JP2002015956A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

固体電解コンデンサ

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JP2002015956A
JP2002015956A JP2000196248A JP2000196248A JP2002015956A JP 2002015956 A JP2002015956 A JP 2002015956A JP 2000196248 A JP2000196248 A JP 2000196248A JP 2000196248 A JP2000196248 A JP 2000196248A JP 2002015956 A JP2002015956 A JP 2002015956A
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electrolytic capacitor
solid electrolytic
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Koichi Mitsui
紘一 三井
Fumio Katayama
文雄 片山
Takashi Mizuguchi
隆 水口
Keiichi Ogata
慶一 尾形
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Nichicon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細化された弁金属粉末粒子からなるコンデ
ンサ素子を使用した場合でも高周波領域でのインピーダ
ンス特性並びに容量出現率に優れたコンデンサを得る。 【解決手段】 弁作用金属1bからなるコンデンサ素子
1の表面に誘電体酸化皮膜1aを形成し、該誘電体酸化
皮膜1a表面に導電性高分子層を形成してなる固体電解
コンデンサにおいて、上記誘電体酸化皮膜1a上、また
は誘電体酸化皮膜1a上に形成したプレコート層2上
に、電解重合により形成した第1の導電性高分子層3
と、カーボンファイバーと酸化剤とドーパントと、チオ
フェン若しくはその誘導体、ピロール若しくはその誘導
体、またはアニリン若しくはその誘導体とを混合し化学
重合により形成した第2の導電性高分子層4と、カーボ
ン層5と銀層6から構成したことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は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およびその製造
方法に関するものであって、特に近年の小型化、高容量
化に伴い微細化された弁金属粉末粒子からなるコンデン
サ素子においても容量が大きく、周波数特性に優れ、か
つ信頼性にも優れた固体電解コンデンサを提供するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、導電性高分子を電解コンデンサの
固体電解質に利用し、高周波領域でのインピーダンスの
低減を図った固体電解コンデンサが種々提案されてい
る。図2は従来の固体電解コンデンサの一例の断面図で
ある。陽極となる弁作用金属1bからなるコンデンサ素
子1の表面に陽極酸化により誘電体皮膜1aが形成さ
れ、その上に固体電解質となる導電性高分子層2が形成
され、その上にカーボン層5、銀層6が形成され、更に
エポキシ樹脂9で外装されている。上記コンデンサ素子
1の陽極側に陽極リード7が接続され、銀層6には陰極
リード8が接続される。
【0003】上記固体電解コンデンサの固体電解質に使
用する導電性高分子としては、ポリアセチレン、ポリピ
ロール、ポリアニリン、ポリチオフェンおよびポリパラ
フェニレン等が知られているが、そのうち、特にポリピ
ロールおよびポリチオフェン、ポリアニリンは導電率が
高く、熱安定性にも優れているので、使用されることが
多い。
【0004】例えば、特開平4−48710号公報には
誘電体酸化皮膜上にまずポリピロールを化学重合により
導電性高分子層を形成した後、電解重合によりポリピロ
ールの導電性高分子層を新たに形成して2層からなる導
電性高分子層を固体電解質として用いる固体電解コンデ
ンサが開示されているが、特に電解重合により形成され
た導電性高分子層は、平滑な表面となり易いことから、
その後で形成するカーボン層との密着性が悪く、インピ
ーダンスの低いコンデンサを安定的に生産することは困
難であった。
【0005】一方、固体電解質層と、カーボン層の密着
性を改善するため、固体電解質層に凹凸を形成する技術
が特開平7−94368号公報に開示されている。しか
し固体電解質層に凹凸を形成するには、核となる導電性
粉末をコンデンサ素子に付着させなければならず、固体
電解質層が厚くなることから、従来と同一寸法のコンデ
ンサを作ろうとすると、コンデンサの陽極素子寸法を小
さくせねばならず、収納容量の大きいコンデンサを得る
ことが困難であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、微細化され
た粉末粒子からなるコンデンサ素子においても容量を大
きく維持することができ、かつ高周波領域でのインピー
ダンス特性並びに容量出現率に優れたコンデンサを得る
ことを課題としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、化学重合によ
り形成された導電性高分子層が、カーボン層との密着性
が良好であることに着目し、導電性が良好な電解重合に
よる導電性高分子層を形成後、導電性高分子層を化学重
合によって形成すると共に、化学重合で形成した導電性
高分子層内に固有抵抗値を低減させるために、カーボン
ファイバーを混在させることにより、上記課題を解決す
るものである。さらに、カーボンファイバーを混在させ
た導電性高分子層を化学重合による導電性高分子層で覆
うことで、表面のカーボンファイバーの脱落を防止でき
るので更なる高周波特性の改善と特性バラツキの抑制が
可能となる。すなわち、弁作用金属1bからなるコンデ
ンサ素子1の表面に誘電体酸化皮膜1aを形成し、該誘
電体酸化皮膜1a表面に導電性高分子層を形成してなる
固体電解コンデンサにおいて、上記誘電体酸化皮膜1a
上、または誘電体酸化皮膜1a上に形成したプレコート
層2上に、電解重合により形成した第1の導電性高分子
層3と、カーボンファイバーと酸化剤とドーパントと、
チオフェン若しくはその誘導体、ピロール若しくはその
誘導体、またはアニリン若しくはその誘導体とを混合し
化学重合により形成した第2の導電性高分子層4と、カ
ーボン層5と銀層6とから構成したことを特徴とする固
体電解コンデンサである。
【0008】また、上記第2の導電性高分子層4が、酸
化剤とドーパントの代わりに酸化作用を有するドーパン
トを用い、カーボンファイバーと、チオフェン若しくは
その誘導体、ピロール若しくはその誘導体、またはアニ
リン若しくはその誘導体とを混合し化学重合により形成
したことを特徴とする固体電解コンデンサである。
【0009】そして、上記カーボンファイバーの直径が
1〜50μm、長さが10〜1000μmであることを
特徴とする固体電解コンデンサである。
【0010】さらに、上記カーボンファイバーの添加含
有量が1〜50wt%であることを特徴とする固体電解
コンデンサである。
【0011】そして、上記第1の導電性高分子層3の形
成材料が、ピロールまたはその誘導体とドーパントであ
ることを特徴とする固体電解コンデンサである。
【0012】また、上記第2の導電性高分子層4とカー
ボン層5との間に、酸化剤とドーパントまたは酸化作用
を有するドーパントと、チオフェン若しくはその誘導
体、ピロール若しくはその誘導体、またはアニリン若し
くはその誘導体とを混合し化学重合による第3の導電性
高分子層を形成したことを特徴とする固体電解コンデン
サである。
【0013】なお、上記記載のアニリン誘導体として、
アニリン骨格を有しアルキル基、フェニル基、アルコキ
シ基、エステル基、チオエーテル基のうち少なくとも1
種を置換基として有するアニリン誘導体を挙げることが
できる。
【0014】そして、上記記載のチオフェンの誘導体
が、チオフェン骨格の3位または3位と4位に、水酸
基、アセチル基、カルボキシル基、アルキル基、アルコ
キシ基のうち少なくとも1種を置換基として有するチオ
フェン誘導体、または3,4−アルキレンジオキシチオ
フェンを挙げることができる。
【0015】さらに、上記記載のピロール誘導体が、ピ
ロール骨格の3位、3位と4位またはN位に、水酸基、
アセチル基、カルボキシル基、アルキル基、アルコキシ
基のうち少なくとも1種を置換基として有するピロール
誘導体を挙げることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の固体電解コンデンサの細
孔内部は、電解重合のためのプレコート層2としてポリ
チオフェン若しくはその誘導体、ポリピロール若しくは
その誘導体、またはポリアニリン若しくはその誘導体
が、次の何れかの方法(1−a)、(1−b)、(1−
c)により形成される。 (1−a)モノマー、ドーパント、酸化剤を混合した溶
液、またはモノマーと酸化作用を有するドーパントとを
混合した溶液を皮膜形成金属の多孔質体に含浸し、しか
る後に加熱処理により化学重合を行う方法(1液法)。 (1−b)誘電体酸化皮膜が形成されたコンデンサ素子
に、モノマーを含浸し続いてドーパントと酸化剤との混
合液に含浸後化学重合する、またはモノマーとドーパン
トとの混合溶液に含浸し続いてモノマーと酸化剤との混
合溶液に含浸後化学重合を行う方法(2液法)。 (1−c)誘電体酸化皮膜が形成されたコンデンサ素子
に、ドーパントを含浸し続いてモノマーを含浸し最後に
酸化剤を含浸して化学重合を行う方法(3液法)。 導電性高分子形成後、水または酸化剤が易溶な溶媒でコ
ンデンサ素子を洗浄し、導電性に寄与しない酸化剤を除
去する。
【0017】そして、第1の導電性高分子層3を形成す
るポリチオフェン若しくはその誘導体、ポリピロール若
しくはその誘導体、またはポリアニリン若しくはその誘
導体は、電解重合にて形成する。
【0018】さらに、第2の導電性高分子層4を形成す
るポリチオフェン若しくはその誘導体、ポリピロール若
しくはその誘導体、またはポリアニリン若しくはその誘
導体は、次の何れかの方法(2−a)、(2−b)、
(2−c)により形成される。 (2−a)第1の導電性高分子層3が形成されたコンデ
ンサ素子に、モノマー、ドーパント、酸化剤、カーボン
ファイバーを混合した溶液、またはモノマーと酸化作用
を有するドーパント、カーボンファイバーを混合した溶
液に含浸後、化学重合を行う方法(1液法)。 (2−b)第1の導電性高分子層3が形成されたコンデ
ンサ素子を、モノマーとカーボンファイバーを混合した
液に含浸し、続いてドーパントと酸化剤との混合液に含
浸後化学重合する、またはモノマーとドーパントとカー
ボンファイバーとを混合した溶液に含浸し続いてモノマ
ーと酸化剤との混合溶液に含浸後化学重合する、または
モノマー液に含浸し、続いてドーパントと酸化剤とカー
ボンファイバーとを混合した液に含浸後化学重合する、
またはモノマーとドーパントを混合した溶液に含浸し続
いてモノマーと酸化剤とカーボンファイバーとの混合溶
液に含浸後化学重合を行う方法(2液法)。 (2−c)第1の導電性高分子層3が形成されたコンデ
ンサ素子に、ドーパントを含浸し続いてモノマーを含浸
し最後に酸化剤を含浸を行う際、いずれかまたは複数の
液にカーボンファイバーを混合して化学重合を行う方法
(3液法)。 コンデンサ素子に第2の導電性高分子層4を形成後、酸
化剤が易溶な溶媒または水でコンデンサ素子を洗浄し、
導電性に寄与しない酸化剤を取り除く。
【0019】固体電解質として導電性高分子層を形成し
た後、その上にカーボン層、銀層を形成し公知の方法で
引出し電極を設けてコンデンサに組立てる。なお、本発
明においてカーボン層及び銀層は特に限定されず、従来
公知のものを使用することができる。
【0020】また、第2の導電性高分子層4形成後、ポ
リチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンまたはそれ
らの誘導体をプレコート層2と同様な方法で第3の導電
性高分子層を形成し、その上にカーボン層、銀層を形成
してコンデンサに組み立ててもよい。
【0021】
【実施例】図1は、本発明の固体電解コンデンサの基本
構造を示す断面図であり、陽極となる弁作用金属1bが
タンタル微粉末の焼結体で構成され、陽極酸化により誘
電体皮膜1aが形成されている。このタンタルペレット
1の細孔内部に固体電解質となる導電性高分子のプレコ
ート層2が形成され、この上に電解重合による導電性高
分子層3、カーボンファイバーを含む化学重合による導
電性高分子層4が形成され、更にその上にカーボン層
5、銀層6が順次形成される。そして陽極リード7がタ
ンタルペレットに接続され、陰極リード8が銀層6に接
続され、これらを外装エポキシ樹脂9で被覆している。
【0022】寸法が3.0mm×4.0mm×1.5m
m、グラム当たりの粉末CV値(容量と化成電圧の積)
が30000μF・V/gの角柱状タンタル微粉末焼結
体素子を、0.05wt%リン酸水溶液中で20Vで陽
極酸化し、洗浄及び乾燥しタンタルペレットとし、表1
の工程で導電性高分子層を形成した。導電性高分子層の
上にカーボン層、銀層を順次形成した。得られたコンデ
ンサ素子に陽極リードを溶接する一方、陰極リードを導
電性接着剤で接合した後、トランスファーモールドで樹
脂外装して、定格6.3V/150μFのコンデンサを
100個作製し、電気特性を測定した。なお、混合する
カーボンファイバーとして、直径5〜30μm、長さ1
0〜200μmの川崎製鉄製「ドナカーボ」を使用し
た。
【0023】上記実施例1、2および比較例1、2、従
来例におけるコンデンサのはんだ耐熱性試験(260℃
−10秒間溶融はんだ浸漬)前後の容量比(C/C
電解質溶液中の容量をCとする)、漏れ電流値(L
C、6.3V印加1分後)および100kHzでのイン
ピーダンス(Z)を次の表1に示す。
【0024】
【表1】
【0025】表1に示す通り、本発明の実施例1、2は
何れも容量比、漏れ電流、インピーダンス特性に優れ、
またはんだ耐熱性試験後も、漏れ電流の増加が少ない良
好な結果を示した。
【0026】実施例1と同様の方法でコンデンサを作製
し、混合するカーボンファイバーの長さを100μmと
し、カーボンファイバーの直径と製品初期ESR(等価
直列抵抗)とはんだ耐熱性試験後ESRとの関係を測定
し図3の結果を得た。同様に、カーボンファイバーの直
径を30μmとし、カーボンファイバーの長さと製品初
期ESRとはんだ耐熱試験後ESRとの関係を測定し図
4の結果を得た
【0027】図3より、カーボンファイバーの直径が1
μm未満では製品初期ESRが高く、直径が50μmを
超えるとはんだ耐熱試験後ESRが悪化するため、直径
は1〜50μmが好ましい。
【0028】図4より、カーボンファイバーの長さが1
0μm未満では製品初期ESRが高く、長さが1000
μmを超えるとはんだ耐熱試験後ESRが悪化するた
め、長さは10〜1000μmが好ましい。
【0029】また、カーボンファイバーを混在した第2
の導電性高分子層4とカーボン層5との間に、化学重合
による第3の導電性高分子層を形成すると(図示せ
ず)、カーボン層形成時のカーボンファイバーの欠落を
防止することができるので、高周波特性のさらなる改善
と特性バラツキを抑えることができる。
【0030】なお、本実施例ではプレコート層と化学重
合による導電性高分子層4を1液法で繰り返して形成し
たが、2液法、3液法でも同等の効果がある。また1液
法、2液法、3液法を組合せて繰り返してもよく、同一
方法でも異なる酸化剤や異なるドーパントを組合せて繰
り返してもよい。
【0031】カーボンファイバーの添加含有量は、1w
t%未満では効果がなく、50wt%を超えると化学重
合による導電性高分子層が形成できない問題があり、添
加含有量は1〜50wt%が好ましい。
【0032】また、本実施例では化学重合による第2の
導電性高分子層4をチオフェン誘導体であるエチレンジ
オキシチオフェンまたはピロールで形成したが、それら
以外のチオフェン若しくはその誘導体、ピロール若しく
はその誘導体、またはアニリン若しくはその誘導体でも
同等の効果がある。
【0033】本発明に用いられるドーパントは、特に限
定されないが、良好な特性を持つ固体電解コンデンサを
得るためにはスルホン酸化合物が好ましい。たとえば、
1,5−ナフタレンジスルホン酸、1,6−ナフタレン
ジスルホン酸、1−オクタンスルホン酸、1−ナフタレ
ンスルホン酸、2−ナフタレンスルホン酸、2,6−ナ
フタレンジスルホン酸、2,7−ナフタレンジスルホン
酸、2−メチル−5−イソプロピルベンゼンスルホン
酸、4−オクチルベンゼンスルホン酸、4−ニトロトル
エン−2−スルホン酸、m−ニトロベンゼンスルホン
酸、n−オクチルスルホン酸、n−ブタンスルホン酸、
n−ヘキサンスルホン酸、o−ニトロベンゼンスルホン
酸、p−エチルベンゼンスルホン酸、p−クロロベンゼ
ンスルホン酸、p−デシルベンゼンスルホン酸、p−ド
デシルベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、
p−ニトロベンゼンスルホン酸、p−ペンチルベンゼン
スルホン酸、エタンスルホン酸、カンファースルホン
酸、ジノニルナフタレンスルホン酸、セチルスルホン
酸、ドデシルスルホン酸、トリクロロベンゼンスルホン
酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ハイドロオキシベ
ンゼンスルホン酸、ブチルナフタレンスルホン酸、ベン
ゼンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、メタンスルホ
ン酸などがありその誘導体としては、リチウム塩、カリ
ウム塩、ナトリウム塩、銀塩、銅塩、鉄塩、アルミニウ
ム塩、セリウム塩、タングステン塩、クロム塩、マンガ
ン塩、スズ塩、メチルアンモニウム塩、ジメチルアンモ
ニウム塩、トリメチルアンモニウム塩、テトラメチルア
ンモニウム塩、エチルアンモニウム塩、ジエチルアンモ
ニウム塩、トリエチルアンモニウム塩、テトラエチルア
ンモニウム塩、エチルメチルアンモニウム塩、ジエチル
メチルアンモニウム塩、ジメチルエチルアンモニウム
塩、トリエチルメチルアンモニウム塩、トリメチルエチ
ルアンモニウム塩、ジエチルジメチルアンモニウム塩、
プロピルアンモニウム塩、ジプロピルアンモニウム塩、
イソプロピルアンモニウム塩、ジイソプロピルアンモニ
ウム塩、ブチルアンモニウム塩、ジブチルアンモニウム
塩、メチルプロピルアンモニウム塩、エチルプロピルア
ンモニウム塩、メチルイソプロピルアンモニウム塩、エ
チルイソプロピルアンモニウム塩、メチルブチルアンモ
ニウム塩、エチルブチルアンモニウム塩、テトラメチロ
ールアンモニウム塩、テトラ−n−ブチルアンモニウム
塩、テトラ−sec−ブチルアンモニウム塩、テトラ−
t−ブチルアンモニウム塩、ピペリジウム塩、ピロリジ
ウム塩、モノホリニウム塩、ピペラジニウム塩、ピリジ
ニウム塩、α−ピコリニウム塩、β−ピコリニウム塩、
γ−ピコリニウム塩、キノリニウム塩、イソキノリニウ
ム塩、ピロリニウム塩、アンモニウム塩などがある。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
解重合による第1の導電性高分子層形成後第2の導電性
高分子層を化学重合によって形成すると共に、化学重合
で形成した導電性高分子層内に固有抵抗値を低減させる
ために、カーボンファイバーを混在させることにより、
高周波領域でのインピーダンス特性並びに容量出現率に
優れたコンデンサを得ることができる。
【0035】さらに、カーボンファイバーを混合するこ
とで、第2の導電性高分子層が厚く形成されるため、は
んだ付け等の熱ストレスが生じた場合でも、コンデンサ
素子に加わる応力を小さくすることができ、耐熱性に優
れたコンデンサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の固体電解コンデンサの基本構造を示す
断面図である。
【図2】従来の固体電解コンデンサの断面図である。
【図3】カーボンファイバー直径と製品初期ESRおよ
びはんだ耐熱性試験後ESRとの特性図である。
【図4】カーボンファイバー長さと製品初期ESRおよ
びはんだ耐熱性試験後ESRとの特性図である。
【符号の説明】
1 コンデンサ素子 1a 誘電体酸化皮膜 1b 弁作用金属 2 プレコート層(導電性高分子層) 3 電解重合による導電性高分子層(第1層) 4 カーボンファイバーを混在した化学重合による導電
性高分子層(第2層) 5 カーボン層 6 銀層 7 陽極リード 8 陰極リード 9 エポキシ樹脂
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01G 9/05 G (72)発明者 水口 隆 京都府京都市中京区御池通烏丸東入一筋目 仲保利町191番地の4 上原ビル3階 ニ チコン株式会社内 (72)発明者 尾形 慶一 京都府京都市中京区御池通烏丸東入一筋目 仲保利町191番地の4 上原ビル3階 ニ チコン株式会社内 Fターム(参考) 4J002 CE001 DA016 EV257 FA046

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 弁作用金属からなるコンデンサ素子の表
    面に誘電体酸化皮膜を形成し、該誘電体酸化皮膜表面に
    導電性高分子層を形成してなる固体電解コンデンサにお
    いて、 上記誘電体酸化皮膜上、または誘電体酸化皮膜上に形成
    したプレコート層上に、電解重合により形成した第1の
    導電性高分子層と、カーボンファイバーと酸化剤とドー
    パントと、チオフェン若しくはその誘導体、ピロール若
    しくはその誘導体、またはアニリン若しくはその誘導体
    とを混合し化学重合により形成した第2の導電性高分子
    層と、カーボン層と銀層とから構成したことを特徴とす
    る固体電解コンデンサ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の第2の導電性高分子層が
    酸化剤とドーパントの代わりに酸化作用を有するドーパ
    ントを用い、カーボンファイバーと、チオフェン若しく
    はその誘導体、ピロール若しくはその誘導体、またはア
    ニリン若しくはその誘導体とを混合し化学重合により形
    成したことを特徴とする固体電解コンデンサ。
  3. 【請求項3】 上記カーボンファイバーの直径が1〜5
    0μmであり、カーボンファイバーの長さが10〜10
    00μmであることを特徴とする請求項1または請求項
    2記載の固体電解コンデンサ。
  4. 【請求項4】 上記カーボンファイバーの添加含有量が
    1〜50wt%であることを特徴とする請求項1または
    請求項2記載の固体電解コンデンサ。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の第1の導電性高分子層の
    形成材料が、ピロールまたはその誘導体とドーパントで
    あることを特徴とする固体電解コンデンサ。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の第2の導電性高分子層と
    カーボン層との間に、酸化剤とドーパントまたは酸化作
    用を有するドーパントと、チオフェン若しくはその誘導
    体、ピロール若しくはその誘導体、またはアニリン若し
    くはその誘導体とを混合し化学重合による第3の導電性
    高分子層を形成したことを特徴とする固体電解コンデン
    サ。
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