JPH11274007A - 固体電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導電性ポリマーを電解質とすることにより、
高周波インピーダンス等の電気的諸特性に優れた固体電
解コンデンサおよびその製造方法を提供すること。 【解決手段】 コンデンサ素子における陽極電極箔３の
表面に形成のエッチングピット１０にモノマーとエチル
アルコール等の低沸点溶剤の混合溶液１１を含浸し、加
温して、低沸点溶剤を蒸発させてモノマー１２を残し、
モノマー１２が残った空隙１３に酸化剤１４を含浸し
て、モノマー１２と酸化剤１４を化学重合反応させて導
電性ポリマー１５を生成し、これを電解質とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解コンデン
サおよびその製造方法に関し、更に詳しくは、導電性ポ
リマーを電解質とした固体電解コンデンサに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、巻回型電解コンデンサ
は、図１に例示されているように、それぞれ電気的な引
出しリード１、２を設けた陽極電極箔３と陰極電極箔４
をセパレータ紙５を介し巻回してコンデンサ素子６を形
成し、実質上陰極となる電解液をセパレータ紙にしみ込
ませ、アルミケース（図示しない）に入れ、ゴム等で封
止して作られている。

【０００３】ところで、陽極箔は、弁金属の代表である
アルミニウムが使用され、これの箔状のものを電気化学
的手法で粗面化し、陽極酸化の手法で誘電体となる酸化
膜を形成して作られる。一方、陰極箔は、陽極箔と同様
の方法で作られるが、陽極箔以上の実効面積を持つ様粗
面化した状態もしくは陽極酸化を施したものが使用さ
る。

【０００４】電解液を用いるコンデンサでは、有機溶媒
に無機酸もしくは有機酸、例えばカルボン酸、ジカルボ
ン酸およびこれらのアンモニウム、第一アミン、第三ア
ミン、第四アンモニウム、アルカリ金属および有機アル
カリ物質の塩もしくはそれぞれの組合わせで用いられ
る。高周波で低インピーダンスな性能を電解コンデンサ
に保持させるために低抵抗な電解液を要求されている
が、電解液はイオン伝導のため限界があり、また、液状
であるためと封止の不完全さから電解液が外部に飛散す
るため有限寿命部品とされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、この問題を解
決するために最近、電解質を固体化した固体電解コンデ
ンサが提案されている。

【０００６】一例として、固体電解質に二酸化マンガン
を用いた巻回型コンデンサでは、硝酸マンガンから熱処
理で二酸化マンガンを形成するため、高温にさらされセ
パレータ紙が焼失してしまうため、一般のセパレータ紙
からガラスペーパーなるものを用い、コンデンサ化して
いる。このガラスペーパーは、セパレータ紙より厚さが
厚く、コンデンサに収容する電極面積に制限を受け、小
型化しにくいという欠点がある。

【０００７】また、７、７、８、８−テトラシアノキノ
ジメタン（ＴＣＮＱ）錯塩を用いたコンデンサでは、Ｔ
ＣＮＱ錯塩の耐熱温度が低く、基板搭載時のプレヒート
で漏れ電流（ＬＣ）が増加するといった欠点を有してい
る。

【０００８】更に、ピロールを酸化剤で電解重合して得
られるポリピロールを電解質として用いるコンデンサで
は、前述のように、陽極箔が酸化膜で覆われているた
め、電解重合のためには新たに電極を設ける必要があ
り、巻回型のコンデンサでは作られておらず、また、大
型のコンデンサの製造は困難である。また、化学重合で
電解質を得るには低温で長時間を要することから、小型
のチップコンデンサのみが製造されている。

【０００９】最近、ドイツバイエル社から出されたエチ
レンジオキシチオフェンをパラトルエンスルホン酸第三
鉄で化学重合して得られるポリエチレンジオキシチオフ
ェンを電解質とするコンデンサが提案されているが（特
開平２−１５６１１号、特開平９−２９３６３９号公報
参照）、ポリマーと酸化剤とを予め混合して用いてい
る。このため、混合溶剤は混合と同時に重合が始まり、
液のポットライフが短くなり、この方法は量産に不向き
と推定される。

【００１０】本発明は、従来技術における性能上および
製造上の問題点を解決した固体電解コンデンサおよびそ
の製造方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る固体電解コンデンサは、エチルアル
コール等の低沸点溶剤とモノマーの混合溶液をコンデン
サ素子に含浸した後、加温して前記混合溶液中のモノマ
ーが残るように前記低沸点溶剤を蒸発させて前記モノマ
ーを残し、該モノマーの抜けた空隙に酸化剤を含浸して
モノマーと該酸化剤を化学重合反応させ、以って生成し
た導電性ポリマーを電解質とした構成を特徴とする。

【００１２】請求項２に係る固体電解コンデンサの製造
方法は、導電性ポリマーを電解質とした固体電解コンデ
ンサの製造方法において、エチルアルコール等の低沸点
溶剤とモノマーの混合溶液をコンデンサ素子に含浸した
後、加温して前記混合溶液中のモノマーが残るように前
記低沸点溶剤を蒸発させて前記モノマーを残し、該モノ
マーの抜けた空隙に酸化剤を含浸してモノマーと該酸化
剤を化学重合反応により導電性ポリマーを生成すること
を特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
すると、本発明に係る固体電解コンデンサおよびその製
造方法は、図１に例示された固体電解コンデンサにおい
て、予め重合に必要とされる量のモノマー（３、４エチ
レンジオキシチオフェン）をエチルアルコール等の低沸
点溶剤に溶解混合して、該混合溶液をコンデンサ素子６
（タンタルシンター体でもよい）に含浸し、加温して、
低沸点溶剤を蒸発させる。この場合、始めに低沸点溶剤
の蒸発条件、例えば温度を決めて置き、蒸発量を重量で
測定することで蒸発量を時間で管理することが可能とな
る。本発明方法の原理説明図である図２を参照して更に
説明すれば、コンデンサ素子６における陽極電極箔３の
表面に形成の多数のエッチングピット１０にモノマーと
低沸点溶剤の混合溶液１１を含浸し加温して、低沸点溶
剤を蒸発させてモノマー１２を残し、モノマー１２の残
った空隙１３にパラトルエンスルホン酸第三鉄等の酸化
剤１４を含浸して、モノマー１２と酸化剤１４を重合反
応させて電解質である導電性ポリマー１５を生成した。
これにより、コンデンサ素子中のモノマーの量が自由に
コントロールできるとともに、コンデンサ素子の中心部
での重合が確実に行なえるため、コンデンサ素子の大き
さに制限を受けることなく、大容量で低インピーダンス
の性能の安定した固体電解コンデンサが得られる。

【００１４】

【実施例】以下に具体的施例について説明する。 実施例１ １０Ｖ２２０μＦ用（φ１０×１２．５mm）の巻き上げ
済コンデンサ素子６をアジピン酸アンモン、リン酸系の
化成液で化成し、純水洗浄して、２７０℃で８分間熱処
理し、これを２回実施した。その後、再び化成、純水洗
浄して、１２５℃で６０分乾燥した。次いで、コンデン
サ素子６に、ＥＤＴモノマー／エタノール（２０ｗｔ％
溶液）を到達真空度１０〜２０mmＨｇで１０分間減圧浸
漬し、コンデンサ素子サイズに合わせ５０℃で１０分間
乾燥した後、パラトルエンスルホン酸第三鉄（４０ｗｔ
％溶液）の酸化剤を到達真空度１０〜２０mmＨｇで１０
分間減圧浸漬して、化学重合反応を４０〜７０℃で３〜
５時間実施し、後ＩＰＡ等の洗浄剤で洗浄、８５〜１２
０℃で７０分間乾燥した。乾燥後、裸素子で、１０５℃
で定格電圧の１．３倍の電圧を印加しエージングして、
コンデンサ素子をアルミケースに挿入し、エポキシ樹脂
を入れ加温硬化して封止し、スリーブを嵌着して固体電
解コンデンサを完成させた。

【００１５】実施例２ 実施例１において、コンデンサ素子サイズに合わせ５０
℃で２５分間乾燥する以外は実施例１におけると同様の
手順で固体電解コンデンサを完成させた。

【００１６】次に、参考例１として １０Ｖ２２０μＦ用（φ１０×１２．５mm）の巻き上げ
済コンデンサ素子６をアジピン酸アンモン、リン酸系の
化成液で化成し、純水洗浄して、２７０℃で８分間熱処
理し、これを２回実施した。その後再び化成、純水洗浄
して、１２５℃で６０分間乾燥した。次いで、コンデン
サ素子６に、ＥＤＴモノマーとパラトルエンスルホン酸
第三鉄の酸化剤との混合溶液を到着真空度１０〜２０mm
Ｈｇで１０分間減圧浸漬して、化学重合反応を２５〜１
００℃で２〜１５時間実施し、後ＩＰＡ等の洗浄剤で洗
浄し、８５〜１２０℃で７０分間乾燥した。乾燥後、裸
素子で、１０５℃で定格電圧の１．３倍の電圧を印加し
てエージングして、コンデンサ素子をアルミケースに挿
入し、エポキシ樹脂を入れ加温硬化して封止し、スリー
ブを嵌着して固体電解コンデンサを完成させた。

【００１７】参考例２として 実施例１において、巻き上げ済コンデンサ素子６が１６
Ｖ３３μＦ用（φ６．３×７mm）であること以外は実施
例１におけると同様の手順で固体電解コンデンサを完成
させた。

【００１８】実施例１、２と参考例１、２の各固体電解
コンデンサにつき、その静電容量、誘電損失（ｔａｎ
δ）、漏れ電流、等価直列抵抗（ＥＳＲ）の初期特性の
平均値の測定結果を表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１に示す実施例１、実施例２は、それぞ
れ加温時間とエタノール減少率の関係を示す図３におけ
る加温時間１０分、２５分での固体電解コンデンサ特性
を示すもので、１０Ｖ２２０μＦのコンデンサ素子にお
いて、１０分の加温ではエタノールの４０％しか減少し
ておらず、酸化剤が含浸され難く、２５分の加温ではエ
タノールの８０％が減少して、酸化剤が含浸され易く、
一方、寸法の小さい１６Ｖ３３μＦのコンデンサ素子で
は、１０分の加温でエタノールの８０％以上が減少し、
酸化剤が含浸され易いことが判る。

【００２１】表１から明らかなように、本発明に係る各
実施例の固体電解コンデンサは、誘電損失（ｔａｎ
δ）、等価直列抵抗（ＥＳＲ）特性に優れ、かつ漏れ電
流が少ない信頼性に優れた固体電解コンデンサが得られ
たことが判る。一方、参考例１のものは、誘電損失（ｔ
ａｎδ）、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が悪く、製品として
は供し得ないことが判る。

【００２２】

【発明の効果】しかして、本発明によれば、エチルアル
コール等の低沸点溶剤ト３、４エチレンジオキシチオフ
ェンの混合溶液を、陽極電極箔と陰極電極箔とを紙等セ
パレータを介して巻き回したコンデンサ素子に含浸した
後、加温して混合溶液中の３、４エチレンジオキシチオ
フェンが残るように低沸点溶剤を蒸発させ、その空隙に
酸化剤を含浸し、セパレータ中で３、４エチレンジオキ
シチオフェンと酸化剤を化学重合反応させて、電解質で
ある導電性ポリマーを生成させるものであるから、希釈
することで３、４エチレンジオキシチオフェンの使用量
が少なくて済み、しかもコンデンサに必要とされる高周
波インピーダンスも他の電解質を用いたコンデンサと比
較して同等以上の性能を有して、電気的諸特性に優れる
ものである。また、モノマーと酸化剤の混合溶剤では時
間の経過と共に重合が進み最終的には廃棄せざるを得な
いが、本発明方法によれば、廃棄することなく使い切る
ことが可能である。また、本発明方法は、巻回型コンデ
ンサに限定するものではなく、シンター体、箔等を素子
とするコンデンサにも利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体電解コンデンサの一例での斜
視図的説明図である。

【図２】本発明方法の原理を示す模式的断面図である。

【図３】加温時間とエタノール減少率との関係図であ
る。

【符号の説明】

１、２ 引出しリード ３ 陽極電極箔 ４ 陰極電極箔 ５ セパレータ ６ コンデンサ素子 １０ エッチングピット １１ 混合溶液 １２ モノマー １３ 空隙 １４ 酸化剤 １５ 導電性ポリマー（電解質）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 船橋 稔 神奈川県横浜市港北区新横浜３丁目18番３ 号 富士通東和エレクトロン株式会社内 (72)発明者 吉原 和生 神奈川県横浜市港北区新横浜３丁目18番３ 号 富士通東和エレクトロン株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エチルアルコール等の低沸点溶剤とモノ
   マーの混合溶液をコンデンサ素子に含浸した後、加温し
   て前記混合溶液中のモノマーが残るように前記低沸点溶
   剤を蒸発させて前記モノマーを残し、該モノマーの抜け
   た空隙に酸化剤を含浸してモノマーと該酸化剤を化学重
   合反応させ、以って生成した導電性ポリマーを電解質と
   した構成を特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 【請求項２】 導電性ポリマーを電解質とした固体電解
   コンデンサの製造方法において、エチルアルコール等の
   低沸点溶剤とモノマーの混合溶液をコンデンサ素子に含
   浸した後、加温して前記混合溶液中のモノマーが残るよ
   うに前記低沸点溶剤を蒸発させて前記モノマーを残し、
   該モノマーの抜けた空隙に酸化剤を含浸してモノマーと
   該酸化剤を化学重合反応により導電性ポリマーを生成す
   ることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。