WO2022059459A1 - 固体電解コンデンサ - Google Patents
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Abstract
固体電解コンデンサは、素子積層体と、陽極端子と、陰極端子と、前記素子積層体、前記陽極端子、および前記陰極端子を、前記陽極端子および前記陰極端子の各々の一部が露出する状態で被覆する外装部材と、を備える。前記素子積層体は、互いに積層された複数のコンデンサ素子、および、前記複数のコンデンサ素子内の隣り合う２つのコンデンサ素子間に介在する導電性材料を有する。前記複数のコンデンサ素子のそれぞれは、陽極部および陰極部を含み、前記導電性材料は前記陰極部上に配置される。前記陽極端子は、前記陽極部に接続される。前記陰極端子は、導電性ペーストを介して前記陰極部に接続される。また、前記陰極端子は、前記素子積層体の先端に隙間を介して対向する対向面を有し、前記隙間の少なくとも一部に封止材が充填されている。
Description
本開示は、固体電解コンデンサに関する。
従来、それぞれ陰極部を有する複数のコンデンサ素子と、陰極部に導電性ペーストを介して接続された陰極端子と、これらを被覆する外装部材とを備えた固体電解コンデンサが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、複数のコンデンサ素子の陰極部を導電性フィルムで接続することで、固体電解コンデンサのＥＳＲ（等価直列抵抗：Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｓｅｒｉｅｓ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）低減が図られている。
本開示に係る一局面は、固体電解コンデンサに関する。当該固体電解コンデンサは、素子積層体と、陽極端子と、陰極端子と、前記素子積層体、前記陽極端子、および前記陰極端子を、前記陽極端子および前記陰極端子の各々の一部が露出する状態で被覆する外装部材と、を備える。前記素子積層体は、互いに積層された複数のコンデンサ素子、および、前記複数のコンデンサ素子内の隣り合う２つのコンデンサ素子間に介在する導電性材料を有する。前記複数のコンデンサ素子のそれぞれは、陽極部および陰極部を含み、前記導電性材料は前記陰極部上に配置される。前記陽極端子は、前記陽極部に接続される。前記陰極端子は、導電性ペーストを介して前記陰極部に接続される。また、前記陰極端子は、前記素子積層体の先端に隙間を介して対向する対向面を有し、前記隙間の少なくとも一部に封止材が充填されている。
本開示によれば、気密性の高い固体電解コンデンサが得られる。
実施形態の説明に先立って、従来技術における課題について簡単に以下に示す。固体電解コンデンサは、複数のコンデンサ素子の特性劣化を避けるために、気密性に優れた構造を有することが望ましい。しかしながら、従来、固体電解コンデンサの構造の気密性を高めることについて十分には検討されてきていない。このような状況において、本開示は、気密性が高い固体電解コンデンサを提供する。
本開示に係る固体電解コンデンサの実施形態について例を挙げて以下に説明する。しかしながら、本開示は以下に説明する例に限定されない。以下の説明では、具体的な数値や材料を例示する場合があるが、本開示の効果が得られる限り、他の数値や材料を適用してもよい。
（固体電解コンデンサ）
本開示に係る固体電解コンデンサは、素子積層体と、陽極端子と、陰極端子と、外装部材と、を備える。以下では、それらについて説明する。
本開示に係る固体電解コンデンサは、素子積層体と、陽極端子と、陰極端子と、外装部材と、を備える。以下では、それらについて説明する。
（素子積層体）
素子積層体は、互いに積層された複数のコンデンサ素子と、導電性材料とを有する。複数のコンデンサ素子は、それぞれ陽極部および陰極部を含む。複数のコンデンサ素子の陽極部は、重ねられて互いに電気的に接続されている。複数の陽極部は、例えば、溶接によって互いに接合されてもよい。
素子積層体は、互いに積層された複数のコンデンサ素子と、導電性材料とを有する。複数のコンデンサ素子は、それぞれ陽極部および陰極部を含む。複数のコンデンサ素子の陽極部は、重ねられて互いに電気的に接続されている。複数の陽極部は、例えば、溶接によって互いに接合されてもよい。
導電性材料は、複数のコンデンサ素子内の隣り合う２つのコンデンサ素子の陰極部間に介在する。導電性材料は、重ねられた複数のコンデンサ素子の陰極部を互いに電気的に接続すると共に一体化してもよい。導電性材料は、例えば、金属を含有するペーストであってもよいし、金属を含有するフィルムであってもよい。
（陽極端子）
陽極端子は、コンデンサ素子の陽極部に接続される。陽極端子は、例えば、銅または銅合金で構成されてもよい。陽極端子は、例えば、金属箔を打ち抜いて所定形状の金属フレームを形成すると共に金属フレームを曲げ加工することで形成される。
陽極端子は、コンデンサ素子の陽極部に接続される。陽極端子は、例えば、銅または銅合金で構成されてもよい。陽極端子は、例えば、金属箔を打ち抜いて所定形状の金属フレームを形成すると共に金属フレームを曲げ加工することで形成される。
（陰極端子）
陰極端子は、コンデンサ素子の陰極部に導電性ペーストを介して接続される。陰極端子は、例えば、銅または銅合金で構成されてもよい。陰極端子は、素子積層体の先端に隙間Ｇを介して対向する対向面Ｓ１を有する。当該隙間Ｇの少なくとも一部に封止材が充填されている。
陰極端子は、コンデンサ素子の陰極部に導電性ペーストを介して接続される。陰極端子は、例えば、銅または銅合金で構成されてもよい。陰極端子は、素子積層体の先端に隙間Ｇを介して対向する対向面Ｓ１を有する。当該隙間Ｇの少なくとも一部に封止材が充填されている。
（封止材）
封止材は、必須成分として樹脂材料を含み、任意成分としてフィラーを含む。フィラーとしては、無機酸化物などのセラミックス粒子が好ましく用いられる。封止材は、導電性材料および導電性ペースト材よりも空気を透過させにくい。隙間Ｇの少なくとも一部に封止材が充填されることで、導電性材料および導電性ペーストの少なくとも一部が封止材で覆われるため、外部の空気がコンデンサ素子に到達しにくくなる。また、空気は、陰極端子と外装部材とが剥離した界面に沿って移動する。このような剥離は、例えば、固体電解コンデンサを具備する回路部材がリフローなどで加熱され、コンデンサ素子の内部もしくは周辺に存在する水分が気化し、外装部材の体積が膨張した際に生じる。一方、隙間Ｇに封止材が充填される場合、陰極端子と封止材との剥離が生じなければ、空気のコンデンサ素子への到達は阻害される。陰極端子と封止材との剥離が生じる場合でも、空気がコンデンサ素子に到達する経路に、陰極端子と封止材との界面が追加されることで、外部からコンデンサ素子に至る空気の経路が長くなる。以上により、固体電解コンデンサの気密性を高めることができる。
封止材は、必須成分として樹脂材料を含み、任意成分としてフィラーを含む。フィラーとしては、無機酸化物などのセラミックス粒子が好ましく用いられる。封止材は、導電性材料および導電性ペースト材よりも空気を透過させにくい。隙間Ｇの少なくとも一部に封止材が充填されることで、導電性材料および導電性ペーストの少なくとも一部が封止材で覆われるため、外部の空気がコンデンサ素子に到達しにくくなる。また、空気は、陰極端子と外装部材とが剥離した界面に沿って移動する。このような剥離は、例えば、固体電解コンデンサを具備する回路部材がリフローなどで加熱され、コンデンサ素子の内部もしくは周辺に存在する水分が気化し、外装部材の体積が膨張した際に生じる。一方、隙間Ｇに封止材が充填される場合、陰極端子と封止材との剥離が生じなければ、空気のコンデンサ素子への到達は阻害される。陰極端子と封止材との剥離が生じる場合でも、空気がコンデンサ素子に到達する経路に、陰極端子と封止材との界面が追加されることで、外部からコンデンサ素子に至る空気の経路が長くなる。以上により、固体電解コンデンサの気密性を高めることができる。
封止材は、１質量％以下の含有割合で硬化触媒を含んでもよい。硬化触媒としては、リン系硬化触媒と窒素系硬化触媒の２種類を含んでもよい。窒素系硬化触媒の含有割合は、リン系硬化触媒の含有割合より少なくてもよい。硬化触媒としては、リン系硬化触媒の1種類だけを含んでもよい。硬化触媒は、潜伏性を有するものであってもよい。
封止材が硬化触媒を含むことにより、成形時の封止材の粘度を低い状態で一定時間保つことができ、陰極端子と封止材の密着性が向上して剥離を抑制することができる。これにより、固体電解コンデンサの気密性をより一層高めることができる。
本明細書において、「素子積層体の先端」とは、素子積層体における陰極側の端部のことをいう。具体的に、素子積層体は、陽極側の端部および陰極側の端部の２つの端部を有するところ、本明細書で「先端」という場合、それは後者を指すものとする。
（外装部材）
外装部材は、素子積層体、陽極端子、および陰極端子を、陽極端子および陰極端子の各々の一部が露出する状態で被覆する。外装部材は、樹脂材料で構成されてもよく、フィラーを含んでもよい。外装部材のフィラーとしても、無機酸化物などのセラミックス粒子が好ましく用いられる。例えば、外装部材の組成は、上記隙間に充填される封止材の組成と同じであってもよい。
外装部材は、素子積層体、陽極端子、および陰極端子を、陽極端子および陰極端子の各々の一部が露出する状態で被覆する。外装部材は、樹脂材料で構成されてもよく、フィラーを含んでもよい。外装部材のフィラーとしても、無機酸化物などのセラミックス粒子が好ましく用いられる。例えば、外装部材の組成は、上記隙間に充填される封止材の組成と同じであってもよい。
外装部材の一部が封止材を構成してもよい。この場合、外装部材と封止材は、同じ成形材料で一体形成されることが好ましい。成形材料としては、樹脂成分とフィラーを含む熱硬化性樹脂組成物が好ましく用いられる。樹脂成分は、主剤と硬化剤を含む。外装部材と封止材を一体形成することにより、本開示の固体電解コンデンサを容易に製造できると共に、その製造コストを抑えることができる。なお、固体電解コンデンサの完成品において外装部材と封止材がと一体になっている場合、外装部材と封止材の構成材料が異なっても、封止材が外装部材の一部であることとする。
外装部材の一部が封止材を構成しなくてもよい。換言すると、封止材は、外装部材と別体に構成されてもよい。これにより、隙間に充填される封止材の材料を適宜選定することが可能となる。
以下、陰極端子と素子積層体の先端との間の隙間Ｇを、（ａ）素子積層体と陰極端子との接続箇所に最も近いコンデンサ素子（以下、接続側コンデンサ素子ともいう。）と、陰極端子との間の隙間（以下、隙間Ａともいう。）と、（ｂ）接続側コンデンサ素子を除く全てのコンデンサ素子と、陰極端子との間の隙間（以下、隙間Ｂともいう。）に分けて考える。
導電性ペーストは、接続側コンデンサ素子を除く全てのコンデンサ素子と、陰極端子の対向面Ｓ１との間の隙間（隙間Ｂ）に存在しなくてもよい。導電性ペーストは、封止材よりも強度が小さく、かつ空気を透過させやすい。よって、隙間Ｂには、導電性ペーストが存在せず、封止材が充填されていることが望ましい。これにより、陰極端子と樹脂材料との接合距離が長くなるため、空気が外部からコンデンサ素子に到達する経路が形成されにくくなり、固体電解コンデンサの気密性がさらに向上する。なお、隙間Ｂに導電性ペーストが存在せず、封止材が充填されている場合、封止材と導電性ペーストとの間に僅かな空隙Ｖが形成され得る。このような空隙Ｖは、導電性ペーストが侵入し得る隙間Ａに形成され得る。ただし、空隙Ｖは十分に小さいため、固体電解コンデンサの気密性に有意な影響を与えるものではない。素子積層体の先端と対向面Ｓ１との対向方向Ｄ２における隙間Ｇの断面において、空隙Ｖの面積は、例えば１６０００μｍ２以下であってもよい。
素子積層体の先端と対向面Ｓ１との対向方向Ｄ２における隙間Ｇの寸法は、４０μｍ以上であることが好ましい。また、隙間Ｇの寸法は、６０μｍ以上であることがより好ましい。隙間Ｇの寸法が４０μｍ以上であることにより、封止材の強度が保持され、クラックが形成されにくくなるため、固体電解コンデンサの気密性を担保することができる。
導電性材料は、接続側コンデンサ素子を除く全てのコンデンサ素子と、陰極端子の対向面Ｓ１との間の隙間Ｂにおいて、対向面Ｓ１に接触していなくてもよい。導電性材料は、封止材よりも強度が小さく、かつ空気を透過させやすい。隙間Ｂにおいて、導電性材料と陰極端子とが接触すると、導電性材料を介して空気がコンデンサ素子に到達することがある。よって、隙間Ｂにおいて、導電性材料と陰極端子の対向面Ｓ１とが接触しないことが望ましい。
封止材は、少なくとも、接続側コンデンサ素子を除く全てのコンデンサ素子と、陰極端子の対向面Ｓ１との間の隙間Ｂに充填されていればよいが、隙間Ａの少なくとも一部に充填されていてもよい。このとき、隙間Ｂにおいて、封止材は、複数のコンデンサ素子の積層方向Ｄ１において、連続的に延在するように充填されていることが望ましい。これにより、隙間Ｂにおいて、導電性材料と陰極端子の対向面Ｓ１とが接触することが高度に抑制される。封止材は、対向面Ｓ１に接触するように対向面Ｓ１に沿って連続的に隙間Ｂに充填されていることが望ましい。これにより、陰極端子と外装部材との接合距離が十分に長くなるため、固体電解コンデンサの気密性がさらに向上する。
なお、導電性ペーストは、接続側コンデンサ素子と、陰極端子の対向面Ｓ１との間の隙間Ａにも存在してもよい。この場合、隙間Ｇのうち導電性ペーストが存在しない部分の全体に封止材が充填されていることが好ましい。ただし、封止材と導電性ペーストとの間に僅かな空隙Ｖが形成されてもよく、そのような場合であっても、隙間Ｇのうち導電性ペーストが存在しない部分の全体に封止材が充填されているものと定義する。
陰極端子の対向面Ｓ１は、陰極端子の素子積層体との接続箇所から上方に向けて、隙間Ｇが大きくなるように積層方向Ｄ１に対して傾いていてもよい。陰極端子の対向面Ｓ１と複数のコンデンサ素子の積層方向Ｄ１のなす角度は、０°以上３０°以下であってもよい。陰極端子の対向面Ｓ１と積層方向Ｄ１のなす角度が３０°より大きくなると、固体電解コンデンサ内において陰極端子が占有する体積が大きくなる。そのため、固体電解コンデンサ全体の大きさを変えない場合には、素子積層体（各コンデンサ素子）を小さくしなければならず、固体電解コンデンサの容量が小さくなるため好ましくない。
陰極端子の対向面Ｓ１が複数のコンデンサ素子の積層方向Ｄ１に対して傾いていることにより、コンデンサ素子を陰極端子の接続箇所から積層する際に、陰極端子の対向面Ｓ１へ素子積層体の先端が接触することを防ぐことができる。これにより、素子積層体の先端と陰極端子との間に必ず隙間を形成することができるので、固体電解コンデンサの気密性をより一層高めることができる。また、封止材の隙間Ｇへの充填性を高めることができる。
上記のいずれの態様であっても、素子積層体と陰極端子との接続箇所に最も近い接続側コンデンサ素子は、陰極端子が外装部材から露出する箇所から最も離れたコンデンサ素子であることが好ましい。これにより、当該露出箇所からコンデンサ素子に至る空気の経路を極力長くして、固体電解コンデンサの気密性をより一層高めることができる。
隙間Ｇの全体（すなわち、隙間Ａおよび隙間Ｂの両方）に封止材が充填されていてもよい。これにより、陰極端子が外装部材から露出する箇所からコンデンサ素子に至る空気の経路をさらに長くして、固体電解コンデンサの気密性をより一層高めることができる。
封止材がフィラーを含む場合、素子積層体の先端と対向面Ｓ１との対向方向Ｄ２における隙間Ｇの寸法は、フィラーの最大サイズよりも大きくてもよい。十分量のフィラーが隙間Ｇに入り込みやすくなり、隙間Ｇに存在する封止材の強度を高めることができる。よって、対向方向Ｄ２に封止材の亀裂が生じにくく、空気のバイパス通路が生じにくくなる。また、隙間Ｇにフィラーが入り込んだ封止材の収縮率が小さくなり、封止材と陰極端子との剥離が抑制される。よって、固体電解コンデンサの気密性をより一層高めることができる。フィラーは、隙間Ｂの全体に充填されていることが望ましい。つまり、上記対向方向Ｄ２に沿って直線を引くとき、フィラーの粒子を横切ることなく直線を引けないことが望ましい。
ここで、「フィラーの最大サイズ」とは、封止材に含まれるフィラーの粒子のうち最も大きい粒子の粒径のことをいう。例えば、封止材に含まれるフィラーの粒径が５μｍ以上６０μｍ以下の範囲にある場合、フィラーの最大サイズは６０μｍである。フィラーの最大サイズは、封止材の断面を撮影し、任意の１００個の粒子を選択し、それらの面積と同じ面積を有する相当円の直径の最大値として求められる。フィラーの最大サイズは、例えば、１００μｍ以下でもよく、６０μｍ以下でもよい。
対向方向Ｄ２における隙間Ｇの寸法は、フィラーの最大サイズの１．５倍よりも大きくてもよい。例えば、フィラーの最大サイズが６０μｍである場合、隙間Ｇの寸法が９０μｍよりも大きくてもよい。これにより、フィラーが隙間Ｇにより一層入り込みやすくなり、固体電解コンデンサの気密性をより一層高めることができる。なお、隙間Ｇの対向方向Ｄ２における寸法は、陰極端子の素子積層体との接続箇所を基準として、上記積層方向Ｄ１における陰極端子の対向面Ｓ１の中央高さで測定すればよい。対向方向Ｄ２における隙間Ｇの寸法の上限は、例えばコンデンサ素子の対向方向Ｄ２の長さの１０分の１とすることが固体電解コンデンサの小型化の観点から望ましい。
封止材は、主剤および硬化剤を含む組成物の硬化物であってもよい。主剤および硬化剤は、いずれも樹脂成分に含まれる。例えば、熱硬化性樹脂組成物は、封止材もしくは外装部材の成形材料として好適である。熱硬化性樹脂組成物の主剤の代表例として、エポキシ樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂組成物の硬化剤の代表例として、ポリアミン、フェノール樹脂、酸無水物などが挙げられる。
主剤は、ビフェニル骨格を有する第１成分を含んでもよい。第１成分としては、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂などが挙げられる。中でもビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂が好ましい。第１成分は、封止材もしくは外装部材を形成する成形材料の低粘度化に寄与すると共に、吸水性もしくは吸湿性が低く、成形収縮率が小さく、金属との密着性に優れている。すなわち、コンデンサ素子の内部もしくは周辺に水分が滞留しにくく、リフロー時の外装部材の体積膨張が抑制されやすい上に、陰極端子と封止材との剥離が元来的に生じにくくなる。
ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂は、分子内にビフェニル骨格と複数のグリシジルエーテル基を有する。ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂は、フェノール性水酸基がグリシジルエーテル基に置換されたフェノールビフェニレン樹脂であってもよい。
封止材の主剤は、第１成分以外の第２成分をさらに含んでもよい。第２成分は、ビフェニル骨格を有さないエポキシ樹脂であってもよい。これにより、第１成分だけでは達成されない封止材や成形材料の物性を第２成分により付与することができる。よって、封止材や成形材料の物性バランスを任意に制御可能になる。第２成分としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、脂環式脂肪族エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂などを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
主剤における第１成分の割合は、５０質量％よりも大きくてもよい。例えば、第１成分がビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂である熱硬化性樹脂組成物においては、全エポキシ樹脂（すなわち、第１成分と第２成分の合計）に占めるビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂の割合は、ビフェニル型エポキシ樹脂以外の全エポキシ樹脂（すなわち、第２成分）の合計割合よりも大きい。これにより、第１成分によるメリットが大きくなり、対向面Ｓ１と封止材との密着強度がさらに高まり、固体電解コンデンサの気密性をより一層高めることができる。
封止材の成形収縮率は、０．５％以下であってもよい。ここで、封止材の成形収縮率は、ＪＩＳ Ｋ ６９１１にしたがって測定される。これにより、対向面Ｓ１と封止材との間の界面に発生する応力を低減しやすくなり、固体電解コンデンサの気密性をより一層高めることができる。
封止材がフィラーを含む場合、封止材中におけるフィラーの含有割合は、８０質量％以上９２質量％以下であってもよい。これにより、低粘度性、低吸水性、低応力性、高密着性といった樹脂の各特性をバランスよく実現することができる。フィラーとしては、セラミックス粒子が好ましく、セラミックス粒子としては、無機酸化物や無機窒化物が好ましい。無機酸化物としては、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化マグネシウム、酸化亜鉛などを用い得るが、これらに限定されない。無機窒化物としては、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどを用い得るが、これらに限定されない。
以下では、本開示に係る固体電解コンデンサの一例について、図面を参照して具体的に説明する。以下で説明する一例の固体電解コンデンサの構成要素には、上述した構成要素を適用できる。以下で説明する一例の固体電解コンデンサの構成要素は、上述した記載に基づいて変更できる。また、以下で説明する事項を、上記の実施形態に適用してもよい。以下で説明する一例の固体電解コンデンサの構成要素のうち、本開示に係る固体電解コンデンサに必須ではない構成要素は省略してもよい。なお、以下で示す図は模式的なものであり、実際の部材の形状や数を正確に反映するものではない。
図１に示すように、固体電解コンデンサ１０は、素子積層体２０と、陽極端子６０と、陰極端子７０と、外装部材８０と、を備える。
（素子積層体）
素子積層体２０は、複数（この例では、５つ）のコンデンサ素子３０の積層体である。複数のコンデンサ素子３０は、図１における上下方向（積層方向Ｄ１）に積層されている。各コンデンサ素子３０は、図２に示すように、陽極体３１と、誘電体層３２と、固体電解質層３３と、陰極層３４とを有する。
素子積層体２０は、複数（この例では、５つ）のコンデンサ素子３０の積層体である。複数のコンデンサ素子３０は、図１における上下方向（積層方向Ｄ１）に積層されている。各コンデンサ素子３０は、図２に示すように、陽極体３１と、誘電体層３２と、固体電解質層３３と、陰極層３４とを有する。
陽極体３１は、アルミニウムの弁作用金属からなる箔であり、その一部（図１または図２で右側の一部）が陽極部３８になっている。各コンデンサ素子３０の陽極部３８は、互いに接合されている。
誘電体層３２は、絶縁体層３７により陽極部３８と区分された側の（すなわち、図２において絶縁体層３７よりも左側の）陽極体３１の表面に陽極酸化や蒸着などの気相法などにより形成された酸化アルミニウムからなる。
なお、本実施形態の弁作用金属はアルミニウムであるが、タンタル、ニオブ、チタンなどの弁作用金属であってもよい。陽極体３１は、弁作用金属の箔であるが、弁作用金属の粉末からなる多孔質焼結体であってもよい。
固体電解質層３３は、誘電体層３２の表面に形成される。固体電解質層３３は、導電性高分子を含む。固体電解質層３３は、必要に応じて、さらに、ドーパント、添加剤などを含んでもよい。
導電性高分子としては、固体電解コンデンサに使用される公知のもの、例えば、π共役系導電性高分子などが使用できる。導電性高分子としては、例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフラン、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセン、およびポリチオフェンビニレンを基本骨格とする高分子が挙げられる。これらのうち、ポリピロール、ポリチオフェン、またはポリアニリンを基本骨格とする高分子が好ましい。上記の高分子には、単独重合体、二種以上のモノマーの共重合体、およびこれらの誘導体（置換基を有する置換体など）も含まれる。例えば、ポリチオフェンには、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）などが含まれる。導電性高分子は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
ドーパントとしては、例えば、アニオンおよびポリアニオンからなる群より選択される少なくとも一種が使用される。アニオンとしては、例えば、硫酸イオン、硝酸イオン、燐酸イオン、硼酸イオン、有機スルホン酸イオン、カルボン酸イオンなどが挙げられるが、特に制限されない。スルホン酸イオンを生成するドーパントとしては、例えば、ベンゼンスルホン酸、ｐ－トルエンスルホン酸、およびナフタレンスルホン酸などが挙げられる。ポリアニオンとしては、例えば、高分子タイプのポリスルホン酸および高分子タイプのポリカルボン酸などが挙げられる。高分子タイプのポリスルホン酸としては、ポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、ポリアクリルスルホン酸、およびポリメタクリルスルホン酸などが挙げられる。高分子タイプのポリカルボン酸としては、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸などが挙げられる。ポリアニオンには、ポリエステルスルホン酸、およびフェノールスルホン酸ノボラック樹脂なども含まれる。しかし、ポリアニオンは、これらに制限されるものではない。
固体電解質層３３は、必要に応じて、さらに、公知の添加剤、および導電性高分子以外の公知の導電性材料を含んでもよい。このような導電性材料としては、例えば、二酸化マンガンなどの導電性無機材料、およびＴＣＮＱ錯塩からなる群より選択される少なくとも一種が挙げられる。
陰極層３４は、固体電解質層３３の表面に形成されたカーボン層３５と、カーボン層３５の表面に形成された導電体層３６とで構成される。導電体層３６は、銀ペーストで構成されてもよい。銀ペーストとしては、例えば、銀粒子と樹脂成分（バインダ樹脂）とを含む組成物を用い得る。樹脂成分としては、熱可塑性樹脂を用いることもできるが、イミド系樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。
各コンデンサ素子３０の一部（図１または図２で絶縁体層３７よりも左側の部分）は、陰極部３９になっている。陰極部３９は、陽極体３１から陰極層３４までの各構成要素を含む。
図１に示すように、素子積層体２０は、陰極部３９上に配置され、複数のコンデンサ素子３０内の隣り合う２つのコンデンサ素子間に介在する導電性材料４０をさらに有する。導電性材料４０は、例えば銀ペーストで構成される。導電性材料４０は、複数の陰極部３９内の隣り合う２つの陰極部３９間に介在し、互いに電気的に接続する。導電性材料４０を構成する銀ペーストとしても、例えば、銀粒子と樹脂成分（バインダ樹脂）とを含む組成物を用い得る。導電性材料４０を構成する銀ペーストの組成は、導電体層３６を構成する銀ペーストと同じでもよく、異なってもよい。
（陽極端子）
陽極端子６０は、図１で最も下側のコンデンサ素子３０の陽極部３８に接続される。これにより、陽極端子６０は、複数のコンデンサ素子３０の陽極部３８に電気的に接続される。陽極端子６０は、例えば銅、鉄、銅合金、または鉄合金で構成される。陽極端子６０は、陽極部３８との接続部分を含む一部が外装部材８０で被覆され、残部が外装部材８０から露出している。
陽極端子６０は、図１で最も下側のコンデンサ素子３０の陽極部３８に接続される。これにより、陽極端子６０は、複数のコンデンサ素子３０の陽極部３８に電気的に接続される。陽極端子６０は、例えば銅、鉄、銅合金、または鉄合金で構成される。陽極端子６０は、陽極部３８との接続部分を含む一部が外装部材８０で被覆され、残部が外装部材８０から露出している。
（陰極端子）
陰極端子７０は、図１で最も下側のコンデンサ素子３０の陰極部３９に、例えば銀ペーストからなる導電性ペースト５０を介して接続される。これにより、陰極端子７０は、複数のコンデンサ素子３０の陰極部３９に電気的に接続される。導電性ペースト５０を構成する銀ペーストとしても、例えば、銀粒子と樹脂成分（バインダ樹脂）とを含む組成物を用い得る。導電性ペースト５０を構成する銀ペーストの組成は、導電体層３６または導電性材料４０を構成する銀ペーストと同じでもよく、異なってもよい。陰極端子７０は、例えば銅、鉄、銅合金、または鉄合金で構成される。陰極端子７０は、陰極部３９との接続部分を含む一部が外装部材８０で被覆され、残部が外装部材８０から露出している。
陰極端子７０は、図１で最も下側のコンデンサ素子３０の陰極部３９に、例えば銀ペーストからなる導電性ペースト５０を介して接続される。これにより、陰極端子７０は、複数のコンデンサ素子３０の陰極部３９に電気的に接続される。導電性ペースト５０を構成する銀ペーストとしても、例えば、銀粒子と樹脂成分（バインダ樹脂）とを含む組成物を用い得る。導電性ペースト５０を構成する銀ペーストの組成は、導電体層３６または導電性材料４０を構成する銀ペーストと同じでもよく、異なってもよい。陰極端子７０は、例えば銅、鉄、銅合金、または鉄合金で構成される。陰極端子７０は、陰極部３９との接続部分を含む一部が外装部材８０で被覆され、残部が外装部材８０から露出している。
陰極端子７０は、素子積層体２０の先端２０ａに隙間Ｇを介して対向する対向面Ｓ１を有する。素子積層体２０の先端２０ａと対向面Ｓ１との対向方向Ｄ２（図１における左右方向）における隙間Ｇの寸法は、例えば約１００μｍであるが、後述するフィラーの最大サイズよりも大きければよい。
なお、図１では、陰極端子７０の対向面Ｓ１が、素子積層体２０の先端２０ａと対向面Ｓ１との隙間Ｇが、複数のコンデンサ素子の積層方向Ｄ１に沿ってほぼ一定の値となるように配置されるが、図３に示すように、陰極端子７０の対向面Ｓ１が、陰極端子７０の素子積層体２０との接続箇所から上方に向けて、隙間Ｇが大きくなるように積層方向Ｄ１に対して傾いていてもよい。その場合、陰極端子７０の対向面Ｓ１と複数のコンデンサ素子の積層方向Ｄ１のなす角度は、０°以上３０°以下であってもよい。
（外装部材）
外装部材８０は、素子積層体２０、陽極端子６０、および陰極端子７０を、陽極端子６０および陰極端子７０の各々の一部が露出する状態で被覆する。外装部材８０は、主剤および硬化剤を含む熱硬化性樹脂組成物の硬化物である。主剤は、ビフェニル骨格を有する第１成分（この例では、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂）を含む。外装部材８０の成形収縮率は、０．５％以下であることが好ましい。
外装部材８０は、素子積層体２０、陽極端子６０、および陰極端子７０を、陽極端子６０および陰極端子７０の各々の一部が露出する状態で被覆する。外装部材８０は、主剤および硬化剤を含む熱硬化性樹脂組成物の硬化物である。主剤は、ビフェニル骨格を有する第１成分（この例では、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂）を含む。外装部材８０の成形収縮率は、０．５％以下であることが好ましい。
外装部材８０は、好ましくは８０質量％以上９２質量％以下の含有割合でフィラーを含む。フィラーの最大サイズは、例えば約６０μｍであるが、これより小さくても大きくてもよい。
外装部材８０の一部（図１に符号８１で示す部分）は、素子積層体２０の先端２０ａと、陰極端子７０の対向面Ｓ１との間の隙間Ｇに充填されている。隙間Ｇの全体に、外装部材８０の一部が封止材として充填されていることが好ましい。この例は、外装部材８０の一部が封止材となる場合の一例である。
図４に示すように、導電性ペースト５０は、陰極端子７０の対向面Ｓ１に接触していなくてもよい。その場合、対向面Ｓ１と導電性ペースト５０との間の領域にも外装部材８０の一部が封止材として充填される。
なお、隙間Ｇの少なくとも一部に、外装部材８０の一部が充填されていればよい。例えば、図１で最も下側のコンデンサ素子３０（接続側コンデンサ素子）を除く全てのコンデンサ素子３０と、陰極端子７０の対向面Ｓ１との間において、隙間Ｇに外装部材８０の一部が充填されていてもよい。
隙間Ｇのうち外装部材８０の一部が充填されている領域には、導電性ペースト５０が存在しない。隙間Ｇの同領域では、導電性材料４０が陰極端子７０の対向面Ｓ１に接触していない。
外装部材８０は、例えば、素子積層体２０が配置された金型内に成形材料をトランスファー成型法により導入することで封止材８１と一体に形成されるが、外装部材８０の形成方法はこれに限定されない。
＜実施例＞
図４に示す本実施形態の固体電解コンデンサの構成（ただし、６個のコンデンサ素子を積層した）について、以下の表１に示すように、素子積層体２０の先端２０ａと陰極端子７０の対向面Ｓ１との間の隙間Ｇを変化させて、各実施例および比較例の固体電解コンデンサを作成し、それらの固体電解コンデンサについて、信頼性試験前後のＥＳＲの変化率（ΔＥＳＲ）を測定することにより、気密性の評価を行った。実施例および比較例のそれぞれの固体電解コンデンサについて、初期のＥＳＲを測定した後、１２５℃の雰囲気で３０００時間保持する信頼性試験を行い、信頼性試験後のＥＳＲを測定した。ＥＳＲの変化率を示すΔＥＳＲは、以下の式で求めた。
ΔＥＳＲ（％）＝（（信頼性試験後のＥＳＲ）－（初期のＥＳＲ））／（初期のＥＳＲ）×１００
実施例および比較例における評価結果を表１に示す。ここで、気密性の評価は、ΔＥＳＲの大きさで判断し、「◎」はとても良好、「〇」は良好、「△」は受入れ可能、「×」は不良を示している。
図４に示す本実施形態の固体電解コンデンサの構成（ただし、６個のコンデンサ素子を積層した）について、以下の表１に示すように、素子積層体２０の先端２０ａと陰極端子７０の対向面Ｓ１との間の隙間Ｇを変化させて、各実施例および比較例の固体電解コンデンサを作成し、それらの固体電解コンデンサについて、信頼性試験前後のＥＳＲの変化率（ΔＥＳＲ）を測定することにより、気密性の評価を行った。実施例および比較例のそれぞれの固体電解コンデンサについて、初期のＥＳＲを測定した後、１２５℃の雰囲気で３０００時間保持する信頼性試験を行い、信頼性試験後のＥＳＲを測定した。ＥＳＲの変化率を示すΔＥＳＲは、以下の式で求めた。
ΔＥＳＲ（％）＝（（信頼性試験後のＥＳＲ）－（初期のＥＳＲ））／（初期のＥＳＲ）×１００
実施例および比較例における評価結果を表１に示す。ここで、気密性の評価は、ΔＥＳＲの大きさで判断し、「◎」はとても良好、「〇」は良好、「△」は受入れ可能、「×」は不良を示している。
表１に示すように、素子積層体２０の先端２０ａと陰極端子７０の対向面Ｓ１との隙間Ｇが設けられ、封止材が充填された実施例１～６では、隙間Ｇが０μｍ（素子積層体２０の先端２０ａと陰極端子７０の対向面Ｓ１とが接触していることを意味する）の比較例１に比べて、ΔＥＳＲが１／６以下に抑えられた。これは、固体電解コンデンサの気密性が向上したことにより、コンデンサ素子の外気による劣化が抑えられたためと考えられる。特に、隙間Ｇが４０μｍ以上の実施例３～６では、固体電解コンデンサの気密性がより高くなったことにより、比較例１に比べて、ΔＥＳＲが１／６０以下に抑えられたと考えられる。また、隙間Ｇが６０μｍ以上の実施例５～６では、固体電解コンデンサの気密性がさらに向上したことにより、比較例１に比べて、ΔＥＳＲが１／２６０以下に抑えられたと考えられる。
本開示は、固体電解コンデンサに利用できる。
１０：固体電解コンデンサ
２０：素子積層体
２０ａ：素子積層体の先端
３０：コンデンサ素子
３１：陽極体
３２：誘電体層
３３：固体電解質層
３４：陰極層
３５：カーボン層
３６：導電体層
３７：絶縁体層
３８：陽極部
３９：陰極部
４０：導電性材料
５０：導電性ペースト
６０：陽極端子
７０：陰極端子
Ｓ１：対向面
８０：外装部材
８１：外装部材の一部（封止材）
Ｇ：隙間
２０：素子積層体
２０ａ：素子積層体の先端
３０：コンデンサ素子
３１：陽極体
３２：誘電体層
３３：固体電解質層
３４：陰極層
３５：カーボン層
３６：導電体層
３７：絶縁体層
３８：陽極部
３９：陰極部
４０：導電性材料
５０：導電性ペースト
６０：陽極端子
７０：陰極端子
Ｓ１：対向面
８０：外装部材
８１：外装部材の一部（封止材）
Ｇ：隙間
Claims (16)
- 互いに積層され、それぞれ陽極部および陰極部を含む複数のコンデンサ素子、および、前記陰極部上に配置され、前記複数のコンデンサ素子内の隣り合う２つのコンデンサ素子間に介在する導電性材料を有する素子積層体と、
前記陽極部に接続された陽極端子と、
前記陰極部に導電性ペーストを介して接続された陰極端子と、
前記素子積層体、前記陽極端子、および前記陰極端子を、前記陽極端子および前記陰極端子の各々の一部が露出する状態で被覆する外装部材と、を備え、
前記陰極端子は、前記素子積層体の先端に隙間を介して対向する対向面を有し、
前記隙間の少なくとも一部に封止材が充填されている、固体電解コンデンサ。 - 前記封止材は、前記外装部材の一部である、請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記複数のコンデンサ素子は、前記素子積層体と前記陰極端子との接続箇所に最も近い接続側コンデンサ素子を含み、
前記導電性ペーストは、前記複数のコンデンサ素子の内の前記接続側コンデンサ素子以外の全てのコンデンサ素子と、前記陰極端子の前記対向面との間の前記隙間に存在しない、請求項１または２に記載の固体電解コンデンサ。 - 前記複数のコンデンサ素子は、前記素子積層体と前記陰極端子との接続箇所に最も近い接続側コンデンサ素子を含み、
前記導電性材料は、前記複数のコンデンサ素子の内の前記接続側コンデンサ素子以外の全てのコンデンサ素子と、前記陰極端子の前記対向面との間の前記隙間において、前記対向面に接触していない、請求項１～３のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。 - 前記複数のコンデンサ素子は、前記素子積層体と前記陰極端子との接続箇所に最も近い接続側コンデンサ素子を含み、
前記封止材は、前記複数のコンデンサ素子の内の前記接続側コンデンサ素子以外の全ての前記コンデンサ素子と、前記陰極端子の前記対向面との間の前記隙間に充填されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。 - 前記封止材は、前記複数のコンデンサ素子の積層方向において、連続的に延在するように充填されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記隙間の全体に前記封止材が充填されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記隙間の寸法が４０μｍ以上である、請求項１～７のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記陰極端子の前記対向面は、前記陰極端子の前記対向面と前記素子積層体の前記先端との前記隙間が、前記陰極端子と前記素子積層体との接続箇所から前記複数のコンデンサ素子の積層方向に沿って大きくなるように、前記積層方向に対して傾斜している、請求項１～８のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記封止材は、フィラーを含み、
前記素子積層体の前記先端と前記対向面との対向方向における前記隙間の寸法は、前記フィラーの最大サイズよりも大きい、請求項１～９のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。 - 前記封止材は、主剤および硬化剤を含む組成物の硬化物であり、
前記主剤は、ビフェニル骨格を有する第１成分を含む、請求項１～１０のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。 - 前記第１成分は、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂である、請求項１１に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記主剤は、前記第１成分以外の第２成分をさらに含む、請求項１１または１２に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記主剤における前記第１成分の割合は、５０質量％よりも大きい、請求項１３に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記封止材の成形収縮率は、０．５％以下である、請求項１～１４のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記封止材は、フィラーを含み、
前記封止材における前記フィラーの含有割合は、８０質量％以上９２質量％以下である、請求項１～１５のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサ。
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