JP2005109247A - Solid electrolytic capacitor and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
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、特に固体電解質に導電性高分子を用いた固体電解コンデンサ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a solid electrolytic capacitor, and more particularly to a solid electrolytic capacitor using a conductive polymer as a solid electrolyte and a method for manufacturing the same.
従来より、低ESR化を目的として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知られている。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。 Conventionally, a solid electrolytic capacitor using a conductive polymer as a solid electrolyte for the purpose of lowering ESR is known. In general, these conductive polymers include polythiophene, polypyrrole, polyaniline, etc. Among them, polythiophene has attracted attention in recent years because it has higher electrical conductivity and thermal stability than polypyrrole or polyaniline. JP-A-2-15611 discloses a solid electrolytic capacitor using polythiophene as a solid electrolyte.
ところで、近年、電子情報機器はデジタル化され、さらに駆動周波数の高速化に伴い駆動電圧の低減化かつ駆動電流の増大化が進んできている。特に、パーソナルコンピューターの心臓部であるマイクロプロセッサの高速化は著しく、駆動電圧は低減の一途をたどっている。このような、マイクロプロセッサに高精度な電力を供給する回路として、電圧制御モジュール(VRM)と呼ばれるDC−DCコンバータが広く使用されている。 By the way, in recent years, electronic information devices have been digitized, and the driving voltage has been reduced and the driving current has been increased with the increase in the driving frequency. In particular, the speed of the microprocessor, which is the heart of a personal computer, has been remarkably increased, and the driving voltage has been steadily decreasing. A DC-DC converter called a voltage control module (VRM) is widely used as a circuit for supplying high-precision power to such a microprocessor.
ところで、マイクロプロセッサの低電圧化に伴い、マイクロプロセッサの動作を保証する電圧範囲は狭くなってきている。マイクロプロセッサの要求電流は、マイクロプロセッサに課せられる状況により非常に高速で変化するため、DC−DCコンバーターだけでは変化に対応できず、出力側に負荷コンデンサを接続してマイクロプロセッサの負荷変動に対応している。 By the way, as the voltage of the microprocessor is lowered, the voltage range for guaranteeing the operation of the microprocessor is becoming narrower. The demand current of the microprocessor changes very fast depending on the situation imposed on the microprocessor. Therefore, the DC-DC converter alone cannot cope with the change, and a load capacitor is connected to the output side to cope with the load fluctuation of the microprocessor. doing.
このような負荷コンデンサに求められる機能は、損失を小さくするため等価直列抵抗(ESR)が小さいことである。そのため、このような負荷コンデンサに用いられる固体電解コンデンサにおいても、さらなる低ESR化が求められることになる。 The function required for such a load capacitor is that the equivalent series resistance (ESR) is small in order to reduce the loss. For this reason, even in a solid electrolytic capacitor used for such a load capacitor, further reduction in ESR is required.
固体電解コンデンサのESRを低減するための方法の一つとしては、固体電解質層上に形成する陰極層の改良がある。すなわち、陰極層には、固体電解質上にカーボン層を形成して、その上に銀ペースト層を形成して陰極層とするものや、固体電解質層上に直接銀ペースト層を形成するものがあるが、いずれにしても固体電解コンデンサには銀ペースト層は不可欠である。これは、コンデンサ素子が多孔質体であるため、固体電解コンデンサの静電容量を増大させるためには、コンデンサ素子表面の誘電体酸化皮膜を銀ペーストによって接触面積を増大させる必要があるという理由による。 One method for reducing the ESR of a solid electrolytic capacitor is to improve the cathode layer formed on the solid electrolyte layer. That is, there are cathode layers in which a carbon layer is formed on a solid electrolyte and a silver paste layer is formed thereon to form a cathode layer, and a silver paste layer is directly formed on the solid electrolyte layer. In any case, however, a silver paste layer is indispensable for a solid electrolytic capacitor. This is because the capacitor element is a porous body, and in order to increase the capacitance of the solid electrolytic capacitor, it is necessary to increase the contact area of the dielectric oxide film on the surface of the capacitor element with silver paste. .
そこで、この陰極層の導電性を向上させることにより、固体電解コンデンサのESRの低減を図る試みがなされている。 Thus, attempts have been made to reduce the ESR of the solid electrolytic capacitor by improving the conductivity of the cathode layer.
一般的に、固体電解コンデンサの陰極層に用いられる銀ペーストとしては、導電材である銀粒子を樹脂などに分散させたもので、高温焼成型とポリマー型に大きく分類される。高温焼成型は500〜900℃程度に加熱することにより銀粒子同士が融着して連続的な導電膜を形成されて、導電性が得られる。一方、ポリマー型は、塗膜性向上と銀粒子の分散性向上と基材との密着性の向上を目的として、樹脂が含まれており、室温から200℃程度の温度で加熱することにより樹脂を硬化させることにより、それと同時に金属粒子同士が接触して導電膜が形成されて、導電性が現れるようになるものである。 In general, the silver paste used for the cathode layer of a solid electrolytic capacitor is obtained by dispersing silver particles as a conductive material in a resin or the like, and is roughly classified into a high-temperature fired type and a polymer type. In the high-temperature firing mold, the silver particles are fused to form a continuous conductive film by heating to about 500 to 900 ° C., and conductivity is obtained. On the other hand, the polymer type contains a resin for the purpose of improving the coating property, improving the dispersibility of the silver particles and improving the adhesion to the substrate, and is heated by a temperature of about 200 ° C. from room temperature. By curing, the metal particles come into contact with each other at the same time to form a conductive film, and the conductivity appears.
このような銀ペーストに関しては、従来より、固体電解コンデンサの低ESR化を目的として、陰極層に改良を加えたものが知られている。例えば、特開平11−135377号では、粒径10〜500Åの金属微粒子に若干の有機化合物が含有された膜厚0.01〜5μmの導電膜層を、電解質層の上に形成する技術が開示されている。
特開平11−135377号に開示の技術では、導電膜層を形成するのに150〜300℃での熱処理が必要とされており、熱処理温度は低く設定できるものの高温焼結型の銀ペーストに分類される。そして、導電膜層には若干の有機化合物以外は金属であるため熱をかけてもESRが劣化するおそれがないため、耐熱性に優れたものにできると開示されている。 In the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-135377, a heat treatment at 150 to 300 ° C. is required to form a conductive film layer, and although the heat treatment temperature can be set low, it is classified as a high-temperature sintered silver paste. Is done. It is disclosed that since the conductive layer is made of metal except for some organic compounds, ESR does not deteriorate even when heated, so that it can be made excellent in heat resistance.
しかし、特開平11−135377号で開示された技術は、例えば耐熱性の高い二酸化マンガンを固体電解質として用いた固体電解コンデンサに用いた場合には有効であると考えられるが、導電性高分子を固体電解質として用いた固体電解コンデンサでは、熱処理によって導電性高分子そのものが劣化し、導電性高分子の導電性が低下してしまう場合があるため、この特開平11−135377号で開示された技術をそのまま用いるのは困難であった。 However, the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-135377 is considered effective when used in a solid electrolytic capacitor using, for example, manganese dioxide having high heat resistance as a solid electrolyte. In the solid electrolytic capacitor used as the solid electrolyte, the conductive polymer itself may be deteriorated by the heat treatment, and the conductivity of the conductive polymer may be lowered. Therefore, the technique disclosed in JP-A-11-135377 is disclosed. It was difficult to use as it was.
そこで、導電性高分子を固体電解質として用いた固体電解コンデンサでは、熱処理温度が低いポリマー型の銀ペーストを用いて陰極層を形成することも考えられるが、ポリマー型の銀ペーストは銀粒子を接触させているだけであるので、銀粒子同士を融着させる高温焼成型の銀ペーストに比べ、導電率が悪いという欠点があり、固体電解コンデンサの低ESR化の要求に十分に応えられるものではなかった。 Therefore, in a solid electrolytic capacitor using a conductive polymer as a solid electrolyte, it is conceivable to form a cathode layer using a polymer-type silver paste having a low heat treatment temperature, but the polymer-type silver paste contacts silver particles. Therefore, it has the disadvantage of poor electrical conductivity compared to the high-temperature firing type silver paste that fuses silver particles together, and does not fully meet the demand for low ESR of solid electrolytic capacitors. It was.
この発明では、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に使用できるように、熱処理温度が低く、しかも導電率が良好な銀ペーストを用い、ESRを低減することができる固体電解コンデンサ、およびそのような固体電解コンデンサの製造方法について検討してなされたものである。 In this invention, a solid electrolytic capacitor capable of reducing ESR by using a silver paste having a low heat treatment temperature and good conductivity so that a conductive polymer can be used for a solid electrolytic capacitor used as a solid electrolyte, And a method for manufacturing such a solid electrolytic capacitor.
この発明の固体電解コンデンサは、弁金属粉末を焼結してなる焼結体の表面に誘電体酸化皮膜を形成したコンデンサ素子に、導電性高分子からなる固体電解質層、カーボン層および銀ペースト層を順次形成してなる固体電解コンデンサにおいて、固体電解質層を形成した後に、酸化銀ナノ粒子と有機銀塩化合物の混合ペーストを塗布し、さらに150〜200℃の温度範囲で熱処理した陰極層を有することを特徴とする。 The solid electrolytic capacitor of the present invention includes a capacitor element in which a dielectric oxide film is formed on the surface of a sintered body obtained by sintering valve metal powder, a solid electrolyte layer made of a conductive polymer, a carbon layer, and a silver paste layer. In the solid electrolytic capacitor formed by sequentially forming, a solid electrolyte layer is formed, a mixed paste of silver oxide nanoparticles and an organic silver salt compound is applied, and a cathode layer is further heat-treated in a temperature range of 150 to 200 ° C. It is characterized by that.
また、この発明は、固体電解コンデンサの製造方法として、弁金属粉末を焼結してなる焼結体の表面に誘電体酸化皮膜を形成したコンデンサ素子に、導電性高分子からなる固体電解質層、陰極層を順次形成してなる固体電解コンデンサの製造方法において、酸化銀ナノ粒子と有機銀化合物の混合ペーストを塗布し、さらに150〜200℃の温度範囲で熱処理を行うことにより陰極層を形成したことを特徴とする。 Further, the present invention provides a solid electrolytic layer comprising a conductive polymer on a capacitor element in which a dielectric oxide film is formed on the surface of a sintered body obtained by sintering valve metal powder as a method for producing a solid electrolytic capacitor, In the method for producing a solid electrolytic capacitor in which the cathode layer is formed in sequence, the cathode layer is formed by applying a mixed paste of silver oxide nanoparticles and an organic silver compound and further performing a heat treatment at a temperature range of 150 to 200 ° C. It is characterized by that.
混合ペーストに含まれる酸化銀ナノ粒子は150℃以上に加熱すると、酸化銀から銀に還元する。この際、還元されたナノサイズの銀粒子は互いに融着を起こし、多孔質状で里立体的に融着した構造の銀塗膜になる。また、有機銀化合物は、150〜200℃の温度範囲で分解し、有機物成分と銀となる。そして分解された有機物成分は熱せられることにより揮散し、銀成分のみが残留することになる。この残留した銀成分は非常に活性な銀微粒子となる。これらの酸化銀なの粒子と有機銀化合物を混合したものは、酸化銀の還元によって得られた銀粒子が融着するが、前述したように多孔質状となっており、隙間が存在する。そこでこの隙間を、有機銀化合物から分解した銀が埋め、緻密な銀塗料膜が形成される。このように、銀同士が融着し、さらに隙間を充填する構造となるために、導電経路が十分に形成され、陰極層の導電率が向上する。 Silver oxide nanoparticles contained in the mixed paste are reduced from silver oxide to silver when heated to 150 ° C. or higher. At this time, the reduced nano-sized silver particles are fused with each other to form a porous silver coating film having a three-dimensionally fused structure. Moreover, an organic silver compound decomposes | disassembles in the temperature range of 150-200 degreeC, and becomes an organic substance component and silver. The decomposed organic component is volatilized by being heated, and only the silver component remains. This remaining silver component becomes very active silver fine particles. In a mixture of these silver oxide particles and an organic silver compound, silver particles obtained by reduction of silver oxide are fused, but as described above, the particles are porous and have gaps. Thus, the gap is filled with silver decomposed from the organic silver compound, and a dense silver paint film is formed. As described above, since the silver is fused and the gap is further filled, the conductive path is sufficiently formed, and the conductivity of the cathode layer is improved.
また、熱処理は150〜200℃の比較的低温の領域で行われるため、導電性高分子を固体電解質に用いた場合でも、導電性高分子の劣化を引き起こすことはない。 Further, since the heat treatment is performed in a relatively low temperature region of 150 to 200 ° C., even when the conductive polymer is used for the solid electrolyte, the conductive polymer is not deteriorated.
前記熱処理を、150〜160℃の温度範囲で第一の熱処理を行った後に、170〜190℃の温度範囲で第二の熱処理を行うと好適である。 It is preferable that after the first heat treatment is performed in the temperature range of 150 to 160 ° C., the second heat treatment is performed in the temperature range of 170 to 190 ° C.
170〜190℃の温度で熱処理をした場合には、急激な焼結とガス揮散が陰極層の内部で進行し、陰極層の表面の凹凸が大きくなり、リードフレームとの接触抵抗の増加を引き起こすという不都合や、場合によっては、陰極層にマイクロクラックを発生させ、陰極層の導電経路を断絶してしまい、陰極層そのものの導電性を悪化させる不都合が有り、結果として固体電解コンデンサのESRを増加させてしまうことがある。その一方で、150〜160℃による熱処理を行った場合には、有機物成分が揮散しないで若干残っているものがあるため、銀ペースト層の表面に黒い斑点として、残留してしまう。そして、残留した有機物成分は、陰極層の接続されるリードフレームとの接触抵抗を増加し、結果として固体電解コンデンサのESRの上昇を招く。 When heat treatment is performed at a temperature of 170 to 190 ° C., rapid sintering and gas volatilization proceed inside the cathode layer, and the surface irregularity of the cathode layer increases, causing an increase in contact resistance with the lead frame. And in some cases, microcracks are generated in the cathode layer, and the conductive path of the cathode layer is interrupted, thereby deteriorating the conductivity of the cathode layer itself. As a result, the ESR of the solid electrolytic capacitor is increased. I might let you. On the other hand, when heat treatment at 150 to 160 ° C. is performed, some organic components remain without being volatilized, and thus remain as black spots on the surface of the silver paste layer. The remaining organic component increases the contact resistance with the lead frame to which the cathode layer is connected, resulting in an increase in ESR of the solid electrolytic capacitor.
そこで、150〜160℃の温度範囲で第一の熱処理を行って、陰極層の表面に凹凸やマイクロクラックが形成しないように焼結する。さらに、陰極層の表面に残留した有機物成分は、170〜190℃の熱処理によって揮散させることによって、陰極層の外見形状が良好で、しかも内部にマイクロクラックを有さず、さらに、リードフレームとの密着性も良好な陰極層を得ることができる。 Therefore, the first heat treatment is performed in a temperature range of 150 to 160 ° C., and sintering is performed so that unevenness and microcracks are not formed on the surface of the cathode layer. Furthermore, the organic component remaining on the surface of the cathode layer is volatilized by a heat treatment at 170 to 190 ° C., so that the appearance shape of the cathode layer is good, and there are no microcracks inside. A cathode layer with good adhesion can be obtained.
この発明では、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でも、導電性高分子の導電性を損なうことなく、導電性の高い陰極層を形成することができ、固体電解コンデンサの低ESR化を達成することができる。 In the present invention, even a solid electrolytic capacitor using a conductive polymer as a solid electrolyte can form a highly conductive cathode layer without impairing the conductivity of the conductive polymer. Can be achieved.
次にこの発明の実施に形態について図1とともに説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
コンデンサ素子1はタンタル微粉末を直方体形状に成型し、焼結して形成されたものである。このコンデンサ素子1にはタンタルよりなる陽極導出線8が植設され、外部に導出されている。このコンデンサ素子1のタンタルの表面には、リン酸水溶液に浸漬して陽極酸化することにより誘電体酸化皮膜が形成される。 Capacitor element 1 is formed by molding tantalum fine powder into a rectangular parallelepiped shape and sintering. An anode lead wire 8 made of tantalum is implanted in the capacitor element 1 and led out to the outside. A dielectric oxide film is formed on the surface of tantalum of the capacitor element 1 by dipping in an aqueous phosphoric acid solution and anodizing.
このようなコンデンサ素子1を形成するには、タンタルの他、アルミニウム、ニオブ、チタン等の弁作用金属の粉末を用いることができる。 In order to form such a capacitor element 1, a powder of valve action metal such as aluminum, niobium, titanium, etc. can be used in addition to tantalum.
このコンデンサ素子1に導電性高分子層2を形成するために、まずコンデンサ素子1を重合性モノマー溶液に浸漬する。 In order to form the conductive polymer layer 2 on the capacitor element 1, the capacitor element 1 is first immersed in a polymerizable monomer solution.
このような重合性モノマー溶液の重合性モノマーとしては、チオフェン又はその誘導体であると好適である。チオフェンの誘導体としては次に掲げる構造のものを例示できる。このようなチオフェン又はその誘導体は、ポリピロール又はポリアニリンと比較して、導電率が高いとともに熱安定性が特に優れているため、低ESRで耐熱特性に優れた固体電解コンデンサを得ることができる。 The polymerizable monomer in such a polymerizable monomer solution is preferably thiophene or a derivative thereof. Examples of thiophene derivatives include the following structures. Such a thiophene or a derivative thereof has a high electrical conductivity and a particularly excellent thermal stability as compared with polypyrrole or polyaniline, so that a solid electrolytic capacitor having a low ESR and excellent heat resistance can be obtained.
XはOまたはS
XがOのとき、Aはアルキレン、又はポリオキシアルキレン
Xの少なくとも一方がSのとき、
Aはアルキレン、ポリオキシアルキレン、置換アルキレン、置換ポリオキシアルキレン:ここで、置換基はアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基
X is O or S
When X is O, A is alkylene or polyoxyalkylene When at least one of X is S,
A is alkylene, polyoxyalkylene, substituted alkylene, substituted polyoxyalkylene: wherein the substituent is an alkyl group, alkenyl group, alkoxy group
チオフェンの誘導体の中でも、3、4−エチレンジオキシチオフェンを用いると好適である。3、4−エチレンジオキシチオフェンは、酸化剤と接触することで、緩やかな重合反応によってポリ−(3、4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDT)を生成するため、3、4−エチレンジオキシチオフェンのモノマー溶液を微細な構造を有するコンデンサ素子の内部にまで浸透した状態で重合させることができる。この結果、コンデンサ素子の内部にまで導電性高分子層を形成することができるようになり、固体電解コンデンサの静電容量の増大を図ることができる。 Among the thiophene derivatives, 3,4-ethylenedioxythiophene is preferably used. 3,4-Ethylenedioxythiophene produces poly- (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDT) by a gentle polymerization reaction when in contact with an oxidizing agent. Polymerization can be performed in a state where the monomer solution of thiophene penetrates into the capacitor element having a fine structure. As a result, the conductive polymer layer can be formed even inside the capacitor element, and the capacitance of the solid electrolytic capacitor can be increased.
重合性モノマー溶液は、上記のような重合性モノマーを所定の溶媒で希釈したものである。希釈することによって重合性モノマー溶液の粘性が低くなり、コンデンサ素子の内部にまで重合性モノマーが浸透しやすくなる。溶媒としては各種有機溶媒を用いることができるが、重合性モノマーとして、3、4−エチレンジオキシチオフェンを用いた場合は、イソプロピルアルコールが適当である。 The polymerizable monomer solution is obtained by diluting the above polymerizable monomer with a predetermined solvent. By diluting, the viscosity of the polymerizable monomer solution becomes low, and the polymerizable monomer easily penetrates into the capacitor element. Although various organic solvents can be used as the solvent, isopropyl alcohol is suitable when 3,4-ethylenedioxythiophene is used as the polymerizable monomer.
コンデンサ素子を重合性モノマー溶液に所定時間浸漬した後、コンデンサ素子を重合性モノマー溶液より引き上げ、大気中で放置する。この大気中への放置によって重合性モノマー溶液のイソプロピルアルコールが揮発し、3、4−エチレンジオキシチオフェンがコンデンサ素子に付着した状態となる。 After immersing the capacitor element in the polymerizable monomer solution for a predetermined time, the capacitor element is pulled up from the polymerizable monomer solution and left in the air. By leaving in the air, the isopropyl alcohol of the polymerizable monomer solution is volatilized and 3,4-ethylenedioxythiophene is attached to the capacitor element.
さらに、コンデンサ素子を酸化剤溶液に浸漬する。酸化剤溶液は純水等の所定溶媒に、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩やスルホン酸塩を溶解した溶液を用いることができる。この酸化剤溶液への浸漬によって、重合性モノマーの重合が進行し、高分子化する。 Further, the capacitor element is immersed in an oxidant solution. As the oxidizing agent solution, a solution obtained by dissolving a persulfate such as ammonium persulfate or a sulfonate in a predetermined solvent such as pure water can be used. By soaking in the oxidant solution, the polymerization of the polymerizable monomer proceeds and becomes a polymer.
以上のような工程によって、コンデンサ素子の内部にまで、導電性高分子を形成する。
そして、導電性高分子の重合を終えたコンデンサ素子を純水による流水で洗浄する。その後コンデンサ素子を乾燥し、1回の重合を終える。
The conductive polymer is formed up to the inside of the capacitor element by the process as described above.
And the capacitor | condenser element which complete | finished superposition | polymerization of the conductive polymer is wash | cleaned with the flowing water by a pure water. Thereafter, the capacitor element is dried, and one polymerization is completed.
以上のような、重合性モノマー溶液への浸漬から乾燥までの工程を複数回繰り返し、所望の厚さの導電性高分子層を得て、固体電解質層とする。 The steps from the immersion in the polymerizable monomer solution to the drying as described above are repeated a plurality of times to obtain a conductive polymer layer having a desired thickness to obtain a solid electrolyte layer.
なお、コンデンサ素子は多孔質体であるため、固体電解質層を形成した後でも、コンデンサ素子の内部は完全には充填されない場合があり、隙間を有する構造となっている。また、化学重合により形成した導電性高分子層は、化学重合が進行する方向を制御することが困難であるため、導電性高分子層はその表面に微細な凹凸を有する構造となる。 Since the capacitor element is a porous body, the inside of the capacitor element may not be completely filled even after the solid electrolyte layer is formed, and has a structure having a gap. Moreover, since it is difficult to control the direction in which chemical polymerization proceeds in a conductive polymer layer formed by chemical polymerization, the conductive polymer layer has a structure with fine irregularities on the surface.
さらに、純水洗浄、乾燥まで行った後、固体電解質層2の上に銀ペーストを塗布する。この銀ペーストは、酸化銀ナノ粒子を4.0、有機銀化合物であるネオデカン酸銀を3.0の比率で添加し、所定の有機溶媒に混合した混合ペーストである。 Furthermore, after performing pure water washing and drying, a silver paste is applied on the solid electrolyte layer 2. This silver paste is a mixed paste in which silver oxide nanoparticles are added at a ratio of 4.0 and silver neodecanoate which is an organic silver compound is added at a ratio of 3.0 and mixed in a predetermined organic solvent.
なお、銀ペーストに用いられる有機銀化合物としてはネオデカン酸銀の他、ピバリン酸、ネオヘプタン酸、ネオノナン酸等の三級脂肪酸の銀塩を用いることができる。 In addition, as an organic silver compound used for a silver paste, the silver salt of tertiary fatty acids, such as pivalic acid, neoheptanoic acid, neononanoic acid other than silver neodecanoate, can be used.
この銀ペーストの酸化銀はナノオーダーの微細な粒子であるため、前述したコンデンサ素子の隙間は表面の凹凸に入り込み、固体電解質層との接触面積を十分に確保することができる。 Since the silver oxide of this silver paste is nano-sized fine particles, the gap between the capacitor elements described above enters the surface irregularities, and a sufficient contact area with the solid electrolyte layer can be secured.
そして、銀ペースト層をまず150〜160℃の温度範囲で30分間焼結し、銀ペースト層を硬化させる。そして170〜190℃の温度範囲で30分間熱処理することにより、銀ペースト層表面の残留有機物成分を揮散させる。 Then, the silver paste layer is first sintered at a temperature range of 150 to 160 ° C. for 30 minutes to cure the silver paste layer. And the residual organic component on the surface of a silver paste layer is volatilized by heat-processing for 30 minutes in the temperature range of 170-190 degreeC.
この熱処理により、銀粒子同士が融着した構造となり、銀ペースト層内部で導電経路が確保され、銀ペースト層3全体の導電率が向上することになる。また、上記の温度範囲では銀ペースト層3にマイクロクラックが発生することもない。従って、マイクロクラックによって、導電経路が遮断されることがなく、この点からも銀ペースト層3の抵抗率を低減させることができる。 By this heat treatment, the silver particles are fused to each other, a conductive path is secured inside the silver paste layer, and the conductivity of the entire silver paste layer 3 is improved. In addition, microcracks are not generated in the silver paste layer 3 in the above temperature range. Therefore, the conductive path is not blocked by the microcracks, and the resistivity of the silver paste layer 3 can be reduced also from this point.
以上のように、銀ペースト層3を形成した後、この銀ペースト層3の上に導電性接着材により陰極リード線5を接合するとともに、前記陽極体から引出した陽極線に陽極リード線4を溶接等の手段により接合する。さらに、トランスファーモールドにより樹脂外装6を行い、前記陰極リード線及び陽極リード線を所定の位置に折曲げてチップ状の固体電解コンデンサを完成した。 As described above, after the silver paste layer 3 is formed, the cathode lead wire 5 is joined to the silver paste layer 3 with a conductive adhesive, and the anode lead wire 4 is attached to the anode wire drawn from the anode body. Join by means such as welding. Further, the resin sheath 6 was applied by transfer molding, and the cathode lead wire and the anode lead wire were bent at predetermined positions to complete a chip-shaped solid electrolytic capacitor.
なお、以上の実施の形態では、導電性高分子層からなる固体電解質層に、直接銀ペースト層を塗布して陰極層とする例を示したが、図2に示すように、固体電解質層の上にカーボン層を形成し、さらにその上に銀ペースト層を形成して、陰極層としてもよい。 In the above embodiment, an example in which a silver paste layer is directly applied to a solid electrolyte layer made of a conductive polymer layer to form a cathode layer is shown. However, as shown in FIG. A cathode layer may be formed by forming a carbon layer thereon and further forming a silver paste layer thereon.
カーボン層は、カーボン粉末と樹脂バインダーとを混合したカーボンペーストを塗布し、乾燥することにより形成することができる。カーボン層を形成した場合には、カーボン層の樹脂バインダーが、固体電解質層とカーボン層、およびカーボン層と銀ペースト層との密着強度を向上させるように作用し、固体電解質層、カーボン層、銀ペースト層が強固に密着する。その結果、固体電解コンデンサを熱的負荷が加わったり、長時間使用した場合でも、それぞれの層の界面での接触抵抗が増加することがなく、全体として固体電解コンデンサの使用時におけるESR特性の悪化を低減することができる。 The carbon layer can be formed by applying and drying a carbon paste in which carbon powder and a resin binder are mixed. When the carbon layer is formed, the resin binder of the carbon layer acts to improve the adhesion strength between the solid electrolyte layer and the carbon layer, and between the carbon layer and the silver paste layer, and the solid electrolyte layer, carbon layer, silver The paste layer adheres firmly. As a result, even if a solid electrolytic capacitor is subjected to a thermal load or used for a long time, the contact resistance at the interface of each layer does not increase, and the ESR characteristics are deteriorated when the solid electrolytic capacitor is used as a whole. Can be reduced.
次にこの発明のより具体的な実施例に基づいて説明する。
コンデンサ素子として、大きさが1.0×3.5×4.9mm3のタンタル焼結体を用い、陽極線としてタンタル線を用いた焼結体を、90℃に加熱した0.4%リン酸水溶液中で、15Vの直流電圧を240分間印加して陽極酸化を行い、終了後に脱イオン水の流水により洗浄、その後に乾燥を行いコンデンサ素子とした。
Next, a description will be given based on a more specific embodiment of the present invention.
A tantalum sintered body having a size of 1.0 × 3.5 × 4.9 mm 3 was used as a capacitor element, and a sintered body using a tantalum wire as an anode wire was heated to 90 ° C. with 0.4% phosphorous. Anodization was performed by applying a DC voltage of 15 V in an acid aqueous solution for 240 minutes, and after completion, washing was performed with running deionized water, followed by drying to obtain a capacitor element.
次に、このコンデンサ素子をイソプロピルアルコール50gと3、4−エチレンジオキシチオフェン50gとを混ぜ合わせてなるモノマー溶液に7分間浸漬し、次に遷移金属イオンを含む酸化剤としてp−トルエンスルホン酸第二鉄40gを60gのブタノールに溶解させて得た酸化剤溶液に15分間浸漬し、化学酸化重合を行い、コンデンサ素子を構成する陽極酸化皮膜上に導電性高分子層を形成した。そして、コンデンサ素子に付着した余分なモノマーや酸化剤を除去するために、ブタノールによる洗浄を5分間行った後、105℃で5分間乾燥した。次いで、前記コンデンサ素子を60℃に加熱した0.4%のリン酸水溶液中で、13Vの直流電圧をで30分間印加して、皮膜の欠陥部を修復する再化成を行い、その後に脱イオン水の流水により洗浄して乾燥を行った。その後前記高分子層が所望の厚さになるまで、モノマー溶液への浸漬−乾燥までの重合回数を4回繰り返した。 Next, this capacitor element is immersed for 7 minutes in a monomer solution obtained by mixing 50 g of isopropyl alcohol and 50 g of 3,4-ethylenedioxythiophene, and then p-toluenesulfonic acid as an oxidizing agent containing transition metal ions. A conductive polymer layer was formed on the anodic oxide film constituting the capacitor element by immersing in 40 g of ferric 40 g of butanol in an oxidant solution obtained for 15 minutes, followed by chemical oxidative polymerization. And in order to remove the excess monomer and oxidant adhering to the capacitor element, it was washed with butanol for 5 minutes and then dried at 105 ° C. for 5 minutes. Next, the capacitor element is re-formed in a 0.4% phosphoric acid aqueous solution heated to 60 ° C. by applying a DC voltage of 13 V for 30 minutes to repair defects in the film, and then deionized. It was washed with running water and dried. Thereafter, the number of polymerizations until dipping and drying in the monomer solution was repeated 4 times until the polymer layer had a desired thickness.
次に、コンデンサ素子の導電性高分子層の上に、銀ペーストを塗布した。この銀ペーストとしては、藤倉化成社製ドータイト(商品名)XA−9501を原液のまま用いた。 Next, a silver paste was applied on the conductive polymer layer of the capacitor element. As this silver paste, Dotite (trade name) XA-9501 manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd. was used as it was.
コンデンサ素子に銀ペーストを塗布した後、150℃で30分間熱処理を行い、さらに180℃で30分熱処理を行って銀ペースト層の硬化を行った。 After the silver paste was applied to the capacitor element, heat treatment was performed at 150 ° C. for 30 minutes, and then heat treatment was performed at 180 ° C. for 30 minutes to cure the silver paste layer.
さらに、陽極線を陽極リードフレームに溶接するとともに、銀ペースト層に陰極リードフレームを導電性接着材によって接合する。そしてコンデンサ素子を全体を樹脂でモールドし、リードフレームを所定位置で切断して、陽極外部端子、陰極外部端子とし、さらに外部端子を樹脂外装に沿って折り曲げて、チップ型の固体電解コンデンサとした。 Further, the anode wire is welded to the anode lead frame, and the cathode lead frame is joined to the silver paste layer with a conductive adhesive. Then, the entire capacitor element is molded with resin, the lead frame is cut at a predetermined position to form an anode external terminal and a cathode external terminal, and the external terminal is bent along the resin sheath to obtain a chip-type solid electrolytic capacitor. .
実施例1と同様にしてコンデンサ素子に導電性高分子からなる固体電解質層まで形成し、さらに固体電解質層の上にカーボン層を形成した。 In the same manner as in Example 1, a capacitor element was formed up to a solid electrolyte layer made of a conductive polymer, and a carbon layer was further formed on the solid electrolyte layer.
次に、コンデンサ素子のカーボン層の上に、銀ペーストを塗布した。この銀ペーストとしては、藤倉化成社製ドータイト(商品名)XA−9501を原液のまま用いた。 Next, a silver paste was applied on the carbon layer of the capacitor element. As this silver paste, Dotite (trade name) XA-9501 manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd. was used as it was.
コンデンサ素子に銀ペーストを塗布した後、150℃で30分間熱処理を行い、さらに180℃で30分熱処理を行って銀ペースト層の硬化を行った。 After the silver paste was applied to the capacitor element, heat treatment was performed at 150 ° C. for 30 minutes, and then heat treatment was performed at 180 ° C. for 30 minutes to cure the silver paste layer.
さらに、陽極線を陽極リードフレームに溶接するとともに、銀ペースト層に陰極リードフレームを導電性接着材によって接合する。そしてコンデンサ素子を全体を樹脂でモールドし、リードフレームを所定位置で切断して、陽極外部端子、陰極外部端子とし、さらに外部端子を樹脂外装に沿って折り曲げて、チップ型の固体電解コンデンサとした。 Further, the anode wire is welded to the anode lead frame, and the cathode lead frame is joined to the silver paste layer with a conductive adhesive. Then, the entire capacitor element is molded with resin, the lead frame is cut at a predetermined position to form an anode external terminal and a cathode external terminal, and the external terminal is bent along the resin sheath to obtain a chip-type solid electrolytic capacitor. .
(従来例)
従来例として、実施例2と同様にして、導電性高分子層の形成を行い、さらにコンデンサ素子にカーボン層を形成した後、さらにカーボン層の上に平均粒径5μmの銀粉をバインダーと混合した銀ペーストを塗布し、さらに200℃にて熱処理して硬化することにより陰極層を形成し、その後の工程を実施例と同様に形成したチップ型固体電解コンデンサを用意した。
(Conventional example)
As a conventional example, a conductive polymer layer was formed in the same manner as in Example 2, and after further forming a carbon layer on the capacitor element, silver powder having an average particle size of 5 μm was further mixed with a binder on the carbon layer. A cathode paste was formed by applying a silver paste, further heat-treating and curing at 200 ° C., and a chip-type solid electrolytic capacitor in which the subsequent steps were formed in the same manner as in the examples was prepared.
(試験結果)
以上のようにして作製した固体電解コンデンサの初期の電気的測定および半田リフロー条件(250℃、5秒間)にて熱的ストレスを印加した後の電気的特性の測定を行った。その結果を次の表に示す。
(Test results)
The initial electrical measurement of the solid electrolytic capacitor produced as described above and the electrical characteristics after applying thermal stress under the solder reflow conditions (250 ° C., 5 seconds) were performed. The results are shown in the following table.
この表1に示した結果から判るように、本発明の製造方法により製造した実施例1、実施例2の固体電解コンデンサは、従来例の固体電解コンデンサよりもESRが低くなっていることが判る。また、固体電解質層の上にカーボン層を形成した実施例2に比べ、カーボン層を形成せずに固体電解質層の上に直接銀ペースト層を形成した実施例1の方が、固体電解コンデンサのESRが低減していることが判る。しかしながら、実施例2はESRの値がリフロー前後で大きな違いはないが、実施例1はリフロー後のESRの上昇が実施例2に比べると大きい。従って、熱安定性の観点では実施例2が優れていると評価できる。 As can be seen from the results shown in Table 1, it can be seen that the solid electrolytic capacitors of Examples 1 and 2 manufactured by the manufacturing method of the present invention have lower ESR than the solid electrolytic capacitors of the conventional examples. . In addition, compared to Example 2 in which a carbon layer was formed on a solid electrolyte layer, Example 1 in which a silver paste layer was formed directly on a solid electrolyte layer without forming a carbon layer was more effective for a solid electrolytic capacitor. It can be seen that ESR is reduced. However, in Example 2, the ESR value is not significantly different between before and after reflow, but in Example 1, the increase in ESR after reflow is larger than that in Example 2. Therefore, it can be evaluated that Example 2 is superior in terms of thermal stability.
1 コンデンサ素子
2 導電性高分子層
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 外装樹脂
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Capacitor element 2 Conductive polymer layer 3 Carbon layer 4 Silver paste layer 5 Anode lead wire 6 Cathode lead wire 7 Exterior resin
Claims (3)
固体電解質層を形成した後に、酸化銀ナノ粒子と有機銀化合物の混合ペーストを塗布し、さらに150〜200℃の温度範囲で熱処理した陰極層を形成したことを特徴とする固体電解コンデンサ。 Solid electrolysis by sequentially forming a solid electrolyte layer composed of a conductive polymer, a carbon layer and a silver paste layer on a capacitor element in which a dielectric oxide film is formed on the surface of a sintered body obtained by sintering valve metal powder. In the capacitor
A solid electrolytic capacitor, wherein after forming a solid electrolyte layer, a mixed paste of silver oxide nanoparticles and an organic silver compound is applied, and a cathode layer is further heat-treated in a temperature range of 150 to 200 ° C.
固体電解質層を形成した後に、酸化銀ナノ粒子と有機銀化合物の混合ペーストを塗布し、さらに150〜200℃の温度範囲で熱処理をすることにより陰極層を形成したことを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。 Solid electrolysis by sequentially forming a solid electrolyte layer composed of a conductive polymer, a carbon layer and a silver paste layer on a capacitor element in which a dielectric oxide film is formed on the surface of a sintered body obtained by sintering valve metal powder. In the method of manufacturing a capacitor,
A solid electrolytic capacitor characterized in that after forming a solid electrolyte layer, a mixed paste of silver oxide nanoparticles and an organic silver compound is applied, and further a heat treatment is performed in a temperature range of 150 to 200 ° C. to form a cathode layer. Manufacturing method.
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