JPS60246618A - 電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

電解コンデンサの製造方法

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JPS60246618A
JPS60246618A JP59102880A JP10288084A JPS60246618A JP S60246618 A JPS60246618 A JP S60246618A JP 59102880 A JP59102880 A JP 59102880A JP 10288084 A JP10288084 A JP 10288084A JP S60246618 A JPS60246618 A JP S60246618A
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temperature
heat treatment
value
film
oxygen
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JP59102880A
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清水 成章
荒井 吉夫
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004Details
    • H01G9/04Electrodes or formation of dielectric layers thereon
    • H01G9/042Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by the material
    • H01G9/045Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by the material based on aluminium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004Details
    • H01G9/04Electrodes or formation of dielectric layers thereon
    • H01G9/048Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by their structure
    • H01G9/052Sintered electrodes

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は電解コンデンサの製造方法に関するものである
(従来技術) 従来、tMコンデンサ用の陽極体材料としては、タンタ
ル、ニオブ、ジルコニウム、バナジウム、ハフニウム、
チタン、アルミニウム等の所謂弁作用金属が知られてお
り、過去多くの研究者がこれらの金属の単体あるいけ合
金系に対して電解コンデンサとしての基礎特性を調べ、
実用化を検討して来た。
しかし、コンデンサとして実用化しうるためには、その
陽極体材料固有の酸化皮膜の漏れ電流、誘電損失などの
電気的特性が一定の水準に達していなければならず、現
在実用化されている電解コンデンサは、タンタルおよび
アルミニウムを陽極体としたものだけである。
タンタルを陽極材料とするコンデンサは、漏れ電流、誘
電損失などの電気的特性が優れており、安定で極めて信
頼性が高く、かつ小型で大容量のものが得られるという
点に特徴がある。
しかし、タンタルはここ数年の需要増大に対して供給が
追いつかず、資源が不足していることもあって材料価格
の高騰が著しく、製品価格の上昇を招いている。一方、
アルミニウムを陽極材料とするコンデンサは安価である
という点に特徴があるが、小型大容量化がより困難なこ
とのはか、電気的特性および安定性の点でタンタルを陽
極材料とするコンデンサに劣っている。
このような情況から、漏れ電流、誘電損失などの電気的
特性および安定性が優れていると共に、小型大容量化が
可能であり、かつ安価で安定供給可能な材料を陽極体と
したt解コンデンサの開がか強く望まれていた。
本発明渚らは、種々検討した結果原料として水素化ブタ
ンとアルミニウムの粉末を使用し、これらの粉末を混合
、プレス、焼結してなるアルミニウムーチタン合金多孔
質焼結体を陽極体とした場合にこのような要望に叶う電
解コンデンサ用多孔質体の得られることを見出し、すで
に提案した。
また、とのΔ1−TI合金を陽極体とした場合、陽極酸
化に最適な化成液がリン酸水溶液であることも既に提案
した。
(発明の目的) 本発明は、AI!−T i合金を陽極体とする電解コン
デンサにおいて、陽極酸化皮膜の誘電損失および計重、
容量の温度係数を大幅に低減することが可能な製造方法
を提供することを目的とするものであるO (発明の構成) 本発明によれば、アルミニウムーチタン合金を陽極酸化
皮膜素を含む雰囲気中で熱処理を行う工程により、皮膜
の誘電損失および静電容量の温度係数を大幅に低減し、
誘電特性の著しい向上をはかることが可能となる0 (実施例) 以下、本発明を実施例に従って、祥細に説明する0 平均粒径3μmの水素化チタン粉末およびA/粉末を、
A/とTiの原子比が54 :46となるように温容し
円柱形に圧縮成型後、真空中において1070℃で2時
間保持し焼成溶結を行うことによって、Ae−T1合金
多孔質体を作製し陽極体としたO完成した陽極体の寸法
は、直径約2.5mm、高さ2 mmであったO 次に、この多孔質陽極体’k 0.1 vat %のリ
ン酸水溶液[す、40V、60V、80V、100V。
120■の各化成電圧で陽極酸化を行ない、5種類の化
成体を作製した0その後これらの化成体を大気中におい
て第1表中、「化成後の熱処理」の欄に示す熱処理温度
で各IHr熱処理した。
化成後(熱処理なし)および大気中熱処理後の試料につ
いて、120H2での化成皮膜の誘電損失(tan15
f)の測定結果を第1表中r tan15f(固体化前
)」の欄に示す。各水準共、試料20個についての平均
値を示した0測定は30 vatチ硫酸硫酸性なった。
大気中熱処理後の静電容量(120Hz)は、化成後(
熱処理なし)と殆ど変わらず、各化成電圧40,60,
80,100,120Vに対して各々、約126μF、
8.3μF、62μF、49μF、4.1μFであった
第1表から明らかなように、各化成電圧(vf)水準甚
大気中熱処理したものは、化成皮膜の誘電損失(tan
δf)が、02〜04%と小さく、化成後(熱処理なし
)の11〜14%に比べて著しく改善されているのがわ
かる。
第 1 表 また、第1表に示し7た全水準(12水準)の試料につ
いて、硝酸マンガンの熱分解による二酸化マンガン陰極
付けを行ない、更に、グラファイト、Agペースト、ハ
ンダ付けを行なった後樹脂ディップをして固体化した。
固体化後の試料について、皮膜の誘電損失(tanJf
)とMnO,などの陰極抵抗のESIIL(等個直列抵
抗)も含むコンデンサ全体としてのtanδ(120H
z)値の測定結果を第1表に示す。また、40Vf、8
0Vf、 120Vfの各化成電圧の固体化試料につい
ては一50℃から+100℃の範囲で測定した静電容量
(120Hz)の温度特性を各々第1図、第2図、第3
図に示す。各図共、縦軸は20℃を基準とした容量変化
率、横軸は温度であシ、白丸の直線は化成後そのまま固
体化した場合、黒丸の直線は高温熱処理後固体化した場
合である。まず第1表かられかるように、化成後そのま
ま固体化したものは、もともと高温熱処理したものに比
べて大きかったtanJf値が更に増大しているのに対
し、熱処理後固体化したものは固体化前の初期値を維持
して充分小さく、優れた特性の得られていることがわか
る。固体化を行なう際、硝酸マンガンを熱分解させる温
度は通常200〜250℃程度である。この温度に対し
て、基本的に低温プロセスである陽極酸化で形成された
皮膜は熱劣化するが、高錦で一度熱処理された皮膜は劣
化を起こさないことになる。コンデンサ全体としてのt
anδ(120Hz)もtanJf値の小さいのに対応
して、熱処理後固体化したものの方が、小さな値を示し
ている〇 一方、静電容量の温度特性は、第1図〜第3図から明ら
かなように、化成(陽極酸化)後そのまま固体化したも
の(白丸の直線)K比べて、本発明の方法である、高温
熱処理した後固体化したもの(黒丸の直線)が全測定温
度域に渡って172以下の容量変化率となっており、著
しい改善効果を示しているのがわかる。低化成電圧の場
合程、その改善効果が大きくなっている。
熱処理雰囲気については、実施例では大気中(酸素21
%)の場合について示したが、酸素を約0.1%程度以
上も含む雰囲気であれば酸素100チ迄はぼ同等の効果
があることを確認した〇熱処理温度については、化成電
圧によって最適処理温度が異なシ、第1表に見るように
化成電圧の大きい程、すなわち化成皮膜厚の厚い程、t
anJfの小さくなる温度はより高温側にずれることに
なる〇 一般に電解コンデンサにおいて、通常使用される化成電
圧は、30v〜150■の範囲が殆どであシ、との化成
電圧範囲の化成膜についてtanJfおよび静電容量温
度係数低減の効果のある熱処理温度が500℃から70
0℃の範囲に含まれている。
なお、500℃以下の熱処理温度では、30■以上のい
かなる化成電圧でも本発明の効果は得られず、かえって
tanJfおよび静電容量温度係数が増大するのみであ
る。というのは、本発明の効果を起こすメカニズムが、
大路次の様な内容によるためと考乏られるからである0
化成後の陽極酸化皮膜(化成皮膜)に熱を加えると、酸
化皮膜と下地全島の界面で皮膜中の酸素が下地金属に奪
われる結果、界面近傍の酸化皮膜に酸素欠陥によるドナ
ー準位が生じて半導体化するOすなわち、界面に接する
酸化皮膜の一部がコンダクティブな状態となるため、絶
縁体としての実効膜厚が減少して、静電容量およびta
nJfが増大、皮膜が劣化することになる。温度が高く
なる程この劣化程度は増すうしかし500℃を越える高
温になると酸化皮膜表面からの酸素の拡散が盛んになっ
てくる。そして、ある温度で下地金属に奪われる酸素と
表面から拡散してくる酸素の流れにバランスが生じる結
果、酸化皮膜にとって酸素欠陥の少いより良い状態が生
じ、静電容量が再び減少、tanJfの低下につながる
と考えられる。
従って、本発明の製造方法においては、500℃〜70
0℃の高温による熱処理によって、はじめてその効果が
得られるのである。
(発明の効果) 以上、実施例によって詳細に説明してきたように本発明
の製造方法によれば、 A/−Ti合金多孔質体を陽極
体とする電解コンデンサの静電容量温度係数および皮膜
の誘電損失を著しく低減し、誘電特性を大幅に向上させ
ることが可能でわる0従って、本発明の有用性の高いこ
とは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第3図は固体化後の静電容量(120
1−1z)の温度特性を示すグラフロピ;7“1ノ、 
pm4. H’ : f、T、 X、う雪仁第1図 m一温度(0C) 第2図 m一温度(0C) オ 3図 一一一 温度(0C) 手続補正書(自発) 59.12.17 昭和 年 月 [] 特許11°長宮 殿 1 “J(件の表示 昭和59年 特許願第10288
0号2、発明の8祢 電解コンデンサの製造方法3、補
正をI−る者 11件との関係 出 願 人 東iir都港区芝Ji I’ II 33番1号(42
3) 日本電気株式会社 代表台 関本忠弘 4、代理人 〒108 東3;ミ都港区芝liロ137番8け 住友
巳[]1ビル電話 東京(03)456−3111f人
代表)−(連絡先 lj本1!気株式会社特許部)5、
補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 6、補正の内容 +l) 明細書第6頁、第1表右端欄にr tanδf
(%)(固体化後)」とあるのをr tanδ120f
@(固体化後)」と補正する。 (2)明細書第6頁第4行目KF(12水準)」とある
の’1r(10水準)」と補正する。 代理人 弁理士 内 原 晋□′ 〈−一 手続補正書(自発) 特許庁長官 殿 1、事件の表示 昭和59年 特許 願第102880
号2、発明の名称 電解コンデンサの製造方法3、補正
をする者 事件との関係 出 願 人 東京都港区芝五丁目33番1号 (423) 日本電気株式会社 代表者 関本忠弘 4、代理人 〒108 東京都港区芝五丁目37番8号 住友三田ビ
ル日本電気株式会社内 −“ (6591)弁理士 内 原 、1晋。 電話東京(03)456−3111(大代表)□(連絡
先 0本i″、F7F、社持許部)6f−1,8,15
: 5、補止の対象 四種1臀の1発明の詳細な説明」の欄 明細卦の「図面の簡単な説明」の欄 図面 5、油圧の内容 (1)明IV+IB書第3貞第12竹目1涼料として水
素化チタン 」とあるのを1−原料としてチタンもしく
は水素化チタン 」と補止する。 (2)明細(!F第3貞第17行と第18行目の間に、
[(特開昭55−50448 、特開昭56−1406
20 。 特開昭56−140621 )Jを追カロ挿入する。 (3)明細4第3負う120行目[虎案1.た。」の後
に1(考顕昭56−098031 )Jを追加仲人する
。 (4)明細4第6貞第】表中、石1’1la4閘I t
anδf (%) Jとあるのを「fanδ1.。(%
)」と補止する。 (5)明細41F第6貝丁から3行目「(12水準)」
とあるのを「(10水準)」と補正する。 (6)明細4第6貞第J5行目1−大きかったjanδ
f値」とあるのを[大きかった初期fanδf値」と補
正する。 (7)明細薯第9負第4行目から第10貝第12行目迄
を [ここまでは、本発明の効果を端的に示すためK、限定
された熱処理温度条件についてのみ誘′l!c特性の変
化を説明して来た。 ここで1本発明が規定する熱処理温度条件によるpIg
電特性の改良が、通常の熱処理温度範囲では考えられな
い、AI Ti合金に特有な現象であることについて説
明を加える。 説明のだめの特性例として、40V化成体(葭化膜厚約
s (l OX >の場合について3(10−Cから7
00℃迄の、熱処理温度範囲(谷温度における保持時間
は1時間)での訴1を特性(120Hzでの静ft容斌
C1l!。および誘電損失tanδf )の変化を第4
図に下す。図の横軸は熱処理温度であシ、縦@は上段が
静亀容普、ド段が誘電損失である。 熱処理温度に対する誘電特性の変化は、4つの#(+a
nδf)の変化r中心に説明すると1次のようになる。 韻域1;300−500’C迄のtanδfが一方的K
jyf大して銹【扛皮膜が劣化する領域領域1;450
−550℃迄のtanδfがピーク値から再び減少し、
小さな値に回復してくる領域領域厘:Ianδf値が、
化成後の値よりも小さい値を示す、最小値を含む領域(
550℃±20℃)領域N : tanδf値が最小値
を示した後、熱処理温度の上昇と共に再度増大してイJ
<eA域。 靜電容−te120の熱処理温度に対する変化の傾向も
、最大値、最小値を示すOA度が低温側にずれることを
除けば、基本的には41t損失tanδfの場合と同じ
である。 さて、本発明の効果をもたらすメカニズムは。 大路次のような内谷によるものと考えら扛るが、その内
谷を第4図と対応させて説明する。 化成後の陽極酸化皮B!A(化成皮膜)に熱を加えると
、酸化皮膜と下地金属の界面で皮膜中の酸素がド地金属
に奪われる結果、界面近傍の酸化皮膜に酸素欠陥による
ドナー準位が生じて半導体化すbo rなわち、界面に
接する目y化皮膜の一部がコ/タクティヴl状態となる
ため、eH体としての実効1換厚が減少して、Cl2O
およびfanδfが増大、誘寛皮輔が劣化することKな
る。熱処理温度が旨くなる程この劣化程度は増す。<T
Ii域lに相当)次に、500℃を越える高温になると
酸化皮膜表面からの酸素の拡散が搬んになってくるため
。 この表面からの酸素がド地金属VLC酸素を奪われて生
じた酸化皮膜中の酵素欠陥を修復するという状況が生じ
、C+2OおよびIaoδN[が丹び減小してゆくこと
になる。(領域117こ相当)そして、ある温度範囲で
、ば化皮膜中においてド地金鵡に奪わnる酸素と表面か
ら拡散してくる酸素の流れに一定のバランスが生じる結
果、陽極醒化侯(熱処理前)の状態に比べてより酸素欠
陥の少い良好な状態が酸化皮膜中に出現し、極めて小さ
なt;Inδf値を不すようになると考えられる。 Cl2Oは熱処理前と同じ元の値に戻る。(領域層に相
当) 更に昼温で熱処理すると、酸素の流れのバランスがくず
れ、 Crto + fanδf I+[が書び11大
することになる。(韻域;Vに対応〕 以上説明したように、tanδf + Crto値共、
熱処理温度の上昇と共に、一度増大劣化し、ピーク値を
軽−C再び減少、ある己夏範囲で最低値をボした後再び
増大するという変化を示す。本発明の効果の発現する温
度範囲は、領域■に相当する。実施例の第1表中に示し
た各化成畦圧の化成体に対する熱処理m度は、この領域
層中の最小値を示す温度に対応する条件設定とな−って
いる。化成電圧が高い程tanδfが最低jlj k示
す熱処理温度が鍋温側にな−)でいるのけ、酸化度m厚
がより厚いため皮膜表面から拡散する酸素が皮膜〜ド地
金属界向に到達し、影響τ及ぼすには、より活温状態が
必要であるという理由によるものと思われる。 tanδf頂の小さいことと静嘱容を温度係数の不妊い
ことは対応する現象であり、領域1のtanδf11i
 mi n imwの条件が第1図〜第3図に示した靜
屯容it温度係数低減、改善の条件と対応していること
になめ。実際、傾城1および領域層に対応する。 大さフよtanaf(直rボす偏置で熱処理した化成体
を固体化して得られるコンデンサの1#lUd蓋温廣係
数は、+4欅酸化後熱処理なしで直接固体化した場合(
2g1図〜vJ3図のOデータ)よりも更に大きな11
1となってしまう。例えば、350’C−I Hr熱処
理のもので、温度変化率が熱処理なしの場合の約2倍の
値を示す すなわち1本発明で規定されるIIIv’H
L特性改良効果が全く得られないどころか、返−〕で特
性を劣化させる結果となってしまうのである3、 従)て1本発明の誘峨特性の改良効果が発現するために
は、ただ酸素を含む雰囲′爪中で熱処理すれば良いとぎ
うものではなく、あくまで各々の化成電圧(陽極酸化゛
1圧)K適した、最小値?含む小さなtanδ「値を示
す領域IK相当する範囲の熱処理温度条件が必装置ので
ある。7各化成亀圧について、憤域麗に相当する熱処理
温度範囲を渠2表に示して卦〈。 第 2 表 領域lに相当する熱処理温度範囲の目安は。 tanlNi直が、化成後(陽極酸化俊うの匝よりも小
さくなる範囲である。 領域1中のtanafが最小埴τ示す温度以外の熱処理
温就に対する固体化佐の静唾谷1it温度係数は。 w41図〜第3図で示した化成後熱処理なしで直接固体
化した場拷(図中O印データラとIanbf最小値を示
す温度で熱処理後固体化した場せ(図中・印データ)の
中間の値を示すことになる。。 −収に電解コンデンサVCおいて、通常使用される化成
電圧は、30■〜I 50Vの範囲が殆どであり、この
化成電圧範囲の化成族についてtanafおよび靜亀谷
−At温I屹保数低減の効果のある熱処理温り建(rな
わち第4図中の領」或菖)が500℃から700℃の範
囲に含まれでいることになる。 通常iJL解コンデンナの陽極酸化皮膜に対し1何われ
る熱処理は、概ね400℃以下であり、このような高温
で熱処理が行われることはない5、というのrよ、通常
は熱を加えると、誘屹特性が劣化する( tanaf 
l Cl2O、靜亀容菫温1f係数の増大:傾城I相当
)のみであり、本発明に示したような唄域1.麗の出現
がないからである。実際T’aの陽極酸化皮膜について
は、熱処理にλすし7頑域1があるのみで、領域n 、
Id存在せず、500℃以上に熱すると陽極体全体が酸
化し、燃えてしまうことすらある。 従って、本発明の製造方法は、Ae−Ti合金を陽極並
属とする1%コンデンサに特有のものであり5500〜
700 ’Cの高温くよる特別な熱処理温度条件によっ
て、はじめてその効果が114られるのである、Jと油
止する。 (8)明S+曹第II貴第3行目の佼に次の文を追加挿
入する。 [第4図Vま、吟亀谷−1およびd ’!4t in矢
(1201b)の熱処理温度に対する依存性を示す図。 」(9) 第3図の後に巣4図を追加する。 代理人 升理士 内 原 晋

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 +11 アルミニウムとチタンからなる合金を陽極金属
    とし、これを陽極酸化した後固体陰極半導体層。 外部陰極を順次形成する電解コンデンサの製造方法にお
    いて、陽極酸死後酸素を含む雰囲気中で熱処理すること
    を特徴とする電解コンデンサの製造方法。 (2)熱処理温度を500℃以上700℃以下の範囲と
    する特許請求の範囲第1項記載の電解コンデンサの製造
    方法。
JP59102880A 1984-05-22 1984-05-22 電解コンデンサの製造方法 Pending JPS60246618A (ja)

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