JP3973299B2

JP3973299B2 - コンデンサ

Info

Publication number: JP3973299B2
Application number: JP24054198A
Authority: JP
Inventors: 一美内藤
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2018-08-26
Also published as: JP2000068157A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規なコンデンサとりわけ単位重量あたりの容量が大きく、漏れ電流（以下ＬＣと略す）特性の良好なコンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器は、軽薄短小であることが尊ばれているが、内部に使用される電子部品も、同様に小型化することを要求されている。特にコンデンサにおいては、小型大容量のものが望まれている。
【０００３】
このようなコンデンサの中でも電極にタンタル金属を使用したタンタルコンデンサは、大きさの割には容量が大きく、しかも性能が良好なため貴重な存在である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、タンタルコンデンサは、さらに容量を大きくするには、内部のタンタル金属の表面積を大きくする必要があるが、タンタル金属の形状にタンタル粉の焼結体を用いたとしても、タンタル粉の微細化が要求され、この場合発火という危険性が伴うため限界があった。
【０００５】
このような欠点を克服するために、ニオブ金属を電極にしたニオブコンデンサが考えられているが、ＬＣ特性が不良で実際には実用に耐えない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
一般にニオブコンデンサは、電極としてのニオブから外部に容量引出し用の引出しリードが電気的に接続されているが、通常、その引出しリードの材質は、電極と同種金属のニオブである。本発明者は、前記したＬＣ特性の不良の一つが、該引出しリードと電極との接続点で発生することを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
本発明は、電極の一方をニオブとし、外部引出しリードをタンタルとしたコンデンサ、さらには、電極の一方を一部窒化された窒化ニオブとし、外部引出しリードをタンタルとしたコンデンサである。このコンデンサは単位重量あたりの容量が大きく、ＬＣ特性が良好である。また、このコンデンサの誘電体として誘電率の大きい酸化ニオブを利用すると、より容量の大きいコンデンサとすることもできる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に使用する電極の一方としてのニオブの形状は、板、箔、棒、焼結体等である。大きさは作製するコンデンサの容量を勘案して任意に決定される。箔、棒の場合は、折り曲げたり、巻回して、単位体積あたりの表面積を増大させて使用してもよい。ニオブの焼結体は、例えば、ニオブ粉を加圧成型した後１０⁰ 〜１０^-6Ｔｏｒｒ下で５００〜２０００℃、数分〜数時間放置することによって得られる。
【０００９】
また、本発明で引出しリードとして使用されるタンタルの形状は、板、箔、棒であり、大きさは一般に前記した電極であるニオブより小さくして用いられる。電極との接続は、溶接や導電ペーストによって電気的に接続されるが、電極の形状が焼結体の場合、例えば、ニオブ粉末を加圧成型する時にタンタルリードを挿入しておき、同時に焼結して焼結体と電気的接続を取ってもよい。また、引出しリードの個数は１個以上であってもよい。
【００１０】
コンデンサ形成後、エージング操作を行ってＬＣ値を下げることができるが、前記した電極とリードとの接続部には内部応力が常に存在するため、急なＬＣ不良を突発させる原因となる。
【００１１】
しかるに本発明のように、ニオブ電極にタンタルリードを接続した場合、ニオブリードの場合と比較してＬＣ不良をおこす可能性が小さい。この理由は定かではないが、後述するように、タンタルリード上に形成される誘電体の方が、ニオブリード上に形成される誘電体よりも安定であり、ＬＣ発生が少ないものと想像できる。
【００１２】
また、電極の一方としてのニオブを、一部窒化された窒化ニオブとすることにより、ＬＣ特性がさらに良好になり、該窒化ニオブは、低ＬＣを要求される回路用のコンデンサの電極とすることができる。本発明の窒化ニオブとは、金属ニオブの一部を窒素化したものであるが、例えばニオブを窒素雰囲気下で表面を窒素化することによって得られる。この場合、窒素量は数１０〜２０万重量ｐｐｍになる。好ましくは数１００〜数万重量ｐｐｍである。
【００１３】
窒素化する温度は２０００℃以下で、時間は数１０時間で目的とする窒素量の窒化ニオブが得られるが、一般に高温程、短時間で表面が窒素化される。また、室温でも、窒素下に数１０時間ニオブ金属を放置しておくと数１０重量ｐｐｍの窒素量の窒化ニオブが得られる。
【００１４】
前記コンデンサの誘電体として、例えば酸化タンタル、酸化ニオブ、ポリパラキシレン等の高分子物質、チタン酸バリウム等のセラミックス化合物を使用することができる。
【００１５】
酸化タンタルを誘電体として用いる場合、酸化タンタルは、タンタルを含有する錯体、例えばアルコキシ錯体、アセチルアセトナート錯体等を電極に付着後、水分解および／又は熱分解することによって作製することもできる。
【００１６】
酸化ニオブを誘電体として用いる場合、酸化ニオブは、一方の電極であるニオブ又は一部窒化された窒化ニオブを電解液中で化成するか、又はニオブを含有する錯体、例えばアルコキシ錯体、アセチルアセトナート錯体等を電極に付着後、水分解および／又は熱分解するかして作製することもできる。電解液中で化成して得る場合、本発明のコンデンサは、電解コンデンサとなり、ニオブ又は窒化ニオブ側が陽極となる。錯体を分解して得る場合、ニオブ又は窒化ニオブは、理論的に極性はなく、陽極としても陰極としても使用可能である。
【００１７】
また、高分子物質、セラミックス化合物を誘電体とするには、特公平７−６３０４５号公報、特公平７−８５４６１号公報の方法が利用できる。
【００１８】
これらの誘電体のうち、酸化ニオブは、とりわけ誘電率が大きく、また誘電率の温度依存性が小さいためこの誘電体を使用したコンデンサは、容量が大きく、また性能の良好なコンデンサとなりうる。
【００１９】
本発明において、電極に電気的に付着した外部引出しリードがタンタルであると、この引出しリードがニオブの場合に比較して、作製したコンデンサのＬＣ不良が少ない。この理由の一つとして、前述した誘電体は、電極に接続したリード上の一部にも形成されるが、タンタルは、ニオブに比較して酸素との反応性が幾分低いため、該誘電体自身から酸素を引き抜いたり、空気と反応した酸素が誘電体を劣化させたりする可能性が低いためと想像できる。
【００２０】
また、前述したように、タンタルリードを使用した窒化ニオブを電極に利用すると、ニオブ電極を使用した場合に比較して、作製したコンデンサのＬＣ値はさらに良好になるが、この理由の一つとして、ニオブの酸素反応性を、ニオブの一部を窒化することによって緩和していて、誘電体の安定性を増大させているものと考えられる。
【００２１】
一方、本発明のコンデンサの他方の電極として、アルミ電解コンデンサ業界で公知である電解液、有機半導体および無機半導体から選ばれた少なくとも一種の化合物が挙げられる。このような化合物の例として、例えば、ベンゾピロリン４量体とクロラニルからなる有機半導体、テトラチオテトラセンを主成分とする有機半導体、テトラシアノキノジメタンを主成分とする有機半導体、下記式（１）又は（２）で表わされる高分子にドーパントをドープした電導性高分子を主成分とした有機半導体、二酸化鉛又は二酸化マンガンを主成分とする無機半導体、四三酸化鉄からなる無機半導体等が挙げられる。このような半導体を二種以上使用してもよい。
【００２２】
【化１】

（Ｒ¹ 乃至Ｒ⁴ は水素、アルキル基又はアルコキシ基、Ｘは酸素、イオウ又は窒素原子、Ｒ⁵ はＸが窒素原子の時のみ存在して水素又はアルキル基、Ｒ¹ ，Ｒ² およびＲ³ ，Ｒ⁴ は互いに結合して環状になっていてもよい。）
【００２３】
【化２】

（Ｒ¹ ，Ｒ² は水素、アルキル基又はアルコキシ基、Ｘは酸素、イオウ又は窒素原子、Ｒ³ はＸが窒素原子の時のみ存在して、水素又はアルキル基、Ｒ¹ ，Ｒ² は互いに結合して環状になっていてもよい。）
【００２４】
式（１）又は式（２）で表わされる高分子の例として、例えばポリアニリン、ポリオキシフェニレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリピロール、ポリメチルピロール等が挙げられる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例１〜７
幅５ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ１００μｍのニオブ箔の中心に、太さ０．３ｍｍφ、長さ１０ｍｍのタンタル線の一部分（長さ２ｍｍ分）を溶接した後巻回して、タンタルリード線が付着した電極を形成した。一方、別に用意したペンタエチルニオベート液中に該電極のタンタルリードの上から７ｍｍを残して浸漬し引上げた後、８５℃蒸気中で反応させ、さらに５００℃で乾燥することにより電極上に酸化ニオブの誘電体層を形成した。さらに、誘電体上に表１で示される他方の電極を形成し、カーボンペースト、銀ペーストを順次浸漬、乾燥することによって積層した。一方、別に用意した前述のタンタル線と同形状のタンタル線を乾燥した銀ペースト上に付着させ、外部引出しリードが２本（ニオブ電極に１本、銀ペースト上に１本）付着した素子を得た。引き続きエポキシ樹脂で封口してコンデンサを作製した。
表２に作製したコンデンサの容量と２．５ＶでのＬＣ値を示した。
【００２６】
実施例８
実施例１で、ペンタエチルニオベートの代わりに、ペンタエチルタンタレートを使用して、誘電体に酸化タンタルの誘電体を形成した以外は、実施例１と同様にしてコンデンサを作製した。
【００２７】
実施例９
粒径１０〜４０μｍのニオブ粉末を４００℃の窒素雰囲気中で反応させ、窒化ニオブ粉末とした。窒素量約２０００重量ｐｐｍであった。該粉末約０．１ｇとタンタルリード０．３ｍｍφ、長さ１５ｍｍを同一に成型して、大きさ３×３×０．２ｍｍの成型体（タンタルリード線が２ｍｍ成型体に入っていて、外部に１３ｍｍ突き出ている）を得た。ついで該成型体を真空中１５００℃で焼結させ窒化ニオブ焼結体を得た。
ついでりん酸水溶液中で２０Ｖ化成することにより焼結体上に酸化ニオブの誘電体を形成した。さらに該誘電体上に実施例４と同様な、もう一方の電極を形成した。引き続き、他方の電極上に実施例１と同様にして、カーボンペースト、銀ペーストを積層し、ついでリードを引出してエポキシ封口してコンデンサを作製した。
【００２８】
実施例１０
実施例９で誘電体層まで形成した後、イソブチルトリプロピルアンモニウムテトラボロフルオライド電解質を５％溶解したジメチルホルムアミドとエチレングリコールの混合溶液からなる電解液を焼結体に付着させた。さらに、窒化ニオブ電極に付着したタンタルリードの上部３ｍｍが外に出るように円筒状のゴムに通した後、コンデンサ素子部を缶に入れ、缶の上部でゴムをかしめ付けし、封口した。
【００２９】
比較例１〜１０
実施例１〜１０でタンタルリードの代わりに同形状のニオブリードを使用した以外は実施例１と同様にしてコンデンサを作製した。
【００３０】
参考例
比較例９でニオブ粉の代わりに同粒径のタンタル粉を使用し、また誘電体を該タンタル粉から作製した焼結体を化成することによって得た酸化タンタルとした以外は比較例９と同様にしてコンデンサを作製した。
以上、作製したコンデンサの性能値を表２に示した。
【００３１】
【表１】

【００３２】
【表２】

【００３３】
【発明の効果】
本発明による電極の一方をニオブ又はニオブの一部を窒化した窒化ニオブとし、該電極に電気的に付着した外部引出しリードをタンタルとしたコンデンサは、単位重量あたりの容量が大きく、ＬＣ特性が良好である。特に該コンデンサの誘電体を酸化ニオブとしたコンデンサは、より容量が大きくＬＣ特性等の性能が良好なため、小型高容量なコンデンサとなりうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンデンサの一方の電極を例示する模式図。
【符号の説明】
１ニオブ又は窒化ニオブ電極
２外部引出しリード

Claims

二つの電極と、電極間に介在する誘電体とから構成されたコンデンサにおいて、電極の一方がニオブであり、該電極に電気的に接続するように付着させた外部引出しリードがタンタルであるコンデンサ。
電極の一方としてのニオブが、一部窒化された窒化ニオブであることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。
誘電体が酸化ニオブであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコンデンサ。
電極の一方のニオブが、板、箔、棒、焼結体である請求項１乃至３のいずれかひとつに記載のコンデンサ。
誘電体が、高分子物質またはセラミックスである請求項１乃至４のいずれかひとつに記載のコンデンサ。
他方の電極が、電解液、有機半導体及び無機半導体から選ばれた少なくとも一種を用いたものである請求項１乃至５のいずれかひとつに記載のコンデンサ。
有機半導体が、ポリアニリン、ポリオキシフェニレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリピロール、ポリメチルピロールから選ばれた少なくとも一種である請求項６記載のコンデンサ。