[发明专利]电容器粉末

说明书

本发明涉及生产电解电容器用的粉末，尤其是生产电解电容器阳极用的粉末。

文献中描述了特别是作为此种类型电容器生产用原料的土酸(earth acid)金属铌和钽。电容器的生产过程包括，精细分散的粉末经烧结生成具有大表面面积的结构，该烧结体表面再经氧化生成非导电绝缘层，然后施加层状二氧化锰或导电聚合物形式的相反电极。土酸金属之所以特别适用是由于其五氧化物的相对介电常数大。

目前，只有钽粉末在电容器生产中取得工业重要性。这一方面归功于精细分散钽粉末的可重现性生产，另一方面是五氧化钽绝缘氧化物层具有特别卓越的稳定性。这很可能是由于钽，不同于铌，不生成稳定的低氧化物。

然而，在微电子技术的发展过程中，钽的缺点正变得越来越突出。首先，钽具有16.6g/cm³的非常高的密度。这限制了朝轻质化，特别是移动电子设备，例如移动电话之类的方向发展。鉴于铌的密度只有钽的一半，在相同几何和相同氧化物层性质的前提下与钽相比，每单位重量的铌粉末能达到约是钽粉末两倍的比电容。决定电容器电容的五氧化物绝缘层的材料性质以铌的情况为一方与以钽的情况为另一方，具有部分相反的影响。

譬如，电容器电容越高，绝缘层的相对介电常数就越高。它越低，规定电压下每种情况所需要的绝缘层厚度就越厚。因此，具有介电常数41的五氧化铌要高于五氧化钽的介电常数26，却因铌的情况比钽的情况所需五氧化物层厚度更大所抵消。在预先规定的阳极化电压条件下，五氧化钽层厚度的增加为约2nm/V，而五氧化铌层则为约3.7nm/V。因此，按电容器的表面面积计，二者电容则不相上下。

至今，铌电容器的应用一直局限于低比电容、小比表面面积和较低品质的领域。

本发明的目的是克服已知铌电容器的缺点。具体地说，本发明目的是改进铌电容器中五氧化铌阻挡层，使之可达到较高比电容。

现已发现，具有元素铝、硅、钛、锆、钼、钨、钇和钽当中至少一种的表面涂层的铌粉末非常适合生产铌电容器。特别是现已发现，按电容器阳极的表面积计，由涂层的铌粉末生产的此种类型电容器的比电容高于纯铌阳极的比电容，并且可获得低残余电流的铌阳极。再有，还首次存在与钽阳极不相上下的长期稳定性的迹象。

因此，本发明涉及具有元素铝、硅、钛、锆、钼、钨、钇和钽当中至少一种的表面涂层的铌粉末。

本发明还涉及由铌组成的电容器烧结阳极，其中该阳极具有一定表面含量的元素铝、硅、钛、锆、钼、钨、钇和钽当中至少一种。

进而，本发明涉及具有氧化铌阻挡层的烧结铌阳极，其中阻挡层具有一定表面含量的元素铝、硅、钛、锆、钼、钨、钇和钽当中至少一种。

另外，本发明还涉及由铌阳极、氧化铌阻挡层、半导体阴极和电解质组成的电解电容器，其中氧化铌阻挡层具有至少一种表面改性元素。

表面改性元素在阻挡层中的优选含量小于25％(原子)，以阻挡层总金属含量为基准，尤其优选最高20％(原子)。更优选氧化物阻挡层中表面改性元素的含量介于2～15％(原子)。

以铌粉末为基准，表面涂层的数量优选小于18％(原子)，尤其是小于15％(原子)，更优选1.5～12％(原子)。

优选的表面改性元素是钛、锆和钽，尤其优选钽。

据认为，铌粉末的表面改性元素即使在进一步加工为电容器期间依然基本上保持在表面上，因为后加工期间采用的温度，一般低于1250℃，相对于2500℃的铌熔点，就固态扩散来说是相对低的。

因此，本发明提供一种生产超过目前供应的最高电容钽电容器的铌电容器的可能。此种类型钽电容器在阳极电压例如等于40V时，具有100,000μFV/g的比电容。而具有对应几何参数的本发明铌电容器则具有大于300,000μFV/g的比电容。特别是，已成功地生产出化学改性铌电容器，其比电容，按电容器面积计，大于60,000μFV/g，尤其是大于70,000μFV/g。

本发明还涉及生产本发明电容器粉末的方法。该方法包括：将铌粉末放在表面改性元素的可水解或可分解化合物的溶液中浸泡，从溶液中分离出粉末，使附着在粉末上的化合物水解或分解，随后，将水解物还原为金属。

合适的铌粉末是这样制取的粉末：对在氢气氛中借助电子束熔融的铌金属锭进行加热；研磨该通过吸附了氢而已变脆的材料；然后通过在减压下加热而除去氢。按照WO98/19811的铌片也是适宜的。