DE60035785T3

DE60035785T3 - Elektrodenmaterial für einen kondensator und kondensatorelektrode

Info

Publication number: DE60035785T3
Application number: DE60035785T
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Nagato; Kazumi Naito
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2020-06-10
Also published as: JP4723683B2; EP1202301A1; KR20020010698A; JP4723139B2; ATE368929T1; TW479262B; EP1202301B1; AU5108300A; KR100572181B1; WO2000075943A1; JP2010183091A; DE60035785D1; EP1202301B2; US6430026B1; DE60035785T2; EP1202301A4

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Elektrodenmaterials für einen Kondensator mit hoher Kapazität pro Gewichtseinheit und mit guten Leckstromeigenschaften sowie einen Kondensator unter Verwendung des Elektrodenmaterials.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Kondensatoren, die für elektronische Instrumente eingesetzt werden, beispielsweise für Mobiltelefone und Personalcomputer, müssen eine geringe Größe und eine große Kapazität haben.
Unter diesen Kondensatoren ist ein Tantalkondensator bevorzugt, weil er für seine Größe eine hohe Kapazität aufweist und gute Leistungseigenschaften hat. In diesem Tantalkondensator wird im allgemeinen ein Sinterkörper aus gepulvertem Tantal für den Anodenteil eingesetzt. Ein Sinterkörper aus Niob wird ebenfalls als Material mit einer höheren Dielektrizitätskonstante als Tantal untersucht. Auf einem solchen Sinterkörper wird eine Oxidschicht, die als dielektrisches Material wirkt, mit Hilfe eines elektrolytischen Oxidationsverfahrens gebildet, das allgemein in den Verfahren zur Herstellung eines Kondensators eingesetzt wird.
Andererseits beschreibt JP-A S63-34917 (der hier verwendete Ausdruck ”JP-A” bedeutet ”ungeprüfte offengelegte japanische Patentanmeldung”) ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators mit hoher Kapazität, wobei eine Metallfolie oder ein Metallstab mit Poren oder Hohlräumen darin in einer alkalischen Lösung umgesetzt wird, wobei eine Perovskitoxid-Schicht direkt auf dem Metallelektrodenmaterial gebildet wird, und außerdem wird ein Kondensator mit der Oxidschicht als dielektrisches Material beschrieben.
Diese Kondensatoren, die aus einem Sinterkörper aus Niob oder Tantal als Elektrodenmaterial hergestellt werden und eine dielektrische Schicht aufweisen, die aus Nioboxid oder Tantaloxid besteht, die auf dessen Oberfläche gebildet ist, oder Kondensatoren mit einem dielektrischen Material, bestehend aus einer Perovskitsäureverbindung, die direkt auf dessen Oberfläche gebildet wird, haben die folgenden Probleme und können den Wunsch nach einer höheren Kapazität nicht zufriedenstellend erfüllen.
Wenn ein Oxidfilm eines dielektrischen Materials eines Kondensators durch ein elektrolytisches Oxidationsverfahren, das allgemein in herkömmlichen Techniken eingesetzt wird, gebildet wird, muß ein Oxidfilm für das dielektrische Material als ein an ”ultra”-dünner Film gebildet werden, um eine höhere Kapazität zu erhalten. Wenn jedoch ein ”ultra”-dünner Film gebildet wird, besteht das ernsthafte Problem, daß in den dünneren Filmteilen ein Leckstrom erzeugt wird, so daß der ”ultra”-dünne Film in der Praxis nicht eingesetzt werden kann und somit eine höhere Kapazität nicht erzielt werden kann.
Das herkömmliche direkte Reaktionsverfahren zur Bildung eines Säureverbindungsfilms als dielektrisches Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstante kann zu keiner Säureverbindung aus Tantal oder Niob führen.
Wenn ein Säureverbindungsfilm außerdem direkt gebildet wird, indem andere Metalle als ein Elektrodenmaterial gemäß der direkten Reaktionsmethode, die in JP-A S63-334917 beschrieben ist, eingesetzt wird, ist der gebildete dielektrische Film hinsichtlich seiner Dicke ungleichmäßig, und die dünnen Bereiche führen zu einem Auftreten eines Leckstroms, so daß die Dicke der dünnen Bereiche so weit erhöht werden muß, daß der Leckstrom auf ein annehmbares Maß oder geringer vermindert wird. Als Ergebnisse wird die mittlere Dicke der Filmschicht insgesamt erhöht und eine hohe Kapazität kann nicht erhalten werden.
Zudem besteht in der Produktion das Problem, daß wenn dieses Reaktionsverfahren in dem Produktionsverfahren eingesetzt wird, die Ausgangsmateriallösung für die Reaktion vollständig umgesetzt wird, so daß das Produktionsverfahren als Chargenverfahren durchgeführt werden muß, während die Ausgangsmateriallösung bei jedem Vorgang ausgetauscht wird, so daß die Produktivität verringert wird.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Angesichts des vorstehend gesagten ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Kondensators mit einer hohen Kapazität pro Gewichtseinheit, während gute Leckstromeigenschaften nur in einem geringen Ausmaß beeinträchtigt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das vorstehend genannte Ziel zu erreichen, und es wurde erfolgreich ein Verfahren zum Herstellen eines Elektrodenmaterials für einen Kondensator mit höherer Kapazität pro Gewichtseinheit ohne Verringerung der Gesamtdicke der dielektrischen Schicht entwickelt. Auf diese Weise wurde die vorliegende Erfindung gemacht.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen eines Elektrodenmaterials für einen Kondensator bereit, welches mindestens ein Metall, das unter Tantalmetall, Niobmetall, Tantal-Niob-Verbundmetall oder einer Tantal- und/oder Nioblegierung mit einem Anteil von Tantal oder Niob im Bereich von 15 Mol-% bis 98 Mol-% ausgewählt ist, wobei das Material eine auf seiner Oberfläche gebildete dielektrische Schicht aufweist; wobei das Verfahren das Umsetzen einer auf der Oberfläche des Metalls gebildeten Oxidschicht des Metalls mit einer alkalischen Lösung umfaßt, wobei mindestens ein Teil der Metalloxidschicht des Metalls in mindestens eine Metallatverbindung umgewandelt wird, die unter einer Tantalatverbindung, einer Niobatverbindung und einem Verbundmaterial aus einer Tantalatverbindung mit einer Niobatverbindung ausgewählt ist.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
In der vorliegenden Erfindung wird die Oberflächenschicht des Elektrodenmaterials für einen Kondensator durch Umsetzen eines Oxids mindestens eines Metalls, ausgewählt unter Tantal, Niob und einem Tantal-Niob Verbund, mit einer alkalischen Lösung erhalten, wobei mindestens ein Teil des Metalloxids in mindestens eine Metallatverbindung, ausgewählt unter einer Tantalatverbindung, einer Niobatverbindung und einem Verbundmaterial aus einer Tantalatverbindung mit einer Niobatverbindung, umgewandelt wird.
In der vorliegenden Erfindung ist es essentiell, daß mindestens ein Teil des Metalloxids, das die Oberflächenschicht ausmacht, durch die Reaktion mit einer alkalischen Lösung in eine Metallatverbindeung, ausgewählt unter einer Tantalatverbindung, einer Niobatverbindung und einem Verbundmaterial aus einer Tantalatverbindung und einer Niobatverbindung, umgewandelt wird. D. h., die dielektrische Schicht kann im wesentlichen (i) insgesamt aus mindestens einer Metallatverbindung, ausgewählt unter einer Tantalatverbindung, einer Niobatverbindung und einem Tantalatverbindungs-Niobsäureverbindungs-Verbund, zusammengesetzt sein, oder (ii) aus einer Kombination eines Oxids mindestens eines Metalls, ausgewählt unter einem Tantalmetall, einem Niobmetall und einem Tantalniob-Verbundmetall, mit mindestens einer Metalatverbindung, ausgewählt unter einer Tantalatverbindung, einer Niobatverbindung und einem Tantalatverbindungs-Niobatverbindungsverbund, zusammengesetzt sein.
Die hier verwendeten Ausdrücke ”Tantalmetall” und ”Niobmetall” bedeuten nicht nur Metall aus Tantal und ein einfaches Metall aus Niob, sondern auch Legierungen, dieser Metalle. Der hier verwendete Ausdruck ”Tantal-Niob-Verbundmetall” bedeutet eine Kombination von Tantal mit Niob, wobei die zwei Metalle auf eine beliebige Weise in den Zustand der Einheit gebracht werden, wobei ein weiter Bereich von einer fasten Lösung oder einer intermetallischen Verbindung bis zu einem Gemisch abgedeckt wird. Eine Legierung ist ein repräsentatives Beispiel für ein Verbundmetall. Die Legierung umfaßt eine Legierung, bestehend aus Tantal und Niob, eine Legierung, bestehend aus Tantal und/oder Niob, und mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Gruppe 3A Elementen, Gruppe 4A Elementen, Gruppe 3B Elementen, Gruppe 4B Elementen und Gruppe 5B Elementen des Periodensystems besteht.
Als Beispiele des Oxids mindestens eines Metalls ausgewählt unter einem Tantalmetall, Niobmetall und Tantal-Niob-Verbundmetall, können Ta₂O₅, Ta₂O_n (n ist eine positive Zahl von weniger als 5), Nb₂O₅, Nb₂O_m (m ist eine positive Zahl von weniger als 5), und Oxide eines Tantal/Niob-Verbunds mit einer diesen Formen entsprechenden Struktur genannt werden.
Der hier verwendete Ausdruck ”mindestens eine Metallatverbindung, ausgewählt unter einer Tantalatverbindung, einer Niobatverbindung und einem Verbundmaterial aus einer Tantalatverbindung und einer Niobatverbindung, die eine Oberflächenschicht des Elektrodenmaterials für einen Kondensator ausmacht,” bedeutet Verbindungen aus Tantalat, Niobat und/oder einem Tantalat/Niobat-Verbund mit Alkalimetall, Erdalkalimetall oder einem Gruppe 3A-Element, wie einem Element der Serie der Lanthaniden, oder, wenn eine Legierung aus Tantal und/oder Niob eingesetzt wird, bedeutet dieser Ausdruck Verbindungen aus Tantalat, Niobat und/oder Tantalat/Niobat-Verbund mit Tantalat und/oder Niobat und mindestens einem Element, das unter Gruppe 3A-Elementen, Gruppe 4A-Elementen, Gruppe 3B-Elementen, Gruppe 4B-Elementen und Gruppe 5B-Elementen des Periodensystems ausgewählt ist. Das Tantal und Niob in dem Tantalat und/oder Niobat kann eine Wertigkeit von 4 oder 5 haben, oder es können solche Metalle mit den jeweiligen Wertigkeiten in Kombination enthalten sein.
Beispiele der Tantalatverbindung und der Niobatverbindung umfassen eine Perovskitverbindung. Die Perovskitverbindung hat eine hohe Dielektrizitätskonstante und zeigt hervorragende Stabilität und andere Eigenschaften, die für ein dielektrisches Material erwünscht sind, so daß, wenn ein Kondensator unter Verwendung dieses Materials hergestellt wird, der erhaltene Kondensator eine hohe Kapazität pro Gewichtseinheit, gute dielektrische Stärke und umgekehrt gute Leckstromeigenschaften haben kann. Die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials kann auch durch Sintern einer Form dieser Verbindungen zur Erhöhung der Kristallinität verstärkt werden. Wenn das eingesetzte dielektrische Material im amorphen Zustand oder im wenig kristallinen Zustand ist, zeigt der unter Verwendung dieses dielektrischen Materials hergestellte Kondensator gute Leckstromeigenschaften.
Wenn in der vorliegenden Erfindung das dielektrische Material aus einem Oxid mindestens eines Metalls, ausgewählt unter Tantalmetall, Niobmetall und Tantal-Niob-Verbundmetall, und mindestens einer Metallatverbindung, ausgewählt unter einer Tantalatverbindung, einer Niobatverbindung und einem Verbund aus einer Tantalatverbindung und einer Niobatverbindung, zusammengesetzt ist, bilden das Metalloxid und die Metallatverbindung zusammen eine Zweischichtstruktur. D. h., das dielektrische Material hat eine Zweischichtstruktur, umfassend eine Metalloxidschicht und eine Metallatverbindungsschicht, die auf der Metalloxidschicht gebildet ist. Diese Zweischichtstruktur des dielektrischen Materials kann als in einem Zustand befindlich angenommen werden, bei dem zwei Arten von dielektrischen Materialien in Reihe angeordnet sind. In dieser Struktur gilt, daß die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials mit einer geringen Dielektrizitätskonstante, d. h. ein Oxid mindestens eines Metalls, ausgewählt unter Tantalmetall, Niobmetall und Tantal-Niob-Verbundmetall, die Gesamtdielektrizitätskonstante bestimmt. Die Dicke dieses dielektrischen Materials mit der Zweischichtstruktur kann im Vergleich zu derjenigen des herkömmlichen dielektrischen Materials mit einer Einschichtstruktur, die das Metalloxid allein umfaßt, verringert sein. Deshalb kann ein Kondensator mit dem dielektrischen Material mit einer durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltenen Struktur eine höhere Kapazität pro Gewichtseinheit haben als ein herkömmlicher Kondensator mit einem dielektrischen Material mit einer Einschichtstruktur. Andererseits hat das dielektrische Material mit der Zweischichtstruktur eine Dicke, die identisch ist zu der Gesamtdicke der Zweischichtstruktur, so daß eine Verschlechterung der Leckstromeigenschaften minimiert werden kann.
Wenn außerdem das dielektrische Material aus mindestens einer Metallatverbindung, ausgewählt unter einer Tantalatverbindung, einer Niobatverbindung und einem Verbund einer Tantalatverbindung und einer Niobatverbindung, zusammengesetzt ist, kann die Metallatverbindung eine Dielektrizitätskonstante haben, die weitaus höher ist als diejenige eines Oxids eines Tantalmetalls, Niobmetalls und/oder Tantal-Niob-Verbundmetalls, so daß durch die Verwendung des Elektrodenmaterials, das die Metallsäureverbindung enthält, ein Kondensator mit einer hohen Kapazität erhalten werden kann.
Außerdem wird in der vorliegenden Erfindung der Oxidfilm mit einer gleichförmigen Schichtdicke, die durch Elektrolyse gebildet worden ist, durch einen Metallatverbindungsfilm mit Hilfe einer Alkalibehandlung verdrängt, so daß ein gleichförmiger und dünner Metallatverbindungsfilm erhalten werden kann und umgekehrt die Kapazität eines Kondensators erhöht werden kann, ohne daß eine Verschlechterung der Leckstromeigenschaften verursacht wird.
Eine praktische Ausführungsform für die Herstellung des Elektrodenmaterials für einen Kondensator unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden beschrieben.
Das Tantalmetall und/oder Niobmetall, oder die Legierung aus Tantalmetall und/oder Niobmetall, die in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, können eine beliebige Form, ausgewählt unter einer Folie, einem Blech oder einem Stab, haben. Ein Sinterkörper aus einer Form aus einem Pulver von Tantal und/oder Niob oder einer Legierung davon kann auch eingesetzt werden. Im Fall einer Folie, eines Blechs oder eines Stabs kann zur Erhöhung der Oberfläche eine Ätzbehandlung in dem Bereich von der äußeren Oberfläche bis zur Mittel oder bis zu einer vorbestimmten Position im Inneren durch ein herkömmliches Verfahren, wie elektrolytisches Ätzen, durchgeführt werden.
Der vorstehend beschriebene Sinterkörper kann hergestellt werden, indem beispielsweise zuerst ein Pulver (mittlerer Teilchendurchmesser: etwa 0,5 bis 10 μm) aus Tantalmetall und/oder Niobmetall oder eine Legierung davon hergestellt wird und dann aus dem Pulver der Sinterkörper erzeugt wird. Um dieses Pulver zu erhalten, kann Wasserstoff in das Metall oder die Legierung eingeführt werden, um unter Ausnutzung der Wasserstoffbrüchigkeit eine Pulverisierung zu bewirken. Die Pulverisierung kann durch ein herkömmliches Verfahren durchgeführt werden, beispielsweise durch ein Verfahren unter Verwendung einer Kugelmühle oder einer Wasserstrahlmühle. Die Pulverisierung kann auch in einem nassen System unter Verwendung eines Lösungsmittels, wie Wasser oder einem Alkohol, durchgeführt werden. Die Pulverisierung kann auch in einer Atmosphäre eines Inertgases, wie Argon oder Stickstoff, durchgeführt werden.
In dem Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers aus dem Pulver wird das Pulver in die vorbestimmte Form preßgeformt und dann unter einem Druck von etwa 1 bis 10⁶ Torr während eines Zeitraums von mehreren Minuten bis mehreren Stunden bei einer Temperatur erhitzt, die unter Berücksichtigung der Teilchengröße des Pulvers oder des Schmelzpunkts der Legierung bestimmt wurde, beispielsweise bei einer Temperatur von 400 bis 2000°C, wobei die Temperatur im Hinblick auf die Reduzierung der Heizkosten oder der Aufrechterhaltung der Festigkeit des Sinterkörpers bis zu einem gewissen Grad vorzugsweise 500 bis 1500°C ist.
Das Metall oder die Legierung kann teilweise nitriert sein, beispielsweise durch ein Verfahren, bei dem in Stickstoff in der Stufe einer vorbestimmten Form, in der Stufe des Pulvers, in der Stufe nach dem Formen oder in den Stufen nach dem Sintern erhitzt wird.
Für die Nitridierungsbehandlung kann beispielsweise ein Verfahren eingesetzt werden, das von den Erfindern der vorliegenden Erfindung in JP-A H10-242004 offenbart wurde. Durch die Teilnitridierung des Metalls oder der Legierung kann der unter Verwendung des Materials hergestellte Kondensator deutliche verbesserte Leckstromeigenschaften aufweisen.
Die in einer praktischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzte Legierung ist vorzugsweise eine Legierung, die aus Tantal und/oder Niob und mindestens einem Element besteht, das ausgewählt ist unter Gruppe 3A-Elementen (Sc, Y, Lanthanid, Actinid), Gruppe 4A-Elementen (Ti, Zr, Hf), Gruppe 3B-Elementen (B, Al, Ga, In, Ti), Gruppe 4B-Elementen (C, Si, Ge, Sn, Pb) und Gruppe 5B-Elementen (N, P, As, Sb, Bi) im Periodensystem. Das Verhältnis von Niob oder Tantal in der Legierung ist im Bereich von 15 bis 98 Mol-%, Im Hinblick auf das Erzielen einer höheren Kapazität vorzugsweise 50 bis 93 Mol-%. Wenn der Anteil unter 15 Mol-% ist, wenn ein Kondensator unter Verwendung der Legierung hergestellt wird, kann der Kondensator nicht die erwartete hohe Kapazität pro Gewichtseinheit aufweisen, während wenn der Anteil 98 Mol-% übersteigt, eine leichte Abscheidung der Metalle auftritt, so daß es schwierig wird, eine Legierung zu erhalten. Die Legierung kann durch ein herkömmliches Verfahren, beispielsweise durch das Bogenauflösungsverfahren, hergestellt werden.
Das Oxid des Tantalmetalls und/oder Niobmetalls oder einer Legierung davon kann beispielsweise in einer oxidierenden Atmosphäre oder durch die elektrolytische Oxidation in einer elektrolytischen Lösung hergestellt werden. Für die Bildung des Oxids in einer oxidierenden Atmosphäre kann beispielsweise ein Verfahren zur Oxidation in oxidierender Luft, beispielsweise in Luft oder Sauerstoffgas, oder ein Verfahren zur Oxidation mit einem Oxidationsmittel eingesetzt werden. Das Oxidationsmittel umfaßt anorganische Oxidationsmittel und organische Oxidationsmittel, und als spezifische Beispiele davon können Wasserstoffperoxid, Persulfate, wie Ammoniumpersulfat, Kaliumpersulfat und Natriumpersulfat, Perphosphate, wie Ammoniumperphosphat und Kaliumperphosphat, und Peressigsäure und Hydroxyperoxid genannt werden. Für die Bildung eines Oxids unter Verwendung eines solchen Oxidationsmittels kann ein Verfahren eingesetzt werden, bei dem das Metall oder die Legierung in eine Lösung des Oxidationsmittels, das in Wasser oder einem polaren Lösungsmittel, wie Alkohol oder Dimethylformamid, aufgelöst ist, verwendet werden.
Für die Bildung des Oxids in einer oxidierenden Atmosphäre kann ein Verfahren zur Oxidation in Luft, ein Verfahren zur Oxidation mit Sauerstoffgas und ein Verfahren zur Oxidation mit einem Oxidationsmittel eingesetzt werden. Diese Verfahren können in Kombination eingesetzt werden. Es können auch zwei oder mehr Oxidationsmittel in Kombination verwendet werden.
Für die Bildung des Oxids durch die elektrolytische Oxidation in einer elektrolytischen Lösung wird ein elektrischer Strom zwischen dem Metall oder einer Legierung davon, das bzw. die als Teil der Anode wirkt, und einer geeigneten Kathode, die gegenüber der elektrischen Lösung korrosionsbeständig ist und hohe Leitfähigkeit aufweist, durch eine elektrolytische Lösung durch ein Verfahren mit konstanter Spannung, ein Verfahren mit konstanter Stromstärke, ein Pulsverfahren oder eine Kombination dieser Verfahren geleitet, wobei das Oxid gebildet wird. Die elektrolytische Lösung kann eine herkömmliche elektrolytische Lösung sein, beispielsweise eine Lösung, worin eine anorganische Säure, wie Schwefelsäure, Chlorwasserstoffsäure oder Phosphorsäure, oder eine organische Säure, wie Benzoesäure oder Adipinsäure, aufgelöst wird.
Das Oxid kann auch unter Verwendung einer Kombination des Verfahrens zur Bildung eines Oxids in einer oxidierenden Atmosphäre mit dem Verfahren zur Bildung eines Oxids durch elektrolytische Oxidation hergestellt werden. Ein Verfahren zur Durchführung der ersten Oxidation in einer oxidierenden Atmosphäre und anschließende elektrische Oxidation ist besonders bevorzugt.
Durch das vorstehend beschriebene Verfahren werden Metalloxide, beispielsweise Ta₂O₅, Ta₂O_n (n ist eine positive Zahl von weniger als 5), Nb₂O₅, Nb₂O_m (m ist eine positive Zahl von weniger als 5), und ein Gemisch davon gebildet. Wenn eine Metallegierung eingesetzt wird, wird ein Oxid erhalten, das die jeweiligen Elemente der Legierung enthält.
Die Tantalatverbindung und/oder die Niobatverbindung, die eine dielektrische Materialschicht bilden, die auf der Oberfläche des Elektrodenmaterials für einen Kondensator, erhalten durch das erfindungsgemäße Verfahren, erzeugt wird, sind Verbindungen von Tantalat und/oder Niobat mit einem Alkalimetallelement, einem Erdalkalimetallelement oder einem Gruppe 3A-Element, beispielsweise Elemente der Lanthanidenreihe, oder wenn eine Legierung von Tantal und/oder Niob eingesetzt wird, sind sie Verbindungen von Säuren von Legierungsmetallen von Tantalmetall und/oder Niob plus mindestens ein Element, ausgewählt unter Gruppe 3A-Elementen, Gruppe 4A-Elementen, Gruppe 3B-Elementen, Gruppe 4B-Elementen und Gruppe 5B-Elementen des Periodensystems, mit einem Alkalimetallelement, einem Erdalkalimetallelement oder einem Gruppe 3A-Element, beispielsweise einem Element der Lanthanidenreihe. Das Tantal oder Niob in dem Tantalat und/oder Niobat kann eine Wertigkeit von 4 oder 5 haben, oder die Elemente mit den jeweiligen Wertigkeiten können in Kombination vorhanden sein.
Beispiele der Tantalatverbindung und der Niobatverbindung umfassen eine Perovskitverbindung. Die Perovskitverbindung hat eine hohe Dielektrizitätskonstante und zeigt hervorragende Stabilität und andere Eigenschaften, die für ein dielektrisches Material erwünscht sind, wodurch, wenn ein Kondensator unter Verwendung dieses Materials hergestellt wird, der erhaltene Kondensator eine hohe Kapazität pro Gewichtseinheit, gute dielektrische Festigkeit und gute Leckstromeigenschaften haben kann. Es kann auch die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials durch Sintern einer Form aus diesen Verbindungen zur Verstärkung der Kristallinität erhöht werden. Wenn das eingesetzte dielektrische Material im amorphen Zustand oder im niedrig kristallinen Zustand vorliegt, zeigt der hergestellte Kondensator, der dieses Material verwendet, gute Leckstromeigenschaften.
Eine dielektrische Schicht, enthaltend eine Tantalatverbindung und/oder eine Niobatverbindung kann durch das herkömmliche direkte Reaktionsverfahren nicht gebildet werden, sie kann jedoch durch das erfindungsgemäße Verfahren gebildet werden.
In der vorliegenden Erfindung wird das elektrische Material durch Umsetzen eines Tantalmetalls und/oder Niobmetalls oder einer Legierung davon, das bzw. die eine auf der Oberfläche gebildete Oxidschicht aufweist, mit einer alkalischen Lösung hergestellt, die eine Alkalimetallverbindung und/oder eine Erdalkalimetallverbindung enthält. Durch Kontrollieren der Reaktionsbedingungen kann das Oxid des Tantalmetalls und/oder Niobmetalls oder einer Legierung davon entweder vollständig in eine Säureverbindung umgewandelt werden, oder teilweise auf der Oberfläche des Tantalmetalls und/oder Niobmetalls oder einer Legierung davon verbleiben, so daß die dielektrische Schicht mit einer ausreichend dünnen Zweischichtstruktur, bestehend aus einer Oxidschicht des Tantalmetalls und/oder Niobmetalls oder einer Legierung davon, und einer Säureverbindungsschicht aus einer Tantalatverbindung und/oder Niobatverbindung hergestellt werden kann.
Die Filmdicke der dielektrischen Schicht ist die Dicke der Metallatverbindung, wenn die dielektrische Schicht eine Einschichtstruktur hat, und die Gesamtdicke der Metalloxidschicht und der Metallatverbindungsschicht, wenn die dielektrische Schicht eine Zweischichtstruktur aufweist. Mit einer dielektrischen Schicht mit einer starken Dicke kann ein Kondensator mit hoher dielektrischer Stärke erhalten werden, und mit einer dielektrischen Schicht mit einer geringen Dicke kann ein Kondensator mit hoher Kapazität erhalten werden. Deshalb wird die Filmdicke vorzugsweise mit Hilfe eines vorbereitenden Tests gemäß dem Zweck des hergestellten Kondensators kontrolliert.
Wenn beispielsweise die dielektrische Schicht mit einer Einschichtstruktur bei 20 [V] gebildet wird, kann das dielektrische Säureverbindungsmaterial als Ganzes mit einer Filmdicke von 500 bis 1000 Å gebildet werden, was für das Erzielen einer größeren Kapazität ausreichend gering ist.
Im Fall einer dielektrischen Schicht mit einer Zweischichtstruktkur sind diese zwei Schichten in Reihe angeordnet, wodurch, wenn die Oxidschicht extrem dünn ist, der hergestellte Kondensator eine hohe Kapazität aufgrund der geringen Dicke der Oxidschicht aufweisen kann, obwohl die Dielektrizitätskonstante als Ganze durch die Dielektrizitätskonstante der Oxidschicht festgelegt wird. In anderen Fällen ist die Säureverbindung für die gesamte Dielektrizitätskonstante verantwortlich, und der hergestellte Kondensator kann eine hohe Kapazität haben.
Wenn beispielsweise die dielektrische Schicht mit einer Zweischichtstruktur bei 20 [V] gebildet wird ist die Dicke des dielektrischen Materials als Ganzes 500 bis 1000 Å, und in der Zweischichtstruktur kann der Oxidfilm mit einer Dicke von 5 bis 100 Å gebildet werden, was für das Erzielen einer hohen Kapazität ausreichend gering ist.
Die Zusammensetzung und die Dicke jeder dielektrischen Schicht variieren in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur, der Reaktionsdauer und dem pH-Wert der Reaktionslösung bei der Bildung der dielektrischen Schicht, oder der angelegten Spannung oder der angelegten Stromdichte bei der Elektrolyse, weshalb die Bedingungen durch einen vorbereitenden Test bestimmt werden sollten und entsprechend dem Zweck in geeigneter Weise ausgewählt werden sollten.
Das Verfahren zum Herstellen einer alkalischen Lösung, enthaltend eine Alkalimetallverbindung und/oder eine Erdalkalimetallverbindung, und das Verfahren zum Bilden einer dielektrischen Schicht, welche bei der Herstellung des Elektrodenmaterials für Kondensatoren gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, werden nachstehend eingehender beschrieben. Die alkalische Lösung kann ebenfalls auf ähnliche Weise hergestellt werden und wird für die Reaktion mit einem Tantalmetall und/oder Niobmetall, einer Legierung davon oder einem Sinterkörper davon eingesetzt.
Der hier verwendete Ausdruck ”die alkalische Lösung, enthaltend eine Alkalimetallverbindung und/oder eine Erdalkalimetallverbindung,” bedeutet eine alkalische Lösung, worin ein Teil oder das Ganze einer Verbindung, enthaltend mindestens ein Alkalimetallelement und/oder ein Erdalkalimetallelement, aufgelöst wird. Der pH-Wert dieser Lösung ist vorzugsweise im Bereich von 10 bis 14 und im Hinblick auf die Erhöhung der Reaktivität stärker bevorzugt 12 bis 14. Wenn der pH-Wert übermäßig niedrig ist, wird die Reaktivität zu einer Tantalatverbindung und/oder einer Niobatverbindung oder die Stabilität des Reaktionsprodukts auf unvorteilhafte Weise verringert. Wenn der pH-Wert erst nach der Auflösung der vorstehend beschriebenen Verbindung gering wird, oder wenn die Löslichkeit der Verbindung gering ist, kann der pH-Wert der Lösung vor der Verwendung unter Einsatz einer starken basischen Verbindung in Kombination eingestellt werden. Das Lösungsmittel für die alkalische Lösung ist üblicherweise Wasser, es kann jedoch auch ein polares Lösungsmittel, wie ein Alkohol, eingesetzt werden.
Beispiele der Verbindung, die ein Erdalkalimetallelement enthält, umfassen ein Hydroxid, ein Oxid, ein Alkoholat und ein Salz einer schwachen Säure mit den Elementen der Gruppe 1A des Periodensystems (Li, Na, K, Rb, Cs und Fr).
Das hier eingesetzte Erdalkalimetallelement ist als das Element definiert, das zu der Gruppe 2A (Be, Mg, Ca, Sr, Ba und Ra) oder Gruppe 2B (Zn, Cd und Hg) des Periodensystems gehört. Als Beispiele der Verbindung, die ein Erdalkalimetallelement enthält, kann ein Hydroxid, ein Oxid, ein Alkoholat und ein Salz einer schwachen Säure aus diesen Elementen genannt werden. Wenn ein Salz einer schwachen Säure als die Verbindung eingesetzt wird, die ein Erdalkalimetallelement enthält, kann eine modifizierte Base, wie Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid, in Kombination eingesetzt werden. Wenn eine Verbindung eingesetzt wird, die ein Erdalkalimetallelement mit geringer Löslichkeit enthält, kann eine gesättigte Lösung der Verbindung oder eine Suspension des gepulverten Oxids oder Hydroxids der Verbindung eingesetzt werden. Wenn eine Suspension des Pulvers verwendet wird, muß eine Konstruktion gemacht werden, durch die der Kontakt des Pulver mit dem Metall oder einer Legierung davon verhindert wird, so daß nicht zugelassen wird, daß das Pulver innerhalb der dielektrischen Schicht Poren verklumpt, während es auf der Oberfläche des Tantalmetalls und/oder Niobmetalls oder einer Legierung davon gebildet wird, so daß die Reaktion im Inneren der Poren inhibiert wird. Beispielsweise wird das Metall oder eine Legierung davon in einen Teil des Überstandes der Lösung getaucht, wobei nur der Teil des Überstandes leicht gerührt wird, während darauf geachtet wird, daß nicht in das ausgefällte Pulver geblasen wird. Es kann auch ein Filter zwischen dem Teil des Überstandes und dem ausgefällten Pulver angeordnet sein, so daß das Eindringen des ausgefällten Pulvers verhindert wird.
Wenn die dielektrische Schicht in einer alkalischen Lösung gebildet wird, die eine Alkalimetallverbindung und/oder eine Erdalkalimetallverbindung enthält, wird die Reaktion vorzugsweise in einer Gasatmosphäre, wie in Sauerstoffgas, Stickstoffgas oder Argongas, durchgeführt, so daß die Reaktion mit Kohlendioxid in Luft eine Verringerung des pH-Wertes der Lösung und die Bildung von Niederschlägen bewirkt und das Mischen einer Carbonatverbindung in die dielektrische Schicht verhindert werden kann.
Die Reaktion zum Bilden der dielektrischen Schicht kann bei einer Reaktionstemperatur von 30°C bis 250°C durchgeführt werden, wenn jedoch die Reaktionstemperatur den Siedepunkt des Lösungsmittels übersteigt, wird die Reaktion vorzugsweise in einem System mit angelegtem Druck durchgeführt. Wenn beispielsweise die Reaktion unter Verwendung von Wasser als Reaktionslösungsmittel unter Atmosphärendruck durchgeführt wird, wird die dielektrische Schicht vorzugsweise bei einer Temperatur von 30 bis 98°C, stärker bevorzugt von 60 bis 95°C durchgeführt, um die Löslichkeit zu erhöhen und das Verdampfen von Wasser zu verhindern.
Als Beispiele des Verfahrens zum Bilden einer dielektrischen Schicht durch elektrolytische Oxidation in einer alkalischen Lösung, die eine Alkalimetallverbindung und/oder eine Erdalkalimetallverbindung enthält, können Verfahren genannt werden, bei denen ein elektrischer Strom zwischen einem Tantalmetall und/oder Niobmetall oder einer Legierung davon, das bzw. die als Anodenteil wirkt, und einer geeigneten Kathode, die gegenüber der elektrolytischen Lösung korrosionsbeständig ist und eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweist, durch eine elektrolytische Lösung unter Verwendung eines Verfahrens bei konstanter Spannung, eines Verfahrens bei konstantem Strom, eines Pulsverfahrens oder einer Kombination dieser Verfahren geleitet wird.
In dem Verfahren zum Bilden der dielektrischen Schicht durch die elektrolytische Oxidation in einer alkalischen Lösung, die eine Alkalimetallverbindung und/oder eine Erdalkalimetallverbindung enthält, wird die Alkalimetallverbindung und/oder die Erdalkalimetallverbindung nur in einer Menge verbraucht, die für die elektrolytische Oxidation erforderlich ist, wodurch die Reaktion der gesamten Ausgangsmateriallösung nicht fortschreitet. Somit muß die Ausgangsmateriallösung für jeden Vorgang nicht ausgetauscht werden, die dielektrische Schicht kann kontinuierlich gebildet werden, und eine chargenweise Behandlung ist nicht erforderlich.
Ein Kondensator kann unter Verwendung des so erhaltenen Elektrodenmaterials für einen Kondensator als Einteilelektrode mit darauf gebildeter Dielektrizitätsschicht durch Kombination mit der anderen Teilelektrode hergestellt werden.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die andere Teilelektrode des Kondensators nicht besonders eingeschränkt und umfaßt beispielsweise mindestens eine Verbindung, die unter elektrolytischen Lösungen, organischen Halbleitern und anorganischen Halbleitern ausgewählt ist, die für die elektrolytischen Aluminiumkondensatoren gut bekannt sind. Als spezifische Beispiele der elektrolytischen Lösung kann eine Lösung, enthaltend 5 Gew.-% Isobutyltripropylammoniumbortetrafluoridelektrolyt in einer Dimethylformamid/Ethylenglycol-Mischflüssigkeit, und eine Lösung genannt werden, enthaltend 7 Gew.-% Tetraethylammoniumbortetrafluoridelektrolyt in einer Propylencarbonat/Ethylenglycol-Mischflüssigkeit.
Als spezifische Beispiele des organischen Halbleiters kann ein organischer Halbleiter, umfassend ein Benzopyrrolintetramer und Chloranilin, ein organischer Halbleiter, hauptsächlich umfassend Tetrathiotetracen, ein organischer Halbleiter, hauptsächlich umfassend Tetracyanchinodimethan, und ein organischer Halbleiter genannt werden, hauptsächlich umfassend ein elektrisch leitendes Polymer, erhalten durch Dotieren eines Polymers der folgenden Formel (1) oder (2) mit einem Dotierungsmittel. Als spezifische Beispiele des anorganischen Halbleiters kann ein anorganischer Halbleiter, hauptsächlich umfassend Bleidioxid oder Mangandioxid, und ein anorganischer Halbleiter umfassend Trieisentetroxid, genannt werden. Die Halbleiter können entweder allein oder als eine Kombination von zwei oder mehreren eingesetzt werden.
worin R¹, R², R³ und R⁴, die gleich oder unterschiedlich sein können, jeweils Wasserstoff, eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder eine Alkoxygruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen darstellen, X ein Sauerstoff-, Schwefel- oder Stickstoffatom darstellt und R⁵, das nur vorhanden ist, wenn X ein Stickstoffatom ist, Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen darstellt. R¹ und R² und R³ und R⁴ können in den jeweiligen Paaren unter Bildung eines Rings miteinander kombinieren. Die durch die Formeln (1) und (2) dargestellten Polymere umfassen beispielsweise Polyanilin, Polyoxyphenylen, Polyphenylensulfid, Polythiophen, Polyfuran, Polypyrrol, Polymethylpyrrol und Derivate dieser Polymere.
Wenn ein organischer oder anorganischer Halbleiter mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 10^–1 bis 10³ [S·cm^–1] eingesetzt wird, kann der hergestellte Kondensator hinsichtlich des Impedanzwertes stärker verringert sein und hinsichtlich der Kapazität bei einer hohen Frequenz stärker erhöht sein.
Wenn die andere Teilelektrode fest ist, werden außerdem eine Kohlenstoffpaste und eine Silberpaste in dieser Reihenfolge auf der anderen Teilelektrode gebildet, und dieses Laminat wird mit einem Material, beispielsweise einem Epoxyharz, unter Bildung eines Kondensators eingekapselt. Der Kondensator kann eine Niob- oder Tantalleitung mit dem Elektrodenmaterial für einen Kondensator einstückig geformt oder vor oder nach dem Formen geschweißt aufweisen. Wenn die andere Teilelektrode flüssig ist, ist der Kondensator, der durch diese zwei Elektroden konstruiert wird, beispielsweise in einer Dose als Gehäuse vorhanden, die mit der anderen Teilelektrode unter Bildung eines Kondensators elektrisch verbunden ist. In diesem Fall ist der Kondensator so konstruiert, daß die Elektrodenseite des Elektrodenmaterials für einen Kondensator durch die Niob- oder Tantalleitung nach außen gebracht wird und mit einem Isolierkautschuk gegen die Dose isoliert wird.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Arbeitsbeispiele eingehender beschrieben. In diesen Beispielen sind Prozentangaben auf das Gewicht bezogen.
Das Elektrodenmaterial für einen in den Arbeitsbeispielen hergestellten Kondensator wurde anhand des Wertes der Kapazität, gemessen bei 120 Hz unter den Bedingungen, bei denen das Material in eine 30%ige Schwefelsäure bei Raumtemperatur getaucht wurde, beurteilt. Der Leckstromwert des Kondensators war ein Wert, der nach kontinuierlichem Anlegen einer Spannung von 4 [V] während 1 Minute bei Raumtemperatur gemessen wurde. Die Kapazität war der Wert, der bei Raumtemperatur und 120 Hz gemessen wurde. Die Art der in der dielektrischen Schicht vorhandenen Elemente wurde durch Auger-Analyse identifiziert.
Beispiel 1
Eine Tantalfolie (Dicke: 0,12 mm, Größe: 10 mm × 10 mm) wurde sorgfältig mit Fluorwasserstoff-salpetrige Säure (ein Gemisch von Fluorwasserstoffsäure und salpetriger Säure) gewaschen und mit ionenausgetauschtem Wasser wiederholt gewaschen. Diese Folie als Anode wurde in eine wässerige 0,1%ige Phosphorsäurelösung gegeben, und unter Verwendung von Platin als Kathode wurde eine elektrolytische Bildung durch Anlegen einer Spannung von 10 [V] während 30 Minuten bei 80°C durchgeführt. Nach dem vollständigen elektrolytischen Bilden wurde das geformte Produkt mit ionenausgetauschtem Wasser, aus dem Kohlendioxid durch Kochen entfernt worden war, sorgfältig gewaschen. Getrennt davon wurde in einem Behälter aus Teflon ein hochreiner Strontiumhydroxidkristall und ein hochreiner Bariumhydroxidkristall jeweils in 100 ml ionenausgetauschtem Wasser, aus dem Kohlendioxid vollständig entfernt worden war, aufgelöst und auf eine Konzentration von 400 mMol/l bzw. 25,5 Mol/l eingestellt, und dann wurde die Lösung unter Einblasen von Argon bei 90°C gehalten. Die elektrolytisch geformte Tantalfolie, die vorstehend erhalten wurde, wurde in diese Lösungen unter Einblasen von Argon getaucht, 4 Stunden umgesetzt und dann mit ionenausgetauschtem Wasser, aus dem Kohlendioxid entfernt worden war, gewaschen, wodurch ein Elektrodenmaterial für einen Kondensator erhalten wurde. Die Metallelemente, die in der Tantalatverbindung enthalten waren, die auf der Oberfläche des hergestellten Elektrodenmaterials gebildet worden war, wurden als Strontium, Barium und Tantal identifiziert. Der Kapazitätswert dieses Elektrodenmaterials ist in Tabelle 2 gezeigt.
Beispiel 2
Ein Elektrodenmaterial für Kondensatoren wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, außer daß eine Niobplatte (Dicke: 0,2 mm, Größe: 10 mm × 10 mm) anstelle der Tantalfolie, 2 Mol/l Natriumhydroxid anstelle von Strontiumhydroxid eingesetzt wurde, die Bariumhydroxidkonzentration auf 0,1 Mol/l geändert wurde und die Reaktion bei einer Lösungstemperatur von 85°C während 1 Stunde durchgeführt wurde, wobei alle anderen Bedingungen gleich blieben. Die in der Niobatverbindung, die auf der Oberfläche der Niobplatte gebildet wurde, vorhandenen Metallelemente wurden als Barium, Natrium und Niob identifiziert. Die Schicht, die Nioboxid und die Niobsäureverbindungsschicht, gebildet auf der Niobplatte des Elektrodenmaterials, umfaßte, hatte eine Dicke von etwa 80 Å bzw. 350 Å, bestimmt durch SIMS (sekundärionenmassenspektroskopische Analyse)-Analyseprofil in Dickenrichtung. Der Kapazitätswert dieses Elektrodenmaterials ist in Tabelle 2 gezeigt.
Beispiel 3
Eine Legierung, enthaltend 86% Niob und 14% Zirconium, wurde hydriert und dann pulverisiert, wobei eine gepulverte Legierung erhalten wurde (mittlerer Teilchendurchmesser: 5,2 μm). Dann wurde 0,03 g dieses Pulvers zusammen mit einem Niobstab mit einem Durchmesser von 0,2 mm in eine Größe von 2 mm × 3 mm × 1,2 mm geformt und dann unter einem Druck von 10^–5 Torr und 1000°C während 20 Minuten gesintert, wobei ein Sinterkörper erhalten wurde.
Getrennt davon wurde ionenausgetauschtes Wasser, das in einen Behälter aus Teflon gefüllt war, gekocht, um Kohlendioxid zu entfernen, und dann bei 85°C gehalten. In diesem ionenausgetauschten Wasser, das in den Behälter gefüllt war, wurde ein hochreines Bariumoxid, erhalten durch Brennen von Bariumcarbonat, aufgelöst, wobei 0,4 Mol/l einer Lösung erhalten wurde.
Danach wurde diese Lösung in einer Argonatmosphäre stehengelassen, und unter Verwendung des vorstehend erhaltenen Sinterkörpers als Anode und Platin als Kathode wurde eine elektrolytische Oxidation durch Anlegen einer Spannung von 20 [V] während 100 Minuten durchgeführt. Dann wurde das geformte Produkt mit ionenausgetauschtem Wasser, aus dem Kohlendioxid entfernt worden war, sorgfältig gewaschen, wobei ein Elektrodenmaterial für einen Kondensator erhalten wurde. Die in der Niobatverbindung, die auf der Oberfläche des Sinterkörpers des Elektrodenmaterials gebildet war, vorhandenen Metallelemente wurden als Barium, Zirconium und Niob identifiziert. Der Kapazitätswert dieses Elektrodenmaterials ist in Tabelle 2 gezeigt.
Beispiele 4 bis 6
Elektrodenmaterialien für einen Kondensator wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 3 erhalten, außer daß die Art und die Zusammensetzung der Legierung, die Art und die Konzentration der Verbindung zum Bilden einer alkalischen Lösung und die Elektrolysebedingungen wie in Tabelle 1 gezeigt geändert wurden.

In Beispiel 4 wurden die in der Niobatverbindung, die auf der Oberfläche des Sinterkörpers des Elektrodenmaterials gebildet war, vorhandenen Metallelemente als Strontium, Bismuth und Niob identifiziert. In Beispiel 5 wurden die in der Niobatverbindung, die auf der Oberfläche des Sinterkörpers des Elektrodenmaterials gebildet war, vorhandenen Metallelemente als Natrium, Barium, Yttrium und Niob identifiziert. In Beispiel 6 wurden die in der Niobatverbindung, die auf der Oberfläche des Sinterkörpers des Elektrodenmaterials gebildet war, vorhandenen Metallelemente als Barium, Zinn und Niob identifiziert. Die Kapazitätswerte dieser Elektrodenmaterialien sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 1

	Legierungszusammensetzungsverhältnis, Molverhältnis	wässerige alkalische Lösung	Konzentration [Mol/l]	Bedingungen der Elektrolyse
	Legierungszusammensetzungsverhältnis, Molverhältnis	wässerige alkalische Lösung	Konzentration [Mol/l]	Lösungstemperatur	Spannung [V]	Zeit [h]
Beisp. 4	Niob:Bismuth = 1:1	Strontriumhydroxid	0,2	80	20	10
Beisp. 5	Niob:Yttrium = 10:0,7	Natriumhydroxid Bariumhydroxid	l 0,75	70	30	5
Beisp. 6	Niob:Zinn = 2:1	Bariumhydroxid	0,2	90	15	0,4

Vergleichsbeispiel 1
Ein Elektrodenmaterial für einen Kondensator wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, außer daß die Niobatverbindung nicht auf der Oberfläche gebildet wurde, d. h. die Reaktionsbehandlung in den Natriumhydroxid- und Bariumhydroxidlösungen wurden in Beispiel 2 nicht durchgeführt. Der Kapazitätswert dieses Elektrodenmaterials ist in Tabelle 2 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 2
Ein Elektrodenmaterial für Kondensatoren wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 3 hergestellt, außer daß die elektrolytische Oxidationsbehandlung in einer wässerigen 0,1%igen Phosphorsäurelösung anstelle der Elektrolyse in einer alkalischen Lösung in Beispiel 3 durchgeführt wurde. Der Kapazitätswert dieses Elektrodenmaterials ist in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2

Kapazitätswert (μF]

Beispiel 1 10

Beispiel 2 21

Beispiel 3 190

Beispiel 4 120

Beispiel 5 90

Beispiel 6 150

Vergleichsbeispiel 1 4,4

Vergleichsbeispiel 2 30
Beispiele 7 bis 10

40 Einheiten der Elektrodenmaterialien für einen Kondensator wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 3 hergestellt. Gleichzeitig wurde die Metallatverbindung kontinuierlich für die 40 Elektrodenmaterialien ohne Austauschen der hergestellten Bariumoxidlösung gebildet. Danach wurde die andere Elektrode durch das in Tabelle 3 gezeigte Verfahren hergestellt. Außerdem wurden eine Kohlenstoffschicht und eine Silberpastenschicht in dieser Reihenfolge darauf laminiert. Das so laminierte Produkt wurde auf einen Leiterrahmen gegeben, und der gesamte Körper, ausschließlich eines Teils des Leiters, wurde mit einem Epoxyharz unter Bildung von 10 Chip-Kondensatoren eingekapselt. Die Beurteilungsergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 3

	andere Elektrode	Verfahren zur Bildung der Elektrode
Beispiel 7	Gemisch aus Bleidioxid und Bleisulfat	Oxidationsreaktion in einer Bleiacetatlösung wurde wiederholt
Beispiel 8	Mangandioxid	Hitzezersetzungsreaktion von Mangansulfat wurde wiederholt
Beispiel 9	Chloranilinkomplex von Tetrathiotetracen	der Vorgang des Eintauchens in eine Lösung der Verbindung für die andere Elektrode und das anschließende Trocknen wurden wiederholt
Beispiel 10	Dotierung von Polypyrrol in aromatischer Sulfonsäure	Oxidationsreaktion in Pyrrollösung wurde wiederholt

Vergleichsbeispiel 3
Nachdem 10 Einheiten von Elektrodenmaterialien für einen Kondensator auf dieselbe Weise wie in Vergleichsbeispiel 2 hergestellt worden waren, wurden Chip-Kondensatoren auf dieselbe Weise wie in Beispiel 7 hergestellt. Die Beurteilungsergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4

Kapazität [μF] Leckstrom [μA]

Beispiel 7 120 125

Beispiel 8 80 106

Beispiel 9 70 96

Beispiel 10 100 110

Vgl. Beispiel 3 22 73
In Tabelle 4 sind die Werte Mittelwerte aus n = 10 in den jeweiligen Beispielen und Vergleichsbeispielen.
Ein Vergleich der Beispiele 1 und 2 mit Vergleichsbeispiel 1 und ein Vergleich des Beispiels 3 mit Vergleichsbeispiel 2 in Tabelle 2 zeigt, daß das Elektrodenmaterial für einen erfindungsgemäßen Kondensator ein Material ist, das eine hohe Kapazität sicherstellen kann. Außerdem zeigt ein Vergleich der Beispiele 7 bis 10 mit Vergleichsbeispiel 3 in Tabelle 4, daß wenn ein Kondensator unter Verwendung des Elektrodenmaterials für einen erfindungsgemäßen Kondensator hergestellt wird, die Kapazität 3- bis 6-fach erhöht wird, obwohl der Leckstromwert sich in einem gewissen Maß verschlechtert.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wenn das Elektrodenmaterial für einen durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltenen Kondensator für einen Kondensator eingesetzt wird, kann der hergestellte Kondensator eine hohe Kapazität pro Gewichtseinheit haben, ohne daß der Leckstromwert des Kondensators verschlechtert wird. Wenn ein Elektrodenmaterial, worin eine dielektrische Schicht durch die elektrolytische Oxidation in einer alkalischen Lösung gebildet ist, verwendet wird, kann außerdem das dielektrische Material ohne Austauschen der Ausgangsmateriallösung für jeden Vorgang kontinuierlich gebildet werden, so daß ein chargenweises Vorgehen nicht erforderlich ist und eine gute Produktivität erzielt werden kann.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials für einen Kondensator, welches mindestens ein Metall, das unter Tantalmetall, Niobmetall, Tantal-Hiob-Verbundmetall oder einer Tantal- und/oder Nioblegierung mit einem Anteil von Tantal oder Niob im Bereich von 15 mol-% bis 98 mol-% ausgewählt ist, wobei das Material eine auf seiner Oberfläche gebildete dielektrische Schicht aufweist; wobei das Verfahren das Umsetzen einer auf der Oberfläche des Metalls gebildeten Oxidschicht des Metalls mit einer ein unter Erdalkalimetallen ausgewähltes Element enthaltenden alkalischen Lösung umfasst, wobei mindestens ein Teil der Metalloxidschicht des Metalls in mindestens eine Metallatverbindung umgewandelt wird, die unter einer Tantalatverbindung, einer Niobatverbindung und einem Verbundmaterial aus einer Tantalatverbindung mit einer Niobatverbindung ausgewählt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials für einen Kondensator nach Anspruch 1, wobei die alkalische Lösung zusätzlich ein unter Alkalimetallen ausgewähltes Element enthält.
Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials für einen Kondensator nach Anspruch 1, wobei die dielektrische Schicht mindestens ein Metall, das unter einem Tantalmetall, Niobmetall und Tantal-Niob-Verbundmetall ausgewählt ist, und mindestens eine Metallatverbindung umfaßt, die unter einer Tantalatverbindung, Niobatverbindung und einem Tantalatverbindungs-Niobatverbindungs-Verbund ausgewählt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials für einen Kondensator nach Anspruch 1, wobei das Tantalmetall, das Niobmetall und das Tantal-Niob-Verbundmetall einfache Metalle oder eine Legierung, die aus Tantal und Niob besteht, oder eine Legierung sind, die aus mindestens einem Metall, ausgewählt unter Tantal und Niob, und mindestens einem Element besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Elementen der Gruppe 3A, Elementen der Gruppe 4A, Elemente der Gruppe 3B, Elementen der Gruppe 4B und Elementen der Gruppe 5B des Periodensystems besteht.
Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenmaterials für einen Kondensator nach Anspruch 4, wobei das einfache Metall und die Legierung ein Sinterkörper sind.
Verfahren zur Herstellung eines Kondensators, welches die Herstellung eines Elektrodenmaterials nach Anspruch 1 und das Bilden der anderen Teilelektrode auf der dielektrischen Schicht des Elektrodenmaterials umfasst.