JP5016472B2 - 電解コンデンサ用電極箔の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電解コンデンサ用電極箔の製造方法に関するものである。

近年、電気・電子機器の小形化、軽量化が進む中で、電解コンデンサにおいても、更なる小形化が要求されている。
電解コンデンサの小形化を図る有効な手段として、電極箔を薄くすることがある。
また、アルミニウムより誘電率の高い導電性金属微粒子をアルミニウム箔上に、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等により被覆することで、静電容量を向上させる陰極箔の製造方法が提案されている（例えば特許文献１参照）
また、不活性ガス雰囲気下での真空蒸着法により、アルミニウム箔上にアルミニウム等の弁作用金属を蒸着させることで、弁作用金属の表面積を拡大し、静電容量を向上させる手法も考えられている。（例えば特許文献２）

特開昭６１−１８０４２０ 特開平１１−３１７３３１

一般に、電解コンデンサの素子径は、陽極箔１枚、陰極箔１枚、電解紙２枚の計４枚の総厚さと長さで決定される。よって、静電容量が同一であれば、薄い箔を使用する方が、厚さを薄くできる分、素子径を小さくできる。
しかし、箔厚を薄くすると、巻回時の強度が弱くなり、強度を維持しようとすると箔表面積の拡大比率の低下（エッチング倍率低下）から静電容量の確保ができないという問題がある。

また、上記特許文献１記載の方法では、陰極箔への適用しかできず、その効果は不十分なものであった。

また、上記特許文献２記載の方法では、酸化アルミニウム層が不連続となり、漏れ電流が増大し、耐電圧が低くなるという問題があり、また、中高圧（１００Ｖ以上）用途では、誘電体層が比較的厚く、微小表面特徴を越えて橋絡する傾向があり、陽極の有効表面積を低下させるという問題点を有していた。

したがって、広い電圧範囲で、高い静電容量が得られる電極箔の製造方法が強く望まれていた。

本発明は、上記問題点を解決するもので、アルミニウム箔を基材とし、該基材上に、アルミニウムおよび／またはアルミニウム酸化物の微粒子混合物を蒸着させる電解コンデンサ用アルミニウム電極箔の製造方法において、前記アルミニウム基材をあらかじめ２００〜３４０℃に加熱した後、水分を０．０１〜１０．０ｗｔ％含む不活性ガス中に配置し、０．０１３３〜１３．３Ｐａの真空度にて蒸着を行うことを特徴とする、電解コンデンサ用電極箔の製造方法である。

また、前記の不活性ガスがヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトン、または窒素のうちの１種以上を含有するものであることを特徴とする電解コンデンサ用電極箔の製造方法である。

本発明は、陽極用として使用する場合においては、あらかじめ使用するアルミニウム基材をあらかじめ２００〜３４０℃に加熱しておくことで、該基材と蒸着粒子との結合を強めることができ、かつ、水分を０．０１〜１０．０ｗｔ％含む不活性ガス（ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトン、または窒素のうちの１種以上を含有）をチャンバー内に導入することで、アルミニウム表面に水和皮膜が好適に生成するため、アルミニウムの酸化を防ぐことができ、漏れ電流増大を抑えつつ、高い静電容量を得ることが可能となる。
また、真空度を０．００１３〜１３．３Ｐａとすることで、蒸着微粒子間の空隙を適度に保つことができ、高い静電容量を得ることができる。

以下、実施例に基づき、本発明を具体的に説明する。
本発明を評価するにあたっては、以下の実施例のいずれにおいても、純度９９．８％、厚さ３０μｍのアルミニウム箔を使用し、表１に示す条件にて以下のとおり電極箔試料を作製した。

［予備加熱温度の比較］水分量０．５ｗｔ％、真空度０．６１Ｐａ、蒸着層厚さ２０μｍ
［実施例１］
上記アルミニウム箔を２００℃に予備加熱した後、水分を０．５ｗｔ％含む窒素ガスを０．６１Ｐａに真空度を調整したチャンバー内で、蒸着層の厚さが２０μｍになるよう、アルミニウム微粒子を蒸着した。
その後、温度８５℃のアジピン酸アンモニウム８．０ｗｔ％の水溶液中にて８Ｖの電圧を印加して化成を行い、８Ｖ化成の陽極箔Ｂを作製した。

［実施例２］
実施例１と同仕様のアルミニウム箔を使用し、予備加熱温度を３４０℃とした以外は、実施例１と同様の処理を行い、８Ｖ化成の陽極箔Ｃを作製した。

（比較例１）
実施例１と同仕様のアルミニウム箔を使用し、予備加熱温度を１５０℃とした以外は、実施例１と同様の処理を行い、８Ｖ化成の陽極箔Ａを作製した。

（比較例２）
実施例１と同仕様のアルミニウム箔を使用し、予備加熱温度を４００℃とした以外は、実施例１と同様の処理を行い、８Ｖ化成の陽極箔Ｄを作製した。

［不活性ガス中水分量の比較］予備加熱温度３００℃、圧力０．６１Ｐａ、蒸着層厚さ２０μｍ
［実施例３］
実施例１と同仕様のアルミニウム箔を３００℃に予備加熱した後、水分を０．０１ｗｔ％含む窒素ガスを０．６１Ｐａに真空度を調整したチャンバー内で、蒸着層の厚さが２０μｍになるよう、アルミニウム微粒子を蒸着した。
その後、温度８５℃のアジピン酸アンモニウム８．０ｗｔ％の水溶液中にて８Ｖの電圧を印加して化成を行い、８Ｖ化成の陽極箔Ｆを作製した。

［実施例４］
実施例１と同仕様のアルミニウム箔を、水分１０．０ｗｔ％含む窒素ガスを用いて処理した以外は、実施例３と同様の処理を行い、８Ｖ化成の陽極箔Ｇを作製した。

（比較例３）
実施例１と同仕様のアルミニウム箔を、水分０．００５ｗｔ％含む窒素ガスを用いて処理した以外は、実施例３と同様の処理を行い、８Ｖ化成の陽極箔Ｅを作製した。

（比較例４）
実施例１と同仕様のアルミニウム箔を、水分２０．０ｗｔ％含む窒素ガスを用いて処理した以外は、実施例３と同様の処理を行い、８Ｖ化成の陽極箔Ｈを作製した。

［不活性ガス圧の比較］予備加熱温度３００℃、水分量０．５ｗｔ％、蒸着層厚さ２０μｍ
［実施例５］
実施例１と同仕様のアルミニウム箔を３００℃に予備加熱した後、水分を０．５ｗｔ％含む窒素ガスを０．０１３３Ｐａに真空度を調整したチャンバー内で、蒸着層の厚さが２０μｍになるよう、アルミニウム微粒子を蒸着した。
その後、温度８５℃のアジピン酸アンモニウム８．０ｗｔ％の水溶液中にて８Ｖの電圧を印加して化成を行い、８Ｖ化成の陽極箔Ｊを作製した。

［実施例６］
実施例１と同仕様のアルミニウム箔を、窒素ガス１３．３Ｐａに真空度を調整したチャンバー内で処理した以外は、実施例６と同様の処理を行い、８Ｖ化成の陽極箔Ｋを作製した。

（比較例５）
実施例１と同仕様のアルミニウム箔を、窒素ガス０．００１３Ｐａに真空度を調整したチャンバー内で処理した以外は、実施例５と同様の処理を行い、８Ｖ化成の陽極箔Ｉを作製した。

（比較例６）
実施例１と同仕様のアルミニウム箔を、窒素ガス２０．３Ｐａに真空度を調整したチャンバー内で処理した以外は、実施例５と同様の処理を行い、８Ｖ化成の陽極箔Ｌを作製した。

（従来例）不活性ガス無し、通常エッチング処理
厚さ１１０μmのアルミニウム原箔に、塩酸１０．０ｗｔ％と硫酸１．０ｗｔ％とを混合した水溶液中で電気化学的なエッチング（交流、正弦波、周波数：６０Ｈｚ、電流密度：０．１Ａ／ｃｍ^２）を行った後、温度８５℃のアジピン酸アンモニウム８．０ｗｔ％の水溶液中にて８Ｖの電圧を印加して化成を行い、８Ｖ化成の陽極箔Ｍを作製した。

上記の実施例１〜６、比較例１〜６、従来例による陽極箔試料のそれぞれについて、静電容量値（未化成時、化成後）および耐電圧を測定した結果を、下記の表１に示す。

［予備加熱温度の比較］
実施例１、２、比較例１、２についてみると、予備加熱温度が１５０℃の比較例１では、基材と蒸着粒子の密着性が悪く、静電容量の増加が不十分であり、４００℃の比較例２では、蒸着粒子の再結合が起こることにより、静電容量の増加が不十分となる。よって、予備加熱温度は、２００〜３４０℃が好ましい。

［不活性ガス中水分量の比較］
実施例３、４、比較例３、４についてみると、水分量が０．００５ｗｔ％の比較例３の場合、蒸着微粒子間の空隙が少なくなるため、静電容量の増加が不十分となっており、２０．０ｗｔ％の比較例４では、アルミニウム表面の水和が進みすぎ、静電容量の増加が不十分となる。よって、水分量は、０．０１〜１０．０ｗｔ％が好ましい。

［真空度の比較］
実施例５、６、比較例５、６についてみると、真空度が０．００１３Ｐａの比較例５の場合、蒸着微粒子間の空隙が少なくなるため、静電容量の増加が不十分であり、２０．３Ｐａの比較例６では、蒸着粒子の径が大きくなりすぎ、やはり静電容量の増加が不十分となる。
よって、真空度は、０．０１３３〜１３．３Ｐａが好ましい。

以上より、実施例１〜６により得られた陽極箔は、従来例によるエッチング方式を用いて作製した箔（厚さ１１０μｍ）に対し、層厚さが２０μｍで、合計厚さが５０μｍ（２０μｍ＋３０μｍ）と薄い上、未化成容量、化成後の静電容量も著しく向上され、また、耐電圧も遜色はない。
すなわち、予備加熱温度２００〜３４０℃とすることで、アルミニウム箔と蒸着粒子との結合を強めることができ、かつ、水分を０．０１〜１０．０ｗｔ％含む不活性ガス（上記実施例では窒素）をチャンバー内に導入することで、アルミニウム表面に水和皮膜が好適に生成するため、耐電圧も遜色なく、漏れ電流増大を抑えつつ、高い静電容量を得ることが可能となる。
また、真空度を０．０１３３〜１３．３Ｐａとすることで、蒸着微粒子間の空隙を適度に保つことができ、高い静電容量を得ることができる。

なお、上記実施例では、不活性ガスとして窒素を使用したが、これ以外にヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトンのうちの１種以上を含有したものを用いても、また、上記の不活性ガスに窒素を配合したものを用いても、上記と同様の効果を得ることができる。

Claims (2)

1. アルミニウム箔を基材とし、該基材上に、アルミニウムおよび／またはアルミニウム酸化物の微粒子混合物を蒸着させる電解コンデンサ用アルミニウム電極箔の製造方法において、
   前記アルミニウム基材をあらかじめ２００〜３４０℃に加熱した後、真空度０．０１３３〜１３．３Ｐａ、水分を０．０１〜１０．０ｗｔ％含む不活性ガス中で、蒸着を行うことを特徴とする、電解コンデンサ用電極箔の製造方法。
2. 前記の不活性ガスがヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトン、または窒素のうちの１種以上を含有するものであることを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサ用電極箔の製造方法。