JP2012178426A - 固体電解コンデンサ及び陽極 - Google Patents

Abstract

【課題】リフロー後の漏れ電流の増加を抑制することができる固体電解コンデンサ及び陽極を得る。
【解決手段】陽極２と、陽極２の上に設けられる誘電体層３と、誘電体層３の上に設けられる電解質層４と、電解質層４の上に設けられる陰極層６とを備える固体電解コンデンサであって、陽極２が、ＯとＮとＮｂとＳｉとを有することを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体電解コンデンサ及び陽極に関するものである。

固体電解コンデンサは、パーソナルコンピューターや携帯電子機器、ゲーム機、サーバー等の様々な電子機器に広く用いられている。主に電源回路のカップリングや、ノイズ除去用途に用いられている。固体電解コンデンサの陽極としては、従来よりタンタルが用いられている。しかしながら、近年、コンデンサのさらなる高容量化が強く望まれており、誘電体である酸化物の比誘電率が酸化タンタルに比べて１．５倍大きく、高容量化が可能なニオブ陽極が注目されている。

しかしながら、ニオブを陽極材料として用いた固体電解コンデンサは、リフロー（半田付）工程などの熱処理を施した場合に、誘電体中の酸素の一部が、陽極側に拡散し、誘電体の厚みが減少する、あるいは、誘電体に欠陥が生成するため、静電容量が増加、あるいは、漏れ電流が急増するという問題があった。なお、リフロー工程などで静電容量が増加する回路の設計値からコンデンサの容量値がずれるため、回路の動作に支障をきたすことになる。

特許文献１においては、ニオブ層と、窒化ケイ素及びニオブの混合層を有する陽極を用いることが提案されている。特許文献２においては、誘電体層が、ニオブ酸化物層及び窒化ニオブ層を有する陽極を用いることが提案されている。

しかしながら、これら従来の技術を用いても、リフローにおける漏れ電流の増加を十分に抑制することはできなかった。

特開２００５−１６７２２３号公報 特開２００３−３２１７６２号公報

本発明の目的は、リフロー後の静電容量や漏れ電流の増加を抑制することができる固体電解コンデンサ及び陽極を提供することにある。

本発明の固体コンデンサは、陽極と、陽極の上に設けられる誘電体層と、誘電体層の上に設けられる電解質層と、電解質層の上に設けられる陰極層とを備える固体電解コンデンサであって、陽極が、ＯとＮとＮｂとＳｉとを有することを特徴としている。

本発明においては、陽極は、ＯとＮとＮｂとＳｉとを有している。このような陽極上に設けられた誘電体層は、リフローなどの加熱工程によって誘電体層の酸素の一部が陽極側に拡散するのを抑制することができ、誘電体層中に欠陥が生成れるのが抑制される。このため、本発明によれば、リフロー後の静電容量の増加および漏れ電流の増加を抑制することができる。

本発明の陽極は、ＯとＮとＮｂとＳｉとを有することを特徴としている。

本発明の陽極を固体電解コンデンサに用いた場合、陽極が、ＯとＮとＮｂとＳｉとを有しており、このような陽極上に設けられた誘電体層は、リフローなどの加熱工程によって誘電体層の酸素の一部が陽極側に拡散するのを抑制することができ、誘電体層中に欠陥が生成されるのが抑制されると思われる。このため、本発明によれば、固体電解コンデンサのリフロー後の漏れ電流の増加を抑制することができる。

本発明の固体電解コンデンサは、リフロー後の静電容量の増加、および漏れ電流の増加を抑制することができる。本発明の陽極は、固体電解コンデンサに用いた場合、リフロー後の静電容量の増加、および漏れ電流の増加を抑制することができる。

本発明に従う一実施形態の固体電解コンデンサを示す模式的断面図。 図１に示す固体電解コンデンサの陽極、誘電体層、電解質層、及び陰極層を拡大して示す模式的断面図。

以下、本発明を実施形態に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない限りにおいて、適宜変更して実施することが可能なものである。

図１は、本発明に従う一実施形態の固体電解コンデンサを示す模式的断面図である。

図１に示すように、陽極２には陽極リード１が埋設されている。陽極２は、陽極粉末を成形し、この成形体を焼結することにより作製されている。

本実施形態においては、このようにして作製した陽極粉末を真空中で焼結することにより、陽極２を形成している。この陽極粉末として、Ｓｉ，Ｎ，Ｏを含有するＮｂ金属粉末を用いているため、形成された陽極２は、ＯとＮとＮｂとＳｉを有している。

また、陽極２は、陽極粉末を真空中で焼結することにより、形成されているので、多孔質体であり、その内部から外部に連通する微細な孔が多孔質体内部に多数形成されている。本実施形態において、陽極２は、その外形が略直方体になるように作製されている。

陽極２の表面には、誘電体層３が形成されている。誘電体層３は、陽極２の孔の表面上にも形成されている。誘電体層３は、陽極２をリン酸水溶液などの電解液中で電圧を印加し、陽極酸化することにより形成することができる。

陽極２の表面には、陽極２を陽極酸化することによりＮｂ_２Ｏ_５の組成を有するＮｂ酸化物層が形成されている。このＮｂ酸化物層が誘電体層３となる。

以上のようにして、陽極粉末から陽極２を形成し、陽極２の表面に誘電体層３を形成する。誘電体層３の表面上には、例えば導電性高分子からなる電解質層４が形成されている。電解質層４を構成する導電性高分子としては、固体電解コンデンサの電解質層として用いることができるものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、または、ポリエチレンジオキシチオフェンなどに、ドーパントをドープしたものが挙げられる。

電解質層４の上には、カーボン層５ａが形成され、カーボン層５ａの上には、銀ペースト層５ｂが形成されている。カーボン層５ａと銀ペースト層５ｂから陰極層６が構成されている。

陰極層６の上には、導電性接着剤層７を介して陰極端子９が接続されている。また、陽極リード１には、陽極端子８が接続されている。陽極端子８及び陰極端子９の端部が外部に引き出されるように、モールド外装樹脂１０が形成されている。

図２は、図１に示す実施形態の固体電解コンデンサにおける、陽極２、誘電体層３、電解質層４、及び陰極層６を拡大して示す模式的断面図である。図２に示すように、陽極２は、多孔質体から形成されており、多孔質体からなる陽極２の孔の表面には、誘電体層３が形成されており、誘電体層３の上に、電解質層４が形成されている。陽極２の外周部側に形成された電解質層４の上には、カーボン層５ａ及び銀ペースト層５ｂからなる陰極層６が設けられている。

本実施形態における陽極は、上述のように、ＯとＮとＮｂとＳｉを有しているため、その表面に形成された誘電体層はリフローなどの加熱工程においても、誘電体層の酸素の一部が陽極側に拡散するのを抑制することができ、また誘電体層中に欠陥が生成するのを抑制することができると思われる。従って、リフロー後の漏れ電流の増加を抑制することができる。

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。

本発明の実施例においては、以下のステップにより、固体電解コンデンサを作製した。

〔ステップ１〕
陽極となる多孔質焼結体を作製するために、表１に示す試料Ａ〜Ｅの５種類のＮｂ金属粉末を使用した。

〔ステップ２〕
ステップ１の造粒粉末を用いて、ニオブリード線を陽極リードとして埋設させた成形体を作製し、この成形体を真空中で焼結させることにより、陽極リードが埋設された多孔質焼結体からなる陽極を作製した。ここで、陽極における各元素の含有率は、焼結後においても、各試料粉末での各元素の含有率が保持される。

次に、この陽極を、リン酸水溶液中で、約４０Ｖの定電圧で陽極酸化して、陽極表面に誘電体層を形成した。

〔ステップ３〕
次に、化学重合法などにより、ポリピロールからなる電解質層を形成した。

〔ステップ４〕
次に、ステップ３で形成した電解質層の上に、カーボンペーストを塗布した後、乾燥してカーボン層を形成した。また、カーボン層の上に銀ペーストを塗布した後乾燥し、銀ペースト層を形成した。

銀ペースト層の上に導電性接着剤層を介して陰極端子を接続すると共に、陽極リード線に陽極端子を接続し、その後モールド樹脂を被覆して固体電解コンデンサを作製した。

（実施例１）
陽極として、試料Ａを用いて作製した固体電解コンデンサＡ１を実施例１とした。

（実施例２）
陽極として、試料Ｂを用いて作製した固体電解コンデンサＢ１を実施例２とした。

（実施例３）
陽極として、試料Ｃを用いて作製した固体電解コンデンサＣ１を実施例３とした。

（比較例１）
陽極として、試料Ｄを用いて作製した固体電解コンデンサＤ１を比較例１とした。

（比較例２）
陽極として、試料Ｅを用いて作製した固体電解コンデンサＥ１を比較例２とした。

（評価）
これらのコンデンサを２６０℃で４０秒間の熱処理を２回行った。そして、熱処理後の静電容量および漏れ電流を測定した。

（静電容量の測定）
周波数１２０Ｈｚでの静電容量をＬＣＲメーターで測定し、熱処理後の容量増加率を求めた。なお、熱処理後の容量増加率は、熱処理後の静電容量から熱処理前の静電容量を引いた値を熱処理前の静電容量で割った値から得られる。

（漏れ電流）
１０Ｖの電圧を印加し、５分後の漏れ電流を測定し、熱処理後の漏れ電流を求めた。

その結果を表２に示す。なお、熱処理後の漏れ電流の値は、比較例１のコンデンサＤ１を１００とした相対値で示した。

表２より実施例の固体電解コンデンサＡ１、Ｂ１、Ｃ１では、比較例の固体電解コンデンサＤ１、Ｅ１に比べて著しく漏れ電流が抑制されることがわかった。また、固体電解コンデンサＡ１では特に、熱処理後の容量増加率も著しく抑制されることがわかった。このことから、Ｓｉ，Ｎ，Ｏを含有するＮｂ金属粉末から形成された陽極を用いた固体電解コンデンサでは、陽極が、ＯとＮとＮｂとＳｉとを有することで、漏れ電流が著しく抑制されたものと考えられる。

また、固体電解コンデンサＡ１、Ｂ１、Ｃ１の漏れ電流の値が小さいことから、陽極におけるＳｉの含有量は、１．８〜４．２重量％の範囲内で漏れ電流抑制効果の得られることが確認された。

１…陽極リード
２…陽極
３…誘電体層
４…電解質層
５ａ…カーボン層
５ｂ…銀ペースト層
６…陰極層
７…導電性接着剤層
８…陽極端子
９…陰極端子
１０…モールド外装樹脂

Claims (2)

1. 陽極と、前記陽極の上に設けられる誘電体層と、前記誘電体層の上に設けられる電解質層と、前記電解質層の上に設けられる陰極層とを備える固体電解コンデンサであって、
   前記陽極が、ＯとＮとＮｂとＳｉとを有することを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. ＯとＮとＮｂとＳｉとを有することを特徴とする陽極。

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