JP2002033245A - 機能性高分子電解質組成物を利用した固体電解コンデンサーの製造方法 - Google Patents
機能性高分子電解質組成物を利用した固体電解コンデンサーの製造方法Info
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Abstract
素子に高い電気伝導度の導電性高分子溶液を含浸して機
能性高分子固体電解コンデンサーを製造する方法。 【解決手段】 高い電気伝導度のポリアニリン溶液に巻
き取られたアルミニウム電解コンデンサー素子10を沈
積させてポリアニリンを含浸した後、一定の温度に維持
された乾燥器で乾燥して溶媒が完全に除去されるように
する。この時、含浸は常温常圧だけでなく高温減圧下で
も優れた含浸特性を表す。乾燥処理された素子をアルミ
ニウム缶に挿入した後、エポキシ樹脂で密封乾燥するこ
とによって機能性高分子固体電解コンデンサー10を得
ることができる。このように製造された機能性高分子固
体電解コンデンサー10は高容量、低インピーダンスお
よび低い等価直列抵抗(ESR)値を有し、製造単価が
低く、製造工程が簡単で、かつ高信頼性の製品特性を表
す。
Description
性高分子組成の溶液を製造して使用して巻き取られたア
ルミニウム素子を使用することによって、高性能かつ高
信頼性の機能性高分子固体電解コンデンサーを製造する
方法に関するものである。
ミニウム、タンタルなどの金属電極表面上に処理工程を
経て酸化被膜を生成させて誘電体層を形成し、ここに固
体電解質を付着させて黒鉛、銀等の導電層を形成した
後、陰極を導出したものから構成されている。このよう
な種類のコンデンサーには、固体電解質として二酸化マ
ンガン、酸化鉛などの金属酸化物や有機半導体のTCNQ錯
塩、導電性高分子のポリピロールなどが使われている。
コンデンサーに使用されているが、アルミニウム電解コ
ンデンサーに使用するには種々の問題がある。二酸化マ
ンガンの含浸は、酢酸マンガン溶液に沈積した後加熱分
解処理を行い、二酸化マンガンの電解質を電極に付着す
る方法が使用されている。アルミニウムの場合、この方
法では、加熱分解処理時に誘電体である酸化アルミニウ
ム被膜が損傷して、大幅な耐圧低下を招く。
法には、一般に加熱による融解含浸法が用いられてい
る。これはTCNQ錯塩を加熱融解し、液化した時点で素子
を挿入して含浸をする方法である。しかし、TCNQ錯塩は
熱に弱く、特に融解含浸が可能なTCNQ錯塩は分解温度が
290℃付近であるため、融解温度は270℃以下であ
ることが望ましいが、この温度ではハンダ付けに対する
耐熱性が不充分となる。
能性高分子であるポリピロールが使われている。このポ
リピロールの含浸においても、前記二酸化マンガンで見
られたように、誘電体酸化被膜の耐圧が非常に大きく低
下する。ドナー(donor)材の改良によりTCNQ錯塩より熱
に強いものが現れている。これは、電気伝導度も二酸化
マンガン、TCNQ錯塩よりはるかに良好であり、コンデン
サーの等価直列抵抗(ESR)値、高周波インピーダン
スなどにも優れている。しかし、ポリピロールの含浸に
おいては、電極の形態が平板構造でなければ含浸率が低
く、巻き取り型素子に適用するにはさらに多くの問題が
ある。
従来の問題点を解決するために案出されたものである。
本発明の目的は、従来から使用されているアルミニウム
電極薄膜を巻き取った素子に導電性高分子を固体電解質
に含浸して、容量が高く、かつESR及び高周波インピー
ダンスが低い有機半導体固体電解コンデンサーを製造す
ることにある。
ために、本発明は、アルミニウムエッチング薄膜と陰極
薄膜とに各々電極端子を付着した後、分離紙と共に巻き
取って巻き取り素子を作る段階(S1)、第1の溶媒と
第2の溶媒とを1:1のモル比で混合した後ここに0.
2〜0.6重量%の界面活性剤を添加して溶解させ、エ
メラルジン塩基ポリアニリン(Emeraldine base polyani
line)粉末とドーパント(dopant)とを1:2のモル比で
混合した後ロッドミルまたはボールミルでよく粉砕し、
前記界面活性剤を溶解した混合溶媒に添加しながら溶解
装置を使用して撹拌および溶解させることによって導電
性ポリアニリン固体電解質溶液を製造する段階(S
2)、および前記導電性ポリアニリン固体電解質溶液に
前記巻き取り素子を0.5〜10mm/秒の速度で沈積
させた後、これと同一の速度で引き上げ、80〜150
℃で5〜30分間乾燥器で乾燥させて含浸液を完全に乾
燥させた素子をアルミニウム缶に挿入した後、エポキシ
樹脂、ウレタンまたはアクリル樹脂で密封硬化させる段
階(S3)、を含むことを特徴とする、固体電解コンデ
ンサーの製造方法を提供する。
薄膜と陰極薄膜とに各々電極端子を付着した後、分離紙
と共に巻き取って巻き取り素子を作る段階(S1)、エ
メラルジン塩基ポリアニリン粉末とドデシルベンゼンス
ルホン酸とを1:4のモル比で秤量してロッドミルまた
は3ロールミルで粉砕し、粉砕されたペースト状の溶液
2.0〜20.0重量%を69〜91重量%の第1溶媒
に添加し、溶解装置を使用して撹拌及び溶解させ、溶液
の揮発度を低くするために前記第1溶媒の10重量%に
相当する量の第2溶媒を添加して予備コーティング液を
製造する段階(S2)、前記予備コーティング液に前記巻
き取り素子を0.5〜10mm/秒の速度で沈積させた
後、これと同一の速度で引き上げ、50〜100℃で1
0秒〜5分間乾燥器で乾燥させる段階(S3)、第3溶媒
と第4溶媒を1:1のモル比で混合した後ここに0.2
〜0.6重量%の界面活性剤を添加して溶解させ、エメ
ラルジン塩基ポリアニリン粉末とドーパントとを1:2
のモル比で混合した後ロッドミルまたはボールミルでよ
く粉砕し、界面活性剤が溶解された混合溶媒に添加しな
がら溶解装置を使用して撹拌及び溶解させることによっ
て導電性ポリアニリン固体電解質溶液を製造する段階
(S4)、および前記S3段階で予備コーティングされた
巻き取り素子を前記導電性ポリアニリン固体電解質溶液
に0.5〜10mm/秒の速度で沈積させた後、これと
同一の速度で引き上げ、80〜150℃で5〜30分間
乾燥器で乾燥させて含浸液が完全乾燥された素子をアル
ミニウム缶に挿入した後、エポキシ樹脂、ウレタンまた
はアクリル樹脂で密封硬化させる段階(S5)を含むこと
を特徴とする、固体電解コンデンサーの製造方法を提供
する。
ウムエッチング薄膜と陰極薄膜とに各々電極端子を付着
した後分離紙と共に巻き取って巻き取り素子を作り、常
温常圧下で前記巻き取り素子を導電性高分子固体電解質
溶液に単純に沈積することにより、高い含浸率を有する
固体電解質層を形成させることができるので、従来の方
法によって製造された固体電解コンデンサーに比べて、
含浸が容易で、漏洩電流特性に優れ、かつ静電容量が非
常に大きい固体電解コンデンサーを製造することができ
る。
浸方法においては、絶縁体として誘電体酸化被膜上に化
学及び電解重合により電解質を生成させるために、各被
膜にあらかじめ導電性高分子膜と二酸化マンガン等を予
備コーティングし、各予備コーティング膜を挿入した後
電解重合を行なう。
の場合には良好であるが、巻き取り素子の場合には酸化
被膜上に予備コーター(Precoater)を均一に生成させ
ることは不可能であり、その後の電解重合も非常に不均
一となるため、製品特性と信頼性が損なわれ、かつ製造
工程の導電性高分子重合においても種々の段階を経らな
ければならず、工程段階の条件制御にも多くの難しさが
ある。
ピロールの酸化重合がある。これはピロールを酸化剤に
より重合するものである。酸化重合はピロールと酸化剤
を溶かした溶液中で行われるが、ピロール、酸化剤の濃
度分布の差が重合度に大きな影響を与えるので、重合が
なされる表面付近はいつも一定条件を維持しなければな
らない。したがって、平板電極の場合にはピロールと酸
化剤を十分に供給して一定条件に制御することは容易で
あるが、巻き取り素子の場合には酸化重合時に素子内部
までピロールと酸化剤を十分に供給することができず、
ピロールの重合に大きい偏差が生じるようになる。
では固体電解質で機能性高分子組成の溶液を製造し、こ
れと巻き取りアルミニウム素子を使用して高性能かつ高
信頼性の機能性高分子固体電解コンデンサーを製造する
ものである。
コンデンサーの製造方法を詳細に説明する。
く、かつ含浸性が非常に良好なポリアニリン溶液を使用
する。本発明で得られたポリアニリン溶液を固体電解質
に使用すれば、ピロール等で電解重合をするより、巻き
取られた素子の内部までポリアニリン溶液が侵入して含
浸するので、電気的特性及び信頼性に優れる。また、本
発明の機能性ポリマーはTCNQ錯塩に比べて価格が非常に
安く、かつ製造工程も非常に単純になる。
メラルジン塩基ポリアニリン粉末(1.0〜5.0重量
%)をドーパントとして使われたカンファースルホン酸
(CSA)とモル比1:2で混合し、ロッドミルでよく
粉砕して、トリフルオロ酢酸47重量%とm−クレゾー
ル47重量%とを混合した溶媒内に6重量%のポリアニ
リン粉末とCSAとを混合した粉末を添加しながら、マ
グネチックスターラーで撹拌して溶解させて、導電性ポ
リアニリン溶液を製造する。
液に、巻き取られた素子をリ―ド線の熔接部まで沈積す
ることによって導電性ポリアニリン固体電解質を含浸さ
せる。含浸後、溶媒を完全に乾燥させるために、100
℃、20cmHg減圧で維持された真空乾燥器内で10
分間減圧熱処理して乾燥することにより、固体電解質を
形成する。
ニリンの固体電解質層を形成するために化学重合及び電
解重合を反復して行なわなければならないという、複雑
な工程が無くなった。また、化学重合及び電解重合によ
っては、巻き取り型素子内部まで均一に含浸することが
できず、種々の電気的特性および信頼性が低かった。本
発明の導電性高分子溶液は、表面張力が低く、かつ粘度
特性も低いため、素子沈積時に、常温常圧下でも毛細管
現象および拡散効果により、容易に巻き取り型素子内部
にまで含浸し、均一な固体電解質層が形成される。した
がって、従来の方法により製造された製品に比べて、容
量が大きく、かつ高周波におけるインピーダンス、ESR
および損失値等が低いという長所を有している。
う方法には、高温で作業を行わなければならず、かつTC
NQ錯塩の価格が非常に高いという短所があるが、本発明
のポリアニリン電解質溶液は、作業方法および条件が非
常に簡単かつ容易で、その価格もTCNQ錯塩に比べて約1
/50で非常に低い。
ならびに長所等は、以下に参照する本発明の好適な実施
例に対する次の説明から明確になるであろう。
機能性高分子固体電解コンデンサーを表した図面であ
る。図1において、11は陽極端子、12は陰極端子、
13はアルミニウムタブ、14は陽極アルミニウム薄
膜、15は陰極アルミニウム薄膜、16は接着テープ、
17は陽極と陰極の分離紙、18は素子沈積位置、19
はコンデンサー素子を表す。
4Vで化成したアルミニウムエッチング薄膜と陰極薄膜
に各々電極端子を付着し、分離紙と共に巻き取って素子
を作った。この素子を導電性ポリアニリン固体電解質溶
液に沈積させて含浸した。
組成物を作るために、まず溶媒としてトリフルオロ酢酸
42.5〜48.5重量%およびm−クレゾール42.
5〜48.5重量%を混合して使用するか、またはトリ
フルオロ酢酸20.0〜30.0重量%およびトリフル
オロエタノール55.0〜75.0重量%を混合して使
用した。この時、トリフルオロ酢酸の代わりに蟻酸また
は酢酸を使用することができ、m−クレゾールの代わり
にp−クレゾールまたはNMPを使用することができ
る。
界面活性剤としてジオクチルスルホスクシナートナトリ
ウム塩0.2〜0.6重量%を添加して溶解させた。
(1.0〜5.0重量%)とドーパントとしてCSAを
1:2のモル比で混合し、ロッドミルまたはボールミル
等の粉砕装置でよく粉砕した後、界面活性剤を溶解した
溶媒に添加しながらホモミキサー、マグネチックスター
ラー、磨砕機、または乳化機等の溶解装置で撹拌して溶
解させることにより、導電性ポリアニリン固体電解質溶
液を製造した。この時、前記ドーパントCSAの代わり
に硼酸、琥珀酸またはエチレンカーボネート等を使用す
ることができ、前記界面活性剤ジオクチルスルホスクシ
ナートナトリウム塩の代わりに燐酸エステル系の陰イオ
ン界面活性剤、3−(トリメトキシシリル)プロピルメ
タクリルラートまたは3−アミノプロピルトリエトキシ
シランを使用することができる。
固体電解質溶液に巻き取り素子を0.5〜10mm/秒
の速度で沈積させた後、沈積時と同一の速度で引き上
げ、80〜150℃で5〜30分間乾燥器で乾燥させて
含浸液を完全に乾燥させた素子をアルミニウム缶に挿入
した後、エポキシ樹脂、ウレタンまたはアクリル樹脂で
密封、硬化して機能性高分子固体電解コンデンサーを製
造した。
製造するために、エメラルジン塩基ポリアニリン粉末
(1.0〜5.0重量%)とドデシルベンゼンスルホン
酸を1:4のモル比で秤量して、ロッドミルまたは3ロ
ールミル等の粉砕装置で混合、粉砕した。粉砕されたペ
ースト状の高粘度溶液を69〜91重量%のクロロホル
ム溶媒に2.0〜20.0重量%添加し、ホモミキサ
ー、マグネチックスターラー、磨砕機、または乳化機等
の溶解装置で撹拌して溶解させ、溶液の揮発度を低くす
るために前記クロロホルム溶媒の10重量%に相当する
量のエチレングリコールモノブチルエーテルを添加して
予備コーティング液を製造した。
セトニトリル、n−ブチルアルコール、テトラヒドロフ
ルフリルアルコール、イソプロピルアルコール、CCl
4、MEK、MIBK、シクロヘキサノン、プロピレン
カーボネート、スルホラン、酢酸エチルエステル、酢酸
ブチルエステル、イソブチルアルコールおよびジアセト
ンアルコールを使うことができ、前記エチレングリコー
ルモノブチルエーテルの代わりに、エチレングリコール
モノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチル
エーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、
ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセタート、
ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、
エチレングリコールモノエチルエーテルアセタートおよ
びエチレングリコールモノブチルエーテルアセタートを
使うことができる。
に巻き取り素子を0.5〜10mm/秒の速度で沈積さ
せた後、沈積時と同一の速度で引き上げ、50〜100
℃で10秒〜5分間乾燥器で乾燥させた。
子を、実施例1で使った導電性高分子固体電解質溶液
に、実施例1と同じ方法および条件で2次沈積して固体
電解質を含浸させた。
り素子を、実施例1で製造した導電性ポリアニリン固体
電解質溶液に0.5〜10mm/秒の速度で沈積させた
後、沈積時と同一の速度で引き上げ、80〜150℃で
5〜30分間乾燥器で乾燥させて含浸液を完全に乾燥さ
せた素子をアルミニウム缶に挿入した後、エポキシ樹
脂、ウレタンまたはアクリル樹脂で密封、硬化して機能
性高分子固体電解コンデンサーを製造した。
サーに使われるTCNQ錯塩粉末を、まずアルミニウム缶に
適当量秤量して入れ、310℃に加熱して融解して調製
したコンデンサー素子を、アルミニウム缶に挿入して含
浸した後、冷却してエポキシ樹脂で密封、硬化すること
で有機半導体固体電解コンデンサーを製造した。
ル溶液とアンモニウムペルオキシジスルファート溶液と
に交互に沈積して酸化重合することによってポリピロー
ルの予備コーティング層を形成させた。その後、ピロー
ル0.05モル、p−トルエンスルホン酸0.025モ
ル、トリ−n−ブチルアミンをアセトニトリル類に溶解
した溶液中で、2mA/cm2で1時間電解重合をし
た。次に、洗浄乾燥を簡単に行い、アルミニウム缶に挿
入した後、エポキシ樹脂で密封、硬化して固体電解コン
デンサーを製造した。
本発明による実施例と従来技術による比較例とを比較す
ると、本発明によって製造された固体電解コンデンサー
が、含浸率を表すtanδ、ESRおよび漏洩電流特性に優れ
ており、かつ静電容量が大きいことが分かる。
された固体電解コンデンサーは、従来技術によって製造
された固体電解コンデンサーに比べて、含浸が容易で、
かつ含浸率が高い。また、漏洩電流特性に優れており、
かつ静電容量も非常に大きい。さらに、常温常圧下で導
電性高分子溶液に巻き取り素子を単純に沈積することに
よって高い含浸率を有する固体電解質層を形成させるこ
とができるため、従来の方法に比べて工程が単純で、か
つ工程条件非常に簡単になる。したがって、製品の信頼
性および種々の特性を向上させることができ、また導電
性高分子溶液の単価が非常に低いため、製品の製造単価
を大きく低減させることができ、その実用的、産業的価
値がたいへん大きい。
分子固体電解コンデンサーはテレビ、ビデオ、パーソナ
ルコンピューター、ノートブックパソコン等の電気電子
機器の電源平滑用、ノイズ除去用および高周波でのES
R値が要求される分野に適用が可能である。
細に説明したが、本発明は実施例によって限定されず、
本発明が属する技術分野において通常の知識を有するも
のであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発
明を修正または変更できるであろう。
体電解コンデンサーを表した図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 固体電解コンデンサーの製造方法であっ
て、該製造方法が、 アルミニウムエッチング薄膜と陰極薄膜とに各々電極端
子を付着した後、分離紙と共に巻き取って巻き取り素子
を作る段階(S1)、 第1の溶媒と第2の溶媒とを1:1のモル比で混合した
後ここに0.2〜0.6重量%の界面活性剤を添加して
溶解させ、エメラルジン塩基ポリアニリン粉末とドーパ
ントとを1:2のモル比で混合した後ロッドミルまたは
ボールミルでよく粉砕し、前記界面活性剤を溶解した混
合溶媒に添加しながら溶解装置を使用して撹拌および溶
解させることによって導電性ポリアニリン固体電解質溶
液を製造する段階(S2)、および前記導電性ポリアニ
リン固体電解質溶液に前記巻き取り素子を0.5〜10
mm/秒の速度で沈積させた後、これと同一の速度で引
き上げ、80〜150℃で5〜30分間乾燥器で乾燥さ
せて含浸液を完全に乾燥させた素子をアルミニウム缶に
挿入した後、エポキシ樹脂、ウレタンまたはアクリル樹
脂で密封硬化させる段階(S3)、を含むことを特徴と
する、固体電解コンデンサーの製造方法。 - 【請求項2】 前記第1の溶媒が、トリフルオロ酢酸、
トリフルオロエタノール、蟻酸または酢酸からなること
を特徴とする、請求項1に記載の固体電解コンデンサー
の製造方法。 - 【請求項3】 前記第2の溶媒が、m−クレゾール、p
−クレゾールまたはNMPからなることを特徴とする、
請求項1に記載の固体電解コンデンサーの製造方法。 - 【請求項4】 前記ドーパントが、カンファースルホン
酸、硼酸、琥珀酸またはエチレンカーボネートからなる
ことを特徴とする、請求項1に記載の固体電解コンデン
サーの製造方法。 - 【請求項5】 前記界面活性剤が、ジオクチルスルホス
クシナートナトリウム塩、燐酸エステル系陰イオン界面
活性剤、3−(トリメトキシシリル)プロピルメタルリ
ラートまたは3−アミノプロピルトリエトキシリランか
らなることを特徴とする、請求項1に記載の固体電解コ
ンデンサーの製造方法。 - 【請求項6】 固体電解コンデンサーの製造方法であっ
て、該製造方法が、 アルミニウムエッチング薄膜と陰極薄膜とに各々電極端
子を付着した後、分離紙と共に巻き取って巻き取り素子
を作る段階(S1)、 エメラルジン塩基ポリアニリン粉末とドデシルベンゼン
スルホン酸とを1:4のモル比で秤量してロッドミルま
たは3ロールミルで粉砕し、粉砕されたペースト状の溶
液2.0〜20.0重量%を69〜91重量%の第1溶
媒に添加し、溶解装置を使用して撹拌及び溶解させ、溶
液の揮発度を低くするために前記第1溶媒の10重量%
に相当する量の第2溶媒を添加して予備コーティング液
を製造する段階(S2)、 前記予備コーティング液に前記巻き取り素子を0.5〜
10mm/秒の速度で沈積させた後、これと同一の速度
で引き上げ、50〜100℃で10秒〜5分間乾燥器で
乾燥させる段階(S3)、 第3溶媒と第4溶媒を1:1のモル比で混合した後ここ
に0.2〜0.6重量%の界面活性剤を添加して溶解さ
せ、エメラルジン塩基ポリアニリン粉末とドーパントと
を1:2のモル比で混合した後ロッドミルまたはボール
ミルでよく粉砕し、界面活性剤が溶解された混合溶媒に
添加しながら溶解装置を使用して撹拌及び溶解させるこ
とによって導電性ポリアニリン固体電解質溶液を製造す
る段階(S4)、および前記S3段階で予備コーティング
された巻き取り素子を前記導電性ポリアニリン固体電解
質溶液に0.5〜10mm/秒の速度で沈積させた後、
これと同一の速度で引き上げ、80〜150℃で5〜3
0分間乾燥器で乾燥させて含浸液が完全乾燥された素子
をアルミニウム缶に挿入した後、エポキシ樹脂、ウレタ
ンまたはアクリル樹脂で密封硬化させる段階(S5)を含
むことを特徴とする、固体電解コンデンサーの製造方
法。 - 【請求項7】 前記第1溶媒が、クロロホルム、アセト
ニトリル、n−ブチルアルコール、テトラヒドロフルフ
リルアルコール、イソプロピルアルコール、CCl4、
MEK、MIBK、シクロヘキサノン、プロピレンカー
ボネート、スルホラン、酢酸エチルエステル、酢酸ブチ
ルエステル、イソブチルアルコールおよびジアセトンア
ルコールからなる群より選択された物質からなることを
特徴とする、請求項6に記載の固体電解コンデンサーの
製造方法。 - 【請求項8】 前記第2溶媒が、エチレングリコールモ
ノブチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエー
テル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエ
チレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリ
コールモノエチルエーテルアセタート、ジエチレングリ
コールモノブチルエーテルアセタート、エチレングリコ
ールモノエチルエーテルアセタートおよびエチレングリ
コールモノブチルエーテルアセタートからなる群より選
択された物質からなることを特徴とする、請求項6に記
載の固体電解コンデンサーの製造方法。 - 【請求項9】 前記第3溶媒が、トリフルオロ酢酸、ト
リフルオルエタノール、蟻酸または酢酸からなることを
特徴とする、請求項6に記載の固体電解コンデンサーの
製造方法。 - 【請求項10】 前記第4溶媒がm−クレゾール、p−
クレゾールまたはNMPとからなることを特徴とする、
請求項6に記載の固体電解コンデンサーの製造方法。 - 【請求項11】 前記ドーパントが、カンファースルホ
ン酸、硼酸、琥珀酸またはエチレンカーボネートからな
ることを特徴とする、請求項6に記載の固体電解コンデ
ンサーの製造方法。 - 【請求項12】 前記界面活性剤が、ジオクチルスルホ
スクシナートナトリウム塩、燐酸エステル系陰イオン界
面活性剤、3−(トリメトキシシリル)プロピルメタル
リラートまたは3−アミノプロピルトリエトキシリラン
からなることを特徴とする、請求項6に記載の固体電解
コンデンサーの製造方法。
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