WO2014017098A1 - 導電性高分子の製造方法および固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

導電性高分子の製造方法および固体電解コンデンサの製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a conductive polymer. More specifically, the present invention relates to a method for producing a conductive polymer for obtaining a solid electrolytic capacitor having a low ESL (equivalent series inductance).
  • a semiconductor layer made of a conductive polymer is generally used for the cathode of a solid electrolytic capacitor.
  • a method for forming the semiconductor layer for example, an anode body having a dielectric layer on its surface is immersed in an electrolytic solution in which a monomer and a dopant for forming a conductive polymer are dissolved in water, and the monomer is electrolytically polymerized.
  • a method involving this is known.
  • a semiconductor layer made of a conductive polymer is formed on the dielectric layer.
  • a compound having a thiophene skeleton is used as a monomer. Such monomers are only slightly soluble in water. Only the monomer dissolved in the electrolytic solution cannot supply an amount necessary for forming the semiconductor layer.
  • Patent Document 1 Since the monomer is easily dissolved in an organic solvent, it has been proposed to use an organic solvent instead of water as a solvent for an electrolytic solution for electrolytic polymerization (Patent Document 1). However, many organic solvents are easy to evaporate, and it takes time to maintain the liquid surface position. In addition, an electrolytic solution using such a non-aqueous organic solvent has a drawback that its polymerization efficiency is low because of its high electric resistance.
  • Patent Document 2 discloses that a monomer exceeding the saturation solubility is added to a mixed solvent of water and an organic solvent, and a part of the monomer is suspended in the solvent. A technique for electrolytic polymerization while stirring is disclosed.
  • An object of the present invention is to provide a manufacturing method for obtaining a solid electrolytic capacitor having a low ESL (equivalent series inductance).
  • a method for producing a conductive polymer comprising electropolymerizing the polymerizable material in a sol containing a polymerizable material that can be a conductive polymer.
  • the sol is obtained by dissolving a polymerizable material that can be a conductive polymer in a water-soluble organic solvent to obtain a solution, and adding the solution to water while performing a homogenization treatment.
  • a polymerizable material that can be a conductive polymer in a water-soluble organic solvent
  • the sol further contains a dopant.
  • the dielectric layer on the surface of the anode body is A method for producing a solid electrolytic capacitor, comprising forming a conductive polymer layer on the substrate.
  • An anode body having a dielectric layer on its surface is immersed in a water-soluble organic solvent solution of a polymerizable material that can be a conductive polymer, pulled up, and then immersed in a sol containing the polymerizable material. Furthermore, the manufacturing method of the solid electrolytic capacitor as described in [7] or [8].
  • An electropolymerization liquid for producing a conductive polymer comprising a sol containing a polymerizable material that can be a conductive polymer, water, and a water-soluble organic solvent.
  • the method for producing a conductive polymer of the present invention includes electrolytic polymerization of the polymerizable material in a sol containing a polymerizable material that can be a conductive polymer.
  • the sol has a liquid dispersion medium and a fine dispersoid dispersed therein.
  • the dispersoid constituting the sol used in the present invention has a 50% diameter (D50) in the volume-based cumulative particle size distribution, preferably 0.5 to 1000 nm, more preferably 1 to 400 nm.
  • D50 50% diameter
  • the 50% diameter (D50) in the volume-based cumulative particle size distribution is measured by the dynamic light scattering method.
  • the preferred sol used in the present invention is composed of a polymerizable material in which the dispersoid can be a conductive polymer, and the dispersion medium is composed of a liquid phase in which the amount of the polymerizable material that can be a conductive polymer is small. Is.
  • the sol used in the present invention is not particularly limited by the preparation method.
  • the sol can be obtained by dissolving a polymerizable material that can be a conductive polymer in a water-soluble organic solvent to obtain a solution, mixing the solution and water, and finely dispersing (homogenizing).
  • the polymerizable material that can be the conductive polymer used in the present invention is not particularly limited.
  • a compound having a thiophene skeleton and a compound having a pyrrole skeleton can be given.
  • These polymerizable materials are commercially available, and can be produced by known methods.
  • Compounds having a thiophene skeleton include 3-methylthiophene, 3-ethylthiophene, 3-n-propylthiophene, 3-n-butylthiophene, 3-n-pentylthiophene, 3-n-hexylthiophene, 3-n- Heptylthiophene, 3-n-octylthiophene, 3-n-nonylthiophene, 3-n-decylthiophene, 3-n-undecylthiophene, 3-n-dodecylthiophene, 3-n-octadodecylthiophene, 3-methoxy Thiophene, 3-phenylthiophene, 3-thiophenecarboxylic acid, 3-thiophene aldehyde, thiophene-3-acetic acid, 3-thiopheneethanol, 3-thiophenmalonic acid, 3-thiophenemethanol, 3-fluorothiophene,
  • Examples of the compound having a pyrrole skeleton include pyrrole, 3-methylpyrrole, 3-ethylpyrrole, 3-propylpyrrole, 3-butylpyrrole, 3-pentylpyrrole, 3-hexylpyrrole, 3-heptylpyrrole, 3-octylpyrrole, 3-nonylpyrrole, 3-decylpyrrole, 3-fluoropyrrole, 3-chloropyrrole, 3-bromopyrrole, 3-cyanopyrrole, 3,4-dimethylpyrrole, 3,4-diethylpyrrole, 3,4-butylenepyrrole 3,4-methylenedioxypyrrole, 3,4-ethylenedioxypyrrole and the like.
  • the amount of the polymerizable material contained in the sol is preferably 2 to 7 g / L, more preferably 4 to 6 g / L.
  • the water-soluble organic solvent is an organic solvent having high compatibility with water. More specifically, the solvent is preferably 10 ml or more, more preferably 50 ml or more, and still more preferably 100 ml or more in 100 ml of water.
  • water-soluble organic solvents include polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, trimethylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, tripropylene glycol, tetraethylene glycol, glycerin, trimethylol ethane, and trimethylol propane.
  • water-soluble organic solvents those having a boiling point of 150 ° C. or higher are preferable, and those having a boiling point of 170 ° C. or higher are more preferable.
  • the upper limit of the boiling point of the water-soluble organic solvent is preferably 400 ° C, more preferably 350 ° C, and further preferably 300 ° C.
  • polyhydric alcohols are preferred because of their good mixing with water, and among these polyhydric alcohols, ethylene glycol and propylene glycol are particularly preferred.
  • the method for dissolving a polymerizable material that can be a conductive polymer in a water-soluble organic solvent there is no particular limitation on the method for dissolving a polymerizable material that can be a conductive polymer in a water-soluble organic solvent.
  • the solution can be obtained by adding the material to a water-soluble organic solvent and stirring at room temperature.
  • the amount of the polymerizable material is preferably 1 to 2 parts by mass, more preferably 1.2 to 1.8 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the water-soluble organic solvent.
  • the solution and water are mixed.
  • the mixing may be performed by adding water to the solution, by adding the solution to water, or by pouring the solution and water simultaneously at a predetermined ratio.
  • it may be homogenized.
  • the method of the homogenized treatment is not particularly limited, and examples thereof include stirring with a homogenizer and ultrasonic irradiation.
  • the most preferred approach is to add the solution to water while homogenizing.
  • the mass ratio of the solution / water is preferably 2/8 to 6/4, more preferably 3/7 to 5/5.
  • the sol used in the present invention preferably further contains a dopant.
  • the dopant can be added to the water mixed with the solution or to the sol obtained by mixing.
  • the dopant is not particularly limited as long as it increases the conductivity of the conductive polymer.
  • the dopant includes halide ions such as hexafluoroline, hexafluoroarsenic, hexafluoroantimony, and tetrafluoroboron; alkyl-substituted organic sulfonate ions such as methanesulfonic acid and dodecylsulfonic acid, and cyclic sulfonate ions such as camphorsulfonic acid ion Alkyl-substituted or unsubstituted benzene mono- or disulfonate ions such as benzenesulfonic acid, paratoluenesulfonic acid, dodecylbenzenesulfonic acid,
  • the dopant can be included in the sol by adding a compound capable of releasing it.
  • the amount of dopant added is not particularly limited.
  • the mass of the compound capable of releasing the dopant is preferably 150 to 250 parts by mass, more preferably 200 to 220 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymerizable material.
  • a polymerizable material that can be a conductive polymer, water, and a water-soluble organic solvent, preferably a sol containing a dopant, is useful as an electrolytic polymerization solution for producing a conductive polymer. Since the size of the dispersoid is small, it is considered that the sol hardly blocks the pore inlet of the sintered body like the monomer suspension.
  • Electropolymerization is performed by immersing a conductive base material as an anode in the sol and applying a voltage to a cathode provided in the same sol.
  • the voltage to be applied is not particularly limited and can be appropriately set according to the purpose. By applying this voltage, the polymerizable material is electropolymerized to synthesize the target conductive polymer.
  • the method for producing a solid electrolytic capacitor according to the present invention includes a method for producing a conductive polymer in the presence of an anode body having a dielectric layer on the surface thereof, so that an upper surface of the dielectric layer on the surface of the anode body is obtained. Forming a conductive polymer layer. Specifically, an anode body having a dielectric layer on the surface is immersed in a sol containing a polymerizable material that can be a conductive polymer, and the polymerizable material is electropolymerized in the sol.
  • the anode body having the dielectric layer on the surface Before the anode body having the dielectric layer on the surface is immersed in the sol, the anode body having the dielectric layer on the surface is immersed in a water-soluble organic solvent solution of a polymerizable material that can be a conductive polymer, and then pulled up. It is preferable. This operation allows the polymerizable material to be immersed in the anode body having the dielectric layer on the surface, and contributes to more uniform formation of the conductive polymer.
  • the anode body having a dielectric layer on the surface may be a commercially available one, or may be obtained by electrolytically oxidizing the anode body and forming the anode body surface layer into a dielectric. .
  • the anode body is manufactured from a valve metal.
  • a valve metal As the anode body, a porous body obtained by sintering valve action metal powder to increase the area of the dielectric layer is preferably used.
  • the valve action metal include aluminum, tantalum, niobium, and tungsten.
  • An anode lead wire can be embedded in the anode body and planted to serve as a terminal of the anode body.
  • the electrolytic oxidation of the anode body surface layer can be performed according to a known method. Specifically, the anode body is immersed in an electrolyte solution in which an electrolyte such as nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, oxalic acid, or adipic acid and an oxygen supply agent such as hydrogen peroxide or ozone are dissolved as necessary. Electrolytic oxidation is performed by applying a voltage thereto. The voltage is applied between the anode body (anode) and the counter electrode (cathode). Energization of the anode body can be performed through the planted anode lead wire.
  • an electrolyte such as nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, oxalic acid, or adipic acid
  • an oxygen supply agent such as hydrogen peroxide or ozone
  • a cathode made of a conductive polymer is formed on the anode body formed by the above method.
  • the cathode is formed by the method for producing a conductive polymer according to the present invention.
  • Electropolymerization is performed by immersing an anode body as an anode in the sol and applying a voltage to a cathode provided in the same sol.
  • a semiconductor layer made of a conductive polymer is formed on the dielectric layer on the anode body surface.
  • a conductor layer can be provided on the semiconductor layer by a carbon paste layer or a silver paste layer, which is a conductive paste layer, or metal plating.
  • the cathode lead is connected to the cathode in a state where electricity can be applied, and a part of the cathode lead is exposed outside the exterior of the electrolytic capacitor and becomes a cathode external terminal.
  • the anode body is connected to the anode body through an anode lead wire so that the anode lead can be energized, and a part of the anode lead is exposed outside the exterior of the electrolytic capacitor and becomes an anode external terminal.
  • a normal lead frame can be used to attach the cathode lead and the anode lead.
  • the exterior can be formed by sealing with resin or the like to obtain a solid electrolytic capacitor.
  • the solid electrolytic capacitor thus produced can be subjected to an aging treatment as desired.
  • the solid electrolytic capacitor obtained by the production method of the present invention can be used by being mounted on various electric circuits or electronic circuits.
  • Characteristics and the like were measured as follows. (capacity) The conducting wire wired to the LCR measuring device was applied to the conductor layer of the capacitor element and the lead wire planted in the capacitor element. The capacity at 120 Hz was measured with an LCR measuring instrument manufactured by Agilent.
  • ESL The conducting wire wired to the LCR measuring device was applied to the conductor layer of the capacitor element and the lead wire planted in the capacitor element. ESL at 500 kHz was measured with an LCR measuring instrument manufactured by Agilent.
  • Example 1 (Preparation of electrolytic polymerization solution) In 250 parts by mass of ethylene glycol, 3.7 parts by mass of 3,4-ethylenedioxythiophene was dissolved to obtain a solution. This solution was added to 525 parts by mass of water while homogenizing with a homogenizer (NS-51 manufactured by Microtech Nichion). Next, 7.5 parts by mass of an anthraquinone sulfonic acid dopant was added while homogenizing. The sol thus obtained was homogeneous and transparent. This sol was placed in a stainless steel container as an electrolytic polymerization solution.
  • a homogenizer 7.5 parts by mass of an anthraquinone sulfonic acid dopant was added while homogenizing.
  • the sol thus obtained was homogeneous and transparent. This sol was placed in a stainless steel container as an electrolytic polymerization solution.
  • the sintered body on which the dielectric layer was formed was immersed in a 10% by mass aqueous solution of iron (III) toluenesulfonate. The sintered body was pulled up from the aqueous solution and dried at room temperature. This immersion-drying operation was further performed 4 times (total 5 times). Thereafter, the sintered body was immersed in an ethanol solution of 20% by mass of 3,4-ethylenedioxythiophene monomer. The sintered body was pulled up from the ethanol solution and dried at room temperature.
  • Electrolytic polymerization was carried out by using a lead wire as an anode and a stainless steel container as a cathode, and flowing current at room temperature first at 40 ⁇ A for 15 minutes, then at 80 ⁇ A for 45 minutes, and finally at 120 ⁇ A for 10 minutes.
  • the sintered body was pulled up from the electrolytic polymerization solution, washed, and dried (first time). This immersion-electrolytic polymerization-washing-drying operation was further performed once (second time).
  • a carbon paste layer and a silver paste layer were sequentially laminated to produce a capacitor element.
  • Two capacitor elements on the cathode part of a separately prepared lead frame with a thickness of 100 ⁇ m (made of a copper alloy plated with 0.6 ⁇ m thick nickel and 5 ⁇ m thick tin on the outermost surface) Are placed in parallel so that the 1.5 mm x 4.5 mm surface is in contact with the frame, and connected with silver paste, and the lead wire part cut to a predetermined dimension is connected to the anode part of the lead frame by welding did.
  • Comparative Example 1 A mixed solvent was obtained by mixing 250 parts by mass of ethylene glycol, 525 parts by mass of water, and 7.5 parts by mass of an anthraquinone sulfonic acid dopant. To this, 3.7 parts by mass of 3,4-ethylenedioxythiophene was added, and homogenized with a homogenizer (NS-51, manufactured by Microtec Nithion). All of 3,4-ethylenedioxythiophene was not completely dissolved, and a liquid separated into two layers was obtained. A solid electrolytic capacitor was obtained in the same manner as in Example 1 except that this was an electrolytic polymerization solution. The yield of capacitors having an LC of 0.1 CV ⁇ A or less was 90% or more. The performance of the obtained capacitor is shown in Table 1.
  • Example 2 250 parts by mass of ethylene glycol is 388.5 parts by mass of propylene glycol, the amount of 3,4-ethylenedioxythiophene is 4.5 parts by mass, the amount of water is 375 parts by mass, and the amount of anthraquinone sulfonate dopant is 9
  • a solid electrolytic capacitor was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount was changed to 2 parts by mass.
  • the electrolytic polymerization solution was a homogeneous and transparent sol.
  • the yield of capacitors having an LC of 0.1 CV ⁇ A or less was 90% or more.
  • the performance of the obtained capacitor is shown in Table 1.
  • Comparative Example 2 250 parts by mass of ethylene glycol is 388.5 parts by mass of propylene glycol, the amount of 3,4-ethylenedioxythiophene is 4.5 parts by mass, the amount of water is 375 parts by mass, and the amount of anthraquinone sulfonate dopant is 9
  • a solid electrolytic capacitor was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the amount was changed to 2 parts by mass.
  • the electrolytic polymerization liquid was a liquid separated into two layers.
  • the yield of capacitors having an LC of 0.1 CV ⁇ A or less was 90% or more.
  • the performance of the obtained capacitor is shown in Table 1.
  • Example 3 A solid electrolytic capacitor was prepared in the same manner as in Example 1 except that 3.7 parts by mass of 3,4-ethylenedioxythiophene was changed to 3.3 parts by mass of pyrrole and the amount of anthraquinone sulfonic acid dopant was changed to 7.0 parts by mass. Obtained.
  • the electrolytic polymerization solution was a homogeneous and transparent sol.
  • the yield of capacitors having an LC of 0.1 CV ⁇ A or less was 90% or more.
  • the performance of the obtained capacitor is shown in Table 1.
  • Comparative Example 3 A solid electrolytic capacitor was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that 3.7 parts by mass of 3,4-ethylenedioxythiophene was changed to 3.3 parts by mass of pyrrole and the amount of anthraquinonesulfonic acid dopant was changed to 7.0 parts by mass. Obtained.
  • the electrolytic polymerization liquid was a liquid separated into two layers. The yield of capacitors having an LC of 0.1 CV ⁇ A or less was 90% or more. The performance of the obtained capacitor is shown in Table 1.
  • the amount of the polymerizable material is considered to be an amount that is in excess of the solubility in the solvent and cannot be originally dissolved.
  • all the electrolytic polymerization solutions obtained in the examples are homogeneous and transparent. Therefore, it was determined that the electrolytic polymerization solution obtained in the examples was not “solution” but “sol”.
  • the solid electrolytic capacitor (Example) obtained by the manufacturing method of the present invention has a significantly lower ESL (equivalent series inductance) than the solid electrolytic capacitor (Comparative Example) obtained by the conventional method.

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Description

導電性高分子の製造方法および固体電解コンデンサの製造方法
　本発明は、導電性高分子の製造方法に関する。より詳細に、本発明は、ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）が低い固体電解コンデンサを得るための導電性高分子の製造方法に関する。
　固体電解コンデンサの陰極には、導電性高分子からなる半導体層が一般に用いられる。半導体層の形成法として、例えば、導電性高分子を形成するためのモノマーとドーパントとを水に溶解させた電解液に、誘電体層を表面に有する陽極体を浸し、前記モノマーを電解重合することを含む方法が知られている。この方法によって、誘電体層上に導電性高分子からなる半導体層が形成される。この方法では、モノマーとしてチオフェン骨格を有する化合物などが用いられる。このようなモノマーは水にほんのわずかしか溶けない。電解液に溶解しているモノマーだけでは半導体層形成に必要な量を供給できない。
　該モノマーは有機溶媒に溶解しやすいので、電解重合用電解液の溶媒として、水ではなく有機溶媒を用いることが提案されている（特許文献１）。しかし、有機溶媒は蒸発しやすいものが多く、液面位置を維持するのに手間を要する。また、このような非水性の有機溶媒を用いた電解液は、電気抵抗が高いので重合効率が低いという難点がある。
　電解液の溶媒として、水と有機溶媒との混合溶媒を用いることが提案されている。水のみを溶媒にした場合よりもモノマーの溶解度は高くなるが、半導体層形成に必要な量のモノマーを溶解できるまでには至らない。
　モノマーの供給量を増やすために、特許文献２には、飽和溶解度を超える量のモノマーを水と有機溶媒との混合溶媒に添加してモノマーの一部を溶媒に懸濁させ、該懸濁液を撹拌しながら電解重合する手法が開示されている。
特開昭６０－０３７１１４号公報 ＷＯ２００７／００４５５６Ａ
　モノマー懸濁液にて電解重合を行うと、モノマー滴が、陽極体細孔の入り口を塞ぐことがある。塞がれた細孔の奥にはドーパントが十分取り込まれないので、この細孔部分に形成された導電性高分子は他の部分に形成されたものに比べて導電率が数桁低いことがある。導電率が不均一な半導体層の形成は、ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）を増加させる。
　本発明の目的は、ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）が低い固体電解コンデンサを得るための製造方法を提供することである。
　本発明者らは上記目的を達成するために検討した結果、以下の態様を包含する発明を完成するに至った。
［１］導電性高分子に成り得る重合性材料を含有するゾルの中において、前記重合性材料を電解重合することを含む導電性高分子の製造方法。
［２］重合性材料が、チオフェン骨格を有する化合物およびピロール骨格を有する化合物からなる群から選ばれる少なくとも一つである［１］に記載の導電性高分子の製造方法。
［３］ゾルに含まれる重合性材料の量が２～７ｇ／Ｌである［１］または［２］に記載の導電性高分子の製造方法。
［４］ゾルは、導電性高分子に成り得る重合性材料を水溶性有機溶媒に溶解させて溶液を得、該溶液をホモジナイズド処理しながら水に添加することによって得られるものである、［１］～［３］のいずれかひとつに記載の導電性高分子の製造方法。
［５］ゾルを構成する分散質は、体積基準累積粒度分布における５０％径が０．５～１０００ｎｍである［１］～［４］のいずれかひとつに記載の導電性高分子の製造方法。
［６］ゾルはドーパントをさらに含有する、［１］～［５］のいずれかひとつに記載の導電性高分子の製造方法。
［７］誘電体層を表面に有する陽極体の存在下に、［１］～［６］のいずれかひとつに記載の製造方法を行うことによって、陽極体の表面に在る誘電体層の上に導電性高分子層を形成することを含む固体電解コンデンサの製造方法。
［８］電解重合が、陽極体を陽極に、ゾル中に設けた対電極を陰極にして行なわれる［７］に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
［９］誘電体層を表面に有する陽極体を導電性高分子に成り得る重合性材料の水溶性有機溶媒溶液に浸漬し、引き上げて、次いで前記重合性材料を含有するゾルに浸漬することをさらに含む［７］または［８］に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
［１０］導電性高分子に成り得る重合性材料、水、および水溶性有機溶媒を含有するゾルからなる導電性高分子製造用電解重合液。
［１１］ゾルはさらにドーパントを含有する［１０］に記載の導電性高分子製造用電解重合液。
　本発明の製造方法によって半導体層を形成すると、ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）が低い固体電解コンデンサが得られる。
　本発明の導電性高分子の製造方法は、導電性高分子に成り得る重合性材料を含有するゾルの中において、前記重合性材料を電解重合することを含むものである。ゾルは、液状の分散媒とそれに分散された微小の分散質とを有するものである。
　本発明に用いられるゾルを構成する分散質は、体積基準累積粒度分布における５０％径（Ｄ５０）が、好ましくは０．５～１０００ｎｍ、より好ましくは１～４００ｎｍである。分散質の５０％径が可視光よりも小さい場合に、ゾルは肉眼観察においては均質で透明である。なお、体積基準累積粒度分布における５０％径（Ｄ５０）は、動的光散乱法で測定したものである。
　本発明に用いられる好ましいゾルは、分散質が導電性高分子に成り得る重合性材料で構成され、分散媒が導電性高分子に成り得る重合性材料の溶解量が少ない液相で構成されるものである。
　本発明に用いられるゾルは、その調製方法によって特に制限されない。例えば、ゾルは、導電性高分子に成り得る重合性材料を水溶性有機溶媒に溶解させて溶液を得、該溶液と水とを混ぜ合わせ、微分散（ホモジナイズ）させることによって得ることができる。
　本発明に用いられる導電性高分子に成り得る重合性材料は、特に限定されない。例えば、チオフェン骨格を有する化合物およびピロール骨格を有する化合物を挙げることができる。これら重合性材料は市販品が入手可能であり、また公知の方法で製造することができる。
　チオフェン骨格を有する化合物としては、３－メチルチオフェン、３－エチルチオフェン、３－ｎ－プロピルチオフェン、３－ｎ－ブチルチオフェン、３－ｎ－ペンチルチオフェン、３－ｎ－ヘキシルチオフェン、３－ｎ－ヘプチルチオフェン、３－ｎ－オクチルチオフェン、３－ｎ－ノニルチオフェン、３－ｎ－デシルチオフェン、３－ｎ－ウンデシルチオフェン、３－ｎ－ドデシルチオフェン、３－ｎ－オクタドデシルチオフェン、３－メトキシチオフェン、３－フェニルチオフェン、３－チオフェンカルボン酸、３－チオフェンアルデヒド、チオフェン－３－酢酸、３－チオフェンエタノール、３－チオフェンマロン酸、３－チオフェンメタノール、３－フルオロチオフェン、３－ブロモチオフェン、３－ヨードチオフェン、３－シアノチオフェン、３－ブロモ－４－メチルチオフェン、３，４－ジメチルチオフェン、３，４－ジエチルチオフェン、３，４－ブチレンチオフェン、３，４－メチレンジオキシチオフェン、３，４－エチレンジオキシチオフェンなどを挙げることができる。
　ピロール骨格を有する化合物としては、ピロール、３－メチルピロール、３－エチルピロール、３－プロピルピロール、３－ブチルピロール、３－ペンチルピロール、３－ヘキシルピロール、３－ヘプチルピロール、３－オクチルピロール、３－ノニルピロール、３－デシルピロール、３－フルオロピロール、３－クロロピロール、３－ブロモピロール、３－シアノピロール、３，４－ジメチルピロール、３，４－ジエチルピロール、３，４－ブチレンピロール、３，４－メチレンジオキシピロール、３，４－エチレンジオキシピロールなどを挙げることができる。
　ゾルに含まれる前記重合性材料の量は、好ましくは２～７ｇ／Ｌ、より好ましくは４～６ｇ／Ｌである。
　水溶性有機溶媒は、水との相溶性が高い有機溶媒である。より具体的には、水１００ｍｌに好ましくは１０ｍｌ以上、より好ましくは５０ｍｌ以上、さらに好ましくは１００ｍｌ以上溶解する溶媒である。水溶性有機溶媒としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラエチレングリコール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパンなどの多価アルコール類；エチレングリコールジグリシジルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノアセタート、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメトキシメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジアセタート、ジエチレングリコールジベンゾエート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングルコールモノエチルアセタート、トリエチレングリコールモノメチルエーチル、トリエチレングリコールモノエチルエーチル、トリエチレングリコールジメチルエーチル、プロピレングリコールモノメチルエーチル、プロピレングリコールモノエチルエーチル、ジプロピレングリコールモノメチルエーチル、ジプロピレングリコールモノエチルエーチル、グリセリングリシジルエーテル、グリセリンモノアセタート、グリセリンジアセタート、グリセリントリアセタートなどの多価アルコールの誘導体；などを挙げることができる。
　上記の水溶性有機溶媒のうち、沸点が１５０℃以上のものが好ましく、１７０℃以上のものがより好ましい。また、水溶性有機溶媒の沸点の上限は、好ましくは４００℃、より好ましくは３５０℃、更に好ましくは３００℃である。上記の水溶性有機溶媒のうち、水との多量混合性が良好なことから多価アルコール類が好ましく、多価アルコール類のうちエチレングリコールとプロピレングリコールが特に好ましい。
　導電性高分子に成り得る重合性材料を水溶性有機溶媒に溶解させる手法は特に限定されない。例えば、室温下で該材料を水溶性有機溶媒に添加して撹拌することによって溶液を得ることができる。前記重合性材料の量は、水溶性有機溶媒１００質量部に対して、好ましくは１～２質量部、より好ましくは１．２～１．８質量部である。
　次に前記溶液と水とを混ぜ合わせる。該混ぜ合わせは、溶液に水を添加して行ってもよいし、水に溶液を添加して行ってもよいし、溶液と水とを所定の割合で同時に注いで行ってもよい。ゾルの安定性を高めるためにホモジナイズド処理してもよい。ホモジナイズド処理の手法は特に制限されず、例えば、ホモジナイザーなどによる撹拌や、超音波照射などが挙げられる。最も好ましい手法は該溶液をホモジナイズド処理しながら水に添加することである。
　溶液／水の質量比は、好ましくは２／８～６／４、より好ましくは３／７～５／５である。
　本発明に用いられるゾルはドーパントをさらに含有することが好ましい。ドーパントは、前記溶液に混ぜ合わせる水または混合によって得られたゾルに添加することができる。ドーパントは、導電性高分子の導電率を高めるものであれば特に制限されない。ドーパントとしては、ヘキサフロロリン、ヘキサフロロヒ素、ヘキサフロロアンチモン、テトラフロロホウ素等のハロゲン化物イオン；メタンスルホン酸、ドデシルスルホン酸等のアルキル置換有機スルホン酸イオン、カンファースルホン酸イオンなどの環状スルホン酸イオン；ベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ベンゼンジスルホン酸等のアルキル置換もしくは無置換のベンゼンモノもしくはジスルホン酸イオン；２－ナフタレンスルホン酸、１，７－ナフタレンジスルホン酸等のスルホン酸基を１～４個置換したナフタレンスルホン酸のアルキル置換もしくは無置換イオン；アントラセンスルホン酸イオン、アントラキノンスルホン酸イオン、ベンゾキノンスルホン酸イオン、アルキルビフェニルスルホン酸、ビフェニルジスルホン酸等のアルキル置換もしくは無置換のビフェニルスルホン酸イオン；ポリスチレンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合体等の高分子スルホン酸イオン等の置換または無置換の芳香族スルホン酸イオン；ビスサルチレートホウ素、ビスカテコレートホウ素等のホウ素化合物イオン；モリブドリン酸、タングストリン酸、タングストモリブドリン酸等のヘテロポリ酸イオンなど；またはこれらの塩を挙げることができる。ドーパントはそれを放出することのできる化合物を添加することによってゾルに含有させることができる。ドーパントの添加量は特に制限されない。例えば、前記重合性材料１００質量部に対して、ドーパントを放出することのできる化合物の質量として、好ましくは１５０～２５０質量部、より好ましくは２００～２２０質量部である。
　導電性高分子に成り得る重合性材料、水、および水溶性有機溶媒、好ましくはドーパントを含有するゾルは導電性高分子を製造するための電解重合液として有用である。ゾルは、分散質の大きさが小さいので、モノマー懸濁液のように、焼結体の細孔入口を塞ぐことがほとんどないと考えられる。
　電解重合は、陽極としての導電性基材を前記ゾルに浸け、同じゾル中に設けた陰極との間に電圧を印加することによって行われる。印加する電圧は特に制限されず、目的に応じて適宜設定することができる。この電圧印加によって重合性材料が電解重合されて目的とする導電性高分子を合成することができる。
　本発明の固体電解コンデンサの製造方法は、誘電体層を表面に有する陽極体の存在下に、前記導電性高分子の製造方法を行うことによって、陽極体の表面に在る誘電体層の上に導電性高分子層を形成することを含むものである。具体的には、誘電体層を表面に有する陽極体を、導電性高分子に成り得る重合性材料を含有するゾルに浸漬し、該ゾル中で前記重合性材料を電解重合する。なお、誘電体層を表面に有する陽極体をゾルに浸漬する前に、誘電体層を表面に有する陽極体を導電性高分子に成り得る重合性材料の水溶性有機溶媒溶液に浸漬し、引き上げることが好ましい。この操作は、誘電体層を表面に有する陽極体に該重合性材料を浸み込ませることができ、導電性高分子のより均一な形成に寄与する。
　誘電体層を表面に有する陽極体は、市販されているものであってもよいし、陽極体を電解酸化して陽極体表面層を誘電体に化成することによって得られるものであってもよい。一般に、陽極体は弁作用金属から製造される。陽極体として、誘電体層の面積を増やすために弁作用金属粉末を焼結させた多孔質のものが好ましく用いられる。弁作用金属としては、アルミニウム、タンタル、ニオブ、タングステンなどが挙げられる。陽極体の端子とするために陽極リード線を陽極体に埋設し植立させることができる。
　陽極体表面層の電解酸化は公知の方法に従って行うことができる。具体的には、硝酸、硫酸、リン酸、シュウ酸、アジピン酸などの電解質と、必要に応じて過酸化水素やオゾンなどの酸素供給剤とが溶解してなる電解液に陽極体を浸し、これに電圧を印加することによって電解酸化を行う。電圧は、陽極体（陽極）と対電極（陰極）との間に印加する。陽極体への通電は植立させた陽極リード線を通じて行うことができる。
　上記のような方法で化成された陽極体に導電性高分子からなる陰極を形成する。陰極の形成は本発明に係る導電性高分子の製造方法にて行う。電解重合は、陽極としての陽極体を前記ゾルに浸け、同じゾル中に設けた陰極との間に電圧を印加することによって行われる。これによって、陽極体表面に在る誘電体層の上に導電性高分子からなる半導体層が形成される。さらに、半導体層の上に導電性ペースト層であるカーボンペースト層や銀ペースト層、若しくは金属メッキなどで導電体層を設けることができる。
　上記陰極に陰極リードが通電可能な状態で接続され、該陰極リードの一部が電解コンデンサの外装の外部に露出して陰極外部端子となる。一方、陽極体には、陽極リード線を介して陽極リードが通電可能な状態で接続され、該陽極リードの一部が電解コンデンサの外装の外部に露出して陽極外部端子となる。陰極リードおよび陽極リードの取り付けには通常のリードフレームを用いることができる。次いで、樹脂などによる封止によって外装を形成して固体電解コンデンサを得ることができる。このようにして作成された固体電解コンデンサは、所望によりエージング処理を行うことができる。本発明の製造方法で得られる固体電解コンデンサは、各種電気回路または電子回路に装着し、使用することができる。
　以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、これらは説明のための単なる例示であって、本発明はこれらによって何ら制限されるものではない。
　特性等は以下のようにして測定した。
（容量）
　ＬＣＲ測定器に配線された導線をコンデンサ素子の導電体層とコンデンサ素子に植立したリード線に当てた。１２０Ｈｚにおける容量を、アジレント社製ＬＣＲ測定器で測定した。
（漏れ電流）
　コンデンサ素子に室温下で２．５Ｖを印加した。電圧印加開始から３０秒経過時に電源のプラス端子からコンデンサ素子のリード線、コンデンサ素子の導電体層、さらに電源のマイナス端子に亘る回路の電流値（漏れ電流）を測定した。
（ＥＳＬ）
　ＬＣＲ測定器に配線された導線をコンデンサ素子の導電体層とコンデンサ素子に植立したリード線に当てた。５００ｋＨｚにおけるＥＳＬを、アジレント社製ＬＣＲ測定器で測定した。
実施例１　　　　　
〔電解重合液の調製〕
　エチレングリコール２５０質量部に、３，４－エチレンジオキシチオフェン３．７質量部を溶解させて、溶液を得た。この溶液をホモジナイザー（マイクロテック・ニチオン社製ＮＳ－５１）でホモジナイズド処理しながら水５２５質量部に添加した。次いで、アントラキノンスルホン酸ドーパント７．５質量部をホモジナイズド処理しながら添加した。このようにして得たゾルは均質で透明であった。このゾルを電解重合液としてステンレス製容器に入れた。
　２５万ＣＶ／ｇのタンタル粉を直径０．２９ｍｍのタンタル線（リード線）と共に成形した。これを１２９０℃にて３０分間真空焼成し、大きさ１．０ｍｍ×１．５ｍｍ×４．５ｍｍの焼結体を複数個得た。得られた焼結体の１．０ｍｍ×１．５ｍｍ面の中央に、直径０．２９ｍｍの前記リード線が、焼結体外部に８ｍｍ、焼結体内部に３．２ｍｍとなるように垂直に植立されていた。該リード線に、内径０．２６ｍｍ、外径０．８０ｍｍおよび厚さ０．２０ｍｍのテトラフルオロエチレン製のワッシャーを、焼結体から０．２０ｍｍ離れた位置に取り付けた。
〔化成処理〕
　この焼結体を２質量％の燐酸水溶液に浸し、８０℃、８Ｖで３００分間電解酸化して、焼結体表面を誘電体層に化成した。なお、焼結体は全体が液中に没し且つワッシャーの上部が液に接するように浸漬した。
　誘電体層が形成された焼結体を１０質量％のトルエンスルホン酸鉄（III）水溶液に浸漬した。焼結体を水溶液から引き上げて室温にて乾燥させた。この浸漬－乾燥の操作をさらに４回（合計５回）行った。
　その後、前記焼結体を２０質量％の３，４－エチレンジオキシチオフェンモノマーのエタノール溶液に浸漬した。該焼結体を該エタノール溶液から引き上げて室温にて乾燥させた。
〔電解重合〕
　次いで、前記電解重合液に、焼結体全体が液中に没し且つワッシャーの下部が液に接するように、焼結体を浸漬した。リード線を陽極に、ステンレス製容器を陰極にして、室温下で電流を、先ず４０μＡで１５分間、次いで８０μＡで４５分間、最後に１２０μＡで１０分間流して電解重合を行った。焼結体を電解重合液から引き上げて、洗浄し、乾燥させた（第１回目）。この浸漬－電解重合－洗浄－乾燥の操作をさらに１回行った（第２回目）。
　電流のパターンを、８０μＡで３０分間、次いで１２０μＡで３０分間に変えた以外は、上記と同じ手法で浸漬－電解重合－洗浄－乾燥の操作を２回行った（第３回目と第４回目）。
　電流のパターンを、１２０μＡで３０分間、次いで１４０μＡで４０分間に変えた以外は、上記と同じ手法で浸漬－電解重合－洗浄－乾燥の操作を２回行った（第５回目と第６回目）。
　次いで、電流のパターンを、８０μＡで１５分間、次いで６０μＡで５０分間、最後に４０μＡで３０分間に変えた以外は、上記と同じ手法で浸漬－電解重合－洗浄－乾燥の操作を１回行った（第７回目）。
　このようにして焼結体の表面に在る誘電体層の上に導電性高分子を形成させた。
〔再化成処理〕
　その後、導電性高分子が誘電体層上に形成された焼結体を２質量％の燐酸水溶液に浸し、８０℃、５Ｖで２０分間電解酸化した。
　次いで、カーボンペースト層および銀ペースト層を順次積層し、コンデンサ素子を作製した。
　別途用意した、厚さ１００μｍのリードフレーム（下地に厚さ０．６μｍのニッケルがメッキされ、且つ最表面に厚さ５μｍの錫がメッキされた銅合金製）の陰極部に、コンデンサ素子２個を１．５ｍｍ×４．５ｍｍ面をフレームに接するように並列に方向を揃えて載置し、銀ペーストで接続すると共に、所定寸法に切断したリード線部をリードフレームの陽極部に溶接で接続した。リードフレームの一部を残してコンデンサ素子を樹脂で封入し、樹脂封止体側面からはみ出たリードフレームを所定位置で切断し、樹脂封止体に沿って２回折り曲げ加工をすることにより、樹脂封止体の下面にフレーム先端を有する、大きさ７．３ｍｍ×４．３ｍｍ×１．８ｍｍ、定格２．５Ｖのチップ状固体電解コンデンサ３２０個を得た。ＬＣが０．１ＣＶμＡ以下のコンデンサの歩留まりは９０％以上であった。得られたコンデンサの性能を表１に示す。なお、表１の数値は、作製した３２０個のコンデンサのうち、漏れ電流（ＬＣ）が０．１ＣＶμＡ以下のコンデンサの平均値である。容量は１２０Ｈｚ、ＥＳＬは５００ｋＨｚにて測定した値である。測定はアジレント社製ＬＣＲメーターを用いて行った。
比較例１
　エチレングリコール２５０質量部、水５２５質量部、およびアントラキノンスルホン酸ドーパント７．５質量部を混ぜ合わせて混合溶媒を得た。これに、３，４－エチレンジオキシチオフェン３．７質量部を添加して、ホモジナイザー（マイクロテック・ニチオン社製ＮＳ－５１）でホモジナイズド処理した。３，４－エチレンジオキシチオフェンは全てが溶け切れず、二層分離した液が得られた。これを電解重合液とした以外は実施例１と同じ手法で固体電解コンデンサを得た。ＬＣが０．１ＣＶμＡ以下のコンデンサの歩留まりは９０％以上であった。得られたコンデンサの性能を表１に示す。
実施例２
　エチレングリコール２５０質量部をプロピレングリコール３８８．５質量部に、３，４－エチレンジオキシチオフェンの量を４．５質量部に、水の量を３７５質量部に、アントラキノンスルホン酸ドーパントの量を９．２質量部に変えた以外は、実施例１と同じ手法で固体電解コンデンサを得た。電解重合液は均質で透明なゾルであった。ＬＣが０．１ＣＶμＡ以下のコンデンサの歩留まりは９０％以上であった。得られたコンデンサの性能を表１に示す。
比較例２
　エチレングリコール２５０質量部をプロピレングリコール３８８．５質量部に、３，４－エチレンジオキシチオフェンの量を４．５質量部に、水の量を３７５質量部に、アントラキノンスルホン酸ドーパントの量を９．２質量部に変えた以外は、比較例１と同じ手法で固体電解コンデンサを得た。電解重合液は二層分離した液であった。ＬＣが０．１ＣＶμＡ以下のコンデンサの歩留まりは９０％以上であった。得られたコンデンサの性能を表１に示す。
実施例３
　３，４－エチレンジオキシチオフェン３．７質量部をピロール３．３質量部に、アントラキノンスルホン酸ドーパントの量を７．０質量部に変えた以外は実施例１と同じ手法で固体電解コンデンサを得た。電解重合液は均質で透明なゾルであった。ＬＣが０．１ＣＶμＡ以下のコンデンサの歩留まりは９０％以上であった。得られたコンデンサの性能を表１に示す。
比較例３
　３，４－エチレンジオキシチオフェン３．７質量部をピロール３．３質量部に、アントラキノンスルホン酸ドーパントの量を７．０質量部に変えた以外は比較例１と同じ手法で固体電解コンデンサを得た。電解重合液は二層分離した液であった。ＬＣが０．１ＣＶμＡ以下のコンデンサの歩留まりは９０％以上であった。得られたコンデンサの性能を表１に示す。
　なお、比較例の結果から、前記重合性材料の量は溶媒に対する溶解度よりも過剰であり本来溶解し得ない量であると考えられる。ところが、実施例で得られた電解重合液はすべて、均質で透明である。そこで、実施例で得られた電解重合液は、「溶液」ではなく、「ゾル」であると判断した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すとおり、本発明の製造方法で得られる固体電解コンデンサ（実施例）は、従来法で得られる固体電解コンデンサ（比較例）に比べて、ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）が格段に低い。

Claims (11)

  1. 　導電性高分子に成り得る重合性材料を含有するゾルの中において、前記重合性材料を電解重合することを含む導電性高分子の製造方法。
  2. 　重合性材料が、チオフェン骨格を有する化合物およびピロール骨格を有する化合物からなる群から選ばれる少なくとも一つである請求項１に記載の導電性高分子の製造方法。
  3. 　ゾルに含まれる重合性材料の量が２～７ｇ／Ｌである請求項１または２に記載の導電性高分子の製造方法。
  4. 　ゾルは、
    　導電性高分子に成り得る重合性材料を水溶性有機溶媒に溶解させて溶液を得、
    　該溶液をホモジナイズド処理しながら水に添加することによって得られるものである、請求項１～３のいずれかひとつに記載の導電性高分子の製造方法。
  5. 　ゾルを構成する分散質は、体積基準累積粒度分布における５０％径が０．５～１０００ｎｍである、請求項１～４のいずれかひとつに記載の導電性高分子の製造方法。
  6. 　ゾルはドーパントをさらに含有する、請求項１～５のいずれかひとつに記載の導電性高分子の製造方法。
  7. 　誘電体層を表面に有する陽極体の存在下に、請求項１～６のいずれかひとつに記載の製造方法を行うことによって、陽極体の表面に在る誘電体層の上に導電性高分子層を形成することを含む固体電解コンデンサの製造方法。
  8. 　電解重合が、陽極体を陽極に、ゾル中に設けた対電極を陰極にして行なわれる請求項７に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
  9. 　誘電体層を表面に有する陽極体を導電性高分子に成り得る重合性材料の水溶性有機溶媒溶液に浸漬し、引き上げて、次いで前記重合性材料を含有するゾルに浸漬することをさらに含む請求項７または８に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
  10. 　導電性高分子に成り得る重合性材料、水、および水溶性有機溶媒を含有するゾルからなる導電性高分子製造用電解重合液。
  11. 　ゾルはさらにドーパントを含有する請求項１０に記載の導電性高分子製造用電解重合液。
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