JPH0737764A - 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

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JPH0737764A
JPH0737764A JP18147393A JP18147393A JPH0737764A JP H0737764 A JPH0737764 A JP H0737764A JP 18147393 A JP18147393 A JP 18147393A JP 18147393 A JP18147393 A JP 18147393A JP H0737764 A JPH0737764 A JP H0737764A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、導電性高分子、特にポリアニリン
の高い導電性が十分に活かされ高周波における等価直列
抵抗が低い上、しかも耐電圧及び漏れ電流特性の優れた
電解コンデンサの製造方法を提供することを目的とす
る。 【構成】 本発明は、皮膜形成金属1の表面酸化皮膜2
を誘電体とし、モノマー化学酸化により形成される導電
性高分子3を固体電解質とする固体電解コンデンサの製
造方法において表面酸化皮膜2に電荷を付加し放電され
ない状態で、固体電解質となる導電性高分子3が形成さ
れるモノマーの化学重合反応を行うことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は導電性高分子を電解質と
する固体電解コンデンサの製造方法に関し、特にポリア
ニリンを電解質とする、漏れ電流が小さく、耐電圧特性
が優れた固体電解コンデンサの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】固体電解コンデンサは、タンタルあるい
はアルミニウムなどの皮膜形成金属の多孔質形成体を第
1の電極(陽極)、その表面酸化皮膜を誘電体、その上
に形成される固体電解質を第2の電極(陰極)の一部と
する構造を有している。固体電解質は多孔質成形体内部
の誘電体全面と電極リード間を電気的に接続する役割を
果たしているので、この観点から、導電率の高い物質が
好ましい。一方、固体電解質には誘電体皮膜の欠陥に起
因する電気的短絡を修復する機能も必要とされる。その
結果、高導電率であるが、誘電体修復機能のない金属は
固体電解質として使用できず、短絡電流による熱などで
絶縁体に転移する二酸化マンガン等が用いられてきた。
【0003】固体電解質となる二酸化マンガンは200
〜300℃の高温で硝酸マンガンの熱分解により形成さ
れる。このような高温での熱分解は数回繰り返し行われ
るため、誘電体となる表面酸化皮膜に損傷を与え、電解
コンデンサの耐電圧を低くし漏れ電流増大の原因とな
る。この問題を解決するために、二酸化マンガンを固体
電解質とする電解コンデンサの製造において、表面酸化
皮膜に固体電解質を形成した後、酸化皮膜を修復(再化
成)する工程の導入が必要であった。また、二酸化マン
ガンの導電率は約0.1S/cm程度であり、電解コン
デンサの固体電解質としては必ずしも十分とはいえな
い。そのため、最近では導電率が高く、室温で容易に形
成できるポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェ
ン、ポリパラフェニレン等の導電性高分子を固体電解質
とする電解コンデンサの開発が精力的に進められてい
る。導電性高分子の形成方法には大きく分けて電解重合
の方法と化学重合の方法の2通りある。絶縁性の酸化皮
膜を介して弁金属を陽極とし電解重合の方法により酸化
皮膜上に導電性高分子を形成することができない。そこ
で酸化皮膜表面にあらかじめ導電性を有するプレコート
層を形成した後、該プレコート層を電極として電解重合
により導電性高分子を形成する方法が提案されている。
この方法により、ポリピロールを固体電解質とする電解
コンデンサが開発されその一部は実用化されている(特
公平4−74853号公報)。後者は化学重合の方法に
より直接酸化皮膜上に導電性高分子を形成する方法であ
る。本発明者らは化学重合ポリアニリンを固体電解質と
する電解コンデンサを提案してきた(特願平4−206
227号明細書、特願平4−336865号明細書)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】導電性高分子は化学重
合の方法により形成された場合、室温で穏和な条件で形
成できるため、これを電解質とする固体電解コンデサン
サは高い耐電圧と優れた漏れ電流特性が期待できる。し
かし、本発明者らはモノマーの化学酸化により形成され
る導電性高分子を電解質とする固体電解コンデンサにつ
いて検討を行い、その耐電圧と漏れ電流特性が必ずしも
期待通りのものではなく、二酸化マンガナを固体電解質
とする電解コンデンサの場合と同様に修復工程の導入が
必要であることがわかった。
【0005】本発明の課題は、上記問題点を解決し導電
性高分子、特にポリアニリンの高い導電性が十分に活か
され高周波での等価直列抵抗が低い上、しかも耐電圧及
び漏れ電流特性の優れた電解コンデンサの製造方法を提
供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは前記問題点
を解決するために多方面から検討を行なった。その結
果、導電性高分子、特にポリアニリンを電解質とする固
体電解コンデンサにおいて、耐電圧の低下及び漏れ電流
の増大は導電性高分子と電解コンデンサ酸化皮膜との接
合、あるいはドーパントの侵食等に起因するものではな
く、モノマーの酸化重合過程において起きていることが
わかった。そこで、モノマーの酸化重合過程において様
々な工夫をした。その結果、これまでの修復工程が不要
となるばかりでなく、従来よりはるかに高い耐電圧と小
さい漏れ電流を示す電解コンデンサを得る方法を見いだ
し本発明に至った。
【0007】すなわち、本発明は、皮膜形成金属の表面
酸化皮膜を誘電体とし、導電性高分子を化学重合の方法
により形成し電解質とする固体電解コンデンサの製造方
法において表面酸化皮膜に電荷を帯電させた状態で、導
電性高分子を形成することを特徴とする固体電解コンデ
ンサの製造方法である。表面酸化皮膜への電荷の付与
は、特に限定はされず電解質を含む溶液中において表面
酸化皮膜に電圧を印加することによって行なうこともで
きる。
【0008】また、本発明は、固体電解質となる導電性
高分子が特にポリアニリン及びその誘電体である場合、
表面酸化皮膜へ付与する電荷がプラスの電荷であること
を特徴とする固体電解コンデンサの製造方法である。具
体的な方法として、表面酸化皮膜へのプラスの電荷の付
与は、電解質を含む溶液中において対電極を設け、皮膜
形成金属を陽極、対電極を陰極とし表面酸化皮膜に電圧
を印加することによって行う。
【0009】表面酸化皮膜への電荷の付与は電圧印加に
よって行われる場合において、印加電圧は特に限定され
ないが、安全性等を考慮した上、ペレットの種類に応じ
て設定すると良い。
【0010】表面酸化皮膜への電荷の付与は電解質を含
む溶液中において電圧を印加することによって行われる
場合、用いる電解質溶液について特に限定されない。導
電性高分子を形成るうための重合液をそのまま活かして
もいいし、あるいはそれとは別に電解質を含む溶液を用
意しても良い。製造コスト等を考慮して導電性高分子を
形成するための重合液をそのまま活かしたほうが好まし
い。また、重合液とは別の電解質溶液を用いる場合、こ
の溶液には電解コンデンサの諸特性を損なうような物質
(例えば、分解しやすい物質、あるいは表面酸化皮膜に
付着し固体電解質の抵抗を大きくするような物質)が含
まれないように注意する必要がある。
【0011】本発明において、酸化皮膜に電圧を印加し
ながら化学重合を行う。絶縁性の酸化皮膜を介して電解
重合は起こらないので、本発明は電解重合により導電性
高分子を形成する方法と本質的に異なる。
【0012】本発明において皮膜形成金属とは、タンタ
ル、アルミニウム、ニオブ、チタン、ジルコニウム、マ
グネシウム、ケイ素などであり、圧延箔、微粉焼結物、
及び圧延箔のエッチング物などの形態で用いることがで
きる。
【0013】本発明の製造方法では、皮膜形成金属の酸
化皮膜表面に導電性高分子をモノマーの化学酸化により
形成した後に、水、あるいは他の適当な有機溶媒により
洗浄し、導電性に寄与しない酸化剤及び低分子量の部分
を取り除く。その後に、乾燥を行い通常の方法で引き出
し電極を設けてコンデンサに組み上げる。また、前記重
合操作及び組上げ各工程を繰り返し行うこともできる。
【0014】
【実施例】図1は本発明実施例により製作された固体電
解コンデンサの断面構造を模式的に示す図である。陽極
となる金属箔1の表面にエッチングを施し、ミクロな細
孔を多数形成してその表面積を大きくする。この表面の
細孔壁面に沿って金属酸化物の誘電体薄膜2を形成す
る。この誘電体薄膜2の表面に固体電解質、例えばポリ
アニリンの層3をその細孔の奥深くまでは入り込むよう
に形成する。この固体電解質の層3の反対側に陰極とな
る電極5(銀ペースト等)を取り付ける。電極5と固体
電解質の層3との間には接触を良好に保持するためにグ
ラファイト層4を用いることもできる。電極リード6お
よび7が取り付けられる。
【0015】図2は電圧を印加することによって酸化皮
膜表面に電荷が付加される様子を示している。電解質を
含む溶液8において対電極9を設ける。皮膜形成金属1
を陽極、対電極を陰極とし酸化皮膜2表面にプラスの電
荷を印加しながらモノマーの酸化重合を行う。
【0016】以上、実施例を挙げて本発明を具体的に説
明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるも
のではない。
【0017】(実施例1)直径1.5mm、高さ2m
m、グラム当たりの粉末CV値(容量と化成電圧の積)
20000の円柱状のタンタル微粉末結体ペレットを
0.05wt%リン酸水溶液中で100Vで陽極酸化
し、洗浄及び乾燥した。一方、アニリンとパラトルエン
スルホン酸が等モルで、アニリン濃度が5wt%となる
水/エタノール(体積比1:1)溶液、及びニクロム酸
アンモニウムとパラトルエンスルホン酸のモル比が1:
3で、0℃に保持している20wt%の酸化剤水溶液を
用意した。続いて対電極を設けてある0.1Mのパラト
ルエンスルホン酸溶液中において、皮膜形成金属を陽
極、対電極を陰極とし上記タンタルペレットに5Vの電
圧を10秒間印加して帯電させた。帯電した電荷が放電
しないように注意しながら、室温でアニリンモノマー溶
液に上記ペレットを30秒間浸漬して取り出した。10
分後に、同様にして前記アニリンモノマー含浸されたタ
ンタルペレットを酸化剤溶液に30秒間浸漬した。この
ペレットを空気中でさらに30分間保持して重合を行な
ったところ、黒色のポリアニリンを誘電体表面に形成で
きた。その後、室温において0.5Mパラトルエンスル
ホン酸の水/エタノール(1:1)溶液で洗浄、乾燥し
た。
【0018】上記タンタルペレットへの帯電、アニリン
とパラトルエンスルホン酸との混合溶液の充填、酸化剤
溶液との接触、重合、洗浄及び乾燥を5回繰り返した
後、銀ペーストを付け陰極リードを引き出し、エポキシ
樹脂で封止してコンデンサを完成した。
【0019】(実施例2)アニリンとパラトルエンスル
ホン酸が等モルで、アニリン濃度が5wt%となる水/
エタノール(体積比1:1)溶液、及びニクロム酸アン
モミウムとパラトルエンスルホン酸のモル比が1:3
で、0℃に保持している20wt%の酸化剤水溶液を用
意し、その両方にそれぞれ対電極を設けておいた。実施
例1のエッチングして酸化皮膜を形成したタンタルペレ
ットを用いて、皮膜形成金属を陽極、対電極を陰極とし
表面酸化皮膜に5Vの電圧を印加しながらまずタンタル
ペレットを室温でアニリンモノマー溶液に30秒間浸漬
して取り出した。10分後に、同様にして5Vの電圧を
印加しながら、前記アニリンモノマーが含浸されたタン
タルペレットを酸化剤溶液に30秒間浸漬した。このペ
レットを空気中でさらに30分間保持して重合を行なっ
たところ、黒色のポリアニリンを誘電体表面に形成でき
た。その後、室温において0.5Mパラトルエンスルホ
ン酸の水/エタノール(1:1)溶液で洗浄、乾燥し
た。
【0020】上記アニリンとパラトルエンスルホン酸と
の混合溶液の充填、酸化剤溶液との接触、重合、洗浄及
び乾燥を5回繰り返した後、銀ペーストを付け陰極リー
ドを引き出し、エポキシ樹脂で封止してコンデンサを完
成した。
【0021】(比較例1)実施例1のエッチングして酸
化皮膜を形成したタンタルペレットを用いて、酸化皮膜
に電圧を印加させず、それ以外は実施例2と同様に電解
コンデンサを作製した。
【0022】(実施例3)エッチングによって表面積を
ほぼ20倍に拡大した膜厚200μm、1×0.5cm
2 のアルミニウム箔を0.1%ほう酸アンモニウム水溶
液中で120Vで陽極酸化し、洗浄及び乾燥した。その
後に、実施例2と同様な方法でアニリンの重合、洗浄、
及び乾燥を繰り返し、リードを引き出してコンデンサを
完成させた。
【0023】(比較例2)実施例3のエッチングして酸
化皮膜を形成したアルミニウム箔を用いて、酸化皮膜に
電圧を印加せずに、それ以外は実施例2と同様に電解コ
ンデンサを作製した。
【0024】(実施例4)ドデシルベンゼンスルホン酸
第2鉄の35%メタノール溶液を−50℃に保ち攪拌し
ながら、溶液中のドデシルベンゼンスルホン酸第2鉄の
モル数に対して3倍量のモル数のピロールを適下してド
デシルベンゼンスルホン酸第2鉄とピロールの混合溶液
を作製した。
【0025】次に、上記混合溶液に対電極を設け、実施
例1のエッチングして酸化皮膜を形成したタンタルペレ
ットを用いて、皮膜形成金属を陽極、対電極を陰極とし
酸化皮膜に5Vの電圧を印加しながらタンタルペレット
を前記−50℃のドデシルベンゼンスルホン酸第2鉄と
ピロールの混合溶液に30秒間浸漬した。その後、更に
空気中、室温で30分間保持してピロールを重合させた
ところ、黒色のポリピロールを誘電体表面に形成でき
た。その後、メタノール洗浄を行い乾燥した。
【0026】上記のドデシルベンゼンスルホン酸第2鉄
とピロールの混合溶液の充填、重合、洗浄及び乾燥を3
回繰り返した後、銀ペーストを付け陰極リードを引き出
し、エポキシ樹脂で封止してコンデンサを完成した。
【0027】(比較例3)実施例1のエッチングして酸
化皮膜を形成したタンタルペレットを用いて、酸化皮膜
に電圧を印加せずに、それ以外は実施例4と同様に電解
コンデンサを作製した。
【0028】実施例1〜4及び比較例1〜3において、
得られた電解コンデンサの容量出現率(C/Co、電解
質溶液中における容量をCoとする)、100kHzで
の等価値列抵抗(ESR)及び漏れ電流(LC)を表1
に示す。また、1例として実施例2の電解コンデンサに
おける漏れ電流と電圧の関係を図3に示す。表1及び図
3からわかるように、本発明の方法で作製した電解コン
デンサは高周波数での等価値列抵抗が小さい上、耐電圧
が高く、漏れ電流が小さいものであった。
【0029】
【表1】
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、酸化皮
膜表面に電荷を帯電させた状態で導電性高分子を形成す
ることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法であ
る。その結果、導電性高分子、特にポリアニリンの高い
導電性が十分に活かされ高周波における等価値列抵抗が
低い上、しかも耐電圧及び漏れ電流特性の優れた電解コ
ンデンサの製造方法を提供することができ、その効果は
大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例により製作される固体電解コン
デンサの断面構造を模式的に示す図である。
【図2】電圧を印加することによって酸化皮膜表面に電
荷が付加される様子を示す図である。
【図3】実施例2の電解コンデンサにおける漏れ電流と
電圧の関係を示す図である。
【符号の説明】
1 皮膜形成金属箔 2 誘電体薄膜 3 固体電解質である導電性高分子の層 4 グラファイト層 5 電極 6、7 電極リード 8 対電極 9 電解質溶液

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 皮膜形成金属の表面酸化皮膜を誘電体と
    し、導電性高分子を化学重合の方法により形成し電解質
    とする固体電解コンデンサの製造方法において前記誘電
    体に電荷を帯電させた状態で、導電性高分子を形成する
    こと特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
  2. 【請求項2】 電解質を含む溶液中において誘電体に電
    圧を印加することによって電荷の付与を行なうことを特
    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。
  3. 【請求項3】 固体電解質となる導電性高分子としてポ
    リアニリン、もしくはその誘導体が主成分であることを
    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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001237147A (ja) * 2001-03-09 2001-08-31 Nippon Chemicon Corp 固体電解コンデンサ

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JPH0322516A (ja) * 1989-06-20 1991-01-30 Sanyo Electric Co Ltd 固体電解コンデンサの製造方法

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