JP2013166985A - 蒸着用ボートおよび蒸着用ボートの使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】静電容量バラつきの少ない大容量の電極箔を形成する事を目的とする。
【解決手段】この目的を達成するため本発明の蒸着用ボート１７は、基体２２の表面に凹溝２１が形成された蒸着用ボート１７であって、外部電源Ｚと接続される端部２３Ａ、２３Ｂと、凹溝２１およびこの凹溝２１の外周に設けられた外枠部２４を有する蒸発領域２５と、端部２３Ａ、２３Ｂと蒸発領域２５との間に設けられ、蒸発領域２５以上の抵抗値を有する高抵抗部２６Ａ、２６Ｂと、を備えたものとした。これにより本発明は、基体２２の抵抗値変化を抑制し、蒸着材料の蒸発量を安定化できる。そしてその結果、均一な粗膜層１１を形成できる。
【選択図】図３

Description

本発明は蒸着用ボートと蒸着用ボートの使用方法に関する。

図５は電解コンデンサの電極箔１を模式的に表した断面図である。

この電極箔１は、アルミニウム箔からなる基材２と、この基材２上に形成された粗膜層３とを備えている。粗膜層３は、アルミニウムからなる微粒子４が不規則に積み重なって枝分かれし、内部に多数の空孔を有する粗な構造である。そして粗膜層３は、膜厚が２０〜４０μｍ程度の厚い膜である。このように粗膜層３を粗で厚い膜とすることによって、電極箔１の表面積を増やし、大容量のコンデンサを実現することができる。

そして上記粗膜層３を形成するための蒸着装置は、真空槽内に基材２の表面と対向する位置に配置されるとともに、蒸着用ボート（図６（ａ）の図番５）と、この蒸着用ボート５に蒸着材料を供給する供給部と、真空槽内にガスを導入するガス管とが設けられている。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、蒸着用ボート５は、表面に凹溝６が形成された基体７からなり、その材料はＢＮ（窒化ホウ素）、Ｗ（タングステン）、ＰＢＮ(熱分解窒化ホウ素)などの抵抗発熱体からなる。

図６（ｃ）に示すように、蒸着用ボート５の両端（端部８Ａ、８Ｂ）は、それぞれ抵抗加熱用の外部電源Ｚに接続され、それぞれ端部８Ａ、凹溝６、端部８Ｂにおける基体７の抵抗Ｒ_X、Ｒ_Y、Ｒ_Zが直列に接続された回路となる。蒸着用ボート５には外部電源Ｚから一定電力が供給される。

またガス管からは不活性ガスとしてのアルゴンガスと、活性ガスとしての酸素ガスとをバランスよく供給し、空隙を多数有する粗膜層３を形成する。

なお、この出願の発明に近似する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。また蒸着用ボートに関連する先行技術文献情報としては特許文献２〜４が挙げられる。

特開２００８−２５８３５５号公報 特開２００７−３９８０９号公報 特開昭６０−７５５７４号公報 特開平５−２６６３３号公報

従来の電極箔は、粗膜層３の膜厚や密度が不均一で、静電容量がバラつくことがあった。

その理由は、粗膜層３を形成する際、蒸着材料が蒸着用ボート５から均一に蒸発していないからと考えられる。

蒸着材料の蒸発量が不均一となる要因の一つに、蒸着材料が凹溝６から溢れ出し、基体７の端部８Ａ、８Ｂの表面に這い上がることで、図６（ｄ）に示すように、端部８Ａ、８Ｂ間が繋がるように並列に電気的パスが形成され、抵抗値が変動することが挙げられる。すなわち、例えば蒸着材料が導電性の高い材料からなる場合、蒸着材料が端部８Ａ、８Ｂに這い上がると、蒸着材料を通る抵抗値Ｒαは小さいため、回路全体の合成抵抗が下がるのである。以上のように、一定電力供給条件下では、抵抗値が変動すると基体７の発熱量が変わり、蒸着材料の蒸発量も変動し、結果として粗膜層３の膜質が不均一となる。

そこで本発明は、均一な粗膜層を有し、静電容量のバラつきの少ない電極箔を形成する事を目的とする。

そしてこの目的を達成するため本発明は、外部電源と接続される端部と、凹溝およびこの凹溝の外周に設けられた外枠部を有する蒸発領域と、端部と蒸発領域との間に設けられ、蒸発領域以上の抵抗値を有する高抵抗部と、を備えたものとした。

これにより本発明は、均一な粗膜層を有し、静電容量のバラつきの少ない電極箔を形成できる。

その理由は、上記蒸着用ボートの構成により、凹溝から這い上がってきた蒸着材料を蒸発させることができるからである。

したがって、端部間を並列に繋ぐ電気的パスの形成を抑制でき、一定電力供給条件下においても抵抗値の変動を低減し、蒸着材料の蒸発量の変動も抑制できる。

そしてその結果、粗膜層が均一で、静電容量のバラつきの少ない電極箔を製造する事ができる。

本発明の実施例１における電極箔の断面図 本発明の実施例１における蒸着装置の模式図 （ａ）本発明の実施例１における蒸着用ボートの上面図、（ｂ）同蒸着用ボートの長軸方向における垂直断面図、（ｃ）同蒸着用ボートを外部電源に接続した回路図 本発明の実施例１と比較例の蒸着用ボートの抵抗値の経時変化を示す図 従来の電極箔の断面図 （ａ）比較例の蒸着用ボートの上面図、（ｂ）同蒸着用ボートの長軸方向における垂直断面図、（ｃ）同蒸着用ボートを外部電源に接続した回路図、（ｄ）同蒸着用ボートの端部上に蒸着材料が這い上がった場合を示す回路図 比較例の蒸着用ボートを用いて形成した電極箔の静電容量のバラつきを示す図

（実施例１）
以下、本実施例では、電解コンデンサの電極箔を製造するための蒸着用ボートとその使用方法について説明する。

図１に示すように、本実施例の電極箔９は、アルミニウムからなる基材１０と、この基材１０上に形成された粗膜層１１とからなる。粗膜層１１は、基材１０の表面からアルミニウムからなる微粒子１２がランダムに積層し、複数に枝分かれした構造体である。この粗膜層１１は、内部に多数の空孔が形成され、これらの空孔は外部と繋がっているため、粗膜層１１の表面積は非常に大きくなっている。このような粗膜層１１は、蒸着によって形成することができる。

基材１０の膜厚は３０μｍ程度、粗膜層１１の厚みは片面で２０μｍ以上８０μｍ以下程度である。粗膜層１１は、基材１０の片面あるいは両面に形成されていてもよい。粗膜層１１は、２０μｍ以上の厚い膜とすることで表面積を拡大し、大容量化を実現できる。なお、８０μｍ以下としたのは、この厚みが本実施例における蒸着プロセスで精度よく形成できる限界厚みだからである。

微粒子１２は、直径が０．０１μｍ〜０．３μｍ程度であり、空孔径の最頻値は、０．０１μｍ〜０．２μｍ程度である。このように微細な微粒子１２を積み上げるとともに、微細な空孔を多数形成することによって、粗膜層１１の表面積を拡大することができる。

基材１０の材料は、アルミニウムに限定されず、その他チタン、タンタルなどの弁金属やその合金材料、銅、銀など種々の導電性材料を用いることができる。本実施例では、膜厚３０μｍ、幅１０ｃｍ程度のものを用いた。

また粗膜層１１の材料もアルミニウムに限定されず、その他弁金属材料やその合金材料をはじめ、種々の導電性材料を用いることができる。

なお、複数の微粒子１２が結合する部分が電気的に導通していれば電極として機能するため、これらの結合部分を除き、それぞれの微粒子１２の一部は、酸化物あるいは窒化物などの絶縁性の金属化合物で構成されていてもよい。

基材１０と微粒子１２の材料は、異なるものを用いてもよいが、主成分を同一にする方が、両者の親和性が高く、また微粒子１２の蒸着時の熱で基材１０も軟化し、密着性を高めることができる。

また蒸着材料は、アルミニウムのように比較的融点の低い金属材料を用いることによって、生産性を高めることができる。

次に、本実施例の電極箔９を製造する蒸着装置について説明する。図２に示すように、本実施例の蒸着装置１３は、基材１０を所定方向（矢印Ｘ）に連続的に移送させながら、基材１０の表面に沸騰した蒸着材料を蒸着させ、基材１０上に粗膜層１１を形成するものである。

この蒸着装置１３は、真空ポンプ（図示せず）に連結された真空槽１４を備え、この真空槽１４内には帯状の基材１０が巻かれている巻き出しローラー１５と、この巻き出しローラー１５から移送されてきた基材１０を巻き取る巻き取りローラー１６と、これらの巻き出しローラー１５と巻き取りローラー１６との間で基材１０の表面と対向する位置に設けられ、両端がそれぞれ抵抗加熱用の外部電源Ｚの正負の電極（図示せず）の接続された蒸着用ボート１７と、この蒸着用ボート１７に蒸着材料を供給する供給部１８と、真空槽１４内に不活性ガスおよび活性ガスを導入するガス管（図示せず）とが少なくとも設けられている。

蒸着材料とは、本実施例では細い線状に加工されたアルミニウム線からなる。供給部１８は、アルミニウム線が巻かれているボビン１９と、アルミニウム線を蒸着用ボート１７へ導く供給管２０とを備えている。

蒸着用ボート１７は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、表面に凹溝２１が形成された基体２２からなる。蒸着用ボート１７の両方の端部２３Ａ、２３Ｂは、図３（ｃ）に示すように、それぞれ抵抗加熱用の外部電源Ｚの正極、負極と接続される。本実施例では、外部電源Ｚに一定電力を供給し、基体２２を加熱した。また蒸着用ボート１７の中央には、凹溝２１およびこの凹溝２１の外周に設けられた外枠部２４を有する蒸発領域２５が形成されている。さらに蒸着用ボート１７は、端部２３Ａ、２３Ｂと蒸発領域２５との間に、蒸発領域２５以上の抵抗値を有する高抵抗部２６Ａ、２６Ｂを備えている。高抵抗部２６Ａ、２６Ｂは片方のみ設けてもよいが、本実施例では、蒸着用ボート１７は左右対称の構造とした為、高抵抗部２６Ａ、２６Ｂを計二つ備えている。

なお、上記端部２３A、２３Bとは、基材１０の送り方向Ｘに対して垂直な方向の端部２３Ａ、２３Ｂである。すなわち図２に示すように、蒸着用ボート１７は、長手方向が基材１０の送り方向Ｘに対して垂直になるように配置される。また凹溝２１の長手方向の長さＬ₆は、基材１０の幅（送り方向Ｘに対して垂直な方向の長さ）とほぼ同じ長さとした。

本実施例の高抵抗部２６Ａ、２６Ｂは、基体２２の上面（凹溝２１が開口する面）と、その反対側の底面、側面からそれぞれ凹むように穴２７が形成され、断面積が小さくなっている。これにより端部２３Ａ、２３Ｂと同じ材料でも抵抗値を高くすることができる。すなわち、図３（ｃ）の高抵抗部２６Ａの抵抗値Ｒ₂≧蒸発領域２５の抵抗値Ｒ₃、高抵抗部２６Ｂの抵抗値Ｒ₄≧蒸発領域２５の抵抗値Ｒ₃、となる。また本実施例では、蒸発領域２５の抵抗値Ｒ₃>端部２３Ａの抵抗値Ｒ₁、蒸発領域２５の抵抗値Ｒ₃>端部２３Ｂの抵抗値Ｒ₅、とした。なお本実施例では、蒸着用ボート１７は対称形のため、Ｒ₂＝Ｒ₄、Ｒ₁＝Ｒ₅である。

ここで抵抗値とは、図３（ｃ）に示すように、蒸着用ボート１７の長手方向の両端部２３Ａ、２３Ｂを、それぞれ抵抗加熱用の外部電源Ｚに接続した場合の基体２２の抵抗値である。抵抗値Ｒ₁〜Ｒ₅は、直列に繋がっている。これらの抵抗値Ｒ₁〜Ｒ₅は、Ｒ＝ρ・Ｌ／Ｓ（ρ；抵抗係数、Ｌ；基体２２の長さ、Ｓ；基体２２の垂直断面積）から求めることができる。ρ、Ｌ、Ｓの値は、それぞれ凹溝２１や穴２７が形成された領域の基体２２の値である。例えば端部２３Ａ、２３Ｂの長さはＬ₁、Ｌ₅、高抵抗部２６Ａ、２６Ｂの長さはＬ₂、Ｌ₄、蒸発領域２５の長さはＬ₃とする。凹溝２１の底面に傾斜をつけるなど、基体２２の垂直断面積が変化する場合は、その平均値をＳとする。

なお、蒸着用ボート１７は、ＢＮ（窒化ホウ素）やＷ（タングステン）、ＰＢＮ（熱分解窒化ホウ素）、グラファイト、あるいはこれらの複合体からなる抵抗発熱材料を用いることができる。

以下、本実施例の電極箔９の製造方法と蒸着用ボート１７の使用方法について説明する。

本実施例では、図２に示す蒸着装置１３を用いた抵抗加熱式蒸着法によって、下記のように図１の粗膜層１１を形成した。なお、本実施例では、活性ガスとして酸素ガスを用い、不活性ガスとしてアルゴンガスを用いている。

（１）図２に示す真空槽１４の内部を０．０１〜０．００１Ｐａの真空に保つ。

（２）基材１０の周辺に、酸素ガスと、酸素ガスに対して流量が２〜６倍のアルゴンガスを、ガス管を介して導入させ、基材１０の周辺の圧力を１０〜３０Ｐａの状態にする。

（３）基材１０の温度を１５０〜３００℃の範囲に保つ。

（４）図３（ａ）、（ｂ）に示す蒸着用ボート１７の凹溝２１の一端に、図２に示す供給部１８からアルミニウム線を供給する。

（５）蒸着用ボート１７の端部２３をそれぞれ外部電源Ｚの正極、負極と接続し、外部電源Ｚに一定電力を供給し、抵抗加熱により基体２２を加熱する。凹溝２１の一端に供給されたアルミニウム線を溶融させる。溶融したアルミニウムは、凹溝２１の他端側へも引っ張られ、凹溝２１内に充填される。

（６）凹溝２１に充填されたアルミニウムを沸騰させ、蒸発させて、アルミニウムの微粒子１２を基材１０の表面に蒸着させる。基材１０は巻き出しローラー１５から巻き取りローラー１６へと矢印Ｘ方向に移送させ、微粒子１２を基材１０の表面に、順次連続的に蒸着していく。この時、高抵抗部２６Ａ、２６Ｂは抵抗値が高いため、外部電源Ｚを用いた抵抗加熱によって沸点以上に加熱される。そして高抵抗部２６Ａ、２６Ｂの上面に這い上がって来た蒸着材料は蒸発する。

上記の圧力やガス圧、温度などの条件は一例であるが、以上のプロセスで粗膜層１１を形成することができる。

本実施例の効果を以下に説明する。

図７は、比較例として、図６（ａ）、（ｂ）の蒸着用ボート５を用いて蒸着した場合の、電極箔１の容量バラつきを示すものである。図７は、従来の電極箔１について、基材２の長さ方向、すなわち基材２の送り方向（図２でいう矢印Ｘ方向）における位置を横軸に、単位面積当たりの容量バラつきを計測したものである。この図７では、従来の電極箔１は、単位面積当たりの容量バラつきが最大で±４０％前後である。このように容量がバラつく要因の一つに、蒸着材料が凹溝６から溢れ出し、端部８Ａ、８Ｂの表面に這い上がることで、図６（ｃ）に示すような回路が、図６（ｄ）に示すように端部８Ａ、８Ｂ間を繋ぐ並列の電気的パスがさらに形成された回路に変化し、回路全体の合成抵抗が変動することが挙げられる。すなわち、例えば蒸着材料がアルミニウムのように、基体７より導電性の高い材料からなる場合、蒸着材料が端部８Ａ、８Ｂに這い上がると、回路全体の合成抵抗が下がるのである。以上のように抵抗値が変動すると、一定電極供給条件下では基体７の発熱量も変わり、蒸着材料の蒸発量も変動し、結果として粗膜層３の膜質が不均一となる。

図４は、本実施例と比較例における抵抗値の経時変化を測定したものである。測定方法は、以下の通りである。蒸着用ボート１７の材料はＢＮ（窒化ホウ素）とし、蒸着材料はアルミニウムとした。外部電源Ｚに一定電力を印加し、一定量の蒸着材料を蒸着用ボート１７の凹溝２１に連続供給し、実電圧、実電流値を測定し、抵抗値を算出した。なお、蒸着材料を供給せず、外部電源Ｚに上記一定電力を印加した場合における蒸着用ボート１７の抵抗値は３０ｍΩとした。

図４から明らかなように、凹溝２１に蒸着材料を供給することで、凹溝２１内に電気的パスが形成され、実施例もある程度抵抗値が下がるものの、比較例と比べて抵抗値の経時変化を抑制できている。その理由は、凹溝２１から這い上がってきた蒸着材料を蒸発させることができるからである。這い上がって来た蒸着材料が蒸発しているかどうかは、蒸着工程において、目視にて、基体２２の表面の色分布によっても確認できる。すなわち比較例では、端部８Ａ、８Ｂの表面にも蒸着材料が這い上がり、基体７の表面の色が濃く見えた。これに対し本実施例では、高抵抗部２６Ａ、２６Ｂで蒸着材料が蒸発されるため、高抵抗部２６Ａ、２６Ｂおよび端部２３Ａ、２３Ｂの表面は、凹溝２１の表面より薄く見えた。

以上のように本実施例では、端部２３Ａ、２３Ｂ間を並列に繋ぐ電気的パスの形成を抑制できるため抵抗値の変動を低減でき、発熱量を一定にし、蒸着材料の蒸発量の変動も抑制できる。そしてその結果、粗膜層１１が均一で、静電容量のバラつきの少ない電極箔９を製造する事ができる。

また本実施例では、端部２３Ａ、２３Ｂ、高抵抗部２６Ａ、２６Ｂを左右対称に形成している。すなわち、抗値Ｒ₁とＲ₅、Ｒ₂とＲ₄を、それぞれほぼ同程度の値となるように設計した。これにより凹溝２１の両端が同様の温度分布となり、凹溝２１の一端に供給されたアルミニウム線は、溶融し、凹溝２１の他端へと引っ張られ、凹溝内に均一に充填されやすくなる。したがって、より蒸着材料の蒸発量のバラつきが低減され、均質な粗膜層１１を形成できる。

なお、高抵抗部２６Ａ、２６Ｂ、は、本実施例のように少なくとも基体２２の上面に穴２７を形成し、外枠部２４より低い位置に形成することが好ましい。その理由は、外枠部２４に這い上がった蒸着材料を一旦高抵抗部２６Ａ、２６Ｂに保持することができるからである。したがって、蒸着材料を保持されている間に加熱し、効率よく蒸発させることができる。

ただし、高抵抗部２６Ａ、２６Ｂの構造は上記構造に限らず、本願発明はその他の構造であって、蒸発領域２５以上の抵抗値を有し、蒸着材料を蒸発できる構造を含む。

したがって、例えば穴２７は基体２２の上面もしくは下面、もしくは側面のみに形成してもよく、これら一部の組み合わせであってもよい。また高抵抗部２６Ａ、２６Ｂの材料を蒸発領域２５や端部２３Ａ、２３Ｂの材料と変え、蒸発領域２５以上の抵抗値を有するように形成してもよい。

本発明は、均一な大容量の電極箔９の量産性を高めることができ、電解コンデンサの陽極箔、あるいは陰極箔として用いることができる。

９ 電極箔
１０ 基材
１１ 粗膜層
１２ 微粒子
１３ 蒸着装置
１４ 真空槽
１５ 巻き出しローラー
１６ 巻き取りローラー
１７ 蒸着用ボート
１８ 供給部
１９ ボビン
２０ 供給管
２１ 凹溝
２２ 基体
２３Ａ、２３Ｂ 端部
２４ 外枠部
２５ 蒸発領域
２６Ａ、２６Ｂ 高抵抗部
２７ 穴

Claims (2)

1. 基体の表面に凹溝が形成された蒸着用ボートであって、
   外部電源と接続される端部と、
   前記凹溝およびこの凹溝の外周に設けられた外枠部を有する蒸発領域と、
   前記端部と前記蒸発領域との間に設けられ、前記蒸発領域以上の抵抗値を有する高抵抗部と、を備えた、蒸着用ボート。
2. 基体の表面に凹溝が形成された蒸着用ボートの使用方法であって、
   端部を外部電源と接続し、抵抗加熱によって前記凹溝およびこの凹溝の外周に設けられた外枠部を有する蒸発領域を加熱し、
   前記凹溝に蒸着材料を供給し、
   前記端部と前記蒸発領域との間に設けられた高抵抗部を、前記外部電源を用いて抵抗加熱によって前記蒸着材料の沸点以上に加熱し、前記高抵抗部に這い上がってきた前記蒸着材料を蒸発させる、蒸着用ボートの使用方法。

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