CN1754235B - 固体电解电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固体电解电容器，借助隔离件(6)卷绕阳极箔(4)和阴极箔(5)而构成，具备在内部已形成固体电解质层或导电性高分子层的电容器元件(2)。在阳极箔(4)上形成有电介质氧化被膜。在阳极箔(4)上形成由单金属或复合金属化合物的氮化物构成的被膜，所述电介质氧化被膜由该单金属或复合金属化合物的氮化物的氧化物形成。单金属的氮化物是氮化钛、氮化锆、氮化钽、氮化铌中的任意种，复合金属化合物的氮化物是氮化铝钛、氮化铬钛、氮化锆钛、碳氮化钛的任意种。
Description
技术领域
本发明涉及一种对阳极箔和阴极箔进行卷绕的固体电解电容器。
背景技术
图2是以往的固体电解电容器1的截面主视图，图1是以往的电容器元件2的立体图(例如，参照日本国特许公告公报平4-19695号)。
关于该电容器，在上面开口的铝制的外壳3内收容电容器元件2，用橡胶制的衬垫30密封外壳3的开口。对外壳3的上端部卷边，固定衬垫30，在外壳30的上面安装有塑料制的垫板31，在从电容器元件2延伸的导线21、21贯通衬垫30和垫板31之后，横向弯曲。
如图1所示，电容器元件2是，借助作为纸等绝缘体的隔离件6，将作为已形成电介质氧化被膜的铝箔的阳极箔4和作为铝箔的阴极箔5卷绕成卷筒状，用胶带26固定而构成，在其内部浸渗有TCNQ(7，7，8，8-四氰基醌二甲烷)络盐等固体电解质，或者形成有导电性高分子层。从阳极箔4和阴极箔5引出一对引线接头25、25，从该引线接头25、25有上述导线21、21延伸出来。
为了在两个箔4、5之间形成导电性高分子层，在将乙醇作为稀释剂的3，4-亚乙二氧基噻吩和对甲苯磺酸亚铁(II)的混合溶液中浸渍电容器元件2，使其热聚合。
这种固体电解电容器1得到广泛使用，但市场上需求大电容且小型的电容器。因此，提出在阴极箔5上形成了由金属氮化物构成的被膜的电容器(例如，参照日本特许公开公报2000-114108号)。
通常，并未有意在阴极箔5上形成电介质氧化被膜，实际上是通过自然氧化形成氧化被膜。因此，电容器的静电电容C是串连连接阳极箔4侧的静电电容Ca和阴极箔5侧的静电电容Cc的电容，用以下的式子表示
(数1)
C＝Ca×Cc/(Ca+Cc)＝Ca×1/(Ca/Cc+1)
即，如果阴极箔5具有静电电容Cc，电容器的静电电容C小于阳极箔4侧的静电电容Ca。因此，通过喷溅法或蒸镀在阴极箔5上形成TiN等金属氮化物的被膜，使阴极箔5的铝基材和金属氮化物导通。由此，阴极箔5不具有电容，所以可以在不增大电容器的外形的情况下增大静电电容。但是，即使形成这样的阴极箔(5)，申请人发现增大固体电解电容器1的静电电容的效果较小。
因此，提出提高阳极箔4的介电常数以增大阳极箔4侧的静电电容Ca(例如，参照日本国特许公开公报平5-121275号)。关于阳极箔，是在含电解质的溶液内氧化由钛构成的阳极而在阳极的表面上形成钛的电介质被膜。氧化钛的介电常数约为100(无单位)，比氧化铝等高，因为静电电容和介电常数成比例，所以由此增大阳极侧的静电电容。
但是，即使直接氧化钛而形成电介质被膜，可以看到形成的被膜随着时间的过去而劣化的情况，即难以在钛的表面上稳定形成氧化被膜.另外，如同在日本国特许公开公报平5-121275号中记载的那样，为了在钛的表面上形成氧化被膜，最低也需要施加10～20V的电压，在目标固体电解电容器1的额定电压的3倍左右的电压下进行.在申请人的试验中，对于在阳极上覆盖氧化钛的固体电解电容器1，需要额定电压在6.3V以上，对额定电压位2～3V左右的较低的固体电解电容器1，无法在阳极上覆盖氧化钛.
发明内容
本发明的目的在于，提供一种阳极侧的静电电容较大的固体电解电容器，尤其是提供一种额定电压低的固体电解电容器。
固体电解电容器1借助隔离件6卷绕阳极箔4和阴极箔5而构成，具备在内部形成有固体电解质层或导电性高分子层的电容器元件2，在阳极箔4上形成有电介质氧化被膜。
在阳极箔4上形成有由单金属或复合金属化合物的氮化物构成的被膜，上述电介质氧化被膜由该单金属或复合金属化合物的氮化物的氧化物形成。
单金属的氮化物是氮化钛、氮化锆、氮化钽、氮化铌中的任意种，是阀金属的氮化物。另外，复合金属化合物的氮化物是氮化铝钛、氮化铬钛、氮化锆钛、碳氮化钛中的任意种。
附图说明
图1是以往的电容器元件的立体图。
图2是以往的固体电解电容器的截面主视图。
具体实施方式
下面，使用附图详细说明本发明的一例。
固体电解电容器1的整体形状和图2所示的以往产品相同。如图1所示，电容器元件2是，借助作为绝缘体的隔离件6，将作为已形成化学生成覆盖膜的铝箔的阳极箔4和作为铝箔的阴极箔5卷绕成滚筒状，用胶带26固定而构成。在电容器元件2的内部，浸渗有TCNQ络盐等固体电解质或者形成有导电性高分子层。从电容器元件2有一对导线21、21延伸出来。
电容器元件2按照以下的步骤形成。首先，对从铝制薄片切出来的成为阳极箔4的带状铝箔进行蚀刻处理。进行蚀刻处理的原因是对铝箔的表面进行粗面化，扩大表面积，增大静电电容。接着，在该铝箔上通过蒸镀形成氮化钛(TiN)的被膜。另外，可以用离子镀法、喷溅法、热CVD法、等离子CVD法、光CVD法、激光CVD法代替蒸镀来形成被膜。
接着，将形成有氮化钛被膜的铝箔浸渍在化成溶液中，施加约5V的电压。将氮化钛被膜氧化而形成电介质氧化被膜，将该铝箔作为阳极箔4。该电介质氧化被膜由氧化钛构成。已知化成溶液有磷酸盐、硼酸盐、己二酸盐溶液，但也可以是其他酸盐的溶液。
与此不同，通过蒸镀，在铝箔上形成氮化钛(TiN)的被膜，作为阴极箔5。
借助作为绝缘体的隔离件6，将阳极箔4和阴极箔5卷绕成滚筒状，用胶带26固定，制成电容器元件2.如前所述，阳极箔4是从铝制薄片切出来而制成的，所以在阳极箔4的端面上未形成电介质氧化被膜.因此，进行电容器元件2的切口化成，在阳极箔4的端面上形成电介质氧化被膜.此后，在280℃下对电容器元件2进行热处理，使电介质氧化被膜的特性稳定.
接着，在以乙醇作为稀释剂的3，4-亚乙二氧基噻吩和对甲苯磺酸亚铁(II)的混合溶液中浸渍电容器元件2之后，进行热聚合而在两个箔4、5之间形成导电性高分子层，完成电容器元件2。对甲苯磺酸亚铁(II)在乙醇中的含量为40～60重量％，其在电容器的制造工序中具有实用性的粘度。与以往一样，在上述外壳3中密封电容器元件2，完成固体电解电容器1。
在本例中，利用聚噻吩系的导电性高分子形成导电性高分子层，但可以使用聚吡咯系或聚苯胺系的功能性高分子。另外，代替导电性高分子层可以形成TCNQ络盐等固体电解质层。
氧化钛的介电常数约为100，比氧化铝的约10高。因此，可以增大阳极箔4、以及固体电解电容器1的静电电容。另外，由氧化单金属或复合金属化合物的氮化物而得的氧化钛构成的电介质氧化被膜，与通过对钛进行直接氧化而制作的情况相比，其特性更稳定。
另外，因为氮分子覆盖该电介质氧化被膜内的缺陷，所以可以防止漏泄电流的增大，实现电容器的大电容化。进而，为了在复合金属化合物的氮化物上形成氧化被膜，施加电压为5V左右已足够。施加电压需要是目标固体电解电容器1的额定电压的3倍左右的程度，由此在额定电压较低的固体电解电容器1的阳极箔4上，也可以形成由氧化钛构成的被膜。
申请人如上所述将使用了阳极箔4的固体电解电容器1作为实施例1，其中，所述的阳极箔4形成有单金属的氮化物即氮化钛(TiN)的氧化被膜。另外，将使用了如下的阳极箔4的固体电解电容器1作为实施例2，其中该阳极箔4代替氮化钛而形成有复合金属化合物的氮化物即氮化铝钛(TiAlN)的氧化被膜。另外，通过以往的方法，即在铝箔上形成氧化被膜而形成阳极箔5，同时使用在其他铝箔上形成了氮化钛(TiN)的被膜的阴极箔5，制成固体电解电容器1，将其作为以往例。
固体电解电容器1的额定电压都是2.5V，静电电容为390μF，外壳3的外形尺寸是直径为6.3mm高度为6.0mm的电容器。
对实施例和以往例的电容器在120Hz的频率下测量静电电容(Cap，单位：μF)，在100KHz的频率下测量等价串联电阻(ESR，单位：mQ)。另外，在施加直流额定电压2分钟之后，测量漏泄电流(LC，单位：μA)。测量结果如表1所示。电特性值为20个的平均值。
表1
| Cap(μF) | ESR(mΩ) | LC(μA) | |
| 以往例实施例1实施例2 | 371560583 | 10.69.69.2 | 360.80.9 |
根据上述的比较结果可知，通过使用形成有单金属氮化物氮化钛(TiN)的电介质氧化被膜的阳极箔4、或者形成有复合金属化合物的氮化物氮化铝钛(TiAlN)的电介质氧化被膜的阳极箔4，可以增大静电电容并减小等价串联电阻和漏泄电流。
另外，在上述例中，作为单金属氮化物举出了氮化钛(TiN)，但即使采用氮化锆(ZrN)、氮化钽(TaN)、氮化铌(NbN)的某种来代替氮化钛，也可以得到相同的结果。即，作为单金属可以举出阀金属。这里，阀金属是指表面同样地被该金属的氧化物覆盖的物质。
另外，作为复合金属化合物的氮化物，可以举出氮化铝钛(TiAlN)，但即使采用氮化铬钛(TiCrN)、氮化锆钛(TiZrN)、碳氮化钛(TiCN)的某种来代替氮化铝钛，也可以得到相同的结果。即，作为复合金属化合物，主要可以举出钛和阀金属的化合物。
在上述例中，可以不对成为阳极箔4的铝箔实施蚀刻处理。另外，虽在上述中阳极箔4和阴极箔5由铝箔形成，但还可以由阀金属的箔形成。进而，外壳3的上面开口可以用环氧树脂堵塞。进而，电容器的形状可以是径向引线类型。
工业上的可利用性
阳极箔4上的电解质氧化被膜是由单金属或复合金属化合物的氮化物的氧化物形成，具体地说是氧化钛。因为电介质氧化被膜的介电常数较高，所以可以增大阳极箔4、以及固体电解电容器1的静电电容。另外，由氧化单金属或复合金属化合物的氮化物而得的氧化钛构成的电介质氧化被膜，与通过对钛进行直接氧化而制作的情况相比，其特性更稳定。
另外，因为氮分子覆盖该电介质氧化被膜内的缺陷，所以可以防止漏泄电流的增大，实现电容器的大电容化。进而，若要在复合金属化合物的氮化物上形成氧化被膜，施加电压为5V左右已足够。由此在额定电压为2～3V左右的较低的固体电解电容器1的阳极箔4上，也可以形成由氧化钛构成的被膜。
Claims (3)
1.一种固体电解电容器，借助隔离件(6)卷绕阳极箔(4)和阴极箔(5)而构成，具备在内部形成有固体电解质层或导电性高分子层的电容器元件(2)，在阳极箔(4)上形成有电介质氧化被膜，其特征在于，
所述电介质氧化被膜是通过将复合金属化合物的氮化物氧化而形成的，所述复合金属化合物的氮化物是氮化铝钛、氮化铬钛、氮化锆钛中的任意一种。
2.如权利要求1所述的固体电解电容器，其特征在于，
电容器元件(2)内的电解质使用聚噻吩系导电性高分子。
3.如权利要求1所述的固体电解电容器，其特征在于，
阳极箔(4)和阴极箔(5)是由阀金属的箔形成。
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