JP2003229334A - 電解コンデンサ用アルミニウム箔 - Google Patents
電解コンデンサ用アルミニウム箔Info
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Abstract
せ、高い静電容量を得ることができる電解コンデンサ用
アルミニウム箔を提供する。 【解決手段】 Fe+Si+Cu≦0.030質量%で
あって、かつ、Al4 C 3 を20質量ppm 以上、200
0質量ppm 以下含有することを特徴とする電解コンデン
サ用アルミニウム箔。直流エッチングに供される上記の
電解コンデンサ用アルミニウム箔。望ましくは、箔厚さ
が50μm以上、200μm以下である。
Description
よりピット形成して表面積を増大させた箔の表面に陽極
酸化皮膜を形成するアルミニウム箔であって、高い静電
容量を得ることができる電解コンデンサ用アルミニウム
箔に関する。なお本明細書において質量%、質量ppm を
以下単に%、ppm という。
学的なエッチング処理によりエッチングピットを形成し
て表面積の増大が容易にでき、その表面に化成処理と呼
称される陽極酸化処理を施すことにより良質な陽極酸化
皮膜が形成できる。しかもこの皮膜が誘電体となるとこ
ろから、薄く圧延したアルミニウム箔をエッチング処理
し、その表面に使用電圧に応じた種々の化成電圧で化成
処理して陽極酸化皮膜を形成することにより、使用電圧
に適合する各種のコンデンサが製造されている。
ピットは、使用電圧に応じた化成電圧の高低に適した形
状に穿孔される。即ち、使用電圧の高い中高圧用のコン
デンサに使用する場合は、化成電圧を高くして厚い化成
皮膜を形成する必要があるので、厚い化成皮膜でエッチ
ングピットが埋まらないように、エッチングピット形成
は直流による電気化学的エッチング処理により行い、エ
ッチングピット形状をトンネルタイプとする。使用電圧
の低い低圧用コンデンサに使用する場合には付与する化
成皮膜が中高圧用のように厚くないため、ピット形態は
海綿状あるいはカリフラワー状と呼ばれる微細な凹凸で
あり、表面積の拡大率は中高圧用のトンネルピットより
大きい。このようなピットは塩素イオンを含んだ水溶液
中での交流エッチングにより得られる。
を一次、二次の二段階で行い、一次エッチングでは直流
を印加して細いトンネル状の初期ピットを形成し、次い
で二次エッチングでは初期ピットの径を拡大している。
を大きくできることから、一次エッチングで形成される
初期ピットを数多く発生させることが必要である。しか
も、二次エッチングで径を拡大させる時にエッチングピ
ットが合体しないように、初期ピットは適当な数で均一
に分散分布している必要がある。エッチングピットは電
気化学的な開始点を得て発生するものであるから、先ず
初期ピットの開始点を適当数均一に分散分布させておか
なければならない。
Al2 O3 を形成させること(特公昭58−3492
5)や、MgAl2 O4 を酸化皮膜中に存在させること
(特開平10−27732)が提案されている。
Al2 O4 を用いたのみでは十分に均一なエッチングピ
ットは得られず、また、酸化皮膜中にのみ存在するこれ
らの化合物は、エッチング中に酸化皮膜が欠落すると、
初期ピットの開始点としての役割を果たし得ないもので
あった。
るものとして、γ−Al2 O3 と、電解コンデンサ中高
圧用アルミニウム箔に通常添加される元素であるPbを
組み合わせること(特開2000−216064)や、
さらにFe,Si,Cuを組み合わせること(特開20
00−297337)が提案されている。
ッチング中に酸化皮膜が欠落するとγ−Al2 O3 が初
期ピットの開始点としての役割を果たし得なくなること
は変わらず、静電容量の大幅な向上をもたらす十分に均
一なエッチングピットを得ることができなかった。
ンサ用アルミニウム箔における従来の問題を解決する為
になされたものであり、その目的は、エッチングピット
を適当数均一に分散分布させ、高い静電容量を得ること
ができる電解コンデンサ用アルミニウム箔を提供するこ
とにある。
を解決するために鋭意研究した結果、箔の表層に導入し
たAl4 C3 が初期ピットの開始点になること、また、
その開始点がエッチング中に欠落することがなく、エッ
チングピットを適当数均一に分散分布させ得るという新
規な事実を見出し、これに基づいて本発明を完成させ
た。
0.030%であって、かつ、Al 4 C3 を20ppm 以
上、2000ppm 以下含有することを特徴とする電解コ
ンデンサ用アルミニウム箔である。
アルミニウム箔は直流エッチングに供されるものが好ま
しい。
のAl4 C3 含有量は、社団法人軽金属協会発行の文献
「アルミニウム中の微量成分の分析方法」に従って測定
した。すなわち、アルミニウム箔中のAl4 C3 含有量
とは、アルミニウム箔をNaOH溶液で全量溶解させ、
発生したガスのメタン濃度をガスクロマトグラフにて定
量し、それをアルミニウム箔重量に対するAl4 C3 重
量に換算したものをいう。
ミニウム箔の組成はFe+Si+Cu≦0.030%と
する。例えば、化成電圧200V程度以上で処理するよ
うな中高圧コンデンサ用アルミニウム箔の場合は、好ま
しくはSi5〜60ppm 、Fe5〜60ppm 、Cu20
〜180ppm を含有するアルミニウムや、JIS H
2111に記載される方法に準じて測定されるAl純度
99.97%以上のアルミニウムの他、更にZn,Ga
等の元素を任意に選択して含有させたアルミニウム合金
でもよい。Fe+Si+Cuが0.030%を越えれば
エッチング時の無効溶解(表面積の増大に寄与しない溶
解)を引き起こし、静電容量が低くなってしまうととも
に、化成皮膜の健全さが損なわれ漏れ電流が大きくなる
ので好ましくない。好ましくは0.020%以下、更に
好ましくは0.015%以下である。
ウム箔には通常添加される元素であり、本発明のアルミ
ニウム箔にもPbを添加することが好ましい。即ちPb
は箔の表面積増大のためのエッチング処理に使用する電
解液との反応を促進して、初期のエッチングピット数を
増加させる効果があるので、Al4 C3 の効果と相まっ
て、静電容量が高いアルミニウム箔を得る上で有利であ
る。
mの深さ部分に40ppm 〜2000ppm とすると好まし
い。箔の表面から0.1μmの深さ部分に含有されるP
b量が下限値未満であると上記の効果が少なく、一方、
上限値を超えると箔表面の過剰溶解を誘起し、静電容量
の高い箔が得難くなる。
ム溶湯中にPbを例えば4ppm 以下添加し、箔の最終熱
処理を470℃程度以上の加熱温度で行う。
例えば、アルミニウム箔上に蒸着等によりカーボンを均
一に付与した後、エネルギーを与えてアルミニウムとカ
ーボンを反応させ、Al4 C3 粒子を形成させる方法、
アルミニウム溶湯中にAl4C3 粒子を添加する方法、
圧延油中に含まれるカーボンを利用したり、圧延油中に
Al4 C3 粒子を添加する方法、板または箔表面にAl
4 C3 粒子をスプレーする方法等が考えられるがそれら
に限るものではない。蒸着カーボンを利用する場合は化
成電圧に応じた適当な数のAl4 C3 は、蒸着するカー
ボンの量で制御することができる。カーボン付与後のエ
ネルギー付与は連続して行う必要はなく、通常の箔製造
工程を挟んで行っても良い。
な物質であり、周囲のアルミニウムとの間に電位差を生
じやすく、電解エッチング時にAl4 C3 周辺からピッ
ト開始点を形成することができる。なお、Al4 C3 の
存在位置は酸化皮膜中に限られるものではなくメタル内
部にも存在し、エッチング中に酸化皮膜が欠落あるいは
溶解した後も新たなAl4 C3 が次々にピット開始点を
付与することができる。
00ppm 以下、好ましくは30ppm以上、1000ppm
以下、さらに好ましくは60ppm 以上、400ppm 以下
である。Al4 C3 の含有量が20ppm 未満であると、
エッチングピットの発生数が不十分であり、従来の箔に
対して著しい静電容量向上効果が得られない。また、2
000ppm を超えるとエッチングピットの発生数が過剰
となり、表面に欠落部ができたりエッチングピットが合
体したりすることにより、却って静電容量の低下を招く
ので好ましくない。
Al4 C3 は表面から深さ1μm以内、好ましくは0.
5μm以内に存在するとより効果的である。
なると、アルミニウム箔単位重量あたりの静電容量は低
くなる。200μmを超える箔厚は、最近の電解コンデ
ンサ小型化の要求に反するものである。一方、箔厚が5
0μm未満では、エッチング後の強度が使用に耐えない
までに低下する。
一次エッチング処理で使用する電解液は、塩酸、硫酸、
燐酸、硝酸等が含有する酸水溶液等の公知の液でよく、
特に限定されるものではない。電解液の温度が高いと反
応が促進されて好ましいが、高温に過ぎると反応が速す
ぎて箔表面の溶解が激しく均一な初期トンネルピットを
形成し難くなる。好ましい液温度は60〜95℃であ
る。また好ましい処理時間は2〜4分程度である。電気
量は15〜30クローン/cm2 、電流密度は100〜3
00mA/cm2 が好ましい。
ット径の拡大処理は、直流電解処理、化学処理、または
両者を併用して、一次エッチングで形成した初期ピット
の径を拡大して表面積を増大させる。
定するものではないが、例えば電解液としては、塩酸に
少量の硫酸、燐酸、蓚酸等を加えた酸水溶液や硝酸を加
えた酸水溶液が好ましい。電解液の温度は60〜95
℃、電流密度は60〜200mA/cm2 が好ましい。処理
時間は、トンネルピットの拡径の寸法にもよるが2〜2
0分程度が適当である。
面積を増大させたアルミニウム箔に、この箔を陽極とし
た化成処理を施す。化成処理は公知の条件で行えばよ
く、例えば電解液としては、硼酸アンモニウム、燐酸ア
ンモニウム、有機酸アンモニウムなどの緩衝溶液を用い
て、コンデンサの用途によって約200V以上の電圧を
一段または多段階で印加して化成皮膜すなわち誘電体皮
膜を形成する。
ッチング処理に先だって、アルミニウム箔の表面を脱脂
および表面調整等のために酸またはアルカリ液による処
理を行ってもよい。この処理は、例えば処理液としては
0.05〜1モル/リットルの硝酸または苛性ソーダ水
溶液を用い、温度は40〜60℃で処理する。
ルミニウム箔に限って説明したが、本発明はこれに限定
するものではなく、低圧用箔についても適用できる。
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 〔試料の作製〕Pb0.8ppm 、Fe:0.001%、
Si:0.001%、Cu:0.005%を含有するア
ルミニウム溶湯を半連続鋳造して厚さ530mmの鋳塊を
得、該鋳塊を600℃×10時間均質化処理した後、鋳
塊温度520℃で熱間圧延を開始し、厚さ6mmの熱間圧
延板とした。次いで冷間圧延を行い106μmの箔と
し、MEK(メチルエチルケトン)で箔表面を洗浄した
後、アルゴンガス雰囲気中で530℃×6時間の最終焼
鈍を施した。該アルミニウム箔を試料0とした。
に、真空蒸着装置(日本電子製 JEE−4X)を用い
て30Aで、カーボンを蒸着により付与した。カーボン
付与量を蒸着時間により変化させた該アルミニウム箔
に、Nd−YAGレーザー(スペクタ・フィジックス社
製、GCR−130)照射によりエネルギーを付与し、
試料1〜11とした。 〔Al4 C3 の測定〕試料1〜11を20%NaOH溶
液に全量溶解して発生したガスを捕集し、捕集ガスをフ
レームイオン化検出器付高感度ガスクロマトグラフにて
メタン濃度を定量し、Al4 C3 含有量に換算した。結
果を表1に示す。 〔エッチング処理〕各試料に対してエッチング処理し、
箔表面積を増大した。以下に処理条件を示す。 〈処理条件〉 ・一次エッチング 液:1モル/リットル塩酸、3モル/リットル硫酸混合
液、80℃ 電解:DC200mA/cm2 ×2分 ・二次エッチング 液:2モル/リットル塩酸、0.01モル/リットル蓚
酸混合液、85℃ 電解:DC60mA/cm2 ×9分 エッチング後、硼酸系水溶液で200V化成処理を施し
た。 〔箔の静電容量の測定〕各試料に対して静電容量を硼酸
アンモニウム水溶液中で測定した。無処理の試料0を1
00とした場合の相対値を表1に示す。
ム箔実施例(試料3〜10)は適切な範囲のAl4 C3
を含有していて、静電容量の高いことが判る。一方、A
l4C3 含有量が本発明範囲より少ないアルミニウム箔
比較例(試料1、2)は、静電容量の低いことが判る。
また、Al4 C3 含有量が本発明範囲より多いアルミニ
ウム箔比較例(試料11)は、溶解量が激しく静電容量
が低くなっていることが判る。
箔は、エッチングピットが均一に適当数穿孔されている
ことにより、静電容量の高いコンデンサが製作できる。
Claims (3)
- 【請求項1】 Fe+Si+Cu≦0.030質量%で
あって、かつ、Al 4 C3 を20質量ppm 以上、200
0質量ppm 以下含有することを特徴とする電解コンデン
サ用アルミニウム箔。 - 【請求項2】 直流エッチングに供される請求項1記載
の電解コンデンサ用アルミニウム箔。 - 【請求項3】 箔厚さが50μm以上、200μm以下
であることを特徴とする請求項1記載の電解コンデンサ
用アルミニウム箔。
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- 2002-02-04 JP JP2002027321A patent/JP4125521B2/ja not_active Expired - Fee Related
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