(57)【要約】【課題】機械的強度が改善され、漏れ電流の増加を抑制しうる固体電解コンデンサ素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】陽極リードを植立した弁作用金属粉末を加圧成形して成形体を形成し、該成形体を焼結して焼結体を形成する固体電解コンデンサ素子およびその製造方法において、前記成形体が、バインダーを添加した第１の弁作用金属粉末に陽極リードを植立し、加圧成形した層と、バインダーを含まない第２の弁作用金属粉末の層を加圧成形した層とからなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極リードを植立した弁作用金属粉末を加圧成形して成形体を形成し、該成形体を焼結して焼結体を形成する固体電解コンデンサ素子において、
前記成形体が、バインダーを添加して形成された第１の弁作用金属粉末層と、
少なくとも第１の弁作用金属粉末層の陽極リード植立面上に、バインダーを添加しないで形成された第２の弁作用金属粉末層とからなることを特徴とする固体電解コンデンサ素子。
【請求項２】
前記第２の弁作用金属粉末が、前記第１および第２の弁作用金属粉末を合わせた弁作用金属粉末全供給量に対し０．５〜２０．０ｗｔ％を占め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素子。
【請求項３】
弁作用金属粉末を加圧成形して成形体を形成し、該成形体を焼結して焼結体を形成する固体電解コンデンサ素子の製造方法において、
前記成形体が、バインダーを添加した第１の弁作用金属粉末に陽極リードを植立して、加圧成形し、
少なくとも前記成形体の前記陽極リードを植立した面に、バインダーを添加しない第２の弁作用金属粉末の層を形成することを特徴とする固体電解コンデンサ素子の製造方法。
【請求項４】
前記第２の弁作用金属粉末が、前記第１および第２の弁作用金属粉末を合わせた弁作用金属粉末全供給量に対し０．５〜２０．０ｗｔ％を占めることを特徴とする請求項３に記載の固体電解コンデンサ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電解コンデンサ素子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、固体電解コンデンサ素子を製造する場合、弁作用金属粉末を加圧成形する工程において、弁作用金属粉末にバインダーを添加して成形を行う。このバインダーを添加しないと、連続成形時における弁作用金属粉末の流れ性が悪化し、成形素子の重量にばらつきが生じ、重量が少ない素子の機械的強度が弱くなり、固体電解コンデンサの製造過程で加わるストレスにより、漏れ電流が増加することがあった。
【０００３】
このため、従来、固体電解コンデンサ素子は、弁作用金属粉末に液状または霧状としたポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等のバインダーを添加して造粒粉末を形成し、図５に示すように、造粒粉末３を金型に供給するとともに、金型中の造粒粉末３に陽極リード４を植立し、加圧成形して成形体を形成し、さらに、この成形体を高温で真空焼結することによって製造されている（特許文献１参照）。
しかし、この方法では、加圧成形後に成形体を金型から取り出した時生じるバインダーの弾性膨張によって、成形体の機械的強度が低下するという問題があった。
【０００４】
また、加圧成形工程を、第１のバインダーにて第１の弁作用金属粉末を造粒後、陽極リード４を植立して加圧成形する第１の工程と、該成形体を、第２のバインダーにて第２の弁作用金属粉末を造粒した造粒粉末で覆い、加圧成形する第２の工程とから構成するとともに、弁作用金属粉末に対する第１のバインダーの混合率を、第２のバインダーの混合率より高くする固体電解コンデンサ素子の製造方法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
しかし、上記の方法においては、素子外部でバインダーの弾性膨脹が生じ、機械的強度が低下し、電解コンデンサの製造過程で生じる圧力や応力等の影響で漏れ電流が増加するという問題があった。さらに、成形体素子の体積を多段階に大きくしているため、段階的に成形する度に成形金型を変える必要が生じ、工数がかかるという問題があった。
【０００６】
また近年、固体電解コンデンサの小形化、薄形化に伴い、固体電解コンデンサ素子に使用される弁作用金属粉末の微細化に伴い、焼結温度の低温化が進んでいる。その結果、固体電解コンデンサ素子の機械的強度低下が顕著となり、固体電解コンデンサの製造過程において漏れ電流が増加するという問題が生じている。
特に、成形体における陽極リード植立面においては、粉末と陽極リードとの接合が弱くなるため、製造過程で生じる圧力や応力等の影響を受けやすくなっている。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−６５５０２号公報
【特許文献２】特開２００５−２７６９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するもので、比較的簡易な方法で機械的強度を改善し、漏れ電流の増加を抑制しうる固体電解コンデンサ素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の構成は、陽極リードを植立した弁作用金属粉末を加圧成形して成形体を形成し、該成形体を焼結して焼結体を形成する固体電解コンデンサ素子の製造方法において、前記成形体が、バインダーを添加した第１の弁作用金属粉末層と、少なくとも第１の弁作用金属粉末層の陽極リード植立面上に、バインダーを添加しないで形成された第２の弁作用金属粉末層とからなることを特徴とする固体電解コンデンサ素子である。
【００１０】
さらに、上記構成において、前記第２の弁作用金属粉末が、前記第１および第２の弁作用金属粉末を合わせた弁作用金属粉末全供給量に対し０．５〜２０．０ｗｔ％を占めることが好ましい。
【００１１】
また、弁作用金属粉末を加圧成形して成形体を形成し、該成形体を焼結して焼結体を形成する固体電解コンデンサ素子の製造方法において、前記成形体が、バインダーを添加した第１の弁作用金属粉末に陽極リードを植立して加圧成形し、少なくとも前記成形体の前記陽極リードを植立した面に、バインダーを添加しない第２の弁作用金属粉末の層を形成することを特徴とする固体電解コンデンサ素子の製造方法である。
【００１２】
さらに、前記第２の弁作用金属粉末が、前記第１および第２の弁作用金属粉末を合わせた弁作用金属粉末全供給量に対し０．５〜２０．０ｗｔ％を占めることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、陽極リード植立面を機械的強度が比較的高い層（第２の弁作用金属粉末の層；バインダーなし）で形成しつつ、成形後に成形体を金型から取り出した時点における第１の弁作用金属粉末の層（バインダーを添加した層）の陽極リード植立面方向への弾性膨張を防ぐことができる。
よって、簡易な方法で、陽極リード植立面の機械的強度を比較的高くでき、弾性膨脹による成形体素子の機械的強度の低下を低減することができるため、固体電解コンデンサの製造過程に加わるストレスによる漏れ電流の増加を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
［実施例１］
弁作用金属粉末として、粒径が０．１〜４００μｍ程度の粒度分布を有するタンタル粉末を使用し、また、バインダーとして、タンタル粉末の重量に対し５．０ｗｔ％のポリビニルアルコールを水に溶解して調製した液状バインダーを使用し、タンタル粉末にバインダーを添加することによって、第１の造粒粉末を作製した。また、弁作用金属粉末として、バインダーを含まない０．１〜４００μｍ程度の粒度分布を有するタンタル粉末を使用し、第２の造粒粉末を得た。
なお、粒径の測定は、走査型電子顕微鏡を用いてタンタル粉末を観察し、各タンタル粒子の水平方向の最大幅の測定値をその粒子の直径として行い、タンタル粒子１００個の直径の平均値を粒径とした。
【００１６】
そして、第１および第２の造粒粉末を、図４に示した工程において成形加工し、成形体を作製した。図４を参照して説明すると、まず、第１の工程（左端の図）として、第１の造粒粉末２を成形金型７に供給し、陽極リード４を植立した後、加圧成形した（左から２番目の図）。
さらに、第２の工程として、第２の造粒粉末３を、第１および第２の造粒粉末２、３の全供給量の５．０ｗｔ％を占める量だけ成形金型７に供給し（左から３番目の図）、加圧成形を行って成形体１を作製した（左から６番目の図）。作製した成形体１の構造を図１に模式的に示した。図１（Ａ）は、斜視図であり、図１（Ｂ）は、断面図である。
【００１７】
その後、成形体１を、６００℃の高真空雰囲気中に入れて成形体中のバインダーを熱分解して飛散させた後、１３００℃で１０分間焼結し、タンタル焼結体を得た。さらに、この陽極体を０．１ｗｔ％リン酸溶液中で１８Ｖで化成し、五酸化タンタルからなる酸化皮膜を形成し、その上に固体電解質層として二酸化マンガン層、陰極引出層としてカーボン層および銀ペースト層を順次形成して、固体電解コンデンサ素子を得た。
【００１８】
そして、このコンデンサ素子の陽極リード４を、溶接により陽極端子に接続するとともに、陰極層を導電性接着剤により陰極端子に接続した後、外装樹脂を施すことによりチップ状タンタル固体電解コンデンサを１０００個作製した。
【００１９】
［実施例２〜４、比較例１、２］
第１の工程として、第１の造粒粉末２を成形金型７に供給し、陽極リード４を植立しつつ加圧成形した後、第２の工程において、第２の造粒粉末３を、実施例１とは異なる割合で（以下の表１参照）成形金型７に供給し、加圧成形した以外は、実施例１と同様にしてチップ状タンタル固体電解コンデンサを作製した。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
（従来例１）
実施例１で使用したものと同じ第１の造粒粉末を使用し、図５に示した工程において加圧成形を行い、成形体を作製した。図５を参照して説明すると、第１の造粒粉末２を成形金型７に供給し（左端の図）、陽極リード４を植立させた後（左から４番目の図）、加圧成形して成形体１を作製した（左から５番目の図）。作製した成形体１の構造を図２に模式的に示す。図２（Ａ）は、斜視図であり、図２（Ｂ）は、断面図である。
成形体形成後は、実施例１と同様の方法でチップ状タンタル固体電解コンデンサを作製した。
【００２２】
（従来例２）
弁作用金属粉末として、実施例１と同様のタンタル粉末を使用し、また、バインダーとして、タンタル粉末の重量に対し１０．０ｗｔ％のポリビニルアルコールを水に溶解して調製した液状バインダーを使用し、タンタル粉末にバインダーを添加することによって、第３の造粒粉末を作製した。
【００２３】
さらに、弁作用金属粉末として、実施例１と同様のタンタル粉末を使用し、また、バインダーとして、タンタル粉末の重量に対し５．０ｗｔ％のポリビニルアルコールを水に溶解して調製した液状バインダーを使用し、タンタル粉末にバインダーを添加することによって、第４の造粒粉末を作製した。
【００２４】
そして、第３および第４の造粒粉末を、図６に示した工程において加圧成形し、成形体１を作製した。図６を参照して説明すると、まず、第１の工程として、第３の造粒粉末５を成形金型７’に供給し（左端の図）、陽極リード４を植立した後、加圧成形した（左から２番目の図）。続けて、第４の造粒粉末６を成形金型７’に供給し、第１の工程で得た成形体の外側を第３の造粒粉末５によって覆い（左から３番目の図）、加圧成形して成形体１を作製した（左から５番目の図）。作製した成形体１の構造を図３に模式的に示す。図３（Ａ）は、斜視図であり、図３（Ｂ）は断面図である。
成形体形成後は、実施例１と同様にチップ状タンタル固体電解コンデンサを作製した。
【００２５】
そして、実施例１および従来例１、２のチップ状タンタル固体電解コンデンサについて、種々の特性を測定した。測定結果を、図７〜図１１に示す。
図７は、陽極リード植立面の機械的強度を比較すべく、焼結体から陽極リードを引抜くのに要する力をプッシュプルゲージで測定した結果である。図８は、漏れ電流値（定格電圧印加、１分後）の測定結果であり、図９は、１２０Ｈｚでの静電容量出現率の測定結果であり、図１０は、ｔａｎδ値の測定結果であり、図１１は、１００ｋＨｚでのＥＳＲ値の測定結果である。
【００２６】
さらに、図１２〜図１５は、実施例１〜４および比較例１、２のタンタル固体電解コンデンサについて、種々の電気特性の比較図である。
【００２７】
まず、図１〜図３を参照して、成形体の構造について比較する。
図２に示すように、従来例１の成形体では、陽極リード植立面を含む成形体の全体にわたってバインダーが含まれている。また、図３に示すように、従来例２の成形体では、成形体の外周部は陽極リード植立面を含め、バインダーの混合量が少ないが、成形体の全体にわたってバインダーが含まれている。従来例１、２のいずれにおいても、成形後に成形体を金型から取り出した時点で、バインダーを含んだ部分によるバインダーの弾性膨張によって成形体の機械的強度が低下する。
【００２８】
一方、実施例１では、図１に示すように、陽極リード植立面にバインダーを含まない層を形成し、成形後の成形体の弾性膨張を防ぐことによって、陽極リード植立面の機械的強度を他の部分より高くすることができる。その結果、図７に示すように、実施例１では、焼結体から陽極リードを引抜くのに必要な力が、従来例１、２より大きくなり、従来は電解コンデンサの製造過程で圧力や応力等に対して脆弱な部分であった陽極リード植立面の機械的強度が向上していることが分かる。
【００２９】
次に、チップ状タンタル固体電解コンデンサの漏れ電流値について比較する。
図８に示すとおり、実施例１は、従来例１、２より漏れ電流の値が低く、良好な結果を示している。これは、実施例１では、従来は電解コンデンサ製造過程で脆弱な部分であった陽極リード植立面の機械的強度が高くなり、かつ成形体内部に成形体の機械的強度が低い部分が存在せず、漏れ電流が低レベルに抑制されているからであると考えられる。
【００３０】
さらに、チップ状タンタル固体電解コンデンサの静電容量出現率、ｔａｎδ値、ＥＳＲ値について比較する。図９〜図１１に示すとおり、実施例１は従来例１、２に比べ、レベル、バラツキとも同等以上の結果を示している。
【００３１】
次に、図１２〜図１５を参照して、実施例１〜４および比較例１、２のタンタル固体電解コンデンサの種々の電気的特性について比較する。
バインダーを含まない弁作用金属粉末（第２の造粒粉末）の供給量増加にともない、漏れ電流特性が改善されている。但し、バインダーを含まない弁作用金属粉末の供給量が２０．０ｗｔ％を超えると、静電容量出現率、ｔａｎδ特性、ＥＳＲ特性の悪化が顕著になる。
また、バインダーを含まない弁作用金属粉末の流れ性が悪化することで、粉末の供給量が少なくなり、重量が減少した成形体の外観にクラックが発生し、チップ状固体電解コンデンサ形成後の漏れ電流が増大する。
さらに、バインダーを含まない弁作用金属粉末の供給量が０．５ｗｔ％未満の場合（比較例１）、陽極リード線を植立した面の機械的強度の改善効果が少なく、漏れ電流特性が悪化する。このため、バインダーを含まない弁作用金属粉末の供給量は、第１および第２の弁作用金属粉末を合わせた弁作用金属粉末全供給量に対して０．５〜２０．０ｗｔ％の範囲であることが望ましい。
【００３２】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明の構成は上述の実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施例では、造粒粉末のバインダーとして、ポリビニルアルコールを使用したが、ポリビニルブチラール、アクリル系樹脂、安息香酸、または樟脳等、公知のものを使用することができる。
また、上記実施例では、弁作用金属粉末として、タンタルを使用したが、ニオブ、アルミニウム、チタン等を使用しても同様の効果が得られる。
また、上記実施例では、固体電解質として、二酸化マンガンを使用したが、ポリチオフェン、ポリピロールまたはポリアニリン等の導電性高分子で、公知のものを使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の１実施例によるタンタル粉末加圧成形体の模式図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面図である。
【図２】従来例によるタンタル粉末加圧成形体の図１に類似の模式図である。
【図３】他の従来例によるタンタル粉末加圧成形体の図１に類似の模式図である。
【図４】本発明の１実施例による成形体の作製方法を示す模式図である。
【図５】従来例による成形体の作製方法を示す模式図である。
【図６】他の従来例による成形体の作製方法を示す模式図である。
【図７】実施例１と従来例１、２の焼結体における陽極リード引抜き強度を比較した図である。
【図８】実施例１と従来例１、２のチップ状タンタル固体電解コンデンサの漏れ電流値を比較した図である。
【図９】実施例１と従来例１、２のチップ状タンタル固体電解コンデンサの静電容量出現率を比較した図である。
【図１０】実施例１と従来例１、２のチップ状タンタル固体電解コンデンサのｔａｎδ値を比較した図である。
【図１１】実施例１と従来例１、２のチップ状タンタル固体電解コンデンサのＥＳＲ値を比較した図である。
【図１２】実施例１〜４および比較例１、２のチップ状タンタル固体電解コンデンサの容量出現率を比較した図である。
【図１３】実施例１〜４および比較例１、２のチップ状タンタル固体電解コンデンサのｔａｎδ特性を比較した図である。
【図１４】実施例１〜４および比較例１、２のチップ状タンタル固体電解コンデンサのＥＳＲ特性を比較した図である。
【図１５】実施例１〜４および比較例１、２のチップ状タンタル固体電解コンデンサの漏れ電流特性を比較した図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  成形体
２  第１の造粒粉末
３  第２の造粒粉末
４  陽極リード
５  第３の造粒粉末
６  第４の造粒粉末
７、７’  金型
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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