DE102005028262B4 - Kondensator mit einer Elektrode und Herstellungsverfahren für den Kondensator mit der Elektrode - Google Patents

Kondensator mit einer Elektrode und Herstellungsverfahren für den Kondensator mit der Elektrode Download PDF

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Abstract

Kondensator (1) umfassend
– einen elektrisch leitfähigen Körper (5) mit einer dielektrischen Oberfläche (10),
– eine auf dem Körper (5) angeordnete amorphe Schicht (15) mit einer spezifischen Oberfläche von 50–500 m2/g, umfassend SiO2, wobei die amorphe Schicht (15) durch Trocknen einer auf dem elektrisch leitfähigen Körper (5) befindlichen Lösung (50) erhältlich ist, die die folgenden Komponenten umfasst:
– ein Kieselgel und ein vernetzbares Silan, und
– eine auf der amorphen Schicht (15) angeordnete elektrisch leitfähige Beschichtung (20).

Description

  • Aus dem US-Patent US 6,483,694 B1 ist ein Festelektrolytkondensator bekannt, der eine Aluminium-Elektrode beschichtet mit einer dielektrischen Schicht aufweist, wobei auf dieser dielektrischen Schicht eine Verbindung, die eine Siloxanverbindung aufweist, angebracht ist. Diese Siloxanverbindung soll dabei die Adhäsion zwischen dem dielektrischen Film und noch aufzubringenden elektrisch leitfähigen Polymeren verbessern. Der Nachteil eines derartigen Festelektrolytkondensators besteht aber darin, dass er eine verringerte Kapazität aufweist.
  • Aus der DE 1 141 720 B1 ist ein elektrischer Kondensator bekannt, der eine Kieselsäuregelschicht auf einem Grundkörper aus Ventilmetall und einen auf der Kieselsäuregelschicht befindlichen halbleitenden Belag aufweist.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Kondensator mit einer Elektrode sowie ein Herstellungsverfahren für den Kondensator mit der Elektrode anzugeben, das bezüglich der oben genannten Nachteile verbessert ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kondensator nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Kondensatorsmit der Elektrode und ein Verfahren zur Herstellung des Kondensators sind Gegenstand weiterer Ansprüche.
  • Die Erfindung beschreibt einen Kondensator umfassend
    • – einen elektrisch leitfähigen Körper mit einer dielektrischen Oberfläche,
    • – eine auf dem Körper angeordnete amorphe Schicht mit einer spezifischen Oberfläche von 50–500 m2/g, umfassend SiO2, wobei die amorphe Schicht durch Trocknen einer auf dem elektrisch leitfähigen Körper befindlichen Lösung erhältlich ist, die die folgenden Komponenten umfasst:
    • – ein Kieselgel und ein vernetzbares Silan, und
    • – eine auf der amorphen Schicht angeordnete elektrisch leitfähige Beschichtung.
  • Der Vorteil eines erfindungsgemäßen Kondensatorsbesteht unter anderem darin, dass die amorphe Schicht, die häufig auch porös ist, besonders gut als Barriere gegen Partikel dienen kann, die in dem Kondensator verwendet werden. Dadurch kann besonders vorteilhaft ein Kurzschluss bzw. ein Leckstrom beim Kontakt der Partikel mit dem Dielektrikum verhindert werden. Auf Grund der hohen spezifischen Oberfläche der amorphen Schicht sind weiterhin beim Einsatz dieser elektrischen Bauelemente keine negativen Auswirkungen auf den ESR (equivalent series resistance) zu erwarten, wenn beispielsweise elektrisch leitende Polymere oder andere leitfähige Materialien, beispielsweise Metalloxide, als Gegenelektrode in den erfindungsgemäßen Kondensatorenzusammen mit den Elektroden eingesetzt werden. Die Kondensatorenkönnen sowohl flüssige als auch feste Elektrolyte aufweisen. Bei den Kondensatoren kann es sich z. B. Festelektrolytkondensatoren handeln.
  • Die spezifische Oberfläche der auf dem Körper der Elektrode angeordneten amorphen Schicht lässt sich besonders einfach mittels einer dem Fachmann bekannten Methode, beispielsweise der BET-Methode nach Brunauer, Emmett und Teller bestimmen. Mittels dieser Methode kann gegebenenfalls auch die Porengrößenverteilung der amorphen Schicht bestimmt werden. Die BET-Methode geht dabei davon aus, dass Gase oder Dämpfe auf festen Körpern, wie z. B. der amorphen Schicht der Elektrode unter Freisetzung von messbarer Adsorptionswärme zunächst in einer monomolekularen Schicht adsorbiert werden. Beispielsweise wird dann das Volumen von Stickstoffgas bestimmt, das bei –196°C in Abhängigkeit vom angewandten Druck auf dem Adsorptionsmittel, in diesem Fall der amorphen Schicht, adsorbiert wird.
  • Die Oberfläche der amorphen Schicht beträgt bevorzugt 70 bis 380 m2/g, am meisten bevorzugt etwa 200 m2/g. Bei derartigen Werten von spezifischen Oberflächen kann die amorphe Schicht von erfindungsgemäßen Elektroden besonders leicht von Lösungsmitteln durchdrungen werden, die beispielsweise bei der Erzeugung von elektrisch leitfähigen Beschichtungen in Form von elektrisch leitfähigen Polymeren oder Metalloxiden verwendet werden. Aufgrund dieser Eigenschaft der amorphen Schicht kann eine elektrisch leitfähige Beschichtung mit wenigen Reaktionszyklen in genügender Dicke auf der amorphen Schicht erzeugt werden, ohne negative Einflüsse auf den ESR zu haben.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die amorphe Schicht eine Dicke von maximal 30 μm, bevorzugt etwa 20 bis 30 μm, auf. Bei einer derartigen Dicke stellt die amorphe Schicht von erfindungsgemäßen Elektroden eine besonders wirkungsvolle Barriere gegen Partikel, wie beispielswei se Graphit in Kondensatorendar, die bei Kontakt mit der dielektrischen Oberfläche des leitfähigen Körpers einen Kurzschluss bzw. Leckstrom verursachen können.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der elektrisch leitfähige Körper von erfindungsgemäßen Kondensatoren ein gesintertes Ventilmetall. Unter Ventilmetallen werden dabei Metalle verstanden, die sich bei anodischer Polung mit einer Oxidschicht überziehen, die auch bei hohen Spannungen und eventuell Überspannungen nicht elektrisch leitend wird. Darunter fallen insbesondere die Metalle Tantal, Niob, Hafnium, Zirkonium, Titan, Vanadium, Wolfram, Beryllium und Aluminium. So besteht beispielsweise im Falle eines elektrisch leitfähigen Körpers, der Tantal oder Niob in gesinterter Form umfasst, die dielektrische Oberfläche des leitenden Körpers dementsprechend aus Tantalpentoxid Ta2O5 oder Niobpentoxid Nb2O5.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Kondensator, der eine erfindungsgemäße Elektrode und eine auf der amorphen Schicht der erfindungsgemäßen Elektrode angeordnete elektrisch leitfähige Beschichtung umfasst. Diese elektrisch leitfähige Beschichtung stellt dabei häufig die Gegenelektrode der erfindungsgemäßen Elektrode dar. Im Falle von Festelektrolytkondensatoren als Beispiel für ein derartiges elektrisches Bauelement wird dabei häufig die erfindungsgemäße Elektrode als Anode und die auf der amorphen Schicht angeordnete elektrisch leitfähige Beschichtung als Kathode geschaltet.
  • Diese elektrisch leitfähige Beschichtung enthält vorteilhafterweise ein Material, das elektrisch leitfähige Polymere umfasst, die beispielsweise mittels elektrochemischer oder chemischer Polymerisation aus Monomeren erzeugt werden können. Diese Monomeren können ausgewählt sein aus Pyrrol, Thiophen, Anilin und deren Derivaten. Weiterhin kann die elektrisch leitfähige Beschichtung aus elektrisch leitfähigen Metalloxiden, beispielsweise Mangandioxid MnO2 hergestellt werden. Bei einem derartigen elektrischen Bauelement können besonders einfach auf Grund der hohen Oberfläche und der porösen Beschaffenheit der amorphen Schicht die elektrisch leitfähigen Polymere oder die elektrisch leitfähigen Metalloxide in aus reichender Dicke erzeugt werden. Aufgrund der großen inneren Oberfläche und Porosität kann die amorphe Schicht dabei leicht von Lösungsmitteln durchdrungen werden, in denen die Ausgangsstoffe für die elektrisch leitfähigen Polymere oder Metalloxide gelöst oder suspendiert sind.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die elektrisch leitfähige Beschichtung auf der amorphen Schicht ein elektrisch leitfähiges Polymer, das ein Copolymerisat aus zumindest zwei Monomeren ausgewählt aus Pyrrol, Thiophen, Anilin und deren Derivaten ist. Beispielsweise Festelektrolytkondensatoren, die derartige leitfähige Beschichtungen als Elektroden aufweisen, zeichnen sich gegenüber bekannten Kondensatoren durch einen niedrigeren Leckstrom und niedrigere ESR-Werte bei gleichzeitig besserem Alterungsverhalten aus. Ein besonderes vorteilhaftes Copolymerisat kann dabei aus dem Monomeren Pyrrol und Thiophen hergestellt werden. Die Herstellung einer derartigen elektrisch leitfähigen Beschichtung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass Lösungen verwendet werden, die bereits Mischungen der Monomere enthalten und die anschließend chemisch oder elektrochemisch oxidativ polymerisiert werden. Möglich ist es aber auch, die Monomere in unterschiedlichen Benetzungsvorgängen auf der amorphen Schicht aufzubringen. Bevorzugtes Oxidationsmittel für die genannten Monomeren sind oxidativ wirkende Salze von Metallionen, beispielsweise Fe(III)-Salze. Die chemische Polymerisation der genannten Monomere zu den elektrisch leitfähigen Polymeren kann auch mittels anderer Oxidationsmittel, enthaltend Cu(II), Ce(IV), Perchlorate sowie Peroxide erfolgen.
  • Die elektrisch leitfähige Beschichtung, die auf der amorphen Schicht eines erfindungsgemäßen Kondensators angeordnet ist, kann mehrere Teilschichten aufweisen, die gleiche oder unterschiedliche elektrisch leitfähige Polymere umfassen. Dabei können die einzelnen Teilschichten separat mittels der oben genannten Herstellungsmethoden aufgebracht werden. Die Variation bzw. Kombination der verschiedenen Monomere in unterschiedlichen Stöchiometrien bzw. Mol-Verhältnissen erlaubt dabei die Synthese maßgeschneiderter elektrisch leitfähiger Copolymere, welche die gewünschten Eigenschaften der jeweiligen Monomere vereinen. Teilschichten der elektrisch leitfähigen Beschichtung können auch elektrisch leitfähige Homopolymere umfassen, die lediglich aus einem einzigen Monomer hergestellt wurden.
  • Besonders vorteilhaft ist ein Kondensator, bei dem die elektrisch leitfähige Beschichtung ein elektrisch leitfähiges Polymer umfasst und die amorphe Schicht durch Trocknen einer auf dem elektrisch leitfähigen Körper befindlichen Lösung erhältlich ist, wobei diese Lösung
    • – ein Kieselgel und
    • – ein vernetzbares Silan mit wenigstens einem organischen Substituenten umfasst.
  • Während der Trocknung der Lösung, die die oben genannten Komponenten enthält, kommt es zu einer Kondensation der Kieselsäurepartikel zu amorphen, polymeren Siliziumdioxid (SiO2)x. Gleichzeitig werden auch die einzelnen Kieselsäurepartikel mittels des vernetzbaren Silans miteinander verknüpft, so dass die bereits oben beschriebene amorphe und poröse Siliziumdioxid umfassende Schicht mit einer hohen spezifischen Oberfläche von 50 bis 500 m2/g gebildet werden kann. Die dabei im vernetzbaren Silan vorhandenen organischen Substituenten sind auch ein Bestandteil der amorphen Schicht. Über diese organischen Substituenten können dann einfach die organischen, elektrisch leitfähigen Polymere als elektrisch leitfähige Beschichtung angebunden werden. Dabei resultiert eine besonders gute Haftung der elektrisch leitfähigen Polymere auf der amorphen Schicht über eine Anknüpfung der Polymere an die organischen Substituenten der amorphen Schicht. Die organischen Substituenten des vernetzbaren Silans enthalten dabei beispielsweise ungesättigte ethylenische Reste oder Epoxidgruppen, und sind beispielsweise ausgewählt aus Vinyl-Gruppen, Glycidoxypropyl-Gruppen und Methacryloxyalkyl-Gruppen. Vernetzbare Silane, die derartige organische Substituenten aufweisen, sind beispielsweise Trialkoxy-Glycidoxyalkyl-Silane, Trialkoxy-Methalcryloxyalkyl-Silane und Trialkoxy-Vinyl-Silane. Konkrete Beispiele für derartige Silane sind z. B. das 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan oder das (3-Methacryloxypropyl)-Trimethoxysilan. Einsetzbar sind aber auch vernetzbare Silane mit Alkyl-Substituenten und besonders aromatischen Substituenten wie z. B. Aryl-Gruppen wie Napthyl-Gruppen. Vernetzbare Silane mit derartigen Substituenten erlauben aufgrund ihrer hohen Affinität zum delokalisierten π-Elektronensystem von elektrisch leitfähigen Polymeren eine gute Anbindung an diese, wenn elektrische leitfähige Polymere als elektrisch leitfähige Beschichtungen verwendet werden. Besonders vorteilhaft sind vernetzbare Silane, deren organische Substituenten nicht mittels Hydrolyse vom Siliziumatom abgespalten werden können, also nicht hydrolysierbar sind, beispielsweise organische Substituenten, die über Alkylenbrücken mit dem Siliziumatom verbunden sind, wie der oben genannte Glycydoxyalkylrest.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Lösung weiterhin eine schwache Säure, bevorzugt eine schwache organische Säure. Bei Anwesenheit einer schwachen Säure kann die Vernetzung der Kieselsäure schneller ablaufen.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein Kondensator, bei dem die elektrisch leitfähige Beschichtung ein elektrisch leitfähiges Metalloxid, z. B. Mangandioxid umfasst und die amorphe Schicht durch Trocknen einer auf dem elektrisch leitfähigen Körper befindlichen Lösung erhältlich ist, wobei die Lösung enthält:
    • – ein Kieselgel und
    • – ein vernetzbares Silan mit ausschließlich anorganischen Substituenten bzw. anorganischen und organischen hydrolisierbaren Substituenten.
  • Beim Trocknen einer derartigen Lösung entsteht eine amorphe Schicht, die keine organischen Substituenten aufweist und somit auf der Oberfläche anorganischer Natur ist. Bei einer derartigen amorphen Schicht resultiert eine besonders gute Haftung der anorganischen elektrisch leitfähigen Metalloxide. Beispiele für derartige vernetzbare Silane sind beispielsweise Tetraalkoxy-Silane, z. B. Tetraethoxy-Silan, deren vier organische Substituenten alle hydrolysierbar sind oder Tetrahalogen-Silane, beispielsweise Silicium-tetrachlorid SiCl4, die ausschließlich anorganische Substituenten aufweisen. Über die Anzahl der hydrolysierbaren Substituenten am vernetzbaren Silan lässt sich auch einfach der Vernetzungsgrad der amorphen SiO2 umfassenden Schicht beeinflussen.
  • Wie bereits oben beschrieben kann die Lösung vorteilhafterweise zusätzlich eine schwache Säure enthalten.
  • Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensators, bei dem in einem Verfahrensschritt A) ein elektrisch leitfähiger Körper mit einer dielektrischen Oberfläche bereitgestellt und anschließend eine amorphe, Siliziumdioxid enthaltende Schicht mit einer spezifischen Oberfläche von etwa 50 bis 500 m2/g auf dem Körper erzeugt wird. In einem zusätzlichen Verfahrensschritt B) wird nach dem Verfahrensschritt A) eine elektrisch leitfähige Beschichtung auf der amorphen Schicht erzeugt. Wie bereits oben genannt, kann diese elektrisch leitfähige Beschichtung beispielsweise elektrisch leitfähige Polymere oder elektrisch leitfähige Metalloxide, z. B. Mangandioxid, umfassen.
  • Die amorphe Schicht wird dadurch erzeugt, dass der elektrisch leitfähige Körper im Verfahrensschritt A) mit einer Lösung enthaltend Kieselsäure und ein vernetzbares Silan in Kontakt gebracht wird und anschließend mittels Trocknens daraus die amorphe Schicht erzeugt wird. Das Inkontaktbringen des elektrisch leitfähigen Körpers der Elektrode mit der Lösung kann mittels verschiedener Verfahren, beispielsweise mittels Tauchbeschichtung oder Sprühbeschichtung erfolgen. Während des Trocknens, das vorteilhafterweise bei Temperaturen zwischen 40°C und 150°C erfolgt, werden dabei aus den einzelnen Kieselsäurepartikeln mittels Hydrolyse amorphe, poröse Siliziumdioxidpartikel gebildet, die über das vernetzbare Silan miteinander verknüpft werden können. Günstigerweise wird während des Trocknens zu Beginn bei geringen Temperaturen zwischen 40 bis 50°C gearbeitet, um das Lösungsmittel der Lösung, beispielsweise Wasser, oder wässrige organische Lösungsmittel, z. B. Methanol oder Ethanol zu verdampfen. Anschließend wird bei höheren Temperaturen von etwa 100 bis 150°C die Hydrolyse und Verknüpfung der einzelnen Kieselsäurepartikel durchgeführt.
  • Die Lösung kann weiterhin eine Säure, vor allem eine schwache organische Säure enthalten, die die Vernetzung beschleunigt.
  • Im Verfahrensschritt A) kann eine hydrophile Kieselsäure verwendet werden. Eine derartige hydrophile Kieselsäure ermöglicht eine besonders gute Haftung von elektrisch leitfähigen Polymeren als elektrisch leitfähigen Beschichtungen auf den erfindungsgemäßen Elektroden. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass die elektrischen Polymere ionisch aufgebaut sind und durch geeignete Gegenionen, z. B. Anionen wie organischen Sulfonsäuren stabilisiert werden und somit mit den hydrophilen Kieselsäuren gut Wechselwirken können.
  • Möglich ist aber auch die Verwendung von hydrophoben Kieselsäuren, die beispielsweise mit Polydialkylsiloxanen, z. B. Polydimethylsiloxan behandelt wurden.
  • Bei den verwendeten Kieselsäuren kann es sich beispielsweise um pyrogene Kieselsäuren handeln, unter denen hochdisperse Kieselsäuren verstanden werden, die durch Flammhydrolyse, beispielsweise durch Zersetzung von SiCl4 in einer Knallgasflamme hergestellt werden. Ebenso ist es aber auch möglich, Fällungskieselsäuren zu verwenden, die beispielsweise aus wässrigen Alkalisilikatlösungen durch Fällung mit Mineralsäure hergestellt werden.
  • Als Säure wird bevorzugt eine schwache organische Säure beispielsweise Essigsäure verwendet. Diese Säure begünstigt die Abspaltung der Abgangsgruppen, der Substituenten vom vernetzbaren Silan und begünstigt außerdem die Kondensation der Kieselsäuren zum amorphen polymeren Siliziumdioxid.
  • Die im Verfahrensschritt A) verwendete Lösung weist dabei vorteilhaft 0,1 bis 10 Gew-% Kieselsäure, 0,1 bis 10 Gew-% einer schwachen organischen Säure, 0,1 bis 10 Gew-% vernetzbares Silan und etwa 10 Gew-% Lösungsmittel, z. B. wässrige organische Lösungsmittel oder Wasser selbst, auf. Mittels Einstellen der Konzentrationen der Kieselsäure und des vernetzbaren Silans lässt sich die Dicke der erzeugten amorphen Schicht sowie der Vernetzungsgrad der amorphen Schicht besonders einfach einstellen. Besonders bevorzugt ist eine Lösung mit 1 bis 4 Gew-% Essigsäure als schwacher Säure, 1 bis 4 Gew-% Kieselgel und 1 bis 4 Gew-% vernetzbarem Silan, z. B. 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan und 5 bis 15 Gew-% Ethanol.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren noch näher erläutert werden.
  • 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Festelektrolytkondensator.
  • Die 2A bis 2D zeigen eine Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Festelektrolytkondensators.
  • 1 zeigt am Beispiels eines Tantal-Festelektrolytkondensators einen elektrisch leitfähigen Körper 5 bestehend aus gesinterten Tantalmetall, der mittels eines Anodendrahtes 5A elektrisch kontaktiert werden kann. Mittels anodischer Oxidation wurde auf dem elektrisch leitfähigen Tantalkörper 5 eine dielektrische Oberfläche 10, bestehend aus Tantalpentoxid Ta2O5 erzeugt. Auf der dielektrischen Tantalpentoxid- Oberfläche 10 befindet sich die amorphe Schicht 15 aus hochporösem Siliziumdioxid, die mittels Trocknens einer Lösung aus Kieselsäure, vernetzbarem Silan und schwacher Säure erzeugt wurde. Auf dieser amorphen Siliziumdioxidschicht 15 ist ein elektrisch leitendes Polymer als elektrisch leitfähige Beschichtung 20 angeordnet. Auf Grund der hohen spezifischen Oberfläche und Porosität der amorphen Siliziumdioxidschicht 15 kann das elektrisch leitfähige Polymer, das im Festelektrolytkondensator als Kathode geschaltet wird, einfach erzeugt werden. Die amorphe Siliziumdioxidschicht kann dabei zusätzlich eine Migration von Graphitpartikeln verhindern und so die bei Kontakt der Graphitpartikel mit der dielektrischen Schicht entstehenden Kurzschlüsse bzw. Leckströme verhindern. Die Graphitpartikel sind dabei Bestandteil einer Graphitschicht, die häufig auf den elektrisch leitfähigen Polymeren zur elektrischen Ankontaktierung aufgebracht wird.
  • 2A stellt einen porösen Tantalsinterkörper 5 mit einer dielektrischen Schicht 10 aus Tantalpentoxid während des Verfahrensschrittes A) eines erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Dabei wird der Tantalsinterkörper 5 in eine Lösung 50 eingebracht, die Kieselsäure, das vernetzbare Silan, Lösungsmittel und eine schwache Säure enthält. Nach Entfernen des Tantalsinterkörpers 5 aus der Lösung 50 verbleibt ein Lösungsfilm auf der Oberfläche des Körpers. Ein derartiger Oberflächenfilm kann beispielsweise auch mittels Sprühbeschichtung erzeugt werden.
  • In der 2B ist eine erfindungsgemäße Elektrode nach dem Verfahrensschritt A) dargestellt. Dabei wurde der in 2A aufgebrachte Flüssigkeitsfilm mittels Trocknens in eine amorphe Siliziumdioxidbeschichtung 15 mit der bereits genannten hohen spezifischen Oberfläche und Porosität überführt.
  • 2C zeigt einen erfindungsgemäßen Kondensator während des Verfahrensschritts B) des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei wurde ein elektrisch leitfähiges Polymer als elektrisch leitfähige Beschichtung 20, die im Bauelement als Kathode dienen kann, auf der amorphen Siliziumdioxidbeschichtung 15 erzeugt. Wie bereits oben genannt, kann diese elektrisch leitfähige Beschichtung Homo- oder Copolymerisate aus verschiedenen Monomeren enthalten. Auf Grund der besonders hohen inneren Oberfläche und Porosität der amorphen Siliziumbeschichtung 15 kann diese besonders gut von den Lösungsmitteln der Monomer-Lösungen durchdrungen werden, sodass mittels weniger Reaktionszyklen genügend dicke leitfähige Beschichtungen 20 aus elektrisch leitfähigen Polymeren erzeugt werden können, ohne negative Einflüsse auf den ESR zu haben.
  • In 2D ist ein erfindungsgemäßer Tantalfestelektrolytkondensator dargestellt, bei dem während des Verfahrensschritts B) zwei elektrisch leitfähige Teilschichten 20A und 20B aus gleichen oder verschiedenen Homo- oder Copolymerisaten von elektrisch leitfähigen Polymeren auf der amorphen Siliziumdioxidbeschichtung 15 erzeugt worden. Wie bereits oben genannt, lassen sich mittels verschieden aufgebauter Teilbereiche der elektrisch leitfähigen Polymeren die elektrischen Eigenschaften von Festelektrolytkondensatoren besonders einfach den jeweiligen Gegebenheiten anpassen.
  • Ausführungsbeispiel 1
  • Ein anodisierter Tantal-Sinterkörper wird in eine Lösung bestehend aus 0,1 bis 10 Gew-% Essigsäure, 0,1 bis 10 Gew-% Aerosil R200 von Degussa, 0,1 bis 10 Gew-% 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan und 10 Gew-% Ethanol und Wasser getaucht. Anschließend erfolgt eine stufenweise Trocknung bei 40°C ge folgt von 150°C, um zuerst das Lösungsmittel möglichst schonend zu entfernen und anschließend bei höheren Temperaturen die Bildung der amorphen Siliziumdioxidschicht zu ermöglichen. Danach wird der anodisierte Tantalsinterkörper in eine erste, ein Gemisch aus zwei Monomeren enthaltende Lösung eingetaucht. Die Lösung enthält 0,5 bis 5 Gew-%, 3,4-Ethylen-Dioxythiophen, 0,5 bis 5 Gew-% Pyrrol, 10 bis 20 Gew-% Natriumalkylnaphtylsulfonat und 5 bis 25 Gew-% Isopropanol, wobei der Rest Wasser ist. Anschließend wird der anodisierte Tantalsinterkörper in eine wässrige Lösung eines Oxidationsmittels enthaltend 10 bis 25 Gew-% Eisen-(III)-Sulfat, 0,5 Gew-% Schwefelsäure und Wasser eingetaucht. Die Bildung der Kathode aus dem elektrisch leitfähigen Copolymerisat von Pyrrol und Ethylendioxythiophen wird anschließend bei einer Temperatur zwischen –5 und 105°C durchgeführt. Der Kondensator wird anschließend in einer wässrigsauren Lösung gewaschen und reformiert, die beispielsweise Toluolsulfonsäure, Phosphorsäure und Zitronensäure enthalten kann. Auf diese Weise kann eine erste Teilbeschichtung mit elektrisch leitfähigem Polymer erzeugt werden. Ein derartiges Verfahren kann zwischen 5 bis 12-mal wiederholt werden, um weitere elektrisch leitfähige Polymerteilbereiche aufzubringen. Ein derartig hergestellter Kondensator weist eine ESR von 5–15 mOhm und einen LC (leakage current) von 1–5 μA auf.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Anstatt des anodisierten Tantal-Sinterkörpers aus dem Ausführungsbeispiel 1 wurde ein anodisierter Niob-Sinterkörper verwendet. Alle weiteren Verfahrensschritte entsprechen dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Ein derartig hergestellter Kondensator weist eine ESR von 10–25 mOhm und einen LC (leakage current) von 5–10 μA auf.
  • Ausführungsbeispiel 3
  • Anstelle eines anodisierten Tantal-Sinterkörpers wurde eine anodisierte Aluminiumfolie als elektrisch leitfähiger Körper verwendet. Die übrigen Verfahrensschritte entsprechen denen im Ausführungsbeispiel 1 genannten.
  • Ein derartig hergestellter Kondensator weist eine ESR von 5–10 mOhm und einen LC (leakage current) von 5–20 μA auf.
  • Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele. Weitere Variationen sind beispielsweise möglich bei der Auswahl der gesinterten Metalle für den elektrisch leitfähigen Körper sowie der Zusammensetzung der Lösung, aus der die amorphe Siliziumdioxidbeschichtung hergestellt wird.

Claims (20)

  1. Kondensator (1) umfassend – einen elektrisch leitfähigen Körper (5) mit einer dielektrischen Oberfläche (10), – eine auf dem Körper (5) angeordnete amorphe Schicht (15) mit einer spezifischen Oberfläche von 50–500 m2/g, umfassend SiO2, wobei die amorphe Schicht (15) durch Trocknen einer auf dem elektrisch leitfähigen Körper (5) befindlichen Lösung (50) erhältlich ist, die die folgenden Komponenten umfasst: – ein Kieselgel und ein vernetzbares Silan, und – eine auf der amorphen Schicht (15) angeordnete elektrisch leitfähige Beschichtung (20).
  2. Kondensator (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, – bei der die amorphe Schicht (15) eine Dicke von maximal 30 μm aufweist.
  3. Kondensator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei der der elektrisch leitfähige Körper (5) ein gesintertes Ventilmetall umfasst.
  4. Kondensator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem die dielektrische Oberfläche (10) des keramischen Körpers (5) Ta2O5 oder Nb2O5 umfasst.
  5. Kondensator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem die elektrisch leitfähige Beschichtung (20) ein Material enthält, das ausgewählt ist aus einer Gruppe die folgende Elemente enthält: elektrisch leitfähige Polymere und MnO2.
  6. Kondensator nach einem der vorherigen Ansprüche, – bei dem die elektrisch leitfähige Beschichtung (20) ein elektrisch leitfähiges Polymer umfasst, das ein Copolymerisat aus zumindest zwei Monomeren ausgewählt aus Pyrrol, Thiophen, Anilin und deren Derivaten ist.
  7. Kondensator nach einem der vorherigen Ansprüche, – bei dem die elektrisch leitfähige Beschichtung (20) mehrere Teilschichten (20A, 20B) aufweist, die gleiche oder unterschiedliche elektrisch leitfähige Polymere umfassen.
  8. Kondensator nach einem der vorherigen Ansprüche, – bei dem die elektrisch leitfähige Beschichtung (20) ein elektrisch leitfähiges Polymer umfasst und – die amorphe Schicht (15) durch Trocknen einer auf dem elektrisch leitfähigen Körper (5) befindlichen Lösung (50) erhältlich ist, die ein vernetzbares Silan mit wenigstens einem organischen Substituenten umfasst.
  9. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, – bei dem die elektrisch leitfähige Beschichtung (20) ein elektrisch leitfähiges Metalloxid umfasst und – die amorphe Schicht (15) durch Trocknen einer auf dem elektrisch leitfähigen Körper (5) befindlichen Lösung (50) erhältlich ist, die ein vernetzbares Silan mit Substituenten, die ausgewählt sind aus anorganischen und organischen hydrolisierbaren Substituenten, umfasst.
  10. Verfahren zur Erzeugung eines Kondensators (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Verfahrensschritten: A) Bereitstellen eines elektrisch leitfähigen Körpers (5) mit einer dielektrischen Oberfläche (10) und Erzeugen einer amor phen Schicht (15) mit einer spezifischen Oberfläche von 50–500 m2/g enthaltend SiO2 auf dem Körper (5) wobei der elektrisch leitfähige Körper (5) mit einer Lösung (50) enthaltend – Kieselsäure und – ein vernetzbares Silan, In Kontakt gebracht wird und anschließend mittels Trocknens die amorphe Schicht (15) erzeugt wird, und B) eine elektrisch leitfähige Beschichtung (20) wird auf der amorphen Schicht (15) erzeugt.
  11. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, – bei dem im Verfahrensschritt A) als Kieselsäure eine hydrophile Kieselsäure verwendet wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, bei dem im Verfahrensschritt A) als Kieselsäure eine pyrogene Kieselsäure verwendet wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, – bei dem im Verfahrensschritt A) als vernetzbares Silan eine Verbindung verwendet wird, die ausgewählt ist aus: – Tetraalkoxy-silan, Trialkoxy-glycidoxyalkyl-Silan und Trialkoxy-Methacryloxyalkyl-Silan, Trialkoxy-vinyl-Silan, Tetrahalogen-Silan.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, – bei dem im Verfahrensschritt A) in der Lösung (50) zusätzlich eine schwache organische Säure verwendet wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, – bei dem im Verfahrensschritt A) eine Lösung verwendet wird, die – 0,1 bis 10 Gew-% Kieselsäure, – 0,1 bis 10 Gew-% einer schwachen organischen Säure, – 0,1 bis 10 Gew-% vernetzbares Silan und – etwa 10 Gew-% Lösungsmittel umfasst.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, – bei dem im Verfahrensschritt A) bei Temperaturen zwischen 40°C und 150°C getrocknet wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, – bei dem im Verfahrenschritt B) die elektrisch leitfähige Beschichtung mittels Polymerisation von Monomeren, ausgewählt aus Pyrrol, Thiophen, Anilin und deren Derivaten erzeugt wird.
  18. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, – bei dem im Verfahrenschritt B) ein Copolymerisat aus zumindest zwei verschiedenen Monomeren erzeugt wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, – bei dem eine elektrisch leitfähige Beschichtung (20) erzeugt wird, die mehrere Teilschichten aufweist, die gleiche oder unterschiedliche elektrisch leitfähige Polymere umfassen.
  20. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, – bei dem die Lösung (50) zusätzlich eine schwache Säure enthält.
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