JPH10321464A - コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 漏れ電流が小さく、小型で大容量を有し、無
極性で高周波特性の優れたコンデンサおよびその製造方
法を提供することを目的とする。 【解決手段】 粗面化した導電体電極であるエッチドア
ルミニウム箔電極１の表面上に電着法によりポリカルボ
ン酸系樹脂誘電体薄膜２を形成した後、熱処理をして前
記誘電体薄膜２を硬化反応させ、更に前記誘電体薄膜２
表面上に対極として導電体層である第１のポリピロール
層３，第２のポリピロール層４，集電体層５を形成する
ことを特徴とする小型・大容量コンデンサにおいて、定
電流・定電圧法で電着することと、２回以上の電着を行
うことにより、誘電体膜の電気的弱点部を減少させて、
漏れ電流の小さい、無極性なコンデンサを実現させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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およびその
製造方法に関する。

【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の低いものが強く要求されている。

【０００３】高周波領域でインピーダンスが低いコンデ
ンサには、有機フィルムを誘電体としたフィルムコンデ
ンサがあるが、誘電体の比誘電率が２〜３と小さいこと
と薄膜化も２μｍ程度までが限界であることから、高い
静電容量を得るには形状が大きくなったり、価格が高く
なるという問題があった。

【０００４】一方、アルミニウムの酸化皮膜を誘電体と
したアルミ電解コンデンサは、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
記のフィルムコンデンサに比べ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、アルミ電解コン
デンサの駆動用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の固体材料に置き換え
たアルミ固体電解コンデンサが開発されている。しか
し、いずれにしてもアルミ電解コンデンサは誘電体の酸
化皮膜に極性があるために、交流回路で使用することは
困難である。

【０００５】さらに、エッチドアルミニウム箔表面上に
アルミニウムの酸化皮膜ではなく、電着法によりポリイ
ミド皮膜を形成させ、さらにその表面上に導電性高分子
を形成させた新しいタイプの小型・大容量フィルムコン
デンサの製造方法も提供されている。（例えば、特開平
４−８７３１２号公報参照）この発明は、誘電体である
有機フィルムの無極性、低誘電正接などという長所を維
持しつつ、静電容量の拡大を図ったものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記発明
のポリイミド皮膜を形成させる場合、ポリイミドの前駆
体であるポリアミック酸が水には分散性が悪いため、ど
うしても溶媒にジメチルホルムアミドやアルコールなど
の有機溶剤を用いなければならなかった。このような有
機溶剤を多量に含む電着液に電圧を印加するのは、安全
性に問題があり、なおかつ有機溶剤の人体への有害性も
考慮が必要であった。さらに、水に比べてコストが高い
という工業的大量生産には、不向きである点が多かっ
た。

【０００７】そこで、本発明者は、水系の電着液を用い
て、代表的なポリカルボン酸系樹脂であるポリアクリル
酸樹脂誘電体を粗面化した導電体電極表面上に形成し、
その誘電体層表面に対極を設けたコンデンサおよびその
製造方法を提案した。（特願平７−２９７６５１号公
報） そして、前記発明の方法で、エッチング孔の孔径が１〜
３μｍで、孔の長さが３０〜５０μｍというアスペクト
比の大きい孔を多数有するエッチドアルミニウム箔（厚
さは約１００μｍ）の表面上に、ポリカルボン酸系樹脂
を０．２μｍ以下の膜厚になるように形成して幾つかコ
ンデンサを作製し、コンデンサとしての特性の評価をこ
れまで種々行ってきた。その結果、漏れ電流が全体的に
大きいという問題点を有していた。

【０００８】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、漏れ電流が小さく、無極性で小型で大容量を有する
新しいタイプのコンデンサの製造方法を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のコンデンサの製造方法は、粗面化した導電
体電極の表面上に電着法によりポリカルボン酸系樹脂誘
電体薄膜を形成する第１の工程と、熱処理をして前記誘
電体薄膜を硬化反応させる第２の工程と、前記誘電体表
面上に対極として導電体層を形成する第３の工程を有
し、さらに前記第１の工程のポリカルボン酸系樹脂誘電
体薄膜の電着を設定電圧まで定電流法で行い、設定電圧
に到達した後に定電圧法で行うことを特徴としている。

【００１０】そして、設定した電圧まで定電流法で電着
を行う際の電流密度は、１０ｍＡ／ｃｍ²以下にするこ
とが、薄くて均一な膜を形成するには適している。

【００１１】また、本発明のコンデンサの製造方法は、
粗面化した導電体電極の表面上に電着法によりポリカル
ボン酸系樹脂誘電体薄膜を形成する第１の工程と、熱処
理をして前記誘電体薄膜を硬化反応させる第２の工程
と、前記誘電体表面上に対極として導電体層を形成する
第３の工程を有し、なおかつ前記第１の工程と前記第２
の工程とを２回以上繰り返し行うことを特徴としてい
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】定電圧法のみで電着を行うと、最
初に大きな電流が流れ、時間経過とともに電気抵抗の大
きい膜が電極上に形成され、電流は徐々に減少してい
く。この場合、初期に流れる大きな電流が原因となっ
て、粗面化した導電体の細孔の入り口をポリカルボン酸
樹脂粒子で埋めてしまう可能性がある。また、孔奥部に
欠陥が生じていても、電着後期において電流値が小さく
なると、その部分への膜形成が困難となる。

【００１３】また、誘電体形成が１回のみでは、１回目
の誘電体膜形成で電気的弱点部があれば、それが大きな
漏れ電流の原因となる可能性がある。

【００１４】それらのことを改善するために、本発明の
請求項１に記載の発明は、粗面化した導電体電極の表面
上に電着法によりポリカルボン酸系樹脂誘電体薄膜を形
成する第１の工程と、熱処理をして前記誘導体薄膜を硬
化反応させる第２の工程と、前記誘電体表面上に対極と
して導電体層を形成する第３の工程とを有し、さらに前
記第１の工程のポリカルボン酸系樹脂誘電体薄膜の電着
を設定電圧まで定電流法で電着を行い、設定電圧に到達
した後に定電圧法で電着を行うことから、効率的に漏れ
電流の小さいコンデンサを製造できる作用を有してい
る。

【００１５】また、請求項２に記載の発明は、設定した
電圧まで定電流法で電着を行う際の電流密度を１０ｍＡ
／ｃｍ²以下とすることにより、粗面化した導電体電極
表面上に、均一な膜厚で欠陥の少ない誘電体膜を形成で
きる作用を有している。

【００１６】また、請求項３に記載の発明は、粗面化し
た導電体電極の表面上に電着法によりポリカルボン酸系
樹脂誘電体薄膜を形成する第１の工程と、熱処理をして
前記誘電体薄膜を硬化反応させる第２の工程と、前記誘
電体表面上に対極として導電体層を形成する第３の工程
とを有し、なおかつ前記第１の工程と前記第２の工程と
を２回以上繰り返し行うことにより、極めて欠陥の少な
い、均一な静電体膜を形成できる作用を有している。

【００１７】（実施の形態１）以下に本発明の実施の形
態について、図面を参照しながら説明する。

【００１８】図１は本実施の形態で説明するコンデンサ
の断面図であり、図２は本実施の形態で説明するコンデ
ンサの製造方法のフロー図である。

【００１９】まず、目的とするコンデンサの構成を図１
を用いて詳細に説明する。図中の１はエッチングにより
生じ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誘電体であるポリカルボ
ン酸系樹脂皮膜２が電着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の対極には、導電性高分
子の第１のポリピロール層３と第２のポリピロール層４
と集電するために付着させた集電体５で構成されてい
る。６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、本実施の形態
の目的のコンデンサの構成となる。

【００２０】なお、ここでいうポリカルボン酸系樹脂と
は、高分子の主鎖や側鎖に少なくとも一つのカルボン酸
基を有するものを示している。例えば、ポリアクリル酸
やポリメタクリル酸などの共重合体などのことである。
好ましくは、メラミン樹脂やベンゾグアナミン樹脂など
の硬化剤が配合されて、熱処理の際に三次元架橋反応に
より硬化し、膜の絶縁性、耐熱性、強度が高まるものが
本目的には適している。

【００２１】つぎに、上記構成のコンデンサの製造方法
の一例を図２を用いて以下に詳細に説明する。

【００２２】電着液には、主剤であるポリカルボン酸系
樹脂が硬化剤であるベンゾグアナミン系樹脂と水溶液中
でミセル構造をとって分散しているものを用いた。ミセ
ルの直径は約０．１μｍである。この水溶液の構成成分
は、固形分が１０重量％、イオン交換水８６重量％、ブ
チルセロソルブ４重量％である。ここでいう固形分に
は、ポリアクリル酸とポリメタクリル酸とポリスチレン
の共重合体（分子量約２万）（主剤）とメラミン系樹脂
（硬化剤）が７対３の重量比で混合されたものを用い
た。また、前記固形分を液中に分散させる際には、アニ
オン電着法でよく行われるように、固形分中のカルボン
酸基の一部をトリエチルアミンを適量加えて中和し、分
散性を高めた。

【００２３】なお、本発明に用いる電着液は、上記のも
のに限るものではなく、市販のポリカルボン酸系のアニ
オン電着塗料液でも本発明に使用可能であることを実験
で確認した。

【００２４】まず、ステップ１で電着液を直径８０ｍｍ
の円筒型のステンレス容器（陰極）に入れる。次に、リ
ード線を溶接したエッチドアルミニウム箔電極１を誘電
体形成部（面積：１０ｍｍ×１０ｍｍ）として、電着後
に浸漬し陽極とした。なお、この電着に用いた電極１
は、あらかじめアルカリ陰極電解洗浄し、表面の自然酸
化皮膜を除去し、表面を均一化したものを用いた。ま
た、電圧印加前には、エッチドアルミニウム箔電極１細
孔中に残存している気体を、減圧下で脱気した。

【００２５】次に、電流密度０．４ｍＡ／ｃｍ²で、設
定電圧１０Ｖとして１０分間、定電流・定電圧電着を行
い、エッチドアルミニウム箔電極１表面に誘電体である
ポリカルボン酸系樹脂薄膜２を形成させた。なお、ステ
ップ１で電流密度や設定電圧の大きさ、電着時間の長さ
などを調節することにより、ポリカルボン酸系樹脂皮膜
２の厚さを調節できることは言うまでもない。

【００２６】次に、ステップ２で、ステップ１において
誘電体層を形成した試料を水洗した後、８０℃で２０分
間乾燥し、１８０℃で熱処理することにより、メラミン
樹脂とポリカルボン酸系樹脂とを硬化反応させ、耐熱
性、絶縁性に優れた誘電体層を有する素子を作製した。

【００２７】次に、ステップ３で、その素子を１．０ｍ
ｏｌ／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
膜である第１のポリピロール層３を形成させた。

【００２８】つづいて、ステップ４で、第１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４０重量％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、円筒型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２．５ｍＡ／ｃｍ²の一定電流で
３０分間電解重合して第２のポリピロール層４を形成し
た。

【００２９】次に、ステップ５で、この素子をコロイダ
ルカーボンや銀塗料などの導電材料を塗布することによ
り集電体層５を形成する。これにより、集電体層５によ
り集電された第１のポリピロール層３，第２のポリピロ
ール層４からなる対極を形成させる。

【００３０】次に、ステップ６で、集電体層５にリード
線をはんだで付けて対極を完成させ、エポキシ樹脂で外
装することにより本実施の形態のコンデンサを完成し
た。

【００３１】（実施の形態２）実施の形態１において、
ステップ２の工程を終えた誘電体層を形成した試料に、
再度電流密度０．４ｍＡ／ｃｍ²で、設定電圧２０Ｖと
して１０分間、定電流・低電圧電着を行い、エッチドア
ルミニウム箔電極１表面に誘電体であるポリカルボン酸
系樹脂皮膜２を形成させたこと以外は、実施の形態１と
同じ方法でコンデンサを完成させた。

【００３２】（性能検討１）上記のようにして得られた
実施の形態１、２の各コンデンサの特性を比較例のコン
デンサの特性と比較して表１に示す。比較例のコンデン
サは、実施の形態１において、定電圧法で１０Ｖで１０
分間電着して誘電体を形成したものである。

【００３３】

【表１】

【００３４】この表１から明らかなように、実施の形態
１および２のコンデンサは、比較例と比べて誘電正接、
漏れ電流の点で優れた効果が得られた。

【００３５】また、実施の形態２のコンデンサは、電着
を２回行ったため、静電容量が実施の形態１のコンデン
サよりも小さくなっているが、誘電体の電気的弱点部が
実施の形態１のコンデンサより減少したため、漏れ電流
は実施の形態１より、極めて小さくなっている。

【００３６】以上のことから、定電流・定電圧法で電着
することと、２回以上の電着を行うことは、漏れ電流の
小さい、小型で大容量で、無極性なコンデンサを実現で
きるものである。

【００３７】なお、誘電体形成回数が２回目以降におい
て、前回の定電流電着時の電流密度よりも大きくならな
い程度の電流密度で電着を行うと、前回に形成していた
膜の弱点部を破壊することを防ぐことができる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、本発明によるコンデンサ
の製造方法は、ポリカルボン酸系樹脂誘電体薄膜の電着
を設定電圧まで定電流法で電着を行い、設定電圧に到達
した後に定電圧法で電着を行うことから、効率的に漏れ
電流の小さい無極性で小型・大容量のコンデンサを実現
できる。

【００３９】また、上記の製造方法において、設定した
電圧まで定電流法で電着を行う際の電流密度を１０ｍＡ
／ｃｍ²以下とすると、均一な膜厚で欠陥のない誘電体
膜を形成できる効果が特にある。

【００４０】さらに、本発明によるコンデンサの製造方
法は、粗面化した導電体電極の表面上に定電流・定電圧
法による電着でポリカルボン酸系樹脂誘電体薄膜を形成
する第１の工程と熱処理をして前記誘電体薄膜を硬化反
応させる第２の工程とを２回以上繰り返し行うことによ
り、極めて欠陥の少ない、均一な誘電体膜を形成できる
ようになり、漏れ電流の小さい無極性で小型・大容量の
コンデンサを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態におけるコンデンサ
の断面の模式図

【図２】本発明の第１の実施の形態におけるコンデンサ
の製造方法のフロー図

【符号の説明】

１ エッチドアルミニウム箔電極 ２ ポリカルボン酸系樹脂薄膜 ３ 第１のポリピロール層 ４ 第２のポリピロール層 ５ 集電体層 ６ エポキシ樹脂

───────────────────────────────────────────────────── 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粗面化した導電体電極の表面上に電着法
   によりポリカルボン酸系樹脂誘電体薄膜を形成する第１
   の工程と、熱処理をして前記誘電体薄膜を硬化反応させ
   る第２の工程と、前記誘電体表面上に対極として導電体
   層を形成する第３の工程を有し、さらに前記第１の工程
   のポリカルボン酸系樹脂薄膜の電着を設定電圧まで定電
   流法で行い、設定電圧に到達した後に定電圧法で行うこ
   とを特徴とするコンデンサの製造方法。
2. 【請求項２】 設定した電圧まで定電流法で電着を行う
   際の電流密度を１０ｍＡ／ｃｍ²以下とすることを特徴
   とする請求項１記載のコンデンサの製造方法。
3. 【請求項３】 粗面化した導電体電極の表面上に電着法
   によりポリカルボン酸系樹脂誘電体薄膜を形成する第１
   の工程と、熱処理をして前記誘電体薄膜を硬化反応させ
   る第２の工程と、前記誘電体表面上に対極として導電体
   層を形成する第３の工程とを有し、なおかつ前記第１の
   工程と前記第２の工程とを２回以上繰り返し行うことを
   特徴とするコンデンサの製造方法。