JP2013209687A - 蒸着用ボートおよびこれを用いた蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粗膜層の均一性を高め、静電容量のバラつきの少ない電極箔を形成する事が可能な蒸着用ボート及びこれを用いた蒸着装置を提供する。
【解決手段】蒸着用ボートは、表面に凹溝１９が形成された基体２０からなり、凹溝１９の底部１９Ａには、凹溝１９の長手方向に形成された複数の第一の細溝２１を備え、これらの第一の細溝２１は、垂直断面が先細りのＶ溝であるものとした。これにより、凹溝１９内に均一に蒸着材料を行き渡らせることが出来る。そしてその結果、均一な粗膜層の形成が可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明は蒸着用ボートとこれを用いた蒸着装置に関する。

図９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。

そしてこのような粗膜層３を形成するための蒸着装置（図示せず）は、真空槽（図示せず）と、真空槽内に配置された、図１０（ａ）（ｂ）に示す蒸着用ボート５およびこの蒸着用ボート５に蒸着材料を供給する供給部（図示せず）とを備えている。

蒸着用ボート５の両端はそれぞれ正または負の電極に接続される。また蒸着用ボート５は基材２の表面と対向する位置に配置される。

蒸着用ボート５は凹溝６が形成された基体７からなり、基体７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。

真空槽内に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、粗な粗膜層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２００７−１３８２７６号公報 特開２００８−１６９４５８号公報 特開平５−１７９４２７号公報

従来の電極箔１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。特に粗膜層３は空隙が多く、膜厚も大きいため、膜厚や密度のバラつきも大きくなり、所望の静電容量を安定して実現する事が難しかった。

このように膜厚や密度が不均一になる理由は、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。

すなわち蒸着材料の濡れ性が低いと、蒸着材料が凹溝６の内部に均一に行き渡らず、凹溝６から一定量を安定して蒸発できなくなる。

そしてその結果、粗膜層３が不均一となり、静電容量がバラつくのであった。

そこで本発明は、粗膜層の均一性を高め、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、表面に凹溝が形成された基体からなり、凹溝の底部には、凹溝の長手方向に形成された複数の第一の細溝を備え、これらの第一の細溝は、垂直断面が先細りのＶ溝であるものとした。

これにより本発明は、粗膜層の均一性を高め、静電容量のバラつきの少ない電極箔を形成できる。

その理由を、以下に説明する。すなわち、第一の細溝はＶ溝であるため、第一の細溝の一方の内壁であるテーパー面に付着した蒸着材料は、表面張力によって対向するテーパー面にも濡れ広がる。そして第一の細溝の長手方向に沿って広がり、凹溝の内部全体に充填される。

そしてその結果、蒸着材料の凹溝からの蒸発量が安定し、粗膜層の均一性が増し、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手方向における垂直断面図 本発明の実施例１における蒸着用ボートの幅方向における垂直断面図 本発明の実施例１における別の例の蒸着用ボートの幅方向における垂直断面図 （ａ）本発明の実施例１における別の例の蒸着用ボートの上面図、（ｂ）同蒸着用ボートの長手方向における垂直断面図 本発明の実施例２における蒸着用ボートの上面図 本発明の実施例３における蒸着装置の要部を示す図 従来の電極箔の模式断面図 （ａ）従来の蒸着用ボートの上面図、（ｂ）同蒸着用ボートの長手方向における垂直断面図 従来の電極箔の幅方向における粗膜層の厚みを示す図

（実施例１）
以下、本実施例１では、蒸着用ボートと、この蒸着用ボートを用いた蒸着装置について説明する。この蒸着装置は、例えば電極箔を製造することができる。この電極箔は、固体電解質や電解液を陰極材料に用いた種々の電解コンデンサに用いることができる。

図１に示すように、本実施例１の蒸着装置で製造する電極箔８は、基材９と、この基材９上に形成された粗膜層１０とからなる。粗膜層１０は、基材９の表面から微粒子１１が不均一に積層し、複数に枝分かれした粗な構造体である。

この粗膜層１０は、内部に多数の空孔１２が形成されている。これらの空孔１２は外部と繋がっているため、粗膜層１０の表面積は非常に大きくなっている。このような粗膜層１０は、蒸着によって形成することができる。

基材９の膜厚は３０μｍ程度、粗膜層１０の厚みは片面で２０μｍ〜８０μｍ程度であり、粗膜層１０は、基材９の片面あるいは両面に形成されていてもよい。粗膜層１０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１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。

基材９の幅は約１０ｃｍとした。

微粒子１１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１１を積み上げるとともに、微細な空孔１２を多数形成することによって、粗膜層１０の表面積を拡大することができる。

基材９の材料は、本実施例１ではアルミニウムの箔を用いた。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。

また粗膜層１０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１１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１１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９と微粒子１１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、親和性が高く、また微粒子１１の蒸着時の熱で基材９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１の蒸着装置について説明する。

図２に示すように、本実施例１の蒸着装置１３は、基材９を所定方向（矢印Ｘ）に連続的に移送させながら、基材９の表面に沸騰した蒸着材料を蒸着させ、基材９の表面に粗膜層１０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、巻き出しローラー１５と、巻き取りローラー１６と、蒸着用ボート１７と、供給部１８と、が配置されている。

巻き出しローラー１５は、帯状の基材９が巻かれている。

巻き取りローラー１６は、巻き出しローラー１５から移送されて、蒸着された基材９を巻き取る。

蒸着用ボート１７は、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９の表面と対向する位置に設けられる。蒸着用ボート１７の両端は、それぞれ抵抗加熱用の電源の正負の電極（図示せず）と接続される。

供給部１８は、蒸着用ボート１７に蒸着材料を供給する。供給部１８は、ボビン１８Ａと供給管１８Ｂとを備えている。

本実施例１では、このような真空槽１４の内部に、ガス管（図示せず）から不活性ガスおよび活性ガスを導入する。

蒸着材料とは、本実施例１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のボビン１８Ａにはアルミニウム線が巻かれ、このアルミニウム線は供給管１８Ｂを介して蒸着用ボート１７へ導かれる。

蒸着用ボート１７は、図３（ａ）（ｂ）、図４に示すように、表面に凹溝１９が形成された基体２０からなる。基体２０は、ＢＮ（窒化ホウ素）、Ｗ（タングステン）、ＰＢＮ(熱分解窒化ホウ素)などの抵抗発熱体で形成できる。

凹溝１９は基体２０の長手方向（図３（ａ）の矢印Ｌ方向）に沿って、長手方向に平行に形成される。凹溝１９は底部１９Ａを有する。図４に示すように凹溝１９の底部１９Ａには、凹溝１９の長手方向に沿って形成された複数の第一の細溝２１を備える。

これらの第一の細溝２１は、垂直断面、すなわち凹溝１９の深さ方向における断面が先細りのＶ溝である。このようなＶ溝により、溶融した蒸着材料が、表面張力によって効率よく第一の細溝２１内に濡れ広がる。

なお供給部１８の供給管１８Ｂの導出口は、少なくとも凹溝１９の長手方向における一方の端部１９Ｂに近づけて配置される。

図４に示すように、第一の細溝２１は、第一のテーパー面２１Ａと、この第一のテーパー面２１Ａと対向する第二のテーパー面２１Ｂとを備えている。さらに本実施例１では、第一のテーパー面２１Ａと第二のテーパー面２１Ｂとが、第一の細溝２１の底部１９Ａで直接繋がっている。このような構成以外にも、第一の細溝２１の底部が平坦面となり、第一の細溝２１の垂直断面が台形となっていてもよい。

また本実施例１では、隣接する第一の細溝２１の開口部２２間は、垂直断面が先細りの凸部２３となっている。さらに本実施例１では、隣接する第一の細溝２１は隙間無く形成され、凸部２３の垂直断面は、先端が尖った三角形状となる。このような構成の場合、溶融した蒸着材料が凸部２３に付着しても、第一の細溝２１内に流れ込みやすい。したがって、蒸着材料を効率よく凹溝１９内に充填させることができる。

なお、図５に示すように、隣接する第一の細溝２１の開口部２２間が平坦面２４となる場合、すなわち凸部２３の先端が平坦面２４の場合は、平坦面２４の幅ｄ₁が出来る限り短い方が好ましい。例えば、少なくとも第一の細溝２１の開口部２２の幅ｄ₂より、平坦面の幅ｄ₁が小さい方が好ましい。これにより、溶融した蒸着材料が第一の細溝２１内に流れ込み易くなる。

以下、本実施例１の蒸着用ボート１７および蒸着装置１３を用いた電極箔８の製造方法について説明する。

本実施例１では、上述の蒸着装置１３を用いた抵抗加熱式蒸着法によって、下記のように粗膜層１０を形成した。なお、本実施例１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９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９の周辺の圧力を１０〜３０Ｐａの状態にする。
（３）基材９の温度を１５０〜３００℃の範囲に保つ。
（４）蒸着用ボート１７の凹溝１９の一方の端部１９Ｂに供給部１８からアルミニウム線を供給する。
（５）蒸着用ボート１７を抵抗加熱により加熱し、凹溝１９でアルミニウム線を溶融させる。アルミニウム線は、第一の細溝２１に沿って凹溝１９の他方の端部１９Ｃに行き渡る。
（６）凹溝１９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１１を基材９の表面に蒸着させる。基材９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１１を基材９の表面に、順次連続的に蒸着していく。

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１０を形成することができる。

本実施例１の効果を以下に説明する。ここで比較の為、従来例として、図１０に示すような第一の細溝２１のない蒸着用ボート５を用い、図９の電極箔１を形成した。

図１１は、従来の蒸着用ボート５を用いて形成した電極箔１の幅方向、すなわち電極箔１の送り方向（図２の矢印Ｘ方向）に垂直な方向において、単位面積当たりの膜厚を計測した結果である。

図１１から分かるように、従来の電極箔１では、幅５０ｍｍを中心とした場合、電極箔１が左右対称に形成されておらず、幅方向で膜厚バラつきが大きかった。また密度も不均一になり、結果として電極箔１の静電容量のバラつきも大きくなっていた。

これに対し本実施例１では、第一の細溝２１がＶ溝であるため、第一の細溝２１の一方の内壁である第一のテーパー面２１Ａに付着した蒸着材料は、表面張力によって対向する第二のテーパー面２１Ｂにも濡れ広がる。そして第一の細溝２１の長手方向に沿って蒸着材料が凹溝１９の端部１９Ｂから他方の端部１９Ｃへと流れ、凹溝１９内全体に濡れ広がる。そしてその結果、蒸着材料の凹溝１９からの蒸発量が安定し、粗膜層１０の均一性が増し、静電容量のバラつきの少ない電極箔８を製造する事ができる。

なお、本実施例１では、凹溝１９の底部１９Ａの全体、すなわち端部１９Ｂから端部１９Ｃまで第一の細溝２１を形成したが、第一の細溝２１を凹溝１９の底部１９Ａの一部に形成してもよい。例えば図６（ａ）（ｂ）に示すように、凹溝１９の端部１９Ｂ側の供給領域２５には第一の細溝２１を形成せず、残りの蒸発領域２６に第一の細溝２１を形成してもよい。供給領域２５は底部１９Ａを斜面にすることで、供給部１８からの蒸着材料を蒸着領域に流れ込み易くすることができる。

（実施例２）
本実施例２と実施例１との違いは、図７に示すように、凹溝１９の底部１９Ａに、さらに第二の細溝２７を複数設けた点である。第二の細溝２７は、凹溝１９の長手方向（矢印Ｌ方向）に交差するように形成される。例えば凹溝１９の長手方向に垂直な方向、即ち凹溝１９の幅方向（矢印Ｓ方向）に形成する。隣接する第二の細溝２７の間隔ｄ₃は、隣接する第一の細溝２１の間隔ｄ₄よりも広くする。第二の細溝２７は、幅の距離が短いため、蒸着材料が比較的広がり易い。したがって、Ｖ溝でなく深さ方向に垂直な内壁で囲まれたコの字状の溝でもよい。第一の細溝２１をＶ溝とし、第二の細溝２７をコの字状とすることで、距離の長い第一の細溝での濡れ性を優先的に高めることができる。

本実施例２では、凹溝１９の幅方向（矢印Ｓ方向）においても第二の細溝２７に沿って蒸着材料が濡れ広がるため、凹溝１９から蒸着材料をより均一に蒸発させることができる。

また本実施例２では、隣接する第二の細溝２７どうしの間隔は隣接する第一の細溝２１どうしの間隔よりも広げているため、凹溝１９の長手方向に優先的に蒸着材料が充填される。したがって、距離の長い長手方向へも蒸着材料が行き渡り、凹溝１９から蒸着材料を均一に蒸発させることができる。

その他実施例１と同様の構成および効果については説明を省略する。

（実施例３）
本実施例３と実施例１との主な違いは、図８に示すように、凹溝１９の長手方向における両端（端部１９Ｂと端部１９Ｃ）に蒸着材料が供給される点である。

すなわち本実施例３の蒸着装置１３には、供給部１８が少なくとも二つあり、一方の供給部１８は凹溝１９の一方の端部１９Ｂへ蒸着材料を供給する。また他方の供給部１８は、凹溝１９の他方の端部１９Ｃへ蒸着材料を供給する。

本実施例３では、凹溝１９の両端から蒸着材料が供給されるため、凹溝１９内に均一に蒸着材料が行き渡り、より均一な粗膜層１０を形成することができる。

なお、本実施例の蒸着用ボート１７に、さらに実施例２で示す第二の細溝２７を複数形成してもよい。

その他実施例１と同様の構成及び効果については、説明を省略する。

本発明は、均一性の高い大容量の電極箔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。

８ 電極箔
９ 基材
１０ 粗膜層
１１ 微粒子
１２ 空孔
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
１８Ａ ボビン
１８Ｂ 供給管
１９ 凹溝
１９Ａ 底部
１９Ｂ 端部
１９Ｃ 端部
２０ 基体
２１ 第一の細溝
２１Ａ 第一のテーパー面
２１Ｂ 第二のテーパー面
２２ 開口部
２３ 凸部
２４ 平坦面
２５ 供給領域
２６ 蒸発領域
２７ 第二の細溝

Claims (7)

1. 表面に凹溝が形成された基体からなり、
   前記凹溝の底部には、
   前記凹溝の長手方向に形成された複数の第一の細溝を備え、
   これらの第一の細溝は、垂直断面が先細りのＶ溝である、蒸着用ボート。
2. 前記凹溝の底部には、
   前記凹溝の長手方向に交差するように形成された複数の第二の細溝を備え、
   隣接する前記第二の細溝の間隔は、
   隣接する前記第一の細溝の間隔よりも広い、請求項１に記載の蒸着用ボート。
3. 前記凹溝の長手方向における両端に蒸着材料が供給される、請求項１に記載の蒸着用ボート。
4. 前記蒸着用ボートの長手方向における両端は、抵抗加熱用電源と接続される、蒸着用ボート。
5. 隣接する前記第一の細溝の開口部間は、垂直断面が先細りの凸部となる、請求項１に記載の蒸着用ボート。
6. 隣接する前記第一の細溝の開口部間は平坦面で構成され、
   平坦面の幅は、開口部の幅より狭い、請求項１に記載の蒸着用ボート。
7. 真空槽と、
   この真空槽内に配置された蒸着用ボートと、
   この蒸着用ボートに蒸着材料を供給する供給部と、
   を備え、
   前記蒸着用ボートは、表面に凹溝が形成された基体からなり、
   前記凹溝の底部には、
   前記凹溝の長手方向に形成された複数の第一の細溝を備え、
   これらの第一の細溝は、垂直断面が先細りのＶ溝である、
   蒸着装置。

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