專利名稱：電容器用電極箔和使用了該電容器用電極箔的電解電容器的制作方法
技術領域：
本發明涉及被用于電解電容器的電容器用電極箔。
背景技術：
隨著電子設備的高頻化，對于作為電子元件之一的電容器也要求高頻帶的阻抗特性比以往更優越的電容器，為了響應這種要求，對于在固體電解質中使用了電導率高的導電性高分子的固體電解電容器進行了各種研究。另外，近年來，對于在個人計算機的CPU周圍等使用的固體電解電容器也強烈希望小型大容量化，并且，為了對應高頻化，要求具有低的等效串聯電阻(ESR)、噪聲去除及瞬態響應性優越的低的等效串聯電感(ESL)。圖9是專利文獻1所記載的現有的固體電解電容器501的立體圖。圖10是固體電解電容器501的電容器元件21的俯視圖。電容器元件21具備由作為閥作用金屬(valve action metal)的鋁箔構成的陽極體即電極箔、和設置于電極箔的表面的電介質氧化覆膜層。電極箔的表面被粗糙化。通過設置于電介質氧化覆膜層上的絕緣性的抗蝕(resist) 部22，將電極箔分離成陽極電極部23和陰極形成部。電容器元件21還具備設置于電極箔的陰極形成部的電介質氧化覆膜層上的由導電性高分子構成的固體電解質層、和設置于固體電解質層上的陰極層。陰極層由設置于固體電解質層上的碳層、和設置于碳層上的銀膏劑層構成。固體電解質層和陰極層構成了陰極電極部M。電極箔具有在縱長方向上延伸的矩形形狀，電容器元件21具有平板形狀。在縱長方向上，陽極電極部23和陰極電極部 M隔著抗蝕部22排列。陽極公共端子25與電容器元件21的陽極電極部23連接。在陽極公共端子25上層疊多個電容器元件21，多個電容器元件21的陽極電極部23以激光焊接等接合方法接合。陰極公共端子沈與電容器元件21的陰極電極部M連接。彎曲部26A通過使陰極公共端子26的元件搭載部分的兩側面向上方彎曲而形成。陰極公共端子沈的元件搭載部分和多個電容器元件21的陰極電極部M之間、以及多個電容器元件21的陰極電極部M 之間，用導電性粘合劑接合從而電連接。彎曲部26A和陰極電極部M之間用導電性粘合劑 27接合從而電連接。絕緣性的封裝樹脂28，以陽極公共端子25和陰極公共端子沈的一部分分別在外表面露出的狀態，將多個電容器元件21包覆成一體。通過將從封裝樹脂觀露出的陽極公共端子25和陰極公共端子沈的一部分沿封裝樹脂觀向底面彎曲，從而構成了在底面部形成有陽極端子部和陰極端子部的面安裝型的固體電解電容器501。在現有的固體電解電容器501中，以擴大每單位面積的表面積來謀求容量擴大為目的，通過蝕刻加工將電容器元件21的由鋁箔構成的電極箔的表面粗糙化。鑒于蝕刻技術以及鋁箔的機械強度，通過蝕刻加工使表面積進一步擴大是有限度的，難以謀求該限度以上的容量擴大。專利文獻1 日本特開2003-45753號公報
發明內容
本發明的電容器用電極箔具備由閥作用金屬箔構成的基材和設置在基材上的粗面化層。粗面化層具有設置在基材上的基底層和設置在基底層上的覆蓋層(cover layer) 0 基底層通過由閥作用金屬構成的多個第1微粒組成。覆蓋層通過由閥作用金屬構成的多個第2微粒組成。多個第1微粒的平均粒徑比多個第2微粒的平均粒徑大。該電極箔具有能夠通過蒸鍍穩定地制造的粗面化層，從而能夠獲得具有大容量的電解電容器。
圖1是本發明的實施方式的電解電容器的立體圖。圖2A是實施方式的電解電容器的電容器元件的俯視圖。圖2B是圖2A所示的電容器元件的線2B-2B處的剖視圖。圖3是實施方式的電容器元件的電極箔的剖視圖。圖4是實施方式的電極箔的粗面化層的示意圖。圖5A是圖3所示的電極箔的放大圖。圖5B是圖5A所示的電極箔的放大圖。圖6表示實施方式的電極箔的粗面化層的空孔徑的分布。圖7表示實施方式的粗面化層的厚度和化成容量指數之間的關系。圖8是實施方式的另一電解電容器的一部分分解立體圖。圖9是現有的電解電容器的立體圖。圖10是現有的電解電容器的電容器元件的俯視圖。
具體實施例方式(實施方式)圖1是本發明的實施方式的電解電容器1001的立體圖。電解電容器1001是使用了固體電解質的固體電解電容器。電解電容器1001具備層疊的多個電容器元件1。圖2A是電解電容器1001的電容器元件1的俯視圖。圖2B是圖2A所示的電容器元件1的線2B-2B處的剖視圖。由鋁等閥作用金屬構成的陽極體即電極箔9，實質上具有在縱長方向1001A上延伸的矩形形狀，具有彼此相反的上表面9A和下表面9B。在電極箔 9的上表面9A和下表面9B，分別設置有電介質氧化覆膜層101、201。在電介質氧化覆膜層 101的上表面，設置有絕緣性的上抗蝕部102。上抗蝕部102沿縱長方向1001A將電介質氧化覆膜層101的上表面分離成陽極電極部103和陰極形成部133。在陰極形成部133上，設置有由導電性高分子構成的固體電解質層104。在固體電解質層104的上表面，設置有碳層 105。在碳層105的上表面，形成有上銀膏劑層106。碳層105和銀膏劑層106構成了設置于固體電解質層104的上表面上的陰極層107。在電介質氧化覆膜層201的下表面，設置有絕緣性的下抗蝕部202。下抗蝕部202沿縱長方向1001A將電介質氧化覆膜層201的下表面分離成陽極電極部203和陰極形成部233。在陰極形成部233，設置有由導電性高分子構成的固體電解質層204。在固體電解質層204的下表面，設置有碳層205。在碳層205的下表面，形成有銀膏劑層206。碳層205和銀膏劑層206構成了設置于固體電解質層204的下表面上的陰極層207。固體電解質層104、204和陰極層107、207構成了陰極電極部4。陽極電極部103和陽極電極部203構成了陽極電極部3。上抗蝕部102和下抗蝕部202構成了抗蝕部2。電容器元件1具有平板形狀，陽極電極部3和陰極電極部4沿縱長方向1001A 隔著抗蝕部2排列。陽極電極部3和陰極電極部4分別被設置于電容器元件1的縱長方向 1001A的彼此相反側的端部IA和端部1B。在陽極公共端子5上層疊多個電容器元件1，這些陽極電極部3以激光焊接等接合方法接合。具體而言，通過焊接，陽極電極部3的電介質氧化覆膜層101、201的部分被破壞，從而電極箔9與陽極公共端子5接合實現電連接。在陰極公共端子6的元件搭載部分搭載有層疊的多個電容器元件1。多個電容器元件1和陰極電極部4之間與多個電容器元件1的陰極電極部4之間，用導電性粘合劑接合從而電連接。陰極公共端子6具有通過使元件搭載部分的兩側面向上方彎曲而形成的彎曲部6A。彎曲部6A和陰極電極部4之間通過導電性粘合劑7接合從而電連接。絕緣性的封裝樹脂8，以陽極公共端子5和陰極公共端子6的一部分分別在外表面露出的狀態，將多個電容器元件1和陽極公共端子5、陰極公共端子6包覆成一體。從封裝樹脂8露出的陽極公共端子5和陰極公共端子6的一部分沿封裝樹脂8向底面彎曲，并沿封裝樹脂8延伸。陽極公共端子5和陰極公共端子6在封裝樹脂8的底面部分別形成陽極端子部和陰極端子部，從而構成了面安裝型的電解電容器1001。圖3是電容器元件1的電極箔9的剖視圖。電極箔9具備由鋁箔構成的基材309、 通過蒸鍍形成于基材309的上表面309A的粗面化層109、和通過蒸鍍形成于基材309的下表面309B的粗面化層209。在電極箔9的上表面9A即粗面化層109的表面，設置有電介質氧化覆膜層101。在電極箔9的下表面9B即粗面化層209的下表面，設置有電介質氧化覆膜層201。基材309的面309A、309B自身實際上沒有空孔。覆蓋層2109、2209的厚度t2 為幾十μπι，比基底層1109、1209的厚度tl的幾μπι大。粗面化層109具有設置于基材309的上表面309Α的基底層1109、和設置于基底層1109的上表面的覆蓋層2109。此外，粗面化層109還可進一步具有設置于覆蓋層2109 上的由微粒構成的層。在圖3所示的粗面化層109中，由于覆蓋層2109是電極箔9的最外層，故覆蓋層2109的上表面是電極箔9的上表面9Α。粗面化層209具有設置于基材309 的下表面309Β的基底層1209、和設置于基底層1209的下表面的覆蓋層2209。此外，粗面化層209還可進一步具有設置于覆蓋層2209上的由微粒構成的層。在圖3所示的粗面化層209中，由于覆蓋層2209是電極箔9的最外層，故覆蓋層2209的下表面是電極箔9的下表面9Β。圖4是粗面化層109、209的剖面示意圖。圖5Α和圖5Β是粗面化層109、209的放大圖，是用掃描電子顯微鏡(SEM)分別放大到5千倍、3萬倍后的照片。粗面化層109、209 如圖4、圖5Α、圖5Β所示，由從基材309的上表面309Α和下表面309Β分別延伸至上表面9Α 和下表面9Β的多個樹形構造體409構成。樹形構造體409由相連的鋁等閥作用金屬的多個微粒409A、409C構成，粗面化層109 (209)的樹形構造體409，從基材309的上表面309A (下表面309B)分支為多個分支409B并延伸到上表面9A(下表面9B)。樹形構造體409即粗面化層109 (209)中的基底層1109 (1209)由微粒409A構成，覆蓋層2109 (2209)由比微粒409A大的微粒409C構成。這樣，從基材309的面309A、309B， 更大的微粒409A相連而構成了基底層1109、1209。另外，更小的微粒409C從微粒409A形成多個分支409B，同時進一步相連而構成了覆蓋層2109、2209。S卩，粗面化層109、209具有從基材309的面309A、309B延伸的多個樹形構造體 409。樹形構造體409具有從基材309的面309A(309B)延伸的根部409D、和從根部409D 延伸的前端部409E。多個微粒409A從基材309的面309A(309B)開始相連而構成了根部 409D。多個微粒409C從根部409D分支為多個分支409B，并且相連而構成了前端部409E。以下，對電極箔9的制造方法進行說明。在保持為0. OlPa 0. OOlPa的真空的蒸鍍槽內，配置閥作用金屬箔的基材309。 然后，向基材309的周邊導入由1體積份的氧氣構成的活性氣體和由4體積份 6體積份的氬氣構成的惰性氣體所組成的氛圍氣體，使基材309的周邊的壓力保持在10 20Pa， 基材309的溫度保持在150°C 200°C的范圍內。在該狀態下，在蒸鍍槽內作為蒸鍍源而配設鋁材，使鋁真空蒸鍍到基材309的面309A、309B，從而形成由鋁的微粒409A構成的粗面化層 109,209 的基底層 1109、1209。然后，向基材309的周邊導入由1體積份的氧氣構成的活性氣體和由2體積份 4 體積份的氬氣構成的惰性氣體所組成的氛圍氣體，使基材309的周邊的壓力保持在20 30Pa，基材309的溫度保持在150°C 200°C的范圍內。在該狀態下，在蒸鍍槽內作為蒸鍍源而配設鋁材，使鋁分別真空蒸鍍到基底層1109、1209，從而形成由鋁的微粒409C構成的覆蓋層 2109,2209o在實施方式中，基材309是厚度50μπι的高純度鋁箔。導入氛圍氣體之前的真空的壓力調整成0. 004Pa。形成基底層時的氛圍氣體由1體積份的氧氣和4體積份的氬氣構成。按導入該氛圍氣體之后的基材309的周邊的壓力變為20 的方式，調整氛圍氣體的流量。將基材309的溫度設定成300°C。另外，形成覆蓋層時的氛圍氣體由1體積份的氧氣和 4體積份的氬氣組成。按導入該氛圍氣體之后的基材309的周邊的壓力變為20 的方式， 調整氛圍氣體的流量。將基材309的溫度設定成200°C。為了使形成粗面化層109、209的由鋁等閥作用金屬構成的微粒高密度分布而減小微粒的直徑。在微粒的直徑從面309A、309B至面9A、9B相同的情況下，基材309和多個樹形構造體的根部分相接觸的接觸面積變小，難以使基材309和樹形構造體即粗面化層牢固地密接。粗面化層109、209的基底層1109、1209的微粒409A的平均粒徑為0. 2 μ m，比覆蓋層2109、2209的微粒409C的平均粒徑0. 03 μ m大。由于更大的微粒409A在蒸鍍時具有大的動能，故能夠在使基材309的面309A、309B熔化的同時進行堆積，從而形成基底層 1109、1209。由此，基材309的面309A、309B和多個樹形構造體409的根源相接觸的接觸面積變大，故樹形構造體409以大的機械強度與基材的面309A、309B接合，且在基材309的面309A、309B牢固地密接粗面化層109、209的基底層1109、1209即粗面化層109、209。此外，如果基底層1109、1209的微粒409A的平均粒徑在0. 1 μ m以上，則可得到上述效果。另外，在形成基底層1109、1209之前，通過O2灰化(ashing)處理等表面處理來清潔基材309 的面309A、309B，隨后蒸鍍微粒409A，從而能夠使基材309和粗面化層109、209更牢固地密接。覆蓋層2109、2209的厚度t2為幾十μ m，比基底層1109、1209的厚度tl的幾μπι大。因為在電極箔9的面9A、9B露出的覆蓋層2109、2209對電容元件1的容量有較大貢獻，故優選設置得較厚。因為沒有在電極箔9的面9A、9B露出的基底層1109、1209對電容器元件 1的容量難以作出貢獻，故優選設置得較薄。如圖5A所示，因為基底層1109、1209和覆蓋層2109、2209都是通過由相同金屬構成的微粒409A、409C在同一蒸鍍槽中連續形成的，故基底層1109、1209和覆蓋層2109、2209的邊界沒有明顯地顯現。圖6表示按照上述方法制作出的粗面化層109、209的覆蓋層2109、2209的空孔徑的分布。圖6還一并表示了對由鋁箔構成的基材蝕刻而形成的比較例的粗面化層的空孔徑的分布。在圖6中，橫軸表示空孔徑，縱軸表示空孔徑的頻度。實施方式的粗面化層109、209 的覆蓋層2109、2209的空孔徑的最頻值約0. 03 μ m，是極微細的，與比較例的粗面化層的空孔徑的最頻值的0. 15 μ m相比是極微細的。由于粗面化層109、209的覆蓋層2109、2209，使得電極箔9的表面積極大。另外，本實施方式中，在形成覆蓋層2109、2209的工序中，與形成基底層1109、 1209的工序相比改變了氧氣和氬氣之比、周邊的壓力、及基材309的溫度。由此，能夠使微粒409C的動能及表面的活性度比微粒409A小，微粒409C與微粒409A相比不易生長，因此能夠使微粒409C比微粒409A小。此外，在基底層1109、1209和覆蓋層2109、2209中，多個微粒409A、409C相互結合。因此，在基底層1109、1209和覆蓋層2109、2209層疊的層疊方向的剖面，在多個微粒 409A、409C之間存在微粒409A、409C結合的很多頸部分，故有時難以測定微粒409A、409C各自的粒徑。此時，通過對與層疊方向成直角的微粒409A、409C的剖面的SEM照片進行圖像處理，從而能夠容易測定微粒409A、409C的平均粒徑。在本實施方式的電極箔9的粗面化層109、209中，各樹形構造體409從基材309 的面309A、309B分支成多個分支409B并延伸到面9A、9B。此外，因為由小的微粒409C構成的很多較細的分支409B在面9A、9B露出而構成了覆蓋層2109、2209，故能夠使更多的聚合液(polymer liquid)等液體浸漬粗面化層109、209。進而，在粗面化層109、209的多個樹形構造體409中，因為各個微粒409A、409C彼此牢固地結合，故能夠抑制樹形構造體409的與基材309結合的頸部的破壞。由此，在形成電介質氧化覆膜層101、201的化成時，頸部不會被破壞，不僅能夠增大電極箔9的機械強度，還能抑制成品的電解電容器1001的容量降低。此外，在形成基底層1109、1209之際，也可不將氧氣和氬氣導入蒸鍍槽內來蒸鍍微粒409A。在形成基底層1109、1209之后，切換氛圍氣體中的氬氣和氧氣的比例或氛圍氣體的壓力、基材309的溫度，使微粒409C堆積而形成覆蓋層2109、2209。在實施方式的粗面化層109、209中，基底層1109、1209和覆蓋層2109、2209中微粒的直徑也可不是2階段，而是以比2更大的多階段逐漸變小。在氛圍氣體中，針對1體積份的氧氣，也可在2體積份 4體積份的范圍內設定氬氣的量，在20 30 的范圍內設定基材309周邊的壓力，在 150 200°C的范圍內階段性逐漸改變基材309的溫度。由此，能夠使粗面化層109、209的微粒的直徑(平均粒徑)從面309A、309B向面9A、9B階段性逐漸變小。即，多個微粒409C 的平均粒徑在從基材309向粗面化層109、209的表面的方向上按三階段以上地逐漸變小。接著，關于電極箔9的特性在以下詳細進行說明。
7
制作了具備有空孔徑的各種最頻值的粗面化層109、209的電極箔9。制作了具有通過蝕刻形成的粗面化層的比較例的電極箔。將這些電極箔放入70°C的7%己二酸銨水溶液中，以化成電壓5V、化成電流0. 05A/cm2保持20分鐘的保持時間來進行化成，從而在微粒 409A、409C的表面形成了電介質氧化覆膜層101、201。從形成有電介質氧化覆膜層101、201 的電極箔9，將面積IOcm2的試料片放入30°C的8%硼酸銨水溶液中，在測定頻率為120Hz 下，用阻抗分析器測定容量來作為化成容量。圖7示出電極箔9的粗面化層109的厚度和粗面化層209的厚度的合計與化成容量之間的關系。在圖7中，關于電極箔化成容量，以百分率為單位，表示相對于兩面的粗面化層的厚度的合計為80 μ m的比較例的電極箔的化成容量之比。為了使基材309和粗面化層109、209牢固地密接，構成基底層1109、1209的微粒 409A具有大的粒徑，基底層1109、1209的厚度極薄，所以對電容器元件1的容量幾乎沒有貢獻。另外，在實施方式2中，空孔徑越小，表示覆蓋層2109、2209的微粒409C平均粒徑就越如圖7所示，隨著空孔徑的最頻值變小即隨著覆蓋層2109、2209的微粒409C的平均粒徑變小，化成容量與粗面化層的厚度成比例地進一步增大。實施方式的電極箔9與比較例的電極箔相比，在粗面化層為相同厚度的情況下，化成容量大。其結果，由于電極箔9 的空孔徑小于比較例的電極箔，因此表面積相對于電極箔的大小之比大。因此，根據實施方式的電極箔9，能夠獲得與比較例的電極箔相比具有大的容量且更薄的電解電容器1001。 進而，在實施方式的電極箔9中，通過基底層1109、1209，基材309和粗面化層109、209牢固地密接。因此，能夠獲得電極箔9薄、小型、具有大容量且同時具有高可靠性的電解電容器 1001。此外，在電極箔9中，對于具有在基材309的面309A、309B分別設置的粗面化層 109,209的實施方式的電極箔，可僅在基材309的面309A、309B之中的面309A形成粗面化層109，而在面309B沒有必要具有粗面化層209。這種情況下，在粗面化層109也具有與上述電極箔9同樣的效果。圖8是表示實施方式中的另一電解電容器1002的一部分分解立體圖。電解電容器2001是使用了電解液的電解電容器。電解電容器2001具備電容器元件91、電解液92、對電容器元件91和電解液92 進行收容的殼體93。電容器元件91具有電極箔9 ；設置于電極箔9的粗面化層109、209 的表面的電介質氧化覆膜層101、201 ；與電介質氧化覆膜層101對置的隔離物94 ；與電介質氧化覆膜層201對置的隔離物95 ；隔著隔離物94、95與電介質氧化覆膜層101、201分別對置的另一電極箔96。電極箔9、96和隔離物94、95被卷繞。電解液92浸漬隔離物94、95， 與電介質氧化覆膜層101、201接觸。電極箔9作為電容器2001的陽極發揮作用，電極箔96 作為陰極發揮作用。隔離物94、95由具有絕緣性的多孔質材料構成。殼體93具有已被封口橡膠99密封的開口部93A。端子97、98與電極箔9、96分別連接，并通過封口橡膠99從殼體93的內部連通至外部。即，與作為陽極發揮作用的電極箔9相連接的端子97，作為電解電容器2001的陽極端子發揮作用。同樣，與作為陰極發揮作用的電極箔96相連接的端子98，作為電解電容器2001的陰極端子發揮作用。在電解電容器2001中，通過將具有粗面化層109、209的電極箔9用作陽極，故能夠通過蒸鍍穩定地制造出粗面化層109、209，能夠獲得具有大容量的電解電容器2001，其中，粗面化層109、209通過由粒徑大的微粒409A構成的基底層1109、1209和由粒徑比微粒 409A小的微粒409C構成的覆蓋層2109、2209組成。(產業上的可利用性)由于本發明的電極箔薄、小型、具有大容量且同時具有高可靠性，所以在所有領域的電解電容器中都是有用的。符號說明
109粗面化層
309基材
409樹形構造體
409A微粒(第1微粒)
409C微粒(第2微粒)
409D根部
409E前端部
1109基底層
1209覆蓋層
權利要求
1.一種電容器用電極箔，具備基材，其具有面且由閥作用金屬箔構成；和粗面化層，其具有基底層和覆蓋層，所述基底層通過由閥作用金屬構成的多個第1微粒構成，并且設置于所述基材的所述面，所述覆蓋層通過由閥作用金屬構成的多個第2微粒構成，并且設置在所述基底層上；所述多個第1微粒的平均粒徑比所述多個第2微粒的平均粒徑大。
2.根據權利要求1所述的電容器用電極箔，其中，所述多個第2微粒的平均粒徑，在從所述基材向所述粗面化層的表面的方向上階段性減小。
3.根據權利要求1所述的電容器用電極箔，其中，所述覆蓋層具有多個樹形構造體，所述多個樹形構造體是所述多個第2微粒分支成多個分支并且從所述基底層開始相連而分別構成的。
4.根據權利要求1所述的電容器用電極箔，其中，所述粗面化層具有從所述基材的所述面延伸的多個樹形構造體， 所述多個樹形構造體的每一個具有 從所述基材的所述面延伸的根部；和從所述根部延伸的所述前端部；所述多個第1微粒從所述基材的所述面開始相連而構成所述根部， 所述多個第2微粒從所述根部分支成多個分支并相連而構成所述前端部。
5.一種電解電容器，具備權利要求1至4中任一項所述的電容器用電極箔； 電介質氧化覆膜層，其設置在所述粗面化層的表面上；固體電解質層，其設置在所述電介質氧化覆膜層上，并且由導電性高分子構成；和陰極層，其設置在所述固體電解質層上。
6.一種電解電容器，具備權利要求1至4中任一項所述的電容器用電極箔； 電介質氧化覆膜層，其設置于所述粗面化層的表面； 隔離物，其與所述電介質氧化覆膜層對置；另一電極箔，其隔著所述隔離物與所述電介質氧化覆膜層對置；電解液，其浸漬所述隔離物；和殼體，其收容所述電容器元件和所述電解液。
7 根據權利要求6所述的電解電容器，其中， 所述電容器用電極箔作為陽極發揮作用，所述另一電極箔作為陰極發揮作用。
全文摘要
本發明提供一種電容器用電極箔和使用了該電容器用電極箔的電解電容器。電容器用電極箔具備由閥作用金屬箔構成的基材和設置在基材上的粗面化層。粗面化層具有設置在基材上的基底層和設置在基底層上的覆蓋層。基底層通過由閥作用金屬構成的多個第1微粒組成。覆蓋層通過由閥作用金屬構成的多個第2微粒組成。多個第1微粒的平均粒徑比多個第2微粒的平均粒徑大。該電極箔具有能夠通過蒸鍍穩定地制造的粗面化層，從而能夠獲得具有大容量的電解電容器。
文檔編號H01G9/055GK102227791SQ20098014768
公開日2011年10月26日 申請日期2009年11月9日 優先權日2008年12月1日
發明者大島章義 申請人:松下電器產業株式會社