JP2000182899A - コンデンサの製造方法 - Google Patents

コンデンサの製造方法

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JP2000182899A
JP2000182899A JP10355767A JP35576798A JP2000182899A JP 2000182899 A JP2000182899 A JP 2000182899A JP 10355767 A JP10355767 A JP 10355767A JP 35576798 A JP35576798 A JP 35576798A JP 2000182899 A JP2000182899 A JP 2000182899A
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Kazumi Naito
一美 内藤
Atsushi Shimojima
敦 下嶋
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 単位重量あたりの容量が大きく、漏れ電流値
のばらつきが小さく漏れ電流特性の良好なコンデンサの
製造方法を提供する。 【解決手段】 一部窒化したニオブの焼結体を一方の電
極とし、他方の電極と、両電極との間に介在した誘電体
とから構成されたコンデンサの製造方法において、前記
焼結体の窒化を、ニオブ粉成型体の焼結後に、該焼結体
を窒素雰囲気中に放置することによって行う。これによ
り、焼結後にニオブの窒化が行われているため、漏れ電
流特性が良好で、漏れ電流値のばらつきの少ないコンデ
ンサを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規なコンデン
サ、とりわけ、単位重量あたりの容量が大きく、漏れ電
流(以下LCと略す。)特性が良好でLC値のばらつき
の小さいコンデンサの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】携帯電話やパーソナルコンピューター等
の電子機器に使用さるコンデンサは、小型大容量のもの
が望まれている。このようなコンデンサの中でもタンタ
ル電解コンデンサは、大きさの割には容量が大きく、し
かも性能が良好なため、好んで使用されている。通常タ
ンタル電解コンデンサの誘電体として酸化タンタルが使
用されているが、さらに容量を大きくするために、より
誘電率の高い酸化ニオブを誘電体としたニオブ電解コン
デンサが考えられている。本発明者等は、該ニオブ電解
コンデンサの中でも、一部を窒化したニオブの焼結体を
電極に用いた電解コンデンサは、とりわけ容量が大きく
LC特性が良好であることを提示した(特開平10−2
42004号)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】該公報では、一部を窒
化したニオブの焼結体を得る方法として、一部を窒化し
たニオブ粉末を焼結して焼結体を得る方法を例示した
が、この場合ある条件では、非窒化ニオブ粉末を使用し
た焼結体を電極としたコンデンサのLC特性よりは良好
なものの、LC値にばらつきが生じることがあった。
【0004】
【課題を解決するための手段】前述したLC値のばらつ
きの原因の一つが、焼結時の加熱によることを見出し、
本発明を完成するに至った。すなわち、本発明に従っ
て、ニオブ粉成型体の焼結後に、該焼結体を窒素雰囲気
中に放置することにより、一部が窒化したニオブの焼結
体を得、該焼結体を一方の電極とし、他方の電極と、両
電極との間に介在した誘電体とから構成されたコンデン
サを作製すると、LC特性が良好でばらつきの小さいコ
ンデンサが製造できる。
【0005】上記コンデンサの誘電体は、好ましくは酸
化ニオブからなり、より好ましくは、前記、一部が窒化
したニオブ焼結体の電解酸化によって形成された酸化ニ
オブからなる。また、上記コンデンサの他方の電極は、
電解液、有機半導体及び無機半導体から選ばれた少なく
とも一種の化合物からなり、より好ましくは、電導度1
-2S・cm-1〜103 S・cm-1である有機半導体お
よび無機半導体から選ばれた少なくとも一種の化合物か
らなる。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明のコンデンサの製造方法に
おいて、該コンデンサの一方の電極を構成する、一部が
窒化したニオブの焼結体は、ニオブの焼結体を窒化して
得た焼結体である。 ニオブの焼結体は、例えばニオブ
粉末を真空下高温で焼結することによって得られる。一
例をあげると、ニオブを加圧成型した後、10-1〜10
-6Torrで1000℃〜2000℃、数分〜数時間放
置することで焼結体が得られる。一般に焼結温度は、ニ
オブ粉の粒径によって変化するが粒径が小さい程低温で
良い。この場合、ニオブに結合した窒素量は10〜15
0000重量ppm、好ましくは100〜50000重
量ppmとすることにより、LC値を小さくすることが
出来る。
【0007】窒化する温度は2000℃以下、時間は数
10時間で目的とする窒素量のニオブ焼結体が得られる
が、一般に高温程短時間で窒化される。また、室温でも
窒素下で数10時間ニオブ焼結体を放置しておくと、数
100重量ppmの窒素量のニオブ焼結体が得られる。
また、窒素を加圧導入することにより、窒化の時間短縮
することが可能である。逆に窒素を減圧下に導入すると
窒化の時間が遅くなる。たとえば1/100Torr等
の極端な減圧下に前記ニオブ焼結体を放置しても、工業
的な数10時間の範囲で、窒化は、ほとんど起こらな
い。
【0008】前記コンデンサの誘電体としては、例え
ば、酸化タンタル、酸化ニオブ、高分子物質、セラミッ
ク化合物などを使用することができる。酸化タンタルを
誘電体として用いる場合、酸化タンタルは、タンタルを
含有する錯体、例えば、アルコキシ錯体、アセチルアセ
トナート錯体等を電極に付着後、加水分解および/また
は熱分解することによって作製することもできる。
【0009】酸化ニオブを誘電体として用いる場合、酸
化ニオブは、一方の電極である一部窒化したニオブ焼結
体を電解液中で化成するか、またはニオブを含有する錯
体、たとえば、アルコキシ錯体、アセチルアセトナート
錯体等を電極に付着後、加水分解および/または熱分解
することによって作製することもできる。このように一
部窒化したニオブ焼結体を電解液中で化成するか、また
はニオブ含有錯体を、一部窒化したニオブ電極上で加水
分解および/または熱分解することによって、一部窒化
したニオブ電極上に酸化ニオブ誘電体を形成することが
できる。一部窒化したニオブ電極を電解液中で化成する
には、通常プロトン酸水溶液、たとえば0.1%りん酸
水溶液または硫酸水溶液を用いて行われる。一部窒化し
たニオブ電極を電解液中で化成して酸化ニオブ誘電体を
得る場合、本発明のコンデンサは、電解コンデンサとな
り、一部窒化したニオブ電極側が陽極となる。錯体を分
解して得る場合、該電極は、理論的に極性はなく、陽極
としても、陰極としても使用可能である。
【0010】高分子物質を誘電体とするには、例えば特
開平7−63045号公報に記載されるように、金属の
細孔または空隙部にモノマーをガス状または液状で導入
して重合する方法、高分子物質を適当な溶媒に溶解して
導入する方法、高分子物質を融解して導入する方法が採
られる。高分子物質としては、例えば、フッ素樹脂、ア
ルキッド樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレ
ートなどのポリエステル樹脂、ビニル系樹脂、キシリレ
ン樹脂、フェノール樹脂等が用いられる。
【0011】セラミック化合物を誘電体とするには、例
えば特開平7ー85461号公報に記載されるように、
細孔または空隙部を有する金属の表面にペロプスカイト
型化合物を生成させる方法を採ることができる。ペロプ
スカイト型化合物の具体例としてはBaTiO3 、Sr
TiO3 、BaSnO3 等が挙げられる。
【0012】一方、本発明のコンデンサの他方の電極は
格別限定されるものではなく、例えば、アルミ電解コン
デンサ業界で公知である電解液、有機半導体および無機
半導体から選ばれた少なくとも一種の化合物が挙げられ
る。電解液の具体例としてはイソブチルトリプロピルア
ンモニウムボロテトラフルオライド電解質を5重量%溶
解したジメチルホルムアミドとエチレングリコールの混
合溶液、テトラエチルアンモニウムボロテトラフルオラ
イドを7重量%溶解したプロピレンカーボネートとエチ
レングリコールの混合溶液等が挙げられる。有機半導体
の具体例としては、ベンゾピロリン四量体とクロラニル
からなる有機半導体、テトラチオテトラセンを主成分と
する有機半導体、テトラシアノキノジメタンを主成分と
する有機半導体、下記一般式(1)または(2)で表さ
れる高分子にドーパントをドープした電導性高分子を主
成分とした有機半導体が挙げられる。無機半導体の具体
例としては二酸化鉛または二酸化マンガンを主成分とす
る無機半導体、四三酸化鉄からなる無機半導体などが挙
げられる。このような半導体は単独でも、または二種以
上組み合わせて使用しても良い。
【0013】
【化1】
【0014】
【化2】
【0015】式(1)および(2)において、R1〜R
4は水素、炭素数1〜6のアルキル基または炭素数1〜
6のアルコキシ基を表し、これらは互いに同一であって
も相違してもよく、Xは酸素、イオウまたは窒素原子を
表し、R5はXが窒素原子のときのみ存在して水素また
は炭素数1〜6のアルキル基を表し、R1とR2および
R3とR4は互いに結合して環状になっていても良い。
式(1)または(2)で表される高分子としては、例え
ば、ポリアニリン、ポリオキシフェニレン、ポニフェニ
レンサルファイド、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリ
ピロール、ポリメチルピロールなどが挙げられる。
【0016】上記有機半導体および無機半導体として、
電導度10-2S・cm-1〜103 S・cm-1の範囲のも
のを使用すると、作製したコンデンサのインピーダンス
値がより小さくなり、高周波での容量をさらに一層大き
くすることができる。
【0017】さらに他方の電極が個体の場合には、例え
ば他方の電極上にカーボンペースト、銀ペーストを順次
積層し、エポキシ樹脂のような材料で封口してコンデン
サが構成される。このコンデンサは、ニオブ焼結体と一
体に焼結成型された、または後で溶接されたニオブまた
はタンタルリードを有していてもよい。また他方の電極
が液体の場合には、前記両極と誘電体から構成されたコ
ンデンサを、例えば、他方の電極と電気的に接続した缶
に収納してコンデンサが形成される。この場合、一部窒
化したニオブ焼結体の電極側は、前記したニオブまたは
タンタルリードを介して外部に導出されると同時に、絶
縁性ゴム等により、缶との絶縁がはかられるように設計
されている。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例についてさらに詳細に
説明する。 実施例1〜5 粒径3μmのニオブ粉末からなる成型体(体積約3×
3.5×1.8mm)を1200℃、10-6Torrで
焼結し、焼結体を複数個得た。この焼結体を表1に示し
た手法で窒化し、一部窒化したニオブ焼結体とした。つ
いで、りん酸水溶液中で20V化成することにより、焼
結体上に酸化ニオブの誘電体を形成した。さらに、該誘
電体上に、酢酸鉛30%水溶液と過硫酸アンモニウム3
0%水溶液の等量混合液を複数回40℃で接触させるこ
とにより他方の電極として、二酸化鉛と硫酸鉛の混合物
(二酸化鉛97重量%)を形成した。ひきつづき、他方
の電極上にカーボンペースト、銀ペーストを順次積層
し、エポキシ樹脂で封口してコンデンサを作製した。第
3表に作製したコンデンサの容量(測定100kH
z)、4VでのLC値とLC値のばらつき(2σ)を示
した。なお各実施例、比較例の値は、各例のコンデンサ
20個の平均値及び標準偏差の2倍(2σ)である。こ
こで、LC値は、電圧印可後1分経過したときの電流値
である。
【0019】
【表1】
【0020】実施例6〜11 実施例2で他方の電極として、表2で示した化合物を使
用した以外は、実施例2と同様にしてコンデンサを作製
した。作製したコンデンサの性能を表3に示した。
【0021】
【表2】
【0022】比較例1、2 実施例1および6で焼結体の窒素処理を行わなかった以
外は、実施例1及び6と同様にしてコンデンサを作製し
た。作製したコンデンサの性能を表3に示した。
【0023】比較例3、4 実施例3および4で窒素処理を焼結体作製後に行うかわ
りに、焼結体作製前のニオブ粉の状態で行った以外は実
施例3および4と同様にしてコンデンサを作製した。作
製したコンデンサの性能を表3に示した。
【0024】
【表3】
【0025】実施例12 実施例3で、化成によって誘電体を形成するかわりに、
ベンタエチルニオベート液中に焼結体を浸漬し引き上げ
た後、85℃蒸気中で反応させ、さらに350℃で乾燥
することにより酸化ニオブの誘導体を形成した以外は実
施例3と同様にしてコンデンサを作製した。作製したコ
ンデンサの性能を表4に示した。
【0026】実施例13 実施例3で化成によって誘電体を形成するかわりに、ベ
ンタエチルタンタレート液中に浸漬し引き上げた後、8
5℃蒸気中で反応させ、さらに450℃で乾燥すること
により焼結体上に酸化タンタルの誘電体層を形成した。
次にイソブチルトリプロピルアンモニウムテトラボロフ
ルオライド電解質を5%溶解したジメチルホルムアミド
とエチレングリコールの混合溶液からなる電解液を焼結
体に付着させ缶に入れて封口し、コンデンサを作製し
た。作製したコンデンサの性能を表4に示した。
【0027】比較例5、6 実施例12および13で、焼結体の窒素処理を行わなか
った以外は実施例12および13と同様にしてコンデン
サを作製した。作製したコンデンサの性能を表4に示し
た。
【0028】比較例7、8 実施例12及び13で、窒素処理を焼結体作成後に行う
かわりに、焼結体作製前のニオブ粉の状態で行った以外
は、実施例12及び13と同様にしてコンデンサを作製
した。作製したコンデンサの性能を表4に示した。
【0029】
【表4】
【0030】
【発明の効果】本発明のコンデンサの製造方法によれ
ば、ニオブ焼結体を窒素雰囲気中に放置して一部窒化し
た焼結体としているため、LC特性が良好で、LC値の
ばらつきが少ないコンデンサが得られる。特に前記手法
で得た焼結体を一方の電極とし、他方の電極を有機半導
体及び無機半導体から選ばれた少なくとも一種の化合物
とし、電極間の誘電体を酸化ニオブとしたコンデンサを
製造すると、該コンデンサは、単位重量あたりの高周波
での容量が大きく、LC特性も良好でかつLC値のばら
つきも小さい。このため電源の平滑回路に利用すると好
適である。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一部が窒化したニオブの焼結体を一方の
    電極とし、他方の電極と、両電極との間に介在した誘電
    体とから構成されたコンデンサの製造方法において、前
    記焼結体の窒化を、ニオブ粉成型体の焼結後に、該焼結
    体を窒素雰囲気中に放置することによって行うことを特
    徴とするコンデンサの製造方法。
  2. 【請求項2】 ニオブに結合した窒素量が10〜150
    000重量ppmである請求項1記載のコンデンサの製
    造方法。
  3. 【請求項3】 誘電体が酸化ニオブからなる請求項1ま
    たは2記載のコンデンサの製造方法。
  4. 【請求項4】 一部が窒化したニオブ電極を電解液中で
    化成するか、または一部が窒化したニオブ電極上でニオ
    ブ含有錯体を加水分解および/または熱分解することに
    よって、酸化ニオブからなる誘電体が、一部窒化したニ
    オブからなる電極上に形成されている請求項3記載のコ
    ンデンサの製造方法。
  5. 【請求項5】 他方の電極が電解液、有機半導体および
    無機半導体から選ばれた少なくとも一種の化合物である
    請求項1〜4のいずれかに記載のコンデンサの製造方
    法。
  6. 【請求項6】 他方の電極が、電導度10-2S・cm-1
    〜103 S・cm-1を有する有機半導体および無機半導
    体から選ばれた少なくとも一種の化合物である請求項1
    〜4のいずれかに記載のコンデンサの製造方法。
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