JPH0444203A - 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］ 本発明は、電解コンデンサ用アルミニウム電極に間し、
更に詳しくは、高純度アルミニウムの表面に陰極アーク
蒸着法により特定の金属を付着させ、表面に緻密な酸化
物層を形成させた電解コンデンサ用アルミニウム電極に
関する。

［従来の技術］ 電解コンデンサは、小形、大容量、安価で、整流出力の
平滑化等に優れた特性を示し各種電気・電子機器の重要
な構成要素の一つであり、一般に表面を電解酸化によっ
て酸化皮膜に変えたアルミニウム箔を陽極とし、この酸
化皮膜を誘電体とし集電陰極との間に電解液を介在させ
て作成される。

アルミニウム以外にも、いわゆる・弁作用金属と呼ばれ
るタンタルやチタン等の金属を、アルミニウムと同様に
電解コンデンサの電極として使用することができる。こ
の種の金属の内で、製品電解コンデンサの静電容量に密
接に関連する酸化皮膜の比誘電率を指標として見た場合
、酸化アルミニウムの比誘電率は７〜１０であり、酸化
タンタルの比誘電率２５．２や酸化チタンの比誘電率６
６．１と比較すると決して大きな値ではない、電解コン
デンサにタンタルやチタンではなくアルミニウムが一般
的に使用されるのは、主として、これらよりアルミニウ
ムの方がコスト的に優れているためといえる。

物性として規定される一定の比誘電率を有する材料であ
るアルミニウムを用いて、より大きな静電容量の電解コ
ンデンサを得るために、アルミニウム箔の表面に高倍率
のエツチング処理を施すことにより表面積の増大が図ら
れている。材料の表面に複雑な凹凸を与えることにより
表面積を増大させるこの技術は、現在では高度に洗練さ
れているが、この技術による表面積増大のみによって電
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。

一定の比誘電率を有するアルミニウム材料の表面積増大
には限界があり、より比誘電率の大きな他の弁作用金属
等を電極に使用するには主としてコスト的に問題がある
。

これを解決する手段として、アルミニウム材料の表面に
、より比誘電率の大きな他の弁作用金属等を付着または
溶着させて薄膜を形成させ、コストを増加させることな
く比誘電率の増大を図るものがある０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基板上に所望の金
属を蒸着させ、表面にアルミニウムと蒸着金属との混在
複合膜たる蒸着膜を形成させることによって大容量を得
るものである。この種の技術は、ＰｂＴｉ０゜の薄膜化
に端を発するものであり、この合成は、１９８７年１０
月７日（化工）発表の大工試において、プラズマＣＶＤ
法とスパッタリング法とを同時に行うことにより成功裡
に実現された。

しかしながら、前記した方法では、アルミニウム基板上
におけるチタンのような金属の蒸着膜の密着性や緻密性
が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電極を製造する
余地が残されていた。また、前記しなに着抜術を用いる
方法では、処理時間が長くかかるため生産効率の点で不
十分である。

例えば、特開昭６３−３０６６１４号には、イオンブレ
ーティング法によりアルミニウムーチタン金属層を形成
後、陽極酸化処理を行って混在酸化物誘電体を形成させ
る方法が開示され、また、特開昭５９−１６７００９号
には、蒸着法により導電性金属を蒸着させて多孔質金属
皮膜を形成させる方法が開示されているが、このような
従来の方法では、密着性や緻密性に問題があり、特に、
チタンを用いて作製するチタン陽極膜は膜特性が不安定
である。

本出願人は、先に特願平１−１６５３８８号として、電
解コンデンサ用アルミニウム電極箔を製造するに際し、
高純度アルミニウムの表面に蒸着によりタンタルを付着
させて表面にタンタル層からなる蒸着膜を形成させ、そ
の後陽極酸化を行うことからなり、前記蒸着を陰極アー
ク蒸着法により行うことを特徴とする電解コンデンサ用
アルミニウム電極箔の製造方法を提案した。この提案は
、蒸着を行う方法として陰極アーク蒸着法に着目したも
のであるが、更に検討を重ねた結果、高純度アルミニウ
ムの表面に付着させる金属として、弁作用金属に加えて
弁作用金属以外の金属を混在させることにより、更に優
れた電解コンデンサ用アルミニウム電極を提供し得るこ
とをこの度突き止めた。

「発明が解決しようとする課題］ 本発明は、高純度アルミニウムの表面に陰極アーク蒸着
法によりチタンを付着させて表面にチタン層からなる蒸
着膜を形成させた電解コンデンサ用アルミニウム電極を
改良し、高純度アルミニウムの表面に付着させる金属と
して、チタンに加えて弁作用金属以外の特定の金属を混
在させることにより、陰極アーク蒸着法により緻密な酸
化物層を形成し、酸化アルミニウムと比較して３倍の静
電容量を与え得る電解コンデンサ用アルミニウム電極を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、高純度アルミニウムの表面にバリウム
およびチタンを所定の酸素圧の下でＦ！＃極アーク蒸着
法により付着させ、バリラム・チタン酸化物層を形成さ
せたことを特徴とする電解コンデンサ用アルミニウム電
極が提供される。

高純度アルミニウムの表面にバリウムおよびチタンの２
つの金属を蒸着させるため、陰極アーク蒸着を行うに際
して、金属ターゲット（蒸発源）たるカソードユニット
を複数設置し、少くともその１つをバリウムとし、かつ
少くともその１つをチタンとすることにより、２つの金
属を同時に蒸着させることができる。

高純度アルミニウムを、エツチング処理を施した高純度
アルミニウム箔とすれば好適である。

陰極アーク蒸着法によるバリウム・チタン酸化物の好適
な製造条件は次の通りである。

酸素圧力を含んだトータルチャンバー圧力範囲は、１ｘ
ｌｏ−’〜１　ｘ　１０−’Ｔｏｒｒとする。

アルゴン、ヘリウム、並びに窒素よりなる群から選択さ
れる不活性ガス雰囲気中で陰極アーク蒸着を行えば好適
である。

５０〜４００　ｍｌの蒸発距離で陰極アーク蒸着を行え
ば好適である。なお、蒸発距離は、使用する装置の性能
等に依存するため、装置によっては必ずしもこの蒸発距
離が好適とは限らず、適宜室める必要がある。

０．０１〜０．５μ／分の蒸発速度で陰極アーク蒸着を
行えば好適である。

バリウム・チタン酸化物蒸着膜の厚さを０．０５〜５μ
とすれば好適である。

基板温度は、２００〜４５０℃とするのが好適である。

前記した陰極アーク蒸着により高純度アルミニウムの表
面にバリウムおよびチタンを付着させ、表面にバリウム
・チタン酸化物層を形成させ、これを用いて常法により
電解コンデンサを製造することができる。

〔作用］ 実質的真空下で、金属ターゲット（蒸発源）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表面上に
アークスポットを形成し、ターゲット表面上をランダム
に走り回る。

アークスポットに集中するアーク電流の一エネルギによ
り、ターゲツト材は瞬時に溶融蒸発すると同時に金属イ
オンとなり、真空中に放出される。この際、バイアス電
圧を被コーテイング物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コーテイン
グ物の表面に密着し、緻密な膜を生成する。

本発明は、このような陰極アーク蒸着の原理を応用する
ものであり、金属ターゲット（蒸発源）としてバリウム
およびチタンを用い、被コーテイング物として高純度ア
ルミニウムを用いるものである。

本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、基板上のイオン
化率および粒子エネルギを比較して第１表に示す、なお
、イオン化率は、基板単位面積に到達した原子の内、イ
オン化していたものの数をパーセントで表したものであ
る。

第１表 １１Ｉアーク　　　　　イオン　　　　　　　スパッタ
リング法ＩＨ７レーテイング法 イオン化率（Ｘｌ　　　　　３０〜５０　　　２〜８　
　　　２〜８粒子エネルギ（ｅＶ）　　　１０〜１００
　　０．１〜１　　　０．２〜１０このような陰極アー
ク蒸着法によれば、イオン化率が著しく大きく、高イオ
ンエネルギであるため、反応効率が向上し、アルミニウ
ム基板とバリウムおよびチタンとの密着性を顕著に向上
させることができる。

また、特に陰極アーク蒸着法を使用することにより、カ
ソードユニットを複数装置することができ、それぞれ独
自に陰極アーク蒸着を行うことができ、更に、イオン化
率が著しく大きく高イオンエネルギであるため、適当な
範囲の酸素圧の下で緻密な酸化物層を形成することがで
きる。

［発明の効果］ 本発明によれば、高純度アルミニウムの表面に陰極アー
ク蒸着法によりチタンを付着させて表面にチタン層から
なる蒸着膜を形成させた電解コンデンサ用アルミニウム
電極を改良し、高純度アルミニウムの表面に付着させる
金属として、チタンに加えて弁作用金属以外の金属であ
るバリウムを混在させることにより、陰極アーク蒸着法
により緻密な酸化物層を形成し、酸化アルミニウムと比
較して３倍の容量を与え得る電解コンデンサ用アルミニ
ウム電極が提供される。

Ｕ実施例コ 以下に実１＠例により本発明を更に詳細に説明するが、
本発明は以下の実ａ例にのみ限定されるものではない。

乱臣ヨユ 常法によりエツチング処理を施した高純度アルミニウム
箔５０ｘ　１００　＋ｕａを使用し、酸素圧力を含めた
トータルチャンバー圧力２〜１０×１０−”Ｔｏｒｒ、
蒸発距離２００　ｉｌｌ、蒸発速度０．０５μ／分、バ
リウム・チタン酸化物膜厚０．２μ、基板温度４００℃
とし、バリウム・チタン酸化物による陰極アーク蒸着を
行った。

陰極アーク蒸着に使用する装置の概略を第１図に示す、
この装置を用い、実質的真空下で、バリウムからなる金
属ターゲット（蒸発源）１０およびチタンからなる金属
ターゲット（蒸発源）１１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表面上にアークスポットを
形成し、ターゲット表面上をランダムに走り回る結果、
アークスポットに集中するアーク電流のエネルギ（１０
０Ａ）により、ターゲツト材は瞬時に溶融蒸発すると同
時に金属イオン１２および１３となり、真空中に放出さ
れ、この際、高純度アルミニウム箔とする被コーテイン
グ物１４に対しバイアス電圧を印加することにより、こ
れらの金属イオンは、加速された反応ガス粒子１６と共
に被コーテイング物１４の表面に密着し、ｆｆｉ密な膜
を生成する。なお、第１図中、１８および２０はアーク
な源、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。

この蒸＠膜を有するアルミニウム箔を電解コンデンサ用
アルミニウムｔ＃ｌとして用い、常法により電解コンデ
ンサを製造した。得られた皮膜による電解コンデンサの
耐電圧および静電容量を第２表に示す。

Ｌ敷■ユ 常法によりエツチング処理を施した高純度アルミニウム
箔ｓｏｘ　１００　ｉｌｌを使用し、常法により８■化
成を行い、このアルミニウム箔を電解コンデンサ用アル
ミニウム電極として用い、常法により電解コンデンサを
ｇｉした。

得られた皮膜による電解コンデンサの耐電圧および静電
容量を第２表に示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は、＃ｉ極アーク蒸着に使用する装置の概略を示
す図である。 １０・・・バリウムからなる金属ターゲット（蒸発源） １１・・・チタンからなる金属ターゲット（蒸発Ｒ）１
２・・・金属イオン　　　１３・・・金属イオン１４・
・・高純度アルミニウムとする被コーテイング物 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・・・ガス入口２８・・・ガ
ス出口　　　　３０・・・真空チャンバ耐電圧（Ｖ）　
　　　　８　　　８

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）高純度アルミニウムの表面にバリウムおよびチタ
   ンを所定の酸素圧の下で陰極アーク蒸着法により付着さ
   せ、バリウム・チタン酸化物層を形成させたことを特徴
   とする電解コンデンサ用アルミニウム電極。