WO2011013569A1 - コンデンサ用電極体およびその製造方法、ならびにコンデンサ - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/004—Details
- H01G9/04—Electrodes or formation of dielectric layers thereon
- H01G9/048—Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by their structure
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- H01G9/15—Solid electrolytic capacitors
Definitions
- the present invention relates to an electrode body for a capacitor, a manufacturing method thereof, and a capacitor.
- a solid electrolytic capacitor using a conductive polymer as a solid electrolyte has been developed as a capacitor that can meet such demands.
- a capacitor having a large capacitance per volume powder of valve action metal such as aluminum (Al), tantalum (Ta), niobium (Nb), titanium (Ti), etc. capable of anodic oxidation with rectifying action is added.
- a solid electrolytic capacitor in which a porous pellet obtained by pressure forming and firing is used as an anode body, and a dielectric layer made of these metal oxides is formed on the surface of the anode body (for example, Patent Document 1). reference).
- an anode body having a very large surface area can be obtained by using a submicron-level powder as the powder to be used, whereby the capacity of the capacitor can be increased.
- the particle diameter of the valve metal powder used for forming the anode body tends to be small.
- the gap where the anode body does not exist after the formation and firing of the valve action metal powder decreases.
- the gap is reduced between the anode base material on which the anode body is deposited and the anode body, it becomes difficult to form the cathode body in the vicinity of the surface of the anode base material, which hinders low ESR. It was.
- the present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide a technique capable of further reducing the ESR of a capacitor.
- An embodiment of the present invention is a capacitor electrode body.
- the capacitor electrode body is formed of at least one of a valve action metal and an alloy thereof provided on the surface of the base material made of at least one of a valve action metal and an alloy thereof having irregularities formed on the surface. And a void is formed between the porous layer and the substrate in the concave portion on the surface of the substrate.
- Another aspect of the present invention is a method of manufacturing a capacitor electrode body.
- the manufacturing method includes a step of forming irregularities on the surface of a base material made of at least one of a valve action metal and an alloy thereof, and a metal granule made of at least one of the valve action metal and an alloy thereof on the base material.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a capacitor according to a first embodiment.
- 2A to 2D are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a capacitor.
- 3A to 3C are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a capacitor. It is the schematic of a cold spray apparatus.
- 6 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a capacitor according to Embodiment 2.
- FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a capacitor according to Embodiment 3.
- FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a capacitor according to a fourth embodiment.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the capacitor according to the first embodiment.
- Capacitor 1 according to the present embodiment includes anode body 2, dielectric layer 10 formed on the surface of anode body 2, and cathode body 12 formed on the opposite side of anode body 2 with dielectric layer 10 interposed therebetween.
- the anode body 2 includes an anode base material 4 (corresponding to the base material of the present invention) made of at least one of a valve metal and an alloy thereof, and a porous layer 6 provided on the anode base material 4.
- the porous layer 6 is composed of a metal agglomeration in which a large number of secondary particles 18 of metal particles (primary particles) 8 composed of at least one of a valve action metal and an alloy thereof are bonded, and a plurality of secondary particles 18 are interposed between the secondary particles 18.
- a gap 9 is formed.
- the secondary particles 18 are porous aggregates having a diameter of about 10 ⁇ m to 100 ⁇ m formed by aggregating a plurality of metal particles 8 (see FIG.
- the anode substrate 4 includes a thin film (foil) and lead wires, and also includes a plurality of metal particles 8 bonded to form a film structure.
- the anode base 4 is connected to an anode terminal (not shown) for external drawing.
- the thickness of the anode substrate 4 is, for example, about 100 ⁇ m when the anode substrate 4 is a metal thin film.
- the thickness of the porous layer 6 is about 500 micrometers, for example.
- the valve metal refers to a metal that can form a very dense and durable dielectric oxide film on the surface by electrolytic conversion treatment (anodic oxidation) or the like.
- the valve metal include tantalum (Ta), niobium (Nb), titanium (Ti), and aluminum (Al).
- Ta is used as the metal constituting the anode substrate 4 and the metal particles 8.
- the anode substrate 4 and the metal particles 8 may be made of different metals.
- Fine irregularities are formed on the surface of the anode substrate 4.
- a plurality of grooves 20 are provided on the surface of the anode substrate 4.
- a gap exists between the porous layer 6 and the anode substrate 4.
- the surface of the anode substrate 4 facing the void side is covered with a dielectric layer 10 and a conductive polymer layer 14 described later.
- the width of the groove 20 is preferably in the range of 1 to 50 ⁇ m. Accordingly, since the secondary particles 18 are less likely to enter the groove 20, a void can be more reliably formed in the groove 20 between the porous layer 6 and the anode substrate 4.
- the depth of the groove 20 is preferably in the range of 1 to 10 ⁇ m.
- the dielectric layer 10 is an oxide film formed on the surface of the anode body 2 and is formed, for example, by electrolytic conversion treatment.
- the dielectric layer 10 is formed on the exposed surfaces of the anode substrate 4 and the porous layer 6, that is, in a region other than the region where the metal particles 8 are in contact with each other or the metal particles 8 and the anode substrate 4 are in contact with each other. ing. Therefore, the inner surface of the groove 20 formed on the surface of the anode substrate 4 is covered with the dielectric layer 10.
- the cathode body 12 includes a conductive polymer layer 14 and a cathode base material 16 laminated on the conductive polymer layer 14.
- the conductive polymer layer 14 functions as an electrolyte layer.
- the conductive polymer layer 14 is not particularly limited as long as it includes a polymer material having conductivity, but a conductive polymer such as polythiophene, polypyrrole, polyaniline, or TCNQ (7,7,8,8-tetra). Those containing materials such as cyanoquinodimethane complex salts are preferably used.
- the cathode substrate 16 includes, for example, a carbon paste layer 16a laminated on the conductive polymer layer 14 and a silver paste layer 16b laminated on the carbon paste layer 16a.
- the cathode substrate 16 is connected to a cathode terminal (not shown) for external lead-out.
- FIGS. 2A to 2D and FIGS. 3A to 3C are process cross-sectional views illustrating the capacitor manufacturing method according to the first embodiment.
- an anode substrate 4 made of a tantalum foil that is a valve metal is prepared.
- a plurality of grooves 20 are formed by cutting the surface of the anode substrate 4 by mechanical processing such as blade processing or laser processing. Thereby, fine irregularities are formed on the surface of the groove 20.
- the width of the groove 20 is preferably in the range of 1 to 50 ⁇ m.
- secondary particles 18 in which a plurality of Ta metal particles 8 are gathered are sprayed onto the surface of the anode substrate 4.
- a gap 19 having a size of about 0.01 ⁇ m to 1 ⁇ m is formed between the metal particles 8.
- the gap 19 is generated depending on the shape and size of the metal particles 8 when the metal particles 8 come into contact with each other.
- the secondary particles 18 are sprayed onto the anode substrate 4 by a cold spray method.
- the cold spray method is a process in which material particles or material powder is sprayed onto the surface of the object to be coated in a predetermined high-temperature and high-speed flow, and the material particles are deposited on the surface of the object to be coated to coat the object to be coated. Is the law.
- the cold spray method is characterized in that the temperature of the material particles at the time of spraying is a low temperature below the melting point and softening point of the material particles, and the flow velocity is very high from sonic to supersonic. Therefore, when the cold spray method is used, it is possible to form the porous layer 6 having high adhesion strength between the anode substrate 4 and the secondary particles 18 and between the secondary particles 18. As a result, the surface area per unit volume can be increased, and if the thickness is the same as the structure of the conventional solid electrolytic capacitor, the capacity can be increased. Is possible. Furthermore, in the cold spray method, since the material particles form a film without melting in a solid state, there is little alteration due to oxidation or heat.
- FIG. 4 is a schematic view of a cold spray apparatus.
- the cold spray apparatus 100 includes a base material gripping part 101, a nozzle 102, a material supply part 104, a gas supply part 106, and a heater 108.
- the base material gripping part 101 is a member for gripping the anode base material 4, and with respect to the nozzle 102 while heating the anode base material 4 while the base material gripping part 101 grips the anode base material 4. It can be moved relative.
- the material supply unit 104 supplies the secondary particles 18 to the nozzle 102, and the gas supply unit 106 supplies the pressurized gas to the nozzle 102.
- the gas sent from the gas supply unit 106 toward the nozzle 102 is heated by the heater 108 and sent to the nozzle 102.
- the secondary particles 18 supplied to the nozzle 102 are ejected from the nozzle 102 by the pressure of the gas supplied from the gas supply unit 106.
- gripping part 101 may be sufficient.
- the secondary particles 18 sprayed from the nozzle 102 are sprayed onto the anode base material 4 placed on the base material gripping portion 101 (see FIG. 4).
- the metal particles 8 constituting the secondary particles 18 collide with the anode substrate 4, they are bonded to the surface of the anode substrate 4.
- the base material gripping portion 101 moves the anode base material 4 relative to the nozzle 102, whereby the secondary particles 18 are sprayed over the entire predetermined region of the anode base material 4.
- the porous layer 6 is formed on the surface of the anode substrate 4 by spraying the secondary particles 18.
- the porous layer 6 has a structure in which the secondary particles 18 are joined in a network shape, and gaps 9 are formed between the secondary particles 18.
- the thickness of the porous layer 6 is, for example, about 500 ⁇ m.
- the gap 9 is generated depending on the shape and size of the secondary particles due to the contact between the secondary particles 18, and the size is about 0.01 ⁇ m to about 1 ⁇ m.
- a void 30 is formed in the groove 20 between the porous layer 6 and the anode substrate 4.
- the surface of the anode body 2 is oxidized to form a dielectric layer 10.
- the dielectric layer 10 is an oxide film made of tantalum oxide (Ta2O5).
- the anode body 2 is subjected to electrolytic conversion treatment to form the dielectric layer 10.
- the anode body 2 is anodized at a constant voltage in an electrolyte solution of 0.01 to 1.0% by mass of phosphoric acid aqueous solution, and an oxide film made of tantalum oxide is formed on the surface of the anode body 2.
- the dielectric layer 10 is formed on the exposed surface of the base material 4 and the surface of the metal agglomerates. Therefore, the inner surface of the groove 20 is also covered with the dielectric layer 10.
- the conductive polymer layer 14 is formed by chemical oxidative polymerization so as to fill 30. Specifically, after immersing anode body 2 in a chemical polymerization solution composed of 3,4-ethylenedioxythiophene, iron (III) P-toluenesulfonate, and 1-butanol, heat treatment is performed in the atmosphere, and the dielectric layer A conductive polymer layer 14 is formed by forming a polythiophene layer on 10.
- the immersion of the anode body 2 by the chemical polymerization solution and the heat treatment process are repeated a plurality of times.
- the conductive polymer layer 14 include a layer made of a conductive polymer such as polypyrrole and polyaniline, a layer made of a TCNQ complex salt, and the like in addition to the polythiophene layer.
- the conductive polymer layer 14 is formed by being immersed in 0.1 mol / liter of sulfuric acid as an oxidizing agent for 20 minutes, and then polymerized by exposure to vaporized conductive polymer pyrrole at 30 ° C. for 50 minutes.
- the above-described methods may be combined.
- a carbon paste layer 16a and a silver paste layer 16b are laminated in this order on the conductive polymer layer 14 to form the cathode substrate 16.
- the cathode body 12 including the conductive polymer layer 14 and the cathode substrate 16 is formed.
- an anode terminal (not shown) is connected to the anode base material 4 via, for example, a conductive adhesive
- a cathode terminal (not shown) is connected to the cathode base material 16, for example, via a conductive adhesive. Is done.
- the capacitor 1 according to the first embodiment can be manufactured.
- the secondary particles 18 are sprayed onto the anode base material 4 by the cold spray method to obtain a porous anode.
- the body 2 is formed. Therefore, the surface area per unit volume of the anode body can be increased, and the capacity of the capacitor can be increased.
- a gap 30 is formed between the porous layer 6 and the anode base material 4 in the groove 20, and the surface of the anode base material 4 facing the gap 30 side has a dielectric layer 10 and a conductive property. It is covered with a polymer layer 14. Thereby, since the conductive path between the vicinity of the surface of the anode substrate 4 and the cathode substrate 16 is formed more densely, the ESR of the capacitor can be reduced.
- the grooves 20 are uniformly formed on the surface of the anode base 4 by machining or laser processing, there is no variation over the entire surface of the anode base 4. Low ESR can be achieved.
- FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the capacitor according to the second embodiment.
- the capacitor 1 according to the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, except that the fine unevenness formed on the surface of the anode substrate 4 is different.
- the convex portions of the fine irregularities are needle-like, and a plurality of pores 22 are formed on the surface of the anode substrate 4.
- the diameter of the pores 22 is preferably 0.01 to 50 ⁇ m.
- the secondary particles 18 are difficult to enter the pores 22, and in the pores 22, voids are formed between the anode substrate 4 and the porous layer 6.
- a dielectric layer 10 is formed on the surface of the anode substrate 4 facing the void side, and a conductive polymer layer 14 is formed so as to cover the surface of the dielectric layer 10.
- direct current etching As a means for forming the pores 22 on the surface of the anode substrate 4, direct current etching can be mentioned.
- the etching solution for direct current etching should just be generally used. By adjusting conditions such as etching time and applied voltage in direct current etching, the pores 22 in the above-described range can be formed.
- FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the capacitor according to the third embodiment.
- the capacitor 1 according to the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, except that the fine unevenness formed on the surface of the anode substrate 4 is different.
- the surface of the anode substrate 4 is a sponge-like porous surface 24.
- the secondary particles 18 are difficult to enter into the pores of the sponge-like porous surface 24, and voids are formed between the anode substrate 4 and the porous layer 6 in the pores.
- a dielectric layer 10 is formed on the surface of the anode substrate 4 facing the void side, and a conductive polymer layer 14 is formed so as to cover the surface of the dielectric layer 10.
- the etching solution for AC etching may be any one that is generally used.
- the sponge-like porous surface 24 can be formed by adjusting conditions such as etching time, applied voltage, and AC frequency in AC etching.
- FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the capacitor according to the fourth embodiment.
- the capacitor 1 according to the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, except that the fine unevenness formed on the surface of the anode substrate 4 is different.
- fine irregularities are obtained by forming the fine protrusions 40 on the surface of the anode substrate 4.
- a recess 21 is formed between adjacent minute protrusions 40.
- the width and depth of the recess 21 are preferably in the range of 1 to 50 ⁇ m and 1 to 10 ⁇ m, respectively.
- the secondary particles 18 are less likely to enter the recess 21, and a gap is formed between the anode substrate 4 and the porous layer 6 in the recess 21.
- a dielectric layer 10 is formed on the surface of the anode substrate 4 facing the void side, and a conductive polymer layer 14 is formed so as to cover the surface of the dielectric layer 10.
- Examples of means for forming the fine protrusions 40 on the surface of the anode substrate 4 include film forming means such as sputtering and CVD.
- the material used for the microprojections 40 may be the same as that of the anode substrate 4, but may be different from the anode substrate 4 as long as it is at least one of a valve metal and an alloy thereof.
- the gap between the porous layer 6 and the anode substrate 4 is provided in the recess provided on the surface of the anode substrate 4.
- a void is formed, and the dielectric layer 10 is formed on the surface of the anode substrate 4 facing the void side, and the conductive polymer layer 14 is formed so as to cover the surface of the dielectric layer 10.
- the conductive path by the conductive polymer layer 14 between the vicinity of the surface of the anode substrate 4 and the cathode substrate 16 is formed more densely, the ESR of the capacitor can be reduced.
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Abstract
【課題】コンデンサのさらなる低ＥＳＲ化を図る。 【解決手段】コンデンサ用の陽極体２は、弁作用金属およびその合金の少なくとも一方からなる陽極用基材４と、陽極用基材４上に設けられた多孔質層６とを含む。多孔質層６は、弁作用金属およびその合金の少なくとも一方からなる金属粒子が多数結合してなる二次粒子１８からなる。陽極用基材４の表面には、微細凹凸が形成されている。具体的には、陽極用基材４の表面複数の溝２０が併設されている。溝２０において、多孔質層６と陽極用基材４との間に空隙が存在している。この空隙は後述する導電性高分子層１４によって充填されている。
Description
本発明は、コンデンサ用電極体およびその製造方法、ならびにコンデンサに関する。
パソコン、携帯電話等に代表される電子機器の小型化、動作周波数の高周波化に伴い、これらの電子機器に搭載されるコンデンサには、小型大容量化、低ＥＳＲ（等価直列抵抗）化の要求がますます高くなっている。このような要求に対応することができるコンデンサとして導電性高分子を固体電解質として用いる固体電解コンデンサが開発されている。
一般に、体積当たりの静電容量が大きなコンデンサとして、整流作用を有する陽極酸化が可能なアルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）等の弁作用金属の粉末を加圧成形し焼成して得られた多孔質ペレットを陽極体とし、この陽極体の表面にこれらの金属酸化物からなる誘電体層を形成した固体電解コンデンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような陽極体では、使用される粉末にサブミクロンレベルの粉末を利用することにより、表面積の非常に大きな陽極体が得られ、これによりコンデンサの大容量化を図ることができる。
陽極体の表面積を増加させるため、陽極体の形成に用いられる弁作用金属の粉末の粒径は小さくなる傾向にある。弁作用金属の粉末の粒径が小さくなるにつれて、弁作用金属の粉末の成形、焼成後において陽極体が存在しない隙間が減少する。特に、陽極体が堆積形成される陽極用基材と陽極体との間において隙間が減少すると、陽極用基材の表面近傍に陰極体が形成されにくくなるため、低ＥＳＲ化を阻む要因となっていた。
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンデンサのさらなる低ＥＳＲ化を図ることができる技術の提供にある。
本発明のある態様は、コンデンサ用電極体である。当該コンデンサ用電極体は、表面に凹凸が形成された、弁作用金属およびその合金の少なくとも一方からなる基材と、基材の表面上に設けられ、弁作用金属およびその合金の少なくとも一方からなる多孔質層と、を備え、基材の表面の凹部において多孔質層と基材との間に空隙が形成されていることを特徴とする。
この態様によれば、コンデンサのさらなる低ＥＳＲ化が可能なコンデンサ用電極体を得ることができる。
本発明の他の態様は、コンデンサ用電極体の製造方法である。当該製造方法は、弁作用金属およびその合金の少なくとも一方からなる基材の表面に凹凸を形成する工程と、基材に、弁作用金属およびその合金の少なくとも一方からなる金属粒塊で構成される多孔質層を設けて電極体を形成する電極体形成工程と、を備え、前記基材の表面の凹部において前記多孔質層と前記基材との間に空隙が形成されることを特徴とする。
本発明によれば、コンデンサのさらなる低ＥＳＲ化を図ることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るコンデンサの構成を示す概略断面図である。本実施の形態に係るコンデンサ１は、陽極体２と、陽極体２の表面に形成された誘電体層１０と、誘電体層１０を挟んで陽極体２と反対側に形成された陰極体１２とを備える。
図１は、実施の形態１に係るコンデンサの構成を示す概略断面図である。本実施の形態に係るコンデンサ１は、陽極体２と、陽極体２の表面に形成された誘電体層１０と、誘電体層１０を挟んで陽極体２と反対側に形成された陰極体１２とを備える。
陽極体２は、弁作用金属（ｖａｌｖｅ ｍｅｔａｌ）およびその合金の少なくとも一方からなる陽極用基材４（本発明の基材に相当）と、陽極用基材４上に設けられた多孔質層６とを含む。多孔質層６は、弁作用金属およびその合金の少なくとも一方からなる金属粒子（一次粒子）８の２次粒子１８が多数結合してなる金属粒塊からなり、２次粒子１８間には複数の隙間９が形成されている。２次粒子１８は、直径約５０ｎｍ～１０μｍの金属粒子８（図２参照）が複数個集合して形成された直径約１０μｍ～１００μｍの多孔質の集合体である。陽極用基材４には、薄膜（箔）やリード線が含まれ、また複数の金属粒子８が結合して膜状構造となったものも含まれる。また、陽極用基材４には、外部引き出し用の陽極端子（図示せず）が連結されている。陽極用基材４の厚さは、陽極用基材４が金属の薄膜であった場合、例えば約１００μｍである。また、多孔質層６の厚さは、たとえ
ば約５００μｍである。
ば約５００μｍである。
ここで、弁作用金属とは、電解化成処理（陽極酸化）等により極めて緻密で耐久性を有する誘電体酸化皮膜を表面に形成し得る金属をいう。弁作用金属としては、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）等が挙げられる。また、弁作用金属の合金としては、上述の弁作用金属同士の合金や、上述の弁作用金属と他の金属との合金等が挙げられる。本実施形態では、陽極用基材４および金属粒子８を構成する金属としてＴａを用いた。なお、陽極用基材４および金属粒子８は、異なる金属で構成されていてもよい。
陽極用基材４の表面には、微細凹凸が形成されている。具体的には、陽極用基材４の表面に複数の溝２０が併設されている。溝２０において、多孔質層６と陽極用基材４との間に空隙が存在している。この空隙側に面する陽極用基材４の表面は後述する誘電体層１０および導電性高分子層１４によって覆われている。溝２０に空隙を形成するという観点から、溝２０の幅は１～５０μｍの範囲が好ましい。したがって、２次粒子１８は溝２０に入り込みにくくなるため、溝２０において、多孔質層６と陽極用基材４との間に空隙をより確実に形成することができる。また、溝２０の深さは１～１０μｍの範囲が好ましい。
誘電体層１０は、陽極体２の表面に形成された酸化被膜であり、たとえば電解化成処理により形成される。誘電体層１０は、陽極用基材４および多孔質層６の露出している表面、すなわち、金属粒子８同士、または金属粒子８と陽極用基材４とが接する領域以外の領域に形成されている。したがって、陽極用基材４の表面に形成された溝２０の内面は誘電体層１０に被覆されている。
陰極体１２は、導電性高分子層１４と、導電性高分子層１４上に積層された陰極用基材１６とを含む。導電性高分子層１４は、電解質層として機能する。導電性高分子層１４としては、導電性を有する高分子材料を含むものであれば特に限定されないが、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性ポリマーや、ＴＣＮＱ（７，７，８，８－テトラシアノキノジメタン）錯塩等の材料を含むものが好適に用いられる。陰極用基材１６は、たとえば導電性高分子層１４上に積層されたカーボンペースト層１６ａと、カーボンペースト層１６ａ上に積層された銀ペースト層１６ｂからなる。陰極用基材１６には、外部引き出し用の陰極端子（図示せず）が連結されている。
（コンデンサ用電極体およびコンデンサの製造工程）
続いて、実施の形態１に係るコンデンサ１の製造方法について図２および図３を参照して説明する。図２（Ａ）乃至（Ｄ）および図３（Ａ）乃至（Ｃ）は、実施の形態１に係るコンデンサの製造方法を示す工程断面図である。
続いて、実施の形態１に係るコンデンサ１の製造方法について図２および図３を参照して説明する。図２（Ａ）乃至（Ｄ）および図３（Ａ）乃至（Ｃ）は、実施の形態１に係るコンデンサの製造方法を示す工程断面図である。
まず、図２（Ａ）に示すように、弁作用金属であるタンタル箔からなる陽極用基材４を準備する。
次に、図２（Ｂ）に示すように、ブレード加工などの機械加工、またはレーザ加工により陽極用基材４の表面を削ることにより、複数の溝２０を形成する。これにより、溝２０の表面に微細凹凸が形成される。溝２０の幅は、上述したように１～５０μｍの範囲が好ましい。
次に、図２（Ｃ）に示すように、陽極用基材４の表面に、Ｔａからなる金属粒子８が複数個集合した２次粒子１８を吹き付ける。２次粒子１８の内部には、各金属粒子８間に約０．０１μｍ～１μｍの大きさの隙間１９が形成されている。この隙間１９は、金属粒子８同士が接触することにより、金属粒子８の形状や大きさに依存して生じたものである。本実施の形態では、コールドスプレー法により、２次粒子１８を陽極用基材４に吹き付ける。コールドスプレー法とは、材料粒子あるいは材料粉末を所定の高温・高速の流れにして被覆対象物の表面に吹き付けて、被覆対象物の表面に材料粒子を堆積させて、被覆対象物をコーティングする加工法である。
コールドスプレー法は、吹き付ける際の材料粒子の温度が材料粒子の融点および軟化点以下の低い温度であることと、流れの速度が音速から超音速と非常に高速であるという特徴を有する。そのため、コールドスプレー法を用いた場合には、陽極用基材４と２次粒子１８との間、および２次粒子１８同士間で高い密着強度を有する多孔質層６を形成することができる。そして、これにより単位体積当たりの表面積を増やすことができ、従来の固体電解コンデンサの構造と同じ厚さであれば大容量化が可能であり、同じ容量を得ようとするならば低背化が可能である。さらに、コールドスプレー法では、材料粒子が固体の状態のまま溶けることなく皮膜になるため、酸化や熱による変質が少ない。
図４は、コールドスプレー装置の概略図である。コールドスプレー装置１００は、基材把持部１０１と、ノズル１０２と、材料供給部１０４と、ガス供給部１０６と、ヒータ１０８とを備える。
基材把持部１０１は、陽極用基材４を把持する部材であり、基材把持部１０１が陽極用基材４を把持した状態で、陽極用基材４を加熱しながらノズル１０２に対して相対移動させることができる。材料供給部１０４は、ノズル１０２に２次粒子１８を供給し、ガス供給部１０６は、加圧された気体をノズル１０２に供給する。ガス供給部１０６からノズル１０２に向けて送り出された気体は、ヒータ１０８にて加熱されてノズル１０２に送られる。ノズル１０２に供給された２次粒子１８は、ガス供給部１０６から供給された気体の圧力によりノズル１０２から噴射される。なお、基材把持部１０１に対して、ノズル１０２を相対移動させる構成であってもよい。
図２（Ｃ）に戻り、ノズル１０２から噴射された２次粒子１８は、基材把持部１０１（図４参照）に載置された陽極用基材４に吹き付けられる。２次粒子１８を構成する金属粒子８は、陽極用基材４に衝突すると陽極用基材４の表面に結合する。そして、基材把持部１０１が陽極用基材４をノズル１０２に対して相対移動させ、これにより陽極用基材４の所定領域全面に２次粒子１８が吹き付けられる。
このとき、２次粒子１８は、陽極用基材４の表面に設けられた溝２０に入り込みにくいため、溝２０に空隙が形成される。
図２（Ｄ）に示すように、２次粒子１８の吹き付けにより、多孔質層６が陽極用基材４の表面に形成される。多孔質層６は、２次粒子１８が網目状に結合した構造を有しており、２次粒子１８間には隙間９が形成されている。多孔質層６の厚さは、たとえば約５００μｍである。隙間９は、２次粒子１８同士が接触することにより、２次粒子の形状や大きさに依存して生じたものであり、その大きさは約０．０１μｍ～約１μｍである。上述したように、２次粒子１８は溝２０に入り込みにくいため、溝２０において、多孔質層６と陽極用基材４との間に空隙３０が形成される。
次に、図３（Ａ）に示すように、陽極体２の表面を酸化して誘電体層１０を形成する。陽極用基材４および金属粒子８はＴａからなるため、誘電体層１０は、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）からなる酸化皮膜である。本実施の形態では、陽極体２を電解化成処理して誘電体層１０を形成する。具体的には、陽極体２を０．０１～１．０質量％のリン酸水溶液の電解液中において定電圧で陽極酸化し、その表面に酸化タンタルからなる酸化皮膜を形成することによって、陽極用基材４の露出する表面および金属粒塊の表面に誘電体層１０を形成する。したがって、溝２０の内面も誘電体層１０によって被覆される。
次に、図３（Ｂ）に示すように、誘電体層１０上に、誘電体層１０の表面を覆うように、すなわち陽極体２の多孔質部分の隙間９、隙間１９および溝２０における空隙３０を埋めるようにして、化学酸化重合により導電性高分子層１４を形成する。具体的には、３，４－エチレンジオキシチオフェン、Ｐ－トルエンスルホン酸鉄（ＩＩＩ）、１－ブタノールからなる化学重合液に陽極体２を浸漬した後、大気中で熱処理し、誘電体層１０上にポリチオフェン層を形成することによって、導電性高分子層１４を形成する。化学重合液による陽極体２の浸漬、熱処理工程は複数回繰り返して行われる。導電性高分子層１４としては、ポリチオフェン層以外に、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子からなる層やＴＣＮＱ錯塩からなる層等が挙げられる。また、導電性高分子層１４は、酸化剤である硫酸０．１モル／リットルに２０分間浸漬させた後、３０℃の気化した導電性高分子のピロールに５０分間晒すことにより重合して形成してもよいし、上述した方法を組み合わせて形成してもよい。
次に、図３（Ｃ）に示すように、導電性高分子層１４上に、カーボンペースト層１６ａと、銀ペースト層１６ｂとがこの順に積層されて陰極用基材１６が形成される。これにより、導電性高分子層１４と陰極用基材１６とを含む陰極体１２が形成される。そして、陽極用基材４に陽極端子（図示せず）がたとえば導電性接着剤を介して連結され、陰極用基材１６に陰極端子（図示せず）がたとえば導電性接着剤を介して連結される。
以上の工程により、実施の形態１に係るコンデンサ１を製造することができる。
以上説明した構成による作用効果を総括すると、実施の形態１に係るコンデンサ用電極体およびコンデンサの製造方法では、陽極用基材４にコールドスプレー法により２次粒子１８を吹き付けて、多孔質の陽極体２を形成している。そのため、陽極体の単位体積当たりの表面積を増大させることができ、コンデンサの大容量化が可能となる。
さらに、溝２０において多孔質層６と陽極用基材４との間に空隙３０が形成されており、この空隙３０側に面する陽極用基材４の表面は、誘電体層１０および導電性高分子層１４で覆われている。これにより、陽極用基材４の表面近傍と陰極用基材１６との間における導電経路がより密に形成されるため、コンデンサの低ＥＳＲ化を図ることができる。
また、本実施の形態に係るコンデンサの製造方法では、機械加工またはレーザ加工により陽極用基材４の表面に溝２０が一様に形成されているため、陽極用基材４の全面においてばらつきなく低ＥＳＲ化を図ることができる。
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係るコンデンサの構成を示す概略断面図である。本実施の形態に係るコンデンサ１は、陽極用基材４の表面に形成された微細凹凸の形態が異なる以外は、実施の形態１と同様な構成を備える。
図５は、実施の形態２に係るコンデンサの構成を示す概略断面図である。本実施の形態に係るコンデンサ１は、陽極用基材４の表面に形成された微細凹凸の形態が異なる以外は、実施の形態１と同様な構成を備える。
本実施の形態では、微細凹凸の凸部は針状であり、陽極用基材４の表面に複数の細孔２２が形成されている。細孔２２の径は好ましくは０．０１～５０μｍである。細孔２２には２次粒子１８が入り込みにくくなっており、細孔２２において、陽極用基材４と多孔質層６との間には空隙が形成されている。この空隙側に面する陽極用基材４の表面には誘電体層１０が形成されており、誘電体層１０の表面を覆うように導電性高分子層１４が形成されている。
陽極用基材４の表面に細孔２２を形成する手段としては、直流エッチングが挙げられる。直流エッチング用のエッチング液は、一般的に用いられるものであればよい。直流エッチングにおけるエッチング時間、印加電圧等の条件を調節することにより、上述した範囲の細孔２２を形成することが可能である。
（実施の形態３）
図６は、実施の形態３に係るコンデンサの構成を示す概略断面図である。本実施の形態に係るコンデンサ１は、陽極用基材４の表面に形成された微細凹凸の形態が異なる以外は、実施の形態１と同様な構成を備える。
図６は、実施の形態３に係るコンデンサの構成を示す概略断面図である。本実施の形態に係るコンデンサ１は、陽極用基材４の表面に形成された微細凹凸の形態が異なる以外は、実施の形態１と同様な構成を備える。
本実施の形態では、陽極用基材４の表面が海綿状の多孔質面２４となっている。海綿状の多孔質面２４の細孔には、２次粒子１８が入り込みにくくなっており、この細孔において陽極用基材４と多孔質層６との間に空隙が形成されている。この空隙側に面する陽極用基材４の表面には誘電体層１０が形成されており、誘電体層１０の表面を覆うように導電性高分子層１４が形成されている。
陽極用基材４の表面に海綿状の多孔質面２４を形成する手段としては、交流エッチングが挙げられる。交流エッチング用のエッチング液は、一般的に用いられるものであればよい。交流エッチングにおけるエッチング時間、印加電圧、交流の周波数等の条件を調節することにより、海綿状の多孔質面２４を形成することが可能である。
（実施の形態４）
図７は、実施の形態４に係るコンデンサの構成を示す概略断面図である。本実施の形態に係るコンデンサ１は、陽極用基材４の表面に形成された微細凹凸の形態が異なる以外は、実施の形態１と同様な構成を備える。
図７は、実施の形態４に係るコンデンサの構成を示す概略断面図である。本実施の形態に係るコンデンサ１は、陽極用基材４の表面に形成された微細凹凸の形態が異なる以外は、実施の形態１と同様な構成を備える。
本実施の形態では、陽極用基材４の表面に微小突起４０を形成することにより微細凹凸が得られている。隣接する微小突起４０の間が凹部２１となっている。凹部２１の幅、深さは、それぞれ１～５０μｍ、１～１０μｍの範囲が好ましい。この凹部２１には２次粒子１８が入り込みにくくなっており、凹部２１において陽極用基材４と多孔質層６との間には空隙が形成されている。この空隙側に面する陽極用基材４の表面には誘電体層１０が形成されており、誘電体層１０の表面を覆うように導電性高分子層１４が形成されている。
陽極用基材４の表面に微小突起４０を形成する手段としては、スパッタ法、ＣＶＤ法などの成膜手段が挙げられる。微小突起４０に用いられる材料は、陽極用基材４と同じでもよいが、弁作用金属およびその合金の少なくとも一方であれば、陽極用基材４と異なっていてもよい。
以上説明した実施の形態２乃至４に係るコンデンサにおいては、実施の形態１と同様に、陽極用基材４の表面に設けられた凹部において多孔質層６と陽極用基材４との間に空隙が形成されており、この空隙側に面する陽極用基材４の表面には誘電体層１０が形成されており、誘電体層１０の表面を覆うように導電性高分子層１４が形成されている。これにより、陽極用基材４の表面近傍と陰極用基材１６との間における導電性高分子層１４による導電経路がより密に形成されるため、コンデンサの低ＥＳＲ化を図ることができる。
１ コンデンサ、２ 陽極体、４ 陽極用基材、１０ 誘電体層、１２ 陰極体、１４ 導電性高分子層、１６ 陰極用基材、１６ａ カーボンペースト層、１６ｂ 銀ペースト層、１８ ２次粒子、２０ 溝、２１ 凹部、２２ 細孔、２４ 多孔質面、３０ 空隙、４０ 微小突起、１００ コールドスプレー装置、１０１ 基材把持部、１０２ ノズル、１０４ 材料供給部、１０６ ガス供給部、１０８ ヒータ
Claims (10)
- 表面に凹凸が形成された、弁作用金属およびその合金の少なくとも一方からなる基材と、
前記基材の表面上に設けられ、弁作用金属およびその合金の少なくとも一方からなる多孔質層と、を備え、
前記基材の表面の凹部において前記多孔質層と前記基材との間に空隙が形成されていることを特徴とするコンデンサ用電極体。 - 前記凹部は溝状である請求項１に記載のコンデンサ用電極体。
- 溝の幅が１～５０μｍである請求項２に記載のコンデンサ用電極体。
- 前記凹凸は多孔質状である請求項１に記載のコンデンサ用電極体。
- 孔の径が０．０１～５０μｍである請求項４に記載のコンデンサ用電極体。
- 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のコンデンサ用電極体からなる陽極体と、
前記陽極体の表面に形成された誘電体層と、
前記誘電体層の表面を覆うように形成された陰極体と、
を備え、
前記凹部において、前記空隙側に面する前記陽極体の表面は、前記誘電体層および前記陰極体に覆われていることを特徴とするコンデンサ。 - 弁作用金属およびその合金の少なくとも一方からなる基材の表面に凹凸を形成する工程と、
前記基材に、弁作用金属およびその合金の少なくとも一方からなる金属粒塊で構成される多孔質層を設けて電極体を形成する電極体形成工程と、
を備え、
前記基材の表面の凹部において前記多孔質層と前記基材との間に空隙が形成されることを特徴とするコンデンサ用電極体の製造方法。 - 前記凹凸を形成する工程は、直流エッチングまたは交流エッチングである請求項７に記載のコンデンサ用電極体の製造方法。
- 前記凹凸を形成する工程は、前記基材の表面に溝を形成する機械加工である請求項７に記載のコンデンサ用電極体の製造方法。
- 前記凹凸を形成する工程は、前記基材の表面に弁作用金属およびその合金の少なくとも一方からなる導電材料を成膜する工程である請求項７に記載のコンデンサ用電極体の製造方法。
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| WO2010058534A1 (ja) * | 2008-11-19 | 2010-05-27 | 三洋電機株式会社 | コンデンサ用電極体、コンデンサ、コンデンサ用電極体の製造方法、およびコンデンサの製造方法 |
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