JP3202668B2 - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents
固体電解コンデンサの製造方法Info
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Description
の製造方法に関し、特に導電性高分子化合物を固体電解
質とする固体電解コンデンサの製造方法に関する。
ウムやタンタル等の弁作用金属の微粉末を成型、焼結し
て得られる多孔質焼結体を陽極とし、その焼結体の孔内
部および外表面に電気化学的陽極酸化等により誘電体酸
化皮膜を形成し、さら対向電極となる陰極を引き出すた
めに酸化皮膜上に密接して固体電解質を介在させる。
極との間を電気的に接続し誘電体酸化皮膜の持つ静電容
量を引き出す機能を有する。さらに言えば、誘電体酸化
皮膜内部に欠陥を有し電気的短絡が生じた場合に、この
欠陥を修復する機能を併せ持つことが必要である。
従来、二酸化マンガンや7,7,8,8−テトラシアノ
キノジメタン錯塩(TCNQ錯塩)が幅広く用いられて
きたが、二酸化マンガンを用いたものは、その比抵抗が
低くないために高周波領域でのインピーダンス、等価直
列抵抗(以降、ESRという)、或いは誘電損失角の正
接(以下、tanδという)が高い。一方、TCNQ錯
塩を固体電解質に用いたものは、インピーダンス、ES
R、tanδがかなり低いものの、TCNQ錯塩の熱分
解温度が低いことに起因して耐熱性に乏しく、高温雰囲
気下で上記の特性値を長期間持続できないという欠点が
あった。
新規な固体電解質材料の開発が活発に行なわれた結果、
ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリフ
ランなど、π電子を有する共役系高分子化合物に電子供
与性や電子吸引性を有する化合物(ドーパント)を添加
して導電性を付与した導電性高分子化合物が開発され、
これらを固体電解質として用いる固体電解コンデンサが
数多く提唱されている。例えば、酸化剤を用いた化学酸
化重合法によってピロールモノマーを誘電体酸化皮膜上
で重合させ、ドーパントを添加したポリピロールを導電
性高分子化合物層とした後、グラファイト層、銀塗料層
を順次形成する製造方法が開発されている。
しての導電性高分子化合物層は薄く、陽極としての焼結
体との嵌合を十分に確保することが出来ない。さらに、
得られた導電性高分子化合物層の外表面が平滑であるた
めに導電性高分子化合物層とグラファイト層との嵌合が
弱い。そのため、高周波領域でのESR或いはtanδ
が大きいという問題があった。
平7−94368号公報には図5に示すごとく、誘電体
酸化皮膜2上に化学酸化重合により内部導電性高分子化
合物層5を形成した後に、グラファイト等の導電性粉末
7を混在させ表面に凹凸を設けた外部導電性高分子化合
物層6を形成し、さらにグラファイト層8、銀塗料層9
を順次形成してなる固体電解コンデンサおよびその製造
方法が開示されている。
製造工程をまとめたフローチャートである。
方法で作製した導電性高分子化合物層を固体電解質とす
る固体電解コンデンサは、次のような問題点がある。
よるESRおよびtanδの増大である。その原因は、
外部導電性高分子化合物層やグラファイト層の機械的強
度が必ずしも十分でなく、またその内部導電性高分子化
合物層とグラファイト層との嵌合、接着力も十分でない
ために、熱衝撃によりそれらの層間が剥離しやすいため
である。
れ電流の増大である。その原因は上述の方法によると弁
作用金属の焼結体からなる陽極体の外表面に均一な厚み
の外部導電性高分子化合物層を形成するのが困難であ
り、部分的に厚みの不足した部位に於いて誘電体酸化皮
膜の機械的な損傷を誘発しやすいためである。特に陽極
体のエッジ部分において、外部導電性高分子化合物層の
厚みが不足しやすく、漏れ電流が増大しやすい。
用温湿度条件下、特に高温雰囲気下での使用に伴なうE
SR、tanδの急激な増大である。その原因は、前述
のごとく、内部導電性高分子化合物層、導電性高分子化
合物層およびグラファイト層間の嵌合が弱いため、3者
の間に剥がれや隙間を生じやすく、これらが酸素および
水分の侵入経路となり、高温高湿雰囲気下での導電性高
分子化合物層全体の酸化劣化が著しく加速され、抵抗値
が急激に増大するためと考えられる。
決することにより、初期特性および信頼性に優れた固体
電解コンデンサの製造方法を提供することにある。
ンサの製造方法は、弁作用金属粉末の焼結体からなり陽
極表面に酸化皮膜を形成する工程と、その酸化皮膜上に
密接して化学酸化重合により第一の導電性高分子化合物
層を形成する工程、導電性高分子化合物懸濁水溶液に浸
漬し、前記第一の導電性高分子化合物層上に第二の導電
性高分子化合物層を形成する工程と、グラファイト粉末
含有懸濁水溶液に浸漬し、前記第二の導電性高分子化合
物層上にグラファイト層を形成後、銀塗料層を形成し、
陰極層を形成する工程を含むことで構成される。
液と前記グラファイト粉末含有懸濁水溶液には水溶性接
着剤を含有させることで、前記第二の導電性高分子化合
物層と前記第一の導電性高分子化合物層、および第二の
導電性高分子化合物層と前記グラファイト層との嵌合と
接着力を向上することができる。
は、ポリアクリロニトリル、メチルセルロース、ポリビ
ニルアルコール、メタクリル酸メチルおよびそれらの誘
導体を用いることができる。
に分散した懸濁水溶液を容易に調製でき、乾燥して水分
を除去することにより、低温短時間で厚みの均一な塗膜
が得られる。また、純水の添加量を調整し、固形分の濃
度を変えることにより厚付けが可能となり、所望の厚み
の塗膜を最小の処理回数で得られるという利点もある。
記第二の導電性高分子化合物層、前記グラファイト層の
強度、およびこれら層間の嵌合を強化出来る。なお、前
記第二の導電性高分子化合層と前記グラファイト層の形
成に用いる水溶性接着剤は同一の化合物でなくても構わ
ない。
合物層としては、ピロール、アニリン、チオフェン、さ
らにフラン等の環状有機化合物のモノマー、およびそれ
らの誘導体の重合体を用いることができる。これらの重
合体は化学酸化重合によって形成するのが好適である。
その理由は、弁作用金属の焼結体の空孔内部は微細に拡
面化されており、電解酸化重合では、通電時に空孔内部
と外表面に電位差を生じやすく、誘電体酸化皮膜全体に
わたり、均一に導電性高分子化合物層を密接させること
が困難なためである。
層形成用の懸濁水溶液中の導電性高分子化合物として
は、前記第一の導電性高分子化合物層と同様にピロー
ル、アニリン、チオフェン、フラン、およびそれらの誘
導体の重合体を用いる。なお、第一の導電性高分子化合
層と第二の導電性高分子化合物層とは同一の化合物でな
くても構わない。
層を二層構造とし、誘電体酸化皮膜に密接する第一の導
電性高分子化合物層を化学酸化重合によって形成し、次
に、予め重合された後にドーパントをドープして導電性
を発現せしめた導電性高分子化合物の粉末と水溶性接着
剤とを混合した懸濁水溶液に浸漬し、引き上げて所定温
度で乾燥することにより、グラファイト層との嵌合強化
用の凹凸を表面に有する第二の導電性高分子化合物層を
形成した。さらにグラファイト粉末と水溶性接着剤とを
混合した懸濁水溶液に浸漬し、引き上げて所定温度で乾
燥し、グラファイト層を形成することにより、固体電解
コンデンサの実装時の熱衝撃や実用温湿度条件下、特に
高温雰囲気下でのESR、tanδ、および漏れ電流の
増大を抑制できる。
を参照して説明する。
デンサの製造方法を説明するための固体電解コンデンサ
の模式的断面図であり、(a)は全体断面図、(b)は
(a)の固体電解コンデンサの誘電体酸化皮膜部の拡大
断面図である。
極である弁作用金属1を陽極酸化し、その焼結体表面の
細孔壁面に沿って誘電体酸化皮膜2を形成する。この誘
電体酸化被膜2の表面に、第一の導電性高分子化合物層
3を化学酸化重合によって形成し、コンデンサ素子を製
作する。
化合物懸濁水溶液に浸漬し、第一の導電性高分子化合物
層3上に、第二の導電性高分子化合物層4を形成する。
ここで、第二の導電性高分子化合物層4形成のための導
電性高分子化合物懸濁水溶液としては、導電性高分子化
合物の粉末と水溶性接着剤とを混合した懸濁水溶液が使
用される。この液に浸漬し引き上げて所定温度で乾燥す
ることにより第二の導電性高分子化合物層が形成され
る。第二の導電性高分子化合物層4の外表面には導電性
高分子化合物粉末からなる凹凸を多数有しているため、
この上に形成するグラファイト層との嵌合を向上するこ
とができる。
前記コンデンサ素子を浸漬し、第二の導電性高分子化合
物層4の外表面を覆い隠すように、グラファイト層8を
形成する。
は、ポリアクリロニトリル、メチルセルロース、ポリビ
ニルアルコール、メタクリル酸メチルおよびそれらの誘
導体を用いるのが好適である。これら水溶性接着剤の混
合比率は特に厳密に限定されるものではないが、抵抗
値、接着力、作業性および各種信頼性評価の結果から
0.5〜3wt.%が最も好ましい。その混合比率が
0.5wt.%未満であると接着力が若干弱く、3w
t.%を超えて添加すると、抵抗値が増大する傾向が認
められた。
を順次形成し、陰極層を形成する。
を取り付け外装樹脂11で外装を施して、図1の固体電
解コンデンサが製造される。図2は、これら一連の製造
工程をまとめたフローチャートである。
る。なお各実施例とも上記の実施のの形態における弁作
用金属としては直径1mm、長さ1mmの円柱状のタン
タル微粉末の焼結体を用いた。この焼結体の陽極酸化後
のCV積(粉末1gあたりの静電容量と陽極酸化電圧と
の積)は48000μF・V/gであった。
中において、60Vで陽極酸化して、誘電体酸化皮膜2
を形成した。このペレットを、0.1Mドデシルベンゼ
ンスルフオン酸第二鉄のメタノ−ル溶液に1分間浸漬
し、0.1Mピロールモノマーのメタノール溶液に1分
間浸漬した後、室温で15分間保持して化学酸化重合と
ドーピングとを同時に行なった。これら酸化剤の含浸、
重合・ドービングの一連の操作を15回繰り返すことに
より、第一の導電性高分子化合物層3としてのポリピロ
ールを誘電体酸化皮膜上に密接するように形成した。
M,2−ナフタレンスルフオン酸:0.2M,硝酸第二
鉄:0.2Mとなるように混合したメタノール溶液を調
製し、−40℃以下に保持し、十分に攪拌した。その
後、この溶液を室温下で5時間放置して、化学酸化重合
させた。さらに、メタノールを用いて過剰のピロール、
2−ナフタレンスルフォン酸および硝酸第二鉄を除去し
た後、室温で24時間乾燥することにより粉末状のボリ
ピロールを得た。
t.%、水溶性接着剤としてのポリビニルアルコールを
1.5wt.%、純水(残部)を73.5wt%の組成
に混合した懸濁水溶液を調製し、このものに、前記第一
の導電性高分子化合物層形成後のペレットを3秒間浸漬
し引き上げて、120℃で15分間乾燥させることによ
り、第二の導電性高分子化合物層としてのポリピロール
の厚膜を形成した。
3μm)10wt%、ポリビニルアルコール1.5wt
%、純水(残部)88.5wt%の組成に混合した懸濁
水溶液を調製し、このものに、前記第二の導電性高分子
化合物層形成後のペレットを3秒間浸漬し引き上げて、
120℃で15分間乾燥させることにより、グラファイ
ト層を形成せしめた。
成し、電極端子を引き出した後、外装樹脂で封止し固体
電解コンデンサを完成させた。
った。このペレットを0.1M、2−ペルオキソ二硫酸
アンモニウム水溶液に1分間浸漬し、次に0.1Mアニ
リンモノマー水溶液に1分間浸漬して、室温で15分間
乾燥させることにより、前記誘電体酸化皮膜の上に密接
して脱ドープ状態のポリアニリンを形成した。次に、こ
のものを0.1M p−トルエンスルフォン酸のエタノ
ール溶液に1時間浸漬してポリアニリンにドーピングを
行ない、導電性を付与した。これら酸化剤の含浸、アニ
リンモノマーとの接触、ド− ピングからなる一連の操
作を10回繰り返して第一の導電性高分子化合物層とし
てのポリピロールを前記誘電体酸化皮膜上に密接するよ
うに形成した。
たポリピロール粉末を含む懸濁水溶液に第一の導電性高
分子化合物層を形成後のペレットを浸漬し、引き上げ
て、120℃で15分間乾燥させることにより、第二の
導電性高分子化合物層としてのポリピロールの厚膜を形
成せしめた。
ファイト層、銀塗料層を順次形成した後、電極端子を取
り出し、外装樹脂で封止して固体電解コンデンサを完成
させた。
行なった。次に、0.1M チオフェン/0.1M ク
エン酸/0.1M p−トルエンスルフォン酸/0.2
M硝酸第二鉄となるようなエタノール溶液を調製し、−
50℃に保持した。このものに、誘電体酸化皮膜形成後
のペレットを1分間浸漬した後引き上げ、室温で1時間
保持して化学酸化重合を行なった。さらに、エタノール
を用いて余分なチオフェン、クエン酸、P−トルエンス
ルフォン酸、硝酸第二鉄を除去した。以上の重合溶液浸
漬、室温乾燥、エタノール洗浄の一連の操作を8回繰り
替えすことにより、前記誘電体酸化皮膜の上に密接して
第一の導電性高分子化合物層としてのドーピング状態の
ポリチオフェン膜を形成した。次に、実施例1と同様の
方法により調製したポリピロール粉末を含む懸濁水溶液
に第一の導電性高分子化合物層を形成後のペレットを浸
漬し、引き上げて、120℃で、5分間乾燥させること
により、第二の導電性高分子化合物層としてのポリピロ
ールの厚膜を形成せしめた。
ファイト層、銀塗料層を順次形成せしめた後、電極端子
を取り出し、外装樹脂で封止して固体電解コンデンサを
完成させた。
の形成までの操作を行なった。次に、グラファイト粉末
(平均粒径約0.3μm)10wt.%、カルボキシメ
チルセルロース0.8wt.%、純水(残部)89.2
wt.%の組成に混合した懸濁水溶液を調製し、このも
のに、前記第二の導電性高分子化合物層形成後のペレッ
トを3秒間浸漬し引き上げて、100℃で5分間乾燥さ
せることにより、グラファイト層を形成した。
した後、外装樹脂で封止し固体電解コンデンサを完成さ
せた。
作される固体電解コンデンサを代表的な比較例として説
明する。
様の方法により誘電体酸化皮膜を形成した。このペレッ
トを0.1Mドデシルベンゼンスルフォン酸第二鉄のエ
タノール溶液に1分間浸漬し、0.1Mピロールモノマ
ーのメタノール溶液に1分間浸漬した後、室温で10分
間保持し化学酸化重合とドーピングを同時に行なった。
以上の酸化剤の含浸、ピロールモノマーとの接触、重合
・ドーピングからなる一連の操作をを10回繰り返し
て、誘電体酸化皮膜に密接して、内部導電性高分子化合
物層としてのポリピロールを形成した。
剤に可溶なポリアニリン粉末5gを導電性粉末として用
い、N−メチル−2−ピロリドン95g中に少量ずつ加
え、溶解させて溶液とした。前記の内部導電性高分子化
合物層形成後のペレットを当該溶液中に1分間保持した
後、硫酸水溶液に30分間浸漬することによりドーピン
グして、導電性粉末としてのポリピロール粉末を含む外
部導電性高分子化合物層としてのポリアニリンを形成し
た。
いグラファイト層、銀塗料層を順次形成し、電極端子を
引き出した後、外装樹脂で封止して比較例の固体電解コ
ンデンサを完成させた。
固体電解コンデンサ、および比較例の固体電解コンデン
サ各100個を半田浸漬試験(270℃ 10秒浸漬)
に供した。試験前後でのtanδ(1kHzで測定)、
ESR(100KHzで測定)、漏れ電流(LC 定格
電圧、1分値)の分布を図3に比較して示す。比較例の
製造方法により作製した固体電解コンデンサは試験後に
諸特性が著しく劣化したのに対し、本発明の実施例によ
り作製した四種類の固体電解コンデンサは、tanδ、
ESR増大が殆ど認められない。また、漏れ電流の分布
も殆ど変化していない。即ち、本発明の固体電解コンデ
ンサの製造方法によれば、半田実装時に加えられる熱履
歴、熱応力によっても諸特性の劣化がなく、安定した耐
熱特性を有する固体電解コンデンサを提供できることが
確認された。
体電解コンデンサ、および比較例に従って作製した固体
電解コンデンサ各20個を半田浸漬試験(270℃、1
0秒浸漬)に供した後、125℃の熱風雰囲気に放置し
たときのESR(l00KHzで測定)の経時変化を図
4に比較して示す。ここでは半田浸漬後の値を1(初期
値)とし、各サンプル20個のESR変化倍率の平均値
を時間に対してプロットした。
従って作製した固体電解コンデンサは、1000時間経
過後のESRが初期値の9倍にも増大しているのに対
し、本発明の実施例に従って作製した固体電解コンデン
サの場合は、いずれも1000時間経過後のESRが初
期値の2倍未満に収まっており、良好な熱安定性を示し
た。
性高分子化合物を用いた固体電解コンデンサが有してい
た課題を解決し、初期特性および信頼性に優れた固体電
解コンデンサの製造方法を提供することが可能となる。
る実装時の熱履歴によるESRおよびtanδの増大が
抑制される。これは、導電性高分子化合物層を二層構造
とし、素子外周部の第二の導電性高分子化合物層および
グラファイト層を水溶性接着剤からなる懸濁水溶液を用
いて形成しており、ESRおよびtanδ劣化の原因と
なる層間の剥離が抑制されるためである。また、前記第
二の導電性高分子化合物の外表面には導電性高分子化合
物粉末からなる凹凸を多数有しているため、両者の嵌合
は更に確実なものとなる。
力による漏れ電流の増大を抑制できる。これは、導電性
高分子化合物粉末と水溶性接着剤とを混合した懸濁水溶
液を用いて、このものに素子を浸漬し引き上げて所定温
度で乾燥させることにより、素子外周部に均一かつ十分
な厚みを有する第二の導電性高分子化合物層を形成で
き、実装時の熱応力による誘電体酸化皮膜の機械的な損
傷が抑制されるためである。
ンサの実用温湿度条件下、特に、高温雰囲気下での使用
に伴なうESR、tanδの急激な増大を抑制できる。
この理由は、上述の方法により素子外周部に均一かつ、
十分な厚みを有する第二の導電性高分子化合物層、グラ
ファイト層を順次形成し、両者の嵌合を強化する事によ
り、高温雰囲気下での導電性高分子化合物層全体の抵抗
値増大の原因となる酸素および水分の侵入経路を遮断で
きるためである。
よび半田実装時の熱安定性に優れ、高温雰囲気下におい
ても、長期にわたり等価直列抵抗値の変化が小さい安定
した性能を有する固体電解コンデンサが得られる。
造方法を説明するための固体電解コンデンサの模式的断
面図であり、(a)は全体断面図、(b)は(a)の固
体電解コンデンサの誘電体酸化皮膜部の拡大断面図であ
る。
まとめたフローチャートである。
よび比較例の固体電解コンデンサの半田浸漬試験のta
nδ、ESRおよび漏れ電流測定結果である。
よび比較例の固体電解コンデンサの125℃高温放置に
おけるESRの経時変化の測定結果である。
した固体電解コンデンサの拡大模式的断面図であり、
(a)は全体断面図、(b)は(a)の固体電解コンデ
ンサの誘電体酸化皮膜部の拡大断面図である。
工程をまとめたフローチャートである。
Claims (6)
- 【請求項1】 弁作用金属粉末の焼結体からなる陽極表
面に誘電体酸化皮膜を形成する工程と、その酸化皮膜上
に密接して化学酸化重合により第一の導電性高分子化合
物層を形成する工程と、導電性高分子化合物懸濁水溶液
に浸漬し、前記第一の導電性高分子化合物層上に第二の
導電性高分子化合物層を形成する工程と、グラファイト
粉末含有懸濁水溶液に浸漬し、前記第二の導電性高分子
化合物層上にグラファイト層を形成後、銀塗料層を形成
し、陰極層を形成する工程を含むことを特徴する固体電
解コンデンサの製造方法。 - 【請求項2】 前記導電性高分子化合物懸濁水溶液が導
電性高分子化合物の粉末と水溶性接着剤とを混合した懸
濁水溶液である請求項1記載の固体電解コンデンサの製
造方法。 - 【請求項3】 前記導電性高分子化合物懸濁水溶液の導
電性高分子化合物の粉末が、予め重合された後にドーパ
ントをドープして導電性を発現せしめた導電性高分子化
合物の粉末である請求項2記載の固体電解コンデンサの
製造方法。 - 【請求項4】 前記第一および第二の導電性高分子化合
物層がピロール、アニリン、チオフェン、フラン、およ
びそれらの誘導体の重合体である請求項1記載の固体電
解コンデンサの製造方法。 - 【請求項5】 前記グラファイト粉末含有懸濁水溶液が
水溶性接着剤を含有する請求項1,2,3または4記載
の固体電解コンデンサの製造方法。 - 【請求項6】 前記導電性高分子化合物懸濁水溶液およ
び前記グラファイト粉末含有懸濁水溶液の水溶性接着剤
としてポリアクリロニトリル、メチルセルロース、ポリ
ビニルアルコール、メタクリル酸メチルおよびそれらの
誘導体を使用した請求項2または請求項5記載の固体電
解コンデンサの製造方法。
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