JP2008010684A - Solid electrolytic capacitor, and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、固体電解コンデンサおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid electrolytic capacitor and a method for manufacturing the same.
従来、ニオブ酸化物を誘電体層として用いるニオブ固体電解コンデンサが知られている。このニオブ固体電解コンデンサは、一般に、ニオブからなる陽極を陽極酸化することにより、陽極表面にニオブ酸化物層を形成し、さらにニオブ酸化物層上に陰極を形成したコンデンサ素子をエポキシ樹脂などでモールドすることにより形成される。また、この固体電解コンデンサは、リフローハンダ付けなどにより各種電子機器のプリント基板などに表面実装される。 Conventionally, niobium solid electrolytic capacitors using niobium oxide as a dielectric layer are known. This niobium solid electrolytic capacitor is generally formed by anodizing a niobium anode to form a niobium oxide layer on the anode surface and further forming a cathode on the niobium oxide layer with an epoxy resin or the like. It is formed by doing. The solid electrolytic capacitor is surface-mounted on printed circuit boards of various electronic devices by reflow soldering or the like.
しかしながら、ニオブ酸化物は、他の固体電解コンデンサで用いられるタンタル酸化物やアルミニウム酸化物などと比較して熱の影響を受けやすく、そのため、ニオブ固体電解コンデンサでは、リフロー工程などにより静電容量が変化しやすいという問題があった。 However, niobium oxides are more susceptible to heat than tantalum oxides and aluminum oxides used in other solid electrolytic capacitors. Therefore, niobium solid electrolytic capacitors have a capacitance due to a reflow process or the like. There was a problem of being easy to change.
これに対して、近年、窒素を含むニオブ酸化物を誘電体層として用いるニオブ固体電解コンデンサが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記の窒素を含むニオブ酸化物を誘電体層として用いる固体電解コンデンサにおいては、リフロー工程などの熱処理後に漏れ電流が増加するとともに、100kHz付近の高周波領域における等価直列抵抗(ESR)が大きくなるという問題点があった。 However, in the solid electrolytic capacitor using the niobium oxide containing nitrogen as the dielectric layer, the leakage current increases after heat treatment such as a reflow process and the equivalent series resistance (ESR) in the high frequency region near 100 kHz increases. There was a problem.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、
この発明の1つの目的は、漏れ電流およびESRが小さいニオブ固体電解コンデンサを提供することである。
The present invention has been made to solve the above problems,
One object of the present invention is to provide a niobium solid electrolytic capacitor with low leakage current and low ESR.
この発明のもう1つの目的は、漏れ電流およびESRが小さい固体電解コンデンサの製造方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a solid electrolytic capacitor with low leakage current and ESR.
この発明の第1の局面による固体電解コンデンサは、ニオブを含む陽極と、陽極上に形成されたニオブ酸化物層と、ニオブ酸化物層上に形成された陰極と、陰極上に形成された外装体とを備え、ニオブ酸化物層と陽極との界面付近には、イオウを含む第1界面領域が形成されている。 A solid electrolytic capacitor according to a first aspect of the present invention includes an anode containing niobium, a niobium oxide layer formed on the anode, a cathode formed on the niobium oxide layer, and an exterior formed on the cathode. A first interface region containing sulfur is formed in the vicinity of the interface between the niobium oxide layer and the anode.
上記第1の局面による固体電解コンデンサにおいて、好ましくは、ニオブ酸化物層の陰極との界面付近には、イオウを含む第2界面領域が形成されている。 In the solid electrolytic capacitor according to the first aspect, a second interface region containing sulfur is preferably formed in the vicinity of the interface between the niobium oxide layer and the cathode.
上記第1の局面による固体電解コンデンサにおいて、好ましくは、第1界面領域および第2界面領域の少なくとも一方のイオウの濃度は、2at%〜25at%の範囲である。 In the solid electrolytic capacitor according to the first aspect, preferably, the concentration of sulfur in at least one of the first interface region and the second interface region is in the range of 2 at% to 25 at%.
また、この発明の第2の局面による固体電解コンデンサの製造方法は、ニオブを含む陽極上にイオウを含む表面層を形成する工程と、表面層を有する陽極を水溶液中で陽極酸化することにより陽極上にニオブ酸化物層を形成する工程と、ニオブ酸化物層上に陰極を形成する工程と、陰極上に外装体を形成する工程とを備える。 A method of manufacturing a solid electrolytic capacitor according to a second aspect of the present invention includes a step of forming a surface layer containing sulfur on an anode containing niobium, and an anode formed by anodizing the anode having the surface layer in an aqueous solution. A step of forming a niobium oxide layer thereon, a step of forming a cathode on the niobium oxide layer, and a step of forming an outer package on the cathode.
上記第2の局面による固体電解コンデンサの製造方法において、好ましくは、表面層を形成する工程は、イオウを含む溶融塩中で陽極を電解処理する工程を含む。 In the method for producing a solid electrolytic capacitor according to the second aspect, preferably, the step of forming the surface layer includes a step of electrolytically treating the anode in a molten salt containing sulfur.
この第1の局面による固体電解コンデンサ素子では、上記のように、陽極とニオブ酸化物層との界面付近には、イオウを含む第1界面領域が形成されているので、リフロー工程などの熱処理の際に陽極とニオブ酸化物層との間に熱応力が作用した場合であっても、その応力を緩和することができる。これにより、ニオブ酸化物層中に亀裂が生じにくくなるとともに、陽極とニオブ酸化物層とが剥離しにくくなる。その結果、漏れ電流およびESRを低減することが可能なニオブ固体電解コンデンサを容易に得ることができる。 In the solid electrolytic capacitor element according to the first aspect, as described above, since the first interface region containing sulfur is formed in the vicinity of the interface between the anode and the niobium oxide layer, heat treatment such as a reflow process is performed. Even when thermal stress acts between the anode and the niobium oxide layer, the stress can be relaxed. As a result, cracks are less likely to occur in the niobium oxide layer, and the anode and the niobium oxide layer are less likely to peel off. As a result, a niobium solid electrolytic capacitor capable of reducing leakage current and ESR can be easily obtained.
ここで、陽極とニオブ酸化物層との界面付近に含まれるイオウは、少なくともニオブ酸化物層中に含まれていればよいが、好ましくは、ニオブ酸化物層および陽極の両方に含まれており、これにより、陽極とニオブ酸化物層との密着性がさらに向上する。 Here, sulfur contained in the vicinity of the interface between the anode and the niobium oxide layer may be contained at least in the niobium oxide layer, but is preferably contained in both the niobium oxide layer and the anode. This further improves the adhesion between the anode and the niobium oxide layer.
また、このニオブ酸化物層の陰極との界面付近にイオウが含まれている場合には、ニオブ酸化物層上に形成される陰極とニオブ酸化物層との間に熱応力が作用した場合であっても、その応力を緩和することができる。これにより、ニオブ酸化物層中に亀裂が生じにくくなるとともに、陰極とニオブ酸化物層とが剥離しにくくなる。その結果、さらに、漏れ電流およびESRを低減することができる。 In addition, when sulfur is contained near the interface of the niobium oxide layer with the cathode, thermal stress acts between the cathode formed on the niobium oxide layer and the niobium oxide layer. Even if it exists, the stress can be relieved. As a result, cracks are less likely to occur in the niobium oxide layer, and the cathode and niobium oxide layer are less likely to peel off. As a result, leakage current and ESR can be further reduced.
なお、第1界面領域または第2界面領域に含まれるイオウの濃度が小さい場合には、それぞれの領域において上記の応力緩和の効果が小さくなる。また、イオウの濃度が大きい場合には、ニオブ酸化物層中に亀裂が生じやすくなるので、それぞれの領域において漏れ電流が増加しやすくなる。従って、第1界面領域および第2界面領域のいずれか一方の領域において、イオウの濃度は2at%〜25at%の範囲が好ましく、第1界面領域および第2界面領域のイオウの濃度がともに上記範囲であることがより好ましい。なお、上記のイオウの濃度は、第1界面領域および第2界面領域のイオウの最大濃度で規定され、エネルギー分散型X線分析(EDX)法などにより測定することができる。 When the concentration of sulfur contained in the first interface region or the second interface region is small, the stress relaxation effect is reduced in each region. Further, when the concentration of sulfur is high, cracks are likely to occur in the niobium oxide layer, so that the leakage current tends to increase in each region. Accordingly, in either one of the first interface region and the second interface region, the sulfur concentration is preferably in the range of 2 at% to 25 at%, and both the sulfur concentrations in the first interface region and the second interface region are in the above range. It is more preferable that The sulfur concentration is defined by the maximum concentration of sulfur in the first interface region and the second interface region, and can be measured by an energy dispersive X-ray analysis (EDX) method or the like.
また、この発明の第2の局面による固体電解コンデンサの製造方法では、上記のように、陽極の表面にイオウを含む表面層を形成した後で陽極酸化を行うことにより、ニオブ酸化物層を形成しているので、陽極とニオブ酸化物層との界面付近に容易にイオウを含ませることができる。これにより、リフロー工程などの熱処理の際に陽極とニオブ酸化物層との間に熱応力が作用した場合であっても、その応力を緩和することができる。これにより、ニオブ酸化物層中に亀裂が生じにくくなるとともに、陽極とニオブ酸化物層とが剥離しにくくなる。その結果、漏れ電流およびESRを低減することが可能なニオブ固体電解コンデンサを容易に製造することができる。 In the method for manufacturing a solid electrolytic capacitor according to the second aspect of the present invention, as described above, a niobium oxide layer is formed by performing anodization after forming a surface layer containing sulfur on the surface of the anode. Therefore, sulfur can be easily included near the interface between the anode and the niobium oxide layer. Thereby, even if a thermal stress is applied between the anode and the niobium oxide layer during a heat treatment such as a reflow process, the stress can be relaxed. As a result, cracks are less likely to occur in the niobium oxide layer, and the anode and the niobium oxide layer are less likely to peel off. As a result, a niobium solid electrolytic capacitor capable of reducing leakage current and ESR can be easily manufactured.
さらに、上記の陽極酸化により、ニオブ酸化物層の表面付近(陰極との界面側)には、イオウを含む第2界面領域を形成することができる。これにより、ニオブ酸化物層上に形成される陰極とニオブ酸化物層との間に熱応力が作用した場合であっても、その応力を緩和することができるので、ニオブ酸化物層中に亀裂が生じにくくなるとともに、陰極とニオブ酸化物層とが剥離しにくくなる。その結果、さらに、漏れ電流およびESRを低減することができる。 Furthermore, by the above anodic oxidation, a second interface region containing sulfur can be formed near the surface of the niobium oxide layer (on the side of the interface with the cathode). As a result, even if a thermal stress is applied between the cathode formed on the niobium oxide layer and the niobium oxide layer, the stress can be relaxed, so that a crack is formed in the niobium oxide layer. And the cathode and the niobium oxide layer are difficult to peel off. As a result, leakage current and ESR can be further reduced.
なお、イオウを含む表面層は、イオウを含む溶融塩中でニオブを含む陽極を電解処理することにより容易に形成することができる。これにより、陽極上に密着性よくイオウを含む表面層を形成することができるので、さらに、陽極とニオブ酸化物層との間の密着性を向上させることができる。 The surface layer containing sulfur can be easily formed by subjecting an anode containing niobium to electrolytic treatment in a molten salt containing sulfur. Thereby, since the surface layer containing sulfur can be formed on the anode with good adhesion, the adhesion between the anode and the niobium oxide layer can be further improved.
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明は以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments, but the present invention is not limited to the following embodiments, and can be appropriately modified and implemented without departing from the scope of the present invention. is there.
図1は、本発明の一実施形態による固体電解コンデンサの構造を説明するための断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the structure of a solid electrolytic capacitor according to an embodiment of the present invention.
本発明の一実施形態による固体電解コンデンサでは、図1に示すように、エポキシ樹脂などを含む樹脂組成物からなる直方体状の外装体1の内部にコンデンサ素子10が埋設されている。
In the solid electrolytic capacitor according to one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, a
コンデンサ素子10は、陽極11と、陽極11上に形成されたニオブ酸化物層12と、ニオブ酸化物層12上に形成された陰極13とを備えており、ニオブ酸化物層12は、いわゆる誘電体層として機能する。
The
陽極11は、ニオブなどからなる陽極リード11aと、ニオブ粉末やニオブ合金粉末を焼結することにより形成された多孔質焼結体からなる基体11bとを備えており、陽極リード11aの一部は、基体11b中に埋設されている。また、基体11bから露出した陽極リード11a上には、陽極端子14の一端が接続されており、陽極端子14の他端は、外装体1から露出している。
The
陰極13は、ニオブ酸化物層12上に形成されたポリピロール、ポリチオフェンまたはポリアニリンなどからなる導電性高分子層13aと、導電性高分子層13a上に形成されたカーボン粒子を含む第1導電層13bと、第1導電層13b上に形成された銀粒子を含む第2導電層13cとを有している。なお、導電性高分子層13aは、いわゆる電解質層として機能する。
The
陰極13上には、銀粒子を含む第3導電層15を介して陰極端子16の一端が接続されており、陰極端子16の他端は、外装体1から露出している。
One end of a
図2は、本発明の一実施形態による固体電解コンデンサのニオブ酸化物層付近の構造を説明するための拡大断面図である。 FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view for explaining the structure near the niobium oxide layer of the solid electrolytic capacitor according to one embodiment of the present invention.
本発明の一実施形態による固体電解コンデンサでは、図2に示すように、陽極11とニオブ酸化物層12との界面付近には、イオウを含む第1界面領域Aが形成されている。また、ニオブ酸化物層12の陰極13側の界面付近には、イオウを含む第2界面領域Bが形成されている。このように、本発明の一実施形態による固体電解コンデンサが構成されている。
In the solid electrolytic capacitor according to one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, a first interface region A containing sulfur is formed in the vicinity of the interface between the
図3〜図6は、本発明の一実施形態による固体電解コンデンサの形成プロセスを説明するための断面図である。図3〜図6を参照して、次に、上記のような構造を有する本発明の上記実施形態による固体電解コンデンサの製造方法について説明する。 3-6 is sectional drawing for demonstrating the formation process of the solid electrolytic capacitor by one Embodiment of this invention. Next, a method for manufacturing a solid electrolytic capacitor according to the above embodiment of the present invention having the above structure will be described with reference to FIGS.
まず、図3に示すように、陽極リード11aの一端を埋設したニオブ粉末やニオブ合金粉末の成形体を真空中で焼結することにより、陽極リード11aと多孔質焼結体からなる基体11bとを備える陽極11が形成される。
First, as shown in FIG. 3, a sintered body of niobium powder or niobium alloy powder in which one end of the
次に、図4に示すように、イオウを含む溶融塩中で陽極11が陽極となるように電解処理(硫化処理)することにより、陽極11の周囲を覆うイオウを含む表面層11cが形成される。
Next, as shown in FIG. 4, a
その後、図5に示すように、表面層11cが形成された陽極11を水溶液中で陽極酸化することにより、陽極11の周囲を覆うニオブ酸化物層12が形成される。このとき、図2を参照して、陽極11とニオブ酸化物層12との界面付近には、イオウを含む第1界面領域Aが形成されるとともに、ニオブ酸化物層12の表面付近(陰極13が形成される側)には、イオウを含む第2界面領域Bが形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 5, the
次に、図6に示すように、重合などによりニオブ酸化物層12上に導電性高分子層13aが形成される。このとき、導電性高分子層13aは、ニオブ酸化物層13の周囲を覆うとともに、基体11bの表面および内部の凹部を埋めるように形成される。また、カーボン粒子を含むカーボンペーストを導電性高分子層13aの周囲を覆うように塗布、乾燥することにより、導電性高分子層13a上にカーボン粒子を含む第1導電層13bが形成される。さらに、銀粒子を含む銀ペーストを第1導電層13bの周囲を覆うように塗布、乾燥することにより、第1導電層13b上に銀粒子を含む第2導電層13cが形成される。これにより、ニオブ酸化物層12上に導電性高分子層13a、第1導電層13bおよび第2導電層13cからなる陰極13が形成され、コンデンサ素子10が作製される。
Next, as shown in FIG. 6, a
次に、図1に示すように、溶接により、基体11bから露出した陽極リード11a上に陽極端子14が接続される。また、銀粒子を含む銀ペーストを介して陰極13と陰極端子16とを密着させた状態で乾燥することにより、陰極13と陰極端子16との間に銀粒子を含む第3導電層15が形成されるとともに、陰極13と陰極端子16とは第3導電層15を介して接続される。最後に、陽極端子14および陰極端子16が接続されたコンデンサ素子10をエポキシ樹脂など含む樹脂組成物で埋設し、この樹脂組成物を熱硬化することにより、コンデンサ素子10を埋設する外装体1が形成される。このコンデンサ素子10を外装体1で覆うモールド工程は、トランスファー成形などによって行うことができる。以上の方法により、本発明の一実施形態による固体電解コンデンサが作製される。
Next, as shown in FIG. 1, the
この実施形態による固体電解コンデンサでは、陽極11とニオブ酸化物層12との界面付近にはイオウを含む第1界面領域Aが形成されているので、リフロー工程などの熱処理の際に陽極11とニオブ酸化物層12との間に熱応力が作用した場合であっても、その応力を緩和することができる。これにより、ニオブ酸化物層12中に亀裂が生じにくくなるとともに、陽極11とニオブ酸化物層12とが剥離しにくくなる。その結果、漏れ電流およびESRを低減することができる。
In the solid electrolytic capacitor according to this embodiment, since the first interface region A containing sulfur is formed in the vicinity of the interface between the
また、この固体電解コンデンサでは、イオウを含む第1界面領域Aは、陽極11とニオブ酸化物層12との両方に跨って形成されている。即ち、イオウは、ニオブ酸化物層12および陽極11の両方に含まれているので、陽極とニオブ酸化物層との密着性がさらに向上する。
In this solid electrolytic capacitor, the first interface region A containing sulfur is formed across both the
また、この固体電解コンデンサでは、ニオブ酸化物層12の陰極13との界面付近にイオウを含む第2界面領域Bが形成されているので、陰極13とニオブ酸化物層12との間に熱応力が作用した場合であっても、その応力を緩和することができる。これにより、ニオブ酸化物層12中に亀裂が生じにくくなるとともに、陰極13とニオブ酸化物層12とが剥離しにくくなる。その結果、さらに、漏れ電流およびESRを低減することができる。
In this solid electrolytic capacitor, since the second interface region B containing sulfur is formed in the vicinity of the interface between the
また、この実施形態による固体電解コンデンサの製造方法では、上記のように、陽極11の表面にイオウを含む表面層11cを形成した後で陽極酸化を行うことにより、ニオブ酸化物層12を形成しているので、陽極11とニオブ酸化物層12との界面付近の第1界面領域Aに容易にイオウを含ませることができる。これにより、リフロー工程などの熱処理の際に陽極11とニオブ酸化物層12との間に熱応力が作用した場合であっても、その応力を緩和することができる。これにより、ニオブ酸化物層12中に亀裂が生じにくくなるとともに、陽極11とニオブ酸化物層12とが剥離しにくくなる。その結果、漏れ電流およびESRを低減することができる。
In the method of manufacturing the solid electrolytic capacitor according to this embodiment, as described above, the
さらに、上記の陽極酸化により、ニオブ酸化物層12の表面付近(陰極13との界面側)には、イオウを含む第2界面領域を形成することができる。これにより、ニオブ酸化物層12上に形成される陰極13とニオブ酸化物層12との間に熱応力が作用した場合であっても、その応力を緩和することができるので、ニオブ酸化物層12中に亀裂が生じにくくなるとともに、陰極13とニオブ酸化物層12とが剥離しにくくなる。その結果、さらに、漏れ電流およびESRを低減することができる。
Furthermore, the second interface region containing sulfur can be formed in the vicinity of the surface of the niobium oxide layer 12 (on the interface side with the cathode 13) by the above anodic oxidation. Thereby, even when a thermal stress is applied between the
また、イオウを含む表面層11cは、イオウを含む溶融塩中でニオブを含む陽極11が陽極となるように電解処理することにより容易に形成することができる。これにより、陽極上に密着性よくイオウを含む表面層を形成することができるので、さらに、陽極とニオブ酸化物層との間の密着性を向上させることができる。
Further, the
次に、上記実施形態に基づいて固体電解コンデンサを作製し、評価を行った。 Next, a solid electrolytic capacitor was produced based on the above embodiment and evaluated.
(実験1)
実験1の固体電解コンデンサでは、基体11bは、約2μmの平均粒径を有するニオブ粒子を焼結することにより形成した。
(Experiment 1)
In the solid electrolytic capacitor of
また、第1界面領域Aおよび第2界面領域Bを含むニオブ酸化物層12は、次のようにして形成した。まず、陽極11とカーボン電極とを約700℃で溶融した硫化リチウム−硫化ナトリウム−硫化カリウム(溶融Li2S−Na2S−K2S)に浸漬した。そして、陽極11とカーボン電極との間に陽極11が陽極となるように約3.5Vの定電圧で約30分間電解処理(硫化処理)を行った。ここで、溶融Li2S−Na2S−K2Sは、本発明の「イオウを含む溶融塩」の一例である。これにより、イオウを含む表面層11cを陽極11上に形成した。次に、上記電解処理の後、陽極11を約60℃に保持した約0.1重量%の硝酸水溶液中において約16Vの定電圧で約10時間陽極酸化を行った。これにより、陽極11上にニオブ酸化物層12を形成した。このとき、陽極11とニオブ酸化物層12との界面付近には、第1界面領域Aが形成されるとともに、ニオブ酸化物層12の表面付近(陰極13が形成される側)には、第2界面領域Bが形成される。
The
また、導電性高分子層13aには、重合等で形成したポリピロールを用いた。また、外装体1は、エポキシ樹脂によりコンデンサ素子10を埋設し、これを硬化することにより形成した。
Further, polypyrrole formed by polymerization or the like was used for the
(実験2)
実験2の固体電解コンデンサは、陽極に対して上記の硫化処理を行わずに、直接、硝酸水溶液中で陽極酸化を行う以外は、実験1と同様に固体電解コンデンサを作製した。即ち、実験2の固体電解コンデンサでは、陽極およびニオブ酸化物層中にはイオウは含まれておらず、陽極上にはニオブ酸化物層が直接形成されている。
(Experiment 2)
The solid electrolytic capacitor of Experiment 2 was fabricated in the same manner as in
(実験3)
実験3の固体電解コンデンサは、陽極に対して上記の硫化処理を行う代わりに陽極を窒素ガス中で約300℃、約5分間加熱処理(窒化処理)する以外は、実験1と同様に固体電解コンデンサを作製した。即ち、実験3の固体電解コンデンサでは、陽極およびニオブ酸化物層中にはイオウの代わりに窒素が含まれている。
(Experiment 3)
The solid electrolytic capacitor of Experiment 3 was the same as that of
(評価)
まず、上記実験1で作製した固体電解コンデンサのニオブ酸化物層12について、厚さ方向の組成分析を行った。図7は、実験1で作製したニオブ酸化物層23のエネルギー分散型X線分析(EDX)法による測定結果を示す図である。なお、測定は、導電性高分子層14を形成する前に行った。図7において、縦軸は元素の存在比(at%)を示し、横軸はニオブ酸化物層の表面からの深さを示す。
(Evaluation)
First, composition analysis in the thickness direction was performed on the
図7より、ニオブ酸化物層12の表面から約40nm以上の深さの領域(i)には酸素がほとんど存在しておらず、領域(i)は陽極11として機能すると考えられる。また、酸素の存在している表面から約40nmの深さまでの領域(ii)はニオブ酸化物層12であり、誘電体層として機能すると考えられる。
From FIG. 7, it is considered that almost no oxygen is present in the region (i) having a depth of about 40 nm or more from the surface of the
また、領域(ii)と、領域(i)の領域(ii)側の界面付近とにはイオウが含まれており、特に、領域(i)および(ii)に跨る界面付近の領域(iii)と領域(ii)の表面付近の領域(iv)とには、それぞれ、他の領域よりも高濃度(最大約10at%)のイオウが含まれていた。なお、領域(ii)における平均イオウ濃度は、約2.5at%であった。これらの領域(iii)および(iv)は、それぞれ、上記実施形態の第1界面領域Aおよび第2界面領域Bに相当すると考えられる。 Further, the region (ii) and the vicinity of the interface on the region (ii) side of the region (i) contain sulfur, and in particular, the region (iii) near the interface over the regions (i) and (ii). And the region (iv) near the surface of the region (ii) contained sulfur at a higher concentration (up to about 10 at%) than the other regions. The average sulfur concentration in region (ii) was about 2.5 at%. These regions (iii) and (iv) are considered to correspond to the first interface region A and the second interface region B of the above embodiment, respectively.
次に、上記各実験で作製した固体電解コンデンサに対して、約240℃、約5分の熱処理を行った後、陽極端子および陰極端子間に約5Vの定電圧を印加し、約20秒後の漏れ電流を測定した。さらに、約100kHzの周波数におけるESRをLCRメータを用いて測定した。結果を表1に示す。 Next, the solid electrolytic capacitor produced in each of the above experiments was heat-treated at about 240 ° C. for about 5 minutes, and then a constant voltage of about 5 V was applied between the anode terminal and the cathode terminal, and after about 20 seconds. The leakage current was measured. Furthermore, ESR at a frequency of about 100 kHz was measured using an LCR meter. The results are shown in Table 1.
表1に示すように、実験1の固体電解コンデンサは、他の固体電解コンデンサと比較して漏れ電流およびESRが十分低減されていることがわかった。
As shown in Table 1, the solid electrolytic capacitor of
なお、上記のように、実験1の固体電解コンデンサでは、ニオブ酸化物層12の第1界面領域Aと第2界面領域Bとの間の領域にも約2.5at%のイオウが存在していた。これにより、陽極11および陰極13とのそれぞれの界面領域だけでなく、ニオブ酸化物層12の内部においても亀裂が生じにくくなっていると考えられ、漏れ電流が効果的に低減されていると考えられる。
As described above, in the solid electrolytic capacitor of
(実験4〜11)
次に、上記の第1界面領域Aおよび第2界面領域Bの最大イオウ濃度と漏れ電流およびESRとの関係について検討した。
(Experiments 4-11)
Next, the relationship between the maximum sulfur concentration in the first interface region A and the second interface region B, the leakage current, and the ESR was examined.
実験4〜11では、上記の硫化処理の時間を変える以外は、実験1と同様に固体電解コンデンサを形成した。各実験での硫化処理の時間を表2に示す。また、それぞれ得られたニオブ酸化物層12に対して、実験1と同様にEDXにより厚さ方向の組成分析を行い、ニオブ酸化物層12の第1界面領域Aおよび第2界面領域Bの最大イオウ濃度を測定した。さらに、実験1〜3と同様に、作製した固体電解コンデンサの漏れ電流およびESRを評価した。結果をまとめて表2に示す。なお、実験4〜11の固体電解コンデンサでは、いずれもニオブ酸化物層12の第1界面領域Aおよび第2界面領域Bの最大イオウ濃度は同等の値であったので、表2では、それぞれ、第2界面領域Bの最大イオウ濃度の値を示した。
In Experiments 4 to 11, solid electrolytic capacitors were formed in the same manner as in
表2に示すように、実験4〜11の固体電解コンデンサの漏れ電流およびESRは、いずれも、実験2の固体電解コンデンサよりも漏れ電流が小さく、実験2および3の固体電解コンデンサよりもESRが小さい。実験4〜10の固体電解コンデンサでは、実験3の固体電解コンデンサよりも漏れ電流が小さく、特に、ニオブ酸化物層12中の第1界面領域Aおよび第2界面領域Bの最大イオウ濃度が約2〜25at%である実験5〜8の固体電解コンデンサでは、漏れ電流およびESRがどちらも十分小さいことがわかった。
As shown in Table 2, the leakage current and ESR of the solid electrolytic capacitors of Experiments 4 to 11 are both smaller than the solid electrolytic capacitor of Experiment 2, and the ESR is lower than that of the solid electrolytic capacitors of Experiments 2 and 3. small. In the solid electrolytic capacitors of Experiments 4 to 10, the leakage current is smaller than that of the solid electrolytic capacitor of Experiment 3, and in particular, the maximum sulfur concentration in the first interface region A and the second interface region B in the
なお、上記実験では、イオウを含む溶融塩として、Li2S−Na2S−K2Sを用いたが、本発明はこれに限らず、Li2S−K2SおよびLi2S−Na2Sなどを用いることができる。また、イオウを含む溶融塩中で陽極11を電解処理(硫化処理)することによりイオウを含む表面層11cを形成したが、本発明はこれに限らず、H2Sなどの熱分解によりニオブを含む陽極上にニオブ硫化物を含む界面層を形成することができる。
In the above experiment, Li 2 S—Na 2 S—K 2 S was used as the molten salt containing sulfur. However, the present invention is not limited to this, and Li 2 S—K 2 S and Li 2 S—Na are used. 2 S or the like can be used. Moreover, the
1 外装体
10 コンデンサ素子
11 陽極
11a 陽極リード
11b 基体
11c 表面層
12 ニオブ酸化物層
13 陰極
13a 導電性高分子層
13b 第1導電層
13c 第2導電層
14 陽極端子
15 第3導電層
16 陰極端子
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記陽極上に形成されたニオブ酸化物層と、
前記ニオブ酸化物層上に形成された陰極と、
前記陰極上に形成された外装体とを備え、
前記ニオブ酸化物層と前記陽極との界面付近には、イオウを含む第1界面領域が形成されている、固体電解コンデンサ。 An anode containing niobium,
A niobium oxide layer formed on the anode;
A cathode formed on the niobium oxide layer;
An exterior body formed on the cathode,
A solid electrolytic capacitor in which a first interface region containing sulfur is formed in the vicinity of an interface between the niobium oxide layer and the anode.
前記表面層を有する前記陽極を水溶液中で陽極酸化することにより前記陽極上にニオブ酸化物層を形成する工程と、
前記ニオブ酸化物層上に陰極を形成する工程と、
前記陰極上に外装体を形成する工程とを備える、固体電解コンデンサの製造方法。 Forming a surface layer containing sulfur on the anode containing niobium;
Forming a niobium oxide layer on the anode by anodizing the anode having the surface layer in an aqueous solution;
Forming a cathode on the niobium oxide layer;
And a step of forming an exterior body on the cathode.
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