JP5890986B2 - Solid electrolytic capacitor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、固体電解質層として導電性高分子を用いる固体電解コンデンサ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid electrolytic capacitor using a conductive polymer as a solid electrolyte layer and a method for manufacturing the same.
電子機器に搭載される電解コンデンサとしては、特に大容量が要求される電子機器には、弁作用金属としてタンタル、ニオブ等を用いた固体電解コンデンサが用いられている。固体電解コンデンサは弁作用金属からなる多孔質焼結体に固体電解質層を形成させて作製するが、使用する固体電解質層のタイプによって、二酸化マンガンタイプと導電性高分子又は機能性高分子タイプと呼ばれるものに大別される。 As an electrolytic capacitor mounted on an electronic device, a solid electrolytic capacitor using tantalum, niobium, or the like as a valve metal is used particularly in an electronic device that requires a large capacity. Solid electrolytic capacitors are made by forming a solid electrolyte layer on a porous sintered body made of a valve action metal. Depending on the type of solid electrolyte layer used, manganese dioxide type and conductive polymer or functional polymer type It is divided roughly into what is called.
近年、電子機器の高性能化に伴い、固体電解コンデンサには優れた高周波特性が求められており、固体電解コンデンサに用いられる固体電解質層には、等価直列抵抗(ESR)を目的として導電性高分子が広く用いられるようになってきている。 In recent years, with the improvement in performance of electronic devices, solid electrolytic capacitors have been required to have excellent high frequency characteristics, and the solid electrolyte layer used in the solid electrolytic capacitors has a high conductivity for the purpose of equivalent series resistance (ESR). Molecules are becoming widely used.
一般に、固体電解コンデンサに使用される導電性高分子としては、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン又はそれらの誘導体があり、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から固体電解質として使用されることが多い。 Generally, as a conductive polymer used for a solid electrolytic capacitor, there are polythiophene, polypyrrole, polyaniline or derivatives thereof. Among them, polythiophene has higher conductivity than polypyrrole or polyaniline and has excellent thermal stability. Therefore, it is often used as a solid electrolyte.
固体電解質層である導電性高分子を多孔質焼結体に形成させる工程においては、主にモノマー、ドーパント、酸化剤等を適当に含む溶液に素子を含浸させ、化学重合すなわち酸化重合や電解酸化重合によって導電性高分子膜を素子上に成長させる方法と、導電性高分子分散液に素子を含浸させた後、該分散溶液の分散媒を乾燥させる方法と、がある。 In the process of forming a conductive polymer, which is a solid electrolyte layer, in a porous sintered body, the device is mainly impregnated with a solution containing appropriately monomers, dopants, oxidizing agents, etc., and chemical polymerization, that is, oxidation polymerization or electrolytic oxidation. There are a method of growing a conductive polymer film on a device by polymerization, and a method of impregnating a device with a conductive polymer dispersion and then drying a dispersion medium of the dispersion.
たとえば、特許文献1には、酸化重合によって導電性高分子をコンデンサ素子部すなわち多孔質焼結体に形成して固体電解質層を形成させる固体電解コンデンサ及びその製造方法が開示されている。
For example,
たとえば、特許文献2には、水中に分散した導電性高分子溶液に、コンデンサ素子部の多孔質焼結体を含浸させ、続く溶媒の乾燥によって導電性高分子を多孔質焼結体に固着させ、固体電解質層を形成させる固体電解コンデンサが開示されている。 For example, in Patent Document 2, a conductive polymer solution dispersed in water is impregnated with a porous sintered body of a capacitor element portion, and then the conductive polymer is fixed to the porous sintered body by drying a solvent. A solid electrolytic capacitor for forming a solid electrolyte layer is disclosed.
さらに、特許文献3、特許文献4には、水中に分散した導電性高分子溶液に、コンデンサ素子部の多孔質焼結体を含浸させ、続く溶媒の乾燥によって導電性高分子を多孔質焼結体に固着させ、さらにモノマーを含む溶液中で酸化重合をすることで固体電解質層を形成させる固体電解コンデンサの及びその製造方法が開示されている。 Further, in Patent Document 3 and Patent Document 4, the conductive polymer solution dispersed in water is impregnated with the porous sintered body of the capacitor element portion, and then the conductive polymer is porous sintered by drying the solvent. A solid electrolytic capacitor in which a solid electrolyte layer is formed by fixing to a body and further performing oxidative polymerization in a solution containing a monomer and a method for manufacturing the same are disclosed.
なお、特許文献5には、基材との密着性に優れ、該基材の透明性及び機械強度を損なうことなく、基材に対して導電性を付与するために、導電性高分子と光硬化性モノマー及び添加物の混合物からなるように構成した導電性樹脂形成性組成物についての技術が開示されている。 In Patent Document 5, in order to impart conductivity to the base material without impairing the transparency and mechanical strength of the base material, the conductive polymer and the light are excellent. The technique about the conductive resin-forming composition comprised so that it might consist of a mixture of a curable monomer and an additive is disclosed.
化学重合を用いる方法においては、均一に導電性高分子膜が形成させることが難しく、それを改善するためにさらに重合反応を進めて導電性高分子膜を厚く成長させようとすると、多孔質焼結体と導電性高分子からなる固体電解質層の密着性が悪化しがちである。この結果、固体電解質層から導電性高分子膜が剥離しやすくなり、素子不良や性能劣化の原因となることがある。さらに、高く安定な導電性を有する導電性高分子膜を形成するのは困難なことが多い。 In the method using chemical polymerization, it is difficult to uniformly form a conductive polymer film, and in order to improve it, if a polymerization reaction is further promoted to grow the conductive polymer film thickly, a porous firing is performed. The adhesion of the solid electrolyte layer composed of the aggregate and the conductive polymer tends to deteriorate. As a result, the conductive polymer film is easily peeled off from the solid electrolyte layer, which may cause device failure or performance deterioration. Furthermore, it is often difficult to form a conductive polymer film having high and stable conductivity.
水中に分散した導電性高分子溶液に、コンデンサ素子部の多孔質焼結体を含浸させ、続く溶媒の乾燥によって導電性高分子を多孔質焼結体に固着させ、固体電解質層を形成させるにおいては、導電性高分子はあらかじめ合成されたものであるため導電率は安定して高いものを選んで使うことができるため、化学重合を用いた場合に比べてコンデンサ素子の性能にばらつきがない。しかし、導電性高分子分散液の乾燥によって固体電解質層を形成させることになるため、図6で後述するような問題が起こりやすい傾向にある。 In impregnating the conductive polymer solution dispersed in water with the porous sintered body of the capacitor element portion, and subsequently drying the solvent, the conductive polymer is fixed to the porous sintered body to form a solid electrolyte layer. Since the conductive polymer is synthesized in advance, it can be selected and used with a stable and high conductivity, so that there is no variation in the performance of the capacitor element compared to the case where chemical polymerization is used. However, since the solid electrolyte layer is formed by drying the conductive polymer dispersion, the problem described later in FIG. 6 tends to occur.
図6(a)は、従来のコンデンサ素子、特に導電性高分子分散液にコンデンサ素子を含浸し、続く溶媒乾燥によって固体電解質層を形成させたコンデンサ素子110の断面図である。この方法では、直方体状の外形を有するコンデンサ素子において、頂点部分の溶媒乾燥が速くなるため、又は分散液の表面張力等の原因から、該素子頂点部における導電性高分子膜の膜厚が不足する傾向が見られる。
FIG. 6A is a cross-sectional view of a conventional capacitor element, particularly a
図6(b)は、図6(a)の要部Zの拡大図である。図7(b)に示すように、前記理由によって固体電解質層1130を形成させた状態で、かつコンデンサ素子の頂点部分において固体電解質層1130が不足している部位、すなわち欠陥部Xが形成されてしまう。
FIG. 6B is an enlarged view of the main part Z of FIG. As shown in FIG. 7B, the
図7(a)は従来の固体電解コンデンサの製造方法で、上記問題を改善するために、含浸工程の回数を複数回設けることで、固体電解質層1130を積層する形にした図である。リーク電流値(LC)を下げるためには、積層を多くし膜厚を確保することが望ましい。
FIG. 7A shows a conventional method for manufacturing a solid electrolytic capacitor in which the
図7(b)、図7(c)には、図7(a)における要部Z2及び要部Z3の拡大図をそれぞれ示す。図7(b)に示すように、固体電解質層113は積層され、さらに図7(c)に示すように欠陥部Xは順次積層された追加の固体電解質層113によって覆われている。
FIGS. 7B and 7C are enlarged views of the main part Z2 and the main part Z3 in FIG. 7A, respectively. As shown in FIG. 7B, the
図7(d)には、図7(a)で示したコンデンサ素子を作製する際の、含浸工程すなわち積層膜数と、LC(Leak Current)値及びESR(Equivalent Series Resistance:等価直列抵抗)値との関係を示すグラフである。図7(d)に示すように、含浸回数を重ねていくことによって、LC値は低減するが、逆にESR値が増大する結果となってしまい、この2つの値は両立しない。これは、たとえば積層膜間に界面抵抗発生してしまうことが、主な原因として推測される。さらに、固体電解質層の積層工程の際に、溶媒による導電性高分子膜の乾燥・膨潤に伴って、該膜の体積変化が躍起されるため、その際の応力によってコンデンサ素子の多孔質焼結体と該膜との密着性が悪くなる傾向にある。これはESRの増大や素子不良の原因となることが考えられる。 FIG. 7D shows an impregnation step, that is, the number of laminated films, LC (Leak Current) value, and ESR (Equivalent Series Resistance) value when the capacitor element shown in FIG. It is a graph which shows the relationship. As shown in FIG. 7D, the LC value is reduced by increasing the number of impregnations, but the ESR value is increased conversely, and these two values are not compatible. This is presumed to be caused mainly by the occurrence of interface resistance between the laminated films. Furthermore, during the process of laminating the solid electrolyte layer, as the conductive polymer film is dried and swelled by the solvent, the volume of the film is greatly changed. There is a tendency for the adhesion between the body and the film to deteriorate. This is considered to cause an increase in ESR and device failure.
本発明は、上記問題点に鑑み、ESRを低減することと、素子不良の低減を可能とする導電性高分子タイプの固体電解コンデンサ、及びその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a conductive polymer type solid electrolytic capacitor capable of reducing ESR and reducing element defects, and a method for manufacturing the same.
本発明にかかる固体電解コンデンサは、弁作用金属からなる多孔質焼結体と、上記多孔質焼結体の少なくとも一部を覆う誘電体層と、上記誘電体層の少なくとも一部を覆う固体電解質層と、を備える。上記固体電解質層の少なくとも一部は、導電性高分子と光硬化性成分との混合物からなる。 A solid electrolytic capacitor according to the present invention includes a porous sintered body made of a valve metal, a dielectric layer covering at least a part of the porous sintered body, and a solid electrolyte covering at least a part of the dielectric layer. A layer. At least a part of the solid electrolyte layer is made of a mixture of a conductive polymer and a photocurable component.
好ましい実施形態においては、上記光硬化性成分は、カチオン重合型の光硬化性成分である。 In a preferred embodiment, the photocurable component is a cationic polymerization type photocurable component.
好ましい製造方法においては、上記固体電解質層を形成する工程において、導電性高分子と光硬化性成分を含む処理液を塗布する工程と、前記塗布した処理液のうち、余分を除く工程と、光硬化によって固体電解質層を形成する工程を有している。 In a preferred manufacturing method, in the step of forming the solid electrolyte layer, a step of applying a treatment liquid containing a conductive polymer and a photocurable component, a step of removing the excess from the applied treatment liquid, A step of forming a solid electrolyte layer by curing;
好ましい製造方法においては、上記処理液には、導電性高分子と、上記導電性高分子の導電性を調節するためのドーパントと、光硬化性成分と、上記、光硬化性成分の光硬化を助ける光重合開始剤と、を含む混合物であって、導電性高分子を20〜80質量%と、光硬化性重合性液体を10〜70質量%とからなる。 In a preferred production method, the treatment liquid contains a conductive polymer, a dopant for adjusting the conductivity of the conductive polymer, a photocurable component, and photocuring of the photocurable component. And a photopolymerization initiator that assists, comprising 20 to 80% by weight of the conductive polymer and 10 to 70% by weight of the photocurable polymerizable liquid.
さらに上記処理液は、導電性高分子の機能を保護する酸化防止剤と、塗布不良を防止する界面活性剤とのうち、少なくとも一方を含む。 Further, the treatment liquid contains at least one of an antioxidant that protects the function of the conductive polymer and a surfactant that prevents coating failure.
さらに上記処理液には塗工性の調整のための有機溶剤を含むことができる。 Furthermore, the treatment liquid may contain an organic solvent for adjusting coating properties.
好ましい製造方法においては、上記光硬化性成分は、光硬化性の官能基を持つモノマー、オリゴマー、ポリマーの、単独又はそれらの混合物であり、単独又は複数の化合物を含む、液状の単一化合物又は組成物であり、液体である。 In a preferred production method, the photocurable component is a monomer, oligomer or polymer having a photocurable functional group, alone or a mixture thereof, and includes a single liquid compound or a single compound or a plurality of compounds. It is a composition and is a liquid.
さらに付け加えて好ましい製造方法においては、上記光硬化によって固体電解質層を形成させる工程において、上記処理液を素子の一部又は全部に塗布するステップと、上記塗布した処理液の一部に硬化光源を選択的に照射するステップと、上記ステップにて硬化していない余分の処理液を洗い流すステップと、を有している。 In addition, in a preferable manufacturing method, in the step of forming the solid electrolyte layer by photocuring, a step of applying the treatment liquid to a part or all of the element, and a curing light source on a part of the applied treatment liquid A step of selectively irradiating, and a step of washing away the excess processing liquid not cured in the above step.
本発明で開示される導電性高分子からなる固体電解質膜の製造方法では、有機溶剤を用いず、硬化速度が速く耐熱性にも優れた光硬化性の液体を用いて製造するため、導電性高分子からなる固体電荷質膜は溶媒による乾燥・膨潤に曝されることがなく、よって膜形成時の体積変化が少なく、結果的に該膜は基材への密着性に優れ、さらに均一な膜厚を有する固体電解質層を提供する。 In the method for producing a solid electrolyte membrane made of a conductive polymer disclosed in the present invention, since an organic solvent is not used and a photocurable liquid having a high curing speed and excellent heat resistance is used, A solid charged membrane made of a polymer is not exposed to drying / swelling by a solvent, and therefore there is little volume change at the time of film formation. As a result, the membrane has excellent adhesion to a substrate and is more uniform. A solid electrolyte layer having a film thickness is provided.
さらに本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、均一な膜厚かつ密着性に優れた導電性高分子からなる固体電解質膜が得られるため、ESRが低減され、不良発生率の低い固体電解コンデンサを提供する。また、導電性高分子からなる固体電解質膜を任意の形状、厚さにコントロールすることを可能とし、また、任意の場所に形成することが可能になるため、固体電解コンデンサの設計自由度が増す。 Furthermore, the method for producing a solid electrolytic capacitor of the present invention provides a solid electrolytic film made of a conductive polymer having a uniform film thickness and excellent adhesion, so that a solid electrolytic capacitor with reduced ESR and a low incidence of defects can be obtained. provide. In addition, the solid electrolyte membrane made of a conductive polymer can be controlled to an arbitrary shape and thickness, and can be formed at an arbitrary location, thereby increasing the degree of freedom in designing a solid electrolytic capacitor. .
<固体電解コンデンサ>
図1A及び図1Bを用いて、本発明の固体電解コンデンサを説明する。
<Solid electrolytic capacitor>
The solid electrolytic capacitor of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A and 1B.
図1Aは、本実施形態に係る固体電解コンデンサ100を示す。本実施形態に示す固体電解コンデンサ100は、コンデンサ素子110、金属条材120及び電極基板130を組み合わせた構造であり、コンデンサ素子110は、多孔質焼結体111、誘電体層112、固体電解質層113及び陰極引出層114を順次形成したもので、陽極導出リード115を有する。さらに、たとえばフッ素樹脂からなるしみ上がり防止手段116が取り付けられている。しみ上がり防止手段116は、多孔質焼結体111において、陽極導出リード115の根元周辺の領域を覆っており、陰極が金属条材120と短絡するのを防ぐ機能を有する。
FIG. 1A shows a solid
電極基板130は、陽極端子130aと、陰極端子130bに分けられる。また、コンデンサ素子110と陰極端子130bとの接点には、導電性接着剤140が用いられる。さらに、コンデンサ素子110、金属条材120、導電性接着剤140の全体及び電極基板130の少なくとも一部は封止樹脂150に覆われている。
The
図1Bは、コンデンサ素子110の詳部を拡大した概念図である。多孔質焼結体111はタンタルやニオブ等の弁作用金属からなる。多孔質焼結体111は、陽極導出リード115と共に前記弁作用金属微粉末を加圧成形し、続いて焼結処理を施したものであって、多数の細孔160を有する構造となっている。
FIG. 1B is a conceptual diagram in which a detailed portion of the
誘電体層112は、たとえばリン酸水溶液に上記多孔質焼結体111を浸漬させた状態で陽極酸化処理を施すことによって得られる。誘電体層112は、多孔質焼結体111の表面に形成されており、たとえば五酸化ニオブ又は五酸化タンタル等の弁作用金属酸化物からなる。
The
固体電解質層113は、多孔質焼結体111の持つ細孔160を埋めるような形で形成され、さらには図1Bに示すように、図1Aに示すコンデンサ素子110の表面の、少なくとも一部を覆うような形で形成されている。本発明の固体電解質層113は導電性高分子と光硬化性重合体の混合物を主成分とした導電性を持った層であり、後述する処理液200が光硬化してなる層である。
The
陰極引出層114は、たとえばグラファイト層114a及び銀層114bが積層されたものであり、固体電解質層113を覆っている。つまり、図1Bに示すように、コンデンサ素子110の表面の、少なくとも一部を覆うような形で形成されている。
The
図1Aに示す陰極引出層114は、たとえば銀ペーストからなる導電性接着剤140を介して陰極端子130bの一主面に対して接合されており、これによって固体電解質層113と陰極端子130bとが導通している。
The
図1Aに示す陽極導出リード115は、たとえばタンタルやニオブ等の弁作用金属からなり、多孔質焼結体111を形成する弁作用金属微粉末と同種の金属からなる。また、図1Aに示すようにその一部が多孔質焼結体111内に進入している。
The
電極基板130は、たとえば42アロイのようなNi合金からなる母材に、たとえばCuをメッキしてなる板状部材であり、陽極端子130aと陰極端子130bを含む。陽極端子130aの一主面は、金属条材120を介して陽極導出リード115と導通している。また、陽極端子130aの他主面は封止樹脂150から露出しており、固体電解コンデンサ100の実装面として機能する。陰極端子130bの一主面は、上述のように導電性接着剤140を介して陰極引出層114に対して接合されている。また、陰極端子130bの他主面は封止樹脂150から露出しており、固体電解コンデンサ100の実装面として機能する。
The
封止樹脂150は、たとえばエポキシ樹脂からなり、コンデンサ素子110、金属条材120、陽極導出リード115、電極基板130の少なくとも一主面を覆っており、これらを保護している。なお、電極基板130の封止樹脂150に覆われていない他主面は、固体電解コンデンサ100を面実装するために用いられる。
The sealing
次に、固体電解コンデンサ100の製造方法の一例について、図2、図3を用いて以下に説明する。
Next, an example of a method for manufacturing the solid
まず、タンタル又はニオブ等の弁作用金属の微粉末を陽極導出リード115と共に加圧成形し、得られた成型品に焼結処理を施すことによって、多孔質焼結体111を得る。次いで、多孔質焼結体111を、たとえばリン酸水溶液に浸漬させた状態で陽極酸化処理を施すことによって、誘電体層112を形成させる。
First, a fine powder of valve action metal such as tantalum or niobium is pressure-molded together with the
図2は、本発明にかかる固体電解コンデンサの製造方法のうち、含浸工程を示す。本項邸では、処理液200を用意する。本発明における処理液200は、導電性高分子、光硬化性重合性液体、添加剤等からなる。
FIG. 2 shows an impregnation step in the method for producing a solid electrolytic capacitor according to the present invention. In this residence, a
次に、図2に示すように、誘電体層112を形成させたコンデンサ素子110の多孔質焼結体111を処理液200に含浸させる。この含浸によって、多孔質焼結体111の持つ、上記細孔160に、処理液200が浸透する。浸透をすることによって、後述する光硬化工程の結果として生じる図2は図示しない固体電解質層113が、図2には図示しない誘電体層112を隙間なく覆うことができる。続いて、多孔質焼結体111を処理液200から引き上げる。この際に、多孔質焼結体111に対して余分に付着した処理液200は、たとえば遠心力を用いる場合や、拭き取り工程を行うことができる。
Next, as shown in FIG. 2, the
なお、処理液200を多孔質焼結体の持つ細孔160に浸透させる工程に替えて、従来法における固体電解質層113の形成手法を併用することもできる。具体的には、前述した酸化重合によって固体電解質層を形成させる方法や、前述した導電性高分子分散体の分散溶液にコンデンサ素子110の多孔質焼結体111を含浸し、続く溶媒の乾燥によって固体電解質層を形成させる方法である。従来技術との組み合わせにおいても、本発明に開示される方法を最外層すなわち多孔質焼結体111の表面に形成させる固体電解質層に適応させることによって、最外層に均一な固体電解質膜を追加形成できることから、ESRの低減や素子不良の防止といった本発明の効果を十分に期待できる。
In addition, it replaces with the process of osmosis | permeating the
図3は、図2に示した含浸工程に続く、光硬化工程を示している。光硬化工程は、たとえば多孔質焼結体111に浸透し付着した処理液200を硬化させ、固体電解質層113を形成させるための工程である。処理液200が付着した多孔質焼結体111に対して、UV光αを照射し、処理液200を光硬化させる。UV光αの光源としては、たとえば低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンアーク、カーボンアークなどを用いることができる。本工程を経ることによって、多孔質焼結体111の持つ細孔160及びその表面に、固体電解質層113が形成される。
FIG. 3 shows a photocuring process subsequent to the impregnation process shown in FIG. The photocuring step is a step for curing the
膜厚その他の条件によっては、上記含浸工程と、それに続く光硬化工程は、所望する回数を繰り返すこともできる。しかし、各繰り返し工程において形成される固体電解質膜同士は完全には合一せず、界面を生じることから、これに由来する界面抵抗が生じることがあるため、できうるだけ繰り返しは避けることが望ましい。また、本発明の特徴として、固体電解質層113の形成には硬化速度の速い光硬化反応を用いるため、処理液200は厚塗りして希望の膜厚に成型できる。これによって重ね塗りの必要がなく、十分な厚さの固体電解質層113を用意できる。
Depending on the film thickness and other conditions, the impregnation step and the subsequent photocuring step can be repeated as many times as desired. However, since the solid electrolyte membranes formed in each repetition process do not completely unite, and an interface is formed, it is desirable to avoid repetition as much as possible because an interface resistance derived from this may occur. . In addition, as a feature of the present invention, since the
本発明で用いられる光硬化反応は硬化速度が速く、成型性に優れたものであるので、形成される固体電解質層113はコンデンサ素子110の多孔質焼結体111へ均一に形成される。固体電解質層113を均一に形成させることによって、固体電解質領域の欠陥部、たとえば図6に示した欠陥部Xが生じないため、それを原因とした不良が生じない。この不良とは、たとえばESRの増大であり、他には、欠陥部位への電流集中による断線等が考えられる。
Since the photocuring reaction used in the present invention has a fast curing speed and excellent moldability, the formed
固体電解質層113の光硬化による形成工程の後、所望によって加熱、減圧等によって、高分子膜すなわち固体電解質層113の硬化反応を助ける工程が存在してもよい。
After the step of forming the
この後、図1Bに示した、固体電解質層113に対してグラファイト層114a及び銀層114bを積層させることにより、陰極引出層114を形成する。続いて、たとえばレーザー溶接法を用いて陽極導出リード115を、金属条材120に溶接する。また、金属条材120はたとえば抵抗溶接によって陽極端子130aに接合されており、陰極引出層114は導電性接着剤150を用いて陰極端子130bに接合される。
Thereafter, the
続いて、たとえばエポキシ樹脂材料を用いて、封止樹脂150をモールド成形する。以上の工程によって、固体電解コンデンサ100が完成する。
Subsequently, the sealing
<処理液200の組成>
本発明における処理液200は、導電性高分子、ドーパント、光硬化性重合性液体、光重合開始剤、その他の添加剤等からなる。以下に、本発明における処理液200の組成の詳細を述べる。
<Composition of
The
<導電性高分子>
導電性高分子のモノマーとしては、ピロール、チオフェン、又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、たとえば、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。π共役系導電性高分子は、無置換のままでも十分な導電性を得ることができるが、導電性をより高めるためには、アルキル基、カルボン酸基、スルホン酸基、アルコキシル基、ヒドロキシル基、シアノ基等の官能基をπ共役系導電性高分子に導入することが好ましい。
<Conductive polymer>
Examples of the conductive polymer monomer 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. The π-conjugated conductive polymer can obtain sufficient conductivity even if it is not substituted, but in order to further increase the conductivity, an alkyl group, a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, an alkoxyl group, a hydroxyl group It is preferable to introduce a functional group such as a cyano group into the π-conjugated conductive polymer.
このようなπ共役系導電性高分子のモノマーの具体例としてはたとえば、ピロール、N−メチルピロール、3−メチルピロール、3−オクチルピロール、3−デシルピロール、3−ドデシルピロール、3,4−ジメチルピロール、3,4−ジブチルピロール、3−カルボキシピロール、3−メチル−4−カルボキシピロール、3−メチル−4−カルボキシエチルピロール、3−メチル−4−カルボキシブチルピロール、3−ヒドロキシピロール、3−メトキシピロール、3,4−エチレンジオキシピロール等のピロール系、チオフェン、3−メチルチオフェン、3−ヘキシルチオフェン、3−ヘプチルチオフェン、3−オクチルチオフェン、3−デシルチオフェン、3−ドデシルチオフェン、3−オクタデシルチオフェン、3−ブロモチオフェン、3,4−ジメチルチオフェン、3,4−ジブチルチオフェン、3−ヒドロキシチオフェン、3−メトキシチオフェン、3−エトキシチオフェン、3−ブトキシチオフェン、3−ヘキシルオキシチオフェン、3−ヘプチルオキシチオフェン、3−オクチルオキシチオフェン、3−デシルオキシチオフェン、3−ドデシルオキシチオフェン、3−オクタデシルオキシチオフェン、3,4−ジヒドロキシチオフェン、3,4−ジメトキシチオフェン、3,4−エチレンジオキシチオフェン、3,4−プロピレンジオキシチオフェン、3,4−ブデンジオキシチオフェン、3−カルボキシチオフェン、3−メチル−4−カルボキシチオフェン、3−メチル−4−カルボキシエチルチオフェン、3−メチル−4−カルボキシブチルチオフェン等のチオフェン系、アニリン、2−メチルアニリン、3−イソブチルアニリン、2−アニリンスルホン酸、3−アニリンスルホン酸等のポリアニリン系等が挙げられる。これらからなるπ共役系導電性高分子の中でも、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ(N−メチルピロール)、ポリ(3−メチルチオフェン)、ポリ(3−メトキシチオフェン)、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)から選ばれる1種又は2種からなる重合体又は共重合体が導電率の点から好適に用いられる。さらには、ポリピロール、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)は、導電性がより高くなる上に耐熱性が向上する点から、より好ましい。 Specific examples of such π-conjugated conductive polymer monomers include, for example, pyrrole, N-methylpyrrole, 3-methylpyrrole, 3-octylpyrrole, 3-decylpyrrole, 3-dodecylpyrrole, 3,4- Dimethylpyrrole, 3,4-dibutylpyrrole, 3-carboxypyrrole, 3-methyl-4-carboxypyrrole, 3-methyl-4-carboxyethylpyrrole, 3-methyl-4-carboxybutylpyrrole, 3-hydroxypyrrole, 3 -Pyrroles such as methoxypyrrole and 3,4-ethylenedioxypyrrole, thiophene, 3-methylthiophene, 3-hexylthiophene, 3-heptylthiophene, 3-octylthiophene, 3-decylthiophene, 3-dodecylthiophene, 3 -Octadecylthiophene, 3-bromothiooff 3,4-dimethylthiophene, 3,4-dibutylthiophene, 3-hydroxythiophene, 3-methoxythiophene, 3-ethoxythiophene, 3-butoxythiophene, 3-hexyloxythiophene, 3-heptyloxythiophene, 3- Octyloxythiophene, 3-decyloxythiophene, 3-dodecyloxythiophene, 3-octadecyloxythiophene, 3,4-dihydroxythiophene, 3,4-dimethoxythiophene, 3,4-ethylenedioxythiophene, 3,4-propylene Dioxythiophene, 3,4-butenedioxythiophene, 3-carboxythiophene, 3-methyl-4-carboxythiophene, 3-methyl-4-carboxyethylthiophene, 3-methyl-4-carboxybutylthiophene, etc. Examples include offene-based, aniline, 2-methylaniline, 3-isobutylaniline, 2-anilinesulfonic acid, and polyaniline-based 3-anilinesulfonic acid. Among π-conjugated conductive polymers composed of these, polypyrrole, polythiophene, poly (N-methylpyrrole), poly (3-methylthiophene), poly (3-methoxythiophene), poly (3,4-ethylenedioxy) A polymer or copolymer consisting of one or two selected from (thiophene) is preferably used from the viewpoint of electrical conductivity. Furthermore, polypyrrole and poly (3,4-ethylenedioxythiophene) are more preferable from the viewpoint of higher conductivity and improved heat resistance.
<ドーパント>
導電性高分子が導電性を有するためには、ドーパントを添加することが望ましい。添加されるドーパントとしては、たとえば電子受容性の化合物であり、より具体的にはたとえばルイス酸化合物であり、たとえばCl―、Br―、I―等のハロゲンイオンや、HSO4 ―、R―SO4 ―(Rはアルキル基、アリール基、又はアルケニル基)等の硫酸化合物アニオン、ベンゼンスルホン酸イオン、パラトルエンスルホン酸イオン、ナフタレンスルホン酸、ブチルナフタレンスルホン酸イオン、及びドデシルベンゼンスルホン酸イオン等の芳香族スルホン酸アニオン、硝酸イオン、硝酸イオン、酢酸イオン等があげられる。
<Dopant>
In order for the conductive polymer to have conductivity, it is desirable to add a dopant. The dopant to be added is, for example, an electron-accepting compound, and more specifically, for example, a Lewis acid compound. For example, halogen ions such as Cl − , Br − and I − , HSO 4 − , R—SO, and the like. 4 - (R is an alkyl group, an aryl group, or an alkenyl group) sulfate compounds such anions, benzenesulfonate ion, p-toluenesulfonic acid ion, naphthalenesulfonic acid, butyl naphthalene sulfonic acid ion, and a dodecylbenzenesulfonic acid ion Aromatic sulfonate anions, nitrate ions, nitrate ions, acetate ions and the like.
ドーパントとしてはたとえば耐酸化性の理由からパラトルエンスルホン酸イオンを持ったもの、たとえばパラトルエンスルホン酸ピリジニウムが望ましい。なお、このドーパントは原理的に、後述する光硬化性成分の硬化を助けるための光重合開始剤としての役割を同時に担うことができる。 As the dopant, for example, a dopant having paratoluenesulfonate ion, for example, pyridinium paratoluenesulfonate, is desirable for oxidation resistance. In principle, this dopant can simultaneously serve as a photopolymerization initiator for assisting the curing of the photocurable component described later.
<光硬化性重合性液体>
本発明に用いられる光硬化性重合性液体としては、光硬化性の官能基を持つモノマー、オリゴマー、ポリマーの、単独又はそれらの混合物として用意され、また化合物種においても、単独又は複数の成分を含む、液状の単一化合物又は組成物として用意される。これらはその反応性、導電性高分子その他成分との相溶性、液状のモノマー又は組成物の粘度、結果的に生成される固体電解質層の導電性、等から好適に選ばれ配合される。さらにポリマーにおいては、そのモノマー単位が2以上の種類からなるいわゆるコポリマーであってもよい。
<Photocurable polymerizable liquid>
The photocurable polymerizable liquid used in the present invention is prepared as a monomer, oligomer, or polymer having a photocurable functional group, alone or as a mixture thereof. It is prepared as a liquid single compound or composition containing. These are suitably selected and blended in view of their reactivity, compatibility with the conductive polymer and other components, the viscosity of the liquid monomer or composition, and the conductivity of the resulting solid electrolyte layer. Further, the polymer may be a so-called copolymer having two or more types of monomer units.
光硬化性の官能基を持つ液状ポリマーとしては、たとえば、ポリエステル、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、ポリアクリル、ポリウレタン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミドシリコーン等のオリゴマー又はプレポリマー又はポリマーが挙げられる。光硬化性を有する液状ポリマーを構成するモノマーとしては、たとえば、ビスフェノールA・エチレンオキサイド変性ジアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(ペンタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールモノヒドロキシペンタアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、グリセリンプロポキシトリアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、イソボルニルアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート等のアクリレート系、テトラエチレングリコールジメタクリレート、アルキルメタクリレート、アリルメタクリレート、1,3−ブチレングリコールジメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、フェノキシエチルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート等のメタクリレート系、アリルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、高級アルコールグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、ステアリルグリシジルエーテル等のグリシジルエーテル系、3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン、3−(メタ)アリルオキシメチル−3−エチルオキセタン、(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチルベンゼン、4−フルオロ−〔1−(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル〕ベンゼン、〔1−(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)エチル〕フェニルエーテル、イソボルニルオキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、イソボルニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンテニルオキシエチル、ボルニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、3−(4−ブロモブトキシメチル)−3−メチルオキセタン、(3−メチルオキセタン−3−イル)メチルベンゾエート、3,7−ビス(3−オキセタニル)−5−オキサ−ノナン、3,3'−(1,3−(2−メチレニル)プロパンジイルビス(オキシメチレン))ビス−(3−エチルオキセタン)、1,4−ビス〔(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル〕ベンゼン、1,4−ビス〔(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル〕ビフェニル、1,2−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]エタン、1,3−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]プロパン、トリメチロールプロパントリス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、1,4−ビス(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)ブタン、1,6−ビス(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)ヘキサン、ペンタエリスリトールトリス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジトリメチロールプロパンテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、EO変性ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)、ポリ(3−(4−ブロモブトキシメチル)−3−メチルオキセタン)、N−オキセタン−2−イルメトキシメチルアクリルアミド、3,5−ビス(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)安息香酸、3,5−ビス(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)安息香酸メチルエステル、5−(3−エチル−3−オキセタニル)イソフタル酸、1,1,1−トリス[4(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)フェニル]エタン等のオキセタン系、2−クロロエチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、ヒドロキシブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、トリエチレングリコールビニルエーテル等のビニルエーテル系、酪酸ビニル、モノクロロ酢酸ビニル、ピバリン酸ビニル等のカルボン酸ビニルエステル類の単官能モノマー並びに多官能モノマーが挙げられる。 Examples of the liquid polymer having a photocurable functional group include an oligomer or a prepolymer or a polymer such as polyester, epoxy resin, oxetane resin, polyacryl, polyurethane, polyimide, polyamide, polyamideimide, and polyimide silicone. Examples of the monomer constituting the photocurable liquid polymer include bisphenol A / ethylene oxide-modified diacrylate, dipentaerythritol hexa (penta) acrylate, dipentaerythritol monohydroxypentaacrylate, dipropylene glycol diacrylate, and trimethylol. Propane triacrylate, glycerin propoxy triacrylate, 4-hydroxybutyl acrylate, 1,6-hexanediol diacrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, isobornyl acrylate, polyethylene glycol diacrylate, pentaerythritol triacrylate , Tetrahydrofurfuryl acrylate, trimethylolpropane triacrylate Acrylates such as tripropylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol dimethacrylate, alkyl methacrylate, allyl methacrylate, 1,3-butylene glycol dimethacrylate, n-butyl methacrylate, benzyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate , Methacrylates such as glycidyl methacrylate, 1,6-hexanediol dimethacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, isobornyl methacrylate, lauryl methacrylate, phenoxyethyl methacrylate, t-butyl methacrylate, tetrahydrofurfuryl methacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate Allylic Glycidyl ethers such as cidyl ether, butyl glycidyl ether, higher alcohol glycidyl ether, 1,6-hexanediol glycidyl ether, phenyl glycidyl ether, stearyl glycidyl ether, 3-ethyl-3-hydroxymethyloxetane, 3- (meth) allyl Oxymethyl-3-ethyloxetane, (3-ethyl-3-oxetanylmethoxy) methylbenzene, 4-fluoro- [1- (3-ethyl-3-oxetanylmethoxy) methyl] benzene, [1- (3-ethyl- 3-oxetanylmethoxy) ethyl] phenyl ether, isobornyloxyethyl (3-ethyl-3-oxetanylmethyl) ether, isobornyl (3-ethyl-3-oxetanylmethyl) ether, dicyclopentenyloxyethyl , Bornyl (3-ethyl-3-oxetanylmethyl) ether, 3- (4-bromobutoxymethyl) -3-methyloxetane, (3-methyloxetane-3-yl) methylbenzoate, 3,7-bis (3 -Oxetanyl) -5-oxa-nonane, 3,3 '-(1,3- (2-methylenyl) propanediylbis (oxymethylene)) bis- (3-ethyloxetane), 1,4-bis [(3 -Ethyl-3-oxetanylmethoxy) methyl] benzene, 1,4-bis [(3-ethyl-3-oxetanylmethoxy) methyl] biphenyl, 1,2-bis [(3-ethyl-3-oxetanylmethoxy) methyl] Ethane, 1,3-bis [(3-ethyl-3-oxetanylmethoxy) methyl] propane, trimethylolpropane tris (3-ethyl-3-oxetani Methyl) ether, 1,4-bis (3-ethyl-3-oxetanylmethoxy) butane, 1,6-bis (3-ethyl-3-oxetanylmethoxy) hexane, pentaerythritol tris (3-ethyl-3-oxetanylmethyl) ) Ether, caprolactone-modified dipentaerythritol hexakis (3-ethyl-3-oxetanylmethyl) ether, ditrimethylolpropanetetrakis (3-ethyl-3-oxetanylmethyl) ether, EO-modified bisphenol A bis (3-ethyl-3-) Oxetanylmethyl), poly (3- (4-bromobutoxymethyl) -3-methyloxetane), N-oxetan-2-ylmethoxymethylacrylamide, 3,5-bis (3-ethyl-3-oxetanylmethoxy) benzoic acid 3,5-bis (3-ethyl-3 Oxetane series such as oxetanylmethoxy) benzoic acid methyl ester, 5- (3-ethyl-3-oxetanyl) isophthalic acid, 1,1,1-tris [4 (3-ethyl-3-oxetanylmethoxy) phenyl] ethane, 2 -Monofunctional monomers of vinyl ethers such as chloroethyl vinyl ether, cyclohexyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, hydroxybutyl vinyl ether, isobutyl vinyl ether, and triethylene glycol vinyl ether, and monofunctional monomers of carboxylic acid vinyl esters such as vinyl butyrate, vinyl monochloroacetate, and vinyl pivalate. A functional monomer is mentioned.
光エネルギーによる硬化反応は、硬化メカニズムの違いによって、ラジカル重合型とカチオン重合型に分けられる。よって、光硬化性重合性液体も、ラジカル重合型とカチオン重合型に分けられる。 The curing reaction by light energy is divided into a radical polymerization type and a cationic polymerization type depending on the curing mechanism. Therefore, the photocurable polymerizable liquid is also classified into a radical polymerization type and a cationic polymerization type.
上記に列挙した主成分すなわち光硬化性を有する液状ポリマーを構成するモノマーのうち、特にアクリレート系、メタクリレート系はラジカル重合型であり、グリシジルエーテル系すなわちエポキシ系、オキタセン系、ビニルエーテル系はカチオン重合型である。 Among the monomers constituting the liquid polymer having photocurability, the main components listed above, in particular, acrylate-based and methacrylate-based are radical polymerization types, and glycidyl ether-based, that is, epoxy-based, octacene-based, vinyl ether-based cationic polymerization types. It is.
<光重合開始剤>
光重合開始剤、光硬化性重合性液体を重合架橋し、硬化させる。光重合開始剤は、紫外線等の光エネルギー線を受けることによって、光ラジカル重合または光カチオン重合を開始するための化学種を生成する添加剤である。よって、本発明に係る光硬化性重合性液体には、必要に応じて光重合開始剤を添加することができる。その光重合開始剤には、ラジカル重合開始剤としては、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ミヒラーベンゾイルベンゾエート、α−アミロキシムエステル、テトラメチルチウラムモノサルファイド、チオキサントン類等が挙げられる。また、カチオン重合開始剤としては、アリールジアゾニウム塩類、ジアリールハロニウム塩類、トリフェニルスルホニウム塩類、等のオニウム塩類が好ましく、シラノール/アルミニウムキレート、α−スルホニルオキシケトン類等も挙げられる。さらに、光増感剤として、n−ブチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−ブチルホスフィン等を混合できる。上記の光重合開始剤は、本発明の光硬化性重合性液体の組成中、0.1〜15質量%含むことが好ましく、0.2〜12質量%がより好ましく、0.3〜10質量%含むことがさらに好ましい。特に、導電性高分子は、実質的に光を吸収する性質を有しているため、光硬化性に影響を及ぼす。この点に留意して光重合開始剤の分量を調整する必要がある。
<Photopolymerization initiator>
A photopolymerization initiator and a photocurable polymerizable liquid are polymerized and cross-linked and cured. The photopolymerization initiator is an additive that generates a chemical species for initiating photoradical polymerization or photocationic polymerization by receiving light energy rays such as ultraviolet rays. Therefore, a photopolymerization initiator can be added to the photocurable polymerizable liquid according to the present invention as necessary. Examples of the photopolymerization initiator include radical polymerization initiators such as acetophenones, benzophenones, Michler benzoyl benzoate, α-amyloxime ester, tetramethylthiuram monosulfide, and thioxanthones. Moreover, as cationic polymerization initiators, onium salts such as aryldiazonium salts, diarylhalonium salts, and triphenylsulfonium salts are preferable, and examples include silanol / aluminum chelates and α-sulfonyloxyketones. Furthermore, n-butylamine, triethylamine, tri-n-butylphosphine, or the like can be mixed as a photosensitizer. The photopolymerization initiator is preferably contained in the composition of the photocurable polymerizable liquid of the present invention in an amount of 0.1 to 15% by mass, more preferably 0.2 to 12% by mass, and 0.3 to 10% by mass. % Is more preferable. In particular, the conductive polymer has a property of substantially absorbing light, and thus affects photocurability. In consideration of this point, it is necessary to adjust the amount of the photopolymerization initiator.
本発明にかかる光重合開始剤として特に望ましいのは、いわゆる硬化収縮の少ないタイプの光硬化性重合性液体であり、それにはカチオン重合型が望ましい。さらにカチオン重合型の光硬化性液状重合体は、酸素による表面硬化阻害が生じず、薄膜硬化が可能なこと等からも、本発明に適応する上では望ましい。 Particularly desirable as a photopolymerization initiator according to the present invention is a photocurable polymerizable liquid of a so-called low curing shrinkage, and a cationic polymerization type is desirable for this. Furthermore, the cationic polymerization type photo-curable liquid polymer is desirable in adapting to the present invention because it does not inhibit surface curing by oxygen and enables thin film curing.
よって、本発明に係る光硬化性重合性液体としてはたとえば、エポキシ系、オキセタン系、ビニルエーテル系からなる群から選ばれる、一種又は二種以上のモノマー、オリゴマー又はポリマーからなる光硬化性重合性液体を用いることが好ましく、さらに、エポキシ系、オキセタン系がより好ましく、特にオキセタン系が好ましい。エポキシ系やオキセタン系の環状構造を有する化合物を用いることにより、素子表面に形成させた固体電解質層113の密着性、光硬化性が特に優れる。これは、エポキシ環やオキセタン環を有する化合物は、重合反応の前後で体積変化が小さく反応性が高いという特徴による。ラジカル重合型の重合の場合、重合反応に際して分子間に新しい炭素―炭素結合が形成され、分子間距離が縮まることになり、生成される高分子硬化体分子全体の嵩高さが減少することに起因する。一方、カチオン重合型の重合、特に開環重合の場合、開環反応による結合の解裂すなわち分子が鎖状に広がることと、結合の生成が同時に起こるために重合反応前後での分子全体の嵩高さはほとんど変化しない。結果、体積変化に伴うひずみを生じないために、固体電解質層113の素子表面に対する密着性の悪化を防ぐことができる。なお、エポキシ系、オキセタン系液状重合体に加えて、同様にカチオン重合型であるビニルエーテル系液状重合体を好ましく配合することができる。また、本発明の効果を損なわない範囲で、ラジカル重合型の化合物を併用することができる。
Therefore, the photocurable polymerizable liquid according to the present invention is, for example, a photocurable polymerizable liquid composed of one or more monomers, oligomers or polymers selected from the group consisting of epoxy-based, oxetane-based, and vinyl ether-based compounds. It is preferable to use epoxy, more preferably an epoxy type and an oxetane type, and particularly preferably an oxetane type. By using a compound having an epoxy-based or oxetane-based cyclic structure, the adhesion and photocurability of the
本発明の光硬化性重合性液体において、上記に挙げた光重合性化合物のうち、特にモノマーは、通常、反応性希釈剤として用いられ、本発明の光硬化性組成物の粘度を下げるのに有効であり、光硬化性重合性液体の、好ましくは95質量%以下、より好ましくは90質量%以下、特に好ましくは85質量%以下の範囲で添加される。モノマーの割合を95質量%以下とすることにより、硬化膜の機械的な強度、耐熱性をより良好に保つことができる。一方で、モノマーは、反応性希釈剤として用いるため、通常は、本発明の光硬化性重合性液体に必須であり、好ましくは、全光硬化性重合性液体の1質量%以上、より好ましくは3質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上の割合で配合される。 In the photocurable polymerizable liquid of the present invention, among the photopolymerizable compounds listed above, in particular, the monomer is usually used as a reactive diluent to reduce the viscosity of the photocurable composition of the present invention. It is effective and is added in the range of preferably 95% by mass or less, more preferably 90% by mass or less, and particularly preferably 85% by mass or less of the photocurable polymerizable liquid. By making the ratio of the monomer 95% by mass or less, the mechanical strength and heat resistance of the cured film can be kept better. On the other hand, since the monomer is used as a reactive diluent, it is usually essential for the photocurable polymerizable liquid of the present invention, preferably 1% by mass or more of the total photocurable polymerizable liquid, more preferably 3% by mass or more, more preferably 5% by mass or more.
<有機溶剤>
本発明の処理液200に含まれる有機溶剤は、処理液200において2質量%以下の範囲であり、より好ましくは0.5質量%以下であり、含有しないことが特に好ましい。特に、本発明の光硬化性を有する液状重合体の組成においては、モノマー又はオリゴマーが、反応性液体としての役割と同時に、希釈液体としての役割も備えるため、本発明のたとえば導電性高分子のような処理液200に含まれる他要素を溶解するための有機溶剤は、必ずしも含む必要はない。さらに詳しくは、同じ光反応性の官能基を持つ物質群として、モノマー、オリゴマー、ポリマーが考えられるが、一般的に重合度が低いほど、物質の粘度は低い傾向にある。重合度とは、上記オリゴマー、ポリマーを構成する繰り返し構造が繰り返される回数である。よって、溶媒を用いなくても、たとえばモノマーの分量を増やすことによって、処理液200全体の粘度を低下させることが十分に可能である。
<Organic solvent>
The organic solvent contained in the
有機溶剤を使用しないことによる利点として、固体電解質層113の形成工程において、有機溶剤の揮発を目的としたベーキング処理が不要なため、生産性の向上、省スペース化、省エネルギー化等が見込める。さらには有機溶剤を用いないプロセスとすることが可能なことから、化学物質排出移動量届出制度(PRTR、Pollutant Release and Transfer
Registen)対応や揮発性有機化合物(VOC、Volatile Organic Compound)規制等の対応も容易となる点が挙げられる。一方、有機溶剤を多く用いるプロセスでは、上述したように有機溶剤の揮発・乾燥による導電性高分子からなる固体電解質膜の体積の変化が、素子に対する該膜の密着性を低下させる傾向がある。
As an advantage of not using an organic solvent, since the baking process for the purpose of volatilization of the organic solvent is unnecessary in the step of forming the
Registen) and volatile organic compound (VOC) regulations can be easily dealt with. On the other hand, in a process using a large amount of organic solvent, as described above, a change in the volume of the solid electrolyte film made of a conductive polymer due to volatilization and drying of the organic solvent tends to reduce the adhesion of the film to the element.
しかしながら、塗工性、光硬化反応の際の反応性、導電性高分子の溶解性等の観点から、有機溶剤を任意に添加してもよい。本発明の処理液200に好適に用いることができる有機溶剤としては、導電性高分子の溶解やフォトレジスト、光硬化性樹脂等の希釈等で一般的に用いられているものであり、処理液200に含まれる成分を溶解し、該液中に均一にそれを分散させる効果を有し、かつ処理液200の成分とは反応性を有さないものであればよい。
However, an organic solvent may be optionally added from the viewpoints of coatability, reactivity during photocuring reaction, solubility of conductive polymer, and the like. The organic solvent that can be suitably used in the
その他、本発明の処理液200には、添加剤として導電性高分子の劣化を防ぐ酸化防止剤、固体電解質膜の塗布ムラなど塗布不良防止のための界面活性剤、等を好適に配合することができる。
In addition, the
<処理液200の配合>
以上に挙げた処理液200の構成要素を好適に配合し混合することにより、処理液200は構成される。本発明における固体電解質層113の原料たる処理液200は少なくとも導電性高分子と光硬化性重合性液体とからなる。
<Composition of
The
さらに、本発明の処理液200における、導電性高分子、光硬化性重合性液体、添加剤等の好ましいブレンド形態について述べるが、重合性モノマーのブレンドの範囲は特にこれらに限定されるものではない。本発明の処理液200は、ESRの低減、導電率、機械的強度の観点から、各成分の配合比率が選ばれる。特に、ESRの低減又は導電率は導電性高分子の配合量ならびにドープ量によって左右され、機械的強度、硬化速度、密着性等は主に光硬化性重合性液体の配合によって左右される。本発明に係る効果を得るためには、処理液200には導電性高分子は20質量%〜90質量%の範囲で含まれるのが好ましく、さらに30質量%〜70質量%が好ましい。また、光硬化性重合性液体は10質量%〜70質量%の範囲で含まれるのが好ましく、さらに20質量%〜50質量%が好ましい。
Furthermore, although preferable blend forms, such as a conductive polymer, a photocurable polymerizable liquid, and an additive, in the
上記構成成分は混合物としなくても、順次積層体としても形成させることが可能であるが、好ましくは、少なくとも導電性高分子と光硬化性重合性液体は混合物とすることであり、さらに好ましくはすべてが混合物となっている場合である。これは、積層工程とすると工程数が増え、操作が煩雑になってしまう点や、積層層間に形成される界面の影響、さらに溶媒による乾燥、膨潤が繰り返される結果、膜の均一性や密着性が損なわれる、等の問題が生じることが考えられるからである。しかしながら、本発明の効果を損なわない範囲で、上記構成成分を積層構造とする方法を併用することができる。 The above components can be sequentially formed as a laminate without being a mixture. Preferably, at least the conductive polymer and the photocurable polymerizable liquid are a mixture, and more preferably This is the case when everything is a mixture. This is because the number of steps increases and the operation becomes complicated when the lamination process is performed, the influence of the interface formed between the lamination layers, and the drying and swelling by the solvent are repeated, resulting in film uniformity and adhesion. This is because problems such as damage may be caused. However, a method of making the above constituent components into a laminated structure can be used in combination as long as the effects of the present invention are not impaired.
<熱硬化性重合性液体について>
本発明に係る光硬化性の液状成分は光という刺激によって硬化、成型が可能な成分としているが、このような刺激応答性の硬化成分という意味では熱によって硬化するタイプいわゆる熱硬化性樹脂といった成分が広く用いられている。本発明に係る光硬化性重合性液体の代替として、上記熱硬化性重合性液体を用いることも考えられるが、本発明に係る硬化成分として、熱硬化性重合性液体のみを用いる場合は、以下の理由により必ずしも好ましくない。たとえば硬化に高温を要するタイプの熱硬化性成分は耐熱性に優れかつ反応の制御が容易な反面、コンデンサ素子部に熱ストレスを与える恐れがある。一方、硬化が室温乃至はそれより低温で可能なものに関しては室温下で硬化しやすいためにたとえば温度管理といったことに留意する必要があり、ハンドリングを悪化させ工程を煩雑にする恐れがある。
<About thermosetting polymerizable liquid>
The photocurable liquid component according to the present invention is a component that can be cured and molded by stimulation of light, but in the sense of such a stimulus-responsive curing component, a component that is cured by heat, such as a so-called thermosetting resin Is widely used. As an alternative to the photocurable polymerizable liquid according to the present invention, it may be possible to use the thermosetting polymerizable liquid, but when using only the thermosetting polymerizable liquid as the curing component according to the present invention, For this reason, it is not always preferable. For example, a thermosetting component of a type that requires a high temperature for curing is excellent in heat resistance and easy to control the reaction, but may cause thermal stress on the capacitor element portion. On the other hand, for those which can be cured at room temperature or lower temperature, it is easy to cure at room temperature, so it is necessary to pay attention to, for example, temperature management, and there is a risk that handling may be deteriorated and the process becomes complicated.
また、任意の位置に導電性高分子からなる導電膜を形成する手法すなわち部位選択的な固体電解質層の形成といったことは、熱硬化性の成分のみでは達成困難である。しかしながら、本発明の効果を損なわない範囲で、熱硬化性の液状成分又は熱重合開始剤を必要に応じて混合することができる。 In addition, it is difficult to achieve a method of forming a conductive film made of a conductive polymer at an arbitrary position, that is, formation of a site-selective solid electrolyte layer with only a thermosetting component. However, a thermosetting liquid component or a thermal polymerization initiator can be mixed as needed within a range not impairing the effects of the present invention.
<固体電解コンデンサの製造工程の変形例>
本発明を用いることによって特に有効と考えられる固体電解コンデンサの、変形例を以下に示す。
<Modification of manufacturing process of solid electrolytic capacitor>
Modification examples of the solid electrolytic capacitor that is considered to be particularly effective by using the present invention will be described below.
図5は、変形例として、固体電解質層をコンデンサ素子の任意の場所に形成することを可能にする、光硬化工程の変形例を示している。 FIG. 5 shows a modified example of the photocuring process that enables the solid electrolyte layer to be formed at an arbitrary location of the capacitor element as a modified example.
さらに具体的には、図5では、主部が直方体状である多孔質焼結体111頂点部に、選択的に固体電解質膜を形成した様子を示している。
More specifically, FIG. 5 shows a state in which a solid electrolyte membrane is selectively formed at the apex of the porous
図5で示した光硬化工程に先立って、図2に示した含浸工程を施し、誘電体層112を形成させたコンデンサ素子110の多孔質焼結体111を、処理液200に含浸させる。このときに用いるコンデンサ素子110には、多孔質焼結体111に誘電体層112を形成させた状態のものでもよく、さらに固体電解質層113を形成させたものでもよく、その方法としては上記で述べた、本発明の方法を用いてもよく、また従来発明で例示したような方法で固体電解質層113を形成させてもよい。
Prior to the photocuring step shown in FIG. 5, the
続いて、多孔質焼結体111を処理液200から引き上げる。この際に、多孔質焼結体111に対して余分に付着した処理液200は、たとえば遠心力を用いる場合や、拭き取り工程を行うことができる。
Subsequently, the porous
続いて光硬化工程として、図5に示すようにスポット光源310を用意するとよい。スポット光源310は、処理液200の光硬化反応に十分な光強度を発生できるものであり、かつ、光を照射する領域を任意に絞ることができる機構を有した光源装置であり、たとえばレーザー光源や、半導体の製造に用いられるフォトレジストの露光手段等である。
Subsequently, as a photocuring step, a
今、多孔質焼結体111表面には、たとえば均一に処理液200が塗布されている状態である。ここに対して、任意の場所にスポット光源310を照射する。
Now, the
スポット光源310によって光硬化反応を行った後に、コンデンサ素子110は適切な溶媒によって、洗浄操作を受けるとよい。このとき、スポット光源310によって露光された部分のみが硬化しているため、その部分のみがコンデンサ素子110に残留し、未硬化の部分すなわち余剰の処理液200は、この洗浄操作により脱落する。
After performing the photocuring reaction with the
このようにして形成されたのが部位選択的固体電解質層226である。部位選択的固体電解質層226はたとえば、固体電荷脂質113が、多孔質焼結体111の頂点部分で不足している部位すなわち欠陥部位Xに対して、それを覆うような形で形成させるとよい。これによって、欠陥部位Xを原因として生じる不良、たとえばESRの増大や、過電流による欠陥部Xでの断線等を防止することができる。
The site-selective
本発明の有効な点を、図5と図7を比較して述べる。 The effectiveness of the present invention will be described by comparing FIG. 5 and FIG.
部位選択的固体電解質層226は、たとえば上記のように欠陥部Xの周囲にのみ選択的に形成させるようにすることで、コンデンサ素子110全体に形成させた場合に比べて余分な固体電解質膜が形成されないため、重ね塗りによるESRの増大といった問題が起こらない。なお、本項で言う余分に形成される固体電解質層とは、図7に示されている、固体電解質層1130が多層となっている部分である。
The site-selective
さらに詳しくは、図1Aに示したように、コンデンサ素子110の一主面は導電性高分子140を介して陰極端子130bと接合しているが、図7に示すように固体電解質層が多層構造となることにより界面が生じ、それが界面抵抗となってしまうことが考えられる。従って、該主面には固体電解質層を積層しないことが望ましい。本発明の方法を用いることによって、図5に示したように、該主面に余分な積層膜を設けることなく、容易な操作で位置精度の高い固体電解質層の形成、すなわちコンデンサ素子110の頂点部分への選択的形成を行えるため、上記の問題点は解決される。
More specifically, as shown in FIG. 1A, one main surface of the
さらに、上記工程の洗浄操作によって除かれた余分の処理液200に関しては、洗浄に用いた溶媒を留去することによって再利用可能であり、使用する材料の低減につながり、コスト削減が可能となる。
Furthermore, the
上記選択的な固体電解質層の形成を助ける手法として、又は均一塗布を目的とした場合でも、含浸工程以外の一般的に知られた塗布工程、たとえばインクジェット法、ドロップキャスト法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、エクストルージャンコート法、スピンコート法、スリットスキャン法等を好適に用いる又は含浸工程と併用することができる。これらの方法は製膜部位の選択性向上という効果以外にも、処理液200の使用量を制限できるため原材料費の抑制にも有効である。
As a method for assisting the formation of the selective solid electrolyte layer, or even for the purpose of uniform coating, generally known coating processes other than the impregnation process, such as an inkjet method, a drop cast method, an air knife coating method, A curtain coating method, a wire bar coating method, a gravure coating method, an extrusion coating method, a spin coating method, a slit scanning method, or the like can be suitably used or used in combination with an impregnation step. In addition to the effect of improving the selectivity of the film-forming site, these methods are effective in reducing raw material costs because the amount of the
なお、上記および図5では、固体電解質層113を形成させたコンデンサ素子110に対して、部位選択的固体電解質層226を順次形成させた例を示したが、部位選択的固体電解質層226を先に形成させ、その後に固体電解質層113を、本発明の方法を用いて形成させてもよく、さらに本発明の効果を損なわない範囲で、従来発明において用いられている方法、たとえば前述した酸化重合によって固体電解質層を形成させる方法や、前述した導電性高分子分散体の分散溶液にコンデンサ素子110の多孔質焼結体111を含浸し、続く溶媒の乾燥によって固体電解質層を形成させる方法である。
In the above and FIG. 5, the example in which the site selective
本発明の固体電解コンデンサは、形状が安定し密着性に優れた固体電解質層を持つため、ESRの低減が図れ、かつ不良発生率が低いため、産業上の利用可能性は大である。 Since the solid electrolytic capacitor of the present invention has a solid electrolyte layer having a stable shape and excellent adhesion, the ESR can be reduced and the defect occurrence rate is low, so that the industrial applicability is great.
100 固体電解コンデンサ
110 コンデンサ素子
111 多孔質焼結体
112 誘電体層
113、1130 固体電解質層
114 陰極引出層
114a グラファイト層
114b 銀層
115 陽極導出リード
116 しみ上がり防止手段
120 金属条材
130 電極基板
130a 陽極端子
130b 陰極端子
140 導電性接着剤
150 封止樹脂
160 細孔
200 処理液
310 スポット光源
α UV光
Z、Z2、Z3、Z4、Z5 要部
DESCRIPTION OF
Claims (12)
上記多孔質焼結体の少なくとも一部を覆う誘電体層と、
上記誘電体層の少なくとも一部を覆う固体電解質層と、
を備える固体電解コンデンサであって、
上記固体電解質層の少なくとも一部は、光硬化性樹脂を含まない層と、光硬化性樹脂を含む層を有するように積層されていることを特徴とする、固体電解コンデンサ。 Made of valve action metal, a rectangular parallelepiped porous sintered body,
A dielectric layer covering at least a part of the porous sintered body;
A solid electrolyte layer covering at least a part of the dielectric layer;
A solid electrolytic capacitor comprising:
At least one part of the said solid electrolyte layer is laminated | stacked so that it may have a layer which does not contain photocurable resin, and a layer containing photocurable resin, The solid electrolytic capacitor characterized by the above-mentioned.
上記多孔質焼結体の少なくとも一部を覆う誘電体層を形成する工程と、
上記誘電体層の少なくとも一部を覆う固体電解質層を形成する工程と、を有する固体電解コンデンサの製造方法であって、
上記固体電解質層を形成する工程において、
光硬化性樹脂を含まない固体電解質層を形成する工程と、
導電性高分子と光硬化性成分を含む処理液を塗布する工程と、
前記塗布した処理液のうち、余分を除く工程と、
光硬化によって固体電解質層を形成する工程を有することを特徴とする、
固体電解コンデンサの製造方法。 A step of forming a rectangular parallelepiped porous sintered body made of a valve metal,
Forming a dielectric layer covering at least a part of the porous sintered body;
Forming a solid electrolyte layer covering at least a part of the dielectric layer, and a method for producing a solid electrolytic capacitor comprising:
In the step of forming the solid electrolyte layer,
Forming a solid electrolyte layer that does not contain a photocurable resin; and
Applying a treatment liquid containing a conductive polymer and a photocurable component;
Of the applied treatment liquid, a process of removing excess,
Having a step of forming a solid electrolyte layer by photocuring,
A method for producing a solid electrolytic capacitor.
導電性高分子と、
上記導電性高分子の導電性を調節するためのドーパントと、
光硬化性成分と、
上記、光硬化性成分の光硬化を助ける光重合開始剤と、
を含む混合物であ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の製造方法。 In the above treatment liquid,
A conductive polymer;
A dopant for adjusting the conductivity of the conductive polymer;
A photocurable component;
A photopolymerization initiator that aids photocuring of the photocurable component, and
The method for producing a solid electrolytic capacitor according to claim 6, wherein the solid electrolytic capacitor is a mixture containing
導電性高分子を20〜80質量%と、
光硬化性重合性液体を10〜70質量%と、を含む混合物であることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の固体電解コンデンサの製造方法。 At least in the treatment liquid,
20-80% by mass of a conductive polymer,
The method for producing a solid electrolytic capacitor according to claim 6 or 7, wherein the mixture comprises 10 to 70% by mass of a photocurable polymerizable liquid.
導電性高分子の機能を保護する酸化防止剤と、
塗布不良を防止する界面活性剤と
のうち、少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項7に記載の固体電解コンデンサの製造方法。 In the above treatment liquid,
An antioxidant that protects the function of the conductive polymer;
The method for producing a solid electrolytic capacitor according to claim 7, comprising at least one of surfactants that prevent application failure.
単独又は複数の化合物を含む、液状の単一化合物又は組成物であり、
液体であることを特徴とする請求項6〜10のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサの製造方法。 The photocurable component is a monomer, oligomer or polymer having a photocurable functional group, alone or a mixture thereof.
A liquid single compound or composition comprising one or more compounds,
It is a liquid, The manufacturing method of the solid electrolytic capacitor as described in any one of Claims 6-10 characterized by the above-mentioned.
上記処理液を素子の一部又は全部に塗布するステップと、
上記塗布した処理液の一部に硬化光源を選択的に照射するステップと、
上記ステップにて硬化していない余分の処理液を洗い流すステップと、
をさらに有することを特徴とする請求項6〜11のいずれか一項に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
以上 In the step of forming a solid electrolyte layer by photocuring,
Applying the treatment liquid to part or all of the element;
Selectively irradiating a part of the applied treatment liquid with a curing light source;
Washing off the excess treatment liquid not cured in the above steps;
The method for producing a solid electrolytic capacitor according to claim 6, further comprising:
that's all
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