JP3343496B2 - 固体コンデンサとその製造方法 - Google Patents
固体コンデンサとその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体コンデンサと
その製造方法に係り、特に、タンタル金属粉末によって
作製した陽極素子を使用するタンタル固体電解コンデン
サに関する。
その製造方法に係り、特に、タンタル金属粉末によって
作製した陽極素子を使用するタンタル固体電解コンデン
サに関する。
【０００２】
【従来の技術】タンタル固体電解コンデンサは、タンタ
ル金属粉末から作製された陽極素子と、この陽極素子の
化成皮膜上に形成された二酸化マンガン層等の固体半導
体層と、この固体半導体層上に形成されたカーボン層や
銀層等からなる陰極を備えている。このようなタンタル
固体電解コンデンサにおいて、陽極素子は、タンタル金
属粉末を成形した後に真空焼結して作製されており、そ
の内部に微細孔（ポア）を多数持つ多孔質構造である。
このような多孔質構造を持つ陽極素子は、容量を出現さ
せる表面積が大きいため、小型でありながら大容量を得
られるものである。
ル金属粉末から作製された陽極素子と、この陽極素子の
化成皮膜上に形成された二酸化マンガン層等の固体半導
体層と、この固体半導体層上に形成されたカーボン層や
銀層等からなる陰極を備えている。このようなタンタル
固体電解コンデンサにおいて、陽極素子は、タンタル金
属粉末を成形した後に真空焼結して作製されており、そ
の内部に微細孔（ポア）を多数持つ多孔質構造である。
このような多孔質構造を持つ陽極素子は、容量を出現さ
せる表面積が大きいため、小型でありながら大容量を得
られるものである。
【０００３】また、このような陽極素子の化成皮膜上に
形成された二酸化マンガン層等の固体半導体層は、製品
容量を出現させるものである。具体的に、二酸化マンガ
ン層は、硝酸マンガンの水溶液等に素子を浸漬してその
内部に液を浸透・含浸させた後、この液を熱分解するこ
とによって形成される。なお、現在の含浸技術におい
て、陽極内部の微細孔（ポア）に対して硝酸マンガン水
溶液等の半導体生成液を含浸可能なポア径の範囲は、
０．１μｍ以上に限られており、０．１μｍ以下の径の
ポアには硝酸マンガン水溶液を十分に含浸できない。
形成された二酸化マンガン層等の固体半導体層は、製品
容量を出現させるものである。具体的に、二酸化マンガ
ン層は、硝酸マンガンの水溶液等に素子を浸漬してその
内部に液を浸透・含浸させた後、この液を熱分解するこ
とによって形成される。なお、現在の含浸技術におい
て、陽極内部の微細孔（ポア）に対して硝酸マンガン水
溶液等の半導体生成液を含浸可能なポア径の範囲は、
０．１μｍ以上に限られており、０．１μｍ以下の径の
ポアには硝酸マンガン水溶液を十分に含浸できない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、タンタル固
体電解コンデンサにおいて、陽極素子が本来持っている
化成皮膜形成後の容量をできるだけ完全に引き出すこと
ができる製品を作ることは、品質上極めて重要である。
しかしながら、従来のタンタル固体電解コンデンサにお
いては、製品の容量出現率は８７％程度にすぎないた
め、製品化後の各種試験における容量変動率が１０％程
度と大きくなり、容量の安定性が低くなっている。
体電解コンデンサにおいて、陽極素子が本来持っている
化成皮膜形成後の容量をできるだけ完全に引き出すこと
ができる製品を作ることは、品質上極めて重要である。
しかしながら、従来のタンタル固体電解コンデンサにお
いては、製品の容量出現率は８７％程度にすぎないた
め、製品化後の各種試験における容量変動率が１０％程
度と大きくなり、容量の安定性が低くなっている。
【０００５】このことは、陽極素子の化成皮膜に対する
二酸化マンガン層の被覆率が低いことを示しており、こ
のように二酸化マンガン層の被覆率が低いと、二酸化マ
ンガンの酸素供給能力およびヒーリング効果を十分に引
き出すことができず、ＬＣ、ショート等による皮膜の劣
化、破壊等の改善は難しい。また、二酸化マンガン層に
よる化成皮膜の被覆率が低下すると、陽極素子内部に水
分が吸着しやすくなり、ＥＳＲ特性も悪くなる。
二酸化マンガン層の被覆率が低いことを示しており、こ
のように二酸化マンガン層の被覆率が低いと、二酸化マ
ンガンの酸素供給能力およびヒーリング効果を十分に引
き出すことができず、ＬＣ、ショート等による皮膜の劣
化、破壊等の改善は難しい。また、二酸化マンガン層に
よる化成皮膜の被覆率が低下すると、陽極素子内部に水
分が吸着しやすくなり、ＥＳＲ特性も悪くなる。
【０００６】なお、以上のような問題点は、タンタル固
体電解コンデンサに限らず、金属粉末から作製した陽極
素子を使用し、その化成皮膜上に陰極を形成してなる各
種の固体コンデンサにおいて同様に存在している。
体電解コンデンサに限らず、金属粉末から作製した陽極
素子を使用し、その化成皮膜上に陰極を形成してなる各
種の固体コンデンサにおいて同様に存在している。
【０００７】本発明は、以上のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その第１の目
的は、容量出現率を向上することにより、容量の安定性
を向上し、ＥＳＲ特性にも優れた、高性能の固体コンデ
ンサを提供することである。また、本発明の第２の目的
は、そのような高性能の固体コンデンサを効率良く確実
に製造可能な、優れた製造方法を提供することである。
を解決するために提案されたものであり、その第１の目
的は、容量出現率を向上することにより、容量の安定性
を向上し、ＥＳＲ特性にも優れた、高性能の固体コンデ
ンサを提供することである。また、本発明の第２の目的
は、そのような高性能の固体コンデンサを効率良く確実
に製造可能な、優れた製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の固体コン
デンサは、金属粉末から作製された陽極素子と、この陽
極素子の化成皮膜上に形成された固体半導体層と、この
固体半導体層上に形成された陰極層を備えた固体コンデ
ンサにおいて、前記陽極素子が次のように構成されたこ
とを特徴としている。すなわち、陽極素子は、０．１μ
ｍ以上の径を持つ内部微細孔の累積面積が、内部空隙全
体の面積の９０％以上を占めるように構成される。
デンサは、金属粉末から作製された陽極素子と、この陽
極素子の化成皮膜上に形成された固体半導体層と、この
固体半導体層上に形成された陰極層を備えた固体コンデ
ンサにおいて、前記陽極素子が次のように構成されたこ
とを特徴としている。すなわち、陽極素子は、０．１μ
ｍ以上の径を持つ内部微細孔の累積面積が、内部空隙全
体の面積の９０％以上を占めるように構成される。
【０００９】以上のような請求項１記載の固体コンデン
サによれば、容量出現率を向上することができ、容量の
安定性を向上することができる。この点について以下に
説明する。
サによれば、容量出現率を向上することができ、容量の
安定性を向上することができる。この点について以下に
説明する。
【００１０】前述したように、現在の含浸技術におい
て、陽極内部の微細孔（ポア）に対して硝酸マンガン水
溶液等の半導体生成液を含浸可能なポア径の範囲は、
０．１μｍ以上に限られており、０．１μｍに満たない
径のポアには半導体生成液を十分に浸透・含浸できな
い。すなわち、０．１μｍ以上の径のポアには半導体生
成液を十分に浸透・含浸できるため、固体半導体層を良
好に形成でき、陽極素子の化成皮膜を固体半導体層によ
って十分に被覆できるが、０．１μｍに満たない径のポ
アには半導体生成液を十分に浸透・含浸できないため、
固体半導体層を良好に形成できず、陽極素子の化成皮膜
を固体半導体層によって十分に被覆することができな
い。したがって、０．１μｍ以上の径のポアが内部空隙
全体に占める面積占有率を高くすることにより、容量出
現率を向上することができるものと考えられる。
て、陽極内部の微細孔（ポア）に対して硝酸マンガン水
溶液等の半導体生成液を含浸可能なポア径の範囲は、
０．１μｍ以上に限られており、０．１μｍに満たない
径のポアには半導体生成液を十分に浸透・含浸できな
い。すなわち、０．１μｍ以上の径のポアには半導体生
成液を十分に浸透・含浸できるため、固体半導体層を良
好に形成でき、陽極素子の化成皮膜を固体半導体層によ
って十分に被覆できるが、０．１μｍに満たない径のポ
アには半導体生成液を十分に浸透・含浸できないため、
固体半導体層を良好に形成できず、陽極素子の化成皮膜
を固体半導体層によって十分に被覆することができな
い。したがって、０．１μｍ以上の径のポアが内部空隙
全体に占める面積占有率を高くすることにより、容量出
現率を向上することができるものと考えられる。
【００１１】本発明者等は、以上のような点に着目し
て、請求項１記載のように、陽極素子中における０．１
μｍ以上の径のポアが内部空隙全体に占める面積占有率
を９０％以上とする構成を導き出した。そして、このよ
うな面積占有率条件によって実際に固体コンデンサを製
造し、製品特性を検証したところ、容量出現率（製品容
量／化成皮膜容量）を９０％以上とすることができ、各
種試験（耐温度特性や耐湿度特性等）における容量変動
率を１０％未満に抑制可能であることを確認したもので
ある。
て、請求項１記載のように、陽極素子中における０．１
μｍ以上の径のポアが内部空隙全体に占める面積占有率
を９０％以上とする構成を導き出した。そして、このよ
うな面積占有率条件によって実際に固体コンデンサを製
造し、製品特性を検証したところ、容量出現率（製品容
量／化成皮膜容量）を９０％以上とすることができ、各
種試験（耐温度特性や耐湿度特性等）における容量変動
率を１０％未満に抑制可能であることを確認したもので
ある。
【００１２】なお、０．１μｍ以上の径のポアの面積占
有率は、具体的には、ポロシメータで測定し、算出する
ことができる。金属粉末の凝集状態（粒径）や成形密
度、焼結条件等の変動要因に応じて面積占有率は変動す
るが、いずれの場合にも、素子をポロシメータで測定す
ることにより、上記の面積占有率条件を満たす素子を確
実に選別できる。
有率は、具体的には、ポロシメータで測定し、算出する
ことができる。金属粉末の凝集状態（粒径）や成形密
度、焼結条件等の変動要因に応じて面積占有率は変動す
るが、いずれの場合にも、素子をポロシメータで測定す
ることにより、上記の面積占有率条件を満たす素子を確
実に選別できる。
【００１３】請求項２記載の固体コンデンサの製造方法
は、金属粉末を成形した後に焼結して陽極素子を作製
し、この陽極素子に半導体生成液を含浸した後に熱分解
して固体半導体層を形成し、この固体半導体層上に陰極
層を形成することにより、請求項１に記載の固体コンデ
ンサを製造する方法において、陽極素子を作製する際
に、金属粉末の平均粒径と成形密度、および焼結時の焼
結温度を制御することにより、０．１μｍ以上の径を持
つ内部微細孔の累積面積を調整することを特徴としてい
る。陽極素子を作製する際の条件をこのように制御する
ことにより、陽極素子中における０．１μｍ以上の径の
ポアの面積占有率を容易に９０％以上にして、容量出現
率を９０％以上に向上することができる。
は、金属粉末を成形した後に焼結して陽極素子を作製
し、この陽極素子に半導体生成液を含浸した後に熱分解
して固体半導体層を形成し、この固体半導体層上に陰極
層を形成することにより、請求項１に記載の固体コンデ
ンサを製造する方法において、陽極素子を作製する際
に、金属粉末の平均粒径と成形密度、および焼結時の焼
結温度を制御することにより、０．１μｍ以上の径を持
つ内部微細孔の累積面積を調整することを特徴としてい
る。陽極素子を作製する際の条件をこのように制御する
ことにより、陽極素子中における０．１μｍ以上の径の
ポアの面積占有率を容易に９０％以上にして、容量出現
率を９０％以上に向上することができる。
【００１４】また、請求項３記載の製造方法は、請求項
２記載の固体コンデンサの製造方法において、金属粉末
の成形密度を４．５〜８．０の範囲とし、焼結時の焼結
温度を１３５０〜１８００℃の範囲とすることを特徴と
している。成形密度の範囲と焼結温度の範囲をこのよう
に限定することにより、陽極素子中における０．１μｍ
以上の径のポアの面積占有率を容易に９０％以上にし
て、容量出現率を９０％以上に向上することができると
共に、十分な機械強度や耐久性を確保できる。
２記載の固体コンデンサの製造方法において、金属粉末
の成形密度を４．５〜８．０の範囲とし、焼結時の焼結
温度を１３５０〜１８００℃の範囲とすることを特徴と
している。成形密度の範囲と焼結温度の範囲をこのよう
に限定することにより、陽極素子中における０．１μｍ
以上の径のポアの面積占有率を容易に９０％以上にし
て、容量出現率を９０％以上に向上することができると
共に、十分な機械強度や耐久性を確保できる。
【００１５】
【実施例】以下には、本発明による固体コンデンサとそ
の製造方法を適用したタンタル固体電解コンデンサにつ
いて、従来技術に係るタンタル固体電解コンデンサと比
較して具体的に説明する。
の製造方法を適用したタンタル固体電解コンデンサにつ
いて、従来技術に係るタンタル固体電解コンデンサと比
較して具体的に説明する。
【００１６】まず、本発明に係る陽極素子として、平均
粒径（フィッシャー径）３．２μｍに調整した約３６ｋ
ＣＶ／ｇのタンタル粉末を成形した後、真空焼結するこ
とにより、０．１μｍ以上の径を持つポアの面積占有率
が９４％である陽極素子（本発明素子）を作製した。ま
た、従来技術に係る陽極素子として、平均粒径（フィッ
シャー径）２．２μｍに調整した約３６ｋＣＶ／ｇのタ
ンタル粉末を密度６．０ｇ／ｃｃで成形した後、真空焼
結することにより、０．１μｍ以上の径を持つポアの面
積占有率が８７％である陽極素子（従来素子）を作製し
た。なお、以上のようなポアの面積占有率は、ポロシメ
ータを使用して測定し、算出した。
粒径（フィッシャー径）３．２μｍに調整した約３６ｋ
ＣＶ／ｇのタンタル粉末を成形した後、真空焼結するこ
とにより、０．１μｍ以上の径を持つポアの面積占有率
が９４％である陽極素子（本発明素子）を作製した。ま
た、従来技術に係る陽極素子として、平均粒径（フィッ
シャー径）２．２μｍに調整した約３６ｋＣＶ／ｇのタ
ンタル粉末を密度６．０ｇ／ｃｃで成形した後、真空焼
結することにより、０．１μｍ以上の径を持つポアの面
積占有率が８７％である陽極素子（従来素子）を作製し
た。なお、以上のようなポアの面積占有率は、ポロシメ
ータを使用して測定し、算出した。
【００１７】次に、上記の陽極素子（本発明素子と従来
素子）を電解液中で化成して化成皮膜を形成した後、容
量を測定した。続いて、これらの素子を硝酸マンガンの
水溶液に浸漬して素子の内部に液を浸透・含浸させた
後、この液を熱分解して二酸化マンガン層を形成した。
さらに、従来のタンタル固体電解コンデンサの製造条件
にしたがってカーボン層や銀層等を形成し、最終的に、
１６Ｖ−１００μＦ定格、Ｄサイズの製品（本発明品と
従来品）を完成した。
素子）を電解液中で化成して化成皮膜を形成した後、容
量を測定した。続いて、これらの素子を硝酸マンガンの
水溶液に浸漬して素子の内部に液を浸透・含浸させた
後、この液を熱分解して二酸化マンガン層を形成した。
さらに、従来のタンタル固体電解コンデンサの製造条件
にしたがってカーボン層や銀層等を形成し、最終的に、
１６Ｖ−１００μＦ定格、Ｄサイズの製品（本発明品と
従来品）を完成した。
【００１８】そして、以上のように作製した本発明品と
従来品の製品特性を調べたところ、次のような結果が得
られた。まず、容量出現率は、従来品では８７．３％
と、９０％に満たなかったが、本発明品では９３．６％
と高くなっていた。これらの容量出現率は、０．１μｍ
以上の径を持つポアの面積占有率（本発明品：９４％、
従来品：８７％）にほぼ比例している。また、８５℃の
温度条件下で１０００時間放置した後の容量変動率は、
従来品では１０％と高くなっていたが、本発明品では４
％と格段に低くなっており、本発明品の安定性が確認さ
れた。さらに、ＥＳＲ特性（１００ｋＨｚ）について
は、従来品では０．２Ωと高くなっていたが、本発明品
では０．１Ωと格段に低くなっており、この点でも、本
発明品の優位性が実証された。
従来品の製品特性を調べたところ、次のような結果が得
られた。まず、容量出現率は、従来品では８７．３％
と、９０％に満たなかったが、本発明品では９３．６％
と高くなっていた。これらの容量出現率は、０．１μｍ
以上の径を持つポアの面積占有率（本発明品：９４％、
従来品：８７％）にほぼ比例している。また、８５℃の
温度条件下で１０００時間放置した後の容量変動率は、
従来品では１０％と高くなっていたが、本発明品では４
％と格段に低くなっており、本発明品の安定性が確認さ
れた。さらに、ＥＳＲ特性（１００ｋＨｚ）について
は、従来品では０．２Ωと高くなっていたが、本発明品
では０．１Ωと格段に低くなっており、この点でも、本
発明品の優位性が実証された。
【００１９】以上のように、本発明に係るタンタル固体
電解コンデンサは、従来のタンタル固体電解コンデンサ
に比べて製品の容量出現率が向上しており、容量の安定
性が高くなっている。このことは、陽極素子の化成皮膜
に対する二酸化マンガン層の被覆率が高くなっているこ
とを示しており、このように二酸化マンガン層の被覆率
が高いと、二酸化マンガンの酸素供給能力およびヒーリ
ング効果を十分に引き出すことができるため、ＬＣ、シ
ョート等による皮膜の劣化、破壊等に対しても改善が可
能である。さらに、このように二酸化マンガン層の被覆
率が向上することからまた、陽極素子内部への水分の吸
着を防止できるため、その結果、前述したようにＥＳＲ
特性を向上できるものと考えられる。
電解コンデンサは、従来のタンタル固体電解コンデンサ
に比べて製品の容量出現率が向上しており、容量の安定
性が高くなっている。このことは、陽極素子の化成皮膜
に対する二酸化マンガン層の被覆率が高くなっているこ
とを示しており、このように二酸化マンガン層の被覆率
が高いと、二酸化マンガンの酸素供給能力およびヒーリ
ング効果を十分に引き出すことができるため、ＬＣ、シ
ョート等による皮膜の劣化、破壊等に対しても改善が可
能である。さらに、このように二酸化マンガン層の被覆
率が向上することからまた、陽極素子内部への水分の吸
着を防止できるため、その結果、前述したようにＥＳＲ
特性を向上できるものと考えられる。
【００２０】なお、本発明は、前記実施例に限定される
ものではなく、他にも本発明の範囲内で多種多様の変形
例を実施可能である。例えば、固体半導体層は、二酸化
マンガン層に限定されるものではなく、二酸化マンガン
と他の材料との混合層、あるいは他の材料層を形成する
ことも可能である。また、陽極素子としても、タンタル
と他の金属粉末との混合材料から作製したり、あるい
は、タンタルを含まない金属粉末から作製することも可
能である。
ものではなく、他にも本発明の範囲内で多種多様の変形
例を実施可能である。例えば、固体半導体層は、二酸化
マンガン層に限定されるものではなく、二酸化マンガン
と他の材料との混合層、あるいは他の材料層を形成する
ことも可能である。また、陽極素子としても、タンタル
と他の金属粉末との混合材料から作製したり、あるい
は、タンタルを含まない金属粉末から作製することも可
能である。
【００２１】一方、前記実施例においては、定格が１６
Ｖ−１００μＦのコンデンサに適用した場合について説
明したが、本発明は、各種の定格のコンデンサに同様に
適用可能であり、いずれの場合においても、前記実施例
と同様に、優れた効果が得られるものである。
Ｖ−１００μＦのコンデンサに適用した場合について説
明したが、本発明は、各種の定格のコンデンサに同様に
適用可能であり、いずれの場合においても、前記実施例
と同様に、優れた効果が得られるものである。
【００２２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、
０．１μｍ以上の径を持つ内部微細孔の累積面積が、内
部空隙全体の面積の９０％以上を占めるように陽極素子
を構成することにより、容量出現率を９０％以上に向上
できるため、容量の安定性を向上でき、ＥＳＲ特性にも
優れた、高性能の固体コンデンサを提供できる。また、
陽極素子の作製工程における、金属粉末の平均粒径や成
形密度、焼結温度を制御することにより、高性能の固体
コンデンサを効率良く確実に製造可能な、優れた製造方
法を提供できる。
０．１μｍ以上の径を持つ内部微細孔の累積面積が、内
部空隙全体の面積の９０％以上を占めるように陽極素子
を構成することにより、容量出現率を９０％以上に向上
できるため、容量の安定性を向上でき、ＥＳＲ特性にも
優れた、高性能の固体コンデンサを提供できる。また、
陽極素子の作製工程における、金属粉末の平均粒径や成
形密度、焼結温度を制御することにより、高性能の固体
コンデンサを効率良く確実に製造可能な、優れた製造方
法を提供できる。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01G 9/052
Claims (3)
- 【請求項１】 金属粉末から作製された陽極素子と、こ
の陽極素子の化成皮膜上に形成された固体半導体層と、
この固体半導体層上に形成された陰極層を備えた固体コ
ンデンサにおいて、前記陽極素子は、０．１μｍ以上の
径を持つ内部微細孔の累積面積が、内部空隙全体の面積
の９０％以上を占めるように構成されたことを特徴とす
る固体コンデンサ。 - 【請求項２】 金属粉末を成形した後に焼結して陽極素
子を作製し、この陽極素子に半導体生成液を含浸した後
に熱分解して固体半導体層を形成し、この固体半導体層
上に陰極層を形成することにより、請求項１に記載の固
体コンデンサを製造する方法において、前記陽極素子を
作製する際に、金属粉末の平均粒径と成形密度、および
焼結時の焼結温度を制御することにより、０．１μｍ以
上の径を持つ内部微細孔の累積面積を調整することを特
徴とする固体コンデンサの製造方法。 - 【請求項３】 前記金属粉末の成形密度を４．５〜８．
０の範囲とし、前記焼結時の焼結温度を１３５０〜１８
００℃の範囲とすることを特徴とする請求項２記載の固
体コンデンサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12480197A JP3343496B2 (ja) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | 固体コンデンサとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12480197A JP3343496B2 (ja) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | 固体コンデンサとその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10303081A JPH10303081A (ja) | 1998-11-13 |
| JP3343496B2 true JP3343496B2 (ja) | 2002-11-11 |
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ID=14894471
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12480197A Expired - Fee Related JP3343496B2 (ja) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | 固体コンデンサとその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3343496B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6309127B1 (en) * | 1999-05-07 | 2001-10-30 | Berol Corporation | Caps for writing instruments |
| JP4566593B2 (ja) * | 2003-04-14 | 2010-10-20 | 昭和電工株式会社 | 焼結体電極及びその焼結体電極を用いた固体電解コンデンサ |
-
1997
- 1997-04-28 JP JP12480197A patent/JP3343496B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10303081A (ja) | 1998-11-13 |
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