JPH05315199A - 超高圧Ａｌ電解コンデンサの陽極用アルミニウム箔 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】化成皮膜欠陥を少なくし得て化成皮膜を厚く形
成することができ、かつ静電容量も大きな超高圧Ａｌ電
解コンデンサ用陽極箔に用いることのできるアルミニウ
ム箔を提供する。 【構成】Ｆｅ：０．１〜１５ｐｐｍ、Ｓｉ：０．１〜２
０ｐｐｍ、Ｃｕ：０．１〜２０ｐｐｍを含有し、不純物
としてＧａ：２０ｐｐｍ以下、Ｚｎ：２０ｐｐｍ以下、
Ｂ：１０ｐｐｍ以下に規制され、その他の不純物元素が
個々に５ｐｐｍ以下に規制され、残部がアルミニウムか
らなるアルミ箔とし、好ましくは表面から深さ１μｍま
での表層部分における個々の元素の濃度がそれぞれ５０
ｐｐｍ未満に規制される。さらに好ましくは、表面に形
成されている酸化膜の厚さが３．５〜８ｎｍに規定され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、耐電圧６００Ｖ程度
以上の超高圧Ａｌ電解コンデンサの陽極用アルミニウム
箔に関する。

【０００２】

【従来の技術】中高圧用Ａｌ電解コンデンサの陽極とし
て用いられるアルミニウム箔は、静電容量の増大のため
に通常施されるエッチング処理において、トンネル状エ
ッチングピットが多数形成されるものであることが一般
に望まれている。このため、エッチングピットを増加さ
せるべく、アルミニウム箔の結晶面を（１００）面にそ
ろえたり、表面にＰｂ、Ｚｎ、Ｂｉなどの元素を集めて
濃化させることが行われている。

【０００３】ところで、昨今、Ａｌ電解コンデンサの用
途拡大に伴い、耐電圧６００Ｖ程度以上にも達するよう
な超高圧Ａｌ電解コンデンサの開発が行われている。か
かる超高圧を実現するためには、化成処理によってアル
ミニウム陽極箔に形成される誘電皮膜としての化成皮膜
の厚さを厚くする必要があり、このために皮膜欠陥を少
なくする必要がある。また、静電容量を高めるために、
従来の中高圧用よりもエッチングピットを大きくし、数
を減少させる必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来中高圧
用に用いられていた前記のようなアルミニウム箔におい
ては、皮膜欠陥が多く化成皮膜の厚さに限界があり、ま
たエッチングピットが多く発生しピット間の結合を生
じ、逆に表面積を低下させるため、これをそのまま超高
圧用Ａｌ陽極箔に用いることはできなかった。

【０００５】この発明は、かかる技術的背景に鑑みてな
されたものであって、皮膜欠陥を少なくして化成皮膜を
厚く形成することができ、かつ静電容量も大きくでき、
超高圧Ａｌ電解コンデンサ用陽極箔として用いることの
できるアルミニウム箔を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、発明者は種々実験と研究を重ねた結果、上記の皮膜
欠陥の発生、エッチングピットの増加が、従来の中高圧
用陽極箔では個々の元素の含有量が多すぎるために生じ
ていることを知見し、かかる知見に基いてこの発明を完
成し得たものである。

【０００７】即ち、この発明の１つは、Ｆｅ：０．１〜
１５ｐｐｍ、Ｓｉ：０．１〜２０ｐｐｍ、Ｃｕ：０．１
〜２０ｐｐｍを含有し、不純物としてＧａ：２０ｐｐｍ
以下、Ｚｎ：２０ｐｐｍ以下、Ｂ：１０ｐｐｍ以下に規
制され、その他の不純物元素が個々に５ｐｐｍ以下に規
制され、残部アルミニウムからなることを特徴とする超
高圧Ａｌ電解コンデンサの陽極用アルミニウム箔を要旨
とするものである。

【０００８】上記において、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕは適度な
数のエッチングピットを確保するために必要な元素であ
るが、それぞれが０．１ｐｐｍ未満ではその効果に乏し
いうえ、コストアップの原因となる。一方、Ｆｅ（鉄）
が１５ｐｐｍを、Ｓｉ（珪素）が２０ｐｐｍを、Ｃｕ
（銅）が２０ｐｐｍを越えると化成皮膜を形成したとき
の皮膜欠陥の原因となり、耐電圧を低下させる。特に好
ましくはＦｅ８ｐｐｍ以下、Ｓｉ８ｐｐｍ以下、Ｃｕ１
０ｐｐｍ以下とするのが良い。

【０００９】また、他の不可避的不純物元素についても
これが多く含有されると、皮膜欠陥の原因となる。具体
的にはＧａ（ガリウム）が２０ｐｐｍを越え、Ｚｎ（亜
鉛）が２０ｐｐｍを越え、Ｂ（ホウ素）が１０ｐｐｍを
越え、他の不純物元素のいずれかが５ｐｐｍを越えると
皮膜欠陥を生じて高耐圧性が得られない。特に好ましく
はＧａ１０ｐｐｍ以下、Ｚｎ１０ｐｐｍ以下、Ｂ５ｐｐ
ｍ以下に規制するのが良い。

【００１０】耐電圧を低下させないためには溶質原子は
少ない方が望ましいが、これら溶質原子が金属間化合物
の状態でＡｌ中に存在すると化成皮膜欠陥となるので、
固溶状態にする必要がある。

【００１１】上記のＦｅ、Ｓｉ、Ｃｕ等を固溶状態にす
るために、アルミニウム箔には一般的には５００℃程度
以上の温度で、あるいはＦｅ、Ｓｉ、Ｃｕ等が少ない場
合はさらに低温にて加熱される。しかし、この加熱によ
り、箔表面に不純物元素が濃化する現象を生じる。かか
る濃化現象が激しすぎると表面濃度が高くなってエッチ
ング時におけるエッチングピットの増加を招き、ピット
間の結合を生じやすくなり静電容量を低下させる。

【００１２】そこで、この発明では、好ましくはアルミ
ニウム箔の表面濃度を個々の元素についてそれぞれ５０
ｐｐｍ未満に規制するのが良く、特に２０ｐｐｍ以下と
するのが良い。いずれかの元素が５０ｐｐｍを越えると
エッチングピットが増加しすぎて、静電容量を低下させ
る。ここに、表面濃度とは表面から深さ０．１μｍまで
の表層部分における濃度をいう。かかる表面濃度を抑え
るためにも溶質原子の含有量を規制する必要がある。

【００１３】一方、エッチング時にアルミニウム箔表面
が全面溶解したり、局部的な表面溶解を生じると、有効
なピット数が少くなりすぎて静電容量を大きくすること
はできない。このため、アルミニウム箔の溶質原子の表
面濃度を上記のように５０ｐｐｍ未満に規制するととも
に、さらに好ましくはアルミニウム箔表面の酸化皮膜を
３．５〜８ｎｍに規定するのが良い。この酸化膜はエッ
チング時に溶解されるが、厚さが３．５ｎｍ未満では溶
けすぎてアルミニウム箔表面の全面溶解につながり、逆
に８ｎｍを越える厚さでは溶けにくくなって、いずれの
場合にもエッチングピットが少なすぎるものとなり、静
電容量が小さくなる。従って、酸化膜の厚さを３．５〜
８ｎｍに規定することで、適度な数のエッチングピット
を形成でき、静電容量を大きくできる。最も好ましい酸
化膜の厚さは４〜６ｎｍである。なお、上記のような表
面濃度の測定は、アルミニウム箔をＮａ０Ｈ溶液でエッ
チングしたのち、ＨＮＯ₃ 溶液でディスマットして、溶
液中の含有量を化学分析することにより行い得る。ま
た、酸化膜厚さの測定はハンターホール法により行い得
る。

【００１４】上記のアルミニウム箔は、電解コンデンサ
陽極用電極箔としての使用に際して、拡面率向上のため
に従来と同様のエッチングを実施されたのち、化成処理
され、その表面に化成皮膜からなる誘電皮膜が形成され
る。化成処理は６００Ｖ程度以上の高耐圧を得るため
に、６００Ｖ以上の化成電圧にて行う必要がある。処理
液や液温等の他の条件は特に限定されることはない。

【００１５】

【作用】Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕの含有により、エッチング処
理において適度な数の大きなエッチングピットが形成さ
れ、静電容量が増大する。また、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕの上
限値を規制し、他の不純物の含有量を規制したから、化
成皮膜欠陥が少なくなり厚さの厚い化成皮膜が形成さ
れ、耐電圧が増大する。

【００１６】また、表面濃度を規制したから、エッチン
グによるエッチングピットの増加が益々抑制され、さら
に静電容量が増大する。

【００１７】また、表面に形成されている酸化膜の厚さ
を３．５〜８ｎｍに規定した場合には、アルミニウム箔
表面の全面溶解や逆の難溶解が防止され、エッチングピ
ットの過少状態が防止されて益々適度な数のエッチング
ピットが形成される。

【００１８】

【実施例】表１に示す各種組成のアルミニウム合金を溶
解鋳造したのち、５５０℃以上で３時間以上の均質化処
理を実施し、さらに熱間圧延、冷間圧延、箔圧延を順次
的に実施して厚さ１１０μｍのＡｌ箔を製作した。

【００１９】次に、上記アルミニウム箔を各種条件で高
温加熱し、表１に示すような表面濃度、酸化膜厚を有す
るＡｌ電解コンデンサ陽極用アルミニウム箔とした。

【００２０】次に、上記各アルミニウム箔に対して、５
％塩酸、８０℃、直流電流密度２０００Ａ／ｍ² 、エッ
チング時間６０秒で第１エッチングを行った後、５％塩
酸、９５℃、直流電流密度５００Ａ／ｍ² 、エッチング
時間３０分の第２段エッチングを行った。

【００２１】次に、上記のエッチド箔を５％硼酸９５
℃、直流電流密度３０Ａ／ｍ² で８００Ｖの化成を行っ
た。

【００２２】そして得られた各陽極箔の静電容量及び耐
電圧を測定したところ、表１のとおりであった。なお、
静電容量の測定は、１０％硼酸アンモニウム、３０℃、
１２０Ｈｚ中で行い、試料Ｎｏ７の静電容量を１００と
したときの相対比にて示した。また、耐電圧の測定は化
成後の箔を１００℃の純水中に３０分間浸漬した後に、
５％硼酸、９０℃中で直流０．３Ａ／ｍ² の電流を流し
たときの電圧により求めた。

【００２３】

【表１】 上記表１の結果から、本発明範囲に規定された実施品
（Ｎｏ１〜６）は、耐電圧も大きく静電容量も大きいこ
とがわかる。また、不純物含有量が本発明範囲を逸脱す
る比較品Ｎｏ８は皮膜欠陥が多いと推測され、耐電圧が
低いものであった。また、Ｎｏ４の実施品からわかるよ
うに、表面濃度が高くなると静電容量が小さくなり、耐
電圧も低くなる傾向にある。また、酸化膜の厚さが３．
５ｎｍ未満の実施品（Ｎｏ５）や、８ｎｍを越える実施
品（Ｎｏ７）は静電容量が小さいこともわかる。

【００２４】

【発明の効果】この発明は上述の次第で、Ｆｅ：０．１
〜１５ｐｐｍ、Ｓｉ：０．１〜２０ｐｐｍ、Ｃｕ：０．
１〜２０ｐｐｍを含有し、不純物としてＧａ：２０ｐｐ
ｍ以下、Ｚｎ：２０ｐｐｍ以下、Ｂ：１０ｐｐｍ以下に
規制され、その他の不純物元素が個々に５ｐｐｍ以下に
規制され、残部アルミニウムからなることを特徴とする
ものであるから、化成処理により、皮膜欠陥が少なく膜
厚の厚い化成皮膜を形成することができ、その耐電圧を
増大することができる。しかも、適度な数の大きなエッ
チングピットを形成することができるから、静電容量も
大きくでき、超高圧用電解コンデンサの陽極箔として好
適なものとなし得る。

【００２５】また、加えて表面から深さ１μｍまでの表
層部分における個々の元素の濃度をそれぞれ５０ｐｐｍ
未満に規定した場合には、エッチングによるエッチング
ピットの増加を益々抑制でき、ひいてはさらに静電容量
を増大することができる。

【００２６】さらにまた、表面に形成されている酸化膜
の厚さを３．５〜８ｎｍに規定した場合には、アルミニ
ウム箔表面の全面溶解や逆の難溶解を防止でき、エッチ
ングピットの過少状態を防止し得て益々適度な数のエッ
チングピットを形成でき、さらに静電容量の大きなＡｌ
電解コンデンサの陽極を提供できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山ノ井 智明 大阪府堺市海山町６丁224番地 昭和アル ミニウム株式会社内 (72)発明者 藤平 忠雄 大阪府堺市海山町６丁224番地 昭和アル ミニウム株式会社内 (72)発明者 西崎 武 大阪府堺市海山町６丁224番地 昭和アル ミニウム株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｆｅ：０．１〜１５ｐｐｍ、Ｓｉ：０．
   １〜２０ｐｐｍ、Ｃｕ：０．１〜２０ｐｐｍを含有し、
   不純物としてＧａ：２０ｐｐｍ以下、Ｚｎ：２０ｐｐｍ
   以下、Ｂ：１０ｐｐｍ以下に規制され、その他の不純物
   元素が個々に５ｐｐｍ以下に規制され、残部アルミニウ
   ムからなることを特徴とする超高圧Ａｌ電解コンデンサ
   の陽極用アルミニウム箔。
2. 【請求項２】 表面から深さ１μｍまでの表層部分にお
   ける個々の元素の濃度がそれぞれ５０ｐｐｍ未満に規制
   されている請求項１に記載の超高圧Ａｌ電解コンデンサ
   の陽極用アルミニウム箔。
3. 【請求項３】 表面に形成されている酸化膜の厚さが
   ３．５〜８ｎｍに規定されている請求項２に記載の超高
   圧Ａｌ電解コンデンサの陽極用アルミニウム箔。