WO2004030004A1 - 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 Download PDF

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Toshiyuki Murakami
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a solid electrolytic capacitor capable of improving withstand voltage and suppressing LC fluctuation after reflow. Further, the present invention relates to a method for manufacturing a solid electrolytic capacitor capable of obtaining a solid electrolytic capacitor having a high capacitance.
  • Electrolytic capacitors that use a metal with valve action require that the valve action metal as the anode-side counter electrode be shaped into a sintered body or etching foil to enlarge the dielectric. Therefore, it is widely used because it can obtain a large capacity with a small size.
  • a solid electrolytic capacitor using a solid electrolyte as the electrolyte must have characteristics such as being small, large-capacity, low equivalent series resistance, easy to chip, and suitable for surface mounting. Therefore, it is indispensable for miniaturization, high performance, and low cost of child devices.
  • an anode foil and a cathode foil made of a valve metal such as aluminum are wound around a separator to form a capacitor element. It has a structure in which the driving element is impregnated, and the capacitor element is housed in a metal case such as aluminum or a case made of synthetic resin, and sealed.
  • a metal case such as aluminum or a case made of synthetic resin, and sealed.
  • TC NQ manganese dioxide 7, 7, 8, 8-tetracyanoquinodimethane
  • TC NQ manganese dioxide 7, 7, 8, 8-tetracyanoquinodimethane
  • Conductivity such as polyethylene dioxythiophene (hereinafter referred to as PEDT), which has excellent adhesion to the oxide film layer of the anode electrode
  • PEDT polyethylene dioxythiophene
  • a solid electrolytic capacitor of a type in which a solid electrolyte layer made of a conductive polymer such as PEDT is formed on such a wound-type capacitor element is manufactured as follows.
  • an anode foil made of a valve metal such as aluminum is roughened by electrochemical etching treatment in an aqueous solution of a salt solution. After forming a large number of etching pits, ammonium borate A voltage is applied in such an aqueous solution to form an oxide film layer serving as a dielectric (chemical formation).
  • the cathode foil is also made of valve metal such as aluminum, but its surface is only subjected to etching.
  • the anode foil having the oxide film layer formed on the surface and the cathode foil having only the etching pits formed thereon are wound through a separator to form a capacitor element.
  • a polymerizable monomer such as 3,4-ethylenedioxythiophene (hereinafter referred to as EDT) and an oxidizing agent solution are respectively discharged onto the capacitor element subjected to the repair formation, or immersed in a mixed solution of both.
  • EDT 3,4-ethylenedioxythiophene
  • an oxidizing agent solution are respectively discharged onto the capacitor element subjected to the repair formation, or immersed in a mixed solution of both.
  • the solid electrolytic capacitors as described above have been used for vehicles.
  • the driving voltage of a vehicle-mounted circuit is 12 V
  • a solid electrolytic capacitor requires a high withstand voltage of 25 V.
  • the conventional solid electrolytic capacitor has the following problems in addition to the above problems.
  • a first object of the present invention is to provide a method of manufacturing a solid electrolytic capacitor which can improve the breakdown voltage and suppress the LC fluctuation after reflow.
  • a second object of the present invention is to obtain a solid electrolytic capacitor having a high capacitance. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a solid electrolytic capacitor that can be used. Disclosure of Kishi
  • the capacitor element is immersed in a ketone-based solution having a polyimide silicon concentration of 2 to 10 wt%, and then polymerized.
  • a solid electrolyte layer made of a conductive polymer by impregnating with a reactive monomer and an acid reagent, it is possible to form a film that blocks electrons, thereby improving withstand voltage and suppressing LC fluctuations after reflow. Can be obtained.
  • the capacitor element is replaced with a ketone having a polyimide silicon concentration of 0.05 wt% or more and less than 2.0 wt%.
  • a polyimide silicon layer having adhesive performance can be formed. Therefore, a solid electrolytic capacitor having excellent capacitance can be obtained.
  • FIG. 1 is a diagram showing the structural formula of a thiophene derivative
  • FIG. 2 is a diagram comparing the breakdown voltage of the product of the present invention with that of the conventional example
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the concentration of added polyimide silicon and the capacitance
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the concentration of the polyimide silicon added and the ESR
  • FIG. 5 is a diagram showing the concentration of the added polyimide silicon and the behavior of LC before and after reflow.
  • the present inventors have conducted intensive studies to improve the breakdown voltage of the solid electrolytic capacitor and to suppress LC fluctuation after reflow, which is the first object, and as a result, the present invention has been completed. is there.
  • the present inventors have focused on the electric conduction mechanism, and have studied solid-state electricity such as conductive polymers. The electric conduction in the decomposition was discussed.
  • electron emission is roughly classified into two types: electron tunneling electrons and jumping over potential barriers (jumping electrons that do not depend on film damage).
  • the leakage current in a solid electrolytic capacitor is not a short-circuit condition. This is probably due to jumping of the potential barrier.
  • the cause of the increase in LC after reflow is considered to be mechanical stress (physical stress) during reflow due to gas generation and chemical stress (attack of oxidant or jumping of electrons).
  • the method for manufacturing the solid electrolytic capacitor according to the first embodiment is as follows. That is, an anode foil and a cathode foil each having an oxide film layer formed on the surface are wound through a separator to form a capacitor element, and the capacitor element is subjected to repair formation. Then, this capacitor element is immersed in a solution of 10% or less, preferably 2.0 to 9% by weight, and more preferably 5 to 8% by weight of a polyimide silicon in a ketone-based solvent of polyimide silicon, and then pulled up. The solvent was evaporated at 40-100 ° C. and then heat treated at 150-200 ° C. If the concentration is less than this range, the withstand voltage is not sufficient, and if it exceeds this range, the capacitance decreases.
  • this capacitor element is immersed in a mixture of a polymerizable monomer and an oxidizing agent, A polymerization reaction of the conductive polymer occurs in the capacitor element to form a solid electrolyte layer. Then, this capacitor element is housed in an outer case, and the opening end is sealed with sealing rubber to form a solid electrolytic capacitor.
  • a ketone-based solvent having a good solubility for the polyimide silicon is preferable, and hexanone, acetone, methyl ethyl ketone and the like can be used.
  • the concentration of the polyimide silicon solution is 2 to 10 wt%, preferably 2.0 to 9 wt%, and more preferably 5 to 8 wt%.
  • EDT When EDT is used as the polymerizable monomer, ED-T monomer can be used as the EDT to be impregnated into the capacitor element. It is also possible to use a prepared monomer solution.
  • the volatile solvent include hydrocarbons such as pentane, ethers such as tetrahydrofuran, esters such as ethyl formate, ketones such as acetone, alcohols such as methanol, and nitrogen compounds such as acetonitrile. Among these, methanol, ethanol, acetone and the like are preferable.
  • the oxidizing agent an aqueous solution of ferric paratoluenesulfonate, periodic acid or iodic acid dissolved in ethanol can be used, and the concentration of the oxidizing agent with respect to the solvent is preferably 40 to 65 wt%, and 45 to 57 wt%. % Is more preferred. The higher the concentration of oxidizing agent in the solvent, the lower the ESR.
  • the solvent of the oxidizing agent the volatile solvent used in the above-mentioned monomer solution can be used, and among them, ethanol is preferable. It is considered that the reason why ethanol is suitable as a solvent for the acidifying agent is that the solvent is easily evaporated due to a low vapor pressure and the amount of the residue is small.
  • Chemical solution for restoration As the chemical liquid for restoration chemical formation, there are phosphoric acid-based chemical solutions such as ammonium dihydrogen phosphate and dihydrogen phosphate, boric acid-based chemical solutions such as ammonium borate, and adipic acid-based liquids such as ammonium adipic acid. Although a chemical conversion solution can be used, it is preferable to use ammonium dihydrogen phosphate.
  • the immersion time is preferably 5 to 120 minutes. (A-5) Other polymerizable monomers
  • Examples of the polymerizable monomer used in the present invention include, in addition to the above-mentioned EDT, thiophene derivatives other than EDT, furin, roll, furan, acetylene, or derivatives thereof, which are oxidatively polymerized by a predetermined oxidizing agent, and It can be applied as long as it forms a hydrophilic polymer.
  • thiophene derivative those having the structural formula shown in FIG. 1 can be used.
  • X represents O or S.
  • A is alkylene or polyoxyalkylene.
  • A is alkylene, polyoxyalkylene, substituted alkylene, or substituted polyoxyalkylene.
  • the substituent is an alkyl group, an alkenyl group, or an alkoxy group.
  • the reason why the structure of the present invention can improve the withstand voltage and suppress the LC fluctuation after reflow can be considered as follows.
  • an electron blocking layer a film that prevents the above electrons from jumping over the surface of the oxide film.
  • the electron blocking layer increases the breakdown voltage, prevents the oxidizing agent from attacking the foil, and reduces the initial LC.
  • tab coating can be performed, and an effect of suppressing an increase in LC during reflow can be obtained.
  • the capacitance and ESR are hardly affected, and the withstand voltage can be controlled by controlling the thickness of the electron block layer.
  • the VF of the currently used foil can be reduced, the size and capacity of solid electrolytic capacitors can be reduced.
  • An electrode lead-out means was connected to the anode foil and the cathode foil each having an oxygen coating layer formed on the surface, and both electrode foils were wound with a separator therebetween to form a capacitor element. Then, the capacitor element was immersed in an aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate for 40 minutes to perform repair formation. Thereafter, this capacitor element was immersed in a 2 wt% polyimide mouth xanon solution of polyimide silicon, pulled up, and heat-treated at 170 ° C. for 1 hour.
  • a 40 wt% butanol solution of EDT and ferric p-toluenesulfonate was poured into a predetermined container so that the weight ratio became 1: 3 to prepare a mixed solution.
  • the element was immersed in the above mixed solution for 10 seconds to impregnate the capacitor element with EDT and an oxidizing agent.
  • the capacitor element was left in a thermostat at 120 ° C. for 1 hour to cause a PEDT polymerization reaction in the capacitor element, thereby forming a solid electrolyte layer.
  • the capacitor element was housed in a bottomed cylindrical aluminum case, and sealed with a sealing rubber to form a solid electrolytic capacitor.
  • the capacitor element was immersed in a 6 wt% solution of polyimide silicon in cyclohexanone, pulled up, and then heat-treated at 170 ° C. for 1 hour. Otherwise, a solid electrolytic capacitor was prepared under the same conditions and steps as in Example 1.
  • the capacitor element was immersed in a 10 wt% polyimide mouth hexanone solution of polyimide silicon, pulled up, and heat-treated at 170 ° C. for 1 hour. Otherwise, a solid electrolytic capacitor was prepared under the same conditions and under the same process as in Example 1.
  • a solid electrolytic capacitor was produced under the same conditions and processes as in Example 1 without immersing the capacitor element in a solution of polyimide silicon in cyclohexanone.
  • Example A2 With respect to Example A2 and the conventional example obtained by the above method, changes in the breakdown voltage before and after the reflow were examined, and the results shown in FIG. 2 were obtained. Figure 2 As can be seen, the breakdown voltage after reflow has also improved.
  • Example A2 When the concentration of the polyimide silicon and the behavior of the LC before and after the reflow were examined for Example A2, Example A3, and the conventional example obtained by the above method, the results shown in FIG. 5 were obtained.
  • the reflow conditions were as follows: the number of samples was 10 under lead-free conditions, and the residence time at a peak temperature of 250 ° C and 230 ° C or higher was 40 seconds.
  • “Initial” means initial characteristics
  • “Once” means LC value after one reflow test
  • “Two times” means After that, perform the reflow test one more time and indicate the LC value.
  • the leakage current after reflow has also improved.
  • the leakage current of 6 wt% is suppressed to 10 ⁇ m or less as compared with 2 wt%, and better characteristics are obtained.
  • the present inventors have made intensive studies to improve the capacitance of the solid electrolytic capacitor, which is the second object, and as a result, have completed the present invention.
  • the present inventors focused on the adhesiveness of polyimide silicon and examined the conditions of the polyimide silicon treatment that can more effectively exhibit this adhesiveness. % Or more and less than 2 wt%, it has been found that good results can be obtained.
  • the method for manufacturing the solid electrolytic capacitor in the second embodiment is as follows. That is, an anode foil and a cathode foil each having an oxide film layer formed on the surface are wound through a separator to form a capacitor element, and the capacitor element is subjected to repair formation. After that, the concentration of this capacitor element was 0.05wt% or more and 2wt ° /. It was immersed in a polyimide silicon ketone-based solution prepared below, pulled up, evaporated at 40-100 ° C, and then heat-treated at 150-200 ° C. If the concentration is below this range, the withstand voltage is not sufficient, and if it exceeds this range, the capacitance decreases.
  • the capacitor element is immersed in a mixed solution of a polymerizable monomer and an oxidizing agent to cause a polymerization reaction of a conductive polymer in the capacitor element to form a solid electrolyte layer. Then, the capacitor element is housed in an outer case, and the opening end is sealed with sealing rubber to form a solid electrolytic capacitor.
  • a solvent for dissolving polyimide silicon a ketone-based solvent having good solubility for polyimide silicon is preferable, and cyclohexanone, acetone, methyl ethyl ketone and the like can be used.
  • the concentration of the polyimide silicon solution is preferably not less than 0.05 wt% and less than 2 wt%. If the concentration of polyimide silicon is 2 wt% or more, the insulating property of the formed polyimide silicon layer increases, and the capacitance decreases. On the other hand, if it is less than 0.05 wt%, a sufficient capacitance cannot be obtained.
  • EDT monomer When EDT is used as the polymerizable monomer, EDT monomer can be used as the EDT to be impregnated in the capacitor element. However, a monomer obtained by mixing EDT and a volatile solvent in a volume ratio of 1: 0 to 1: 3 Solutions can also be used.
  • the volatile solvent hydrocarbons such as pentane, ethers such as tetrahydrofuran, esters such as ethyl formate, ketones such as acetone, alcohols such as methanol, and nitrogen compounds such as acetonitrile may be used. Among these, methanol, ethanol, acetone and the like are preferable.
  • an aqueous solution of ferric paratoluenesulfonate, periodic acid or iodic acid dissolved in ethanol can be used. Is preferably 40 to 65 wt%, more preferably 45 to 57 wt%. The higher the concentration of oxidizing agent in the solvent, the lower the ESR.
  • the solvent of the oxidizing agent the volatile solvent used in the above-mentioned monomer solution can be used, and among them, ethanol is preferable. It is thought that ethanol is suitable as a solvent for the oxidizing agent because it has a low vapor pressure and thus easily evaporates, and a small amount remains.
  • the chemical liquid for restoration chemical formation there are phosphoric acid-based chemical liquids such as ammonium dihydrogen phosphate and dihydrogen phosphate, boric acid-based chemical liquids such as ammonium borate, and adipic acid-based liquids such as ammonium adipic acid.
  • phosphoric acid-based chemical liquids such as ammonium dihydrogen phosphate and dihydrogen phosphate
  • boric acid-based chemical liquids such as ammonium borate
  • adipic acid-based liquids such as ammonium adipic acid.
  • the immersion time is preferably 5 to 120 minutes. (B-5)
  • the polymerizable monomer used in the present invention is, in addition to the above-mentioned EDT, a thiophene derivative other than EDT, aniline, pyrrole, furan, acetylene or a derivative thereof, which is subjected to acid polymerization by a predetermined oxidizing agent. Any material can be applied as long as it forms a conductive polymer.
  • a thiophene derivative those having the structural formula shown in FIG. 1 can be used.
  • the concentration of polyimide silicon is 0.05 wt. /.
  • the reason why the capacitance increases when the content is less than 2 wt% is as follows. That is, the conductivity of polyimide and PEDT like constituting the polyimide silicone Po Rimmer good adhesion because both organic I ⁇ was also, S i and the dielectric oxide film in the polyimide silicone (A 1 2 0 3) is Because both are inorganic compounds, they have good adhesion,
  • An electrode lead-out means was connected to the anode foil and the cathode foil each having an oxide film layer formed on the surface, and both electrode foils were wound via a separator to form a capacitor element. Then, this capacitor element was immersed in an aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate for 40 minutes to perform repair formation. Then, this capacitor element was immersed in a 0.5 wt% cyclohexanone solution of polyimide silicon, pulled up, and then heat-treated at 170 ° C. for 1 hour.
  • a 45 wt% butanol solution of EDT and ferric p-toluenesulfonate was poured into a predetermined container so that the molar ratio was 6: 1 to prepare a mixed solution, and the capacitor element was prepared as described above.
  • the capacitor element was immersed in the mixed solution for 10 seconds to impregnate the EDT and the oxidizing agent. Then, the capacitor element was left in a thermostat at 120 ° C. for 1 hour to cause a polymerization reaction of PEDT in the capacitor element to form a solid electrolyte layer. After that, the capacitor element was housed in a bottomed cylindrical aluminum case, and sealed with a sealing rubber to form a solid electrolytic capacitor.
  • the rated voltage of this solid electrolytic capacitor is 25 WV, and the rated capacity is 10 ⁇ F.
  • the concentration of the hexaxanone solution in polyimide silicon was 1.0 wt%. Otherwise, a solid electrolytic capacitor was prepared under the same conditions and steps as in Example 1.
  • the concentration of the hexaxanone solution in the polyimide mouth was 1.5 wt%. Otherwise, a solid electrolytic capacitor was prepared under the same conditions and steps as in Example 1.
  • the concentration of the hexaxanone solution in polyimide silicon was 2.0 wt%.
  • a solid electrolytic capacitor was prepared in the same manner as in Example B1 except that the polyimide silicon treatment was not performed.
  • the capacitor element is immersed in a polyimide silicon solution having a concentration of 2 wt% to 10 wt% after the repair formation to improve the pressure resistance and reduce the LC fluctuation after reflow.
  • the capacitance element is immersed in a polyimide silicon solution having a concentration of not less than 0.05 wt% and less than 2 wt% after the repair formation, whereby the capacitance can be reduced. It is possible to provide a method for manufacturing a solid electrolytic capacitor that can be improved.
  • the concentration of the polyimide silicon solution immersed after the repair formation is adjusted to 0.05 wt% or more and less than 2 wt%.
  • the concentration of the polyimide silicon solution is adjusted to the range of 2 to 1 wt% to improve the withstand voltage and suppress the LC fluctuation after reflow. A capacitor can be obtained.

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Abstract

　表面に酸化皮膜層が形成された陽極箔と陰極箔を、セパレータを介して巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子に修復化成を施す。その後、このコンデンサ素子をポリイミドシリコンの１０ｗｔ％以下、好ましくは２～９ｗｔ％、さらに好ましくは５～８ｗｔ％のケトン系溶媒に溶解した溶液に浸漬し、引き上げた後、４０～１００℃で溶媒を蒸発させ、その後、１５０～２００℃で熱処理した。続いて、このコンデンサ素子を重合性モノマーと酸化剤の混合液に浸漬し、コンデンサ素子内で導電性ポリマーの重合反応を発生させ、固体電解質層を形成する。そして、このコンデンサ素子を外装ケースに収納し、開口端部を封ロゴムで封止し、固体電解コンデンサを形成する。

Description

明 細 書 固体電解コンデンサの製造方法 技術分野
本発明は、 耐圧の向上とリフロー後の L C変動の抑制を可能とした固体電解 コンデンサの製造方法に関する。 また、 本発明は、 静電容量の高い固体電解コ ンデンサを得ることができる固体電解コンデンサの製造方法に関する。 背景技術
タンタルあるいはアルミニウム等のような弁作用を有する金属を利用した電 解コンデンサは、 陽極側対向電極としての弁作用金属を焼結体あるいはエッチ ング箔等の形状にして誘電体を拡面化することにより、 小型で大きな容量を得 ることができることから、 広く一般に用いられている。 特に、 電解質に固体電 解質を用いた固体電解コンデンサは、 小型、 大容量、 低等価直列抵抗であるこ とに加えて、 チップ化しやすく、 表面実装に適している等の特質を備えている ことから、 霉子機器の小型化、 高機能化、 低コスト化に欠かせないものとなつ ている。
この種の固体電解コンデンサにおいて、小型、大容量用途としては、一般に、 アルミユウム等の弁作用金属からなる陽極箔と陰極箔をセパレータを介在させ て卷回してコンデンサ素子を形成し、 このコンデンサ素子に駆動用電解液を含 浸し、 アルミ二ゥム等の金属製ケースや合成樹脂製のケースにコンデンサ素子 を収納し、 密閉した構造を有している。 なお、 陽極材料としては、 アルミニゥ ムを初めとしてタンタル、 ニオブ、 チタン等が使用され、 陰極材料には、 陽極 材料と同種の金属が用いられる。
また、 固体電解コンデンサに用いられる固体電解質としては、 二酸化マンガ ンゃ 7、 7、 8、 8—テトラシァノキノジメタン （T C NQ) 錯体が知られて いるが、 近年、 反応速度が緩やかで、 かつ陽極電極の酸化皮膜層との密着性に 優れたポリエチレンジォキシチォフェン （以下、 P E D Tと記す） 等の導電性 ポリマーに着目した技術 （特開平 2 _ 1 5 6 1 1号公報） が存在している。 このような卷回型のコンデンサ素子に P E D T等の導電性ポリマーからなる 固体電解質層を形成するタイプの固体電解コンデンサは、 以下のようにして作 製される。 まず、 アルミニウム等の弁作用金属からなる陽極箔の表面を塩ィ匕物 水溶液中での電気化学的なエッチング処理により粗面化して： 多数のエツチン グピットを形成した後、 ホウ酸アンモ -ゥム等の水溶液中で電圧を印加して誘 電体となる酸化皮膜層を形成する （化成)。 陽極箔と同様に、 陰極箔もアルミ二 ゥム等の弁作用金属からなるが、 その表面にはエッチング処理を施すのみであ る。
このようにして表面に酸ィ匕皮膜層が形成された陽極箔とエッチングピットの みが形成された陰極箔とを、 セパレータを介して卷回してコンデンサ素子を形 成する。 続いて、 修復化成を施したコンデンサ素子に、 3， 4一エチレンジォ キシチオフヱン （以下、 E D Tと記す） 等の重合性モノマーと酸化剤溶液をそ れぞれ吐出し、 あるいは両者の混合液に浸漬して、 コンデンサ素子内で重合反 応を促進し、 P E D T等の導電性ポリマーからなる固体電解質層を生成する。 その後、 このコンデンサ素子を有底筒状の外装ケースに収納し、 ケースの開口 部を封口ゴムで封止して固体電解コンデンサを作成する。
[解決すべき課題]
ところで、 近年、 上述したような固体電解コンデンサが車載用として用いら れるようになってきている。 通常、 車載用回路の駆動電圧は 1 2 Vであり、 固 体電解コンデンサには 2 5 Vの高耐電圧が要求される。
従来、 このような高耐電圧品を得るために以下のような方法が用！/、られてき た。 すなわち、 1 6 WVまでは箔 V f sを上げることにより耐圧は向上してき たが、 2 O W以上においては、 箔 V f sに依存した形によっては、 ショートが 多発するため、 耐圧の向上は困難であった。 そこで、 本発明者等はこの点につ いて検討した結果、 酸化剤の箔へのアタックと、 ポリマー耐圧自体の限界 （平 均で 2 0 V程度） であるためと推定された。 そこで、 モノマーと酸化剤の配合 比を変える方法や、 セパレータを改良することで、 2 0 Wと 2 5 Wの製品化に 成功した。
し力 しながら、 上記のような方法を用いても、 近年、 開発要求が高まってい る 3 0W、 3 5 Wの実現は困難であった。
また、 従来の固体電解コンデンサには、 上記のような問題点の他に、 以下の ような問題点もあった。
すなわち、 近年、 電子情報機器はデジタル化され、 さらにこれらの電子情報 機器の心臓部であるマイクロプロセッサ （M P U) の駆動周波数の高速化が進 んでいる。 これに伴って、 消費電力の増大化が進み、 発熱による信頼性の問題 が顕在ィ匕してきたため、 その対策として駆動電圧の低減ィ匕が図られてきた。 上記駆動電圧の低減化を図るため、 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と呼ばれる D C— D Cコンバーターが広 く使用されており、 その出力側コンデンサには、 電圧降下を防ぐため E S の 低いコンデンサが多数用いられている。 このような低 E S R特性を有するコン デンサとして、 上述したような固体電解コンデンサが実用化され、 多用されて いる。
しかしながら、 マイクロプロセッサの駆動周波数の高速化は著しく、 それに 伴って消費電力がさらに増大し、 それに対応するために電圧降下を防ぐための コンデンサからの供給電力のさらなる増大化が求められている。 すなわち、 大 きな電力を短時間で供給することができなければならず、 このために固体電解 コンデンサには大容量化、 小型化、 低電圧化と共に、 さらに優れた E S R特性 が要求されでいる。
なお、 このような問題点は、 重合性モノマーとして E D Tを用いた場合に限 らず、 他のチォフェン誘導体、 ピロール、 ァニリン等を用いた場合にも同様に 生じていた。
[発明の目的]
本発明の第 1の目的は、 耐圧の向上とリフロー後の L C変動の抑制を可能と し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。
また、 本発明の第 2の目的は、 静電容量の高い固体電解コンデンサを得るこ とができる固体電解コンデンサの製造方法を提供することにある。 癸明の開示
本発明に係る第 1の固体電解コンデンサの製造方法は、 コンデンサ素子を修 復化成した後、 そのコンデンサ素子を、 ポリイミドシリコン濃度が 2〜1 0 w t %のケトン系溶液に浸漬し、その後に重合性モノマーと酸ィヒ剤を含浸させて、 導電性ポリマーからなる固体電解質層を形成することにより、 電子をブロック する皮膜を形成することができるので、 耐圧の向上とリフロー後の L C変動の 抑制を可能とした固体電解コンデンサを得ることができる。
また、 本発明に係る第 2の固体電解コンデンサの製造方法は、 コンデンサ素 子を修復化成した後、 そのコンデンサ素子を、 ポリイミドシリコン濃度が 0 . 0 5 w t %以上 2 . 0 w t %未満のケトン系溶液に浸漬し、 そ.の後に重合性モ ノマーと酸化剤を含浸させて、 導電性ポリマーからなる固体電解質層を形成す ることにより、 接着性能を有するポリイミドシリコン層を形成することができ るので、 静電容量に優れた固体電解コンデンサを得ることができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 チオフヱン誘導体の構造式を示す図であり、 図 2は、 本発明品と従 来例の耐圧を比較した図であり、 図 3は、 添加したポリイミドシリコンの濃度 と容量の関係を示す図であり、 図 4は、 添カ卩したポリイミドシリコン濃度と E S Rの関係を示す図であり、 図 5は、 添加したポリイミドシリコンの濃度とリ フロー前後の L Cの挙動を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
(A) 第 1実施形態 （耐圧の向上とリフロー後の L C変動の抑制）
本発明者等は、 上記第 1の目的である固体電解コンデンサの耐圧の向上とリ フロー後の L C変動の抑制を図るべく鋭意検討を重ねた結果、 本発明を完成す るに至ったものである。
すなわち、 本発明者等は電気伝導機構に着目し、 導電性ポリマー等の固体電 解質における電気伝導について検討した。
一般に、 電子放出は、 電子のトンネル電子と電位障壁の飛び越え （皮膜の破 損に依存しない電子の飛び越し） の 2種類に大別されるが、 固体電解コンデン サにおける漏れ電流は、 ショート状態ではない、 電位障壁の飛び越しによるも のと考えられる。
また、 リフロー後の L Cの上昇の原因としては、 ガス発生によるリフロー中 の機械的なス トレス （物理的ス トレス） と、 化学ス トレス （酸化剤のアタック や電子の飛び越しなど） が考えられる。
すなわち、 固体電解コンデンサの高耐圧化において、 ショートは電子が増大 して、 なだれ状態となって、 トンネル状態になることであり、 リフローでの L Cの上昇においては、 絶縁破壊によらない、 電子の飛び越しによるもので、 両 者において共通することは電子である。 従って、 電子をブロッキングすること で、 電位障壁の飛び越しを抑制し、 高耐圧化、 リフローでの L Cの上昇の抑制 を実現することができると考えられる。
これらの知見に基づいて、 本発明者等は、 電位障壁の飛び越えを防ぐことが できる手段について種々検討を重ね、ポリイミドシリコンを用いることにより、 製品の耐圧向上、 リフロー後の L C上昇を抑制することができることを見出し た。 (A- 1 ) 固体電解コンデンサの製造方法
第 1実施形態における固体電解コンデンサの製造方法は以下の通りである。 すなわち、 表面に酸ィ匕皮膜層が形成された陽極箔と陰極箔を、 セパレータを介 して卷回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子に修復化成を施す。 その後、 このコンデンサ素子をポリイミドシリコンの 1 0 w t %以下、 好まし くは 2 . 0〜9 w t %、 さらに好ましくは 5〜8 w t %のケトン系溶媒に溶解 した溶液に浸漬し、引き上げた後、 4 0〜1 0 0 °Cで溶媒を蒸発させ、その後、 1 5 0〜 2 0 0 °Cで熱処理した。濃度がこの範囲未満では耐圧が十分ではなく、 この範囲を超えると静電容量が低下する。
続いて、 このコンデンサ素子を重合性モノマーと酸化剤の混合液に浸漬し、 コンデンサ素子内で導電性ポリマーの重合反応を発生させ、 固体電解質層を形 成する。 そして、 このコンデンサ素子を外装ケースに収納し、 開口端部を封口 ゴムで封止し、 固体電解コンデンサを形成する。 (A-2) ポリイミドシリコン
ポリイミ ドシリコンを溶解する溶媒としては、 ポリイミ ドシリコンの溶解性 の良好なケトン系溶媒が好ましく、 シク口へキサノン、 アセトン、 メチルェチ ルケトン等を用いることができる。
また、 ポリイミ ドシリコン溶液の濃度は、 2〜 10 w t %、 好ましくは 2. 0〜9wt%、 さらに好ましくは 5〜8w t%である。
(A— 3) EDT及び酸化剤
重合性モノマーとして EDTを用いた場合、 コンデンサ素子に含浸する ED Tとしては、 ED-Tモノマーを用いることができるが、 EDTと揮発性溶媒と を 1 ： 0〜1 ： 3の体積比で混合したモノマー溶液を用いることもできる。 前記揮発性溶媒としては、 ペンタン等の炭化水素類、 テトラヒドロフラン等 のエーテル類、 ギ酸ェチル等のエステル類、 アセトン等のケトン類、 メタノー ル等のアルコール類、 ァセトニトリル等の窒素化合物等を用いることができる 力 なかでも、 メタノール、 エタノール、 アセトン等が好ましい。
また、 酸化剤としては、 エタノールに溶解したパラトルエンスルホン酸第二 鉄、 過ヨウ素酸もしくはヨウ素酸の水溶液を用いることができ、 酸化剤の溶媒 に対する濃度は 40〜65wt%が好ましく、 45〜57wt%がより好まし レ、。 酸化剤の溶媒に対する濃度が高い程、 ESRは低減する。 なお、 酸化剤の 溶媒としては、 上記モノマー溶液に用いた揮発性溶媒を用いることができ、 な かでもエタノールが好適である。 酸ィ匕剤の溶媒としてエタノールが好適である のは、 蒸気圧が低いため蒸発しやすく、 残存する量が少ないためであると考え られる。
(A— 4) 修復化成の化成液 修復化成の化成液としては、 リン酸二水素アンモニゥム、 リン酸水素二アン モニゥム等のリン酸系の化成液、 ホウ酸アンモユウム等のホウ酸系の化成液、 アジピン酸アンモニゥム等のアジピン酸系の化成液を用いることができるが、 なかでも、 リン酸二水素アンモニゥムを用いることが望ましい。 また、 浸漬時 間は、 5〜1 2 0分が望ましい。 (A— 5 ) 他の重合性モノマー
本発明に用いられる重合性モノマーとしては、 上記 E D Tの他に、 E D T以 外のチォフェン誘導体、 ァュリン、 ロール、 フラン、 アセチレンまたはそれ らの誘導体であって、 所定の酸化剤により酸化重合され、 導電性ポリマーを形 成するものであれば適用することができる。なお、チォフェン誘導体としては、 図 1に示す構造式のものを用いることができる。 図 1において、 Xは O又は S を示す。 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である。 また、 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、 又は置換ポリオキシアルキレンである。 ここで、 置喚基 はアルキル基、 アルケニル基、 アルコキシ基である。 (A— 6 ) 第 1実施形態の作用 ·効果
本発明の構成で、 耐電圧の向上とリフロー後の L C変動の抑制効果が得られ る理由は、 以下の通りと考えられる。
すなわち、 修復化成後にコンデンサ素子をポリイミ ドシリコン溶液に浸漬す ることにより、 酸化皮膜の表面に上記電子の飛び越えを防ぐ皮膜 （以下、 電子 ブロック層という） が形成されると考えられる。
そして、 この電子ブロック層により、 耐圧が上昇し、 酸化剤の箔へのァタツ クを防止することができ、初期の L Cが低減される。また、タブコートも行え、 リフローでの L Cの上昇抑制効果が得られる。 さらに、 静電容量、 E S Rに影 響をあまり与えにくく、 この電子ブロック層の膜厚をコントロールすることに より、 耐電圧もコントロールできると考えられる。 また、 現在用いられている 箔の V Fを下げることができることから、 固体電解コンデンサの小型化、 容量
7
差替え用紙 （規則 2 UP等に効果を発揮する。 (A- 7) 第 1実施形態に関する実施例
続いて、 以下のようにして製造した実施例 A 1〜A 3及び従来例に基づいて、
7-] 差替え用紙 （規則 2β). 第 1実施形態の発明をさらに詳細に説明する。
(実施例 A 1 )
表面に酸ィヒ皮膜層が形成された陽極箔と陰極箔に電極引き出し手段を接続し、 両電極箔をセパレータを介して卷回してコンデンサ素子を形成した。 そして、 このコンデンサ素子をリン酸二水素アンモニゥム水溶液に 4 0分間浸漬して、 修復化成を行った。 その後、 このコンデンサ素子をポリイミ ドシリコンの 2 w t %シク口へキサノン溶液に浸漬し、 引き上げた後、 1 7 0 °Cで 1時間熱処理 した。
続いて、所定の容器に、 E D Tと p—トルエンスルホン酸第二鉄の 4 0 w t % ブタノール溶液を、その重量比が 1： 3とな'るように注入して混合液を調製し、 コンデンサ素子を上記混合液に 1 0秒間浸漬してコンデンサ素子に E D Tと酸 化剤を含浸した。 そして、 このコンデンサ素子を 1 2 0 °Cの恒温槽内に 1時間 放置して、 コンデンサ素子内で P E D Tの重合反応を発生させ、 固体電解質層 を形成した。 その後、 このコンデンサ素子を有底筒状のアルミニウムケースに 収納し、 封口ゴムで封止し、 固体電解コンデンサを形成した。
(実施例 A 2 )
コンデンサ素子をポリイミドシリコンの 6 w t %シクロへキサノン溶液に浸 漬し、 引き上げた後、 1 7 0 °Cで 1時間熱処理した。 その他は、 実施例 1と同 様の条件及び工程で固体電解コンデンサを作成した。
(実施例 A 3 )
コンデンサ素子をポリイミドシリコンの 1 0 w t %シク口へキサノン溶液に 浸漬し、 引き上げた後、 1 7 0 °Cで 1時間熱処理した。 その他は、 実施例 1と 同様の条件及ぴ工程で固体電解コンデンサを作成した。
(従来例）
コンデンサ素子をポリイミドシリコンのシクロへキサノン溶液に浸漬するこ となく、 実施例 1と同様の条件及び工程で固体電解コンデンサを作成した。
[比較結果 1 ]
上記の方法により得られた実施例 A 2及び従来例について、 リフロー前後の 耐圧の変化について調べたところ、 図 2に示すような結果が得られた。 図 2か ら分かるように、 リフロー後の耐圧も向上している。
[比較結果 2 ]
上記の方法により得られた実施例 A 1〜A 3及び従来例について、 ポリイミ ドシリコンの濃度と初期容量の減少率を調べたところ、 図 3に示すような結果 が得られた。 なお、 初期容量の減少率はブランク （従来例） に対する百分率で 示した。
また、 上記の方法により得られた実施例 A 1〜A 3について、 ポリイミドシ リコンの濃度と E S Rの関係を調べたところ、 図 4に示すような結果が得られ た。
[比較結果 3 ]
上記の方法により得られた実施例 A 2、 実施例 A 3及び従来例について、 ポ リイミ ドシリコンの濃度とリフロー前後の L Cの挙動について調べたところ、 図 5に示すような結果が得られた。 なお、 リフローの条件は、 鉛フリー条件下 においてサンプル数が 1 0であり、 ピーク温度 2 5 0 °C、 2 3 0 °C以上の滞留 時間は 4 0秒とした。 また、 図中、 「初期」 とあるのは初期特性であり、 「1回」 とあるのは、上記のリフロー試験を 1回行った後の L Cの値、 「2回」 とあるの は、 その後さらにもう 1回リフロー試験を行った後の L Cの値を示したもので める。
図 5から分かるように、 リフロー後の漏れ電流も向上している。 ここで、 6 w t %の漏れ電流は、 2 w t %に比べて 1 0 μ Α以下に抑えられており、 より 良好な特性を得ている。
[比較結果 4 ] ' 上記の,方法により得られた実施例 A 1〜A 3及び従来例について、 電 気的特性を調べたところ、 表 1に示したような結果が得られた。
差替え用紙（規則 2β). [表 1]
Figure imgf000013_0001
表 1から明らかなように、 修復化成後にコンデンサ素子をポリイミドシリコ ン溶液に浸漬した実施例 A 1〜A 3においては、 いずれも従来例に比べて耐圧 は向上し、 リフロー後の LCは、 大幅に低減された。
(B)第 2実施形態 （静電容量の向上）
本発明者等は、 上記第 2の目的である固体電解コンデンサの静電容量の向上 を図るべく鋭意検討を重ねた結果、 本発明を完成するに至ったものである。 す なわち、 本発明者等は、 ポリイミドシリコンの接着性に着目し、 この接着性を より効果的に発現し得るポリイミドシリコン処理の条件について検討したとこ ろ、 ポリイミドシリコンの濃度を 0. 05w t%以上、 2w t%未満とすると 良好な結果が得られることを見出したものである。
(B-1) 固体電解コンデンサの製造方法
第 2実施形態における固体電解コンデンサの製造方法は以下の通りである。 すなわち、 表面に酸化皮膜層が形成された陽極箔と陰極箔を、 セパレータを介 して卷回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ素子に修復化成を施す。 その後、 このコンデンサ素子を、 濃度を 0. 05wt%以上、 2w t°/。未満に 調製したポリイミ ドシリコンのケトン系溶液に浸漬し、 引き上げた後、 40〜 100°Cで溶媒を蒸発させ、 その後、 150〜200°Cで熱処理した。 濃度が この範囲未満では耐圧が十分ではなく、 この範囲を超えると静電容量が低下す る。
続いて、 このコンデンサ素子を重合性モノマーと酸化剤の混合液に浸漬し、 コンデンサ素子内で導電性ポリマーの重合反応を発生させ、 固体電解質層を形 成する。 そして、 'このコンデンサ素子を外装ケースに収納し、 開口端部を封口 ゴムで封止し、 固体電解コンデンサを形成する。
(B-2) ポリイミドシリコン
ポリイミドシリコンを溶解する溶媒としては、 ポリイミ ドシリコンの溶解性 の良好なケトン系溶媒が好ましく、 シクロへキサノン、 アセトン、 メチルェチ ルケトン等を用いることができる。
また、 ポリイミ ドシリコン溶液の濃度は、 0. 05 w t %以上、 2 w t %未 満が好ましい。 ポリイミ ドシリコンの濃度が 2 w t %以上であると、 形成され るポリイミドシリコン層の絶縁性が高くなるため、静電容量は低下する。一方、 0. 05 w t %未満では、 十分な静電容量が得られない。
(B-3) EDT及ぴ酸化剤
重合性モノマーとして EDTを用いた場合、 コンデンサ素子に含浸する ED Tとしては、 EDTモノマーを用いることができるが、 EDTと揮発性溶媒と を 1 ： 0〜1 ： 3の体積比で混合したモノマー溶液を用いることもできる。 前記揮発性溶媒としては、 ペンタン等の炭化水素類、 テトラヒ ドロフラン等 のエーテル類、 ギ酸ェチル等のエステル類、 アセトン等のケトン類、 メタノー ル等のアルコール類、 ァセトニトリル等の窒素化合物等を用いることができる 力 なかでも、 メタノール、 エタノール、 アセトン等が好ましい。
また、 酸化剤としては、 エタノールに溶解したパラトルエンスルホン酸第二 鉄、 過ヨウ素酸もしくはヨウ素酸の水溶液を用いることができ、 酸化剤の溶媒 に対する濃度は 40〜 65 w t %が好ましく、 45〜 57 w t %がより好まし い。 酸化剤の溶媒に対する濃度が高い程、 ESRは低減する。 なお、 酸化剤の 溶媒としては、 上記モノマー溶液に用いた揮発性溶媒を用いることができ、 な かでもエタノールが好適である。 酸化剤の溶媒としてエタノールが好適である のは、 蒸気圧が低いため蒸発しやすく、 残存する量が少ないためであると考え られる。
(B-4) 修復化成の化成液
修復化成の化成液としては、 リン酸二水素アンモニゥム、 リン酸水素二アン モニゥム等のリン酸系の化成液、 ホウ酸アンモニゥム等のホウ酸系の化成液、 アジピン酸アンモニゥム等のアジピン酸系の化成液を用いることができるが、 なかでも、 リン酸二水素アンモニゥムを用いることが望ましい。 また、 浸漬時 間は、 5〜： 120分が望ましい。 (B— 5) 他の重合性モノマー
本発明に用いられる重合性モノマーとしては、 上記 EDTの他に、 EDT以 外のチォフェン誘導体、 ァニリン、 ピロール、 フラン、 アセチレンまたはそれ らの誘導体であって、 所定の酸化剤により酸ィヒ重合され、 導電性ポリマーを形 成するものであれば適用することができる。なお、チオフェン誘導体としては、 図 1に示す構造式のものを用いることができる。
(B-6) 第 2実施形態の作用 ·効果
本発明の構成で、 静電容量の向上効果が得られる理由は、 以下の通りと考え られる。
すなわち、 ポリイミドシリコンの濃度が 0. 05wt。 /。以上、 2wt%未満 の範囲内の場合に静電容量が増大する理由は、以下の通りであると考えられる。 すなわち、 ポリイミドシリコンを構成するポリイミドと PEDT等の導電性ポ リマーは共に有機ィ匕合物なので接着性が良く、 また、 ポリイミドシリコン中の S iと誘電体酸化皮膜（A 1203)は共に無機化合物なので接着性が良いため、
12 結果として、 ポリイミ ドシリコン層を介して導電性ポリマーと誘電体酸化皮膜 との接着性が向上して、 静電容量が増大すると考えられる。 (B-9) 第 2実施形態に関する実施例
続いて、 以下のようにして製造した実施例及び比較例に基づいて本実施形態 の発明をさらに詳糸田に説明する。
(実施例 B 1) "
表面に酸化皮膜層が形成された陽極箔と陰極箔に電極引き出し手段を接続し、 両電極箔をセパレータを介して巻回してコンデンサ素子を形成した。 そして、 このコンデンサ素子をリン酸二水素アンモニゥム水溶液に 40分間浸漬して、 修復化成を行った。 その後、 このコンデンサ素子をポリイミ ドシリコンの 0. 5 w t %シクロへキサノン溶液に浸漬し、 引き上げた後、 170 °Cで 1時間熱 処理した。
続いて、所定の容器に、 EDTと p—トルエンスルホン酸第二鉄の 45 w t % ブタノール溶液を、そのモル比が 6： 1となるように注入して混合液を調製し、 コンデンサ素子を上記混合液に 10秒間浸漬してコンデンサ素子に E D Tと酸 化剤を含浸した。 そして、 このコンデンサ素子を 120°Cの恒温槽内に 1時間 放置して、 コンデンサ素子内で PEDTの重合反応を発生させ、 固体電解質層 を形成した。 その後、 このコンデンサ素子を有底筒状のアルミニウムケースに 収納し、 封口ゴムで封止し、 固体電解コンデンサを形成した。 なお、 この固体 電解コンデンサの定格電圧は 25WV、 定格容量は 10 μ Fである。
(実施例 Β2)
ポリイミ ドシリコンのシク口へキサノン溶液の濃度を 1. 0 w t %とした。 その他は、 実施例 1と同様の条件及び工程で固体電解コンデンサを作成した。
(実施例 B3)
ポリイミ ドシリコンのシク口へキサノン溶液の濃度を 1. 5 w t %とした。 その他は、 実施例 1と同様の条件及び工程で固体電解コンデンサを作成した。
(実施例 B4)
ポリイミ ドシリコンのシク口へキサノン溶液の濃度を 2. 0 w t %とした。
13 その他は、 実施例 1と同様の条件及び工程で固体電解コンデンサを作成した。 (比較例）
ポリイミドシリコン処理を施すことなく、 他の条件は上記実施例 B 1と同様 にして固体電解コンデンサを作成した。
[比較結果]
上記の方法により得られた実施例及び比較例について、 静電容量を調べたと ころ、 表 2に示したような結果が得られた。
[表 2 ]
Figure imgf000017_0001
表 2から明らかなように、ポリイミドシリコンの濃度を 0 . 5〜1 . 5 w t % とした実施例 B 1〜実施例 B 3においては、 ポリイミドシリコン処理を行わな かった比較例に比べて、 静電容量は 5〜1 2 %上昇した。 産業上の利用可能性
第 1実施形態に示した発明によれば、 修復化成後にコンデンサ素子を、 濃度 が 2 w t %〜 1 0 w t %のポリイミドシリコン溶液に浸漬することにより、 耐 圧の向上とリフロー後の L C変動の抑制を可能とした固体電解コンデンサの製
4 造方法を提供することができる。
また、第 2実施形態に示した発明によれば、修復化成後にコンデンサ素子を、 濃度が 0 . 0 5 w t %以上、 2 w t %未満のポリイミ ドシリコン溶液に浸漬す ることにより、 静電容量の向上を可能とした固体電解コンデンサの製造方法を 提供することができる。
このように、 本宪明によれば、 静電容量特性が必要な場合には、 修復化成後 に浸漬するポリイミドシリコン溶液の濃度を 0 . 0 5 w t %以上、 2 w t %未 満に調製し、.静電容量特性が重要でない場合には、 ポリイミドシリコン溶液の 濃度を 2〜1 O w t %の範囲に調製することにより、 耐圧の向上とリフロー後 の L C変動の抑制を可能とした固体電解コンデンサを得ることができる。

Claims

請 求 の 範 囲
• 1 . 表面に酸ィヒ皮膜を形成した弁金属からなる陽極体と固体電解質からなる 固体電解コンデンサの製造方法において、
前記固体電解質を形成した素子を、 ポリイミドシリコン溶液に浸漬して、 電 子をブロックする皮膜を形成することを特徴とする固体電角？コンデンサの製造 方法。
2 . 陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して卷回したコンデンサ素子に、 重 合性モノマーと酸化剤とを含浸して導電性ポリマーからなる固体電解質層を形 成する固体電解コンデンサの製造方法において、
前記コンデンサ素子をポリイミドシリコン溶液に浸漬して、 電子をプロック する皮膜を形成し、 その後に前記導電性ポリマーからなる固体電解質層を形成 することを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
3 . 前記ポリイミドシリコン溶液の濃度が、 2 . 0 w t %〜 1 0 w t %であ ることを特徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の固体電解コンデンサ の製造方法。
4 . 前記ポリイミドシリコン溶液の濃度が、 0 . 0 5 w t %以上 2 . 0 w t % 未満であることを特徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の固体電解コ ンデンサの製造方法。
5 . 前記重合性モノマーが、 チォフェン誘導体であることを特徴とする請求 の範囲第 1項乃至第 4項のいずれか 1項に記載の固体電解コンデンサの製造方 法。
6 . 前記チォフェン誘導体が、 3， 4 _エチレンジォキシチォフェンである ことを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
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