JP4021921B1 - 電解コンデンサ電極用アルミニウム箔及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】エッチング性および信頼性に優れ、無電解エッチングが可能な電解コンデンサ電極用アルミニウム箔を提供する。
【解決手段】電解コンデンサ電極用アルミニウム箔として、質量％で、Ｓｉ：０．０１〜０．３０％、Ｆｅ：０．０１〜０．３０％、Ｎｉ：０．００５１〜０．０５％未満、Ｃｕ：０．０１０％超〜０．１０％未満を含有し、さらに、所望により、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｇａ、Ｖのうち１種または２種以上合計０．００５１〜０．１０％未満含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるものを用いる。該アルミニウム箔の製造に際し、望ましくは、５５０℃以上で１時間以上加熱する均質化処理を施す。信頼性を損なうことなくエッチング性を向上させることができ、高静電容量及び高信頼性を兼ね備えた電解コンデンサ電極が得られる。
【選択図】なし
【解決手段】電解コンデンサ電極用アルミニウム箔として、質量％で、Ｓｉ：０．０１〜０．３０％、Ｆｅ：０．０１〜０．３０％、Ｎｉ：０．００５１〜０．０５％未満、Ｃｕ：０．０１０％超〜０．１０％未満を含有し、さらに、所望により、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｇａ、Ｖのうち１種または２種以上合計０．００５１〜０．１０％未満含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるものを用いる。該アルミニウム箔の製造に際し、望ましくは、５５０℃以上で１時間以上加熱する均質化処理を施す。信頼性を損なうことなくエッチング性を向上させることができ、高静電容量及び高信頼性を兼ね備えた電解コンデンサ電極が得られる。
【選択図】なし
Description
この発明は、電解コンデンサの電極として用いる際にエッチングが施される電解コンデンサ電極用アルミニウム箔およびその製造方法に関するものであり、特に陰極用に好適なものである。
電解コンデンサの陰極に用いられるアルミニウム箔としては、純Ａｌ系と合金系（主にＡｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｎ系）が用いられている。このうち純Ａｌ系は、不純物が少なく、信頼性は高いが、溶解性が低いため、電解エッチングが採用されており（例えば特許文献１参照）、コストが高いという特徴を有している。一方、合金系は不純物が多く信頼性が低いとされている。例えば、Ａｌ−Ｃｕ系は、Ｃｕの含有によりエッチング性を向上させるものの、コンデンサに組み込んだ際に、電解液中に溶出したＣｕが析出し、短絡などの安全上（信頼性）の問題が発生する。また、Ａｌ−Ｍｎ系は、Ｍｎの含有によりエッチング性を向上させるものの、エッチング時に溶出したＭｎを含有するエッチング液の廃液処理上の問題（環境問題）が発生する。ただし、これら合金系は、溶解性が高いため、無電解エッチングが可能であり、コストの低い製造方法の採用が可能である。
したがって、信頼性重視の観点からは純Ａｌ系が選定され、コスト重視の観点では合金系が選定されている。
特開平３−１２２２３９号公報
したがって、信頼性重視の観点からは純Ａｌ系が選定され、コスト重視の観点では合金系が選定されている。
ところで最近では、コンデンサが使用される製品の全体的な品質レベルの向上に伴い、信頼性が重視されるようになり、電極用に使用されるアルミニウム箔も信頼性の高い純Ａｌ系が主流になる傾向にある。しかし、上記したように従来の純Ａｌ系アルミニウム箔は電解エッチングが必要であるためコスト高になるという問題点を有している。
これに対し、本願発明者らは、純Ａｌ系ベースにＮｉなどを添加することにより無電解エッチングを可能にしたアルミニウム箔を提案している。しかし、当該アルミニウム箔は、表面溶解の均一性が充分でなく、部分的に未エッチング領域が残存してしまうという問題を有している。
これに対し、本願発明者らは、純Ａｌ系ベースにＮｉなどを添加することにより無電解エッチングを可能にしたアルミニウム箔を提案している。しかし、当該アルミニウム箔は、表面溶解の均一性が充分でなく、部分的に未エッチング領域が残存してしまうという問題を有している。
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、コストが安く、且つ信頼性の高いアルミニウム箔およびその製造方法を提供することを目的とする。
すなわち、本発明の電解コンデンサ電極用アルミニウム箔のうち、請求項１記載の発明は、質量％で、Ｓｉ：０．０１〜０．３０％、Ｆｅ：０．０１〜０．３０％、Ｎｉ：０．００５１〜０．０５％未満、Ｃｕ：０．０１０％超〜０．１０％未満を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなることを特徴とする。
請求項２記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム箔の発明は、請求項１記載の発明において、質量％で、Ｓｉ：０．０１〜０．３０％、Ｆｅ：０．０１〜０．３０％、Ｎｉ：０．００５１〜０．０５％未満、Ｃｕ：０．０１０％超〜０．１０％未満を含有し、さらに、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｇａ、Ｖのうち１種または２種以上合計０．００５１〜０．１０％未満含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなることを特徴とする。
請求項３記載の電解コンデンサ電極用アルミニウム箔の製造方法の発明は、電解コンデンサ電極用アルミニウム箔を製造するに際し、請求項１または２に記載の組成を有するアルミニウム箔用の合金に５５０℃以上で１時間以上加熱する均質化処理を施すことを特徴とする。
以下に、本発明の電解コンデンサ電極用アルミニウム箔における成分および電解コンデンサ電極用アルミニウム箔の製造方法における製造条件の既定理由について説明する。
Ｓｉ：０．０１〜０．３０％
Ｓｉはエッチングの起点となる析出物を形成させる。ただし、０．０１％未満では、Ｓｉの絶対量が少なく、その作用が十分発揮されない。一方、０．３０％を越えると、析出が進行し、過溶解となり、エッテング形態が不均一になり、静電容量が低下する。このため、Ｓｉ含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由で、Ｓｉ含有量の下限を０．０２％、上限を０．１５％とするのが望ましい。
Ｓｉはエッチングの起点となる析出物を形成させる。ただし、０．０１％未満では、Ｓｉの絶対量が少なく、その作用が十分発揮されない。一方、０．３０％を越えると、析出が進行し、過溶解となり、エッテング形態が不均一になり、静電容量が低下する。このため、Ｓｉ含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由で、Ｓｉ含有量の下限を０．０２％、上限を０．１５％とするのが望ましい。
Ｆｅ：０．０１〜０．３０％
Ｆｅはエッチングの起点となる析出物を形成させる作用がある。ただし、０．０１％未満ではＦｅ絶対量が少なく、その作用が十分発揮されない。また、高純度化のためにコストアップとなる。一方、０．３０％を越えると析出が進行し、過溶解となり、エッチング形態が不均一になり、静電容量が低下する。このため、Ｆｅ含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由で、Ｆｅ含有量の下限を０．０２％、上限を０．１５％とするのが望ましい。
Ｆｅはエッチングの起点となる析出物を形成させる作用がある。ただし、０．０１％未満ではＦｅ絶対量が少なく、その作用が十分発揮されない。また、高純度化のためにコストアップとなる。一方、０．３０％を越えると析出が進行し、過溶解となり、エッチング形態が不均一になり、静電容量が低下する。このため、Ｆｅ含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由で、Ｆｅ含有量の下限を０．０２％、上限を０．１５％とするのが望ましい。
Ｎｉ：０．００５１〜０．０５％未満
ＮｉはＡｌ−（Ｎｉ、Ｆｅ）系の析出物を形成する。これらは、電位的に貴であり、バルクとの間で局部電池反応を起こし、エッチング性を向上させる。ただし、０．００５１％未満では十分な数のＡｌ−（Ｎｉ、Ｆｅ）系の析出物が得られなく、分散が不十分の為、不均一なエッチング形態となる。一方、０．０５％以上では、大きな析出物が形成され易くなり、エッチングにより粗大なピットが発生し、好ましくない。このため、Ｎｉ含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由で、Ｎｉ含有量の下限を０．００７５％、上限を０．０３％とするのが望ましい。
ＮｉはＡｌ−（Ｎｉ、Ｆｅ）系の析出物を形成する。これらは、電位的に貴であり、バルクとの間で局部電池反応を起こし、エッチング性を向上させる。ただし、０．００５１％未満では十分な数のＡｌ−（Ｎｉ、Ｆｅ）系の析出物が得られなく、分散が不十分の為、不均一なエッチング形態となる。一方、０．０５％以上では、大きな析出物が形成され易くなり、エッチングにより粗大なピットが発生し、好ましくない。このため、Ｎｉ含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由で、Ｎｉ含有量の下限を０．００７５％、上限を０．０３％とするのが望ましい。
Ｃｕ：０．０１０％超〜０．１０％未満
ＣｕはＡｌ中に固溶した状態で存在し、バルクのエッチング均一性を向上させる作用がある。ただし、０．０１０％以下では上記効果が不十分であり、一方、０．１０％以上では、純度低下による過溶解や不均一分布が発生する為、好ましくない。このため、Ｃｕ含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由で下限を０．０２０％、上限を０．０５０％未満とするのが望ましい。
ＣｕはＡｌ中に固溶した状態で存在し、バルクのエッチング均一性を向上させる作用がある。ただし、０．０１０％以下では上記効果が不十分であり、一方、０．１０％以上では、純度低下による過溶解や不均一分布が発生する為、好ましくない。このため、Ｃｕ含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由で下限を０．０２０％、上限を０．０５０％未満とするのが望ましい。
Ｚｎ、Ｍｎ、Ｇａ、Ｖのうち１種または２種以上合計：０．００５１〜０．１０％未満
これら元素は、Ｃｕと同様にＡｌ中に固溶した状態で存在し、バルクのエッチング均一性を向上させる作用がある。ただし、０．００５１％未満では上記効果が不十分であり、一方、０．１０％以上になると、純度低下による過溶解や不均一分布が発生する為、好ましくない。このため、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｇａ、Ｖ含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由で、含有量は下限を０．００７％、上限を０．０８０％とするのが望ましい。
これら元素は、Ｃｕと同様にＡｌ中に固溶した状態で存在し、バルクのエッチング均一性を向上させる作用がある。ただし、０．００５１％未満では上記効果が不十分であり、一方、０．１０％以上になると、純度低下による過溶解や不均一分布が発生する為、好ましくない。このため、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｇａ、Ｖ含有量を上記範囲に定める。なお、同様の理由で、含有量は下限を０．００７％、上限を０．０８０％とするのが望ましい。
均質化処理：５５０℃以上、１時間以上
本発明では、アルミニウム箔の製造に際し、該箔の原料となるアルミニウム合金に対し均質化処理を行う。該均質化処理により、Ａｌ−（Ｎｉ、Ｆｅ）系の析出物を均一に分散させることができ、エッチング性の向上を確実なものとする。該均質化処理において、加熱温度が５５０℃未満または加熱時間が１時間未満であると、Ａｌ−（Ｎｉ、Ｆｅ）系析出物の析出が不十分となるため、均質化条件を上記の通り定める。なお、同様の理由で ５７０℃以上、４時間以上の条件とするのが望ましい。
本発明では、アルミニウム箔の製造に際し、該箔の原料となるアルミニウム合金に対し均質化処理を行う。該均質化処理により、Ａｌ−（Ｎｉ、Ｆｅ）系の析出物を均一に分散させることができ、エッチング性の向上を確実なものとする。該均質化処理において、加熱温度が５５０℃未満または加熱時間が１時間未満であると、Ａｌ−（Ｎｉ、Ｆｅ）系析出物の析出が不十分となるため、均質化条件を上記の通り定める。なお、同様の理由で ５７０℃以上、４時間以上の条件とするのが望ましい。
以上説明したように、本発明の電解コンデンサ電極用アルミニウム箔によれば、質量％で、Ｓｉ：０．０１〜０．３０％、Ｆｅ：０．０１〜０．３０％、Ｎｉ：０．００５１〜０．０５％未満、Ｃｕ：０．０１０％超〜０．１０％未満を含有し、さらに、所望により、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｇａ、Ｖのうち１種または２種以上合計０．００５１〜０．１０％未満含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるので、特に化学溶解性が高く、無電解条件でも電解エッチングと同様のエッチング形態を発現することが可能であり、しかも電極として用いた際に高静電容量及び高信頼性を兼ね備えた特性を発揮することができる。すなわち、コストが安く、且つ信頼性の高いアルミニウム箔が得られる。
また、本発明の電解コンデンサ電極用アルミニウム箔の製造方法によれば、電解コンデンサ電極用アルミニウム箔を製造するに際し、請求項１または２に記載の組成を有するアルミニウム箔用の合金に５５０℃以上で１時間以上加熱する均質化処理を施すので、析出物が均一に分散されてエッチング性が向上する効果があり、無電解エッチングを確実に可能にするとともにアルミニウム箔を電極として用いた際の単位面積当たりの静電容量をさらに高めることができる。
以下に、本発明の一実施形態を説明する。
本発明の合金組成に調整したアルミニウム合金は、半連続鋳造などによる常法により溶製することができ、本発明としては特にその方法が特定されるものではない。得られた合金鋳塊は、本発明の製造方法にしたがって、５５０℃以上、１時間以上の均質化処理を行うのが望ましい。該均質化処理は、適宜の加熱炉などを用いて行うことができ、加熱方法、加熱手段が特に限定されるものではない。均質化処理後のアルミニウム合金に対しては、常法により熱間圧延、冷間圧延を行うことができる。熱間圧延前には、アルミニウム合金に対し均熱することもできる。また、冷間圧延に際し、中間焼鈍を行うことも可能である。該中間焼鈍の条件が限定されるものではないが、例えば３００〜５００℃で１〜２４時間の条件で行うことができる。
上記冷間圧延によって、例えば数十μｍから１００μｍ程度のアルミニウム箔を得ることができるが、本発明としてはアルミニウム箔の厚さが特に限定されるものではない。
本発明の合金組成に調整したアルミニウム合金は、半連続鋳造などによる常法により溶製することができ、本発明としては特にその方法が特定されるものではない。得られた合金鋳塊は、本発明の製造方法にしたがって、５５０℃以上、１時間以上の均質化処理を行うのが望ましい。該均質化処理は、適宜の加熱炉などを用いて行うことができ、加熱方法、加熱手段が特に限定されるものではない。均質化処理後のアルミニウム合金に対しては、常法により熱間圧延、冷間圧延を行うことができる。熱間圧延前には、アルミニウム合金に対し均熱することもできる。また、冷間圧延に際し、中間焼鈍を行うことも可能である。該中間焼鈍の条件が限定されるものではないが、例えば３００〜５００℃で１〜２４時間の条件で行うことができる。
上記冷間圧延によって、例えば数十μｍから１００μｍ程度のアルミニウム箔を得ることができるが、本発明としてはアルミニウム箔の厚さが特に限定されるものではない。
上記各工程を経て得られたアルミニウム箔には、その後、エッチング処理がなされる。該エッチング工程は塩酸を主体とする電解液や塩酸を含まない（１０００ｐｐｍ以下）電解液を用いた電解エッチングや無電解エッチングにより行うことができる。コスト面では無電解エッチングが有利である。
エッチング処理においては、ピットが高密度で形成され、高い粗面化率が得られる。この箔を化成処理し、必要な耐電圧を得た後、常法により電解コンデンサに電極として組み込むことにより静電容量の高いコンデンサが得られる。本発明としては化成処理の方法が特に限定されるものではない。
エッチング処理においては、ピットが高密度で形成され、高い粗面化率が得られる。この箔を化成処理し、必要な耐電圧を得た後、常法により電解コンデンサに電極として組み込むことにより静電容量の高いコンデンサが得られる。本発明としては化成処理の方法が特に限定されるものではない。
本発明は電解コンデンサの陰極として使用するのが好適であるが、本発明としてはこれに限定されるものではなく、例えば化成電圧の低い電解コンデンサの陽極としても使用することができる。
次に、本発明の実施例を説明する。
表１に示す組成（残部Ａｌおよびその他の不純物）において、常法によりアルミニウム合金鋳塊を溶製し、該アルミニウム合金鋳塊に対し、表１に示す条件で均質化処理を行った。該鋳塊を熱間圧延で板厚７ｍｍに仕上げた後、冷間圧延を行い、４００℃×４時間の条件で中間焼鈍を行った。その後、最終板厚５０μｍに冷間圧延をして供試材を得た。
表１に示す組成（残部Ａｌおよびその他の不純物）において、常法によりアルミニウム合金鋳塊を溶製し、該アルミニウム合金鋳塊に対し、表１に示す条件で均質化処理を行った。該鋳塊を熱間圧延で板厚７ｍｍに仕上げた後、冷間圧延を行い、４００℃×４時間の条件で中間焼鈍を行った。その後、最終板厚５０μｍに冷間圧延をして供試材を得た。
上記供試材を、
第１段階：６Ｍ−ＨＣｌ＋０．５Ｍ−Ｈ３ＰＯ４、５０℃×６０ｓｅｃ
第２段階：２Ｍ−ＨＣｌ＋１．５Ｍ−Ｈ３ＰＯ４、４０℃×１８０ｓｅｃ
の条件でエッチング処理した後、８５℃のアジピン酸アンモニウム溶液中で３Ｖ化成後、静電容量を測定した。静電容量は、供試材Ｎｏ．１の静電容量を１００とした相対評価により行った。これらの結果を表１に示した。
表１から明らかなように、本発明の供試材では、高い静電容量が得られており、均質化処理を５５０℃以上で行うことによって静電容量のさらなる向上が確認された。
第１段階：６Ｍ−ＨＣｌ＋０．５Ｍ−Ｈ３ＰＯ４、５０℃×６０ｓｅｃ
第２段階：２Ｍ−ＨＣｌ＋１．５Ｍ−Ｈ３ＰＯ４、４０℃×１８０ｓｅｃ
の条件でエッチング処理した後、８５℃のアジピン酸アンモニウム溶液中で３Ｖ化成後、静電容量を測定した。静電容量は、供試材Ｎｏ．１の静電容量を１００とした相対評価により行った。これらの結果を表１に示した。
表１から明らかなように、本発明の供試材では、高い静電容量が得られており、均質化処理を５５０℃以上で行うことによって静電容量のさらなる向上が確認された。
Claims (3)
- 質量％で、Ｓｉ：０．０１〜０．３０％、Ｆｅ：０．０１〜０．３０％、Ｎｉ：０．００５１〜０．０５％未満、Ｃｕ：０．０１０％超〜０．１０％未満を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなることを特徴とする電解コンデンサ電極用アルミニウム箔。
- 質量％で、Ｓｉ：０．０１〜０．３０％、Ｆｅ：０．０１〜０．３０％、Ｎｉ：０．００５１〜０．０５％未満、Ｃｕ：０．０１０％超〜０．１０％未満を含有し、さらに、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｇａ、Ｖのうち１種または２種以上合計０．００５１〜０．１０％未満含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなることを特徴とする電解コンデンサ電極用アルミニウム箔。
- 電解コンデンサ電極用アルミニウム箔を製造するに際し、請求項１または２に記載の組成を有するアルミニウム箔用の合金に５５０℃以上で１時間以上加熱する均質化処理を施すことを特徴とする電解コンデンサ電極用アルミニウム箔の製造方法。
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