JPH065476A

JPH065476A - 高容量電解コンデンサ

Info

Publication number: JPH065476A
Application number: JP4201730A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Minami; 智幸南; Kazuyoshi Koide; 和佳小出
Original assignee: Toyo Metallizing Co Ltd
Current assignee: Toyo Metallizing Co Ltd
Priority date: 1992-06-19
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1994-01-14

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】フィルム上にマージン部を含む、特殊構造の
金属蒸着層を形成した電極箔を使用した、新しい形式の
電解コンデンサを提供することによって、より小形化し
ながら、高い静電容量を得ること、積層化、チップ化を
容易にすること。【構成】フィルム６上にマージン部を含む、カラム構
造のＴｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｗか
ら選ばれた金属蒸着層８を形成し、表面層を酸化又は窒
化した電極箔９及び１０を陰極箔及び陽極箔として使用
した高容量電解コンデンサ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、新しい方式の電解コン
デンサに関する。更に詳しくは、本発明は電解コンデン
サの小型化、大容量化及びチップ化、積層化技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】コンデンサを小型化、高容量化するため
には、誘電層の誘電率を上げるか、誘電層の膜厚を薄く
するか、対向電極の表面積を拡大することが必要であ
る。そして現行のアルミニウム電解コンデンサでは、図
１、図２に示すように一般にアルミニウム箔にエッチン
グを施して多数のボアを形成し、表面積を拡大した後、
陽極酸化によりＡｌ_２Ｏ_３の誘電層を形成し、アルミニ
ウム電解コンデンサの静電容量を増加させている。しか
しエッチングによるアルミニウム箔の表面積拡大は、ア
ルミニウム箔の強度の低下を伴い、エッチングの後のア
ルミニウム電極材料の厚さを薄くする限界に近くなって
いる。また、構成上、陽極用、陰極用アルミニウム箔及
びセパレータ２枚の計４種類の材料を巻回し、コンデン
サ素子を形成し、引出しリードタブを箔に加締等の方法
で接続しており、現状の構造を脱却するには多くの問題
を有していた。

【０００３】これに対して特開昭５９−１６７００９号
公報では、アルミ箔等の基体上に、アルミニウム、タン
タル、チタン、ニオブ、ジルコニウム等の多孔質金属膜
を作成し、電極／誘電層の表面積を拡大すると共に、誘
電率を増加させることが提案されている。また特公平３
−３７２９３号公報では、エッチングにより粗面化され
たアルミニウム箔の表面に、平均粒子径０．０２〜１．
０ミクロンのチタン微粒子からなる厚さ０．２〜５．０
ミクロンのチタン蒸着被膜が被覆されてなる電解コンデ
ンサ用陰極材料が提案されている。

【０００４】しかし、これらの技術においてアルミニウ
ム箔表面に形成する金属蒸着層はアルミニウムを除き高
融点材料であり、これらを蒸発させるためには大電力を
投入しなければならず、熱ダメージにより基体の平坦性
が損なわれたり、基体の温度上昇により蒸着膜が平滑化
して、所定の表面積拡大効果が得られなかったりする問
題がある。また従来のアルミニウム電極箔は導電性金属
層を全面に形成しているために、端子リードを必要とし
ており、チップ化が容易でなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の如き
従来技術の諸欠点に鑑み創案されたもので、その目的と
するところは、アルミニウム電極箔が不用で、電気特性
の安定した高静電容量が得られ、小形化、軽量化が可能
で、そのチップ化、積層化への対応が容易である電解コ
ンデンサを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記した本発明の目的
は、プラスチックフィルムの少なくとも片面に、一端部
を残して他の全面にＴｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａ
ｌ，Ｓｎ及びＷから選ばれた金属、もしくは合金からな
るカラム構造の集合体状の蒸着金属層を形成すると共
に、該蒸着金属カラム層の少なくとも表面積を酸化又は
窒化させてなる高容量電解コンデンサ電極箔を、積層あ
るいは巻回し、更にその両端分に金属を溶射あるいは半
田付けして電極引出し部を構成し、これに電解液等を含
浸しケースに収納、密閉してなることを特徴とする高容
量電解コンデンサ、あるいはプラスチックフィルムの少
なくとも片面に、一端部を残して他の全面に蒸着金属電
極層を形成し、この上からＴｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｎ
ｉ，Ａｌ，Ｓｎ及びＷから選ばれた金属、もしくは合金
からなるカラム構造の集合体状の蒸着金属層を形成する
と共に、該蒸着金属カラム層の少なくとも表面層を酸化
又は窒化させてなる高容量電解コンデンサ電極箔を、積
層あるいは巻回し、更にその両端分に金属を溶射して電
極引出し部を構成し、これに電解液等を含浸しケースに
収納、密閉してなることを特徴とする、高容量電解コン
デンサによって達成される。

【０００７】本発明の電極箔を構成する基体としては、
両端部に金属を溶射して電極引出し部を構成する点か
ら、非導電性のプラスチックフィルムの採用が好まし
い。

【０００８】前記基体のプラスチックフィルムを構成す
る樹脂の具体例には、ポリエチレンテレフタレート、ポ
リエチレン−２，６−ナフタレート等のポリエステル
類、ポリプロピレン等のポリオレフィン類、ポリフェニ
レンスルフィド類、ポリエーテルエーテルケトン等のポ
リエーテル類、芳香族ポリアミド類、ポリカーボネート
等が挙げられるが、電気特性や価格の点でポリエチレン
テレフタレート、ポリプロピレン、ポリフェニレンスル
フィドフィルムが好ましい。これらのプラスチックフィ
ルムは機械的強度や安定性の点で、二軸延伸されてフィ
ルム化されていることが好ましい。該プラスチックフィ
ルムの厚さは、機械的強度と占有体積の関係から０．５
〜５０ミクロンの範囲が好ましく、１．５〜１５ミクロ
ンの範囲がより好ましく、より薄膜化することができ
る。

【０００９】前記基材の表面は、実質的に平滑であるこ
とが好ましく、具体的には平均表面粗さが５０〜５００
０オングストロームであることが好ましい。

【００１０】本発明においては、カラム構造の集合体か
らなる多孔質金属蒸着層を形成するのに先立って、必要
に応じて基材上に導電性の蒸着金属電極を真空蒸着、電
子ビーム蒸着、イオンプレーティング、スパッタ等の手
段によって形成することを採用してもよい。即ち、本発
明ではプラスチックフィルム等の非導電性基材の上に、
カラム状金属蒸着層を形成するのに先立って、蒸着金属
電極を形成させることができる。

【００１１】尚、該蒸着金属電極は、導電性が高いほど
誘電損失が小さくなり好ましいので、アルミニウム、亜
鉛、スズ又は銅の純度の高いものであることがより好ま
しい。また該蒸着金属膜の厚さは、厚いほど導電性が良
好になり、一方薄いほどセルフヒーリングしやすいの
で、０．０１〜０．３ミクロンの範囲が好ましい。

【００１２】本発明において、形成されるＴｉ，Ｚｒ，
Ｔａ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｓｎ及びＷの群から選ばれた
金属、もしくは合金からなる少なくとも一つの金属蒸着
層は、静電容量を向上するために、特にカラム構造の集
合体状に形成されることを本質とする。このようなカラ
ム構造とするためには、公知の斜め蒸着法や不活性がス
中蒸着法、更にはガス吹込み蒸着法等が利用できる。

【００１３】本発明におけるカラム構造を図３に、比較
として従来から使用されているアルミニウムエッチング
箔の構造を図２に示している。エッチング箔は平滑な表
面に凹状のボア（ピット）が形成されているが、不均一
であり、表面拡大率を高めるためには深くする必要があ
る。またピットの径は０．１〜１．５ミクロン（１００
０〜１５０００オングストローム）、ピットの個数は５
×１０^７〜３×１０^８個数／ｃｍ^２であり、表而拡大率
をコントロールする技術に限界があった。一方、図３は
本発明のカラム構造及びその集合体を模式的に示したも
のであり、金属薄膜の厚さ方向に成長した柱状の粒子の
集合体である。表面拡大率を高めるためには、カラム構
造と共に、カラム間隙が重要であり、静電容量を向上さ
せるには各カラムがそれぞれ分離した構造を持つのが好
ましいが、もちろんこれらの構造に限定されるものでは
ない。電解液の含浸性から、該カラムが該基体表面に対
して垂直の場合、傾斜している場合、カラムの形状が根
元が細い場合、表面側で先細に形成されている場合等静
電容量に大小が生じたり、耐熱試験時の静電容量の変化
率に差が生じたりするが、限定されるものではない。

【００１４】本発明におけるカラム個数は薄膜表面の走
査型電子顕微鏡写真から、また膜厚さ及びカラム間隙
は、試料を超薄切片に切り出し、透過型電子顕微鏡にて
金属薄膜即ちカラムの集合体の断面を観察して測定され
る。表面拡大率は、気体吸着によるＢＥＴ法等による表
面積の測定から求めることができる。

【００１５】本発明では、カラム個数が５×１０^８〜１
×１０^１２個数／ｃｍ^２で、カラム間隙が５０〜５００
０オングストローム、カラム層の厚さが３００〜５００
０オングストローム、表面拡大率が５０〜１０００倍の
カラム状をなしていることが好ましい。本発明における
カラム構造は、電解液の含浸性を容易にするものであ
る。

【００１６】本発明において、該基体に該カラムからな
る金属薄膜を形成する方法としては、抵抗加熱真空蒸
着、誘導加熱真空蒸着、電子ビーム加熱真空蒸着、レー
ザー加熱真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティ
ング等の真空蒸着法を採用されるが、該基体を冷却ロー
ルを使用するか、あるいは加熱ロールで常温から３５０
℃の温度範囲に加熱し、該金属薄膜を１個以上の吹出口
を持つガス流入口から、少なくとも０．０３リットル／
分以上の不活性ガス、窒素ガス、炭酸ガス、一酸化炭素
ガス、あるいは炭化水素ガス等を流入しながら、蒸着さ
せることが好ましい。カラム間隙を含むカラム構造の集
合体を形成し、表面拡大率を大幅に向上させるために
は、より好ましくは多数孔の吹出口から各種ガスを吹き
込むことによって達成できる。静止系のガス置換では表
面拡大率が向上しなく、不均一である°そのため、少な
くとも０．０３リットル／分以上のガス流量で、各種ガ
スを流入することが好ましい。流量が多くなればなるほ
どカラム形状が大きくなり、カラム間隙が大きくなる
が、流量は真空チャンバーの大きさ、吹出口の数等によ
り決定できる。

【００１７】更に、本発明では該基体を、予熱あるいは
加熱ロールで加熱するとか、コロナ放電処理、イオンボ
ンバード処理、プラズマ放電処理等の表面処理をして、
基材と金属薄膜との密着性を向上する以外に、カラム個
数及びカラム間隙を制御でき、特に電解液の含浸性を改
良でき、耐熱試験時の静電容量の変化率を随時制御でき
る。本発明におけるＴｉのような高融点金属を蒸発させ
るためには、電子ビーム加熱法を採用することが好まし
い。これらの蒸発源と基体の間に高周波電力を放射する
等して、イオンプレーティングを行うことは適宜許され
る。

【００１８】該不活性ガスとしては、ヘリウム、ネオ
ン、アルゴン、クリプトン、キセノン等の希ガスを採用
することができるが、アルゴンが好ましい。窒素ガスは
通常単独あるいは不活性ガスを含む窒素ガスの形で使用
されるが、窒素ガスと不活性がスを別々の吹出口から導
入することも、金属薄膜のカラム構造を制御したり、静
電容量を増加させる効果があるので好ましい。また、不
活性ガスに酸素を添加することも、薄膜の微細構造を細
かくして、静電容量を増加させる効果があるので好まし
い。その他に、炭素を含む炭酸ガス、一酸化炭素ガス、
炭化水素ガス等も使用することができる。

【００１９】本発明を構成するカラム構造金属蒸着層
は、自然酸化、加熱下あるいは／及び真空下の酸化、窒
化、蒸着あるいはスパッタ時の反応性蒸着による酸化あ
るいは窒化、電気的な陽極酸化等により、表面層の酸
化、窒化をコントロールすることができる。

【００２０】本発明の前記した目的を達成するために、
蒸着金属電極層は、蒸着層を形成しない部分（マージン
部）と蒸着層を形成した部分とを併存させることが特徴
である。前記マージンの形成法には、公知のテープマー
ジン法、オイルマージン法、レーザマージン法等が採用
できる。

【００２１】本発明において使用される電解液として
は、電解コンデンサに通常使用される有機極性溶媒であ
れば、いずれも使用できる。好ましい溶媒としては、ア
ミド類、ラクトン類、グリコール類、硫黄化合物類、ケ
トン類、エーテル類が使用できる。本発明に使用される
電解液の溶質としては電解コンデンサに使用される溶質
であれば、いずれも使用できる。好ましくは芳香族カル
ボン酸又は不飽和ジカルボン酸のアンモニウム塩、第１
〜第３アミン塩、第４級アンモニウム塩を例示すること
ができる。また、伝導性を高めるために水分を添加する
ことができる。

【００２２】本発明において、必要に応じて、電解液に
含浸性を向上するためセパレータを導入することは制限
を受けない。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を図３〜図６に示す積層形電解
コンデンサの実施例により具体的に説明するが、本発明
はこれらに限定されない。

【００２４】実施例１長尺ウエブ走行系を備えた連続型両面電子ビーム加熱法
真空蒸着装置に、厚さ１２ミクロンの長尺ポリフェニレ
ンスルフィドフィルム（ＰＰＳフィルム）を装着した。
両面にアルミニウムを６００オングストローム真空蒸着
したフィルムで、片側端部に長さ方向に沿って２ｍｍの
非蒸着部、及び横幅方向に非蒸着部を形成した。更に、
電子ビーム加熱器に純度９９．９％のチタンインゴット
を充填した後、真空槽内を排気口より真空排気して、隔
壁、マスク、及び蒸着ドラムで仕切られた下槽内圧力を
６×１０^−５Ｔｏｒｒ以下にした。次に電子ビーム加熱
器上部にサーキュラー状に設置された多孔ノズルを通じ
て、チタン蒸気に向けてアルゴンガスを０．７リットル
／分の速度で流入し、厚さ０．１ミクロンのチタンから
なるカラム状構造の蒸着膜を両面に形成した。

【００２５】かくして得られた電解コンデンサ用電極箔
を自然酸化したものを陰極電極箔として使用し、一方電
気的に陽極酸化したものを陽極用電極箔として使用す
る。

【００２６】図４の（１）、（２）に示すように、ＰＰ
Ｓフィルム６の一端面を除いて、マージン部を形成する
ように所定の面積において高純度アルミニウム７をＰＰ
Ｓフィルム６の上に蒸着する。次に該蒸着したアルミニ
ウム７上に同じ面積でカラム状チタン薄膜を厚さ約０．
１ミクロン（１０００オングストローム）の蒸着膜構造
体を形成し、表面を自然酸化して陰極箔９として使用す
る。次に図４の（３）、（４）に示すようＰＰＳフィル
ム６の両面上で、且つ（１）、（２）に示す蒸着位置と
対抗するように、高純度アルミニウム７をＰＰＳフィル
ム６の上に蒸着する。次に該蒸着したアルミニウム７上
に、同じ面積でカラム状チタン薄膜を厚さ約０．１ミク
ロン（１０００オングストローム）の蒸着膜構造体を形
成し、次いで陽極酸化して陽極箔１０として使用する。

【００２７】次に図５に示すように、一番上にプラスチ
ック板１２、セパレータ１１を配置し、陰極用電極９、
セパレータ１１、陽極用電極１０、セパレータ１１、陰
極用電極９、セパレータ１１、陽極用電極１０の順に所
定容量に相当する枚数を重ね合わせ、プレスして密着さ
せ、積層素子を形成する。次に図６に示すように、積層
素子の両端面に高純度アルミニウム１４をメタリコン
し、その上に引出しリード１５をスポット溶接等により
接続し、該素子に電解液を含浸し、積層形電解コンデン
サを作成する。

【００２８】本発明の構成は、従来から採用されている
リード線によるリード端子法も採用できるが、金属溶射
や半田浸漬等により、各層を接続した電極を形成でき、
チップ状コンデンサの製造を容易にすることに寄与でき
る。

【００２９】本発明の方法で制作したコンデンサ素子
に、水分１ｗｔ％、ガンマーブチロラクトン７４ｗｔ
％、オルソーフタル酸テトラエチルアンモニウム塩２５
ｗｔ％、からなる電解液を含浸させ、定格２５Ｖ、３３
００マイクロファラッドの電解コンデンサを制作した。
従来構造のコンデンサの各電極箔の厚さは５０ミクロン
であったが、本発明のコンデンサの各電極箔の厚さは９
ミクロンであり、より小形化が可能であった。

【００３０】

【発明の効果】本発明の電解コンデンサは、従来電極と
して用いられていたアルミニウム箔が不用になること、
大面積のカラム構造の誘電体からなることにより、電解
コンデンサの小形化、大容量化に大きな効果をもたらす
ものである。また、外部リード線も採用できるが、更に
リフロー半田や溶射金属、あるいは耐熱フィルム／金属
積層体等の外部電極の取付けが容易になり、電解コンデ
ンサのチップ化、積層化に寄与するものであり、工業的
価値は大なるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電解コンデンサの断面図。

【図２】従来のアルミニウムエッチング電極箔の模式図
の一例。

【図３】本発明の電極箔のカラム構造を示す模式図の一
例。

【図４】本発明に係る積層形電解コンデンサの電極で、
（１）は陰極用電極の平面図、（２）は陰極用電極
（１）の正面図、（３）は陽極用電極の平面図、（４）
は陽極用電極（３）の正面図。

【図５】本発明に係る積層形電解コンデンサの製造過程
における前段組立説明図。

【図６】本発明に係る積層形電解コンデンサの製造工程
における後段組立説明図。

【符号の説明】ａ基体ｂカラム構造の蒸着金属薄膜ｃ基体平滑図ｄエッチングによるボアｅアルミニウム箔基体１外部端子２引出しリード板３コンデンサ素子４封口板５ケース６プラスチックフィルム基体７蒸着金属電極層８カラム構造蒸着金属層９陰極用電極１０陽極用電極１１セパレータ１２硬質プラスチック板１４メタリコン金属１５素子の引出しリード１６封子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラスチックフィルムの少なくとも片面
に、一端部を残して他の全面にＴｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｃ
ｒ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｓｎ及びＷから選ばれた金属、もしく
は合金からなるカラム構造の集合体状の蒸着金属層を形
成すると共に、該蒸着金属カラム層の少なくとも表面層
を酸化又は窒化させてなる高容量電解コンデンサ電極箔
を、積層あるいは巻回し、更にその両端分に金属を容射
あるいは半田付けして電極引出し部を構成し、これに電
解液等を含浸しケースに収納、密閉してなることを特徴
とする高容量電解コンデンサ。
【請求項２】プラスチックフィルムの少なくとも片面
に、一端部を残して他の全面に蒸着金属電極層を形成
し、この上からＴｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｌ，
Ｓｎ及びＷから選ばれた金属、もしくは合金からなるカ
ラム構造の集合体状の蒸着金属層を形成すると共に、該
蒸着金属カラム層の少なくとも表面層を酸化又は窒化さ
せてなる高容量電解コンデンサ電極箔を、積層あるいは
巻回し、更にその両端分に金属を溶射あるいは半田付け
して電極引出し部を構成し、これに電解液等を含浸しケ
ースに収納、密閉してなることを特徴とする高容量電解
コンデンサ。