JPH051609B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、固体電解質コンデンサに関するもの
であり、特には固体電解質コンデンサ用陽極体に
関するものである。 固体電解質コンデンサは斯界で良く知られてお
り、例えば米国特許第3166693号及び2936514号に
記載されている。 こうした装置において使用される陽極体は陽極
酸化可能な金属、もつとも一般的にはタンタルの
圧縮粉末体を形成することにより作製される。そ
の後、圧縮された多孔質未焼結タンタル体は粉末
粒子を焼結する為加熱されて、タンタルの多孔質
焼結陽極体を提供する。これが米国特許第
3093883号に記載されるような既知技術を使用し
て電解質コンデンサ用陽極として使用される。即
ち、焼結多孔質タンタル陽極体は陽極酸化されそ
して電解質層が付与され、電解質層は電導性材
料、例えば銀或いは銅で部分的に被覆されて、陰
極端子を形成する。陽極引出し線が陽極酸化前に
未焼結陽極体に圧入されるか或いは焼結陽極体に
溶接される。従来からの実施態様において、多孔
質焼結タンタル陽極体は比較的高密度例えば６〜
10ｇ／c.c.であり、そして引出し線の陽極体への付
設は従来からの溶接（着）技術により容易に実現
された。 最近、経済的理由により、陽極体において使用
されるタンタルの量を満足すべき電気的性能を実
現するに見合う程度にまで減ずることが重要視さ
れるようになつた。これは非常に小さなフレーク
（薄片）状タンタル粒（0.5〜0.1μ厚さ）から成る
タンタル粉末の使用により達成された。これらフ
レーク状タンタル粒は、１〜10μの平均粒寸を有
する0.05m²／ｇ程度の小さな表面積しか持たない
従来から使用された粉末に較べると、例えば0.2
〜0.5m²／ｇの広い表面積を有する。このような
小さな寸法の広表面積粉末の有効使用は約３〜５
ｇ／c.c.の範囲の非常に低い密度を有する焼結陽極
体をもたらした。所望される電気的容量がこのよ
うな小寸広表面積タンタル粉末を使用して得るこ
とができる。しかしながら、このような低密度陽
極体への引出し線の従来の圧入或いは溶接技術に
よる取付けは、重大な困難さに直面した。例え
ば、付設部の機械的強度が一般に乏しくそしてコ
ンデンサの電気的性質もまた悪影響を受ける。 圧入埋設型の場合、リード線は、焼結前に本体
中に適度に圧入され、焼結によつて接触するタン
タル粒子に結合される。圧入段階は、面倒な別個
の機械的的段階を必要とし、焼結中、リード線を
正しい位置に保持する必要があり、焼結操作自体
も面倒となる。焼結後、埋入された内部を目視す
ることができず、製品検査が手間を要する。タン
タル有効容積は埋入分だけ損失となる。こうした
理由で、本発明では、埋入型とせず、表面付設方
式を前提として、タンタルリード線を陽極本体に
信頼性を持つて接続したタンタル陽極体の開発を
課題とする。 本発明に従えば、３〜５ｇ／c.c.の密度を有す
る、焼結タンタル粉末から形成される相対的に低
密度の多孔質タンタル本体領域と、前記本体領域
に冶金的に結合されそして露出表面を有する、７
ｇ／c.c.以上の密度を有する相対的に高密度のタン
タル領域と、前記高密度タンタル領域に前記露出
表面のみにおいて付設されるタンタルリード線と
を具備することを特徴とするタンタル陽極体が提
供される。 第１ａ及び１ｂ図を参照すると、先行技術に従
えば、タンタルリード線１０は、約6.0ｇ／c.c.以
上の密度を有する多孔質焼結タンタル陽極体２０
に第１ａ図におけるように溶接されるか或いは第
１ｂ図におけるように圧入された。先行技術にお
いて使用された大きな（10〜50μ）等軸タンタル
粒３０により良好な機械的及び電気的接続が与え
られた。大きな等軸タンタル粒３０は焼結中実質
上安定なままであり、応力下で容易には変形せず
そして第１ｂ図の圧入リード線１０に対して多数
の強固な支持及び付設点を与える。第１ａ図のよ
うな溶接を使用する場合、大寸粒３０と高密度陽
極体２０は溶接部４０に対して強固な支脚点を与
えた。陽極体２０は代表的に2.5〜7.6mm直径×2.5
〜15.2mm高さでありそしてリード線直径は0.25〜
0.76mmである。 高価なタンタル金属を節約しそして所定の容量
のコンデンサの寸法及び重量を減少する為に、低
密度陽極体を形成するべく広表面積タンタル粉末
を使用する試みが為された。容量はタンタル粒子
表面積に直接的に関係づけられる。一般に使用さ
れる広表面積粉末は、非常に小さな粒寸（約1μ
厚）及び薄いプレート状フレークにより特徴づけ
られる。第２ａ及び２ｂ図は、このような広表面
粉末粒子３０′から形成された低かさ密度焼結タ
ンタル陽極体にリード線を付設するに当つて先行
技術において遭遇した問題を例示する。密度が３
〜５ｇ／c.c.に減少される時問題は厳しさを増し
た。固体タンタルの密度は16.6ｇ／c.c.である。従
つて、このような低密度焼結タンタル陽極体は約
25％金属分と75％空洞分から構成される。第２ｂ
図において、リード線１０′を然るべく保持する
為リード線１０′に接触する粒子３０′は少くそし
てリード線１０′との接触面積の減少は機械的強
度及び電気的性質を減じる。フレーク状広表面積
粒子３０′は等軸粒よりも一層容易に変形しそし
てこれによりリード線の脱落や総合的電気的性能
の乏しさが生じやすい。 第２ａ図に示されるように、低密度焼結タンタ
ル陽極体２０′に直接リード線１０′を溶接する方
式は、薄くそして小さな粒子３０′が溶接中溶融
しそしてつぶれそして陽極体２０′中に空洞５
０′を形成するから、機械的及び電気的接触の乏
しさを招いた。粒子３０′は可撓性でありそして
弱く、従つてリード線１０′をしつかりと定着し
ない。空洞５０′並びに溶接域の周囲に発生する
クラツクは電気的性質に有害でありそしてコンデ
ンサの高い洩漏破損につながる。 こうした従来後述の問題点に鑑み、本発明は、
３〜５ｇ／c.c.の密度を有する多孔質タンタル本体
領域と、そこに冶金的に結合される７ｇ／c.c.以上
の密度を有する高密度のタンタル領域と、高密度
タンタル領域にその露出表面のみにおいて付設さ
れるタンタルリード線とを具備することを特徴と
するタンタル陽極体を提供する。多孔質タンタル
本体領域を３〜５ｇ／c.c.密度と規定したのは、最
初に述べたように、最近タンタル陽極体において
その所要の電気的性能が許すかぎりにおいて使用
するタンタル量を低減することへの要望に対処す
るよう、現在入手し得る0.2〜0.5m²／ｇという高
い比表面積を有するフレーク状タンタルを使用し
て実現可能な多孔質体の密度範囲であり、３ｇ／
c.c.未満では密度が小さ過ぎて電気的性能のみなら
ず、本体領域の機械的強度を確保できなくなるた
めであり、５ｇ／c.c.を超えるとタンタル使用量の
低減化の意義を失う。したがつて、本発明は３〜
５ｇ／c.c.の密度の多孔質タンタル本体領域を前提
として、その表面にタンタルリード線をいかに強
固に付設するかを課題とする。高密度のタンタル
領域を７ｇ／c.c.以上とするのは、フレーク状タン
タルを使用してリード線支持に必要な強度を確保
するためである。従来からの比較的粗いタンタル
粒を使用した場合には最初に述べたように６ｇ／
c.c.以上の密度があればリード線を適正に付設する
ことができたが、フレーク状タンタルの場合変形
しやすいので、リード線を付設する高密度領域密
度を従来の最小値より高い７ｇ／c.c.以上の密度と
した。以下、実施例を述べる。 第３図を参照すると、ここに例示される装置は
本発明に従うものでありそして約７ｇ／c.c.以上の
密度を有する比較的に高密度のタンタル領域１３
０を含んでいる。この高密度領域は、約３〜５
ｇ／c.c.のもつと低い密度を有する、もつと大きな
（例えば約５〜50倍容積において大きい）多孔質
焼結タンタル主体領域２００に冶金的に結合され
る。タンタルリード線１００は高密度領域１３０
に400において溶接されて、健全な機械的及び電
気的接続を与える。第３図の具体例において、高
密度領域１３０は、約7.0ｇ／c.c.以上の密度にお
ける、成形能及び溶接能を与えるべく斯界で知ら
れるタンタル粉末粒３０（例えば約5μのフイツ
シヤー平均粒径、約0.1m²／ｇの表面積、及び少
くとも1.83ｇ／cm³のスコツトかさ密度を有するタ
ンタル粉末。NRC社よりSGVR4として市販）を
使用して標準的な粉末冶金技術及び設備（例えば
ハーベラープレス）を使用して成形される。こう
して、2.2mm直径×10.2mm厚の寸法を有しそして
約7.5ｇ／c.c.の密度を有するペレツトが高密度領
域用に形成される。通常５重量％の結合剤（例え
ばカーボンワツクス、ステアリン酸、パルミチン
酸、樟脳、アクラワツクス、グリプトール等）が
プレス時の満足すべき強度を実現する為ダイ潤滑
用に高純度タンタル粉末に添加される。高密度領
域１３０を作製する為の技術が第４ａ〜４ｃ図に
例示され、高密度ペレツト１３０を作製する為鋼
ダイ６０とパンチ６２を具備する標準的なピルプ
レスが使用されている。その手順は、空洞７０に
タンタル粉末７５を充填し、適正な密度例えば約
７ｇ／c.c.を得るに充分の圧力（或いは行程長さ）
でプレスし、そして生成高密度ペレツト１３０を
放出することから成る。次いで、予備成形された
高密度多孔質タンタルペレツト１３０は第５ａ図
に示されるようなダイ８５の下パンチ８０の中央
に置かれる。第３図の低密度領域２００用の粉末
３０′がその広表面積とその結果としての高充電
密度付与能力を与えるよう選択される。例えば、
約2μのフイツシヤー平均粒径、約0.5m²／ｇの表
面積及び約1.22ｇ／cm³のスコツトバルク密度を有
するタンタル粉末が使用される。上記粉末はヘル
マンシースタルツク社からP1−18として市販さ
れている。結合剤が未焼結体に潤滑作用を与えそ
して強度を付与する為粉末３０′に添加される。
第５ｂ図に示されるように、広表面積粉末３０″
はパンチ８０，８２によつて所望の低密度、例え
ば4.0ｇ／c.c.にプレスされそして例えば4.95mm径
×5.3mm高寸法の複合物品１３６が第５ｃ図に示
すように放出される。上記２段階プレス工程は複
動作同心プレスにおいて達成されうることを銘記
されたい。その後、高密度領域（挿入体）１３０
と低密度領域２００から成る複合体１３６は脱ワ
ツクス処理され（例えば600℃／30分）そして高
密度領域１３０を低密度領域２００に冶金的に結
合しそして低密度領域２００に満足すべき取扱い
強度を与えるのに充分の温度において焼結される
（例えば1600℃／15分）。増大せる取扱強度が重要
である場合には、高密度領域となる挿入用のペレ
ツト１３０は別途に脱ワツクスされ（例えば600
℃で30分）そして焼結されて、複合体への組込前
に一層高強度の多孔質高密度焼結ペレツトを形成
する。第３図に示されるような、高密度領域１３
０へのリード線１００、例えば0.38mmタンタルワ
イヤ（KBI社から市販）の手作業による或いは自
動化による溶接は、Hughes HRW−100B溶接電
源において中位サイクル、４〜8W−秒出力及び
1.8〜3.6Kgワイヤ圧において標準的技術（即ち抵
抗突合せ溶接）により容易に達成される。溶接
後、最終焼結（例えば1650℃／５分）が、溶接応
力を軽減しそして溶接中形成された表面酸化物を
浄化する為組立体に施される。リード線付き完成
陽極体は、標準技術によりコンデンサ完成の為の
追加処理に供される。 本発明の上記具体例において、第３図に例示さ
れる高密度領域１３０の直径は陽極体１３６全体
直径の約1/3〜1/2であるのが好適でありそして高
密度領域１３０の直径は溶接により健全な付着部
を与えうるようリード線の直径の約３〜６倍が適
当である。高密度領域１３０の長さは好適には複
合体全体長の５〜20％である。上記具体例におい
て、多孔質タンタル体である高密度領域１３０は
複合陽極体１３６の総容量にも寄与していること
を銘記されたい。上記の態様で作製されたコンデ
ンサが機械的にそして電気的に試験されそして優
秀な品質のものであることが確認された。 第３図の４００において溶接されたリード線の
強度が次のような簡単な曲げ試験により測定され
た。複合陽極体１３６を固定状態に保持したま
ま、リード線１００が溶接表面に平行に曲げられ
そして180゜回転された。本発明によりこの試験に
耐えうる溶接部が確実に生成された。定量的に
は、2.7Kgを越える引張力が複合陽極体からリー
ド線を分離するのに必要とさた。結果を表に示
す。表には高密度領域の使用のない場合の結果
も示す。陽極酸化後、引張破損はすべてリード線
自体において生じた。

【表】 本発明に従つて作製されたコンデンサについて
広範な電気的試験が行われた。表に試験陽極体
の寸法及び代表的パラメータ試験結果を示す。寿
命試験データ及び収率は先行技術の高密度陽極体
のそれに匹敵するものであつた。

【表】 本発明のまた別の具体例が第６図に示されてい
る。この具体例において、固体タンタル板９０が
タンタルリード線１００に９２において予備溶接
されそして後タンタル板が広表面積粒子３０′か
ら形成された焼結低密度多孔質タンタル陽極体に
例えば抵抗溶接による等して溶接される。板９０
は高密度タンタル領域を構成しそして下側の広表
面積タンタル粒子３０′への板９０の溶接により
低密度陽極体２００′（３〜５ｇ／c.c.）に冶金学
的に結合される。広表面積タンタル粒子は多数の
結合点を提供しそして溶接電流が高密度タンタル
板９０の帯域全体に分布されるから溶接中完全に
は溶融しない。その結果、複合陽極体１３６′へ
のリード線付設部は電気的にも機械的にも健全で
ある。板９０は好適には0.076〜0.51mm厚であり
そして低密度陽極体２００′の接触表面積の1/3〜
２／３に重なる。 第６図のタンタル板具体例に従つて作製された
コンデンサは表に示されるように従来法で加工
処理された陽極体に均等な性能を示す。

【表】 ＊ 板重量含む
第７図に例示される本発明のまた別の具体例に
おいて、高密度タンタル領域は、広表面積粒子３
０′から形成された焼結低密度多孔質タンタル陽
極体２００′の表面を９９で示される融着高密度
タンタル層を与えるようレーザからの照射に曝す
ることにより提供される。表面層は好適には150
〜300ミクロンである。リード線１００は、レー
ザ照射の結果として低密度陽極体２００に冶金的
に結合されている融着層９９に好適には衝撃溶接
（パーカツシヨン溶接）により溶接されうる。レ
ーザ処理に対する代表的パラメータを以下に示
す。 レーザ：レーザ社、モデル11Nd：ガラスレーザ
（丸ピーム）陽極酸化防止の為アルゴン遮
蔽ガス パルス長さ：5ms KV設定値：2.7 レーザのエネルギー出力：40ジユール シヨツト：１ 焦点距離レンズ：33.3cm 焦点はずれ：7.5cm レーザ〜レンズ距離：130cm 第８図に例示される本発明のまた別の具体例に
おいて、高密度領域１９９が第４ａ〜ｃ図の手順
に従つて提供される。但し、第４ａ〜ｃ図のよう
なペレツト１３０の代りに、得られた賦形体は第
５ａ〜ｃ図の一般手順に従う低密度陽極体２０
０′の断面と合致する高密度板１９９であ。焼結
後溶接によりリード線が付設される。 広表面積粒子３０″から形成される本発明のま
た別の具体例は、第９ａ〜ｃ図に例示されるよう
にそのプレス中陽極体の一部を選択的に濃密化す
ることにより作製される。追加的な内側パンチ１
８０を具備する、第５図と同様のパンチ及びダイ
設備が使用されうる。この型式の或いは類似型式
のダイ設備を使用して、広表面積粉末粒子３０′
は第９ａ図に示されるように張出し部分８３を有
するダイ空洞に充填される。プレスがその通常サ
イクルを行うにつれ、内側パンチ１８０と外側パ
ンチ８０′は最初一緒に移動して粉末を一様な密
度に突固める。プレスサイクルの、例えば約３〜
５ｇ／c.c.のような全体としての所望の固り密度が
実現される所定の時点において、外側パンチ８
０′はそれ以上の突固めをやめそして内側パンチ
１８０が外側パンチと同高になるまで追加的に移
動しそして第９ｂ図に示すように張出し部分８３
を圧縮する。その結果、領域１３０′における粉
末は、残部より著しく高密度化され、例えば残部
４ｇ／c.c.に較べて約７ｇ／c.c.となる。続いての焼
結中、高密度領域１３０′は低密度体２００′に冶
金的に結合される。この具体例は、大きな融通性
を有しそして高密度領域の高密化の程度が内側及
び外側パンチにおける高さの差を変えることによ
り容易に管理されうる。高密度領域１３０′にお
ける約７ｇ／c.c.の密度が一貫して達成された。こ
の具体例の特別の利点は次の通りである： １ 強度−リード線との良好な溶接を保証するに
充分の質量及び強度を有する領域が便宜よく形
成される。従来通りのプレスされた低密度陽極
体と上述したような高密化領域を有する陽極体
との溶接強度を比較すると、表の通りであつ
た。

【表】 ２ 経済性−この具体例は表に示すように相当
に少ないタンタル粉末でもつて好適なコンデン
サの作製を可能とする。

【表】 以上の説明はほぼ円柱状の陽極体に向けられた
が、本発明は矩形その他の形状にも応用しうる。
また、高密度領域はコンデンサ本体と軸方向に整
列される必要はなく、幾つかの場合には、中心軸
線から高密度領域を偏心することが有益であろ
う。

【図面の簡単な説明】

第１ａ，１ｂ，２ａ及び２ｂ図は先行技術の焼
結タンタル陽極体を例示する。第３図は本発明の
一具体例を例示する。第４ａ，４ｂ及び４ｃ図並
びに第５ａ，５ｂ及び５ｃ図は本発明に従う焼結
タンタル陽極体の作製過程を例示する。第６，７
及び８図は本発明の別の具体例を示す。第９ａ，
９ｂ及び９ｃ図は本発明の別の具体例及びその作
製方法を示す。 ２０，２０′……タンタル陽極体、３０，３
０′……タンタル粒、１０，１０′……リード線、
４０……溶接部、１３０……高密度領域、２００
……低密度領域、１００……リード線、４００…
…溶接部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ３〜５ｇ／c.c.の密度を有する、焼結タンタル
   粉末から形成される相対的に低密度の多孔質タン
   タル本体領域と、前記本体領域に冶金的に結合さ
   れそして露出表面を有する、７ｇ／c.c.以上の密度
   を有する相対的に高密度のタンタル領域と、前記
   高密度タンタル領域に前記露出表面のみにおいて
   付設されるタンタルリード線とを具備することを
   特徴とするタンタル陽極体。 ２ 高密度タンタル領域が低密度多孔質本体領域
   の一部を７ｇ／c.c.以上の密度にまで高密度化する
   ことにより形成される特許請求の範囲第１項記載
   のタンタル陽極体。 ３ 高密度タンタル領域が多孔質でありそして焼
   結タンタル粉末から形成される特許請求の範囲第
   １項記載のタンタル陽極体。 ４ 高密度タンタル領域がタンタル板である特許
   請求の範囲第１項記載のタンタル陽極体。 ５ 高密度タンタル領域がタンタル粉末融着層で
   ある特許請求の範囲第１項記載のタンタル陽極
   体。 ６ 高密度のタンタル領域の露出表面がタンタル
   陽極体のタンタルリード線を付設する平面の一部
   のみを構成する特許請求の範囲第１項記載のタン
   タル陽極体。 ７ 高密度のタンタル領域の露出表面がタンタル
   陽極体のタンタルリード線を付設する平面の全体
   を構成する特許請求の範囲第１項記載のタンタル
   陽極体。