JPS602769B2 - 固体電解コンデンサ - Google Patents

固体電解コンデンサ

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JPS602769B2
JPS602769B2 JP15400876A JP15400876A JPS602769B2 JP S602769 B2 JPS602769 B2 JP S602769B2 JP 15400876 A JP15400876 A JP 15400876A JP 15400876 A JP15400876 A JP 15400876A JP S602769 B2 JPS602769 B2 JP S602769B2
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solid electrolyte
electrolytic capacitor
solid electrolytic
film
resistance
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JP15400876A
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昭彦 吉田
敦 西野
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタンタル(Ta)、アルミニウム(Aそ)等の
弁作用金属を陽極基体とする固体亀解コンデンサに関す
るもので、特にこの固体電解コンデンサの固体電解質に
関するものである。
一般に固体電解コンデンサでは、陽極体の基体にTaが
多く採用されており、Ta基体表面に譲函体酸化皮膜で
ある酸化タンタル(Ta205)皮膜を形成して陽極体
を構成し、そしてこの陽極体のTa205皮膜上に固体
電解質層を形成し、さらにこの固体電解質層上に陰極層
、陰極導電体層を順次積層形成することにより構成され
ている。
Ta205皮膜は陽極化成により生成されたもので、整
流作用を有し、その膜厚は50A〜2000Aで非常に
薄く、また誘導率が20〜30と高くコンデンサの容量
部を構成している。ところで、このようにして生成され
たTa205皮膜も、皮膜内に多くの欠陥点を有し、コ
ンデンサとして使用した場合にはその欠陥点により漏れ
電流が増大し、極端な皮膜の欠陥点には過大電流が集中
して流れるという問題が発生する。この時、Ta205
皮膜上に形成した固体電解質層により、Ta205皮膜
の欠陥点に団体電解質層から熱的または電気化学的に0
2‐イオンが供給されてTa2Q皮膜の欠陥点の修復が
成され、Ta205皮膜における漏れ電流は低くなる。
このような作用を一般に「自己修復作用」と呼ぶ。すな
わち、Ta205皮膜上に形成する固体電解質層は、T
を05皮膜に酸素を供給し、コンデンサの漏れ電流を低
くするとともに、耐圧を上げているのである。従って、
固体電解コンデンサの固体電解質としては、まず第1に
Tも05への酸素供給能力の大きな、すなわち酸化力の
強い金属酸化物であること、第2にコンデンサの抵抗成
分であるtan6を小さくするために電気抵抗が低いこ
とが要求され、コンデンサの諸特性、ねn6、漏れ電流
(LC)を良好に維持できるものが要求される。現在は
固体電解質として二酸化マンガン(MnQ)、二酸化鉛
(Pb02)が前述の条件を満足し、かつ安価であるこ
とから一般に多く用いられている。
この固体電解質としてMN02,Pb02の適性につい
て第1図〜第3図を用いて説明する。電解コンデンサの
等価回路は、一般的には第1図に示すように表わされ、
CはTら05皮膜の容量、R,は同じく誘電体酸化皮膜
であるTa2Q皮膜の抵抗、R2は固体電解質、その他
リード線引出部等に起因する抵抗であり、ねn6は次式
のように表わすことができる。tan6ニのCRニのC
(RI+R2)ニのCRI+のCR2この式でのCR,
はTa205皮膜の抵抗であるので、陽極化成条件、そ
の他の条件に関連し、のCR2は固体電解質の物性に起
因するものでその厚さ、熱分解、付着状態、電気抵抗に
大きく左右される。
すなわち、電気抵抗の低いMn02,Pb02を固体電
解質として用いることは、のCR2が小さくなり、コン
デンサのtan6が低下する。また、Mn02の酸素供
給能力を確認するために、第2図に示すようにTa基板
1上にMn02腰2を形成するとともに、さらにこのM
n02膜2上に蒸着により金電極3を形成した試料4を
、定電圧直流電源5と電流計6との閉回路にTa基板1
を陽極、金電極3に陰極として挿入接続し、試料4に定
電圧を印加して化成電流を調べた。
なお、第2図で7は電流計6の数値を記録するためのレ
コーダである。この実験の結果を示すのが第3図の化成
電流曲線図で、この図からTa基板1とMn02膜2と
の界面にTa205層が形成されていることがわかる。
このように固体電解コンデンサの固体電解質としてMn
02が適性を示す。ところで、Mh02と同等若しくは
それ以上の酸素供給能力を有し、かつMn02より良好
な電気伝導性を有する、すなわち電気抵抗の低い物質を
固体電解質として用いると、さらに高性能の固体電解コ
ンデンサを得ることができることが考えられる。
この点に注目し、Mn02(P=10‐1〜1#○肌)
より抵抗の低い酸化ルテニウム(Ru02)(P=10
‐5〜10‐20肌)を単独で、またはMm02と混合
した形で電解質として用いた固体電解コンデンサが本発
明者等によって先に提案されている。このR山02を単
独、またはMn02と混合した形で固体電解質として用
いた固体電解コンデンサは前述からもわかるように、低
抵抗で酸素供給能力の高いRu02を用いることによっ
てtar16,LCが低くなり、さらに陽極基体として
焼結体を用いた場合、競結体の細孔内部の固体電解質に
よる抵抗損失が少なくなるため、容量の陰極集電能力が
抵抗の高いMN02よりも優れたものとなり、容量達成
のために必要な電解質を形成するための熱分解の回数が
激減できる。本発明はこのようなMn02一Ru02系
固体略解質を用いた固体電解コンデンサに関するもので
、さらに詳しくはMnQ−Ru02の適性組成により、
安価で容量達成率の穣れた固体電解コンデンサを提供す
るものである。
以下、第4図〜第6図の図面を用いて説明する。
第4図は陽極基体であるTa暁結体の拡大断面図であり
、陽極内部リード9を併設した競結体10の中を内径1
0〜50山程度の互いに運通している紬孔11が存在し
、これらの紬孔11の端はすべて競結体10の表面12
に通じている。
また、MnQ,Ru02等の固体電解質層13の一部は
、硝酸塩、塩化物等のこれらの金属を含む熱分解性母液
の含浸、熱分解の操返し‘こよってこれらの紬孔11の
内部に詰められる。ところで、熱分解によりMn02,
Ru02等の固体電解質層13を生成した後、その固体
電解質層13上にコロィダルカーボン等で集電電極であ
る陰極層14を形成するのであるが、表面から離れた細
孔11の内壁の譲霞体の集電をより確実にするために、
固体電解質としてMh02を用いた場合、前述の容量敬
出効果を向上させるためのMn(N03)2の熱分解が
複数回要求される。この必要とされる回数は、焼結体1
0の形状、寸法等によって種々であるが、例えば直径7
燭、高さ1仇岬の円筒形状の糠結体10を用いた場合に
は、最低5〜7回は必要である。すなわち、第5図に示
す競結体10の等価回路で考えた場合、細孔11内部の
誘電体酸化皮膜の容量C3を取出すためには、固体電解
質層13表面まで陰極取出の抵抗を小さくするために充
分量の固体電解質を紬孔11内部に形成する必要があり
熱分解回数を多くしなければならない。ところが、紬孔
11内部に詰める固体電解質として、電気抵抗の低い物
質を用いると、同じ細孔11内部への付着によっても、
より効果的に内部容量の取出しが可能になる。すなわち
、Rの2を単独で、またはMh02に添加した形で団体
電解質として用いると、電気抵抗の低い電解質が紬孔1
1内に存在することとなり、少ない熱分解回数によって
表面から離れた紬孔11内部の譲軍体酸化皮膜と、暁結
体10の表面12における誘電体酸化皮膜とが電気的に
等価になるのである。
これを第5図の等価回路で説明すると、嫌縞体10の中
心部付近の陰極取出抵抗R,3が非常に小さいため、暁
結体10の表面12付近の陰極取出抵抗R,.と、暁結
体10の表面12と中心部との中間部の陰極取出抵抗R
,2と、嫌結体10の中心部付近の陰極取出抵抗R,3
とがほぼ等しくなり、従来のMN02を単独で用いた固
体電解質に比べて暁結体10の細孔11内部に固体電解
質を充填するための操作回数が少なくて済む。なお、第
5図の等価回路でC,は暁給体10の表面12付近の誘
電体酸化皮膜の容量、C2は焼結体10の表面12と中
心部との中間部の誘電体酸化皮膜の容量である。また、
参考までに、Mn02を単独で用いた固体電解質の場合
は前記陰極取出抵抗R,.,R,2,R,3はR,.<
R,2<R,3となる。以上に述べた容量取出効率を定
量的に示すと、すなわち同一熱分解回数での容量達成率
固体化容量 (湿中容量×100)が大きい固体電解質ほど容量取出
効率が大きいと見なされる。
・第6図はこのようにして計算した容量取出効率(容量
達成率)と、固体電解質中のRuとMnとの原子比率と
の関係を示し、Ruの比率が多くなるほど容量敬出効率
が増加し、Ru/Mnの原子比率が1以上ではほぼ飽和
している。
すなわち、RuとMnとの最適組成としては、Ruの価
格と第6図の結果から、上限はRu/Mnの原子比率が
1以下になるような組成が適切であり、また下限は固体
電解コンデンサの固体電解質としてRuを用いたことに
よる容量取出効果が確認できる程度でなくてはならなく
、第6図からRu/Mnの原子比率が10‐6以上にな
るような組成が適切である。
従って、Rの2を単独で用いてもよいが、前述からRu
とMnとの原子比率が1〜10x6の組成になるように
すれば、Ru02を単独で用いた場合と同等程度に容量
敬出効率を高めることができ、また高価なRu金属が少
なくてすむため安価にすることができる。なお、RW0
2一Mh02系固体電解質を得る場合、Mn(N03)
2 中にRに〆3を添加して生成したMn(N03)2
,RuC夕3 混合溶液に、表面に誘電体酸化皮膜を
形成した陽極基体を浸し、熱分解すればよいが、この場
合必ずしもRの2ばかりが生成されなく、Mm02内に
はRに夕3の中間生成物も生成される。しかし、このR
uCそ3の中間生成物でRが十とRu4十を含む混合酸
化物でも固体化成能力を有するため、使用可能である。
以上の説明から明らかなように、本発明の固体電解コン
デンサはRuを含むMn02により基本的に構成されか
つそのRuとMnとの原子比率が10‐6〜1なる組成
の固体電解質層を用いたものであり、従釆Mm02を単
独で固体電解質として用いていた場合は、Md02の比
抵抗が比較的大きいので陽極基体として大型の焼縞体を
用いた場合、その焼結体の紬孔にMn02を形成して目
的の容量を得るための熱分解を、低濃度のMn(N03
)2 を用いて5〜7回行なわなければならなかったの
が、本発明のRu02‐Mの2系の場合にはRu02が
低抵抗であるため、熱分解を3回程度でよく、しかもR
uとMnとの原子比率が10‐6〜1になるような組成
にしているため、固体電解コンデンサとして必要0とさ
れる容量取出効果を価格があまり高くなることなく得る
ことができる。
さらには、固体電解質の抵抗が低くなることにより、熱
分解性母液としてある程度高濃度のものが使用可能とな
り、これによりtan6,LCの低い5高性能な固体電
解コンデンサを得ることができる。
このように本発明の固体電解コンデンサによれば、非常
に優れた効果を得ることができ、工業的価値の高いもの
である。
0図面の簡単な説明 第1図は一般の固体電解コンデンサの等価回路図、第2
図は二酸化マンガンの化成能力を測定するための電気回
路図、第3図は二酸化マンガンの化成電流曲線図、第4
図は一般の固体電解コンデタンサに用いる焼殺体の拡大
断面図、第5図は同焼縞体を用いたコンデンサの等価回
路図、第6図はルテニウムとマンガンの原子比率と容量
取出効率との関係を示す特性図である。
第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 弁作用金属の基体表面に誘電体酸化皮膜を形成して
    陽極体を構成し、この陽極体の前記誘電体酸化皮膜上に
    、ルテニウムを含む二酸化マンガンにより基本的に構成
    されかつそのルテニウムとマンガンの原子比率が10^
    −^6〜1なる組成の固体電解質層上に陰極層、陰極導
    電体層を順次積層形成したことを特徴とする固体電解コ
    ンデンサ。
JP15400876A 1976-10-01 1976-12-20 固体電解コンデンサ Expired JPS602769B2 (ja)

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JP15400876A JPS602769B2 (ja) 1976-12-20 1976-12-20 固体電解コンデンサ
DE2743842A DE2743842C2 (de) 1976-10-01 1977-09-29 Trockenelektrolytkondensator und Verfahren zu dessen Herstellung
US05/838,236 US4186423A (en) 1976-10-01 1977-09-30 Solid electrolyte capacitor using oxide of Ru, Rh, Re, Os or Ir as electrolyte
GB40783/77A GB1532760A (en) 1976-10-01 1977-09-30 Solid electrolyte capacitor using oxide of ru,rh,re,os or ir as electrolyte and method of producing same

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NL8501584A (nl) * 1985-06-03 1987-01-02 Philips Nv Droge elektrolytische condensator.

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