(57)【要約】【課題】漏れ電流特性に優れ、低ＥＳＲ化を図ることができる生産性に優れた固体電解コンデンサ用陽極体およびその製造方法を提供することを目的とするものである。【解決手段】陽極となる弁作用金属箔の素子と、この弁作用金属箔の素子を挟んで上下に形成された弁作用金属の焼結体で構成される固体電解コンデンサ用陽極体であって、上記陽極体の中央部の弁作用金属箔と焼結体厚みの総和と、陽極体の端部の弁作用金属箔と焼結体厚みの総和の比が１．０５以内であることを特徴とする固体電解コンデンサ用陽極体とするものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極となる弁作用金属箔の素子と、この弁作用金属箔の素子を挟んで上下に形成された弁作用金属の焼結体で構成される固体電解コンデンサ用陽極体であって、上記陽極体の中央部の弁作用金属箔と焼結体厚みの総和と、陽極体の端部の弁作用金属箔と焼結体厚みの総和の比が１．０５以内であることを特徴とする固体電解コンデンサ用陽極体。
【請求項２】
陽極となる弁作用金属箔の素子と、この弁作用金属箔の素子を挟んで上下に弁作用金属の焼結体を形成する固体電解コンデンサ用陽極体の製造方法であって、上記弁作用金属箔の素子表面に陽極導出部を除いて弁作用金属の成形体（未焼結体）を形成する工程と、この成形体を加圧してその表面を平面にするとともに、上記陽極導出部を除く３辺の端面部の余分な成形体（未焼結体）を打ち抜いて除去する工程と、上記成形体（未焼結体）を焼結して焼結体を形成する工程とを備えた固体電解コンデンサ用陽極体の製造方法。
【請求項３】
成形体を形成する工程を弁作用金属の粉末とアクリル系バインダーと溶剤とを混合したスラリーを塗布した後、加熱乾燥により形成するようにした請求項２に記載の固体電解コンデンサ用陽極体の製造方法。
【請求項４】
成形体を形成する工程を弁作用金属の粉末とアクリル系バインダーと溶剤とを混合してシート状にし、このシートを弁作用金属箔に覆設して形成するようにした請求項２に記載の固体電解コンデンサ用陽極体の製造方法。
【請求項５】
弁作用金属箔の厚みに対する上記成形体の厚みの比を１．０〜４．０の範囲とした請求項２に記載の固体電解コンデンサ用陽極体の製造方法。
【請求項６】
弁作用金属箔がタンタル、ニオブ、アルミニウムの少なくとも１つ以上からなる請求項１に記載の固体電解コンデンサ用陽極体または請求項２に記載の固体電解コンデンサ用陽極体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種電子機器に使用される固体電解コンデンサに用いられる固体電解コンデンサ用陽極体およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電源回路の２次側やパーソナルコンピュータのＣＰＵ周りなどに使用される電解コンデンサは小型大容量化が強く望まれており、更に高周波に対応した低ＥＳＲ（等価直列抵抗）化が要求されている。
【０００３】
図６はこの種の従来の固体電解コンデンサの構成を示した断面図であり、同図において、２０は弁作用金属であるタンタルの金属粉末を所望の形状にプレス成形して焼結することにより得られた多孔質の陽極体であり、２１はこの陽極体２０に埋設されたタンタル線からなる陽極導出線である。
【０００４】
２２は上記陽極体２０の外表面に形成された誘電体酸化皮膜層、２３はこの誘電体酸化皮膜層２２上に形成された固体電解質層、２４はこの固体電解質層２３上に形成された陰極層であり、この陰極層２４はカーボンと銀ペイントを積層して形成されており、このようにしてコンデンサ素子２５が構成されている。２６は上記コンデンサ素子２５の陽極導出線２１に接続された陽極端子、２７は上記陰極層２４に導電性接着剤２８を介して接合された陰極端子、２９は上記陽極端子２６と陰極端子２７の一部が外表面に露呈するようにしてコンデンサ素子２５を被覆した外装樹脂であり、一般的にエポキシ系の樹脂が用いられている。なお、３０は補強樹脂である。
【０００５】
このような固体電解コンデンサにおいて、小型化と高耐圧の目的で、例えば、特許文献１には、タンタル箔の片面にタンタル粉末を加圧成形し、焼結を行い、酸化膜、半導体層、導体層を順次形成して成るタンタルコンデンサ素子を構成するということが提案されている。また、特許文献２には、弁作用金属粉末の成形体に弁金属からなるリードを取り付ける際に、そのリードの形状を厚み２００μｍ以下の箔形状としたコンデンサ素子が提案されている。
【特許文献１】特開平４−１０１４０６号公報
【特許文献２】特開２０００−１２３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記従来の固体電解コンデンサに用いられているコンデンサ素子において、弁作用金属粉末に陽極導出線を埋設した状態で所定の形状に成形して焼結したコンデンサ素子は、焼結体の容積に比べて陽極導出線の容積が小さすぎるため、これを用いた固体電解コンデンサにおいてはＥＳＲ特性が高くなるという課題を有している。
【０００７】
また、弁作用金属箔の表面に焼結体を形成したコンデンサ素子では、弁作用金属箔を用いることで小型化・低ＥＳＲ化を図ることはできるが、弁作用金属箔は弁作用金属粉末より焼結性が劣るため、弁作用金属粉末との密着性に問題があること、および弁作用金属箔上の成形体厚みの不均一が原因となって、結果として低ＥＳＲ化、低漏れ電流化を図ることに課題がある。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、漏れ電流特性に優れ、低ＥＳＲ化を実現する固体電解コンデンサ用陽極体および生産性に優れた固体電解コンデンサ用陽極体の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、陽極となる弁作用金属箔の素子と、この弁作用金属箔の素子を挟んで上下に形成された弁作用金属の焼結体で構成される固体電解コンデンサ用陽極体において、上記陽極体の中央部の弁作用金属箔と焼結体厚みの総和と、陽極体の端部の弁作用金属箔と焼結体厚みの総和の比が１．０５以内であることを特徴とする固体電解コンデンサ用陽極体とするものである。
【００１０】
また、上記陽極体は、弁作用金属箔の素子表面に陽極導出部を除いて弁作用金属の成形体（未焼結体）を形成する工程と、この成形体を加圧してその表面を平面にするとともに、上記陽極導出部を除く３辺の端面部の余分な成形体（未焼結体）を打ち抜いて除去する工程と、上記成形体（未焼結体）を焼結して焼結体を形成する工程とを備えた製造方法とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の固体電解コンデンサ用陽極体は、陽極体の中央部の弁作用金属箔と焼結体厚みの総和と、陽極体の端部の弁作用金属箔と焼結体厚みの総和の比が１．０５以内であることを特徴とするものであり、また、その製造方法を弁作用金属箔の素子表面に陽極導出部を除いて弁作用金属の成形体（未焼結体）を形成する工程と、この成形体を加圧してその表面を平面にするとともに、上記陽極導出部を除く３辺の端面部の余分な成形体（未焼結体）を打ち抜いて除去する工程と、上記成形体（未焼結体）を焼結して焼結体を形成する工程とを備えた製造方法とすることにより、弁作用金属箔の素子表面の成形体の形状を均一にすることができ、また、弁作用金属箔の素子表面及び３辺の端面部を覆うことができることから、これを焼結した陽極体は、陽極体の厚みがほぼ均一な焼結体になり、積層時に素子にかかる応力が一部分に偏らず素子全体に分散して受けることができるため、これを用いた固体電解コンデンサは漏れ電流の低減と低ＥＳＲ化を向上させることができるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態における固体電解コンデンサ用陽極体、およびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態における固体電解コンデンサ用陽極体の構成を示す斜視図および断面図である。同図において、１１は弁作用金属箔の素子、１２は弁作用金属の焼結体である。
【００１４】
上記弁作用金属箔の素子１１は、厚さ２０〜２５０μｍのアルミニウム、タンタル、ニオブなどからなる箔である。弁作用金属の焼結体１２もアルミニウム、タンタル、ニオブなどからなり、平均粒径として０．０１〜５μｍの粉末を成形して焼結したものである。
【００１５】
図２は上記固体電解コンデンサ用陽極体の製造工程を示すフローチャートである。まず、（イ）陽極となる弁作用金属箔の素子１１を用い、（ロ）この弁作用金属箔の素子１１の陽極導出部を除く表面に弁作用金属の成形体（未焼結体）１２ａを形成し、（ハ）この成形体（未焼結体）１２ａをプレス機１３に挿入して、（ニ）この成形体（未焼結体）１２ａを加圧してその表面を平面にすると共に、（ホ）上記陽極導出部分を除く３辺の端面部の余分な成形体（未焼結体）１２ａを打ち抜いて除去した後、（ヘ）上記成形体（未焼結体）１２ａを焼結して焼結体１２を形成することにより固体電解コンデンサ用陽極体を得ることができる。
【００１６】
上記（ハ）、（ニ）、（ホ）に用いるプレス機１３はプレスと打ち抜きの２段階の操作を有する装置である。１段目は成形体１２ａが必要以上に破壊されないように成形体１２ａ周囲にスペーサ（図示せず）を配置した上でダイ上に置いた成形体１２ａをプレスする構造であり、この段階で所定厚み以上の上下方向に存在する突起を押しつぶす。
【００１７】
この場合、乾燥された成形体１２ａにおいては成形バインダーの保型力のために成形体１２ａそのものが破壊されることはないが、押しつぶされた突起物は空間的に余裕のある端部外周方向に突出することになる。２段目の打ち抜きは端部外周方向の突出物を所定寸法に外周囲に設置した金型で打ち抜くようにしてある。この場合も成形バインダーの保型力のために成形体１２ａが破壊を起こすこともなく、設計厚みの成形体を得ることが可能となる。
【００１８】
このようにして得られた固体電解コンデンサ用陽極体は、弁作用金属箔の素子１１の表面に成形体１２ａを均一に形成することができ、また、素子１１の表面及び３辺の端面部を覆うことができることから、これを焼結した陽極体を用いた固体電解コンデンサは漏れ電流の低減と低ＥＳＲ化を向上させることができる。
【００１９】
次に、本発明の具体的な実施例について説明をする。
【００２０】
（実施例１）
まず、平均粒子径０．５μｍの公称４万ＣＶのタンタル粉末を用い、これをアクリル系バインダー及び溶剤と共に混合してスラリーを作製した。
【００２１】
次に、図３に示すような４×３ｍｍの焼結体層を形成するための素子をチドリ状に複数個設けたタンタル箔（厚さ２５μｍ）を用い、この素子部に上記スラリーを塗布（厚さ片面３７．５μｍ）した。その後、このスラリー層を約１２０℃で乾燥して成形体（未焼結体）を形成した。
【００２２】
次に、この成形体をプレス機に挿入して、この成形体を加圧してその表面を平面にする。このとき、成形体の設計厚みを保持するために１００μｍの厚みのスペーサを入れて両面からプレスする。
【００２３】
次に、プレスした状態で、成形体端部にはみ出した部分を金型により素子形状に打ち抜き、設計通りの形状をした成形体を得る。
【００２４】
次に、上記成形体を形成した素子を約５００℃に加熱することにより成形体層に含まれたバインダーを除去し、続いて約１３００℃で真空焼結することによりタンタル箔上に焼結体を形成して固体電解コンデンサ用陽極体を作製した。プレスにより成形体厚み制御をした結果、このときの陽極体素子中央部の箔と焼結体厚みの総和と、陽極体端子端部の箔と焼結体厚みの総和の比は１．０５となった。
【００２５】
次に、上記固体電解コンデンサ用陽極体をリン酸水溶液中で１５Ｖの陽極酸化を行うことによって焼結体およびタンタル箔の表面に誘電体酸化皮膜層を形成した。
【００２６】
次に、タンタル箔表面の焼結体が形成されていない部分に耐熱テープを貼り付けてマスクし、続いて硝酸マンガン３０％水溶液に浸漬後引き上げ、約２５０℃で熱分解することによって二酸化マンガンの固体電解質層を形成した。続いてこの固体電解質層上にカーボンと銀ペーストからなる陰極層を形成することによりタンタル箔からなるコンデンサ素子を形成した。
【００２７】
次に、上記マスクを除去したタンタル箔のコンデンサ素子を４枚積層して各コンデンサ素子どうしが重なり合うようにし、続いてマスクを除去した部分（陽極取り出し部となる部分）のタンタル箔をレーザ溶接により接合し、溶接されたタンタル箔を外部陽極端子に、陰極層を外部陰極端子に夫々接続し、この外部陽極端子と外部陰極端子の一部が夫々露呈する状態でコンデンサ素子をエポキシ樹脂で被覆するようにモールド成形した後、エージングを行って固体電解コンデンサを作製した。
【００２８】
（比較例１）
上記実施例１において、固体電解コンデンサ用陽極体を作製するときに、成形体の表面を平面にする工程をせずに直接焼結するようにした以外は上記実施例１と同様にして固体電解コンデンサ用陽極体および固体電解コンデンサを作製した。なおこの方法で作製した陽極体素子中央部の箔と焼結体厚みの総和と、陽極体素子端部の箔と焼結体厚みの総和の比は１．１であった。
【００２９】
上記実施例１および比較例１の固体電解コンデンサ用陽極体の成形体厚みばらつき（３σ／素子厚み平均値ａｖｒ）を図４に示し、その固体電解コンデンサの漏れ電流特性を図５に示す。なお、試料はｎ＝１００として、その平均値を示す。
【００３０】
図４および図５より、実施例１の固体電解コンデンサ用陽極体は、厚みばらつき（３σ／素子厚み平均値）を１０％以下にすることができ、突起高さも素子厚みの１／１０以下の成形体を得ることができた。
【００３１】
また、実施例１の固体電解コンデンサの漏れ電流特性が比較例１に比べて小さく、ばらつきも小さく安定したものが得られた。
【００３２】
このように、成形体の形成を弁作用金属粉末とアクリル系バインダーと溶剤とを混合したスラリーを塗布した後、加圧して加熱乾燥により形成するようにした製造方法とすることにより、成形体を均一な厚さで弁作用金属箔の素子表面に形成することができ、かつ生産性も向上することができる。
【００３３】
（実施例２）
上記実施例１において、固体電解コンデンサ用陽極体を下記のように作製した。
【００３４】
平均粒子径０．２μｍの公称８万ＣＶのタンタル粉末を用い、これをアクリル系バインダー及び溶剤と共に混合してスラリーを作製した。
【００３５】
次に、このスラリーを有機フィルム上に塗布し約１２０℃で乾燥してシート状にした。
【００３６】
次に、図３に示すような４×３ｍｍの焼結体層を形成するための素子をチドリ状に複数個設けたニオブ箔（厚さ５０μｍ）を用い、この素子部に上記シートを配置することにより成形体（厚さ２００μｍ）を形成した。
【００３７】
次に、この成形体をプレス機に挿入して、この成形体を加圧してその表面を平面にする。このとき、成形体の設計厚みを保持するために２５０μｍの厚みのスペーサを入れて両面からプレスした。
【００３８】
次に、プレスした状態で、成形体端部にはみ出した部分を金型により素子形状に打ち抜き、設計通りの形状をした成形体を得る。
【００３９】
次に、上記成形体を形成した素子を約５００℃に加熱することにより成形体層に含まれたバインダーを除去し、続いて約１３００℃で真空焼結することによりタンタル箔上に焼結体を形成して固体電解コンデンサ用陽極体を作製した。
【００４０】
この固体電解コンデンサ用陽極体を用いて上記実施例１と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
【００４１】
（実施例３）
上記実施例２において、成形体の厚さを５０μｍになるように形成した以外は上記実施例２と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
【００４２】
（実施例４）
上記実施例２において、成形体の厚さを１００μｍになるように形成した以外は上記実施例２と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
【００４３】
（実施例５）
上記実施例２において、成形体の厚さを１５０μｍになるように形成した以外は上記実施例２と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
【００４４】
（実施例６）
上記実施例２において、成形体の厚さを２５０μｍになるように形成した以外は上記実施例２と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
【００４５】
上記実施例２〜６の固体電解コンデンサについて、成形体のばらつき、固体電解コンデンサの漏れ電流およびＥＳＲ特性を（表１）に示す。なお、試料はｎ＝１００として、その平均値を示す。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
（表１）から明らかなように、実施例２〜５の固体電解コンデンサは、その成形体の厚みばらつき（３σ／素子厚み平均値）を１０％以下にすることができ、また、漏れ電流およびＥＳＲ特性も比較例１に比べて小さくすることができた。
【００４８】
なお、弁作用金属箔の厚みに対する成形体の厚みの比が１．０未満では、体積効率が悪く、容量の絶対値が低くなる。また、弁作用金属箔の厚みに対する成形体の厚みの比が４．０を超えると、容量引き出し率が悪くなることから、弁作用金属箔の厚みに対する成形体の厚みの比は１．０〜４．０の範囲が好ましい。
【００４９】
このように、成形体の形成をアクリル系バインダーと溶剤とを混合してシート状にし、このシートを弁作用金属箔に覆設して形成するようにした製造方法とすることにより、シート状の厚みを制御することができ、成形体を均一な厚さで弁作用金属箔の素子表面に形成することができ、作業時間も大幅に短縮でき、その形成も容易にできる。
【００５０】
（実施例７）
まず、平均粒子径０．２μｍの公称１０万ＣＶのタンタル粉末を用い、これをアクリル系バインダー及び溶剤と共に混合してスラリーを作製した。
【００５１】
次に、図３に示すような４×３ｍｍの焼結体層を形成するための素子をチドリ状に複数個設けたニオブ箔（厚さ７５μｍ）を用い、この素子部に上記スラリーを塗布（厚さ片面７０μｍ）した。その後、このスラリー層を約１２０℃で乾燥して成形体（未焼結体）を形成した。
【００５２】
次に、この成形体をプレス機に挿入して、この成形体を加圧してその表面を平面にする。このとき、成形体の設計厚みを保持するために２１５μｍの厚みのスペーサを入れて両面からプレスする。
【００５３】
次に、プレスした状態で、成形体端部にはみ出した部分を金型により素子形状に打ち抜き、設計通りの形状をした成形体を得る。
【００５４】
次に、上記成形体を形成した素子を約５００℃に加熱することにより成形体層に含まれたバインダーを除去し、続いて約１３００℃で真空焼結することによりタンタル箔上に焼結体を形成して固体電解コンデンサ用陽極体を作製した。
【００５５】
次に、上記固体電解コンデンサ用陽極体をリン酸水溶液中で１５Ｖの陽極酸化を行うことによって焼結体およびニオブ箔の表面に誘電体酸化皮膜層を形成した。
【００５６】
次に、ニオブ箔表面の焼結体が形成されていない部分に耐熱テープを貼り付けてマスクし、この陽極体を親水基を有するモノマーから得られるポリアニリンを１０ｗｔ％溶解した水溶液に浸漬した後、これを引き上げ溶媒である水を揮発させ、その後、１６０℃で５分間加熱処理を行い、導電性高分子層を形成した。
【００５７】
次に、ピロールモノマー０．５ｍｏｌ／リットルとプロピルナフタレンスルホン酸ナトリウム０．１ｍｏｌ／リットルをあらかじめ混合した後に溶媒である水とｐＨ調整剤としてプロピルリン酸エステルを添加しｐＨを２に調整した固体電解質形成用重合液を作製した。
【００５８】
この重合液中に上記陽極体の焼結体部を浸漬し、重合開始用電極を導電性高分子層表面に近接させて電解酸化重合を行い、導電性高分子層の表面に導電性高分子からなる固体電解質層を形成した。
【００５９】
続いて、この固体電解質層上にカーボンと銀ペーストからなる陰極層を形成することによりニオブ箔からなるコンデンサ素子を形成した。
【００６０】
次に、上記マスクを除去したニオブ箔のコンデンサ素子を４枚積層して各コンデンサ素子どうしが重なり合うようにし、続いてマスクを除去した部分（陽極取り出し部となる部分）のニオブ箔をレーザ溶接により接合し、溶接されたニオブ箔を外部陽極端子に、陰極層を外部陰極端子に夫々接続し、この外部陽極端子と外部陰極端子の一部が夫々露呈する状態でコンデンサ素子をエポキシ樹脂で被覆するようにモールド成形した後、エージングを行って固体電解コンデンサを作製した。
【００６１】
（実施例８）
上記実施例７において、導電性高分子層を硝酸マンガン３０％水溶液を用いて二酸化マンガン層を形成した以外は上記実施例７と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
【００６２】
（比較例２）
上記実施例７において、導電性高分子層および固体電解質層を硝酸マンガン３０％水溶液を用いて二酸化マンガン層を形成した以外は上記実施例７と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
【００６３】
上記実施例７，８の固体電解コンデンサと比較例２の固体電解コンデンサについて、静電容量および漏れ電流、ＥＳＲ特性を測定した結果を（表２）に示す。なお、試料はｎ＝１００として、その平均値を示す。
【００６４】
【表２】
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【００６５】
（表２）から明らかなように、実施例７，８の固体電解コンデンサは、導電性高分子の固体電解質層にすることにより、静電容量を高くすることができ、かつＥＳＲ特性も比較例２に比べて小さくすることができる。
【００６６】
なお、上記各実施例では弁作用金属粉末にタンタルを用い、アクリル系バインダーを例示したが、本発明はこの組み合わせに限定されるものではなく、弁作用金属であれば他の金属でも同様の効果を得ることが可能である。またバインダーについてもアクリル系に限定されることなく他の種類のバインダーであっても同様の効果を得ることが可能で固体電解コンデンサの漏れ電流特性の低減、安定化という効果を奏するものである。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の固体電解コンデンサ用陽極体およびその製造方法により、漏れ電流特性に優れ、低ＥＳＲ化を実現でき、電源回路の２次側やパーソナルコンピュータのＣＰＵ周りなどに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】（ａ）固体電解コンデンサ用陽極体の構成を示す斜視図、（ｂ）同断面図
【図２】本発明の実施の形態による固体電解コンデンサ用陽極体の製造工程を示すフローチャート
【図３】本発明の各実施例で用いた弁作用金属の素子形状を表した斜視図
【図４】本発明の各実施例および比較例における成形体の厚みばらつきの特性図
【図５】本発明の各実施例および比較例における固体電解コンデンサの漏れ電流特性図
【図６】従来の固体電解コンデンサの構成を示す断面図
【符号の説明】
【００６９】
１１  弁作用金属箔の素子
１２  弁作用金属の焼結体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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