JP5716163B2 - 固体電解コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態におけるタンタル固体電解コンデンサ20の内部を説明するための模式的な断面図である。
このように本実施形態のタンタル固体電解コンデンサ20において、第1誘電体層3Aは非晶質成分からなるタンタルまたはその合金からなる陽極の酸化物(Ta2O5)により構成され、更に、第2誘電体層3Bは第1誘電体粒子33Aと第2誘電体粒子33Bとを含む誘電体粒子33で構成され、平均粒径が小さい第1誘電体粒子33Aが第1誘電体層3Aと接している。これにより、第1誘電体層3Aと第2誘電体層3Bとの密着性が高まり、誘電体層3の膜質が高まる。したがって、本実施形態によれば、漏れ電流を低減したタンタル固体電解コンデンサ20を提供できる。
本実施形態に係るタンタル固体電解コンデンサの製造方法について以下に説明する。
図3(a)に示すように、陽極1として、長さが40mm、幅が20mm、厚み0.1mmからなる薄板状のタンタル箔を用いた。
図3(b)に示すように、上記陽極1の表面にスパッタリング法により厚みが約10〜500nmのチタン薄膜10を形成した。尚、同図に示すようにチタン薄膜10は、陽極1の他端部1b側の領域にマスクを施し、後述の誘電体層3を形成する陽極1の一端部1a側の領域のみに形成してもよいし、陽極1全体を覆うように形成してもよい。陽極1全体を覆うようにチタン薄膜10を形成した場合であっても、後の工程で陽極端子7を接続することを妨げない。また、チタン薄膜10は上記スパッタリング法以外にも蒸着法等種々の方法で形成できる。
チタン薄膜10を形成した陽極1の一端部1a側を約70〜180℃に保持した約0.01〜1Mの電解質水溶液である水酸化バリウム水溶液中に浸漬し、約3〜50Vの定電圧で約1〜240時間、電気化学的に水熱処理することにより、図3(c)に示すように、誘電体層3を形成した。電解質水溶液である水酸化バリウム水溶液は、溶質に水酸化バリウムを用いることでバリウムイオンを含有する。熱水中で陽極1に電圧を印加し、水熱処理することにより形成した誘電体層3は、第1誘電体層3A及び第2誘電体層3Bを同一の工程で形成できる。したがって、第1誘電体層3Aと第2誘電体層3Bとの密着性が高まる。
図3(d)に示すように、誘電体層3の表面に、電解質層4を形成する。電解質層4に導電性高分子を用いた場合の形成方法としては、例えば、化学重合法を用いてポリピロール等の導電性高分子からなるプレコート層を形成する。引き続き、プレコート層の表面上に、電解重合法を用いてポリピロール等の導電性高分子層を形成する。このようにして、誘電体層3上に、プレコート層、導電性高分子層の積層膜からなる導電性高分子の電解質層4を形成できる。
図3(e)に示すように、電解質層4の表面に直接接するようにカーボンペーストを塗布することによりカーボン層5aを形成し、カーボン層5a上に銀ペーストを塗布することにより銀ペースト層5bを形成した。本実施例において、陰極引出層5は、このカーボン層5a及び銀ペースト層5bにより構成されている。
図3(f)に示すように、陽極端子7の端部7aは、陽極1の他端部1bに溶接などにより電気的及び機械的に接続されている。また、陰極端子9の端部9aは、陰極引出層5上に導電性接着材8により電気的及び機械的に接続されている。
図3(g)に示すように、工程5まで形成後、陽極端子及び陰極端子の一部が露出するように、エポキシ樹脂及びイミダゾール化合物を含む封止材を用い、トランスファーモールド法により樹脂外装体11を形成した。具体的には、予備加熱した封止材を金型に注入し、金型内で硬化させた。樹脂外装体11を形成後、露出した陽極端子及び陰極端子を樹脂外装体11の側面から下面側に折り曲げることにより、基板との半田接続に用いる端子7b、9b部分を形成した。
次に、第2実施形態について以下に説明する。尚、上述の第1実施形態と同様の部分については説明を省略する。
本実施形態に係るタンタル固体電解コンデンサの製造方法について以下に説明する。
1次粒径が約0.5μm、2次粒子径が約100μmのタンタル金属粒子を用いて、陽極リード2の一端部2aが陽極1Tに埋め込まれた状態で複数のタンタル金属粒子を成形し、真空中で焼結することにより、多孔質焼結体からなる陽極1Tを成型した。陽極リード2の他端部2bは、陽極1Tの一面から突出した形で固定されている。このように形成された多孔質焼結体からなる陽極1Tの外形は、長さが4.4mm、幅が3.3mm、厚みが1.0mmからなる直方体である。
陽極1Tの外周部側の表面及び陽極リード2の他端部2bの一部表面にスパッタリング法等によりチタン薄膜10を形成した。尚、陽極リード2の他端部2bにおいて、陽極端子7が接続される領域にはマスクを施し、チタン薄膜10を形成していないが、チタン薄膜10が形成されていてもよい。
陽極端子7の端部7aは、陽極リード2の端部2bに溶接等により電気的及び機械的に接続されている。また、陰極端子9の端部9aは、陰極引出層5上に導電性接着材8により電気的及び機械的に接続されている。
次に、第2実施形態の変形例について以下に説明する。尚、上述の第1実施形態及び第2実施形態と同様の部分については説明を省略する。
本変形例に係るタンタル固体電解コンデンサの製造方法について以下に説明する。
1次粒径が約0.5μm、2次粒子径が約100μmのタンタル金属粒子1UAの表面に、スパッタリング法等によりチタン薄膜10を形成した。
上述のチタン薄膜10が形成されたタンタル金属粒子1UAを陽極リード2の一端部2aが陽極1Uに埋め込まれた状態で成形し、真空中で焼結することにより、多孔質焼結体からなる陽極1Uを成型した。このように形成した陽極1Uの露出した表面にはチタン薄膜10が形成され、陽極1Uを構成するタンタル金属粒子1UAの粒界にもチタン薄膜10が形成されている。
以下に、第1実施形態に係るタンタル固体電解コンデンサの誘電体層の漏れ電流及び誘電体層の誘電率を確認するために評価試料を作製した。
第1実施形態に係るタンタル固体電解コンデンサの評価試料1について以下に説明する。
陽極として、長さが40mm、幅が20mm、厚みが0.1mmからなる直方体のタンタル箔を用いた。
陽極の一端部側にスパッタリング法により厚みが50nmのチタン薄膜を形成した。
チタン薄膜を形成した陽極の一端部側を約150℃に保持した0.5Mの水酸化バリウム水溶液中に浸漬し、約30Vの定電圧で約12時間、水熱処理することにより、誘電体層を形成した。
評価試料1における工程2を行わず、更に評価試料1の工程3に代えて、下記工程3Aを行ったこと以外は、評価試料1と同様に、従来に係るタンタル固体電解コンデンサの評価試料2の作成を行った。
陽極の一端部側を約25℃に保持した約0.02重量%の燐酸水溶液中に浸漬し、約30Vの定電圧で約2時間、陽極酸化することにより、誘電体層を形成した。評価試料2において誘電体層は上記1層のみで構成されている。上記と同様に組成及び結晶性の確認を行ったところ、誘電体層は非晶質成分の酸化タンタルであった。
評価試料1における工程2を行わず、更に評価試料1の工程1に代えて、下記工程1Aを行ったこと以外は、評価試料1と同様に評価試料3の作成を行った。
陽極1として、長さが40mm、幅が20mm、厚みが0.1mmからなる直方体のチタン箔を用いた。
評価試料1の工程3に代えて、下記工程3Bを行ったこと以外は、評価試料1と同様に評価試料4の作成を行った。
陽極の一端部側を約25℃に保持した約0.02重量%の燐酸水溶液中に浸漬し、約30Vの定電圧で約2時間、陽極酸化することにより、第1誘電体層を形成した。
評価試料1〜4に対して図6(b)に示す電極間に10Vの電圧を印加し、50秒後の漏れ電流を測定した。次に、評価試料1〜4に対して図6(b)に示す電極間に120Hz、100mVの交流電圧を印加して測定した静電容量及び走査型電子顕微鏡(SEM)で断面を観察して測定した誘電体層全体の膜厚から、誘電体層全体の比誘電率を算出した。
2 陽極リード
3 誘電体層
33 誘電体粒子
4 電解質層
5 陰極引出層
7 陽極端子
8 導電性接着材
9 陰極端子
10 チタン薄膜
11 樹脂外装体
20 固体電解コンデンサ
Claims (6)
- タンタル又はタンタルを主成分とする合金からなる陽極と、
前記陽極を覆う誘電体層と、
前記誘電体層を覆う電解質層と、を有する固体電解コンデンサにおいて、
前記誘電体層は、前記陽極と接する第1誘電体層と、前記第1誘電体層を覆い、且つ、前記電解質層と接する第2誘電体層と、を有し、
前記第1誘電体層は非晶質成分により構成される前記陽極の酸化物からなり、
前記第2誘電体層は前記第1誘電体層よりも高い誘電率をもつ誘電体粒子により構成されると共に、前記誘電体粒子は前記第1誘電体層と接する第1誘電体粒子と、前記第1誘電体層と接しない第2誘電体粒子とを含み、前記第1誘電体粒子の平均粒径は前記第2誘電体粒子の平均粒径よりも小さいことを特徴とする固体電解コンデンサ。 - 前記誘電体粒子はチタン酸バリウムにより構成されていることを特徴とする請求項1記載の固体電解コンデンサ。
- タンタル又はタンタルを主成分とする合金からなる陽極を形成する工程と、
前記陽極の表面に、チタン薄膜を形成する工程と、
前記チタン薄膜が形成された前記陽極を電解質水溶液中で電圧を加えながら水熱処理することにより、前記陽極を酸化し、非晶質成分により構成される第1誘電体層と、前記チタン薄膜を変化させ前記第1誘電体層と接し、且つ、前記第1誘電体層よりも高い誘電率をもつ誘電体粒子により構成される第2誘電体層と、を形成する水熱処理工程と、
前記第2誘電体層の表面に電解質層を形成する工程と、を備えることを特徴とする固体電解コンデンサの製造方法。 - 前記水熱処理工程は、前記誘電体粒子が前記第1誘電体層と接する第1誘電体粒子と、前記第1誘電体層と接しない第2誘電体粒子とを含み、且つ、前記第1誘電体粒子の平均粒径が前記第2誘電体粒子の平均粒径よりも小さく形成する工程を含むことを特徴とする請求項3記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記水熱処理工程において、バリウムイオンを含有する電解質水溶液を用いることでチタン酸バリウムからなる誘電体粒子を形成する工程を含むことを特徴とする請求項3又は4何れか記載の固体電解コンデンサの製造方法。
- 前記水熱処理工程において、前記水熱処理工程で発生する全ての酸化チタンをチタン酸バリウムへ反応させる工程を含むことを特徴とする請求項5記載の固体電解コンデンサの製造方法。
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