JP4390456B2 - 電解コンデンサーおよびその作製方法 - Google Patents
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Description
本明細書および特許請求の範囲では、次の定義を適用する。
バルブ金属とは、アルミニウム、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、ケイ素、トリウム、カドミウム、およびタングステンのうちの任意の1つ以上を意味する。
アルカリ土類金属とは、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、およびバリウムのうちの任意の1つ以上を意味する。
希土類金属とは、スカンジウム、イットリウム、ランタン、および原子番号58〜71の元素のうちの任意の1つ以上を意味する。
陽極処理とは、液相電解陽極酸化を意味する。
プラズマ陽極酸化とは、気相プラズマ陽極酸化(本出願以外では「プラズマ陽極処理」としても知られる)を意味する。
アルミニウムは、0.002トル〜0.005トルの圧力の窒素と0.0002トル〜0.0005トルの圧力の酸素との無水雰囲気内で300℃の温度に保持された純粋アルミニウム箔基材上に、加熱抵抗蒸発によって、蒸発させられた。この蒸着速度は約300Å/sec.であった。
箔が、粗い表面構造体の形成を促進するためにアルミニウムの蒸着中に上述のように加熱されたことを除いて、フラクタル表面を有するアルミニウム箔は、実施例1における場合と同じように作製された。各箔上に、酸化アルミニウムの不連続層が、500Å〜2,000Åの厚さで、0.0015トル〜0.007トルの酸素圧力において、純粋酸素雰囲気内でアルミニウムの加熱抵抗蒸発によって蒸着された。この蒸着は、周囲大気での制御できない酸化を回避するために、箔が作製されたものと同じチャンバー内で行われた。層の厚さは、マトックス(Mattox)によって569ページに記載されたように測定された。ドライプローブ電極を用いて箔を横切って行う単純な電気抵抗測定値は、箔が電気の横方向の流れ(短絡)に対して無視できるほどの抵抗を有したことを示し、酸化アルミニウム層がとりわけ不連続であったことを示した。対照的に、酸化アルミニウムが1ミクロンよりも大きな予想厚さまで蒸着される箔は、ごく僅かな横方向導電性を有した。
(a)本発明の特定の実施形態は、図5で例示しうる。この図には、本発明の実施形態に従って作製されたコンデンサーが概略断面図で示されている。ここで、種々の膜または層の厚さは尺度どおりに示されていない。参照番号42は、基材40上に提供され真空蒸着により第2のバルブ金属の酸化物の膜44で被覆された高比表面積を有する第1のバルブ金属の膜である。場合により、酸化物膜44を電界陽極処理してさらなる酸化物層46を与えれば、組合せ酸化物層44+46は、本明細書に記載の二モードモルホロジーをもつようになる。固体電解質膜48は、オプションとしての陽極処理ステップの不在下では膜44上に、陽極処理を施した場合には層46上に、真空蒸着により蒸着させる。最後に、カソードとして機能させるべく、第3のバルブ金属の膜50を蒸着固体電解質膜48上に真空蒸着する。
12 平滑平面状上表面
14 酸化アルミニウム誘電体層
14’ 酸化アルミニウム誘電体層
16 境界面
16’ 境界面
18 酸化アルミニウム不連続層領域
20 ギャップ
22 アルミニウム箔
24 上表面
26 個別領域
27 陽極処理上側部分
28 陽極処理下側部分
40 基材
42 第1のバルブ金属の膜
44 第2のバルブ金属の酸化物の膜
46 さらなる酸化物層
48 固体電解質膜
50 第3のバルブ金属の膜
Claims (20)
- プリント配線板または他のフレキシブル配線基板として用いられる基板上に少なくとも一つの電解コンデンサーを作製する方法であって、
バルブ金属およびバルブ金属とバルブ金属酸化物との混合物からなる群より選択される、高比表面積を有する真空蒸着電極膜、
バルブ金属酸化物、少なくとも1種の希土類金属とのその複合酸化物、および少なくとも1種のアルカリ土類金属とのその複合酸化物からなる群より選択される物質を含む、高比表面積を有する前記真空蒸着電極膜上に重畳された少なくとも1層の誘電体膜、および
前記少なくとも1層の誘電体膜上に重畳された固体電解質膜、
からなる積層を前記基板上に少なくとも一層設けて作製されることを特徴とする方法。 - 約10−3トル〜約10−2トルの範囲の圧力を有する不活性雰囲気中に前記基板を配置し、前記不活性雰囲気下で前記基板上に少なくとも1種のバルブ金属を蒸着させて前記基板に表面構造体を付与することにより、高比表面積を有する前記真空蒸着電極膜を形成するという特徴と、
プラズマ陽極酸化、
高比表面積を有する前記真空蒸着電極膜上への酸化雰囲気中における少なくとも1種のバルブ金属の蒸着、
高比表面積を有する前記真空蒸着電極膜上への前記酸化物の直接蒸着、および
高比表面積を有する前記真空蒸着電極膜の熱酸化、
から選択される手順により、前記少なくとも1層の誘電体膜を形成するという特徴と、
前記少なくとも1層の誘電体膜と前記固体電解質膜との間に電解陽極処理により追加の金属酸化物膜を形成するという特徴と、
前記固体電解質膜上に少なくとも1層の金属膜を真空蒸着するという特徴と、
のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。 - (a)前記少なくとも1種のバルブ金属をタンタルおよびアルミニウムからなる群より別々に選択すること、
(b)前記選択されたバルブ金属のそれぞれに対して同一の金属を選択すること、
(c)高比表面積を有する前記真空蒸着電極膜上に前記少なくとも1層の膜を不連続層として形成すること、
(e)窒素を含む雰囲気を前記不活性雰囲気として利用すること、
(f)無水である雰囲気を前記不活性雰囲気として利用すること、
(g)前記少なくとも1種のバルブ金属の前記蒸着前に前記不活性雰囲気中に酸素を導入すること、
(h)前記少なくとも1種のバルブ金属の前記蒸着中に約350℃〜約550℃まで前記基板を加熱すること、
(i)高比表面積を有する前記真空蒸着電極膜を、カリフラワー状モルホロジー(形態)を形成する条件下で真空蒸着すること、
のうちの少なくとも1つをさらに含む、請求項2に記載の方法。 - 真空蒸着およびプラズマ陽極酸化から選択される手順により前記少なくとも1層の誘電体膜を形成すること、
真空蒸着により前記固体電解質膜を形成すること、および
全工程を約250℃以下の温度の下で行うこと
のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。 - 高比表面積を有する前記真空蒸着電極膜が、バルブ金属とその酸化物の両方を含むフラクタル表面構造を有する条件下で真空蒸着される、請求項1に記載の方法。
- 前記バルブ金属がアルミニウムである、請求項5に記載の方法。
- 高比表面積を有する前記真空蒸着電極膜が、柱状構造体を有する条件下で真空蒸着される、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1層の誘電体膜が、高比表面積を有する前記真空蒸着電極膜中に存在する少なくとも一つのバルブ金属のバルブ金属酸化物層であって、電解陽極処理により形成された層であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 集積電解コンデンサーを作製する方法であって、
バルブ金属およびバルブ金属酸化物を含むフラクタル表面構造を有するとともに高比表面積を有する真空蒸着電極膜であり、前記バルブ金属がアルミニウムからなり、前記高比表面積を有する真空蒸着電極膜が合計で30.3%以下のアルミニウムを酸化アルミニウムとして含有する真空蒸着電極膜、
高比表面積を有する前記真空蒸着電極膜中に存在する少なくとも1種のバルブ金属の電解陽極処理により形成された少なくとも1層の酸化物の膜であって、高比表面積を有する前記真空蒸着電極膜上に重畳された少なくとも1層の膜、ならびに
前記少なくとも1層の酸化物の膜上に重畳された固体電解質膜、
により、プリント配線板または他のフレキシブル配線基板として用いられる基板を被覆することにより集積電解コンデンサーを作製する方法。 - バルブ金属およびバルブ金属とバルブ金属酸化物との混合物からなる群より選択される、高比表面積を有する非陽極処理真空蒸着電極膜、
バルブ金属酸化物、少なくとも1種の希土類金属とのその複合酸化物、および少なくとも1種のアルカリ土類金属とのその複合酸化物からなる群より選択される物質を含む、高比表面積を有する前記非陽極処理真空蒸着電極膜上に重畳された少なくとも1層の誘電体膜、
電解陽極処理により形成されかつ前記少なくとも1層の誘電体膜上に重畳された、オプションとしての追加の金属酸化物膜、ならびに
(i) 前記少なくとも1層の誘電体膜および、(ii) 前記オプションとしての追加の金属酸化物膜の少なくともいずれかの膜上に重畳された固体電解質膜、
からなる積層を、プリント配線板または他のフレキシブル配線基板として用いられる基板上に少なくとも1層設けて作製される集積電解コンデンサー。 - 前記固体電解質膜上に重畳された真空蒸着金属膜をさらに含むという特徴と、
高比表面積を有する前記非陽極処理真空蒸着電極膜が、フラクタル構造体および柱状構造体からなる群より選択される構造体を有するという特徴と、
前記少なくとも1層の誘電体膜が、真空蒸着膜およびプラズマ陽極酸化膜から選択されるという特徴と、
前記固体電解質膜が真空蒸着膜であるという特徴と、
前記バルブ金属および前記追加のバルブ金属酸化物がそれぞれ、タンタルもしくはアルミニウムであるという特徴と、
のうちの少なくとも1つの特徴を有する請求項10に記載のコンデンサー。 - 前記バルブ金属および前記追加のバルブ金属酸化物の金属が同一であることを特徴とする請求項11に記載のコンデンサー。
- 前記金属がアルミニウムである、請求項12に記載のコンデンサー。
- バルブ金属とその酸化物の両方を含むフラクタル表面構造体を有する、高比表面積の真空蒸着電極膜、
高比表面積を有する前記真空蒸着膜中に存在する少なくとも1種のバルブ金属の電解陽極処理により形成され、高比表面積を有する前記真空蒸着電極膜上に重畳された少なくとも1層の酸化物の膜、ならびに
前記少なくとも1層の酸化物の膜上に重畳された固体電解質膜、
のそれぞれで被覆された基板からなり、
前記基板はプリント配線板または他のフレキシブル配線基板として用いられる基板であり、
前記バルブ金属がアルミニウムであり、かつ高比表面積を有する前記真空蒸着電極膜が全アルミニウムの約30.3%以下を酸化アルミニウムとして含有する、集積電解コンデンサー。 - 前記基板が平面状金属基板であり、前記固体電解質膜が、前記基板に平行でかつ実質的に共延する金属部材に電気的かつ機械的に接続されている、請求項10に記載のコンデンサー。
- 前記コンデンサーは、内部または外部ボイドに注入された絶縁材を含む、請求項15に記載のコンデンサー。
- 高比表面積を有する前記真空蒸着電極膜が、逐次的に蒸着された第1および第2の副膜、すなわちアルミニウムおよびアルミニウムと酸化アルミニウムとの混合物からなる群より選択される第1の比較的厚い膜ならびにバルブ金属およびバルブ金属とバルブ金属酸化物との混合物からなる群より選択される第2の比較的薄い膜からなり、前記バルブ金属がアルミニウム以外でありかつ前記バルブ金属酸化物から酸化アルミニウムが除外される、請求項10に記載のコンデンサー。
- 前記基板が平面状金属基板であり、前記固体電解質膜が、前記基板に平行でかつ実質的に共延する金属部材に電気的かつ機械的に接続されている、請求項14に記載のコンデンサー。
- 前記コンデンサーは、内部または外部ボイドに注入された絶縁材を含む、請求項18に記載のコンデンサー。
- 全工程を約250℃以下の温度の下で行うこと特徴とする、請求項9に記載のコンデンサー。
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