JPS58154221A - ニオブ電解コンデンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、ニオブ素体を用い友電解コンデンサの改嵐さ
れた製造方法に関する。

従来、塩化物を電解質とする電解質溶液中でニオブ素体
を陽極酸化して誘電体層を形成させ九ものである。

〔従来技術とその間電点〕

従来の製造方法においては、ニオブ電解コンデンサの誘
電体層はホウ酸塩、リン酸塩、硫酸塩。

クエン酸塩などを電解質とする電解質溶液中でニオブ素
体を陽極酸化することによ抄形成されていえ。こうして
得られ九陽極酸化皮膜で被れたニオブ素体は適桶な電解
質溶液で満九されたコンデンナ容器内に適当な対極（陰
極）とともに（必要な場合はスペーサを介して）収容さ
れたのち、ニオブ陽極と陰極間に陽極酸化時の化成電圧
に等しいか、もしくはこれより低い直流電圧を印加して
エージング処理を施し、しかるのちコンデンサに仕上げ
られてい丸。

従来の製法により製造され九ニオ゛プ電解コンデンサに
おいて、作動可能な電圧領域全体に痕って漏れ電流が大
きく、かつ印加電圧に対する漏れ電流の１加が著しいた
めに定格電圧をサージ電圧に較べて著しく低くしなけれ
ばならない欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、上記の従来の製法によ抄製造され九ニオブ電
解コンデンサの欠点を改善することを目的とし、その４
１１徴はニオブ素体を塩化物電解質水＃液中で陽ｍ酸化
して、ニオブ素体表面Ｖｃｌｌ電体層を形成し九のち酸
化性雰囲気中でアニール処理してから電解コンデンサを
構成するところにある〔発明の概要〕 本発明の製法によって製造したコンデンサ線従来の製法
により構造したコンデンサに比べて、印加電圧の変化に
対する漏れ電流の変化が小さい領域、すなわち漏れ電流
が印加電圧に比例して増加するいわゆるオームの法則に
従う領域が著しく広く、この領域のあとに顕れゐ漏れ電
流が印加電圧の上昇に従って急激に増加する領域、すな
わちプール・フレンケルの法則にしたがう領域が非常に
狭いという特長を持っている。□・ したがってＩ！東の場合よりもコンデンサの定格電圧１
＜等しいす−ジ電圧に対して）著しく高く定めることが
できる。

例を用いて発明の効果を具体的−示せば、図１にみられ
るように、従来の製法によるコンデンサ（参照例）では
、漏れ電流がオームの法則に従う領域は化成電圧（サー
ジ電圧）のおよそ１１５の電圧までの極めて狭い領域で
ある。

一方、本発明の製法によるコンデンサ（実施例）の漏れ
電流がオームの法則に従って流れる領域社化成電圧（サ
ージ電圧）のおよそｖ５からｖ５以上の電圧まで及ぶ非
常に広い範囲を占める。

さらにオームの法則領域における漏れ電流の印加電圧に
対する勾配も、従来の製法によるコンデンサの場合に比
べて非常に小さく、図にみられるように１７２０−１／
４倍の小ささであり、印加電圧の増大に伴う漏れ電流の
増加が極めて小さいことを示している。

ニオブ素体ぼ箱、状、ＨＡ状、焼結体状、スパッタ膜状
、蒸着膜状のいφれの形状でも用いることができる。

ニオブ素体の陽極酸化は塩化水素、アルカリ金属塩化物
、アルカリ土類金属塩化物、アンモニウムおよび第一級
、第二級、第三級、第四級オルガノアンモニウムの塩化
−，鉄族金属塩化愉、亜鉛族金属塩化物、アル１−ラム
金属塩化物およびクロム、マ／ガ／などの遷移金属珈化
吻、および遷移金属のクロロ錯塩の水溶液中で行う。

これらの塩化物電解質の練直は温度、化成電流ｖｌｉ度
、度数化成電圧考慮して選ばれるが、その有効範囲は塩
素イオン濃度で２〜２５？・１　ｏｖ’−８である。

なお２？・ｉ　ｏｖＪ以下の場合は漏れ電Ｒ特性の改善
は望めず、を九２５ｆ弓０ν１以上の場合はコンデ／ｌ
の容量特性が非常に悪くなる。

１１度は溶液の塩素イオンａｍ、化成電流密度。

シ／チレーシ瑳ン電圧などを考慮に入れて一１５〜１０
０ｃの範囲内で選ばれる。

化成電滝書度は漏れ電流特性にあｔ抄影畳を及はさない
。

化成電圧は漏れ電流特性に顕著な影響を及埋し、シンチ
レーシ冒ン電圧以下では化成電圧が高いはど麹れ電ｌ！
ＩＩＣ％性はよくなる。しかし、シンチレーシ冒ン電圧
を越えると逆に著しく悪くなる。

アニールは通常酸素雰囲気、酸素と窒素の混合ガス雰囲
気、酸素と貴ガスの混合ガス雰囲気中で行なうが一酸化
窒素、二酸化窒素、塩素などの酸化性ガス雰囲気中でも
行なうことができる。しかし水素などの遷元性ガス雰囲
気中や真空中で行なうむとはで亀ない。遷元性ガス雰囲
気中および真空中でのアニールは酸化皮膜の漏れ電流を
逆に増大させてしまう。

アニール温度は３ＯＮ００Ｃの範囲が好ましく、ａｏｏ
ｃ以下ではアニールの効果が＃１とんど顕れず、ま九５
ｏｏｒ以上では酸化皮膜の結晶化などによって逆ｌＩｃ
１Ｉれ電流の増大をまねくので好ましくない。

アニール時間は温度が高いときは短く、温度が低いと勤
は長くなるのは轟然であるが、５ｏｏｃのと龜は５分＠
度、７００Ｇ　Ｏときは１０分ｍ度、６００１：’のと
きは２０分Ｉｉ度、ｇｏｏｒのとき紘４ｏ分程度、４０
０ｔノと龜は７０分程度、３００Ｃ１２）ときは１２０
分程変度適轟である。

次に行われるエージングは濃い塩化物ｆ＃液液中社行う
ことができ危い。エージングはハロゲンイオンが含まれ
ないか含まれていてもその濃度が１０　　？・＋　ｏ　
ＪｔＪ以下の電解質溶液中で行わなければならない。エ
ージングに際して印加する直流電圧は化成電圧に等しい
かもしくはそれ以下の電圧であり、印加時間と温度は従
来と変らない。

エージング工程以後の電解コンデンサを製造するに！Ａ
って必要な緒技術はすべて従来の技術が適用される。

本発明に係わるニオブ電解コンデンサの構造は箔形、ス
パッタ膜および蒸着膜形、焼結体および１形のそれぞれ
の場合次のようになる。

（１）　　膜形コンデンサ ニオブ箔の全面に酸化皮膜を形成させたのちイオン透過
性の多孔質隔膜をはさんで陰極となる適当な金鵬箔と重
巻きにして適当な電解質溶液を含浸させ九のち、同じ電
解質溶液で構えされ九適当な容器に収−し、リードを取
出１て密封する。

（−）　　スパッタ膜および蒸着膜形コンデンサ基板の
両面にニオブをスパッタリングまたは蒸着してからニオ
ブ膜表面に酸化皮膜を形成させ九のちイオン透過性多孔
質１１Ｍ膜をはさんで１１１ｉ憔となる適当な金楓箔と
積層して適当な電解ＪＸＸ液液含浸させ九のち、同じ電
解質溶液で満たされた迩轟な容器に収幽し、リード取出
して密封する。

（ｉＭ）　　焼結体および線形コンデンサ二オブ焼結体
または巻線の全表面に酸化皮膜を形成させて、適当な電
解質溶液を含浸させ九のち、同じ電解質溶液で満たされ
た陰極を兼ねる適当な金属缶に酸化皮膜が缶と接触しな
いように収缶し、陽極リードを取出して密封する。

〔発明の実施例〕

次に本発−を実施例によ＃）説明する。

寸法、巾２．Ｏｃｍ　、畏さ２５．□ｚ、厚さ２０５ｍ
の純度９９．９８５重量−のニオブ箔を脱ｍ後、７Ｍ畝
性フッ化アン％ニウム水溶液を用いて表面処理したのち
、次の要領で、化成してニオブ表向に１ｌｉｌ他酸化皮
膜を形成させた。　　４）； 実施例１　：　２５Ｃの１１．０Ｍ　＠　＠　（ＣＪ漬
度１１ｒ・Ｉｏｎ／看）中にニオブ箔を浸漬してＳ他と
なし、対極として白金極を浸漬したのち、両極間に電流
ＶＶｆＪ［２，５ｍＡ／ｄの直流を印加して両極間の電
位差が５０Ｖに適するまで陽ｔｉ酸化した。

ついで次の要領で陽極酸化皮膜にアニール処理を施した
。

試料ｍ　：　５ｏｏｒの空気中で５分処理し九試料ｂ　
：　７００Ｃの空気中で１０分処理し九試料ｃ　：　５
００Ｃの空気中で４０分処理した試料ｄ　：　３００Ｃ
’の空気中で１２０分処理した賦科＠ニアニール処履せ
ず 実施例２ニア０Ｕの７．ＯＭ塩塩化アン−ニウム水溶液
四−１濃度７ｔ・ｉｏｎβ）中にニオブ箔を浸漬して陽
極となし、対極として白金極を浸漬したのち、両極間に
電流密ＪｌＬＯｍ齢省の直流を印加して両極間の電位差
がＳＯＹ　Ｋ達する壕で陽極鹸化し九。

ついで次の要領で陽極酸化皮膜にアニール処理を施し喪
。

試料ｙ　：　５ｏｏｃの空気中で５分処理し廠試料Ｇニ
アニール処理せず 実施例３　：　ＩＯＧの４．Ｓ　ＭｔＪｉ化≠ドリグム
水溶液（０−濃度４．５ｔ・ｔｏｖ’Ｊ　、）中にニオ
ブ箔を浸漬して陽極となし、対極として白金極を浸漬し
たのち、両極間に電流密度４．０ｍＡ／ｄの直流を印加
して、両極間の電位差が５０Ｖに達するまで陽極酸化し
た。

ついで、次の要領で陽極酸化皮膜にナニール処゛理を施
した。

試料Ｈ：　８００Ｃの空気中で５分処理し九試料■ニア
ニール処理せず 実施例４　：　１００Ｃの１．０Ｍ塩化カルシウム水溶
液（Ｑ″″濃度２．０１ｉ　ｏ　Ｑ／Ｊ　）中にニオブ
箔を浸漬して陽極となし、対極として白金極を浸漬した
のち、両極間に電流密度０．５ｍＡ／ａ１１の直流を印
加して両極、　　間の電位差が５０Ｖに達するまで陽極
酸化した。

ついで次の要領で陽極酸化皮膜にアニール処理を施し友
。

試料Ｊ　：　８００Ｃの空気中で５分処理した試料にニ
アニール処理せず 壕九従来のニオブ電解コンデンサを代表する参照試料と
して、次の要領でニオブ表面に五酸化ニオブ膜を形成さ
せた。すなわち参照試料＝２５ｃの０．５Ｍホウ酸アン
モニウム水溶液中に、ニオブ箔を浸漬して陽極となし、
対極として白金極を浸漬したのち両極間に電流密度１．
０−ム／−の直流を印加して両極間の電位差がＳＯＶに
達するまで陽極酸化した。

ついで次の要領で、得られた酸化皮膜にアニール処理を
施した。

参照試料１　：　８００Ｃの空気中で５分処理参照試料
２ニアニール処理せず 以上１３１１の試料をそれぞれ別個に２５Ｃの０．５Ｍ
五ホウ酸アンモニウム水溶液に浸漬して白金極を対極（
陰極）として両極間に５０ｖの直流を印加し、２．５時
間保持してエージング（再化成）処理を施した。

しかるのち、それぞれの試料箔に、巾２．０３．長さ２
５ＬＯ３、厚さ５０−の低書直りラフＦ紙（アルミ電解
コンデンサ用）を介して、中２．Ｏｔｘ　、長さ２！Ｌ
Ｏ１、厚さ１０縛の純＊　９９．９９重量−のスズ＃ｉ
ｔ重ね′１： て、円筒状に巻いてコンデンサ素子を作成し友。

でき上つ九１３個のコンデンサ素子を２Ｍ五ホウ酸アン
モニクム・エチレングリコール溶液に浸けて、素子全体
に五ホウ酸アンモニウム・エチレングリコール溶液を減
圧下に含浸させ丸。含浸後円筒形のプラスチック製答器
に収−して２Ｍ五ホウ酸アンモニウム・エチレングリコ
ール＃液で満したのちリードを取出して密封した。

しかして、本発明の実施例に当る１１鴇類のコンデンサ
と従来のニオブ電解コンデンサに相当する参照例の２種
類のコンデンサ、計１３個のコンデンサを製造した。

次に、１３種類のコンデンサの漏れ電１％Ｅ％性を比軟
するために、２５Ｃ下で５０Ｖの直流正バイアスを印加
して一昼夜エージングしたのち、１ｈ」じ２５Ｃ下で所
定の直流正バイアスを印加して、コンデンサの両端子間
を流れる電流が完全に一定になったと１の電流値を漏れ
電流として、印加電圧に対してプロットした。その結果
を図１および図２に図８Ｌ“・　　　　１（ｉ 〔発明の効果〕 図にみられるように本発明のニオブ電解コンデンサは漏
れ電流特性において従来のものに比べて著しく優れてい
る。

によりｍ造しえニオブ電解コンデンサの漏れ電流の印加
電圧に対する変化を示す一線図である。

代理人弁理土　則近憲佑（ほか１名） 第　　１　　図 卵ｍｔ五（ｖ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ニオブ電解コンデンサの製造方法において、２−２５Ｐ
   −ｉｉの鑓の塩素イオン、を含む塩化物電解質水溶液中
   でニオブ素体を陽極酸化し九のち空気。 酸素などの酸化性ｔＳ気中でアニール処理し、さらに１
   ０′″ＪＦｉｏａ／Ｊ以上のハロゲンイオンを含まない
   電解質溶液中で適当な対極（、陰極）間に陽極酸化時の
   化成電圧に等しいかもしくはこれより低い直流電圧を印
   加、エージング処理を施し、しかるのち電解コンデンサ
   に仕上げることをｑ＃徴とするニオブ電解コンデンサの
   製造方法。