DE4421772A1 - Festelektrolytkondensator und Herstellungsverfahren für solche Festelektrolytkondensatoren - Google Patents
Festelektrolytkondensator und Herstellungsverfahren für solche FestelektrolytkondensatorenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Festelektrolytkondensator und ein Verfah
ren zur Herstellung solcher Festelektrolytkondensatoren.
Metallteilchen mit Gleichrichterwirkung, wie zum Beispiel Tantal oder Niob,
werden zu porösen Plättchen 21 geformt und gesintert, wobei jedes Plättchen
einen herausstehenden Anodenstab 22 aus einem Metall, wie zum Beispiel Tan
tal oder Niob besitzt, wie in Fig. 14 gezeigt. Die Anodenstäbe 22 einer Vielzahl
von so hergestellten Plättchen 21 sind auf einer horizontalen Platte 23 derart
befestigt, daß diese Plättchen 21 zeilenweise mit festgelegter Abstandsteilung
entlang der horizontalen Platte 23 und die oberen Seiten 2 Ia der Plättchen 21 in
gerader Linie und auf gleicher Höhe angeordnet sind.
Die so auf der horizontalen Platte 23 befestigten Plättchen 21 werden in eine
Bildungsflüssigkeit 24 eingetaucht, wie zum Beispiel eine wäßrige Phosphatlö
sung, wie in Fig. 15 dargestellt. In diesem Zustand wird eine anodische Behand
lung ausgeführt unter Durchleiten eines Gleichstroms, so daß sich eine dielektri
sche Schicht 25, die aus Tantalpentoxid besteht, auf den Oberflächen der Metall
teilchen mit Gleichrichterwirkung eines jeden Plättchens 21 bildet. In diesem
Fall wird die dielektrische Schicht 25 auch auf der äußeren Oberfläche des Fu
ßes jedes Anodenstabes 22 über eine geeignete Länge oder Höhe hinweg gebildet,
indem die oberen Flächen 2 Ia der Plättchen 21 auf eine geeignete Tiefe unter
halb der Flüssigkeitsoberfläche der Bildungsflüssigkeit 24 eingestellt werden.
Dann werden, wie in Fig. 16 dargestellt, die von der horizontalen Platte 23 her
abhängenden Plättchen 21 mit den so hergestellten, dielektrischen Schichten 25
so tief in eine wäßrige Lösung 26 aus Mangannitrat eingetaucht, daß die oberen
Flächen 21 der Plättchen. 21 nicht unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche der wäß
rigen Mangannitratlösung 26 liegen. Nachdem das Innere der Plättchen 21 mit
der wäßrigen Mangannitratlösung 26 getränkt ist, werden die Plättchen 21 aus
der wäßrigen Mangannitratlösung 26 herausgezogen und erhitzt, um die Feuch
tigkeit von ihnen durch Verdampfen zu entfernen. Der Tränkungs- und Ver
dampfungsvorgang wird mehrere Male wiederholt. Als Ergebnis wird eine Fest
elektrolytschicht 27 aus Mangandioxid auf der Oberfläche der dielektrischen
Schicht 25 eines jeden Plättchens 21 gebildet. Alternativ kann eine Festelektro
lytschicht als eine organische Halbleiterschicht auf der Oberfläche der dielektri
schen Schicht 25 gebildet werden. Zur Bildung der Festelektrolytschicht kann
ein elektrolytisches Polymerisationsverfahren oder ein Dampfphasenpolymerisa
tionsverfahren eingesetzt werden. Auf diese Weise werden Kondensatorelemente
hergestellt.
Wenn bei dem Verfahren zur Bildung der Festelektrolytschicht 27 durch Eintau
chen der Plättchen 21 in die wäßrige Mangannitratlösung 26 die oberen Oberflä
chen 21a der Plättchen unter der Flüssigkeitsoberfläche der wäßrigen Lösung
liegen, wird eine Festelektrolytschicht 27 gebildet, die die dielektrische Schicht
25 am Fuß des Anodenstabes 22 überdeckt. Der als Anode dienende Anodenstab
22 wird dadurch elektrisch mit der als Kathode dienenden Festelektrolytschicht
27 verbunden. Das sich ergebende Kondensatorelement verliert seine Wirkung
als Kondensator.
Wenn bei dem Verfahren der Bildung der Festelektrolytschicht die Flüssigkeits
oberfläche der wäßrigen Mangannitratlösung 26 viel niedriger liegt als die obere
Fläche 21a der Plättchen 21, wird eine ungenügende Kapazität im Verhältnis
zum Volumen des Plättchens 21 erhalten.
In diesem Zusammenhang muß die Höhenlage des Plättchens 21 in der wäßrigen
Lösung ganz genau eingestellt werden.
Deshalb müssen bei der Herstellung von Festelektrolytkondensatoren mit Hilfe
des konventionellen Verfahrens die Anodenstäbe 22 aus den Plättchen 21 her
ausstehen, um die Anode von der Kathode zu isolieren. Eine Graphitschicht wird
auf der Festelektrolytschicht 27 eines jeden so hergestellten Kondensatorelemen
tes gebildet, und eine leitenden Schicht aus Metall, wie zum Beispiel Silber oder
Gold, wird weiter auf der Graphitschicht des Kondensatorelementes gebildet.
Wie in Fig. 17 dargestellt, ,wird ein Anschlußstück 29 an die leitende Schicht des
Plättchens 21 und ein weiteres Anschlußstück 30 an den aus dem Plättchen 21
herausstehenden Anodenstab 22 angeschlossen. Schließlich wird die Struktur
des Kondensatorelementes 28 mit den Anschlußstücken 29 und 39 mit Hilfe des
Harzes 31 zu einem Kondensator mit Anoden- und Kathodenanschlußstücken
vergossen, von denen der wesentliche Teil, wie abgebildet, nach außen freigelegt
ist.
Wie bereits beschrieben müssen beim konventionellen Verfahren zur Herstellung
der Festelektrolytkondensatoren die dielektrische Schicht und die Festelektrolyt
schicht auf den Plättchen gebildet werden, die so gestaltet sind, daß die Anoden
stäbe von den oberen Flächen der Plättchen aus nach oben verlängert sind, um
den Zugriff auf die Anode von außen sicherzustellen. Weiter müssen die Plätt
chen bearbeitet werden, während sie von der horizontalen Platte herabhängen.
Entsprechend ist die Anzahl der Plättchen, die gleichzeitig bearbeitet werden
können, begrenzt durch die Länge der horizontalen Platte. Das führt zur Verrin
gerung der Produktionseffizienz.
Zusätzlich werden beim Verfahren zur Bildung der dielektrischen Schichten und
der Festelektrolytschichten auf den Plättchen die Plättchen auf eine exakte Tiefe
in die Bildungsflüssigkeit und die wäßrige Mangannitratlösung eingetaucht, wo
bei sie so angeordnet sind, daß die oberen Flächen der Plättchen auf gleiche Hö
he ausgerichtet sind. Das verlangt eine komplizierte Durchführung der Herstel
lungsarbeit und Genauigkeit der Verfahrenssteuerung.
Der gemäß Fig. 17 hergestellte Kondensator wird mit Harz vergossen. Deshalb
ist das Volumen des gesamten Kondensators relativ groß im Vergleich zum Vo
lumen des Kondensatorelementes. Die Volumeneffizienz ist niedrig und das Vo
lumen des Kondensators groß relativ zur erreichten elektrischen Kapazität.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehenden Umstände
gemacht, und ihre Aufgabe besteht darin, einen Festelektrolytkondensator be
reitzustellen, der eine verbesserte Volumeneffizienz besitzt und geeignet ist für
Massenproduktionssysteme.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung
von Festelektrolytkondensatoren mit hoher Volumeneffizienz in einfacher und
wirkungsvoller Weise bereitzustellen.
Um die erste Aufgabe zu erfüllen, wird ein Festelektrolytkondensator bereitge
stellt, der umfaßt:
- - einen Kondensatorelementkörper, bestehend aus einem plättchenähnlichen, porösen, festen Material, das durch Formen und Sintern von Metallteilchen mit Gleichrichterwirkung hergestellt wird, wobei das poröse, feste Material eine dielektrische Schicht und eine Festelektrolytschicht besitzt, die beide darauf gebildet werden,
- - einen Metallstab, der durch den mittleren Teil des Elementkörpers hindurch reicht,
- - ein Anodenelement, das einen herausstehenden Teil und einen Flanschteil einschließt, wobei die Endplatte des herausstehenden Teils mit einer der Endseiten des Metallstabes in Kontakt gebracht und daran angeschlossen wird,
- - und eine Isolationsschicht, die zwischen dem Flanschteil des Anodenelemen tes und dem Elementkörper angeordnet ist.
Um die zweite Aufgabe zu erfüllen, wird ein Verfahren zur Herstellung von Fest
elektrolytkondensatoren bereitgestellt, das folgende Schritte umfaßt:
- - Formen von Metallteilchen mit Gleichrichterwirkung zu einem porösen, stab ähnlichen Element, in das ein Metallstab eingebracht ist, und Sintern des po rösen, stabähnlichen Elementes,
- - Bilden einer dielektrischen Schicht auf der Oberfläche des porösen, stabähn lichen Elementes,
- - Bilden einer Festelektrolytschicht auf der bereits gebildeten, dielektrischen Schicht, und
- - Zerteilen des porösen, stabähnlichen Elementes mit der dielektrischen Schicht und der Festelektrolytschicht in eine Vielzahl von plättchenähnlichen Kondensatorelementen geeigneter Größe.
Bei diesem Herstellungsverfahren können Rillen auf der äußeren Oberfläche des
porösen, stabähnlichen Elementes gebildet werden, die geeignete räumliche Ab
stände von einander einhalten.
Deshalb ist es gemäß der Erfindung nicht erforderlich, den Anodenstab aus dem
Kondensatorelement herausstehen zu lassen. Entsprechend werden bei diesem
Verfahren zur Herstellung der Kondensatorelemente eine Vielzahl poröser, stab
ähnlicher Elemente bearbeitet, wenn darauf die dielektrischen Schichten und die
Festelektrolytschichten gebildet werden. Eine Vielzahl von Kondensatorelemen
ten kann in einem einzigen Schritt gebildet werden, nämlich durch schlichtes
Zerteilen jedes porösen, stabähnlichen Elementes, das so beschichtet wurde, in
geeignete Segmente. Auf diese Weise können eine Menge Kondensatorelemente
mit einer Serie von Herstellungsschritten hergestellt werden.
Da die Kondensatorelemente gebildet werden, indem jedes poröse, stabähnliche
Element in geeignete Segmente zerteilt wird, kann die Festelektrolytschicht so
gebildet werden, daß sie die dielektrische Schicht überdeckt, die auf dem Fuß des
Anodenstabes gebildet wurde, der aus dem porösen, stabähnlichen Element her
aussteht. Hohe Genauigkeit bei der Positionierung der porösen, stabähnlichen
Elemente auf der horizontalen Platte, wenn diese Elemente auf der horizontalen
Platte befestigt werden, und beim Festlegen der Eintauchtiefe der porösen, stab
ähnlichen Elemente, wenn sie in die Bildungsflüssigkeit und die wäßrige Man
gannitratlösung eingetaucht werden, ist nicht erforderlich.
Ein Kondensator kann durch Zusammenkoppeln des Kondensatorelementes, der
Isolationsschicht und des Anodenelementes gebildet werden, so daß die Isolati
onsschicht zwischen dem Kondensatorelement und dem Anodenelement angeord
net ist, und das Anodenelement in Kontakt mit dem Anodenstab kommt, der im
Kondensatorelement enthalten ist. Deshalb wird die Volumeneffizienz des sich
ergebenden Kondensators verbessert.
Die beigefügten Zeichnungen, die einen Bestandteil dieser Beschreibung ausma
chen, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusam
men mit der Beschreibung dazu, die Aufgaben, Vorteile und Prinzipien der Er
findung zu erklären. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht dar, die einen erfindungsgemäßen Tan
talfestelektrolytkondensator zeigt,
Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I in Fig. 1 dar,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht dar, die eine Serie von porösen, stab
ähnlichen Elementen zeigt, die auf einer horizontalen Platte befestigt sind,
Fig. 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 11-11 in Fig. 3 dar,
Fig. 5 eine Querschnittsansicht dar, die einen Zustand zeigt, in dem die
dielektrischen Schichten auf den Plättchen gebildet sind,
Fig. 6 eine Querschnittsansicht dar, die den Zustand zeigt, in dem die Fest
elektrolytschichten auf den dielektrischen Schichten gebildet sind, die bereits
auf den Plättchen gebildet wurden,
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht dar, die einen Zustand zeigt, in dem das
poröse, stabähnliche Element mit der darauf gebildeten dielektrischen Schicht
und der darauf gebildeten Festelektrolytschicht in plättchenähnliche Kondensa
torelemente zerteilt ist,
Fig. 8A, 8B und 8C Querschnittsansichten dar, die das Kondensatorele
ment zeigen, das im Schritt in Fig. 7 gebildet wurde,
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht dar, die eine Serie von porösen, stab
ähnlichen Elementen mit darauf gebildeten Rillen zeigt, die auf einer horizonta
len Platte befestigt sind,
Fig. 10 eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in Fig. 9 dar,
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht dar, die ein poröses, stabähnliches
Element mit entlang seinen Teilungsstellen gebildeten Harzschichten zeigt,
Fig. 12 eine perspektivische Darstellung dar, die zeigt, wie ein Kondensa
tor zusammengebaut wird,
Fig. 13 eine Querschnittsansicht dar, die eine andere Ausführungsform der
Erfindung zeigt,
Fig. 14 eine perspektivische Ansicht dar, die ein konventionelles Verfahren
zur Herstellung eines Festelektrolytkondensators zeigt, wobei die Darstellung
eine Serie von Plättchen zeigt, die auf einer horizontalen Platte befestigt sind,
Fig. 15 eine andere Querschnittsansicht dar, die das konventionelle Her
stellungsverfahren zeigt, wobei die Darstellung einen Zustand zeigt, in dem
dielektrische Schichten auf den Plättchen nach dem konventionellen Herstel
lungsverfahren gebildet sind,
Fig. 16 eine Querschnittsansicht dar, die einen Zustand zeigt, in dem Fest
elektrolytschichten auf den bereits auf den Plättchen gebildeten, dielektrischen
Schichten nach dem konventionellen Herstellungsverfahren gebildet sind,
Fig. 17 eine Querschnittsansicht dar, die einen allgemeinen Elektrolytkon
densator zeigt, der nach dem konventionellen Herstellungsverfahren hergestellt
wurde,
Fig. 18 eine Draufsicht dar, die einen Teil eines Verdrahtungsrahmens
zeigt, an den das Kondensatorelement angeschlossen ist, und
Fig. 19 eine Querschnittsansicht dar, die einen Kondensator zeigt, der un
ter Verwendung des Verdrahtungsrahmens aus Fig. 18 hergestellt wurde.
Es wurde angenommen, daß, wenn der aus dem Kondensatorelement herausste
henden Anodenstab bei der Herstellung und Konstruktion von Festelektrolyt
kondensatoren beseitigt werden könnte, eine Vielzahl von Kondensatorelemen
ten gebildet werden könnten, indem Metallteilchen mit Gleichrichterwirkung zu
porösen, stabähnlichen Elementen geformt werden und die porösen, stabähnli
chen Elemente gesintert werden, dielektrische Schichten und Festelektrolyt
schichten darauf gebildet werden und jedes poröse, stabähnliche Element in
Kondensatorelemente zerteilt wird. Im Rahmen der Erfindung wurden Untersu
chungen durchgeführt, um eine technische Lehre zu entwickeln, die darin be
steht, daß ein Anodenelement, das an die Endfläche eines Metallstabes ange
schlossen ist, der in einem Kondensatorelement enthalten ist und sich durch das
Element hindurch erstreckt, auf wenigstens einer der Endflächen des Kondensa
torelementes bereitgestellt wird, während es durch eine Isolationsschicht von der
Festelektrolytschicht isoliert ist, die die Kathode darstellt.
Die technische Lehre der Erfindung wird im Detail beschrieben unter Verwen
dung einiger bestimmter Ausführungsformen unter Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen.
In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung in Form eines Verfahrens zur
Herstellung von Tantalfestelektrolytkondensatoren und der sich ergebenden
Tantalfestelektrolytkondensatoren ausgeführt.
Im folgenden wird sich auf Fig. 1 und 2 bezogen, die perspektivische und Quer
schnittsansichten eines Kondensators darstellen, der nach dem erfindungsgemä
ßen Herstellungsverfahren hergestellt wurde.
In diesen Zeichnungen bezeichnet die Bezeichnungsnummer A ein Kondensator
element, die Bezeichnungsnummer 2 einen Metallstab, die Bezeichnungsnum
mer 3 ein Anodenelement und die Bezeichnungsnummern 4 und 13 Isolations
schichten.
Wie dargestellt, erstreckt sich der Metallstab 2, der als Anode dient, durch den
Mittelteil eines Elementkörpers 1 des Kondensatorelementes A. Das Anodenele
ment 3 besteht aus einem herausstehenden Teil 3a und einem Flanschteil 3b,
aus dem der herausstehende Teil 3a heraussteht. Das Anodenelement 3 ist mit
dem Metallstab 2 derart verbunden, daß die Endfläche des herausstehenden
Teils 3a des Anodenelementes 3 in Kontakt mit der ersten Endfläche 2a des Me
tallstabes 2 gebracht ist. Die Isolationsschicht 4 ist zwischen dem Flanschteil 3b
des Anodenelementes 3 und der ersten Endfläche des Elementkörpers 1 einge
bracht. Die zweite Endfläche des Elementkörpers 1, die der ersten Endfläche ge
genüber liegt und weiter weg vom Anodenelement 3 angeordnet ist, wird durch
die Isolationsschicht 13 geschützt.
Ein Verfahren zur Herstellung des Kondensators aus Fig. 1 und 2 wird im fol
genden beschrieben.
Dabei wird sich auf Fig. 3 und 4 bezogen. Tantalteilchen werden zu einem porö
sen, stabähnlichen Element 5 geformt, das wie ein Stab mit quadratischem
Querschnitt mit einem Metallstab darin 2 gestaltet ist. Der Metallstab 2 ist in
das poröse, stabähnliche Element eingebracht, wobei ein Teil des Metallstabes
von der oberen Fläche 5a des porösen, stabähnlichen Elementes 5 nach außen
ragt. Das untere Ende des Metallstabes 2 erstreckt sich bis zur unteren Fläche
5b des porösen, stabähnlichen Elementes 5 oder bis zu einen Ort in der Nähe der
unteren Fläche Sb. Das poröse, stabähnliche Element 5 wird gesintert. Eine Viel
zahl von porösen, stabähnlichen, so strukturierten Elementen 5 wird hergestellt.
Der Teil des Metallstabes 2, der aus der oberen Fläche 5a eines jeden stabähnli
chen Elementes 5 herausragt, wird an der horizontalen Platte 6 zum Beispiel
durch Löten befestigt. In diesem Fall werden die porösen, stabähnlichen Elemen
te 5 in äquidistanten räumlichen Abständen oder einer äquidistanten räumli
chen Teilung auf der horizontalen Platte 6 angeordnet.
Die porösen stabähnlichen Elemente 5, die auf diese Weise auf der horizontalen
Platte 6 befestigt sind, werden in eine wäßrige Phosphatlösung 7 eingetaucht
(Bildungsflüssigkeit). Zur anodischen Behandlung wird, wie abgebildet, ein
Gleichstrom durch die Anordnung geschickt. Als Ergebnis der anodischen Be
handlung wird eine Tantalpentoxidschicht 8 (dielektrische Schicht) auf der
Oberfläche der Tantalteilchen des porösen, stabähnlichen Elementes 5 gebildet.
In diesem Fall wird das Tantalpentoxid 8 bevorzugt auf der äußeren Oberfläche
des Fußes eines jeden Metallstabes 2 über eine geeignete Länge oder Höhe des
Stabes hinweg gebildet durch Einstellen der oberen Flächen 5a der porösen,
stabähnlichen Elemente 5 auf eine geeignete Tiefe unter der Flüssigkeitsoberflä
che der Bildungsflüssigkeit 24.
Dann werden die mit dem Tantalpentoxid 8 beschichteten, porösen, stabähnli
chen Elemente 5, in eine wäßrige Mangannitratlösung 9 eingetaucht, wie in Fig.
6 dargestellt. Nachdem das Innere der porösen, stabähnlichen Elemente 5 mit
der wäßrigen Mangannitratlösung 9 imprägniert wurde, werden die porösen,
stabähnlichen Elemente 5 aus der wäßrigen Mangannitratlösung 9 herausgezo
gen und erwärmt, um die Feuchtigkeit daraus durch Verdampfen zu entfernen.
Der Imprägniervorgang mit der wäßrigen Mangannitratlösung und der nachfol
gende Verdampfungsvorgang werden mehrere Male wiederholt. Als Ergebnis
wird eine Mangandioxidschicht 10 (Festelektrolytschicht) auf der Oberfläche der
Tantalpentoxidschicht 8 gebildet.
Wie in Fig. 7 dargestellt, wird jedes der so hergestellten, porösen, stabähnlichen
Elemente 5 in mehrere plättchenähnliche Kondensatorelemente A (A1 bis A4)
geeigneter Größe zum Beispiel mit Hilfe eines Diamantschneiders zerteilt. Die
Kondensatorelemente A2. und A3 dieser Gruppe von Kondensatorelementen A,
die aus dem mittleren Teil der porösen, stabähnlichen Elemente 5 herausge
schnitten wurden, sind in Fig. 8A dargestellt. Wie gezeigt, sind die Endflächen
2a des Metallstabes 2 an beiden Endflächen (Schnittflächen) der Kondensator
elemente A2 oder A3 nach außen freigelegt. Die Tantalpentoxidschicht 8 und die
Mangandioxidschicht 10 sind auf der äußeren Oberfläche der Kondensatorele
mente A2 oder A3 mit Ausnahme ihrer Endflächen gebildet. Das Kondensator
element A4, das aus dem unteren Teil des porösen, stabähnlichen Elementes 5
herausgeschnitten wurde, ist so geformt, wie in Fig. 8B dargestellt. Wie gezeigt,
ist die erste Endfläche 2a des Metallstabes 2 an einer Endfläche des Kondensa
torelementes A4 nach außen freigelegt. Die verbleibenden äußeren Flächen des
Kondensatorelementes A4 sind mit der Tantalpentoxidschicht 8 und der Man
gandioxidschicht 10 bedeckt. Das Kondensatorelement A1 ist aus dem oberen
Teil des porösen, stabähnlichen Elementes herausgeschnitten. Der Metallstab 2,
der aus der oberen Fläche 5a des porösen, stabähnlichen Elementes 5 heraus
ragt, wird abgeschnitten. Weiter ergibt sich, wenn die Tantalpentoxidschicht 8
und/oder die Mangandioxidschicht 10 von der oberen Fläche 5a des porösen,
stabähnlichen Elementes 5 entfernt wird, eine Struktur, die der der Kondensa
torelemente A2 oder A3 nach Fig. 8A gleicht. Wenn nur der Metallstab 2, der aus
der oberen Fläche 5a des porösen, stabähnlichen Elementes 5 herausragt, abge
schnitten wird, ergibt sich eine Struktur, wie sie in Fig. 8C dargestellt ist. Das
hängt von der Fläche der Tantalpentoxidschicht 8 ab, über die sich die Mangan
dioxidschicht 10 ausbreitet. Diese Schichten können an einer geeigneten Position
abgeschnitten werden. Selbstverständlich können zur Herstellung der Konden
satorelemente A die porösen, stabähnlichen Elemente 5 während der Verfahrens
schritte zur Bildung der Tantalpentoxidschicht 8 und der Mangandioxidschicht
10 bis hinauf zu ihren oberen Flächen 5a vollständig in die wäßrige Lösung ein
getaucht werden. Das poröse, stabähnliche Element 5 kann tiefer in die wäßrige
Mangannitratlösung 9 eingetaucht werden als in die wäßrige Phosphatlösung 7.
In diesem Fall wird eine Mangandioxidschicht 10 gebildet, die die Fläche der
Tantalpentoxidschicht 8 überdeckt. Entsprechend ist die Arbeit der Kondensa
torherstellung und die Verfahrenssteuerung einfach und leicht.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung der Kondensatorelemente wird im folgen
den beschrieben. Bei diesem Verfahren werden, wie in Fig. 9 und 10 dargestellt,
auf der äußeren Oberfläche eines porösen, stabähnlichen Elementes 11, das wie
ein Stab mit quadratischem Querschnitt gestaltet ist, ununterbrochene Vertie
fungen 11a gebildet, die in Längsrichtung des stabähnlichen Elementes mit
äquidistantem Abstand voneinander angeordnet sind. Ein Metallstab 2 ist so in
das poröse, stabähnliche Element 11 eingebracht, daß der obere Teil des Metall
stabes 2 aus dem Kopfende des stabähnlichen Elementes herausragt und sein
unteres Ende den Boden des stabähnlichen Elementes erreicht. Das poröse, stab
ähnliche Element 11 wird gesintert. Eine Vielzahl der gesinterten, porösen, stab
ähnlichen Elemente 11 werden wie in dem Herstellungsverfahren, das bereits
beschrieben wurde, an einer horizontalen Platte 6 befestigt. Dann werden die
dielektrischen Schichten und die Festelektrolytschichten auf der äußeren Ober
fläche des porösen, stabähnlichen Elementes 11 gebildet. Das poröse, stabähnli
che Element 11 mit der darauf gebildeten, dielektrischen Schicht und der darauf
gebildeten Festelektrolytschicht kann leicht in Kondensatorelemente zerteilt
werden, indem es an den eingeschnittenen Teilen oder den Vertiefungen 11a ge
bogen wird ohne Verwendung irgendeiner Schneideeinrichtung, wie zum Bei
spiel eines Diamantschneiders. Natürlich können die Vertiefungen 11a auch un
zerbrochen sein.
Beim Herstellen der Kondensatorelemente nach einem der beiden Herstellungs
verfahren gemäß vorstehender Beschreibung können Harzschichten 12 auf der
äußeren Oberfläche des porösen, stabähnlichen Elementes 5 oder 11 zum Bei
spiel entlang oder unter Überdecken der Teilungslinien durch die Beschichtung
gebildet werden, wie in Fig. 11 dargestellt. Die Bildung der Harzschichten kann
vor oder nach der Bildung der Tantalpentoxidschicht 8 stattfinden. Wenn das
poröse, stabähnliche Element in Kondensatorelemente zerteilt wird und diese
Kondensatorelemente zu Kondensatoren zusammengesetzt werden, isolieren die
Harzschichten die Anode zuverlässig von der Kathode. Die Harzschichten besit
zen eine nützliche Wirkung für den zusammengebauten Kondensator, der im
folgenden beschrieben wird.
Um einen Kondensator, wie in Fig. 12 dargestellt, zusammenzubauen, wird der
herausstehende Teil 3a des Anodenelementes 3 durch ein durchgehendes Loch
4a in der Isolationsschicht 4 eingeführt und die Endfläche des herausstehenden
Teils 3a in Kontakt gebracht und verbunden mit der ersten Endfläche 2a des Me
tallstabes 2 des Kondensatorelementes A, und zwar in der Art, daß die Isolati
onsschicht 4 zwischen dem Kondensatorelement A und dem Anodenelement 3
eingebracht ist. Das Anodenelement 3 wird aus einem solchen Metall hergestellt,
wie zum Beispiel Kupfer, Eisen, Aluminium oder Tantal.
Alternativ kann ein Kondensator in der Art zusammengebaut werden, daß die
Endfläche des herausstehenden Teils 3a in Kontakt gebracht oder verbunden
wird mit der ersten Endfläche 2a des Metallstabes 2 des Kondensatorelementes
A und in diesem Zustand geschmolzenes Harz in den Raum zwischen der Endflä
che des Elementkörpers 1 und dem Flanschteil 3b des Anodenelementes 3 einge
spritzt wird. Die auf diese Weise aus Harz gebildete Isolationsschicht 4 über
deckt die äußere Oberfläche des herausstehenden Teils 3a des Anodenelementes
3.
Der äußere Durchmesser der Isolationsschicht 4 stellt, wenn er so ausgewählt
ist, daß er leicht größer oder kleiner als der äußere Durchmesser des Kondensa
torelementes A oder des Anodenelementes 3 ist, eine zuverlässige Isolation der
Anode von der Kathode des sich ergebenden Kondensators dar, der auf eine Lei
terplatte einer gedruckten Schaltung durch Löten montiert wird.
Um eine zuverlässige Verbindung der Endfläche des herausstehenden Teils 3a
des Anodenelementes 3 mit der ersten Endfläche 2a des Metallstabes 2 sicherzu
stellen, ist es bevorzugt, Metallschichten aus zum Beispiel Lötzinn oder Nickel
auf den entsprechenden Endflächen durch Plattieren zu bilden, bevor der Kon
densator zusammengesetzt wird.
Wie in Fig. 13 dargestellt, kann ein Teil oder die gesamte Oberfläche 3b, des
Anodenelementes 3, die in Richtung der Isolationsschicht 4 weist, im Bereich
vom Fuß des herausstehenden Teils 3a des Anodenelementes 3 bis zur äußeren
Kante des Flanschteils 3b verjüngt sein. Ein Teil oder die gesamte äußere Kante
der Oberfläche 3b′′ des Anodenelementes 3, die der Oberfläche 3b′ gegenüber
liegt, kann abgeschräg sein.
In der Struktur des in Fig. 13 dargestellten Kondensators wird die Endfläche 2b
des Metallstabes 2 auf der Endfläche des Kondensatorelementes A nach außen
freigelegt, die der Endfläche gegenüber liegt, die die Isolationsschicht 4 trägt.
Wenn erforderlich, kann diese Endfläche des Kondensatorelementes A zu
Schutzzwecken mit einer Isolationsschicht abgedeckt werden, wie in Fig. 1 und
2 dargestellt. In diesen Zeichnungen wird die Isolationsschicht mit der Bezeich
nungsnummer 13 bezeichnet.
Das Kondensatorelement A mit der Harzschicht 12, die entlang und unter Ab
deckung der Teilungslinien gebildet wurde, wie in Fig. 11 dargestellt, kann mit
einem Leitungsrahmen B mit inneren Leitungen B′ und B′, eingesetzt werden,
wie in Fig. 18 dargestellt. In diesem Fall ist die Spitze der inneren Leitung B′
durch eine leitfähige Einrichtung, zum Beispiel ein Metallzwischenstück 13′, an
die erste Endfläche 2a des Metallstabes 2 des Kondensatorelementes A ange
schlossen, während die innere Leitung B′′ an die Kathode des Kondensatorele
mentes A angeschlossen ist, zum Beispiel die leitfähige Schicht 14, wie zum Bei
spiel eine Graphitschicht oder eine Silberschicht. Das Kondensatorelement A,
das auf diese Weise mit den inneren Leitungen B′ und B′, verbunden wurde, wird
mit einem Harz 15 vergossen, wie abgebildet. Als Ergebnis wird ein mit Harz
dicht vergossener Kondensator hergestellt.
Das poröse, stabähnliche Element 5 beziehungsweise 11, das einen quadrati
schen Querschnitt in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen besitzt,
kann auch kreisförmig oder polygonal sein. Wenn das poröse, stabähnliche Ele
ment mit kreisförmigem Querschnitt verwendet wird, ist der Flanschteil 3b des
Anodenelementes 3 polygonal geformt, zum Beispiel mit quadratischem Quer
schnitt. Wenn erforderlich, kann die Isolationsschicht 13 im Querschnitt wie der
Flanschteil 3b des Anodenelementes 3 geformt sein. In diesem Fall kann der sich
ergebende Kondensator als Ganzes als auf der Oberfläche aufgebrachtes Ele
ment verwendet werden.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersehen werden kann, besteht bei der
erfindungsgemäßen Herstellung des Kondensators kein Erfordernis, die Konden
satorelemente mit Harz zu vergießen. Deshalb ist die Volumeneffizienz des er
findungsgemäßen Kondensators bemerkenswert verbessert im Vergleich zu der
eines konventionellen Kondensators. Das bringt die Reduktion von Größe und
Gewicht der Produkte mit sich.
Eine zusätzliche vorteilhafte Wirkung der Erfindung besteht darin, daß die Her
stellungsarbeit und die Verfahrenssteuerung einfach und leicht sind.
Eine weitere vorteilhafte Wirkung besteht darin, daß Kondensatoren mit ver
schiedenen Kapazitätswerten hergestellt werden können, indem schlicht die
Teilungsgröße geändert wird, wenn das poröse, stabähnliche Element zerteilt
wird.
Infolgedessen ist das erfindungsgemäße Kondensatorherstellungsverfahren und
der durch dieses Herstellungsverfahren hergestellte Kondensator geeignet für
Massenproduktionssysteme.
Claims (11)
1. Festelektrolytkondensator, umfassend:
- - Einen Kondensatorelementkörper, bestehend aus einem plättchenähnlichen, porösen, festen Material, gebildet durch Formen und Sintern von Metallteil chen mit Gleichrichterwirkung, wobei das poröse, feste Material eine auf seiner Oberfläche gebildete, dielektrische Schicht und eine auf der dielektri schen Schicht gebildete Festelektrolytschicht besitzt,
- - einen Metallstab, der durch den mittleren Teil des Elementkörpers hin durchreicht,
- - ein Anodenelement, das einen herausstehenden Teil und einen Flanschteil einschließt, wobei die Endfläche des herausstehenden Teils in Kontakt ge bracht und verbunden wird mit einer der Endflächen des Metallstabes und
- - eine Isolationsschicht, die zwischen dem Flanschteil des Anodenelementes und dem Elementkörper eingebracht ist.
2. Festelektrolytkondensator nach Anspruch 1, bei dem die Metallteilchen mit
Gleichrichterwirkung solche aus Tantal und/oder Niob sind.
3. Festelektrolytkondensator nach Anspruch 1, worin die Oberfläche des Anoden
elementes, die in Richtung der Isolationsschicht weist, verjüngt ist.
4. Festelektrolytkondensator nach Anspruch 1, der weiter eine zweite Isolations
schicht umfaßt, die so gebildet wird, daß sie die andere Endfläche des Kondensa
torelementkörpers überdeckt.
5. Festelektrolytkondensator nach Anspruch 1, worin die äußere Größe der Iso
lationsschicht verschieden von der äußeren Größe des Kondensatorelementkör
pers ist.
6. Festelektrolytkondensator nach Anspruch 1, worin die Endflächen des aus
dem Anodenelement herausstehenden Teils und des Metallstabes mit einer Me
tallschicht überzogen sind, um eine zuverlässige Verbindung zwischen den bei
den sicherzustellen.
7. Verfahren zur Herstellung von Festelektrolytkondensatoren, umfassend die
folgenden Schritte:
- - Formen von Metallteilchen mit Gleichrichterwirkung zu einem porösen, stabähnlichen Element, in das ein Metallstab eingebracht ist, und Sintern des porösen, stabähnlichen Elementes,
- - Bilden einer dielektrischen Schicht auf der Oberfläche des porösen, stabähn lichen Elementes,
- - Bilden einer Festelektrolytschicht auf der bereits gebildeten dielektrischen Schicht und
- - Zerteilen des porösen, stabähnlichen Elementes, das die dielektrische Schicht und die Festelektrolytschicht besitzt, in eine Vielzahl von plättchen ähnlichen Kondensatorelementen geeigneter Größe.
8. Verfahren zur Herstellung von Festelektrolytkondensatoren nach Anspruch 7,
worin Vertiefungen auf der äußeren Oberfläche der porösen, stabähnlichen Ele
mente gebildet werden, die in geeigneten räumlichen Abständen angeordnet
sind.
9. Verfahren zur Herstellung von Festelektrolytkondensatoren nach Anspruch 7,
worin vor oder nach dem Schritt der Bildung der dielektrischen Schicht eine
Isolationsschicht auf der äußeren Oberfläche der porösen, stabähnlichen Ele
mente gebildet wird.
10. Verfahren zur Herstellung eines Festelektrolytkondensators nach Anspruch
7, das weiter den Schritt umfaßt, daß der Kondensator zusammengesetzt wird,
wobei der herausstehende Teil eines Anodenelementes durch ein durchgehendes
Loch in der Isolationsschicht eingeführt wird, und die Endfläche des herausste
henden Teils in Kontakt gebracht und verbunden wird mit der ersten Endfläche
des Metallstabes, und zwar derart, daß die Isolationsschicht zwischen dem Kon
densatorelementkörper und dem Anodenelement angeordnet ist.
11. Verfahren zur Herstellung von Festelektrolytkondensatoren nach Anspruch
7, das weiter den Schritt umfaßt, daß der Kondensator zusammengesetzt wird,
wobei die Endfläche eines herausstehenden Teils eines Anodenelementes in Kon
takt gebracht und verbunden wird mit der ersten Endfläche des Metallstabes,
und in diesem Zustand geschmolzener Harz in den Raum zwischen die Endfläche
des Kondensatorelementkörpers und eines Flanschteils des Anodenelementes
eingespritzt wird.
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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