(57)【要約】【課題】等価直列抵抗（ＥＳＲ）が小さく、高周波特性に優れた固体電解コンデンサの製造方法を提供する。【解決手段】アルミニウム等の弁作用金属からなり表面に酸化皮膜層が形成された陽極電極箔と、陰極電極箔とを、マニラ紙等よりなる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。そして、高周波誘導加熱によりセパレータの所望の部分を炭化した後、このコンデンサ素子に重合性モノマーと酸化剤とを含浸し、該セパレータに浸透した重合性モノマーと酸化剤との重合反応により導電性高分子を生成し、これを固体電解質層とした固体電解コンデンサを作製する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極箔と陰極箔を、セパレータを介して巻回してコンデンサ素子を作製し、
高周波誘導加熱により前記セパレータを炭化した後、
このコンデンサ素子に重合性モノマーと酸化剤を含浸して、導電性高分子を形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。
【請求項２】
前記高周波誘導加熱により、前記セパレータの一部分だけを炭化す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】
前記高周波誘導加熱により、前記コンデンサ素子の上下端部以外のセパレータ部分を炭化す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４】
前記導電性高分子が、ポリ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１乃至請求項３のいずれか１項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、各種電子機器に利用される巻回形の固体電解コンデンサに関するものであり、特に、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が小さく、高周波特性に優れた固体電解コンデンサを得るべく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。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の高周波化に伴って、電子部品である電解コンデンサにおいても、高周波領域でのＥＳＲ特性に優れた大容量の電解コンデンサが求められてきている。最近では、この高周波領域のＥＳＲを低減するために、電気伝導度の高い導電性高分子等の固体電解質を用いた固体電解コンデンサが検討されてきており、また大容量化の要求に対しては、電極箔を積層させる場合と比較して構造的に大容量化が容易な巻回形（陽極箔と陰極箔とをセパレータを介して巻回した構造のもの）による導電性高分子を用いた固体電解コンデンサが製品化されてきている。
【０００３】
そして、前記巻回形の構造を採る固体電解コンデンサの低ＥＳＲ化のために、巻回素子を作製した後に、約１５０〜４００℃の高温雰囲気中に放置してセパレータに炭化処理を施し、セパレータの空隙を増加させて、固体電解質の含浸性を向上する提案がなされている。
【特許文献１】特開平０６−２３６８３１号公報
【特許文献２】特開２０００−１５０３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したような巻回形の固体電解コンデンサにおいて、セパレータを炭化させるには１５０〜５００℃の加熱が必要であるが、この加熱により誘電体酸化皮膜が損傷して漏れ電流が大きくなり、たとえエージングで修復したとしてもショート発生率が高くなるという問題点があった。
【０００５】
また、この加熱により固体電解コンデンサの引き出しリード線のメッキ層（例えば、スズ／鉛層）が酸化を受け、通常のメッキ線では完成後の製品のリード線部の半田濡れ性が著しく低下するため、耐酸化性の強い高価な銀メッキリード線を使用しなければならないという問題点があった。
【０００６】
さらには、高温雰囲気中に放置してセパレータを炭化する場合、炭化処理のコントロールは難しく、炭化ムラによるＥＳＲ特性のばらつきやショート発生率の増加の原因となるという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解消するために提案されたものであって、その目的は、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が小さく、高周波特性に優れた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】
【０００８】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法は、陽極箔と陰極箔を、セパレータを介して巻回してコンデンサ素子を作製し、高周波誘導加熱により前記セパレータを炭化した後、このコンデンサ素子に重合性モノマーと酸化剤を含浸して、導電性高分子を形成することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法によれば、高周波誘導加熱法を用いることにより、コンデンサ素子の所望の加熱部位のみを誘導コイル中央に配置することで、該所望の部位のみを加熱することができるので、リード線などを過熱することなく、セパレータの炭化処理が可能となる。その結果、低ＥＳＲで、高周波特性に優れるばかりでなく、特性バラツキがなく、また、今まで使用できなかった低コストの錫メッキＣＰ線を使用することができる固体電解コンデンサを製造することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法において、前記高周波誘導加熱により、前記セパレータの一部分だけを炭化することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２に記載の固体電解コンデンサの製造方法によれば、セパレータの一部分だけを炭化した固体電解コンデンサを製造することができる。セパレータは、炭化によってその繊維が細るために、巻回強度が低下し、素子形状の安定性が低下してしまう場合があるが、セパレータの一部分だけを炭化して、未炭化部分を残すことで、巻回強度が向上し、素子形状が安定化し、漏れ電流特性の低減及びショート不良の低減を図ることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の固体電解コンデンサの製造方法において、前記高周波誘導加熱により、前記コンデンサ素子の上下端部以外のセパレータ部分を炭化することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３に記載の固体電解コンデンサの製造方法によれば、コンデンサ素子の上下端部に位置するセパレータ部分を残して炭化することができるので、容量発現部位の導電性高分子の含浸性が向上するばかりでなく、巻回強度は炭化していないセパレータと同等となる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の固体電解コンデンサの製造方法において、前記導電性高分子が、ポリエチレンジオキシチオフェンであることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項４に記載の固体電解コンデンサの製造方法によれば、導電性高分子としてポリエチレンジオキシチオフェンを用いることにより、重合性モノマーである３，４−エチレンジオキシチオフェンと酸化剤が、コンデンサ素子の内部に浸透する過程および浸透後に起きる３，４−エチレンジオキシチオフェンと酸化剤の緩やかな重合反応によりポリエチレンジオキシチオフェンから成る固体電解質層をコンデンサ素子内部においても生成させ、またこの固体電解質層を、その生成過程からセパレータで保持しているので、コンデンサ素子の内部にまで緻密で均一な固体電解質層を形成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の製造方法を用いることによって、セパレータの所望の部位に必要十分な加熱によって炭化処理を行うことができるので、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が小さく、高周波特性に優れた固体電解コンデンサを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して以下に説明する。なお、背景技術や課題で既に説明した内容と共通する事項は適宜説明を省略する。
【００１８】
（固体電解コンデンサの製造方法）
本発明に係る固体電解コンデンサの製造方法の概要は以下の通りである。すなわち、アルミニウム等の弁作用金属からなり表面に酸化皮膜層が形成された陽極電極箔と、陰極電極箔とを、マニラ紙等よりなる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。そして、後述する高周波誘導加熱により前記セパレータを炭化した後、このコンデンサ素子に重合性モノマーと酸化剤とを含浸し、該セパレータに浸透した前記重合性モノマーと酸化剤との重合反応により導電性高分子を生成し、これを固体電解質層とした固体電解コンデンサを作製する。
【００１９】
（電極箔）
本発明で用いる陽極電極箔は、アルミニウム等の弁作用金属からなり、その表面を、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、さらにこの陽極電極箔の表面に、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したものである。また、陰極電極箔は、陽極電極箔と同様にアルミニウム等からなり、表面にエッチング処理のみが施されているものを用いる。
【００２０】
上記のような陽極電極箔及び陰極電極箔には、それぞれの電極を外部に接続するためのリード線が、ステッチ、超音波溶接等の公知の手段により接続されている。このリード線は、アルミニウム等からなる陽極電極箔、陰極電極箔との接続部と、錫メッキＣＰ線等からなる外部との電気的な接続を担う外部接続部からなり、巻回したコンデンサ素子の端面から導出されている。
【００２１】
そして、上記の陽極電極箔と陰極電極箔とを、セパレータを間に挟むようにして巻き取ってコンデンサ素子を形成する。なお、両極電極箔の寸法は、製造する固体電解コンデンサの仕様に応じて任意である。
【００２２】
（セパレータ）
セパレータとしては、マニラ紙、クラフト紙、エスパルト紙、ヘンプ紙等のセルロース系繊維や、ポリプロピレン、ポリエステル、ビニロン、ナイロン、レーヨン等の合成繊維、及び、これらの混抄紙を用いることができる。また、セパレータの大きさは、両極電極箔の寸法に応じて、これと同寸法、あるいは、これよりやや大きい幅寸法のものを用いることが好ましい。
【００２３】
（高周波誘導加熱）
高周波誘導加熱に用いる装置は、高周波発信部と誘導コイルとを具備するものであり、巻回したコンデンサ素子を誘導コイルの中央部に配置してから、誘導コイルに高周波電流を流すことで、コンデンサ素子を構成する導電性のアルミニウム箔に高周波電流が誘導されてコンデンサ素子が自己発熱し、セパレータを炭化させるものである。
【００２４】
このような高周波誘導加熱法によれば、所望の加熱部位のみを誘導コイル中央に配置することで、該所望の加熱部位のみを加熱することができるので、リード線などを過熱することなく、セパレータの炭化処理が可能である。また、高周波出力および出力周波数をコントロールすることにより温度制御が簡単に行えるため、必要十分な加熱を行うことができ、セパレータの炭化ムラがなく、誘電体酸化皮膜の損傷も抑えることができる。
【００２５】
具体的には、図１に示したように、誘導コイル２の中心部にコンデンサ素子１の炭化させたい部位を配置した状態で、図示しない高周波発信部より、高周波出力が１〜１００ｋＷ、出力周波数が５０〜５００ｋＨｚ、通電時間が１０〜１０００ｍｓｅｃの範囲で、コンデンサ素子や誘導コイルの形状に合わせて、適宜適切な値で印加する。これにより、コイル配置部のアルミ箔に高周波電流が誘導され、この部分のセパレータが炭化される。
【００２６】
ここで、電極箔とセパレータの幅が同寸法の場合には、図１に示すように、コンデンサ素子の高さ方向の一部にだけ誘導コイルを配置することにより、コイル配置部のアルミ箔のみに高周波電流が誘導され、この部分のセパレータのみが炭化されるので、コンデンサ素子の上下端部に、炭化されないセパレータ部分４を残すことができる。一方、セパレータの幅が電極箔の幅寸法より大きい場合には、コンデンサ素子の全体を誘導コイルの中心部に配置しても、電極箔よりはみ出した部分のセパレータは炭化されない。
【００２７】
従来のように、コンデンサ素子を高温雰囲気中に放置してセパレータ全体を炭化した場合、セパレータは炭化によってその繊維が細るために巻回強度が低下し、素子形状の安定性が低下してしまう場合がある。これに対して、本発明の製造方法を用い、セパレータの一部分だけを炭化し、未炭化部分を残すことによって、巻回強度が向上し、素子形状が安定化し、漏れ電流特性の低減及びショート不良の低減を図ることが可能となる。
【００２８】
特に、図１に示すように、コンデンサ素子の上下端部の一部を残して炭化すると、容量発現部位の導電性高分子の含浸性が向上するばかりでなく、巻回強度は炭化していないセパレータと同等となる。
【００２９】
また、炭化したい部位のみを選択的に加熱することができるので、固体電解コンデンサの引き出しリード線のメッキ層が酸化を受けることも防止できる。さらに、高周波発信部より印加する高周波出力、出力周波数及び通電時間を調整することにより、炭化処理をコントロールすることが容易となるので、炭化ムラを防止することができる。その結果、ＥＳＲ特性のばらつきやショート発生率の増加を大幅に抑制することができる。
【００３０】
（導電性高分子）
導電性高分子としてはポリエチレンジオキシチオフェンを用いることが好ましい。ポリエチレンジオキシチオフェンを用いると、重合性モノマーである３，４−エチレンジオキシチオフェンと酸化剤が、コンデンサ素子の内部に浸透する過程、および浸透後に起きる３，４−エチレンジオキシチオフェンと酸化剤の緩やかな重合反応によって、ポリエチレンジオキシチオフェン、すなわち固体電解質層をコンデンサ素子内部においても生成させ、また固体電解質層をその生成過程からセパレータで保持しているので、コンデンサ素子の内部にまで緻密で均一な固体電解質層を形成することができる。
【００３１】
なお、本発明に用いられる重合性モノマーとしては、上記３，４−エチレンジオキシチオフェンの他に、これ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】
2010087091.tif 000002
【００３２】
（固体電解質層の生成工程）
上記のような構成からなるコンデンサ素子に、３，４−エチレンジオキシチオフェンと酸化剤との混合液を含浸する。酸化剤としては、エチレングリコールに溶解したｐ−トルエンスルホン酸第二鉄を用いることが好ましく、３，４−エチレンジオキシチオフェンと酸化剤との配合比は、１：３〜１：１５の範囲が好適である。含浸は、一定量の前記混合溶液を貯溜した含浸槽にコンデンサ素子を浸漬し、必要に応じて減圧する。
【００３３】
次いで、前記混合溶液を含浸したコンデンサ素子を含浸槽から引上げ、２５℃〜１０５℃の重合温度で１５時間〜２時間放置して、重合反応によるポリエチレンジオキシチオフェンから成る固体電解質層を生成させる。この重合温度及び放置時間の範囲は、重合温度が高くなると製造された固体電解コンデンサの電気的特性のうち、静電容量、ｔａｎδ、インピーダンス特性が良くなるものの、漏れ電流特性が悪くなる傾向が見られることから、製造するコンデンサ素子の仕様に応じて前記の範囲内で任意に変更することができる。なお、２５℃の重合温度で１５時間程度、５０℃で４時間程度、１００℃では２時間程度放置するのが適当であり、５０℃の温度下で４時間放置するのが固体電解質層の被覆状態と工程時間との兼ね合いで最適である。
【００３４】
次いで、コンデンサ素子を、水、有機溶媒等を用いて１２０分程度洗浄するとともに１００℃〜１８０℃で３０分程度乾燥させ、その後、常温において、陽極電極箔の耐電圧の４０％〜６０％程度の電圧を印加するいわゆるエージング工程を経て一連の固体電解質層の生成工程は終了する。なお、以上の固体電解質層の生成工程は、必要に応じて複数回繰り返しても良い。
【００３５】
（効果）
上述したように、本発明によれば、セパレータの所望の部位に、必要十分な加熱によって炭化処理を行うことができるので、低ＥＳＲで、高周波特性に優れるばかりでなく、特性のバラツキがなく、また、今まで使用できなかった低コストの錫メッキＣＰ線を使用することができる固体電解コンデンサを製造することができる。
【実施例】
【００３６】
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。
【００３７】
（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リード線を接続し、両電極箔を厚さ４０μｍのマニラ紙からなるセパレータを介して巻回して、コンデンサ素子を形成した。その後、図１に示すように、このコンデンサ素子の上下端部の一部を残して該コンデンサ素子を誘導コイルの中央部に配置し、高周波出力：１０ｋＷ、出力周波数：３００ｋＨｚ、通電時間：１００ｍｓｅｃで、誘導コイルに高周波電流を流した。
続いて、含浸槽内において、このコンデンサ素子に、３，４−エチレンジオキシチオフェンと酸化剤との混合液を含浸した。酸化剤は、エチレングリコールに溶解したｐ−トルエンスルホン酸第二鉄を用い、３，４−エチレンジオキシチオフェンと酸化剤との配合比は、１：５とした。
次いで、混合溶液を含浸したコンデンサ素子を含浸槽から引上げ、１００℃の重合温度で、２時間放置して、ポリエチレンジオキシチオフェンから成る固体電解質層を生成させた。
次いで、コンデンサ素子を、水、有機溶媒等を用いて１２０分程度洗浄すると共に、１２０℃で３０分程度乾燥させ、エージング処理後、その外周に外装樹脂を被覆して固体電解コンデンサを作製した。なお、コンデンサ素子の大きさは、径寸法が４φ、縦寸法が７ｍｍのものを用いた。
【００３８】
（比較例１）
セパレータの炭化処理を、約３７０℃の高温雰囲気中に放置して行った他は、上記実施例と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
（比較例２）
セパレータの炭化処理を行わない他は、上記実施例と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
【００３９】
（試験結果）
上記実施例、比較例１及び比較例２について、初期のＥＳＲ特性（１００ｋＨｚ：ｍΩ）、ＬＣ特性（２．５Ｖ印加：μＡ）及びショート数を調べたところ、表１に示すような結果が得られた。なお、試験個数はいずれも５０個であり、ＥＳＲ特性、ＬＣ特性はショート品を除いたサンプルについての平均値で示した。
【表１】
2010087091.tif 000003
【００４０】
表１から明らかなように、実施例ではいずれの特性も良好であり、ショート不良の発生もないが、高温雰囲気中に放置して炭化処理を行った比較例１ではＬＣ、ショート特性が悪化し、また、炭化処理をしていない比較例２ではＥＳＲ特性が悪い。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】コンデンサ素子内のセパレータの炭化させたい部位に、高周波誘導加熱装置の誘導コイルを配置した状態を示す模式図。
【符号の説明】
【００４２】
１…コンデンサ素子
２…誘導コイル
３…リード線
４…炭化されないセパレータ部分
【図１】
2010087091.tif 000004