JPH05234819A - コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、コンデンサ特性とりわけ周波数特
性ならびに高温高湿下における信頼性特性の優れた小型
大容量のコンデンサの製造方法に関するもので、高温高
湿下で容量、損失及び高周波インピーガンス特性の劣化
の小さい優れた信頼性のコンデンサを実現することを目
的とする。 【構成】 コンデンサの少なくとも一方の電極を導電性
高分子層で形成し、しかる後不活性ガスまたは減圧下で
加熱することにより、エ−ジング効果で導電性高分子の
形状変化の安定化と電気伝導度の向上が達成でき、初期
の容量及び損失特性に優れさらに高温安定性の改善され
たコンデンサが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、周波数特性、損失特性
ならびに信頼性特性の優れたコンデンサ、とりわけ少な
くとも一方の電極に導電性高分子を用いる小型大容量に
適する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】近年、電気機器のデジタル化に伴って、
コンデンサも小型大容量で高周波領域でのインピーダン
スの低いものが要求されている。従来、高周波領域で使
用されるコンデンサにはプラスチックコンデンサ、マイ
カコンデンサ、積層セラミックコンデンサがあるが、こ
れらのコンデンサでは形状が大きくなり大容量化が難し
い。

【０００３】一方、大容量コンデンサとしてはアルミニ
ウム乾式電解コンデンサあるいはアルミニウムまたはタ
ンタル固体電解コンデンサ等の電解コンデンサがある。
これらのコンデンサでは誘電体となる酸化皮膜は極めて
薄いために大容量が実現できるのであるが、一方酸化皮
膜の損傷が起こり易いためにそれを修復するための電解
質を陰極との間に設ける必要がある。

【０００４】アルミニウム乾式コンデンサでは、エッチ
ングを施した陽、陰極アルミニウム箔をセパレータを介
して巻取り、液状の電解質をセパレータに含浸して用い
ている。この液状電解質はイオン伝導性で比抵抗が大き
いため、損失が大きくインピーダンスの周波数特性、温
度特性が著しく劣る、さらに加えて液漏れ、蒸発等が避
けられず、時間経過と共に容量の減少及び損失の増加が
起こるといった問題を抱えていた。

【０００５】またタンタル固体電解コンデンサでは二酸
化マンガンを電解質として用いているため、温度特性お
よび容量、損失等の経時変化の問題は改善されるが、二
酸化マンガンの比抵抗が比較的高いため損失、インピー
ダンスの周波数特性が積層セラミックコンデンサあるい
はフィルムコンデンサと比較して劣っていた。

【０００６】近年、ピロール、チオフェンなどの複素環
式のモノマーを支持電解質を用い電解酸化重合すること
により、支持電解質のアニオンをドーパントとして含む
導電性高分子を電解質（真の陰極）として用いる周波数
特性及び温度特性の優れた固体電解コンデンサが提案さ
れている（特開昭60- 37114号公報、特開昭60-244017号
公報参照）。

【０００７】さらにまた、エッチドアルミ箔上に電着ポ
リイミド薄膜からなる誘電体を形成した後電解重合導電
性高分子層を形成して電極とする大容量フィルムコンデ
ンサが提案されている（電気化学会第５８会大会講演要
旨集２５１〜２５２頁（１９９１年）参照）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、陽極体上に形成された導電性高分子層
が、高温下特に１２５℃程度以上の高温で形状変化が生
じるため、コンデンサを高温下に保持した場合、早期の
段階で比較的大きな容量、損失の変動が生じるといった
課題を抱えていた。

【０００９】本発明は上記従来技術の課題を解決するも
ので、高温下における特性変動の少ない、信頼性特性の
優れた小型大容量コンデンサを提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、コンデンサ誘電体層面に電極となる導電性
高分子膜を形成した後、不活性ガス中または減圧下で１
５０℃ないし３５０℃の温度で加熱処理し、導電性高分
子をエージングすることにより、コンデンサ特性の安定
化を図るものである。

【００１１】導電性高分子としては、コンデンサの電極
として機能する程度の電気伝導度を有するものであれば
どのようなものでも使用できるが、ピロールまたはその
誘導体を繰り返し単位とするものが望まれる。導電性高
分子の電極の形成方法はどのような方法でも良いが、特
に電解重合による方法が好ましい。

【００１２】加熱処理するのは、導電性高分子電極形成
直後に行うほか、電極リード取出し用のコロイダルグラ
ファイト及び銀ペイント塗布後に行うこともできる。前
者の方がコロイダルグラファイト及び銀ペイントに含ま
れるバインダ樹脂の硬化収縮ストレスとの相乗効果によ
る変化が大きくなるのを防止する観点から望まれる。

【００１３】不活性ガスは例えば窒素、ヘリウム、ネオ
ン、アルゴン等導電性高分子と加熱処理中に反応しない
ものであればどのようなものでも使用できる。減圧時の
圧力は加熱処理中に実質的に導電性高分子を酸化しない
程度の酸素分圧であれば良く特に限定はないが、２００
Ｐ程度以下の圧力が望まれる。

【００１４】１５０℃未満の温度では、導電性高分子の
エ−ジングが実質的になされず、また３５０℃を越える
場合には、その熱分解等劣化が生じる恐れがあるため、
加熱温度は１５０℃〜３５０℃の範囲が望まれる。

【００１５】高分子のエ−ジング効果が現れるのは温度
によって異なり、高い温度ほど保持時間が短くて済み、
２００℃の場合概ね１時間以上保持した場合ほとんど同
じ効果が観測された。保持時間を長くしても特性的には
問題はないが、製造の効率が低下するため、必要以上に
長くすることは好ましくない。

【００１６】誘電体としては実質的にコンデンサが構成
可能であればどのようなものでも使用できるが、特にエ
ッチドアルミ箔上またはタンタル焼結体上に設けられた
陽極酸化皮膜であることが好ましい。

【００１７】

【作用】本発明は、少なくとも一方の電極が導電性高分
子からなるコンデンサにおいて、導電性高分子膜形成後
に不活性ガス雰囲気中または減圧下で適当な温度に加熱
することにより、エ−ジングまたは電極との密着部間に
存在するアンカ−効果により、容積変化及び延伸が起こ
り形状が安定化する。このため、以後加熱等の環境条件
が変化しても、コンデンサ特性が大きく変化することな
く安定に保たれる。 なおポリピロ−ルにおいて顕著で
あるが、このような加熱により、ポリマ−分子の再配列
によると考えられる電気伝導度の向上が見られる場合も
あり、このような場合にはさらに初期損失係数の向上も
観測される。

【００１８】

【実施例】（実施例１）以下、本発明の第１の実施例に
ついて説明する。

【００１９】４×１０ｍｍのアルミニウムエッチド箔を
３ｍｍと６ｍｍの部分に仕切るように両面に渡って幅１
ｍｍのポリイミドテープを貼付け前者の側に陽極リード
を取り付け、後者の４×６ｍｍの部分を３％アジピン酸
アンモニウム水溶液を用い、約７０℃で５０Ｖ印加して
陽極酸化により誘電体被膜を形成後、硝酸マンガン３０
％水溶液に浸し、さらに２５０℃で１０分加熱し熱分解
マンガン酸化物を表面に付着させて陽極を作製した。こ
の陽極箔にステンレス製の電解重合用電極を接触させ、
ピロールモノマー（０．２５Ｍ）、トリイソプロピルナ
フタレンスルフォン酸ナトリウム（０．１Ｍ）水からな
る電解液に浸し、電解重合電極と離隔して設けた電解重
合用第二の電極の間に３Ｖの電圧を印加してポリピロー
ルからなる電解重合膜を形成した。電解重合電極を取り
外し水を用いて洗浄後１０５℃で風乾した。

【００２０】その後窒素ガス中２００℃で２時間加熱処
理し、コロイダルグラファイト及び銀ペイントで陰極リ
ードを取り出し、エポキシ樹脂外装後１６．２Ｖでエー
ジングを行って１０個のコンデンサを完成させた。初期
の１２０ Hz における容量、損失、さらにこれを１２５
℃の条件下に１０００時間保持した後の容量、損失の平
均値を（表１）に示した。

【００２１】比較のため、比較例１として窒素ガス中で
２００℃の加熱処理を行わなかった以外同様の条件で１
０個のコンデンサを完成させ、上述と同様の特性評価を
行い、その結果を（表１）に示した。

【００２２】

【表１】

【００２３】この（表１）から明らかなように、本実施
例によるコンデンサは１２５℃の条件下で容量及び損失
の劣化を小さくできるという点で優れた効果が得られ
る。

【００２４】以上のように本実施例によれば、誘電体上
に導電性高分子のポリピロールからなる電極上を形成し
後、不活性ガス中で加熱処理することにより、高温下に
おける容量及び損失の劣化の小さい、信頼性の優れたコ
ンデンサを得ることができる。

【００２５】（実施例２）窒素ガスに代えて２００Ｐの
減圧下で加熱処理を行った以外実施例１と同様にして１
０個のコンデンサを作製して、実施例１と同様の評価を
行い、その結果を（表１）に示した。

【００２６】この（表１）から明らかなように、本実施
例によるコンデンサは１２５℃の条件下で容量及び損失
の劣化を小さくできるという点で優れた効果が得られ
る。

【００２７】以上のように本実施例によれば、誘電体上
に導電性高分子のポリピロールからなる電極上を形成し
後、減圧下で加熱処理することにより、高温下における
容量及び損失の劣化の小さい、信頼性の優れたコンデン
サを得ることができる。

【００２８】（実施例３）電解重合ポリピロールから成
る電極形成後の加熱処理温度を１２５℃から４００℃の
間で変化させた以外実施例１と同様にして数種類のコン
デンサを作製した。それらについて実施例１と同様の特
性評価を行った。その結果を（表１）に示した。

【００２９】この（表１）から明らかなように、１５０
℃から３５０℃の間で加熱処理した場合に、１２５℃の
条件下で容量及び損失の劣化を小さくできるが、１２５
℃では効果がなく、また４００℃では初期特性の劣化が
見られた。

【００３０】以上のように本実施例によれば、誘電体上
に導電性高分子のポリピロールからなる電極上を形成し
後、不活性ガス中で１５０℃から３５０℃の間で加熱処
理することにより、高温下における容量及び損失の劣化
の小さい、信頼性の優れたコンデンサを得ることができ
る。

【００３１】（実施例４）トリイソプロピルナフタレン
スルフォン酸ナトリウムに代えてＰ−トルエンスルフォ
ン酸ナトリウムを用いた以外実施例１と同様にして１０
個のコンデンサを作製して、実施例１と同様の評価を行
い、その結果を（表１）に示した。比較のため、比較例
２として窒素ガス中で２００℃の加熱処理を行わなかっ
た以外同様の条件で１０個のコンデンサを完成させ、上
述と同様の特性評価を行い、その結果を（表１）に示し
た。

【００３２】この（表１）から明らかなように、本実施
例によるコンデンサは１２５℃の条件下で容量及び損失
の劣化を小さくできるという点で優れた効果が得られ
る。

【００３３】以上のように本実施例によれば、誘電体上
に導電性高分子のポリピロールからなる電極上を形成し
後、不活性ガス中で加熱処理することにより、高温下に
おける容量及び損失の劣化の小さい、信頼性の優れたコ
ンデンサを得ることができる。

【００３４】（実施例５）アルミニウム箔に代えて１０
％リン酸水溶液を用いて９０℃で化成したタンタル箔を
用いた以外、実施例１と同様にしてコンデンサを１０個
作製して、実施例１と同様の評価を行い、その結果を
（表１）に示した。比較のため、比較例３として窒素ガ
ス中で２００℃の加熱処理を行わなかった以外同様の条
件で１０個のコンデンサを完成させ、上述と同様の特性
評価を行い、その結果を（表１）に示した。

【００３５】この（表１）から明らかなように、本実施
例によるコンデンサは１２５℃の条件下で容量及び損失
の劣化を小さくできるという点で優れた効果が得られ
る。

【００３６】以上のように本実施例によれば、誘電体上
に導電性高分子のポリピロールからなる電極上を形成し
後、不活性ガス中で加熱処理することにより、高温下に
おける容量及び損失の劣化の小さい、信頼性の優れたコ
ンデンサを得ることができる。

【００３７】なお実施例では誘電体としてアルミニウム
またはタンタルの陽極酸化皮膜を用いた場合についての
み述べたが、例えばエッチドアルミニウム箔上に電着等
適当な方法で設けられたポリイミド等の高分子フィルム
を誘電体とした様な場合でも本発明が適用でき、また他
の誘電体を用いてもよく本発明はその種類に限定されな
い。

【００３８】なお実施例では導電性高分子電極形成直後
加熱処理する場合についてのみ述べたが、陰極リード取
出しのためのコロイダルグラファイト及び銀ペイント等
の塗布後にこれを行うこともできる。

【００３９】なお実施例では加熱処理を２時間行う場合
についてのみ述べたが、これ以上長くした場合でも差し
支えなく同様の効果が得られる。ただ必要以上に長くし
ても効率的でない。

【００４０】なお実施例では導電性高分子を構成する繰
り返し単位として、ピロールを用いた場合についてのみ
述べたが、所望の電気伝導度を有する高分子が得られれ
ば他のピロール誘導体もしくはチオフェンあるいはチオ
フェン誘導体等を繰り返し単位とするものでもよく、本
発明はその種類に限定されない。

【００４１】なお実施例では導電性高分子電極の形成に
電解重合を用い、支持電解質として芳香族スルフォン酸
塩が使用された場合についてのみ述べたが、支持電解質
として他の物質を用いても良く、また電解重合以外の方
法を用いることもできる。

【００４２】なお実施例では一方の電極に導電性高分子
を用いた場合についてのみ述べたが、両方の電極に用い
ることもできる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明は誘電体層を介して
設けられた二つの電極の少なくと一方の電極を重合性モ
ノマ−を繰り返し単位とする導電性の高分子皮膜により
形成あうる工程と、１５０度ないし３５０℃の不活性ガ
スまたは減圧下で加熱処理する工程とを少なくとも含む
コンデンサの製造方法を提供するもので、導電性高分子
のエ−ジング効果により形状変化を安定化させると共に
分子の再配列促進させて、電気伝導度の向上を図り初期
特性の優れ且つ高温下においても容量、損失等の特性変
化の少ない、高い信頼性を有するコンデンサを実現でき
るようにしたものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 浩一 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体層を介して設けられた二つの電極
   の少なくとも一方の電極を重合性モノマーを繰り返し単
   位とする導電性の高分子皮膜により形成する工程と、１
   ５０℃ないし３５０℃の減圧下または不活性ガス雰囲気
   中で加熱処理する工程とを少なくとも含むコンデンサの
   製造方法。
2. 【請求項２】 誘電体層が弁金属の酸化物である請求項
   １記載のコンデンサの製造方法。
3. 【請求項３】 弁金属がアルミニウムまたはタンタルよ
   り選ばれる一種である請求項２記載のコンデンサの製造
   方法。
4. 【請求項４】 導電性高分子膜の形成を重合性モノマー
   及び支持電解質が溶解または分散された液媒体中で電解
   重合により行なう請求項１記載のコンデンサの製造方
   法。
5. 【請求項５】 重合性モノマーがピロールまたはその誘
   導体の少なくとも１種から構成されるものである請求項
   ４記載のコンデンサの製造方法。
6. 【請求項６】 支持電解質が芳香族スルフォン酸アニオ
   ンのうちから選ばれる一種である請求項４記載のコンデ
   ンサの製造方法。