DE69936151T2

DE69936151T2 - Festelektrolytkondensator und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69936151T2
Application number: DE69936151T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Nippon Chemi-Con Corporatio HATANAKA; Kazunori Nippon Chemi-Con Corporatio NARAYA; Kazuhiro Higuchi
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: EP1184883A4; US6504704B1; WO2000058979A1; EP1184883B1; EP1184883A1; KR100699971B1; DE69936151D1; KR20010108406A

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Festelektrolytkondensator und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Genauer bezieht sich die Erfindung auf einen Festelektrolytkondensator mit Modifikationen, die auf die Verbesserung des Kapazitätswerts und der Impedanzeigenschaften abzielen, zum Zweck des Erreichens einer Kondensatorverkleinerung.
Hintergrund der Erfindung
Infolge der jüngsten Digitalisierung und Hochfrequenzmodifikation von elektronischen Geräten wurde insbesondere im Bereich der elektrischen Versorgung ein Kondensator geringer Größe mit einer großen Kapazität und einer geringen Impedanz in einem Hochfrequenzbereich benötigt.
Für einen solchen Bedarf wurde ein Festelektrolytkondensator verwendet, der durch Montieren eines Kondensatorelements durch gemeinsames Wickeln einer Kathodenfolie mit einem Ventilmetall wie Aluminium und einer Anodenfolie mit einem Ventilmetall und mit einer auf einer Oberfläche davon hergestellten Oxidschicht über einem Separator zur Herstellung eines Festelektrolyts zwischen diesen Kathoden- und Anodenfolien. Da ein Festelektrolytkondensator dieser gewickelten Art ein charakteristisches Profil mit kleiner Größe und großer Kapazität aufweist und ferner große Impedanzeigenschaften in einem Hochfrequenzbereich aufweist, ist der Kondensator einer der für diesen Bedarf am meisten geeigneten Kondensatoren. Bei einer solchen Art von Festelektrolytkondensator wurden zusätzlich Tantal, Niob und Titan anstelle von Aluminium als dem Anodenmaterial verwendet, während Metalle der gleichen Art, wie die des Anodenmaterials, für das Kathodenmaterial verwendet werden.
Um die Kapazität des Elektrolytkondensators zu verbessern, sollten vor allem die Kapazität des Kathodenmaterials und ebenso die Kapazität des Anodenmaterials verbessert werden. Die Kapazität einer jeden Elektrode des Elektrolytkondensators wird durch die Art und Dicke einer Isolationsschicht, die auf der Elektrodenoberfläche hergestellt ist, und den Oberflächenbereich der Elektrode bestimmt. Wenn die dielektrische Konstante der Isolationsschicht ε, die Dicke der Isolationsschicht t und der Oberflächenbereich der Elektrode A ist, wird die Kapazität C durch die folgende Gleichung ausgedrückt. C = ε (A/t)
Um somit die Kapazität zu erhöhen, wie offensichtlich durch die Gleichung gezeigt wird, ist es wirksam, den Elektrodenoberflächenbereich zu vergrößern, ein Isolationsschichtmaterial mit einer größeren dielektrischen Konstante auszuwählen und eine dünnere Isolationsschicht herzustellen.
Es wurden herkömmlich Versuche unternommen, den Elektrodenoberflächenbereich zu vergrößern, um die Kapazität zu vergrößern, da die dielektrische Konstante der Isolationsschicht durch das Elektrodenmaterial bestimmt ist, während die Dicke der Isolationsschicht durch den Spannungswiderstand zwischen ihnen bestimmt ist. Eine einfache Verwendung einer Elektrode von großer Art, um einen vergrößerten Oberflächenbereich zu erhalten, ist jedoch nicht vorzuziehen, da es zu einer Aufskalierung des Elektrolytkondensators führt. Daher wurde die Oberfläche der Aluminiumfolie als dem Substrat des Elektrodenmaterials in herkömmlicher Weise ätzverarbeitet, um Einbuchtungen und Erhebungen darauf zu erzeugen, um den wesentlichen Oberflächenbereich zu vergrößern.
Zusätzlich offenbart die japanische Patentoffenlegung Nr. Sho-59-167009 (167009/1984) ein Kathodenmaterial mit einer Metallschicht, die auf der Oberfläche des Substrates durch Verwendung einer Metallabscheidungstechnik als eine Alternative zu dem Ätzprozess erstellt wurde. Entsprechend dieser Technik sollten Schichtvorbereitungsbedingungen ausgewählt werden, um feine Einbuchtungen und Erhebungen auf der Schichtoberfläche zu erzeugen, um so den Oberflächenbereich zu vergrößern, so dass eine große Kapazität erreicht werden kann. Zusätzlich können Metalle, die in Form ihrer Oxide große dielektrische Konstanten hervorbringen, wie beispielsweise Ti, die dielektrische Konstante der Isolationsschicht, die auf der Oberfläche des Kathodenmaterials erstellt wird, erhöhen, was zu einer größeren Kapazität führt.
Ferner offenbart die japanische Patentoffenlegung Nr. Hei-3-150825 (150825/1991), die zuvor von dem vorliegenden Anmelder eingereicht wurde, eine Technik zum Erzeugen einer Abscheidungsschicht mit Titannitrid auf der Oberfläche hochreinen Aluminiums, das als Kathodenelektrode verwendet wird, mittels eines Kathoden-Lichtbogen-Abscheideverfahrens, um so den Kapazitätswert auf der Kathodenseite zu erhöhen, angesichts der Erkenntnis, dass die Kapazität des Elektrolytkondensators die Gesamtkapazität der Kapazitäten der Anodenseite und der Kathodenseite in serieller Verbindung ist.
Dokument US-A-5754394 offenbart einen Festelektrolytkondensator, der durch Montieren eines Kondensators durch gemeinsames Wickeln einer Kathodenfolie mit einer Beschichtung einschließlich eines Nitrides eines Metalls, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Titan, Vanadium, Zirkon, Niob, Molybdän und Wolfram, und einer Anodenfolie hergestellt ist. Die Anodenfolie umfasst einen Oxidfilm, und ein organischer Halbleiter ist zwischen der Kathode und der Anodenfolie aufgebaut.
[Zu lösende Probleme]
Festelektrolytkondensatoren, die Kathodenfolien verwenden, die durch die oben beschriebenen herkömmlichen Techniken hergestellt wurden, haben jedoch die folgenden Nachteile. Mit anderen Worten wird die Oberfläche der Aluminiumfolie als dem Substrat des Elektrodenmaterials in herkömmlichen Festelektrolytkondensatoren ätzbearbeitet, um so die Kapazität des Elektrolytkondensators zu erhöhen. Wenn das Ätzen zu exzessiv ausgeführt wird, schreitet das Löslichmachen der Oberfläche der Aluminiumfolie gleichzeitig voran, welches in nachteiliger Weise die Erhöhung des Oberflächenvergrößerungsverhältnisses blockiert. Die Erhöhung der Kapazität des Elektrodenmaterials durch eine Ätztechnik war limitiert.
Zusätzlich war auch die Technik zum Herstellen einer Abscheidungsschicht mit Titannitrid auf der Oberfläche der Kathodenfolie problematisch. Genauer wurde Mangandioxid, das durch thermische Zersetzung von Mangannitrat erzeugt wurde, hauptsächlich als das Festelektrolyt von herkömmlichen Festelektrolytkondensatoren verwendet. Während des Prozesses des Herstellens des Mangandioxids, sollte jedoch eine thermische Behandlung bei 200 bis 300°C mehrfach ausgeführt werden. Daher wurde ein Oxidfilm auf der Oberfläche der Schicht mit Metallnitrid, die auf der Oberfläche der Kathodenfolie hergestellt wurde, gebildet, was die Reduktion der Kapazität der Kathodenfolie verursacht, was zu einer Reduktion der Kapazität des Elektrolytkondensators führt. Ferner war ebenso eine ESR-Reduktion limitiert, da Mangandioxid eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist.
[Aufgaben der Erfindung]
Die vorliegende Erfindung wurde vorgeschlagen, um die Probleme der herkömmlichen Techniken zu überwinden. Es ist eine erste Aufgabe der Erfindung, einen Festelektrolytkondensator mit einem verbesserten Kapazitätswert und ein Verfahren zu seiner Herstellung vorzustellen. Es ist eine zweite Aufgabe der Erfindung, einen Festelektrolytkondensator und ein Verfahren zu seiner Herstellung vorzustellen, der nicht nur einen verbesserten Kapazitätswert, sondern auch eine geringe Impedanz bei hoher Frequenz aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Um die Probleme zu lösen, haben die vorliegenden Erfinder Untersuchungen zu einem Festelektrolytkondensator mit einem verbesserten Kapazitätswert und einer verbesserten Impedanzeigenschaft sowie zu einem Verfahren zu seiner Herstellung unternommen. Als Folge wurde die Erfindung mit einem Kondensator mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 8 erreicht.
Insbesondere wurde gefunden, dass der Kapazitätswert eines Festelektrolytkondensators des Wickeltyps, der einen organischen Halbleiter mit einem TCNQ-Komplexsalz verwendet, deutlich verbessert werden kann, indem eine Schicht mit einem Metallnitrid auf der Oberfläche der Kathodenfolie mittels eines Abscheidungsverfahrens erzeugt wird.
Es wurde zusätzlich gefunden, dass der Kapazitätswert und die Impedanzeigenschaft eines Festelektrolytkondensators des Wickeltyps, der einen organischen Halbleiter mit einem TCNQ-Komplexsalz aufweist, wesentlich verbessert werden kann, indem ein Oxidfilm auf der Oberfläche der Kathodenfolie und zusätzlich mittels eines Abscheidungsprozesses eine Schicht mit einem Metallnitrid darauf erzeugt wird.
Zunächst haben die Erfinder verschiedene Untersuchungen an einem Festelektrolytkondensator des Wickeltyps, der einen organischen Halbleiter verwendet, ausgeführt, der in jüngster Zeit Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat. Ferner können N-n-Butylisochinolin-TCNQ-Komplexsalz, N-Methyl-3-n-propylimidazol-TCNQ-Komplexsalz und N-n-Alkylisochinolin-TCNQ-Komplexsalz können als der organische Halbleiter verwendet werden. Hier meint TCNQ 7,7,8,8-Tetracyanochinondimethan. Zusätzlich können diese TCNQ-Komplexsalze mittels bekannter Verfahren hergestellt werden.
Darüber hinaus haben die Erfinder mittels eines Abscheidungsprozesses TiN auf der Oberfläche der Kathodenfolie hergestellt. Unter Verwendung der sich damit ergebenen Kathodenfolie haben die Erfinder einen Kondensator unter den folgenden Bedingungen hergestellt, um die Kapazität der Kathodenfolie allein zu messen. Es wurde gezeigt, dass dessen Kapazität unbegrenzt war. Dies bedeutet, dass das auf der Kathodenfolie hergestellte TiN einen Teil der auf der Oberfläche der Kathodenfolie gebildeten spontanen Oxidschicht entfernt hat, so dass TiN und das Metall der Kathodenfolie im Anschluss zueinander standen.
Zusätzlich haben die Erfinder eine Oxidschicht auf der Oberfläche der Kathodenfolie bei verschiedenen Bildungsspannungen erzeugt und zusätzlich mittels eines Abscheidungsprozesses TiN darauf hergestellt. Unter Verwendung der Kathodenfolie haben dann die Erfinder einen Kondensator zum Messen der Kapazität der Kathodenfolie alleine hergestellt. Es wurde gezeigt, dass die Kapazität unbegrenzt war. Dies bedeutet, dass das auf der Oxidschicht erzeugte TiN einen Teil der auf der Oberfläche der Kathodenfolie erzeugten Oxidschicht entfernt hat, so dass TiN und das Metall der Kathodenfolie im Anschluss zueinander waren.
Derweil ist die Kapazität C des Elektrolytkondensators die zusammengesetzte Kapazität der Kapazität Ca und der Kapazität Cc jeweils der Anodenseite und der Kathodenseite in serieller Verbindung, was durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt wird. 1/C = 1/Ca + 1/Cc ∴C = (Ca × Cc)/(Ca + Cc) = Ca × 1/(Ca/Cc + 1)
Wie von den obigen Gleichungen deutlich gezeigt wird, ist die Kapazität C des Kondensators kleiner als die Kapazität Ca der Anodenseite, solange Cc einen Wert aufweist (die Kathodenfolie eine Kapazität besitzt). Mit anderen Worten wird die Kapazitätskomponente der Kathodenfolie im Fall, dass die Kapazität Cc der Kathodenfolie unbegrenzt ist, infolge des Anschlusses zwischen dem auf der Oberfläche der Kathodenfolie abgeschiedenen TiN und dem Metall der Kathodenfolie eliminiert. Daher ist die Kapazität C als der zusammengesetzten Kapazität der Kapazitäten der Anodenfolie und der Kathodenfolie in serieller Verbindung gleich der Kapazität Ca der Anodenseite. Dann wird die Kapazität C maximal.
(Verfahren zum Herstellen einer Schicht mit Metallnitrid auf der Kathodenfolie)
Als Metallnitrid können ferner TiN, ZrN, TaN, NbN und Ähnliches verwendet werden, auf deren Oberfläche kaum eine Oxidschicht gebildet wird. Die zu erzeugende Schicht auf der Oberfläche der Kathode umfasst nicht nur das Metallnitrid, sondern ferner andere leitfähige Materialien mit einer schichtbildenden Fähigkeit und geringer Oxidierbarkeit. Beispielsweise können Ti, Zr, Ta, Nb und Ähnliches als solches verwendet werden.
Zusätzlich umfasst das Verfahren zur Herstellung einer Schicht mit einem Metallnitrid auf der Oberfläche mit einem Ventilmetall, mit Hinblick auf die Stärke der hergestellten Schicht, der Adhäsion davon an der Kathode und der Steuerung von Schichtbildungsbedingungen vorzugsweise einen Abscheidungsprozess.
Insbesondere wird ein Kathoden-Lichtbogen-Plasmaabscheidungsprozess bevorzugt.
Die anzuwendenden Bedingungen des Kathoden-Lichtbogen-Plasmaabscheidungsprozesses sind die folgenden. Insbesondere hat der elektrische Strom einen Wert von 80 bis 300 A und die Spannung einen Wert von 15 bis 20 V. Im Fall des Metallnitrides wird der Kathoden-Lichtbogen-Plasmaabscheidungsprozess ferner durch Heizen der Kathode mit einem Ventilmetall auf 200 bis 450°C in einer Atmosphäre mit einem Gesamtdruck einschließlich von Stickstoff von 1 × 10^–1 bis 1 × 10^–4 Torr ausgeführt.
(Verfahren zum Herstellen einer Oxidschicht auf der Kathodenfolie)
Als Verfahren zur Herstellung einer Oxidschicht auf der Kathodenfolie können allgemeine Herstellungsprozesse zum Erzeugen von Oxidschichten auf Anoden verwendet werden. Insbesondere wird eine Oxidschicht auf der Oberfläche der Kathodenfolie durch Anwendung einer Spannung in einer Bildungslösung hergestellt.
Als Bildungslösung der Kathodenfolie können zusätzlich Bildungslösungen von Phosphaten, wie Ammoniumdihydrogenphosphat und Diammoniumhydrogenphosphat, Bildungslösungen von Borsten wie Ammoniumborat und Bildungslösungen von Adipaten wie Ammoniumadipat verwendet werden. Hiervon ist Ammoniumdihydrogenphosphat zu bevorzugen. Zusätzlich liegt die Konzentration des Ammoniumdihydrogenphosphates vorzugsweise im Bereich von 0,005 bis 3%.
Die Bildungsspannung, die zur Bildung der Oxidschicht angelegt wird, beträgt vorzugsweise 10 V oder weniger. Der Grund hierfür ist der Folgende. Wenn die Bildungsspannung 10 V oder mehr beträgt, steigt die Dicke der Oxidschicht an, was zu dem Ansteigen der Dicke der dielektrischen Schicht der Kathodenfolie führt, so dass die Kapazität der Kathodenfolie reduziert wird, um dadurch die zusammengesetzte Kapazität der Kapazitäten von Anodenfolie und Kathodenfolie zu verringern. Vorzugsweise beträgt die Bildungsspannung 1 V oder weniger, da der Effekt unterhalb von 1 V reduziert wird.
(Verfahren Nr. 1 zum Herstellen eines Festelektrolytkondensators)
Im Folgenden wird ein erstes Verfahren zur Herstellung eines Festelektrolytkondensators des Wickeltyps beschrieben, bei dem ein organischer Halbleiter mit einem TCNQ-Komplexsalz als der Elektrolytschicht verwendet wird. Hier kann das erste Verfahren den ersten Zweck der Erfindung erreichen.
Als Kathodenfolie wird insbesondere eine Kathodenfolie verwendet, bei der eine TiN-Schicht auf der geätzten Aluminiumfolie durch ein Kathoden-Lichtbogenplasma-Abscheideverfahren hergestellt wird. Ferner sind die Bedingungen des Kathoden-Lichtbogenplasma-Abscheidungsverfahrens die folgenden. Unter Verwendung eines Ti-Target in einer Stickstoffatmosphäre und unter Heizen der Kathode mit dem Ventilmetall auf 200 bis 450°C wird die Kathoden-Lichtbogenplasma-Abscheidung bei einem Gesamtdruck einschließlich Stickstoff von 1 × 10^–1 bis 1 × 10^–4 Torr und bei 80 bis 300 A und 15 bis 20 V ausgeführt. Als Anodenfolie kann ferner eine Anodenfolie mit einem auf der Oberfläche der geätzten Aluminiumfolie durch ein Bildungsverfahren entsprechend einem herkömmlichen Verfahren hergestellten dielektrischen Schicht verwendet werden. Durch gemeinsames Wickeln der Anodenfolie zusammen mit der Kathodenfolie und einem Separator wird ein Kondensatorelement hergestellt.
Während des Anordnens eines organischen Halbleiters mit einem gewünschten TCNQ-Komplexsalz in einem mit einem Boden versehenen zylindrischen Aluminiumgehäuse und des Schmelzens des TCNQ-Komplexsalzes unter Heizen eines Heizers, der auf etwa 300°C aufgeheizt ist, wird dann das auf etwa 250°C aufgeheizte Kondensatorelement in dem Aluminiumgehäuse angeordnet, um das Kondensatorelement mit dem geschmolzenen TCNQ-Komplexsalz zu imprägnieren. Dann wird das Aluminiumgehäuse sofort in Kühlwasser eingetaucht, um das TCNQ-Komplexsalz zu kühlen und zu verfestigen, wodurch eine gewünschte Festelektrolytschicht erhalten wird. Darauf folgend wird das Kondensatorelement mit einem Harz versiegelt, um einen Festelektrolytkondensator herzustellen.
Die Zeit, die für den organischen Halbleiter vom Abschluss der Verflüssigung zur Verfestigung unter Kühlung benötigt wird, wird vorzugsweise im Bereich 1 Minute eingestellt, besonders bevorzugt innerhalb von 15 Sekunden. Als Heiz- und Schmelzmittel für einen solchen in dem Gehäuse angeordneten organischen Halbleiter mit dem TCNQ-Komplexsalz können der Heizplattenmodus zum Heizen des Gehäuses auf einem Heizblock, ein Lötbad, ein Infrarotschmelzmodus, ein Induktionsheizmodus und Ähnliches verwendet werden.
(Verfahren Nr. 2 zum Herstellen eines Festelektrolytkondensators)
Im Folgenden wird ein zweites Verfahren zur Herstellen eines Festelektrolytkondensators des Wickeltyps beschrieben, bei dem ein organischer Halbleiter mit einem TCNQ-Komplexsalz als Elektrolytschicht verwendet wird. Hier kann das zweite Verfahren den zweiten Zweck der Erfindung erreichen.
Als Kathodenfolie wird insbesondere eine geätzte Aluminiumfolie verwendet, die in einer 0,005 bis 3%-igen wässrigen Lösung von Amoniumdihydrogenphospat bei 10 V bildungsverarbeitet wurde, und auf deren Oberfläche eine TiN-Schicht mittels eines Kathoden-Lichtbogenplasma-Abscheideverfahrens hergestellt wurde. Wie oben beschrieben sind ferner die Bedingungen des Kathoden-Lichtbogenplasma-Abscheidungsverfahrens die folgenden. Unter Verwendung eines Ti-Targets in einer Stickstoffatmosphäre und durch Heizen der Kathode mit einem Ventilmetall auf 200 bis 450°C wird das Kathoden-Lichtbogenplasma-Abscheiden bei dem Gesamtdruck einschließlich Stickstoff von 1 × 10^–1 bis 1 × 10^–4 Torr und bei 80 bis 300 A und 15 bis 20 V ausgeführt. Als Anodenfolie kann ferner eine geätzte Aluminiumfolie verwendet werden, nachdem deren Oberfläche mit einem Bildungsprozess entsprechend herkömmlicher Verfahren behandelt wurde, um darauf eine dielektrische Schicht zu bilden. Durch gemeinsames Wickeln der Anodenfolie und der Kathodenfolie über einen Separator wird ein Kondensatorelement gebildet.
Während des Anordnens eines organischen Halbleiters mit einem gewünschten TCNQ-Komplexsalz in einem mit einem Boden versehenen zylindrischen Aluminiumgehäuse und Schmelzens des TCNQ-Komplexsalzes unter Heizen auf einem auf etwa 300°C aufgeheizten Heizer wird dann das auf etwa 250°C aufgeheizte Kondensatorelement in dem Aluminiumgehäuse angeordnet, um das Kondensatorelement mit dem geschmolzenen TCNQ-Komplexsalz zu imprägnieren. Dann wird das Aluminiumgehäuse sofort in Kühlwasser eingetaucht, um das TCNQ-Komplexsalz zu kühlen und zu verfestigen, wodurch eine gewünschte Festelektrolytschicht erhalten wird. Im Folgenden wird das Kondensatorelement mit einem Harz versiegelt, um einen Festelektrolytkondensator herzustellen.
Die Zeit, die für den organischen Halbleiter vom Abschluss der Verflüssigung zur Verfestigung unter Kühlung benötigt wird, wird vorzugsweise auf innerhalb 1 Minute eingestellt, besonders bevorzugt innerhalb von 15 Sekunden. Als Heiz- und Schmelzmittel für einen solchen in dem Gehäuse angeordneten organischen Halbleiter mit dem TCNQ-Komplexsalz kann der Heizplattenmodus zum Heizen des Gehäuses auf einem Heizblock, ein Lötbad, ein Infrarotschmelzmodus, ein Induktionsheizmodus und Ähnliches verwendet werden.
Da ein Oxidfilm auf der Oberfläche der Kathodenfolie hergestellt wurde und das Metallnitrid darauf in dem mit dem zweiten Verfahren wie oben beschrieben hergestellten Festelektrolytkondensator hergestellt wurde, kann der synergistische Effekt der Oxidschicht und des Metallnitrids möglicherweise Beiträge zur Verbesserung der chemischen Stabilität der Oberfläche der Kathodenfolie leisten. Zusätzlich ist gezeigt, dass die Impedanzeigenschaft in einem Hochfrequenzbereich verbessert ist. Infolge der Verbesserung der Stabilität der Kathodenfolie wird zusätzlich erwartet, dass die Lebensdauereigenschaft ebenso verbessert werden kann.
Im Allgemeinen werden mittels Ätzens verarbeitete Metallfolien als solche Kathodenfolien verwendet. Die Verwendung von Metallfolien ohne einen Ätzvorgang kann jedoch die Wirkung der Erfindung niemals verschlechtern. Die Erfinder haben zusätzlich festgestellt, dass die Verwendung der Kathodenfolie entsprechend der Erfindung in einem Elektrolytkondensator unter Verwendung allgemeiner Elektrolyselösungen niemals die maximale Kapazität erreichen kann, die entsprechend der Erfindung erreicht werden sollte, da die Kapazität der Kathodenfolie dann niemals unbegrenzt ist, was möglicherweise auf die Bildung eines elektrischen Zweischichtkondensators an der Grenzfläche zwischen der Elektrolytlösung und der Kathodenfolie zurückgeführt werden kann, der als Kapazitätskomponente dient.
Beste Ausführungsweise der Erfindung
Die Erfindung wird nun detaillierter mit Bezug auf Beispiele beschrieben werden.
[1. Erstes Ausführungsbeispiel]
Die Kathodenfolie mit einer Schicht mit einem Metallnitrid, die auf deren Oberfläche gemäß dem Ausführungsbeispiel hergestellt wurde, wurde wie in dem folgenden Beispiel 1 hergestellt. Beim herkömmlichen Beispiel 1 wurde eine herkömmliche Kathodenfolie verwendet.
(Beispiel 1)
Eine Aluminiumfolie hoher Reinheit (bei einer Reinheit von 99%, Dicke von 50 μm) wurde in Stücke von 5,0 mm × 225 mm geschnitten. Das resultierende Stück wurde als ein zu behandelndes Material nach einem Ätzvorgang verwendet, um darauffolgend eine TiN-Schicht auf dessen Oberfläche durch ein Kathoden-Lichtbogenplasma-Abscheideverfahren herzustellen. Hierbei waren die Bedingungen für das Kathoden-Lichtbogenplasma-Abscheideverfahren wie folgt. Unter Verwendung eines Ti-Target in Stickstoffatmosphäre und bei Erhitzen der hochreinen Aluminiumfolie auf 200°C wurde ein Kathoden-Lichtbogenplasma-Abscheiden bei 5 × 10^–3 Torr und bei 300 A und 20 V bewirkt. Durch folgendes Wickeln der Kathodenfolie mit der Anodenfolie und einem Separator wurde ein Kondensatorelement mit einer Elementform von 10 Φ × 10,5 L hergestellt.
Durch Platzieren einer gegebenen Menge von N-n-Butylisochinolinium-TCNQ-Komplexsalz in einem Gehäuse mit einer Abmessung von 10 Φ × 10,5 L und Heizen des Komplexsalzes auf einem Heizer bei etwa 300°C wurde das thermisch erschmolzene TCNQ-Komplexsalz erhalten. In einer Lösung davon wurde das Kondensatorelement, das zuvor auf 260°C erhitzt und dort gehalten wurde, eingetaucht. Das resultierende Kondensatorelement wurde sofort im Aluminiumgehäuse in Wasser gekühlt, um das TCNQ-Komplexsalz zu verfestigen. Anschließend wurde das Kondensatorelement mit einem Harz versiegelt, um einen Festelektrolytkondensator herzustellen.
Als Anodenfolie wurde eine allgemeine Anodenaluminiumfolie von 5,0 mm × 200 mm verwendet. Als Separator wurde Manilapapier mit einer Dicke von 50 μm verwendet. Der Festelektrolytkondensator hatte eine Nennspannung von 6,3 WV und einen Nennstrom von 560 μF.
(Herkömmliches Beispiel 1)
Als zu behandelndes Material wurde das gleiche Material wie in Beispiel 1 verwendet. Als Kathodenfolie wurde eine Kathodenfolie mit keiner Bildung irgendeiner Schicht mit einem Metallnitrid auf der Oberfläche verwendet. Unter Verwenden der Kathodenfolie wurde dann ein Festelektrolytkondensator in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.
[Vergleichsergebnisse]
Die elektrischen Eigenschaften der Festelektrolytkondensatoren des Beispiels 1 und des herkömmlichen Beispiels 1, wie sie mit den zuvor genannten Verfahren erhalten wurden, sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

Kathodenfolie Kap (μF) tan δ (120 Hz) ESR (mΩ) (100 kHz)

Herkömmliches Beispiel Herkömmliche Kathodenfolie 564,7 3,95 13,0

Beispiel 1 TiN abgeschieden 1138,0 4,09 13,3
Wie deutlich in Tabelle 1 gezeigt, war der Mittelwert der Kapazität (Kap) bei dem herkömmlichen Beispiel 1, dass die Kathodenfolie mit keiner Bildung irgendeiner Schicht mit einem Metallnitrid auf deren Oberfläche so klein wie "564,7", während der Mittelwert der Kapazität (Kap) bei Beispiel 1 auf etwa den 2,02-fachen Wert des Wertes des herkömmlichen Beispiels 1 erhöht war, nämlich "1138,0".
Die Gründe, warum solche Ergebnisse erhalten wurden, können auf dem Folgenden basieren. Genauer wurde in Beispiel 1 eine Schicht mit einem Metallnitrid auf der Kathodenfolie durch ein Abscheideverfahren hergestellt. Das Metallnitrid entfernt einen Teil eines spontanen Oxidfilms, der auf der Oberfläche der Kathodenfolie gebildet ist, und so sind das Metallnitrid und die Kathodenfolie im Anschluss aneinander. Daher ist die Kapazität der Kathodenfolie unbegrenzt, was zu der Eliminierung der Kapazitätskomponente auf der Kathodenfolienoberfläche führt, so dass die Kondensatorkapazität als die zusammengesetzte Kapazität der Anodenfolie und der Kathodenfolie gleich der Kapazität der Anodenfolie alleine ist, was den Anstieg der Kapazität beschreibt.
Wie oben beschrieben wird gezeigt, dass der Kapazitätswert des Festelektrolytkondensators, der die Kathodenfolie mit der auf dessen Oberfläche hergestellten Schicht mit dem Metallnitrid deutlich verbessert werden kann.
[2. Zweites Ausführungsbeispiel]
Eine Kathodenfolie mit einer Oxidschicht, die auf der Oberfläche hergestellt ist, und einer Schicht mit einem Metallnitrid wie darauf hergestellt, wurde in dem folgenden Beispiel 2 hergestellt. Zusätzlich wurde im herkömmlichen Beispiel 2 eine herkömmliche Kathodenfolie verwendet. Eine Kathodenfolie mit der Bildung einer Schicht mit einem Metallnitrid aber ohne Bildung irgendeiner Oxidschicht wurde in Vergleichsbeispiel 2 verwendet.
Beispiel 2
Eine hochreine Aluminiumfolie (bei einer Reinheit von 99% und einer Dicke von 50 μm), die in Stücke von 5,0 mm × 225 mm geschnitten wurde, wurde als ein zu behandelndes Material verwendet. Nach einem Ätzvorgang wurde das Material einer Bildung in einer wässrigen 0,15%-igen Ammoniumdihydrogenphosphatlösung bei einer Bildungsspannung von 2 V ausgesetzt. Danach wurde eine TiN-Schicht auf dessen Oberfläche durch ein Kathoden-Lichtbogenplasma-Abscheideverfahren hergestellt. Ferner wurde das Kathoden-Lichtbogenplasma-Abscheideverfahren bei 5 × 10^–3 Torr und bei 300 A und 20 V durchgeführt, unter Verwendung eines Ti-Target in Stickstoffatmosphäre und bei Heizen einer hoch reinen Aluminiumfolie auf 200°C. Als Anodenfolie wurde eine allgemeine Aluminiumfolie von 5,0 mm × 200 mm als Anode verwendet, während als Separator ein Manilapapier von einer Dicke von 50 μm verwendet wurde. Durch anschießendes gemeinsames Wickeln der Anodenfolie und der Kathodenfolie über dem Separator wurde ein Kondensatorelement einer Elementform von 10 Φ × 10,5 L hergestellt.
Ein anschließendes Platzieren einer gegebenen Menge von N-n-Butylisochinolinium-TCNQ-Komplexsalz in einem Gehäuse mit einer Abmessung von 10 Φ × 10,5 L, Heizen des Komplexsalzes auf einem Heizer bei etwa 300°C, Imprägnieren des Kondensatorelements, das zuvor auf 260°C erhitzt und hier gehalten wurde, mit dem thermisch geschmolzenen TCNQ-Komplexsalz, und sofortiges Kühlen des gesamten Aluminiumgehäuses in Wasser, wurde das TCNQ-Komplexsalz verfestigt. Mit anschließendem Versiegeln des Gehäuses in dem das Kondensatorelement angeordnet ist, mit einem Harz, wurde ein Festelektrolytkondensator hergestellt. Der Festelektrolytkondensator hatte eine Nennspannung von 6,3 WV und einen Nennstrom von 560 μF.
(Herkömmliches Beispiel 2)
Als zu behandelndes Material wurde das gleiche Material wie in Beispiel 2 nur mit dem Ätzvorgang alleine behandelt und das dabei resultierende Material wurde als Kathodenfolie verwendet. Die Kathodenfolie wurde verwendet, um in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 einen Festelektrolytkondensator herzustellen.
(Vergleichsbeispiel 2)
Als zu behandelndes Material wurde das gleiche Material wie in Beispiel 2 für den gleichen Ätzvorgang und den gleichen Ti-Abscheidevorgang wie in Beispiel 2 ohne einen Bildungsvorgang verwendet, um eine Kathodenfolie herzustellen. Die Kathodenfolie wurde in der gleichen Weise verwendet, um einen Festelektrolytkondensator herzustellen.
[Vergleichsergebnisse]

Die elektrischen Eigenschaften der Festelektrolytkondensatoren des Beispiels 2, des herkömmlichen Beispiels 2 und des Vergleichsbeispiels 2, wie durch die zuvor erwähnten Verfahren erhalten, sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2

	Kathodenfolie	Kap (μF)	tan δ (120 Hz)	ESR (mΩ) (100 kHz)
Beispiel 2	Oxidschicht + TiN	1136,2	3,52	11,9
Herkömmliches Beispiel 2	Herkömmliche Kathodenfolie	565,2	4,04	13,3
Vergleichsbeispiel 2	Abgeschiedenes TiN	1137,0	3,95	13,3

Wie in Tabelle 2 deutlich gezeigt, wurde die Kapazität des Festelektrolytkondensators nach Beispiel 2 gemäß der Erfindung auf etwa das 2-Fache der Kapazität des herkömmlichen Beispieles 2 ohne eine Bildung irgendeiner Schicht mit einem Metallnitrid auf der Oberfläche gesteigert. Ferner wurde die ESR im Hochfrequenzbereich (100 kHz) um etwa 10% reduziert. Daher ist es angezeigt, dass die Wirkung der Erfindung erreicht werden kann.
Im Vergleich mit Vergleichsbeispiel 2, bei dem die Kathodenfolie verwendet wurde, die lediglich mit der TiN-Abscheidung behandelt wurde, ohne dass eine Oxidschicht dabei hergestellt wurde, wurde die ESR ebenso um etwa 10% reduziert.
Daher ist es angezeigt, dass die Kapazitätseigenschaft und die ESR-Eigenschaft durch den synergistischen Effekt der Oxidschicht und der TiN-Abscheidung gemäß der Erfindung verbessert werden kann.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben wurde bei einem bei einem Festelektrolytkondensator, der durch Herstellen eines Kondensatorelements durch gemeinsames Wickeln einer Kathodenfolie mit einem Ventilmetall und einer Anodenfolie mit einem Ventilmetall mit einer auf der Oberfläche davon hergestellten Oxidschicht über einem Separator, um eine Elektrolytschicht mit einem organischen Halbleiter zwischen der Kathodenfolie und der Anodenfolie herzustellen, eine Schicht mit einem Metallnitrid auf der Oberfläche der Kathodenfolie hergestellt, um dadurch der Schicht mit dem Metallnitrid und der Kathodenfolie zu erlauben, zueinander im Anschluss zu sein. Als Konsequenz daraus wird die Kapazitätskomponente der Kathodenfolie im Fall, dass die Kapazität der Kathodenfolie unbegrenzt ist, eliminiert, so dass die Kapazität des Kondensators gleich der Kapazität der Anodenseite ist und maximal wird. Daher kann das Kapazitätsauftrittsverhältnis des Kondensators deutlich verbessert werden.
Zusätzlich wird bei einem Festelektrolytkondensator, der durch Herstellen eines Kondensatorelements durch gemeinsames Wickeln einer Kathodenfolie mit einem Ventilmetall und einer Anodenfolie mit einem Ventilmetall mit einer auf der Oberfläche davon hergestellten Oxidschicht über einen Separator zum Erzeugen einer Elektrolytschicht mit einem organischen Halbleiter zwischen der Kathodenfolie und der Anodenfolie, eine Oxidschicht auf der Oberfläche der Kathodenfolie und eine Schicht mit einem Metallnitrid zusätzlich darauf hergestellt, so dass die Schicht mit dem Metallnitrid, wie auf der Oxidschicht hergestellt, einen Teil der Oxidschicht, die auf der Oberfläche der Kathodenfolie hergestellt ist, entfernt, um so der Schicht mit dem Metallnitrid und der Kathodenfolie zu erlauben, zueinander im Anschluss zu sein. Als Folge davon wird die Kapazitätskomponente der Kathodenfolie im Fall, dass die Kapazität der Kathodenfolie unbegrenzt ist, eliminiert, so dass die Kapazität des Kondensators gleich der Kapazität der Anodenseite ist und maximal wird. Daher kann das Kapazitätsauftrittsverhältnis des Kondensators deutlich verbessert werden.
Da die Oxidschicht auf der Oberfläche der Kathodenfolie hergestellt ist und das Metallnitrid zusätzlich darauf hergestellt wird, verbessert der synergistische Effekt der Oxidschicht und des Metallnitrids die chemische Eigenschaft der Oberfläche der Kathodenfolie und verbessert die Impedanzeigenschaft im Hochfrequenzbereich.

Claims

Festelektrolytkondensator, hergestellt aus einem Kondensatorelement, montiert durch gemeinsames Wickeln einer Kathodenfolie aus einem Ventilmetall und einer Anodenfolie aus einem Ventilmetall mit einer auf einer Oberfläche davon hergestellten Oxidschicht über einen Separator zur Herstellung einer Elektrolytschicht, umfassend einen organischen Halbleiter zwischen der Kathodenfolie und der Anodenfolie, wobei der Kondensator gekennzeichnet ist durch: eine auf der Oberfläche der Kathodenfolie gebildete Oxidschicht und eine auf der Oxidschicht gebildete Schicht aus einem Metallnitrid, derart, dass ein Teil der Oxidschicht auf der Oberfläche der Kathodenfolie teilweise entfernt wird, damit die Kathodenfolie und die Schicht aus dem Metallnitrid in Verbindung sind.
Festelektrolytkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Oberfläche der Kathodenfolie gebildete Oxidschicht eine spontane Oxidschicht ist.
Festelektrolytkondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der organische Halbleiter ein TCNQ-Komplexsalz ist.
Festelektrolytkondensator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilmetall Aluminium ist.
Festelektrolytkondensator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallnitrid eines aus TiN, ZrN, TaN und NbN ist.
Festelektrolytkondensator nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallnitrid durch ein Abscheideverfahren hergestellt wird.
Festelektrolytkondensator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheideverfahren ein Kathoden-Lichtbogenplasma-Abscheideverfahren ist.
Verfahren zur Herstellung eines Festelektrolytkondensators, umfassend das Montieren eines Kondensatorelements durch gemeinsames Wickeln einer Kathodenfolie aus einem Ventilmetall und einer Anodenfolie aus einem Ventilmetall mit einer auf einer Oberfläche davon hergestellten Oxidschicht über einen Separator zur Herstellung einer Elektrolytschicht, umfassend einen organischen Halbleiter zwischen der Kathodenfolie und der Anodenfolie, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bildung einer Oxidschicht auf der Oberfläche der Kathodenfolie und Bildung einer Schicht aus einem Metallnitrid auf der Oxidschicht derart, dass ein Teil der Oxidschicht auf der Oberfläche der Kathodenfolie teilweise entfernt wird, damit die Kathodenfolie und die Schicht aus dem Metallnitrid in Verbindung sind.
Verfahren zur Herstellung eines Festelektrolytkondensators nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Oberfläche der Kathodenfolie gebildete Oxidschicht eine spontane Oxidschicht ist.