead wire 8 and an anode lead wire 7 described later, which are electrically connected to the cathode 2 and the anode 3, respectively, are formed by pressing and bending. An electrode terminal 12 is provided.
  • the capacitor element 1 has an anode 3 having an oxide film formed on the surface of an aluminum foil having an uneven surface, and a thickness on the surface of the aluminum foil having an uneven surface.
  • the bipolar electrodes 2 and 3 and the separator 4 are wound in a roll shape to form a cylindrical capacitor element 1.
  • a fixing tape 5 is attached to the winding end of the capacitor element 1.
  • a polythiophene-based conductive polymer layer is formed between the two electrodes 2 and 3.
  • 6 is a lead tab terminal
  • 7 is an anode lead
  • 8 is a cathode lead.
  • the solid electrolytic capacitor having the above structure was produced as follows.
  • the strip-shaped aluminum foil cut out from the aluminum sheet is etched. Do the reason.
  • the etching process is performed in order to roughen the surface of the aluminum foil, increase the surface area, and increase the capacitance.
  • a titanium nitride (TiN) film is formed on the roughened aluminum foil by vapor deposition.
  • a film may be formed by ion plating, sputtering, thermal CVD, plasma CVD, photo CVD, or laser CVD.
  • the aluminum foil on which the titanium nitride film is formed is immersed in a liquid and a voltage of about 5 V is applied to oxidize the titanium nitride film, thereby forming a dielectric composed of titanium oxide. An oxide film was formed. Thereby, the anode 3 is produced.
  • solutions of other acid salts such as phosphates, borates, adipates and the like are known.
  • a DLC film having a thickness of 0.5 m was formed on the surface of the aluminum foil by the ion plating method under the conditions shown below, and a cathode 2 was manufactured. • Vapor deposition conditions
  • the anode 3 and the cathode 2 were wound in a roll shape through a separator 4 as an insulator, and the winding end was stopped with the tape 5 to produce a capacitor element 1.
  • the capacitor element 1 since the anode 3 is cut out from the aluminum sheet as described above, the dielectric oxide film is not formed on the end face of the anode 3. Therefore, the capacitor element 1 was cut and a dielectric oxide film was also formed on the end face of the anode. Thereafter, the capacitor element 1 was heat-treated at 280 ° C. to stabilize the characteristics of the dielectric oxide film.
  • a capacitor element 1 was added to a 50 wt% ethyl alcohol solution containing 3,4-ethylenedioxythiophene as a monomer and ferric p-toluenesulfonate as an oxidant solution. After immersion, thermal polymerization was performed to form a conductive polymer layer between the electrodes 2 and 3, and the capacitor element 1 was completed.
  • the solid electrolytic capacitor thus manufactured has a rated voltage of 2.5 V and a capacitance of 390 F, and the outer dimensions of the aluminum case 9 are a diameter of 6.3 mm and a height of 6. Omm.
  • a solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in the best mode for carrying out the invention.
  • a solid electrolytic capacitor was fabricated in the same manner as in Example 1, except that a DLC film with a thickness of 1. O / zm was formed on the surface of the aluminum foil by the ion plating method and the cathode 2 was fabricated under the conditions shown below. did.
  • the solid electrolytic capacitor thus produced is hereinafter referred to as the present invention capacitor A2.
  • a 0.5 m thick graph eye-trike carbon coating (hereinafter sometimes referred to as GLC coating) is formed on the surface of an aluminum foil by the ion plating method under the conditions shown below.
  • GLC coating graph eye-trike carbon coating
  • a solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the cathode 2 was produced.
  • the solid electrolytic capacitor thus produced is hereinafter referred to as the present invention capacitor A3.
  • a solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that a GLC film with a thickness of 1. O / zm was formed on the surface of the aluminum foil by the ion plating method and the cathode 2 was produced under the conditions shown below. did.
  • the solid electrolytic capacitor thus produced is hereinafter referred to as the present invention capacitor A4.
  • a solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the cathode 2 was produced without forming a DLC film on the surface of the aluminum foil.
  • the solid electrolytic capacitor thus produced is hereinafter referred to as a comparative capacitor X.
  • the capacitance (unit: / F) at a frequency of 120 Hz was measured.
  • the results are shown in Table 1.
  • the number of samples was 20 for each capacitor, and Table 1 shows the average values.
  • the DLC coating is a diamond like mosquitoes one carbon film c
  • GLC film is a graph eye-trike force-bon film.
  • Cap The measurement of Cap is at 120Hz.
  • the capacitors A1 to A4 of the present invention have a significantly larger capacitance than the comparative capacitor X. Therefore, it can be seen that if a carbon film formed on the surface of etched aluminum foil is used as the cathode, a large capacity of the solid electrolytic capacitor can be realized.
  • a polythiophene-based conductive polymer is used as the electrolyte.
  • the present invention is not limited to this, and a conductive polymer such as a polypyrrole-based or polyaniline-based material or a TCNQ complex salt may of course be used. It is.
  • a vacuum deposition method, a sputtering method, a thermal CVD method, a plasma CVD method, a photo CVD method, a laser CVD method and the like are not limited to the ion plating method. OK! / ⁇ .
  • the present invention is not limited to a solid electrolytic capacitor using a solid electrolyte as an electrolyte, but can also be applied to a liquid electrolytic capacitor using an electrolytic solution as an electrolyte.
  • the metal having a valve action may be tantalum, niobium or the like, not limited to the above aluminum.
  • the present invention can be used, for example, as an electronic component for surface mounting in a printed wiring board of an electronic device such as a mobile phone, a notebook computer, or a PDA.
  • FIG. 1 is a perspective view of a capacitor element used in a solid electrolytic capacitor as an example of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a solid electrolytic capacitor as an example of the present invention.

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Abstract

【課題】製造コストの削減を図りつつ静電容量値を格段に向上することができる電解コンデンサ及びその製造方法を提供することにある。 【解決手段】弁作用を有する金属の表面に酸化被膜が形成された陽極３と、弁作用を有する金属を備えた陰極２と、これら両極間に設けられたセパレータ４とを巻回してなるコンデンサ素子１を備え、上記両極２，３間には電解質が介在する電解コンデンサにおいて、 　上記陰極２における弁作用を有する金属の表面には、カーボン被膜が形成されていることを特徴とする。

Description

明 細 書
電解コンデンサ及びその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、弁作用を有する金属の表面に酸化被膜が形成された陽極と、陰極と、こ れら両極間に設けられたセパレータとを卷回してなるコンデンサ素子を備え、上記両 極間には電解質が介在する電解コンデンサ及びその製造方法に関する。
背景技術
[0002] タンタル或いはアルミニウム等のような弁作用を有する金属を利用した電解コンデ ンサは、小型で大きな容量を得ることができることから、広く一般に用いられており、 特に、電解コンデンサのうち、ポリピロール系、ポリチォフェン系、ポリア-リン系等の 導電性高分子又は TCNQ錯塩を電解質に用いた固体電解コンデンサが注目されて いる。
[0003] ここで、上記固体電解コンデンサは、以下のようにして作製される。
先ず、エッチング処理、化成処理を行ったアルミニウム箔力 成る陽極と、陰極とを 、セパレータ紙を介して円筒状に巻き取ってコンデンサ素子を形成した後、当該コン デンサ素子の切り口化成と熱処理とを行う。次に、酸化剤とモノマーとを含む溶液に 上記コンデンサ素子を浸漬した後、熱重合させることにより、コンデンサ素子の両極 間に導電性高分子層を形成させる。次いで、コンデンサ素子をアルミケースに収納 固定後、アルミケースの開口部を封止し、更にエージング処理を行う。最後に、コン デンサのカール面に座板を挿入し、コンデンサのリード線をプレスカ卩ェ '折り曲げを 行って電極端子を作製することにより、固体電解コンデンサを完成させる。
[0004] ここで、近年、巿場では上記のような固体電解コンデンサを大型化することなくの大 容化することが求められており、これを達成すベぐ以下に示すような提案がなされて いる。
(1)陰極の表面に TiN等の金属窒化物からなる被膜を形成して、静電容量を高める という方法 (下記特許文献 1参照)。
(2)冷間圧延油、圧延速度、圧下率の組み合わせにより、陰極の表面力も深さ 200η m以上の位置まで炭素を混入させて平均的に静電容量を高めるという方法 (下記特 許文献 2参照)。
[0005] 特許文献 1：特開 2000— 114108号公報
[0006] 特許文献 2 :特開 2002— 57075号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] し力しながら、上記従来の発明では、以下に示す課題を有する。
(1)の発明の課題
TiNは融点が高いので、被膜形成に長時間を要すると共に多くのエネルギーを要 する。このため、電解コンデンサの製造コストが高くなるという課題を有していた。
[0008] (2)の発明の課題
上記構成であれば、陰極のみの静電容量値はある程度大きくなるが、無限大に漸 近することはない。したがって、電解コンデンサの静電容量を飛躍的に大きくすること ができず、今後市場力 要求されるであろう電解コンデンサの大容量ィ匕に対して十分 対応できな 、と 、う課題を有して 、た。
[0009] 従って、本発明は、上述した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、製造コストの削減を図りつつ静電容量を格段に向上することができる電解コン デンサ及びその製造方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0010] 上記目的を達成するために、本発明のうち請求項 1記載の発明は、弁作用を有す る金属の表面に酸化被膜が形成された陽極と、弁作用を有する金属を備えた陰極と 、これら両極間に設けられたセパレータとを卷回してなるコンデンサ素子を備え、上 記両極間には電解質が介在する電解コンデンサにおいて、上記陰極における弁作 用を有する金属の表面には、カーボン被膜が形成されていることを特徴とする。 まず、電解コンデンサの合成容量は等価直列回路であるということから、下記数 1の 如く表される。
[0011] [数 1] Cc Ca
C ： 電解コンデンサの合成容：
Cc :
Ca:
Figure imgf000005_0001
[0012] 上記数 1から明らかなように、 Ccが値を持つ（陰極が容量を持つ）限り、コンデンサ の容量 Cは陽極側の静電容量 Caより小さくなる。
そこで、上記構成の如ぐ弁作用を有する金属の表面に導電性に優れるカーボン 被膜が形成されていれば、カーボン被膜が弁作用を有する金属 (アルミニウム等)の 表面に固着されて、当該金属上には弁作用を有する金属の酸化被膜が形成されな いので、陰極の静電容量がほぼ無限大に漸近する。この結果、下記数 2から明らか なように、本発明の電解コンデンサの静電容量は陽極のみの静電容量となり、従来 の電解コンデンサと比較して、静電容量が飛躍的に増大する。
[0013] [数 2]
1 1
Lim C 二 Lim― -— 二 ― ""- 二 し a
Cc→oo Cc→°° i + 丄
Cc Ca Ca
[0014] また、カーボンは TiNに比べて融点が低いので、被膜形成が短時間で終了すると 共に少ないエネルギーで済む。このため、電解コンデンサの製造コストを大幅に低減 することができる。
カロえて、カーボンは TiNに比べて応力に対する耐性に優れているので、陽極及び セパレータと共に陰極を卷回しても、カーボン被膜が弁作用を有する金属力 脱落 するのを防止することができる。 [0015] 請求項 2記載の発明は請求項 1記載の発明において、上記カーボン被膜が、ダイ アモンドライクカーボン被膜及び/又はグラフアイトライクカーボン被膜から成ることを 特徴とする。
カーボン被膜としては、ダイアモンドライクカーボン被膜或 ヽはグラフアイトライク力 一ボン被膜が例示されるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[0016] 請求項 3記載の発明は請求項 1又は 2記載の発明において、上記電解質として固 体電解質を用いることを特徴とする。
このように電解質として固体電解質を用いれば、固体電解コンデンサは小型、大容 量、低等価直列抵抗であることに加えて、チップ化しやすぐ表面実装に適している 等の特質を備えていることから、電子機器の小型化、高機能化、低コスト化を図ること ができる。
[0017] 請求項 4記載の発明は請求項 3記載の発明において、上記固体電解質としてポリ チォフェン系、ポリピロール系、ポリア-リン系の導電性高分子又は TCNQ錯塩を用 いることを特徴とする。
固体電解質としてポリチォフェン系、ポリピロール系、ポリア-リン系の導電性高分 子、 TCNQ錯塩等が例示される力 本発明はこれらのものに限定されるものではな い。
[0018] 請求項 5記載の発明は請求項 3記載の発明において、上記固体電解質としてポリ チォフェン系の導電性高分子を用いることを特徴とする。
固体電解質としてポリチォフェン系の導電性高分子を用いれば、ポリチォフェン系 の導電性高分子はその他の導電性高分子に比べて、高導電性であるので、 ESR特 性が向上するという作用効果が発揮される。
[0019] 請求項 6記載の発明は請求項 1〜5記載の発明において、上記陰極における弁作 用を有する金属として、表面に凹凸が形成されたアルミニウム箔を用いることを特徴と する。
このように弁作用を有する金属の表面に凹凸が形成されていれば、電極表面積が 拡大するので、静電容量を更に増大させることができる。
[0020] また、上記目的を達成するために、本発明のうち請求項 7記載の発明は、弁作用を 有する金属の表面にカーボン被膜を形成して陰極を作製する第 1ステップと、上記陰 極と、弁作用を有する金属の表面に酸化被膜が形成された陽極と、これら両極間に 設けられたセパレータとを卷回してコンデンサ素子を作製する第 2ステップと、上記コ ンデンサ素子に電解質を含ませる第 3ステップとを備えることを特徴とする。
このような方法であれば、請求項 1記載の電解コンデンサを容易に作製することが できる。
[0021] 請求項 8記載の発明は請求項 7記載の発明にお 、て、上記第 1ステップで形成され るカーボン被膜が、ダイアモンドライクカーボン被膜及び/又はグラフアイトライクカー ボン被膜から成ることを特徴とする。
このような方法であれば、請求項 2記載の電解コンデンサを容易に作製することが できる。
[0022] 請求項 9記載の発明は請求項 7又は 8記載の発明において、上記第 3ステップにお いて、コンデンサ素子にモノマーを含浸させた後、熱重合することにより、コンデンサ 素子に固体電解質を含ませることを特徴とする。
このような方法であれば、請求項 3記載の固体電解コンデンサを容易に作製するこ とがでさる。
[0023] 請求項 10記載の発明は請求項 7〜9記載の発明において、上記カーボン被膜の 形成方法として乾式めつき法を用いることを特徴とする。
カーボン被膜の形成方法として湿式めつき法を用いることも考えられる力 当該方 法でカーボン被膜を形成した場合には、弁作用を有する金属に対するカーボン被膜 の密着強度が小さくなり、且つ、洗浄等の後工程が必要となる。そこで、このような欠 点のな 、乾式めつき法を用いることが望ま 、。
[0024] 請求項 11記載の発明は請求項 10記載の発明において、上記乾式めつき法として イオンプレーティング法を用いることを特徴とする。
イオンプレーティング法は、蒸発物のイオン化及びスパッタリングによって密着強度 が大きぐ且つ、薄膜の堆積密度を高めて気孔率を低くすることができるので、絶縁 性に優れる。カロえて、機械的性質が非常に異なる物質間でも高蒸着を得ることができ るため、弾性等機械的性質の向上した被膜が得られ、し力も、処理の温度が低いた め、処理物の材質にも汎用性があるという利点がある。したがって、湿式めつき法とし てはイオンプレーティング法を用いるのが好まし 、。
発明の効果
[0025] 本発明によれば、製造コストの削減を図りつつ静電容量値を格段に向上することが できると 、う優れた効果を奏する。
発明を実施するための最良の形態
[0026] 以下、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の最良の形態に何ら限定 されるものではなぐその要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施すること が可能なものである。
[0027] 図 1は本発明の一例である固体電解コンデサに用いるコンデンサ素子斜視図、図 2 は本発明の一例である固体電解コンデサの断面図である。
図 2に示すように、アルミケース 9内にはコンデンサ素子 1が配置されており、このコ ンデンサ素子 1上には封止用ゴムパッキング 10が挿入されている。また、アルミケー ス 9の開口部は横絞りとカールすることで封止されており、この封止部上にはプラスチ ック製の座板 11が挿入されている。この座板 11上には、上記陰極 2と陽極 3とにそれ ぞれ電気的に接続された後述の陰極用リード線 8、陽極用リード線 7を、プレス加工、 折り曲げ加工して形成される電極端子 12が設けられている。
[0028] 一方、上記コンデンサ素子 1は、図 1に示すように、表面が凹凸形状のアルミニウム 箔の表面に酸化被膜が形成された陽極 3と、表面が凹凸形状のアルミニウム箔の表 面に厚さ 0. 5 /z mのダイアモンドライクカーボン被膜 (以下、 DLC被膜と称することが ある）を形成させた陰極 2と、これら両極 2, 3間に設けられた紙製のセパレータ 4とを 有している。そして、これら両極 2、 3とセパレータ 4とはロール状に卷回されて、円筒 伏のコンデンサ素子 1を構成しており、このコンデンサ素子 1の卷回端部には固定用 テープ 5が貼着されている。また、上記両極 2, 3間には、ポリチォフェン系の導電性 高分子層が形成されている。尚、図 1中、 6はリードタブ端子、 7は陽極用リード、 8は 陰極用リードである。
[0029] ここで、上記構造の固体電解コンデンサを、以下のようにして作製した。
先ず、アルミニウム製シートから切り出された帯状のアルミニウム箔にエッチング処 理を行なう。このようにエッチング処理を行うのは、アルミニウム箔の表面を粗面化し て、表面積を拡大し、静電容量を大きくするためである。次に、粗面化されたアルミ- ゥム箔上に、窒化チタン (TiN)の被膜を蒸着により形成する。尚、蒸着に代えて、ィ オンプレーティング法、スパッタリング法、熱 CVD法、プラズマ CVD法、光 CVD法、 レーザー CVD法にて被膜を形成してもよ 、。
[0030] 次に、窒化チタンの被膜を形成したアルミニウム箔をィ匕成液に漬け、約 5Vの電圧 を印加することにより、窒化チタンの被膜を酸化して、酸化チタンから構成される誘電 体酸化被膜を形成した。これにより、陽極 3が作製される。尚、化成液としては、リン酸 塩、ホウ酸塩、アジピン酸塩等の溶液が知られている力 他の酸塩の溶液を用いても よい。
[0031] 上記正極作製工程と並行して、下記に示す条件で、アルミニウム箔の表面に厚さ 0 . 5 mの DLC被膜をイオンプレーティング法により形成して、陰極 2を作製した。 •蒸着条件
時間： 30min
温度： 200°C
装置内圧力： P = 2 X 10"2Torr
ターゲット：ダイヤモンド薄膜
[0032] し力る後、上記陽極 3と、陰極 2とを、絶縁体であるセパレータ 4を介してロール状に 卷回し、卷回終端をテープ 5でとめ、コンデンサ素子 1を作製した。ここで、陽極 3は、 前記の如ぐアルミニウム製シートから切り出されて作成されるので、陽極 3の端面に は、誘電体酸化被膜が形成されていない。したがって、コンデンサ素子 1の切り口化 成を行って、陽極の端面にも誘電体酸ィ匕被膜を形成した。この後、コンデンサ素子 1 を 280°Cで熱処理して、誘電体酸化被膜の特性を安定させた。
[0033] 次に、モノマーとしての 3, 4—エチレンジォキシチォフェンと、酸化剤溶液としての p—トルエンスルホン酸第二鉄とを含む 50wt%程度のエチルアルコール溶液に、コ ンデンサ素子 1を浸漬後、熱重合して両極 2, 3間に導電性高分子層を形成し、コン デンサ素子 1を完成させた。
[0034] その後、図 2に示すように、上記のようにして作製したコンデンサ素子 1をアルミケー ス 9内に収納し、更に、コンデンサ素子 1上のアルミケース 9内に封止用ゴムパッキン グ 10を挿入して固定した後、アルミケース 9の開口部に対し横絞りとカールを施すこ とで封止を行った。最後に、エージング処理を行った後、コンデンサのカール面にプ ラスチック製の座板 11を挿入し、更に、コンデンサのリード線 7、 8のプレス力卩ェ、折り 曲げ加工を行って電極端子 12を形成することにより、固体電解コンデンサを作製し た。
[0035] このようにして作製した固体電解コンデンサは、定格電圧 2. 5Vで静電容量 390 Fであり、またアルミケース 9の外形寸法は直径 6. 3mmで高さ 6. Ommである。 実施例
[0036] (実施例 1)
上記発明を実施するための最良の形態と同様にして固体電解コンデンサを作製し た。
このようにして作製した固体電解コンデンサを、以下本発明コンデンサ A1と称する [0037] (実施例 2)
下記に示す条件で、アルミニウム箔の表面に厚さ 1. O /z mの DLC被膜をイオンプ レーティング法により形成し、陰極 2を作製した以外は、実施例 1と同様にして固体電 解コンデンサを作製した。
このようにして作製した固体電解コンデンサを、以下本発明コンデンサ A2と称する
[0038] ，蒸着条件
時間： lh
温度： 200°C
装置内圧力： P = 2 X 10"2Torr
ターゲット：ダイヤモンド薄膜
[0039] (実施例 3)
下記に示す条件で、アルミニウム箔の表面に厚さ 0. 5 mのグラフアイトライクカー ボン被膜 (以下、 GLC被膜と称するときがある）をイオンプレーティング法により形成 し、陰極 2を作製した以外は、実施例 1と同様にして固体電解コンデンサを作製した。 このようにして作製した固体電解コンデンサを、以下本発明コンデンサ A3と称する
[0040] ，蒸着条件
時間： 30min
温度： 200°C
装置内圧力： P = 2 X 10"2Torr
ターゲット：非晶質カーボン
[0041] (実施例 4)
下記に示す条件で、アルミニウム箔の表面に厚さ 1. O /z mの GLC被膜をイオンプ レーティング法により形成し、陰極 2を作製した以外は、実施例 1と同様にして固体電 解コンデンサを作製した。
このようにして作製した固体電解コンデンサを、以下本発明コンデンサ A4と称する
[0042] ，蒸着条件
時間： 2h
温度： 200°C
装置内圧力： P = 2 X 10"2Torr
ターゲット：非晶質カーボン
[0043] (比較例）
アルミニウム箔の表面に DLC被膜を形成することなく陰極 2を作製した以外は、実 施例 1と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
このようにして作製した固体電解コンデンサを、以下比較コンデンサ Xと称する。
[0044] (実験）
上記本発明コンデンサ A1〜A4及び比較コンデンサ Xにおいて、 120Hzの周波数 での静電容量 (単位： / F)を測定したので、その結果を表 1に示す。尚、試料数は、 各コンデンサ 20個とし、また、表 1にはそれらの平均値を示した。
[0045] [表 1] 素子の種類 皮糗の種類 皮膜の膜厚 m) Ca (μ F) 本発明素子 A 1 DLC皮膜 0. 5 576 本発明素子 A 2 DLC皮膜 1 , 0 583 本発明素子 A 3 GLC皮糗 0. 5 569 本発明素子 A 4 G LC皮膜 1. 0 577
比較素子 X 嬤 382
D L C皮膜とは、 ダイアモンドライクカ一ボン皮膜である c
GLC皮膜とは、 グラフアイトライク力一ボン皮膜である。
Ca pの測定は、 120Hzにおける値である。
[0046] 上記表 1から明らかなように、本発明コンデンサ A1〜A4は比較コンデンサ Xに比 ベて、静電容量が格段に大きくなつていることが認められる。したがって、エッチドア ルミ二ゥム箔の表面にカーボン被膜が形成されたものを陰極として用いれば、固体電 解コンデンサの大幅な大容量ィ匕を実現できることがわかる。
[0047] 〔その他の事項〕
(1)上記実施例では、電極の母材にエッチドアルミ二ゥム箔を用いている力 プレー ン (未エッチド)アルミニウム箔を用いても良 、ことは勿論である。
(2)電解質にはポリチォフェン系導電性高分子を用いて 、るが、これに限定するもの ではなぐポリピロール系、ポリア二リン系等の導電性高分子又は TCNQ錯塩を用い ても良いことは勿論である。
[0048] (3)カーボン被膜の形成方法としては、上記イオンプレーティング法に限定するもの ではなぐ真空蒸着法、スパッタリング法、熱 CVD法、プラズマ CVD法、光 CVD法、 レーザー CVD法などを用いても良！/ヽ。
(4)本発明は電解質として固体電解質を用いた固体電解コンデンサに限定するもの ではなく、電解質として電解液を用 ヽた液系の電解コンデンサにも適用できる。
(5)弁作用を有する金属としては上記アルミニウムに限定するものではなぐタンタル 、ニオブ等であっても良い。
産業上の利用可能性 [0049] 本発明は、例えば携帯電話、ノートパソコン、 PDA等の電子機器のプリント配線基 板における表面実装用電子部品等として用いることができる。
図面の簡単な説明
[0050] [図 1]本発明の一例である固体電解コンデサに用いるコンデンサ素子斜視図である。
[図 2]本発明の一例である固体電解コンデサの断面図である。
符号の説明
[0051] 1 コンデンサ素子
2 陰極
3 陽極
4 セノ レータ
9 アルミケース

Claims

請求の範囲
[1] 弁作用を有する金属の表面に酸化被膜が形成された陽極と、弁作用を有する金属 を備えた陰極と、これら両極間に設けられたセパレータとを卷回してなるコンデンサ 素子を備え、上記両極間には電解質が介在する電解コンデンサにおいて、
上記陰極における弁作用を有する金属の表面には、カーボン被膜が形成されてい ることを特徴とする電解コンデンサ。
[2] 上記カーボン被膜が、ダイアモンドライクカーボン被膜及び/又はグラフアイトライク カーボン被膜から成る、請求項 1記載の電解コンデンサ。
[3] 上記電解質として固体電解質を用いる、請求項 1又は 2記載の電解コンデンサ。
[4] 上記固体電解質としてポリチォフェン系、ポリピロール系、ポリア-リン系の導電性 高分子又は TCNQ錯塩を用いる、請求項 3記載の電解コンデンサ。
[5] 上記固体電解質としてポリチォフェン系の導電性高分子を用いる、請求項 3記載の 電解コンデンサ。
[6] 上記陰極における弁作用を有する金属として、表面に凹凸が形成されたアルミ-ゥ ム箔を用いる、請求項 1〜5記載の電解コンデンサ。
[7] 弁作用を有する金属の表面にカーボン被膜を形成して陰極を作製する第 1ステツ プと、
上記陰極と、弁作用を有する金属の表面に酸化被膜が形成された陽極と、これら 両極間に設けられたセパレータとを卷回してコンデンサ素子を作製する第 2ステップ と、
上記コンデンサ素子に電解質を含ませる第 3ステップと、
を備えることを特徴とする電解コンデンサの製造方法。
[8] 上記第 1ステップで形成されるカーボン被膜が、ダイアモンドライクカーボン被膜及 び Z又はグラフアイトライクカーボン被膜から成る、請求項 7記載の電解コンデンサの 製造方法。
[9] 上記第 3ステップにおいて、コンデンサ素子にモノマーを含浸させた後、熱重合す ることにより、コンデンサ素子に固体電解質を含ませる、請求項 7又は 8記載の電解コ ンデンサの製造方法。 上記カーボン被膜の形成方法として乾式めつき法を用いる、請求項 7〜9記載の電 解コンデンサの製造方法。
上記乾式めつき法としてイオンプレーティング法を用いる、請求項 10記載の電解コ ンデンサの製造方法。
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