JP2000077274A - コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

コンデンサおよびその製造方法

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JP2000077274A
JP2000077274A JP10246824A JP24682498A JP2000077274A JP 2000077274 A JP2000077274 A JP 2000077274A JP 10246824 A JP10246824 A JP 10246824A JP 24682498 A JP24682498 A JP 24682498A JP 2000077274 A JP2000077274 A JP 2000077274A
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sintered body
capacitor
porous sintered
ions
aqueous solution
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JP10246824A
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English (en)
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Takashi Kono
孝史 河野
Manabu Okamoto
学 岡本
Kazuo Hashimoto
和生 橋本
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Ube Corp
Original Assignee
Ube Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的とするところは、従来の酸化物被
膜コンデンサよりさらに大きな静電容量を持ち、導電性
高分子材料を塗布し熱処理する工程や電解処理を必要と
しない、容易に製造することの可能なコンデンサとその
製造方法を提供することにある。 【解決手段】チタンを主成分とする金属よりなる多孔性
の焼結体を、Aイオン(AはBa,SrまたはPbのう
ち少なくとも一つ)、ZrイオンおよびTiイオンを含
むアルカリ水溶液中で加熱処理し、多孔性の焼結体表面
にA(ZrxTi1-x)O3被膜を形成し、さらに、A
(ZrxTi1−x)O3被膜が形成された多孔性焼結
体をBイオン(Bは、BaまたはSrのうち少なくとも
1つ)とPbイオンを含むアルカリ水溶液中で加熱処理
し、導電性のBPbO3薄膜を形成することにより得ら
れるコンデンサとその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンデンサに関
し、詳しくは、小型で大きな静電容量を得ることが可能
で、製造が容易なコンデンサとその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の小型大容量コンデンサとしては、
例えば、タンタル電解コンデンサ、アルミニウム電解コ
ンデンサなどの電解コンデンサが知られている。
【0003】これらは、金属の表面を陽極酸化し、その
皮膜を誘電体として利用したコンデンサであり、小型
で、比較的大きな静電容量を有するコンデンサとして多
用されている。
【0004】しかしながら、これらは、構造的に単一酸
化物層を誘電体層に使用しているため、誘電体層を高誘
電率化することが困難であり、したがって、大容量化に
は限界があるという問題点がある。
【0005】さらに、上記のいずれの電解コンデンサに
も極性があり、電気、電子回路に組み込む工程で、その
方向(極性)を識別して組み込まなければならないた
め、実装工程での作業性が悪いという問題点がある。
【0006】また、その他の小型高静電容量コンデンサ
として積層セラミックコンデンサがあるが、これについ
ても、小型、大容量化を図るために、誘電体の厚みを薄
くする試みがなされているが、1μmを下回る誘電体の
厚さで良好な積層構造を実現することはできていない。
【0007】これらの問題を解決する方法として、特開
平9−17684号公報には、多孔性チタン焼結体上に
アルカリ水溶液中で定電圧電解処理を行なってBaTi
3あるいはSrTiO3の誘電体膜を形成し、さらに該
誘電体膜上に導体あるいは半導体を形成する方法が提案
されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
誘電体薄膜は、アルカリ水溶液中で定電圧電解処理を行
なうため、電気分解のための設備と処理が必要であり、
製造が複雑となる。
【0009】また、上記の導体あるいは半導体は、その
製造のために、金属酸化物を用いる場合は200℃以上
の熱処理条件で塗布工程を繰り返す必要があり、導電性
高分子材料のポリピロールを用いる場合は電解重合を行
なう必要がある。この点からも製造が複雑となる。
【0010】したがって、本発明の目的とするところ
は、小型で大きな静電容量を持ち、製造が容易なコンデ
ンサとその製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、複雑な形
状の基体に高誘電率の誘電体薄膜と導電性の薄膜を形成
する方法について検討した結果、大容量コンデンサを容
易に作製する方法を見出し、本発明に至った。
【0012】即ち、本発明は、チタンを主成分とする金
属よりなる多孔性の焼結体と、該焼結体表面の少なくと
も一部に形成された一般式ABO3(Aは、Ba,Sr
またはPbのうち少なくとも1つ。Bは、ZrまたはT
iのうち少なくとも一つ。)で表わされるペロブスカイ
ト型複合酸化物を主成分とする誘電体膜と、該誘電体膜
の表面に形成されたCPbO3(Cは、BaまたはSr
のうち少なくとも1つ。)導電性酸化物膜を対向電極と
して備えることを特徴するコンデンサに関する。
【0013】また本発明は、チタンを主成分とする金属
よりなる多孔性の焼結体を、Aイオン(Aは、Ba,S
rまたはPbのうち少なくとも一つ。)とBイオン(B
は、ZrまたはTiのうち少なくとも一つ。)を含むア
ルカリ水溶液中で加熱処理し、多孔性の焼結体表面に一
般式ABO3薄膜(Aは、Ba,SrまたはPbのうち
少なくとも1つ。Bは、ZrまたはTiのうち少なくと
も一つ。)を形成し、さらに、ABO3薄膜が形成され
た多孔性焼結体をCイオン(Cは、BaまたはSrのう
ち少なくとも一つ。)とPbイオンを含むアルカリ水溶
液中で加熱処理し、導電性のCPbO3薄膜(Cは前記
と同じ意味を表わす。)を形成することを特徴とするコ
ンデンサの製造方法に関する。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は本発明のコンデンサの多孔
性焼結体部分の拡大断面図である。1は埋設されたチタ
ンワイヤ、2は多孔性の焼結体、3は焼結体表面に形成
された誘電体膜、4は誘電体表面に形成された導電性酸
化物膜からなる電極をそれぞれ示している。
【0015】図2は、本発明のコンデンサの断面図であ
る。1はチタンワイヤ、5は多孔性の焼結体からなるコ
ンデンサ素子、6はグラファイト層、7は銀電極層、8
はリード線、9は半田、10は外装樹脂、をそれぞれ示
している。
【0016】本発明のコンデンサは以下のようにして作
製される。
【0017】チタン金属からなる多孔性の焼結体は、平
均粒子径が1〜100μmのチタンを主成分とする金属
粒子が空隙を持って互いに付着している状態のものであ
ればよく、製法は問わないが、例えば、チタンの粒子
を、一軸プレス成形機等により円柱状に加圧成形し、真
空中約800℃で焼結することにより得られる。その
際、電極となるチタンワイヤの一部をチタン金属粉末に
埋設しておく。
【0018】チタン金属の多孔性焼結体は、ABO
3(Aは、Ba,Sr,またはPbのうち少なくとも1
つ。Bは、ZrまたはTiのうち少なくとも一つ)で表
わされるペロブスカイト型複合酸化物のAとBに相当す
る元素の各イオンを含むアルカリ水溶液中で、80℃〜
200℃、好ましくは100℃〜160℃、加熱するこ
とにより目的とする誘電体の被膜が形成される。
【0019】各イオンの原料としては、金属、無機塩、
有機金属化合物など、水溶液中でイオンになるものであ
ればよい。例えば、Pb(NO32、Sr(NO32
ZrOCl2、TiCl4などがある。Pbの濃度は、5
0〜500mmol/l、Zrの濃度は10〜500m
mol/l、Tiの濃度は0〜500mmol/lの範
囲であればよい。アルカリ水溶液とするため、上記Sr
の水酸化物あるいは、別途NaOH,KOHなどを使用
することもできる。アルカリが強いほど結晶化し易く、
pH12以上が好ましい。KOHを使用する場合、0.
1〜8.0mol/lの濃度で使用すると緻密な膜がで
き、好ましい。
【0020】ABO3薄膜として、A(ZrxTi1-x
3(Aは、Ba,SrまたはPbのうち少なくとも1
つ。0<x<1)薄膜にすると、BがTi単独の場合よ
り、大きな比誘電率が得られ、小型、高静電容量コンデ
ンサが実現できるのでより好ましい。
【0021】誘電体被膜の合成は、一度だけでなく、何
度も繰り返しても良い。また、組成の異なる層を積層し
てもよい。例えば、最初の反応で、(Pb,Sr)(Z
r,Ti)O3を形成すると基板上に容易に緻密に層が
形成でき、信頼性の高いコンデンサを作製できる。
【0022】誘電体層を形成した多孔性焼結体は、Bイ
オン(BはBaまたはSrのうち少なくとも一つ。)と
Pbイオンを含むアルカリ水溶液に浸漬して、60〜2
00℃で加熱処理されることにより、焼結体の誘電体層
上にBPbO3薄膜が形成される。
【0023】Ba,Sr化合物としては、金属、無機
塩、有機金属化合物など、溶液中でBa,Srのイオン
になるものであればよい。Pb化合物としては、水酸化
鉛など、アルカリ水溶液中でPbイオンが存在するもの
であればよい。Ba,Sr,Pbの溶液中の濃度は、そ
れぞれ0.02mol/l以上であればよく、飽和濃度
でもよい。濃度が低い場合は反応が遅くなる。
【0024】アルカリ水溶液とするため、上記Bイオン
の水酸化物あるいは、別途NaOH,KOHなどを使用
することもできる。アルカリが強いほど結晶化し易く、
pH12以上が好ましい。
【0025】その後、通常の固体電解コンデンサと同
様、図2に示すように、順次、コンデンサ素子5に対
し、グラファイト層6を設け、更に、銀電極層7を設け
て対向電極を形成し、他方のリード線8を半田によって
取り付け外装樹脂10を施してコンデンサとする。
【0026】
【実施例】以下、実施例を示してこの発明を具体的に説
明する。
【0027】実施例1 まず、平均粒子径50μmのチタン金属粉を円柱状に成
形した。この際、一方の電極取出しリード線としてチタ
ンワイヤの一部をチタン金属粉末に埋設して成形した。
その後、この成形体を5×10-6〜3×10-7Torr
の真空中、800℃の温度で焼成して、チタン金属から
なる多孔性の焼結体を得た。
【0028】次にこの多孔性の焼結体を、0.16mo
l/lの硝酸鉛、0.04mol/lの水酸化ストロン
チウム、0.052mol/lのオキシ塩化ジルコニウ
ムおよび0.048mol/lの四塩化チタンを含む混
合水溶液に水酸化カリウムを添加してpH14以上に調
整したアルカリ溶液に浸漬し、140℃で1時間反応し
た。その結果図1に示すように、多孔性の焼結体2の表
面に厚さ約0.5μmの(Pb,Sr)(Zr,Ti)
3多結晶薄膜からなる誘電体膜3を直接形成した。
【0029】さらに、前記(Pb,Sr)(Zr,T
i)O3多結晶薄膜を形成した焼結体を水酸化バリウム
0.078mol/l、水酸化鉛0.078mol/l
および水酸化カリウム2.0mol/lの混合溶液中に
浸漬し、その後、200℃で10時間反応させて、(P
b,Sr)(Zr,Ti)O3多結晶薄膜表面に、Ba
PbO3膜を形成し、多孔性の焼結体2、誘電体膜3、
および導電性酸化物膜からなる電極4で構成されたコン
デンサ素子5を作製した。
【0030】その後、通常の固体電解コンデンサと同
様、図2に示すように、順次、コンデンサ素子5に対
し、グラファイト層6を設け、更に、銀電極層7を設け
て対向電極を形成し、他方のリード線8を半田によって
取り付け外装樹脂10を施してコンデンサとした。
【0031】このようにして作製したコンデンサについ
て、電気特性を測定したところ、静電容量(周波数1k
Hz,電圧1V):36.7μF、tanδ(周波数1
kHz,電圧1V):4.9%、絶縁抵抗(6.3Vd
c、120秒後):1.5×107Ωであった。
【0032】実施例2 まず、実施例1と同様な方法で多孔性の焼結体を得た。
【0033】次に、この多孔性の焼結体を、0.078
8mol/lの硝酸鉛、0.0653mol/lのオキ
シ塩化ジルコニウムおよび0.0098mol/lの四
塩化チタンを含む混合水溶液に水酸化カリウムを添加し
てpH14以上に調整したアルカリ溶液に浸漬し、14
0℃で1時間反応した。その結果図1に示すように、多
孔性の焼結体2の表面に厚さ約1.5μmのPb(Z
r,Ti)O3多結晶薄膜からなる誘電体膜3を直接形
成した。
【0034】さらに前記Pb(Zr,Ti)O3多結晶
薄膜を形成した焼結体を水酸化ストロンチウム0.05
6mol/l、水酸化鉛0.056mol/lおよび水
酸化カリウム1.5mol/lの混合溶液中に浸漬し、
その後、150℃で15時間反応させて、(Pb,S
r)(Zr,Ti)O3多結晶薄膜表面に、SrPbO3
膜を形成し、多孔性の焼結体2、誘電体膜3、および導
電性酸化物膜からなる電極4で構成されたコンデンサ素
子5を作製した。
【0035】その後、通常の固体電解コンデンサと同
様、図2に示すように、順次、コンデンサ素子5に対
し、グラファイト層6を設け、更に、銀電極層7を設け
て対向電極を形成し、他方のリード線8を半田によって
取り付け外装樹脂10を施してコンデンサとした。
【0036】このようにして作製したコンデンサについ
て、電気特性を測定したところ、静電容量(周波数1k
Hz,電圧1V):15.9μF、tanδ(周波数1
kHz,電圧1V):3.0%、絶縁抵抗(6.3Vd
c、120秒後):2.5×107Ωであった。
【0037】
【発明の効果】本発明のコンデンサは、チタンを主成分
とする金属よりなる多孔性の焼結体と、該焼結体表面の
少なくとも一部に形成された一般式ABO3(Aは、B
a,SrまたはPbのうち少なくとも1つ。Bは、Zr
またはTiのうち少なくとも一つ。)で表わされるペロ
ブスカイト型複合酸化物を主成分とする誘電体膜と、該
誘電体膜の表面に形成されたBPbO3(Bは、Baま
たはSrのうち少なくとも1つ)導電性酸化物膜を対向
電極として備えることを特徴しており、誘電体膜および
導電性鉛酸化物膜がアルカリ水溶液中の反応で均一に広
く形成されているため、小型、大容量のコンデンサが得
られ、かつ、電解処理や塗布・熱処理などの複雑な工程
を必要とせず、製造が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の多孔性焼結体からなるコンデンサの部
分断面図である。
【図2】本発明のコンデンサの断面図である。
【符号の説明】
1 チタンワイヤ 2 多孔性の焼結体 3 誘電体膜 4 ペロブスカイト型導電性酸化物 5 コンデンサ素子 6 グラファイト層 7 銀電極層 8 リード線 9 半田 10 外装樹脂
フロントページの続き Fターム(参考) 4G031 AA05 AA06 AA11 AA12 AA32 BA02 BA09 CA08 GA16 GA18 5G303 AA01 AB06 AB20 BA12 CA01 CB03 CB25 CB32 CB35 CB39 DA01

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】チタンを主成分とする金属よりなる多孔性
    の焼結体と、該焼結体表面の少なくとも一部に形成され
    た一般式ABO3(Aは、Ba,SrまたはPbのうち
    少なくとも1つ。Bは、ZrまたはTiのうち少なくと
    も一つ。)で表わされるペロブスカイト型複合酸化物を
    主成分とする誘電体膜と、該誘電体膜の表面に形成され
    たCPbO3(Cは、BaまたはSrのうち少なくとも
    1つ。)導電性酸化物膜を対向電極として備えることを
    特徴するコンデンサ。
  2. 【請求項2】チタンを主成分とする金属よりなる多孔性
    の焼結体を、Aイオン(Aは、Ba,SrまたはPbの
    うち少なくとも一つ。)とBイオン(Bは、Zrまたは
    Tiのうち少なくとも一つ。)を含むアルカリ水溶液中
    で加熱処理し、多孔性の焼結体表面に一般式ABO3
    膜(Aは、Ba,SrまたはPbのうち少なくとも1
    つ。Bは、ZrまたはTiのうち少なくとも一つ。)を
    形成し、さらに、ABO3薄膜が形成された多孔性焼結
    体をCイオン(Cは、BaまたはSrのうち少なくとも
    一つ。)とPbイオンを含むアルカリ水溶液中で加熱処
    理し、導電性のCPbO3薄膜(Cは前記と同じ意味を
    表わす。)を形成することを特徴とするコンデンサの製
    造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003042425A1 (fr) * 2001-11-12 2003-05-22 Toho Titanium Co., Ltd. Film d'oxyde de titane composite, procede de production associe et condensateur electrolytique de titane
JP2010074049A (ja) * 2008-09-22 2010-04-02 Sanyo Electric Co Ltd 固体電解コンデンサ

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WO2003042425A1 (fr) * 2001-11-12 2003-05-22 Toho Titanium Co., Ltd. Film d'oxyde de titane composite, procede de production associe et condensateur electrolytique de titane
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