JPH09283389A - コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】有機誘電体の欠陥部を完全に無くすことが可能
で、絶縁抵抗を向上することができるコンデンサの製造
方法を提供する。 【解決手段】コンデンサは、片面が多孔形状のエッチド
箔の表面に密着することにより表れる表面形状と同じで
他の片面が前記電極金属の表面と同形状の誘電体と、こ
の誘電体の両面に密着した高分子導電体の電極とを備え
ている。コンデンサの製造方法は、エッチド箔の表面に
誘電体薄膜を電着し、誘電体薄膜の表面に第１の高分子
導電体の電極を化学重合および電解重合し、電極金属を
誘電体薄膜から除去し、電極金属を除去した誘電体薄膜
の表面を誘電体原料槽中で電着し、その表面に第２の高
分子導電体の電極を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、コンデンサおよ
びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一方の電極に金属のエッチド箔や多孔質
金属焼結体等を用いることによって、誘電体の表面積を
拡大した小型大容量のコンデンサがある。このコンデン
サは、電極金属の表面に追従するように陽極化成法で各
金属の酸化物膜を形成して誘電体膜としている。これら
のコンデンサには、アルミ電解コンデンサ、タンタル電
解コンデンサ等がある。

【０００３】一方、近年高分子導電体の発達により、こ
の対極として従来の液体電解質に代わり有機重合性物質
が使用され、コンデンサを固体化してきている。また酸
化物膜に代えて有機薄膜を形成して、誘電体として用い
る大容量の固体コンデンサも提案されている。これらの
コンデンサは、誘電体の形成時に上記の電極金属の表面
形状や金属的性質を利用して広面積の酸化物層や有機誘
電体層を形成する。その後、この電極をコンデンサの一
方の電極として機能させる。すなわちたとえば、エッチ
ド箔等の電極金属、誘電体および高分子導電体によりコ
ンデンサを構成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特に有機誘電
体を有するコンデンサは、誘電体膜の更なる改良や特性
向上を図る場合に、この電極金属の存在が弊害となるこ
とが多い。具体的に説明すると、有機誘電体は電極金属
であるエッチド箔のエッチド孔の表面に追従し、かつ孔
間表面にも同一厚みの層状体を、電極金属を一方の電極
とする電気泳動電着法で形成することが多く採られる。

【０００５】この場合、コンデンサでは使用電圧の上昇
にともない誘電体膜厚を増加させる必要が生じるが、上
記のように設定した電気化学的な系では誘電体膜の成長
が一方向のみとなり、十分な厚膜化が図れない。更に、
電極の表面に誘電体膜の成長が甚だしく遅い欠陥点が存
在する場合には、誘電体にも弱点部が生成して、コンデ
ンサの絶縁抵抗等の特性を著しく低下させる原因にもな
る。

【０００６】したがって、この発明の目的は、誘電体の
表面積を拡大するとともに電極金属による弊害を防止す
ることができるコンデンサおよびその製造方法を提供す
ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のコンデン
サは、片面が多孔形状のエッチド箔等の電極金属の表面
に密着することにより表れる表面形状と同じであり他の
片面が電極金属の表面と同形状である誘電体と、この誘
電体の両面に密着した高分子導電体の電極とを備えたも
のである。

【０００８】請求項１記載のコンデンサによれば、誘電
体の表面積を拡大するとともに電極金属のないコンデン
サにすることができるので、従来の電極金属による弊害
を防止することができる。請求項２記載のコンデンサ
は、請求項１において、電極金属をアルミニウム製のエ
ッチド箔としたものである。

【０００９】請求項２記載のコンデンサによれば、請求
項１と同効果がある。請求項３記載のコンデンサは、請
求項１において、高分子導電体をポリピロールとしたも
のである。請求項３記載のコンデンサによれば、請求項
１と同効果がある。請求項４記載のコンデンサの製造方
法は、エッチド箔等の電極金属の表面に電着により誘電
体薄膜を形成する工程と、誘電体薄膜の表面に化学重合
および電解重合により第１の高分子導電体の電極を形成
する工程と、電極金属を誘電体薄膜から除去する工程
と、電極金属を除去した誘電体薄膜の表面上に第２の高
分子導電体の電極を形成する工程とを含むものである。

【００１０】請求項４記載のコンデンサの製造方法によ
れば、請求項１と同効果がある。請求項５記載のコンデ
ンサの製造方法は、エッチド箔等の電極金属の表面に電
着により誘電体薄膜を形成する第１の工程と、誘電体薄
膜の表面に化学重合および電解重合により第１の高分子
導電体の電極を形成する第２の工程と、電極金属を誘電
体薄膜から除去する第３の工程と、第１の高分子導電体
の電極を一方の電極として電極金属を除去した誘電体薄
膜の表面を誘電体原料槽中で電着する第４の工程と、こ
の第４の工程により電着された誘電体薄膜の表面に第２
の高分子導電体の電極を形成する第５の工程とを含むも
のである。

【００１１】請求項５記載のコンデンサの製造方法によ
れば、請求項１の効果のほか、膜厚化、均一化、欠陥部
の減少および両極の高分子導電体として特性の対称性の
向上を図ることができる。請求項６記載のコンデンサの
製造方法は、請求項５において、第１の工程において電
極金属に形成された誘電体薄膜が部分的に電極金属に付
着していない欠陥部を有しており、第４の工程は欠陥部
に誘電体を成長補充するものである。

【００１２】請求項６記載のコンデンサの製造方法によ
れば、請求項５と同様の効果がある。請求項７記載のコ
ンデンサの製造方法は、請求項５において、第１の工程
において電極金属に形成された誘電体薄膜が、電極金属
の孔を埋めない状態で、電極金属の径に対し十分厚膜化
しており、第４の工程は誘電体薄膜をさらに厚膜化した
ものである。

【００１３】請求項７記載のコンデンサによれば、請求
項５と同効果がある。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明者は、電着法によってエッ
チド箔等の電極金属の微小表面形状に応じて形成される
有機重合性薄膜の成長膜厚や、同電極表面の欠陥により
生じる誘電体層欠陥の発現が、種々の実験研究の結果か
ら、上記した誘電体膜成長の一方向性や、孔周辺の幾何
学的要因等に左右されていることを確認した。そこで、
さらに検討した結果、次の構成により、これらの課題が
解決できることが確認できた。

【００１５】すなわち、この発明の一実施の形態のコン
デンサは、誘電体の両面に高分子導電体を設けて電極と
したものである。誘電体は、片面が多孔形状のエッチド
箔等の電極金属の表面に密着することにより表れる表面
形状と同じであり他の片面が前記電極金属の表面と同形
状である。言い換えれば、誘電体の片面が電極金属のた
とえばエッチド箔の多孔構造を模写（転写）しており、
その裏面がこの構造の鋳型となる形状を有する。電極金
属にはアルミニウム（Ａｌ）製のエッチド箔や、タンタ
ル焼結体等がある。

【００１６】高分子導電体よりなる電極は、誘電体の両
面に密着している。この高分子導電体にはポリピロー
ル、ポリアニリンなどがある。このコンデンサによれ
ば、誘電体の表面積を拡大するとともに電極金属のない
コンデンサにすることができるので、従来の電極金属に
よる弊害を防止することができる。

【００１７】このコンデンサの製造方法は、つぎの工程
を含んでいる。まず、エッチド箔等の電極金属の表面に
電着により誘電体薄膜を形成する工程である。つぎに、
誘電体薄膜の表面に化学重合および電解重合により第１
の高分子導電体の電極を形成する工程である。つぎに、
電極金属を誘電体薄膜から溶解消失する等により除去す
る工程である。さらに、電極金属を除去した誘電体薄膜
の表面上に第２の高分子導電体の電極を形成する工程で
ある。この最後の工程は電極金属を溶解した後第１の高
分子導電体を電極として再電着し、その後、第１の高分
子導電体の形成と同様の方法で化学重合し、電解重合法
で第２の高分子導電体を成膜する。

【００１８】また、別の実施の形態として、第２の高分
子導電体の電極を形成する工程の前に、第１の高分子導
電体の電極を一方の電極として、電極金属を除去した誘
電体薄膜の表面を誘電体原料槽中で電着する工程を含め
る場合がある。図１は電極金属であるエッチド箔の溶解
後の誘電体膜の再電着の図であり、再電着する試料１は
第１の高分子導電体を＋電極にし、対向電極２の−極側
に誘電体が成膜されている。なお、３は誘電体原料槽で
あり、＋極と−極に電圧が印加される。

【００１９】この場合において、最初の工程でエッチド
箔に形成された誘電体薄膜が部分的にエッチド箔に付着
していない欠陥部を有しているとき、誘電体原料槽３中
で欠陥部に誘電体を成長補充する。また、最初の工程で
エッチド箔に形成された誘電体薄膜が、エッチド箔の孔
を埋めない状態で、エッチド箔の径に対し十分厚膜化し
ているとき、誘電体原料槽３中で誘電体薄膜をさらに厚
膜化する場合がある。

【００２０】これらのコンデンサの製造方法は、従来の
方法のようにエッチド箔の表面に電着法で誘電体を形成
させたのちに、成長した誘電体上に高分子導電体を用い
て対極を形成し、この対極や誘電体を劣化させないで、
電極金属を完全に溶解させることによって達成されてい
る。このような電極金属が消失した系では、再度、逆方
向に誘電体膜の成長が可能になる。実際に、残留した有
機導電体を一方の電極として、この系の残留誘電体の表
面上に同一の誘電体を成長させて行く場合には、この膜
表面上に化学的重合法で一旦導電性重合体膜を形成させ
た後、誘電体膜原料槽の調整槽中で残留した対極を一方
の電極として電着処理を行う。これはエッチド箔等の孔
の幾何学的要因から解放された面上での成長となるので
目的の膜厚への成長も速い。また電極溶解前の成長方向
の際に、金属面の欠陥に依存する成長膜の欠陥は、残留
導電膜を一方の電極としてそのまま誘電体膜の原料調整
槽中で電着処理すれば、この欠陥は局部成長によって解
決できることを同時に確認した。

【００２１】これらの実施の形態によれば、Ａｌエッチ
ド箔上に誘電体を電着する際、多少Ａｌが酸化され絶縁
抵抗に極性が残る。よって、ＡｌおよびＡｌ酸化物を溶
液で溶解し、両極とも同じ高分子導電体を用いることに
より、極性の無い良好な特性が得られ、無極性で絶縁抵
抗が改善されたコンデンサが得られる。また電極金属の
多孔体形状のため、電着による誘電体膜厚の不均一性が
生じるので、片側からだけでなく、裏側からも電着する
ことにより均一化、ならびに膜の欠陥部の補充ができ
る。誘電体膜の厚膜化については、エッチド箔の片側の
孔を埋める方向にのみ膜成長が進むので、膜厚の最大値
は孔径に依存する。しかし、裏側からの電着により裏側
の孔を埋める方向の成長をも進ませることができ、さら
に厚膜化が達成できる。

【００２２】その結果、膜厚化、均一化、欠陥の減少、
両極の高分子導電体として特性の対称性の向上、ならび
に無極性で絶縁抵抗を向上したコンデンサを提供するこ
とが可能となる。なお、誘電体膜の表面への導電体形成
は例えばポリピロール系ではつぎのような条件で行われ
るが、他の系でもほぼ同様である。

【００２３】また、残留電極の表面上への誘電体の付着
は、誘電体電着時の対極と対向する面の裏側となるた
め、コンデンサの次の工程への支障はない。もし付着が
激しいときには電極を上方にして誘電体原料槽の液面に
浮かして、その下方液中に対極を設ける電極系を採用し
たり、電極をテープ等でマスキングしたり、槽壁面に電
極面をはりつける方法をとっても可能であることも実験
により確認した。

【００２４】

【実施例】

実施例１ 容器中でポリアミック酸１ｇ、ジメチルホルムアミド４
０ｇ、トリエチルアミン０．０９ｇ、メタノール８０ｇ
を混合攪拌した。容器内に筒状にしたＡｌ箔を陰極、中
心部にＡｌエッチド箔を陽極として上記混合液中に浸漬
した。液を攪拌しながら電圧を印加した。電圧は５Ｖか
ら４０Ｖまで５Ｖずつ昇圧し各３０ｍｉｎ印加した。そ
の後、１Ｈ１１０℃乾燥し、１Ｈ２８０℃で熱処理し、
図２（ａ）に示すようにＡｌエッチド箔５上に有機誘電
体であるポリイミド膜６を形成した。

【００２５】過硫酸アンモニウム０．１１ｃｃ／ｇ水溶
液と、ピロール０．０５ｃｃ／ｇエタノール溶液に交互
に２ｍｉｎずつ、ポリイミド膜を形成したＡｌエッチド
箔を浸漬し、これを３回繰り返し、図２（ｂ）に示すよ
うにポリイミド膜６の表面に化学重合法によるポリピロ
ール膜７を形成した。その後化学重合ポリピロール膜７
から電極を引き出して陽極とし、陰極にはステンレス板
を対向させピロール１ｃｃ、パラトルエンスルホン酸ナ
トリウム１ｃｃ、水４０ｇ溶液中１０ｍＡの定電流で電
解重合ポリピロール膜８を形成した。

【００２６】次に、４０℃に加熱したＨＣｌ水溶液中に
浸漬し、Ａｌエッチド箔５を溶解した（図２（ｄ））。
よって、ポリピロール７，８とポリイミド膜６が残る。
ポリピロールを陽極とし、陰極にステンレス板を対向さ
せ、ポリアミック酸溶液中でポリイミド膜６上に同条件
で電着し、乾燥、熱処理を実施した。その後図２（ｅ）
のようにポリピロール７，８を初段階と同様の方法で成
膜し、両極ポリピロールとし、その上にコロイダルカー
ボンを、さらに銀ペーストを塗布しコンデンサを作製し
た。

【００２７】実施例２ 実施例１と同様の方法で、Ａｌエッチド箔溶解後のポリ
アミック酸電着時の電圧印加条件を４０Ｖ３０ｍｉｎと
した。 実施例３ 実施例１と同様の方法で、初段階のポリアミック酸の電
着の電圧印加条件を１０Ｖから１００Ｖの１０Ｖ昇圧で
各３０ｍｉｎとした。Ａｌ溶解後のポリアミック酸の電
着条件を５０Ｖから１００Ｖの１０Ｖ昇圧で各３０ｍｉ
ｎとした。

【００２８】実施例４ 実施例１と同様の方法でＡｌエッチド箔溶解後まで実施
し、その後再度ポリアミック酸電着は実施せず、ポリピ
ロール膜を成膜した。 比較例１ 実施例１と同様の方法でＡｌエッチド箔溶解前まで実施
し、ポリピロール、およびＡｌエッチド箔を電極とする
コンデンサを作製した。

【００２９】これらの実施例１〜４および比較例１につ
いて、静電容量、誘電損失、漏洩電流および逆電圧を測
定したところ下記の表のようになった。

【００３０】

【表１】

【００３１】この表から明らかなように、比較例１およ
び実施例１〜４を比較すると、漏洩電流および逆電圧に
ついて、ポリアミック酸電着を実施してポリイミド膜を
成長させた実施例１〜３が、ポリアミック酸電着を実施
しない実施例４および比較例１よりも小さくなっている
ことがわかる。このように、高分子導電体を両極に用
い、また裏面より再度ポリアミック酸を電着することに
より、膜欠陥の減少および均一膜厚形成を可能にし、絶
縁抵抗の向上の効果が得られる。

【００３２】

【発明の効果】請求項１記載のコンデンサによれば、誘
電体の表面積を拡大するとともに電極金属のないコンデ
ンサにすることができるので、従来の電極金属による弊
害を防止することができる。請求項２記載のコンデンサ
によれば、請求項１と同効果がある。

【００３３】請求項３記載のコンデンサによれば、請求
項１と同効果がある。請求項４記載のコンデンサの製造
方法によれば、請求項１と同効果がある。請求項５記載
のコンデンサの製造方法によれば、請求項１の効果のほ
か、膜厚化、均一化、欠陥部の減少および両極の高分子
導電体として特性の対称性の向上を図ることができる。

【００３４】請求項６記載のコンデンサの製造方法によ
れば、請求項５と同様の効果がある。請求項７記載のコ
ンデンサによれば、請求項５と同効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】誘電体膜を再電着する説明図である。

【図２】実施例１の各処理における試料の断面図であ
り、（ａ）はＡｌエッチド箔上にポリイミドを電着した
断面図、（ｂ）は前記（ａ）の試料上にポリピロールを
化学重合により成膜した断面図、（ｃ）は前記（ｂ）の
試料上にポリピロールを電解重合により成膜した断面
図、（ｄ）は前記（ｃ）の試料のＡｌエッチド箔を溶解
した断面図、（ｅ）は前記（ｄ）に前記（ｂ）および前
記（ｃ）と同じ処理を実施した断面図である。

【符号の説明】

１ 再電着する試料 ２ −電極 ３ 誘電体原料槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅田 純一郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 片面が多孔形状のエッチド箔等の電極金
   属の表面に密着することにより表れる表面形状と同じで
   あり他の片面が前記電極金属の表面と同形状である誘電
   体と、この誘電体の両面に密着した高分子導電体の電極
   とを備えたコンデンサ。
2. 【請求項２】 電極金属がアルミニウム製のエッチド箔
   である請求項１記載のコンデンサ。
3. 【請求項３】 高分子導電体がポリピロールである請求
   項１記載のコンデンサ。
4. 【請求項４】 エッチド箔等の電極金属の表面に電着に
   より誘電体薄膜を形成する工程と、前記誘電体薄膜の表
   面に化学重合および電解重合により第１の高分子導電体
   の電極を形成する工程と、前記電極金属を前記誘電体薄
   膜から除去する工程と、前記電極金属を除去した前記誘
   電体薄膜の表面上に第２の高分子導電体の電極を形成す
   る工程とを含むコンデンサの製造方法。
5. 【請求項５】 エッチド箔等の電極金属の表面に電着に
   より誘電体薄膜を形成する第１の工程と、前記誘電体薄
   膜の表面に化学重合および電解重合により第１の高分子
   導電体の電極を形成する第２の工程と、前記電極金属を
   前記誘電体薄膜から除去する第３の工程と、前記第１の
   高分子導電体の電極を一方の電極として前記電極金属を
   除去した前記誘電体薄膜の表面を誘電体原料槽中で電着
   する第４の工程と、この第４の工程により電着された前
   記誘電体薄膜の表面に第２の高分子導電体の電極を形成
   する第５の工程とを含むコンデンサの製造方法。
6. 【請求項６】 第１の工程において電極金属に形成され
   た誘電体薄膜が部分的に前記電極金属に付着していない
   欠陥部を有しており、第４の工程は前記欠陥部に誘電体
   を成長補充するものである請求項５記載のコンデンサの
   製造方法。
7. 【請求項７】 第１の工程において電極金属に形成され
   た誘電体薄膜が、前記電極金属の孔を埋めない状態で、
   前記電極金属の径に対し十分厚膜化しており、第４の工
   程は前記誘電体薄膜をさらに厚膜化したものである請求
   項５記載のコンデンサの製造方法。