JPH11186089A - コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘電正接および漏れ電流が小さく、小型で大
容量を有する新しいタイプの有機フィルムコンデンサお
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】 界面活性剤を添加した高分子溶液を用い
て、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良質なポリカルボン酸
系樹脂誘電体薄膜２を形成した後、熱処理をして誘電体
薄膜２を硬化反応させ、更に誘電体薄膜２の表面上に対
極として誘電体層である第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を形成することによ
り、誘電正接、漏れ電流の小さい小型・大容量フィルム
コンデンサを実現できる。

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テ
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
と薄膜化が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
ポリイミド皮膜の無極性、低誘電正接という長所を維持
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
においては、ポリイミド皮膜を形成させる際のポリアミ
ック酸塩溶液の溶媒に、ジメチルホルムアミドやメタノ
ールなどの有機溶剤を用いている。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
必要である。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、不向きである点も多い。

【０００７】そこで、本発明者らは、工業的に使用容易
な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、その誘電体層表面上に対極を設け
たコンデンサおよびその製造方法を提案した（特開平９
−１１５７６７号公報参照）。

【０００８】そして、前記発明の方法で、アスペクト比
の大きい孔（孔径：１〜３μｍ、孔の長さ：３０〜５０
μｍ）を多数有するエッチドアルミニウム箔（厚さ：約
１００μｍ）の表面上に、ポリカルボン酸系樹脂を形成
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、漏れ電流が大きいという欠点を改善
しなければならないという課題が残されていた。

【０００９】漏れ電流が大きい原因の一つとして、次の
ようなことが考えられる。本発明の電着液に用いた溶媒
の水は、メタノールなどの有機溶媒と比べて、表面張力
の大きな溶媒である。表面張力を数値で比較すると、
水：７２．６ｄｙｎ／ｃｍ（２０℃）、メタノール：２
２．６ｄｙｎ／ｃｍ（２０℃）、エタノール：２２．３
ｄｙｎ／ｃｍ（２０℃）、ジメチルホルムアミド：３
５．２ｄｙｎ／ｃｍ（２５℃）、Ｎ−メチルピロドリ
ン：４１．０ｄｙｎ／ｃｍ（２５℃）と水は各種溶媒の
中でも表面張力が極めて大きなものである。このように
水系の電着液は表面張力が大きいので、エッチドアルミ
ニウム箔に対して濡れ性が悪かったり、アスペクト比の
大きい微細な孔の奥まで液体が浸透しにくい可能性があ
る。そのようなことが生じると、電着高分子誘電体薄膜
の膜厚が不均一になったり、ピンホールが生じ易くな
り、漏れ電流が大きくなると予想できる。

【００１０】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、漏れ電流および誘電正接が小さく、小型で大容量を
有する新しいタイプのフィルム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。

【００１１】

【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は、粗面化あるいは多孔化した
導電体電極の表面上に電着によって形成した高分子誘電
体薄膜を有し、前記高分子誘電体薄膜表面上に対極とし
ての導電体層を有するものであり、前記高分子誘電体薄
膜が界面活性剤を添加した高分子溶液を用いて電着した
もであることを特徴としている。

【００１２】また、粗面化した導電体電極はエッチドア
ルミニウム箔が好適である。また、高分子誘電体薄膜が
ポリカルボン酸系樹脂であることも特徴としている。

【００１３】また、界面活性剤としては、フッ素系界面
活性剤が適している。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、高分子溶液に界面活性剤
を添加する工程と、粗面化あるいは多孔化した導電体電
極表面上に高分子薄膜を電着する工程と、熱処理をして
前記誘電体薄膜を硬化反応させる工程と、前記誘電体薄
膜表面上に対極として導電体層を形成する工程とを有す
ることを特徴としている。

【００１４】また、界面活性剤としては、フッ素系界面
活性剤が本発明のコンデンサの製造方法には適してい
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、粗面化あるいは多孔化した導電体電極の表面上に電
着によって形成した高分子誘電体薄膜を有し、前記高分
子誘電体薄膜表面上に対極としての導電体層を有するも
のであって、前記高分子誘電体薄膜が界面活性剤を添加
した高分子溶液を用いて電着したものであることから、
ピンホールが少なく、均一な膜厚を有し、導電体電極と
密着性が高くなる作用を有している。

【００１６】また、本発明の請求項２に記載の発明は、
粗面化した導電体電極として表面積の大きなエッチドア
ルミニウム箔を用いることから、コンデンサの静電容量
の拡大に適するという作用を有している。

【００１７】また、本発明の請求項３に記載の発明は、
高分子誘電体薄膜としてポリカルボン酸系樹脂を用いる
ことから、電着法により粗面化あるいは多孔化した導電
体のような複雑な表面形状を有する電極表面に追従した
薄膜を効率的に形成できる作用を有している。

【００１８】また、本発明の請求項４に記載の発明は、
界面活性剤がフッ素系界面活性剤であることから、良質
な高分子誘電体膜を有するコンデンサとなる作用を有し
ている。

【００１９】また、本発明の請求項５に記載の発明は、
高分子溶液に界面活性剤を添加する工程と、粗面化ある
いは多孔化した導電体電極表面上に高分子薄膜を電着す
る工程と、熱処理をして前記誘電体薄膜を硬化反応させ
る工程と、前記誘電体薄膜表面上に対極として導電体層
を形成する工程とを有することから、ピンホールの少な
い均一な膜厚を有する良質な誘電体を有するコンデンサ
を製造できる作用を有している。

【００２０】また、本発明の請求項６に記載の発明は、
界面活性剤がフッ素系界面活性剤であることから、大幅
に高分子溶液の表面張力を下げる作用を有している。

【００２１】（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。

【００２２】図１は本実施の形態で説明するコンデンサ
の断面の模式図、図２は本実施の形態で説明するコンデ
ンサの製造方法を示すフロー図である。

【００２３】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、粗面化により表面積
が約３０倍に拡大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薄膜２が、界面活性剤を添加した
高分子溶液を用いた電着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層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（図示せず）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。

【００２４】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カルボン酸基を少なくとも一
つ以上有するものを示している。例えば、ポリアクリル
酸、ポリメタクリル酸などのことである。もちろんこれ
らのものの共重合体や一部がエステル化したものも使用
可能であることはいうまでもない。好ましくは、メラミ
ンなどのアミノ樹脂系硬化剤が混合されて熱処理の際に
三次元架橋反応により絶縁性が向上するものが本目的に
は適している。そして、これらの中でも水溶性で作業性
にも優れ、なおかつアルミとの接着性および柔軟性にも
優れるポリアクリル酸樹脂が本目的には好適である。

【００２５】つぎに、上記構成のコンデンサの製造方法
を図２を用いて以下に詳細に説明する。

【００２６】まず、ステップ１の電着用高分子溶液を合
成する工程を説明する。ポリカルボン酸を含む水溶液に
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％の割合で配合したエマルジョン
溶液を使用した。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の共重合体（分子量約２万）（主
剤）とメラミン樹脂（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５０％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。

【００２７】次に、ステップ２では、ステップ１で合成
した高分子溶液にフッ素系界面活性剤を１００ｐｐｍ添
加した。この際に用いた界面活性剤は、パーフルオロア
ルキルアルコキシレート（製品名ＦＣ−１７１ ３Ｍ社
製）である。このように水系の高分子溶液に界面活性剤
を微量に添加するだけで、溶液の表面張力が６８ｄｙｎ
／ｃｍから２３ｄｙｎ／ｃｍまで低下した。そのため、
エッチドアルミニウム箔に対する電着液の濡れ性が著し
く向上した。

【００２８】なお、界面活性剤は上記のようなフッ素系
のものに限るものではなく、シリコン系、炭化水素系の
ものでも効果を発揮することはいうまでもない。また、
多数の界面活性剤を検討した結果、ステップ２で示した
ようなフッ素系界面活性剤が本発明の目的には最適であ
ることがわかった。ここでいうフッ素系界面活性剤と
は、パーフルオロアルキルスルホン酸のアンモニウム塩
類、パーフルオロアルキルスルホン酸のカリウム塩類、
パーフルオロアルキルスルホン酸のナトリウム塩類、パ
ーフルオロアルキルポリオキシエチレンエタノール類、
フッ素化アルキルエステル類などのことである。

【００２９】次に、ステップ３で誘電体であるポリカル
ボン酸系樹脂薄膜２を電着する工程を説明する。

【００３０】まず、ステップ１で合成した電着液を直径
８０ｍｍの円筒型のステンレス容器（陰極）に入れる。
次に、リード線を溶接で付け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、電着液に浸漬し陽極とした。

【００３１】そして、両電極間に、印加電圧５０Ｖ（一
定）で、１０分間通電することにより、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。ステップ３では、界面活性剤添
加の影響で、従来の実験より孔奥までポリカルボン酸系
樹脂薄膜２が均一に形成できることがわかった。また、
電圧印加時の水の電気分解によって発生する気泡の大き
さも、界面活性剤を添加することによって小さくなっ
た。そのことによって、ポリカルボン酸系樹脂薄膜２中
のピンホールの発生を抑制することが可能となった。

【００３２】なお、ステップ３で印加電圧の大きさ、電
着時間の長さ、電着回数などを変えることにより、ポリ
カルボン酸系樹脂薄膜２の膜厚を調節できることは言う
までもない。

【００３３】次に、ステップ４で、ステップ３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３０分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
た。この工程においても、界面活性剤を添加したことに
より、乾燥・熱処理時の膜の平滑化（レベリング）効果
が向上した。

【００３４】次に、ステップ５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。

【００３５】つづいて、ステップ６で、第１のポリピロ
ール層３が形成された素子を、円筒型のステンレス容器
内のピロール１部、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。

【００３６】次に、ステップ７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。ここにリード線を
はんだで付けて対極を完成させた。

【００３７】さらに、ステップ８で、エポキシ樹脂（図
示せず）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。

【００３８】（性能検討１）上記のようにして得られた
実施の形態１のコンデンサおよび比較例のコンデンサの
誘電正接の分布を図３の（ａ）（ｂ）にそれぞれ示す。
比較例のコンデンサは、実施の形態１のステップ２で界
面活性剤を高分子溶液に添加しなかったこと以外は、実
施の形態１と同様な方法で作製したものである。いずれ
の場合も合計１５個ずつ製造して、誘電正接のバラツキ
を比較した。

【００３９】なお静電容量は、実施の形態１および比較
例とも顕著には差がなく、すべての試料において０．７
５〜０．８０μＦ／ｃｍ²の範囲に分布していた。

【００４０】図３（ａ）（ｂ）から明らかなように、界
面活性剤を入れたものの方が入れなかったものよりもピ
ンホールのない良質な誘電体を形成することができたた
め、誘電正接の小さいコンデンサが多く製造でき、バラ
ツキも小さい。

【００４１】表１に、実施の形態１および比較例のコン
デンサの電気特性の一例を示す。

【００４２】

【表１】

【００４３】この表１から明らかなように、本開発の実
施の形態１のように高分子溶液の電着液に界面活性剤を
添加したコンデンサの方が、添加しなかった比較例より
良質な誘電体膜を形成できたため、誘電正接および漏れ
電流が小さくなっている。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によるコンデンサ
は、界面活性剤を添加した高分子溶液を用いて電着した
ことにより、ピンホールが少なく、均一な膜厚を有し、
なおかつ導電体電極と密着性が高い高分子誘電体薄膜を
有し、誘電正接、漏れ電流が小さくなる効果を発揮す
る。

【００４５】また、粗面化した導電体電極として表面積
の大きなエッチドアルミニウム箔を用いることから、コ
ンデンサの静電容量の拡大を容易にできるという効果が
ある。

【００４６】また、高分子誘電体薄膜としてポリカルボ
ン酸系樹脂を用いることから、電着法により粗面化ある
いは多孔化した導電体のような複雑な表面形状を有する
電極表面に追従した薄膜を効率的に形成でき、小型・大
容量でなおかつ耐熱性に優れたコンデンサを実現できる
効果を有している。

【００４７】また、界面活性剤にフッ素系界面活性剤を
用いると、大幅に高分子溶液の表面張力を下げることが
可能となり、誘電正接、漏れ電流の小さな小型・大容量
のフィルムコンデンサを実現できる。

【００４８】また、本発明によるコンデンサの製造方法
は、高分子溶液に界面活性剤を添加する工程と、粗面化
あるいは多孔化した導電体電極表面上に高分子薄膜を電
着する工程と、熱処理をして前記誘電体薄膜を硬化反応
させる工程と、前記誘電体薄膜表面上に対極として導電
体層を形成する工程とを有し、ピンホールの少ない均一
な膜厚を有する良質な誘電体を形成できることから、誘
電正接、漏れ電流の小さなコンデンサを製造できる。

【００４９】また、界面活性剤にフッ素系界面活性剤を
用いると、大幅に高分子溶液の表面張力を下げることが
可能となり、誘電正接、漏れ電流の小さな小型・大容量
の有機フィルムコンデンサを製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１におけるコンデンサの断
面の模式図

【図２】本発明の実施の形態１におけるコンデンサの製
造方法のフロー図

【図３】（ａ）本発明の形態１におけるコンデンサの誘
電正接の分布図 （ｂ）比較例におけるコンデンサの誘電正接の分布図

【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（誘電体層） 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（絶縁用）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粗面化あるいは多孔化した導電体電極の
   表面上に電着によって形成した高分子誘電体薄膜を有
   し、前記高分子誘電体薄膜表面上に対極としての導電体
   層を有するものであって、前記高分子誘電体薄膜が界面
   活性剤を添加した高分子溶液を用いて電着したものであ
   ることを特徴とするコンデンサ。
2. 【請求項２】 粗面化した導電体電極がエッチドアルミ
   ニウム箔であることを特徴とする請求項１記載のコンデ
   ンサ。
3. 【請求項３】 高分子誘電体薄膜がポリカルボン酸系樹
   脂であることを特徴する請求項１記載のコンデンサ。
4. 【請求項４】 界面活性剤がフッ素系界面活性剤である
   ことを特徴とする請求項１記載のコンデンサ。
5. 【請求項５】 高分子溶液に界面活性剤を添加する工程
   と、粗面化あるいは多孔化した導電体電極表面上に高分
   子誘電体薄膜を電着する工程と、熱処理をして前記高分
   子誘電体薄膜を硬化反応させる工程と、前記高分子誘電
   体薄膜表面上に対極として導電体層を形成する工程とを
   有することを特徴とするコンデンサの製造方法。
6. 【請求項６】 界面活性剤がフッ素系界面活性剤である
   ことを特徴とする請求項５記載のコンデンサの製造方
   法。