JP2006108192A

JP2006108192A - 固体電解コンデンサの製造方法

Info

Publication number: JP2006108192A
Application number: JP2004289449A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Yagi; 光春八木
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】導電性高分子を固体電解質とした固体電解コンデンサの漏れ電流の低減を図る。
【解決手段】弁作用金属からなる陽極体の表面に誘電体酸化皮膜を形成したコンデンサ素子の表面に、重合性モノマーを酸化剤によって重合して固体電解質を形成してなる固体電解コンデンサの製造方法において、コンデンサ素子に樹脂外装を施し、外部端子を樹脂外装に沿って折り曲げて固体電解コンデンサを完成した後に、１４０℃以上の雰囲気下で、定格電圧の０．９〜１．４倍の電圧を印加してエージングを行う。電圧の印加開始は固体電解コンデンサの表面温度が１４０℃以上となってからとし、電圧の印加終了は固体電解コンデンサを１４０℃以上の高温状態に所定時間放置した後に常温まで冷却する冷却期間中電圧を印加し続けることによりエージングを行う。
【選択図】図１

Description

この発明は固体電解コンデンサの製造方法に関するもので、特に固体電解質として導電性高分子を用いた固体電解コンデンサの製造方法に関する。

固体電解コンデンサは、アルミニウム等からなる陽極箔と陰極箔をセパレータを介して巻回してなるコンデンサ素子に、固体電解質を保持してなるいわゆる巻回型の電解コンデンサや、タンタル微粉末を焼結してなるコンデンサ素子の表面に固体電解質層を形成してなる焼結型の固体電解コンデンサが知られている。

このような電解コンデンサに用いられる固体電解質としては、近年、低ＥＳＲ化を目的として導電性高分子が着目され、導電性高分子を固体電解質として用いる固体電解コンデンサが実用化されている。一般に、これら導電性高分子としては、ポリチオフェン、ポリピロール又はポリアニリン等があり、中でもポリチオフェンは、ポリピロール又はポリアニリンと比較して、導電率が高く熱安定性が特に優れていることから近年注目されており、ポリチオフェンを固体電解質として用いた固体電解コンデンサとして特開平２−１５６１１号公報等に開示されているものがある。

特開平２−１５６１１号公報

導電性高分子を固体電解質に用いた固体電解コンデンサは、プリント基板に実装する際にハンダリフロー工程を経ると、漏れ電流が大きくなることがある。これは、弁金属を陽極酸化によって形成した誘電体酸化皮膜には、微細な欠陥部が残されており、リフロー工程を経ることにより誘電体酸化皮膜の微細な欠陥部が顕在化して、この部分で漏れ電流が流れてしまうためと考えられる。そして、この漏れ電流の増大は、製品毎のばらつきが極めて大きいという特徴がある。

ところで、電解液を用いた電解コンデンサでは、エージング処理を行うと電解液によって皮膜の欠陥部が修復されるために漏れ電流が低減することが知られているが、導電性高分子を固体電解質に用いた場合には、導電性高分子から皮膜修復のために必要な酸素が供給されにくいため、この欠陥部における皮膜修復が十分でないためと考えられる。そして、導電性高分子を固体電解質に用いた場合には、絶縁欠陥部で電流が流れた際に導電性高分子が絶縁化することによって漏れ電流が低減するものと考えられている。

以上のように、導電性高分子を固体電解質に用いた場合の漏れ電流の低減のメカニズムと考えられるために、導電性高分子の絶縁化の程度にばらつきがあり、結果として個々の製品の漏れ電流が増大する程度にばらつきが生じてしまうものと考えられる。

そこで、この発明では、固体電解コンデンサの漏れ電流の増大を防止するとともに、ばらつきのない、安定した品質の固体電解コンデンサを提供することを目的とする。

この出願の請求項１に係る発明は、弁作用金属からなる陽極体の表面に誘電体酸化皮膜を形成したコンデンサ素子の表面に、重合性モノマーを酸化剤によって重合して固体電解質を形成してなる固体電解コンデンサの製造方法において、コンデンサ素子に樹脂外装を施し、外部端子を樹脂外装に沿って折り曲げて固体電解コンデンサを完成した後に、１４０℃以上の雰囲気下で、定格電圧の０．９〜１．４倍の電圧を印加してエージングを行ったことを特徴とする。

この出願の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法において、固体電解コンデンサの表面温度が１４０℃以上としてから、定格電圧の０．９〜１．４倍の電圧を印加したことを特徴とする。

この出願の請求項３に係る発明は、請求項２に記載の固体電解コンデンサの製造方法において、固体電解コンデンサを１４０℃以上の高温状態から常温まで冷却する冷却期間中、定格電圧の０．９〜１．４倍の電圧を印加し続けてエージングを行ったことを特徴とする。

固体電解コンデンサを完成した後に、１４０℃以上の雰囲気の下に放置することにより、固体電解コンデンサ全体が温度上昇する。そのため、コンデンサ素子の誘電体酸化皮膜も温度上昇することになり、皮膜の電気抵抗が低減することになる。そして、この状態で定格電圧の０．９〜１．４倍の電圧を印加することにより、微細な欠陥部においても電流が流れるようになる。このため、固体電解コンデンサを通常使用する状態よりも電流が多く流れることになり、この電流によって導電性高分子の絶縁化が図られると考えられる。定格電圧の０．９倍未満の電圧では、エージング効果が十分でなく、固体電解コンデンサの漏れ電流が低減しない。一方、定格電圧の１．４倍を超えると、エージング途中にショート状態になり、電流暴走を起こすものが発生してしまう。

このように、微細な欠陥部においても電流を流して、その欠陥部の上に形成された導電性高分子を絶縁化することにより、固体電解コンデンサのリフロー後の漏れ電流の増大を抑止することができる。

特に、固体電解コンデンサの表面温度が１４０℃以上としてから、定格電圧の０．９〜１．４倍の電圧を印加すると、導電性高分子の絶縁化は円滑に行われるようになり好適である。

さらに、固体電解コンデンサを１４０℃以上の高温状態に所定時間放置した後に常温まで冷却するとともに、常温までの冷却期間中、定格電圧の０．９〜１．４倍の電圧を印加してエージングを行うと、導電性高分子の絶縁化がより進行し、漏れ電流の低減効果が大きなものとなる。

この発明による固体電解コンデンサの製造方法では、漏れ電流を低減することができるようになる。また、固体電解コンデンサがショート状態となることもなく、ばらつきのない、安定した品質の固体電解コンデンサを提供することができる。

次にこの発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は固体電解コンデンサの内部構造を示す断面図である。１はコンデンサ素子であり、タンタル微粉末を所定形状に成型するとともに、タンタル線等の陽極導出線を埋設して、さらに焼結してタンタル焼結体を得、さらにリン酸水溶液等に浸漬し、所定電圧を印加してタンタル微粉末の表面に誘電体となる陽極酸化皮膜を形成したものである。なお、焼結体はタンタルに限らず、アルミニウム、ニオブ、チタン等の弁作用金属を用いることができる。

２は、陽極酸化皮膜の上に形成された導電性高分子層である。導電性高分子層は、３，４−エチレンジオキシチオフェンを所定溶媒で希釈したモノマー溶液にコンデンサ素子を浸漬し、さらに所定の酸化剤を所定の溶媒に溶解した酸化剤溶液に浸漬する工程を繰り返すことにより、３，４−エチレンジオキシチオフェンを酸化重合して形成したものである。

３は、導電性高分子層２の上に形成されたカーボン層であり、４は、カーボン層の上に形成された銀ペースト層である。

５は陽極リード線であり、コンデンサ素子の陽極導出線と溶接され、外部と電気的に連絡する。６は陰極リード線であり、銀ペースト層によって接続され、外部と電気的に連絡する。さらに、全体を樹脂でモールドして樹脂外装７を施す。さらに、陽極リード線５、陰極リード線６を樹脂外装７に沿って折り曲げている。

以上のような固体電解コンデンサは公知の方法によって作成することができ、ここでは、製造工程の詳細は省略する。このような固体電解コンデンサは、さらにその特性を安定なものとするために、エージング処理を行う。エージング処理は陽極リード線および陰極リード線のそれぞれに電極を取り付け、陽極リード線にプラス、陰極リード線にマイナスとなるように固体電解コンデンサに所定の直流電圧を印加してエージングを行う。

このエージングを行う場合には、予め固体電解コンデンサを恒温漕等に入れ１４０℃以上に加熱しておく。固体電解コンデンサの表面温度が１４０℃以上になった状態で定格電圧の０．９から１．４倍の電圧を印加し、エージングを行う。このエージング時間は固体電解コンデンサの大きさ等によっても異なるが、例えば、３．５ｍｍ×２．８ｍｍ×１．２ｍｍ程度の大きさの固体電解コンデンサでは６０分程度電圧を印加する。さらに、恒温漕より固体電解コンデンサを取り出し、あるいは、恒温漕を強制空冷する等により、固体電解コンデンサを冷却する。この冷却過程においても、固体電解コンデンサには電圧を印加しつづける。

この固体電解コンデンサのエージングにより、固体電解コンデンサの誘電体酸化皮膜の欠陥部では、電流が流れることにより導電性高分子の絶縁化が起こり、固体電解コンデンサの漏れ電流の低減が図れるようになる。

以上のような、工程を経て、固体電解コンデンサを完成する。

次により具体的な実施例について説明する。
固体電解コンデンサは、定格電圧４Ｖ、外径寸法３．５ｍｍ×２．８ｍｍ×１．２ｍｍのものである。この固体電解コンデンサのエージング処理を行った。エージング条件は、印加電圧が５．２Ｖで、定格電圧の１．３倍とした。エージングする際の雰囲気を１７５℃、１４０℃、１３０℃、１０５℃の４水準で行った。１０５℃、１３０℃でのエージングは比較例となる。

また、エージングに際し、電圧印加を開始する際、また電圧印加を終了する際の固体電解コンデンサの温度を変化させてエージングを行った。より具体的には、常温状態の恒温漕に固体電解コンデンサを収納し、その後加熱を行って一定温度とした後、さらに恒温漕を開放して常温まで冷却した後に恒温漕より固体電解コンデンサを取り出すが、この工程の中で電圧印加を開始または終了する時期を変化させて、その影響を調査した。

このエージング条件をまとめると次の表１の通りである。

以上の条件で、エージングを行った後、固体電解コンデンサの漏れ電流特性を調査した。調査項目は漏れ電流の平均値を求めた。サンプルによっては、固体電解コンデンサがショート状態となっているものもあり、そのショート状態になっているものを漏れ電流大による不良とした。この場合、漏れ電流の平均値は、漏れ電流大となったものを除いて、その他の良品のサンプルの平均値を算出したものである。その結果を次の表２に示す

表２から判るように、実施例１ないし実施例４では、漏れ電流の平均値が０．４〜０．６μＡと低い値となっているのに対し、比較的低温でエージングを行った比較例１、比較例２では、漏れ電流の平均値が０．９〜１．０μＡと高い値となっている。従って、エージングを１４０℃以上で行うことにより、漏れ電流を低減できることが判る。

また、エージングを固体電解コンデンサの表面温度が上昇してから行った場合（実施例１、実施例３、実施例４）では、漏れ電流大による不良が発生しなかったのに対し、エージングを常温より行った場合（実施例２）では、漏れ電流大による不良が発生した。従って、エージングは固体電解コンデンサの表面温度が上昇してから行うことが好ましいことが判る。

さらに、エージングを固体電解コンデンサの表面温度が上昇してから、常温に冷却するまで行った場合（実施例１）には、エージングを固体電解コンデンサの表面温度が上昇した状態で終了した場合（実施例３）に比べ、漏れ電流の平均値が小さなものとなる。このことより、エージングを固体電解コンデンサの表面温度が上昇してから、常温に冷却するまで行うことがより好ましいことが判る。

固体電解コンデンサの内部構造を示す断面図である。

符号の説明

１コンデンサ素子
２固体電解質層
３カーボン層
４銀ペースト層
５陽極リード線
６陰極リード線
７樹脂外装

Claims

弁作用金属からなる陽極体の表面に誘電体酸化皮膜を形成したコンデンサ素子の表面に、重合性モノマーを酸化剤によって重合して固体電解質を形成し、このコンデンサ素子に樹脂外装を施し、外部端子を樹脂外装に沿って折り曲げた後に、１４０℃以上の雰囲気下で、定格電圧の０．９〜１．４倍の電圧を印加してエージングを行ったことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
固体電解コンデンサの表面温度が１４０℃以上としてから、定格電圧の０．９〜１．４倍の電圧を印加した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の製造方法。
固体電解コンデンサを１４０℃以上の高温状態から常温まで冷却する冷却期間中、定格電圧の０．９〜１．４倍の電圧を印加し続けてエージングを行ったことを特徴とする請求項１又は２に記載の固体電解コンデンサの製造方法。