JP3175747B2 - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固体電解コンデンサの製
造方法に関し、さらに詳しく言えば、導電性高分子物質
からなる固体電解質を備え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】弁作用金属箔に導電性高分子物質、例え
ばポリピロールからなる固体電解質を形成するには、化
学重合工程と電解重合工程の２工程が実施される。

【０００３】このうち、化学重合工程においては、まず
誘電体酸化被膜が形成された弁作用金属箔としての例え
ばアルミニウムエッチド箔をモノマー水溶液（例えば、
ピロールモノマー４０ｗｔ％、エタノール４０ｗｔ％、
水２０ｗｔ％）中に浸漬し、次いで過硫酸アンモニウム
などの酸化剤（例えば、０．３ｍｏｌ／ｌ）とパラトル
エンスルホン酸アンモニウム塩などの支持電解質（例え
ば、０．１ｍｏｌ／ｌ）を含む水溶液中に浸漬する。そ
して、洗浄、乾燥し、通常はこれを２〜３回繰り返して
誘電体酸化被膜上に化学酸化重合膜を形成するようにし
ている。

【０００４】これに対して、電解重合工程においてはピ
ロールモノマーと支持電解質と溶媒からなる電解重合液
中に浸漬し、その化学酸化重合膜に陽極側給電端子を接
触させるとともに、電解重合槽側を陰極として所定の電
流密度で電解重合を行なう。これにより、同化学酸化重
合膜上にポリピロールよりなる電解重合膜が形成され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにして、化
学酸化重合膜と電解重合膜とが形成されるのであるが、
化学酸化重合膜はその比抵抗ρが０．５Ω・ｃｍ程度
（電導度σは約２Ｓ／ｃｍ）であり、電解重合膜の比抵
抗値よりもかなり高い。

【０００６】このため、その後工程で形成される電解重
合膜にムラが生じ易く、その結果コンデンサ自体のＥＳ
Ｒ（等価直列抵抗）が大きくなり、耐熱・耐湿などの信
頼性試験においてコンデンサ特性の劣化が顕著に見られ
る。また、化学酸化重合膜は電解重合膜に比べて熱安定
性が弱く劣化し易いため、これが原因でコンデンサの寿
命が短くなるという欠点があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来の事情
に鑑みなされたもので、その構成上の特徴は、弁作用金
属箔に誘電体酸化被膜を形成した後、化学重合により化
学酸化重合膜を形成し、次いで電解重合液中に浸漬して
電解重合により同化学酸化重合膜上に導電性高分子物質
よりなる電解重合膜を形成する固体電解コンデンサの製
造方法において、上記化学重合に用いられるモノマー水
溶液中もしくは酸化剤水溶液中に２，６位に置換基を有
するピリジン化合物を添加することにある。

【０００８】すなわち、化学重合工程においては、まず
弁作用金属箔、例えばアルミニウムエッチド箔をモノマ
ーと溶媒を含む水溶液に浸漬し、同アルミニウムエッチ
ド箔の細孔内にモノマーを導入する。モノマー液として
は、例えば５〜５０ｗｔ％、好ましくは２０〜４０ｗｔ
％のピロールを含む水とエタノールの混合水溶液が用い
られる。次いで、酸化剤と支持電解質を含む水溶液に浸
漬し、同アルミニウムエッチド箔表面および細孔内のモ
ノマーを導電性高分子に重合するのであるが、本発明に
おいては、モノマー水溶液中もしくは酸化剤水溶液中に
２，６位に置換基を有するピリジン化合物を添加するこ
とを特徴としている。

【０００９】この場合、モノマー水溶液に対して上記ピ
リジン化合物を添加するのであれば、その添加量は０．
１〜５ｗｔ％であることが好ましい。この添加量が０．
１ｗｔ％未満であると添加剤の効果がみられなく、他方
５ｗｔ％を越えると電導度が低下する。

【００１０】これに対して、酸化剤水溶液に上記ピリジ
ン化合物を添加する場合には、その添加量は０．０１〜
０．２０ｍｏｌ／ｌであることが好ましい。上記と同
様、この添加量が０．０１ｍｏｌ／ｌ未満であると添加
剤の効果がみられなくなり、０．２０ｍｏｌ／ｌを越え
ると電導度が低下する。

【００１１】なお、２，６位に置換基を有するピリジン
化合物は、

【化１】 で示されるが、その置換基Ｒ_１，Ｒ_２としては、水素、
ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯ
Ｈ）、ニトロ基（ＮＯ_２）、シアノ基（−ＣＮ）、ハロ
ゲンなどが例示される。

【００１２】一方、電解重合液はモノマーと支持電解質
と溶媒からなる。モノマーの濃度は０．０１〜５．０ｍ
ｏｌ／ｌ、好ましくは０．０５〜３．０ｍｏｌ／ｌが良
い。支持電解質の濃度は０．０１〜５．０ｍｏｌ／ｌ、
好ましくは０．０５〜３．０ｍｏｌ／ｌが良い。

【００１３】モノマーとしては、ピロール、チオフェ
ン、フラン、アニリンなどの複素環式化合物が用いられ
る。

【００１４】酸化剤としては、ヨウ素、臭素、ヨウ化臭
素などのハロゲン、五フッ化ヒ素、五フッ化アンチモ
ン、四フッ化ケイ素、五塩化リン、五フッ化リン、塩化
アルミニウム、塩化モリブデンなどの金属ハロゲン化
物、硫酸、硝酸、フルオロ硫酸、トリフルオロメタン硫
酸、クロロ硫酸などのプロトン酸、三酸化イオウ、二酸
化窒素などの含酸素化合物、過硫酸アンモニウムなどの
過硫酸塩、過酸化水素、過酢酸、ジフルオロスルホニル
パーオキサイドなどの過酸化物、硝酸第２鉄、硫酸第２
鉄などの鉄化合物、硝酸第２銅、硫酸銅などの銅化合物
などが用いられる。

【００１５】また、支持電解質には、Ｐ−トルエンスル
ホン酸、ナフタレンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸な
どのスルホン酸、安息香酸、アジピン酸、シュウ酸、フ
タル酸などのカルボン酸、フェニルリン酸、ナフチルリ
ン酸などのリン酸、フェニルホウ酸などのホウ酸が単独
でもしくは混合して用いられる。

【００１６】溶媒としては、水のほかエタノール、メタ
ノールなどのプロトン性溶媒と、アセトニトリル、プロ
ピレンカーボネイト、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドな
どの非プロトン性溶媒が単独でもしくは混合して用いら
れる。溶媒の種類は支持電解質により適宜選択される。

【００１７】用いられる弁作用金属箔としては、アルミ
ニウム、タンタル、チタンもしくはニオブなどの２０〜
３００μｍの薄箔が好ましい。

【００１８】

【作用】上記のように、化学重合に用いられるモノマー
水溶液中もしくは酸化剤水溶液中に２，６位に置換基を
有するピリジン化合物を添加することにより、比抵抗の
小さな化学酸化重合膜が得られる。

【００１９】

【実施例】まず、化学酸化重合膜を単体として形成し、
その比抵抗ρ（Ω・ｃｍ）と電導度σ（Ｓ／ｃｍ）を測
定した。

【００２０】〈比較例１〉６ｍｏｌ／ｌ（リットル）ピ
ロールモノマー水溶液に、酸化剤として０．３ｍｏｌ／
ｌの過硫酸アンモニウム、０．１ｍｏｌ／ｌのトルエン
スルホン酸アンモニウム塩を混合し、生成された粉体を
直径１３ｍｍ、厚さ１ｍｍのペレットに成形し、四端子
測定法にてその比抵抗ρを測定したところ、０．５０２
Ω・ｃｍであった。また、電導度σは１．９９Ｓ／ｃｍ
であった。

【００２１】《実施例１》６ｍｏｌ／ｌピロールモノマ
ー水溶液に対して２，６−ピリジンジカルボン酸を１ｗ
ｔ％添加した後、同ピロールモノマー水溶液に酸化剤と
して０．３ｍｏｌ／ｌの過硫酸アンモニウム、０．１ｍ
ｏｌ／ｌのトルエンスルホン酸アンモニウム塩を混合
し、生成された粉体を直径１３ｍｍ、厚さ１ｍｍのペレ
ットに成形した。そして、四端子測定法にてその比抵抗
ρを測定したところ、０．１２９Ω・ｃｍであった。ま
た、電導度σは７．７５Ｓ／ｃｍであった。

【００２２】《実施例２》６ｍｏｌ／ｌピロールモノマ
ー水溶液に対して２−ピリジンカルボン酸を１ｗｔ％添
加した後、同ピロールモノマー水溶液に酸化剤として
０．３ｍｏｌ／ｌの過硫酸アンモニウム、０．１ｍｏｌ
／ｌのトルエンスルホン酸アンモニウム塩を混合し、生
成された粉体を直径１３ｍｍ、厚さ１ｍｍのペレットに
成形した。そして、四端子測定法にてその比抵抗ρを測
定したところ、０．１３２Ω・ｃｍであった。また、電
導度σは７．５８Ｓ／ｃｍであった。

【００２３】《実施例３》６ｍｏｌ／ｌピロールモノマ
ー水溶液に対して、０．３ｍｏｌ／ｌの過硫酸アンモニ
ウムおよび０．１ｍｏｌ／ｌのトルエンスルホン酸アン
モニウム塩を含む酸化剤水溶液を混合するにあたって、
同酸化剤水溶液に２，６−ピリジンジカルボン酸を０．
０６ｍｏｌ／ｌ添加した。そして、生成された粉体を直
径１３ｍｍ、厚さ１ｍｍのペレットに成形して、四端子
測定法にてその比抵抗ρを測定したところ、０．１３９
Ω・ｃｍであった。また、電導度σは７．１９Ｓ／ｃｍ
であった。

【００２４】《実施例４》６ｍｏｌ／ｌピロールモノマ
ー水溶液に対して、０．３ｍｏｌ／ｌの過硫酸アンモニ
ウムおよび０．１ｍｏｌ／ｌのトルエンスルホン酸アン
モニウム塩を含む酸化剤水溶液を混合するにあたって、
同酸化剤水溶液に２−ピリジンカルボン酸を０．０６ｍ
ｏｌ／ｌ添加した。そして、生成された粉体を直径１３
ｍｍ、厚さ１ｍｍのペレットに成形して、四端子測定法
にてその比抵抗ρを測定したところ、０．１４４Ω・ｃ
ｍであった。また、電導度σは６．９４Ｓ／ｃｍであっ
た。このように、ピロールモノマー水溶液もしくは酸化
剤水溶液のいずれかに２，６位に置換基を有するピリジ
ン化合物を添加することにより、比抵抗の小さな化学酸
化重合膜が得られる。参考までに、上記比較例１および
実施例１〜４の比抵抗値および電導度の比較結果を表１
に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】次に、定格１０Ｖ３．３μＦのポリピロー
ルによる固体電解コンデンサを製作し、静電容量（μ
Ｆ）、損失角の正接（ｔａｎδ）および１００ｋＨｚ時
の等価直列抵抗（ＥＳＲ；ｍΩ）を測定した。

【００２７】〈比較例２〉３ｍｍ×３ｍｍ角のアルミニ
ウムエッチド箔（厚さ９０〜１００μｍ）を３３Ｖにて
陽極酸化し、その表面に誘電体酸化皮膜を形成した。そ
して、このアルミニウム箔を６ｍｏｌ／ｌのピロールモ
ノマー水溶液に浸漬した後、０．３ｍｏｌ／ｌの過硫酸
アンモニウムおよび０．１ｍｏｌ／ｌのトルエンスルホ
ン酸アンモニウム塩を含む酸化剤水溶液中に浸漬し、引
き上げて洗浄し乾燥させ、これを３回繰り返し化学酸化
重合膜を形成した。アジピン酸アンモニウムを３ｗｔ％
含む化成液中に浸漬し、化成電圧２６Ｖにて再化成を行
なった後、導電性高分子単量体としてピロールモノマー
を０．３ｍｏｌ／ｌ、支持電解質としてアルキルナフタ
レンスルホン酸を０．１ｍｏｌ／ｌを含む水溶液中に浸
漬し、５．６ｍＡ／平方ｃｍの電流密度で電解重合を行
ない、化学酸化重合膜上に電解重合膜を形成した。次
に、電解重合膜上に陰極引き出し層としてのカーボン層
および銀層をそれぞれ焼き付け、リードフレームに取り
付けた後、各コンデンサ素子の周囲に樹脂モールド法に
て樹脂外装体を形成し、このようにして定格１０Ｖ３．
３μＦの固体電解コンデンサを２０個製作した。これら
について、静電容量（μＦ）、損失角の正接（ｔａｎ
δ）および１００ｋＨｚ時の等価直列抵抗（ＥＳＲ；ｍ
Ω）を測定したところ、いずれも平均値で静電容量は
３．０３μＦ、損失角の正接は０．００９およびＥＳＲ
は１２０ｍΩであった。

【００２８】《実施例５》この実施例５では、化学重合
を行なうにあたって、６ｍｏｌ／ｌのピロールモノマー
水溶液に対して２，６−ピリジンジカルボン酸を１ｗｔ
％添加した。その他の条件は上記比較例２と同じとし
て、定格１０Ｖ３．３μＦの固体電解コンデンサを２０
個製作した。これらについて、静電容量（μＦ）、損失
角の正接（ｔａｎδ）および１００ｋＨｚ時の等価直列
抵抗（ＥＳＲ；ｍΩ）を測定したところ、いずれも平均
値で静電容量は３．０５μＦ、損失角の正接は０．００
９およびＥＳＲは６８ｍΩであった。

【００２９】《実施例６》この実施例６においては、化
学重合を行なうにあたって、６ｍｏｌ／ｌのピロールモ
ノマー水溶液に対して２−ピリジンカルボン酸を１ｗｔ
％添加した。その他の条件は上記比較例２と同じとし
て、定格１０Ｖ３．３μＦの固体電解コンデンサを２０
個製作した。これらについて、静電容量（μＦ）、損失
角の正接（ｔａｎδ）および１００ｋＨｚ時の等価直列
抵抗（ＥＳＲ；ｍΩ）を測定したところ、いずれも平均
値で静電容量は３．０２μＦ、損失角の正接は０．００
９およびＥＳＲは７２ｍΩであった。

【００３０】《実施例７》この実施例７においては、化
学重合を行なうにあたって、０．３ｍｏｌ／ｌの過硫酸
アンモニウムおよび０．１ｍｏｌ／ｌのトルエンスルホ
ン酸アンモニウム塩を含む酸化剤水溶液中に２，６−ピ
リジンジカルボン酸を０．０６ｍｏｌ／ｌ添加した。そ
の他の条件は上記比較例２と同じとして、定格１０Ｖ
３．３μＦの固体電解コンデンサを２０個製作した。こ
れらについて、静電容量（μＦ）、損失角の正接（ｔａ
ｎδ）および１００ｋＨｚ時の等価直列抵抗（ＥＳＲ；
ｍΩ）を測定したところ、いずれも平均値で静電容量は
３．１２μＦ、損失角の正接は０．０１０およびＥＳＲ
は７２ｍΩであった。

【００３１】《実施例８》この実施例８においては、化
学重合を行なうにあたって、０．３ｍｏｌ／ｌの過硫酸
アンモニウムおよび０．１ｍｏｌ／ｌのトルエンスルホ
ン酸アンモニウム塩を含む酸化剤水溶液中に２−ピリジ
ンカルボン酸を０．０６ｍｏｌ／ｌ添加した。その他の
条件は上記比較例２と同じとして、定格１０Ｖ３．３μ
Ｆの固体電解コンデンサを２０個製作した。これらにつ
いて、静電容量（μＦ）、損失角の正接（ｔａｎδ）お
よび１００ｋＨｚ時の等価直列抵抗（ＥＳＲ；ｍΩ）を
測定したところ、いずれも平均値で静電容量は３．０８
μＦ、損失角の正接は０．０１０およびＥＳＲは７７ｍ
Ωであった。

【００３２】参考までに、上記比較例２と実施例５〜８
の比較結果を表２に示す。

【００３３】

【表２】

【００３４】また、上記比較例１と実施例１〜４に関
し、６０℃、相対湿度９５％雰囲気下での５００時間に
およぶ化学酸化重合膜の耐湿特性の変化を図１に示すと
ともに、上記比較例２と実施例５〜８によるアルミニウ
ム固体電解コンデンサについて、６０℃、相対湿度９５
％雰囲気下での１２００時間におよぶ定格電圧印加の信
頼性試験による静電容量およびＥＳＲの変化を図２に示
す。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
化学重合に用いられるモノマー水溶液中もしくは酸化剤
水溶液中に２，６位に置換基を有するピリジン化合物を
添加することにより、化学酸化重合膜の比抵抗を小さく
することができる。

【００３６】したがって、導電性高分子物質を利用した
固体電解コンデンサの等価直列抵抗の低下およびインピ
ーダンス特性の改善が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】化学酸化重合膜の耐湿特性の変化を示したグラ
フ。

【図２】信頼性試験による静電容量および等価直列抵抗
の変化状態を示したグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−87317（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01G 9/02 331 H01G 9/24

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁作用金属箔に誘電体酸化被膜を形成し
   た後、化学重合により化学酸化重合膜を形成し、次いで
   電解重合液中に浸漬して電解重合により同化学酸化重合
   膜上に導電性高分子物質よりなる電解重合膜を形成する
   固体電解コンデンサの製造方法において、上記化学重合
   に用いられるモノマー水溶液中もしくは酸化剤水溶液中
   に２，６位に置換基を有するピリジン化合物を添加する
   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】 上記モノマー水溶液に対する上記ピリジ
   ン化合物の添加量は、０．１〜５ｗｔ％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】 上記酸化剤水溶液に対する上記化合物の
   添加量は、０．０１〜０．２０ｍｏｌ／ｌ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。
4. 【請求項４】 上記置換基は水素、ハロゲン、ヒドロキ
   シル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基から選択
   され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。