JPH03131014A - 電解コンデンサ用アルミニウム電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、電解コンデンサに用いられるアルミニウム
電極の製造方法に関し、更に詳しくは特に陰極用電極に
用いられる高純度アルミニウムの表面に蒸着によって異
なる金属層を形成させるアルミニウム電極の製造方法に
関する。

【従来の技術】

電解コンデンサは、小型、大容量、安価で整流出力の平
滑用などの用途に優れた特性を示し、各種の電気・電子
機器の重要な構成要素の一つである。 電解コンデンサは、一般にアルミニウム等の絶縁性酸化
皮膜が形成され得る、いわゆる弁金属を陽極に用い、前
記絶縁性酸化皮膜を誘電体層として用い、集電用の陰極
電極との間に電解液を介在させてコンデンサ素子が作成
され、この素子を外装容器内に収納し、電極と外部との
電気的接続を得るためのリード線を設けた構造を有する
。 陽極材料は、前述したようにアルミニウムをはじめ、タ
ンタル、ニオブ、チタンなどが使用される。また集電の
ための陰極電極材料には、陽極材料と同種の金属が用い
られる。 電解コンデンサの電極材料は、上述した各種の弁金属が
使用できるが、アルミニウム、タンタル以外は、その加
工性、高純度化、安定した陽極酸化皮膜層の形成の困難
性、更には経済性な観点から殆ど実用化されていないの
が実情である。 ところで弁金属は、一般に自然酸化による酸化皮膜層が
表面に形成される。この傾向はアルミニウムにおいて特
に顕著である。そしてこの自然酸化皮膜は極めて薄い絶
縁層のため、陰極側にも静電容量が形成され、電解コン
デンサは陽極側の静電容量および、陰極側の静電容量が
直列に接続された合成容量となり、所望の静電容量が得
られない場合がある。また所望の静電容量を得るため、
陽極側の静電容量を必要以上に大きく設定する必要があ
る。 この影響を少なくするためには、陽極側の静電容量値に
比べ陰極側の静電容量値を著しく高くすれば、陰極側の
静電容量による影響は殆ど無視できることになるが、低
電圧用の電解コンデンサの陽極は、単位面積あたりの静
電容量は相当に高く合成容量による静電容量値の低下は
免れ得ない。 そこで陰極側の静電容量値をより高くするために、陰極
電極表面をエツチング処理して表面積を拡大する方法が
ある。しかしこの表面積を拡大する技術は、現在では高
度に洗練されているが、この技術のみによって電解コン
デンサの静電容量を増加させるのは次第に困難になりつ
つある。 このためには、陰極材料の表面の単位面積あたりの静電
容量を増大させるための新たな措置を施す必要が、ある
。 このような手段としては、例えば真空蒸着法、イオンブ
レーティング法またはスパッタリング法のような物理的
方法により、アルミニウム表面に酸化アルミニウムより
高い誘電率を持つ物質層を形成することが考えられる。 高い誘電率を有する無機材料のひとつとして、チタンと
ストロンチウムの化合物であるチタン酸ストロンチウム
がある。これはセラミックコンデンサなどの誘電体材料
として知られている。またこのような無機材料を異なる
素材上に形成するものとして、例えば特開平１−１７５
７１４号公報にあるように、誘電体フィルム表面に蒸着
、スパッタリング、プラズマＣＶＤなどの手法によって
チタン酸ストロンチウムの薄膜を形成することが提案さ
れている。 しながら、前述した方法では、アルミニウム表面への薄
膜の密着性は必ずしも十分ではなく、特に蒸着技術を改
良してより優れた電解コンデンサ用アルミニウム陰極電
極を製造する余地が残されていた。 また前記した薄膜形成技術を用いる方法では、処理時間
が長くかかるため、生産効率の点でも不十分であった。

【発明が解決しようとする課題】

この発明は、チタン、ストロンチウムあるいはこれらの
合金、酸化物が高い誘電率を示し静電容量の増加に適用
でき得ることに着目してなされたもので、高純度アルミ
ニウムの表面に蒸着により、チタンとストロンチウムか
らなる合金層の蒸着膜を形成させて電解コンデンサ用ア
ルミニウム電極を得るものである。 その際、蒸着膜の形成方法を改良することにより、処理
時間を大幅に短縮させしかも高い静電容量の電解コンデ
ンサ用アルミニウム電極を得ることを目的としている。

【課題を解決するための手段】

この発明は、電解コンデンサ用アルミニウム電極を製造
するに際し、高純度アルミニウム表面に、陰極アーク蒸
着法によってチタンおよびストロンチウムの合金からな
る蒸着層を形成することを特徴とする電解コンデンザ′
用アルミニウム電極の製造方法である。 陰極アーク蒸着法は、僅かに不活性ガスの存在する雰囲
気中で、ターゲット側を陰極とした陰極アーク放電現象
を利用して、ターゲット材料を局所的に溶融蒸発させ、
被処理材料表面に蒸着をおこなうもので、陰極アーク放
電の特性として、陰極側（ターゲット）に非常に小さな
陰極絃点を生じ、大きなアーク電流がこの小さい点に流
れ込むことから、陰極点の近傍は極めて高温に熱せられ
て、チタン、ストロンチウム等の高融点材料も瞬時に溶
融蒸発させる。 そして溶融蒸発した、ターゲツト材は同時に金属イオン
となり、真空中に放出される。この際バイアス電圧を被
処理材料に印加することにより、この金属イオンは、加
速された反応ガス粒子と共に被処理材料の表面に密着し
、緻密な蒸着膜を生成する。 この発明では、ターゲツト材として、チタンおよびスト
ロンチウムの２種の金属を用いるが、陰極アーク蒸着法
では、処理を行うチャンバ内に複数のターゲット電極を
設置できるので、チタンおよびストロンチウムを異なっ
たターゲットからアーク放電によってガス粒子化し、チ
タンおよびストロンチウムをガス粒子状態で混合して、
被処理材である高純度のアルミニウム表面に蒸着させる
ことができる。 この方法によれば、チタンとストロンチウムの蒸着量を
、各々異なった蒸着条件で設定できるので蒸着膜のチタ
ンとストロンチウムとの組成比を所望の範囲とするのが
容易である。もちろん、チタンとストロンチウムとを異
なったターゲットとしないで、予め所望の組成比のチタ
ン−ストロンチウム合金を単一のターゲット電極として
用いることも可能である。 この発明によれば、被処理材料としては通常の電解コン
デンサの陰極に用いる、高純度で箔状あるいは板状のア
ルミニウムを用いればよい。このアルミニウム表面は、
予め脱脂処理等にをより表面を清浄化しておくことが好
ましい。またアルミニウム表面はエツチング処理を施し
ても良いし、ブレーンのままであっても良い。 この発明における、陰極アーク蒸着の好ましい条件とし
ては、チャンバ内部の圧力については、１０−７ないし
１０−３Ｔｏｒｒの圧力で行えば好適である。 また不活性ガスとしては、アルゴン、ヘリウム、窒素ガ
スの雰囲気中で行えばよい。蒸発距離は１００ないし５
００ＩＩＩ１１１ターゲツトの蒸発速度は１×１０−コ
ないし１×１０伺■／ｄ・秒、蒸着量はｌＸｌ０−’な
いし１■／　ｃ４で蒸着を行えば好適である。更に蒸着
膜の厚さは、０．００５ないし３μｍ、蒸着時間は、Ｏ
，ＯＳ分ないし３０分である。

【作　　　用】

この発明によれば、陰極アーク蒸着法によりチタンおよ
びストロンチウムの合金からなる高誘電率の蒸着層を高
純度アルミニウムの表面に形成できる。 この発明の方法は、粒子のイオン化率が高いため、イオ
ンボンバード効果が強く、またコーティング中のバイア
ス効果も強いため、被処理材との密着性が極めて高い皮
膜が低温で容易に得られる。 この発明の陰極アーク蒸着法と、従来のイオンブレーテ
ィング法およびスパッタリング法について、−船釣な金
属のイオン化率および粒子エネルギーを比較したものを
、以下の表に示す。 このように、陰極アーク蒸着法によれば、イオン化率が
他の方法に比べて著しく大きく、高イオンエネルギーで
あるため、反応効率が向上し、アルミニウム電極とチタ
ンあるいはストロンチウムとの密着性ならびに緻密性を
顕著に向上させることができる。 また処理時間についても、この発明の陰極アーク蒸着法
によれば長くとも１０分程度で処理が終わるのに対し、
イオンブレーティング法では２０分程度、スパッタリン
グ法によれば５０分程度と、何れもこの発明の方法に比
べ相当の時間を要する。

【実　施　例】

以下実施例に基づいて、この発明を説明する。 −尖立拠一 まずこの発明の実施例として、交流による電気化学的エ
ツチングを行った高純度のアルミニウム箔（純度９９．
９５％、厚さ１００μｍ）を５０Ｘ　１００ｍｍに切断
したものを被処理材として使用し、この表面にチタンお
よびストロンチウムを蒸着した。 図面は、陰極アーク蒸着に使用する装置の概略を説明し
たものである。この発明は図面の装置により、チタンか
らなる第１の金属ターゲット（蒸発源）１０と、ストロ
ンチウムからなる第２の金属ターゲット（蒸発源）１１
とを陰極としてアーク放電を起こすと、アークはターゲ
ット１０および１１の表面にアークスポットを形成し、
アークスポットに集中するアーク電流のエネルギーによ
り、ターゲツト材１０およびターゲツト材１１は瞬時に
溶融蒸発すると同時に金属イオン１２となり、真空中に
放出される。 この際、高純度のアルミニウムからなる被処理材１４に
対しバイアス電圧を印加することにより、この金属イオ
ン１２は、加速された反応ガス粒子１６と共に被処理材
１４の表面に密着し、緻密な膜を生成する。なお、図面
中１８および２０ばアーク電源、２２はバイアス電源、
２４は回転テーブル、２６はガス入口、２８はガス出口
、３０は真空チャンバである。 トータルのチャンバ圧力を２ＸＩＯ−”〜ＩＸＬＯ−’
Ｔｏｒｒの範囲に設定し、蒸発距離２００ｍｎ＋、アー
ク電源の電流値１００Ａ、蒸発速度を０．１８ｍ７分で
２分間陰極アーク蒸着を行い、チタンおよびストロンチ
ウムがほぼ等量の組成からなる、蒸着膜要約０．２μｍ
の蒸着膜を得た。 この蒸着膜の静電容量を調べたところ、１９２０μＦ／
ｃｔａであった。 一止較土一 次に比較例として、被処理材の高純度アルミニウムは、
実施例と同一のものを用いた。この比較例では、表面に
蒸着膜を形成せず、エツチング処理が終わったままの状
態での静電容量を調べた。 この比較例での静電容量は、４００μＦ／ｃ＋ｆｌであ
ワた。 この結果から明らかなように、この発明の方法により作
成された電極を電解コンデンサに用いれば、高い静電容
量を得られることがわかる。

【発明の効果】

以上述べたようにこの発明によれば、電解コンデンサ用
アルミニウム電極の表面にチタンおよびストロンチウム
を付着させて蒸着膜の形成する製造方法を改良すること
により、電極の単位面積あたりの静電容量値を増加させ
、しかも処理時間を大幅に短縮させることができる。 なおこの発明のアルミニウム電極は、陰極用電極を主た
る用途としているが、表面のチタンおよびストロンチウ
ム層は、種々の酸化処理によって高い誘電率をもつ絶縁
体層となるので、この発明の方法によって得られたアル
ミニウム電極に、更に酸化処理を施すことで、陽極用の
電極としても用いることができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明で用いる陰極アーク蒸着装置の概略を表
した説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）高純度アルミニウム表面に、陰極アーク蒸着法に
   よってストロンチウムおよびチタンからなる合金層を形
   成することを特徴とする電解コンデンサ用アルミニウム
   電極の製造方法。