JP2001284181A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リフロー半田時の膨れ及び電気的特性の悪化
を防止することができる固体電解コンデンサを提供す
る。 【解決手段】 表面に酸化皮膜層が形成された陽極箔と
陰極箔を、ビニロン繊維を主体とするビニロン不織布か
らなるセパレータを介して巻回してコンデンサ素子を形
成し、修復化成を行った後、このコンデンサ素子にＰＥ
ＤＴからなる固体電解質層を形成する。その後、コンデ
ンサ素子の表面を樹脂で被覆した後、アルミニウム−マ
ンガン合金、あるいはアルミニウム−マグネシウム合金
を用いて形成した有底筒状の外装ケースに挿入し、開口
部を絞り加工によってゴム封口して固体電解コンデンサ
を形成する。

Description

【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、リフロー半田時の膨れ及び電気的特性
の悪化の防止を図った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）に着目した技術（特開
平２−１５６１１号公報）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ＰＥ
ＤＴ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】次に、以上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）と酸化剤溶液をそれぞれ吐出して、コン
デンサ素子内でＥＤＴの重合反応を促進し、ＰＥＤＴか
らなる固体電解質層を生成する。

【０００７】その後、コンデンサ素子を外装ケースに挿
入し、外装ケース内にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を
付着して熱硬化させることによって、コンデンサ素子の
外周に外装樹脂を被覆し（樹脂封止）、固体電解コンデ
ンサを完成する。なお、このように樹脂封止を行うと、
酸化皮膜層が損傷して漏れ電流特性が低下するため、樹
脂封止後に、コンデンサ定格電圧に応じた電圧を印加し
て高温のエージングを行うことにより酸化皮膜層を修復
し、特性の向上を図っている。

【０００８】ところで、上記のような従来の固体電解コ
ンデンサにおいては、一般に、外装ケースの材料とし
て、純度の高いアルミニウム材料（例えば、ＪＩＳ Ａ
１０７０）が用いられている。また、固体電解コンデン
サ用のセパレータとして、従来の紙、ガラスペーパー等
より良好な体積効率が得られるビニロン繊維を主体とす
るセパレータが用いられている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような、セパレータとしてビニロン繊維を用い、純度
の高いアルミニウム材料からなる外装ケースを用いた従
来の固体電解コンデンサには、以下に述べるような問題
点があった。

【００１０】すなわち、上記のような固体電解コンデン
サをプリント基板に実装するために、近年は、環境への
影響を考慮して、鉛を使用しない半田が用いられてい
る。このような鉛を使用しない半田は、従来の鉛を使用
した半田よりも融点が高い。そのため、このような鉛を
使用しない半田を用いる場合には、半田リフロー炉での
リフロー条件も、より高温のものとなってきている。す
なわち、従来の鉛を使用した半田においては、リフロー
条件が２００℃で３０秒、最高到達温度が２４０℃であ
ったものが、鉛を使用しない半田では、リフロー条件が
２２０℃で４０秒以上、最高到達温度が２７０℃程度に
までなってしまう。このように、リフロー条件が厳しい
ものになることによって、外装ケースに膨れが発生する
場合があった。

【００１１】また、このような外装ケースの変形に伴っ
て、変形応力が加締め部にまで及び、電極タブの位置が
初期の位置からずれてしまい、その結果、電極タブと電
極箔との接続部にまで機械的ストレスが加わり、結果と
して、ＬＣの増大等の電気的特性の悪化を招いていた。

【００１２】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、リフロー半田時の膨れ及び電気的特性の悪化を防止
することができる固体電解コンデンサを提供することに
ある。

【００１３】

【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、リフロー半田時の膨れ及び電気的特性の悪
化を防止することができる固体電解コンデンサについて
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。すなわち、本発明者は、従来の外装ケースを用
いた固体電解コンデンサをプリント基板に実装するため
に、半田リフロー炉を通過させた場合に、外装ケースに
膨れが生じた原因について種々の検討を行った結果、以
下の結論に達したものである。

【００１４】本発明者は、まず、膨れの原因が電解質に
ある可能性について検討したが、固体電解コンデンサ
は、内部に電解液を用いたものではないため、電解液の
電気分解等によるガス発生は起こりにくく、電解質に起
因してケース内部の圧力が上昇して外装ケースが膨れる
という可能性は低いことが判明した。

【００１５】一方、上述したように、近年、鉛を使用し
ない半田を用いるようになったことに伴って、半田リフ
ロー炉でのリフロー条件が厳しいものになったことも、
外装ケースに膨れが発生する大きな原因であると考えら
れる。

【００１６】次に、本発明者は、膨れの原因がセパレー
タとして用いたビニロン繊維にある可能性について検討
した結果、以下の結論に達した。すなわち、セパレータ
としてビニロン繊維を用いた場合には、半田リフロー炉
を通過させた時にビニロン繊維が高温状態に晒されて、
コンデンサ素子内に残存する酸化剤と反応し、酸化反応
や脱水反応を起こし、ひいてはビニロン繊維の炭化が進
行する。このような脱水反応による水分の発生や、ビニ
ロン繊維の炭化による二酸化炭素、水素の発生により、
電解コンデンサの外装ケースの内圧が上昇し、外装ケー
スが変形したものと考えられる。なお、本発明者は、他
のセパレータについても検討した結果、セパレータとし
てビニロン繊維を用いた場合に限らず、コンデンサ素子
内に残留した酸化剤が高温状態に晒されることにより、
セパレータと反応してガスを発生する可能性があること
が判明した。

【００１７】また、上記のような外装ケースの変形に伴
って、変形応力が加締め部にまで及び、電極タブの位置
が初期の位置からずれてしまい、その結果、電極タブと
電極箔との接続部にまで機械的ストレスが加わり、結果
として、ＬＣの増大等の電気的特性の悪化を招いたと考
えられる。

【００１８】そこで、本発明者は、より強度の高い外装
ケースを得るべく、その材質について種々検討した結
果、外装ケースとして、アルミニウム−マンガン合金あ
るいはアルミニウム−マグネシウム合金を用いた場合
に、良好な結果が得られることが判明したものである。

【００１９】（外装ケースの材質）上記アルミニウム−
マンガン合金としては、例えば、ＪＩＳ Ａ３００３材
を用いることが望ましい。このように、アルミニウムに
マンガンを添加することにより、純アルミニウムの加工
性、耐食性を低下させることなく、外装ケースの強度を
増加させることができるからである。

【００２０】また、上記アルミニウム−マグネシウム合
金としては、例えば、ＪＩＳ Ａ５０５２材を用いるこ
とが望ましい。このＪＩＳ Ａ５０５２材は、中程度の
マグネシウムを含有するものであり、中程度の強度を持
つ材料として有効であるため、外装ケースの強度を増加
させることができるからである。

【００２１】（セパレータ）本発明で用いられるセパレ
ータは、繊維径が３．０〜１２．０μｍのビニロン繊維
を所定のカット長の短繊維とし、所定のバインダーを用
いて、任意の手段により不織布としたものである。な
お、このセパレータとしては、坪量が５〜３０ｇ／
ｍ²、厚さが１０〜２００μｍ、密度が０．１〜０．５
６ｇ／ｃｍ³であることが好ましい。

【００２２】（ＥＤＴ、酸化剤）また、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１：１〜１：３
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。また、酸化剤としては、ブ
タノールに溶解したパラトルエンスルホン酸第二鉄を用
いる。この場合、ブタノールとパラトルエンスルホン酸
第二鉄の比率は任意で良いが、本発明においては３０〜
５０％溶液を用いている。なお、ＥＤＴと酸化剤の配合
比は１：３〜１：６の範囲が好適である。

【００２３】（固体電解コンデンサの製造方法）本発明
に係る固体電解コンデンサは、具体的には次の手順で製
造される。まず、アルミニウム等の弁作用金属からなり
表面に酸化皮膜層が形成された両極電極箔をビニロン繊
維等からなるセパレータを介して巻回してコンデンサ素
子を形成し、修復化成を行った後、このコンデンサ素子
の両極電極箔間に、ＰＥＤＴ等からなる固体電解質層を
生成する。

【００２４】次に、このコンデンサ素子の表面を樹脂で
被覆した後、アルミニウム−マンガン合金、あるいはア
ルミニウム−マグネシウム合金を用いて形成した有底筒
状の外装ケースに挿入し、開口部を絞り加工によってゴ
ム封口して固体電解コンデンサを形成する。

【００２５】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細
に説明する。なお、実施例１の外装ケースは、アルミニ
ウム−マンガン合金であるＪＩＳＡ３００３材を用い、
実施例２の外装ケースは、アルミニウム−マグネシウム
合金であるＪＩＳ Ａ５０５２材を用いて形成した。一
方、従来例の外装ケースは、純アルミニウムであるＪＩ
Ｓ Ａ１０７０材を用いて形成した。また、実施例及び
従来例のケースサイズはすべて６．３φ×６Ｌとし、各
固体電解コンデンサは、以下のようにして作成した。

【００２６】（実施例１）表面に酸化皮膜層が形成され
た陽極箔と陰極箔に銀メッキを施した外部接続部を有す
る電極引き出し手段を接続し、両電極箔を繊維径が７．
５μｍのビニロン繊維を主体とするビニロン不織布から
なるセパレータを介して巻回して、素子形状が５φ×３
Ｌのコンデンサ素子を形成した。そして、このコンデン
サ素子をリン酸二水素アンモニウム水溶液に４０分間浸
漬して、修復化成を行った後、２３０℃で１時間熱処理
した。続いて、このコンデンサ素子に、注入法によりＥ
ＤＴモノマーを含浸し、さらに酸化剤溶液として４０％
のパラトルエンスルホン酸第二鉄のブタノール溶液を含
浸して、１００℃、１時間加熱して、ＰＥＤＴからなる
固体電解質層を形成した。その後、コンデンサ素子の表
面を樹脂で被覆した後、アルミニウム−マンガン合金で
あるＪＩＳ Ａ３００３材を用いて形成した有底筒状の
外装ケースに挿入し、開口部を絞り加工によってゴム封
口して固体電解コンデンサを形成した。なお、ＥＤＴモ
ノマーと酸化剤との配合比は、１：５とした。また、こ
の固体電解コンデンサの定格電圧は６．３Ｖ、定格容量
は６８μＦである。

【００２７】（実施例２）アルミニウム−マグネシウム
合金であるＪＩＳ Ａ５０５２材を用いて形成した有底
筒状の外装ケースを用いた。その他の条件は、実施例１
と同様にして固体電解コンデンサを形成した。

【００２８】（従来例）従来の純アルミニウムであるＪ
ＩＳ Ａ１０７０材を用いて形成した有底筒状の外装ケ
ースを用いた。その他の条件は、実施例１と同様にして
固体電解コンデンサを形成した。

【００２９】［比較結果］上記の方法により得られた実
施例１、実施例２及び従来例の固体電解コンデンサにつ
いて、初期特性と、２２０℃で４０秒間リフロー炉に放
置した後の特性を調べたところ、表１に示したような結
果が得られた。なお、ＬＣ値は、２０℃、３０秒値であ
る。

【表１】

【００３０】表１から明らかなように、アルミニウム合
金からなる外装ケースを用いた実施例１及び実施例２に
おいては、２２０℃で４０秒間リフロー炉に放置した後
の特性は、初期特性とほぼ同じであった。また、リフロ
ー炉に放置した後でも、外装ケースの変形は認められな
かった。

【００３１】これに対して、従来の純度の高いアルミニ
ウム製の外装ケースを用いた従来例においては、リフロ
ー炉に放置した後のＬＣ値は、初期特性の約５．４倍と
大幅に増大した。また、外装ケースに膨れが発生した。

【００３２】このように、アルミニウム合金からなる外
装ケースを用いた場合には、ビニロンからなるセパレー
タを用いた場合でも、リフロー炉に放置した後に電気的
特性の悪化は見られず、また、外装ケースの変形も防止
できることが分かった。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、リ
フロー半田時の膨れ及び電気的特性の悪化を防止するこ
とができる固体電解コンデンサを提供することができ
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽極箔と陰極箔をセパレータを介して巻
   回してコンデンサ素子を形成し、該コンデンサ素子に
   ３，４−エチレンジオキシチオフェンと酸化剤を含浸し
   て、前記コンデンサ素子の両電極箔間にポリエチレンジ
   オキシチオフェンからなる固体電解質を形成すると共
   に、有底筒状の外装ケースに収納してなる固体電解コン
   デンサにおいて、 前記外装ケースが、アルミニウム合金より構成されてい
   ることを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 【請求項２】 前記アルミニウム合金が、アルミニウム
   −マンガン合金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。
3. 【請求項３】 前記アルミニウム合金が、アルミニウム
   −マグネシウム合金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。