(57)【要約】【課題】静電容量が大きい電解コンデンサを提供する。【解決手段】この固体電解コンデンサでは、エポキシ樹脂などからなる外装体１の内部に陽極リード３の一部を埋設した陽極４と、陽極４上に形成されたニオブ酸化物を含む酸化物層５と、酸化物層５上に形成された陰極６とを備えたコンデンサ素子２が埋設されている。陽極リード３は、バナジウムおよびジルコニウムの少なくとも一方を含むニオブ合金から構成されており、その一端はニオブを含む金属粒子の多孔質焼結体からなる陽極４に埋設されており、他端には陽極端子７が接続されている。陰極６は、ポリピロールなどからなる導電性高分子層６ａとカーボン粒子を含む第１導電層６ｂと銀粒子を含む第２導電層６ｃとから構成されており、陰極６上には、銀粒子を含む第３導電層８を介して陰極端子９の一端が接続されている。また、陽極端子７および陰極端子８のそれぞれの他端は、外装体１から露出している。【選択図】図１
2008047576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極とニオブを含む陽極との間にニオブ酸化物を含む酸化物層が配置されたコンデンサ素子を備え、
前記陽極には、バナジウムおよびジルコニウムの少なくとも一方とニオブとを含む陽極リードが接続されている、電解コンデンサ。
【請求項２】
前記陽極リード中に含まれるバナジウムおよびジルコニウムの濃度は、０．１重量％〜１０重量％の範囲である、請求項１に記載の電解コンデンサ。
【請求項３】
前記陽極リード中には窒素が含まれている、請求項１または２に記載の電解コンデンサ。
【請求項４】
前記陽極リード中に含まれる窒素の濃度は、０．０５ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲である、請求項１〜３に記載の電解コンデンサ。
【請求項５】
前記コンデンサ素子は、外装体で覆われている、請求項１〜４に記載の電解コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電解コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体電解コンデンサの小型化および高容量化が要求されており、従来の酸化アルミニウムや酸化タンタルを誘電体として用いる代わりに、誘電率が大きい酸化ニオブを用いる固体電解コンデンサが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。この固体電解コンデンサは、リフローハンダ付けなどにより各種電子機器のプリント基板などに表面実装される。
【０００３】
図２は、従来の固体電解コンデンサの構造を説明するための断面図である。図２を参照して、従来の固体電解コンデンサの構造について説明する。
【０００４】
従来の固体電解コンデンサでは、図２に示すように、エポキシ樹脂などからなる外装体１０１の内部にコンデンサ素子１０２が埋設されている。
【０００５】
コンデンサ素子１０２は、陽極リード１０３の一部を埋設した陽極１０４と、陽極１０４上に形成されたニオブ酸化物層１０５と、ニオブ酸化物層１０５上に形成された陰極１０６とを備えており、ニオブ酸化物層１０５は、いわゆる誘電体層として機能する。
【０００６】
陽極リード１０３は、タンタル、ニオブ、アルミニウム、チタンやこれらの金属を主成分とする合金から構成されているとともに、陽極１０４は、ニオブ粉末やニオブ合金粉末を焼結することにより形成された多孔質焼結体から構成されている。また、陽極１０４から露出した陽極リード１０３上には、陽極端子１０７の一端が接続されており、陽極端子１０７の他端は、外装体１０１から露出している。
【０００７】
陰極１０６は、ニオブ酸化物層１０５上に形成されたポリピロールなどからなる導電性高分子層１０６ａと、導電性高分子層１０６ａ上に形成されたカーボン粒子を含む第１導電層１０６ｂと、第１導電層１０６ｂ上に形成された銀粒子を含む第２導電層１０６ｃとから構成されている。なお、導電性高分子層１０６ａは、いわゆる電解質層として機能する。
【０００８】
陰極１０６上には、銀粒子を含む第３導電層１０８を介して陰極端子１０９の一端が接続されており、陰極端子１０９の他端は、外装体１０１から露出している。これにより、従来の固体電解コンデンサが構成されている。
【特許文献１】特開２００１−３４５２３８号公報
【特許文献２】特開２００５−１０１５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の固体電解コンデンサにおいては、リフロー工程などの熱処理やコンデンサ素子１０２を外装体で覆うモールド工程などにおいて、陽極リード１０３と陽極１０４との間に応力が発生するという不都合があった。このため、陽極リード１０３ａと陽極１０４との間に剥離やクラックが生じやすく、これにより、陽極１０４と陰極１０６とが接触し、漏れ電流が増加するという問題点があった。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、漏れ電流の小さい電解コンデンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の一の局面による電解コンデンサは、陰極とニオブを含む陽極との間にニオブ酸化物を含む酸化物層が配置されたコンデンサ素子を備え、前記陽極には、バナジウムおよびジルコニウムの少なくとも一方とニオブとを含む陽極リードが接続されている。
【００１２】
上記一の局面による電解コンデンサにおいて、好ましくは、前記陽極リード中に含まれるバナジウムおよびジルコニウムの濃度は、０．１重量％〜１０重量％の範囲である。なお、陽極リード中のバナジウムおよびジルコニウムの濃度は、陽極リードに含まれるニオブとバナジウムおよびジルコニウムとの合計に対するバナジウムおよびジルコニウムの重量比で規定することができる。
【００１３】
上記一の局面による電解コンデンサにおいて、好ましくは、前記陽極リード中には窒素が含まれている。
【００１４】
上記一の局面による電解コンデンサにおいて、好ましくは、前記陽極リード中に含まれる窒素の濃度は、０．０５ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲である。なお、陽極リード中の窒素の濃度は、陽極リードに含まれるニオブとバナジウムおよびジルコニウムと窒素との合計に対する窒素の重量比で規定することができる。
【００１５】
上記一の局面による電解コンデンサにおいて、好ましくは、前記陽極は、ニオブを含む金属粒子の焼結体から構成され、前記陽極リードの一部は、前記焼結体に埋め込まれている。
【００１６】
上記一の局面による電解コンデンサにおいて、好ましくは、前記コンデンサ素子は、外装体で覆われている。
【００１７】
この一の局面による電解コンデンサ素子では、上記のように、ニオブを含む陽極リード中に、さらに、バナジウムおよびジルコニウムの少なくとも一方が添加されているので、この陽極リードとニオブ含む陽極との密着性を向上させることができる。これにより、リフロー工程などの熱処理やコンデンサ素子を外装体で覆うモールド工程などにおいても陽極リードと陽極との間に剥離やクラックが発生しにくいので、陽極と陰極との接触を抑制することができる。その結果、漏れ電流の増加を抑制することができ、漏れ電流の小さい電解コンデンサを得ることができる。
【００１８】
また、この一の局面において、陽極リード中には窒素が含まることにより、陽極リードと陽極との密着性がさらに向上する。これにより、さらに、漏れ電流を低減することができる。
【００１９】
また、この一の局面において、電解コンデンサ素子を外装体で覆うことにより、周囲の環境の影響を受けにくく、信頼性の高い電解コンデンサを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１実施形態による固体電解コンデンサの構造を説明するための断面図である。図１を参照して、本発明の第１実施形態による固体電解コンデンサの構造を説明する。
【００２２】
本発明の第１実施形態による固体電解コンデンサでは、図１に示すように、エポキシ樹脂などからなる直方体状の外装体１の内部にコンデンサ素子２が埋設されている。
【００２３】
コンデンサ素子２は、陽極リード３の一部を埋設した陽極４と、陽極４上に形成されたニオブ酸化物を含む酸化物層５と、酸化物層５上に形成された陰極６とを備えている。なお、酸化物層５は、いわゆる誘電体層として機能する。
【００２４】
陽極リード３は、約０．２ｍｍの直径を有する金属線であって、バナジウムおよびジルコニウムの少なくとも一方を含むニオブ合金から構成されている。また、陽極４は、約２μｍの平均粒径を有するニオブを含む金属粒子を焼結することにより形成された直方体状の多孔質焼結体から構成されている。陽極リード３の一端は、陽極４の中心部に埋設されており、これにより、陽極リード３と陽極４とが接続されている。陽極４から露出した陽極リード３の他端上には、陽極端子７の一端が接続されている。また、陽極端子７の他端は、外装体１から露出している。
【００２５】
陰極６は、酸化物層５上に形成されたポリピロールやポリチオフェンなどからなる導電性高分子層６ａと、導電性高分子層６ａ上に形成されたカーボン粒子を含む第１導電層６ｂと、第１導電層６ｂ上に形成された銀粒子を含む第２導電層６ｃとから構成されている。なお、導電性高分子層６ａは、いわゆる電解質層として機能する。
【００２６】
陰極６上には、銀粒子を含む第３導電層８を介して陰極端子９の一端が接続されており、陰極端子８の他端は、外装体１から露出している。これにより、本発明の第１実施形態による固体電解コンデンサが構成されている。
【００２７】
次に、図１を参照して、本発明の第１実施形態による固体電解コンデンサの製造プロセスを説明する。
【００２８】
本発明の第１実施形態による固体電解コンデンサでは、まず、ニオブを含む金属粒子から直方体状の成形体を形成するとともに、陽極リード３の一端をこの成形体中に埋設する。次に、この成形体を真空中で約１２００℃、約２０分間焼結することにより、陽極リード３の一部を埋設する。これにより、陽極リード３と陽極４とが接続される。
【００２９】
次に、陽極４を約６０℃に保持した約０．１重量％のリン酸水溶液中に浸漬し、約１０Ｖの定電圧で約１０時間印加することにより陽極酸化を行う。これにより、陽極４の表面にニオブ酸化物を含む酸化物層５が形成される。
【００３０】
次に、各種重合法により酸化物層５上に導電性高分子層６ａを形成する。このとき、導電性高分子層６ａは、酸化物層５の周囲を覆うとともに、多孔質焼結体からなる陽極４の周囲および内部の凹部を埋めるように形成される。また、カーボン粒子を含むカーボンペーストを導電性高分子層６ａの周囲を覆うように塗布、乾燥することにより、導電性高分子層６ａ上にカーボン粒子を含む第１導電層６ｂが形成される。さらに、銀粒子を含む銀ペーストを第１導電層６ｂの周囲を覆うように塗布、乾燥することにより、第１導電層６ｂ上に銀粒子を含む第２導電層６ｃが形成される。これにより、酸化物層５上に導電性高分子層６ａ、第１導電層６ｂおよび第２導電層６ｃからなる陰極６が形成され、コンデンサ素子２が作製される。
【００３１】
次に、溶接により、陽極４から露出した陽極リード３上に陽極端子７が接続される。また、銀粒子を含む銀ペーストを介して陰極６と陰極端子９とを密着させた状態で乾燥することにより、陰極６と陰極端子９との間に銀粒子を含む第３導電層８が形成されるとともに、陰極６と陰極端子９とは第３導電層８を介して接続される。最後に、陽極端子７および陰極端子９が接続されたコンデンサ素子２をエポキシ樹脂を含む樹脂組成物で埋設し、この樹脂組成物を熱硬化することにより、コンデンサ素子２を埋設する外装体１を形成する。このコンデンサ素子２を外装体１で覆うモールド工程は、トランスファー成形などによって行うことができる。以上の方法により、本発明の第１実施形態による固体電解コンデンサが作製される。
【００３２】
この実施形態による固体電解コンデンサでは、ニオブを含む陽極リード３中に、さらに、バナジウムおよびジルコニウムの少なくとも一方が添加されているので、この陽極リード３とニオブ含む陽極４との密着性を向上させることができる。これにより、リフロー工程などの熱処理やコンデンサ素子２を外装体１で覆うモールド工程などにおいても陽極リード３と陽極４との間に剥離やクラックが発生しにくいので、陽極４と陰極６との接触を抑制することができる。その結果、漏れ電流の増加を抑制することができ、漏れ電流の小さい電解コンデンサを得ることができる。
【００３３】
また、この実施形態では、コンデンサ素子２は外装体１で覆われているので、周囲の環境の影響を受けにくく、信頼性の高い固体電解コンデンサとすることができる。
【００３４】
次に、上記実施形態に基づいて固体電解コンデンサを作製し、評価を行った。
【００３５】
（実験１）
実験１では、それぞれ、約１重量％のバナジウムを含むニオブ合金、約１重量％のジルコニウムを含むニオブ合金または約０．５重量％のバナジウムと約０．５重量％のジルコニウムとを含むニオブ合金からなる陽極リードを用いて、上記実施形態と同様の構成を有する固体電解コンデンサＡ１〜Ａ３を作製した。なお、陽極には、ニオブ粒子の多孔質焼結体を用いた。
【００３６】
また、それぞれ、約１重量％のバナジウムを含むニオブ合金からなる陽極リードに代えて、約１重量％のタンタルを含むニオブ合金、約１重量％のアルミニウムを含むニオブ合金または約１重量％のチタンを含むニオブ合金からなる陽極リードを用いる以外は、固体電解コンデンサＡ１と同様の構成を有する固体電解コンデンサＡ４〜Ａ６を作製した。
【００３７】
また、約１重量％のバナジウムを含むニオブ合金からなる陽極リードに代えて、ニオブからなる陽極リードを用いる以外は、固体電解コンデンサＡ１と同様の構成を有する固体電解コンデンサＡ７を作製した。
【００３８】
また、ニオブ粒子の多孔質焼結体からなる陽極に代えて、約２μｍの平均粒径を有し、約１重量％のアルミニウムを含むニオブ合金粒子の多孔質焼結体からなる陽極を用いる以外は、固体電解コンデンサＡ１と同様の構成を有する固体電解コンデンサＡ８を作製した。
【００３９】
次に、上記各固体電解コンデンサＡ１〜Ａ８に対して、約２５０℃で約１０分の熱処理を行った後、陽極端子および陰極端子間に約５Ｖの定電圧を印加し、約２０秒後の漏れ電流を測定した。結果を表１に示す。なお、表１においては、固体電解コンデンサＡ１の漏れ電流の測定結果を１００として、他の固体電解コンデンサＡ２〜Ａ８の漏れ電流の測定結果を規格化した値を示している。
【００４０】
【表１】
2008047576.tif 000003
【００４１】
表１に示すように、陽極リード中にバナジウムおよびジルコニウムの少なくとも一方を含む固体電解コンデンサＡ１〜Ａ３では、これらの元素を含まない陽極リードを用いた固体電解コンデンサＡ４〜Ａ７と比較して、漏れ電流が小さい。また、固体電解コンデンサＡ１〜Ａ３の間では、固体電解コンデンサＡ３の漏れ電流が最も小さく、固体電解コンデンサＡ１の漏れ電流が次に小さい。これより、漏れ電流の低減に対しては、陽極リード中に含まれるニオブ以外の金属としては、ジルコニウムよりもバナジウムの方が好ましく、また、バナジウムおよびジルコニウムがともに含まれている方がさらに好ましいといえる。
【００４２】
また、陽極中にアルミニウムを含む固体電解コンデンサＡ８においても、固体電解コンデンサＡ４〜Ａ７よりも漏れ電流が小さく、上記固体電解コンデンサＡ３よりも漏れ電流が小さい。これより、本実施形態においては、陽極は、ニオブ以外の金属を含むニオブ合金から構成されるのが好ましいといえる。
【００４３】
（実験２）
実験２では、約１重量％のバナジウムを含むニオブ合金からなる陽極リードに代えて、それぞれ、約０．０５重量％、約０．１０重量％、約０．５重量％、約５重量％、約７．５重量％、約１０重量％または約１２重量％のバナジウムを含むニオブ合金からなる陽極リードとする以外は、固体電解コンデンサＡ１と同様の構成を有する固体電解コンデンサＢ１〜Ｂ７を作製した。
【００４４】
次に、上記各固体電解コンデンサＢ１〜Ｂ７に対して、約２５０℃で約１０分の熱処理を行った後、陽極端子および陰極端子間に約５Ｖの定電圧を印加し、約２０秒後の漏れ電流を測定した。結果を表２に示す。なお、表２においては、固体電解コンデンサＡ１の漏れ電流の測定結果を１００として、他の固体電解コンデンサＢ１〜Ｂ７の漏れ電流の測定結果を規格化した値を示している。
【００４５】
【表２】
2008047576.tif 000004
【００４６】
表２に示すように、いずれの固体電解コンデンサＢ１〜Ｂ７およびＡ１においても、固体電解コンデンサＡ４〜Ａ７と比較して、漏れ電流が小さい。特に、固体電解コンデンサＢ２〜Ｂ６およびＡ１の漏れ電流が小さい。これより、陽極リード中のバナジウム濃度は、好ましくは、約０．１０重量％〜約１０重量％の範囲であり、さらに好ましくは、約０．５重量％〜約５重量％の範囲であるといえる。
【００４７】
（実験３）
実験３では、約１重量％のジルコニウムを含むニオブ合金からなる陽極リードに代えて、それぞれ、約０．０５重量％、約０．１０重量％、約０．５重量％、約５重量％、約７．５重量％、約１０重量％または約１２重量％のジルコニウを含むニオブ合金からなる陽極リードとする以外は、固体電解コンデンサＡ２と同様の構成を有する固体電解コンデンサＣ１〜Ｃ７を作製した。
【００４８】
次に、上記各固体電解コンデンサＣ１〜Ｃ７に対して、約２５０℃で約１０分の熱処理を行った後、陽極端子および陰極端子間に約５Ｖの定電圧を印加し、約２０秒後の漏れ電流を測定した。結果を表３に示す。なお、表３においては、固体電解コンデンサＡ１の漏れ電流の測定結果を１００として、他の固体電解コンデンサＣ１〜Ｃ７の漏れ電流の測定結果を規格化した値を示している。
【００４９】
【表３】
2008047576.tif 000005
【００５０】
表３に示すように、いずれの固体電解コンデンサＣ１〜Ｃ７およびＡ２においても、固体電解コンデンサＡ４〜Ａ７と比較して、漏れ電流が小さい。特に、固体電解コンデンサＣ２〜Ｃ６およびＡ２の漏れ電流が小さい。これより、陽極リード中のバナジウム濃度は、好ましくは、約０．１０重量％〜約１０重量％の範囲であり、さらに好ましくは、約０．５重量％〜約５重量％の範囲であるといえる。
【００５１】
また、実験２および３の結果を比較すると、実験２の方が実験３よりも小さい漏れ電流となっている。この結果からも、漏れ電流の低減に対しては、陽極リード中に含まれるニオブ以外の金属としては、ジルコニウムよりもバナジウムの方が好ましいといえる。
【００５２】
（実験４）
実験４では、約１重量％のバナジウムを含むニオブ合金からなる陽極リードに対して窒素雰囲気中、約６００℃で、それぞれ、約１分間、約５分間、約１０分間、約１５分間、約２０分間、約３０分間、約４０分間、約５０分間、約６０分間または約６５分間の熱処理を行うことにより、この陽極リードに対して窒化処理を行った。
【００５３】
そして、これらの陽極リードを用いる以外は、固体電解コンデンサＡ１と同様の構成を有する固体電解コンデンサＤ１〜Ｄ１０を作製した。
【００５４】
次に、上記各固体電解コンデンサＤ１〜Ｄ１０に対して、約２５０℃で約１０分の熱処理を行った後、陽極端子および陰極端子間に約５Ｖの定電圧を印加し、約２０秒後の漏れ電流を測定した。結果を表４に示す。なお、表４においては、固体電解コンデンサＡ１の漏れ電流の測定結果を１００として、他の固体電解コンデンサＤ１〜Ｄ１０の漏れ電流の測定結果を規格化した値を示している。
【００５５】
また、上記各固体電解コンデンサＤ１〜Ｄ１０で用いた陽極リードに対して、ＪＩＳ  Ｇ１２２８に準拠した熱伝導度法により各陽極リード中の窒素濃度の定量測定を行った。すなわち、黒鉛るつぼ中に各陽極リードの一部を試料として挿入し、ヘリウム雰囲気下で約２５００℃に加熱した。そして、遊離した窒素を熱伝導検出器で定量した。結果を表４に示す。
【００５６】
【表４】
2008047576.tif 000006
【００５７】
表４に示すように、固体電解コンデンサＤ１〜Ｄ１０には、それぞれ、約０．０３ｐｐｍ、約０．０５ｐｐｍ、約０．１ｐｐｍ、約１ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ、約５００ｐｐｍ、約７５０ｐｐｍ、約１０００ｐｐｍまたは約１２００ｐｐｍの窒素が含まれており、固体電解コンデンサＡ１には、窒素が含まれていない。
【００５８】
また、いずれの固体電解コンデンサＤ１〜Ｄ１０およびＡ１においても、固体電解コンデンサＡ４〜Ａ７と比較して、漏れ電流が小さい。特に、固体電解コンデンサＤ２〜Ｄ９およびＡ１の漏れ電流が小さい。これより、陽極リード中の窒素濃度は、好ましくは、約０．０５ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍの範囲であり、さらに好ましくは、約１ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍの範囲であるといえる。
【００５９】
また、固体電解コンデンサＤ１〜Ｄ１０では、窒素雰囲気中での熱処理により窒化処理された陽極リードを用いている。これにより、これらの陽極リードにおいては、表面の窒素濃度が内部よりも高くなっている。その結果、陽極リードと陽極との密着性を効果的に高めることができると考えられる。
【００６０】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００６１】
たとえば、陽極は、多孔質焼結体の他に箔状や板状の形状であってもよい。また、陽極リードも金属線の他に箔状や板状の形状であってもよい。また、陽極リードは陽極中に埋設されていたが、本発明はこれに限らず、陽極の表面に接続されていてもよい。
【００６２】
また、陽極材料としてニオブ合金を用いる場合には、アルミニウムの他に、タンタルやチタンなどの金属を添加することもできる。
【００６３】
また、上記実施形態では、陰極６の一部にポリピロールやポリチオフェンなどからなる導電性高分子層６ａを用いたが、本発明はこれに限らず、導電性高分子層６ａの代わりに二酸化マンガンなどの他の導電性材料からなる導電層を用いてもよい。
【００６４】
また、上記実施形態では、ポリピロールやポリチオフェンなどからなる導電性高分子層６ａを用いることにより固体電解コンデンサを作製したが、本発明はこれに限らず、アルミ電解コンデンサに用いられる一般的な電解液を用いた電解コンデンサとすることもできる。この場合には、例えば、酸化物層が表面に形成された陽極をアルミニウムなどからなる筒状容器からなる外装体内部に収容し、さらに、外装体内部に電解液を注液することにより、本発明の他の実施形態の電解コンデンサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施形態による固体電解コンデンサの構造を説明するための断面図である。
【図２】従来の固体電解コンデンサの構造を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１    外装体
２    コンデンサ素子
３    陽極リード
４    陽極
５    酸化物層
６    陰極
６ａ  導電性高分子層
６ｂ  第１導電層
６ｃ  第２導電層
７    陽極端子
８    第３導電層
９    陰極端子
【図１】
2008047576.tif 000007
【図２】
2008047576.tif 000008