DE10121548B4 - Verfahren zur Herstellung einer Benetzungsbarriere und Anode mit der Benetzungsbarriere - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Benetzungsbarriere (1) auf einer Elektrode (2), die mit dem Anodenkörper (3) eines Elektrolyt-Kondensators verbunden ist,
– wobei ein flüssiges benetzungshemmendes Mittel tröpfchenweise auf die Elektrode (2) aufgebracht wird und
– wobei der räumliche Abstand (d) der Tropfen (4) auf der Elektrode (2) so gewählt wird, daß bei dem Trocknen des benetzungshemmenden Mittels eine Benetzungsbarriere (1) in Form eines zusammenhängenden Strichs entsteht.

Description

  • Verfahren zur Herstellung einer Benetzungsbarriere und Anode mit der Benetzungsbarriere Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Benetzungsbarriere auf einer Elektrode, die mit dem Anodenkörper eines Elektrolyt-Kondensators verbunden ist, wobei ein benetzungshemmendes Mittel auf die Elektrode aufgebracht wird. Ferner betrifft die Erfindung die Anode eines Elektrolyt-Kondensators mit einer Benetzungsbarriere.
  • Elektrolyt-Kondensatoren wie beispielsweise Tantal-Kondensatoren umfassen einen porösen Anodenkörper, der mit einer Elektrode verbunden ist, und der von einer dielektrisch wirkenden Schicht überzogen ist. Der Anodenkörper wird durch die Elektrode kontaktiert und stellt zusammen mit dieser die Anode des Elektrolyt-Kondensators dar. Auf die Oberfläche des porösen Anodenkörpers wird während des Herstellungsverfahrens von Elektrolyt-Kondensatoren eine mehrschichtige Kathode aus leitfähigen Materialien in der Regel durch aufeinander folgende Tauch- , Trocken- und Pyrolyse-Prozesse erzeugt. Das Benetzen der Elektrode mit für die Tauchprozesse verwendeten Lösungen, Suspensionen, Dispersionen und Lacken muß verhindert werden, da die dadurch entstehenden Flüssigkeitsreste auf der Elektrode feste Ablagerungen bilden, die sich nachteilig auf die elektrischen Eigenschaften des fertigen Kondensators auswirken. Eine Benetzung der Elektrode kann beispielsweise durch Übertauchen oder auch durch Meniskusbildung der in einem Tauchprozeß benutzten Flüssigkeit zustande kommen. Auch durch Kapillareffekte, ausgelöst beispielsweise durch Riefen an der Oberfläche der Elektrode, kann eine Benetzung der Elektrode erfolgen.
  • Feste Ablagerungen auf der Elektrode wirken sich darüber hinaus negativ auf die Raumausnutzung des Kondensators aus.
  • Es wird daher angestrebt, auf der Elektrode eine Benetzungsbarriere anzuordnen, die möglichst nahe am Anodenkörper plaziert sein sollte, um das Entstehen derartiger Ablagerungen einzuschränken bzw. zu verhindern.
  • Für Elektrolyt-Kondensatoren, deren mit dem Anodenkörper verbundenen Elektroden die Form eines runden Drahtes aufweisen sind Benetzungsbarrieren bekannt, die die Form eines Teflonrings aufweisen, der vor den Tauchschritten auf die Elektrode aufgezogen wird. Ein solcher Teflonring hat den Nachteil, daß er entweder nach dem Tauchschritt wieder von der Elektrode abgezogen werden muß oder, falls er auf der Elektrode verbleibt, viel Platz beansprucht und dadurch die Gehäuseausnutzung des Kondensators, der üblicherweise als Chipkondensator gefertigt wird, absenkt.
  • Aus der Druckschrift DE 37 39 983 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung einer PTFE-Beschichtung auf einem Anodendraht eines Fest-Elektrolytkondensators bekannt, wobei von der Oberseite des Drahtes her eine Teflonsuspension aufgesprüht wird. Die Formgebung der Beschichtung des Drahtes erfolgt weitgehend zufällig durch die Bildung eines Tropfens und der damit verbundenen Oberflächenspannung.
  • Aus der US 4 127 680 A ist ein Verfahren zur Herstellung einer PTFE-Beschichtung auf einem Anodendraht eines Fest-Elektrolytkondensators bekannt, bei dem ein keramischer Anodenkörper vorher mit Naphthalin beschichtet wird und so vor der PTFE-Beschichtung geschützt wird. Dort wird auch darauf hingewiesen, daß andere nicht verläßliche aber aufwändige Verfahren zum Aufbringen einer Antibenetzungsschicht sind, auf einen Anodendraht bekannt sind.
  • Aus der US 3 967 000 A ist es bekannt, eine Antibenetzungsschicht durch Hochdrucksprühen auf dem Anodendraht eines Fest-Elektrolytkondensators aufzubringen.
  • Darüber hinaus ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, wobei die runddrahtförmige Elektrode in einem kontinuierlichen Strahl von flüssigem Antinetzmittel plaziert wird. Dadurch bildet sich auf der Elektrode eine Benetzungsbarriere durch Auftrocknen des Antinetzmittels. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es für Elektroden in Form eines flachen Blechs nicht geeignet ist, da der auf das Blech auftreffende kontinuierliche Strahl aus flüssigem Antinetzmittel zu einem Verspritzen des Antinetzmittels führen würde, wodurch der Prozeß unkontrollierbar wird.
  • Darüber hinaus haben bekannte Verfahren zum Auftragen eines flüssigen Antinetzmittels den Nachteil, daß die Menge des Um zudem zu verhindern, daß das flüssige Antinetzmittel von dem porösen Anodenkörper aufgesaugt wird, ist es bei dem bekannten Verfahren notwendig, einen großen Sicherheitsabstand zum Anodenkörper einzuhalten, wodurch der benötigte Platz noch größer wird und die Gehäuseausnutzung weiter sinkt, da nur hinter der relativ dicken Benetzungsbarriere ein Anschluß zur weiteren Kontaktierung der Anode angeschweißt werden kann.
  • Das Aufziehen eines Schutzrings aus Teflon ist bei Elektroden in Form eines flachen Blechs technisch schwer realisierbar, da ein länglicher Schlitz im Schutzring notwendig ist.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung einer Benetzungsbarriere anzugeben, das die Herstellung einer Benetzungsbarriere mit einem sehr kleinen Platzbedarf ermöglicht.
  • Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung gibt ein Verfahren zur Herstellung einer Benetzungsbarriere an, wobei die Benetzungsbarriere auf einer Elektrode hergestellt wird, die mit dem Anodenkörper eines Elektrolyt-Kondensators verbunden ist. Ein flüssiges benetzungshemmendes Mittel wird tröpfchenweise auf die Elektrode aufgebracht. Der räumliche Abstand der Tropfen auf der Elektrode wird so gewählt, daß nach Trocknen des benetzungshemmenden Mittels eine Benetzungsbarriere in Form eines zusammenhängenden Strichs entsteht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß durch Zusammensetzen der Benetzungsbarriere aus einzelnen Tröpfchen eine hohe Präzision bezüglich der Plazierung der Benetzungsbarriere und bezüglich der räumlichen Ausdehnung der Benet zungsbarriere möglich ist. Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren es, die Benetzungsbarriere sehr nahe am Anodenkörper anzubringen. Desweiteren ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung einer Benetzungsbarriere mit einer geringen Dicke und einer geringen Breite, so daß die Gehäuseausnutzung des Elektrolyt-Kondensators verbessert wird.
  • Es ist dabei vorteilhaft, eine Benetzungsbarriere herzustellen, deren Dicke kleiner als 5 μm ist. Eine solche Benetzungsbarriere ist von ihrer Dicke her ausreichend, um das Benetzen der Elektrode zu verhindern. Darüber hinaus ist eine solche Benetzungsbarriere auch dafür geeignet, während eines Schweißprozesses durchbrochen zu werden, so daß an der Stelle der Benetzungsbarriere das Anschweißen eines Anschlusses an die Elektrode möglich wird. Dadurch kann die Raumausnutzung des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Elektrolyt-Kondensators verbessert werden.
  • Die Breite und die Dicke der mit Hilfe der Tropfen aufgebrachten Benetzungsbarriere kann beeinflußt werden durch das Volumen der Tropfen, deren Viskosität und auch durch deren Oberflächenspannung. Durch Wahl eines kleinen Tropfenvolumens zwischen 30 und 500 pl kann erreicht werden, daß der auf der Elektrode auftreffende Tropfen beim Zerfließen eine maximal zu bedeckende Fläche der Elektrode nicht überschreitet. Durch die Wahl ausreichend niedrigen Viskosität kann erreicht werden, daß der Tropfen beim Auftreffen auf die Elektrode zerfließt und sich somit auf einem größeren Flächenbereich als er dem Tropfendurchmesser entspricht auf der Elektrode ausbreitet. Dadurch kann das Entstehen einer dünnen Benetzungsbarriere gefördert werden.
  • Darüber hinaus kann die entstehende Benetzungsbarriere hinsichtlich ihrer Dicke durch die Oberflächenspannung der verwendeten Tropfen beeinflußt werden. Beispielsweise kann durch Zugabe von die Oberflächenspannung senkenden Mitteln, bei spielsweise Tensiden, das Zerfließen der Tropfen beim Auftreffen auf die Elektrode gefördert werden, wodurch wiederum die Herstellung einer Benetzungsbarriere mit einer geringen Dicke unterstützt wird.
  • Es ist desweiteren vorteilhaft, eine Benetzungsbarriere mit einer Breite kleiner als 500 μm herzustellen. Eine solche Benetzungsbarriere hat den Vorteil, daß sie wenig Platz beansprucht, wodurch die Gehäuseausnutzung des Elektrolyt-Kondensators verbessert werden kann.
  • Die Erfindung gibt ferner eine Anode eines Elektrolyt-Kondensators mit einem Anodenkörper an, der mit einer Elektrode verbunden ist, bei der auf der Elektrode eine Benetzungsbarriere in Form eines zusammenhängenden Strichs aus einem benetzungshemmenden Mittel aufgebracht ist und bei der die Benetzungsbarriere eine Dicke von weniger als 5 μm aufweist.
  • Desweiteren ist es vorteilhaft, die Tropfen mit Hilfe eines Kapillarröhrchens auf die Elektrode aufzubringen. Die Verwendung eines Kapillarröhrchens ermöglicht ein örtlich genau definiertes Aufbringen der Tropfen auf der Elektrode, wodurch die Reproduzierbarkeit des Verfahrens verbessert und gleichzeitig der Platzbedarf der Benetzungsbarriere verringert werden kann. Die Tropfen entstehen dabei durch Drücken des benetzungshemmenden Mittels durch das Kapillarröhrchen.
  • Es ist darüber hinaus von Vorteil, das Aufbringen der Tropfen auf die Elektrode berührungslos, d.h. ohne Berührung zwischen Kapillarröhrchen und Elektrode durchzuführen. Dadurch kann eine sehr geringe Menge von Flüssigkeit definiert auf die Elektrode aufgebracht werden, ohne daß die Gefahr von Verwischung der auf die Elektrode aufgebrachten Flüssigkeit durch das Kapillarröhrchen gegeben ist. Ein geeigneter Abstand zwischen Kapillarröhrchen und Elektrode beträgt zwischen 1 und 5 mm.
  • Besonders kleine Tropfen, die zu einer entsprechend schmalen und dünnen Benetzungsbarriere auf der Elektrode führen können, sind ausgezeichnet durch ein Tropfenvolumen zwischen 30 und 500 pl. Daher hat das erfindungsgemäße Verfahren ferner den Vorteil, daß der Verbrauch an benetzungshemmendem Mittel sehr gering gehalten werden kann.
  • Desweiteren ist es vorteilhaft, zur Herstellung der Benetzungsbarriere eine Elektrode zu verwenden, die wenigstens eine ebene Seitenfläche aufweist. Dadurch können beispielsweise auch flächige Elektroden, die die Form eines Blechs besitzen, mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Benetzungsbarriere versehen werden. Das Herstellen einer Benetzungsbarriere auf solchen Elektroden wäre mit Hilfe des bekannten Strahlverfahrens, wie bereits weiter oben erläutert, nur unter Bereitstellung von viel Platz möglich.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich ebenfalls für Anoden, deren Elektrode einen runden oder ovalen Querschnitt und keine ebenen Seitenflächen aufweist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann als benetzungshemmendes Mittel eine Teflonsuspension verwendet werden. Eine solche Teflonsuspension hat den Vorteil, daß sie einerseits flüssig ist und dadurch die Bildung von Tröpfchen erlaubt. Zum anderen enthält sie Teflon, welches ein hervorragend als Benetzungsbarriere geeignetes Material ist. Durch einfaches Austrocknen der Teflonsuspension kann aus den auf die Elektrode aufgebrachten Tröpfchen eine feste Benetzungsbarriere gewonnen werden. Als benetzungshemmendes Mittel kommt aber auch ein Silikon oder ein anderes geeignetes Material in Betracht.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den dazu gehörigen Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt beispielhaft die Anode eines Elektrolyt-Kondensators, auf deren Elektrode mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Benetzungsbarriere hergestellt wurde in Draufsicht.
  • 2A zeigt beispielhaft die Anode eines weiteren Elektrolyt-Kondensators, dessen Benetzungsbarriere mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde in schematischer Draufsicht.
  • 2B zeigt eine Anode gemäß 2A in einer Seitenansicht.
  • 2C zeigt eine Anode gemäß 2B mit nur einseitig angeordnetem Anodenkörper.
  • 3A zeigt beispielhaft eine Anode mit einer runddrahtförmigen Elektrode, deren Benetzungsbarriere mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgebracht wurde.
  • 3B zeigt eine Anode gemäß 3A in Seitenansicht.
  • 4 zeigt beispielhaft das Aufbringen der Benetzungsbarriere mit Hilfe eines Kapillarröhrchens auf einer Elektrode.
  • 1 zeigt die Anode eines Elektrolyt-Kondensators, die eine Elektrode 2 aufweist, deren Endabschnitt von einem Anodenkörper 3 umhüllt ist. Nahe am Anodenkörper 3 weist die Elektrode 2 eine Benetzungsbarriere 1 auf, die durch Aufbringen von Tropfen 4 in einem geeigneten Abstand d zueinander hergestellt ist. Dabei ist der Abstand d der Tropfen 4 so gewählt, daß eine Benetzungsbarriere 1 in Form eines zusammenhängenden Strichs entsteht. Der Anodenkörper 3 ist durch Umpressen der Elektrode 2 mit einem Pulver hergestellt.
  • 2A zeigt die Anode eines Elektrolyt-Kondensators mit einem Anodenkörper 3, welcher beispielsweise ein poröser Tantal-Sinterkörper sein kann. Der Anodenkörper 3 ist mit einer Elektrode 2 verbunden, die den Anodenkörper 3 kontaktiert. Dicht über dem Anodenkörper 3 ist eine Benetzungsbarriere 1 angeordnet, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 1 hergestellt wurde und die die Breite b aufweist. Der Anodenkörper 3 ist durch Bedrucken der Elektrode 2' mit einer Paste hergestellt.
  • 2A zeigt die Anode eines Elektrolyt-Kondensators mit einer flächigen Elektrode 2, welche auch unter dem Namen Anodenableiter bekannt ist. Eine flächige Elektrode 2 ermöglicht Elektrolyt-Kondensatoren mit verbesserten elektrischen Eigenschaften.
  • 2B zeigt den Gegenstand aus 2A in Seitenansicht. Gemäß 2B ist jeweils ein Anodenkörper 3 auf jeweils einer Seite der Elektrode 2 angeordnet und die Benetzungsbarriere weist die Dicke D auf. Der Anodenkörper 3 ist durch beidseitiges Bedrucken der Elektrode 2 mit einer Paste hergestellt.
  • Die Anode gemäß 2C weist im Unterschied zu der in 2B dargestellten Anode nur auf einer Seite der Elektrode 2 einen Anodenkörper 3 auf. Der Anodenkörper 3 ist durch einseitiges Bedrucken der Elektrode 2 mit einer Paste hergestellt.
  • 3A zeigt einen Elektrolyt-Kondensator, dessen Elektrode 2 nicht die Form eines Blechs aufweist, wie in den 2A bis 2C gezeigt, sondern die Form eines Runddrahtes. Auch bei solch einer Elektrode 2 kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft zur Aufbringung einer Benetzungsbarriere 1 verwendet werden.
  • 3B zeigt den Gegenstand von 3A in einer Seitenansicht.
  • 4 zeigt die Herstellung der Benetzungsbarriere 1 mit Hilfe eines Kapillarröhrchens 5. Durch das Kapillarröhrchen 5 wird ein flüssiges benetzungshemmendes Mittel gedrückt. Dafür kann beispielsweise eine Teflonsuspension verwendet werden, die mit Wasser verdünnt ist. Als Teflonsuspension kommt beispielsweise das Produkt mit dem Namen "TopcoatClear 852-200" der Firma Dupont in Betracht. Als geeignet hat sich eine Verdünnung der Suspension mit 10 bis 40 Gewichtsteilen Wasser erwiesen. Eine solche Verdünnung hat bei Raumtemperatur eine Viskosität kleiner als 10 mPas. Das benetzungshemmende Mittel kann mit Hilfe eines Piezoaktors, wie er z.B. unter dem Namen "Microdrop" bei der Firma Microdrop Gesellschaft für Mikrodosiersysteme mbH erhältlich ist, aufgetragen werden. Das benetzungshemmende Mittel wird tropfenweise und berührungslos auf der Elektrode 2 aufgetragen. Der Abstand zwischen den Tropfen 4 wird so gewählt, daß eine Benetzungsbarriere 1 in Form eines zusammenhängenden Strichs entsteht.
  • Mit Hilfe eines beispielhaften Kapillarröhrchens mit einem Düsendurchmesser zwischen 30 und 100 μm lassen sich Tropfen mit einem Volumen zwischen 30 und 500 pl erzeugen.
  • Die 2A und 2B bzw. 3A und 3B zeigen, daß die Benetzungsbarriere in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung als geschlossener Ring um die Elektrode 2 aufgetragen wird. Dadurch kann eine Benetzung der Elektrode 2 besonders wirksam verhindert werden.
  • Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren beschränkt sich nicht auf die hier dargestellten Tantal-Kondensatoren, sondern läßt sich ganz allgemein auf die Herstellung von Kondensatoren aus anderen Materialien sowie deren Legierungen anwenden, unabhängig von der Form und Materialbeschaffenheit der Elektrode und des Sinterkörpers.
  • Die Herstellung eines Elektrolyt-Kondensators bis zum Schritt der Herstellung der Benetzungsbarriere wird im folgenden am Beispiel eines Tantal-Elektrolyt-Kondensators beschrieben:
    Das Tantalpulver wird in Form einer Paste auf einen flächigen Anodenableiter, der beispielsweise die Form eines Blechs aufweisen kann, mittels eines Sieb- oder Schablonendruckverfahrens einseitig oder beidseitig aufgebracht. Ebenso läßt sich ein flächiger oder drahtförmiger Anodenableiter mit Pulver umpressen. Anschließend wird die Anode bei hohen Temperaturen im Vakuum gesintert. Durch anodische Oxidation kann auf der Oberfläche des porösen Sinterkörpers aus Tantal eine dünne Schicht von Tantalpentoxid hergestellt werden. Diese dünne Schicht von Tantalpentoxid entspricht dem Dielektrikum des Kondensators.
  • Beispielsweise an dieser Stelle des Verfahrens kann nun das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Benetzungsbarriere auf dem Anodenableiter angewendet werden. Das Verfahren kann aber auch schon vor der anodischen Oxidation angewendet werden.
  • Die weiteren Verfahrensschritte zur Herstellung beispielhaften Tantal-Kondensators nach Aufbringen der Benetzungsbarriere werden im folgenden beschrieben:
    Durch mehrmaliges Tauchen der mit einer Benetzungsbarriere versehenen Anode in Mangannitrat mit anschließender thermischer Zersetzung entsteht eine Schicht von Mangandioxid auf der Oberfläche des porösen Sinterkörpers. Im Anschluß daran werden durch Tauchen in Graphit und in Silberleitlack äußere Kontaktschichten hergestellt.
  • An die äußere Kontaktschicht kann nun ein Kathodenableiter in Form eines Blechs angeklebt werden, wodurch die Vorfertigung eines Tantal-Elektrolyt-Kondensators abgeschlossen ist.
  • Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele, sondern wird in ihrer allgemeinen Form durch Patentanspruch 1 definiert.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Benetzungsbarriere (1) auf einer Elektrode (2), die mit dem Anodenkörper (3) eines Elektrolyt-Kondensators verbunden ist, – wobei ein flüssiges benetzungshemmendes Mittel tröpfchenweise auf die Elektrode (2) aufgebracht wird und – wobei der räumliche Abstand (d) der Tropfen (4) auf der Elektrode (2) so gewählt wird, daß bei dem Trocknen des benetzungshemmenden Mittels eine Benetzungsbarriere (1) in Form eines zusammenhängenden Strichs entsteht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Benetzungsbarriere (1) mit einer Dicke (D) kleiner als 5 μm hergestellt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei eine Benetzungsbarriere (1) mit einer Breite (b) kleiner als 500 μm hergestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Tropfen (4) durch Drücken des benetzungshemmenden Mittels durch ein Kapillarröhrchen (5) hergestellt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Aufbringen der Tropfen (4) ohne Berührung zwischen dem Kapillarröhrchen (5) und der Elektrode (2) erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei Tropfen (4) mit einem Volumen zwischen 30 und 500 pl verwendet werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Elektrode (2) mit wenigstens einer ebenen Seitenfläche verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei als flüssiges benetzungshemmendes Mittel eine Teflonsuspension verwendet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein flüssiges benetzungshemmendes Mittel verwendet wird, dessen Viskosität kleiner als 10 mPas ist.
  10. Anode für einen Elektrolyt-Kondensator – mit einem Anodenkörper (3), der mit einer Elektrode (2) verbunden ist, – bei der auf der Elektrode (2) eine Benetzungsbarriere (1) in Form eines zusammenhängenden Strichs aus einem benetzungshemmenden Mittel aufgebracht ist – und bei der die Benetzungsbarriere (1) eine Dicke (D) von weniger als 5 μm aufweist.
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