JP2008182056A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】誘電体皮膜の品質を改善し、漏れ電流が少なく、耐電圧が高い固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】本発明に係る固体電解コンデンサは、熱処理を行った弁作用金属粉末から多孔質成型体を加圧成形し、この多孔質成型体を焼結して生成した焼結体を陽極体とするものであって、加圧成形前の弁作用金属粉末を、熱凝集した二次粒子と、未凝集の一次粒子とに分別した後に、未凝集の一次粒子を選択的に取り除き、弁作用金属粉末中に含まれる一次粒子を２０ｗｔ％以下にしたことを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、各種電子機器に使用される固体電解コンデンサに関し、特に、漏れ電流が少なく、耐電圧が高い固体電解コンデンサに関するものである。

従来の固体電解コンデンサは、タンタルまたはニオブ等の弁作用金属粉末である単独粒子（一次粒子）を、高温・高真空の熱処理によって熱凝集させて二次粒子化（造粒）し、これを加圧成形して多孔質成形体を形成する。そして、この多孔質成形体を焼結して多孔質焼結体を形成した後、この多孔質焼結体に誘電体皮膜を形成し、陰極として導電性高分子または二酸化マンガンからなる固体電解質層と、グラファイト層、銀層からなる陰極引出層を順次形成して構成される。

理想的な固体電解コンデンサは、直流電圧印加時のインピーダンスが無限大となるので、電流が流れることはない。しかし、実際には、直流電圧印加時でもインピーダンスは無限大にならず、電流（漏れ電流）が流れてしまう。漏れ電流は、誘電体皮膜が薄い部分や、本来非晶質であるはずの誘電体皮膜の一部が結晶化し、導電性を有することとなった微小な欠陥部分において生じる。

また、上記のような不均一な誘電体皮膜は、固体電解コンデンサの耐電圧低下の原因にもなっている。

この固体電解コンデンサの誘電体皮膜の不均一を改善するための手段として、多孔質焼結体中の含有酸素濃度を低下させることが極めて有効であることが知られており、様々な試みがなされている。

例えば、特許文献１では、弁作用金属粉末を加圧成形した多孔質成形体を焼結室で焼結させ、高真空下で強制冷却する。そして、焼結室の圧力を、大気リーク→再真空→大気リーク→再真空→・・・とし、リーク度を徐々に上げつつ大気リークを繰り返して段階的に大気圧にした後に、焼結室から多孔質焼結体を取り出すことによって、含有酸素濃度を低下させている。

この方法によれば、焼結した多孔質焼結体の自然酸化を防ぐことにより、多孔質焼結体中の含有酸素濃度を低下させることはできたが、弁作用金属粉末自体に含まれる酸素を低減することはできなかった。したがって、弁作用金属粉末自体に含まれる酸素が多い場合、依然として多孔質焼結体中の含有酸素濃度は高く、誘電体皮膜の品質を改善することは困難であった。
特開２００１−１３５５５２公報

したがって、本発明は、弁作用金属粉末の酸素濃度に着目して誘電体皮膜の品質を改善し、漏れ電流が少なく、耐電圧が高い固体電解コンデンサを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明者は、弁作用金属粉末である一次粒子を熱凝集させて生成した二次粒子の中に、表面に形成された酸化層によって一次粒子同士の結合が抑制されたために二次粒子化されなかった一次粒子が存在することに着目し、これを取り除いた後に加圧成形、焼結することで、含有酸素濃度が低い多孔質焼結体が得られることを見出し、発明を完成させた。

本発明は、熱処理を行った弁作用金属粉末を加圧成形し、得られた加圧成形体を焼結してなる焼結体を陽極体とし、誘電体皮膜、固体電解質層、および陰極引出層を順次形成してなる固体電解コンデンサであって、
前記弁作用金属粉末中に含まれる未凝集の単独粒子を２０ｗｔ％以下にしたことを特徴とする。

また、本発明において、前記弁作用金属粉末は、タンタルまたはニオブであることが好ましい。

本発明によれば、含有酸素濃度が低い多孔質焼結体が得られるため、誘電体皮膜の品質が改善し、漏れ電流が少なく、耐電圧が高い固体電解コンデンサを提供することができる。

各実施例および各比較例では、まず、高温・高真空での熱処理を行ったタンタル粉末を、熱凝集した二次粒子（平均粒子径：約２〜３００μｍ）と、未凝集の一次粒子（平均粒子径：約０．３〜２．０μｍ）とに、ふるいを用いて分別する。

［実施例１］
実施例１では、二次粒子化したタンタル粉末のみを用いた。
この粉末をタンタルリード線とともに加圧成形して多孔質成形体を生成し、これを高温で真空焼結して多孔質焼結体を作製する。そして、酸性液中で、この多孔質焼結体に陽極酸化電圧２０Ｖを３時間印加して、細孔内部に誘電体皮膜を形成する。次に、陰極として、二酸化マンガンからなる固体電解質層と、陰極引出層となるグラファイト層、銀層を順次形成して、コンデンサ素子を構成した。

続いて、上記コンデンサ素子に溶接によってリード線と陽極端子を接続し、さらに、コンデンサ素子の銀層と陰極端子とを導電性接着剤によって接続した後、トランスファーモールドを行い、定格６．３Ｖ−１０μＦのチップ形固体電解タンタルコンデンサを作製した。

［実施例２］
実施例２では、一次粒子を２０ｗｔ％含むタンタル粉末を用い、これ以外の条件は実施例１と同様にして、定格６．３Ｖ−１０μＦのチップ形固体電解タンタルコンデンサを作製した。

［比較例１］
比較例１では、一次粒子と二次粒子の分別を行わない従来のタンタル粉末を想定した、一次粒子を３０ｗｔ％含むタンタル粉末を用い、これ以外の条件は実施例１と同様にして、定格６．３Ｖ−１０μＦのチップ形固体電解タンタルコンデンサを作製した。

［比較例２］
比較例２では、比較例１よりもさらに極端な従来例として、一次粒子を５０ｗｔ％含むタンタル粉末を用い、これ以外の条件は実施例１と同様にして、定格６．３Ｖ−１０μＦのチップ形固体電解タンタルコンデンサを作製した。

表１に、各実施例および各比較例における、多孔質焼結体の含有酸素濃度を比較した結果を示す。

前述したように、熱処理後に残った未凝集の一次粒子は、その表面に形成された酸化層によって一次粒子同士の結合が抑制されたために二次粒子化されなかったものである。すなわち、表１から明らかなように、熱処理後のタンタル粉末から、未凝集の一次粒子を選択的に取り除くことで、多孔質焼結体中の含有酸素濃度を低減させることができる。

次に、各実施例および各比較例のチップ形固体電解タンタルコンデンサ（各１００個）について、漏れ電流試験（図１）、耐電圧試験（図２）および高温負荷試験（図３）を行った結果につき説明する。

図１は、漏れ電流試験の結果を示すグラフである。この試験では、直流電圧６．３Ｖを陰極−陽極端子間に１分間印加した直後の漏れ電流を測定した。
この結果から、多孔質焼結体中の含有酸素濃度が２５００ｐｐｍ（実施例２と比較例１の間）付近を超えると、漏れ電流が急激に上昇することが確認された。

図２は、耐電圧試験の結果を示すグラフである。この試験では、陰極−陽極端子間に印加する直流電圧を徐々に増加し、誘電体皮膜が損傷した際の印加電圧（耐電圧）を測定した。
この結果から、多孔質焼結体中の含有酸素濃度が２５００ｐｐｍ（実施例２と比較例１の間）付近を超えると耐電圧が急激に低下することが確認された。

図３は、高温負荷試験の結果を示すグラフである。この試験では、まず、リフロー炉による加熱処理を行う前の漏れ電流（初期値）を測定し、次に、２６０℃のリフロー炉を通過させた後の漏れ電流（リフロー後）を測定した。続いて、１２５℃で定格の直流電圧６．３Ｖを所定の時間（５００、１５００、２０００、２５００時間）印加した後の漏れ電流をそれぞれ測定した。漏れ電流の測定条件は、図１の漏れ電流試験と同様にした。
この結果から、多孔質焼結体中の含有酸素濃度が２５００ｐｐｍを超える比較例１、２では、漏れ電流が経時的に劣化することが確認された。その一方で、一次粒子の含有量が少ない、すなわち、多孔質焼結体中の含有酸素濃度が低い実施例１、２は、１２５℃で定格の直流電圧６．３Ｖを２５００時間印加した後においても、漏れ電流は、初期値からほとんど変化しないことが分かる。

以上のように、熱処理後のタンタル粉末を二次粒子と未凝集の一次粒子とに分別し、加圧成形するタンタル粉末中に含まれる一次粒子を２０ｗｔ％以下にすることによって、漏れ電流が少なく、かつ耐電圧が高い固体電解コンデンサが得られることが確認された。

なお、上記各実施例では弁作用金属の一例としてタンタルを用いたが、ニオブ等の他の公知の弁作用金属でも同等の効果を得ることができた。

固体電解コンデンサの漏れ電流試験結果を示すグラフである。 固体電解コンデンサの耐電圧試験結果を示すグラフである。 固体電解コンデンサの高温負荷試験結果を示すグラフである。

Claims (2)

1. 熱処理を行った弁作用金属粉末を加圧成形し、得られた加圧成形体を焼結してなる焼結体を陽極体とし、誘電体皮膜、固体電解質層、および陰極引出層を順次形成してなる固体電解コンデンサであって、
   前記弁作用金属粉末中に含まれる未凝集の単独粒子を２０ｗｔ％以下にしたことを特徴とする固体電解コンデンサ。
2. 前記弁作用金属粉末が、タンタルまたはニオブであることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。

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