TWI245300B - Solid electrolytic condenser - Google Patents

Description

1245300 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 極箔捲成筒的固態電解電容 本發明有關將陽極箔與陰 器0 【先前技4】 #弟2圖:係以往之固態電解電蓉器（1)之剖面正， 而笫1圖，係以往之雷玄哭开杜 回 件（）之斜視圖（參考例如， 曰本專利么告公報平4-19695號）。 容器，係在上面開口崎㈣(一⑽ 、、内有a谷為'兀件（2)，並使用橡膠製之密封墊 ⑽灿⑹⑼）將㈣（3)之開口加以㈣者。將g體⑺上端 =邊以固定密封塾（3〇)，而在㈣（3)上面，裝設附有塑 ¥製之座板（31)。從電容器元件⑺所延伸的引線⑺）(， 係貫穿密封墊(30)及座板(31)後，折彎為橫向。 〆包合☆ 7L件（2)，如第i圖所示，係將本身形成有介電 月且氧化被膜之鋁箔的陽極箔（4)、與本身為鋁箔的陰極箔 (5)=由本身為紙等絕緣體的隔片⑹而繞捲成輥筒狀，並 、心^>(26)加以固疋所構成，在内部含浸有丁〇^(7,75858-四氰基對固比_曱烧）配位鹽（c〇mplax salt)等固態電解質，或 形成有導電j生高分子層纟。從陽極结⑷及陰極領⑸引出— 對引線組合件（lead tab)(25)(25)，從該引線組合件（25)(25) 延伸前述引線（21)(21)。 一如欲在兩箔（4)(5)間形成導電性高分子層時，於作為稀 釋劑而含有乙醇的3,4_伸乙二氧基噻吩及對曱苯磺酸鐵 316116 1245300 (n)之混合溶液中，浸潰電容 此種固態電解電容器（11 、/ )，以進行熱聚合。 市場卻對大容量且小心廣泛為市場所採用，惟 一種提案係在陰極落⑺切^11的'f求甚殷。於是，有 者（參考例如，日本專利八1 金，屬虱化物所成的被膜 專利Α開公報>〇〇〇_114 -般’在陰極落(5)上 ：)。 膜，惟實際上會因自铁氧化^曰故心士成介電體氧化被 器之靜電容量c’將成為::：成氧化被膜。因而，電容 極落⑺側之靜電容量㈣串則之靜電容器Ca與陰 以下式表示。 P式所連接的容量，而可 X CC/(Ca+Cc)=Ca χ 1/(Ca/Cc+1) 亦即，如陰極箔（5)具有靜電—叩^ 電容量C，將較陽極_侧 :為：谷：之靜 在陰極绪m卜益n μ、 电谷里La為小。因而， 金屬氮化物之被9膜法或蒸鑛法而形成TcN(氮化鈦)等 導通。由於险極$⑸m極泊（5)之紹基材與金屬氮化物 增大電容哭：外： 量之故，如此作法在不需要 人^ 下，可增大靜電容量。但，本案申請 ⑴:靜此種陰極落（5)，增大固態電解電容器 甩谷里的效果並不大的事實。 大陽极有一種提案係提高陽極猪（4)之介電常數，以增 公門八:（4)側之靜電容量Ca之作法（參考例如，曰本專利 在；^報平5]21275號）。此種提案係將由鈦所成陽極， =電解質之溶液内加以氧化’以使陽極表面形成欽之 电月豆破膜。由於氧化欽之比介電常數在約⑽（無單位） 316116 6 1245300 而較氧化紹等為高，且靜電容量係與比介電常數成比例之 故，欲藉此增大陽極側之靜電容量者。 但，即使將鈦直接氧化而形成介電體被膜，惟隨著時 間之經過，即可觀察到一度所形成的被膜劣化的現象。亦 -即，難於在鈦表面安定形成氧化被膜。又，如日本專利公 -開公報平5-121275號所記載，如欲在鈦表面形成氧化被膜 時，最低亦需要施加10至20V之電壓，而按作為目的之 固態電解電容器（1)之定額電壓之3倍程度實施。由本案申 請人之貫驗獲知’陽極上被覆氧化欽的固悲電解電容裔 (1)，需要定額電壓6.3V以上的事實，而在定額電壓低到2 至3V程度的固態電解電容器（1)上，則未能在陽極上被覆 氧化鈦。 【發明内容】 本發明之目的在於提供陽極侧之靜電容量大的固態電 解電容器，特別是，在於提供定額電壓低的固態電解電容 器。 φ 固悲電解電容器（1) ’係猎由隔片（6)而將陽極免（4)與 陰極箔（5)捲成筒所構成，而在内部具備形成固態電解質層 或導電性高分子層的電容器元件（2)，陽極箔（4)上則形成介 電體氧化被膜。 陽極箔（4)上，形成由單金屬或複合金屬化合物之 (composite metal compound)氮化物所成被膜，而前述介電 體氧化被膜，係由該單金屬或複合金屬化合物之氮化物之 氧化物所形成。 7 316116 1245300 單金屬之氮化物，俜氧仆 > 起中之H ”减鈦、錢鉛、氮化叙、氮化 物之氣化物 係間金屬之氮化物1,複合金屬化合 氮化純、氮卿、氮化結鈦、碳氮化 【實施方式] 乂下利用圖式將本發明之_例加以詳述。 固態電解電容器（1) 品相同者。· — ^ 域，係與第2圖所示以往 有生成被膜=: 如第1圖所示，係將本身形成 ⑺，藉由本身^的陽㈣⑷、與本身為㈣的陰極落 帶⑽力、為絶緣體的隔片⑹而繞捲成輥筒狀，並以膠 :加以固定所構成。在電容器元件(2)之内部含浸有 TCNQ配位鹽等固能帝 , . 從電m ，或形成導電性高分子層者。 电:。°凡件（2)延伸一對引線（21)(21)。 片料=f元件(2)，可依下述順序形成。首先，對從紹製 片抖所裁切而將成為陽極⑽）的帶狀㈣上進行餘刻處 理。進仃蝕刻處理之理由 、， 田#將鋁泊表面加以粗面化以擴 2面積，亚增大靜電容量之故。其次，在 =犧化鈦(TlN)之被膜。在此，不用蒸 = 由離子電鑛法、滅鑛法、熱CVD(化學蒸 曰 、，> /、_人，將形成有氮化鈦被膜的鋁箔浸潰於生成液中， JL鈀加为5 V之電壓。將氮化鈦加以氧化以形成介 化被膜，並將此峨乍為陽極糊。此種介電體氧化；； 316116 8 1245300 膜，係由氧化鈦所構成。生成液可使用周知之磧酸鹽、硼 酸鹽、己二酸鹽之溶液，惟亦可使用其他酸鹽之溶液。 另外，藉由蒸鍍而於鋁箔上形成氮化鈦（TiN)之被膜， 作成陰極箔（5)。 將陽極箔（4)、與陰極箔（5)，藉由本身為絕緣體的隔片 (6)而繞捲成親筒狀，並以膠帶（26)加以固定，作成電容器 元件（2)。由於陽極箔（4)，係如前述，為從鋁製片料所裁切 而製作之故，陽極箔（4)端面上，並未形成介電體氧化被 膜。因而，實施電容器元件（2)之缺口形成，於陽極箔（4) 端面形成介電體氧化被膜。然後，在280°C下將電容器元 件（2)加以熱處理，以安定介電體氧化被膜之特性。 其次，於作為稀釋劑而含有乙醇的3,4-伸乙二氧噻吩 及對曱苯磺酸鐵（Π )之混合溶液中，浸潰電容器元件（2) 後，加以熱聚合而在兩箔（4)(5)間形成導電性高分子層，即 可完成電容器元件（2)。對曱苯磺酸鐵（Π )係按40至60重 量％含於乙醇中，該濃度係供於電容器之製造過程中，有 實用性的黏度。與以往者同樣，將電容器元件（2)封入前述 匣體（3)，即可完成固態電解電容器（1)。 本例中，係使用聚噻吩系之導電性高分子以形成導電 性高分子層者，惟亦可使用聚吼17各系或聚苯胺系之功能性 高分子。又，可替代導電性高分子層，而形成TCNQ配位 鹽等之固態電解質層。 氧化鈦之比介電常數約為100，較氧化鋁之約〗0為 高。因而，可增大陽極箔（4)乃至固態電解電容器（1)之靜電 1245300 容量：又’·由將單金屬或複合金屬化合物之氮化物加以氧 化的乳化欽所成介電體氧化被膜，較使鈦直接氧化所 者，為更能安定其特性。 义 又，由於氮分子將被覆該介電體氧化被膜内之缺陷之 二可防止漏泄電流之增大，而可達成電容器之大容量化。 日所=:复合金屬化合物之氮化物上形成氧化被膜 所知加電録5V程度即足夠。由於所施加電愿，需 電^Λ(1)μ額電…倍程度之 之：桎t⑷曰上 1在疋頜電壓低的固態電解電容器⑴ 之％極.泊⑷上，形成由氧化鈦所成被膜。 本發明申請人，係如上述，將使用本 ==鈦(TlN)之氧化被膜的陽極卿二蜀 身形:貫施例卜又，不用氮化鈦，而將使用本 化被膜的^ ί屬化合物、氮化物之氮化紹欽（丁iA1N)之氧 又2==(4)的固態電解電容器⑴，作為實施例2。 形成陽極落（5)之;^即’使用於紹落上形成氧化被膜以 之被膜的W 於別的㈣上形成有氮化鈦（™) 以往例。泊（5)’以形成固態電解電容器⑴，將此作為 固態電解電容器⑴，係均為定額電壓MV， 之電“容器匠體（3)之外形尺寸為直徑“細而高度6.0麵 316116 10 1245300 、.子貝軏例及以彺例之電容器，使用^2〇取之頻率 雷女县___ σπ ,. Ν 定靜泰—曰… 一叩 〜川<頻年，g

疋’ I谷置（Cap·單位：F 定 亚使用100kHz之頻率，測

寺政串聯電阻（ESR單位· n、 ^ , A 電壓2八於^ · ηιΩ)。又，在施加直流定額 2刀在里佼，測定漏泄雷、六 · 包*(LC.早位· //Α)。其結果為 [~^1^_^^^：係2〇個試樣之平均值 、 —Η----_ LC(/^ A)

以往例 1 ^ --L 實施例1 9.2 0.9 583 氮化2上述之比較結果可知，由於使用本身形成有單金屬 2 /之虱化鈦（TiN)之介電體氧化被膜的陽極箔（4)、或 入帝Y成有心合金屬化合物氮化物之氮化鋁鈦（TiAIN)之 介電體氧化被膜的陽極羯（4)，即能增大靜電容量、 效串聯電阻及漏泄電流。 、 々另外，在上述例中，雖舉例氮化鈦（TlN)作為單金屬之 氮化物]隹替代此而使用氮化錯（ZrN)、氛化组（丁你）、氮 化，（NbN)之任一種時仍可能會獲得同樣結果。亦即，作 為早金屬而可舉閥金屬。在此所指的閥金屬係表面能為其 金屬之氧化物均勻覆蓋者。 又，雖舉例氮化鋁鈦（TiAIN)作為複合金屬化合物之氣 化物，惟替代此而使用氮化鉻鈦（TiCrN)、氮化鍅鈦 (TiZrN)、碳氮化鈦（TiCN)之任一種時仍可能會獲得同樣結 316116 11 1245300 果。亦即， 化合物。 屬化合物，主要可舉鈦與 間金屬之 刻處ΐ述例中，對將成為陽極落⑷的紹落上，可不奋r飾 幻處理。又，陽極 了不貝知蝕 惟祇要是從間金屬之荡所二：⑺雖係從叙落所形成者， 面開口，亦可使用巧 =、即可。再者，匣體（3)之上 狀’亦可為徑向引=/:曰加以堵塞。再者，電容器之形 ^丨線型（radla】】eadtype)者。 陽極名（4)上之介電體氧化。 屬化合物之氮化物之氧化物所成，上由早二㈣^ 於介電體氧化被膜之比介電^ ^氧化鈦。由 ⑷、乃至固態電解電容器⑴之靜/容之旦可增大陽極羯 或複合金屬化合物之氡化物 @ 又，由使單金屬 氧化被膜，較使欽直接氧Γ戶太Λ成介電體 又’由於氮分子將被覆該介電體氧化:::之其:广。 故，可防止漏泄電流之樺大， 、内之缺fe之《 再者，如欲在複合金屬;合:氮可::電容〜 所施加在5V程度g 聽破膜時， u而’亦此在定链帝 程度之低的固態電解電容器⑴之陽極上^在2 由氧化鈦所成被膜。 1 )上 ^成 【圖式簡單說明】 第1圖係以往之電容器元件之斜視圖。 第2圖係以往之固態電解電容器之剖面正面圖。 316 ] 16 1245300 【主要元件符號說明】 1 固態電解電容器 2 電容器元件 3 匣體 4 陽極箔 5 陰極箔 6 隔片 21 引線 25 引線組合件 26 膠帶 30 密封墊 31 座板

Claims (1)

1245300 十、申請專利範圍： 1. 一種固態電解電容器，係藉由隔片（6)而將陽極箔（4) 與陰極箔（5)捲成筒所構成，而在内部具備形成有固 態電解質層或導電性高分子層的電容器元件（2 )，陽 極箔（4)上則形成介電體氧化被膜，其特徵為： 陽極箔（4)上，形成由單金屬或複合金屬化合物 之氮化物所成被膜，而前述介電體氧化被膜，係由該 單金屬或複合金屬化合物之氮化物之氧化物所形成。 2. 如申請專利範圍第1項之固態電解電容器，其中，單 金屬之氮化物，係氮化鈦、氮化錯、氮化组、氮化銳 中之任一者，且係閥金屬之氮化物。 3. 如申請專利範圍第1項之固態電解電容器，其中，複 合金屬化合物之氮化物，係氮化铭鈦、氮化鉻鈦、氮 化酷鈦、碳氮化鈦中之任一者。 4. 如申請專利範圍第1項之固態電解電容器，其中，電 容器元件内之電解質，使用聚噻吩系導電性高分子。 5. 如申請專利範圍第1項之固態電解電容器，其中，陽 極箔（4)及陰極箔（5)，係由閥金屬之箔所形成。 14 316116