(57)【要約】 【課題】  誘電体酸化皮膜上に形成された導電性高分子が誘電体酸化皮膜に良好に密着し、高周波領域でのインピーダンスが十分に低い個体電解コンデンサの製造方法を提供することにある。  【解決手段】  弁作用金属１の表面を陽極酸化して得た誘電体酸化皮膜層２上に、化学酸化重合させて導電性高分子層３を形成し固体電解質層とする固体電解コンデンサの製造方法において、導電性高分子層形成で、酸化剤としてｐＨを６〜８に調整したペルオキソ二硫酸アンモニウムの溶液を用いる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁作用金属の表面を陽極酸化して得た誘電体酸化皮膜層上に、化学酸化重合させて導電性高分子層を形成し固体電解質層とした固体電解コンデンサの製造方法において、前記導電性高分子層は、酸化剤としてｐＨを６〜８に調整したペルオキソ二硫酸アンモニウム溶液を用いて形成されることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。
【請求項２】
前記導電性高分子層は酸化剤溶液に含まれるドーパントとして、ｐ−トルエンスルホン酸、フェノールスルホン酸、ナフタレンスルホン酸及びスルホン基を複数有する芳香族の誘導体から選択される１つ以上を用いて形成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。
【請求項３】
前記酸化剤であるペルオキソ二硫酸アンモニウム溶液中のペルオキソ二硫酸アンモニウムの濃度が１〜５０質量％であることを特徴とする請求項１または２に記載の固体電解コンデンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電解質として導電性高分子を用いた固体電解コンデンサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高速化、デジタル化に伴って固体電解コンデンサの分野においても小型、大容量で高周波領域でのインピーダンスの低いコンデンサが強く要求されている。
【０００３】
従来、１００ｋＨｚ〜数十ＭＨｚの高周波領域で使用されるコンデンサには、マイカコンデンサ、積層セラミックコンデンサがあるが、これらのコンデンサでは形状が大きくなり大容量化が難しい。一方、大容量のコンデンサとしてはアルミニウム電解コンデンサやタンタル固体電解コンデンサなどの電解コンデンサが存在する。しかしこれらの電解コンデンサは用いられている電解質（アルミニウム電解コンデンサでは電解液、タンタル電解コンデンサでは二酸化マンガン）の導電率が低いことから、高周波領域でのインピーダンスが十分に低いコンデンサを得ることは困難である。
【０００４】
この課題を解決するために、電解質として導電率の高いポリピロールやポリチオフェンなどの導電性高分子を用いたアルミニウムおよびタンタル固体電解コンデンサが、例えば特許文献１に開示されている。この導電性高分子を用いた固体電解コンデンサは、電解質の導電率が高いため、高周波領域でのインピーダンスが十分に低いという大きな特徴を有する。
【０００５】
上記の固体電解質層に導電性高分子を用いた固体電解コンデンサは、誘電体酸化皮膜上に形成した導電性高分子の形成状態が悪いと、導電性高分子層の被覆率が低下するため、誘電正接（ｔａｎδ）や等価直列抵抗（ＥＳＲ）が良好なものが得られない問題がある。
【０００６】
この問題を解決するため、導電性高分子が誘電体酸化皮膜上に良好に形成される固体電解コンデンサが、例えば特許文献２に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特公平４−５６４４５号公報
【特許文献２】特開平９−３２０９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、電子機器の高機能化によりさらなる低インピーダンスのコンデンサが要求されているが、固体電解質層の導電性高分子を従来の方法で形成した固体電解コンデンサでは、酸化剤に鉄イオンを用いているために重合反応が速く、ペレット内部の誘電体酸化皮膜上に導電性高分子が緻密にでき難いため、誘電体酸化皮膜上に形成した導電性高分子の形成状態がまだ完全とは言えず、その要求に十分に答える低インピーダンスの固体電解コンデンサが得られていない。そのため、さらに低いインピーダンスを達成できる固体電解コンデンサの製造方法が切望されている。
【０００９】
従って、本発明の目的は、導電性高分子が誘電体酸化皮膜上に良好に緻密に形成し、高周波領域でのインピーダンスが十分に低い固体電解コンデンサの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。即ち本発明の固体電解コンデンサの製造方法は弁作用金属の表面を陽極酸化して得た誘電体酸化皮膜層上に、化学酸化重合させて導電性高分子層を形成し固体電解質層とした固体電解コンデンサの製造方法において、前記導電性高分子層は、酸化剤としてｐＨを６〜８に調整したペルオキソ二硫酸アンモニウム(過硫酸アンモニウムともいう)溶液を用いて形成されることを特徴とする。
【００１１】
また前記導電性高分子層は酸化剤に含まれるドーパントとして、p-トルエンスルホン酸、フェノールスルホン酸、ナフタレンスルホン酸及びスルホン基を複数有する芳香族の誘導体から選択される1つ以上を用いて形成されることが好ましい。
【００１２】
また、前記酸化剤であるペルオキソ二硫酸アンモニウムの溶液濃度が１〜５０質量％であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以上のような構成にすることにより、化学重合により誘電体酸化皮膜上に導電高分子の膜が緻密に形成されるので、ｔａｎδ、ＥＳＲ特性に優れる低インピーダンスの固体電解コンデンサが得られる。
【００１４】
特に酸化剤ペルオキソ二硫酸アンモニウムの溶液のｐＨを６〜８にすることで、導電性高分子の重合スピードが適度な速さになり、より緻密な導電性高分子の膜が誘電体酸化皮膜の上に形成されるので、ｔａｎδ、ＥＳＲ特性に優れる低インピーダンスの固体電解コンデンサが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の固体電解コンデンサの製造方法を説明する模式断面図である。なお、図１上部の断面図は固体電解コンデンサの全体断面図を示し、図１下部の断面図は誘電体酸化皮膜層近傍の部分拡大断面図を示す。
【００１７】
本発明の実施の形態の固体電解コンデンサの製造方法は、固体電解質の導電性高分子層の形成に用いる酸化剤以外は、基本的には従来の固体電解コンデンサの製造方法の構成とほぼ同様である。即ち、酸化剤以外の材質、形状等も公知のものが採用でき、特に制限はない。
【００１８】
本発明の実施の形態の固体電解コンデンサの製造方法は、弁作用金属１の表面を陽極酸化して得た誘電体酸化皮膜層２上に酸化剤としてｐＨを６〜８に調整したペルオキソ二硫酸アンモニウムの溶液を用いてピロールなどのモノマーを化学酸化重合して導電性高分子層３を形成したものでありその後、導電性高分子層３の上に導電ペーストからなる陰極層４を形成し、外装して固体電解コンデンサとする。酸化剤にｐＨを６〜８に調整したペルオキソ二硫酸アンモニウム溶液を用いることで、酸化剤に鉄イオンやｐＨ６未満のペルオキソ二硫酸アンモニウム溶液を用いた場合よりも反応速度が抑えられるため、誘電体酸化皮膜層２上に導電性高分子層３が緻密に形成されるので、ｔａｎδ、ＥＳＲ特性に優れる低インピーダンスの固体電解コンデンサが得られる。
【００１９】
前記酸化剤に含まれるドーパントがｐ−トルエンスルホン酸、フェノールスルホン酸、ナフタレンスルホン酸及びスルホン基を複数有する芳香族の誘導体を１つ以上、特にスルホン基を複数有するナフタレンの誘導体であることが好ましい。ドーパントにｐ−トルエンスルホン酸、フェノールスルホン酸、ナフタレンスルホン酸を用いることにより、導電率に優れた導電性高分子が得られる。この導電性高分子を本発明の導電性高分子層３に用いることで、ｔａｎδ、ＥＳＲ特性に優れる低インピーダンスの固体電解コンデンサが得られる。また、スルホン基を複数有する芳香族誘導体、特には、スルホン基を複数有するナフタレンの誘導体を用いることにより、導電率がより優れた導電性高分子が得られるため、この導電性高分子を本発明の導電性高分子層３に用いることで、ｔａｎδ、ＥＳＲ特性に優れる低インピーダンスの固体電解コンデンサが得られる。
【００２０】
酸化剤のペルオキソ二硫酸アンモニウム溶液中のペルオキソ二硫酸アンモニウムの濃度は１〜５０質量％であることが好ましい。ペルオキソ二硫酸アンモニウムの濃度が５０質量％より大きい場合、室温の水溶液ではペルオキソ二硫酸アンモニウムが飽和状態となってしまい、溶解中にペルオキソ二硫酸アンモニウムの結晶が残ってしまうため、弁作用金属の細孔内部への酸化剤の充填の際、細孔部で目詰まりを起こし、導電性高分子層の被覆率が低下する問題がある。また、ペルオキソ二硫酸アンモニウムの濃度が１質量％より小さい場合、一度に形成される導電性高分子の量が少ないため、導電性高分子層３を形成するための重合工程回数が非常に多くなってしまう問題がある。
【００２１】
また、酸化剤ペルオキソ二硫酸アンモニウムは、そのまま用いてもよいがｐＨ６〜８に調整した物を用いることが好ましい。ｐＨが６より小さいと重合の速度が速くなってしまうため、誘電体酸化皮膜層２上に導電性高分子が緻密にでき難くなってしまい、ｔａｎδやＥＳＲが良好なものが得られない問題がある。また、ｐＨが８よりも大きい場合、ｐＨ調整に用いた陽イオンが酸化剤中に多くなってしまうため、導電性高分子のドーパントとして陽イオンが取り込まれてしまい、ドーパントにp-トルエンスルホン酸、フェノールスルホン酸、ナフタレンスルホン酸及びスルホン基を複数有する芳香族誘導体を1つ以上用いた導電性高分子に比べ導電率が悪くなってしまう。そのため、ｔａｎδやＥＳＲが良好なものが得られない問題がある。
【実施例】
【００２２】
以下に、本発明のいくつかの好適な実施例について、従来の技術による製造方法の固体電解コンデンサと比較して説明する。
【００２３】
（実施例１）
本実施例の製造方法による固体電解コンデンサの断面図は、実施の形態で説明した図１と同様であるので、図１を参照して説明する。
【００２４】
図１に示すように、本実施例に係る製造方法による固体電解コンデンサは、陽極側電極としての弁作用金属１と、この弁作用金属１の表面を陽極酸化して得た誘電体酸化皮膜層２と、固体電解質として導電性高分子層３と、導電ペーストからなる陰極層４、外部電極６１，６２および外装樹脂８から構成されている。
【００２５】
固体電解コンデンサを製造する方法を、図１を参照して説明する。縦３．５ｍｍ、横３．０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのタンタル微粉末の焼結体を作製した。これをリン酸水溶液中、３０Ｖの電圧を印加して陽極酸化し、タンタル微粉末表面全体が誘電体酸化皮膜層２で被覆されたペレットを得た。
【００２６】
次に、酸化剤であるペルオキソ二硫酸アンモニウムを２０質量％と１，３，６−ナフタレントリスルホン酸を２０質量％含み、イミダゾールを用いてｐＨを７に調整した水溶液に誘電体酸化皮膜層２で被覆されたペレットを１０分間浸漬し、次いで室温で３０分乾燥させた後、ピロールに１０分間浸漬して室温で３０分間保持してピロールの重合を行った。これら酸化剤の充填、ピロールの充填を行う一連の重合操作を５回繰り返して、導電性ポリピロール層からなる導電性高分子層３を形成した。
【００２７】
続いて、エタノールで洗浄し、乾燥後、導電性ポリピロール層の表面に銀ペーストを塗布、加熱硬化させることにより、厚さ１０〜５０μｍの陰極層４を形成した。
【００２８】
その後、銀ペーストからなる接着層５を用いてコンデンサ素子の陰極層４と外部電極６２とを接続した。またコンデンサ素子の陽極側は、予めタンタル焼結体から引き出された弁作用金属ワイヤー７を外部電極６１に溶接した。さらに外部をエポキシ樹脂で外装して外装樹脂８を形成し、図１に示す構造をもつ実施例１の固体電解コンデンサを完成させた。また、本実施例では導電性高分子層３としてポリピロールを形成したが、ポリチオフェンやポリアニリン、これら導電性高分子の誘導体等でも同一の効果を得ることができる。
【００２９】
（実施例２）
ドーパントを含む酸化剤の水溶液のｐＨを６に調整した以外は実施例１と同様な方法でコンデンサを完成させた。即ち、実施例１におけるのと同じ焼結体を用いて、実施例１と同様の方法で誘電体酸化皮膜層２を形成した。
【００３０】
次に、酸化剤であるペルオキソ二硫酸アンモニウムを２０質量％と１，３，６−ナフタレントリスルホン酸を２０質量％含み、イミダゾールを用いてｐＨを６に調整した水溶液に誘電体酸化皮膜層２で被覆されたペレットを１０分間浸漬し、次いで室温で３０分乾燥させた後、ピロールに１０分間浸漬して室温で３０分間保持してピロールの重合を行った。これら酸化剤の充填、ピロールの充填を行う一連の重合操作を５回繰り返して、導電性ポリピロール層からなる導電性高分子層３を形成した。また、本実施例では導電性高分子層３としてポリピロールを形成したが、ポリチオフェンやポリアニリン、これら導電性高分子の誘導体等でも同一の効果を得ることができる。
【００３１】
（実施例３）
ドーパントを含む酸化剤の水溶液のｐＨを８に調整した以外は実施例１と同様な方法でコンデンサを完成させた。即ち、実施例１におけるのと同じ焼結体を用いて、実施例１と同様の方法で誘電体酸化皮膜層２を形成した。
【００３２】
次に、酸化剤であるペルオキソ二硫酸アンモニウムを２０質量％と１，３，６−ナフタレントリスルホン酸を２０質量％含み、イミダゾールを用いてｐＨを８に調整した水溶液に誘電体酸化皮膜層２で被覆されたペレットを１０分間浸漬し、次いで室温で３０分乾燥させた後、ピロールに１０分間浸漬して室温で３０分間保持してピロールの重合を行った。これら酸化剤の充填、ピロールの充填を行う一連の重合操作を５回繰り返して、導電性ポリピロール層からなる導電性高分子層３を形成した。また、本実施例では導電性高分子層３としてポリピロールを形成したが、ポリチオフェンやポリアニリン、これら導電性高分子の誘導体等でも同一の効果を得ることができる。
【００３３】
（実施例４）
酸化剤に含まれるドーパントがｐ−トルエンスルホン酸であること以外は実施例１と同様な方法でコンデンサを完成させた。即ち、実施例１におけるのと同じ焼結体を用いて、実施例１と同様の方法で誘電体酸化皮膜層２を形成した。
【００３４】
次に、酸化剤であるペルオキソ二硫酸アンモニウムを２０質量％とｐ−トルエンスルホン酸を２０質量％含み、イミダゾールを用いてｐＨを７に調整した水溶液に誘電体酸化皮膜層２で被覆されたペレットを１０分間浸漬し、次いで室温で３０分乾燥させた後、ピロールに１０分間浸漬して室温で３０分間保持してピロールの重合を行った。これら酸化剤の充填、ピロールの充填を行う一連の重合操作を５回繰り返して、導電性ポリピロール層からなる導電性高分子層３を形成した。また、本実施例では導電性高分子層３としてポリピロールを形成したが、ポリチオフェンやポリアニリン、これら導電性高分子の誘導体等でも同一の効果を得ることができる。
【００３５】
（実施例５）
ドーパントを含む酸化剤の水溶液中のペルオキソ二硫酸アンモニウムの濃度を１質量％にした以外は実施例１と同様な方法でコンデンサを完成させた。即ち、実施例１におけるのと同じ焼結体を用いて、実施例１と同様の方法で誘電体酸化皮膜層２を形成した。
【００３６】
次に、酸化剤であるペルオキソ二硫酸アンモニウムを１質量％と１，３，６−ナフタレントリスルホン酸を２０質量％含み、イミダゾールを用いてｐＨを７に調整した水溶液に誘電体酸化皮膜層２で被覆されたペレットを１０分間浸漬し、次いで室温で３０分乾燥させた後、ピロールに１０分間浸漬して室温で３０分間保持してピロールの重合を行った。これら酸化剤の充填、ピロールの充填を行う一連の重合操作を５回繰り返して、導電性ポリピロール層からなる導電性高分子層３を形成した。また、本実施例では導電性高分子層３としてポリピロールを形成したが、ポリチオフェンやポリアニリン、これら導電性高分子の誘導体等でも同一の効果を得ることができる。
【００３７】
（実施例６）
ドーパントを含む酸化剤の水溶液中のペルオキソ二硫酸アンモニウムの濃度を５０質量％にした以外は実施例１と同様な方法でコンデンサを完成させた。即ち、実施例１におけるのと同じ焼結体を用いて、実施例１と同様の方法で誘電体酸化皮膜層２を形成した。
【００３８】
次に、酸化剤であるペルオキソ二硫酸アンモニウムを５０質量％と１，３，６−ナフタレントリスルホン酸を２０質量％含み、イミダゾールを用いてｐＨを７に調整した水溶液に誘電体酸化皮膜層２で被覆されたペレットを１０分間浸漬し、次いで室温で３０分乾燥させた後、ピロールに１０分間浸漬して室温で３０分間保持してピロールの重合を行った。これら酸化剤の充填、ピロールの充填を行う一連の重合操作を５回繰り返して、導電性ポリピロール層からなる導電性高分子層３を形成した。また、本実施例では導電性高分子層３としてポリピロールを形成したが、ポリチオフェンやポリアニリン、これら導電性高分子の誘導体等でも同一の効果を得ることができる。
【００３９】
（比較例１）
酸化剤に２０質量％のｐ−トルエンスルホン酸第二鉄メタノール溶液を用いた以外は実施例１と同様な方法でコンデンサを完成させた。即ち、実施例１におけるのと同じ焼結体を用いて、実施例１と同様の方法で誘電体酸化皮膜層２を形成した。
【００４０】
次に、酸化剤であるｐ−トルエンスルホン酸第二鉄メタノール溶液に、誘電体酸化皮膜層２で被覆されたペレットを１０分間浸漬し、次いで室温で３０分乾燥させた後、ピロールに１０分間浸漬して室温で３０分間保持してピロールの重合を行った。これら酸化剤の充填、ピロールの充填を行う一連の重合操作を５回繰り返して、導電性ポリピロール層からなる導電性高分子層３を形成した。
【００４１】
（比較例２）
ドーパントを含む酸化剤の水溶液のｐＨを１である以外は実施例１と同様な方法でコンデンサを完成させた。即ち、実施例１におけるのと同じ焼結体を用いて、実施例１と同様の方法で誘電体酸化皮膜層２を形成した。次に、酸化剤であるペルオキソ二硫酸アンモニウムを２０質量％と１，３，６−ナフタレントリスルホン酸を２０質量％含み、ｐＨが１である水溶液に誘電体酸化皮膜層２で被覆されたペレットを１０分間浸漬し、次いで室温で３０分乾燥させた後、ピロールに１０分間浸漬して室温で３０分間保持してピロールの重合を行った。これら酸化剤の充填、ピロールの充填を行う一連の重合操作を５回繰り返して、導電性ポリピロール層からなる導電性高分子層３を形成した。
【００４２】
実施例１〜６及び比較例１、２の固体電解コンデンサの静電容量、ｔａｎδ、ＥＳＲ特性を表１に示す。なお、サンプル数は各水準２０個ずつとし、各特性の値はその平均を算出した。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
表１を参照して実施例１〜６と比較例１、２のそれぞれの固体電解コンデンサについて結果を評価する。ｔａｎδとＥＳＲに関して、比較例１、２に対し実施例１〜６のそれぞれの固体電解コンデンサでは、各特性が良好である。酸化剤にｐ−トルエンスルホン酸第二鉄メタノール溶液を用いている比較例１やｐＨ１のペルオキソ二硫酸アンモニウム水溶液を用いている比較例２に比べ、酸化剤のｐＨを６〜８に調整した実施例１〜６では各特性の値が低く抑えられている。
【００４５】
固体電解質に導電性高分子を用いた固体電解コンデンサでは、誘電体酸化皮膜上に形成した導電性高分子の形成状態が悪いと、特に内部の導電性高分子の被覆率が低下するため、ｔａｎδやＥＳＲが良好なものが得られない。これを解決するため、誘電体酸化皮膜上に導電性高分子を形成する重合方法(酸化剤やドーパント)を工夫し、反応速度を遅らせることで、導電性高分子が誘電体酸化皮膜上に緻密に形成し、高周波領域でのインピーダンスの低い固体電解コンデンサが得られる。
【００４６】
実施例１〜６では酸化剤にｐＨ６〜８のペルオキソ二硫酸アンモニウム水溶液を用いており、比較例１の酸化剤ｐ−トルエンスルホン酸第二鉄メタノール溶液や比較例２のｐＨ１のペルオキソ二硫酸アンモニウム水溶液に比べ、ピロールの重合が緩やかに進み、最適な重合反応時間を与えるため、ペレット内部表面全体に緻密に導電性高分子層が形成される。この効果により、ｔａｎδとＥＳＲの各特性が抑えられた固体電解コンデンサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の固体電解コンデンサの製造方法を説明する模式断面図。
【符号の説明】
【００４８】
１    弁作用金属
２    誘電体酸化皮膜層
３    導電性高分子層
４      陰極層
５      接着層
６１、６２    外部電極
７    弁作用金属ワイヤー
８    外装樹脂
【図１】
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