JP5274344B2 - Solid electrolytic capacitor - Google Patents
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本発明は、弁作用金属または弁作用金属を主成分とする合金からなる陽極を用いた固体電解コンデンサに関するものである。 The present invention relates to a solid electrolytic capacitor using an anode made of a valve metal or an alloy containing a valve metal as a main component.
近年、電子機器の小型化及び軽量化に伴って、インピーダンスが低く、小型で大容量のコンデンサが要求されるようになっている。固体電解コンデンサに対しても、抵抗成分を極力小さくすることが望まれている。固体電解コンデンサにおける抵抗成分には、1/ωC(ω=2πf、fは周波数)と、ESR(等価直列抵抗)と、ESL(等価直列インダクタンス)がある。ESRは、固体電解コンデンサを構成する、陽極、固体電解質層、及び陰極層の抵抗値及び相互間の接触抵抗の合計である。 In recent years, along with the reduction in size and weight of electronic devices, a capacitor having a low impedance, a small size and a large capacity has been required. It is desired to reduce the resistance component as much as possible for the solid electrolytic capacitor. The resistance component in the solid electrolytic capacitor includes 1 / ωC (ω = 2πf, f is a frequency), ESR (equivalent series resistance), and ESL (equivalent series inductance). ESR is the sum of the resistance values of the anode, the solid electrolyte layer, and the cathode layer, and the contact resistance between them, constituting the solid electrolytic capacitor.
固体電解コンデンサの固体電解質層としては、導電性高分子が用いられるようになってきている。導電性高分子の形成方法としては、化学重合法及び電解重合法がある。一般には、電解重合法で形成された導電性高分子の膜は、化学重合法で形成された導電性高分子の膜より導電性に優れ、かつ強固な膜を形成することができる。電解重合法で形成された導電性高分子層を固体電解質層として用いた場合、その表面が平滑になりやすく、その上に形成される陰極層の密着性が悪く、ESRが増大する原因となる。また、固体電解質層と陰極層との間の接触抵抗は、主に固体電解質層の表面形状、すなわち表面粗さに影響されやすく、ESR増大の要因となる。 As the solid electrolyte layer of the solid electrolytic capacitor, a conductive polymer has been used. As a method for forming the conductive polymer, there are a chemical polymerization method and an electrolytic polymerization method. In general, a conductive polymer film formed by an electrolytic polymerization method is superior in conductivity to a conductive polymer film formed by a chemical polymerization method, and can form a strong film. When a conductive polymer layer formed by an electropolymerization method is used as a solid electrolyte layer, the surface tends to be smooth, the adhesion of the cathode layer formed thereon is poor, and causes an increase in ESR. . Further, the contact resistance between the solid electrolyte layer and the cathode layer is mainly affected by the surface shape of the solid electrolyte layer, that is, the surface roughness, and causes an increase in ESR.
固体電解コンデンサにおいて、ESRを低減する方法として、固体電解質層と陰極層との密着性を改善することが行われている。特許文献1においては、固体電解質層の上に、集電体層となる金属層を形成することが提案されている。特許文献2においては、コンデンサ素子に導電性粉末を付着させて電解重合または化学重合により形成する固体電解質層の表面に凹凸を設け、陰極層との密着性を高めることが提案されている。特許文献3においては、電解重合による導電性高分子層の上に、化学重合による導電性高分子層を形成し、陰極層との密着性を高めることが提案されている。
In a solid electrolytic capacitor, as a method for reducing ESR, improving the adhesion between the solid electrolyte layer and the cathode layer is performed. In Patent Document 1, it is proposed to form a metal layer serving as a current collector layer on a solid electrolyte layer. In
また、コンデンサ素子の耐電圧を向上させ、漏れ電流を抑制させる方法として、特許文献4においては、固体電解質層の表面にアルミナ水和物などを用いて島状の絶縁部を形成することが提案されている。
Further, as a method for improving the withstand voltage of the capacitor element and suppressing the leakage current,
本発明の目的は、ESRを低減することができる固体電解コンデンサを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a solid electrolytic capacitor capable of reducing ESR.
本発明の固体電解コンデンサは、陽極と、陽極の表面上に設けられる誘電体層と、誘電体層の上に設けられる固体電解質層と、固体電解質層の上に設けられる陰極層とを備え、陰極層が、弁作用金属の酸化物からなる酸化物層と、標準電極電位0V以上の金属または該金属の合金からなる金属層とを有し、酸化物層は、固体電解質層と金属層の間において部分的に形成されていることを特徴としている。 The solid electrolytic capacitor of the present invention includes an anode, a dielectric layer provided on the surface of the anode, a solid electrolyte layer provided on the dielectric layer, and a cathode layer provided on the solid electrolyte layer, The cathode layer has an oxide layer made of an oxide of a valve action metal and a metal layer made of a metal having a standard electrode potential of 0 V or more or an alloy of the metal, and the oxide layer is made up of a solid electrolyte layer and a metal layer. It is characterized by being partially formed between.
本発明においては、陰極層が、固体電解質層の表面上を部分的に被覆する酸化物層と、酸化物層の上を被覆するように設けられる金属層とを有している。金属層は、酸化物層が形成されている領域においては、酸化物層の上に設けられ、酸化物層が形成されていない領域においては、固体電解質層の上に設けられる。 In the present invention, the cathode layer has an oxide layer that partially covers the surface of the solid electrolyte layer, and a metal layer that is provided so as to cover the oxide layer. The metal layer is provided on the oxide layer in the region where the oxide layer is formed, and is provided on the solid electrolyte layer in the region where the oxide layer is not formed.
本発明に従い、陰極層が、酸化物層と金属層とを有することにより、固体電解質層と陰極層との間の接触抵抗を小さくすることができ、ESRを低減することができる。 According to the present invention, when the cathode layer includes the oxide layer and the metal layer, the contact resistance between the solid electrolyte layer and the cathode layer can be reduced, and the ESR can be reduced.
本発明に従い、酸化物層を設けることにより、酸化物層の表面に電荷が蓄積され、固体電解質層と陰極層との間の界面に電界が集中する。この電界集中による電荷注入を促進させることにより、固体電解質層と陰極層との間の接触抵抗を低減することができ、ESRを小さくすることができると考えられる。 By providing the oxide layer according to the present invention, charges are accumulated on the surface of the oxide layer, and the electric field is concentrated at the interface between the solid electrolyte layer and the cathode layer. By promoting the charge injection due to this electric field concentration, it is considered that the contact resistance between the solid electrolyte layer and the cathode layer can be reduced and the ESR can be reduced.
本発明における酸化物層は、弁作用金属の酸化物から形成される。弁作用金属としては、モリブデン、バナジウム、タングステン、チタン、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウムなどが挙げられる。 The oxide layer in the present invention is formed from an oxide of a valve action metal. Examples of the valve metal include molybdenum, vanadium, tungsten, titanium, tantalum, niobium, hafnium, and zirconium.
本発明における金属層は、標準電極電位0V以上の金属または該金属の合金から形成される。このような金属または合金から金属層を形成することにより、大気中にて自然酸化膜が形成されにくい金属層とすることができる。標準電極電位0V以上の金属としては、レニウム(Re)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、白金(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、水銀(Hg)などが挙げられる。 The metal layer in the present invention is formed of a metal having a standard electrode potential of 0 V or higher or an alloy of the metal. By forming a metal layer from such a metal or alloy, a metal layer in which a natural oxide film is difficult to form in the atmosphere can be obtained. Examples of metals having a standard electrode potential of 0 V or higher include rhenium (Re), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), platinum (Pt), gold (Au), silver (Ag), iridium (Ir), osmium (Os), Examples include mercury (Hg).
本発明における酸化物層を形成する材料の比誘電率は、10以上であることが好ましい。比誘電率が10以上である材料を用いて酸化物層を形成することにより、ESRをさらに低減することができる。 The relative dielectric constant of the material forming the oxide layer in the present invention is preferably 10 or more. By forming the oxide layer using a material having a relative dielectric constant of 10 or more, ESR can be further reduced.
本発明における酸化物層は、モリブデン、タングステン、及びバナジウムからなるグループより選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物から形成されていることが好ましい。これらの金属の酸化物を用いることにより、ESRをさらに低減することができる。酸化モリブデンの比誘電率は、約39であり、酸化タングステンの比誘電率は、約41であり、酸化バナジウムの比誘電率は、約12である。 The oxide layer in the present invention is preferably formed of an oxide of at least one metal selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, and vanadium. ESR can be further reduced by using oxides of these metals. The relative dielectric constant of molybdenum oxide is about 39, the relative dielectric constant of tungsten oxide is about 41, and the relative dielectric constant of vanadium oxide is about 12.
本発明において、固体電解質層は、導電性高分子から形成することができる。導電性高分子としては、ポリエチレンジオキシチオフェン及びその誘導体、並びにポリピロール及びその誘導体からなるグループより選ばれる少なくとも1種が挙げられる。 In the present invention, the solid electrolyte layer can be formed from a conductive polymer. Examples of the conductive polymer include at least one selected from the group consisting of polyethylene dioxythiophene and derivatives thereof, and polypyrrole and derivatives thereof.
本発明によれば、固体電解質層と陰極層との間の接触抵抗を低減することができ、ESRを小さくすることができる。 According to the present invention, the contact resistance between the solid electrolyte layer and the cathode layer can be reduced, and the ESR can be reduced.
以下、本発明を具体的な実施形態により説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific embodiments, but the present invention is not limited to the following embodiments.
図1は、本発明の一実施形態の固体電解コンデンサを示す模式的断面図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a solid electrolytic capacitor according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、陽極2には、陽極リード1が埋設されている。陽極2は、弁作用金属または弁作用金属を主成分とする合金からなる粉末を成形し、この成形体を焼結することにより作製されている。従って、陽極2は、多孔質体から形成されている。図1において図示されていないが、この多孔質体には、その内部から外部に連通する微細な孔が多数形成されている。このように作製された陽極2は、本実施形態において、外形が略直方体になるように作製されている。
As shown in FIG. 1, an anode lead 1 is embedded in the
陽極2を形成する弁作用金属としては、固体電解コンデンサに用いることができるものであれば、限定されるものではないが、例えば、タンタル、ニオブ、チタン、アルミニウム、ハフニウム、ジルコニウム等が挙げられる。これらの中でも、誘電体である酸化物が高温でも比較的安定であるタンタル、ニオブ、アルミニウム、チタンが特に好ましい。また、弁作用金属を主成分とする合金としては、タンタルとニオブ等の2種類以上からなる弁作用金属同士の合金が挙げられる。
The valve metal that forms the
陽極2の表面には、誘電体層3が形成されている。誘電体層3は、陽極2の孔の表面にも形成されている。図1においては、陽極2の外周側に形成された誘電体層3を模式的に示しており、上述の多孔質体の孔の表面に形成された誘電体層は図示していない。誘電体層3は、陽極2を陽極酸化などで酸化することにより形成することができる。
A
誘電体層3の表面には、導電性高分子層からなる固体電解質層4が形成されている。導電性高分子層は、ポリエチレンジオキシチオフェン及びその誘導体、並びにポリピロール及びその誘導体からなるグループより選ばれる少なくとも1種から形成することができる。導電性高分子層は、複数の層から構成してもよい。導電性高分子層からなる固体電解質層4は、陽極2の孔の表面上の誘電体層3の上にも形成されている。
A
固体電解質層4の上には、弁作用金属の酸化物からなる酸化物層5aが形成されている。酸化物層5aは、固体電解質層4の表面上を部分的に被覆するように形成されている。従って、酸化物層5aは、固体電解質層4の全面上を覆うように設けられていない。図1においては、このような酸化物層5aを模式的に示している。
On the
酸化物層5aは、真空中において気相成長法により形成されることが好ましい。具体的には、抵抗加熱、フラッシュ蒸発、アーク蒸発、レーザー加熱、高周波加熱、電子ビーム加熱などの真空蒸着法により形成することができる。また、ECRやマグネトロンなどのスパッタリング法、イオンプレーティング法、MBE法や、レーザーアブレーション法などにより形成してもよい。
The
酸化物層5aは、モリブデン、バナジウム、タングステン、チタン、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウムなどの酸化物から形成することができる。モリブデン、タングステン、バナジウムなどの酸化物から形成する場合、これらの酸化物は、比較的低い温度で昇華するため、抵抗加熱による蒸着法により形成することができる。このため、固体電解質層にダメージを与えることなく形成することができる。
The
タンタル、イットリウム、ジルコニウム、ハフニウムなどの酸化物の場合には、電子ビーム加熱法により形成することができる。ニオブの酸化物の場合には、抵抗加熱による蒸着法及び電子ビーム加熱法のいずれでも形成することができる。 In the case of an oxide such as tantalum, yttrium, zirconium, or hafnium, it can be formed by an electron beam heating method. In the case of niobium oxide, it can be formed by either resistance vapor deposition or electron beam heating.
酸化物層5aの膜厚は、例えば、1nm〜20nm程度であることが好ましい。膜厚が20nmより大きくなると、ESRが高くなったり、静電容量が減少するおそれがある。また、膜厚1nm未満で再現性よく形成することは一般に困難な場合が多い。酸化物層5aの膜厚は、例えば、水晶振動子を用いた膜厚計で測定することができ、エリプソメーターなどで求めた膜厚の絶対値と比較して膜厚を決定することができる。
The thickness of the
酸化物層5aの上には、標準電極電位0V以上の金属または該金属の合金からなる金属層5bが形成されている。酸化物層5aは、固体電解質層4の表面上に部分的に形成されているので、酸化物層5aが形成されている領域においては、酸化物層5aの上に金属層5bが設けられている。また、酸化物層5aが形成されていない領域においては、固体電解質層4の上に金属層5bが形成されている。
A
標準電極電位0V以上の金属または該金属の合金から金属層5bを形成することにより、酸化物層5aと金属層5bとの間でオーミック接合が形成されているので、ESR低減効果を高めることができる。また、金属層5bには自然酸化膜が形成されにくいので、ESR低減の効果を高めることができる。
By forming the
金属層5bは、標準電極電位0V以上の金属または該金属の合金から形成することができ、例えば、銀、金などから形成することができる。金属層5bの形成方法は、特に限定されるものではないが、抵抗加熱による蒸着法や、フラッシュ蒸発、アーク蒸発、レーザー加熱、高周波加熱、電子ビーム加熱などの真空蒸着法、ECRやマグネトロンなどのスパッタリング法、イオンプレーティング法、MBE法、レーザーアブレーション法などにより形成することができる。
The
金属層5bの膜厚は、特に限定されるものではないが、例えば、10nm〜1000nm程度の範囲内とすることができる。
Although the film thickness of the
金属層5bの上には、カーボン層5cが形成されている。カーボン層5cは、グラファイント等の導電性を有するカーボン粒子を含むカーボンペーストを塗布した後、これを乾燥することにより形成することができる。
A
カーボン層5cの上には、銀層5dが形成されている。銀層5dは、銀粒子を含有する銀ペーストを塗布した後、これを乾燥することにより形成することができる。
A
本実施形態において、陰極層6は、酸化物層5a、金属層5b、カーボン層5c、及び銀層5dから構成されている。
In the present embodiment, the
カーボン層5c及び銀層5dは、集電性を高めるため設けられる集電層である。集電層としては、必ずしもカーボン層5c及び銀層5dの両方を設ける必要はなく、カーボン層5c及び銀層5dのいずれか一方のみが形成されているだけでもよい。また、カーボン層5c及び銀層5d以外の集電層が形成されていてもよい。
The
陰極層6の上には、導電性接着剤層7を介して、陰極端子9が接続されている。また、陽極リード1には、陽極端子8が接続されている。陽極端子8及び陰極端子9の端部が、外部に引き出されるように、モールド外装樹脂10が形成されている。
A cathode terminal 9 is connected on the
以上のようにして、本実施形態の固体電解コンデンサが構成されている。 As described above, the solid electrolytic capacitor of the present embodiment is configured.
図2は、図1に示す実施形態の固体電解コンデンサにおける固体電解質層4と陰極層6の界面近傍を拡大して示す模式的断面図である。
FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view showing the vicinity of the interface between the
図2に示すように、陽極2は、多孔質体であり、内部から外部に連通する孔が形成されている。陽極2の表面には、誘電体層3が形成されている。誘電体層3の上には、固体電解質層4が形成されており、固体電解質層4は、図2に示すように、多孔質体の孔の誘電体層3の上にも形成されている。
As shown in FIG. 2, the
固体電解質層4の上には、図2に示すように、固体電解質層4の表面を部分的に覆うように酸化物層5aが形成されている。酸化物層5aは、固体電解質層4の表面上において、島状に形成されていてもよい。従って、酸化物層5aが形成されている領域が島状であってもよい。また、逆に、酸化物層5aが形成されていない領域が島状であり、酸化物層5aがその周りにおいて連続して形成されていてもよい。
As shown in FIG. 2, an
酸化物層5aの上には、直接金属層5bが形成されている。酸化物層5aは上述のように、部分的に形成されているので、酸化物層5aが形成されている領域においては、酸化物層5aの上に、直接金属層5bが形成されている。また、酸化物層5aが形成されていない領域においては、固体電解質層4の上に直接金属層5bが形成されている。
A
金属層5bの上には、カーボン層5c及び銀層5dがこの順で形成されている。
A
本発明においては、酸化物層5aが固体電解質層4の表面を部分的に覆うように設けられている。酸化物層5aは、弁作用金属の酸化物から形成されているので、その表面には、電荷が蓄積され、界面に電界が集中する。電界が集中することにより、電荷注入を促進させることができ、金属層5bと固体電解質層4の間の界面の間の接触抵抗を低減することができる。その結果として、ESRを小さくすることができると考えられる。高周波を印加する場合においても、多少低減率が小さくなるものの、ESRを低減することができる。
In the present invention, the
従って、本発明によれば、陰極層6と固体電解質層4との間の接触抵抗を低減することができ、ESRを大幅に低減することができる。
Therefore, according to the present invention, the contact resistance between the
本実施形態において、固体電解質層4は、導電性高分子から形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、二酸化マンガン等の他の材料から形成されていてもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態においては、陽極2は、弁作用金属の粉末を焼結した多孔質体から形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、箔状の基体から形成されていてもよい。
Further, in the present embodiment, the
以下、具体的な実施例により本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples, but the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
<ステップ1>
平均粒子径約2μmのタンタル粉末を用い、タンタルからなるリード線を埋設させた成形体を作製し、この成形体を焼結することにより、タンタルからなる陽極リードを埋設させた多孔質焼結体からなる陽極を作製した。この陽極を、約60℃に保持した約0.1重量%のリン酸水溶液中で、約8Vの定電圧で、約10時間陽極酸化して、陽極の表面に誘電体層を形成した。
Example 1
<Step 1>
A porous sintered body in which a tantalum powder having an average particle diameter of about 2 μm is used, a molded body in which a lead wire made of tantalum is embedded, and the anode lead made of tantalum is embedded by sintering the molded body. An anode comprising: This anode was anodized in an about 0.1 wt% phosphoric acid aqueous solution maintained at about 60 ° C. at a constant voltage of about 8 V for about 10 hours to form a dielectric layer on the surface of the anode.
<ステップ2>
ステップ1で作製した陽極2上の誘電体層の表面上に、化学重合法及び電解重合法により、ポリピロール(Ppy)からなる固体電解質層を形成した。
<
A solid electrolyte layer made of polypyrrole (Ppy) was formed on the surface of the dielectric layer on the
<ステップ3>
次に、固体電解質層の上に抵抗加熱蒸着法により、10−5Pa程度の真空中で、酸化モリブデンを1nmの膜厚となるように蒸着し、酸化物層を形成した。次に、抵抗加熱蒸着法により銀を100nmの膜厚となるように蒸着し、金属層を形成した。
<
Next, molybdenum oxide was deposited on the solid electrolyte layer in a vacuum of about 10 −5 Pa by a resistance heating vapor deposition method so as to have a thickness of 1 nm, thereby forming an oxide layer. Next, silver was vapor-deposited by a resistance heating vapor deposition method so as to have a film thickness of 100 nm to form a metal layer.
金属層の上にカーボンペーストを塗布し、塗布後乾燥することにより、カーボン層を形成した。また、カーボン層の上に、銀ペースト層を塗布し、塗布後乾燥することにより、銀層を形成した。 The carbon layer was formed by apply | coating carbon paste on a metal layer, and drying after application | coating. Moreover, the silver layer was formed by apply | coating a silver paste layer on a carbon layer, and drying after application | coating.
銀層の上に導電性接着剤層を介して、陰極端子を接着するとともに、陽極リードに陽極端子を接続し、その後モールド外装樹脂を被覆して、固体電解コンデンサを作製した。 A cathode terminal was bonded onto the silver layer via a conductive adhesive layer, and the anode terminal was connected to the anode lead, and then a mold exterior resin was coated to produce a solid electrolytic capacitor.
(実施例2)
酸化物層の膜厚を5nmとする以外は、上記実施例1と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
(Example 2)
A solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the oxide layer was 5 nm.
(実施例3)
酸化物層の膜厚を20nmとする以外は、上記実施例1と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
(Example 3)
A solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the oxide layer was 20 nm.
(実施例4)
酸化物層の膜厚を10nmとする以外は、上記実施例1と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
Example 4
A solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the oxide layer was 10 nm.
(実施例5)
金属層を、抵抗加熱法による蒸着によって、膜厚100nmとなるように金から形成する以外は、実施例1と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
(Example 5)
A solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the metal layer was formed from gold so as to have a film thickness of 100 nm by vapor deposition using a resistance heating method.
(実施例6)
酸化物層を、膜厚10nmの酸化タングステンから形成する以外は、実施例1と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
(Example 6)
A solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the oxide layer was formed from tungsten oxide having a thickness of 10 nm.
(実施例7)
酸化物層を、膜厚10nmの酸化バナジウムから形成する以外は、実施例1と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
(Example 7)
A solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the oxide layer was formed of vanadium oxide having a thickness of 10 nm.
(実施例8)
カーボン層を形成せずに、金属層の上に、直接銀層を形成する以外は、実施例1と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
(Example 8)
A solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the silver layer was formed directly on the metal layer without forming the carbon layer.
(比較例1)
酸化物層及び金属層を形成せずに、固体電解質層の上に、カーボン層及び銀層を形成する以外は、実施例1と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
(Comparative Example 1)
A solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the carbon layer and the silver layer were formed on the solid electrolyte layer without forming the oxide layer and the metal layer.
(比較例2)
酸化物層を形成せずに、固体電解質層の上に金属層、カーボン層及び銀層を形成する以外は、実施例1と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
(Comparative Example 2)
A solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the metal layer, the carbon layer, and the silver layer were formed on the solid electrolyte layer without forming the oxide layer.
(比較例3)
金属層を形成せずに、酸化物層の上にカーボン層及び銀層を形成する以外は、実施例1と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
(Comparative Example 3)
A solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the carbon layer and the silver layer were formed on the oxide layer without forming the metal layer.
(比較例4)
酸化物層の膜厚を50nmとする以外は、実施例1と同様にして固体電解コンデンサを作製した。なお、膜厚50nmで形成した酸化物層は、固体電解質層の全面を被覆するように形成されている。
(Comparative Example 4)
A solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the oxide layer was 50 nm. The oxide layer formed with a film thickness of 50 nm is formed so as to cover the entire surface of the solid electrolyte layer.
(比較例5)
金属層として、標準電極電位が−1.68Vであるアルミニウムを膜厚を100nmで形成する以外は、実施例1と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
(Comparative Example 5)
A solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that aluminum having a standard electrode potential of −1.68 V was formed to a thickness of 100 nm as the metal layer.
(比較例7)
酸化物層を、膜厚10nmの酸化アルミニウムから形成する以外は、実施例1と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
(Comparative Example 7)
A solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the oxide layer was formed from aluminum oxide having a thickness of 10 nm.
(比較例6)
酸化物層、カーボン層、及び銀層を形成せずに、固体電解質層の上に金属層を形成する以外は、実施例1と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
(Comparative Example 6)
A solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the metal layer was formed on the solid electrolyte layer without forming the oxide layer, the carbon layer, and the silver layer.
〔ESR及び静電容量の測定〕
上記各固体電解コンデンサについて、周波数100kHzでのESRと、周波数120Hzでの静電容量(Cp)をLCRメーターで測定した。測定結果を表1に示す。
[Measurement of ESR and capacitance]
About each said solid electrolytic capacitor, ESR in frequency 100kHz and the electrostatic capacitance (Cp) in frequency 120Hz were measured with the LCR meter. The measurement results are shown in Table 1.
表1に示すESR及び静電容量(Cp)の値は、比較例1のESRの値及びCpの値を100とした指数である。 The values of ESR and capacitance (Cp) shown in Table 1 are indices with the ESR value and Cp value of Comparative Example 1 as 100.
表1に示すように、本発明に従う実施例1〜8の固体電解コンデンサは、酸化物層及び金属層を設けていない比較例1の固体電解コンデンサに比べ、ESRが低減されていることがわかる。 As shown in Table 1, it can be seen that the solid electrolytic capacitors of Examples 1 to 8 according to the present invention have lower ESR than the solid electrolytic capacitor of Comparative Example 1 in which no oxide layer and metal layer are provided. .
実施例1〜4から明らかなように、酸化物層の膜厚が1nm〜20nmである範囲では、ESR低減の効果が認められている。このような膜厚の範囲においては、酸化物層は、固体電解質層の表面上を部分的に被覆するように形成されている。 As is clear from Examples 1 to 4, the ESR reduction effect is recognized in the range where the thickness of the oxide layer is 1 nm to 20 nm. In such a film thickness range, the oxide layer is formed so as to partially cover the surface of the solid electrolyte layer.
これに対し、酸化物層の膜厚を50nmにした比較例4においては、ESR低減の効果が認められていない。膜厚50nmで酸化物を形成することにより、酸化物層が固体電解質層の全面を被覆している。このため、金属層が固体電解質層と接する領域が存在せず、固体電解質層と陰極層の接触抵抗が高くなったため、ESRが増大しているものと思われる。 On the other hand, in Comparative Example 4 in which the thickness of the oxide layer is 50 nm, the effect of reducing ESR is not recognized. By forming the oxide with a thickness of 50 nm, the oxide layer covers the entire surface of the solid electrolyte layer. For this reason, there is no region where the metal layer is in contact with the solid electrolyte layer, and the contact resistance between the solid electrolyte layer and the cathode layer is increased, so it is considered that the ESR is increased.
実施例5に示すように、金属層として金を用いた場合にも、ESR低減の効果が得られている。 As shown in Example 5, even when gold is used for the metal layer, the effect of reducing ESR is obtained.
また、実施例6及び7に示すように、酸化物層として、酸化タングステンまたは酸化バナジウムを形成した場合にも、ESR低減の効果が得られている。 In addition, as shown in Examples 6 and 7, even when tungsten oxide or vanadium oxide is formed as the oxide layer, the effect of reducing ESR is obtained.
また、実施例8に示すように、カーボン層を形成せずに、金属層の上に直接銀層を形成した場合にも、ESR低減の効果が得られている。 Moreover, as shown in Example 8, the effect of reducing ESR is also obtained when a silver layer is formed directly on a metal layer without forming a carbon layer.
比較例2から明らかなように、酸化物層を形成せずに、金属層を形成した場合には、ESRの低減の効果が得られていない。 As is clear from Comparative Example 2, when the metal layer is formed without forming the oxide layer, the effect of reducing the ESR is not obtained.
また、比較例3から明らかなように、金属層を形成せずに、酸化物層のみを形成した場合にも、ESR低減の効果は得られていない。 As is clear from Comparative Example 3, the effect of reducing ESR is not obtained even when only the oxide layer is formed without forming the metal layer.
これは、金属層と酸化物層との間でオーミック接合が形成されている実施例(特に、比較例3と同じ酸化物層の厚みをもつ実施例4)と比べ、比較例3では酸化物層上に直接カーボンペーストによりカーボン層を形成しているので、良好なオーミック接合が形成されず、接触抵抗を低減できなかったと考えられる。 This is compared to the example in which an ohmic junction is formed between the metal layer and the oxide layer (particularly, the example 4 having the same oxide layer thickness as that in the comparative example 3). Since the carbon layer is formed directly on the layer by the carbon paste, it is considered that a good ohmic junction was not formed and the contact resistance could not be reduced.
比較例5から明らかなように、標準電極電位が0V未満の金属層としてアルミニウムを形成した場合にも、ESR低減の効果が得られていない。 As is clear from Comparative Example 5, even when aluminum is formed as a metal layer having a standard electrode potential of less than 0 V, the effect of reducing ESR is not obtained.
また、比較例6から明らかなように、酸化物層、カーボン層、及び銀層を形成しない場合、ESR低減の効果は得られていない。 As is clear from Comparative Example 6, when the oxide layer, the carbon layer, and the silver layer are not formed, the effect of reducing the ESR is not obtained.
(実施例9)
固体電解質層として、ポリピロール(Ppy)に代えて、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)を化学重法及び電解重合法により形成する以外は、実施例1と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
Example 9
Solid electrolysis was performed in the same manner as in Example 1 except that poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) was formed by a chemical heavy method and an electropolymerization method instead of polypyrrole (Ppy) as the solid electrolyte layer. A capacitor was produced.
(比較例8)
酸化物層及び金属層を形成せずに、固体電解質層の上に、カーボン層及び銀層を形成する以外は、実施例9と同様にして固体電解コンデンサを作製した。
(Comparative Example 8)
A solid electrolytic capacitor was produced in the same manner as in Example 9 except that the carbon layer and the silver layer were formed on the solid electrolyte layer without forming the oxide layer and the metal layer.
〔ESR及び静電容量の測定〕
上記と同様にして、実施例9及び比較例7の固体電解コンデンサのESR及び静電容量を測定し、測定結果を表2に示した。
[Measurement of ESR and capacitance]
In the same manner as above, the ESR and capacitance of the solid electrolytic capacitors of Example 9 and Comparative Example 7 were measured, and the measurement results are shown in Table 2.
表2に示すESR及びCpの値は、比較例7のESRの値及びCpの値を100とした指数である。 The ESR and Cp values shown in Table 2 are indices with the ESR value and Cp value of Comparative Example 7 as 100.
表2に示すように、固体電解質をPEDOTから形成した場合においても、本発明に従い酸化物層及び金属層を設けることにより、ESRを低減できることがわかる。 As shown in Table 2, even when the solid electrolyte is formed from PEDOT, it can be seen that ESR can be reduced by providing the oxide layer and the metal layer according to the present invention.
比誘電率が約12である酸化バナジウムを酸化物層として用いた実施例7においては、ESRの低減率が約4%である。また、比誘電率が約39である酸化物モリブデンを酸化物層として用いた実施例4においては、ESRの低減率が約15%である。また、比誘電率が約41である酸化タングステンを酸化物層として用いた実施例6においては、ESRの低減率が約10%である。これに対し、比誘電率が約9である酸化アルミニウムを用いて酸化物層を形成した比較例7においては、ESRが増大しており、ESR低減の効果は認められなかった。これらのことから、酸化物層を形成する材料の比誘電率は10以上が好ましいことがわかる。 In Example 7 using vanadium oxide having a relative dielectric constant of about 12 as the oxide layer, the ESR reduction rate is about 4%. In Example 4 in which molybdenum oxide having a relative dielectric constant of about 39 was used as the oxide layer, the ESR reduction rate was about 15%. In Example 6 in which tungsten oxide having a relative dielectric constant of about 41 was used as the oxide layer, the ESR reduction rate was about 10%. On the other hand, in Comparative Example 7 in which the oxide layer was formed using aluminum oxide having a relative dielectric constant of about 9, ESR was increased, and the effect of reducing ESR was not recognized. From these, it can be seen that the relative dielectric constant of the material forming the oxide layer is preferably 10 or more.
〔漏れ電流の測定〕
上記各実施例及び各比較例の固体電解コンデンサについて、漏れ電流を測定した。漏れ電流は、2.5Vを印加し、20秒経過後の電流を測定した。いずれの場合も、5%の範囲で電流値が変化するに留まり、実施例及び比較例による漏れ電流において大きな違いはなかった。
(Measurement of leakage current)
About the solid electrolytic capacitor of each said Example and each comparative example, the leakage current was measured. As the leakage current, 2.5 V was applied and the current after 20 seconds was measured. In either case, the current value only changed in the range of 5%, and there was no significant difference in the leakage current between the example and the comparative example.
1…陽極リード
2…陽極
3…誘電体層
4…固体電解質層
5a…酸化物層
5b…金属層
5c…カーボン層
5d…銀層
6…陰極層
7…導電性接着剤層
8…陽極端子
9…陰極端子
10…モールド外装樹脂
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (4)
前記陰極層が、弁作用金属の酸化物からなる酸化物層と、標準電極電位0V以上の金属または該金属の合金からなる金属層とを有し、
前記酸化物層は、前記固体電解質層と前記金属層の間において部分的に形成されていることを特徴とする固体電解コンデンサ。 An anode, a dielectric layer provided on the surface of the anode, a solid electrolyte layer provided on the dielectric layer, and a cathode layer provided on the solid electrolyte layer,
The cathode layer has an oxide layer made of an oxide of a valve action metal, and a metal layer made of a metal having a standard electrode potential of 0 V or more or an alloy of the metal,
The solid electrolytic capacitor, wherein the oxide layer is partially formed between the solid electrolyte layer and the metal layer.
The said solid electrolyte layer is formed from at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of a polyethylenedioxythiophene and its derivative (s), and a polypyrrole and its derivative (s), The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. Solid electrolytic capacitor.
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