(57)【要約】【課題】ＥＳＲを低減させ、静電容量及びＥＳＬの向上を可能とした固体電解コンデンサを提供する。【解決手段】陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子に、重合性モノマーと酸化剤とを含浸して導電性ポリマーからなる固体電解質層を形成し、このコンデンサ素子を有底筒状のケースに収納し、封ロゴムで封止してなる固体電解コンデンサにおいて、封ロゴムのゴム厚とケースの長さの比を０．２８以下とする。重合性モノマーとしてＥＤＴを用いた場合、コンデンサ素子に含浸するＥＤＴとしては、ＥＤＴモノマーを用いることができるが、ＥＤＴと揮発性溶媒とを１：０〜１：３の体積比で混合したモノマー溶液を用いることもできる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回したコンデンサ素子に、重合性モノマーと酸化剤とを含浸して導電性ポリマーからなる固体電解質層を形成し、このコンデンサ素子を有底筒状のケースに収納し、封ロゴムで封止してなる固体電解コンデンサにおいて、
前記封ロゴムのゴム厚と前記ケースの長さの比を０．２８以下としたことを特徴とする固体電解コンデンサ。
【請求項２】
前記重合性モノマーが、チオフェン誘導体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。
【請求項３】
前記チオフェン誘導体が、３，４−エチレンジオキシチオフェンであることを特徴とする請求項２に記載の固体電解コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体電解コンデンサに係り、特に、等価直列抵抗（以下、ＥＳＲと記す）、静電容量及びインダクタンス（以下、ＥＳＬと記す）の良好な固体電解コンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
タンタルある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、陽極側対向電極としての弁作用金属を焼結体あるいはエッチング箔等の形状にして誘電体を拡面化することにより、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いる。特に、電解質に固体電解質を用いた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、チップ化しやすく、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、低コスト化に欠かせないものとなっている。
【０００３】
この種の固体電解コンデンサにおいて、小型、大容量用途としては、一般に、アルミニウム等の弁作用金属からなる陽極箔と陰極箔をセパレータを介在させて巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子に駆動用電解液を含浸し、アルミニウム等の金属製ケースや合成樹脂製のケースにコンデンサ素子を収納し、密閉した構造を有している。なお、陽極材料としては、アルミニウムを初めとしてタンタル、ニオブ、チタン等が使用され、陰極材料には、陽極材料と同種の金属が用いられる。
【０００４】
また、固体電解コンデンサに用いられる固体電解質としては、二酸化マンガンや７、７、８、８−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）錯体が知られているが、近年、反応速度が緩やかで、かつ陽極電極の酸化皮膜層との密着性に優れたポリエチレンジオキシチオフェン（以下、ＰＥＤＴと記す）等の導電性ポリマーに着目した技術（特許文献１参照）が存在している。
【０００５】
このような巻回型のコンデンサ素子にＰＥＤＴ等の導電性ポリマーからなる固体電解質層を形成するタイプの固体電解コンデンサは、以下のようにして作製される。まず、アルミニウム等の弁作用金属からなる陽極箔の表面を塩化物水溶液中での電気化学的なエッチング処理により粗面化して、多数のエッチングピットを形成した後、ホウ酸アンモニウム等の水溶液中で電圧を印加して誘電体となる酸化皮膜層を形成する（化成）。陽極箔と同様に、陰極箔もアルミニウム等の弁作用金属からなるが、その表面にはエッチング処理を施すのみである。
【０００６】
このようにして表面に酸化皮膜層が形成された陽極箔とエッチングピットのみが形成された陰極箔とを、セパレータを介して巻回してコンデンサ素子を形成する。続いて、修復化成を施したコンデンサ素子に、３，４−エチレンジオキシチオフェン（以下、ＥＤＴと記す）等の重合性モノマーと酸化剤溶液をそれぞれ吐出し、あるいは両者の混合液に浸漬して、コンデンサ素子内で重合反応を促進し、ＰＥＤＴ等の導電性ポリマーからなる固体電解質層を生成する。その後、このコンデンサ素子を有底筒状の外装ケースに収納して固体電解コンデンサを作成する。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２−１５６１１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、電子情報機器はデジタル化され、さらにこれらの電子情報機器の心臓部であるマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）の駆動周波数の高速化が進んでいる。これに伴って、消費電力の増大化が進み、発熱による信頼性の問題が顕在化してきたため、その対策として駆動電圧の低減化が図られてきた。
【０００９】
上記駆動電圧の低減化を図るため、マイクロプロセッサに高精度な電力を供給する回路として電圧制御モジュールと呼ばれるＤＣ−ＤＣコンバーターが広く使用されており、その出力側コンデンサには、電圧降下を防ぐためＥＳＲの低いコンデンサが多数用いられている。このような低ＥＳＲ特性を有するコンデンサとして、上述したような固体電解コンデンサが実用化され、多用されている。
【００１０】
しかしながら、マイクロプロセッサの駆動周波数の高速化は著しく、それに伴って消費電力がさらに増大し、それに対応するために電圧降下を防ぐためのコンデンサからの供給電力のさらなる増大化が求められている。すなわち、大きな電力を短時間で供給することができなければならず、このために固体電解コンデンサには大容量化、小型化、低電圧化と共に、さらに優れたＥＳＲ特性が要求されている。
【００１１】
また、使用周波数が高まるにつれ、高周波領域でのコンデンサのインダクタンス成分に起因する挿入損失の増大が問題となり、コンデンサのインダクタンス（ＥＳＬ）の低減が要求されるようになってきた。
【００１２】
さらに、近年、環境問題から高融点の鉛フリー半田が用いられるようになり、半田リフロー温度が２００〜２２０℃から２３０〜２７０℃へとさらに高温化している。そのため、このような高温半田に対応可能な電解コンデンサが求められているが、このような高温下に置かれると、電解コンデンサ内部の電解液の蒸気圧によって、ゴム膨れが生じるので、ゴム厚を厚くして対応しなければならなかった。
なお、このような問題点は、重合性モノマーとしてＥＤＴを用いた場合に限らず、他のチオフェン誘導体、ピロール、アニリン等を用いた場合にも同様に生じていた。
【００１３】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、ＥＳＲをさらに低減させることができ、静電容量及びＥＳＬの向上を可能とした固体電解コンデンサを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく、ＥＳＲをさらに低減させることができ、静電容量及びＥＳＬの向上を可能とした固体電解コンデンサを提供すべく、鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至ったものである。
【００１５】
一般に、電解コンデンサは高温下に置かれると、電解コンデンサ内部の電解液の蒸気圧によってゴム膨れが生じるので、ゴム厚を厚くして対応しなければならなかった。しかし、電解質として導電性ポリマーを用いた固体電解コンデンサにおいては、この高温特性が良好で、このゴム厚を小さくすることができるという利点がある。
【００１６】
本発明者はこの点に着目し、ゴム厚を小さくすることによってケース内のスペースを確保し、これにより、ケース内に収納されるコンデンサ素子の箔面積を大きくして、ＥＳＲをさらに低減させ、静電容量及びＥＳＬの向上を可能とすべく、封口ゴムのゴム厚とケースの長さとの関係について検討し、本発明を完成するに至ったものである。
【００１７】
（封口ゴムの厚さ／ケース長）
本発明者は、封口ゴムのゴム厚を種々変えて検討したところ、封口ゴムのゴム厚／ケース長の比を、０．２９以下、好ましくは０、２５以下とすることによって、ＥＳＬは従来の０．９倍までに低減でき、さらに箔面積を大きくできるので、ＥＳＲを０．８倍までに低減することができることが分かった。
このように、ＥＳＬを低減することができる理由は、ゴム厚を小さくすることによって、コンデンサ素子のリード線を短くすることができるので、リード線に起因するＥＳＬを低減することができるためと考えられる。
【００１８】
（封口ゴム）
封口ゴムとしては、ブチルゴム、好ましくは樹脂架橋ブチルゴムを用いることが望ましい。その理由は、耐熱性が良好で、リフロー特性が向上するからである。
【００１９】
（セパレータ）
さらに、巻回型の固体電解コンデンサにおいて、セパレータとして耐熱性樹脂を含むセパレータを用いると、高温リフロー特性は向上するので好適である。
このような耐熱性樹脂を含むセパレータとしては、アラミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、全芳香族ポリエステル、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリ４フッ化エチレン、ポリアミノビスマレイミドから選ばれる耐熱性高分子の繊維を用いた織布、不織布または紙や、これらの耐熱性高分子を用いた多孔質フィルムを挙げることができる。
【００２０】
また、前記の織布、不織布または紙に、ポリプロピレン、ナイロン、レーヨン、エチレン−４フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデンから選ばれる熱可塑性高分子繊維が含まれていても良く、さらにはエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂をバインダーとして用いても良い。
【００２１】
（ＥＤＴ及び酸化剤）
重合性モノマーとしてＥＤＴを用いた場合、コンデンサ素子に含浸するＥＤＴとしては、ＥＤＴモノマーを用いることができるが、ＥＤＴと揮発性溶媒とを１：０〜１：３の体積比で混合したモノマー溶液を用いることもできる。
前記揮発性溶媒としては、ペンタン等の炭化水素類、テトラヒドロフラン等のエーテル類、ギ酸エチル等のエステル類、アセトン等のケトン類、メタノール等のアルコール類、アセトニトリル等の窒素化合物等を用いることができるが、なかでも、メタノール、エタノール、アセトン等が好ましい。
【００２２】
また、酸化剤としては、エタノールに溶解したパラトルエンスルホン酸第二鉄、過ヨウ素酸もしくはヨウ素酸の水溶液を用いることができ、酸化剤の溶媒に対する濃度は４０〜６５ｗｔ％が好ましく、４５〜５７ｗｔ％がより好ましい。酸化剤の溶媒に対する濃度が高い程、ＥＳＲは低減する。なお、酸化剤の溶媒としては、上記モノマー溶液に用いた揮発性溶媒を用いることができ、なかでもエタノールが好適である。酸化剤の溶媒としてエタノールが好適であるのは、蒸気圧が低いため蒸発しやすく、残存する量が少ないためであると考えられる。
【００２３】
（修復化成の化成液）
修復化成の化成液としては、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム等のリン酸系の化成液、ホウ酸アンモニウム等のホウ酸系の化成液、アジピン酸アンモニウム等のアジピン酸系の化成液を用いることができるが、なかでも、リン酸二水素アンモニウムを用いることが望ましい。また、浸漬時間は、５〜１２０分が望ましい。
【００２４】
（他の重合性モノマー）
本発明に用いられる重合性モノマーとしては、上記ＥＤＴの他に、ＥＤＴ以外のチオフェン誘導体、アニリン、ピロール、フラン、アセチレンまたはそれらの誘導体であって、所定の酸化剤により酸化重合され、導電性ポリマーを形成するものであれば適用することができる。なお、チオフェン誘導体としては、下記の構造式のものを用いることができる。
【化１】
2004127997.tif 000002
【００２５】
【実施例】
続いて、以下のようにして製造した実施例及び従来例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。
【００２６】
（実施例１）
表面に酸化皮膜層が形成された陽極箔と陰極箔とを巻回してコンデンサ素子を形成した後、修復化成を行った。また、４０ｗｔ％のｐ−トルエンスルホン酸第二鉄のブタノール溶液を作成し、ＥＤＴとこの酸化剤溶液を１：３の割合で混合し、重合液を作成した。この重合液にコンデンサ素子を浸漬し、コンデンサ素子に重合液を含浸させた。このコンデンサ素子を１２０℃の恒温槽内に１時間放置して重合を行い、固体電解質層を形成した。そして、このコンデンサ素子を有底筒状のアルミニウムケースに収納し、開口端部に封口ゴムを装着して、加締め加工によって封止した。その後に、１５０℃、１２０分、５．２Ｖの電圧印加によってエージングを行い、固体電解コンデンサを形成した。
なお、封口ゴムのゴム厚／ケース長は０．２８とした。また、この固体電解コンデンサの定格電圧は４ＷＶ、定格容量は１５０μＦである。
【００２７】
（実施例２）
封口ゴムのゴム厚／ケース長は０．２５とした。その他の条件及び工程は、実施例１と同様である。
【００２８】
（比較例１）
封口ゴムのゴム厚／ケース長は０．３３とした。その他の条件及び工程は、実施例１と同様である。
【００２９】
（比較例２）
電解質として、γ−ブチロラクトンを溶媒とし、四級化環状アミジニウム塩を溶質とした電解液を用い、封口ゴムのゴム厚／ケース長は０．２８とした。その他の条件及び工程は、実施例１と同様である。
【００３０】
（比較例３）
比較例２において、封口ゴムのゴム厚／ケース長を０．３３とした。
【００３１】
［比較結果］
上記の方法により得られた実施例１、実施例２及び比較例１について、静電容量、ＥＳＲ及びＥＳＬを調べたところ表１に示したような結果が得られた。
【表１】
2004127997.tif 000003
【００３２】
表１から明らかなように、封口ゴムのゴム厚／ケース長の比を０．２８とした実施例１は、比較例１に比べて、静電容量は約１．２倍、ＥＳＲは約０．７４倍、ＥＳＬは約０．８８倍となった。また、封口ゴムのゴム厚／ケース長の比を０．２５とした実施例２は、比較例１に比べて、静電容量は約１．１４倍、ＥＳＲは約０．８７倍、ＥＳＬは約０．９２倍となった。このように、封口ゴムのゴム厚／ケース長の比を０．２８以下とした実施例においては、良好な結果が得られた。
【００３３】
また、封口ゴムのゴム厚／ケース長の比を、実施例１と同様に０．２８とし、電解質として、γ−ブチロラクトンを溶媒とし、四級化環状アミジニウム塩を溶質とした電解液を用いた比較例２では、リフロー時にゴム膨れが発生したが、実施例１、実施例２及び比較例３においては、ゴム膨れの発生はなかった。
【００３４】
このことから、電解質として電解液を用いた場合には、封口ゴムのゴム厚／ケース長の比を０．２８以下とするとゴム膨れが発生し、また、封口ゴムのゴム厚／ケース長の比を０．２８以下とする場合には、電解質としては固体電解質を用いることが好ましいことが分かった。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、封ロゴムのゴム厚とケースの長さの比を０．２８以下とすることにより、ＥＳＲをさらに低減させることができ、静電容量及びＥＳＬの向上を可能とした固体電解コンデンサを提供することができる。