JPH05311275A - Porous intermetallic compound for capacitors - Google Patents
Porous intermetallic compound for capacitorsInfo
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- JPH05311275A JPH05311275A JP4260392A JP26039292A JPH05311275A JP H05311275 A JPH05311275 A JP H05311275A JP 4260392 A JP4260392 A JP 4260392A JP 26039292 A JP26039292 A JP 26039292A JP H05311275 A JPH05311275 A JP H05311275A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 組成範囲のずれのない金属間化合物の多孔体
を用いて、漏洩電流がなく容量の大きなコンデンサを得
る。
【構成】 Zr,Hfのいずれか1種または2種とAl
からなる金属間化合物の粉末が、相接して成形、焼成さ
れてなり、かつその表面が酸化されてなる多孔状金属間
化合物をコンデンサの材料に使用するものである。それ
らの粉末の粒径は、0.05μm〜10μmであること
が望ましい。
【効果】 これによる、コンデンサ容量は、従来のAl
電解コンデンサのものに比較して、2倍から30倍程度
の値になった。
(57) [Summary] [Purpose] A capacitor having a large capacity is obtained by using a porous body of an intermetallic compound having no deviation in composition range. [Configuration] Any one or two of Zr and Hf and Al
A porous intermetallic compound obtained by forming a powder of an intermetallic compound consisting of (1) and (2) in contact with each other and firing and oxidizing the surface thereof is used as a material for a capacitor. The particle size of these powders is preferably 0.05 μm to 10 μm. [Effect] As a result, the capacitance of the capacitor is
The value was about 2 to 30 times that of the electrolytic capacitor.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、コンデンサ用の電極材
料に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrode material for capacitors.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の電解コンデンサの陽極材料には、
非常に薄い酸化皮膜を電気化学的に生じさせ、これを誘
電体として用いるいわゆるバルブメタルを用いている。
アルミニウム電解コンデンサの中で最も多く用いられて
いる金属は通常純度99.99%以上のAlである。こ
のアルミニウム電解コンデンサの現在の最も大きな課題
は、そのコンデンサ容量の向上である。容量アップで通
常採用されている方法は、エッチングによってその表面
積を拡大する方法である。しかし、現在では、その表面
積拡大率も限界に達しており、また、これ以上の拡大
は、コスト的、品質管理的にも困難さが増大してくる。2. Description of the Related Art Anode materials for conventional electrolytic capacitors include
A so-called valve metal is used which electrochemically produces a very thin oxide film and uses it as a dielectric.
The most used metal in aluminum electrolytic capacitors is usually Al having a purity of 99.99% or more. The biggest problem of the aluminum electrolytic capacitor at present is to improve its capacitance. The method usually adopted for increasing the capacity is to increase the surface area by etching. However, at present, the surface area expansion rate has reached the limit, and further expansion will increase the difficulty in terms of cost and quality control.
【0003】また、Taコンデンサでは、Taの粉末を
焼結させて、表面積を拡大しているが、Taの焼結はお
よそ2000℃の真空処理を必要とし、コスト的に非常
に高いという問題を抱えていた。さらに、カーボン粉末
を利用した電気二重層コンデンサが半導体メモリーのバ
ックアップ用に広く使われだしている。これは、数m2
/g〜数100m2 /gというカーボン粉末の大表面積
を利用したものであるが、コンデンサとして用いる部分
が電解液であり、従来の弁作用金属の酸化物を用いるコ
ンデンサとは異なるため、使用電圧が1〜2Vと非常に
低く通常の電子部品分野には適応できないものであっ
た。また、TaコンデンサとAl電解コンデンサの双方
のよい点を狙う目的で複合層の金属を用いたアルミニウ
ム−チタン系の合金多孔質焼結体を用いる発明も提案さ
れている。しかし、この場合、本発明者らの研究では、
漏洩電流が大きく多少の改良を加えても改善されないこ
とが判明した。このように、従来の技術では、これ以上
の容量を拡大する最適な方法がないのが現状である。Further, in Ta capacitors, Ta powder is sintered to increase the surface area, but Ta sintering requires a vacuum treatment at about 2000 ° C., which is very costly. I was holding. Furthermore, electric double layer capacitors using carbon powder have been widely used for backing up semiconductor memories. This is a few m 2
/ G to several hundred m 2 / g of large surface area of carbon powder is used, but since the part used as a capacitor is an electrolytic solution and is different from the conventional capacitor using oxide of valve action metal, the operating voltage Was as low as 1 to 2 V and could not be applied to ordinary electronic component fields. In addition, an invention using an aluminum-titanium based alloy porous sintered body using a metal of a composite layer has been proposed for the purpose of aiming at both good points of a Ta capacitor and an Al electrolytic capacitor. However, in this case, in our study,
It was found that the leakage current was large and could not be improved even with some improvement. As described above, in the conventional technique, there is no optimum method for expanding the capacity beyond this.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、限界に達し
ているコンデンサ容量のさらなる向上のための新しい陽
極箔を提供するものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a new anode foil for further increasing the capacity of capacitors, which has reached its limit.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記のように電解コンデ
ンサはエッチングの改善によりその容量を向上させてお
り、また、Taのように誘電率の大きい金属を用いたり
しているが、それも、その技術的限界にきている。一
方、アルミニウム−チタン系の合金多孔質焼結体を用い
る発明も提案されているが(特開昭60−147110
号公報参照)、金属種がAlとTiであるため、漏洩電
流が大きく多少の改良を加えても改善されない欠点があ
った。As described above, the electrolytic capacitor has its capacity improved by improving the etching, and the metal having a large dielectric constant such as Ta is used. It is at its technical limit. On the other hand, an invention using an aluminum-titanium alloy porous sintered body has been proposed (JP-A-60-147110).
However, since the metal species are Al and Ti, there is a drawback that the leakage current is large and cannot be improved even if some improvements are made.
【0006】本発明は、上述した問題点を根本的に改善
するために、種々検討した結果、完成したものであっ
て、粉末の粒径が、0.05μm〜10μmであるZ
r,Hfのいずれか1種または2種とAlからなる金属
間化合物の粉末が、相接して成形され、その後焼成され
てなり、かつその表面が酸化されてなるコンデンサ用多
孔状金属間化合物を要旨とし、これを電極材料に用いる
ものである。The present invention has been completed as a result of various studies in order to fundamentally improve the above-mentioned problems, and the present invention has been completed, and the particle diameter of the powder is 0.05 μm to 10 μm.
Porous intermetallic compound for a capacitor, which is obtained by forming a powder of an intermetallic compound consisting of one or two of r and Hf and Al in contact with each other, followed by firing, and oxidizing the surface. Is used as an electrode material.
【0007】[0007]
【作用】以下に本発明を詳細に説明する。本発明におけ
る金属間化合物とは、例えば、AlとHfの場合では、
AlHf2 ,AlHf等であり、AlとZrの場合で
は、Al3 Zr,AlZr,Al3Zr2 ,AlZr3
等であり、それらの組成比は、整数比からずれないもの
をいう。整数比からずれる金属間化合物の例としては、
AlTiやAlNb2 があり、正確にはAl1-X Ti
1+X ,Al1-X Nb2+X (−1.0<X<1.0)と記
述されるものである。本発明では、これらの範囲をもつ
金属間化合物を形成する金属の組合せの場合では、コン
デンサになり得ないことを明らかにした。例えば、Al
とTiの場合、組成範囲のあるAlTiという金属間化
合物を形成するのでコンデンサにはなり得ない。たと
え、組成範囲のない金属間化合物であるAl3 Tiを用
いても、漏洩電流が大きくコンデンサになり得ないこと
を種々の実験から明らかにした。The present invention will be described in detail below. The intermetallic compound in the present invention is, for example, in the case of Al and Hf,
AlHf 2 , AlHf, etc., and in the case of Al and Zr, Al 3 Zr, AlZr, Al 3 Zr 2 , AlZr 3
And the like, and the composition ratio thereof does not deviate from the integer ratio. Examples of intermetallic compounds that deviate from the integer ratio include:
AlTi and AlNb 2 are available. To be precise, Al 1-X Ti
1 + X , Al 1-X Nb 2 + X (-1.0 <X <1.0). In the present invention, it has been revealed that a combination of metals forming an intermetallic compound having these ranges cannot be a capacitor. For example, Al
In the case of and Ti, an intermetallic compound called AlTi having a composition range is formed, so that it cannot be a capacitor. It has been clarified from various experiments that even if Al 3 Ti which is an intermetallic compound having no composition range is used, the leakage current is large and a capacitor cannot be formed.
【0008】従って、コンデンサになり得る粉末は、Z
r,Hfのいずれか1種または2種とAlからなる金属
間化合物の粉末である。例えば、AlとHfの場合で
は、AlHf2 ,AlHf等であり、AlとZrの場
合、Al3 ZrやAlZr,Al3 Zr2 ,AlZr3
等である。即ち、本発明者らの検討結果から判明したこ
とは、用いることが可能な金属の組合せは、金属間化合
物に組成比からのずれがない組合せだけであり、具体的
には、AlとZr,AlとHfもしくはそれらの混合体
だけである。また、本発明では、Alをベースに検討し
たが、他の金属でも同様な議論が可能であるが、コスト
面等から、Alとの金属間化合物が最適である。Therefore, the powder that can be used as the capacitor is Z
It is a powder of an intermetallic compound consisting of Al and one or two of r and Hf. For example, Al and Hf are AlHf 2 and AlHf, and Al and Zr are Al 3 Zr, AlZr, Al 3 Zr 2 and AlZr 3
Etc. That is, it has been found from the results of the study conducted by the present inventors that the combinations of metals that can be used are only those in which the intermetallic compound has no deviation from the composition ratio, and specifically, Al and Zr, Only Al and Hf or a mixture thereof. Further, in the present invention, Al was used as a base for study, but similar discussions can be made with other metals, but an intermetallic compound with Al is optimal in terms of cost and the like.
【0009】本発明では上述したように組成比にずれの
ない金属間化合物になっている粉末を使用するので、金
属種の組成比はおのずから決定されてしまう。即ち、A
l3ZrではAlが75原子%、Zrは25原子%であ
り、また、AlHfではAlが50原子%、Hfは50
原子%である。In the present invention, since the powder of the intermetallic compound having the same composition ratio as described above is used, the composition ratio of the metal species is naturally determined. That is, A
In Al 3 Zr, Al is 75 atomic% and Zr is 25 atomic%, and in AlHf, Al is 50 atomic% and Hf is 50 atomic%.
It is atomic%.
【0010】また、粉末の粒径に関しても、最適範囲が
あることが判明した。即ち、0.05μm以下では、耐
電圧が低くコンデンサとしての使用に耐えない。また、
電解液の含浸工程においても時間がかかり、工業的にも
得策ではない。一方、粒径が10μm以上では、容量が
大きくならず、また、成形体での形状保持能力がよくな
いので、ハンドリング中に形がくずれてしまう。It has also been found that there is an optimum range for the particle size of the powder. That is, when the thickness is 0.05 μm or less, the withstand voltage is low and the capacitor cannot be used. Also,
The electrolytic solution impregnation step also takes time and is not industrially advantageous. On the other hand, when the particle size is 10 μm or more, the capacity does not increase, and the shape retention ability of the molded body is not good, so that the shape is deformed during handling.
【0011】次に、上記粒径の金属間化合物の粉末を、
一軸プレス成形機等により、加圧する。ついで1000
℃〜1300℃の温度で数時間焼成する。雰囲気は、真
空中が望ましい。さらに化成処理を行い、該金属間化合
物の表面にその酸化物を形成する。このときの電圧は、
用いるコンデンサ仕様により決定するが、10V〜30
0Vである。化成液は、通常のアルミニウム電解コンデ
ンサの化成と同様である。上記方法で形成された酸化皮
膜の誘電率は、15〜30であり、いずれもAl2 O3
の誘電率である8.5〜10に比較すると大きい。ま
た、アルミニウム電解コンデンサの工程では化成の前に
原箔であるアルミニウム板をエッチングするという工程
が必要であるが、本発明では、粉末を用いるものである
から、勿論エッチングを必要としない。ただし、該成形
品の表面積をさらに拡大するため、エッチングを行って
もよいが、工程が余分になり、最初から粒度調整した方
がよい。Next, the intermetallic compound powder having the above particle size is
Pressure is applied by a uniaxial press molding machine or the like. Then 1000
Bake for several hours at a temperature of ℃ to 1300 ℃. The atmosphere is preferably in vacuum. Further, chemical conversion treatment is performed to form the oxide on the surface of the intermetallic compound. The voltage at this time is
It depends on the specifications of the capacitor used, but it is 10V-30
It is 0V. The chemical conversion liquid is the same as the chemical conversion of a normal aluminum electrolytic capacitor. The dielectric constant of the oxide film formed by the above method is 15 to 30, and both are Al 2 O 3
It is large as compared with the dielectric constant of 8.5 to 10. Further, in the process of the aluminum electrolytic capacitor, the process of etching the aluminum plate which is the original foil is required before the formation, but in the present invention, since powder is used, of course, etching is not required. However, in order to further increase the surface area of the molded product, etching may be carried out, but an extra step is required and it is better to adjust the grain size from the beginning.
【0012】本発明は、このように粉末の大表面積と酸
化皮膜の高誘電率をあわせもつことにより非常に大きな
コンデンサ容量となるものである。成形後の空隙率は、
40%〜95%程度であるが、コンデンサとしての特性
から考慮すると55%前後が望ましい。The present invention provides a very large capacitor capacity by combining the large surface area of the powder and the high dielectric constant of the oxide film. The porosity after molding is
Although it is about 40% to 95%, it is preferably about 55% considering the characteristics as a capacitor.
【0013】図1は、成形後化成まで行った本発明によ
る多孔状金属間化合物の拡大図である。斜線部は金属間
化合物である。加圧時は点接触であり、強度的な問題点
があるが、化成後は、その酸化物によるコートにより十
分形状を保持できる。FIG. 1 is an enlarged view of a porous intermetallic compound according to the present invention, which has been subjected to post-molding and chemical conversion. The shaded area is an intermetallic compound. Although there is a problem in strength due to point contact at the time of pressurization, after the chemical conversion, the oxide can coat the shape sufficiently.
【0014】[0014]
(実施例1)粉末は、平均粒径0.3μmのAl3 Hf
を用いた。これを、一軸成形プレス機により、10mmφ
×3mmHのコイン状成形体を形成した。成形時の圧力は
1.2t/cm2 であった。次に、1200℃で1時間真空
中で焼成した。これにリードを取付け、化成不要部分に
絶縁ペーストを塗布し、乾燥した。次に、化成処理を行
った。処理電圧は、直流15V、リン酸アンモニウム液
中で行った。次に通常のTaコンデンサでよく行われる
硝酸マンガン法により、MnO2 の陰極焼付けを行った
後、グラファイト、銀ペースト焼付けを行い、コンデン
サにした。4個試作したコンデンサの結果を表1に示
す。(Example 1) The powder is Al 3 Hf having an average particle size of 0.3 μm.
Was used. Using a uniaxial molding press, this is 10mmφ
A coin-shaped molded body of × 3 mmH was formed. The pressure during molding was 1.2 t / cm 2 . Then, it was baked in vacuum at 1200 ° C. for 1 hour. A lead was attached to this, an insulating paste was applied to the unnecessary portion for chemical conversion, and it was dried. Next, chemical conversion treatment was performed. The treatment voltage was DC 15 V and ammonium phosphate solution was used. Next, MnO 2 was subjected to cathodic baking by a manganese nitrate method that is often used in ordinary Ta capacitors, and then graphite and silver paste were baked to obtain capacitors. Table 1 shows the results of four prototype capacitors.
【0015】[0015]
【表1】 [Table 1]
【0016】(実施例2)粉末は、平均粒径3μmのA
l3 Zrを用いた。これを、一軸成形プレス機により、
10mmφ×3mmHのコイン状成形体を形成した。成形時
の圧力は1.5t/cm2 であった。次に、1200℃で2
時間焼成した。これにリードを取付け、化成不要部分に
絶縁ペーストを塗布し、乾燥した。次に、化成処理を行
った。処理電圧は、交流25V、リン酸アンモニウム液
中で行った。次に通常のTaコンデンサでよく行われる
硝酸マンガン法により、MnO2 の陰極焼付けを行った
後、グラファイト、銀ペースト焼付けを行い、樹脂モー
ルドを行い、コンデンサにした。4個試作したコンデン
サの結果を表2に示す。(Example 2) The powder is A having an average particle size of 3 μm.
l 3 Zr was used. Using a uniaxial molding press,
A coin-shaped molded body of 10 mmφ × 3 mmH was formed. The pressure during molding was 1.5 t / cm 2 . Then at 1200 ° C for 2
Burned for hours. A lead was attached to this, an insulating paste was applied to the unnecessary portion for chemical conversion, and it was dried. Next, chemical conversion treatment was performed. The treatment voltage was 25 V AC, and ammonium phosphate solution was used. Next, MnO 2 was subjected to cathodic baking by the manganese nitrate method, which is often performed in a normal Ta capacitor, followed by baking of graphite and silver paste, and resin molding to obtain a capacitor. Table 2 shows the results of four prototype capacitors.
【0017】[0017]
【表2】 [Table 2]
【0018】(参考例)先述したようにAlTiはコン
デンサになり得なかったがその実施例を示す。粉末は、
平均粒径1μmのAlTiを用いた。これを、一軸成形
プレス機により、10mmφ×3mmHのコイン状成形体を
形成した。後の処理は総て実施例2と同様に行った。4
個試作したコンデンサの結果を表3に示す。Reference Example As described above, AlTi could not be used as a capacitor, but an example will be shown. The powder is
AlTi having an average particle size of 1 μm was used. A coin-shaped molded body of 10 mmφ × 3 mmH was formed from this using a uniaxial molding press. All the subsequent treatments were performed in the same manner as in Example 2. Four
Table 3 shows the results of the capacitors that were prototyped.
【0019】[0019]
【表3】 [Table 3]
【0020】[0020]
【発明の効果】以上のように、この発明により、簡易な
方法で大容量コンデンサを作成することが可能になっ
た。As described above, according to the present invention, it becomes possible to produce a large capacity capacitor by a simple method.
【図1】本発明の多孔状金属間化合物の拡大図を示す。FIG. 1 shows an enlarged view of a porous intermetallic compound of the present invention.
Claims (1)
のZr,Hfのいずれか1種または2種とAlからなる
金属間化合物の粉末が、相接して多孔状に成形、焼結し
てなり、かつ該多孔体の空隙部表面が酸化されてなるコ
ンデンサ用多孔状金属間化合物。1. The particle size of the powder is 0.05 μm to 10 μm.
Powder of an intermetallic compound consisting of Al and any one of Zr and Hf and Al, and molded into a porous state and sintered, and the surface of the void portion of the porous body is oxidized. Porous intermetallic compound for capacitors.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5576192 | 1992-03-13 | ||
| JP4-55761 | 1992-03-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05311275A true JPH05311275A (en) | 1993-11-22 |
Family
ID=13007835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4260392A Withdrawn JPH05311275A (en) | 1992-03-13 | 1992-09-29 | Porous intermetallic compound for capacitors |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05311275A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100734416B1 (en) * | 2005-02-28 | 2007-07-03 | 인하대학교 산학협력단 | Anisotropic porous intermetallic compound and its manufacturing method |
-
1992
- 1992-09-29 JP JP4260392A patent/JPH05311275A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100734416B1 (en) * | 2005-02-28 | 2007-07-03 | 인하대학교 산학협력단 | Anisotropic porous intermetallic compound and its manufacturing method |
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