JP2008198984A - ニオブ固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

ニオブ固体電解コンデンサ及びその製造方法 Download PDF

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泰三 小林
Kazuhiro Takatani
和宏 高谷
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睦 矢野
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Abstract

【課題】リフロー工程などの高熱処理により発生する漏れ電流を低減することができるニオブ固体電解コンデンサ及びその製造方法を得る。
【解決手段】ニオブまたはニオブ合金からなる陽極1と、陽極1表面に陽極酸化により形成された誘電体層2と、誘電体層2上に形成された陰極4とを備え、誘電体層2中に窒素及びフッ素が含有されていることを特徴としており、好ましくは、誘電体層2中のフッ素が、陰極側から陽極側に向って増加する濃度勾配を有している。
【選択図】図1

Description

本発明は、ニオブ固体電解コンデンサ及びその製造方法に関するものである。
ニオブは、従来の固体電解コンデンサの材料であるタンタルに比べて誘電率が約1.8倍大きいことから、次世代の高容量固体電解コンデンサの材料として注目されている。
しかしながら、固体電解コンデンサを基板に表面実装する際に、リフロー工程において高温にさらされる。この際、酸化ニオブからなる誘電体層中の酸素の一部が陽極に拡散して、誘電体層の厚みが減少し、さらに誘電体層中に欠陥が生じる場合がある。その結果、誘電体層中において漏れ電流が生じ易くなる。
このような漏れ電流を低減させる目的で、ニオブまたはニオブ合金からなる陽極を、フッ素イオンを含む水溶液で陽極酸化した後、リン酸イオンまたは硫酸イオンを含む水溶液中で再度陽極酸化する方法が提案されている(特許文献1)。このような方法によれば、漏れ電流をある程度低減させることができるが、さらに漏れ電流を低減させることが望まれている。
一方、特許文献2においては、ニオブ固体電解コンデンサを部品実装させる際のリフロー工程の前後で、静電容量の変化を少なくするため、陽極を窒化処理することが提案されている。
特開2005−252224号公報 特開平11−329902号公報
本発明の目的は、リフロー工程などの熱処理により発生する漏れ電流を低減することができるニオブ固体電解コンデンサ及びその製造方法を提供することにある。
本発明のニオブ固体電解コンデンサは、ニオブまたはニオブ合金からなる陽極と、陽極表面に形成された誘電体層と、誘電体層の上に形成された陰極とを備え、誘電体層中に窒素及びフッ素が含有されていることを特徴としている。
本発明においては、誘電体層中に窒素及びフッ素が含有されているため、誘電体層内部に欠陥が発生するのを抑制することができ、またリフロー工程等の熱処理の際に、誘電体層中の一部の酸素が陽極側に拡散するのを抑制することができる。このため、本発明によれば、漏れ電流を著しく抑制することができる。
また、本発明においては、誘電体層中のフッ素が、陰極側から陽極側に向って増加する濃度分布(濃度勾配)を有していることが好ましい。フッ素がこのような濃度分布を有することにより、より一層漏れ電流を低減することができる。
また、本発明においては、誘電体層中にリンがさらに含有されていることが好ましい。誘電体層中にリンがさらに含有されることにより、誘電体層表面の欠陥の発生をさらに抑制することができ、より一層漏れ電流を低減することができる。
誘電体層中のリンは、陰極側に偏在していることが好ましい。特に、誘電体層の厚みの1/10の陰極側の領域に誘電体層中の90%以上のリンが存在していることが好ましい。
本発明において、窒素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.01〜5重量%の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは、0.05〜3重量%の範囲であり、さらに好ましくは、0.1〜2重量%の範囲である。このような範囲内とすることにより、漏れ電流をより低減することができる。
本発明において、フッ素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して0.002〜1重量%の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは、0.01〜0.7重量%の範囲であり、さらに好ましくは、0.02〜0.5重量%の範囲である。このような範囲とすることにより、漏れ電流をより低減することができる。
本発明において、誘電体層がリンを含有する場合のリンの含有量は、0.0003〜0.15重量%の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは、0.0015〜0.1重量%の範囲であり、さらに好ましくは0.003〜0.06重量%の範囲である。このような範囲とすることにより、漏れ電流をより低減することができる。
本発明のニオブ固体電解コンデンサにおいては、容量と電解電圧の積であるCV値が、1gあたり100,000〔μF・V/g〕以上であるニオブ粉末または合金粉末を用いることが好ましい。CV値をこのような範囲とすることにより、漏れ電流をさらに低減させることができる。CV値の上限値は特に設定されるものではないが、一般には、500,000〔μF・V/g〕以下である。
本発明の製造方法は、上記本発明のニオブ固体電解コンデンサを製造することができる方法であり、窒素を含有したニオブまたはニオブ合金からなる陽極を、フッ素イオンを含む水溶液中で陽極酸化する工程を含むことを特徴としている。
本発明の製造方法によれば、漏れ電流を低減することができるニオブ固体電解コンデンサを簡易な工程で、かつ効率的に製造することができる。
誘電体層中にリンがさらに含有される場合には、上記の陽極酸化後、リン酸水溶液中で再度陽極酸化することにより、誘電体層中にリンを含有させることができる。
本発明において、フッ素イオンを含む水溶液としては、フッ化アンモニウム、フッ化カリウム、フッ化ナトリウム、フッ酸などの水溶液が挙げられる。
フッ素イオンを含む水溶液のフッ素イオンの濃度としては、特に限定されるものではないが、0.01〜0.10重量%が好ましく、さらに好ましくは0.03〜0.07重量%である。また、陽極酸化する際のフッ素イオンを含む水溶液の温度としては、10〜80℃の範囲が好ましく、さらに好ましくは20〜50℃の範囲である。
また、リン酸水溶液の濃度は、特に限定されるものではないが、0.2〜5重量%の範囲が好ましく、さらに好ましくは、0.3〜2重量%の範囲である。また、再度陽極酸化する際の温度は、40〜90℃の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは60〜70℃の範囲である。
本発明において、誘電体層中に窒素を含有させる方法としては、ニオブ粉末またはニオブ合金粉末を窒化処理した後、焼結させて窒素を含有した陽極を形成するか、あるいはニオブ粉末またはニオブ合金粉末を焼結させた後、窒化処理して窒素を含有させた陽極を形成することにより誘電体層中に窒素を含有させる方法が挙げられる。
窒化処理の温度は、200〜1000℃の範囲が好ましく、さらに好ましくは250〜800℃の範囲であり、さらに好ましくは300〜600℃の範囲である。また、窒化処理の時間は、1分〜1時間の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは10分〜40分の範囲であり、さらに好ましくは15分〜30分の範囲である。
また、窒化処理の際の雰囲気中の窒素含有率は、80〜100%であることが好ましく、さらに好ましくは90〜100%であり、さらに好ましくは95〜100%である。
陽極を形成するニオブ合金としては、例えば、タングステン、バナジウム、亜鉛、アルミニウム、モリブデン、ハフニウム、及びジルコニウムなどの元素を少なくとも1種含むニオブを主体としたニオブ合金が挙げられる。
本発明において、誘電体層の上には、一般的なニオブ固体電解コンデンサと同様に、導電性高分子層を形成し、その上にカーボン層及び銀ペースト層などからなる陰極を形成する。
本発明によれば、リフロー工程などの高熱処理により発生する漏れ電流を低減することができる。
本発明の製造方法によれば、上記本発明のニオブ固体電解コンデンサを簡易にかつ効率良く製造することができる。
以下、本発明の一実施形態について、さらに詳細に説明するが、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。
図1は、本発明に従う一実施形態のニオブ固体電解コンデンサを示す概略断面図である。図1に示すように、ニオブ固体電解コンデンサ10においては、陽極1の表面に、誘電体層2、導電性高分子層3、カーボン層4a、及び銀ペースト層4bが順に形成されている。陽極1は、ニオブの多孔質焼結体から形成されている。
カーボン層4a及び銀ペースト層4bから陰極4が構成されている。銀ペースト層4bには、導電性接着剤層5を介して陰極端子6が接続されている。ニオブ陽極1の中心部には陽極リード1aが接続されており、陽極リード1aは、陽極端子7に接続されている。陽極端子7及び陰極端子6の端部が、外部に引き出されるように、モールド外装樹脂8が形成されている。
ニオブ陽極1は、ニオブ粒子の多孔質焼結体から形成されており、誘電体層2は、この多孔質焼結体の表面に形成されており、絶縁性の高い酸化ニオブ(Nb)を主成分としている。
導電性高分子層3は、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性高分子から形成されている。本実施形態では、電解質層として導電性高分子層3を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、電解質層として酸化マンガン等の他の材料から形成されるものを用いてもよい。
カーボン層4aは、カーボンペーストを塗布することにより形成されており、銀ペースト層4bは、銀粒子及び有機溶剤等を含有する銀ペーストを塗布することにより形成されている。
以下、実施例及び比較例を説明する。
<実験1>
(実施例1)
ステップ1:
先ず、陽極酸化皮膜形成後のニオブ焼結体の容量と陽極酸化電圧の積であるCV値が、150,000〔μF・V/g〕であるニオブ粉末を、400℃で20分間窒化処理した。窒化処理の雰囲気は窒素100%とした。窒化処理後のニオブ粉末をJIS G1228に規定された熱伝導度法により、その窒素含有量を分析した結果、1重量%であった。
以下、特に断らない限り、各実施例及び比較例におけるCV値は150,000〔μF・V/g〕である。
ステップ2:
ステップ1で作製したニオブ粉末を約1200℃で焼結させることにより、多孔質焼結体からなるニオブ陽極1を形成した。ニオブ陽極1においては、ニオブ粒子間が溶着した多孔質焼結体となっている。
このニオブ陽極1を、60℃に保持した0.1重量%のフッ化アンモニウム水溶液中において、10Vの定電圧で10時間陽極酸化させた。これにより、陽極1の表面に、誘電体層2を形成した。
以上のようにして形成した誘電体層2の組成をXPS(X線光電子分光分析)で分析した。
図2は、XPSで誘電体層の組成を分析した結果を示す図である。横軸はスパッタ時間(分)を示しており、誘電体層の深さ方向の厚みに相当する。つまり、スタッパ時間が0分とは、誘電体層の表面のことであり、誘電体層の陰極側である。また、スパッタ時間が進んで、誘電体層の酸素濃度が減少し、陽極材料であるニオブ濃度が増加する辺りが、誘電体層の陽極側に相当する。左側の縦軸は、Nb(ニオブ)とO(酸素)とN(窒素)の存在比(%)を示しており、右側の縦軸はF(フッ素)の存在比(%)を示している。
図2に示すように、誘電体層中には、酸素が存在しており、誘電体中の主成分は、ニオブと酸素である。誘電体層中に存在する窒素は、上述の窒化処理により導入されたものである。
また、誘電体層中には、フッ素が存在している。誘電体層中のフッ素は、図2に示すように、陰極側から陽極側に向って増加する濃度勾配を有している。
一方、誘電体層中の窒素は、誘電体層においてほぼ均一に存在している。
誘電体層中に存在する窒素の含有量は、上述のように、陽極及び誘電体層の合計に対して1重量%である。
また、誘電体層中に存在するフッ素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して0.24重量%である。なお、フッ素の含有量は、JIS G1228に規定された熱伝導法による窒素含有量とXPSによる窒素とフッ素の存在比から算出した。
ステップ3:
次に、誘電体層2の表面上に、化学重合法等によりポリピロール膜を形成し、導電性高分子層3とした。導電性高分子層3の上に、カーボンペースト及び銀ペーストを順次塗布し、カーボン層4a及び銀ペースト層4bを形成し、上述のようにして固体電解コンデンサA1を形成した。
(実施例2)
実施例1のステップ2において、フッ化アンモニウム水溶液を用いて陽極酸化させた後、さらに60℃で1重量%のリン酸水溶液中において、2時間再度陽極酸化し、誘電体層を形成した。形成した誘電体層の組成をXPSで分析した。
図3は、誘電体層の組成をXPSで分析した結果を示す図である。
図3において、横軸は、スパッタ時間(分)であり、誘電体層の深さ方向の厚みに相当する。左側の縦軸は、Nb(ニオブ)とO(酸素)とN(窒素)の存在比(%)を示しており、右側の縦軸はF(フッ素)とP(リン)の存在比(%)を示している。
図3に示すように、本実施例においては、誘電体層の表面近傍にリンが存在している。リンは、陰極側に偏在している。酸素の濃度の最大値の10%となる深さを、誘電体層の厚みと定義した場合、リンは、誘電体層の厚みの1/10の範囲内に、全体の90%以上が存在するように、陰極側に偏在している。
窒素の含有量は、上述のように、陽極及び誘電体層の合計に対して、1重量%であり、フッ素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して0.24重量%であり、リンの含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.03重量%である。リンの含有量は、JIS G1228に規定された熱伝導法による窒素含有量とXPSによる窒素とリンの存在比から算出した。
次に、実施例1と同様にして、固体電解コンデンサA2を作製した。
(実施例3)
実施例2において準じている実施例1のステップ1において、ニオブ粉末の代わりに、タングステンを1重量%、アルミニウム0.5重量%含有したニオブ合金粉末を窒化処理した。それ以外は実施例2と同様にして固体電解コンデンサA3を作製した。従って、本実施例においては、誘電体層に窒素、フッ素及びリンが含有されている。
窒素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、1重量%であった。
(比較例1)
実施例1のステップ2において、フッ化アンモニウムの代わりに、0.1重量%の硝酸水溶液を用いて、陽極酸化した。それ以外は、実施例1と同様にして、固体電解コンデンサX1を作製した。
(比較例2)
実施例1において、ステップ1における窒化処理を行わず、また、ステップ2において、フッ化アンモニウムの代わりに0.1重量%の硝酸水溶液を用いて陽極酸化した。それ以外は、実施例1と同様にして、固体電解コンデンサX2を作製した。
(比較例3)
実施例1において、ステップ1における窒化処理を行わずに、陽極を形成し、この陽極を実施例1と同様にしてフッ化アンモニウム水溶液で陽極酸化した。それ以外は、実施例1と同様にして固体電解コンデンサYを作製した。
(比較例4)
実施例2において、ステップ1における窒化処理を行わずに、陽極を形成し、この陽極をフッ化アンモニウム水溶液中及びリン酸水溶液中で陽極酸化した。それ以外は、実施例2と同様にして固体電解コンデンサZを作製した。
〔コンデンサの評価〕
上記で作製した固体電解コンデンサA1、A2、X1、X2、Y及びZについて漏れ電流を測定した。漏れ電流は、コンデンサを250℃で10分間熱処理した後、5Vの電圧を印加し、20秒後の電流を測定した。
測定結果を表1に示す。
なお、表1に示す漏れ電流の値は、コンデンサA1の値を100とした指数である。
Figure 2008198984
誘電体層中に、窒素のみを含有させたコンデンサX1は、誘電体層中に窒素を含有させていないコンデンサX2と比べ、漏れ電流においてほとんど改善されていない。従って、誘電体層中に窒素のみを含有させただけでは、漏れ電流を低減する効果がほとんど得られないことがわかる。
誘電体層中に、フッ素のみを含有させたコンデンサYは、コンデンサX2に比べ、漏れ電流低減の効果が得られている。また、誘電体層中にフッ素及びリンのみを含有させたコンデンサZも、誘電体層中に何も含有させていないコンデンサX2に比べ、漏れ電流が低減している。
本発明に従い、誘電体層中に窒素及びフッ素を含有させたコンデンサA1は、誘電体層中にフッ素のみを含有させたコンデンサYよりも漏れ電流がさらに低減されている。従って、誘電体層中にフッ素のみならず、フッ素と窒素を含有させることにより相乗効果によって、漏れ電流がさらに低減されたものと考えられる。
また、本発明に従い誘電体層中に窒素とフッ素とリンを含有させたコンデンサA2は、誘電体層中にフッ素及びリンを含有させたコンデンサZに比べ、漏れ電流がさらに低減されている。従って、誘電体層中にフッ素及びリンのみならず、窒素を含有させることにより、相乗効果が発揮され、さらに漏れ電流が低減したものと考えられる。
コンデンサA1とA2の比較から、誘電体層中にさらにリンを含有させることにより、一層漏れ電流を低減できることがわかる。
<実験2>
ここでは、誘電体層における窒素の含有量が、漏れ電流の低減に及ぼす影響を検討した。
(実施例4)
実施例1のステップ1において、ニオブ粉末を400℃で1分間窒化処理した。それ以外は実施例1と同様にして固体電解コンデンサA4を作製した。従って、本実施例においては、誘電体層に窒素、及びフッ素が含有されている。
窒素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.01重量%であった。
(実施例5)
実施例1のステップ1において、ニオブ粉末を400℃で10分間窒化処理した。それ以外は、実施例1と同様にして、固体電解コンデンサA5を作製した。従って、本実施例においては、誘電体層に窒素、及びフッ素が含有されている。
窒化処理により含有させた窒素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.05重量%であった。
(実施例6)
実施例1のステップ1において、ニオブ粉末を400℃で15分間窒化処理した。それ以外は実施例1と同様にして固体電解コンデンサA6を作製した。従って、本実施例においては、誘電体層に窒素、及びフッ素が含有されている。
窒素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.1重量%であった。
(実施例7)
実施例1のステップ1において、ニオブ粉末を400℃で30分間窒化処理した。それ以外は実施例1と同様にして固体電解コンデンサA7を作製した。従って、本実施例においては、誘電体層に窒素、及びフッ素が含有されている。
窒素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、2重量%であった。
(実施例8)
実施例1のステップ1において、ニオブ粉末を400℃で40分間窒化した。それ以外は、実施例1と同様にして、固体電解コンデンサA8を作製した。従って、本実施例においては、誘電体層に窒素、及びフッ素が含有されている。
窒素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、3重量%であった。
(実施例9)
実施例1のステップ1において、ニオブ粉末を400℃で60分間窒化した。それ以外は、実施例1と同様にして、固体電解コンデンサA9を作製した。従って、本実施例においては、誘電体層に窒素、及びフッ素が含有されている。
窒素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、5重量%であった。
(実施例10)
実施例1のステップ1において、ニオブ粉末を400℃で90分間窒化した。それ以外は、実施例1と同様にして、固体電解コンデンサA10を作製した。従って、本実施例においては、誘電体層に窒素、及びフッ素が含有されている。
窒素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、10重量%であった。
〔コンデンサの評価〕
上記で測定した固体電解コンデンサの漏れ電流を実験1と同様にして測定した。
測定結果を表2に示す。なお、漏れ電流の値は、コンデンサA1の値を100とした指数である。表2には、コンデンサY及びコンデンサA1の値も併せて示す。
Figure 2008198984
表2に示す結果から明らかなように、窒素の含有量を陽極及び誘電体層の合計に対して0.01〜5重量%、より好ましくは0.05〜3重量%、さらに好ましくは0.1〜2重量%の範囲内にすることにより、漏れ電流を顕著に低減できることがわかる。
(実施例11)
実施例2において準じている実施例1のステップ1において、ニオブ粉末を400℃で1分間窒化処理した。それ以外は実施例2と同様にして固体電解コンデンサA11を作製した。従って、本実施例においては、誘電体層に窒素、フッ素及びリンが含有されている。
窒素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.01重量%であった。
(実施例12)
実施例2において準じている実施例1のステップ1において、ニオブ粉末を400℃で10分間窒化処理した。それ以外は、実施例2と同様にして固体電解コンデンサA12を作製した。従って、本実施例においては、誘電体層に窒素、フッ素及びリンが含有されている。
窒素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.05重量%であった。
(実施例13)
実施例2において準じている実施例1のステップ1において、ニオブ粉末を400℃で15分間窒化処理した。それ以外は実施例2と同様にして固体電解コンデンサA13を作製した。従って、本実施例においては、誘電体層に窒素、フッ素及びリンが含有されている。
窒素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.1重量%であった。
(実施例14)
実施例2において準じている実施例1のステップ1において、ニオブ粉末を400℃で30分間窒化処理した。それ以外は実施例2と同様にして固体電解コンデンサA14を作製した。従って、本実施例においては、誘電体層に窒素、フッ素及びリンが含有されている。
窒素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、2重量%であった。
(実施例15)
実施例2において準じている実施例1のステップ1において、ニオブ粉末を400℃で40分間窒化処理した。それ以外は、実施例2と同様にして固体電解コンデンサA15を作製した。従って、本実施例においては、誘電体層に、窒素、フッ素及びリンが含有されている。
窒素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、3重量%であった。
(実施例16)
実施例2において準じている実施例1のステップ1において、ニオブ粉末を400℃で60分間窒化した。それ以外は、実施例2と同様にして固体電解コンデンサA16を作製した。従って、本実施例においては、誘電体層に、窒素、フッ素及びリンが含有されている。
なお、窒素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、5重量%であった。
(実施例17)
実施例2において準じている実施例1のステップ1において、ニオブ粉末を400℃で90分間窒化した。それ以外は、実施例2と同様にして固体電解コンデンサA17を作製した。従って、本実施例においては、誘電体層に、窒素、フッ素及びリンが含有されている。
なお、窒素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、10重量%であった。
〔コンデンサの評価〕
上記で作製した固体電解コンデンサの漏れ電流を、実験1と同様にして測定した。
測定結果を表3に示す。なお、漏れ電流の値は、コンデンサA1の値を100とした指数である。表3には、コンデンサZ及びコンデンサA2の値も併せて示す。
Figure 2008198984
表3に示す結果から明らかなように、窒素の含有量を陽極及び誘電体層の合計に対して0.01〜5重量%、より好ましくは0.05〜3重量%、さらに好ましくは0.1〜2重量%の範囲とすることにより、漏れ電流を顕著に低減できることがわかる。
<実験3>
ここでは、電解酸化被膜形成後のニオブ焼結体の容量と陽極酸化電圧の積であるCV値が、漏れ電流の低減に及ぼす影響について検討した。
(実施例18)
CV値が100,000〔μF・V/g〕であるニオブ粉末を用い、静電容量を他の実施例と共通にするため、化成電圧を6.7Vにした以外は、実施例1と同様にして固体電解コンデンサA18を作製した。
窒素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して1重量%であり、フッ素の含有量は陽極及び誘電体層の合計に対して0.24重量%であった。
(実施例19)
CV値が80,000〔μF・V/g〕であるニオブ粉末を用い、静電容量を他の実施例と共通にするため、化成電圧を5.3Vにした以外は、実施例1と同様にして固体電解コンデンサA19を作製した。
窒素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して1重量%であり、フッ素の含有量は陽極及び誘電体層の合計に対して0.24重量%であった。
〔コンデンサの評価〕
上記で作製した固体電解コンデンサの漏れ電流を陽極酸化電圧の1/2の測定電圧で測定した以外は、実験1と同様にして測定した。測定結果を表4に示す。なお、漏れ電流の値は、コンデンサA1の値を100とした指数である。表4には、コンデンサA1の値も併せて示す。
Figure 2008198984
表4に示す結果から明らかなように、CV値を100,000〔μF・V/g〕以上にすることにより、漏れ電流が顕著に低減できることがわかる。
(実施例20)
CV値が100,000〔μF・V/g〕であるニオブ粉末を用い、静電容量を他の実施例と共通にするため、化成電圧を6.7Vにした以外は、実施例2と同様にして固体電解コンデンサA20を作製した。
窒素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して1重量%であり、フッ素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して0.24重量%であり、リンの含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して0.03重量%であった。
(実施例21)
CV値が80,000〔μF・V/g〕であるニオブ粉末を用い、静電容量を他の実施例と共通にするため、化成電圧を5.3Vにした以外は、実施例2と同様にして固体電解コンデンサA21を作製した。
窒素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して1重量%であり、フッ素の含有量は、陽極及び誘電体の合計に対して0.24重量%であり、リンの含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して0.03重量%であった。
〔コンデンサの評価〕
上記で作製した固体電解コンデンサの漏れ電流を、実験1と同様にして測定した。
測定結果を表5に示す。なお、漏れ電流の値は、コンデンサA1の値を100とした指数である。表5には、コンデンサA2の値も併せて示す。
Figure 2008198984
表5に示す結果から明らかなように、CV値が100,0000〔μF・V/g〕以上の場合は、漏れ電流を顕著に低減できることがわかる。
<実験4>
ここでは、フッ素の含有量が漏れ電流の低減に及ぼす影響について検討した。
(実施例22)
実施例1のステップ2において、フッ化アンモニウム水溶液の濃度を0.01重量%とした。それ以外は、実施例1と同様にして、固体電解コンデンサA22を作製した。なお、フッ素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.001重量%であった。
(実施例23)
実施例1のステップ2において、フッ化アンモニウム水溶液の濃度を0.02重量%とした。それ以外は、実施例1と同様にして、固体電解コンデンサA23を作製した。なお、フッ素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.002重量%であった。
(実施例24)
実施例1のステップ2において、フッ化アンモニウム水溶液の濃度を0.06重量%とした。それ以外は、実施例1と同様にして、固体電解コンデンサA24を作製した。なお、フッ素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.01重量%であった。
(実施例25)
実施例1のステップ2において、フッ化アンモニウム水溶液の濃度を0.08重量%とした。それ以外は、実施例1と同様にして、固体電解コンデンサA25を作製した。なお、フッ素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.02重量%であった。
(実施例26)
実施例1のステップ2において、フッ化アンモニウム水溶液の濃度を0.12重量%とした。それ以外は、実施例1と同様にして、固体電解コンデンサA26を作製した。なお、フッ素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.5重量%であった。
(実施例27)
実施例1のステップ2において、フッ化アンモニウム水溶液の濃度を0.14重量%とした。それ以外は、実施例1と同様にして、固体電解コンデンサA27を作製した。なお、フッ素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.7重量%であった。
(実施例28)
実施例1のステップ2において、フッ化アンモニウム水溶液の濃度を0.2重量%とした。それ以外は、実施例1と同様にして、固体電解コンデンサA28を作製した。なお、フッ素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、1重量%であった。
(実施例29)
実施例1のステップ2において、フッ化アンモニウム水溶液の濃度を0.3重量%とした。それ以外は、実施例1と同様にして、固体電解コンデンサA29を作製した。なお、フッ素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、2重量%であった。
〔コンデンサの評価〕
上記で作製した固体電解コンデンサの漏れ電流を、実験1と同様にして測定した。
測定結果を表6に示す。なお、漏れ電流の値は、コンデンサA1の値を100とした指数である。表6には、コンデンサA1の値も併せて示す。
Figure 2008198984
表6に示す結果から明らかなように、フッ素の含有量を陽極及び誘電体層の合計に対して、0.002〜1重量%の範囲とすることにより、漏れ電流を顕著に低減できることがわかる。
(実施例30)
実施例2において準じている実施例1のステップ2において、フッ化アンモニウム水溶液の濃度を0.01重量%とした。それ以外は、実施例2と同様にして、固体電解コンデンサA30を作製した。なお、フッ素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.001重量%であった。
(実施例31)
実施例2において準じている実施例1のステップ2において、フッ化アンモニウム水溶液の濃度を0.02重量%とした。それ以外は、実施例2と同様にして、固体電解コンデンサA31を作製した。なお、フッ素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.002重量%であった。
(実施例32)
実施例2において準じている実施例1のステップ2において、フッ化アンモニウム水溶液の濃度を0.06重量%とした。それ以外は、実施例2と同様にして、固体電解コンデンサA32を作製した。なお、フッ素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.01重量%であった。
(実施例33)
実施例2において準じている実施例1のステップ2において、フッ化アンモニウム水溶液の濃度を0.08重量%とした。それ以外は、実施例2と同様にして、固体電解コンデンサA33を作製した。なお、フッ素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.02重量%であった。
(実施例34)
実施例2において準じている実施例1のステップ2において、フッ化アンモニウム水溶液の濃度を0.12重量%とした。それ以外は、実施例2と同様にして、固体電解コンデンサA34を作製した。なお、フッ素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.5重量%であった。
(実施例35)
実施例2において準じている実施例1のステップ2において、フッ化アンモニウム水溶液の濃度を0.14重量%とした。それ以外は、実施例2と同様にして、固体電解コンデンサA35を作製した。なお、フッ素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.7重量%であった。
(実施例36)
実施例2において準じている実施例1のステップ2において、フッ化アンモニウム水溶液の濃度を0.2重量%とした。それ以外は、実施例2と同様にして、固体電解コンデンサA36を作製した。なお、フッ素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、1重量%であった。
(実施例37)
実施例2において準じている実施例1のステップ2において、フッ化アンモニウム水溶液の濃度を0.3重量%とした。それ以外は、実施例2と同様にして、固体電解コンデンサA37を作製した。なお、フッ素の含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、2重量%であった。
〔コンデンサの評価〕
上記で作製した固体電解コンデンサの漏れ電流を、実験1と同様にして測定した。
測定結果を表7に示す。なお、漏れ電流の値は、コンデンサA1の値を100とした指数である。表7には、コンデンサA2の値も併せて示す。
Figure 2008198984
<実験5>
ここでは、リン酸の含有量が漏れ電流の低減に及ぼす影響について検討した。
(実施例38)
実施例2において準じている実施例1のステップ2において、リン酸水溶液の濃度を0.1重量%とした。それ以外は、実施例2と同様にして、固体電解コンデンサA38を作製した。なお、リンの含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.0001重量%であった。
(実施例39)
実施例2において準じている実施例1のステップ2において、リン酸水溶液の濃度を0.2重量%とした。それ以外は、実施例2と同様にして、固体電解コンデンサA39を作製した。なお、リンの含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.0003重量%であった。
(実施例40)
実施例2において準じている実施例1のステップ2において、リン酸水溶液の濃度を0.3重量%とした。それ以外は、実施例2と同様にして、固体電解コンデンサA40を作製した。なお、リンの含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.0015重量%であった。
(実施例41)
実施例2において準じている実施例1のステップ2において、リン酸水溶液の濃度を0.5重量%とした。それ以外は、実施例2と同様にして、固体電解コンデンサA41を作製した。なお、リンの含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.0030重量%であった。
(実施例42)
実施例2において準じている実施例1のステップ2において、リン酸水溶液の濃度を1.5重量%とした。それ以外は、実施例2と同様にして、固体電解コンデンサA42を作製した。なお、リンの含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.06重量%であった。
(実施例43)
実施例2において準じている実施例1のステップ2において、リン酸水溶液の濃度を2重量%とした。それ以外は、実施例2と同様にして、固体電解コンデンサA43を作製した。なお、リンの含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.1重量%であった。
(実施例44)
実施例2において準じている実施例1のステップ2において、リン酸水溶液の濃度を5重量%とした。それ以外は、実施例2と同様にして、固体電解コンデンサA44を作製した。なお、リンの含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.15重量%であった。
(実施例45)
実施例2において準じている実施例1のステップ2において、リン酸水溶液の濃度を10重量%とした。それ以外は、実施例2と同様にして、固体電解コンデンサA45を作製した。なお、リンの含有量は、陽極及び誘電体層の合計に対して、0.3重量%であった。
〔コンデンサの評価〕
上記で作製した固体電解コンデンサの漏れ電流を、実験1と同様にして測定した。
測定結果を表8に示す。なお、漏れ電流の値は、コンデンサA1の値を100とした指数である。表8には、コンデンサA2の値も併せて示す。
Figure 2008198984
本発明に従う一実施形態の固体電解コンデンサを示す模式的断面図である。 本発明に従う実施例1における誘電体層の組成をXPSで分析した結果を示す図である。 本発明に従う実施例2における誘電体層の組成をXPSで分析した結果を示す図である。
符号の説明
1…陽極
1a…陽極リード
2…誘電体層
3…導電性高分子層
4…陰極
4a…カーボン層
4b…銀ペースト層
5…導電性接着剤層
6…陰極端子
7…陽極端子
8…モールド外装樹脂
10…固体電解コンデンサ

Claims (9)

  1. ニオブまたはニオブ合金からなる陽極と、
    前記陽極表面に形成された誘電体層と、
    前記誘電体層上に形成された陰極とを備え、
    前記誘電体層中に窒素及びフッ素が含有されていることを特徴とするニオブ固体電解コンデンサ。
  2. 前記誘電体層中のフッ素が、前記陰極側から前記陽極側に向って増加する濃度分布を有することを特徴とする請求項1に記載のニオブ固体電解コンデンサ。
  3. 前記誘電体層中にリンがさらに含有されていることを特徴とする請求項1または2に記載のニオブ固体電解コンデンサ。
  4. 前記誘電体層中のリンが、前記陰極側に偏在していることを特徴とする請求項3に記載のニオブ固体電解コンデンサ。
  5. 前記窒素の含有量が、前記陽極及び前記誘電体層の合計に対して0.05〜3重量%の範囲であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のニオブ固体電解コンデンサ。
  6. 容量と電解電圧の積であるCV値が、1gあたり100,000〔μF・V/g〕以上であるニオブ粉末またはニオブ合金粉末を用いることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のニオブ固体電解コンデンサ。
  7. 請求項1に記載のニオブ固体電解コンデンサを製造する方法であって、窒素を含有したニオブまたはニオブ合金からなる陽極を、フッ素イオンを含む水溶液中で陽極酸化する工程を含むことを特徴とするニオブ固体電解コンデンサの製造方法。
  8. 請求項3に記載のニオブ固体電解コンデンサを製造する方法であって、
    窒素を含有したニオブまたはニオブ合金からなる陽極を、フッ素イオンを含む水溶液中で陽極酸化した後、リン酸水溶液中で再度陽極酸化する工程を含むことを特徴とするニオブ固体電解コンデンサの製造方法。
  9. ニオブ粉末またはニオブ合金粉末を窒化処理した後焼結させて、窒素を含有した前記陽極を形成する工程か、あるいはニオブ粉末またはニオブ合金粉末を焼結させた後、窒化処理して窒素を含有させた前記陽極を形成する工程を含むことを特徴とする請求項7または8に記載のニオブ固体電解コンデンサの製造方法。
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