JP2007165353A - 固体電解コンデンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固体電解コンデンサの構成を、陽極2、アルミニウムで構成された陰極2、陰極2の表面に形成された硬質皮膜28、セパレータ4b及び固体電解質層を備える巻回されたコンデンサ素子を含む構成であって、陰極2と硬質皮膜28との間に形成された中間層18を更に備え、硬質皮膜28がアルミニウム及びチタンと少なくとも1種類の非金属元素との化合物で構成され、中間層18は、アルミニウム及びチタンよりなる金属元素群から選択される少なくとも1種の元素を含む構成とする。特に、固体電解コンデンサの中間層18を構成する物質の硬度が、硬質皮膜28を構成する物質の硬度よりも小さい構成とすることが好ましい。
【選択図】 図1
Description
この構成であれば、製造過程における巻回時に硬質皮膜に加わる応力を、中間層の形状変化によって緩和できる。これによって、陰極に対する硬質皮膜の剥離を良好に抑制できる。
この構成であれば、巻回の際に硬質皮膜に加わる応力を、中間層を構成する複数の膜の形状変化によって、段階的に緩和できる。したがって、中間層に亀裂を生じることなく、陰極に対する硬質皮膜の剥離を更に良好に抑制できる。
この構成であれば、中間層と陰極との密着性、中間層の内部における各膜の密着性及び中間層と硬質皮膜との密着性を向上できる。これによって、陰極に対する硬質皮膜の剥離を更に良好に抑制できる。
この構成であれば、硬質皮膜が、誘電率が大きくかつ硬度の大きな物質となる。これによって、コンデンサ容量を向上させることができると共に、製造過程における硬質皮膜の侵食を抑制できる。
この構成であれば、中間層と陰極との密着性及び中間層と硬質皮膜との密着性を良好に向上させることができるために、陰極に対する硬質皮膜の剥離を更に良好に抑制できる。
この構成であれば、硬質皮膜の亀裂の発生等を良好に抑制できる。また、製造過程における侵食を良好に抑制できる。硬質皮膜が窒化アルミニウムチタンであれば、窒素以外の非金属元素との化合物である場合よりも硬度が大きくなるからである。
この構成であれば、陰極に対する硬質皮膜の剥離を更に良好に抑制できる。これは、中間層を構成する窒化チタンの硬度が硬質皮膜を構成する窒化アルミニウムチタンの硬度よりも小さく、かつ、中間層の結晶格子定数が、硬質皮膜の結晶格子定数に近くなるために、巻回の際に硬質皮膜に加わる応力を中間層で緩和でき、かつ、中間層と硬質皮膜との界面の結合力が大きくなり密着性が向上するからである。
この構成であれば、陽極が弁作用を有するため、高性能な固体電解コンデンサとなる。
前記固体電解質層が、ポリチオフェン系導電性高分子、ポリフラン系導電性高分子、ポリピロール系導電性高分子、ポリアニリン系導電性高分子又はTCNQ錯塩で構成されていることを特徴とする。
この構成であれば、固体電解質の導電性が高くなるために、ESR特性(等価直列抵抗特性)が向上する。したがって、高性能な固体電解コンデンサとなる。
〔陽極について〕
陽極を構成する物質としては、弁作用を有する金属であればよい。弁作用を有する金属としては、例えば、アルミニウム、タンタル及びニオブが挙げられる。陽極の表面は、電解研磨処理、化学研磨処理等により粗面化させることが好ましい。この場合、実効的な表面積が増加するために、コンデンサ容量が増加するからである。また、陽極の表面には陽極酸化等の化成処理を行う。
陰極は、その表面が電解研磨処理、化学研磨処理等により粗面化されていることが好ましい。この場合、実効的な表面積が増加し、また、粗面化したことによるアンカー効果により、陰極と中間層との密着性が向上する。これによって、陰極に対する硬質皮膜の剥離を間接的に抑制できるからである。
硬質皮膜は、アルミニウム(Al)とチタン(Ti)を必須とする金属成分と、窒素(N)、炭素(C)、ほう素(B)及び酸素(O)から選択される1種類以上の非金属成分との化合物からなり、硬度が高いことが好ましい。更に好ましくは、硬質皮膜を構成する物質が、アルミニウムとチタンの窒化物、炭化物、炭窒化物、ホウ化物、窒炭化物、炭窒酸化物の場合である。更に好ましくは、硬質皮膜を構成する物質が、窒化アルミニウムチタンの場合である。なお、硬質皮膜を構成する化合物には、金属成分として、アルミニウム及びチタン以外の金属元素が含まれていてもよい。また、非金属成分として、窒素(N)、炭素、ほう素及び酸素以外の非金属元素が含まれていてもよい。
製造過程における巻回時の応力を緩和するためには、中間層の膜厚は、0.1μm以上であることが好ましいが、0.3μm以上であることが更に好ましい。一方、中間層の膜厚が厚すぎると、コンデンサ素子の巻回時に中間層に亀裂が生じ易くなって長寿命化が図れなくなる。したがって、中間層の膜厚は20μm以下であることが好ましく、更に好ましくは10μm以下の場合である。
固体電解質としては、ポリチオフェン系導電性高分子、ポリフラン系導電性高分子、ポリピロール系導電性高分子、ポリアニリン系導電性高分子、TCNQ錯塩が好ましいが、本発明はこれらのものに限定されるものではない。
上記の発明を実施するための最良の形態で説明した固体電解コンデンサと同様にして、20個の固体電解コンデンサを作製した。なお、このようにして作製された固体電解コンデンサを、以下においては、「本発明コンデンサA1」と称する。本発明コンデンサA1は、定格電圧が6.3Vであり、定格容量が220μFであり、外形状が直径6.3mm、高さ6.0mmの円筒形状である。なお、下述する実施例2〜4及び比較例1〜2において説明する各固体電解コンデンサも、定格電圧、定格容量及び外形状は本発明コンデンサA1と同一とした。また、本発明コンデンサA1に用いられた陰極側積層体と同一構成の20個の積層体を別途に作製した。ここで、陰極側積層体とは、硬質皮膜と中間層と陰極とからなる3層構造の積層体である。
電解研磨処理されたアルミニウム箔を陰極として用いること以外は、上記の実施例1の場合と同様にして、20個の固体電解コンデンサを作製した。なお、このようにして作製した固体電解コンデンサを、以下においては、「本発明コンデンサA2」と称する。また、本発明コンデンサA2における陰極側積層体と同一構成の20個の積層体を別途に作製した。
電解研磨処理されたアルミニウム箔を陰極として用い、硬質皮膜として膜厚0.6μmのTiAlN膜を形成し、中間層として膜厚0.5μmの窒化チタン(TiN)を形成したこと以外は、上記の実施例1の場合と同様にして、20個の固体電解コンデンサを作製した。なお、このようにして作製した固体電解コンデンサを、以下においては、「本発明コンデンサA3」と称する。また、本発明コンデンサA3における陰極側積層体と同一構成の20個の積層体を別途に作製した。
電解研磨処理されたアルミニウム箔を陰極として用い、硬質皮膜として膜厚1μmのTiAlN膜を形成し、中間層として膜厚0.02μmの窒化チタン(TiN)を形成したこと以外は、上記の実施例1の場合と同様にして、20個の固体電解コンデンサを作製した。なお、このようにして作製した固体電解コンデンサを、以下においては、「本発明コンデンサA4」と称する。また、本発明コンデンサA4における陰極側積層体と同一構成の20個の積層体を別途に作製した。
上記の実施例1〜4との比較のために、中間層を形成しないこと以外は、上記の実施例1の場合と同様にして、20個の固体電解コンデンサを作製した。なお、このようにして作製した固体電解コンデンサを、以下においては、「比較コンデンサX1」と称する。また、比較コンデンサX1における陰極側積層体と同一構成の20個の積層体を別途に作製した。なお、比較コンデンサX1における陰極側積層体は、本発明コンデンサA1〜A4とは異なり中間層を有しておらず、硬質皮膜と陰極とからなる2層構造の積層体である。
上記の実施例1〜4との比較のために、電解研磨処理されたアルミニウム箔を陰極として用い、中間層及び硬質皮膜を形成しないこと以外は、上記の実施例1の場合と同様にして、20個の固体電解コンデンサを作製した。なお、このようにして作製した固体電解コンデンサを、以下においては、「比較コンデンサX2」と称する。
上記の本発明コンデンサA1〜A4と比較コンデンサX1及びX2とに対して、以下の条件下で、電気特性の測定として、実効容量(Cap)、漏れ電流(LC)及び容量変化率(ΔC/C)の測定を行った。実効容量(Cap)の測定においては、周波数120Hz(ヘルツ)の交流を印加した際のコンデンサ容量を測定した。漏れ電流(LC)の測定においては、定格電圧を印加した後に60時間放置して、放置後の漏れ電流を測定した。容量変化率は、初期容量をCiとし、定格電圧を印加した後の1000時間経過後の容量をCfとして、(Cf−Ci)/Ci×100で求められる百分率(%)である。なお、容量変化率の測定においては、コンデンサの温度を105℃に保った状態で行った。
2 アルミニウム箔(陽極)
3 アルミニウム箔(陰極)
4a セパレータ
4b セパレータ
5 巻き止めテープ
6a 陽極用リードタブ端子
6b 陽極用リードタブ端子
7a 陰極用リード線
7b 陽極用リード線
8 硬質皮膜
9 アルミニウムケース
10 封止用ゴムパッキング
11 座板
12a 陽極端子
12b 陰極端子
13 陰極構造体
14 ダイヤモンド刃
18 TiN膜(中間層)
28 TiAlN膜(硬質皮膜)
Claims (11)
- 陽極と、前記陽極に対向して配置され、アルミニウムで構成された陰極と、前記陰極の表面に形成された硬質皮膜と、前記硬質皮膜と前記陽極との間に設けられたセパレータと、前記セパレータと前記陽極との間及び前記セパレータと前記硬質皮膜との間に形成された固体電解質層とを備える巻回されたコンデンサ素子を含む固体電解コンデンサであって、
前記陰極と前記硬質皮膜との間に形成された中間層を更に備え、前記硬質皮膜が、アルミニウム及びチタンと少なくとも1種類の非金属元素との化合物で構成され、前記中間層が、アルミニウム及びチタンよりなる群から選択される少なくとも1種類の元素を含むことを特徴とする固体電解コンデンサ。 - 前記中間層が、1種類の物質からなる単層膜であり、前記中間層の硬度が、前記硬質皮膜の硬度よりも小さい、請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記中間層が、互いに異なる物質で構成された複数の膜からなる積層膜であり、前記複数の膜の各々が、前記硬質皮膜の硬度よりも小さい、請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記複数の膜の各々の硬度が、前記陰極の硬度を超えて大きく、前記硬質皮膜の硬度未満であり、前記複数の膜が、前記陰極側から前記硬質皮膜側に向かって硬度的に昇順に傾斜させて積層されている、請求項3に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記硬質皮膜を構成する前記化合物が、炭素、窒素、ホウ素及び酸素からなる群より選択される少なくとも1種類の非金属元素を含有する、請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記中間層が、アルミニウム、チタン、又は、アルミニウム及びチタンよりなる群から選択される少なくとも1種類の金属元素と炭素、窒素、ホウ素及び酸素からなる群より選択される少なくとも1種類の非金属元素との化合物で構成されている、請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記中間層が、前記硬質皮膜を構成する複数種類の元素のうち一部の種類の元素のみで構成されている、請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記硬質皮膜を構成する前記化合物が、窒化アルミニウムチタンである、請求項5に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記中間層を構成する前記物質が、窒化チタンである、請求項8に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記陽極が、アルミニウム、タンタル及びニオブよりなる群から選択される1種の元素で構成されている、請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
- 前記固体電解質層が、ポリチオフェン系導電性高分子、ポリフラン系導電性高分子、ポリピロール系導電性高分子、ポリアニリン系導電性高分子又はTCNQ錯塩で構成されている請求項1に記載の固体電解コンデンサ。
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