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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.
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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.
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Feste Ablagerungen auf der Elektrode
wirken sich darüber
hinaus negativ auf die Raumausnutzung des Kondensators aus.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Aus der
US 3 967 000 A ist es bekannt,
eine Antibenetzungsschicht durch Hochdrucksprühen auf dem Anodendraht eines
Fest-Elektrolytkondensators aufzubringen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch
ein Verfahren nach Patentanspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen zu entnehmen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich ebenfalls
für Anoden,
deren Elektrode einen runden oder ovalen Querschnitt und keine ebenen
Seitenflächen
aufweist.
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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.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand
von Ausführungsbeispielen
und den dazu gehörigen
Figuren näher
erläutert.
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1 zeigt
beispielhaft die Anode eines Elektrolyt-Kondensators, auf deren Elektrode mit
Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
eine Benetzungsbarriere hergestellt wurde in Draufsicht.
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2A zeigt
beispielhaft die Anode eines weiteren Elektrolyt-Kondensators, dessen
Benetzungsbarriere mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde
in schematischer Draufsicht.
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2B zeigt
eine Anode gemäß 2A in einer Seitenansicht.
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2C zeigt
eine Anode gemäß 2B mit nur einseitig angeordnetem
Anodenkörper.
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3A zeigt
beispielhaft eine Anode mit einer runddrahtförmigen Elektrode, deren Benetzungsbarriere
mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgebracht
wurde.
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3B zeigt
eine Anode gemäß 3A in Seitenansicht.
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4 zeigt
beispielhaft das Aufbringen der Benetzungsbarriere mit Hilfe eines
Kapillarröhrchens auf
einer Elektrode.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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3B zeigt
den Gegenstand von 3A in einer
Seitenansicht.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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An die äußere Kontaktschicht kann nun
ein Kathodenableiter in Form eines Blechs angeklebt werden, wodurch
die Vorfertigung eines Tantal-Elektrolyt-Kondensators abgeschlossen
ist.
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Die Erfindung beschränkt sich
nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele,
sondern wird in ihrer allgemeinen Form durch Patentanspruch 1 definiert.