JP2008311582A - 固体電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 高温試験によってもESRの値が既定値より増大せず、十分な信頼性を持つ、有機導電性高分子層を有する固体電解コンデンサおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 まず表面に陽極酸化皮膜2が形成されて、さらにその表面にプリコート層4および内部導電性高分子層5が順に形成された、弁作用金属からなる多孔質の陽極体1を用意する。次いでPEDOTおよびPSSAを含む水分散体に対して、1−NSA、2−NSA、1,3,6−NTSAから選択される1種以上のナフタレンスルホン酸類、高分子量PSSA、ホウ酸、マンニトール、グリコール類、および水を含む溶液を混合し、それにより高分子重合溶液を作製する。この高分子重合溶液を内部導電性高分子層5の表面に塗布もしくは含浸して導電性高分子層6を設け、加熱して乾燥固化することにより固体電解コンデンサを作製する。
【選択図】 図1
Description
図1に示すように、粗面化した矩形のアルミニウムエッチング箔である陽極体1の両面に、アジピン酸水溶液中で化成処理を行うことにより、陽極酸化皮膜2を形成した。さらに、陽極体1の両面に、陽極部10と陰極部9を区分するためのレジスト部3を合計4ヶ所設けた。その後、陽極酸化皮膜2の両表面のうち陰極部9の領域をPSSA水溶液に含浸し、硬化乾燥させることによってPSSAを含むプリコート層4を形成した。さらにこのプリコート層4の表面に、化学酸化重合によってポリピロールからなる内部導電性高分子層5を形成した。
高分子重合溶液に添加されるホウ酸、マンニトール、およびグリコール系非水溶媒の添加量をそれぞれ変化させて17種類の高分子重合溶液を作製し、それぞれを用いて測定例1〜21と同様の方法により、耐電圧3V、容量300μFのアルミニウム固体電解コンデンサをそれぞれ試作した。これらの固体電解コンデンサはその導電性高分子層の組成別に合計17種類を作製しており、それぞれ測定例22〜38としている。これらの固体電解コンデンサを組成ごとに20個ずつ作製して、それぞれに対して125℃、200時間の昇温による加速試験を行い、評価した。その結果を表2に示す。なお表2ではグリコール系の非水溶媒としてグリセリンを用いた場合を記載している。また添加したナフタレンスルホン酸は1−NSAのみであり、1−NSAおよび高分子量PSSAの添加量はそれぞれ0.5重量部、0.1重量部に固定している。また各測定例の最終的な可否を判定して「○」(合格)および「×」(不良)と表記している。
高分子重合溶液に添加されるグリコール系非水溶媒の種類のみをそれぞれ変化させて7種類の高分子重合溶液を作製し、測定例1〜38と同様の方法により、それぞれの高分子重合溶液を用いて耐電圧3V、容量300μFのアルミニウム固体電解コンデンサをそれぞれ試作した。各々のグリコール系非水溶媒の添加量はいずれも5重量部で同一であり、この値はグリセリンを添加した測定例3の場合と同じである。添加したグリコール系非水溶媒はDMF、NMP、DMSO、PC、エタノール、エチレングリコール、ポリエチレングリコールの7種類であり、それぞれ測定例39〜45としている。各測定例の評価結果を表3に示す。なお表3ではグリコール系非水溶媒以外の添加物の量は測定例3の場合と同一としていて、添加したナフタレンスルホン酸は1−NSAのみであり、1−NSAおよび高分子量PSSAの添加量はそれぞれ0.5重量部、0.1重量部に固定、またホウ酸およびマンニトールの添加量はともに0.1重量部に固定とした。ただし高分子重合溶液全体を100重量部としている。またグリセリンを添加した測定例3の結果も表記した。また表3には各測定例の最終的な可否を判定して「○」(合格)および「×」(不良)と表記している。
高分子重合溶液に含有されるBaytron−Pの含有量を変化させて、良好な導電性高分子層を形成しうる含有量の範囲について検討を行った。これはBaytron−Pに含まれるPEDOTおよびPSSAの含有量と、形成される固体電解コンデンサのESRの値との関係を調べたものである。既存の商品であるBaytron−Pを用いているため、PEDOTの含有量はBaytron−Pにおける含有量である0.5重量部より大きくすることはできない。従ってこの検討は、作製される固体電解コンデンサの特性に影響を与えずに、PEDOTの含有量を減少させる場合の限度を検討するものである。Baytron−Pは一般にかなり高価であるため、その使用量を減少させることは、作製する固体電解コンデンサの低コスト化の面で有効である。Baytron−Pの含有量をそれぞれ変化させて後記の6種類の高分子重合溶液を作製し、測定例1〜45と同様の方法により、各々の高分子重合溶液を用いて耐電圧3V、容量300μFのアルミニウム固体電解コンデンサをそれぞれ試作した。
高分子重合溶液に含有される高分子量PSSA、および水分散体に含まれるPSSAの平均分子量の値をそれぞれ変化させた試料を作製して、良好な導電性高分子層を形成しうる平均分子量の範囲について検討を行った。なおここでの平均分子量とは、全て高速液体クロマトグラフィー質量分析法により測定した場合の値である。まず高分子重合溶液に添加するBaytron−Pとして、含有するPSSAの平均分子量の値が通常とは異なる水分散体を特別に調製して、通常のPSSAの平均分子量である150,000とは異なる、平均分子量が140,000および160,000のPSSAを含有する高分子重合溶液を用意した。また添加される高分子量PSSAについても、通常の平均分子量である500,000の場合とは異なる、平均分子量が450,000および550,000の溶液を用意した。これによって、平均分子量が異なるPSSA、および高分子量PSSAを含有する高分子重合溶液をそれぞれ作製した。
2 陽極酸化皮膜
3 レジスト部
4 プリコート層
5 内部導電性高分子層
6 導電性高分子層
7 グラファイト層
8 金属層
9 陰極部
10 陽極部
Claims (25)
- 表面に陽極酸化皮膜を形成した多孔質の弁作用金属の表面に、導電性高分子からなる内部導電性高分子層を形成し、
導電性高分子としてポリエチレンジオキシチオフェンと、ポリスチレンスルホン酸とを含んでなる水分散体と、
1−ナフタレンスルホン酸、2−ナフタレンスルホン酸、1,3,6−ナフタレントリスルホン酸の中から選択される1種以上のナフタレンスルホン酸類と、
高分子量ポリスチレンスルホン酸と、ホウ酸と、マンニトールと、グリコール類とを、
混合してなる高分子重合溶液による液相部を、前記内部導電性高分子層の表面に設け、
前記高分子重合溶液による液相部を乾燥固化して固体電解質層を形成してなることを特徴とする固体電解コンデンサ。 - 前記高分子重合溶液が、該高分子重合溶液100重量部に対し、0.05ないし2重量部の1−ナフタレンスルホン酸、0.05ないし2重量部の2−ナフタレンスルホン酸、0.03ないし1.2重量部の1,3,6−ナフタレントリスルホン酸の中から選択される1種以上のナフタレンスルホン酸類と、0.005ないし0.5重量部の高分子量ポリスチレンスルホン酸と、0.05ないし0.5重量部のホウ酸と、0.05ないし0.5重量部のマンニトールと、2.5ないし10重量部のグリコール類とを含む溶液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。
- 前記グリコール類が、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリンから選択されてなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記高分子重合溶液に含有される前記高分子量ポリスチレンスルホン酸が、高速液体クロマトグラフィー質量分析法により測定した平均分子量が500,000±50,000であることを特徴とする請求項2に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記高分子重合溶液が、該高分子重合溶液100重量部に対し、0.25ないし0.49重量部のポリエチレンジオキシチオフェンと、0.4ないし0.78重量部のポリスチレンスルホン酸とを含む溶液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。
- 前記水分散体に含まれる前記ポリスチレンスルホン酸が、高速液体クロマトグラフィー質量分析法により測定した平均分子量が150,000±10,000であることを特徴とする請求項5に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記高分子重合溶液による液相部を前記内部導電性高分子層の表面に設ける際に、前記高分子重合溶液を前記内部導電性高分子層の表面に塗布するか、もしくは表面に前記内部導電性高分子層を有する前記多孔質の弁作用金属を前記高分子重合溶液中に浸漬してなることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記高分子重合溶液による液相部を前記内部導電性高分子層の表面に設けて乾燥固化する際に、表面に前記液相部を設けた前記多孔質の弁作用金属を加熱してなることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記高分子重合溶液による液相部の、前記乾燥固化の際の加熱温度が150℃以上であることを特徴とする請求項8に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記内部導電性高分子層が、ポリピロールからなる導電性高分子の層であることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記弁作用金属の表面に形成した前記陽極酸化皮膜の表面に、まずプリコート層を形成し、次いで前記プリコート層の表面に導電性高分子による前記内部導電性高分子層を形成したものであることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記プリコート層が、前記陽極酸化皮膜の表面にポリスチレンスルホン酸水溶液による液相部を形成して乾燥固化してなる膜であることを特徴とする請求項11に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記ポリスチレンスルホン酸水溶液による液相部が、表面に前記陽極酸化皮膜を形成した前記弁作用金属をポリスチレンスルホン酸水溶液に浸漬するか、前記陽極酸化皮膜の表面にポリスチレンスルホン酸水溶液を塗布して形成したものであることを特徴とする請求項12に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記多孔質の弁作用金属が、アルミニウム、タンタル、ニオブから選択されてなる金属であることを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1項に記載の固体電解コンデンサ。
- 表面に陽極酸化皮膜を形成した多孔質の弁作用金属の表面に、導電性高分子からなる内部導電性高分子層を形成し、
導電性高分子としてポリエチレンジオキシチオフェンと、ポリスチレンスルホン酸とを含んでなる水分散体と、
1−ナフタレンスルホン酸、2−ナフタレンスルホン酸、1,3,6−ナフタレントリスルホン酸の中から選択される1種以上のナフタレンスルホン酸類と、
高分子量ポリスチレンスルホン酸と、ホウ酸と、マンニトールと、グリコール類とを、
混合してなる高分子重合溶液による液相部を、前記内部導電性高分子層の表面に設け、
前記高分子重合溶液による液相部を乾燥固化し、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。 - 前記高分子重合溶液が、該高分子重合溶液100重量部に対し、0.25ないし0.49重量部のポリエチレンジオキシチオフェンと、0.4ないし0.78重量部のポリスチレンスルホン酸とを含み、
0.05ないし2重量部の1−ナフタレンスルホン酸、0.05ないし2重量部の2−ナフタレンスルホン酸、0.03ないし1.2重量部の1,3,6−ナフタレントリスルホン酸の中から選択される1種以上のナフタレンスルホン酸類と、0.005ないし0.5重量部の高分子量ポリスチレンスルホン酸と、0.05ないし0.5重量部のホウ酸と、0.05ないし0.5重量部のマンニトールと、2.5ないし7.5重量部のグリコール類とを含む溶液であり、
前記グリコール類が、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリンから選択されてなるものであることを特徴とする請求項15に記載の固体電解コンデンサの製造方法。 - 前記ポリスチレンスルホン酸が、高速液体クロマトグラフィー質量分析法により測定した平均分子量が150,000±10,000であることを特徴とする請求項15または請求項16に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記高分子量ポリスチレンスルホン酸が、高速液体クロマトグラフィー質量分析法により測定した平均分子量が500,000±50,000であることを特徴とする請求項15または請求項16に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記高分子重合溶液による液相部を前記内部導電性高分子層の表面に設ける際に、前記高分子重合溶液を前記内部導電性高分子層の表面に塗布するか、もしくは表面に前記内部導電性高分子層を有する前記多孔質の弁作用金属を前記高分子重合溶液中に浸漬することを特徴とする請求項15ないし18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。
- 前記高分子重合溶液による液相部を前記内部導電性高分子層の表面に設けて乾燥固化する際に、表面に前記液相部を設けた前記多孔質の弁作用金属を加熱することを特徴とする請求項15ないし19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。
- 前記高分子重合溶液による液相部の前記乾燥固化の際の加熱温度が150℃以上であることを特徴とする請求項20に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記内部導電性高分子層が、ポリピロールからなる導電性高分子の層であることを特徴とする請求項15ないし21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。
- 前記弁作用金属の表面に形成した前記陽極酸化皮膜の表面に、まずプリコート層を形成し、次いで前記プリコート層の表面に導電性高分子による前記内部導電性高分子層を形成することを特徴とする請求項15ないし22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。
- 前記プリコート層として、表面に前記陽極酸化皮膜を形成した前記弁作用金属をポリスチレンスルホン酸水溶液に浸漬するか、前記陽極酸化皮膜の表面にポリスチレンスルホン酸水溶液を塗布して液相部を形成し、乾燥固化して膜を形成することを特徴とする請求項23に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記多孔質の弁作用金属が、アルミニウム、タンタル、ニオブから選択されてなる金属であることを特徴とする請求項15ないし24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。
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JP4737775B2 (ja) | 2011-08-03 |
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