JP2009253020A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 漏れ電流の不良率を低減できる固体電解コンデンサを提供することにある。
【解決手段】 平板状の弁作用金属の陽極体１０の表面に酸化物誘電体を形成し、前記酸化物誘電体を形成した陽極体１０を所定の寸法に切断する。尚、前記陽極体の切断の際に、切断線が凹凸形状を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は電解質として導電性高分子を用いた固体電解コンデンサに関する。

導電性高分子を電解質として用いた固体電解コンデンサとしては、図１２に示すものが知られている(例えば、特許文献１参照)。図１２は従来の３端子伝送線路素子タイプの固体電解コンデンサの断面図であり、図１３は従来の固体電解コンデンサ素子の斜視図である。図１４は従来の固体電解コンデンサ素子を示す図であり、図１４（ａ）は平面図、図１４（ｂ）は側面図、図１４（ｃ）は正面図であり、図１５は従来の固体電解コンデンサ素子を示す断面図であり、図１５（ａ）は図１４（ａ）のＳ−Ｓ線で切断した断面図、図１５（ｂ）は図１４（ａ）のＴ−Ｔ線で切断した断面図である。

従来、固体電解コンデンサの製造においては、図１２に示すように、弁作用金属の陽極体１０の表面に第一の酸化物誘電体１１を形成した後、陽極体１０を所定の大きさに切断線に沿って切断する必要があり、切断を実施した際に、切断面に陽極体１０が露出する。この陽極体１０を化成処理により、第二の酸化物誘電体１２を形成する。（図１５（ａ）参照）次に、陽極体１０の第一および第二の酸化物誘電体１１、１２の上にレジスト層１６を形成し、陽極部と陰極部に分離する。尚、レジスト層１６は多孔質の陽極体中に浸透するため、図面上は陽極体上に直接形成する如く記載する。その後、陰極部の第一の酸化物誘電体１１および第二の酸化物誘電体１２上に導電性高分子層１３を形成する。

この導電性高分子層１３は、酸化剤液及びモノマー液に交互に複数回浸漬させ、直接、第一および第二の酸化物誘電体１１、１２上で導電性高分子を合成、又は、導電性高分子の溶解した溶液を第一および第二の酸化物誘電体上１１、１２に塗布して得られる。

更に、導電性高分子層１３上にグラファイト層１４、銀層１５を順次形成して陰極層２３を形成し、固体電解コンデンサ素子４００を作製した後、前記レジスト層１６の外側にある両端の陽極体１０に陽極導通片２０を接合する。

更に、前記陽極導通片２０の下面に導電性ペースト１９を介して陽極端子１７と接続し、陰極層２３は導電性ペースト１９を介して陰極端子１８に接続される。ここで、陽極端子１７と陰極端子１８は平板状であり、基板実装面と同一平面状に形成されている。モールド樹脂ケース２１は陽極端子１７と陰極端子１８の隙間を埋めると共に両端子を機械的に連結し、さらにコンデンサ素子の周囲に箱型の外装ケース２２に係合するような壁側を有するようにインサートモールドにより形成されている。上記壁側に箱型の外装ケース２２を被せてコンデンサ素子を封入し固体電解コンデンサを得ている。

この固体電解コンデンサ素子の陽極部と陰極部間に電圧を印加すると、第二の酸化物誘電体１２を通って大きな漏れ電流が流れやすい。これは第二の酸化物誘電体１２は、切断の際に生じる、クラックや陽極体の潰れの影響により、第一の酸化物誘電体１１と比べ均一性に欠け、耐圧の低い酸化物誘電体となり、電圧印加時に欠陥を生じ易いためである。

更に、第一の酸化物誘電体１１が形成された陽極体１０の切断面に形成された第二の酸化物誘電体１２は表面積が小さく、酸化剤液、モノマー液及び導電性高分子溶液が付着し難いため、導電性高分子層１３の厚みが薄い。この為、グラファイト層１４に含まれるグラファイトの微粒子が導電性高分子層の間隙を抜けて第二の酸化物誘電体１２上に到達する確率が高くなり、電圧印加時に大きな漏れ電流を生じる恐れがある。

特許文献２によれば、固体電解質としてポリピロールを用いた巻回式固体電解コンデンサの製造方法において未化成部分を絶縁材料で被覆することを提案されている。しかし、この方法には、絶縁材料を塗布する工程が新たに増える、絶縁樹脂がエッチド層の細孔部に浸透し容量が減少する欠点がある。

特開２００２−１６４７６０号公報 特開平３−９５９１０号公報

本発明の技術的課題は、漏れ電流の不良率を低減できる固体電解コンデンサを提供することにある。

前述したように、切断を実施した際に露出した陽極体上に形成された第二の酸化物誘電体は切断の際に生じるクラックや陽極体の潰れの影響により、第一の酸化物誘電体と比べ均一性に欠け、耐圧の低い酸化物誘電体となる。酸化物誘電体の欠陥部上に導電性高分子を形成した場合、陰極と陽極の間に電圧を印加した際に、欠陥部を通って流れる漏れ電流により欠陥部近傍が局部的に発熱する。この発熱により欠陥部近傍の導電性高分子の酸化が進行して高抵抗化する為、漏れ電流が時間と共に大きく収束する。よって、漏れ電流不良を低減する上で、第二の酸化物誘電体上に厚い導電性高分子層を形成する事が重要となる。

更に、第二の酸化物誘電体上にグラファイトの微粒子が導電性高分子層の間隙を抜けて到達すると、電圧印加時に大きな漏れ電流が生じる。よって、第二の酸化物誘電体上にグ
ラファイトの微粒子が到達する事を防ぐ上で第二の酸化物誘電体上に厚い導電性高分子層を形成する事が重要となる。

本発明によれば、平板状の弁作用金属の陽極体の表面に形成した第一の酸化物誘電体と、前記第一の酸化物誘電体を形成した陽極体の切断線に沿った切断により生じる陽極体の切断面に形成した第二の酸化物誘電体と、前記第一および第二の酸化物誘電体の上に陽極部と陰極部に分離して形成したレジスト層と、前記第一および第二の酸化物誘電体の上に形成した導電性高分子と、前記導電性高分子層を介し、第一の酸化物誘電体の上および第二の酸化物誘電体の上に順次形成したグラファイト層、銀層と前記グラファイト層、銀層と接続した陰極端子と、前記陽極体と接続した陽極端子を有する固体電解コンデンサであって、前記陽極体の切断線が凹凸形状を有することを特徴とする固体電解コンデンサを得ることが出来る。

本発明によれば、前記切断線の凹凸の形状が折線形状、又は、円弧形状であることが好ましい。

又、前記弁作用金属が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂの内のいずれかを１つ含むことが好ましく、さらに、前記導電性高分子層が、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフラン又は、それらの誘導体からなることが好ましい。

本発明によれば、従来の構造の固体電解コンデンサと比べ、耐電圧の低い第二の酸化物誘電体上に厚い導電性高分子層を形成することにより、漏れ電流の不良率を低減できる固体電解コンデンサを提供する事ができる。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂのいずれかを含む弁作用金属をエッチング等により拡面化した陽極体の表面に電気化学的方法等により第一の酸化物誘電体を形成する。次に、第一の酸化物誘電体が表面に形成された陽極体の切断線に沿った切断により生じる陽極体の切断面に電気化学的方法等により第二の酸化物誘電体を形成する。その後、陽極部と陰極部に分離するレジスト層を形成した後、第一の酸化物誘電体および第二の酸化物誘電体上に導電性高分子を介し、順次グラファイト層、銀層を形成して陰極層とし固体電解コンデンサ素子を形成し、外装して固体電解コンデンサとする。ここで切断線は凹凸形状を有する。図１０は本発明の実施の形態を説明する図であり、陽極体の第一の酸化物誘電体および第二の酸化物誘電体上に導電性高分子を形成する際の酸化剤液及びモノマー液への浸漬後の形態である。又、比較として図１１に従来の実施の形態を説明する図を示す。

図１０に示すように、本発明によれば、陽極体の切断線に凹凸形状を設けたことにより、酸化剤液及びモノマー液に浸漬後、切断面上に形成した第二の酸化物誘電体上に酸化剤液及びモノマー液が溜まり、コンデンサ素子への導電性高分子の形成量が従来例である図１１と比較して多くなることがわかる。図１０、図１１に破線で示した固体電解コンデンサ素子１００、４００の切断面の付着液２５においては、本発明の図１０に示すハッチング部分が液増加量２４となる。

酸化剤液及びモノマー液の付着量が多いほど、形成される導電性高分子層の厚みが厚くなり、漏れ電流増加を防止することに寄与する。切断線の形状は折線状でも円弧状でもよく、直線状に比較して液体を保持できる形状であればよい。また弁作用金属としてはＡｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂのいずれかを含むことが望ましく、導電性高分子層はポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフラン又は、それらの誘導体からなることが好ましい。

以下、本発明における実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の実施の形態１による固体電解コンデンサ素子の構造を示す斜視図であり、図２は、実施の形態１による固体電解コンデンサ素子を示す図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は正面図である。図３は、本発明の実施の形態１による固体電解コンデンサ素子の断面図であり、図３（ａ）は図２（ａ）のＤ−Ｄ線で切断した断面図、図３（ｂ）は図２（ａ）のＥ−Ｅ線で切断した断面図である。

本発明の実施の形態による固体電解コンデンサは、長方形の平板上の固体電解コンデンサであり、３端子伝送線路素子タイプと呼ばれている。図１、図２、及び図３に示すように、エッチングにより表面積が１００倍に拡大された厚さ１００μｍの平板状のＡｌからなる弁作用金属の陽極体１０の表面に、リン酸水溶液中で６Ｖ印加により第一の酸化物誘電体１１を形成し、前記第一の酸化物誘電体１１を形成した陽極体１０を長さ１０ｍｍ、幅５ｍｍの寸法に切断する。前記切断の際に、切断線に深さ１ｍｍ間隔２ｍｍで３個連続したＶ字状の凹凸を形成する。リン酸水溶液中で５Ｖの化成処理により、前記陽極体の切断面に第二の酸化物誘電体１２を形成し、陽極体の第一および第二の酸化物誘電体１１、１２の上にエポキシ樹脂のレジスト層１６を形成し、陽極部と陰極部に分離する。

次に、ｐ−トルエンスルホン酸第二鉄の酸化剤液及び３、４−エチレンジオキシチオフェンのモノマー液に交互に複数回浸漬させ、第一の酸化物誘電体１１および第二の酸化物誘電体１２上に導電性高分子層１３を形成する。更に、導電性高分子層１３上にグラファイト層１４、銀層１５を順次形成する事で、陰極層２３が得られる。

その後、従来の固体電解コンデンサと同様に、図１２に示すように、固体電解コンデンサ素子の陽極体１０に前記陽極導通片２０を接合する。更に、前記陽極導通片２０の下面に導電性ペースト１９を介して陽極端子１７と接続し、陰極層２３は導電性ペースト１９を介して陰極端子１８に接続される。しかる後、外装ケース２２に封入する事により固体電解コンデンサが得られる。

（実施例２）
図４は、本発明の実施の形態２による固体電解コンデンサ素子の構造を示す斜視図である。図５は、本発明の実施の形態２による固体電解コンデンサ素子を示す図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は側面図、図５（ｃ）は正面図である。図６は、本発明の実施の形態２による固体電解コンデンサ素子の断面図であり、図６（ａ）は図５（ａ）のＩ−Ｉ線で切断した断面図、図６（ｂ）は図５（ａ）のＪ−Ｊ線で切断した断面図である。本発明の実施の形態２による固体コンデンサは長方形の平板上の固体電解コンデンサであり、３端子伝送線路素子タイプと呼ばれている。実施例１では切断線における凹凸の形状が連続したＶ字状であるのに対し、実施例２では凹凸の形状が深さ１ｍｍ、間隔２ｍｍの２個の連続した凹字状とする。以上の点以外は製造方法、構造共に実施例1と同様である。

（実施例３）
図７は、本発明の実施の形態３による固体電解コンデンサ素子の構造を示す斜視図である。図８は、本発明の実施の形態３による固体電解コンデンサ素子を示す図であり、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は側面図、図８（ｃ）は正面図である。図９は、本発明の実施の形態３による固体電解コンデンサ素子の断面図であり、図９（ａ）は図８（ａ）のＮ−Ｎ線で切断した断面図、図９（ｂ）は図８（ａ）のＯ−Ｏ線で切断した断面図である。本発明の実施の形態による固体コンデンサは長方形の平板上の固体電解コンデンサであり、３端子伝送線路素子タイプと呼ばれている。実施例１では切断線における凹凸の形状が
連続したＶ字状であるのに対し、実施例３では凹凸の形状を半径１ｍｍ、間隔２ｍｍの半円からなる３個の連続した円弧形状とする。以上の点以外は製造方法、構造共に実施例１と同様である。

（比較例）
コンデンサ素子の切断線に凹凸を有しない素子を用いた以外は実施例１と同様に固体電解コンデンサを作製した。

表１に、本発明の実施例１、実施例２、実施例３、及び比較例により作製した固体電解コンデンサの漏れ電流を示す。漏れ電流の測定条件は、印加電圧３．０ｖ、印加時間６０秒とした。又、漏れ電流は、０．１ＣＶ（＝０．１×定格容量×定格電圧）以上を不良とした。測定したサンプル数は各水準２４個ずつとした。表１に本発明の実施例１〜３、及び比較例により作製した固体電解コンデンサの漏れ電流の分布、平均値、不良率を示す。

実施例１、実施例２、及び実施例３では従来例と比較して漏れ電流の平均値が小さく、本発明によって漏れ電流の不良率が改善出来ることがわかった。

本発明に係わる固体電解コンデンサは、電子部品や電気部品プリント配線基板等の基板に表面実装されるタイプの固体電解コンデンサに適用する事が出来る。

本発明の実施の形態１による固体電解コンデンサ素子の斜視図。 本発明の実施の形態１による固体電解コンデンサ素子を示す図、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は正面図。 本発明の実施の形態１による固体電解コンデンサ素子の断面図、図３（ａ）は図２のＤ−Ｄ線で切断した断面図、図３（ｂ）は図２のＥ−Ｅ線で切断した断面図。 本発明の実施の形態２による固体電解コンデンサ素子の斜視図。 本発明の実施の形態２による固体電解コンデンサ素子を示す図、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は側面図、図５（ｃ）は正面図。 本発明の実施の形態２による固体電解コンデンサ素子の断面図、図６（ａ）は図５（ａ）のＩ−Ｉ線で切断した断面図、図６（ｂ）は図５（ａ）のＪ−Ｊ線で切断した断面図。 本発明の実施の形態３による固体電解コンデンサ素子の斜視図。 本発明の実施の形態３による固体電解コンデンサ素子を示す図、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は側面図、図８（ｃ）は正面図。 本発明の実施の形態３による固体電解コンデンサ素子の断面図、図９（ａ）は図８（ａ）のＮ−Ｎ線で切断した断面図、図９（ｂ）は図８（ａ）のＯ−Ｏ線で切断した断面図。 本発明の実施の形態を説明する図。 従来の実施の形態を説明する図。 従来の固体電解コンデンサの断面図。 従来の固体電解コンデンサ素子の斜視図。 従来の固体電解コンデンサ素子を示す図、図１４（ａ）は平面図、図１４（ｂ）は側面図、図１４（ｃ）は正面図。 従来の固体電解コンデンサ素子を示す断面図、図１５（ａ）は図１４（ｂ）のＳ−Ｓ線で切断した断面図、図１５（ｂ）は図１４（ａ）のＴ−Ｔ線で切断した断面図。

符号の説明

１０ 陽極体
１１ 第一の酸化物誘電体
１２ 第二の酸化物誘電体
１３ 導電性高分子層
１４ グラファイト層
１５ 銀層
１６ レジスト層
１７ 陽極端子
１８ 陰極端子
１９ 導電性ペースト
２０ 陽極導通片
２１ モールド樹脂ケース
２２ 外装ケース
２３ 陰極層
２４ 液増加量
２５ 付着液
２６ 液面
１００、２００、３００、４００ 固体電解コンデンサ素子

Claims (4)

1. 平板状の弁作用金属の陽極体の表面に形成した第一の酸化物誘電体と、前記第一の酸化物誘電体を形成した陽極体の切断線に沿った切断により生じる陽極体の切断面に形成した第二の酸化物誘電体と、前記第一および第二の酸化物誘電体の上に陽極部と陰極部に分離して形成したレジスト層と、前記第一および第二の酸化物誘電体の上に形成した導電性高分子層と、前記導電性高分子層を介し、第一の酸化物誘電体の上および第二の酸化物誘電体の上に順次形成したグラファイト層、銀層と前記グラファイト層、銀層と接続した陰極端子と、前記陽極体と接続した陽極端子を有する固体電解コンデンサであって、前記陽極体の切断線が凹凸形状を有することを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 前記切断線の凹凸の形状が折線形状、又は、円弧形状であることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
3. 前記弁作用金属が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂの内のいずれかを１つ含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の固体電解コンデンサ。
4. 前記導電性高分子層が、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフラン又は、それらの誘導体からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の固体電解コンデンサ。

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