JP3095518B2 - 電解コンデンサ用アルミニウム箔のエッチング方法 - Google Patents

電解コンデンサ用アルミニウム箔のエッチング方法

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JP3095518B2 JP04092124A JP9212492A JP3095518B2 JP 3095518 B2 JP3095518 B2 JP 3095518B2 JP 04092124 A JP04092124 A JP 04092124A JP 9212492 A JP9212492 A JP 9212492A JP 3095518 B2 JP3095518 B2 JP 3095518B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電解コンデンサ用アルミ
ニウム箔のエッチング方法、特には、エッチングされた
アルミニウム箔の表面積の増大を通じて得られる電解コ
ンデンサの静電容量を格段に大きくできるエッチング方
法に係るものである。
【0002】
【従来の技術】電解コンデンサ用アルミニウム箔は、そ
の実効面積の拡大を通じてこれを使用した電解コンデン
サの静電容量を増大するため、電気化学的または化学的
エッチング処理が施される。
【0003】この種のコンデンサには、低、中、高圧用
がある。低圧用コンデンサのためのアルミニウム箔のエ
ッチング(以下単に低圧用エッチングという)では交流
を用い、通常2段、3段のエッチングを行っている(特
開昭63−268237号公報参照)。また、中、高圧
用コンデンサのためのアルミニウム箔のエッチング(以
下単に中高圧用エッチングという)では直流を用い、通
常2段、3段のエッチングを行っている(特開平1−2
12427号、同1−212428号各公報参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のエッチ
ング技術においては、エッチングの進行にともない、エ
ッチング孔の成長よりもアルミニウム箔表面の溶解が優
先的に進行してしまう傾向がみられる。このため、エッ
チングの電気量を増やしてもエッチング孔を深くするこ
とができず、期待されるほど十分には表面積大で
ないという欠点があった。
【0005】例えば、中高圧コンデンサの場合、静電容
量をわずか0.1μF/cm 2 更に上げることは至難と
されていた。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明はかかる欠点を解
決して、アルミニウム箔の表面溶解を抑え、有効にエッ
チングを行い得る電解コンデンサ用アルミニウム箔の製
造方法を提供するものである。本発明は、複数段のエッ
チング工程よりなるアルミニウム電解コンデンサ用アル
ミニウム箔のエッチング方法において、いずれか1つ以
上の段のエッチング工程では、エッチング液中にカルボ
ン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基、リン酸基、ヒ
酸基およびセレン酸基から選ばれるカチオン交換基を有
する可溶性有機高分子電解質を存在させかつ直流電圧ま
たは交流電圧を印加してアルミニウム箔をエッチングす
る、ことを特徴とする。
【0007】本発明でカチオン交換基を有する可溶性有
機高分子電解質とは、カルボン酸基、ホスホン酸基、ホ
スフィン酸基、リン酸基、ヒ酸基およびセレン酸基から
選ばれるカチオン交換基を有する好ましくは架橋構造の
ない線状高分子または架橋構造の非常に少ない有機高分
子物質をいう。
【0008】一般に、高分子の重合度が増加すると溶媒
に溶解しにくくなるが、可溶性高分子電解質の有するカ
チオン交換基の密度、即ちイオン交換容量が大きい程、
分子量が大きくなっても溶解しやすく、またカチオン交
換基が強電解質であればより溶解しやすくなる。また、
本発明において、有機高分子電解質のかわりに無機高分
子電解質を使用すると、有機高分子電解質に比べて達成
される静電容量の値が十分でなく適当でない。
【0009】本発明において、カチオン交換基の密度、
即ちイオン交換容量の好ましい範囲は0.001〜20
ミリ当量/g乾燥可溶性有機高分子電解質であり、更に
好ましい範囲は、0.1〜18ミリ当量/g乾燥可溶性
有機高分子電解質である。
【0010】本発明におけるカチオン交換基を有する可
溶性有機高分子電解質の作用は必ずしも明確ではない
が、該電解質はエッチング液中でカチオン交換基がほと
んどまたは一部解離して電気泳動または拡散によりエッ
チングされるアルミニウム上に吸着し、アルミニウム表
面の溶解を抑制するものと思われる。これはかかる有機
高分子電解質に特有なものである。
【0011】本発明で用いられる可溶性有機高分子電解
質の好ましい具体例としては、ポリアクリル酸、ポリメ
タクリル酸、ポリスチレンホスフィン酸、ポリスチレン
ホスホン酸、ポリエチレンホスフィン酸、ポリビニルホ
スホン酸等が挙げられる。
【0012】以上述べた可溶性有機高分子電解質は、あ
らかじめカチオン交換基をもったモノマーを単独重合し
たものであるが、それ以外にも化1に示すようにカチオ
ン交換基を有するモノマーとカチオン交換基を有しない
モノマーを共重合したものや、カチオン交換基を有しな
い有機高分子化合物にカチオン交換基を導入したもので
も十分に目的を達成することができる。なお、化1にお
いて、x、y、nはいずれも前述したイオン交換容量お
よび分子を満足するように選ばれる。
【0013】
【化1】
【0014】カチオン交換基を有する可溶性有機高分子
電解質のエッチング液中への添加量としては、可溶性有
機高分子電解質にもよるが、好ましくは、0.003〜
10g/リットル程度、特には0.005〜5g/リッ
トルが適当である。また、可溶性有機高分子電解質の分
子量が大きいほど、物質移動速度が遅くなるため好まし
く、分子量としては500以上、特に5000以上、更
には10000以上が好ましい。
【0015】エッチングに用いられるエッチング液とし
ては、塩酸水溶液、硝酸水溶液などの種々公知のものが
用いられる。好ましくは濃度1〜30重量%の塩酸水溶
液を使用する。エッチング液の各段は、既知のように同
じエッチング液使用できるが、異なったエッチング液
も使用できる。例えば中高圧コンデンサ用箔の場合、第
1段では塩酸水溶液、第2段では塩酸または硝酸水溶液
が使用される。各段のエッチング液には箔の過度の溶解
を防ぐために、酸化アルミニウム皮膜形成性の硫酸、リ
ン酸、シュウ酸等をエッチング液の全量に対し0.5〜
40重量%、特には0.5〜2重量%程度添加するのが
好ましい。
【0016】本発明の場合、エッチング処理は複数段を
採用するのが必要である。そしてそのいずれか1つまた
は2つ以上の段のエッチング液に可溶性有機高分子電解
質を添加する。中高圧用エッチングには2段目に添加す
るのが好ましく、また低圧用エッチングには各段にそれ
ぞれ添加するのが好ましい。
【0017】エッチング手段としては、中高圧用エッチ
ングについては、液温50〜110℃のエッチング液に
直流電圧を用い、電流密度1〜50A/dm 2 で1〜5
0分間程度で行われる。また、低圧用エッチングについ
ては、液温5〜50℃のエッチング液に、交流電圧を用
いて周波数5〜50Hz、単位面積あたり電気量100
0〜7000クーロン/dm 2 て行うことが好まし
い。液温が前記範囲を逸脱すると箔に貫通孔が生じやす
く、電流密度および時間、または周波数および単位面積
あたり電気量が前記範囲を逸脱すると箔が著しく溶けた
り、貫通孔が生じやすいので不適当である。なお、ここ
でいう交流とは、電圧波形または電流波形が正弦波以外
にも、波形が周期的に変化する三角波、矩形波等であっ
てもよく、またこれらの組み合わせも含まれる。
【0018】本発明で上記可溶性有機高分子電解質をエ
ッチング液に添加してアルミニウム箔をエッチングする
と、可溶性有機高分子電解質がアルミニウム箔表面に吸
着してアルミニウム箔表面の溶解を効果的に抑制し、ま
た、可溶性有機高分子電解質の分子量が大きいために、
エッチング孔に入れないか、またはエッチング孔内への
拡散が塩素イオン等のアルミニウムを溶解するイオンに
比べて格段に遅いため、エッチング孔内の溶解は抑制さ
れず、その結果エッチング孔内が選択的にエッチングさ
れ、エッチング孔を深くまた大きくでき、十分に表面積
増大することができ、コンデンサの陽極用および/ま
たは陰極用箔として使用される。
【0019】上記のようにしてエッチングされたアルミ
ニウム箔は、ついで化成処理が施される。化成処理は、
好ましくは5〜20重量%のホウ酸水溶液にて、好まし
くは50〜100℃にて、10分〜20時間、1〜65
0Vの範囲の所定電圧での通電下に浸漬処理される。こ
のホウ酸水溶液には、必要により導電性増加剤としてア
ンモニアなどを添加することができる。
【0020】かくして、化成処理され、表面に誘電被膜
が形成され、アルミニウム電解コンデンサの箔として供
される。アルミニウム箔を使用する電解コンデンサは常
法に従って、例えば、USP4734821およびUS
P4821153等に記載される方法で製造される。
【0021】
【実施例】[中高圧用エッチング] 比較例1 純度99.9%、厚み100μmのアルミニウム箔を、
第1段エッチング液として塩酸濃度5重量%かつ硫酸濃
度25重量%とされた液温80℃の水溶液を用い、電流
密度30A/dm 2 で直流電圧を120秒印加して第1
段エッチングを行った。ついで、第2段エッチング液と
して塩酸濃度7重量%とされた液温90℃の水溶液を用
い、電流密度10A/dm 2 で直流電圧を380秒印加
して第2段エッチングを行った。第1段および第2段の
エッチング後、310Vの直流電圧をかけて純水1リッ
トル中にホウ酸100gと28重量%アンモニア水4c
cを加えた水溶液中で化成処理した。
【0022】長さ10cm、幅1cmの上記化成処理さ
れたアルミニウム陽極箔と、市販のアルミニウム製陰極
箔(厚さ20μ、長さ11cm、幅1cm)とをセパレ
ータ液をはさんで巻回し、USP4821153に記載
の方法でテスト用コンデンサを試作した。このコンデン
サの静電容量をLCRメータ(周波数120KHz、温
度20℃を用いて測定し、陽極箔の単位面積あたりの静
電容量を算出したところ1.2μF/cm 2 であった。
【0023】実施例1 比較例1で用いた第2段エッチング液にポリアクリル酸
ナトリウム(イオン交換容量10.6ミリ当量/g、平
均分子量10万)を1.0g/リットルの割合で溶解し
た他は比較例1と同様にエッチングおよび化成処理して
容量を求めたところ、1.31μF/cm 2 であった。
【0024】実施例2 比較例1で用いた第2段エッチング液に、ポリスチレン
ホスホン酸(イオン交換容量5.0ミリ当量/g、分子
量20万)を0.5g/リットルの割合で溶解した他は
比較例1と同様にエッチングおよび化成処理して容量を
求めたところ、1.40μF/cm 2 であった。
【0025】実施例3 比較例1で用いた第2段エッチング液に、化1に示すパ
ーフルオロカルボン酸ポリマー(イオン交換容量1.5
ミリ当量/g、分子量20万)を3g/リットルの割合
で溶解した他は比較例1と同様にエッチングおよび化成
処理して容量を求めたところ、1.40μF/cm 2
あった。
【0026】実施例4 比較例1で用いた第2段エッチング液に、ポリスチレン
にホスフィン酸基を導入して製造された高分子電解質
(イオン交換容量2.7ミリ当量/g、平均分子量20
万)を0.5g/リットルの割合で溶解した他は比較例
1と同様にエッチングおよび化成処理して容量を求めた
ところ、1.38μF/cm 2 であった。
【0027】実施例5 比較例1で用いた第2段エッチング液に、ポリスチレン
をホスホン化したポリスチレンホスホン酸(ホスホン化
率50%、イオン交換容量2.1ミリ当量/g、分子量
20万)を0.5g/リットルの割合で溶解した他は比
較例1と同様にエッチングおよび化成処理して容量を求
めたところ、1.41μF/cm 2 であった。
【0028】[低圧用エッチング] 比較例2 以下の条件で純度99.9%、厚み100μmのアルミ
ニウム箔の交流エッチングを3段で行った。
【0029】エッチング液:HCl 7重量%、H 3
4 1重量%、AlCl 3 1重量%、HNO 3 1重量%
を含む水溶液。 1段目:液温30℃、周波数30Hz、電気量4800
クーロン/dm 2 。 2段目:液温25℃、周波数25Hz、電気量5400
クーロン/dm 2 。 3段目:液温20℃、周波数20Hz、電気量3600
クーロン/dm 2
【0030】その後50Vの直流電圧をかけて、純水1
リットル中にホウ酸100gと28%アンモニア水を4
cc加えた水溶液中で化成処理した。得られた化成処理
箔につき、比較例1と同様にしてテスト用コンデンサを
試作し、その静電容量を測定した。その結果は16.0
μF/cm 2 であった。
【0031】実施例6 比較例2で示した3段のいずれのエッチング液にも、ポ
リアクリル酸ナトリウム(イオン交換容量10.6ミリ
当量/g乾燥可溶性高分子電解質、平均分子量約10
万)を0.5g/リットルの割合で溶解した他は比較例
2と同様にエッチングと化成処理して容量を求めたとこ
ろ、23.0μF/cm 2 であった。
【0032】実施例7 比較例2で示した3段のいずれのエッチング液にも、ポ
リスチレンにホスホン酸基を導入して製造した高分子電
解質(イオン交換容量5.0ミリ当量/g、平均分子量
20万)を1g/リットルの割合で溶解した他は比較例
2と同様にエッチングと化成処理して容量を求めたとこ
ろ、25.2μF/cm 2 であった。
【0033】実施例8 比較例2で示した3段のいずれのエッチング液にも、ポ
リスチレンにホスフィン酸基を導入して製造した高分子
電解質(イオン交換容量2.7ミリ当量/g、平均分子
量20万)を0.2g/リットルの割合で溶解した他は
比較例2と同様にエッチングと化成処理して容量を求め
たところ、24.6μF/cm 2 であった。
【0034】
【発明の効果】本発明方法を採用すると、エッチング孔
が深く、大きく蝕刻され、しかもアルミニウム箔の表面
層の侵蝕は抑えられる。従って、これを用いることによ
り、箔の強度を維持しつつ、静電容量の高いコンデンサ
を得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神保 晴男 神奈川県藤沢市辻堂新町2−2−1 (56)参考文献 特開 昭63−79311(JP,A) 特開 昭55−11364(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01G 9/04 304

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数段のエッチング工程よりなるアルミニ
    ウム電解コンデンサ用アルミニウム箔のエッチング方法
    において、いずれか1つ以上の段のエッチング工程で、
    エッチング液中にカルボン酸基、ホスホン酸基、ホスフ
    ィン酸基、リン酸基、ヒ酸基およびセレン酸基から選ば
    れるカチオン交換基を有する可溶性有機高分子電解質を
    存在させかつ電圧を印加してアルミニウム箔をエッチン
    グする、ことを特徴とする電解コンデンサ用アルミニウ
    ム箔のエッチング方法。
  2. 【請求項2】複数段のエッチング工程よりなるアルミニ
    ウム電解コンデンサ用アルミニウム箔のエッチング方法
    において、いずれか1つ以上の段のエッチング工程で、
    液温50〜110℃のエッチング液中にカルボン酸基、
    ホスホン酸基、ホスフィン酸基、リン酸基、ヒ酸基およ
    びセレン酸基から選ばれるカチオン交換基を有する可溶
    性有機高分子電解質を存在させかつ直流電圧を印加し、
    電流密度1〜50A/dm 2 で1〜50分間アルミニウ
    ム箔をエッチングする、ことを特徴とする電解コンデン
    サ用アルミニウム箔のエッチング方法。
  3. 【請求項3】複数段のエッチング工程よりなるアルミニ
    ウム電解コンデンサ用アルミニウム箔のエッチング方法
    において、いずれか1つ以上の段のエッチング工程で、
    液温5〜50℃のエッチング液中にカルボン酸基、ホス
    ホン酸基、ホスフィン酸基、リン酸基、ヒ酸基およびセ
    レン酸基から選ばれるカチオン交換基を有する可溶性有
    機高分子電解質を存在させかつ周波数5〜50Hzの交
    流電圧を印加し、単位面積あたり電気量1000〜70
    00クーロン/dm 2 にてアルミニウム箔をエッチング
    する、ことを特徴とする電解コンデンサ用アルミニウム
    箔のエッチング方法。
  4. 【請求項4】可溶性有機高分子電解質が、エッチング液
    中に0.003〜10g/リットル存在する、請求項
    、2または3記載の電解コンデンサ用アルミニウム箔
    のエッチング方法。
  5. 【請求項5】エッチング液が、塩酸水溶液に硫酸、リン
    酸、硝酸またはシュウ酸を添加したものである、請求項
    、2、3または4記載の電解コンデンサ用アルミニウ
    ム箔のエッチング方法。
  6. 【請求項6】塩酸水溶液は、塩酸濃度が1〜30重量%
    である、請求項5記載の電解コンデンサ用アルミニウム
    箔のエッチング方法。
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