JP2010177421A - Method of manufacturing solid electrolytic capacitor, and solid electrolytic capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、導電性高分子層を有する固体電解コンデンサの製造方法及び固体電解コンデンサに関するものである。 The present invention relates to a method for producing a solid electrolytic capacitor having a conductive polymer layer and a solid electrolytic capacitor.
導電性高分子は、固体電解コンデンサや、帯電防止コーティング等に広く応用され、有機エレクトロルミネッセント素子(有機EL素子)、有機太陽電池、有機トランジスタ、タッチパネル、電池用電極など広範囲な応用が期待されている。固体電解コンデンサにおいては、導電性高分子膜を電解質膜として用いることにより、電解液の漏洩や、電解液の乾燥による特性の変化を抑制することができる。 Conductive polymers are widely applied to solid electrolytic capacitors and antistatic coatings, and are expected to be used in a wide range of applications such as organic electroluminescent devices (organic EL devices), organic solar cells, organic transistors, touch panels, and battery electrodes. Has been. In a solid electrolytic capacitor, by using a conductive polymer membrane as an electrolyte membrane, leakage of the electrolytic solution and changes in characteristics due to drying of the electrolytic solution can be suppressed.
固体電解コンデンサの電解質膜としては、二酸化マンガン、電荷移動錯体、導電性高分子等を用いることができるが、導電性の観点からは導電性高分子が優れている。高い導電性を有する導電性高分子は、コンデンサ素子側の材料として使用されることが多く、素子の等価直列抵抗(ESR)を低く抑えた固体電解コンデンサを得ることができる。 As the electrolyte membrane of the solid electrolytic capacitor, manganese dioxide, a charge transfer complex, a conductive polymer, or the like can be used. From the viewpoint of conductivity, the conductive polymer is excellent. A conductive polymer having high conductivity is often used as a material on the capacitor element side, and a solid electrolytic capacitor with a low equivalent series resistance (ESR) of the element can be obtained.
近年、電子機器のデジタル化が進み、例えば、クロック数、動作周波数などの動作速度が高速化する傾向があるため、ノイズ除去用のコンデンサとして等価直列抵抗(ESR)の小さい素子が好まれている。すなわち、ESR値が小さい程、リップル(交流成分)の除去能力に優れるため、特に導電性高分子を陰極側材料に用いたESRの小さい固体電解コンデンサが求められている。 In recent years, electronic devices have been digitized and, for example, there is a tendency to increase the operation speed such as the number of clocks and the operation frequency. Therefore, an element having a small equivalent series resistance (ESR) is preferred as a capacitor for noise removal. . That is, since the smaller the ESR value, the better the ripple (alternating current component) removal capability, there is a need for a solid electrolytic capacitor having a particularly low ESR using a conductive polymer as the cathode side material.
特許文献1には、弁金属からなる陽極を陽極酸化して誘電体被膜を形成した後、化学重合法により形成したポリピロール膜からなる第1導電性高分子層と、電解重合法により形成したポリピロール膜からなる第2導電性高分子層とを順に形成する方法が開示されている。
導電性高分子材料には、ポリピロールの他にも、ポリチオフェン、ポリアニリン、またはそれらの誘導体等があり、中でもポリチオフェンは、ポリピロールやポリアニリンと比較して導電率が高く、かつ熱安定性に優れていることが期待され、選択される場合がある。 In addition to polypyrrole, conductive polymer materials include polythiophene, polyaniline, or derivatives thereof. Among them, polythiophene has higher conductivity and excellent thermal stability than polypyrrole and polyaniline. It is expected and may be selected.
ポリチオフェン膜の形成方法として、モノマーと酸化剤を混合した液に、基体を浸漬した後、後処理等を行って重合膜を形成する方法や、酸化剤溶液とモノマー溶液に浸漬する工程を繰り返す方法などが、特許文献2に記載されている。
As a method for forming a polythiophene film, a method of forming a polymer film by immersing a substrate in a mixture of a monomer and an oxidant and then performing post-treatment, etc. Are described in
このような酸化剤溶液とモノマー溶液を用いて高分子膜を重合する方法では、固体電解質の形成が容易で、短時間に多量生産が可能であるが、反応の制御あるいは重合膜形態の制御が難しい。また、酸化剤溶液とモノマー溶液の混合溶液に浸漬する方法では、溶液の寿命が比較的短いという点に注意する必要がある。また、酸化剤溶液とモノマー溶液への浸漬を繰り返す方法では、溶液の寿命が比較的短いという点、及び浸漬により溶液の混合条件が変化するという点に注意する必要がある。 In such a method of polymerizing a polymer film using an oxidant solution and a monomer solution, it is easy to form a solid electrolyte and mass production is possible in a short time. However, it is possible to control the reaction or control the form of the polymer film. difficult. In addition, it is necessary to pay attention to the fact that the life of the solution is relatively short in the method of immersing in the mixed solution of the oxidant solution and the monomer solution. In addition, in the method in which the immersion in the oxidant solution and the monomer solution is repeated, it is necessary to pay attention to the fact that the life of the solution is relatively short and that the mixing conditions of the solution change due to the immersion.
一方、化学重合による重合方法として、陽極体を、酸化剤を含む溶液中に浸漬した後、モノマー蒸気中に配置し、モノマーを気相重合することにより、導電性高分子層を形成する方法が、例えば、特許文献3に開示されている。
On the other hand, as a polymerization method by chemical polymerization, there is a method of forming a conductive polymer layer by immersing an anode body in a solution containing an oxidant, placing the anode body in a monomer vapor, and subjecting the monomer to gas phase polymerization. For example, it is disclosed in
このような気相重合法によれば、モノマー蒸気の雰囲気中で重合を進行させるので、導電性高分子モノマー溶液を汚染することがない。また、蒸気を含有する気体を直接吹き付けることにより、コンデンサの陽極体内部の孔にモノマーを導入し易いという利点がある。 According to such a gas phase polymerization method, since the polymerization proceeds in an atmosphere of monomer vapor, the conductive polymer monomer solution is not contaminated. Further, there is an advantage that the monomer can be easily introduced into the holes inside the anode body of the capacitor by directly blowing the gas containing the vapor.
しかしながら、気相重合法は溶液中での化学重合に比べ、酸化剤とモノマーの配合割合を制御することが難しく、導電率、付着力、陽極体への充填度などの膜特性を制御しにくいという課題がある。 However, compared with chemical polymerization in solution, it is difficult to control the blending ratio of oxidant and monomer, and it is difficult to control film properties such as conductivity, adhesion, and filling degree of the anode body. There is a problem.
また、導電性高分子膜の付着性を改善する方法として、導電性高分子膜を形成する前に、シランカップリング剤を塗布する方法が、例えば、特許文献4に開示されている。しかしながら、これらの方法によれば、シランカップリング剤による表面処理の工程が増えるという問題がある。
As a method for improving the adhesion of the conductive polymer film, for example,
特許文献5においては、モノマーと、酸化剤と、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどのシランカップリング剤とを含有した化学重合液を用いて導電性高分子膜を形成することにより、等価直列抵抗(ESR)の低減された固体電解コンデンサを製造する方法が提案されている。
In
しかしながら、上述のように、等価直列抵抗(ESR)のさらに低減された固体電解コンデンサが求められている。 However, as described above, there is a need for a solid electrolytic capacitor with a further reduced equivalent series resistance (ESR).
本発明の目的は、等価直列抵抗(ESR)の低減された固体電解コンデンサを製造することができる固体電解コンデンサの製造方法及び固体電解コンデンサを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a solid electrolytic capacitor manufacturing method and a solid electrolytic capacitor capable of manufacturing a solid electrolytic capacitor having a reduced equivalent series resistance (ESR).
本発明の製造方法は、陽極上に誘電体層を形成する工程と、塩基性基を有するシランカップリング剤と酸化剤の共存下に、導電性高分子モノマーを重合させて、誘電体層の上に導電性高分子層を形成する工程と、導電性高分子層の上に、陰極層を形成する工程とを備えることを特徴としている。 The production method of the present invention comprises a step of forming a dielectric layer on an anode, and polymerizing a conductive polymer monomer in the presence of a silane coupling agent having a basic group and an oxidizing agent, The method includes a step of forming a conductive polymer layer thereon and a step of forming a cathode layer on the conductive polymer layer.
本発明においては、塩基性基を有するシランカップリング剤と酸化剤の共存下に、導電性高分子モノマーを重合させて、誘電体層の上に導電性高分子層を形成している。これにより、ESRの低減された固体電解コンデンサを製造することができる。 In the present invention, a conductive polymer monomer is polymerized in the presence of a silane coupling agent having a basic group and an oxidizing agent to form a conductive polymer layer on the dielectric layer. Thereby, a solid electrolytic capacitor with reduced ESR can be manufactured.
塩基性基を有するシランカップリング剤と、酸化剤の共存下に、導電性高分子モノマーを重合させることにより、導電性高分子モノマーの重合速度等を制御することができ、これによって形成する導電性高分子層の導電性を向上させることができる。また、シランカップリング剤を含有しているので、基材である誘電体層と導電性高分子層との密着性及び付着力を高めることができる。本発明においては、このような重合速度等の制御による導電性の向上と、誘電体層に対する密着性及び付着力の向上を実現することができ、これによって、ESRを低減させることができる。 By polymerizing the conductive polymer monomer in the presence of a silane coupling agent having a basic group and an oxidizing agent, the polymerization rate of the conductive polymer monomer can be controlled, and the conductivity formed thereby. The conductivity of the conductive polymer layer can be improved. Moreover, since the silane coupling agent is contained, the adhesiveness and adhesive force of the dielectric material layer which is a base material and a conductive polymer layer can be improved. In the present invention, it is possible to improve conductivity by controlling the polymerization rate and the like, and to improve adhesion and adhesion to the dielectric layer, thereby reducing ESR.
本発明のシランカップリング剤における塩基性基としては、1級アミン、2級アミン、及び3級アミンなどのアミノ基を有する置換基が挙げられる。1級アミンとしては、NH2基が挙げられる。2級及び3級アミンを有する置換基としては、2−ヒドロキシエチルアミノ基、ビスヒドロキシエチルアミノ基、エチルアミノ基、ジエチルアミノ基、2−アミノエチルアミノ基、シクロヘキシルアミノ基、トリス(ヒドロキシメチル)メチルアミノ基、ブチルアミノ基、ジブチルアミノ基、6−アミノヘキシルアミノ基、ヘキシルアミノ基、ジヘキシルアミノ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジイソプロパノールアミノ基、ジフェニルアミノ基などが挙げられる。 Examples of the basic group in the silane coupling agent of the present invention include a substituent having an amino group such as a primary amine, a secondary amine, and a tertiary amine. Primary amines include NH 2 groups. Examples of substituents having secondary and tertiary amines include 2-hydroxyethylamino group, bishydroxyethylamino group, ethylamino group, diethylamino group, 2-aminoethylamino group, cyclohexylamino group, and tris (hydroxymethyl) methyl. Examples thereof include an amino group, a butylamino group, a dibutylamino group, a 6-aminohexylamino group, a hexylamino group, a dihexylamino group, a methylamino group, a dimethylamino group, a diisopropanolamino group, and a diphenylamino group.
また、その他の塩基性基として、ピリジン、トリアジン、アミノピリジン、ピロリジン、ピペリジン、ピリミジン、グアニン、及びこれらの誘導体からなる塩基性基が挙げられる。 Examples of other basic groups include basic groups composed of pyridine, triazine, aminopyridine, pyrrolidine, piperidine, pyrimidine, guanine, and derivatives thereof.
本発明において用いる酸化剤としては、パラトルエンスルホン酸鉄などの有機スルホン酸の遷移金属塩が挙げられる。本発明においては、特に、パラトルエンスルホン酸鉄が好ましく用いられる。 Examples of the oxidizing agent used in the present invention include transition metal salts of organic sulfonic acids such as iron paratoluenesulfonate. In the present invention, iron paratoluenesulfonate is particularly preferably used.
他の酸化剤としては、ペルオキソ二硫酸アンモニウム(過硫酸アンモニウム)、ペルオキソ二硫酸ナトリウム(過硫酸ナトリウム)、ペルオキソ二硫酸カリウム(過硫酸カリウム)等のペルオキソ二硫酸塩、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、硝酸第二鉄、塩化第二銅等の遷移金属化合物、三フッ化ホウ素などの金属ハロゲン化合物、酸化銀、酸化セシウム等の金属酸化物、過酸化水素、オゾン等の過酸化物、過酸化ベンゾイル等の有機過酸化物等が挙げられる。 Other oxidizing agents include peroxodisulfate such as ammonium peroxodisulfate (ammonium persulfate), sodium peroxodisulfate (sodium persulfate), potassium peroxodisulfate (potassium persulfate), ferric chloride, ferric sulfate , Transition metal compounds such as ferric nitrate and cupric chloride, metal halogen compounds such as boron trifluoride, metal oxides such as silver oxide and cesium oxide, peroxides such as hydrogen peroxide and ozone, and peroxides Examples thereof include organic peroxides such as benzoyl.
本発明において、導電性高分子モノマーを重合させる方法は、塩基性基を有するシランカップリング剤と酸化剤の共存下に、導電性高分子モノマーを重合させることができる方法であれば、特に限定されるものではないが、導電性高分子モノマーを蒸気の状態で供給して重合させる気相重合法が好ましく用いられる。具体的には、シランカップリング剤及び酸化剤を含有する溶液を、誘電体層に接触させ、シランカップリング剤及び酸化剤を誘電体層の表面に付着させ、シランカップリング剤及び酸化剤が付着した誘電体層の表面に、導電性高分子モノマーの蒸気を接触させ、該モノマーを気相重合させる方法が挙げられる。 In the present invention, the method for polymerizing the conductive polymer monomer is particularly limited as long as the method can polymerize the conductive polymer monomer in the coexistence of the silane coupling agent having a basic group and the oxidizing agent. However, a gas phase polymerization method in which a conductive polymer monomer is supplied in a vapor state and polymerized is preferably used. Specifically, a solution containing a silane coupling agent and an oxidizing agent is brought into contact with the dielectric layer, the silane coupling agent and the oxidizing agent are attached to the surface of the dielectric layer, and the silane coupling agent and the oxidizing agent are Examples include a method in which a vapor of a conductive polymer monomer is brought into contact with the surface of an attached dielectric layer, and the monomer is vapor-phase polymerized.
また、気相重合法に代えて、溶液重合法により導電性高分子層を形成してもよい。具体的には、シランカップリング剤、酸化剤、及び導電性高分子モノマーを含む溶液に、誘電体層を接触させ、誘電体層上で導電性高分子モノマーを重合させて導電性高分子層を形成する方法が挙げられる。このような溶液重合法においては、誘電体層を形成した陽極を、溶液中に浸漬した後、引き上げて乾燥する工程により、導電性高分子層を形成することができる。このような浸漬及び乾燥の工程を繰り返すことにより、所定の膜厚の導電性高分子層を形成することができる。 Further, the conductive polymer layer may be formed by a solution polymerization method instead of the gas phase polymerization method. Specifically, the conductive polymer layer is obtained by bringing a dielectric layer into contact with a solution containing a silane coupling agent, an oxidizing agent, and a conductive polymer monomer, and polymerizing the conductive polymer monomer on the dielectric layer. The method of forming is mentioned. In such a solution polymerization method, the conductive polymer layer can be formed by a process in which the anode on which the dielectric layer is formed is immersed in the solution and then pulled up and dried. By repeating such dipping and drying steps, a conductive polymer layer having a predetermined thickness can be formed.
本発明において、カップリング剤の添加量は、酸化剤1モルに対して、0.01〜3モル当量であることが好ましく、さらに好ましくは、0.05〜1.5モル当量である。カップリング剤の添加量が少な過ぎると、ESRを低減することができるという本発明の効果が十分に得られない場合がある。また、カップリング剤の添加量が多過ぎると、カップリング剤の添加量に比例した効果が得られにくくなり、導電性高分子層の導電率が低下するおそれがある。 In this invention, it is preferable that the addition amount of a coupling agent is 0.01-3 molar equivalent with respect to 1 mol of oxidizing agents, More preferably, it is 0.05-1.5 molar equivalent. If the amount of coupling agent added is too small, the effect of the present invention that ESR can be reduced may not be sufficiently obtained. Moreover, when there is too much addition amount of a coupling agent, it becomes difficult to acquire the effect proportional to the addition amount of a coupling agent, and there exists a possibility that the electrical conductivity of a conductive polymer layer may fall.
本発明で用いる導電性高分子モノマーとしては、ピロール、チオフェン、またはアニリン及びこれらの誘導体を挙げることができる。モノマーの重合により、モノマーの繰り返し単位を有するπ共役系導電性高分子を得ることができる。従って、上記モノマーを用いることにより、例えば、ポリピロール類、ポリチオフェン類、ポリアニリン類、及びこれらの共重合体等からなる導電性高分子を得ることができる。 Examples of the conductive polymer monomer used in the present invention include pyrrole, thiophene, aniline, and derivatives thereof. By polymerization of the monomer, a π-conjugated conductive polymer having a monomer repeating unit can be obtained. Therefore, by using the monomer, a conductive polymer composed of, for example, polypyrroles, polythiophenes, polyanilines, and copolymers thereof can be obtained.
本発明の固体電解コンデンサは、上記本発明の製造方法により製造することができる固体電解コンデンサであり、導電性高分子層中に、上記シランカップリング剤が含まれていることを特徴としている。 The solid electrolytic capacitor of the present invention is a solid electrolytic capacitor that can be produced by the production method of the present invention, and is characterized in that the silane coupling agent is contained in a conductive polymer layer.
本発明の固体電解コンデンサは、上記本発明の製造方法により製造されるものであるので、工程数を増やすことなく製造することができ、ESRを低減させることができる。 Since the solid electrolytic capacitor of the present invention is manufactured by the manufacturing method of the present invention, it can be manufactured without increasing the number of steps, and ESR can be reduced.
本発明の固体電解コンデンサにおいて、導電性高分子層中に含まれるシランカップリング剤の塩基性基は、窒素原子を有する基であることが好ましく、さらに、窒素原子を有する基の中でもアミノ基であることが好ましい。 In the solid electrolytic capacitor of the present invention, the basic group of the silane coupling agent contained in the conductive polymer layer is preferably a group having a nitrogen atom, and more preferably an amino group among the groups having a nitrogen atom. Preferably there is.
本発明によれば、工程数を増やすことなく、ESRの低減された固体電解コンデンサを製造することができる。 According to the present invention, a solid electrolytic capacitor with reduced ESR can be manufactured without increasing the number of steps.
従って、本発明の固体電解コンデンサは、ESRを低減することができる固体電解コンデンサである。 Therefore, the solid electrolytic capacitor of the present invention is a solid electrolytic capacitor capable of reducing ESR.
以下、本発明を具体的な実施形態により説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific embodiments, but the present invention is not limited to the following embodiments.
図1は、本発明の一実施形態の固体電解コンデンサを示す模式的断面図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a solid electrolytic capacitor according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、陽極1には、陽極リード2の一部が埋設されている。陽極1は、弁金属または弁金属を主成分とする合金からなる粉末を成形し、この成形体を焼結することにより作製されている。従って、陽極1は、多孔質体から形成されている。図1においては示されていないが、この多孔質体には、その内部から外部に連通する微細な孔が多数形成されている。本実施形態において、陽極1は、その外形が略直方体となるように形成されている。弁金属としては、例えば、タンタル、ニオブ、チタン、アルミニウム、ハウフニウム、ジルコニウム等が挙げられる。これらの中でも誘電体である酸化物が高温でも比較的安定であるタンタル、ニオブ、アルミニウム、チタンが特に好ましく用いられる。弁金属を主成分とする合金としては、タンタルとニオブ等の2種類以上からなる弁金属同士の合金が挙げられる。
As shown in FIG. 1, a part of the
陽極1の表面には、誘電体層3が形成されている。誘電体層3は陽極1の孔の表面上にも形成されている。図1においては、陽極1の外周側に形成された誘電体層3を模式的に示しており、上述の多孔質体の孔の表面に形成された誘電体層は図示していない。誘電体層3は、陽極1の表面を、陽極酸化することにより形成することができる。
A
誘電体層3の表面には、第1の導電性高分子層4aが形成されており、第1の導電性高分子層4aの上には、第2の導電性高分子層4bが形成されている。本実施形態においては、第1の導電性高分子層4aを、本発明の製造方法に従い形成している。従って、第1の導電性高分子層4aは、気相重合や溶液重合などの化学重合により形成している。また、第2の導電性高分子層4bは、電解重合により形成している。第1の導電性高分子層4aと、第2の導電性高分子層4bから、導電性高分子層4が構成されている。導電性高分子層4は、陽極1の孔の表面上の誘電体層3の上にも形成されている。陽極1の孔の表面上の誘電体層3の上に形成される導電性高分子層4は、第1の導電性高分子層4aのみから形成されたものであってもよいし、第1の導電性高分子層4aと第2の導電性高分子層4bから形成されたものであってもよい。
A first conductive polymer layer 4a is formed on the surface of the
陽極1の外周側に形成された導電性高分子層4の上には、カーボン層5が形成され、カーボン層5の上には、銀ペースト層6が形成されている。カーボン層5と銀ペースト層6から、陰極層7が構成されている。カーボン層5は、カーボンペーストを塗布した後、これを乾燥することにより形成することができる。銀ペースト層6は、銀ペーストを塗布した後これを乾燥することにより形成することができる。
A
陽極リード2には、陽極端子10が溶接等により接続されている。陰極層7には、導電性接着剤層8を介して陰極端子9が接続されている。
An
コンデンサ素子の周りは、エポキシ樹脂等のモールド外装樹脂11により覆われている。陽極端子10及び陰極端子9は、モールド外装樹脂11の外部に引き出されるように設けられている。
The periphery of the capacitor element is covered with a
以上のようにして、本実施形態の固体電解コンデンサ12が構成されている。
As described above, the solid
(実施例1)
図1に示す本発明に従う一実施形態の固体電解コンデンサを、以下のようにして製造した。
Example 1
The solid electrolytic capacitor of one embodiment according to the present invention shown in FIG. 1 was manufactured as follows.
タンタル粒子を用いて、直方体状の成形体を形成し、この成形体中にタンタルからなる陽極リード2の一端を埋設する。この成形体を真空中で焼結することにより、陽極リード2の一部が埋設された陽極1を作製する。
Using the tantalum particles, a rectangular parallelepiped shaped body is formed, and one end of the
次に、陽極1をリン酸水溶液中に浸漬し、陽極1に電圧を印加することにより、陽極酸化を行う。これにより、陽極1の表面に、タンタル酸化物などからなる誘電体層3が形成される。上述のように、陽極1は、多孔質体であり、多孔質体の孔の表面にも誘電体層3が形成される。
Next, anodic oxidation is performed by immersing the
次に、誘電体層3の表面上に、以下のようにして第1の導電性高分子層4aを形成する。
Next, the first conductive polymer layer 4a is formed on the surface of the
図2は、誘電体層3の上に、第1の導電性高分子層4aを形成する工程を説明するための模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a process of forming the first conductive polymer layer 4 a on the
先ず、パラトルエンスルホン酸鉄をイソプロピルアルコールに溶解し、濃度10重量%とした溶液に、塩基性基としてNH2基を有するシランカップリング剤であるアミノプロピルトリメトキシシラン(ATS)を、酸化剤と当量のモル数となるように添加して、酸化剤溶液を調製する。このとき、酸化剤溶液の濃度は、特に限定されるものではなく、一般には5〜50重量%の範囲で設定する。図2の工程(a)に示すように、この酸化剤溶液21に、誘電体層を形成した陽極20を浸漬し、10分間酸化剤溶液21中に保持した後、引き上げ5分〜15分程度乾燥させる。これにより、誘電体層の表面にパラトルエンスルホン酸鉄とシランカップリング剤を付着させる。
First, aminopropyltrimethoxysilane (ATS), which is a silane coupling agent having an NH 2 group as a basic group, is added to a solution in which iron paratoluenesulfonate is dissolved in isopropyl alcohol to a concentration of 10% by weight. Are added so as to have an equivalent number of moles to prepare an oxidizing agent solution. At this time, the concentration of the oxidizing agent solution is not particularly limited, and is generally set in the range of 5 to 50% by weight. As shown in step (a) of FIG. 2, the
次に、図2の工程(b)に示すように、パラトルエンスルホン酸鉄及びシランカップリング剤を付着した誘電体層を有する陽極22を、容器25内に配置する。容器25内においては、エチレンジオキシチオフェン(EDOT)の溶液が配置されており、この溶液から、エチレンジオキシチオフェン(EDOT)の蒸気24が放出されており、容器25内は、EDOTの蒸気24が充満している。容器25内の雰囲気温度は、一般に30℃〜100℃の範囲である。EDOTの蒸気は、パラトルエンスルホン酸鉄及びシランカップリング剤を表面に付着した誘電体層と接触し、これにより、誘電体層の表面でEDOTが重合し、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)からなる第1の導電性高分子層4aが誘電体層3の上に形成される。容器25内で30分〜60分程度放置し、誘電体層の表面に第1の導電性高分子層4aを形成した後、陽極22を容器25から取り出し、エタノール中で洗浄して、60℃の雰囲気中で10分程度乾燥させる。
Next, as shown in step (b) of FIG. 2, an
このように本実施例においては、第1の導電性高分子層4aを形成するのと同時に誘電体層の表面にシランカップリング剤を付着することができるので、従来のようにシランカップリング剤を誘電体層上に先に形成する必要がない。よって、気相重合の場合、上述のように酸化剤中にアミノプロピルメトキシシラン(ATS)を含有させることにより、第1の導電性高分子層4aを形成しながらシランカップリング剤を誘電体層上に形成することができるので、工程数を増やすことがない。 Thus, in this embodiment, since the silane coupling agent can be attached to the surface of the dielectric layer at the same time as the formation of the first conductive polymer layer 4a, the silane coupling agent as in the prior art. Need not be formed on the dielectric layer first. Therefore, in the case of gas phase polymerization, by containing aminopropylmethoxysilane (ATS) in the oxidizing agent as described above, the silane coupling agent is made to be a dielectric layer while forming the first conductive polymer layer 4a. Since it can be formed above, the number of steps is not increased.
次に、第1の導電性高分子層4aが形成された陽極を、エチレンジオキシチオフェン(EDOT)またはピロール(Py)などのモノマーと、ナフタレンスルホン酸などの添加剤とを含む水溶液中に浸漬し、陽極に電圧を印加することにより、電解重合を行い、第1の導電性高分子層4aの上に、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)またはポリピロール(PPy)などからなる第2の導電性高分子層4bを形成する。本実施形態では、PPyを第1の導電性高分子層4bとして形成した。 Next, the anode on which the first conductive polymer layer 4a is formed is immersed in an aqueous solution containing a monomer such as ethylenedioxythiophene (EDOT) or pyrrole (Py) and an additive such as naphthalenesulfonic acid. Then, by applying a voltage to the anode, electrolytic polymerization is performed, and a second conductive high layer made of polyethylenedioxythiophene (PEDOT) or polypyrrole (PPy) is formed on the first conductive polymer layer 4a. The molecular layer 4b is formed. In this embodiment, PPy is formed as the first conductive polymer layer 4b.
次に、第2の導電性高分子層4bの上に、カーボン粒子を含むカーボンペーストを塗布した後、乾燥して、カーボン層5を形成する。カーボン層5の上に、銀粒子を含む銀ペーストを塗布して乾燥し、銀ペースト層6を形成する。以上のようにして、導電性高分子層4の上に、陰極層7を形成する。
Next, after applying a carbon paste containing carbon particles on the second conductive polymer layer 4b, the
次に、溶接によって、陽極1から露出した陽極リード2に陽極端子10を接続する。また、銀粒子を含む銀ペーストからなる導電性接着剤層8を介して陰極層7に陰極端子9を接続する。
Next, the
次に、陽極端子10及び陰極端子9の一部が露出するように、エポキシ樹脂組成物からなるモールド外装樹脂11を形成し、本実施形態の固体電解コンデンサを作製した。
Next, a
作製した固体電解コンデンサについて、LCRメータを用いて静電容量及びESRを測定した。静電容量は周波数120Hzを用いて測定し、ESRは、周波数100kHzで測定した。静電容量は約250μFであり、ESRは9.5mΩであった。 About the produced solid electrolytic capacitor, the electrostatic capacitance and ESR were measured using the LCR meter. The capacitance was measured using a frequency of 120 Hz, and the ESR was measured at a frequency of 100 kHz. The capacitance was about 250 μF and the ESR was 9.5 mΩ.
(比較例1)
酸化剤溶液として、シランカップリング剤を含まず、代わりにモノマーの反応を制御するための制御剤としてイミダゾールを添加した酸化剤溶液を用いる以外は、上記実施例1と同様にして、固体電解コンデンサを作製した。
(Comparative Example 1)
A solid electrolytic capacitor was obtained in the same manner as in Example 1 except that an oxidant solution containing no silane coupling agent and imidazole added as a control agent for controlling the monomer reaction was used as the oxidant solution. Was made.
図3は、第1の導電性接着剤層4aを形成する工程を説明するための模式図である。 FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a process of forming the first conductive adhesive layer 4a.
図3に示す工程(a)において、上述のように、シランカップリング剤を含まず、イミダゾールを含有する酸化剤溶液26中に、誘電体層を形成した陽極20を、上記実施例1と同様にして浸漬した後引き上げ、表面に酸化剤であるパラトルエンスルホン酸鉄及びイミダゾールが付着した誘電体層を有する陽極27を作製した。なお、イミダゾールは、酸化剤のモル数の1.2倍の当量モル数となるように添加して酸化剤溶液26を調製した。
In the step (a) shown in FIG. 3, as described above, the
図3の工程(b)に示すように、パラトルエンスルホン酸鉄及びイミダゾールを表面に付着した誘電体層を有する陽極27の表面に、上記実施例1と同様にして、EDOTの蒸気を接触させ、その表面にPEDOTからなる第1の導電性高分子層4aを形成した。
As shown in step (b) of FIG. 3, EDOT vapor is brought into contact with the surface of the
上記以外は、上記実施例1と同様にして、固体電解コンデンサを作製し、上記と同様にして静電容量及びESRを測定した。静電容量は約250μFであり、ESRは10.1mΩであった。 Except for the above, a solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1, and the capacitance and ESR were measured in the same manner as described above. The capacitance was about 250 μF and the ESR was 10.1 mΩ.
実施例1と比較例1の結果の比較から明らかなように、本発明に従い、酸化剤溶液中に塩基性基を有するシランカップリング剤を含有させ、これを用いて第1の導電性高分子層4aを形成することにより、塩基性基を含むシランカップリング剤により誘電体層と第1の導電性高分子層4aとの密着性を高めることができるので誘電体層と第1の導電性高分子層4aとの接触抵抗を低減することができる。更に、酸化剤に塩基性基を含むシランカップリング剤を含有させることにより導電性高分子モノマーの重合速度を制御することができるので、第1の導電性高分子層4aの導電性を向上させることができる。よって、実施例1の固体電解コンデンサは、上述のように接触抵抗を低減し、導電性を向上することができるのでESRを比較例により低減することができる。 As is clear from the comparison of the results of Example 1 and Comparative Example 1, according to the present invention, a silane coupling agent having a basic group is contained in the oxidant solution, and the first conductive polymer is used by using the silane coupling agent. By forming the layer 4a, the adhesion between the dielectric layer and the first conductive polymer layer 4a can be enhanced by the silane coupling agent containing a basic group, so the dielectric layer and the first conductivity Contact resistance with the polymer layer 4a can be reduced. Furthermore, since the polymerization rate of the conductive polymer monomer can be controlled by including a silane coupling agent containing a basic group in the oxidizing agent, the conductivity of the first conductive polymer layer 4a is improved. be able to. Therefore, since the solid electrolytic capacitor of Example 1 can reduce contact resistance and improve conductivity as described above, ESR can be reduced by the comparative example.
<シランカップリング剤の添加量の検討>
上記実施例1において作製した酸化剤溶液において、シランカップリング剤の添加量を、酸化剤1モルに対し、0.8モル、0.9モル、1モル、1.1モル、1.2モルに変化させて、シランカップリング剤の添加量による導電性接着剤層の導電率の変化を検討した。
<Examination of addition amount of silane coupling agent>
In the oxidizing agent solution prepared in Example 1 above, the amount of the silane coupling agent added was 0.8 mol, 0.9 mol, 1 mol, 1.1 mol, 1.2 mol with respect to 1 mol of the oxidizing agent. The change in conductivity of the conductive adhesive layer due to the amount of silane coupling agent added was examined.
ガラス基板上に、酸化剤及びシランカップリング剤を付着させた後、上記実施例1と同様にして、EDOTの蒸気をガラス基板上に導入して、ガラス基板上に導電性高分子層を形成した。 After attaching an oxidizing agent and a silane coupling agent on a glass substrate, EDOT vapor is introduced onto the glass substrate in the same manner as in Example 1 to form a conductive polymer layer on the glass substrate. did.
形成した導電性高分子層の導電率を測定し、シランカップリング剤の添加モル量との関係を図4に示した。 The conductivity of the formed conductive polymer layer was measured, and the relationship with the added molar amount of the silane coupling agent is shown in FIG.
図4に示すように、酸化剤1モルに対して、0.9〜1.1モルの範囲で、特に良好な導電率が得られることがわかる。 As shown in FIG. 4, it can be seen that particularly good conductivity can be obtained in the range of 0.9 to 1.1 mol with respect to 1 mol of the oxidant.
<シランカップリング剤の官能基についての検討>
シランカップリング剤として、以下の3種類のシランカップリング剤を用い、シランカップリング剤の官能基の種類による影響について検討した。
<Examination of functional group of silane coupling agent>
As the silane coupling agent, the following three types of silane coupling agents were used, and the influence of the type of functional group of the silane coupling agent was examined.
ATS:アミノプロピルトリメトキシシラン
GOPMSi:3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン
TTFOSi:トリエトキシ−1H,1H,2H,2H−トリデカフルオロ−n−オクチルシラン
ATS: aminopropyltrimethoxysilane GOPMSi: 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane TTFOSi: triethoxy-1H, 1H, 2H, 2H-tridecafluoro-n-octylsilane
ATSは、官能基としてNH2基を有しており、GOPMSiは、官能基としてグリシジル基を有しており、TTFOSiは、3つのエトキシ基とフッ素置換されたアルキル基を有するシランカップリング剤である。 ATS has an NH 2 group as a functional group, GOPMSi has a glycidyl group as a functional group, and TTFOSi is a silane coupling agent having three ethoxy groups and a fluorine-substituted alkyl group. is there.
モノマーとしてのエチレンジオキシチオフェン(EDOT)と、酸化剤としてのパラトルエンスルホン酸鉄をブタノールに溶解した濃度40重量%の溶液と、上記シランカップリング剤を、モル比(EDOT:パラトルエンスルホン酸鉄:シランカップリング剤)で1:8:3の割合となるように混合した溶液を調製した。 Ethylenedioxythiophene (EDOT) as a monomer, a solution having a concentration of 40% by weight obtained by dissolving iron paratoluenesulfonate as an oxidizing agent in butanol, and the above silane coupling agent in a molar ratio (EDOT: paratoluenesulfonic acid) (Iron: silane coupling agent) was prepared in a 1: 8: 3 ratio.
この溶液をガラス基板上に1000rpmで30秒間スピンコートした後、熱処理(5分間50℃加熱、大気中で1時間放置)し、その後水洗して、形成された導電性高分子層の導電率を測定した。測定結果を表1に示す。 This solution was spin-coated on a glass substrate at 1000 rpm for 30 seconds, then heat-treated (heated at 50 ° C. for 5 minutes and left in the atmosphere for 1 hour), and then washed with water to determine the conductivity of the formed conductive polymer layer. It was measured. The measurement results are shown in Table 1.
表1に示すように、官能基として塩基性基であるNH2基を有するATSを用いた場合には、非常に高い導電率が得られた。これに対し、GOPMSi及びTTFOSiのシランカップリング剤を用いた場合には、高い導電率は得られなかった。 As shown in Table 1, when ATS having an NH 2 group which is a basic group as a functional group was used, very high electrical conductivity was obtained. On the other hand, when the silane coupling agent of GOPMSi and TTFOSi was used, high conductivity was not obtained.
本発明においては、塩基性基を有するシランカップリング剤を用いることにより、導電率の高い導電性高分子層が得られる理由は以下の通りであると考えられる。 In the present invention, it is considered that the reason why a conductive polymer layer having high conductivity can be obtained by using a silane coupling agent having a basic group is as follows.
塩基性基を有するシランカップリング剤を、酸化剤と共存させることにより、シランカップリング剤の塩基性基が、酸化剤の金属イオンなどに配位するなどして作用し、酸化重合反応の速度を抑制する方向で制御し、これによって、導電性高分子層の導電率が向上するものと思われる。特に窒素原子を含む塩基性基は、弱塩基であるため制御性が良いのに加えて、窒素原子の孤立電子対が酸化剤の金属イオンに配位結合的に引き寄せられ、酸化剤の働きを抑える方向で、酸化重合速度を効率的に制御していると考えられる。このように酸化重合速度を抑制することにより、導電性高分子の導電率を向上することができる理由としては、明らかではないが、酸化重合速度を抑制することにより導電性高分子層の分子配列の配向性を高めることができるため導電性高分子の導電率を向上することができたと考えられる。また、特に気相重合法により形成した導電性高分子は、溶液重合法と比べて導電性高分子の導電性を制御し難かったが、このように酸化重合速度を抑制することにより、導電性高分子の導電率を向上することができる。従って、官能基が塩基性基でないシランカップリング剤を用いた場合には、導電性を向上させるという本発明に特有の効果は得られないものと考えられる。 By allowing a silane coupling agent having a basic group to coexist with an oxidizing agent, the basic group of the silane coupling agent acts, for example, by coordination with the metal ion of the oxidizing agent, and the rate of the oxidation polymerization reaction. It is thought that the electrical conductivity of the conductive polymer layer is improved by controlling in a direction to suppress the above. In particular, a basic group containing a nitrogen atom is a weak base and thus has good controllability. In addition, the lone pair of nitrogen atom is attracted to the metal ion of the oxidant in a coordinated manner, thereby acting as an oxidant. It is considered that the oxidative polymerization rate is efficiently controlled in the direction of suppression. The reason why the conductivity of the conductive polymer can be improved by suppressing the oxidative polymerization rate in this way is not clear, but the molecular arrangement of the conductive polymer layer by suppressing the oxidative polymerization rate is not clear. It is considered that the conductivity of the conductive polymer could be improved because the orientation of the film could be improved. In particular, the conductive polymer formed by the gas phase polymerization method was difficult to control the conductivity of the conductive polymer as compared with the solution polymerization method. The conductivity of the polymer can be improved. Therefore, when a silane coupling agent whose functional group is not a basic group is used, it is considered that the effect specific to the present invention of improving conductivity cannot be obtained.
<シランカップリング剤によるプライマー処理(先塗布)との比較>
ガラス基板の上に、ATSを先に塗布するプライマー処理した後、酸化剤とEDOTを含む溶液をスピンコートして導電性高分子層を形成した。作製された導電性高分子層の導電率は、100S/cm程度であり、表1に示すATSのように高い導電率は得られなかった。
<Comparison with primer treatment (pre-coating) with silane coupling agent>
A primer treatment for applying ATS first was performed on a glass substrate, and then a solution containing an oxidant and EDOT was spin-coated to form a conductive polymer layer. The conductivity of the produced conductive polymer layer was about 100 S / cm, and a high conductivity such as ATS shown in Table 1 was not obtained.
従って、塩基性基を有するシランカップリング剤が、酸化剤との共存下においてモノマーと接することにより、本発明の効果が発揮されるものと考えられる。 Therefore, it is considered that the effects of the present invention are exhibited when the silane coupling agent having a basic group contacts the monomer in the presence of an oxidizing agent.
(実施例2)
実施例1においては、気相重合法により第1の導電性高分子層4aを形成している。本発明においては、このような気相重合法に代えて、溶液重合によっても第1の導電性高分子層4aを形成することができる。この場合、モノマーとしてのエチレンジオキシチオフェン(EDOT)と、酸化剤としてのパラトルエンスルホン酸鉄をブタノールに溶解した濃度40重量%の溶液と、塩基性基を有するシランカップリング剤とを、モル比(EDOT:パラトルエンスルホン酸鉄:シランカップリング剤)で1:2:1〜1:8:1の範囲で混合した溶液を作製し、この溶液に誘電体層3を形成した陽極1を浸漬した後引き上げ、乾燥する。溶液への浸漬は30秒間とし、引き上げ後60℃の雰囲気で10分間熱処理して、導電性高分子層を形成することができる。このような浸漬と乾燥を、例えば、2回〜5回繰り返すことにより、誘電体層3の上に、導電性高分子層4を形成することができる。
(Example 2)
In Example 1, the first conductive polymer layer 4a is formed by a gas phase polymerization method. In the present invention, the first conductive polymer layer 4a can be formed by solution polymerization instead of such a gas phase polymerization method. In this case, ethylenedioxythiophene (EDOT) as a monomer, a solution having a concentration of 40% by weight in which iron paratoluenesulfonate as an oxidizing agent is dissolved in butanol, and a silane coupling agent having a basic group are mixed with each other. A solution in which the ratio (EDOT: iron paratoluenesulfonate: silane coupling agent) was mixed in the range of 1: 2: 1 to 1: 8: 1 was prepared, and the
上記の実施例においては、モノマー、酸化剤、及び塩基性基を有するシランカップリング剤を含有した溶液を用い、これに誘電体層が形成された陽極を浸漬して導電性高分子層を形成しているが、導電性高分子層の他の形成方法として、以下のような方法を採用してもよい。 In the above embodiment, a conductive polymer layer is formed by immersing an anode on which a dielectric layer is formed, using a solution containing a monomer, an oxidizing agent, and a silane coupling agent having a basic group. However, the following method may be adopted as another method for forming the conductive polymer layer.
すなわち、シランカップリング剤及び酸化剤を含有する酸化剤溶液と、モノマーを含有するモノマー溶液をそれぞれ調製し、酸化剤溶液に浸漬した後、モノマー溶液に浸漬し、その後乾燥するという工程を複数回繰り返す方法によっても、導電性高分子層を形成することができる。この場合、それぞれの浸漬時間は、例えば、1分間〜5分間程度が一般的である。 That is, the steps of preparing an oxidant solution containing a silane coupling agent and an oxidant and a monomer solution containing a monomer, immersing in the oxidant solution, immersing in the monomer solution, and then drying are performed a plurality of times. The conductive polymer layer can also be formed by a repeated method. In this case, each immersion time is generally about 1 minute to 5 minutes, for example.
以上のように、導電性高分子層の形成方法を種々説明したが、本発明は上記実施例の方法に限定されるものではなく、塩基性基を有するシランカップリング剤と酸化剤の共存下に、導電性高分子モノマーを重合させることができる方法であれば特に限定されるものではない。 As described above, various methods for forming the conductive polymer layer have been described. However, the present invention is not limited to the methods of the above-described examples, and the coexistence of a silane coupling agent having a basic group and an oxidizing agent is present. In addition, there is no particular limitation as long as it is a method capable of polymerizing the conductive polymer monomer.
1…陽極
2…陽極リード
3…誘電体層
4a…第1の導電性高分子層
4b…第2の導電性高分子層
4…導電性高分子層
5…カーボン層
6…銀ペースト層
7…陰極層
8…導電性接着剤層
9…陰極端子
10…陽極端子
11…モールド外装樹脂
20…誘電体層が形成された陽極
21…酸化剤溶液
22…酸化剤及びシランカップリング剤が付着した誘電体層を有する陽極
23…モノマー溶液
24…モノマー蒸気
25…容器
26…酸化剤溶液
27…酸化剤が付着した誘電体層を有する陽極
DESCRIPTION OF
Claims (6)
塩基性基を有するシランカップリング剤と酸化剤の共存下に、導電性高分子モノマーを重合させて、前記誘電体層の上に導電性高分子層を形成する工程と、
前記導電性高分子層の上に、陰極層を形成する工程とを備えることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。 Forming a dielectric layer on the anode;
A step of polymerizing a conductive polymer monomer in the presence of a silane coupling agent having a basic group and an oxidizing agent to form a conductive polymer layer on the dielectric layer;
And a step of forming a cathode layer on the conductive polymer layer.
前記導電性高分子層中に前記シランカップリング剤が含まれていることを特徴とする固体電解コンデンサ。 A solid electrolytic capacitor manufactured by the method according to any one of claims 1 to 4,
A solid electrolytic capacitor, wherein the conductive polymer layer contains the silane coupling agent.
The solid electrolytic capacitor according to claim 5, wherein the basic group of the silane coupling agent is an amino group.
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