JP3305743B2 - 固体電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

固体電解コンデンサの製造方法

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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、固体電解コンデンサの
製造方法に関するものであり、更に詳しくは、焼結体に
誘電体皮膜を形成する固体電解コンデンサの製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より固体電解コンデンサは、次のよ
うな方法等によって製造されている。先ず、タンタル
(Ta),アルミニウム(Al),ニオブ(Nb)等の弁作用
金属の焼結体表面に、陽極酸化等によって酸化膜を形成
する。そして、硝酸マンガン水溶液を含浸させた後、そ
の熱分解(250℃前後)により電解質となる二酸化マンガ
ン(MnO2)層を前記酸化膜上に形成する。最後に、二
酸化マンガン層上に電極取り出し用のグラファイト層及
び銀層を形成して、固体電解コンデンサが完成する。
【0003】更に、具体例を挙げて上記製造方法によっ
て得られる固体電解コンデンサについて説明する。図3
はタンタルから成る固体電解コンデンサの断面構造を示
しており、図4はその多孔性のタンタル焼結体(Ta焼
結体)10の一部分について、その上に五酸化タンタル
層(Ta25層)11及び第1二酸化マンガン層(第1M
nO2層)12が形成されていく様子を断面的に示してい
る。図3に示されている焼結体層15は、図4(a)〜
(c)に示すようにタンタル焼結体10表面に五酸化タン
タル層11及び第1二酸化マンガン層12が形成された
ものである。タンタルから成り、端子を構成するワイヤ
5は、タンタル焼結体10(図4(a))と電気的に接続さ
れ、かつ、固定されている。また、タンタル焼結体10
の陽極酸化時に、ワイヤ5にも五酸化タンタル層11が
形成される(図3)。
【0004】図3に示すように、焼結体層15の表面に
は第2二酸化マンガン層(第2MnO2層)20が形成さ
れているが、この層20は焼結体層15の内部には殆ど
入り込むことなく焼結体層15の外表面を被覆してい
る。そして、第2二酸化マンガン層20上にグラファイ
ト層(Gr層)30及び銀層(Ag層)40が形成される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の製造方法におい
ては、焼結体を金属粉末の焼結により得ている。従っ
て、焼結の影響及び金属粉末のばらつきの影響を大きく
受けて、焼結された金属粉末の表面積を表すCV値のば
らつきが大きくなってしまう。その結果、一つのロット
において、焼結体のばらつきが、第1二酸化マンガン層
の被覆率が同じとすれば、そのまま最終的に得られる製
品の容量のばらつきになってしまう。例えば、第1二酸
化マンガン層の被覆率が同じとすれば、図2(a)に示す
焼結体のCV値のばらつき±10%が、複数の焼結体に
一律に施される陽極酸化等の処理を経て、そのまま図2
(d)に示すように±10%の容量のばらつきになってし
まうといった問題がある。
【0006】また、焼結が行われるロットごとに陽極酸
化における化成電圧を決める必要があるので、従来より
ロットごとのCV値の平均値等に基づいて化成電圧を決
めている。従って、ロットごとのCV値の検査を行わな
ければならないといった問題がある。
【0007】本発明はこれらの点に鑑みなされたもので
あって、容量のばらつき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を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の第1の固体電解コンデンサの製造方法は、焼結
体の表面に誘電体皮膜を形成する誘電体皮膜形成工程
と,前記誘電体皮膜上に金属酸化物層を形成する金属酸
化物層形成工程とから成る固体電解コンデンサの製造方
法において、焼結体のCV値を測定し、得られた測定結
果に基づき焼結体を所定のCV値の範囲に応じた複数の
グループに選別し、CV値の小さい焼結体ほど前記誘電
体皮膜形成工程において形成される誘電体皮膜が薄くな
るように各グループごとに誘電体皮膜の厚さを制御する
ことを特徴としている。
【0009】本発明の第2の固体電解コンデンサの製造
方法は、焼結体の表面に誘電体皮膜を形成する誘電体皮
膜形成工程と,前記誘電体皮膜上に金属酸化物層を形成
する金属酸化物層形成工程とから成る固体電解コンデン
サの製造方法において、焼結体の重量を測定し、得られ
た測定結果に基づき焼結体を所定の重量の範囲に応じた
複数のグループに選別し、重量の小さい焼結体ほど前記
誘電体皮膜形成工程において形成される誘電体皮膜が薄
くなるように各グループごとに誘電体皮膜の厚さを制御
することを特徴としている。
【0010】前記第1又は第2の固体電解コンデンサの
製造方法において、前記金属酸化物層は、例えば二酸化
マンガン層である。また、金属酸化物層を酸化鉛,酸化
リチウム等で構成してもよい。
【0011】
【作用】固体電解コンデンサの容量は、例えば陽極酸化
時の化成電圧を変化させることによって異なる厚さで形
成される誘電体皮膜に応じて変えることができるので、
本発明の構成によると、CV値又は重量に基づいて複数
のグループに分けられた焼結体に応じた厚さの誘電体皮
膜が形成されることによって、ばらつきが小さくなる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本発明の第1実施例である固体電解コンデ
ンサの製造工程を示している。まず、タンタル粉末を所
定の寸法に成形し(#10)、真空中にて焼結させ(#2
0)、複数個のタンタル焼結体を形成した。得られた焼
結体を高温還元ガス中で数分間さらし、自然酸化膜を除
去した。尚、自然酸化膜の除去には、HF等の溶液を用
いてもよい。
【0013】次の選別工程(#30)では、まず、酸性ガ
ス中で空気酸化を行うことによって、所定の厚さ(10
〜20オンク゛ストローム)の酸化膜を形成した。そして、リン酸
溶液中で1個ずつCV値を測定した。得られた測定結果
から、図2(a)に示すように±10%のばらつきがある
ことが分かった。各焼結体のCV値の大きさに基づい
て、同図(a)に示すようにA,B及びCの3つのグルー
プ、つまり、 135CV<CV(C)<138CV≦CV(B)≦142CV<CV
(A)<145CV (ここで、ランクA,B及びCのCV値をそれぞれCV
(A),CV(B)及びCV(C)とする)にランク分けした。こ
のランク数が多いほど、ばらつきをより低減させること
が可能である。
【0014】陽極酸化工程(#40)では、まず、上記選
別後のタンタル焼結体を0.1重量%リン酸水溶液に浸漬
した。そして、上記選別されたタンタル焼結体を各ラン
クごとに化成電圧を変えて4時間の陽極酸化を行った。
ここで、ランクA,B及びCの化成電圧をそれぞれ30
V,29.3V及び28.5Vとした。このように化成電圧をC
V値の小さい焼結体ほど小さくすることによって、ラン
クBで得られる五酸化タンタル層の厚さに対して、ラン
クAの五酸化タンタル層は厚くなり、ランクCの五酸化
タンタル層は薄くなる。
【0015】このように選別後、各ランクごとに陽極酸
化されたタンタル焼結体の容量のばらつきは、図2(b)
に示すように±2%程度の範囲内に収まった
【0016】次の二酸化マンガン(MnO2)層形成工程(#
50)では、陽極酸化されたタンタル焼結体を純水で洗
浄した後、70重量%硝酸マンガン水溶液に5分間浸漬
し、230℃で10分間の熱分解を3回行うことによっ
て、タンタル焼結体の五酸化タンタル層上にβ−MnO
2から成る層を形成した。
【0017】次に、グラファイト層形成工程(#60)
で、二酸化マンガン層形成後の焼結体をグラファイトの
液に浸漬塗布することによりグラファイト層を形成し、
銀層形成工程(#70)で、銀ペーストを塗布することに
より銀層を形成した。
【0018】二酸化マンガン層形成工程(#50)以降の
処理では、ロットごとの処理のばらつきは生じにくい。
従って、本実施例で得られた製品の容量のばらつきは、
図2(c)に示すように±2%の範囲内に収まった。この
ことから、従来の製造方法による場合(図2(d))に対し
て、ばらつきは1/5に低減されたことになる。
【0019】次に、本発明の第2実施例を次のようにし
て行った。第2実施例では、前記選別工程(#30)にお
いて各焼結体のCV値を測定する代わりに各焼結体の重
量を測定するほかは、前記第1実施例と同様にして固体
電解コンデンサを製造した。
【0020】各焼結体の重量の測定結果から、第1実施
例と同様に、図2(a)に示すような±10%のばらつき
があることが分かった。従って、本実施例でも得られた
固体電解コンデンサの容量のばらつきは、第1実施例と
同様に±2%の範囲内に収まった。
【0021】CV値のばらつきと重量のばらつきとが同
じようになるのは、タンタル焼結体のCV値が、前記し
たように焼結された金属粉末の表面積と相関関係がある
からである。つまり、金属粉末重量と金属粉末の表面積
とは相関するため、各焼結体の重量を測定することが各
焼結体のCV値を測定することと等価なのである。
【0022】次に、本発明の第3実施例を次のようにし
て行った。まず、第1実施例と同様にして、CV値によ
るランク分けをし、陽極酸化を行った。ついで、陽極酸
化されたタンタル焼結体を純水で洗浄した後、ρ(比重)
=1.4の硝酸マンガン水溶液に2分間浸漬した。硝酸マ
ンガン水溶液が付着した状態で水蒸気雰囲気(S)中、8
0℃で10分間加熱した。このときの湿度は80%RHで
あった。上記のように高温の水蒸気にさらすことによっ
て、焼結体に含浸されたMn(NO3)2+nH2O(n=6〜8)で表さ
れる硝酸マンガン水溶液が、Mn(NO3)2・nH2Oで表される
硝酸マンガン水溶液へと変化するように平衡反応に傾き
が生じる。かかる吸水反応により、硝酸マンガン水溶液
の比重が1.2に変化し、その結果、表面張力が低下す
る。硝酸マンガン水溶液の表面張力の低下によって含浸
性が向上するため、ρ=1.2の硝酸マンガン水溶液が未
含浸部分に入り、気泡が抜ける。従って、加熱工程にお
いては、ρ=1.2の水溶液を用いたのと同等の含浸率で
含浸が行われることになるが、後述する熱分解工程を経
たときには、ρ=1.4の水溶液を用いたのと同量の二酸
化マンガン層が得られることになる。尚、加熱による比
重の低下は、通常5〜10分間程度で完了させることが
できる。また、加熱温度は硝酸マンガンの分解温度(1
35℃)以下であるのが好ましく、好適には80〜13
0℃程度の範囲であるのがよい。次に、230℃で10
分間の熱分解を行うことによって、タンタル焼結体の五
酸化タンタル層上にβ−MnO2から成る層を形成し
た。尚、この熱分解を水蒸気中で加熱工程と連続して行
ってもよく、一旦乾燥した後に行ってもよい。この熱分
解は、通常、加熱工程後の2〜3分間で230℃まで昇
温した後、5〜10分間で完了させることができる。
【0023】上記のように、硝酸マンガン水溶液をタン
タル焼結体に含浸する含浸工程と,水蒸気雰囲気中で加
熱する加熱工程と,含浸した硝酸マンガンを熱分解する
熱分解工程とから成る一連の工程を7回繰り返し行っ
た。これにより、五酸化タンタル層上に第1二酸化マン
ガン層が形成されてタンタル焼結体は焼結体層となり、
更に焼結体層上には第2二酸化マンガン層が形成され
た。以下、第1実施例と同様にして、グラファイト層及
び銀層を形成し、固体電解コンデンサを製造した。得ら
れたコンデンサの容量ばらつきは、±1%の範囲内に収
まった。
【0024】
【発明の効果】以上説明した通り本発明の固体電解コン
デンサの製造方法によれば、焼結体の表面に誘電体皮膜
を形成する誘電体皮膜形成工程と,前記誘電体皮膜上に
金属酸化物層を形成する金属酸化物層形成工程とから成
る固体電解コンデンサの製造方法において、焼結体のC
V値を測定し、得られた測定結果に基づき焼結体を所定
のCV値の範囲に応じた複数のグループに選別し、CV
値の小さい焼結体ほど前記誘電体皮膜形成工程において
形成される誘電体皮膜が薄くなるように各グループごと
に誘電体皮膜の厚さを制御するか、又は、焼結体の重量
を測定し、得られた測定結果に基づき焼結体を所定の重
量の範囲に応じた複数のグループに選別し、重量の小さ
い焼結体ほど前記誘電体皮膜形成工程において形成され
る誘電体皮膜が薄くなるように各グループごとに誘電体
皮膜の厚さを制御することによって、固体電解コンデン
サの製造における容量のばらつきを小さくことができ
る。これにより、各グループごとに予め決められた化成
電圧で陽極酸化を行うことが可能となるので、従来ロッ
トごとに化成電圧を決定するために行っていたCV値の
検査が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の製造工程図。
【図2】本発明の実施例及び従来例において各製造工程
におけるCV値と容量とのばらつきの関係を示す図。
【図3】従来例の構造を示す断面図。
【図4】本発明の実施例及び従来例の製造工程において
焼結体内部の構造の変化を断面的に示す図。
【符号の説明】
5 …ワイヤ(端子) 10 …タンタル焼結体(Ta焼結体) 11 …五酸化タンタル層(Ta25層) 12 …第1二酸化マンガン層(第1MnO2層) 15 …焼結体層 20 …第2二酸化マンガン層(第2MnO2層) 30 …グラファイト層(Gr層) 40 …銀層(Ag層)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01G 9/04 301 H01G 9/00 H01G 13/00 371

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】焼結体の表面に誘電体皮膜を形成する誘電
    体皮膜形成工程と,前記誘電体皮膜上に金属酸化物層を
    形成する金属酸化物層形成工程とから成る固体電解コン
    デンサの製造方法において、 焼結体のCV値を測定し、得られた測定結果に基づき焼
    結体を所定のCV値の範囲に応じた複数のグループに選
    別し、CV値の小さい焼結体ほど前記誘電体皮膜形成工
    程において形成される誘電体皮膜が薄くなるように各グ
    ループごとに誘電体皮膜の厚さを制御することを特徴と
    する固体電解コンデンサの製造方法。
  2. 【請求項2】焼結体の表面に誘電体皮膜を形成する誘電
    体皮膜形成工程と,前記誘電体皮膜上に金属酸化物層を
    形成する金属酸化物層形成工程とから成る固体電解コン
    デンサの製造方法において、 焼結体の重量を測定し、得られた測定結果に基づき焼結
    体を所定の重量の範囲に応じた複数のグループに選別
    し、重量の小さい焼結体ほど前記誘電体皮膜形成工程に
    おいて形成される誘電体皮膜が薄くなるように各グルー
    プごとに誘電体皮膜の厚さを制御することを特徴とする
    固体電解コンデンサの製造方法。
  3. 【請求項3】前記金属酸化物層が二酸化マンガン層であ
    ることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の固体
    電解コンデンサの製造方法。
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