(57)【要約】【課題】化成処理に要する時間が短く、化成液を高温に維持する必要がなく、さらには固体電解コンデンサの電気特性を向上させる固体電解コンデンサの製造方法を提供する。【解決手段】本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、弁作用金属で構成された陽極体に化成処理を施して、前記陽極体に誘電体酸化被膜を形成する工程を含んでおり、化成処理では、水、リン酸及び硫酸からなる化成液が使用され、化成液におけるリン酸及び硫酸の合計濃度は、１０乃至７５重量％であることを特徴とする。化成液は、１重量部のリン酸に対して０.５重量部以上の硫酸を含んでいるのが好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁作用金属で構成された陽極体に化成処理を施して、前記陽極体に誘電体酸化被膜を形成する工程を含む固体電解コンデンサの製造方法において、
前記化成処理では、水、リン酸及び硫酸からなる化成液が使用され、前記化成液におけるリン酸及び硫酸の合計濃度は、１０乃至７５重量％であることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
【請求項２】
前記化成液は、１重量部のリン酸に対して０.５重量部以上の硫酸を含んでいる、請求項１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】
【０００１】
本発明は、弁作用金属で構成された陽極体を具える固体電解コンデンサの製造方法に関しており、より詳細には、このような陽極体に誘電体酸化被膜を形成するために行われる化成処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
弁作用金属で構成された陽極体に、誘電体酸化被膜、さらには陰極層として機能する固体電解質層が形成されたコンデンサ素子を有する固体電解コンデンサは、大容量であり低ＥＳＲ(等価直列抵抗)であることから、特に高周波回路用のコンデンサとして広く使用されている。コンデンサ素子の陽極体には、タンタル、アルミニウム、ニオブ又はチタン等の弁作用金属の粉末を焼結して作製された焼結体が一般的に使用される。
【０００３】
固体電解コンデンサの製造において、陽極体への誘電体酸化被膜の形成は、陽極体に化成処理(陽極酸化処理)を施すことによって行われる。化成液(電解液)中に陽極体が浸漬されて、陽極体を陽極とした電気分解が行われることで、陽極体の表面が電気化学的に酸化される。化成液には、０.１乃至１.０重量％程度の濃度でリン酸を含むリン酸水溶液が一般的に使用されている(例えば、特許文献１を参照)。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３８４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような従来の化成処理を行って、コンデンサ素子の絶縁層として機能する誘電体酸化被膜を陽極体に形成するためには、５乃至１０時間程度の長い時間が必要とされる。そして化成処理の間、化成液の温度を６０℃程度に維持して酸化を促進する必要がある。これらの点から、従来の化成処理は、固体電解コンデンサの製造上の大きな負担となっており、固体電解コンデンサの生産性を悪化させる大きな要因となっている。
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決するものであって、化成処理に要する時間が短くて、化成液を高温に維持する必要がなく、さらには固体電解コンデンサの電気特性を向上させる固体電解コンデンサの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、弁作用金属で構成された陽極体に化成処理を施して、前記陽極体に誘電体酸化被膜を形成する工程を含んでおり、前記化成処理では、水、リン酸及び硫酸からなる化成液が使用され、前記化成液におけるリン酸及び硫酸の合計濃度は、１０乃至７５重量％であることを特徴とする。前記化成液は、１重量部のリン酸に対して０.５重量部以上の硫酸を含んでいるのが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の固体電解コンデンサの製造方法によれば、化成処理に要する時間が従来方法と比較して大幅に短縮され、また、化成液を室温にして化成処理を行うことが可能になることが発明者による実験によって確認された。さらに、固体電解コンデンサの製造方法を用いて作製された固体電解コンデンサの漏れ電流は、従来方法で作製された固体電解コンデンサと比較して低減されることも確認された。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を図を用いて説明する。図１は、本発明を用いて製造される固体電解コンデンサの断面図である。コンデンサ素子(1)は、タンタル、アルミニウム又はニオブ等の弁作用金属で構成された陽極体(3)を具えている。陽極体(3)は、弁金属の粉末を成形・焼結して作製された多孔質の焼結体であって、直方体のブロック状に形成されている。陽極体(3)には、その一面から突出するように、陽極引出線(5)が植立されている。陽極引出線(5)には、タンタルワイヤ等の弁作用金属製の金属線が使用される。図１の円で囲まれた領域は、陽極体(3)の断面の一部拡大図である。 多孔質である陽極体(3)の表面には、陽極酸化によって誘電体酸化被膜(7)が形成される。誘電体酸化被膜(7)上には、ポリピロール、ポリチオフェン又はポリアニリン等の導電性高分子で構成される固体電解質層(9)が形成される。なお。固体電解質層(9)は、ＴＣＮＱ錯塩や二酸化マンガン等で構成されてもよい。固体電解質層(9)上には、カーボン層(11)及び銀ペースト層(13)からなる陰極引出層(15)が形成される。
【００１０】
陽極引出線(5)には、導電性金属製(例えばステンレス製)の陽極端子部材(17)が接続される。陰極引出層(15)には、同じく導電性金属製の陰極端子部材(19)が接続される。外装樹脂(21)は、コンデンサ素子(1)を覆うように直方体状にモールド成形される。陽極端子部材(17)及び陰極端子部材(19)は、相反する向きに延びて外装樹脂(21)の外部に引き出される。陽極端子部材(17)及び陰極端子部材(19)は、外装樹脂(21)の外面に沿って屈曲され、陽極端子部材(17)及び陰極端子部材(19)の先端部は、外装樹脂(21)の下面に配置されて、陽極端子及び陰極端子として夫々機能する。外装樹脂(21)には、例えばエポキシ樹脂が用いられる。
【００１１】
次に、本発明の固体電解コンデンサの製造方法について説明する。まず、陽極引出線(5)が植立された陽極体(3)が準備される。陽極体(3)は、陽極引出線(5)の先端部をキャリアバー(31)に接合することで、水平に配置されたキャリアバー(31)の下側に配置される(図２参照)。キャリアバー(31)は、アルミニウム等の導電性金属製の棒材であって、陽極引出線(5)の先端部は、例えばキャリアバー(31)に抵抗溶接される。
【００１２】
次に、キャリアバー(31)に装着された陽極体(3)に化成処理が施されて、陽極体(3)(と陽極引出線(5)の一部)の表面に、誘電体酸化被膜(7)が形成される。図２に示すように、化成処理は、槽(33)内の化成液に陽極体(3)全体を浸漬して、槽(33)内に配置された陰極板(35)と陽極引出線(5)の間に、所定の時間、所定の電圧を印加して行われる。本発明の固体電解コンデンサの製造方法では、化成処理において、水、リン酸及び硫酸からなる化成液が使用される。化成液におけるリン酸及び硫酸の合計濃度は、１０乃至７５重量％にされる。化成液は、１重量部のリン酸に対して０.５重量部以上の硫酸を含んでいるのが好ましい。化成液の温度は、室温程度、つまり１５乃至３０℃程度でよく、酸化を促進するために化成液を加熱・保温する必要はない。しかしながら、化成液を加熱・保温しながら化成処理が行われてもよい。
【００１３】
化成処理が行われた後、化学重合又は電解重合が行われて、化成処理により形成された誘電体酸化被膜(7)上に導電性高分子で構成された固体電解質層(9)が形成される。固体電解質層(9)は、ＴＣＮＱ錯塩等を陽極体(3)に含浸させることで作製されてもよい。固体電解質層(9)が完成した後、洗浄及び乾燥、さらに、陰極引出層(15)(カーボン層(11)及び銀ペースト層(13))の形成が行われて、コンデンサ素子(1)が完成する。完成したコンデンサ素子(1)は、陽極引出線(5)を切断することで、キャリアバー(31)から分離される。その後、帯状の陽極端子部材(17)が、陽極引出線(5)に抵抗溶接され、同じく帯状の陰極端子部材(19)が、例えば導電性接着剤を用いて陰極引出層(15)に接合される。そして、コンデンサ素子(1)を被覆するように直方体状の外装樹脂(21)がモールド成形される。外装樹脂(21)が作製された後、陽極端子部材(17)及び陰極端子部材(19)が屈曲されて、図１に示す固体電解コンデンサが完成する。
【００１４】
次に、本発明の効果を検証するために行った実験の結果について説明する。上記の化成液に含まれるリン酸及び硫酸の合計濃度が、１重量％(実験１)、１０重量％(実験２)、５０重量％(実験３)及び７５重量％(実験４)である場合について、タンタルワイヤが植設されたタンタル焼結体に化成処理を施した後、誘電体酸化被膜の欠損に起因する漏れ電流の測定を行った。実験１乃至４の何れについても、化成液に含まれるリン酸と硫酸の重量比は、リン酸１重量部に対して硫酸０.５重量部とされた。化成処理は、８Ｖの化成電圧で４０分間行われた。また、化成処理の間、化成液の温度調整は行われずに、その温度は室温程度にされた。漏れ電流の測定は、リン酸を０.０２重量％の濃度で含むリン酸水溶液中に化成処理後の陽極体を浸漬し、タンタルワイヤと水溶液中の陰極板に２.５Ｖの電圧を印加して、２０秒後と４０秒後にタンタルワイヤを流れる電流値を測定することで行われた。
【００１５】
比較のために、硫酸を含まない水及びリン酸からなる化成液を用いた実験も行った。具体的には、リン酸濃度が、１重量％(実験５)、１０重量％(実験６)、５０重量％(実験７)及び７５重量％(実験８)である場合について、タンタルワイヤが埋設されたタンタル焼結体に化成処理を施して、上記と同様に漏れ電流を測定した。化成処理は、８Ｖの化成電圧で４０分間行われて、その間、化成液の温度は室温程度にされた。さらに、従来方法によって化成処理を行った場合(具体的には、リン酸濃度が０.０１７重量％であって、６０℃に維持されたリン酸水溶液を用いて、８Ｖの化成電圧で１０時間化成処理を行った場合)についても、漏れ電流の測定が同様に行われた。
【００１６】
表１に、実験１乃至４における漏れ電流の測定結果を示す。表２に、実験５乃至８における漏れ電流の測定結果を示す。各実験では５個のサンプルが作製されており、表１及び表２に示された数値は、それらのサンプルの漏れ電流の平均値である。また、図３及び図４に、これらの測定結果をグラフで示す。横軸は、化成液におけるリン酸及び硫酸の合計濃度又はリン酸の濃度である。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
【表２】
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【００１９】
水、リン酸及び硫酸からなる化成液を用いた実験１乃至４に注目すると、リン酸及び硫酸の合計濃度が１重量％から１０重量％に増加すると、２０秒後及び４０秒後の漏れ電流の値が顕著に減少すること、さらに、その後の濃度の増加に伴う漏れ電流の減少は緩やかであることが理解される。また、従来方法を用いた場合における２０秒後の漏れ電流は２.７μＡであり、４０秒後の漏れ電流は１.６μＡであったことから、リン酸及び硫酸の合計濃度が１０重量％以上であると、従来方法を用いた場合と比較して漏れ電流が低減されることが理解される。
【００２０】
硫酸を含まない化成液を用いた実験５乃至８に注目すると、リン酸の濃度が少なくとも５０重量％以上になると、４０秒後の漏れ電流が従来方法を用いた場合よりも小さいことが確認されたが、リン酸の濃度が１０重量％である場合(実験５)に、４０秒後の漏れ電流の改善は確認されなかった。また、２０秒後の漏れ電流については、リン酸の濃度が５０重量％である場合(実験７)のみしか、漏れ電流の改善は確認されなかった。これらの測定結果から、リン酸水溶液よりも、リン酸及び硫酸を含む化成液を用いることが効果的であることが理解される。また、化成液は、１重量部のリン酸に対して０.５重量部以上の硫酸を含んでいることが好ましいことが理解できる。
【００２１】
表３は、上記の実験１乃至４において、化成時間を２０分にした場合における漏れ電流の測定結果である。表４は、実験５乃至８において、化成時間を２０分にした場合における漏れ電流の測定結果である。図５及び図６に、これらの測定結果をグラフで示す。
【００２２】
【表３】
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【００２３】
【表４】
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【００２４】
表３に示す２０秒後の漏れ電流の何れも、従来方法を用いた場合における漏れ電流の値である２.７μＡを超えており、４０秒後の漏れ電流の何れも、従来方法を用いた場合の値である１.６μＡ以上となっている。表１に示す結果を踏まえると、本発明を用いることで、従来方法で作製された固体電解コンデンサよりも漏れ電流が低減された固体電解コンデンサが、少なくとも４０分の化成時間を行うことで得られることが理解される。
【００２５】
硫酸の粘性はリン酸よりも低いことから、水、リン酸及び硫酸からなる化成液の取扱いは、水及びリン酸からなる化成液よりも容易である。リン酸濃度が７５重量％である化成液を用いた場合(実験８)、化成時間を２０分にすると、２０秒後及び４０秒後の漏れ電流は顕著に増加したが、これは、リン酸が高粘性であることに起因して、化成液がタンタル焼結体の細孔を通り難くなったことが原因ではないかと推測される。リン酸及び硫酸の合計濃度が７５重量％含む水溶液を化成液として用いた場合には(実験４)、化成時間を２０分にしても、上記のような漏れ電流の増加は確認されなかった。
【００２６】
上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を減縮する様に解すべきではない。また、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の固体電解コンデンサの製造方法を用いて製造される固体電解コンデンサの断面図である。
【図２】本発明の化成処理の模様を示す側面図である。化成液と槽は破断して示してある。
【図３】本発明の効果を検証するために行った実験の結果を示すグラフである。
【図４】本発明の効果を検証するために行った実験の結果を示すグラフである。
【図５】本発明の効果を検証するために行った実験の結果を示すグラフである。
【図６】本発明の効果を検証するために行った実験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
(1)     コンデンサ素子
(3)     陽極体
(5)     陽極引出線
(7)     誘電体酸化被膜
(9)     固体電解質層
(31)    キャリアバー
(33)    槽
(35)    陰極板
【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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