JPH0748454B2 - 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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JPH0748454B2
JPH0748454B2 JP1039910A JP3991089A JPH0748454B2 JP H0748454 B2 JPH0748454 B2 JP H0748454B2 JP 1039910 A JP1039910 A JP 1039910A JP 3991089 A JP3991089 A JP 3991089A JP H0748454 B2 JPH0748454 B2 JP H0748454B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はコンデンサ特性、特に高周波特性及び信頼性に
優れ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 近年、電気機器回路のディジタル化に伴って、そこに使
用されるコンデンサも高周波領域でのインピーダンスが
低く、小型大容量の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
ックコンデンサが用いられているが、フィルムコンデン
サ及びマイカコンデンサでは形状が大きくなってしまう
ために大容量化が難しく、また、積層セラミックコンデ
ンサでは、小型大容量になればなるほど温度特性が悪く
なり、価格が非常に高くなるという欠点がある。
一方、大容量タイプのコンデンサとして知られるもの
に、アルミニウム乾式電解コンデンサ、あるいはアルミ
ニウム、またはタンタル固体電解コンデンサなどがあ
る。これらの電解コンデンサは誘電体となる陽極酸化皮
膜を非常に薄く形成することができるため、大容量を実
現することができるが、その反面、酸化皮膜の損傷が起
きやすいために、酸化皮膜と陰極の間に損傷を修復する
ための電解質を設ける必要がある。アルミニウム乾式電
解コンデンサでは、エッチングをほどこした陽、陰極ア
ルミニウム箔を紙のセパレータを介して巻き取り、液状
の電解質をセパレータに含浸して用いている。このた
め、電解質の液漏れ、蒸発等の理由により経時的に静電
容量の減少や損失(tanδの増大が起こると同時に、電
解質のイオン伝導性により高周波特性及び低温特性が著
しく劣る等の欠点を有している。
また、アルミニウム、タンタル固体電解コンデンサで
は、上記アルミニウム乾式電解コンデンサの欠点を改良
するために、固体電解質として二酸化マンガンを用いて
いる。この固体電解質は硝酸マンガン水溶液に陽極素子
を浸漬し、250〜350℃の温度で熱分解して得ている。こ
のコンデンサの場合、電解質が固体であるため、高温に
おける電解質の流出、低温域での凝固から生ずる性能の
低下などの欠点がなく、液状電解質を用いたコンデンサ
に比して良好な周波数特性及び温度特性を示すが、硝酸
マンガンの熱分解による酸化皮膜の損傷および二酸化マ
ンガンの高い比抵抗などの理由から、高周波領域のイン
ピーダンス、あるいは損失は積層セラミックコンデン
サ、あるいはプラスチックフィルムコンデンサと比較し
て1けた以上高い値となっている。
上記の問題点を解決するために、固体電解質として導電
性が高く、陽極酸化性の優れた有機半導体(7、7、
8、8−テトラシアノキノジメタン錯体:以下、TCNQ錯
体と称す)を用いることが提案されている。この有機半
導体は有機溶媒に溶解したり、加熱による融解などの手
段を用いて酸化皮膜に含浸塗布することが可能であり、
上記のように二酸化マンガンを含浸する際に生ずる熱分
解による酸化皮膜の損傷を防止することができる。TCNQ
錯体は導電性が高く、陽極酸化性が優れ、高周波特性が
良好であり、大容量のコンデンサが可能となる。
例えば、N−n−プロピル、あるいはN−iso−プロピ
ルイソキノリンとTCNQ錯体からなる有機半導体を固体電
解質として用いる発明が同一出願人より出願されている
(特開昭58−17609号公報)。この発明によると、捲回
型アルミニウム電解コンデンサへのTCNQ塩の含浸がTCNQ
塩を加熱溶融することにより行なれ、これによりTCNQ塩
と酸化皮膜との強固な結合が達成され、TCNQ塩の高電導
性の寄与にも助けられて、周波数特性及び温度特性が著
しく改良されたアルミニウムコンデンサが製造されると
している。このようなTCNQ塩に基づく有機半導体を固体
電解質として用いることは、TCNQ塩が二酸化マンガンに
比して高い電導性と高い陽極酸化能力(修復作用)を有
するため、上記二酸化マンガンを用いた固体電解コンデ
ンサに比して周波数特性と温度特性共に優れた性能を可
能にする。この発明によると、N位をアルキル基で置換
したイソキノリウムをカチオンとしたTCNQ塩を酸化皮膜
に加熱溶融することにより含浸することになっている。
更に近年、ピロール、チオフェンなどの複素環式のモノ
マーを重合して得られる高導電性の高分子を陽極体上に
形成し、これを電解質として用いる固体電解コンデンサ
も提案されている(特開昭60−37114号公報、特開昭61
−47625号公報)。
発明が解決しようとする課題 電解重合によれば、ピロール、チオフェン、あるいはこ
れらの誘導体と適当な支持電解質との溶液から、容易に
緻密な導電性高分子皮膜を通常の陽極(例えば白金、カ
ーボン等)上に形成することが可能である。
しかしながら、電解重合では酸化皮膜を有する陽極上に
導電性高分子を形成することは、電流が流れないため原
理的に困難である。一方、酸化皮膜を設けていない弁金
属表面に電解重合により導電性高分子皮膜を形成するこ
とは可能であるが、この場合には導電性高分子皮膜を介
して陽極化成を行わなければならず、これにより予め形
成された導電性高分子膜の変質、あるいは劣化、更には
陽極表面からの剥離等が起こる。これらはいずれもコン
デンサの特性を低下させるため望ましくない。
また、酸化重合によっても導電性高分子を合成すること
が可能であるが、この場合、得られる重合体は粉体状を
なしており、そのままの状態では酸化皮膜を有する陽極
に対する付着性、被覆性に乏しいため、コンデンサの電
解質として利用することは困難である。
本発明は上記従来の問題を解決するもので、導電性に優
れた電解重合高分子を酸化皮膜の付いた弁金属上に製膜
することができ、したがって、高周波特性及び温度特性
に優れた信頼性の高い固体電解コンデンサを製造するこ
とができ、また、漏れ電流による不良率を低下させ、製
造上の歩留まりを向上させることができるようにした固
体電解コンデンサの製造方法を提供することを目的とす
るものである。
課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するもので、弁金属を用意する
工程と、前記弁金属を化成処理して表面に酸化皮膜を形
成する酸化皮膜形成工程と、前記酸化皮膜上に二酸化マ
ンガンを付着させ二酸化マンガン膜を形成する二酸化マ
ンガン膜形成工程と、前記二酸化マンガン膜が形成され
た前記弁金属を電解重合液中に浸漬する浸漬工程と、前
記浸漬された弁金属に第1の電極を接触させながら前記
第1の電極から離間した位置に第2の電極を配置する配
置工程と、前記配置された第1の電極と前記第2の電極
との間に電圧を印加して前記二酸化マンガン膜上に導電
性電解重合高分子膜を形成する高分子膜形成工程と、前
記高分子膜形成工程後、前記酸化皮膜を再化成処理する
再化成工程とを有する固体電解コンデンサの製造方法で
ある。
そして、弁金属としてはアルミニウム、タンタルから選
ばれ、表面積を増大するためにエッチング処理したもの
を用い、この弁金属に酸化皮膜を形成するにはアジピン
酸水溶液等を用い、電気化学的な手段により通常の方法
で形成することができる。
酸化皮膜を形成した弁金属は硝酸マンガン水溶液に浸漬
した後、200〜300℃で空気(加湿してもよい)中で熱分
解処理することにより、二酸化マンガンを例えば膜状に
酸化皮膜上に析出させることができる。
前記二酸化マンガン膜の表面に電解重合膜を形成する
が、弁金属の陽極を重合電極として用いて電圧を印加し
ても誘電体の酸化皮膜が介在するので、電解重合は起こ
らず、膜の成長は起こらない。そこで、前述のように、
二酸化マンガン膜を形成した酸化皮膜付きの弁金属を重
合反応容器中の電解重合溶液中に浸漬し、前記二酸化マ
ンガン膜表面に接触して設けた電解重合用の第1の電極
と、この第1の電極と離隔した位置に設けた電解重合用
の第2の電極の間に重合電位以上に電圧を印加すること
により、電解重合高分子膜を、まず、第1の電極に形成
し、その後、ここを起点として電解重合高分子膜を徐々
に二酸化マンガン膜の表面方向に成長させることができ
る。電解重合高分子膜が二酸化マンガンの表面を完全に
覆いつくした電解重合反応終了後、乾燥が容易な溶媒、
例えば水、アルコール、アセトントリルやケトン系など
の溶媒を用いて洗浄を行い、未反応のモノマーや電解質
や不安定なオリゴマーを洗浄する。
上記電解重合高分子膜形成後の酸化皮膜の再化成処理
は、水中、あるいはアジピン酸、サルチル酸などのカル
ボン酸の1%以下の希薄溶液中において電解重合高分子
膜を通して行う。
前記電解重合溶液が電解重合可能なモノマーと支持電解
質と溶媒からなり、重合性モノマーとしては、酸化重合
により導電性の高分子を与えるものであればよく、例え
ばピロール、あるいはその3、4位に置換基を導入した
誘導体、または2量体のビピロール、チオフェン、ある
いはその3、4位に置換基を導入した誘導体、または2
量体のビチオフェン、3量体のターチエニル等を使用す
ることができる。
また、前記電解重合用の第1の電極は複数個用いること
ができる。
作用 電解重合高分子は前述したように、誘電体となる酸化皮
膜の付いたアルミニウムやタンタル上に直接付けること
は難しい。ところが、本願出願人は酸化皮膜上に二酸化
マンガンを、例えばドット状にでも付着させた後、ある
電流密度の高い箇所から一たん電解重合反応が起こる
と、そこを起点に重合高分子体が表面全域に成長するこ
とを見い出した。従って、重合高分子体が表面全体に成
長した後、この重合反応の起点となった箇所を除去する
ことにより、漏れ電流の少ないコンデンサが得られる。
修復能力は二酸化マンガンによってもたらされる。本発
明においては、導電性に優れた電解重合高分子膜が、こ
れまで実用化されている二酸化マンガン、TCNQ塩のよう
な固体電解質を酸化皮膜上に付着する際の高温処理のく
り返しがない状態で、室温、そして低電圧で形成される
ため、酸化皮膜の劣化が少なく、高耐圧のコンデンサが
得られる。また、導電性に優れた電解質となることから
高周波特性に優れ、電解重合高分子膜及び電解重合高分
子膜の酸化皮膜との付着性が良好なことから低温及び高
温保存寿命の優れたコンデンサが得られる。また、電解
重合高分子膜が膜状で酸化皮膜上に形成されるので、薄
形のコンデンサの形状が容易に得られる。
また、電解重合高分子膜を成膜した後、酸化皮膜を再化
成処理することにより、漏れ電流による不良率を低下す
ることができる。
実施例 以下に本発明の実施例を説明する。
第1図及び第2図は本発明の一実施例における固体電解
コンデンサの製造方法の手順を示す概念図である。
第1図(a)に示すように弁金属であるアルミニウム箔
1にコンデンサ用陽極リード電極2を取り付けたものを
準備し、まず、表面積を増大するために通常にエッチン
グ処理した。このアルミニウム箔1は定格が16V、10μ
F用のものを用いた。次に第1図(b)に示すようにア
ルミニウム箔1の表面にアジピン酸水溶液により陽極酸
化(化成)してAl2O3からなる誘電体の陽極酸化皮膜3
を形成した。次に酸化皮膜3を形成したアルミニウム箔
1を30%硝酸マンガン水溶液に浸漬し、270℃の空気中
で10分間熱分解処理を行い、酸化皮膜3上に二酸化マン
ガン(MnO2)膜4を形成した。次に第2図に示すように
重合開始を起こす白金線からなる電解重合用電極5をそ
の先端が二酸化マンガン膜4に接触するように外部に設
け、電解重合用対極6を電解重合用電極5から離隔して
設けた。一方、重合反応容器7にピロール(0.5mol/
l)、テトラエチルアンモニウムパラトルエンスルホネ
ート(0.1mol/l)アセトニトニルからなる電解重合溶液
8を納めた。この中に、二酸化マンガン膜4を形成した
酸化皮膜3付きのアルミニウム箔1、電解重合用電極5
と電解重合用対極6を図示のように浸漬し、電解重合用
対極6と電解重合用電極5間に重合電位以上の5Vの電圧
を印加して15分間反応を行わせるとにより、まず、重合
高分子膜(図示せず)を電極5に形成し、その後、ここ
を起点として重合高分子膜を徐々に二酸化マンガン膜4
を表面方向に成長させることができた。重合高分子膜が
二酸化マンガン膜4の表面を完全に覆いつくした後、電
解重合反応を終了し、重合高分子膜の表面をエタノール
で洗浄して乾燥した。このように二酸化マンガン膜4上
に重合高分子膜を形成した後、アジピン酸の0.5%水溶
液中で酸化皮膜3の再化成処理を行った。再化成処理
後、アルミニウム箔1に陰極に対し、低重圧からステッ
プ的に20Vまで印加を行った。この時、流れる電流は徐
々に減少する。この値が飽和するところで電圧印加を停
止した。この後、純粋で洗浄して乾燥した。次にアクア
ダッグを電解重合高分子膜上の全面に塗布し、その後、
銀ペーストを用いて陰極リード電極を取り付けた。次に
エポキシ樹脂で外装を行い、最後に常温で20Vを2時間
印加してエージング処理を施した。
電解重合高分子膜を成膜した後、再化成処理の有無によ
るコンデンサ特性の相違を以下の表に示す。サンプルは
各10個作製した。
電解重合溶媒を非水系の有機溶媒でなく、水溶液を用
い、電解質をトルエンスルホン酸塩ばかりでなく、ナフ
タレンスルホン酸塩などの芳香族トルエン酸を用いた場
合にも同様な効果が得られた。
発明の効果 以上要するに本発明は、弁金属の表面の酸化皮膜上に二
酸化マンガン処理をした上に第1の電極と第2の電極を
用いて、導電性に優れた電解重合高分子膜を形成するも
のであり、導電性に優れた電解重合高分子膜を酸化皮膜
上に形成することが可能となり、高周波特性、信頼性に
優れた固体電解コンデンサを製造することができる。ま
た、電解重合高分子膜を形成した後、酸化皮膜の再化成
処理を行うので、漏れ電流による不良率の低下を防止す
ることができ、製造上の歩留まりを向上させることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の一実施例における固体電解
コンデンサの製造方法の手順を示す概念図である。 1…アルミニウム箔、2…陽極リード電極、3…酸化皮
膜、4…二酸化マンガン膜、5…電解重合用電極、6…
電解重合用対極、7…重合反応容器、8…電解重合溶
液。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福山 正雄 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 吉村 進 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−181310(JP,A)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】弁金属を用意する工程と、前記弁金属を化
    成処理して表面に酸化皮膜を形成する酸化皮膜形成工程
    と、前記酸化皮膜上に二酸化マンガンを付着させ二酸化
    マンガン膜を形成する二酸化マンガン膜形成工程と、前
    記二酸化マンガン膜が形成された前記弁金属を電解重合
    溶液中に浸漬する浸漬工程と、前記浸漬された弁金属に
    第1の電極を接触させながら前記第1の電極から離間し
    た位置に第2の電極を配置する配置工程と、前記配置さ
    れた第1の電極と前記第2の電極との間に電圧を印加し
    て前記二酸化マンガン膜上に導電性電解重合高分子膜を
    形成する高分子膜形成工程と、前記高分子膜形成工程
    後、前記酸化皮膜を再化成処理する再化成工程とを有す
    る固体電解コンデンサの製造方法。
  2. 【請求項2】二酸化マンガン膜形成工程は、酸化皮膜が
    形成された弁金属を硝酸マンガン水溶液中に浸漬する浸
    漬工程と、前記浸漬工程後、200〜300℃の空気中で熱処
    理をして二酸化マンガンを析出する析出工程とを有する
    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】第1の電極が、複数設けられている請求項
    1又は2記載の固体電解コンデンサの製造方法。
  4. 【請求項4】弁金属が、アルミニウム又はタンタルであ
    る請求項1から3のいずれか記載の固体電解コンデンサ
    の製造方法。
  5. 【請求項5】電解重合溶液が、電解重合可能なモノマ
    ー、支持電解質及び溶媒とからなる請求項1から4のい
    ずれか記載の固体電解コンデンサの製造方法。
  6. 【請求項6】電解重合可能なモノマーが、ピロール、チ
    オフェン又はそれらの誘導体である請求項5記載の固体
    電解コンデンサの製造方法。
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