JP2003297685A - 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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JP2003297685A
JP2003297685A JP2002093932A JP2002093932A JP2003297685A JP 2003297685 A JP2003297685 A JP 2003297685A JP 2002093932 A JP2002093932 A JP 2002093932A JP 2002093932 A JP2002093932 A JP 2002093932A JP 2003297685 A JP2003297685 A JP 2003297685A
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capacitor
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Kazunori Naradani
一徳 奈良谷
Kazuaki Fuse
一明 布施
Tomohiro Matsuzaki
具弘 松崎
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Nippon Chemi Con Corp
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Nippon Chemi Con Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ESRを低減させることができると共に、漏
れ電流の増大を防止す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。 【解決手段】 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。続い
て、このコンデンサ素子を重合性モノマーと酸化剤と所
定の溶媒とを混合して調製した混合液に浸漬し、コンデ
ンサ素子に重合性モノマーと酸化剤を含浸した後、この
コンデンサ素子を30℃以上、加熱重合温度より低い温
度で予備加熱した後、加熱重合して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。その後、このコンデンサ素子を外装ケースに
挿入し、開口端部に封口ゴムを装着して、加締め加工に
よって封止した後、エージングを行い、固体電解コンデ
ンサを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解コンデン
サの製造方法に係り、特に、固体電解コンデンサの等価
直列抵抗(以下、ESRと記す)を低減させるべく改良
を施した固体電解コンデンサの製造方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】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、電子機
器の小型化、高機能化、低コスト化に欠かせないものと
なっている。
【0003】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、アルミニウム等の弁
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
素子に駆動用電解液を含浸し、アルミニウム等の金属製
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、アルミニウ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。
【0004】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、二酸化マンガンや7、7、8、8−
テトラシアノキノジメタン(TCNQ)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オキシチオ
フェン(以下、PEDTと記す)等の導電性ポリマーに
着目した技術(特開平2−15611号公報等)が存在
している。
【0005】このような巻回型のコンデンサ素子にPE
DT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
陽極箔の表面を塩化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、多数のエッチングピットを
形成した後、ホウ酸アンモニウ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。陽極箔と
同様に、陰極箔もアルミニウ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。
【0006】このようにして表面に酸化皮膜層が形成さ
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巻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−エチレンジオキシチオフェン(以下、EDT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、PEDT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て固体電解コン
デンサを作成する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、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(MPU)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化して
きたため、その対策として駆動電圧の低減化が図られて
きた。
【0008】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DC−DC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ESRの低いコンデンサが多数用いられて
いる。このような低ESR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。
【0009】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、低電圧化と共に、さらに優れたESR特
性が要求されている。
【0010】このようなESRの低減を図る手段の一つ
として、大型の固体電解コンデンサを用いる方法があ
る。しかしながら、このような大型の固体電解コンデン
サを用いた場合には漏れ電流が増大するという問題点が
あった。なお、このような問題点は、重合性モノマーと
してEDTを用いた場合に限らず、他のチオフェン誘導
体、ピロール、アニリン等を用いた場合にも同様に生じ
ていた。
【0011】本発明は、上述したような従来技術の問題
点を解決するために提案されたものであり、その目的
は、ESRを低減させることができると共に、漏れ電流
の増大を防止す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。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決すべく、ESRの低減を図るために大型の固体電解
コンデンサを用いた場合であっても、漏れ電流の増大を
防止することができる固体電解コンデンサの製造方法に
ついて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。
【0013】すなわち、本発明者は、大型の固体電解コ
ンデンサを用いた場合に漏れ電流が増大したものを調べ
たところ、長さが5mm以上のものが多く、8mm以上
では漏れ電流の増大が顕著であることが分かった。さら
に、漏れ電流が増大した固体電解コンデンサの状態を調
べたところ、コンデンサ素子の外装ケースへの収納状態
が悪く、加締め状態も悪いということが判明した。
【0014】そこで、本発明者は、上記のようなコンデ
ンサ素子の収納不良によって、リード線が近接する等の
原因によって漏れ電流が増大すると考え、固体電解コン
デンサを精査したところ、形成されたPEDT等の導電
性ポリマーがコンデンサ素子からはみ出た状態になって
おり、その結果、コンデンサ素子の収納不良が生じてい
ることが分かった。
【0015】次に、PEDT等の導電性ポリマーがコン
デンサ素子からはみ出た状態になる原因について検討し
た結果、重合時の加熱によって、コンデンサ素子に含浸
された重合液がコンデンサ素子から吹き出すような状態
になり、この吹き出した重合液がコンデンサ素子の外部
で重合されて、PEDT等の導電性ポリマーを形成する
ためと考えられた。そこで、本発明者は、コンデンサ素
子に含浸された重合液が、加熱重合によってコンデンサ
素子から吹き出すことを防止できる方法について検討を
重ねた結果、本発明を完成するに至ったものである。
【0016】(固体電解コンデンサの製造方法)本発明
に係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。続い
て、このコンデンサ素子を重合性モノマーと酸化剤と所
定の溶媒とを混合して調製した混合液に浸漬し、コンデ
ンサ素子に重合性モノマーと酸化剤を含浸した後、この
コンデンサ素子を30℃以上、好ましくは35℃以上、
加熱重合温度より低い温度で予備加熱した後、重合加熱
して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。その後、このコンデ
ンサ素子を外装ケースに挿入し、開口端部に封口ゴムを
装着して、加締め加工によって封止した後、エージング
を行い、固体電解コンデンサを形成する。なお、重合性
モノマー及び酸化剤をコンデンサ素子に含浸する方法と
しては、常温で、シリンジ等により定量注入する注入
法、あるいは浸漬法を用いることができる。
【0017】(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、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、ギ酸エ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、アセ
トニトリル等の窒素化合物等を用いることができるが、
なかでも、メタノール、エタノール、アセトン等が好ま
しい。
【0018】また、酸化剤としては、ブタノールに溶解
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40〜58wt%が好ましく、45〜5
7wt%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。
【0019】(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ウム、リン酸水素二アン
モニウム等のリン酸系の化成液、ホウ酸アンモニウム等
のホウ酸系の化成液、アジピン酸アンモニウム等のアジ
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ウ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。
【0020】(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
以外のチオフェン誘導体、アニリン、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、チオフェン
誘導体としては、下記の構造式のものを用いることがで
きる。
【化1】
【0021】(作用・効果)上記のように、コンデンサ
素子に重合性モノマーと酸化剤を含浸した後、加熱重合
前に、コンデンサ素子を30℃以上で加熱重合温度より
低い温度で予備加熱することにより良好な結果が得られ
た理由は、加熱重合の前に予備加熱を行うことにより、
コンデンサ素子に含浸された溶媒等をある程度蒸発させ
ることができるためと考えられる。
【0022】なお、この予備加熱温度が30℃より低い
とESRが増大した。その理由は、予備加熱でも重合反
応は進行するが、30℃より低いと予備加熱における重
合反応の進行状態が望ましいものではないためと考えら
れる。一方、予備加熱温度が加熱重合温度より高いと、
この時点で重合液が吹き出し、従来と同様にコンデンサ
素子の外部でPEDT等の導電性ポリマーが形成されて
しまうと考えられる。
【0023】
【実施例】続いて、以下のようにして製造した実施例1
〜2及び比較例1〜2に基づいて本発明をさらに詳細に
説明する。 (実施例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、素子形状が8.5φ×5Lのコン
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ウム水溶液に40分間浸漬して、
修復化成を行った。一方、所定の容器に、EDTと50
%のパラトルエンスルホン酸第二鉄のブタノール溶液を
1:3の割合で混合し、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EDTと酸化剤を含
浸した。そして、このコンデンサ素子を40℃の恒温槽
内に1時間、続いて60℃の恒温槽内に1時間、さらに
150℃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。そして、このコンデンサ素子を有底筒状の外装
ケースに挿入し、開口端部に封口ゴムを装着して、加締
め加工によって封止した。その後に、150℃、120
分、5Vの電圧印加によってエージングを行い、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4WV、定格容量は680μFである。
【0024】(比較例1)40℃の恒温槽内に1時間放
置する予備加熱を行わなかった。その他の条件及び工程
は、実施例1と同様である。 (実施例2)素子形状が6.5φ×8Lのコンデンサ素
子を用いた。その他の条件及び工程は、実施例1と同様
である。なお、この固体電解コンデンサの定格電圧は4
WV、定格容量は560μFである。 (比較例2)40℃の恒温槽内に1時間放置する予備加
熱を行わなかった。その他の条件及び工程は、実施例2
と同様である。
【0025】[比較結果]上記の方法により得られた実
施例1〜2及び比較例1〜2について、初期特性を調べ
たところ表1に示すような結果が得られた。
【表1】
【0026】表1から明らかなように、コンデンサ素子
の寸法が8.5φ×5Lの実施例1と比較例1を比べる
と、予備加熱を行った実施例1ではESRが88.2%
に減少し、漏れ電流も23.0%に減少した。また、コ
ンデンサ素子の寸法が6.5φ×8Lの実施例2と比較
例2を比べると、予備加熱を行った実施例2ではESR
が66.7%に減少し、漏れ電流も5.6%に減少し
た。
【0027】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、E
SRを低減させることができると共に、漏れ電流の増大
を防止することができる固体電解コンデンサの製造方法
を提供することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松崎 具弘 東京都青梅市東青梅1丁目167番地の1 日本ケミコン株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して
    巻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、コンデンサ素子内での加熱重合反応によって
    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、 前記加熱重合前に、前記コンデンサ素子を30℃以上で
    前記加熱温度より低い温度で予備加熱することを特徴と
    する固体電解コンデンサの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記コンデンサ素子の長さが5mm以上
    であることを特徴とする請求項1に記載の固体電解コン
    デンサの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記重合性モノマーが、チオフェン誘導
    体であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載
    の固体電解コンデンサの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記チオフェン誘導体が、3,4−エチ
    レンジオキシチオフェンであることを特徴とする請求項
    3に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
JP2002093932A 2002-03-29 2002-03-29 固体電解コンデンサの製造方法 Pending JP2003297685A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8034646B2 (en) 2004-06-11 2011-10-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light emitting element, light emitting device and semiconductor device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8034646B2 (en) 2004-06-11 2011-10-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light emitting element, light emitting device and semiconductor device

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