JP2668975B2 - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は小型大容量化に適した固体電解コンデンサの
製造方法に関するものである。

従来の技術 最近電子機器のデジタル化にともなって、そこに使用
されるコンデンサも高周波領域においてインピーダンス
が低く、小型大容量化したものへの要求が高まってい
る。従来、高周波領域用のコンデンサとしてはプラスチ
ックフィルムコンデンサ、マイカコンデンサ、積層セラ
ミックコンデンサなどが用いられている。またその他に
アルミニウム乾式電解コンデンサやアルミニウムまたは
タンタル固体電解コンデンサなどがある。アルミニウム
乾式電解コンデンサでは、エッチングを施した陽・陰極
アルミニウム箔をセパレータを介して巻取り、液状の電
解質を用いている。また、アルミニウムやタンタル固体
電解コンデンサでは前記アルミニウム乾式電解コンデン
サの特性改良のため電解質の固体化がなされている。こ
の固体電解質形成には硝酸マンガン液に陽極体を浸漬
し、250〜350℃前後の高温炉中にて熱分解し、二酸化マ
ンガン層をつくる。このコンデンサの場合、電解質が固
体のために高温における電解質の流出、低温域での凝固
から生じる機能低下などの欠点がなく、液状電解質と比
べて良好な周波数特性、温度特性を示す。また、アルミ
電解コンデンサはタンタル電解コンデンサと同様誘電体
となる化成皮膜を非常に薄くできるために大容量を実現
できる。

また、近年では7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン
（以下TCNQと略す）塩等の有機半導体を固体電解質とし
て用いた固体電解コンデンサが開発されている。

さらに固体電解質の高電導度化のためにピロール、チ
オフェン、フランなどの重合性モノマーを電解重合させ
て導電性高分子とし、これを固体電解質とする方法が提
案されている。

発明が解決しようとする課題 導電性高分子に関しては、その電導度がおよそ１〜10
0S・cm^-1のものを用いてコンデンサを構成することが可
能であり、固体のメリットを活かした高周波領域で良好
な周波数特性および広範囲での温度特性を実現すること
が可能となる。電解重合反応では、モノマーの電解酸化
という反応過程により、誘電体となる化成皮膜上へ皮膜
を破壊せずに重合膜をつけることが必要である。この方
法として、特開昭62−165313号公報で化成皮膜の一部に
導電性物質を重合の開始点として設け化成皮膜上に析出
・生長させる方法が考案されている。特開昭62−165313
号公報の実施例では、ポリエステルフィルムの上に金属
を蒸着した導電フィルムを化成皮膜の外周部（化成皮膜
の全面積の0.001〜50％）に設け、そこを重合の開始点
として電解重合を行うという方法である。しかしながら
この方法では導電性物質のごく近傍には電解重合膜が生
長するが、化成皮膜を大面積にした場合には化成皮膜上
全体に電解重合膜を生長させることができないという欠
点があった。また、化成皮膜上全体に導電性物質として
金属粉やグラファイトなどの電導度の高いものを直接使
用した場合にはショートしてしまうなどの問題点があっ
た。

また、化成皮膜を形成する前に、電解重合膜を弁金属
上につけて、その後、化成液中で陽極化成により化成皮
膜を形成することができるが、この場合電解重合膜を介
して化成反応を行うことになるので、電解重合膜の変質
をきたしたり、弁金属との付着性の低下を生じていた。
従ってこれらの方法によって大容量のコンデンサを提供
することは困難であった。

本発明はこのような問題点を解決するもので、電解重
合高分子固体電解コンデンサの製造において、コンデン
サの誘電体となる化成皮膜上の陰極を取り出す部分全体
に効果適に電解重合導電性高分子を生長させることを可
能とし、高周波領域で良好な周波数特性および広範囲で
の温度特性を実現する大容量電解コンデンサを提供する
ものである。

課題を解決するための手段 このような従来の問題点を解決するために本発明は、
弁金属よりなる陽極体の表面に陽極化成皮膜を形成し、
その後、前記陽極化成皮膜上の陰極を取り出す部分全体
に、TCNQ塩からなる有機半導体を島状または層状に均一
に付着させ、さらに前記有機半導体に接触して配置され
た電極を少なくとも一つ以上用いて水溶液系の重合液中
で前記陽極化成皮膜上に、導電性高分子膜を電解重合に
より形成させるものである。

作 用 このような本発明の方法によれば、電解重合高分子固
体電解コンデンサの製造において、コンデンサの誘電体
となる化成皮膜上の陰極を取り出す部分全体に、TCNQ塩
からなる有機半導体を島状または層状に均一に付着させ
た後、前記有機半導体層に接触して配置した電極から水
溶液系の重合液を用いて一旦電解重合反応を開始する
と、そこを起点に重合体が前記有機半導体上の表面全体
に生長することをみいだし、この現象を利用したもの
で、この方法を用いて効果的に電解重合導電性高分子を
化成皮膜上に生長させることが可能となり、高周波領域
で良好な周波数特性および広範囲での温度特性を実現す
る大容量電解コンデンサを提供することが可能となる。

実施例 以下、本発明の一実施例について図面を用いて説明す
る。

塩酸などで電解エッチングされたアルミニウム箔から
なる陽極体１の一部に陽極引出しリード線２を溶接し、
アジピン酸アンモニウム等の水溶液中で化成反応を行っ
た後、イソアミルイソキノリニウム（IAmIQ）やイソブ
チルイソキノリニウム（IBuIQ）などをドナーとする高
電導度のTCNQ錯体をアセトニトリルやエタノールなどの
有機溶媒に溶解した飽和溶液に、さらに10重量部のTCNQ
塩を加えた過飽和溶液を調製し、この液中に陽極体１を
浸漬した後、減圧下で１時間放置して溶媒を蒸発させ、
陽極化成皮膜３上にTCNQ塩の有機半導体層４を形成し
た。この有機半導体層４は有機溶媒中では溶解してしま
うが、水溶液中ではほとんど溶解せずに導電性の結晶状
で陽極体１に付着したままである。

次に第１図に示すような電解重合槽を使用し、重合液
５としては、モノマーにピロール0.5mol/、支持電解
質にポリスチレンスルホンサンナトリウム塩0.1mol/
を用いて水溶液を調製した。次に陽極体１を重合液５中
に固体し、φ0.2のアルミニウム棒からなる補助陽極６
を重合液５中でTCNQ塩の有機半導体層４に軽く接触させ
る。このアルミニウム棒の先端は丸くて有機半導体層４
との接触面積は0.2mm²以下である。このアルミニウム棒
を補助陽極６とするのに対し補助陰極７には厚さ100μ
ｍのアルミニウム箔を使用した。この様な構成で補助陽
極６と補助陰極７の間に5Vの定電圧を印加すると、すぐ
に重合液５中にある補助陽極６であるアルミニウム棒の
表面全体に導電性高分子膜８が形成する。その後も電圧
を印加し続けると、導電性高分子膜８が半導体層４上に
も形成し次第に生長し、10〜30分後には1.12cm³の導電
性高分子膜８が形成した。次に第２図に示すように導電
性高分子膜８上にグラファイト層９を塗り、その上に導
電層10として銀ペイントを塗り陰極リード11を取り出
す。そしてエポキシ樹脂12で外装することによりコンデ
ンサを作成した。

以上のような方法で作成した固体電解コンデンサの諸
特性を測定し第１表に示した。

今回使用したアルミニウム陽極箔の液中容量は16.1μ
Ｆであったので容量達成率は79.5〜82.0％になる。さら
に高周波の1MHzでのインピーダンスが非常に低い比較的
大容量の高性能コンデンサを得ることができた。

本実施例では、導電性高分子のモノマーとしてピロー
ル、支持電解質としてポリスチレンスルホンサンナトリ
ウム塩を用いて電解重合膜を形成する例で示したが、こ
の他にチオフェン、フランやアニリンまたはそれらの誘
導体をモノマーに用い他の支持電解質を使用した水溶液
系の重合液を用いて電解重合膜を形成してもかまわな
い。

また電解重合槽の補助陽極および補助陰極はアルミニ
ウムを使用した例で示したがステンレス、鉄、ニッケル
等の金属であってもその効果は変わらない。

また、有機半導体層の形成方法を、過飽和のTCNQ塩溶
液に陽極体を浸せきする方法で説明したが、例えばTCNQ
を溶融して陽極体表面に付着させる等の方法であっても
よく、方法を限定するものではない。

発明の効果 本発明によれば、電解重合高分子固体電解コンデンサ
の製造において、コンデンサの誘電体となる化成皮膜上
の陰極を取り出す部分全体に、TCNQ塩からなる有機半導
体を島状または層状に均一に付着させたのち、前記有機
半導体層に接触して配置した電極から水溶液系の重合液
を用いて一旦電解重合反応を開始すると、そこを起点に
重合体が前記有機半導体上の表面全体に生長することと
なり、この方法を用いて効果的に電解重合導電性高分子
を化成皮膜上に生長させることが可能となり、高周波領
域で良好な周波数特性および広範囲での温度特性を実現
する大容量電解コンデンサを提供することが可能となり
その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における電解重合槽の構成を
示す断面図、第２図は同実施例により得られた固体電解
コンデンサの概略断面図である。 １……陽極体、２……陽極引出しリード線、３……陽極
化成皮膜、４……有機半導体層、５……重合液、６……
補助陽極、７……補助陰極、８……導電性高分子膜、９
……グラファイト層、10……導電層、11……陰極リード
線、12……エポキシ樹脂。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁金属よりなる陽極体の表面に陽極化成皮
   膜を形成し、その後、前記陽極化成皮膜上の陰極を取り
   出す部分全体に、有機半導体を島状または層状に均一に
   付着させ、さらに前記半導体に接触して配置された電極
   を少なくとも一つ以上用いて前記陽極化成皮膜上に導電
   性高分子膜を電解重合により形成させることを特徴とす
   る固体電解コンデンサの製造方法。
2. 【請求項２】有機半導体が7,7,8,8−テトラシアノキノ
   ジメタンをアクセプターとする電荷移動錯体である請求
   項１記載の固体電解コンデンサの製造方法。
3. 【請求項３】電解重合に水溶液系の重合液を用いること
   を特徴とする請求項１記載の固体電解コンデンサの製造
   方法。