JPH09213574A - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 化学酸化重合により誘電体酸化皮膜上に導電
性高分子電解質層を形成する際に使用される重合処理液
の廃液処理も無害な酸素に簡単に転化させることがで
き、かつ誘電体酸化皮膜上への導電性高分子電解質層の
形成も、均一、かつ緻密で密着性に優れたものが得られ
る固体電解コンデンサの製造方法を提供する。 【解決手段】 電極体１１の表面に誘電体酸化皮膜１２
を形成し、その後、複素環式化合物およびその誘導体を
含む溶液に電極体１１を浸漬する工程と、誘導体の酸化
剤としてのオゾンおよびドーパントを含む溶液に電極体
１１を浸漬する工程を複数回繰り返して化学酸化重合に
より誘電体酸化皮膜１２上に導電性高分子電解質層１３
を形成するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学酸化重合によ
り形成される導電性高分子電解質層を固体電解質とする
固体電解コンデンサの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の電源回路の高周波化に
伴い、すべての電子部品に対して優れた高周波特性（イ
ンピーダンス特性）が求められている。固体電解コンデ
ンサにおいても例外ではなく、これらを実現するため
に、陽極の表面状態、酸化皮膜の形成方法、電解質層の
改善、陰極の表面状態、コンデンサ素子の構造など、あ
らゆる角度から改善、検討がなされている。

【０００３】陽極材料としてアルミニウムやタンタルを
用い、かつ電解質として無機の固体電解質である二酸化
マンガンや二酸化鉛を用いた固体電解コンデンサは、図
５（ａ）（ｂ）に示すように、そのほとんどは製造工法
上の制約から、内部端子１を備え、かつ微粉末を焼結し
てなる陽極体２または内部端子３を備え、かつ粗面化に
より実質の表面積を大きくした陽極箔あるいは陽極板４
に、熱分解反応を利用して固体電解質５を焼き付け形成
し、その後、カーボン、導電性接着剤などにより陰極層
６を順次形成する構造を採用している。これらの固体電
解コンデンサは、その電解質の特徴から、電解液を用い
るアルミ電解コンデンサに比べて温度依存性が小さく、
高周波領域でのレジスタンスが低いという利点を有して
いるが、その反面、耐電圧が低く、かつ生産工法の制約
から生産性の面でやや不利であるという面も抱えてい
る。

【０００４】さらにこの固体電解質５の低レジスタンス
化を追求したものとして、電荷移動錯体であるＴＣＮＱ
塩を利用した有機半導体コンデンサや、複素環式化合物
であるピロール、チオフェン、フランなどを重合して導
電化してなる導電性高分子を利用した機能性高分子コン
デンサが実用化されている。

【０００５】この中でも、導電性高分子は、その固有抵
抗が著しく低いという特徴を有するため、コンデンサの
低レジスタンス化のためには有力な固体電解質である
が、多孔質弁金属よりなる電極体の表面の誘電体酸化皮
膜に対し、均一、かつ緻密で密着性に優れた導電性高分
子電解質層を被覆形成するには、極めて大きな制約を抱
えているものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】多孔質弁金属よりなる
電極体の表面の誘電体酸化皮膜上に、導電性高分子電解
質層を被覆形成する場合、細孔部からなる誘電体酸化皮
膜表面は、浸漬する液体の表面張力と誘電体酸化皮膜表
面の濡れ性により大きな影響を受けるため、細孔内部ま
で均一、かつ緻密で密着性に優れた導電性高分子電解質
層を被覆形成することは極めて困難を有するものであ
る。そして前記細孔内部まで均一、かつ緻密で密着性に
優れた導電性高分子電解質層を被覆形成するのに有利な
方法としては、化学酸化重合を利用して複素環式化合物
およびその誘導体より得られる導電性高分子電解質層を
被覆形成する方法がある。この方法においては、複素環
式化合物およびその誘導体を酸化重合するために酸化剤
を含む酸化液で処理することが一般的となっている。し
かしながら、この方法においては、酸化剤を含む酸化液
で処理するようにしているため、地球環境保全の観点か
ら、この酸化液の廃液処理という製造工程管理上避けら
れない大きな課題を抱えることになり、そしてこの廃液
処理に要する費用は製造原価を高騰させる一因となって
いた。

【０００７】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたもので、化学酸化重合により誘電体酸化皮膜上
に導電性高分子電解質層を形成する際に使用される重合
処理液の廃液処理も無害な酸素に簡単に転化させること
ができ、かつ誘電体酸化皮膜上への導電性高分子電解質
層の形成も、均一、かつ緻密で密着性に優れたものが得
られる固体電解コンデンサの製造方法を提供することを
目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、多孔質弁
金属よりなる電極体の表面に誘電体酸化皮膜を形成し、
その後、複素環式化合物およびその誘導体を含む溶液に
前記電極体を浸漬する工程と、前記誘導体の酸化剤とし
てのオゾンおよびドーパントを含む溶液に前記電極体を
浸漬する工程を複数回繰り返して化学酸化重合により前
記誘電体酸化皮膜上に導電性高分子電解質層を形成する
ようにしたもので、この製造方法によれば、化学酸化重
合により誘電体酸化皮膜上に導電性高分子電解質層を形
成する際に使用される重合処理液の廃液処理も無害な酸
素に簡単に転化させることができ、かつ誘電体酸化皮膜
上への導電性高分子電解質層の形成も、均一、かつ緻密
で密着性に優れたものが得られるものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、多孔質弁金属よりなる電極体の表面に誘電体酸化皮
膜を形成し、その後、複素環式化合物およびその誘導体
を含む溶液に前記電極体を浸漬する工程と、前記誘導体
の酸化剤としてのオゾンおよびドーパントを含む溶液に
前記電極体を浸漬する工程を複数回繰り返して化学酸化
重合により前記誘電体酸化皮膜上に導電性高分子電解質
層を形成するようにしたものであり、この製造方法によ
れば、誘電体酸化皮膜上に固体電解質である導電性高分
子電解質層を化学酸化重合により形成する場合、誘導体
の酸化剤としてオゾンを用いているもので、このオゾン
の酸化力は極めて強いため、酸化を助長する酸化触媒を
用いる必要もなく、またこのオゾンの酸化力により反応
が極めて速やかに起こるため、誘電体酸化皮膜上への導
電性高分子電解質層の形成も、均一、かつ緻密で密着性
に優れたものが得られ、さらに重合処理後の廃液は二酸
化マンガンや二酸化鉛のような一般的な触媒により簡単
に無害な酸素に転化させることができるため、地球環境
保全的な観点からも極めて好ましいものが得られるもの
である。

【００１０】以下、本発明の実施の形態について添付図
面にもとづいて説明する。図１は本発明の固体電解コン
デンサの模式断面図を示したもので、１１は陽極となる
多孔質弁金属よりなる電極体で、この電極体１１の表面
には、陽極酸化などの手段により誘電体酸化皮膜１２を
形成し、そしてこの誘電体酸化皮膜１２の上には、オゾ
ンを酸化剤とする複素環式化合物およびその誘導体の化
学酸化重合により導電性高分子電解質層１３を形成して
いる。この後、導電性高分子電解質層１３の上に、コロ
イダルグラファイト１４、銀塗料１５を順次塗布し、そ
の後、所定の外装１６を施して固体電解コンデンサを構
成している。

【００１１】次に本発明の具体的な実施の形態１と、比
較例１，２について説明する。 （実施の形態１）図２に示すように、厚み０．９mm、幅
２．０mm、長さ１．３mmのタンタル粉末を加圧成形、真
空焼結して得られた陽極となる電極体２１の表面に、濃
度が５重量％の燐酸水溶液中で３０Ｖの陽極酸化を行っ
て誘電体酸化皮膜２２を形成し、その後、複素環式化合
物およびその誘導体であるピロールモノマー０．７モル
／ｌと界面活性剤よりなる溶液に前記電極体２１を浸漬
する工程と、前記誘導体の酸化剤としてのオゾン４０ｐ
ｐｍとドーパントであるナフタレンスルホン酸０．０５
モル／ｌを含む溶液に前記電極体２１を浸漬する工程を
１０回繰り返して化学酸化重合により、前記誘電体酸化
皮膜２２の上に導電性高分子電解質層２３を形成し、さ
らにこの後、導電性高分子電解質層２３の上に、コロイ
ダルグラファイト２４、銀塗料２５を順次塗布し、その
後、所定の外装を施して固体電解コンデンサを構成し
た。

【００１２】（比較例１）図３に示すように、厚み０．
９mm、幅２．０mm、長さ１．３mmのタンタル粉末を加圧
成形、真空焼結して得られた陽極となる電極体３１の表
面に、濃度が５重量％の燐酸水溶液中で３０Ｖの陽極酸
化を行って誘電体酸化皮膜３２を形成し、その後、この
電極体３１を液温が２５０℃で、かつ濃度が２５重量％
の硝酸マンガン水溶液に浸漬する熱分解を４回行い、さ
らにこの電極体３１を液温が２５０℃で、かつ濃度が４
０重量％の硝酸マンガン水溶液に浸漬する熱分解を４回
行うことにより、前記誘電体酸化皮膜３２の上に二酸化
マンガンよりなる金属酸化物半導体層３３を形成し、さ
らにこの後、金属酸化物半導体層３３の上に、コロイダ
ルグラファイト３４、銀塗料３５を順次塗布し、その
後、所定の外装を施して固体電解コンデンサを構成し
た。

【００１３】（比較例２）図２に示すように、厚み０．
９mm、幅２．０mm、長さ１．３mmのタンタル粉末を加圧
成形、真空焼結して得られた陽極となる電極体２１の表
面に、濃度が５重量％の燐酸水溶液中で３０Ｖの陽極酸
化を行って誘電体酸化皮膜２２を形成し、その後、複素
環式化合物およびその誘導体であるピロールモノマー
０．７モル／ｌと界面活性剤よりなる溶液に前記電極体
２１を浸漬する工程と、ペルオキソ２硫酸アンモニウム
０．１モル／ｌとドーパントであるナフタレンスルホン
酸０．０５モル／ｌを含む溶液に前記電極体２１を浸漬
する工程を１０回繰り返して化学酸化重合により、前記
誘電体酸化皮膜２２の上に導電性高分子電解質層２３を
形成し、さらにこの後、導電性高分子電解質層２３の上
に、コロイダルグラファイト２４、銀塗料２５を順次塗
布し、その後、所定の外装を施して固体電解コンデンサ
を構成した。

【００１４】（表１）は本発明の実施の形態１と比較例
１，２により得られた固体電解コンデンサのそれぞれに
ついて基本的な電気性能（静電容量、損失角の正接、漏
れ電流）を測定した結果を示したものであり、また図４
はそれらのインピーダンスの周波数特性を示したもので
ある。

【００１５】

【表１】

【００１６】（表１）から明らかなように、本発明の実
施の形態１は比較例２と比べて基本的な電気性能におい
て全く遜色がなく、また比較例１と比べると基本的な電
気性能において優れているものである。

【００１７】また図４から明らかなように、本発明の実
施の形態１は比較例１，２に比べて導電性高分子固体電
解質の低インダクタンスの効果が明確となっているもの
である。

【００１８】そしてまたオゾンを酸化剤とする液相の化
学酸化重合により形成される導電性高分子電解質層と誘
電体酸化皮膜とが極めて密着性に優れた接続界面を形成
することは、焼結電極体表面および破断面の走査形電子
顕微鏡（ＳＥＭ）により観察された。

【００１９】なお、上記本発明の実施の形態１において
は、電極体２１として、タンタル粉末を加圧成形、真空
焼結したものを用いたが、これに限定されるものではな
く、多孔質弁金属で電極体を構成したものであれば、い
かなるものでも用いることができるものである。

【００２０】また電極体２１が浸漬される溶液として
は、本発明の実施の形態１においては、複素環式化合物
およびその誘導体であるピロールモノマーと界面活性剤
よりなるものを用いたが、複素環式化合物およびその誘
導体、ベンゼン、ナフタレンおよびその誘導体などの溶
解を高める溶媒を単一または混合した溶液を用いてもよ
いものである。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明の固体電解コンデン
サの製造方法は、多孔質弁金属よりなる電極体の表面に
誘電体酸化皮膜を形成し、その後、複素環式化合物およ
びその誘導体を含む溶液に前記電極体を浸漬する工程
と、前記誘導体の酸化剤としてのオゾンおよびドーパン
トを含む溶液に前記電極体を浸漬する工程を複数回繰り
返して化学酸化重合により前記誘電体酸化皮膜上に導電
性高分子電解質層を形成するようにしたもので、この製
造方法によれば、誘電体酸化皮膜上に固体電解質である
導電性高分子電解質層を化学酸化重合により形成する場
合、誘導体の酸化剤としてオゾンを用いているもので、
このオゾンの酸化力は極めて強いため、酸化を助長する
酸化触媒を用いる必要もなく、またこのオゾンの酸化力
により反応が極めて速やかに起こるため、誘電体酸化皮
膜上への導電性高分子電解質層の形成も、均一、かつ緻
密で密着性に優れたものが得られ、さらに重合処理後の
廃液は二酸化マンガンや二酸化鉛のような一般的な触媒
により簡単に無害な酸素に転化させることができるた
め、地球環境保全的な観点からも極めて好ましいものが
得られるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体電解コンデンサを示す模式断面図

【図２】本発明の実施の形態１、比較例２における固体
電解コンデンサを示す破断斜視図

【図３】比較例１における固体電解コンデンサを示す破
断斜視図

【図４】本発明の実施の形態１と比較例１，２により得
られた固体電解コンデンサのインピーダンスと測定周波
数との関係を示す特性図

【図５】（ａ）従来の固体電解コンデンサにおける陽極
体からなるコンデンサ素子の破断斜視図 （ｂ）従来の固体電解コンデンサにおける陽極箔または
陽極板からなるコンデンサ素子の破断斜視図

【符号の説明】

１１，２１ 電極体 １２，２２ 誘電体酸化皮膜 １３，２３ 導電性高分子電解質層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多孔質弁金属よりなる電極体の表面に誘
   電体酸化皮膜を形成し、その後、複素環式化合物および
   その誘導体を含む溶液に前記電極体を浸漬する工程と、
   前記誘導体の酸化剤としてのオゾンおよびドーパントを
   含む溶液に前記電極体を浸漬する工程を複数回繰り返し
   て化学酸化重合により前記誘電体酸化皮膜上に導電性高
   分子電解質層を形成するようにした固体電解コンデンサ
   の製造方法。