JPH0444204A - 電解コンデンサ用アルミニウム電極 - 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関し、
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、その後陽極酸化を
行うことにより表面に峨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、アルミニウムと同機に電
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Ｗｐｔ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を率６
６．１と比較すると決して大きな値ではない、ｉＳ電解
コンデンサ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
複合膜な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、ＰｂＴｉＯｓ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！！！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、処理時間か長くかが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ｔ二、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、密着性やは密性に問題があり、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。

本土Ｖ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Ｔｈ　％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て陰極アーク蒸着
を行い、その後陽極酸化を行うことにより、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
在させて陰極アーク蒸着を行い、更にその後陽極酸化を
行うことにより、チタンと弁作用金属以外の特定の金属
との混在酸化物層を形成させ、これによりｌＩｉ極酸極
管化った酸化アルミニウムと比較して２倍以上の静電容
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
およびチタンを陰極アーク蒸着法により付着させ、表面
にバリウム・チタン層を形成させた後、陽極酸化により
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ｔｆｉ！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。

チャンバー圧力範囲は、ｌＸ１Ｇ−”〜ｌＸ１０−’Ｔ
ｏｒｒ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　ａｍ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、適宜定める必要がある。

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
・チタン層を形成させ、更に通常の陽極酸化条件により
陽ｆ！酸化を行ってバリウム・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を流のエネルギにより
、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、縁帯な膜を生成する。

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。

１土上 ＩＩアーク　　　　　イオン　　　　　　　スパッタリ
ング獣厘看法　　　　　　　ル−ティング注 イオン化率（％）　　　　３０〜５０　　　２〜８　　
　　２〜８１子Ｘ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票著に向上
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着することができ、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なめ、緻密な
金属層を形成することができる。

そしてこのバリウムおよびチタンを蒸着させたアルミニ
ウム基板を陽極として用いる場合には、陽極酸化により
表面を酸化処理して比誘電率の高い酸化物とすることに
より、静電容量の増大を図ることができる。

［発明の効果コ 本発明によれば、高純度アルミニウムの表面に１！！極
ア一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
ウムを極を改良し、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て陰極アーク蒸着を行い、更
にその後陽ｆｉ！酸化を行うことにより、バリウムおよ
びチタンの混在酸化物層を形成させ、これにより陽Ｉ７
ｆ！酸化を行った酸化アルミニウムと比較して２倍以上
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
極が提供される。

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

割１皿ユ 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　ｉｏｏ　＋ｉ＋ｉを使用し、チャンバー圧力
５　Ｘ　１０−’ＴＯｒｒ、蒸発ＦＩＥＭ２００１１１
１．　ｉ発速度０．０５μ／分、バリウム・チタン膜厚
０．２μ、基板温度３００℃とし、バリウム・チタンに
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Ｒ）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ｔ′ＬｆＳ反応ガス粒子１
Ｇと共に被コーテイング物１４の表面に密着し、緻密な
膜を生成する。なお、第１図中、１８および２ｏはアー
ク；源、２２はバイアス電源、２４は回転テーブル、２
６はガス入口、２８はガス出口、３ｏは真空チャンバで
ある。

この蒸着膜を有するアルミニウム箔を用い、リン酸二水
素−アンモニウム水溶液（１，３ｇ／ｊ　）中にて８５
℃、７０Ｖの陽極酸化条件で陽極酸化を行い、これを電
解コンデンサ用アルミニウム＠極として用い、常法によ
り電解コンデンサを製造した。得られた電解コンデンサ
の静電容量を第２表に示す。

反敷■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５０ｘ　ｉｏｏ　ｌ１１１を使用し、リン酸二水素−
アンモニウム水浴ｉ　（１，３ｇ／＃　）中にて８５℃
、７０Ｖの陽極酸化条件で陽極酸化を行い、このアルミ
ニウム箔を電解コンデンサ用アルミニウム％　ｆｆｉと
して用い、常法により電解コンデンサを製造した。得ら
れた電解コンデンサの静電容量を第２表に示す。

静電容量（＋Ｆ／ｃ１２）　　ＩＬ４　　　４．７

【図面の簡単な説明】

第１図は、陰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（蒸発源）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＠　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ＦＩＧ。

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
   ンを陰極アーク蒸着法により付着させ、表面にバリウム
   ・チタン層を形成させた後、陽極酸化によりバリウム・
   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。