JPH03131013A - 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、さらに詳しくは表面に誘電体層が
形成された陽極用電極に用いられる高純度アルミニウム
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、通常陽極材料と同種の金属が
用いられる。 陽極用の弁金属は、電解コンデンサの小型化、大容量化
を図るために、単位電極面積あたりの静電容量値を高め
る必要がある。 従来から電極の静電容量値を高めるために、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
電容量を飛躍的に増加させるのは次第に困難になりつつ
ある。 そこで静電容量を増大させるためには、電極表面に形成
された誘電体酸化皮膜の比誘電率を上げることが考えら
れる。しかし通常は、陽極材料である弁金属の酸化物固
有の比誘電率によってその値は決まってしまい、変更の
余地は殆どない。 陽極表面の誘電体酸化皮膜層の被誘電率を上げるために
は、基材である陽極金属とは異なる高い比誘電率を持つ
物質を、陽極の絶縁酸化皮膜の一部もしくは全部に代え
て形成することが考えられる。 高い比誘電率を持つ無機材料として、チタン、ストロン
チウムの酸化物あるいはこれらの複合酸化物の存在が知
られている。このような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１−１７５７１４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。 しかしながら、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陽
極電極を製造する余地が残されていた。 また前記した蒸着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。更に
は蒸着した金属を誘電体層として用いるためには、形成
された薄膜を酸化処理して絶縁性を付与する工程が必要
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、ストロンチウムの酸化物がアルミ
ニウムに比べ高い比誘電率を呈す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の両者を酸化物蒸着膜として形
成し、これを誘電体層として利用しようというものであ
る。 その際、蒸着膜の形成方法を改良することで、処理時間
を大幅に短縮させ、かつ高い比誘電率に基づく高静電容
量を有する電解コンデンサ用の陽極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、酸素を含んで
全圧　がＩ　Ｘｌ０−’〜Ｉ　Ｘｌ０−４Ｔｏｒｒの雰
囲気中で、チタンおよびストロンチウムの酸化物からな
る蒸着層を陰極アーク蒸着法によって形成することを特
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
である。 またこの発明では、被処理材である高純度アルミニウム
を２００℃ないし４５０℃に加熱することも特徴として
いる。 陰極アーク蒸着法は、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行うもので、陰極
アーク放電の特性として、陰極側（ターゲット）に非常
に小さな陰極輝点を生じ、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。 通常の陰極アーク蒸着法によれば、蒸着処理を行うチャ
ンバ内は、アルゴン、窒素等の不活性ガスが僅かに存在
する雰囲気中で蒸着を行うが、この発明においては、チ
タンおよびストロンチウムを酸化させ、酸化物として蒸
着膜を形成する必要かあることから、チャンバ内に微量
の酸素ガスを存在させて、蒸着処理を行うものである。 チャンバ内の酸素ガスの量は、酸化反応が充分行われ、
しかも遊離した金属イオンが被処理材表面に蒸着形成さ
れるのを妨げない範囲で選択されるべきで、その範囲は
酸素を含む全圧でｌＸｌ０−’〜Ｉ　Ｘｌ０−４Ｔｏｒ
ｒの範囲である。 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こ
とが容易である。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に別個に設置しないで、予め所望
の組成比としたチタン−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
ルミニウムを用いることができる。 このアルミニウム表面は、あらかじめ脱脂処理等にをよ
り表面を清浄化しておくことが望ましい。 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、プ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、チャンバ内の圧力については、前述したとおり酸
素ガスを含む全圧が、ｌＸｌ０−’〜Ｉ　Ｘｌ０−４Ｔ
ｏｒｒの範囲に設定すれば良い。また上記範囲において
圧力の調整のため酸素以外に不活性ガスとしてアルゴン
、ヘリウム、窒素ガス等を混合しても差し支えない。蒸
発距離は１００ないし５００　ｒｒｍ、ターゲットの蒸
発速度はＩ　Ｘｌ０−’ないしｌＸｌ０−’■／ｄ・秒
、蒸着量はｌＸｌ０弓ないし１■／　ｃｄ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
３ｐｍ、蒸着時間は、０．０５分ないし３０分である。 またこの発明では、蒸着されるチタンあるいはストロン
チウムが被処理材である高純度アルミニウム表面での酸
化反応が円滑に行われるために、被処理材を加熱し、蒸
着面での酸化反応を促進させることも好ましいことであ
る。この温度は酸化反応促進の見地から言えば、比較的
高い温度が好ましいが、被処理材が高純度のアルミニウ
ムであることから、その範囲は２００℃から４５０℃で
行うことが好ましい。

【作　　　用】

この発明の陰極アーク蒸着法によりチタンおよびストロ
ンチウムの蒸着層を高純度アルミニウムの表面に形成で
きる。このとき蒸着層が形成される雰囲気には微量の酸
素が存在するので、高純度アルミニウム表面には、チタ
ンもしくはストロンチウムの酸化物、さらには両者の複
合酸化物の薄膜が形成される。 そしてこの薄膜は、絶縁性でかつ酸化アルミニウムに比
べて比誘電率が高いので、単位面積あたりの静電容量値
が大きい陽極用のアルミニウム電極が得られる。 この発明の方法によれば、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
高い皮膜となる。 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
属の被処理材上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蒸着
金属もしくはその酸化物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り蒸着法
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。 −尤朧皿一 まずこの発明の実施例として、交流による電気化学的な
エツチング処理が施された高純度のアルミニウム箔（純
度９９．９５％）を５０×１０ＯｆｆｌｉＩＩニ切断し
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
中で、１８および２０はアーク電源、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。 実施例では、被処理材のアルミニウムを４００℃に加熱
しておき、酸素ガスを含むチャンバ内の圧力を２〜１０
　Ｘ　１０−　”Ｔｏｒｒの範囲に設定し、蒸発距離２
００鵬、アーク電源の電流値はいずれも１００Ａ、蒸発
速度　０．０５μｍ／分とし、４分間陰極アーク蒸着を
行い、０．２μｍの蒸着膜厚のチタン、ストロンチウム
蒸着膜を形成した。 この結果、得られた皮膜は、耐圧が８■、静電容量が０
．１１３ｍ　Ｆ　／ｃ艷であった。 −上」剋１− 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、
常法によってアルミニウム箔表面を陽極酸化処理して、
酸化アルミニウムの皮膜を形成した。陽極酸化電圧を８
■に設定して得られた皮膜の静電容量は、０．０４３ｍ
　Ｆ　／ｃｉであった。 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
を酸素ガスを含む雰囲気中で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、高い静電容量値を有
する電極が得られるとともに、処理時間を大幅に短縮さ
せることができる。

【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 (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高純度アルミニウム表面に、酸素を含む全圧が１
   ×１０＾−＾１〜１×１０＾−＾４Ｔｏｒｒの雰囲気中
   で、チタンおよびストロンチウムの酸化物からなる蒸着
   層を陰極アーク蒸着法によって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。
2. （２）被処理高純度アルミニウムを２００℃〜４５０℃
   に加熱して蒸着を行う請求項１記載の電解コンデンサ用
   アルミニウム電極の製造方法。