JP3175755B2 - タンタル固体電解コンデンサ素子の製造方法 - Google Patents

タンタル固体電解コンデンサ素子の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はタンタル固体電解コンデ
ンサ素子の製造方法に関し、さらに詳しく言えば、耐熱
特性が良好であり、しかも製造工程を削減し得るタンタ
ル固体電解コンデンサ素子の製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図3にはタンタル固体電解コンデンサ素
子の一部分を拡大した断面図が示されている。これによ
ると、同コンデンサ素子はタンタル粉末を焼結してなる
焼結ペレット1を備え、まず、この焼結ペレット1の表
面にTaよりなる化成皮膜2が形成される。
【0003】そして、化成皮膜2上に固体電解質として
の二酸化マンガン層3が形成され、さらに同二酸化マン
ガン層3上に陰極引き出し層としてのカーボン層4と銀
層5とが順次形成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】カーボン層4は、二酸
化マンガン層3が形成された焼結ペレット1をグラファ
イト懸濁水溶液内に浸漬し、引き上げて所定温度で焼成
することにより形成されるが、二酸化マンガン層3とカ
ーボン層4は、それぞれ異なる性質を有しているため、
ハンダ付け時に加えられる熱ストレスにより、二酸化マ
ンガン層3とカーボン層4との接合面で剥離が生じやす
く、これが原因で損失角の正接(tanδ)およびイン
ピーダンスZの増加を招いていた。
【0005】特に、二酸化マンガン層3の表面はそのほ
とんどが0.5μm以下の凹凸となっているのに対し、
従来ではそのグラファイトに粒子の大きさが0.3〜2
μm程度の鱗片状のものが使用されているため、このこ
とからも二酸化マンガン層3の表面にカーボン層4を均
一に付着させることは困難とされていた。
【0006】本発明は、上記従来の欠点を解決するため
になされたもので、その目的は、ハンダ付け時の熱スト
レスに対してもほとんど特性劣化が生じない安定した特
性を有するとともに、カーボン層形成工程を省略し得る
ようにしたタンタル固体電解コンデンサ素子の製造方法
を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、タンタル焼結ペレットに化成皮膜を形成
する化成工程と、硝酸マンガン水溶液への浸漬、熱分解
を複数回繰り返して上記化成被膜上に固体電解質として
の二酸化マンガン層を形成する固体電解質形成工程と、
同二酸化マンガン層上にカーボン層を形成するカーボン
層形成工程と、同カーボン層上に銀層を形成する銀層形
成工程とを含むタンタル固体電解コンデンサの製造方法
において、上記固体電解質形成工程の少なくとも最終段
階における硝酸マンガン水溶液にカーボンブラックを混
合し、最外側に形成される二酸化マンガン層内に上記カ
ーボンブラックによるカーボン層を混在させ、上記カー
ボン層形成工程を不要としたことを特徴としている。
【0008】この場合、上記最終段階での硝酸マンガン
水溶液に対する上記カーボンブラック含有量は1〜10
wt%であることが好ましい。1wt%未満であると、
前段階で形成された二酸化マンガン層との密着性が劣
り、その界面抵抗が大きくなるおそれが生ずる。他方、
10wt%を超えると、乾燥収縮時に割れが発生しやす
くなる。
【0009】また、上記カーボンブラックはその粒子径
が0.1〜0.5μmであることが好ましい。これは、
二酸化マンガン層表面の微細な凹凸の大きさがほとんど
0.5μm以下であることを考慮したことによるもので
ある。
【0010】さらに、上記最終段階での硝酸マンガン水
溶液に対してポリビニルアルコール(PVA)などの水
溶性接着剤を0.1〜2wt%の範囲内で混合すること
が望ましい。これによれば、二酸化マンガン層とカーボ
ン層との密着性がより高められる。なお、0.1wt%
未満の場合には、接着効果が認められず、これに対し
て、接着剤を2wt%を超えて添加すると、その分抵抗
値が増えることになり好ましくない。
【0011】
【作用】上記の構成によると、固体電解質形成工程の最
終段階における硝酸マンガン水溶液にカーボンブラック
が含まれているため、最外側の二酸化マンガン層が形成
されるのと同時に、カーボンブラックによるカーボン層
が形成される。そして、このカーボン層は二酸化マンガ
ン層と渾然一体に形成されるため、ハンダ付け時の熱ス
トレスによっても剥離するようなことはない。また、こ
れによればその後にカーボン層を改めて形成する必要が
なく、したがって従来固体電解質形成工程の後に用意さ
れていたカーボン層形成工程が不要となる。
【0012】
【実施例】図1には本発明により製造されたタンタル固
体電解コンデンサの一部拡大断面図であるが、まず、従
来と同様にタンタル焼結ペレット1の表面にTa
からなる化成皮膜2が形成される。
【0013】次に、硝酸マンガン水溶液への浸漬、熱分
解を複数回繰り返すことにより、固体電解質としての二
酸化マンガン層3Aが形成されるのであるが、その最終
段階での硝酸マンガン水溶液にカーボンブラックが混合
され、これにより最外側に形成される二酸化マンガン層
内にそのカーボンブラックによるカーボン層4Aが渾然
一体に形成される。
【0014】しかる後、従来のカーボン層形成工程を省
いて、銀層5が形成される。なお、この実施例では、固
体電解質形成時の最終段階での硝酸マンガン水溶液内に
カーボンブラックを混合するようにしているが、その前
段階もしくは前々段階からカーボンブラックを混合して
もよく、その場合にはカーボンブラック混合量を徐々に
増やすようにすることが好ましい。
【0015】《実施例1》 〔化成工程〕1cm立方体サイズのタンタル焼結ペレッ
トを0.01wt%のリン酸水溶液中に浸漬し、直流電
圧25Vを4時間印加して化成皮膜を形成した。
【0016】〔固体電解質形成工程〕 (1)10wt%の硝酸マンガン水溶液に浸漬した後、
240℃にて熱分解させ二酸化マンガンを形成した。 (2)上記(1)を繰り返し行なった。 (3)0.01wt%のリン酸水溶液中に浸漬し、直流
電圧15Vを10分間印加して再化成を行なった。 (4)20wt%の硝酸マンガン水溶液に浸漬した後、
240℃にて熱分解させ二酸化マンガンを形成した。 (5)40wt%の硝酸マンガン水溶液に浸漬した後、
240℃にて熱分解させ二酸化マンガンを形成した。 (6)0.01wt%のリン酸水溶液中に浸漬し、直流
電圧13Vを10分間印加して再化成を行なった。 (7)70wt%の硝酸マンガン水溶液に浸漬した後、
240℃にて熱分解させ二酸化マンガンを形成した。 (8)上記(7)を繰り返し行なった。 (9)0.01wt%のリン酸水溶液中に浸漬し、直流
電圧11Vを10分間印加して再化成を行なった。 (10)最終段階としての20wt%の硝酸マンガン水
溶液に、平均粒子径が約0.28μmのカーボンブラッ
クを5wt%、また、PVA(水溶性接着剤)を1wt
%を混合したものに浸漬し、引き上げて240℃にて熱
分解させ二酸化マンガンとカーボンとが混在した層を形
成した。
【0017】そして、銀層を形成した後、端子付けを行
ない、樹脂モールドにより樹脂外装体を形成した。この
ようにして、定格6.3V10μFのタンタル固体電解
コンデンサを50個作製し、100kHz時のインピー
ダンスZ(Ω)と、120kHz時のtanδ(%)に
ついて、その初期特性および260℃10秒間加熱後の
耐熱特性を測定したところ、次のような結果が得られ
た。 インピーダンスZ(Ω); 初期特性 最小値0.9Ω 最大値1.3Ω 平均値1.1Ω 加熱後の特性 最小値1.0Ω 最大値1.3Ω 平均値1.15Ω tanδ(%); 初期特性 最小値1.8% 最大値2.3% 平均値2.0% 加熱後の特性 最小値1.8% 最大値2.4% 平均値2.1%
【0018】〈比較例1〉 〔化成工程〕上記実施例1と同じ。
【0019】〔固体電解質形成工程〕 (1)〜(9)までは上記実施例1と同じ。 (10)平均粒子径が約2.0μmのカーボンブラック
3wt%、メチルセルロース(水溶性接着剤)を0.5
wt%、残部を水としたカーボンブラック懸濁水溶液内
に浸漬した後、180℃にて焼成して第1のカーボン層
を形成した。 (11)グラファイト10wt%、メチルセルロース1
wt%、残部を水としたカーボンブラック懸濁水溶液内
に浸漬した後、180℃にて焼成して第2のカーボン層
を形成した。
【0020】以後、実施例1と同様にして、定格6.3
V10μFのタンタル固体電解コンデンサを50個作製
し、100kHz時のインピーダンスZ(Ω)と、12
0kHz時のtanδ(%)について、その初期特性お
よび260℃10秒間加熱後の耐熱特性を測定したとこ
ろ、次のような結果が得られた。 インピーダンスZ(Ω); 初期特性 最小値1.5Ω 最大値2.5Ω 平均値1.8Ω 加熱後の特性 最小値2.0Ω 最大値3.6Ω 平均値2.6Ω tanδ(%); 初期特性 最小値2.0% 最大値3.2% 平均値2.55% 加熱後の特性 最小値2/5% 最大値4.2% 平均値3.5%
【0021】《実施例2》 〔化成工程〕1cm立方体サイズのタンタル焼結ペレッ
トを0.01wt%のリン酸水溶液中に浸漬し、直流電
圧16Vを4時間印加して化成皮膜を形成した。
【0022】〔固体電解質形成工程〕 (1)10wt%の硝酸マンガン水溶液に浸漬した後、
240℃にて熱分解させ二酸化マンガンを形成した。 (2)上記(1)を繰り返し行なった。 (3)0.01wt%のリン酸水溶液中に浸漬し、直流
電圧9Vを10分時間印加して再化成を行なった。 (4)20wt%の硝酸マンガン水溶液に浸漬した後、
240℃にて熱分解させ二酸化マンガンを形成した。 (5)40wt%の硝酸マンガン水溶液に浸漬した後、
240℃にて熱分解させ二酸化マンガンを形成した。 (6)0.01wt%のリン酸水溶液中に浸漬し、直流
電圧8Vを10分間印加して再化成を行なった。 (7)70wt%の硝酸マンガン水溶液に浸漬した後、
240℃にて熱分解させ二酸化マンガンを形成した。 (8)上記(7)を繰り返し行なった。 (9)0.01wt%のリン酸水溶液中に浸漬し、直流
電圧7Vを10分間印加して再化成を行なった。 (10)最終段階としての20wt%の硝酸マンガン水
溶液に、平均粒子径が約0.28μmのカーボンブラッ
クを5wt%、また、PVA(水溶性接着剤)を1wt
%を混合したものに浸漬し、引き上げて240℃にて熱
分解させ二酸化マンガンとカーボンとが混在した層を形
成した。
【0023】そして、銀層を形成した後、端子付けを行
ない、樹脂モールドにより樹脂外装体を形成した。この
ようにして、定格4V15μFのタンタル固体電解コン
デンサを50個作製し、100kHz時のインピーダン
スZ(Ω)と、120kHz時のtanδ(%)につい
て、その初期特性および260℃10秒間加熱後の耐熱
特性を測定したところ、次のような結果が得られた。 インピーダンスZ(Ω); 初期特性 最小値0.70Ω 最大値0.90Ω 平均値0.80Ω 加熱後の特性 最小値0.70Ω 最大値0.95Ω 平均値0.82Ω tanδ(%); 初期特性 最小値1.80% 最大値2.30% 平均値2.0% 加熱後の特性 最小値1.90% 最大値2.40% 平均値2.1%
【0024】〈比較例2〉 〔化成工程〕上記実施例2と同じ。
【0025】〔固体電解質形成工程〕 (1)〜(9)までは上記実施例2と同じ。 (10)上記比較例1と同じく、平均粒子径が約2.0
μmのカーボンブラック3wt%、メチルセルロース
(水溶性接着剤)を0.5wt%、残部を水としたカー
ボンブラック懸濁水溶液内に浸漬した後、180℃にて
焼成して第1のカーボン層を形成した。 (11)上記比較例1と同じく、グラファイト10wt
%、メチルセルロース1wt%、残部を水としたカーボ
ンブラック懸濁水溶液内に浸漬した後、180℃にて焼
成して第2のカーボン層を形成した。
【0026】以後、実施例2と同様にして、定格4V1
5μFのタンタル固体電解コンデンサを50個作製し、
100kHz時のインピーダンスZ(Ω)と、120k
Hz時のtanδ(%)について、その初期特性および
260℃10秒間加熱後の耐熱特性を測定したところ、
次のような結果が得られた。 インピーダンスZ(Ω); 初期特性 最小値1.00Ω 最大値2.20Ω 平均値1.3Ω 加熱後の特性 最小値1.40Ω 最大値3.40Ω 平均値2.2Ω tanδ(%); 初期特性 最小値2.5% 最大値3.6% 平均値3.2% 加熱後の特性 最小値2.8% 最大値4.8% 平均値3.6%
【0027】このように、初期特性と加熱後の特性とを
比較して分かるように、本発明によれば、優れた耐熱特
性が得られる。これは、二酸化マンガン層とカーボン層
とが一体的に混在し、緊密に密着していることよにる。
参考までに、上記実施例1、2および比較例1、2にお
けるインピーダンス特性、tanδ特性の推移状態を図
3に示す。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のような効果が奏される。すなわち、固体電解質形成
工程の少なくとも最終段階における硝酸マンガン水溶液
にカーボンブラックを混合し、最外側に形成される二酸
化マンガン層内にカーボンブラックによるカーボン層を
混在させるようにした請求項1に記載の発明によれば、
ハンダ付け時に加えられる熱ストレスによっても特性が
劣化しない安定した耐熱特性を有するタンタル固体電解
コンデンサが提供される。また、従来固体電解質形成工
程の後に用意されていたカーボン層形成工程を不要にす
ることができる。
【0029】また、二酸化マンガン形成の最終段階での
硝酸マンガン水溶液に対するカーボンブラック含有量を
1〜10wt%とした請求項2に記載の発明によれば、
請求項1の効果がより高められる。
【0030】さらに、硝酸マンガン水溶液内にポリビニ
ルアルコールなどの水溶性接着剤を0.1〜2wt%混
合した請求項3に記載の発明によれば、乾燥後において
も二酸化マンガン層とカーボン層の密着性がより長期に
わたって維持され、耐熱特性の安定した長寿命のタンタ
ル固体電解コンデンサが提供される。
【0031】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明により製造された一実施例としてのタン
タル固体電解コンデンサ素子の一部拡大断面図。
【図2】本発明による実施例と比較例のインピーダンス
およびtanδの初期特性と加熱後の特性の推移を示し
たグラフ。
【図3】従来例としてのタンタル固体電解コンデンサ素
子の一部拡大断面図。
【符号の説明】
1 タンタル焼結ペレット 2 化成皮膜 3A 二酸化マンガン層 4A カーボン層 5 銀層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−13284(JP,A) 特開 平3−3220(JP,A) 特開 昭50−127163(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01G 9/04 H01G 9/032

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 タンタル焼結ペレットに化成皮膜を形成
    する化成工程と、硝酸マンガン水溶液への浸漬、熱分解
    を複数回繰り返して上記化成被膜上に固体電解質として
    の二酸化マンガン層を形成する固体電解質形成工程と、
    同二酸化マンガン層上にカーボン層を形成するカーボン
    層形成工程と、同カーボン層上に銀層を形成する銀層形
    成工程とを含むタンタル固体電解コンデンサの製造方法
    において、上記固体電解質形成工程の少なくとも最終段
    階における硝酸マンガン水溶液にカーボンブラックを混
    合し、最外側に形成される二酸化マンガン層内に上記カ
    ーボンブラックによるカーボン層を混在させ、上記カー
    ボン層形成工程を不要としたことを特徴とするタンタル
    固体電解コンデンサ素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 上記最終段階での硝酸マンガン水溶液に
    対する上記カーボンブラック含有量は1〜10wt%で
    あることを特徴とする請求項1に記載のタンタル固体電
    解コンデンサ素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 上記最終段階での硝酸マンガン水溶液に
    対してポリビニルアルコール(PVA)などの水溶性接
    着剤が0.1〜2wt%の範囲内で混合されることを特
    徴とする請求項1または2に記載のタンタル固体電解コ
    ンデンサ素子の製造方法。
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