(57)【要約】 【課題】  固体電解コンデンサに関し、その低抵抗化を図り、製造工程で陰極に生じる電位を低減させて高周波領域の静電容量の低下防止を図る。【解決手段】  エッチングが施された陰極側電極箔（４）と、この陰極側電極箔のエッチング面に形成された化成皮膜（６）と、この化成皮膜の表面に形成されるとともに、前記化成皮膜を貫通して前記陰極側電極箔に導通させた導体層（被覆層８）と、この導体層との間に固体電解質層（１０）を介在させて設置された陽極側電極箔（１４）とを備え、前記導体層の前記固体電解質層との接触抵抗を含めた抵抗値が０．０１〔Ω〕以下に設定されている。製造工程に前記導体層が炭化チタンで形成され、２〔Ｖ〕以下の電位を加える工程を含む構成である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングが施された陰極側電極箔と、
この陰極側電極箔のエッチング面に形成された化成皮膜と、
この化成皮膜の表面に形成されるとともに、前記化成皮膜を貫通して前記陰極側電極箔に導通させた導体層と、
この導体層との間に固体電解質層を介在させて設置された陽極側電極箔と、
を備え、前記導体層の前記固体電解質層との接触抵抗を含めた抵抗値が０．０１〔Ω〕以下に設定された固体電解コンデンサ。
【請求項２】
エッチングが施された陰極側電極箔と、この陰極側電極箔のエッチング面に形成された化成皮膜と、この化成皮膜の表面に形成されるとともに、前記化成皮膜を貫通して前記陰極側電極箔に導通させた導体層と、この導体層との間に固体電解質層を介在させて設置された陽極側電極箔とを備える固体電解コンデンサの製造方法であって、
前記導体層が炭化チタンで形成され、２〔Ｖ〕以下の電位を加える工程を含む固体電解コンデンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング箔に化成皮膜を形成したものを陰極部に用いた固体電解コンデンサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源用コンデンサでは平滑やデカップリング等の用途により数アンペアを超える大電流が流れ、過渡応答を有する用途例えば、ＶＲＭ（Voltage Regulate Module)電源では、電流変化が数百Ａ／μｓ以上の急峻な値を呈する。このような用途に適合する電解コンデンサでは、放電直後、数μｓの短時間での大電流放電が求められる。
【０００３】
このような用途に適した固体電解コンデンサでは低抵抗化が要請され、その製造方法はエッチング箔に化成皮膜を形成して陰極部とし、その表面に窒化チタン、炭化チタン等からなる導体層を設置している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、化成皮膜の一部を除去することにより導体層と陰極部とを導通させると、陰極部の静電容量が無限大となり、固体電解コンデンサとしての静電容量が増大し、また、固体電解質と化成皮膜との密着性が高められると、ＥＳＲ（等価直列抵抗）が低減する（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１１４１０９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述のスイッチング電源には、静電容量１０００〔μＦ〕以下の固体電解コンデンサが使われることが多いが、このような数十〜数百〔ｋＨｚ〕の高周波領域で用いられると、高周波領域で静電容量が低下することが判明した。
【０００６】
ところで、このような固体電解コンデンサは、素子の巻回、積層等の工程で陽極箔に生じた損傷部分を修復するための処理として、化成液中にコンデンサ素子を浸して化成処理（修復化成、再化成) を行う。この際、陰極には電位が生じる。この電位が高いと、高周波域での静電容量の低下が大きくなることが本発明者により実験で確認された。
【０００７】
そこで、本発明は、固体電解コンデンサに関し、その低抵抗化を図ることを第１の目的とし、製造工程で陰極に生じる電位を低減させて高周波領域の静電容量の低下の防止を図ることを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記第１の目的を達成するため、本発明の固体電解コンデンサは、エッチングが施された陰極側電極箔と、この陰極側電極箔のエッチング面に形成された化成皮膜と、この化成皮膜の表面に形成されるとともに、前記化成皮膜を貫通して前記陰極側電極箔に導通させた導体層と、この導体層との間に固体電解質層を介在させて設置された陽極側電極箔とを備え、前記導体層の前記固体電解質層との接触抵抗を含めた抵抗値が０．０１〔Ω〕以下、好ましくは０．００５〔Ω〕以下に設定された構成としている。
【０００９】
上記第２の目的を達成するため、本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、エッチングが施された陰極側電極箔と、この陰極側電極箔のエッチング面に形成された化成皮膜と、この化成皮膜の表面に形成されるとともに、前記化成皮膜を貫通して前記陰極側電極箔に導通させた導体層と、この導体層との間に固体電解質層を介在させて設置された陽極側電極箔とを備える固体電解コンデンサの製造方法であって、前記導体層が炭化チタンで形成され、２〔Ｖ〕以下、好ましくは１〔Ｖ〕以下の電位を加える工程を含む構成としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、上記構成により、次のような効果が得られる。
【００１１】
(1) 本発明の固体電解コンデンサによれば、ＥＳＲを低減させることができる。
【００１２】
(2) 本発明の固体電解コンデンサの製造方法によれば、陰極部に発生する電位を抑えたので、製造に起因する静電容量の低下を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の固体電解コンデンサ及びその製造方法について、図１を参照して説明する。図１は、固体電解コンデンサの概要を示す断面図である。
【００１４】
この固体電解コンデンサはコンデンサ素子２を備えており、このコンデンサ素子２は陰極側電極部として陰極側電極箔４、第１の化成皮膜６、導体層としての被覆層８、固体電解質層１０、第２の化成皮膜１２及び陽極側電極部として陽極側電極箔１４等を備えている。陰極側電極箔４は弁金属、皮膜形成金属である例えば、アルミニウム等の金属材料で形成され、その形態は箔で構成されている。この陰極側電極箔４は、その表面にエッチング処理等の処理により、表面積の拡大化が図られ、そのエッチング面１６にはピット部１８が形成されている。
【００１５】
この陰極側電極箔４のエッチング面１６には、陰極側電極箔４の化成液への浸漬等により、既述の化成皮膜６が形成されている。この化成皮膜６は、エッチング面１６のピット部１８の内壁部にも侵入させてある。
【００１６】
このような化成皮膜６が形成された陰極側電極箔４には、導体の蒸着処理により、被覆層８が形成されている。この被覆層８を形成する導体材料には例えば、炭化チタン（ＴｉＣ）が用いられる。
【００１７】
また、導体の蒸着処理により、化成皮膜６には部分的に化成皮膜６の除去により透孔部２０が形成され、被覆層８は透孔部２０に侵入させ、陰極側電極箔４との電気的な導通が図られている。
【００１８】
そして、被覆層８の表面部と陽極側電極箔１４側の化成皮膜１２との間には固体電解質層１０として例えば、導電性ポリマー（ＰＥＤＴ）が設置され、この固体電解質層１０は、ピット部１８の内壁に沿って形成された化成皮膜６にも接触している。即ち、陰極側電極箔４、化成皮膜６、被覆層８及び固体電解質層１０を以て陰極部２２が構成されている。
【００１９】
また、陽極側電極箔１４は、陰極側電極箔４と同様に弁金属、皮膜形成金属である例えば、アルミニウム等の金属材料で形成され、その形態は箔で構成されている。この陽極側電極箔１４の表面には、陽極側電極箔１４の化成液への浸漬等により、既述の化成皮膜１２が形成されている。即ち、この化成皮膜１２及び陽極側電極箔１４を以て陽極部２４が構成されている。
【００２０】
この固体電解コンデンサを構成するコンデンサ素子２は、例えば、陰極部２２及び陽極部２４を巻回することにより、巻回型素子として構成することができる。
【００２１】
そして、このコンデンサ素子２の等価回路について、図２を参照して説明する。図２は既述のコンデンサ素子２に重ねて表示した等価回路を示している。
【００２２】
このコンデンサ素子２の陰極端子２６と陽極端子２８との間には、化成皮膜６で静電容量Ｃｃ、被覆層８及び固体電解質層１０との接触抵抗を含む抵抗Ｒｃ、固体電解質層１０で抵抗Ｒｐ、化成皮膜１２で静電容量Ｃａ及びインダクタンスＬが形成されている。インダクタンスＬは、陰極側電極箔４、陽極側電極箔１４、陰極端子２６、陽極端子２８等に電流が流れることにより生じる。
【００２３】
そこで、低周波領域では、１／ωＣｃ≫Ｒｃとなり、抵抗Ｒｃ、Ｒｐ、静電容量Ｃａ及びインダクタンスＬの直列回路を通して電流ルート３０が形成されるのに対し、高周波領域では、１／ωＣｃ≪Ｒｃとなり、静電容量Ｃｃ、抵抗Ｒｐ、静電容量Ｃａ及びインダクタンスＬの直列回路を通して電流ルート３２が形成される。この結果、高周波領域では、化成皮膜６、１２の静電容量Ｃｃ、Ｃａが発生してコンデンサ素子２の静電容量Ｃが低下する。即ち、この静電容量Ｃは、
【００２４】
Ｃ＝Ｃａ・Ｃｃ／（Ｃａ＋Ｃｃ）            ・・・（１）
で与えられる。例えば、Ｃａ＝Ｃｃと仮定すれば、式（１）の静電容量Ｃは、Ｃ＝Ｃａ／２又はＣｃ／２となるから、静電容量Ｃの低下することが理解できる。
【００２５】
このように、高周波領域で静電容量が低下するのは、製造工程で修復化成中に発生する電位が高いことに起因するものであり、その電位が陰極側電極箔４に化成皮膜６を形成することによる被覆層８の抵抗の上昇、被覆層８と固体電解質層１０との間の接触抵抗の上昇等を生じさせるものと推測される。この部分の抵抗即ち、既述の抵抗Ｒｃが上昇して、高周波領域では、電流ルート３２の形成により、静電容量が低下する。従って、抵抗Ｒｃを一定の値以下に抑えれば、高周波領域でも電流ルート３０により静電容量の低下を抑えることができる。
【実施例】
【００２６】
次に、本発明の固体電解コンデンサ及びその製造方法の実施例について説明する。
【００２７】
陰極側電極箔４及び陽極側電極箔１４には、弁金属として例えば、アルミニウム、タンタルからなる箔が用いられ、陰極側電極箔４の表面はエッチング処理が施されて表面積の拡大化が図られている。陽極側電極箔１４には例えば、エッチング箔が用いられている。
【００２８】
陰極側電極箔４のエッチング面１６には化成処理が施されて化成皮膜６が形成され、また、この化成皮膜６側に対向する陽極側電極箔１４の対向面部にも化成処理が施されて化成皮膜１２が形成される。また、陰極側電極箔４の化成皮膜６の表面には炭化チタン又は窒化チタンを蒸着し、被覆層８が形成される。化成皮膜６には複数の透孔部２０を形成し、表面に形成された被覆層８が透孔部２０を貫通して陰極側電極箔４に到達するように処理しておく。そして、これらの処理を経た陰極側電極箔４及び陽極側電極箔１４はセパレータを介して巻回することにより、コンデンサ素子２として構成される。
【００２９】
このコンデンサ素子２にＥＤＴ（エチレンジオキシチオフェン）及び酸化剤を含浸させる。酸化剤には例えば、ｐ−トルエンスルホン酸第二鉄のブタノール溶液が使用され、処理温度を例えば、１５０℃に設定し、１時間加熱重合して導電性ポリマーであるＰＥＤＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）を生成させ、固体電解質層１０が形成される。そして、コンデンサ素子２をケースに収容し、そのケースを封止することにより製品としての固体電解コンデンサが得られる。この固体電解コンデンサの定格は、２．５〔ＷＶ〕−６８０〔μＦ〕である。
【００３０】
そして、この固体電解コンデンサにおいて、コンデンサ素子２の被覆層８に炭化チタン又は窒化チタンを使用し、実施例１では、被覆層８に炭化チタンを使用し、製造工程中にかかる電位を０．８〔Ｖ〕、実施例２では、被覆層８に炭化チタンを使用し、製造工程中にかかる電位を２〔Ｖ〕、実施例３では、被覆層８に窒化チタンを使用し、製造工程中にかかる電位を、０．８〔Ｖ〕に設定し、周波数３０〔ｋＨｚ〕、５０〔ｋＨｚ〕、１００〔ｋＨｚ〕について静電容量を測定するとともに、周波数１２０〔ｋＨｚ〕を基準とした静電容量の変化率〔％〕を求めた。その結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
2006108132.tif 000003
【００３２】
これらの実施例１〜３から明らかなように、製造工程中に被覆層８にかかる電位を２〔Ｖ〕以下、好ましくは１〔Ｖ〕以下に設定することにより、静電容量の変化率を低くすることができる。
【００３３】
表１から明らかなように、静電容量Ｃの低下率を１５％以下に抑えられるのは、Ｒｃ＜０．０１Ω、２０％以下に抑えられるのは、Ｒｃ＜０．００５Ωであることが判る。
【００３４】
そして、この固体電解コンデンサについて、被覆層８を炭化チタンで形成し、製品Ａでは製造工程中に電位を０．８〔Ｖ〕に設定し、製品Ｂでは製造工程中に電位を２．０〔Ｖ〕に設定した場合の静電容量Ｃの変化を測定した。その結果を図３に示す。
【００３５】
このような実施例から明らかなように、高周波領域での静電容量Ｃの低下を抑制できるとともに、被覆層８に炭化チタンを使用し、製造工程中に掛かる電位を１〔Ｖ〕以下に抑えれば、静電容量Ｃの低下を抑制できることが判明した。
【００３６】
さらに詳述すれば、コンデンサ素子２の液中化成時に陽極側電極箔１４に流れる電流が大きいほど、また、その化成液の抵抗が高いほど、間接給電の影響で化成バスに対して陰極側電極箔４の電位が高くなることが判明している。そこで、通常の素子化成後に陰極側電極箔４に化成を施し、特性の影響を精査したところ、その結果より陰極側電極箔４の化成時間を延ばすほど、高周波領域の静電容量Ｃの変化容量ΔＣａｐの落ち込み量が増加し、ｔａｎδの上昇や低周波領域でのＥＳＲの上昇が観測された。
【００３７】
既述したように、陰極側電極箔４側に形成された被覆層８に炭化チタン（ＴｉＣ）を用いたＴｉＣ仕様の等価回路（図２）では、低周波領域では陰極側電極箔４の表面側の被覆層（ＴｉＣ層）８の抵抗、その表面とポリマー（ＰＥＤＴ) の接触抵抗とからなる抵抗Ｒｃより陰極側電極箔４のインピーダンス（１／ωＣｃ）が大きいため、電流はその被覆層（ＴｉＣ層）８に流れ、陰極側電極箔４の容量の影響を受けず、製品容量はほぼ陽極側電極箔１４で形成される静電容量となる。高周波領域では抵抗Ｒｃよりインピーダンス（１／ωＣｃ）が小さくなり、逆に被覆層（ＴｉＣ層）８に流れ難くなるため、陰極側電極箔４の容量の影響が出る。そこで、その等価回路に、固体電解コンデンサの量産品の特性値を当てはめ、周波数特性のシミュレーションを行ったところ、抵抗Ｒｃを大きくしていくと、静電容量Ｃの変化容量ΔＣａｐが増大することが判明した。そして、被覆層８をＴｉＮ又はＴｉＣで構成した場合、ＴｉＣを用いた製品では、ＴｉＮを用いた製品に比較し、固体電解質層１０を構成するポリマーとの接触抵抗を含む抵抗Ｒｃが小さく、高周波領域での変化容量ΔＣａｐが小さくなる。
【００３８】
このような検証の結果、ＴｉＣ仕様の量産品で高周波領域での変化容量ΔＣａｐの落ち込みが大きいものがあるが、その要因は、コンデンサ素子２の化成時に陰極側電極箔４が化成バスに対して電位を持つために電気化学的な酸化が発生するものと推定され、その検証の結果、その特性が再現された。コンデンサ素子２を巻回素子とした場合、そのばらつきで擬似的にショート状態のものが存在するので、コンデンサ素子２の化成時に陰極側電極箔４がその影響を受けることがある。このような状態のコンデンサ素子２の等価回路を作成し、Ｔｉ系蒸着箔の表面と固体電解質層１０を構成するポリマーとの抵抗が増加した場合のシミュレーションを行ったところ、実際の周波数特性に近い値が得られた。
【００３９】
次に、上記実施形態の変形例について列挙する。
【００４０】
(1) 電極箔４、１４について、上記実施例ではアルミニウムを使用した例を説明したが、電極箔にはアルミニウム以外の弁金属を用いてもよい。
【００４１】
(2) コンデンサ素子２について、上記実施形態では巻回型素子を例示したが、巻回型素子以外の素子構成としてもよい。
【００４２】
以上述べたように、本発明の最も好ましい実施形態等について説明したが、本発明は上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は、発明を実施するための最良の形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であり、斯かる変形や変更が本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明によれば、固体電解コンデンサに関し、ＥＳＲの低減とともに、静電容量の低下を抑制でき、品質を向上させた固体電解コンデンサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係る固体電解コンデンサの概要を示す断面図である。
【図２】固体電解コンデンサの等価回路を示す図である。
【図３】被覆層を炭化チタンで形成し、製造工程で被覆層に係る電位をパラメータとした静電容量の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
２  コンデンサ素子
４  陰極側電極箔
６、１２  化成皮膜
８  被覆層（導体層）
１０  固体電解質層
１４  陽極側電極箔
１６  エッチング面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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