JPH1027729A

JPH1027729A - コンデンサの製造方法

Info

Publication number: JPH1027729A
Application number: JP18042996A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Saito; 俊晴斎藤; Sachiko Maeda; 幸子前田; Motoi Kitano; 基北野; Junichiro Umeda; 純一郎梅田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-07-10
Filing date: 1996-07-10
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】漏れ電流が小さく、耐圧が高く、なおかつ信
頼性の高い小型・大容量のコンデンサの製造方法を提供
する。【解決手段】粗面化した電極１表面上に気相中で高分
子誘電体薄膜２を形成した後、高分子誘電体薄膜２表面
上に対極３，５，６を形成する。このように、粗面化し
た電極１表面上に気相中で高分子誘電体薄膜２を形成す
るので、純度の高い目的組成物を電極１表面上に形成す
るのに好都合であり、かつ電極１の酸化防止にも有効で
ある。その結果、漏れ電流が小さく、耐圧が高く、無極
性で、高周波特性の優れた信頼性の高い小型・大容量コ
ンデンサを製造できる。また、高分子誘電体薄膜２はス
パッタリング法により形成するか、あるいはスパッタリ
ング法により高分子誘電体薄膜２を形成した後、電着法
で高分子誘電体薄膜７を形成することにより、さらに特
性が向上する。

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、電気機器、電子
機器、音響機器の電子回路などに用いるコンデンサの製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、機器の小型化、薄型化、軽量化、
および電気機器回路の高密度化、デジタル化に伴い、電
子部品に対する小型化、高性能化、高信頼性化の要望が
ますます高まってきている。そのような情勢の中で、コ
ンデンサも同様に小型で大容量を有し、かつ高周波領域
でのインピーダンスが低いものが要求されている。

【０００３】高周波領域でインピーダンスが低いコンデ
ンサには、種々のセラミックスや有機フィルムを誘電体
としたセラミックコンデンサやフィルムコンデンサなど
があるが、高い静電容量を得るためには、形状が大きく
なり、価格も高くなるため実用化するのは困難であっ
た。一方、アルミニウムやタンタルの酸化被膜を誘電体
とした電解コンデンサは、比較的小型で大容量を有する
が、高周波領域におけるインピーダンスや誘電特性が前
記のセラミックコンデンサやフィルムコンデンサに比べ
て劣るという欠点がある。そこで、高周波特性を改善す
るために、電解コンデンサの電解液部分をそれよりも導
電性の高い二酸化マンガンやポリピロールなどに置き換
えた固体型の電解コンデンサが開発されている。

【０００４】さらに、エッチドアルミニウム箔表面上に
誘電体層としてアルミニウムの酸化被膜ではなく、電着
法によりポリイミド薄膜を形成させ、前記薄膜表面上に
対極として導電性高分子のポリピロールを付着させた新
しいタイプの小型で大容量を有するフィルムコンデンサ
の製造方法が提案されている（例えば、特開平４−８７
３１２号公報）。

【０００５】図５に、提案されたコンデンサの断面図を
示す。このコンデンサは、エッチドアルミニウム箔１
に、電着法によりポリイミド薄膜７が形成され、その表
面上に対極となるポリピロール８および導電材料（コロ
イダルカーボンまたは銀ペースト）９が積層された構造
を有している。このコンデンサは、電極表面積が大き
く、誘電体膜厚が従来のフィルムコンデンサよりも薄く
できることから、比較的小型で大容量を有している。さ
らに、有機誘電体薄膜の諸特性および対極である導電性
高分子の高い導電率が反映して、高周波において低いイ
ンピーダンスを示している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電着法は、複雑な形状をした導電体に追従して膜を
形成する方法としては適しているが、湿式法であるた
め、形成された高分子薄膜中には、不純物が混入する可
能性が高い。さらに、高分子構造中にカルボキシル基を
有するポリアミック酸やポリアクリル酸などのアニオン
性の高分子を含む溶液を用いて陽極で電着を行う場合
は、エッチドアルミニウム箔自身の酸化を防ぐことが困
難で、酸化アルミニウムや水酸化アルミニウムが膜中に
混入したり、膜の下にそれらの層が形成されやすかっ
た。

【０００７】そのために、電着法によって形成した高分
子薄膜を誘電体にしてコンデンサを構成した場合は、膜
中の不純物の影響や、誘電体膜と下地の酸化アルミニウ
ムや水酸化アルミニウム層との界面の影響で漏れ電流が
大きく、耐圧も低かった。また、これらのアニオン性の
電着溶液には、アミン類などの塩基性の物質を加えてい
るため、エッチドアルミニウム箔表面に水酸化アルミニ
ウム層が形成されやすく、これらの水酸化物層が空気中
の水分と水素結合を形成しやすかった。そのために、非
常に吸湿性が高く、電気的にも不安定であり、劣化しや
すかった。

【０００８】したがって、この発明の目的は、上記従来
の問題点を解決するもので、電着法のみで形成した誘電
体で構成された従来のコンデンサよりも漏れ電流が小さ
く、耐圧が高く、なおかつ信頼性の高い小型・大容量の
コンデンサの製造方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のコンデン
サの製造方法は、粗面化した電極表面上に気相中で高分
子誘電体薄膜を形成した後、高分子誘電体薄膜表面上に
対極を形成することを特徴とするものである。このよう
に、粗面化した電極表面上に気相中で高分子誘電体薄膜
を形成するので、純度の高い目的組成物を電極表面上に
形成するのに好都合であり、かつ電極の酸化防止にも有
効である。その結果、漏れ電流が小さく、耐圧が高く、
無極性で、高周波特性の優れた信頼性の高い小型・大容
量コンデンサを製造できる。

【００１０】請求項２記載のコンデンサの製造方法は、
請求項１において、高分子誘電体薄膜をスパッタリング
法で形成するものである。このように、スパッタリング
法により形成される高分子誘電体薄膜は純度が高く、か
つ電極を酸化させる恐れがない。この場合、スパッタリ
ング装置の陽極側に電極をセットし、陰極にターゲット
となる高分子誘電体薄膜を設置する。放電を行いプラズ
マ中の正イオンがターゲット表面に衝突し、ターゲット
原子がはじき出されて電極表面上に高分子誘電体薄膜を
形成することができる。

【００１１】請求項３記載のコンデンサの製造方法は、
請求項１において、高分子誘電体薄膜の形成に用いるス
パッタリング装置の陰極と陽極間にバイアス電圧をかけ
るものである。このように、高分子誘電体薄膜の形成に
用いるスパッタリング装置の陰極と陽極間にバイアス電
圧をかけるので、電極表面に対する高分子誘電体薄膜の
被覆率が向上するとともに、膜面の平坦化効果が改善さ
れ、さらに良好な特性のコンデンサを製造できる。

【００１２】請求項４記載のコンデンサの製造方法は、
粗面化した電極表面上にスパッタリング法で高分子誘電
体薄膜を形成し、さらにその表面上に電着法で高分子誘
電体薄膜を形成した後、高分子誘電体薄膜表面上に対極
を形成することを特徴とするものである。このように、
粗面化した電極表面上にスパッタリング法で高分子誘電
体薄膜を形成し、さらにその表面上に電着法で高分子誘
電体薄膜を形成するので、スパッタリング法のみでは高
分子誘電体薄膜を堆積できなかった欠落部分や、その工
程において生じた膜厚の不均一部分を電着法により補修
することができる。その結果、請求項１よりも欠陥や膜
厚の不均一部分の少ない高分子誘電体薄膜を形成するこ
とができ、漏れ電流、誘電損失、耐圧の点で優れた効果
を得ることができる。

【００１３】請求項５記載のコンデンサの製造方法は、
請求項１または４において、高分子誘電体薄膜にポリイ
ミドを用いるものである。このように、高分子誘電体薄
膜にポリイミドを用いたので、ポリイミドは樹脂のなか
でも耐熱性が高く、ポリイミドの前駆体であるボリアミ
ック酸塩溶液を用いて電着した後、熱処理して脱水縮合
すれば得ることができることから、例えば請求項４にお
いてはこのような高分子を予めスパッタリング法で電極
に形成しておけば、電着法によって同種のもので欠陥部
を補修することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明の第１の実施の形態のコ
ンデンサの製造方法を図１および図２に基づいて説明す
る。図１はこの実施の形態のコンデンサの製造方法を表
すフローチャート、図２はこの実施の形態の製造方法に
より製造したコンデンサの断面図である。

【００１５】まず、目的とするコンデンサの構成を図２
を用いて以下に詳細に説明する。図中の１はエッチング
した細孔の平均孔径が２μｍで、表面積が約３０倍に粗
面化されたエッチドアルミニウム箔電極である。この電
極１の表面形状に追従させて高分子誘電体であるポリイ
ミド誘電体薄膜２がスパッタリング法により形成してあ
る。また、エッチドアルミニウム箔電極１の対極は、導
電性高分子のポリピロール層３，５と集電するために付
着させた集電体６とで構成されている。ポリピロール層
３はポリイミド誘電体薄膜２の表面上に化学重合により
形成され、この化学重合層を前駆層として電解重合を行
ってポリピロール層５が形成される。集電体６はコロイ
ダルカーボンや銀塗料等の導電材料からなる。４は電極
間を絶縁するために付着させたエポキシ樹脂である。そ
して、この図で示した２つの電極にリード線を設けて、
エポキシ樹脂で外装すれば、この実施の形態の目的のコ
ンデンサの構成となる。

【００１６】つぎに、上記構成のコンデンサの製造方法
を図１のフローチャートを用いて以下に詳細に説明す
る。まず、ステップ１の工程を説明する。最初に、２０
×１０ｍｍの大きさに切断したエッチドアルミニウム箔
電極１の上端１０×１０ｍｍの部分を、コンデンサ完成
時の電極とするためにマスクをかけて、マグネトロンス
パッタリング装置の陽極側にセットし、陰極にはターゲ
ットとなるポリイミドフィルムを設置する。その後、ス
パッタリング装置の真空槽内を１×１０^-1Ｔｏｒｒのア
ルゴン雰囲気に保って、電極間に２ｋＶのバイアス電圧
をかけながら、スバッタリング装置を３０分間作動させ
ることにより、エッチドアルミニウム箔電極１に、厚さ
約０．１μｍのポリイミド誘電体薄膜２を形成させた。
このとき、プラズマ中の正イオンがターゲット表面に衝
突してターゲット原子がはじき出されて電極１表面上に
ポリイミド誘電体薄膜２が形成される。これをコンデン
サ用素子とした。

【００１７】つぎに、ステップ２で、その素子を１．０
ｍｏｌ／ｌのピロールのエタノール溶液と１．０ｍｏｌ
／ｌの過硫酸アンモニウム水溶液に交互に２分間ずつ浸
漬する操作を３回繰り返してポリピロールの化学酸化重
合膜であるポリピロール層３を形成させた。なお、この
操作の際に、ポリイミド薄膜２が形成されていない電極
箔の残りの部分にピロールが形成されてしまうと、コン
デンサとした場合にショートする危険性があるので、あ
らかじめその危険性があるような箔の中央部分（下端か
ら約１０〜１５ｍｍ部分）にエポキシ樹脂４などを塗布
して絶縁化した後に、化学酸化重合を行った。

【００１８】つぎに、ステップ３で、このポリピロール
層３が形成された素子を、ピロール１部、支持電解質と
して４０ｗｔ％ブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム
水溶液１部、蒸留水４０部を混合した溶液に浸漬して陽
極とし、円筒形のステンレス容器を陰極として、両者の
電極間に電流密度１ｍＡ／ｃｍ^-2の一定電流で３０分間
電解重合してポリピロール層５を形成した。

【００１９】つぎに、ステップ４で、この素子をコロイ
ダルカーボンや銀ペーストなどの導電材料を塗布するこ
とにより集電体６を形成する。これにより、集電体６に
より集電されたポリピロール層３，５からなる対向電極
を形成させる。そして、最後にステップ５において、両
電極にリード線を設けて、エポキシ樹脂で外装すること
により第１の実施の形態のコンデンサが完成する。

【００２０】この実施の形態によれば、粗面化したエッ
チドアルミニウム箔電極１表面上に気相中でポリイミド
誘電体薄膜２を形成するので、純度の高い目的組成物を
電極１表面上に形成するのに好都合であり、かつ電極１
の酸化防止にも有効である。その結果、漏れ電流が小さ
く、耐圧が高く、無極性で、高周波特性の優れた信頼性
の高い小型・大容量コンデンサを製造できる。また、ス
パッタリング法により形成されるポリイミド誘電体薄膜
２は純度が高く、かつ電極１を酸化させる恐れがない。

【００２１】さらに、ポリイミド誘電体薄膜２の形成に
用いるスパッタリング装置の陰極と陽極間にバイアス電
圧をかけるので、電極１表面に対するポリイミド誘電体
薄膜２の被覆率が向上するとともに、膜面の平坦化効果
が改善され、さらに良好な特性のコンデンサを製造でき
る。なお、スパッタリングの際にバイアス電圧を印加し
なかった場合、ポリイミド薄膜２のエッチドアルミニウ
ム箔電極１に対する被覆率が低下してコンデンサの特性
に影響を与える。

【００２２】この発明の第２の実施の形態のコンデンサ
の製造方法を図３および図４に基づいて説明する。図３
はこの実施の形態のコンデンサの製造方法を表すフロー
チャートである。この実施の形態では、第１の実施の形
態において、ステップ１を行った後、ステップ２の前に
ステップ１ａの電着およびステップ１ｂの乾燥・熱処理
を行うことにより、第１の実施の形態で製造したコンデ
ンサより欠陥や膜厚の不均一部分の少ないポリイミド誘
電体薄膜を形成することを目的としている。以下に、ス
テップ１ａおよびステップ１ｂで行った工程を詳しく説
明する。

【００２３】まず、ステップ１ａ工程において、ポリア
ミック酸７ｗｔ％のＮ−メチルピロリドン溶液１部と
Ｎ，Ｎ' −ジメチルホルムアミド４０部とメタノール８
０部とトリエチルアミン０．０５部を、３０分間、４０
〜５０℃で混合・攪拌したものを電着用ポリアミック酸
溶液とする。つぎに、前記電着溶液を、直径１０ｃｍ、
高さ１０ｃｍの円筒形ステンレス製容器に入れ、その容
器を陰極とし、ステップ１で製造した素子を溶液中に浸
漬し陽極として、８０Ｖという電圧で１分間電圧を印加
して電着を行って、図４に示すように、ポリイミド誘電
体薄膜２の欠陥や膜厚の不均一部分にポリイミド誘電体
薄膜７を形成する。

【００２４】なお、ここでいうポリアミック酸とは、ジ
アミン類とテトラカルボン酸無水物を等モルずつＮ−メ
チルピロリドン中に溶解させて、室温で５〜８時間攪拌
させることにより合成することが可能である。つぎに、
ステップ１ｂ工程において、ステップ１ａ工程を終えた
素子を、８０℃で３０分間乾燥させた後、２５０〜３０
０℃で熱処理することにより、ポリアミック酸を脱水縮
合させてイミド化して、エッチドアルミニウム箔電極１
の形状に追従し、なおかつ厚みの均一なポリイミド誘電
体薄膜２を形成する。

【００２５】ここで説明したステップ１ａ，１ｂ以外の
ステップ１〜５の工程は第１の実施の形態と同様な方法
で第２の実施の形態のコンデンサを製造する。この実施
の形態によれば、粗面化したエッチドアルミニウム箔電
極１表面上にスパッタリング法でポリイミド誘電体薄膜
２を形成し、さらにその表面上に電着法でポリイミド誘
電体薄膜７を形成するので、スパッタリング法のみでは
ポリイミド誘電体薄膜２を堆積できなかった欠落部分
や、その工程において生じた膜厚の不均一部分を電着法
により補修することができる。その結果、第１の実施の
形態よりも欠陥や膜厚の不均一部分の少ないポリイミド
誘電体薄膜を形成することができ、漏れ電流、誘電損
失、耐圧の点で優れた効果を得ることができる。

【００２６】また、高分子誘電体としては、ポリイミド
のようにスパッタリング法と電着法で同組成の薄膜を形
成できる材料を選択することが望ましい。すなわち、ポ
リイミドは樹脂のなかでも耐熱性が高く、上記のように
ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸塩溶液を用い
て電着した後、熱処理して脱水縮合すれば得ることが可
能である。このような高分子をスパッタリング法で予め
粗面化された電極１に形成しておけば、電着法によって
同種のもので欠陥部を補修することができる。

【００２７】表１は第１の実施の形態と第２の実施の形
態で得られたコンデンサの特性を比較例と比較したもの
である。ここで、比較例は、第２の実施の形態で用いた
電着溶液を用いて、エッチドアルミニウム箔電極１の表
面に電着法のみで、ポリイミド薄膜を形成させたこと以
外は第１の実施の形態と同様な方法でコンデンサを製造
した。この際の電着電圧は、１０Ｖから１０Ｖずつ段階
的に１０分おきに上昇させて、最終電圧８０Ｖとした。
このような、印加電圧プログラムで薄膜を形成させる
と、第１および第２の実施の形態とほぼ同じ容量のコン
デンサとなった。

【００２８】表１から明らかなように、第１および第２
の実施の形態によるコンデンサは、誘電損失（tan
δ）、漏れ電流、耐圧の点で比較例で示す電着法のみで
製造したポリイミド誘電体を有するコンデンサよりも優
れた効果が得られる。なお、比較例のコンデンサは、電
着膜に不純物や下地に水酸化アルミニウムが生成してい
たために、第１および第２のコンデンサよりも漏れ電流
や、誘電損失が大きく、耐圧が低かった。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【発明の効果】この発明の請求項１記載のコンデンサの
製造方法によれば、粗面化した電極表面上に気相中で高
分子誘電体薄膜を形成するので、純度の高い目的組成物
を電極表面上に形成するのに好都合であり、かつ電極の
酸化防止にも有効である。その結果、漏れ電流が小さ
く、耐圧が高く、無極性で、高周波特性の優れた信頼性
の高い小型・大容量コンデンサを製造できる。

【００３１】請求項２では、スパッタリング法により形
成される高分子誘電体薄膜は純度が高く、かつ電極を酸
化させる恐れがない。この場合、スパッタリング装置の
陽極側に電極をセットし、陰極にターゲットとなる高分
子誘電体薄膜を設置する。放電を行いプラズマ中の正イ
オンがターゲット表面に衝突し、ターゲット原子がはじ
き出されて電極表面上に高分子誘電体薄膜を形成するこ
とができる。

【００３２】請求項３では、高分子誘電体薄膜の形成に
用いるスパッタリング装置の陰極と陽極間にバイアス電
圧をかけるので、電極表面に対する高分子誘電体薄膜の
被覆率が向上するとともに、膜面の平坦化効果が改善さ
れ、さらに良好な特性のコンデンサを製造できる。この
発明の請求項４記載のコンデンサの製造方法によれば、
粗面化した電極表面上にスパッタリング法で高分子誘電
体薄膜を形成し、さらにその表面上に電着法で高分子誘
電体薄膜を形成するので、スパッタリング法のみでは高
分子誘電体薄膜を堆積できなかった欠落部分や、その工
程において生じた膜厚の不均一部分を電着法により補修
することができる。その結果、請求項１よりも欠陥や膜
厚の不均一部分の少ない高分子誘電体薄膜を形成するこ
とができ、漏れ電流、誘電損失、耐圧の点で優れた効果
を得ることができる。

【００３３】請求項５では、高分子誘電体薄膜にポリイ
ミドを用いたので、ポリイミドは樹脂のなかでも耐熱性
が高く、ポリイミドの前駆体であるボリアミック酸塩溶
液を用いて電着した後、熱処理して脱水縮合すれば得る
ことができることから、例えば請求項４においてはこの
ような高分子を予めスパッタリング法で電極に形成して
おけば、電着法によって同種のもので欠陥部を補修する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態のコンデンサの製
造方法を示すフローチャート図。

【図２】この発明の第１の実施の形態で製造したコンデ
ンサの断面図。

【図３】この発明の第２の実施の形態のコンデンサの製
造方法を示すフローチャート図。

【図４】第２の実施の形態において電着法でポリイミド
誘電体薄膜を形成した状態の模式図。

【図５】比較例の電着法によって形成したポリイミド誘
電体薄膜を有するコンデンサの断面図。

【符号の説明】

１エッチドアルミニウム箔電極２スパッタリング法で形成されたポリイミド誘電体
薄膜３化学酸化重合によるポリピロール層（対極）４エポキシ樹脂５電解重合によるポリピロール層（対極）６コロイダルカーボン、銀ペースト（集電体）７電着法で形成したポリイミド誘電体薄膜８ポリピロール（対極）９導電材料（集電体）

───────────────────────────────────────────────────── 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

【特許請求の範囲】

【請求項１】粗面化した電極表面上に気相中で高分子
誘電体薄膜を形成した後、前記高分子誘電体薄膜表面上
に対極を形成することを特徴とするコンデンサの製造方
法。
【請求項２】高分子誘電体薄膜をスパッタリング法で
形成する請求項１記載のコンデンサの製造方法。
【請求項３】高分子誘電体薄膜の形成に用いるスパッ
タリング装置の陰極と陽極間にバイアス電圧をかける請
求項２記載のコンデンサの製造方法。
【請求項４】粗面化した電極表面上にスパッタリング
法で高分子誘電体薄膜を形成し、さらにその表面上に電
着法で高分子誘電体薄膜を形成した後、前記高分子誘電
体薄膜表面上に対極を形成することを特徴とするコンデ
ンサの製造方法。
【請求項５】高分子誘電体薄膜にポリイミドを用いる
請求項１または４記載のコンデンサの製造方法。