JP-2026077936-A - 固体電解コンデンサ

Abstract

【課題】高温に晒された場合の固体電解コンデンサの気密性の低下を抑制する。 【解決手段】コンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を封止する外装体と、を含む。コンデンサ素子は、陽極体と、誘電体層と、陰極部と、陽極リードと、陰極リードと、を含む。陰極部は、誘電体層の少なくとも一部を覆う固体電解質層を含む。固体電解コンデンサは、実装リフロー相当の処理を行った場合のガスの発生量が、１６００μＬ以下である。 【選択図】図１

Inventors

• 佐藤 昌宏
• 福井 斉

Assignees

• パナソニックＩＰマネジメント株式会社

Dates

Publication Date

20260513

Application Date

20260305

Priority Date

20211227

Claims (1)

1. コンデンサ素子と、前記コンデンサ素子を封止する外装体と、を含む固体電解コンデンサであって、 前記コンデンサ素子は、陽極体と、前記陽極体の表面に形成された誘電体層と、前記誘電体層の少なくとも一部を覆う陰極部と、一端部が前記陽極体に電気的に接続された陽極リードと、一端部が前記陰極部と電気的に接続された陰極リードと、を含み、 前記陽極リードの他端部および前記陰極リードの他端部は、それぞれ、前記外装体から外に引き出されており、 前記陰極部は、前記誘電体層の少なくとも一部を覆う固体電解質層を含み、 前記固体電解コンデンサを、 （ａ）１５５℃で２４時間加熱し、 （ｂ）６０％ＲＨ以下で３０℃まで冷却し、 （ｃ）３０℃および６０％ＲＨの条件下で１６８時間静置し、 （ｄ）２５℃および不活性雰囲気下で前記固体電解コンデンサを長さ方向の中央で切断し、 （ｅ）切断した前記固体電解コンデンサを、不活性雰囲気下で、１５０℃まで５０℃／分の速度で加熱し、１５０℃から２００℃まで１６．７℃／分の速度で加熱し、２００℃から２６０℃まで４０℃／分の速度で加熱し、２６０℃で１０秒間加熱を継続し、２６０℃から３０℃まで１６．７℃／分の速度で冷却し、 （ｆ）前記（ｅ）をさらに２回繰り返したとき、 前記（ｅ）および前記（ｆ）で発生するガスの合計量は、１６００μＬ以下である、固体電解コンデンサ。

Description

本開示は、固体電解コンデンサに関する。 固体電解コンデンサは、例えば、コンデンサ素子と、コンデンサ素子を封止する外装体とを備える。コンデンサ素子は、例えば、陽極体と、陽極体の表面に形成された誘電体層と、誘電体層の少なくとも一部を覆う陰極部とを備える。陰極部は、誘電体層の少なくとも一部を覆う導電性高分子を含む固体電解質層を少なくとも含む。コンデンサ素子の陽極体および陰極体には、例えば、リードの一端部が接続される。リードの他端部は、固体電解コンデンサの外部端子を構成し、基板などとの電気的接続に利用される。 特許文献１は、リードフレームの一方または両面にコンデンサ素子を積層し、得られた積層体を樹脂封止したコンデンサチップにおいて、チップ内における前記積層体の厚さをＨｓ、コンデンサチップの厚さをＨｃとし、積層体上部から封止樹脂上面までの距離の最小距離をＤｔとし、積層体下部から封止樹脂下面までの距離の最小距離をＤｂとした場合に、Ｈｃ－Ｈｓが０．１ｍｍ以上であり、かつＤｔ及びＤｂの比Ｄｔ／Ｄｂが０．１から９であり、かつＤｔ及びＤｂのいずれも０．０２ｍｍ以上であるコンデンサチップを提案している。 特許文献２は、弁作用金属の表面に陽極酸化皮膜層を形成し、該陽極酸化皮膜層上の所定の部分に導電性機能高分子膜層を形成し、該導電性機能高分子膜層上に導電体層を形成し、該導電体層上を陰極部として外部陰極電極端子を接続すると共に、前記弁作用金属を陽極部として外部陽極電極端子を接続し、更に絶縁性樹脂材の外装を施した固体電解コンデンサにおいて、前記外部陰極電極端子及び外部陽極電極端子の表面に、銅又は銅と錫との合金とカップリング剤とのメッキ液により、メッキ処理された複合メッキ膜層が形成されていることを特徴とする固体電解コンデンサを提案している。 特許文献３は、表面を粗面化して陽極酸化皮膜層が形成された弁作用金属からなる陽極体の所定の位置に絶縁部を設けて陽極部と陰極形成部に分離し、この陰極形成部の陽極酸化被膜層上に導電性高分子からなる固体電解質層、陰極層を順次積層形成することにより陰極部が形成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の陽極導出部ならびに陰極層に夫々接合された陽極リード端子と陰極リード端子と、この陽極リード端子と陰極リード端子の一部が夫々外表面に露呈する状態で上記コンデンサ素子を被覆した絶縁性の外装樹脂からなる固体電解コンデンサにおいて、この固体電解コンデンサを半田リフローした際に、コンデンサ素子から発生する気体が導電性高分子１ｍｍ３あたり０．８μＬ未満である固体電解コンデンサを提案している。 国際公開第２００７／０６９６７０号特開平１０－２８９８３８号公報特開２００６－２９４８４３号公報 本開示の一実施形態に係る固体電解コンデンサの断面模式図である。本開示の他の実施形態に係る固体電解コンデンサの断面模式図である。 本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本発明の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。 固体電解コンデンサでは、内部に空気または水分が侵入すると、固体電解質層に含まれる導電性高分子が劣化したり、脱ドープが起こったりし、固体電解質層の導電性が低下するため、コンデンサ性能が低下する。固体電解コンデンサは、例えば、コンデンサ素子を樹脂製の外装体で封止することによって形成される。コンデンサ素子の陽極体と陰極部とには、それぞれ、リードの一端部が電気的に接続され、他端部は外装体から外に引き出される。そのため、リードと外装体との界面を伝って、外部から空気または水分が侵入したり、内部で発生したガスが排出されたりして、気密性が低下し易い。リードと外装体との界面の密着性を高めても、内部でガスが発生した場合には内部圧力が大きくなり、応力が各所に加わるため、気密性が低下するとともに、コンデンサ素子の構成部材がダメージを受けることもある。固体電解コンデンサは、一般に、リフロー処理によって基板に実装される。このような実装リフロー処理では、固体電解コンデンサは、例えば、２２０℃以上の高温に晒されるため、外部から侵入した水分が気化したり、内部で低分子成分が分解したりまたは凝縮水が生成したりして、多量のガスが発生し易い。多量のガスが内部で発生すると、固体電解コンデンサの気密性が低下し、上記のようなコンデンサ性能の低下を招く。そのため、固体電解コンデンサには、高温に晒された場合でも高い気密性を維持できることが求められる。 上記に鑑み、（１）本開示の固体電解コンデンサは、コンデンサ素子と、コンデンサ素子を封止する外装体と、を含む。コンデンサ素子は、陽極体と、陽極体の表面に形成された誘電体層と、誘電体層の少なくとも一部を覆う陰極部と、一端部が陽極体に電気的に接続された陽極リードと、一端部が陰極部と電気的に接続された陰極リードと、を含む。陽極リードの他端部および陰極リードの他端部は、それぞれ、外装体から外に引き出されている。陰極部は、誘電体層の少なくとも一部を覆う固体電解質層を含む。そして、固体電解コンデンサを、 （ａ）１５５℃で２４時間加熱し、 （ｂ）６０％ＲＨ以下で３０℃まで冷却し、 （ｃ）３０℃および６０％ＲＨの条件下で１６８時間静置し、 （ｄ）２５℃および不活性雰囲気下で固体電解コンデンサを長さ方向の中央で切断し、 （ｅ）切断した固体電解コンデンサを、不活性雰囲気下で、１５０℃まで５０℃／分の速度で加熱し、１５０℃から２００℃まで１６．７℃／分の速度で加熱し、２００℃から２６０℃まで４０℃／分の速度で加熱し、２６０℃で１０秒間加熱を継続し、２６０℃から３０℃まで１６．７℃／分の速度で冷却し、 （ｆ）前記（ｅ）をさらに２回繰り返す。 このとき、前記（ｅ）および前記（ｆ）で発生するガスの合計量は、１６００μＬ以下である。 上記（１）のように、本開示では、外装体から外に他端部が引き出された陽極リードおよび陰極リードを有する固体電解コンデンサを、上記の（ａ）～（ｃ）および（ｅ）～（ｆ）の実装リフローを想定した条件で処理したときの（ｅ）および（ｆ）で発生するガスの合計量を、１６００μＬ以下とする。このような固体電解コンデンサは、実装リフロー処理を行ったときのガス発生量が低いため、内部圧力を比較的低く抑えることができる。よって、固体電解コンデンサが高温環境に晒された場合の気密性の低下を抑制できる。その結果、固体電解コンデンサの気密不良率を低く抑えることができる。 上記の（ａ）～（ｆ）は、この順序で行われる。（ｃ）では吸湿処理を行っており、この吸湿処理は、ＭＳＬ（Ｍｏｉｓｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ Ｌｅｖｅｌ）３相当の吸湿条件に相当する。（ｃ）の吸湿処理は、大気中での長期間の保存を想定して、固体電解コンデンサが高湿度環境で保存されたときの状態を模している。 発生するガス量は、不活性雰囲気中、熱重量質量分析装置（Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：ＴＧ－ＭＳ）によって分析される。ＴＧ－ＭＳとしては、例えば、ＮＥＴＺＳＣＨ社製のＳＴＡ ４４９ Ｊｕｐｉｔｅｒ Ｆ１とＪＥＯＬ社製のＪＭＳ－Ｑ１５００ＧＣとを組み合わせて使用する。上記（ｅ）および（ｆ）は、ＴＧ－ＭＳによる操作条件に相当する。（ｅ）の不活性雰囲気下とは、ＴＧ－ＭＳの測定が不活性雰囲気で行われることを意味する。ＴＧ－ＭＳにもよるが、不活性雰囲気とは、例えば、ヘリウムガス雰囲気である。また、（ｅ）における各速度は、昇温速度に相当し、昇温時には、所定の昇温速度で昇温しながら、固体電解コンデンサの加熱が行われる。 （ｄ）では、（ｅ）～（ｆ）で発生するガスを測定するために固体電解コンデンサを切断しており、通常の実装リフロー処理を行う際には行わない処理である。しかし、本明細書中、便宜上、（ｄ）を含めて（ａ）～（ｆ）の処理を行ったときの（ｅ）および（ｆ）で発生するガスの合計量を、「実装リフロー相当の処理を行った場合のガス発生量」または単に「ガス発生量」と称することがある。なお、このガス発生量は、固体電解コンデンサ１つ当たりのガス発生量である。また、（ｄ）における不活性雰囲気とは、例えば、ヘリウムガス雰囲気である。 本明細書中、固体電解コンデンサの長さ方向とは、陽極体の長さ方向に平行な方向である。陽極体の長さ方向とは、陽極体が延びた状態（折り曲げられていない状態）で、陰極部が形成されない一方の端部の端面の中心と陰極部が形成される他方の端部の中心とを結ぶ直線と平行な方向である。 （２）上記（１）において、固体電解質層は、共役系高分子と、ドーパントとを含んでもよい。ドーパントは、ベンゼンスルホン酸化合物を含んでもよい。 （３）上記（１）において、固体電解質層は、共役系高分子と、ドーパントとを含んでもよい。ドーパントは、芳香環と、芳香環に結合した少なくとも１つのスルホ基と、芳香環に結合したカルボキシ基および芳香環に結合したヒドロキシ基からなる群より選択される少なくとも２つの官能基とを有する化合物を含んでもよい。 （４）上記（１）または（３）において、固体電解質層は、共役系高分子と、ドーパントとを含んでもよい。ドーパントは、芳香環と、芳香環に結合した少なくとも１つのスルホ基と、芳香環に結合した少なくとも２つのカルボキシ基と、を有し、ヒドロキシ基を有さない化合物を含んでもよい。 （５）上記（３）または（４）において、芳香環は、ベンゼン環であってもよい。 （６）上記（１）～（５）のいずれか１つにおいて、陽極リードおよび陰極リードのそれぞれは、一端部を含みかつ外装体に埋め込まれた埋め込み部と、他端部を含みかつ前記外装体から露出した露出部とに区分されていてもよい。陽極リードおよび陰極リードの少なくとも一方は、界面の展開面積比Ｓｄｒが０．４以上である粗面を有してもよい。粗面は、埋め込み部の少なくとも一部に存在してもよい。 （７）上記（６）において、陽極リードおよび陰極リードの双方は、粗面を有してもよい。粗面は、埋め込み部の少なくとも一部に存在いていてもよい。 （８）上記（７）において、陽極リードの埋め込み部は、外装体と接触する接触面ｐを有してもよい。陰極リードの埋め込み部は、外装体と接触する接触面ｎを有してもよい。接触面ｐの面積に占める粗面の面積の割合は、５０％以上であってもよい。接触面ｎの面積に占める粗面の面積の割合は、５０％以上であってもよい。 （９）上記（６）～（８）のいずれか１つにおいて、粗面は、埋め込み部の少なくとも一部に存在するとともに、露出部の少なくとも一部にも存在してよい。 以下に、上記（１）～（９）を含めて、必要に応じて図面を参照しながら、本開示の固体電解コンデンサについてより具体的に説明する。技術的に矛盾のない範囲で、上記（１）～（９）の少なくとも１つと、以下に記載する要素の少なくとも１つとを組み合わせてもよい。 ［固体電解コンデンサ］ 本開示の固体電解コンデンサは、実装リフロー相当の処理を行った場合のガス発生量が、１６００μＬ以下である。実装リフロー相当の処理を行った場合のガス発生量は、例えば、１５５０μＬ以下であってもよく、１３００μＬ以下であってもよく、１０００μＬ以下の低い値を確保することもできる。このガス発生量は低いほど好ましいが、０μＬにすることは難しく、例えば、１００μＬ以上であってもよい。 実装リフロー相当の処理を行った場合のガス発生量が上記のように少ないと、外装体とリードとの密着性が高い場合でも、リフロー時に固体電解コンデンサの内部圧力の上昇を軽減でき、気密性の低下を軽減できる。気密不良率が低減されるため、生産性を高めることができるとともに、コスト的にも有利である。また、固体電解コンデンサの優れた気密性を確保できるため、