DE102014208938A1

DE102014208938A1 - Festelektrolytkondensator, der eine mehrschichtige Haftbeschichtung enthält

Info

Publication number: DE102014208938A1
Application number: DE102014208938.7A
Authority: DE
Inventors: Kiyofumi Aoki; Hiromasa Noborio; Jyunya Tatsuno; Koji Inazawa
Original assignee: AVX Corp
Current assignee: Kyocera Avx Components Corp N D Ges Us
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2014-11-13
Also published as: CN104157460B; US9472350B2; GB2516529B; HK1199548A1; FR3005528A1; JP2014222753A; GB201407648D0; GB2516529A; CN104157460A; KR102262077B1; US20140334068A1; KR20140134233A

Abstract

Ein Festelektrolytkondensator, der einen Anodenkörper, ein Dielektrikum, das sich über und/oder innerhalb des Anodenkörpers befindet, eine Haftbeschichtung, die das Dielektrikum bedeckt, und einen festen Elektrolyten, der das Dielektrikum und die Haftbeschichtung bedeckt und ein leitfähiges Polymer enthält. Bemerkenswerterweise ist die Haftbeschichtung mehrschichtig und verwendet eine Harzschicht in Kombination mit einer diskontinuierlichen Schicht, die eine Vielzahl von diskreten Nanovorsprüngen aus einem Manganoxid (z. B. Mangandioxid) enthält.

Description

Verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Aktenzeichen 61/822,514 (eingereicht am 13. Mai 2013), auf die hiermit ausdrücklich genommen wird.
Hintergrund der Erfindung
Festelektrolytkondensatoren (z. B. Tantalkondensatoren) haben hauptsächlich zur Miniaturisierung von elektronischen Schaltungen beigetragen und ermöglichten die Anwendung solcher Schaltungen in extremen Umgebungen. Herkömmliche Festelektrolytkondensatoren können dadurch gebildet werden, dass man ein Metallpulver (z. B. Tantal) um einen Metallanschlussdraht herum presst, das gepresste Teil sintert, die gesinterte Anode anodisiert und danach einen festen Elektrolyten aufträgt. Aufgrund ihres vorteilhaften niedrigen Äquivalentserienwiderstands (”ESR”) und des ”nichtbrennenden/nichtentzündlichen” Fehlermechanismus werden intrinsisch leitfähige Polymere häufig als fester Elektrolyt eingesetzt. Solche Elektrolyte können durch in-situ-Polymerisation des Monomers in Gegenwart eines Katalysators und eines Dotierungsmittels gebildet werden. Alternativ dazu können auch Aufschlämmungen eines vorgefertigten leitfähigen Polymers eingesetzt werden. Unabhängig davon, wie sie gebildet werden, besteht ein Problem bei leitfähigen Polymeren als Elektrolyten darin, dass solche Polymere nur schwer in die Poren der Anode eindringen und diese gleichmäßig beschichten können. Dadurch werden nicht nur die Kontaktpunkte zwischen dem Elektrolyten und dem Dielektrikum reduziert, sondern es kann auch die Abblätterung des Polymers von dem Dielektrikum während der Montage oder Verwendung erleichtert werden. Infolge dieser Probleme ist es häufig schwierig, bei herkömmlichen Kondensatoren mit leitfähigen Polymeren einen extrem niedrigen ESR und/oder extrem niedrige Leckstromwerte zu erreichen.
Daher besteht zurzeit ein Bedürfnis nach einem verbesserten Elektrolytkondensator, der ein leitfähiges Polymer als festen Elektrolyten enthält.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Festelektrolytkondensator offenbart, der einen Anodenkörper, ein Dielektrikum, das den Anodenkörper bedeckt, eine Haftbeschichtung, die das Dielektrikum bedeckt, und einen festen Elektrolyten, der das Dielektrikum bedeckt, umfasst. Die Haftbeschichtung enthält eine diskontinuierliche Vorbeschichtung und eine Harzschicht, und die diskontinuierliche Vorbeschichtung enthält eine Vielzahl von diskreten Nanovorsprüngen aus einem Manganoxid. Der feste Elektrolyt umfasst eine leitfähige Polymerschicht.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung eines Festelektrolytkondensators offenbart. Das Verfahren umfasst das In-Kontakt-Bringen einer Anode, die einen Anodenkörper und ein Dielektrikum enthält, mit einer mehrschichtigen Haftbeschichtung durch ein Verfahren, das Folgendes umfasst: das Bilden einer diskontinuierlichen Vorbeschichtung, indem man eine Lösung, die einen Manganoxid-Vorläufer enthält, auf die Anode aufträgt und den Vorläufer pyrolytisch umwandelt, wobei eine Vielzahl von diskreten Nanovorsprüngen aus einem Manganoxid entsteht, und das Bilden einer Harzschicht, indem man eine Lösung, die ein natürliches oder synthetisches Harz enthält, auf die Anode aufträgt. Es wird eine leitfähige Polymerschicht gebildet, die die Haftbeschichtung und das Dielektrikum bedeckt.
Weitere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden ausführlicher dargelegt.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Im Rest der Beschreibung, wo auf die beigefügten Figuren Bezug genommen wird, ist eine an den Fachmann gerichtete vollständige und nacharbeitbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung einschließlich ihrer besten Realisierung gezeigt; dabei ist:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Kondensators, der gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet werden kann.
Bei mehrfacher Verwendung von Bezugszeichen in der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen sollen diese dieselben oder analoge Merkmale oder Elemente der vorliegenden Erfindung repräsentieren.
Ausführliche Beschreibung von repräsentativen Ausführungsformen
Der Fachmann sollte sich darüber im Klaren sein, dass die vorliegende Diskussion nur eine Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen ist und die breiteren Aspekte der vorliegenden Erfindung nicht einschränken soll, wobei diese breiteren Aspekte in der beispielhaften Konstruktion verkörpert sind.
Allgemein gesagt betrifft die vorliegende Erfindung einen Festelektrolytkondensator, der einen Anodenkörper, ein Dielektrikum, das sich über und/oder innerhalb des Anodenkörpers befindet, eine Haftbeschichtung, die das Dielektrikum bedeckt, und einen festen Elektrolyten, der das Dielektrikum und die Haftbeschichtung bedeckt und ein leitfähiges Polymer enthält. Bemerkenswerterweise ist die Haftbeschichtung mehrschichtig und verwendet eine Harzschicht in Kombination mit einer diskontinuierlichen Schicht, die eine Vielzahl von diskreten Nanovorsprüngen aus einem Manganoxid (z. B. Mangandioxid) enthält. Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Haftbeschichtung durch eine solche einzigartige Konstruktion die elektrischen Eigenschaften des resultierenden Kondensators signifikant verbessern kann. Ohne uns auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, glauben wir zum Beispiel, dass die geringe Größe der diskreten Nanovorsprünge es ihnen ermöglicht, leichter in die kleinen Poren des Anodenkörpers einzudringen, als ansonsten mit einem herkömmlichen leitfähigen Polymer möglich wäre. Wenn sie auf dem Dielektrikum abgeschieden sind, können die Nanovorsprünge auch in die leitfähige Polymerschicht eingebettet werden, während diese gebildet wird, was die Haftung zwischen dem Dielektrikum und der leitfähigen Polymerschicht verstärken kann. Weiterhin enthält die Harzschicht ein Material, das bei hohen Temperaturen relativ stabil ist, was es ihm ermöglicht, während der Verwendung des Kondensators unter einer Vielzahl unterschiedlicher Bedingungen effektiv als Anker- und Stabilisierungsmechanismus sowohl für die Nanovorsprünge als auch für die leitfähige Polymerschicht zu dienen. Die Kombination aus der Vorbeschichtung und der Harzschicht sorgt also für eine einzigartige und effektive mehrschichtige Haftbeschichtung, um die Wahrscheinlichkeit einer Abblätterung des leitfähigen Polymers zu reduzieren, was letztlich die Kapazität verbessern kann, während auch der Leckstrom und der ESR minimiert werden.
Es werden jetzt verschiedene Ausführungsformen der Erfindung ausführlicher beschrieben.
I. Anode
Die Anode kann aus einem Pulver gebildet werden, das eine spezifische Ladung von etwa 2000 Mikrofarad mal Volt pro Gramm (”μF·V/g”) bis etwa 350000 μF·V/g aufweist. Wie in der Technik bekannt ist, kann die spezifische Ladung dadurch bestimmt werden, dass man die Kapazität mit der eingesetzten Anodisierungsspannung multipliziert und dann dieses Produkt durch das Gewicht des anodisierten Elektrodenkörpers dividiert. In bestimmten Ausführungsformen kann das Pulver eine hohe spezifische Ladung aufweisen, wie etwa 70000 μF·V/g oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 80000 μF·V/g oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 90000 μF·V/g oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 100000 bis etwa 300000 μF·V/g und in einigen Ausführungsformen etwa 120000 bis etwa 250000 μF·V/g. Pulver mit einer hohen spezifischen Ladung haben im Allgemeinen eine relativ dichte Packungskonfiguration; dennoch haben die Erfinder herausgefunden, dass das leitfähige Polymer durch die Verwendung der mehrschichtigen Haftbeschichtung der vorliegenden Erfindung leicht in die Poren der Anode eindringen kann. Selbstverständlich kann das Pulver auch eine geringe spezifische Ladung aufweisen, wie etwa 70000 μF·V/g oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 60000 μF·V/g oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 50000 μF·V/g oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 2000 bis etwa 40000 μF·V/g und in einigen Ausführungsformen etwa 5000 bis etwa 35000 μF·V/g.
Das Pulver kann einzelne Teilchen und/oder Agglomerate solcher Teilchen enthalten. Zu den Verbindungen zur Bildung des Pulvers gehören ein Ventilmetall (d. h. ein Metall, das zur Oxidation befähigt ist) oder eine auf einem Ventilmetall basierende Verbindung, wie Tantal, Niob, Aluminium, Hafnium, Titan, Legierungen davon, Oxide davon, Nitride davon usw. Zum Beispiel kann die Ventilmetallzusammensetzung ein elektrisch leitfähiges Oxid von Niob enthalten, wie Nioboxid mit einem Atomverhältnis von Niob zu Sauerstoff von 1:1,0 ± 1,0, in einigen Ausführungsformen 1:1,0 ± 0,3, in einigen Ausführungsformen 1:1,0 ± 0,1 und in einigen Ausführungsformen 1:1,0 ± 0,05. Zum Beispiel kann es sich bei dem Nioboxid um NbO_0,7, NbO_1,0, NbO_1,1 und NbO₂ handeln. Beispiele für solche Ventilmetalloxide sind in den US-Patenten Nr. 6,322,912 (Fife), 6,391,275 (Fife et al.), 6,416,730 (Fife et al.), 6,527,937 (Fife), 6,576,099 (Kimmel et al.), 6,592,740 (Fife et al.) und 6,639,787 (Kimmel et al.) und 7,220,397 (Kimmel et al.) sowie den US-Patentanmeldungen Veröffentlichungsnummer 2005/0019581 (Schnitter), 2005/0103638 (Schnitter et al.), 2005/0013765 (Thomas et al.) beschrieben.
Die Schüttdichte (oder Scott-Dichte) des Pulvers kann nach Wunsch variieren, liegt aber typischerweise im Bereich von etwa 1 bis etwa 8 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm³), in einigen Ausführungsformen etwa 2 bis etwa 7 g/cm³ und in einigen Ausführungsformen etwa 3 bis etwa 6 g/cm³. Um den gewünschten Grad der Packung und Schüttdichte zu erreichen, kann die Größe und Form der Teilchen (oder Agglomerate) sorgfältig gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Form der Teilchen im Wesentlichen kugelförmig, knotenförmig usw. sein. Die Teilchen können eine mittlere Größe von etwa 0,1 bis etwa 20 Mikrometer haben, in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 bis etwa 15 Mikrometer und in einigen Ausführungsformen etwa 1 bis etwa 10 Mikrometer.
Das Pulver kann mit Hilfe von dem Fachmann bekannten Techniken gebildet werden. Ein Vorläufer-Tantalpulver kann zum Beispiel gebildet werden, indem man ein Tantalsalz (z. B. Kaliumfluorotantalat (K₂TaF₇), Natriumfluorotantalat (Na₂TaF₇), Tantalpentachlorid (TaCl₅) usw.) mit einem Reduktionsmittel (z. B. Wasserstoff, Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium usw.) reduziert. Solche Pulver können in vielerlei Weise agglomeriert werden, wie etwa durch einen oder mehrere Wärmebehandlungsschritte bei einer Temperatur von etwa 700°C bis etwa 1400°C, in einigen Ausführungsformen etwa 750°C bis etwa 1200°C und in einigen Ausführungsformen etwa 800°C bis etwa 1100°C. Die Wärmebehandlung kann in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre erfolgen. Zum Beispiel kann die Wärmebehandlung in einer Atmosphäre erfolgen, die Wasserstoff oder eine wasserstofffreisetzende Verbindung (z. B. Ammoniumchlorid, Calciumhydrid, Magnesiumhydrid usw.) enthält, um das Pulver partiell zu sintern und den Gehalt an Verunreinigungen (z. B. Fluor) zu senken. Falls gewünscht, kann die Agglomeration auch in Gegenwart eines Gettermaterials, wie Magnesium, durchgeführt werden. Nach der Wärmebehandlung können die hochreaktiven groben Agglomerate durch allmählichen Luftzutritt passiviert werden. Weitere geeignete Agglomerationstechniken sind auch in den US-Patenten Nr. 6,576,038 (Rao), 6,238,456 (Wolf et al.), 5,954,856 (Pathare et al.), 5,082,491 (Rerat), 4,555,268 (Getz), 4,483,819 (Albrecht et al.), 4,441,927 (Getz et al.) und 4,017,302 (Bates et al.) beschrieben.
Die gewünschte Größe und/oder Form der Teilchen kann erreicht werden, indem man verschiedene Verarbeitungsparameter steuert, wie in der Technik bekannt ist, wie die Parameter, die sich auf die Pulverbildung (z. B. Reduktionsverfahren) und/oder Agglomeration (z. B. Temperatur, Atmosphäre usw.) beziehen. Es können auch Mahltechniken eingesetzt werden, um ein Vorläuferpulver auf die gewünschte Größe zu mahlen. Eine Vielzahl von Mahltechniken kann verwendet werden, um die gewünschten Teilcheneigenschaften zu erreichen. Zum Beispiel kann das Pulver zunächst unter Bildung einer Aufschlämmung in einem flüssigen Medium (z. B. Ethanol, Methanol, fluorierte Flüssigkeit usw.) dispergiert werden. Dann kann die Aufschlämmung in einer Mühle mit einem Mahlkörper (z. B. Metallkugeln, wie Tantal) kombiniert werden. Die Zahl der Mahlkörper kann im Allgemeinen je nach der Größe der Mühle variieren und beträgt zum Beispiel etwa 100 bis etwa 2000 und in einigen Ausführungsformen etwa 600 bis etwa 1000. Das Ausgangspulver, das flüssige Medium und die Mahlkörper können in beliebigen Anteilen miteinander kombiniert werden. Zum Beispiel kann das Verhältnis des Ausgangspulvers zu den Mahlkörpern etwa 1:5 bis etwa 1:50 betragen. Ebenso kann das Verhältnis des Volumens des flüssigen Mediums zum kombinierten Volumen des Ausgangspulvers etwa 0,5:1 bis etwa 3:1 betragen, in einigen Ausführungsformen etwa 0,5:1 bis etwa 2:1 und in einigen Ausführungsformen etwa 0,5:1 bis etwa 1:1. Einige Beispiele für Mühlen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind in den US-Patenten Nr. 5,522,558 , 5,232,169 , 6,126,097 und 6,145,765 beschrieben. Das Mahlen kann während einer beliebigen vorbestimmten Zeitdauer erfolgen, die benötigt wird, um die gewünschte Größe zu erreichen. Zum Beispiel kann die Mahldauer im Bereich von etwa 30 Minuten bis etwa 40 Stunden liegen, in einigen Ausführungsformen etwa 1 Stunde bis etwa 20 Stunden und in einigen Ausführungsformen etwa 5 Stunden bis etwa 15 Stunden. Das Mahlen kann bei jeder beliebigen Temperatur einschließlich Raumtemperatur oder einer erhöhten Temperatur erfolgen. Nach dem Mahlen kann das flüssige Medium von dem Pulver abgetrennt oder entfernt werden, wie etwa durch Lufttrocknen, Erwärmen, Filtrieren, Verdampfen usw.
In der vorliegenden Erfindung können noch verschiedene andere herkömmliche Behandlungen eingesetzt werden, um die Eigenschaften des Pulvers zu verbessern. Zum Beispiel können die Teilchen in bestimmten Ausführungsformen in Gegenwart eines Dotierungsmittels, wie wässriger Säuren (z. B. Phosphorsäure), mit Sinterverzögerern behandelt werden. Die hinzugefügte Menge des Dotierungsmittels hängt zum Teil von der spezifischen Oberfläche des Pulvers ab, es ist jedoch typischerweise in einer Menge von nicht mehr als etwa 200 Teilen pro 1 Million Teile (”ppm”) vorhanden. Das Dotierungsmittel kann vor, während und/oder nach dem bzw. den Wärmebehandlungsschritten hinzugefügt werden.
Die Teilchen können auch einer oder mehreren Desoxidationsbehandlungen unterzogen werden, um die Duktilität zu verbessern und den Leckstrom in den Anoden zu reduzieren. Zum Beispiel können die Teilchen einem Gettermaterial (z. B. Magnesium) ausgesetzt werden, wie es im US-Patent Nr. 4,960,471 beschrieben ist. Das Gettermaterial kann in einer Menge von etwa 2 bis etwa 6 Gew.-% vorhanden sein. Die Temperatur, bei der die Desoxidation erfolgt, kann variieren, liegt aber typischerweise im Bereich von etwa 700°C bis etwa 1600°C, in einigen Ausführungsformen etwa 750°C bis etwa 1200°C und in einigen Ausführungsformen etwa 800°C bis etwa 1000°C. Die Gesamtdauer der Desoxidationsbehandlungen kann in einem Bereich von etwa 20 Minuten bis etwa 3 Stunden liegen. Die Desoxidation erfolgt auch vorzugsweise in einer inerten Atmosphäre (z. B. Argon). Nach der Beendigung der Desoxidationsbehandlungen verdampft das Magnesium oder andere Gettermaterial typischerweise und bildet an der kalten Wand des Ofens einen Niederschlag. Um die Entfernung des Gettermaterials zu gewährleisten, können die feinen Agglomerate und/oder groben Agglomerate jedoch einem oder mehreren Säureauslaugungsschritten, etwa mit Salpetersäure, Fluorwasserstoffsäure usw., unterzogen werden.
Um den Aufbau der Anode zu erleichtern, können auch bestimmte Komponenten in das Pulver mit aufgenommen werden. Zum Beispiel kann das Pulver gegebenenfalls mit einem Bindemittel und/oder Gleitmittel gemischt werden, um zu gewährleisten, dass die Teilchen ausreichend aneinander haften, wenn sie unter Bildung des Anodenkörpers verpresst werden. Zu den geeigneten Bindemitteln gehören zum Beispiel Polyvinylbutyral, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Cellulosepolymere, wie Carboxymethylcellulose, Methylcellulose, Ethylcellulose, Hydroxyethylcellulose und Methylhydroxyethylcellulose, ataktisches Polypropylen, Polyethylen, Polyethylenglycol (z. B. Carbowax von Dow Chemical Co.), Polystyrol, Poly(butadien/styrol); Polyamide, Polyimide und Polyacrylamide, hochmolekulare Polyether; Copolymere von Ethylenoxid und Propylenoxid; Fluorpolymere, wie Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid und Fluorolefin-Copolymere, Acrylpolymere, wie Natriumpolyacrylat, Poly(niederalkylacrylate), Poly(niederalkylmethacrylate) und Copolymere von Niederalkylacrylaten und -methacrylaten; sowie Fettsäuren und Wachse, wie Stearin- und andere Seifenfettsäuren, Pflanzenwachs, Mikrowachse (gereinigte Paraffine) usw. Das Bindemittel kann in einem Lösungsmittel gelöst und dispergiert werden. Beispielhafte Lösungsmittel sind etwa Wasser, Alkohole usw. Wenn sie verwendet werden, kann der Prozentsatz der Bindemittel und/oder Gleitmittel von etwa 0,1 bis etwa 8 Gew.-% der Gesamtmasse variieren. Man sollte sich jedoch darüber im Klaren sein, dass Bindemittel und Gleitmittel in der vorliegenden Erfindung nicht zwingend erforderlich sind.
Das resultierende Pulver kann mit Hilfe einer beliebigen herkömmlichen Pulverpressvorrichtung unter Bildung eines Presslings kompaktiert werden. Zum Beispiel kann eine Pressform eingesetzt werden, bei der es sich um eine Einplatz-Kompaktierpresse handelt, die eine Matrize und einen oder mehrere Stempel enthält. Alternativ dazu können auch Kompaktierpressformen des Ambosstyps verwendet werden, die nur eine Matrize und einen einzigen Unterstempel verwenden. Einplatz-Kompaktierpressformen sind in mehreren Grundtypen erhältlich, wie Nocken-, Kniehebel- und Exzenter- oder Kurbelpressen mit unterschiedlichen Fähigkeiten, wie einfach wirkend, doppelt wirkend, Schwebemantelmatrize, bewegliche Werkzeugaufspannplatte, Gegenstempel, Schnecke, Schlag, Heißpressen, Prägen oder Kalibrieren. Das Pulver kann um einen Anodenanschluss (z. B. Tantaldraht) herum kompaktiert werden. Es sollte weiterhin anerkannt werden, dass der Anodenanschluss alternativ auch nach dem Pressen und/oder Sintern des Anodenkörpers an der Anode befestigt (z. B. daran geschweißt) werden kann.
Nach der Kompaktierung kann gegebenenfalls vorhandenes Bindemittel/Gleitmittel entfernt werden, indem man den Pressling mehrere Minuten lang im Vakuum auf eine bestimmte Temperatur (z. B. etwa 150°C bis etwa 500°C) erhitzt. Alternativ dazu kann das Bindemittel/Gleitmittel auch entfernt werden, indem man den Pressling mit einer wässrigen Lösung in Kontakt bringt, wie es im US-Patent Nr. 6,197,252 (Bishop et al.) beschrieben ist. Danach wird der Pressling unter Bildung einer porösen zusammenhängenden Masse gesintert. Zum Beispiel kann der Pressling in einer Ausführungsform bei einer Temperatur von etwa 1200°C bis etwa 2000°C und in einigen Ausführungsformen etwa 1500°C bis etwa 1800°C im Vakuum oder einer inerten Atmosphäre gesintert werden. Nach dem Sintern schrumpft der Pressling aufgrund des Wachstums von Bindungen zwischen den Teilchen. Die Dichte des Presslings im gepressten Zustand nach dem Sintern kann variieren, beträgt jedoch typischerweise etwa 2,0 bis etwa 7,0 Gramm pro Kubikzentimeter, in einigen Ausführungsformen etwa 2,5 bis etwa 6,5 und in einigen Ausführungsformen etwa 3,0 bis etwa 6,0 Gramm pro Kubikzentimeter. Die Dichte im gepressten Zustand wird bestimmt, indem man die Menge des Materials durch das Volumen des Presslings dividiert.
Die Anode kann einen relativ niedrigen Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalt aufweisen. Zum Beispiel kann es sein, dass die Anode nicht mehr als etwa 50 ppm Kohlenstoff und in einigen Ausführungsformen nicht mehr als etwa 10 ppm Kohlenstoff aufweist. Ebenso kann es sein, dass die Anode nicht mehr als etwa 0,15 ppm/μC/g Sauerstoff und in einigen Ausführungsformen nicht mehr als etwa 0,10 ppm/μC/g Sauerstoff aufweist. Der Sauerstoffgehalt kann mit einem LECO Oxygen Analyzer gemessen werden und umfasst Sauerstoff in natürlichem Oxid auf der Tantaloberfläche sowie Volumensauerstoff innerhalb der Tantalteilchen. Der Volumensauerstoffgehalt wird durch den Kristallgitterabstand des Tantals kontrolliert, der mit zunehmendem Sauerstoffgehalt im Tantal linear zunimmt, bis die Löslichkeitsgrenze erreicht ist. Dieses Verfahren wurde in "Critical Oxygen Content in Porous Anodes of Solid Tantalum Capacitors", Pozdeev-Freeman et al., Journal of materials Science: Materials in Electronics 9 (1998), 309–311, beschrieben, wobei Röntgenbeugungsanalyse (XRDA) eingesetzt wurde, um den Kristallgitterabstand des Tantals zu messen. Der Sauerstoff in gesinterten Tantalanoden kann auf dünnes natürliches Oberflächenoxid beschränkt sein, während das Volumen des Tantals praktisch frei von Sauerstoff ist.
Obwohl es nicht erforderlich ist, kann die Dicke der Anode so gewählt werden, dass die elektrischen Eigenschaften des Kondensators verbessert werden. Zum Beispiel kann die Dicke der Anode etwa 4 Millimeter oder weniger betragen, in einigen Ausführungsformen etwa 0,05 bis etwa 2 Millimeter und in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 bis etwa 1 Millimeter. Auch die Form der Anode kann so gewählt werden, dass die elektrischen Eigenschaften des resultierenden Kondensators verbessert werden. Zum Beispiel kann die Anode eine Form haben, die gekrümmt, wellenförmig, rechteckig, U-förmig, V-förmig usw. ist. Die Anode kann auch eine ”geriffelte” Form haben, indem sie eine oder mehrere Furchen, Rillen, Vertiefungen oder Einkerbungen enthält, um das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen zu erhöhen und dadurch den ESR zu minimieren und den Frequenzgang der Kapazität auszudehnen. Solche ”geriffelten” Anoden sind zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 6,191,936 (Webber et al.), 5,949,639 (Maeda et al.) und 3,345,545 (Bourgault et al.) sowie in der US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2005/0270725 (Hahn et al.) beschrieben.
II. Dielektrikum
Die Anode ist auch mit einem Dielektrikum beschichtet. Das Dielektrikum kann dadurch gebildet werden, dass man die gesinterte Anode anodisch oxidiert (”anodisiert”), so dass auf und/oder innerhalb der Anode eine dielektrische Schicht entsteht. Zum Beispiel kann eine Anode aus Tantal (Ta) zu Tantalpentoxid (Ta₂O₅) anodisiert werden. Typischerweise wird die Anodisierung durchgeführt, indem man zunächst eine Lösung auf die Anode aufträgt, etwa durch Eintauchen der Anode in den Elektrolyten. Im allgemeinen wird ein Lösungsmittel eingesetzt, wie Wasser (z. B. entionisiertes Wasser). Um die Ionenleitfähigkeit zu verstärken, kann eine Verbindung eingesetzt werden, die in dem Lösungsmittel unter Bildung von Ionen dissoziieren kann. Beispiele für solche Verbindungen sind zum Beispiel Säuren, wie sie im Folgenden in Bezug auf den Elektrolyten beschrieben sind. Zum Beispiel kann eine Säure (z. B. Phosphorsäure) etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 0,05 Gew.-% bis etwa 0,8 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 0,5 Gew.-% der Anodisierungslösung ausmachen. Falls gewünscht, können auch Gemische von Säuren eingesetzt werden.
Ein Strom wird durch den Elektrolyten geleitet, um die dielektrische Schicht zu bilden. Der Wert der Spannung entspricht der Dicke der dielektrischen Schicht. Zum Beispiel kann die Stromquelle zunächst im galvanostatischen Modus betrieben werden, bis die erforderliche Spannung erreicht ist. Danach kann die Stromquelle auf einen potentiostatischen Modus umgeschaltet werden, um zu gewährleisten, dass die gewünschte Dicke des Dielektrikums über der Oberfläche der Anode gebildet wird. Selbstverständlich können auch andere bekannte Verfahren eingesetzt werden, wie potentiostatische Impuls- oder Schrittverfahren. Die Spannung liegt typischerweise im Bereich von etwa 4 bis etwa 250 V und in einigen Ausführungsformen etwa 9 bis etwa 200 V und in einigen Ausführungsformen etwa 20 bis etwa 150 V. Während der Oxidation kann die Anodisierungslösung auf einer erhöhten Temperatur gehalten werden, wie etwa 30°C oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 40°C bis etwa 200°C und in einigen Ausführungsformen etwa 50°C bis etwa 100°C. Die anodische Oxidation kann auch bei Umgebungstemperatur oder darunter durchgeführt werden. Die resultierende dielektrische Schicht kann auf einer Oberfläche der Anode und innerhalb ihrer Poren gebildet werden.
Falls gewünscht, kann jedes Stadium der Anodisierung durch einen oder mehrere Zyklen wiederholt werden, um die gewünschte Dicke des Dielektrikums zu erreichen. Weiterhin kann die Anode nach dem ersten und/oder dem zweiten Stadium auch mit einem anderen Lösungsmittel (z. B. Wasser) gespült oder gewaschen werden, um den Elektrolyten zu entfernen.
III. Haftbeschichtung
Wie erwähnt, ist die Haftbeschichtung des Kondensators mehrschichtig und enthält eine diskontinuierliche Vorbeschichtung und eine Harzschicht, welche kontinuierlich oder diskontinuierlich sein kann. Die besondere Anordnung dieser Schichten kann nach Wunsch variieren. In einer Ausführungsform zum Beispiel kann die Vorbeschichtung zunächst auf dem Dielektrikum gebildet werden, und die Harzschicht kann danach auf das beschichtete Dielektrikum aufgetragen werden. In solchen Ausführungsformen bedeckt die Vorbeschichtung das Dielektrikum, und die Harzschicht bedeckt die Vorbeschichtung und kann mit der Vorbeschichtung und/oder dem Dielektrikum in Kontakt stehen. Trotz der Anwesenheit der Harzschicht sind die beschichteten Nanovorsprünge der Vorbeschichtung vermutlich dennoch in der Lage, in die leitfähige Polymerschicht eingebettet zu werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Harzschicht zunächst auf das Dielektrikum aufgetragen werden, und die Vorbeschichtung kann danach darauf gebildet werden. In solchen Ausführungsformen bedeckt die Harzschicht das Dielektrikum, und die Vorbeschichtung bedeckt die Harzschicht. Im Folgenden sind verschiedene Ausführungsformen solcher Schichten ausführlicher beschrieben.
A. Vorbeschichtung
Die Vorbeschichtung enthält eine Vielzahl von diskreten Nanovorsprüngen aus einem Manganoxid (z. B. Mangandioxid), welche in die kleinen Poren des Anodenkörpers eindringen und letztlich in die leitfähige Polymerschicht eingebettet werden können. Da die Vorbeschichtung in Form von diskreten Nanovorsprüngen und nicht als kontinuierliche Schicht gebildet wird, kann das leitfähige Polymer auch in der Lage sein, mit einem erheblichen Teil des Dielektrikums in direktem Kontakt zu sein, entweder direkt oder über den Kontakt mit der Harzschicht. Der relativ große Grad des Kontakts zwischen dem leitfähigen Polymer und dem Dielektrikum kann den ESR noch weiter reduzieren. Um das gewünschte Ergebnis zu erreichen, ohne die Gesamtleistung eines Kondensators zu beeinträchtigen, ist die mittlere Größe (z. B. Durchmesser) der Nanovorsprünge typischerweise groß genug, so dass eine Verbesserung der Haftung erreicht wird, aber nicht so groß, dass sie nicht mehr in die Poren der Anode eindringen können. In dieser Hinsicht haben die Nanovorsprünge typischerweise eine mittlere Größe von etwa 5 Nanometer bis etwa 500 Nanometer, in einigen Ausführungsformen etwa 6 Nanometer bis etwa 250 Nanometer, in einigen Ausführungsformen etwa 8 Nanometer bis etwa 150 Nanometer und in einigen Ausführungsformen etwa 10 Nanometer bis etwa 110 Nanometer. Der Ausdruck ”mittlerer Durchmesser” kann sich zum Beispiel auf den mittleren Wert der Hauptachse der Nanovorsprünge bei Blick von oben (den maximalen Durchmesser) beziehen. Solche Durchmesser können zum Beispiel mit Hilfe bekannter Techniken, wie Photonenkorrelationsspektroskopie, dynamischer Lichtstreuung, quasielastischer Lichtstreuung usw., erhalten werden. Verschiedene Teilchengrößenanalysegeräte können eingesetzt werden, um den Durchmesser in dieser Weise zu messen. Ein besonderes Beispiel ist ein Cordouan VASCO 3 Particle Size Analyzer. Obwohl es nicht unbedingt erforderlich ist, können die Nanovorsprünge auch eine enge Teilchengrößenverteilung haben, was die Eigenschaften des Kondensators weiter verbessern kann. Zum Beispiel können etwa 50% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 70% oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 90% oder mehr der Nanovorsprünge eine mittlere Größe innerhalb der oben genannten Bereiche haben. Die Zahl der Nanovorsprünge mit einer bestimmten Größe kann mit Hilfe der oben genannten Techniken bestimmt werden, wobei das prozentuale Volumen mit der Zahl der Teilchen, die eine bestimmte Absorptionseinheit (AE) aufweisen, korreliert werden kann.
Neben ihrer Größe kann auch die Oberflächenbedeckung der Nanovorsprünge auf dem Dielektrikum gezielt gesteuert werden, so dass die gewünschten elektrischen Eigenschaften leichter erreicht werden können. Das heißt, eine zu geringe Oberflächenbedeckung kann die Fähigkeit der leitfähigen Polymerschicht, besser an dem Dielektrikum zu haften, einschränken, aber eine zu große Bedeckung kann den ESR des Kondensators beeinträchtigen. In dieser Hinsicht beträgt die Oberflächenbedeckung der Nanovorsprünge typischerweise etwa 0,1% bis etwa 40%, in einigen Ausführungsformen etwa 0,5% bis etwa 30% und in einigen Ausführungsformen etwa 1% bis etwa 20%. Der Grad der Oberflächenbedeckung kann auf vielerlei Weise berechnet werden, wie etwa durch Dividieren des Werts der ”tatsächlichen Kapazität” durch den Wert der ”normalen Kapazität” und dann Multiplizieren mit 100. Die ”normale Kapazität” wird bestimmt, nachdem die Nanovorsprünge gebildet wurden und dann die Anode mit der Lösung des leitfähigen Polymers imprägniert wurde, während die ”tatsächliche Kapazität” bestimmt wird, nachdem die Nanovorsprünge gebildet wurden, die Anode mit der Lösung des leitfähigen Polymers imprägniert wurde, die Lösung des leitfähigen Polymers aus dem Innern der Anode gewaschen wurde und dann die Anode zur Entfernung von Feuchtigkeit getrocknet wurde.
Eine Vielzahl von verschiedenen Techniken kann eingesetzt werden, um die Vorbeschichtung der vorliegenden Erfindung zu bilden. Wie in der Technik bekannt ist, werden Manganoxide (z. B. Mangandioxid) typischerweise durch pyrolytische Zersetzung eines Vorläufers (z. B. Mangannitrat (Mn(NO₃)₂)) gebildet, wie in US-Patent Nr. 4,945,452 (Sturmer et al.) beschrieben ist. Zum Beispiel kann ein mit Dielektrikum beschichteter Anodenkörper mit einer Lösung, die den Vorläufer enthält, in Kontakt gebracht (z. B. eingetaucht, untergetaucht, besprüht usw.) und danach zur Umwandlung in das Oxid erhitzt werden. Falls gewünscht, können auch mehrere Auftragungsschritte eingesetzt werden. Die Zeitdauer, während der der Anodenkörper mit einer Manganoxid-Vorläuferlösung in Kontakt ist, kann nach Wunsch variieren. Zum Beispiel kann der Anodenkörper während einer Zeitdauer im Bereich von etwa 10 Sekunden bis etwa 10 Minuten in eine solche Lösung eingetaucht werden.
Die Manganoxid-Vorläuferlösung kann gegebenenfalls ein Tensid enthalten. Ohne uns auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, glauben wir, dass ein solches Tensid die Oberflächenspannung reduzieren und dadurch das Eindringen der Lösung ins Innere des Anodenkörpers verbessern kann. Besonders gut geeignet sind nichtionische Tenside, wie ein Polyglycolether (z. B. Polyoxyethylenalkylether), Nonylphenoxypoly(ethylenoxy)ethanol (z. B. Igepal CO-630), Isooctylphenoxypolyethoxyethanol (z. B. Triton X-100), Benzyletheroctylphenol-Ethylenoxid-Kondensat (z. B. Triton CF-10), 3,6-Dimethyl-4-octin-3,6-diol (z. B. Surfynol 82) usw. Um die gewünschte Verbesserung bei der Imprägnierung des Manganoxid-Vorläufers zu erreichen, ohne andere Merkmale des Kondensators zu beeinträchtigen, möchte man im Allgemeinen, dass die Konzentration des Tensids gezielt innerhalb eines bestimmten Bereichs gesteuert wird. Zum Beispiel kann die Lösung, in die der Anodenkörper eingetaucht wird, das Tensid in einer Menge von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 0,05 Gew.-% bis etwa 25 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% enthalten. Der oder die Vorläufer (z. B. Mangannitrat) kann ebenso etwa 1 Gew.-% bis etwa 55 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 2 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 5 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-% der Lösung ausmachen. Ein Träger, wie Wasser, kann ebenfalls in der Lösung eingesetzt werden. Wässrige Lösungen der vorliegenden Erfindung können zum Beispiel Wasser in einer Menge von etwa 30 Gew.-% bis etwa 95 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 40 Gew.-% bis etwa 99 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 50 Gew.-% bis etwa 95 Gew.-% enthalten. Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass die tatsächlichen Mengen der Komponenten in der Lösung in Abhängigkeit von Faktoren wie der Teilchengröße und der Verteilung der Teilchen in der Anode, der Temperatur, bei der die Zersetzung durchgeführt wird, der Identität des Dispergiermittels, der Identität des Trägers usw. variieren können.
Falls gewünscht, kann der Anodenkörper in einem Vorbehandlungsschritt, der vor dem Kontakt mit einer Manganoxid-Vorläuferlösung stattfindet, mit einer befeuchteten Atmosphäre in Kontakt gebracht werden. Ohne sich auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, glauben die Erfinder, dass die Anwesenheit einer bestimmten Menge Wasserdampf die thermische Zersetzungsreaktion von Mangandioxid verlangsamen kann, wodurch bewirkt wird, dass es in Form von dispergierten Nanovorsprüngen entsteht. Zum Beispiel kann der Anodenkörper während des Vorbehandlungsschritts einer Atmosphäre mit einem Feuchtigkeitsniveau von etwa 1 bis etwa 30 Gramm Wasser pro Kubikmeter Luft (g/m³), in einigen Ausführungsformen etwa 4 bis etwa 25 g/m³ und in einigen Ausführungsformen etwa 5 bis etwa 20 g/m³ ausgesetzt werden. Die relative Feuchtigkeit kann ebenso im Bereich von etwa 30% bis etwa 90%, in einigen Ausführungsformen etwa 40% bis etwa 85% und in einigen Ausführungsformen etwa 50% bis etwa 80% liegen. Die Temperatur der befeuchteten Atmosphäre kann variieren, wie von etwa 10°C bis etwa 50°C, in einigen Ausführungsformen etwa 15°C bis etwa 45°C und in einigen Ausführungsformen etwa 20°C bis etwa 40°C. Zusätzlich zu einem Vorbehandlungsschritt kann der Anodenkörper auch in einem Zwischenbehandlungsschritt, der nach Kontakt mit einer Manganoxid-Vorläuferlösung stattfindet, mit einer befeuchteten Atmosphäre in Kontakt gebracht werden. Die befeuchtete Atmosphäre in dem Zwischenbehandlungsschritt kann dieselben oder andere Bedingungen aufweisen als die des Vorbehandlungsschritts, liegt aber im Allgemeinen innerhalb der oben genannten Bereiche.
Unabhängig davon wird das Teil, sobald es während der gewünschten Zeitspanne mit der Vorläuferlösung in Kontakt gebracht wurde, auf eine ausreichende Temperatur erhitzt, um den Vorläufer (z. B. Mangannitrat) pyrolytisch in ein Oxid umzuwandeln. Das Erhitzen kann zum Beispiel in einem Ofen bei einer Temperatur von etwa 150°C bis etwa 300°C, in einigen Ausführungsformen etwa 180°C bis etwa 290°C und in einigen Ausführungsformen etwa 190°C bis etwa 260°C erfolgen. Das Erhitzen kann in einer feuchten oder trockenen Atmosphäre durchgeführt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann das Erhitzen zum Beispiel in einer befeuchteten Atmosphäre durchgeführt werden, die dieselbe oder eine andere sein kann als die Atmosphären, die in den oben genannten Vorbehandlungs- und Zwischenbehandlungsschritten verwendet werden, aber im Allgemeinen unter den oben genannten Bedingungen. Die Zeit für die Umwandlung hängt von der Ofentemperatur, der Wärmeübertragungsrate und der Atmosphäre ab, beträgt jedoch im Allgemeinen etwa 3 bis etwa 5 Minuten. Nach der Pyrolyse kann der Leckstrom aufgrund einer Beschädigung des dielektrischen Films während der Abscheidung des Mangandioxids zuweilen hoch sein. Um diesen Leckstrom zu reduzieren, kann der Kondensator in einem Anodisierungsbad reformiert werden, wie in der Technik bekannt ist. Zum Beispiel kann der Kondensator in einen Elektrolyten, wie er oben beschrieben ist, eingetaucht und dann einem Gleichstrom ausgesetzt werden.
B. Harzschicht
Die Harzschicht umfasst ein natürliches oder synthetisches Harz, bei dem es sich um ein festes oder halbfestes Material handeln kann, das polymer ist oder polymerisiert, vulkanisiert oder in anderer Weise gehärtet werden kann. Typischerweise möchte man auch, dass das Harz relativ isolierend ist. Der hier verwendete Ausdruck ”relativ isolierend” bedeutet im Allgemeinen beständiger gegenüber dem leitfähigen Polymer, das primär die leitfähige Polymerschicht bildet. Zum Beispiel kann ein relativ isolierendes Harz in einigen Ausführungsformen einen spezifischen Widerstand bei 20°C von etwa 1000 Ω·cm oder mehr haben, in einigen Ausführungsformen etwa 10000 Ω·cm oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 1 × 10⁵ Ω·cm oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 1 × 10¹⁰ Ω·cm oder mehr. Einige Beispiele für geeignete Harze, die eingesetzt werden können, sind unter Anderem Polyurethan, Polystyrol, Ester von ungesättigten oder gesättigten Fettsäuren (z. B. Glyceride) usw. Zu den geeigneten Estern von Fettsäuren gehören zum Beispiel unter anderem Ester von Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Eleostearinsäure, Ölsäure, Linolsäure, Linolensäure, Aleuritinsäure, Schellolsäure usw. Diese Ester von Fettsäuren haben sich als besonders nützlich erwiesen, wenn sie in relativ komplexen Kombinationen unter Bildung eines ”trocknenden Öls” verwendet werden, das es dem resultierenden Film ermöglicht, schnell zu einer stabilen Schicht zu polymerisieren. Zu diesen trocknenden Ölen gehören etwa Mono-, Di- und/oder Triglyceride, die ein Glyceringerüst mit einem, zwei bzw. drei Fettacylresten, die verestert sind, aufweisen. Einige geeignete trocknende Öle, die verwendet werden können, sind zum Beispiel unter anderem Olivenöl, Leinöl, Ricinusöl, Tungöl, Sojaöl und Schellack. Schellack, der vermutlich Ester von verschiedenen aliphatischen und alicyclischen Hydroxysäuren (z. B. Aleuritinsäure und Schellolsäure) enthält, ist besonders gut geeignet. Diese und andere Harzmaterialien sind ausführlicher im US-Patent Nr. 6,674,635 (Fife et al.) beschrieben.
Wenn welche eingesetzt werden, können die Ester von Fettsäuren, wie sie oben beschrieben sind, natürlich vorkommen oder aus natürlichen Materialien raffiniert sein. Zum Beispiel wird Sojaöl häufig durch Raffination mittels Lösungsmittelextraktion mit Erdöl-Kohlenwasserstoffen oder unter Verwendung kontinuierlicher Schneckenpresseverfahren aus Sojabohnen erhalten. Nach der Extraktion ist das erhaltene Sojaöl primär aus Triglyceriden von Ölsäure, Linoleinsäure und Linolensäure zusammengesetzt. Tungöl andererseits ist ein trocknendes Öl, das häufig keine solche Raffination erfordert. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, eine weitere Veresterung eines Fettsäuregemischs einzuleiten, indem man einen Alkohol damit umsetzt. Solche Fettsäure/Alkohol-Esterderivate können im Allgemeinen unter Verwendung eines beliebigen Alkohols, der mit einer Fettsäure reagieren kann, erhalten werden. Zum Beispiel können in der vorliegenden Erfindung in einigen Ausführungsformen einwertige und/oder mehrwertige Alkohole mit weniger als 8 Kohlenstoffatomen und in einigen Ausführungsformen weniger als 5 Kohlenstoffatomen verwendet werden. Spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen die Verwendung von Methanol, Ethanol, Butanol sowie verschiedener Glycole, wie Propylenglycol, Hexylenglycol usw. In einer bestimmten Ausführungsform kann Schellack durch Mischen mit einem Alkohol, wie oben beschrieben ist, verestert werden. Insbesondere ist Schellack eine harzartige Ausscheidung eines Insekts, die vermutlich ein komplexes Gemisch von Fettsäuren enthält, die zu einem gewissen Grad verestert sind. Wenn er mit einem Alkohol gemischt wird, werden die Fettsäuregruppen des Schellacks somit durch Reaktion mit dem Alkohol weiterhin verestert.
Eine Harzschicht kann auf vielerlei Weise gebildet werden. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform die Anode in eine Lösung des oder der gewünschten Harze eingetaucht werden. Die Lösung kann dadurch gebildet werden, dass man das ausgewählte Schutzharz in einem Lösungsmittel, wie Wasser oder einem nichtwässrigen Lösungsmittel, auflöst. Einige geeignete nichtwässrige Lösungsmittel umfassen unter Anderem etwa Methanol, Ethanol, Butanol sowie verschiedene Glycole, wie Propylenglycol, Hexylenglycol, Di(ethylenacetat)glycol usw. Besonders wünschenswerte nichtwässrige Lösungsmittel sind solche mit einem Siedepunkt von mehr als etwa 80°C, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 120°C und in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 150°C. Wie oben beschrieben, kann die Bildung einer Lösung unter Verwendung eines nichtwässrigen Lösungsmittels auch zu einer weiteren Veresterung von Fettsäuren führen, wenn solche harzartigen Materialien verwendet werden. Die Anode kann je nach der gewünschten Dicke einmal oder mehrmals in die Lösung eingetaucht werden. Zum Beispiel können in einigen Ausführungsformen mehrere Harzschichten, wie 2 bis 10 Schichten und in einigen Ausführungsformen 3 bis 7 Schichten, eingesetzt werden. Jede Schicht kann eine Zieldicke von zum Beispiel etwa 100 Nanometer oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 30 Nanometer oder weniger und in einigen Ausführungsformen etwa 10 Nanometer oder weniger aufweisen. Man sollte sich auch darüber im Klaren sein, dass neben dem Tauchen auch andere herkömmliche Auftragungsverfahren, wie Sputtern, Siebdruck, elektrophoretische Beschichtung, Elektronenstrahlabscheidung, Vakuumabscheidung, Sprühen und dergleichen, verwendet werden können.
Nach der Bildung der Harzschicht kann das Anodenteil erhitzt oder in anderer Weise gehärtet werden. Das Erhitzen kann die Verdampfung eines während der Auftragung gegebenenfalls verwendeten Lösungsmittels erleichtern und kann auch zur Veresterung und/oder Polymerisation der harzartigen Materialien beitragen. Um die Veresterung und/oder Polymerisation zu erleichtern, können auch Härtungsmittel zu der Harzschicht gegeben werden. Ein Beispiel für ein Härtungsmittel, das zusammen mit Schellack verwendet werden kann, ist Schwefelsäure. Die Zeit und Temperatur, während bzw. bei der das Erhitzen erfolgt, variiert im Allgemeinen je nach den verwendeten spezifischen harzartigen Materialien. Typischerweise wird jede Schicht bei einer Temperatur im Bereich von etwa 30°C bis etwa 300°C und in einigen Ausführungsformen etwa 50°C bis etwa 150°C während einer Zeitdauer im Bereich von etwa 1 Minute bis etwa 60 Minuten und in einigen Ausführungsformen etwa 15 Minuten bis etwa 30 Minuten getrocknet. Man sollte sich auch darüber im Klaren sein, dass nicht nach der Auftragung jeder Harzschicht erhitzt zu werden braucht.
IV. Fester Elektrolyt
Wie erwähnt, umfasst der feste Elektrolyt eine leitfähige Polymerschicht, die die Nanovorsprünge und das Dielektrikum bedeckt, entweder direkt oder über die Harzschicht. Das leitfähige Polymer ist typischerweise π-konjugiert und weist nach Oxidation oder Reduktion eine elektrische Leitfähigkeit auf, wie eine elektrische Leitfähigkeit von wenigstens etwa 1 μS/cm. Beispiele für solche π-konjugierten leitfähigen Polymere sind zum Beispiel Polyheterocyclen (z. B. Polypyrrole, Polythiophene, Polyaniline usw.), Polyacetylene, Poly-p-phenylene, Polyphenolate usw. In einer Ausführungsform ist das Polymer zum Beispiel ein substituiertes Polythiophen, wie solche mit der folgenden allgemeinen Struktur:
wobei
T = O oder S ist;
D ein gegebenenfalls substituierter C₁- bis C₅-Alkylenrest (z. B. Methylen, Ethylen, n-Propylen, n-Butylen, n-Pentylen usw.) ist;
R₇ Folgendes ist: ein linearer oder verzweigter, gegebenenfalls substituierter C₁ bis C₁₈-Alkylrest (z. B. Methyl, Ethyl, n-Propyl oder Isopropyl, n-, iso-, sek- oder tert-Butyl, n-Pentyl, 1-Methylbutyl, 2-Methylbutyl, 3-Methylbutyl, 1-Ethylpropyl, 1,1-Dimethylpropyl, 1,2-Dimethylpropyl, 2,2-Dimethylpropyl, n-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl, n-Decyl, n-Undecyl, n-Dodecyl, n-Tridecyl, n-Tetradecyl, n-Hexadecyl, n-Octadecyl usw.); ein gegebenenfalls substituierter C₅- bis C₁₂-Cycloalkylrest (z. B. Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl, Cyclooctyl, Cyclononyl, Cyclodecyl usw.); ein gegebenenfalls substituierter C₆- bis C₁₄-Arylrest (z. B. Phenyl, Naphthyl usw.); ein gegebenenfalls substituierter C₇- bis C₁₈-Aralkylrest (z. B. Benzyl, o-, m-, p-Tolyl, 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6, 3,4-, 3,5-Xylyl, Mesityl usw.); ein gegebenenfalls substituierter C₁- bis C₄-Hydroxyalkylrest oder ein Hydroxyrest; und
q eine ganze Zahl von 0 bis 8, in einigen Ausführungsformen 0 bis 2 und in einer Ausführungsform 0 ist; und
n = 2 bis 5000, in einigen Ausführungsformen 4 bis 2000 und in einigen Ausführungsformen 5 bis 1000 ist. Beispiele für Substituenten für die Reste ”D” oder ”R₇” sind zum Beispiel Alkyl, Cycloalkyl, Aryl, Aralkyl, Alkoxy, Halogen, Ether, Thioether, Disulfid, Sulfoxid, Sulfon, Sulfonat, Amino, Aldehyd, Keto, Carbonsäureester, Carbonsäure, Carbonat, Carboxylat, Cyano, Alkylsilan- und Alkoxysilangruppen, Carboxylamidgruppen usw.
Besonders gut geeignete Thiophenpolymere sind solche, bei denen ”D” ein gegebenenfalls substituierter C₂- bis C₃-Alkylenrest ist. Zum Beispiel kann das Polymer gegebenenfalls substituiertes Poly(3,4-ethylendioxythiophen) sein, das die folgende allgemeine Struktur hat:
Verfahren zur Bildung von leitfähigen Polymeren wie den oben beschriebenen sind in der Technik wohlbekannt. Zum Beispiel beschreibt das US-Patent Nr. 6,987,663 (Merker et al.) verschiedene Techniken zur Bildung von substituierten Polythiophenen aus einem monomeren Vorläufer. Der monomere Vorläufer kann zum Beispiel die folgende Struktur haben:
wobei
T, D, R₇ und q wie oben definiert sind. Besonders gut geeignete Thiophenmonomere sind solche, bei denen ”D” ein gegebenenfalls substituierter C₂- bis C₃-Alkylenrest ist. Zum Beispiel können gegebenenfalls substituierte 3,4-Alkylendioxythiophene eingesetzt werden, die die folgende allgemeine Struktur haben:
wobei R₇ und q wie oben definiert sind. In einer besonderen Ausführungsform ist ”q” = 0. Ein kommerziell geeignetes Beispiel für 3,4-Ethylendioxythiophen ist von der Heraeus Precious Metals GmbH & Co. KG unter der Bezeichnung Clevios^TM M erhältlich. Weitere geeignete Monomere sind auch im US-Patent Nr. 5,111,327 (Blohm et al.) und 6,635,729 (Groenendahl et al.) beschrieben. Derivate dieser Monomere, die zum Beispiel Dimere oder Trimere der obigen Monomere sind, können ebenfalls eingesetzt werden. Höhermolekulare Derivate, d. h. Tetramere, Pentamere usw., der Monomere sind zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet. Die Derivate können aus gleichen oder verschiedenen Monomereinheiten bestehen und können in reiner Form oder in einem Gemisch miteinander und/oder mit den Monomeren verwendet werden. Oxidierte oder reduzierte Formen dieser Vorläufer können ebenfalls eingesetzt werden.
Das leitfähige Polymer kann in situ gebildet oder vorpolymerisiert und dann in Form einer Dispersion auf den Anodenkörper aufgetragen werden. Zur Bildung einer in situ polymerisierten Schicht kann das Monomer chemisch polymerisiert werden, gegebenenfalls in Gegenwart eines oxidativen Katalysators. Der oxidative Katalysator umfasst typischerweise ein Übergangsmetallkation, wie Eisen(III)-, Kupfer(II)-, Chrom(VI)-, Cer(IV)-, Mangan(IV)-, Mangan(VII)-, Ruthenium(III)-Kation usw. Es kann auch ein Dotierungsmittel eingesetzt werden, um dem leitfähigen Polymer überschüssige Ladung zu verleihen und die Leitfähigkeit des Polymers zu stabilisieren. Das Dotierungsmittel umfasst typischerweise ein anorganisches oder organisches Anion, wie ein Ion einer Sulfonsäure. In bestimmten Ausführungsformen weist der in der Vorläuferlösung eingesetzte oxidative Katalysator insofern sowohl eine katalytische als auch eine dotierende Funktionalität auf, als er ein Kation (z. B. Übergangsmetall) und ein Anion (z. B. Sulfonsäure) enthält. Der oxidative Katalysator kann zum Beispiel ein Übergangsmetallsalz sein, das Eisen(III)-Kationen enthält, wie Eisen(III)-Halogenide (z. B. FeCl₃) oder Eisen(III)-Salze anderer anorganischer Säuren, wie Fe(ClO₄)₃ oder Fe₂(SO₄)₃, und die Eisen(III)-Salze organischer Säuren und anorganischer Säuren, die organische Reste umfassen. Beispiele für Eisen(III)-Salze von anorganischen Säuren mit organischen Resten sind zum Beispiel Eisen(III)-Salze von Schwefelsäuremonoestern von C₁- bis C₂₀-Alkanolen (z. B. das Eisen(III)-Salz von Laurylsulfat). Ebenso sind Beispiele für Eisen(III)-Salze von organischen Säuren zum Beispiel Eisen(III)-Salze von C₁- bis C₂₀-Alkansulfonsäuren (z. B. Methan-, Ethan-, Propan-, Butan- oder Dodecansulfonsäure); Eisen(III)-Salze von aliphatischen Perfluorsulfonsäuren (z. B. Trifluormethansulfonsäure, Perfluorbutansulfonsäure oder Perfluoroctansulfonsäure); Eisen(III)-Salze von aliphatischen C₁- bis C₂₀-Carbonsäuren (z. B. 2-Ethylhexylcarbonsäure); Eisen(III)-Salze von aliphatischen Perfluorcarbonsäuren (z. B. Trifluoressigsäure oder Perfluoroctansäure); Eisen(III)-Salze von aromatischen Sulfonsäuren, die gegebenenfalls mit C₁- bis C₂₀-Alkylgruppen substituiert sind (z. B. Benzolsulfonsäure, o-Toluolsulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure oder Dodecylbenzolsulfonsäure); Eisen(III)-Salze von Cycloalkansulfonsäuren (z. B. Camphersulfonsäure); usw. Gemische dieser oben genannten Eisen(III)-Salze können ebenfalls verwendet werden. Eisen(III)-p-toluolsulfonat, Eisen(III)-o-toluolsulfonat und Gemische davon sind besonders gut geeignet. Ein kommerziell geeignetes Beispiel für Eisen(III)-p-toluolsulfonat ist von der Heraeus Precious Metals GmbH & Co. KG unter der Bezeichnung Clevios^TM C erhältlich.
Der oxidative Katalysator und das Monomer können entweder nacheinander oder zusammen aufgetragen werden, um die Polymerisationsreaktion einzuleiten. Zu den geeigneten Auftragstechniken gehören Siebdruck, Tauchbeschichtung, elektrophoretische Beschichtung und Sprühbeschichtung. Als Beispiel kann das Monomer zunächst unter Bildung einer Vorläuferlösung mit dem oxidativen Katalysator gemischt werden. Sobald das Gemisch gebildet ist, kann es auf den Anodenteil aufgetragen und polymerisieren gelassen werden, so dass die leitfähige Beschichtung auf der Oberfläche entsteht. Alternativ dazu können der oxidative Katalysator und das Monomer auch nacheinander aufgetragen werden. In einer Ausführungsform wird der oxidative Katalysator zum Beispiel in einem organischen Lösungsmittel (z. B. Butanol) gelöst und dann als Tauchlösung aufgetragen. Das Teil kann dann getrocknet werden, um das Lösungsmittel davon zu entfernen. Danach kann das Teil in eine Lösung, die das Monomer enthält, eingetaucht werden. Unabhängig davon wird die Polymerisation typischerweise bei Temperaturen von etwa –10°C bis etwa 250°C und in einigen Ausführungsformen etwa 0°C bis etwa 200°C durchgeführt, abhängig von dem verwendeten Oxidationsmittel und der gewünschten Reaktionszeit. Geeignete Polymerisationstechniken, wie sie oben beschrieben sind, sind ausführlicher in US-Patent Nr. 7,515,396 (Biler) beschrieben. Noch andere Verfahren zum Auftragen einer oder mehrerer solcher leitfähigen Polymerbeschichtungen sind in den US-Patenten Nr. 5,457,862 (Sakata et al.), 5,473,503 (Sakata et al.), 5,729,428 (Sakata et al.) und 5,812,367 (Kudoh et al.) beschrieben.
V. Andere Schichten
Falls gewünscht, kann der Kondensator auch andere Schichten enthalten, wie in der Technik bekannt ist. Zum Beispiel kann auch eine Kohlenstoffschicht (z. B. Graphit) bzw. eine Silberschicht auf das Teil aufgetragen werden. Die Silberbeschichtung kann zum Beispiel als lötbarer Leiter, Kontaktschicht und/oder Ladungskollektor für den Kondensator wirken, und die Kohlenstoffbeschichtung kann den Kontakt der Silberbeschichtung mit dem festen Elektrolyten einschränken. Solche Beschichtungen können einen Teil oder den gesamten festen Elektrolyten bedecken.
VI. Endteile
Der Kondensator kann auch mit Endteilen versehen sein, insbesondere wenn er in Oberflächenmontageanwendungen eingesetzt wird. Zum Beispiel kann der Kondensator ein Anoden-Endteil, an das der Anodenanschlussdraht des Kondensatorelements elektrisch angeschlossen wird, und einen Kathoden-Endteil, an das die Kathode des Kondensatorelements elektrisch angeschlossen wird, enthalten. Jedes beliebige leitfähige Material kann eingesetzt werden, um die Endteile zu bilden, wie ein leitfähiges Metall (z. B. Kupfer, Nickel, Silber, Zink, Zinn, Palladium, Blei, Kupfer, Aluminium, Molybdän, Titan, Eisen, Zirconium, Magnesium und Legierungen davon). Zu den besonders gut geeigneten leitfähigen Metallen gehören zum Beispiel Kupfer, Kupferlegierungen (z. B. Kupfer-Zirconium, Kupfer-Magnesium, Kupfer-Zink oder Kupfer-Eisen), Nickel und Nickellegierungen (z. B. Nickel-Eisen). Die Dicke der Endteile ist im Allgemeinen so gewählt, dass die Dicke des Kondensators minimiert wird. Zum Beispiel kann die Dicke der Endteile im Bereich von etwa 0,05 bis etwa 1 Millimeter, in einigen Ausführungsformen etwa 0,05 bis etwa 0,5 Millimeter oder etwa 0,07 bis etwa 0,2 Millimeter liegen. Ein beispielhaftes leitfähiges Material ist eine Metallplatte aus einer Kupfer-Eisen-Legierung, die von Wieland (Deutschland) erhältlich ist. Falls gewünscht, kann die Oberfläche der Endteile, wie in der Technik bekannt ist, mit Nickel, Silber, Gold, Zinn usw. galvanisiert werden, um zu gewährleisten, dass das endgültige Teil auf der Leiterplatte montierbar ist. In einer besonderen Ausführungsform werden beide Flächen der Endteile mit Nickel- bzw. Silber-Schutzschichten versehen, während die Montagefläche auch mit einer Zinnlötschicht versehen wird.
1 zeigt eine Ausführungsform eines Elektrolytkondensators 30, die ein Anoden-Endteil 62 und ein Kathoden-Endteil 72 in elektrischer Verbindung mit einem Kondensatorelement 33 umfasst. Das Kondensatorelement 33 weist eine obere Fläche 37, eine untere Fläche 39, eine vordere Fläche 36 und eine hintere Fläche 38 auf. Das Kathoden-Endteil 72 kann zwar in elektrischem Kontakt mit einer beliebigen Fläche des Kondensatorelements 33 sein, befindet sich aber in der gezeigten Ausführungsform in elektrischem Kontakt mit der unteren Fläche 39 und der hinteren Fläche 38. Insbesondere enthält das Kathoden-Endteil 72 eine erste Komponente 73, die im Wesentlichen senkrecht zu einer zweiten Komponente 74 positioniert ist. Die erste Komponente 73 befindet sich in elektrischem Kontakt und im Wesentlichen parallel zur unteren Fläche 39 des Kondensatorelements 33. Die zweite Komponente 74 befindet sich in elektrischem Kontakt und im Wesentlichen parallel zur hinteren Fläche 38 des Kondensatorelements 33. Obwohl sie als einstückig abgebildet sind, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass diese Teile alternativ dazu auch getrennte Stücke sein können, die entweder direkt oder über ein zusätzliches leitfähiges Element (z. B. Metall) miteinander verbunden sind. Außerdem sollte man sich darüber im Klaren sein, dass in bestimmten Ausführungsformen die zweite Komponente 74 aus dem Kathoden-Endteil 72 entfernt sein kann. Das Anoden-Endteil 62 enthält ebenso eine erste Komponente 63, die im Wesentlichen senkrecht zu einer zweiten Komponente 64 positioniert ist. Die erste Komponente 63 befindet sich in elektrischem Kontakt und im Wesentlichen parallel zur unteren Fläche 39 des Kondensatorelements 33. Die zweite Komponente 64 enthält einen Bereich 51, der einen Anodenanschlussdraht 16 trägt. In der gezeigten Ausführungsform besitzt der Bereich 51 eine ”U-Form”, um den Oberflächenkontakt und die mechanische Stabilität des Anschlussdrahts 16 weiter zu erhöhen.
Die Endteile können unter Verwendung einer beliebigen, in der Technik bekannten Methode mit dem Kondensatorelement verbunden werden. In einer Ausführungsform zum Beispiel kann ein Leiterrahmen bereitgestellt werden, der das Kathoden-Endteil 72 und das Anoden-Endteil 62 definiert. Um das Elektrolytkondensatorelement 33 an dem Leiterrahmen zu befestigen, kann ein leitfähiger Kleber zunächst auf eine Fläche des Kathoden-Endteils 72 aufgetragen werden. Der leitfähige Kleber kann zum Beispiel leitfähige Metallteilchen umfassen, die in einer Harzzusammensetzung enthalten sind. Bei den Metallteilchen kann es sich um Silber, Kupfer, Gold, Platin, Nickel, Zink, Bismut usw. handeln. Die Harzzusammensetzung kann ein duroplastisches Harz (z. B. Epoxidharz), Härtungsmittel (z. B. Säureanhydrid) und Kopplungsmittel (z. B. Silan-Kopplungsmittel) umfassen. Geeignete leitfähige Kleber sind in der US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2006/0038304 (Osako et al.) beschrieben. Eine Vielzahl von Techniken kann verwendet werden, um den leitfähigen Kleber auf das Kathoden-Endteil 72 aufzutragen. Aufgrund ihres praktischen und kostensparenden Nutzens können zum Beispiel Drucktechniken eingesetzt werden.
Im Allgemeinen kann eine Vielzahl von Methoden eingesetzt werden, um die Endteile an dem Kondensator zu befestigen. In einer Ausführungsform zum Beispiel sind die zweite Komponente 64 des Anoden-Endteils 62 und die zweite Komponente 74 des Kathoden-Endteils 72 zunächst in die in 1 gezeigte Position aufwärts gebogen. Danach wird das Kondensatorelement 33 auf dem Kathoden-Endteil 72 positioniert, so dass seine untere Fläche 39 mit dem Kleber in Kontakt kommt und der Anoden-Anschlussdraht 16 von dem oberen U-förmigen Bereich 51 aufgenommen wird. Falls gewünscht, kann sich ein Isolationsmaterial (nicht gezeigt), wie ein Kunststoffpolster oder -band, zwischen der unteren Fläche 39 des Kondensatorelements 33 und der ersten Komponente 63 des Anoden-Endteils 62 befinden, um das Anoden- und das Kathoden-Endteil elektrisch voneinander zu isolieren.
Dann wird der Anodenanschluss 16 mit Hilfe einer in der Technik bekannten Methode, wie mechanisches Schweißen, Laserschweißen, leitfähige Kleber usw., elektrisch mit dem Bereich 51 verbunden. Zum Beispiel kann der Anodenanschluss 16 mit Hilfe eines Lasers an den Anoden-Endteil 62 geschweißt werden. Laser enthalten im Allgemeinen Resonatoren, die ein Lasermedium enthalten, das Photonen durch stimulierte Emission freisetzen kann, und eine Energiequelle, die die Elemente des Lasermediums anregt. Ein Typ von geeignetem Laser ist einer, bei dem das Lasermedium aus einem Aluminium-Yttrium-Granat (YAG) besteht, der mit Neodym (Nd) dotiert ist. Die angeregten Teilchen sind Neodymionen Nd³⁺. Die Energiequelle kann kontinuierliche Energie zu dem Lasermedium liefern, um einen kontinuierlichen Laserstrahl zu emittieren, oder Energieentladungen, um einen gepulsten Laserstrahl zu emittieren. Nach dem elektrischen Verbinden des Anodenanschlusses 16 mit dem Anoden-Endteil 62 kann der leitfähige Kleber dann gehärtet werden. Zum Beispiel kann eine Heizpresse verwendet werden, um Wärme und Druck anzuwenden und so zu gewährleisten, dass das Elektrolytkondensatorelement 33 durch den Kleber ausreichend stark an den Kathoden-Endteil 72 geklebt wird.
Sobald das Kondensatorelement befestigt ist, kann der Leiterrahmen in einem Harzgehäuse eingeschlossen werden, das dann mit Siliciumoxid oder irgendeinem anderen bekannten Einbettungsmaterial gefüllt werden kann. Die Breite und Länge des Gehäuses kann je nach Verwendungszweck variieren. Zu den geeigneten Gehäusen gehören zum Beispiel etwa die Gehäuse ”A”, ”B”, ”C”, ”D”, ”E”, ”F”, ”G”, ”H”, ”J”, ”K”, ”L”, ”M”, ”N”, ”P”, ”R”, ”S”, ”T”, ”V”, ”W”, ”Y”, ”X” oder ”Z” (AVX Corporation). Unabhängig von der eingesetzten Gehäusegröße wird das Kondensatorelement so eingebettet, dass wenigstens ein Teil des Anoden- und des Kathoden-Endteils zur Montage auf einer Leiterplatte exponiert bleiben. Wie zum Beispiel in 1 gezeigt ist, ist das Kondensatorelement 33 so in einem Gehäuse 28 eingebettet, dass ein Teil des Anoden-Endteils 62 und ein Teil des Kathoden-Endteils 72 exponiert sind.
Unabhängig von der besonderen Art und Weise, wie er gebildet wird, kann der resultierende Kondensator ausgezeichnete elektrische Eigenschaften aufweisen. Der äquivalente Serienwiderstand (”ESR”) kann zum Beispiel etwa 300 Milliohm oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 200 Milliohm oder weniger und in einigen Ausführungsformen etwa 1 bis etwa 100 Milliohm betragen, gemessen mit 2,2 Volt Vorspannung und einem sinusförmigen Signal mit 0,5 Volt von Spitze zu Spitze, das frei von Harmonischen ist, bei einer Frequenz von 100 kHz. Außerdem kann der Leckstrom, der sich im Allgemeinen auf den Strom bezieht, der von einem Leiter über einen Isolator zu einem benachbarten Leiter fließt, auf relativ niedrigen Niveaus gehalten werden. Zum Beispiel kann der Leckstrom etwa 40 μA oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 25 μA oder weniger und in einigen Ausführungsformen etwa 15 μA oder weniger betragen. Ebenso kann der Zahlenwert des normierten Leckstroms des Kondensators etwa 0,2 μA/μF·V oder weniger, in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 μA/μF·V oder weniger und in einigen Ausführungsformen etwa 0,05 μA/μF·V oder weniger betragen, wobei ”μA” Mikroampère bedeutet und ”μF·V” das Produkt aus der Kapazität und der Nennspannung ist. Der ESR und die normierten Leckstromwerte können selbst bei relativ hohen Temperaturen aufrechterhalten werden. Zum Beispiel können die Werte nach dem Reflow-Löten (z. B. 10 Sekunden lang) bei einer Temperatur von etwa 100°C bis etwa 350°C und in einigen Ausführungsformen etwa 200°C bis etwa 300°C (z. B. 240°C) aufrechterhalten werden.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele besser verständlich.
Testverfahren
Äquivalenter Serienwiderstand (ESR)
Der äquivalente Serienwiderstand kann mit Hilfe eines Keithley-3330-Precision-LCZ-Meters mit Kelvin-Anschlüssen, 2,2 Volt Vorspannung und einem sinusförmigen Signal mit 0,5 Volt von Spitze zu Spitze gemessen werden. Die Arbeitsfrequenz kann 100 kHz betragen, und die Temperatur kann 23°C ± 2°C betragen.
Kapazität
Die Kapazität kann mit Hilfe eines Keithley-3330-Precision-LCZ-Meters mit Kelvin-Anschlüssen, 2,2 Volt Vorspannung und einem sinusförmigen Signal mit 0,5 Volt von Spitze zu Spitze gemessen werden. Die Arbeitsfrequenz kann 120 Hz betragen, und die Temperatur kann 23°C ± 2°C betragen.
Leckstrom
Der Leckstrom (”DCL”) kann unter Verwendung eines Lecktestsets gemessen werden, das den Leckstrom bei einer Temperatur von etwa 25°C und bei der Nennspannung (z. B. 4 V) nach 60 Sekunden misst.
Beispiel 1
Ein Tantalpulver mit 200000 μFV/g wurde verwendet, um Anodenproben zu bilden. Jede Anodenprobe wurde zusammen mit einem Tantaldraht eingebettet, bei 1250°C gesintert und auf eine Dichte von 5,8 g/cm³ gepresst. Die resultierenden Presslinge hatten eine Größe von 0,76 × 1,22 × 0,67 mm. Die Presslinge wurden 10 Stunden lang in 0,1 Gew.-% Salpetersäure als Elektrolyt bis 10,4 V anodisiert, um die dielektrische Schicht zu bilden. Zur Bildung der Vorbeschichtung wurde das Anodenteil 30 Minuten lang in eine befeuchtete Atmosphäre (30°C, Feuchtigkeit 8 g/m³) gebracht und dann 3 Minuten lang in eine Lösung getaucht, die Mangannitrat (relative Dichte 1,09) und 1 Gew.-% eines Polyalkylether-Tensids enthielt. Das Teil wurde 120 Minuten lang in eine andere befeuchtete Atmosphäre (30°C, Feuchtigkeit 8 g/m³) gebracht und danach in einer Atmosphäre mit 80% relativer Feuchtigkeit bei 250°C wärmebehandelt. Es wurde bestimmt, dass die resultierenden Mangandioxid-Nanovorsprünge eine mittlere Größe von etwa 10 Nanometer hatten und die Oberflächenbedeckung etwa 10% betrug. Eine Reformierung wurde 20 Minuten lang bei 8,4 V in 0,1 Gew.-% Essigsäure als Elektrolyt durchgeführt. Dann wurde das Anodenteil 30 Sekunden lang in eine Lösung eingetaucht, die 0,8 Gew.-% Schellack und Ethanol enthielt, und 30 Minuten lang bei 125°C wärmebehandelt.
Zur Bildung der leitfähigen Polymerschicht wurde das Anodenteil zunächst 30 Sekunden lang in eine Lösung eingetaucht, die 1 Teil 3,4-Ethylendioxythiophen-Monomer, 6,4 Teile eines Oxidationsmittels (50 Gew.-% Eisen-p-toluolsulfonat), 6 Teile Ethanol und 1 Teil Wasser enthielt. Das Monomer wurde 60 Minuten lang bei 20°C in einer Atmosphäre, die 80% relative Feuchtigkeit enthielt, polymerisieren gelassen und dann in einer Lösung, die Wasser, Butanol und p-Toluolsulfonat (2 Gew.-%) enthielt, gewaschen. Eine Reformierung wurde 30 Minuten lang bei 8,4 V in einem Elektrolyten, der 0,01 Gew.-% Phosphorsäure enthielt, durchgeführt. Dann wurde das Anodenteil 30 Sekunden lang in eine Lösung, die ein Oxidationsmittel (55 Gew.-% Eisen-p-toluolsulfonat) enthielt, eingetaucht und 5 Minuten lang bei 85°C getrocknet, 1 Sekunde lang in eine Lösung, die 3,4-Ethylendioxythiophen-Monomer enthielt, eingetaucht und danach 5 bis 60 Minuten lang bei 20°C in einer Atmosphäre, die 80% relative Feuchtigkeit enthielt, polymerisieren gelassen. Das Teil wurde in einer Lösung, die Wasser, Butanol und p-Toluolsulfonat (2 Gew.-%) enthielt, gewaschen. Dann wurde das Teil in eine Graphitdispersion eingetaucht und getrocknet sowie in eine Silberdispersion eingetaucht und getrocknet. Die fertigen Teile wurden mit herkömmlicher Montagetechnik fertiggestellt.
Nach dem Testen wurde bestimmt, dass die Kapazität 45,5 μF betrug, der ESR 91 mΩ betrug und der Leckstrom 14,6 μA betrug (der normierte Leckstrom betrug 0,051 μA/μF·V bei einer Nennspannung von 6,3 V).
Beispiel 2
Ein Tantalpulver mit 150000 μFV/g wurde verwendet, um Anodenproben zu bilden. Jede Anodenprobe wurde zusammen mit einem Tantaldraht eingebettet, bei 1300°C gesintert und auf eine Dichte von 5,8 g/cm³ gepresst. Die resultierenden Presslinge hatten eine Größe von 1,01 × 1,52 × 0,57 mm. Die Presslinge wurden 10 Stunden lang in 0,1 Gew.-% Salpetersäure als Elektrolyt bis 10,4 V anodisiert, um die dielektrische Schicht zu bilden. Zur Bildung der Vorbeschichtung wurde das Anodenteil 30 Minuten lang in eine befeuchtete Atmosphäre (30°C, Feuchtigkeit 8 g/m³) gebracht und dann 3 Minuten lang in eine Lösung getaucht, die Mangannitrat (relative Dichte 1,09) und 1 Gew.-% eines Polyalkylether-Tensids enthielt. Das Teil wurde 120 Minuten lang in eine andere befeuchtete Atmosphäre (30°C, Feuchtigkeit 8 g/m³) gebracht und danach in einer Atmosphäre mit 80% relativer Feuchtigkeit bei 250°C wärmebehandelt. Es wurde bestimmt, dass die resultierenden Mangandioxid-Nanovorsprünge eine mittlere Größe von etwa 11 Nanometer hatten und die Oberflächenbedeckung etwa 10% betrug. Eine Reformierung wurde 20 Minuten lang bei 8,4 V in 0,1 Gew.-% Essigsäure als Elektrolyt durchgeführt. Dann wurde das Anodenteil 30 Sekunden lang in eine Lösung eingetaucht, die 0,8 Gew.-% Schellack und Ethanol enthielt, und 30 Minuten lang bei 125°C wärmebehandelt.
Die übrigen Teile des Kondensators einschließlich der leitfähigen Polymerschicht wurden so gebildet, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist.
Nach dem Testen wurde bestimmt, dass die Kapazität 46,6 μF betrug, der ESR 71 mΩ betrug und der Leckstrom 12,1 μA betrug (der normierte Leckstrom betrug 0,041 μA/μF·V bei einer Nennspannung von 6,3 V).
Beispiel 3
Ein Tantalpulver mit 100000 μFV/g wurde verwendet, um Anodenproben zu bilden. Jede Anodenprobe wurde zusammen mit einem Tantaldraht eingebettet, bei 1325°C gesintert und auf eine Dichte von 6,0 g/cm³ gepresst. Die resultierenden Presslinge hatten eine Größe von 0,70 × 1,08 × 0,57 mm. Die Presslinge wurden 8 Stunden lang in 0,1 Gew.-% Salpetersäure als Elektrolyt bis 19,4 V anodisiert, um die dielektrische Schicht zu bilden. Zur Bildung der Vorbeschichtung wurde das Anodenteil 30 Minuten lang in eine befeuchtete Atmosphäre (30°C, Feuchtigkeit 8 g/m³) gebracht und dann 3 Minuten lang in eine Lösung getaucht, die Mangannitrat (relative Dichte 1,09) und 1 Gew.-% eines Polyalkylether-Tensids enthielt. Das Teil wurde 120 Minuten lang in eine andere befeuchtete Atmosphäre (30°C, Feuchtigkeit 8 g/m³) gebracht und danach in einer Atmosphäre mit 80% relativer Feuchtigkeit bei 250°C wärmebehandelt. Es wurde bestimmt, dass die resultierenden Mangandioxid-Nanovorsprünge eine mittlere Größe von etwa 11 Nanometer hatten und die Oberflächenbedeckung etwa 10% betrug. Eine Reformierung wurde 20 Minuten lang bei 17,4 V in 0,1 Gew.-% Essigsäure als Elektrolyt durchgeführt. Dann wurde das Anodenteil 30 Sekunden lang in eine Lösung eingetaucht, die 0,8 Gew.-% Schellack und Ethanol enthielt, und 30 Minuten lang bei 125°C wärmebehandelt. Die übrigen Teile des Kondensators einschließlich der leitfähigen Polymerschicht wurden so gebildet, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist.
Nach dem Testen wurde bestimmt, dass die Kapazität 9,8 μF betrug, der ESR 132 mΩ betrug und der Leckstrom 0,3 μA betrug (der normierte Leckstrom betrug 0,003 μA/μF·V bei einer Nennspannung von 10 V).
Diese und andere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung können vom Fachmann praktisch umgesetzt werden, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem sollte man sich darüber im Klaren sein, dass Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen ganz oder teilweise gegeneinander ausgetauscht werden können. Weiterhin wird der Fachmann anerkennen, dass die obige Beschreibung nur beispielhaften Charakter hat und die Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen näher beschrieben ist, nicht einschränken soll.

1. Festelektrolytkondensator, umfassend: einen Anodenkörper; ein Dielektrikum, das den Anodenkörper bedeckt; eine Haftbeschichtung, die das Dielektrikum bedeckt, wobei die Haftbeschichtung eine diskontinuierliche Vorbeschichtung und eine Harzschicht enthält, wobei die diskontinuierliche Vorbeschichtung eine Vielzahl von diskreten Nanovorsprüngen aus einem Manganoxid enthält; und einen festen Elektrolyten, der das Dielektrikum und die Haftbeschichtung bedeckt, wobei der feste Elektrolyt eine leitfähige Polymerschicht umfasst.
2. Festelektrolytkondensator gemäß Punkt 1, wobei der Anodenkörper Tantal umfasst und das Dielektrikum Tantalpentoxid umfasst.
3. Festelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei die Nanovorsprünge eine mittlere Größe von etwa 5 Nanometer bis etwa 500 Nanometer, vorzugsweise etwa 6 Nanometer bis etwa 250 Nanometer, besonders bevorzugt etwa 8 Nanometer bis etwa 150 Nanometer und ganz besonders bevorzugt etwa 10 Nanometer bis etwa 110 Nanometer aufweisen.
4. Festelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei etwa 50% oder mehr, vorzugsweise etwa 70% oder mehr und besonders bevorzugt etwa 90% oder mehr der Nanovorsprünge eine mittlere Größe von etwa 10 Nanometer bis etwa 110 Nanometer aufweisen.
5. Festelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei die Oberflächenbedeckung der Nanovorsprünge etwa 0,1% bis etwa 40%, vorzugsweise etwa 0,5% bis etwa 30% und besonders bevorzugt etwa 1% bis etwa 20% beträgt.
6. Festelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei es sich bei dem Manganoxid um Mangandioxid handelt.
7. Festelektrolytkondensator gemäß einem der Punkte 1 bis 6, wobei die Vorbeschichtung das Dielektrikum bedeckt und die Harzschicht die Vorbeschichtung bedeckt.
8. Festelektrolytkondensator gemäß einem der Punkte 1 bis 6, wobei die Harzschicht das Dielektrikum bedeckt und die Vorbeschichtung die Harzschicht bedeckt.
9. Festelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei die Harzschicht ein natürliches oder synthetisches Harz umfasst.
10. Festelektrolytkondensator gemäß Punkt 9, wobei das Harz relativ isolierend ist.
11. Festelektrolytkondensator gemäß Punkt 9, wobei das Harz polymer ist.
12. Festelektrolytkondensator gemäß Punkt 9, wobei das Harz aus einem Polyurethan, Polystyrol, Ester einer ungesättigten oder gesättigten Fettsäure oder einer Kombination davon besteht.
13. Festelektrolytkondensator gemäß Punkt 9, wobei das Harz aus Schellack besteht.
14. Festelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei die leitfähige Polymerschicht ein chemisch polymerisiertes leitfähiges Polymer umfasst.
15. Festelektrolytkondensator gemäß Punkt 14, wobei das leitfähige Polymer ein substituiertes Polythiophen ist.
16. Festelektrolytkondensator gemäß Punkt 15, wobei es sich bei dem substituierten Polythiophen um Poly(3,4-ethylendioxythiophen) handelt.
17. Festelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei eine Kohlenstoffschicht, eine Silberschicht oder beide den festen Elektrolyten bedecken.
18. Festelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, der weiterhin ein Anoden-Endteil, das elektrisch mit der Anode verbunden ist, und ein Kathoden-Endteil, das elektrisch mit dem festen Elektrolyten verbunden ist, umfasst.
19. Festelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei der Kondensator einen bei einer Frequenz von 100 kHz bestimmten ESR von etwa 300 Milliohm oder weniger, vorzugsweise etwa 200 Milliohm oder weniger und besonders bevorzugt etwa 1 bis etwa 100 Milliohm aufweist.
20. Festelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Punkte, wobei der Kondensator einen normierten Leckstrom von etwa 0,2 μA/μF·V oder weniger, vorzugsweise etwa 0,1 μA/μF·V oder weniger und besonders bevorzugt etwa 0,05 μA/μF·V oder weniger aufweist.
21. Verfahren zur Bildung eines Festelektrolytkondensators, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: In-Kontakt-Bringen einer Anode, die einen Anodenkörper und ein Dielektrikum enthält, mit einer mehrschichtigen Haftbeschichtung durch ein Verfahren, das Folgendes umfasst: das Bilden einer diskontinuierlichen Vorbeschichtung, indem man eine Lösung, die einen Manganoxid-Vorläufer enthält, auf die Anode aufträgt und den Vorläufer pyrolytisch umwandelt, wobei eine Vielzahl von diskreten Nanovorsprüngen aus einem Manganoxid entsteht, und das Bilden einer Harzschicht, indem man eine Lösung, die ein natürliches oder synthetisches Harz enthält, auf die Anode aufträgt; und das Bilden einer leitfähigen Polymerschicht, die die Haftbeschichtung und das Dielektrikum bedeckt.
22. Verfahren gemäß Punkt 21, wobei es sich bei dem Manganoxid-Vorläufer um Mangannitrat handelt.
23. Verfahren gemäß Punkt 21, wobei die Lösung ein Tensid in einer Menge von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,05 Gew.-% bis etwa 25 Gew.-% und besonders bevorzugt etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% enthält.
24. Verfahren gemäß Punkt 21, das vor dem Kontakt mit der Lösung, die den Manganoxid-Vorläufer enthält, weiterhin das In-Kontakt-Bringen der Anode mit einer befeuchteten Atmosphäre umfasst.
25. Verfahren gemäß Punkt 21, das nach dem Kontakt mit der Lösung, die den Manganoxid-Vorläufer enthält, aber vor der pyrolytischen Umwandlung des Vorläufers weiterhin das In-Kontakt-Bringen der Anode mit einer befeuchteten Atmosphäre umfasst.
26. Verfahren gemäß Punkt 21, wobei der Vorläufer in Gegenwart einer befeuchteten Atmosphäre pyrolytisch umgewandelt wird.
27. Verfahren gemäß Punkt 24, 25 oder 26, wobei die befeuchtete Atmosphäre einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 1 bis etwa 30 g/m³, vorzugsweise etwa 4 bis etwa 25 g/m³ und besonders bevorzugt etwa 5 bis etwa 20 g/m³ aufweist.
28. Verfahren gemäß Punkt 24, 25 oder 26, wobei die befeuchtete Atmosphäre eine relative Feuchtigkeit von etwa 30% bis etwa 90%, vorzugsweise etwa 40% bis etwa 85% und besonders bevorzugt etwa 50% bis etwa 80% aufweist.
29. Verfahren gemäß Punkt 21, wobei der Vorläufer bei einer Temperatur von etwa 150°C bis etwa 300°C pyrolytisch umgewandelt wird.
30. Verfahren gemäß Punkt 21, wobei der Anodenkörper Tantal umfasst und das Dielektrikum Tantalpentoxid umfasst.
31. Verfahren gemäß Punkt 21, wobei die Nanovorsprünge eine mittlere Größe von etwa 5 Nanometer bis etwa 500 Nanometer, vorzugsweise etwa 6 Nanometer bis etwa 250 Nanometer, besonders bevorzugt etwa 8 Nanometer bis etwa 150 Nanometer und ganz besonders bevorzugt etwa 10 Nanometer bis etwa 110 Nanometer aufweisen.
32. Verfahren gemäß Punkt 21, wobei etwa 50% oder mehr, vorzugsweise etwa 70% oder mehr und besonders bevorzugt etwa 90% oder mehr der Nanovorsprünge eine mittlere Größe von etwa 10 Nanometer bis etwa 110 Nanometer aufweisen.
33. Verfahren gemäß Punkt 21, wobei die Oberflächenbedeckung der Nanovorsprünge etwa 0,1% bis etwa 40%, vorzugsweise etwa 0,5% bis etwa 30% und besonders bevorzugt etwa 1% bis etwa 20% beträgt.
34. Verfahren gemäß Punkt 21, wobei es sich bei dem Manganoxid um Mangandioxid handelt.
35. Verfahren gemäß Punkt 21, wobei die leitfähige Polymerschicht durch chemisches Polymerisieren eines Monomers gebildet wird.
36. Verfahren gemäß Punkt 35, wobei es sich bei dem Monomer um 3,4-Ethylendioxythiophen handelt.
37. Verfahren gemäß Punkt 21, wobei das Harz relativ isolierend ist.
38. Verfahren gemäß Punkt 21, wobei das Harz aus Schellack besteht.
39. Verfahren gemäß Punkt 21, wobei die harzhaltige Lösung auch ein nichtwässriges Lösungsmittel, ein Härtungsmittel oder eine Kombination davon enthält.
40. Verfahren gemäß Punkt 21, das weiterhin das Erhitzen der harzhaltigen Lösung nach der Auftragung auf die Anode umfasst.
41. Verfahren gemäß Punkt 21, wobei die Harzschicht nach der Vorbeschichtung gebildet wird.
42. Verfahren gemäß Punkt 21, wobei die Vorbeschichtung nach der Harzschicht gebildet wird.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims

Festelektrolytkondensator, umfassend: einen Anodenkörper; ein Dielektrikum, das den Anodenkörper bedeckt; eine Haftbeschichtung, die das Dielektrikum bedeckt, wobei die Haftbeschichtung eine diskontinuierliche Vorbeschichtung und eine Harzschicht enthält, wobei die diskontinuierliche Vorbeschichtung eine Vielzahl von diskreten Nanovorsprüngen aus einem Manganoxid enthält; und einen festen Elektrolyten, der das Dielektrikum und die Haftbeschichtung bedeckt, wobei der feste Elektrolyt eine leitfähige Polymerschicht umfasst.
Festelektrolytkondensator gemäß Anspruch 1, wobei der Anodenkörper Tantal umfasst und das Dielektrikum Tantalpentoxid umfasst.
Festelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Ansprüche, wobei: die Nanovorsprünge eine mittlere Größe von etwa 5 Nanometer bis etwa 500 Nanometer, vorzugsweise etwa 6 Nanometer bis etwa 250 Nanometer, besonders bevorzugt etwa 8 Nanometer bis etwa 150 Nanometer und ganz besonders bevorzugt etwa 10 Nanometer bis etwa 110 Nanometer aufweisen; etwa 50% oder mehr, vorzugsweise etwa 70% oder mehr und besonders bevorzugt etwa 90% oder mehr der Nanovorsprünge eine mittlere Größe von etwa 10 Nanometer bis etwa 110 Nanometer aufweisen; und/oder die Oberflächenbedeckung der Nanovorsprünge etwa 0,1% bis etwa 40%, vorzugsweise etwa 0,5% bis etwa 30% und besonders bevorzugt etwa 1% bis etwa 20% beträgt.
Festelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Ansprüche, wobei es sich bei dem Manganoxid um Mangandioxid handelt.
Festelektrolytkondensator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorbeschichtung das Dielektrikum bedeckt und die Harzschicht die Vorbeschichtung bedeckt.
Festelektrolytkondensator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Harzschicht das Dielektrikum bedeckt und die Vorbeschichtung die Harzschicht bedeckt.
Festelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Ansprüche, wobei die Harzschicht ein natürliches oder synthetisches Harz umfasst.
Festelektrolytkondensator gemäß Anspruch 7, wobei das Harz aus einem Polyurethan, Polystyrol, Ester einer ungesättigten oder gesättigten Fettsäure oder einer Kombination davon besteht.
Festelektrolytkondensator gemäß Anspruch 8, wobei das Harz aus Schellack besteht.
Festelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Ansprüche, wobei die leitfähige Polymerschicht ein chemisch polymerisiertes leitfähiges Polymer, wie Poly(3,4-ethylendioxythiophen), umfasst.
Festelektrolytkondensator gemäß einem der obigen Ansprüche, wobei der Kondensator Folgendes aufweist: einen bei einer Frequenz von 100 kHz bestimmten ESR von etwa 300 Milliohm oder weniger, vorzugsweise etwa 200 Milliohm oder weniger und besonders bevorzugt etwa 1 bis etwa 100 Milliohm; und/oder einen normierten Leckstrom von etwa 0,2 μA/μF·V oder weniger, vorzugsweise etwa 0,1 μA/μF·V oder weniger und besonders bevorzugt etwa 0,05 μA/μF·V oder weniger.
Verfahren zur Bildung eines Festelektrolytkondensators, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: In-Kontakt-Bringen einer Anode, die einen Anodenkörper und ein Dielektrikum enthält, mit einer mehrschichtigen Haftbeschichtung durch ein Verfahren, das Folgendes umfasst: das Bilden einer diskontinuierlichen Vorbeschichtung, indem man eine Lösung, die einen Manganoxid-Vorläufer enthält, auf die Anode aufträgt und den Vorläufer pyrolytisch umwandelt, wobei eine Vielzahl von diskreten Nanovorsprüngen aus einem Manganoxid entsteht, und das Bilden einer Harzschicht, indem man eine Lösung, die ein natürliches oder synthetisches Harz enthält, auf die Anode aufträgt; und das Bilden einer leitfähigen Polymerschicht, die die Haftbeschichtung und das Dielektrikum bedeckt.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei es sich bei dem Manganoxid-Vorläufer um Mangannitrat handelt.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Lösung ein Tensid in einer Menge von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,05 Gew.-% bis etwa 25 Gew.-% und besonders bevorzugt etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 12, das vor dem Kontakt mit der Lösung, die den Manganoxid-Vorläufer enthält, weiterhin das In-Kontakt-Bringen der Anode mit einer befeuchteten Atmosphäre umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 12, das nach dem Kontakt mit der Lösung, die den Manganoxid-Vorläufer enthält, aber vor der pyrolytischen Umwandlung des Vorläufers weiterhin das In-Kontakt-Bringen der Anode mit einer befeuchteten Atmosphäre umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei der Vorläufer in Gegenwart einer befeuchteten Atmosphäre pyrolytisch umgewandelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 15, 16 oder 17, wobei die befeuchtete Atmosphäre Folgendes aufweist: einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 1 bis etwa 30 g/m³, vorzugsweise etwa 4 bis etwa 25 g/m³ und besonders bevorzugt etwa 5 bis etwa 20 g/m³; und/oder eine relative Feuchtigkeit von etwa 30% bis etwa 90%, vorzugsweise etwa 40% bis etwa 85% und besonders bevorzugt etwa 50% bis etwa 80%.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei der Anodenkörper Tantal umfasst und das Dielektrikum Tantalpentoxid umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die leitfähige Polymerschicht durch chemisches Polymerisieren eines Monomers, wie 3,4-Ethylendioxythiophen, gebildet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Harz aus Schellack besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Harzschicht nach der Vorbeschichtung gebildet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Vorbeschichtung nach der Harzschicht gebildet wird.