JPH0414809A - 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。 このような基材と異なる物質を基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
の薄膜を形成するもの、特開昭５９〜１６７００９号公
報のように不活性ガス中で金属を蒸着した後化成処理を
行うもの、特開昭６３−３０６６１４号公報のごとくイ
オンブレーティングによりアルミニウムーチタン合金層
を形成し陽極酸化（化成）処理を行うものなどが提案さ
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。

【発明が解決しようとする課題】

高い比誘電率を持つ無機材料として、タングステンの酸
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
。そこでこの発明は、高純度アルミニウムの表面に、蒸
着によりタングステン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。 そして、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、酸素を含んだ
全圧がｌＸｌ０−”〜１．　Ｘ　１０−２〜１×１０−
４Ｔｏｒｒの雰囲気中で、タングステンの酸化物からな
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。 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、タングステン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、タ
ングステンを酸化させ、酸化物として蒸着膜を形成する
必要があることから、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、その好まし
い範囲は酸素を含む全圧でＩ　Ｘ　１０−”〜Ｉ　Ｘ　
１０−２〜１×１０−４Ｔｏｒｒ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、ブレーンのままであっても良い。 この発明における、陰極アーク蒸着の他の好ましい条件
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、ｌＸｌ０−２〜Ｉ　Ｘ　１０
−２〜１×１０−４Ｔｏｒｒの範囲に設定すれば良いが
、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。また蒸発距離は５０ないし４００ｍ１
程度で行うが、装置構造に依存することでもあり必ずし
もこの範囲に限定されるものではない。更に蒸着膜の厚
さは、０．０５ないし５μｍ、蒸着速度は０．０１〜０
．５μｍ／分、蒸着時間は、０゜０５分ないし３０分程
度で行えば良い。 またこの発明では、蒸着されるタングステンが被処理材
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、比較的高い温度が良いが
、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４５０°Ｃ程度までである。

【作　　　用】

この発明の陰極アーク蒸着法によりタングステン蒸着層
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、タングステンの酸化物
が形成される。 タングステン酸化物は、Ｗ２Ｃ、Ｗ　Ｏｚ　、Ｗ　Ｏ３
のほか、ホモロガス酸化物と呼ばれる存在等がある。こ
れらの構造のものは、蒸着条件によって、２種あるいは
それ以上の構造のものが混在することになる。特にＷＯ
３構造のものは、常温で１０’程度の高い誘電率を呈し
、アルミニウム表面の誘電率を高め、静電容量の増大に
寄与する。したがって蒸着条件については、ＷＯ３構造
の酸化物が蒸着層に主として形成されるように条件を選
ぶことが好ましい。 ただ、タングステン酸化物は、高誘電率を有すると同時
に前記のＷＯ３構造のものを含め、比較的高い電導度を
示す。そこで、タングステンの酸化物の蒸着層を形成後
、基材のアルミニウムに陽極酸化処理等の酸化処理を行
い、絶縁性の酸化アルミニウム層を形成することが望ま
しい。 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ク蒸着法
によれば長くともＩＯ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。 （実施例） 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、この表面にタングステンの
酸化物を蒸着した。 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、タングス
テンからなる金属ターゲット（蒸発源）１０庖陰極とし
てアーク放電を起こすと、アークは金属夕・・〜ゲソ１
−１０の表面にアークスポットを形成し、４アークスボ
ントに集中するアーク電流のエネルギーにより、金属タ
ーゲット１０の表面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５、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５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Ｌ］、２８は
ガス出目、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ツノを２　
Ｘ　１０１〜ｉｏｘ　１Ｏ−３Ｔｏｒｒの範囲に設定し
、か発距離２００ｍ、アークｔ＃ｉの電流値はいずれも
１０、ＯＡ、蒸発速度　０゜０５μｍ／分とし、４分間
陰極アーク蒸着を行い、０．２μｍの蒸着膜厚のタング
ステン酸化物薫着膜を形成し７た。 また蒸着膜形成後１、被処理材であるアルミニウムを８
■の電圧で陽極酸化処理を行った。 この結果１．得られた皮膜は、耐圧が８■、静電容量が
０．１０２ｍ　Ｆ　／ｃｄであった。 （比較例） 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５、この比較例では、表面に蒸着膜を形成せ
す′、常法によって°フルミニラム箔表面を陽極酸化処
理しこ、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、Ｏ，
０４３ｒｎ　Ｆ　／　ｃｄであった。 この結果から明らかなよ・）に、この発明の方法により
作成された電極を電解」ンデンガに用いれば、高い静電
容量を得られることがわかる。

【発明の効果】

以１−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タングステンを酸素ガスを
含む雰囲気中で付着させ°Ｃ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
得られる々共ｒ、処理時間を大幅に短縮さセることかで
きる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明で用いる陰極ア”〜・−り蒸着装置の概
略を表した説明図である。 １０・・・金属ターゲット　（蒸発源）１２・・・金属
イオン　　　１４・・・被処理材１６・・・反応ガス粒
子　　１８・・・アーク電源２０・・・アーク電源　　
　２２・・・バイアス電源２４・・・回転テーブル　　
２６・・・ガス人口２８・・・ガス出１コ　　　　３０
・・・真空゛チャンバ１８、ノア〜−り１；；！χ１ノ
！１

Claims (1)

【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＾−＾２〜１×１０＾−＾４Ｔｏｒｒの雰囲気中
   で、タングステン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。