(57)【要約】弁作用金属箔の引出部と、この引出部に対応する弁金属多孔質体の端面や誘電体被膜がこの引出部を覆う部分とに湿気または熱によって硬化する撥水性のシリコーンゴムを塗布して絶縁分離層を設けることで、電気特性の優れた固体電解コンデンサとすることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に引出部を有する弁作用金属箔と、
前記弁作用金属箔の少なくとも片面に設けた弁金属多孔質と、
前記弁作用金属箔の引出部を包み込む、湿気と熱との少なくともいずれかで硬化するシリコーンゴムからなる絶縁分離層と、
少なくとも前記弁金属多孔質体の表面に設けた誘電体被膜と、
前記誘電体被膜の表面に設けた固体電解質層と、
前記固体電解質層の表面に設けた集電体層と、からなるコンデンサ素子と、
前記弁作用金属箔の引出部と前記集電体層のいずれか一方と電気的に接続される外部電極と、
を備えた、
固体電解コンデンサ。
【請求項２】
前記絶縁分離層が前記弁作用金属箔の引出部と直接接する、
請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
【請求項３】
前記誘電体被膜が前記弁作用金属箔の引出部を覆い、
前記誘電体被膜が前記弁作用金属箔の引出部を覆った部分を前記絶縁分離層がさらに覆う、
請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
【請求項４】
前記固体電解質層が機能性高分子を含む、
請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
【請求項５】
前記コンデンサ素子を複数備え、
前記複数のコンデンサ素子に含まれる複数の弁作用金属箔を電気的に接続し、前記複数のコンデンサ素子に含まれる複数の集電体層を電気的に接続した、
請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
【請求項６】
一端に引出部を有する弁作用金属箔の少なくとも片面に弁金属多孔質体を、前記引出部を残すように設けるステップと、
前記弁作用金属箔の引出部を包み込むように、湿気と熱の少なくともいずれかによって硬化するシリコーンゴムを塗布して絶縁分離層を形成するステップと、
少なくとも前記弁金属多孔質体の表面に誘電体被膜を形成するステップと、
前記誘電体被膜の表面に固体電解質層を形成するステップと、
前記固体電解質層の表面に集電体層を形成するステップと、
を備えた、固体電解コンデンサの製造方法。
【請求項７】
前記絶縁分離層を形成するステップにおいて、前記引出部と、前記引出部に対応する前記弁金属多孔質体の端面に、前記シリコーンゴムを塗布する、
請求項６に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
【請求項８】
前記誘電体被膜を形成するステップにおいて前記弁作用金属箔の引出部を覆うように前記誘電体被膜を形成し、
前記絶縁分離層を形成するステップにおいて、前記誘電体被膜が前記引出部を覆う部分をさらに覆うように、前記シリコーンゴムを塗布する、
請求項６に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
【請求項９】
前記絶縁分離層を形成するステップにおいて、前記シリコーンゴムの粘度が１Ｐａ・ｓ以上である、
請求項６に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁分離層を形成するステップにおいて、前記シリコーンゴムの塗布をディスペンサーで行う、
請求項６に記載の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
本発明は電気機器・電子機器の電子回路などに使用される固体電解コンデンサとその製造方法に関する。
背景技術
従来の固体電解コンデンサの構造を図６に示す。このような固体電解コンデンサは以下のようにして製造される。弁作用金属箔１１の表面に設けた弁金属多孔質体１２に誘電体被膜１３を形成する。この誘電体被膜１３上に導電性高分子膜を形成して固体電解質層１４とし、この固体電解質層１４上にカーボン層１５、銀ペースト層１６からなる集電体層を形成する。次に全体を外装樹脂材でモールドし、このモールドした樹脂材による外装１７の一端に弁作用金属箔１１と電気的に接続される一方の外部電極１８を設け、他端に集電体層と電気的に接続される他方の外部電極１９を設ける。
この固体電解コンデンサにおいて、固体電解質層１４を形成する時に弁作用金属箔１１の引出部１１Ａに固体電解質層１４が形成されるとショートが発生したり漏れ電流が増加したりする。そのために、引出部１１Ａに絶縁性の樹脂で絶縁分離層２０を形成して分離することが一般的に行われている。
絶縁分離層２０は一般にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの絶縁性樹脂を塗布硬化したり、ポリイミドを基材とする絶縁性のテープを貼るなどの方法で行われている。しかしながら絶縁性樹脂やテープ上に固体電解質が形成されてしまうため、レーザーにて固体電解質を除去するという作業を行う必要があり漏れ電流が大きくなることがある。また、絶縁性樹脂を塗布するときに弁金属多孔質体１２に樹脂が吸い込まれ、容量がコントロールできないなどコンデンサ特性を損なうこともある。さらに、塗布方法においては作業性、量産性に乏しい。
発明の開示
本発明は、弁作用金属箔の引出部を包み込むように、湿気または熱によって硬化するシリコーンゴムからなる絶縁分離層を設けることで、電気特性の優れた固体電解コンデンサを提供する。また、そのような固体電解コンデンサを製造する方法として、以下の工程からなる方法を提供する。すなわちその方法は、一端に引出部を有する弁作用金属箔の少なくとも片面に弁金属多孔質体を、引出部を残すように設けるステップと、この引出部を包み込むように湿気または熱によって硬化するシリコーンゴムを塗布して絶縁分離層を形成するステップと、少なくとも弁金属多孔質体の表面に誘電体被膜を形成するステップと、誘電体被膜の表面に固体電解質層を形成するステップと、固体電解質層の表面に集電体層を形成するステップとを含む。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、同様の構成をなすものは同じ符号を付して説明し、詳細な説明は省略する。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における固体電解コンデンサの構成について図１を用いて説明する。
弁作用金属箔（以下、金属箔と称す）１の表面には弁金属多孔質体（以下多孔質体と称す）２が形成され、この金属箔１の引出部１Ａとこの引出部１Ａに対応する多孔質体２の端面とに湿気または熱によって硬化するシリコーンゴムからなる絶縁分離層１０を設けられている。多孔質体２の表面には誘電体被膜３、誘電体被膜３の表面には固体電解質層４、さらに固体電解質層４の表面には集電体層としてカーボン層５と銀ペースト層６が設けられている。この構成によりコンデンサ素子が構成されている。このコンデンサ素子が樹脂材による外装７でモールドされ、外装７に外部電極８、９が設られ、それぞれが金属箔１の引出部１Ａと、銀ペースト層６と電気的に接続されている。
次にその固体電解コンデンサの製造方法を、図２Ａ〜図２Ｆを用いて具体的に説明する。
タンタルなどの弁作用金属箔１の表面にタンタル粉末のシート型の焼結体からなる弁金属多孔質体２（３．４×５．３×０．２ｍｍ）を形成する。金属箔１の引出部１Ａとこの引出部１Ａに対応する多孔質体２の端面とに湿気によって硬化する粘度３３Ｐａ・ｓのシリコーンゴムをディスペンサーで１ｍｍ塗布した後１時間放置して絶縁分離層１０を形成する。次にりん酸溶液中で陽極化成（１２Ｖ）して、多孔質体２の表面に誘電体被膜３としてのタンタル酸化被膜層を形成する。その後、ピロールと水とエチレングリコーンを重量比で１：１５：１の割合で含有するピロール液に浸漬する。さらに硫酸第２鉄と水とエチレングリコールを重量比で１：１．５：１．８の割合で含有する酸化剤溶液に浸漬して化学酸化重合によりポリピロール膜を形成する。次いで、チオフェンとｐ−トルエンスルホン酸第二鉄とブタノールを重量比で１：０．１：０．２の割合で含有するチオフェン液に浸漬して固体電解質層４を形成する。このときシリコーンゴムからなる絶縁分離層１０は撥水性を有するために絶縁分離層１０の表面には、固体電解質は形成されない。さらに、固体電解質層４の上に集電体層としてカーボン層５、銀ペースト層６を順次形成する。その一部から対極を取出した後、エポキシなどの樹脂材による外装７でモールドする。外装７の一端に引出部１Ａと電気的に接続された一方の外部電極８を形成し、他端に銀ペースト層６と電気的に接続された他方の外部電極９を形成して固体電解コンデンサを完成させる。
このような製造方法では、陽極化成前に絶縁分離層１０を設けるため、重合前の修復化成が不要となり、工程を簡略化でき量産性に優れる。また絶縁分離層１０の表面に固体電解質が形成されないためにこれをレーザーにより除去するが必要ない。工程が不要であり、素子にストレスを与えないため漏れ電流が小さくなる。さらにシリコーンゴムの塗布をディスペンサーで行うので、作業性や量産性が高い。またシリコーンゴムが湿気によって硬化するため、硬化に要する特別な工程が必要ない。
また、絶縁分離層１０は柔軟性のあるゴム材で構成しているので凹凸にフレキシブルに追従する。そのため絶縁分離層１０の密着性が高い。それにより耐電圧が高くなる。
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における固体電解コンデンサの構成について図３を用いて説明する。
弁作用金属箔１上に弁金属多孔質体２が設けられ、その表面に誘電体被膜３を形成されている。そして誘電体被膜３が引出部１Ａを覆う部分に湿気または熱によって硬化するシリコーンゴムからなる絶縁分離層１０が設けられている。その表面には固体電解質層４が設けられ、さらにその表面に集電体層としてカーボン層５および銀ペースト層６を設けられている。この構成によりコンデンサ素子が構成されている。このコンデンサ素子が樹脂材による外装７でモールドされ、外装７に外部電極８、９が設られ、それぞれが金属箔１の引出部１Ａと、銀ペースト層６と電気的に接続されている。
次にその製造方法を、図４Ａ〜図４Ｆを用いて具体的に説明する。
弁作用金属箔１や弁金属多孔質体２の材料、金属箔１の表面に多孔質体２を形成する工程は実施の形態１と同様である。次に実施の形態１と同様の方法により、金属箔１と多孔質体２の表面に誘電体被膜３としてのタンタル酸化被膜層を形成する。誘電体被膜３が引出部１Ａを覆う部分に湿気によって硬化するシリコーンゴムを塗布して絶縁分離層１０を形成する。なお、誘電体被膜３が引出部１Ａの全面を覆っていない場合は露出している引出部１Ａにもシリコーンゴムを塗布する。このときのシリコーンゴムの粘度は１Ｐａ・ｓであり、ディスペンサーで１ｍｍ塗布した後、１時間放置する。そしてりん酸溶液中で陽極化成電圧と同じ１２Ｖで修復化成を行う。その後、チオフェンとｐ−トルエンスルホン酸鉄（ＩＩＩ）とブタノールの溶液中に浸漬してプレコート層を形成する。次いで、チオフェンとアルキルナフタレンスルホン酸とイソプロピルアルコール溶液中で、電解重合を行い、固体電解質層４を形成する。このとき作用電極であるステンレス線をプレコート層に軽く接触させ、ステンレス板を対電極として定電圧３Ｖを印加して３０分間電解重合する。以後実施の形態１と同様な方法で固体電解コンデンサを完成させる。
（実施の形態３）
実施の形態２において粘度が１Ｐａ・ｓのシリコーンゴムの代わりに２．５Ｐａ・ｓのシリコーンゴムを塗布し，１５０℃で１時間硬化させて絶縁分離層１０を持つものを形成する。ついで、実施の形態２と同様の方法で固体電解質層４を形成して固体電解コンデンサを完成させる。
実施の形態３におけるシリコーンゴムは熱により硬化させて絶縁分離層１０を形成する。これは実施の形態１，２で述べたような、湿気で硬化するシリコーンゴムに比べ、加熱器が必要になるものの、塗布中に硬化しないためにディスペンサーなどの塗布装置のメンテナンスが容易である。シリコーンゴムには他にＵＶで硬化するものがあるが、ＵＶ照射装置に比べると加熱器ははるかに簡便である。
（比較例）
実施の形態２においてシリコーンゴムの代わりにシリコーン樹脂を塗布し、１５０℃で１時間硬化させて絶縁分離層２０を形成する。次いで、実施の形態２と同様の方法で固体電解質層１４を形成して固体電解コンデンサを完成させる。基本的な構成は図６に示し、既に説明している。
これまで述べた実施の形態と比較例により構成した固体電解コンデンサの特性を表１に示す。
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表１の固体電解コンデンサの初期特性を比較すると、比較例の固体電解コンデンサは、絶縁分離層２０上に固体電解質が形成されているために漏れ電流が大きく、耐電圧も低い。さらに、塗布したシリコーン樹脂が誘電体被膜１３に吸い込まれて弁金属多孔質体の細孔を塞ぐため特性を引き出せず容量が小さい。一方、本発明の固体電解コンデンサは容量低下が少ない。製造段階ではコンデンサ容量のばらつきが小さくなる。これは、シリコーンゴム塗布により弁金属多孔質体２にシリコーンゴムが吸い込まれていないからである。また絶縁分離層１０上に固体電解質が形成されないため、漏れ電流が低くかつ耐電圧も高い。なお、固体電解質層４を機能性高分子により形成するため等価直列抵抗（ＥＳＲ）は小さくなっている。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態１により構成したコンデンサ素子を積層して外装７でモールドしたものの断面図を図５に示す。このように積層構造にすることで低ＥＳＲかつ大容量の固体電解コンデンサにすることができる。
以上述べた全ての実施の形態において、固体電解質層４の形成方法は、化学重合法や化学重合法で合成した固体電解質層をプレコート層とし、その上に電解重合することにより形成される。なお、電解重合により形成される固体電解質は特に限定されないが、重合反応の容易さからピロール、チオフェン、アニリン或いはそれらの誘電体を繰り返し単位とする機能性高分子が好ましい。また、酸化剤を用いて化学酸化重合したポリピロール或いはポリアニリン、ポリチオフェンのいずれか、或いはそれらの誘電体のいずれかが望ましい。更には、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールのいずれかの組み合わせでも良い。
また、シリコーンゴムの粘度は、１Ｐａ・ｓ以上、より好ましくは２．５Ｐａ・ｓ以上とすることで弁金属多孔質体にシリコーンゴムが吸い込まれるのを防ぐことができる。また塗布の作業性の観点から３３Ｐａ・ｓ以下とすることが好ましい。
また、弁作用金属箔１の表面に弁金属多孔質体２を形成する例を示したが、弁作用金属箔１の片面のみに弁金属多孔質体２を形成する構成とすることもできる。
産業上の利用可能性
本発明は、弁作用金属箔の引出部とこの引出部に対応する弁金属多孔質体の端面とに湿気または熱によって硬化するシリコーンゴムを塗布して絶縁分離層を設けることで、容量の低下がなくて漏れ電流が小さく、かつ耐電圧の高い固体電解コンデンサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の固体電解コンデンサの実施の形態１における断面図である。
図２Ａ〜図２Ｆは本発明の固体電解コンデンサの製造方法の実施の形態１における工程図である。
図３は本発明の固体電解コンデンサの実施の形態２における断面図である。
図４Ａ〜図４Ｆは本発明の固体電解コンデンサの製造方法の実施の形態２における工程図である。
図５は本発明の実施の形態４の固体電解コンデンサの断面図である。
図６は従来の固体電解コンデンサの断面図である。
図面の参照符号の一覧表
１  弁作用金属箔
１Ａ、１Ｂ  引出部
２  弁金属多孔質体
３  誘電体被膜
４  固体電解質層
５  カーボン層
６  銀ペースト層
７  外装
８、９  外部電極
１０  絶縁分離層
１１  弁作用金属箔
１１Ａ  引出部
１２  弁金属多孔質体
１３  誘電体被膜
１４  固体電解質層
１５  カーボン層
１６  銀ペースト層
１７  外装
１８、１９  外部電極
２０  絶縁分離層
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2003034453.tif 000008
【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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