JPH09251931A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ｔａｎδが小さく、耐電圧性を向上させる。 【解決手段】 弁作用を有する金属からなる陽極基体２
の表面に誘電体膜４を形成し、この誘電体膜４上に固体
電解質となる酸化マンガン層またはマンガン酸化物層５
を形成する。酸化マンガン層またはマンガン酸化物層５
の誘電体膜４に接する部分の結晶は、板状体の積層粒状
物で、その形態が厚板形状、短柱形状、ふじつぼ形状と
なっている。これによりコンデンサの誘電正接を小さく
することができる。また、酸化マンガン層またはマンガ
ン酸化物層５の誘電体膜４に直接接しない部分に多面体
粒状の酸化マンガンが存在するので、耐電圧性を向上さ
せることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解コンデン
サに関し、特に固体電解質の微細構造を改善し誘電正接
および耐電圧性を向上させるようにした固体電解コンデ
ンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】固体電解コンデンサは、一般に図３に示
すように陽極リード線（タンタル線）３を埋設した弁作
用金属からなる陽極基体２を備え、その表面全体に誘電
体膜４を形成し、さらにその上に固体電解質となる酸化
マンガン（またはマンガン酸化物）層５を形成してい
る。また、酸化マンガン層５の表面に導電体層６を形成
し、陽極リード線３にリードフレーム（陽極端子）７を
溶接し、導電体層６にリードフレーム８を導電性ペース
ト９で接合し、エポキシ樹脂１０によってリードフレー
ム７，８の一部を除く全体を外装している。１１はふっ
素樹脂からなる撥水板である。

【０００３】弁作用を有する金属としては、タンタル、
アルミニウム、ニオブ等の金属を用いることができる。
タンタルは、微粉末を焼結し陽極となるタンタル線を多
孔質のタンタル焼結体に付けたペレットの形態で用いら
れる。アルミニウムの場合は、アルミニウム箔を陽極と
して表面を電気化学的にエッチングして表面に細孔を形
成した形態で用いられる。タンタル焼結体またはアルミ
ニウム箔からなる陽極基体２の表面に形成される誘電体
膜４は、通常電気化学的な陽極化成によって形成され
る。この陽極化成は、タンタル焼結体またはアルミニウ
ム箔に付けられたリード線を陽極として、硝酸、燐酸、
酢酸、蓚酸などの酸溶液中で溶液を陰極とし、数Ｖ〜数
十Ｖの電圧を印加することによって行われる。固体電解
質層である酸化マンガン層５は、誘電体膜４が形成され
た陽極基体２に硝酸マンガン液を含浸、付着させた後、
加熱して誘電体膜４の上に酸化マンガンを析出させ、硝
酸マンガン液の含浸、付着、熱分解操作を数回繰り返す
ことにより形成することができる。その後、例えばカー
ボン層と導電性銀ペースト層を形成して導電体層６とす
る。そして、リードフレーム７，８を接続後、全体を合
成樹脂１０で外装し、固体電解コンデンサを作製する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の固体電解コンデンサにおいては、その用途から
誘電正接（以下、ｔａｎδという）が大きく、耐電圧性
（サージ電圧）が低いという問題があった。これらの特
性は、固体電解質の材質によって決定されるため、酸化
マンガンの代替物として有機導電体（テトラシアン、キ
ノジメタン、ポリピロール、ポリアニリン）や二酸化鉛
が検討されている。しかし、これらはいずれも耐熱性、
耐湿性、生産性などが酸化マンガンに比べて劣るという
問題があった。

【０００５】そこで、コンデンサのｔａｎδと耐電圧性
について多方面にわたって種々検討してきた結果、酸化
マンガンの晶癖がｔａｎδと耐電圧性に関係しているこ
とを突き止めた。すなわち、酸化マンガンは、熱分解さ
せる出発原料や熱分解条件によって析出する晶癖が微妙
に異なり、従来のコンデンサにおいては図４に示すよう
に誘電体膜に接する部分に多面体粒状の酸化マンガンが
析出していたため、ｔａｎδが大きかった。これに対し
て、酸化マンガンの板状結晶が積層塊状物となり、その
形態が短柱形状、厚板形状またはふじつぼ形状（截頭円
錐状）であると、ｔａｎδが小さく、また、板状結晶の
上に多面体粒状物の酸化マンガンが析出していると、耐
電圧性が高くなる。その混在割合は明確ではないが、８
０％程度以下が好ましい。なお、図４は酸化マンガンの
晶癖を走査型顕微鏡写真で、２０はタンタル、２１は誘
電体膜、２２は多面体粒状酸化マンガンを示す。

【０００６】本発明は、上記した従来の問題点および検
討結果に基づいてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、酸化マンガン層またはマンガン酸化物層を固体電
解質としたコンデンサにおいて、ｔａｎδが小さく、耐
電圧性に優れた固体電解コンデンサを提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、弁作用を有する金属からなる陽極基体の表
面を陽極酸化して誘電体膜を形成し、この誘電体膜上に
固体電解質となる酸化マンガン層またはマンガン酸化物
層を形成し、その上に導電体層を形成して陰極を接着し
た固体電解コンデンサにおいて、前記酸化マンガン層ま
たはマンガン酸化物層の少なくとも前記誘電体膜に接す
る部分の結晶が、板状体の積層粒状物になっていること
を特徴とする。また、本発明は、板状体の積層粒状物
が、厚板形状、短柱形状、ふじつぼ形状であることを特
徴とする。さらに、本発明は、酸化マンガン層またはマ
ンガン酸化物層の誘電体膜に直接接しない部分に多面体
粒状の酸化マンガンが存在することを特徴とする。

【０００８】酸化マンガン層またはマンガン酸化物層の
誘電体膜に接する部分の結晶が板状体の積層粒状物であ
ると、多面体粒状物に比べてｔａｎδが小さくなる。ま
た、酸化マンガン層またはマンガン酸化物層の誘電体膜
に直接接しない部分に多面体粒状の酸化マンガンを析出
させると、耐電圧性が高くなる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
いて詳細に説明する。本発明に係る固体電解コンデンサ
は、固体電解質として酸化マンガン層またはマンガン酸
化物層を誘電体膜上に形成している点で図３に示した従
来のコンデンサと同一であるが、この酸化マンガン層ま
たはマンガン酸化物層の誘電体膜に接する部分に板状体
の積層粒状物を析出させ、誘電体膜に直接接しない部分
に多面体粒状の酸化マンガンを析出させた点で相違す
る。その他の構成は同一である。板状体の積層粒状物の
形態としては、図１に示す板状体の積層粒状および厚板
形状の酸化マンガンと、図２に示す板状体の積層短柱形
状とふじつぼ形状の酸化マンガンがある。なお、図１お
よび図２は酸化マンガンの晶癖の走査型顕微鏡写真で、
２０はタンタル、２１は誘電体膜、２３は板状体の積層
粒状酸化マンガン、２４は板状体の積層短柱状酸化マン
ガン、２５は板状体の積層厚板状酸化マンガン、２６は
板状体の積層ふじつぼ状酸化マンガンを示す。

【００１０】このように、酸化マンガン層またはマンガ
ン酸化物層の誘電体膜に接する部分に板状体の積層粒状
物を析出させ、誘電体膜に直接接しない部分に多面体粒
状物を析出させることにより、酸化マンガンを固体電解
質とする従来の固体電解コンデンサに比べてｔａｎδが
小さく、耐電圧性を高めることができた。析出する酸化
マンガンの晶癖が異なる理由は不明であるが、出発物
質、微量添加物、不純物、熱分解条件等の影響によるも
のと推測される。

【００１１】以下、実施例を示して本発明をさらに詳し
く説明する。

【実施例】

実施例１ 原料となるタンタル粉を１．９×３．４×２．８ｍｍの
大きさに圧縮成形した後、真空中で焼成して多孔質のタ
ンタルペレットを作製する。ペレットには直径０．３φ
ｍｍのタンタル線を予め埋設しておく。このタンタルペ
レットを稀硫酸中で陽極酸化する。陽極酸化したタンタ
ルペレットは、硝酸マンガン溶液に浸漬して引き上げた
後、加熱して硝酸マンガンを熱分解させ酸化マンガンを
析出させる。次に、ディップ法で酸化マンガン層を形成
したタンタルペレットの表面に、コロイダルカーボンと
導電性銀ペースト層を形成する。ペレットのタンタル線
をコンデンサの陽極端子に、銀ペースト層を陰極端子に
それぞれ接続した後、レジンモールド法で外装し、図３
に示したようなチップ型の固体電解コンデンサを作製す
る。

【００１２】実施例２ 実施例１で得た陽極酸化ペレットを５０°Ｃに保持した
０．３重量％の硝酸を添加した硝酸マンガン高濃度液
（融点３５°Ｃ）へ浸漬した後、９７％ＲＨの加湿雰囲
気中において２１０°Ｃで２０分加熱した。この操作を
数回繰り返した後、ペレットの表面にカーボンと銀ペー
ストで陰極層を形成し、通常の方法でチップ型のコンデ
ンサとした。

【００１３】実施例３ 実施例１で得た陽極酸化ペレットを３５°Ｃに保持した
融点２３°Ｃの硝酸マンガンの５重量％水溶液中に浸漬
した後、大気中で３００°Ｃに加熱した。更に、硝酸マ
ンガンの２０〜１００重量％水溶液を用いて浸漬、加熱
の操作を順次繰り返して固体電解質層を形成した。固体
電解質層を形成した後、ペレット表面にカーボンと銀ペ
ーストで陰極層を形成し、通常の方法でチップ型のコン
デンサとした。

【００１４】実施例４ 実施例１で得た陽極酸化ペレットを３５°Ｃに保持した
融点２３°Ｃの硝酸マンガンの３０重量％水溶液中に浸
漬した後、大気中で２５０°Ｃに加熱した。この操作を
３回繰り返した後、更に融点２３°Ｃの硝酸マンガン溶
液中に浸漬して２５０°Ｃに加熱する操作を２回繰り返
した。最後に１重量％の硝酸と０．７重量％のアンモニ
アを添加した硝酸マンガン高濃度液（融点３５°Ｃ）へ
浸漬した後、加湿雰囲気中２００°Ｃで加熱し固体電解
質層を形成した。その後、ペレット表面にカーボンと銀
ペーストで陰極層を形成し、一般に行われている通常の
方法でチップ型のコンデンサとした。

【００１５】実施例５ 実施例１で得た陽極酸化ペレットを３５°Ｃに保持した
融点２３°Ｃの硝酸マンガンの２０重量％水溶液に浸漬
した後、大気中で２７０°Ｃに加熱した。更に硝酸マン
ガン４０〜８０重量％水溶液中に順次浸漬、加熱する操
作を各３回、計１３回繰り返して固体電解質層を形成し
た。その後、ペレット表面にカーボンと銀ペーストで陰
極層を形成し、通常の方法でチップ型のコンデンサとし
た。

【００１６】実施例６ 実施例２〜５で得たチップ型固体電解コンデンサについ
て、同一条件で特性の評価を行なった。なお、耐電圧性
は８５°Ｃで２０Ｖを３０秒間の印加と、５分３０秒間
の放電を１サイクルとして１０００サイクル加えた時の
短絡発生率で評価した。特に、有意差が大きく認められ
たものを表１に示す。実施例３，４は電気的特性が向上
しているので好ましい。実施例２は特性の向上が認めら
れず、実用的でない。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る固体電
解コンデンサは、弁作用を有する金属からなる陽極基体
の表面を陽極酸化して誘電体膜を形成し、この誘電体膜
上に固体電解質となる酸化マンガン層またはマンガン酸
化物層を形成し、その上に導電体層を形成して陰極を接
着した固体電解コンデンサにおいて、前記酸化マンガン
層またはマンガン酸化物層の少なくとも前記誘電体膜に
接する部分の結晶を板状体の積層粒状物としたので、誘
電正接を小さくすることができる。また、本発明は、酸
化マンガン層またはマンガン酸化物層の誘電体膜に直接
接しない部分に多面体粒状の酸化マンガンが存在するの
で、耐電圧性を向上させることができる。また、これら
の各種晶癖をもつ酸化マンガン層またはマンガン酸化物
は、硝酸マンガン液の熱分解法で得られ、原料液濃度、
添加物、熱分解雰囲気条件、加熱条件等で制御すること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明における酸化マンガンの晶癖を示す走
査型顕微鏡写真である。

【図２】 本発明における酸化マンガンの晶癖を示す走
査型顕微鏡写真である。

【図３】 従来の固体電解コンデンサの断面図である。

【図４】 従来の固体電解コンデンサにおける酸化マン
ガンの晶癖の走査型顕微鏡写真である。

【符号の説明】

１…固体電解コンデンサ、２…陽極基体、３…陽極リー
ド線、４…誘電体膜、５…酸化マンガン層、６…導電体
層、７，８…リードフレーム、９…導電性ペースト、１
０…エポキシ樹脂。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁作用を有する金属からなる陽極基体の
   表面を陽極酸化して誘電体膜を形成し、この誘電体膜上
   に固体電解質となる酸化マンガン層またはマンガン酸化
   物層を形成し、その上に導電体層を形成して陰極を接着
   した固体電解コンデンサにおいて、前記酸化マンガン層
   またはマンガン酸化物層の少なくとも前記誘電体膜に接
   する部分の結晶が、板状体の積層粒状物になっているこ
   とを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の固体電解コンデンサにお
   いて、板状体の積層粒状物が、厚板形状、短柱形状また
   はふじつぼ形状であることを特徴とする固体電解コンデ
   ンサ。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の固体電解コンデ
   ンサにおいて、酸化マンガン層またはマンガン酸化物層
   の誘電体膜に直接接しない部分に多面体粒状の酸化マン
   ガンが存在することを特徴とする固体電解コンデンサ。