JP4383227B2 - 固体電解コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は、固体電解コンデンサおよびその製造方法に関する。
従来、タンタルからなる基体を陽極酸化することにより酸化タンタルを形成し、これを誘電体層として用いる固体電解コンデンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、従来の固体電解コンデンサでは、等価直列抵抗（ＥＳＲ）を低減するために、誘電体層と陰極層との間に、二酸化マンガンやポリピロール、ポリアニリンなどの導電性高分子などが電解質層として形成される。
特開平１０−１３５０８０号公報
しかしながら、上記のように酸化タンタルを誘電体層として用いる従来の固体電解コンデンサにおいても、１００ｋＨｚ付近の高周波領域でのＥＳＲ特性については未だ十分でないという問題点があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、
この発明の１つの目的は、等価直列抵抗が小さい固体電解コンデンサを提供することである。
この発明の１つの目的は、等価直列抵抗が小さい固体電解コンデンサを提供することである。
この発明のもう１つの目的は、等価直列抵抗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である。
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による固体電解コンデンサは、タンタルからなる陽極と、陽極上に形成され、フッ素を含む酸化タンタルからなる誘電体層と、誘電体層上に形成された陰極層とを備える。
この第１の局面による固体電解コンデンサでは、上記のように、酸化タンタルからなる誘電体層は、フッ素を含んでいる。これにより、誘電体層の損失抵抗が減少するので、等価直列抵抗の小さい固体電解コンデンサを得ることができる。
上記第１の局面による固体電解コンデンサにおいて、好ましくは、誘電体層中のフッ素濃度は、０．０１重量％〜１．０重量％の範囲である。また、より好ましいフッ素濃度は、０．０２重量％〜０．７５重量％の範囲である。また、さらに好ましいフッ素濃度は、０．１重量％〜０．５重量％の範囲である。このように構成すれば、容易に、高周波領域での等価直列抵抗を小さくすることができる。
また、この発明の第２の局面による固体電解コンデンサの製造方法は、タンタル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ことにより誘電体層を形成する工程と、誘電体層上に陰極層を形成する工程とを備える。
この第２の局面による固体電解コンデンサの製造方法では、上記のように、フッ素イオンを含む水溶液中で陽極酸化を行うことにより、フッ素を含む酸化タンタルからなる誘電体層を形成することができる。これにより、誘電体層の損失抵抗が減少し、等価直列抵抗を小さくすることができる。
さらに、フッ素イオンを含む水溶液中で陽極酸化を行うことにより、フッ素イオンがタンタルからなる陽極の表面を凹凸形状を有するように溶解するので、陽極の表面積が増大する。これにより、陽極とその上に形成される誘電体層との界面の接触面積が増加し、陽極と誘電体層との接触抵抗がさらに低減される。その結果、等価直列抵抗を小さくすることが可能な固体電解コンデンサを容易に製造することができる。
以下、本発明を実施の形態に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は下記実施の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は本発明の一実施形態による固体電解コンデンサの断面構造図である。図１を参照して、以下に、本発明の一実施形態による固体電解コンデンサの構造について説明する。
まず、本発明の一実施形態による固体電解コンデンサ１００では、図１に示すように、陽極リード１ａの周囲にタンタル粒子を真空中で焼結成形することにより得られる多孔質焼結体からなる板状の陽極１の表面に、フッ素を含む酸化タンタルからなる誘電体層２が形成されている。誘電体層２上には、二酸化マンガンやポリピロール、ポリアニリンなどの導電性高分子などからなる電解質層３が形成されている。電解質層３上には、陰極層４が形成されており、陰極層４は、電解質層３上に形成されるカーボンペーストなどからなる第１導電層４ａと、第１導電層４ａ上に形成される銀ペーストなどからなる第２導電層４ｂとから構成されている。
また、陰極層４上には、導電性接着剤５を介して陰極端子６が接続され、陽極１の陽極リード１ａには、陽極端子７が接続されている。そして、陽極端子７および陰極端子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。これにより、本発明の一実施の形態に係る固体電解コンデンサ１００が構成されている。
次に、本発明の一実施形態による固体電解コンデンサの製造方法について説明する。
まず、図１を参照して、陽極リード１ａの周囲にタンタル粒子を真空中で焼結成形することにより、タンタル粒子間が溶着してなる多孔質焼結体からなる板状の陽極１を形成する。
次に、陽極１をフッ化アンモニウム水溶液などのフッ素イオンを含む水溶液中で陽極酸化を行う。これにより、陽極１の表面にフッ素を含む酸化タンタルからなる誘電体層２を形成する。
次に、各種重合法や熱分解などの方法などにより、誘電体層２上にポリピロール、ポリチオフェンなどの導電性高分子や二酸化マンガンなどからなる電解質層３を形成する。導電性高分子などからなる電解質層３を用いた場合、電解質層３が陽極１の多孔質焼結体の表面の誘電体層２の隙間を埋めるように誘電体層２の表面に形成される。
その後、電解質層３上にカーボンペーストなどを塗布することにより第１導電層４ａを形成し、第１導電層４ａ上に銀ペーストなどを塗布することにより第２導電層４ｂを形成する。これにより、第１導電層４ａおよび第２導電層４ｂからなる陰極層４を形成する。
次に、陰極層４上に導電性接着剤５を介して陰極端子６を接続する。また、誘電体層２、電解質層３および陰極層４から露出した陽極１の陽極リード１ａに陽極端子７を接続する。その後、陽極端子７および陰極端子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を形成する。以上の方法により、固体電解コンデンサ１００が作製される。
本発明の一実施の形態では、陽極１上に形成されている酸化タンタルからなる誘電体層２は、フッ素を含んでおり、これにより、誘電体層２の損失抵抗が減少するので、等価直列抵抗の小さい固体電解コンデンサを得ることができる。
また、本発明の一実施の形態では、フッ素イオンを含む水溶液中で陽極酸化を行うことにより、フッ素イオンがタンタルからなる陽極１の表面を凹凸形状を有するように溶解するので、陽極１の表面積が増大する。これにより、陽極１とその上に形成される誘電体層２との界面の接触面積が増加し、陽極１と誘電体層２との接触抵抗がさらに低減される。その結果、等価直列抵抗を小さくすることが可能な固体電解コンデンサを容易に製造することができる。
また、本発明の一実施形態では、陽極１は、多孔質焼結体からなる板状の基体から構成されているが、本発明はこれに限らず、棒状や箔状の基体から構成されてもよい。
また、本発明の一実施形態では、誘電体層２と陰極層４と間には電解質層３が形成されているが、本発明はこれに限らず、電解質層３を形成することなく、陰極層４を誘電体層２上に直接形成してもよい。
以下の実施例では、固体電解コンデンサを作製し、上記実施形態に用いる陽極および誘電体層の評価を行った。
（実施例１）
図２は、本発明の実施例１の固体電解コンデンサの構造および評価方法を示す図である。図２を参照して、以下に、本発明の実施例１による固体電解コンデンサおよびその作製方法について説明する。
図２は、本発明の実施例１の固体電解コンデンサの構造および評価方法を示す図である。図２を参照して、以下に、本発明の実施例１による固体電解コンデンサおよびその作製方法について説明する。
まず、陽極リード１ａ上に約９９％の純度を有するタンタル粒子を真空中で焼結成形することにより、約４ｍｍ長×約４ｍｍ幅×約５００μｍ厚の板状のタンタル多孔質焼結体からなる陽極１を形成する。
次に、その陽極１を約６０℃に保持した約０．１重量％のフッ化アンモニウム水溶液（フッ酸イオン濃度：約０．０５重量％）中において約１５Ｖの定電圧で約１０時間陽極酸化を行い、陽極１上に約３０ｎｍの厚さを有する酸化タンタルからなる誘電体層２を形成した。
この誘電体層２をＥＳＣＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）により測定した結果、誘電体層２中のフッ素濃度は、約０．１重量％であった。
次に、電解重合により、誘電体層２上に、ポリピロールからなる電解質層３を形成し、さらに、電解質層３上にカーボンペーストおよび銀ペーストをそれぞれ塗布することにより、第１導電層４ａおよび第２導電層４ｂを形成した。これにより、電解質層３上に、第１導電層４ａおよび第２導電層４ｂからなる陰極層４を形成した。このようにして、実施例１の固体電解コンデンサＡを作製した。
（比較例１）
比較例１では、実施例１の陽極酸化の工程で用いた約０．１重量％のフッ化アンモニウム水溶液に代えて、約０．１重量％の硝酸水溶液を用いる以外は、実施例１と同様に固体電解コンデンサＸを作製した。すなわち、比較例１の固体電解コンデンサＸでは、陽極上にフッ素を含まない酸化タンタルからなる誘電体層が形成されている。
比較例１では、実施例１の陽極酸化の工程で用いた約０．１重量％のフッ化アンモニウム水溶液に代えて、約０．１重量％の硝酸水溶液を用いる以外は、実施例１と同様に固体電解コンデンサＸを作製した。すなわち、比較例１の固体電解コンデンサＸでは、陽極上にフッ素を含まない酸化タンタルからなる誘電体層が形成されている。
次に、実施例１および比較例１の各固体電解コンデンサについて、図２に示すように、ＬＣＲメータを用いて、陽極と陰極層との間に電圧を印加することにより、約１００ｋＨｚの周波数における等価直列抵抗（ＥＳＲ）を測定した。これらの結果を表１に示す。なお、表１においては、比較例１の測定結果を１００として、実施例１の測定結果を規格化した値を示している。
（実施例２）
実施例２においては、本発明の誘電体層中のフッ素濃度とＥＳＲとの相関について検証を行った。
実施例２においては、本発明の誘電体層中のフッ素濃度とＥＳＲとの相関について検証を行った。
ここで、実施例２においては、上記の実施例１の陽極酸化の工程で用いた約０．１重量％のフッ化アンモニウム水溶液に代えて、それぞれ、約０．００６重量％、約０．０１重量％、約０．０２重量％、約０．０５重量％、約０．５重量％、約０．７５重量％、約１．０重量％、および約１．２重量％のフッ化アンモニウム水溶液を用いる以外は、実施例１と同様に固体電解コンデンサＢ１〜Ｂ８を作製した。
この固体電解コンデンサＢ１〜Ｂ８の各誘電体層をＥＳＣＡにより測定した結果、誘電体層中のフッ素濃度は、それぞれ、約０．００５重量％、約０．０１重量％、約０．０２重量％、約０．０５重量％、約０．５重量％、約０．７５重量％、約１．０重量％、および約１．２重量％であった。
さらに、固体電解コンデンサＢ１〜Ｂ８について、実施例１と同様に、ＥＳＲを測定した。これらの結果を表２に示す。なお、表２においては、比較例１の測定結果を１００として、実施例２の測定結果を規格化した値を示している。
（実施例３）
実施例３においては、本発明の陽極酸化時に用いる水溶液の種類について検討を行った。
実施例３においては、本発明の陽極酸化時に用いる水溶液の種類について検討を行った。
ここで、実施例１の陽極酸化の工程で用いた約０．１重量％のフッ化アンモニウム水溶液に代えて、約０．１６重量％のフッ化カリウム水溶液、約０．１１重量％のフッ化ナトリウム水溶液、および約０．０５重量％のフッ酸水溶液をを用いる以外は、実施例１と同様に固体電解コンデンサＣ１〜Ｃ３を作製した。このとき、各水溶液中のフッ素イオン濃度はいずれも約０．０５重量％であった。また、形成された各誘電体層をＥＳＣＡにより測定した結果、誘電体層中のフッ素濃度は、いずれも約０．１重量％であった。
さらに、固体電解コンデンサＣ１〜Ｃ３について、実施例１と同様に、ＥＳＲを測定した。これらの結果を表３に示す。なお、表３においては、比較例１の測定結果を１００として、実施例３の測定結果を規格化した値を示している。
これより、陽極酸化に用いる水溶液としては、フッ化アンモニウム水溶液に代えて、フッ化カリウム水溶液、フッ化ナトリウム水溶液、フッ酸水溶液を用いてもＥＳＲの低減が可能であることが判明した。
１ 陽極
１ａ 陽極リード
２ 誘電体層
３ 電解質層
４ 陰極層
４ａ 第１導電層
４ｂ 第２導電層
５ 導電性接着剤
６ 陰極端子
７ 陽極端子
８ モールド外装樹脂
１００ 固体電解コンデンサ
１ａ 陽極リード
２ 誘電体層
３ 電解質層
４ 陰極層
４ａ 第１導電層
４ｂ 第２導電層
５ 導電性接着剤
６ 陰極端子
７ 陽極端子
８ モールド外装樹脂
１００ 固体電解コンデンサ
Claims (3)
- タンタルからなる陽極と、
前記陽極が陽極酸化されて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層と、を備え、
前記誘電体層はフッ素を含む酸化タンタルからなることを特徴とする固体電解コンデンサ - 前記誘電体層中のフッ素濃度は、０．０１重量％〜１．０重量％の範囲である、請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
- タンタル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ことにより前記陽極表面に形成される誘電体層にフッ素を含有させる工程と、
前記誘電体層上に陰極層を形成する工程とを備える、固体電解コンデンサの製造方法。
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