JP2009049376A - Electrode foil for capacitor - Google Patents
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Description
本発明は各種電子機器に使用されるコンデンサの中で、特に、導電性高分子を固体電解質に用いた固体電解コンデンサに最適な、コンデンサ用電極箔に関するものである。 The present invention relates to an electrode foil for a capacitor that is most suitable for a solid electrolytic capacitor using a conductive polymer as a solid electrolyte among capacitors used in various electronic devices.
電子機器の高周波化に伴い、電子部品の一つである電解コンデンサにおいても、従来よりも高周波領域でのインピーダンス特性に優れた大容量の電解コンデンサが求められてきており、このような要求に応えるために電気伝導度の高い導電性高分子を固体電解質に用いた固体電解コンデンサが種々検討されている。 In response to the higher frequency of electronic equipment, electrolytic capacitors, which are one of the electronic components, have been demanded for large-capacity electrolytic capacitors that have better impedance characteristics in the high frequency region than before, and meet these requirements. Therefore, various solid electrolytic capacitors using a conductive polymer having high electrical conductivity as a solid electrolyte have been studied.
また、大容量化の要求に対しては、電極箔を積層させる場合と比較して構造的に大容量化が容易な巻回形(陽極箔と陰極箔とをセパレータを介在させて巻回した構造のもの)による導電性高分子を固体電解質に用いた固体電解コンデンサが製品化されてきている。 In addition, in response to the demand for a large capacity, a wound form (anode foil and cathode foil are wound with a separator interposed therebetween), which is structurally easy to increase the capacity compared to the case of laminating electrode foils. Solid electrolytic capacitors using a conductive polymer of a structure) as a solid electrolyte have been commercialized.
そして、このような固体電解コンデンサは、寿命、温度特性に加え、特に優れた高周波特性を有するため、パーソナルコンピュータの電源回路等に広く採用されており、静電容量Cを増大させる目的で、自然酸化皮膜が形成され難いニッケル箔等の非弁作用金属箔を陰極箔として用いることにより、陰極静電容量を実質的に無限大にする、という技術が提案されている(特許文献1)。 Such a solid electrolytic capacitor has a particularly excellent high-frequency characteristic in addition to life and temperature characteristics, and is therefore widely used in personal computer power supply circuits and the like. A technique has been proposed in which a cathode capacitance is made substantially infinite by using a non-valve action metal foil such as a nickel foil which is difficult to form an oxide film as a cathode foil (Patent Document 1).
更にまた、上記特許文献1による非弁作用金属のプレーン箔ではエッチング処理による粗面化ができないために陰極箔と固体電解質との実効的な接触面積が減少し、コンデンサ完成品としての等価直列抵抗が大きくなってしまうという課題を解決する目的で、エッチング処理により表面を粗面化したアルミニウム箔の表面に、無電解めっき法によって非弁作用金属であるニッケルのめっき膜を被着形成した陰極箔を用いる、という技術が提案されている(特許文献2)。
しかしながら上記従来のコンデンサ用電極箔では、ニッケル箔を陰極箔として用いる特許文献1の技術においては、一般的に陰極箔として用いられるアルミニウム箔と比較してニッケル箔は高価であるという課題があり、また、エッチング処理により表面を粗面化した金属箔の表面にニッケルのめっき膜を形成する特許文献2の技術においては、無電解めっき法においては、めっき膜の厚みを薄くすることが困難なために粗面化した細孔内部まで均一にニッケルのめっき膜を形成し難く、また、1μmという厚みではエッチングピットを埋没させてしまうということに加え、粗面化した金属箔の表面に存在する酸化皮膜によってニッケルのめっき膜との結着強度を確保するのが難しいという課題があった。
However, in the above-described conventional electrode foil for a capacitor, in the technique of Patent Document 1 using a nickel foil as a cathode foil, there is a problem that nickel foil is expensive compared to an aluminum foil generally used as a cathode foil, Further, in the technique of
本発明はこのような従来の課題を解決し、簡単な構成で大容量化と低ESR化を同時に実現すると共に、安価で高信頼性のコンデンサ用電極箔を提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to solve such a conventional problem, to simultaneously realize a large capacity and a low ESR with a simple configuration, and to provide an inexpensive and highly reliable capacitor electrode foil. is there.
上記課題を解決するために本発明は、表面を粗面化して粗面化層が形成された弁作用金属からなる基材と、上記粗面化層の表面に形成されたニッケルとニッケル酸化物からなるニッケル層を有した構成にしたものである。 In order to solve the above problems, the present invention provides a base material made of a valve action metal having a roughened surface and a roughened layer formed thereon, and nickel and nickel oxide formed on the surface of the roughened layer. It has the structure which has the nickel layer which consists of.
以上のように本発明によるコンデンサ用電極箔は、弁作用金属からなる基材の表面に形成された粗面化層の表面にニッケルとニッケル酸化物からなるニッケル層を設けた構成により、このコンデンサ用電極箔を陰極箔として用い、導電性高分子を固体電解質とする固体電解コンデンサを作製した場合に、陰極箔の静電容量が消滅して発現しなくなり、陽極箔のみが容量として発現するために大幅な容量拡大を図ることができると共に、上記ニッケル層に含まれるニッケル酸化物は半導体のために導電性を有し、このためにESRの低減に大きく貢献するばかりでなく、ニッケル層の表面に存在するニッケル酸化物により、防食性の向上と、固体電解質との結着強度の向上が図れるものである。 As described above, the capacitor electrode foil according to the present invention has such a structure that the nickel layer made of nickel and nickel oxide is provided on the surface of the roughened layer formed on the surface of the base material made of valve metal. When a solid electrolytic capacitor using a conductive foil as a cathode foil and a conductive polymer as a solid electrolyte is produced, the capacitance of the cathode foil disappears and does not appear, and only the anode foil appears as capacity In addition, the nickel oxide contained in the nickel layer has electrical conductivity for the semiconductor, and thus not only greatly contributes to the reduction of ESR, but also the surface of the nickel layer. The nickel oxide present in the metal can improve the corrosion resistance and the binding strength with the solid electrolyte.
更に、上記ニッケル層は、ニッケル層を蒸着によって形成する際に発生する熱によってニッケルと弁作用金属箔であるアルミニウムとの反応が一部に起こるためにニッケル層と粗面化層との結着強度が高まるという効果も有し、また、ニッケル層の厚みを大幅に薄くすることが容易であることから、簡単な構成で安価に大容量化と低ESR化を同時に実現することができるという効果が得られるものである。 Furthermore, the nickel layer is bonded to the roughened layer because a reaction between nickel and aluminum which is a valve action metal foil occurs in part due to heat generated when the nickel layer is formed by vapor deposition. It also has the effect of increasing strength, and since it is easy to significantly reduce the thickness of the nickel layer, it is possible to simultaneously realize large capacity and low ESR at a low cost with a simple configuration. Is obtained.
(実施の形態1)
以下、実施の形態1を用いて、本発明の特に請求項1〜5、7、8に記載の発明について説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, with reference to the first embodiment, the inventions according to the first to fifth, seventh and eighth aspects of the present invention will be described.
図1(a)、(b)は本発明の実施の形態1によるコンデンサ用電極箔の構成を示した断面図と片面の表面を拡大した断面図であり、図1(a)において、1はエッチング処理することにより表面に粗面化層が形成された弁作用金属であるアルミニウム箔からなる基材、2は上記粗面化層の表面に形成されたニッケルとニッケル酸化物からなるニッケル層であり、このニッケル層2は粗面化層の細孔内部までは形成されないものである。
1A and 1B are a cross-sectional view showing a configuration of a capacitor electrode foil according to Embodiment 1 of the present invention and a cross-sectional view in which the surface of one surface is enlarged. In FIG. A base material made of aluminum foil, which is a valve metal having a roughened layer formed on the surface by etching, 2 is a nickel layer made of nickel and nickel oxide formed on the surface of the roughened layer. The
上記コンデンサ用電極箔の詳細な構造を図1(b)を用いて説明すると、上記アルミニウム箔からなる基材1の表面にはアルミニウム1aとアルミニウム酸化物(Al−O)からなる自然酸化皮膜層3が形成されており、上記ニッケルとニッケル酸化物(Ni−O)からなるニッケル層2は、ニッケルからなる層2aとニッケル酸化物(Ni−O)からなる酸化皮膜層4が形成されている。
The detailed structure of the capacitor electrode foil will be described with reference to FIG. 1B. A natural oxide film layer made of
更に、上記アルミニウム1aとアルミニウム酸化物(Al−O)からなる自然酸化皮膜層3とニッケルからなる層2aの間には、ニッケル、アルミニウム、酸素(Ni−Al−O)からなる拡散層5が少なくとも一部に形成されている。
Further, a
このように構成されたコンデンサ用電極箔は、厚みが50μmの高純度アルミニウム箔を基材1として用い、この基材1をエッチング処理することによって表面に粗面化層を形成した後、この粗面化層の表面に真空雰囲気中で酸素濃度を調整してニッケルの微粒子を蒸着させることにより、ニッケルからなる層2aとニッケル酸化物(Ni−O)からなる酸化皮膜層4からなるニッケル層2(片面の厚みが0.1μm)を形成するようにしたもので、ニッケル酸化物(Ni−O)からなる酸化皮膜層4は少なくともニッケルからなる層2aの外表面に形成され、ニッケル酸化物(Ni−O)からなる酸化皮膜層4の厚さは、ニッケル層2の厚さの約1/10である。
The electrode foil for capacitors thus configured uses a high-purity aluminum foil having a thickness of 50 μm as the base material 1 and forms a roughened layer on the surface by etching the base material 1. The
上記ニッケル層2の形成は、上記蒸着法以外に、スパッタ法、CVD法等のドライプロセス法によって形成すれば同様の効果を得ることが可能なものであり、更に、上記基材1を薄くすれば小型化を図ることができ、逆に厚くすればESRを低減することができるものである。
The
このように構成された本実施の形態によるコンデンサ用電極箔は、上記ニッケル層2に含まれるニッケル酸化物(Ni−O)が半導体であるために導電性を有し、このためにESRの低減に大きく貢献するばかりでなく、ニッケル層2の表面に存在するニッケル酸化物(Ni−O)からなる酸化皮膜層4により、防食性の向上と、この電極箔を陰極箔として用い、導電性高分子を固体電解質とする固体電解コンデンサを作製した際に、固体電解質との結着強度の向上が図れるという格別の効果を奏するものである。
The capacitor electrode foil according to the present embodiment configured as described above has conductivity because the nickel oxide (Ni-O) contained in the
更に、上記蒸着によるニッケル層2は、蒸着によるニッケル層2の形成時に発生する熱によってアルミニウム酸化物(Al−O)からなる自然酸化皮膜層3とニッケルからなる層2aの間にアルミニウムとニッケル及び酸素の拡散層5が生成されるために、ニッケル層2と基材1との結着強度が高まるという効果も有し、ニッケル層2の厚みを大幅に薄くすることが容易であることから、簡単な構成で安価に大容量化と低ESR化を同時に実現することができるという格別の効果も奏するものである。
Furthermore, the
なお、本実施の形態においては、上記ニッケル層2の厚みは0.1μm/片面で形成したものであるが、更に薄くすることは技術的に何ら問題なく可能であり、その効果も十分に得ることができる。また、逆に厚くしても、より大きな効果が得られるものではなく、コスト的に高くなるばかりであることから、ニッケル層2の厚みは0.5μm/片面、更に好ましくは0.1μm/片面もあれば十分であると言える。
In the present embodiment, the
そして、このように構成された本実施の形態によるコンデンサ用電極箔を陰極箔として用い、導電性高分子を固体電解質とする固体電解コンデンサを作製して容量と等価直列抵抗を測定した結果を比較例としての従来品(エッチング処理したアルミニウム箔を陰極箔として用い、ニッケル層は形成しない)と比較して(表1)に示す。 Then, using the capacitor electrode foil according to the present embodiment configured as described above as a cathode foil, a solid electrolytic capacitor having a conductive polymer as a solid electrolyte was manufactured, and the results of measuring the capacitance and equivalent series resistance were compared. Table 1 shows a comparison with a conventional product as an example (etched aluminum foil is used as a cathode foil and a nickel layer is not formed).
(表1)から明らかなように、本実施の形態によるコンデンサ用電極箔は、基材1の表面に形成された粗面化層の表面にニッケルとニッケル酸化物からなるニッケル層2が形成された構成により、このコンデンサ用電極箔を陰極箔として用い、導電性高分子を固体電解質とする固体電解コンデンサを作製した場合に、陰極箔の静電容量が消滅して発現しなくなり、陽極箔のみが容量として発現するようになるため、容量の大幅な拡大とESRの大幅な低減を同時に実現することが可能になるという格別の効果を奏するものである。
As is clear from Table 1, the capacitor electrode foil according to the present embodiment has the
(実施の形態2)
以下、実施の形態2を用いて、本発明の特に請求項6に記載の発明について説明する。
(Embodiment 2)
The second aspect of the present invention will be described below with reference to the second embodiment.
本実施の形態2は、上記実施の形態1で図1を用いて説明したコンデンサ用電極箔の粗面化層の表面に設けたニッケル層の構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態1と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に説明する。 In the second embodiment, the configuration of the nickel layer provided on the surface of the roughened layer of the capacitor electrode foil described in the first embodiment with reference to FIG. 1 is partially different. Since the configuration other than that is the same as that of the first embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted, and only different portions will be described below.
本実施の形態2では、基材1の表面に形成するニッケルとニッケル酸化物からなるニッケル層2を基材1の片面の粗面化層のみに形成したものであり、このように構成された本実施の形態2によるコンデンサ用電極箔を陰極箔として用い、導電性高分子を固体電解質とした固体電解コンデンサを作製して容量と等価直列抵抗を測定した結果を比較例としての従来品(エッチング処理したアルミニウム箔を陰極箔として用い、ニッケル層は形成しない)と比較して上記(表1)に併記して示す。
In the second embodiment, the
(表1)から明らかなように、本実施の形態2によるコンデンサ用電極箔を陰極箔として用いた固体電解コンデンサは、従来品と比較して容量の大幅な拡大とESRの低減を図って優れた性能を発揮することが分かり、これらは全て上記実施の形態1と同様の作用効果に加え、ニッケル層2を基材1の片面の表面のみに形成すれば、ニッケル層2を形成しない側の表面に形成されたアルミニウムとアルミニウム酸化物からなる自然酸化皮膜層3の静電容量も実質的に消滅して発現しなくなるためである。
As is clear from Table 1, the solid electrolytic capacitor using the capacitor electrode foil according to the second embodiment as a cathode foil is superior in terms of greatly expanding the capacity and reducing the ESR compared to the conventional product. In addition to the same functions and effects as those of the first embodiment, if the
但し、ニッケル層2の形成を基材1の片面の表面のみとしたことにより、上記実施の形態1と比較するとESRが増大し、従来品と近い値になっていることから、ニッケル層2の形成は少なくとも片面の表面上に形成する必要があると言える。
However, since the formation of the
本発明によるコンデンサ用電極箔は、大容量化と低ESR化を同時に実現することができるという効果を有し、あらゆる分野のコンデンサ用として有用である。 The capacitor electrode foil according to the present invention has an effect that a large capacity and a low ESR can be realized at the same time, and is useful for capacitors in various fields.
1 基材
1a アルミニウム
2 ニッケル層
2a ニッケルからなる層
3 アルミニウム酸化物からなる自然酸化皮膜層
4 ニッケル酸化物からなる酸化皮膜層
5 ニッケル、アルミニウム、酸素の拡散層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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2008
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