JP2002299175A - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便な製造工程で、良好な特性を有する固体
電解コンデンサを得ることができる固体電解コンデンサ
の製造方法を提供する。 【解決手段】 陽極箔を陰極箔及びセパレータと共に巻
回してコンデンサ素子を形成する。一方、所定の容器に
重合性モノマーと酸化剤と所定の溶媒とを入れて混合
し、この混合液の液温より２０℃高い温度を越えない温
度に調製したコンデンサ素子をこの混合液に浸漬し、コ
ンデンサ素子内で導電性ポリマーの重合反応を発生さ
せ、固体電解質層を形成する。そして、このコンデンサ
素子を外装ケースに挿入し、固体電解コンデンサを完成
する。

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
サの製造方法に係り、特に、コンデンサ素子にモノマー
溶液と酸化剤溶液を含浸する際の方法及び条件に改良を
施した固体電解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】タンタルあるいはアルミニウム等のよう
な弁作用を有する金属を利用した電解コンデンサは、陽
極側対向電極としての弁作用金属を焼結体あるいはエッ
チング箔等の形状にして誘電体を拡面化することによ
り、小型で大きな容量を得ることができることから、広
く一般に用いられている。特に、電解質に固体電解質を
用いた固体電解コンデンサは、小型、大容量、低等価直
列抵抗であることに加えて、チップ化しやすく、表面実
装に適している等の特質を備えていることから、電子機
器の小型化、高機能化、低コスト化に欠かせないものと
なっている。

【０００３】この種の固体電解コンデンサにおいて、小
型、大容量用途としては、一般に、アルミニウム等の弁
作用金属からなる陽極箔と陰極箔をセパレータを介在さ
せて巻回してコンデンサ素子を形成し、このコンデンサ
素子に駆動用電解液を含浸し、アルミニウム等の金属製
ケースや合成樹脂製のケースにコンデンサ素子を収納
し、密閉した構造を有している。なお、陽極材料として
は、アルミニウムを初めとしてタンタル、ニオブ、チタ
ン等が使用され、陰極材料には、陽極材料と同種の金属
が用いられる。

【０００４】また、固体電解コンデンサに用いられる固
体電解質としては、二酸化マンガンや７、７、８、８−
テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）錯体が知られて
いるが、近年、反応速度が緩やかで、かつ陽極電極の酸
化皮膜層との密着性に優れたポリエチレンジオキシチオ
フェン（以下、ＰＥＤＴと記す）に着目した技術（特開
平２−１５６１１号公報）が存在している。

【０００５】このような巻回型のコンデンサ素子にＰＥ
ＤＴからなる固体電解質層を形成するタイプの固体電解
コンデンサは、以下のようにして作製される。まず、ア
ルミニウム等の弁作用金属からなる陽極箔の表面を塩化
物水溶液中での電気化学的なエッチング処理により粗面
化して、多数のエッチングピットを形成した後、ホウ酸
アンモニウム等の水溶液中で電圧を印加して誘電体とな
る酸化皮膜層を形成する（化成）。陽極箔と同様に、陰
極箔もアルミニウム等の弁作用金属からなるが、その表
面にはエッチング処理を施すのみである。

【０００６】このようにして表面に酸化皮膜層が形成さ
れた陽極箔とエッチングピットのみが形成された陰極箔
とを、セパレータを介して巻回してコンデンサ素子を形
成する。続いて、修復化成を施したコンデンサ素子に、
３，４−エチレンジオキシチオフェン（以下、ＥＤＴと
記す）と酸化剤溶液をそれぞれ吐出して、コンデンサ素
子内でＥＤＴの重合反応を促進し、ＰＥＤＴからなる固
体電解質層を生成する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような製造方法では、コンデンサ素子にＥＤＴを吐出→
乾燥→酸化剤を吐出→重合という工程が必要となり、工
程が煩雑なものとなるため、ＥＤＴ溶液と酸化剤溶液を
予め混合して混合液を調製し、この混合液にコンデンサ
素子を含浸させる方法が用いられている。ところが、実
際の量産工程において、このような混合液に含浸する方
法を用いた場合、初期特性がばらつくという問題点があ
った。なお、この点は重合性モノマーとしてＥＤＴを用
いた場合に限らず、他のチオフェン誘導体、ピロール、
アニリン等を用いた場合にも同様に問題となっていた。

【０００８】本発明は、上述したような従来技術の問題
点を解決するために提案されたものであり、その目的
は、簡便な製造工程で、良好な特性を有する固体電解コ
ンデンサを得ることができる固体電解コンデンサの製造
方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決すべく、実際の量産工程において混合液にコンデ
ンサ素子を含浸する方法を用いた場合に、初期特性がば
らつく原因について検討を重ねた結果、混合液に含浸す
る前のコンデンサ素子の温度によって初期特性がばらつ
くことを見出したものである。

【００１０】（コンデンサ素子の含浸前の温度）コンデ
ンサ素子の含浸前の温度は、混合液の液温より２０℃高
い温度を越えない温度、すなわち、［コンデンサ素子の
含浸前温度＜（混合液の液温＋２０℃）］が好ましく、
より好ましくは、混合液の液温より１０℃高い温度を越
えない温度にして含浸すると良好な初期特性が得られる
ことが分かった。通常、混合含浸の場合、混合液の温度
が高すぎると重合が進行してしまい、温度が低いと含浸
性が低下するので、液温を１５〜３０℃としている。従
って、含浸前のコンデンサ素子の温度は３５〜５０℃、
より好ましくは２５〜４０℃を越えない温度にして含浸
することが好ましい。

【００１１】このように、含浸前のコンデンサ素子の温
度が、混合液の液温より２０℃以上高い状態で混合液に
含浸した場合に初期特性が悪化する理由は、コンデンサ
素子の熱によって、コンデンサ素子に接した混合液中の
溶媒やモノマーが気化したり重合反応が進行することに
よって、混合液の粘度が上昇し、含浸性が低下するため
であると考えられる。

【００１２】（固体電解コンデンサの製造方法）陽極箔
を陰極箔及びセパレータと共に巻回してコンデンサ素子
を形成する。一方、所定の容器に重合性モノマーと酸化
剤と所定の溶媒とを入れて混合し、この混合液の液温よ
り２０℃高い温度を越えない温度に調製したコンデンサ
素子をこの混合液に浸漬し、コンデンサ素子内で導電性
ポリマーの重合反応を発生させ、固体電解質層を形成す
る。そして、このコンデンサ素子を外装ケースに挿入
し、固体電解コンデンサを完成する。

【００１３】（ＥＤＴ及び酸化剤）重合性モノマーとし
てＥＤＴを用いた場合、コンデンサ素子に含浸するＥＤ
Ｔとしては、ＥＤＴモノマーを用いることができるが、
ＥＤＴと揮発性溶媒とを１：０〜１：３の体積比で混合
したモノマー溶液を用いることもできる。前記揮発性溶
媒としては、ペンタン等の炭化水素類、テトラヒドロフ
ラン等のエーテル類、ギ酸エチル等のエステル類、アセ
トン等のケトン類、メタノール等のアルコール類、アセ
トニトリル等の窒素化合物等を用いることができるが、
なかでも、メタノール、エタノール、アセトン等が好ま
しい。また、酸化剤としては、ブタノールに溶解したパ
ラトルエンスルホン酸第二鉄、過ヨウ素酸もしくはヨウ
素酸の水溶液を用いることができ、酸化剤の溶媒に対す
る濃度は４０〜５５ｗｔ％が好ましい。

【００１４】（ＥＤＴと酸化剤の混合比）ＥＤＴと酸化
剤（溶媒を含まず）の混合比は、重量比で１：０．９〜
１：２．２の範囲が好適であり、１：１．３〜１：２．
０の範囲がより好適である。この範囲外ではＥＳＲが上
昇する。その理由は、以下の通りであると考えられる。
すなわち、モノマーに対する酸化剤の量が多過ぎると、
相対的に含浸されるモノマーの量が低下するので、形成
されるＰＥＤＴの量が低下してＥＳＲが上昇する。一
方、酸化剤の量が少なすぎると、モノマーを重合するの
に必要な酸化剤が不足して、形成されるＰＥＤＴの量が
低下してＥＳＲが上昇する。

【００１５】（浸漬時間）コンデンサ素子を混合液に浸
漬する時間は、コンデンサ素子の大きさによって決まる
が、φ５×２Ｌ程度のコンデンサ素子では５秒以上、φ
８×４Ｌ程度のコンデンサ素子では１０秒以上が望まし
く、最低でも５秒間は浸漬することが必要である。な
お、長時間浸漬しても特性上の弊害はない。

【００１６】（修復化成の化成液）修復化成の化成液と
しては、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アン
モニウム等のリン酸系の化成液、ホウ酸アンモニウム等
のホウ酸系の化成液、アジピン酸アンモニウム等のアジ
ピン酸系の化成液を用いることができるが、なかでも、
リン酸二水素アンモニウムを用いることが望ましい。ま
た、浸漬時間は、５〜１２０分が望ましい。

【００１７】（他の重合性モノマー）本発明に用いられ
る重合性モノマーとしては、上記ＥＤＴの他に、ＥＤＴ
以外のチオフェン誘導体、アニリン、ピロール、フラ
ン、アセチレンまたはそれらの誘導体であって、所定の
酸化剤により酸化重合され、導電性ポリマーを形成する
ものであれば適用することができる。なお、チオフェン
誘導体としては、下記の構造式のものを用いることがで
きる。

【化１】

【００１８】（作用・効果）上記のように、重合性モノ
マーと酸化剤の混合液をコンデンサ素子に含浸する場合
に、コンデンサ素子の含浸前の温度を、混合液の液温よ
り２０℃高い温度を越えない温度、すなわち、［コンデ
ンサ素子の含浸前温度＜（混合液の液温＋２０℃）］、
より好ましくは、混合液の液温より１０℃高い温度を越
えない温度にして含浸することにより、含浸時の混合液
の液温とコンデンサ素子の温度との差を小さくすること
ができる。

【００１９】その結果、コンデンサ素子の熱によって、
コンデンサ素子に接した混合液中の溶媒やモノマーが気
化したり、重合反応が進行することを防止することがで
きるので、混合液の粘度の上昇を抑制でき、含浸性が低
下することを防止できる。そのため、上記のような本発
明の製造方法によれば、コンデンサ素子を含浸に最も適
した状態で重合性モノマーと酸化剤と溶媒を混合した混
合液に含浸することができるので、良好な特性を有する
固体電解コンデンサを得ることができる。

【００２０】

【実施例】続いて、以下のようにして製造した実施例及
び比較例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。 （実施例）表面に酸化皮膜層が形成された陽極箔と陰極
箔に電極引き出し手段を接続し、両電極箔をセパレータ
を介して巻回して、素子形状が６．３φ×５．４Ｌのコ
ンデンサ素子を形成した。そして、このコンデンサ素子
をリン酸二水素アンモニウム水溶液に４０分間浸漬して
修復化成を行った。修復化成後、含浸工程前に１００℃
で１０分間乾燥し、その後、コンデンサ素子の温度が２
５℃になるまで冷却した。一方、カップ状の容器に、Ｅ
ＤＴと４５％のパラトルエンスルホン酸第二鉄のブタノ
ール溶液を、その重量比が１：０．８となるように注入
し、混合液を調製した。なお、この混合液の液温は２５
℃に調製した。そして、コンデンサ素子を上記混合液に
１０秒間浸漬し、１００℃、１時間加熱して、コンデン
サ素子内でＰＥＤＴの重合反応を発生させ、固体電解質
層を形成した。そして、このコンデンサ素子を有底筒状
のアルミニウムケースに挿入し、開口部を絞り加工によ
ってゴム封口してエージングを行い、固体電解コンデン
サを作成した。なお、この固体電解コンデンサの定格電
圧は６．３ＷＶ、定格容量は１００μＦである。

【００２１】（比較例）含浸前のコンデンサ素子の温度
を５０℃になるまで冷却した。なお、比較例におけるコ
ンデンサ素子の温度は、本発明の範囲外である混合液の
液温より２５℃高く設定したものである。その他の条件
及び工程は、実施例と同様とした。

【００２２】［比較結果］上記の方法により得られた実
施例及び比較例の各固体電解コンデンサについて、電気
的特性を調べたところ、表１に示したような結果が得ら
れた。

【表１】

【００２３】表１から明らかなように、含浸前のコンデ
ンサ素子の温度を、混合液の液温と同じ２５℃にまで冷
却した実施例は、本発明の範囲外である比較例に比べ
て、静電容量、ｔａｎδ、ＥＳＲ共に良好な結果が得ら
れた。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、簡
便な製造工程で、良好な特性を有する固体電解コンデン
サを得ることができる固体電解コンデンサの製造方法及
び固体電解コンデンサを提供することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J032 BA04 BB01 BC01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽極電極箔と陰極電極箔とをセパレータ
   を介して巻回したコンデンサ素子に、重合性モノマーと
   酸化剤とを含浸して導電性ポリマーからなる固体電解質
   層を形成する固体電解コンデンサの製造方法において、 重合性モノマーと酸化剤の混合液を調製すると共に、こ
   の混合液に含浸する前のコンデンサ素子の温度を（混合
   液の液温＋２０℃）より低くして、前記混合液を含浸さ
   せることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
2. 【請求項２】 前記重合性モノマーが、チオフェン誘導
   体であることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コ
   ンデンサの製造方法。
3. 【請求項３】 前記チオフェン誘導体が、３，４−エチ
   レンジオキシチオフェンであることを特徴とする請求項
   ２に記載の固体電解コンデンサの製造方法。