DE112014000883T5

DE112014000883T5 - Kondensator mit geringem äquivalenten Serienwiderstand

Info

Publication number: DE112014000883T5
Application number: DE112014000883.4T
Authority: DE
Inventors: Randolph Hahn; Jeffrey Poltorak; P. Chacko Antony; John T. Kinard; Brandon Summey; Philip M. Lessner
Original assignee: Kemet Electronics Corp
Current assignee: Kemet Electronics Corp
Priority date: 2013-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2015-11-05
Also published as: US20180211790A1; WO2014168686A1; JP6393281B2; JP2016507166A; CN105074854B; JP2017135400A; CN105074854A; CN105378868A; JP2016510944A; US20140233157A1; WO2014130500A1; US9959979B2; JP6472388B2

Abstract

Ein verbesserter Kondensator wird bereitgestellt, wobei der verbesserte Kondensator einen verbesserten ESR aufweist. Der Kondensator weist eine genutete Anode und einen Anodendraht auf, der sich von der genuteten Anode erstreckt. Ein Dielektrikum ist auf der genuteten Anode. Eine konforme Kathode ist auf dem Dielektrikum und eine überzogene Metallschicht ist auf der Kohlenstoffschicht.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität der anhängigen vorläufigen US Anmeldung Nr. 61/766,454 eingereicht am 19. Februar 2013, die hierin durch Bezugnahme umfasst ist.
Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Festelektrolytkondensators. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Festelektrolytkondensators und einen verbesserten dadurch gebildeten Kondensator. Weiterhin insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte winkeltreue bzw. konforme Kathode, die durch ein verbessertes Polymerisationsverfahren gebildet wird und ein verbessertes Metallbeschichtungsverfahren, insbesondere für genutete bzw. gerillte bzw. geflutete Anoden.
Der Aufbau und die Fertigung von Festelektrolytkondensatoren ist gut dokumentiert. Bei dem Aufbau eines Festelektrolytkondensators dient ein Ventilmetall bevorzugt als die Anode. Der Anodenkörper kann entweder ein poröser bzw. durchlässiger Pressling, der durch Pressen und Sintern eines hochreinen Pulvers gebildet wurde, oder eine Folie sein, die geätzt wurde, um eine vergrößerte Anodenoberfläche bereitzustellen. Ein Oxid des Ventilmetalls wird elektrolytisch gebildet, um die gesamte Oberfläche der Anode zu bedecken und, um als das Dielektrikum des Kondensators zu dienen. Der feste Kathodenelektrolyt ist typischerweise aus einer sehr eingeschränkten Klasse von Materialien ausgewählt, um Mangandioxid oder elektrisch leitfähige organische Materialien, wie 7,7,8,8-Tetracyanochinodimethan(TCNQ)-Komplexsalz oder intrinsisch leitfähige Polymere, wie Polyanilin, Polypyrol bzw. Polypyrrol, Polythiophen und deren Derivate zu enthalten. Der feste Kathodenelektrolyt wird derart angewendet, dass er alle dielektrischen Oberflächen bedeckt und in direktem engem Kontakt mit dem Dielektrikum steht. Zusätzlich zu dem festen Elektrolyt, besteht die Kathodenschicht eines Festelektrolytkondensators typischerweise aus mehreren Schichten, die außerhalb des Anodenkörpers liegen. Im Falle von oberflächenmontierten Aufbauten enthalten diese Schichten typischerweise: eine Kohlenstoffschicht; eine leitfähige Kathodenschicht, die eine Schicht sein kann, die ein hochleitfähiges Metall enthält, typischerweise Silber, das in einem Polymer oder einer Harzmatrix gebunden ist; und eine leitfähige Klebeschicht, wie Silber, das mit Klebstoff gefüllt ist. Die Schichten, die den festen Kathodenelektrolyt, den leitfähigen Klebstoff und Schichten dazwischen enthalten werden hier gemeinsam als die Kathodenschicht bezeichnet, die typischerweise mehrere Zwischenschichten enthält, die entworfen sind, um ein Verkleben an einer Seitenfläche mit dem Dielektrikum und an der anderen Seitenfläche mit dem Kathodenanschlussleitung zu ermöglichen. Ein hochleitfähiger Leitungsrahmen wird häufig als Kathodenanschlussleitung zum negativen Anschluss verwendet. Die verschiedenen Schichten verbinden den festen Elektrolyt mit der äußeren Schaltung und dienen auch zum Schutz des Dielektrikums vor thermo-mechanischen Schäden, die während darauffolgender Verarbeitung, Plattenmontage oder Verwendung durch Benutzer auftreten können.
Vorderkantendesigns für elektronische Vorrichtungen benötigen Kondensatoren, die Volumeneffizienz, hohe Zuverlässigkeit, geringe Kosten, reduzierte Entzündungsneigung und einen geringen äquivalenten Serienwiderstand (ESR) bieten. Tantal-Kondensatoren, die eine leitfähige Polymerkathode verwenden, sind in einzigartiger Weise dazu in der Lage alle diese kritischen Eigenschaften bereitzustellen. Tantal-Kondensatoren haben eine lange Erfolgsgeschichte für unübertroffene Volumeneffizienz und Zuverlässigkeit. Die Einführung von leitfähigen Polymerkathoden bzw. Kathoden mit leitfähigem Polymer ermöglichte dramatische Reduktionen des ESR und weist im Vergleich zu MnO₂ eine stark erhöhte Resistenz gegenüber Entzündung auf. Der geringere ESR und verbesserte Kapazitätserhaltung bei hohen Frequenzen des Aufbaus mit leitfähigem Polymer erlaubt den Schaltungsdesignern die Anzahl an Kondensatoren zu reduzieren, die benötigt wird, um Designlösungen zu erreichen, was in einer Kostenreduktion resultiert.
US Patent Nummer 7,154,742 , das hierin unter Bezugnahme umfasst ist, beschreibt die Verwendung von kapazitiven Elementen mit sehr engen Nuten, um die Kapazitätsrückgewinnung zu verbessern. Wie in 5–8 des ‘742 Patents dargestellt, wird davon ausgegangen, dass die Verwendung von Nuten im Stand der Technik für einen eingeschränkten Bereich von Nutengrößen geeignet ist. US Patente Nummer 7,342,775 und 7,116,548 , die hierin unter Bezugnahme umfasst sind, verbessern den genuteten Kondensator durch umfassen mehrerer Anschlussleitungsdrähte und eines Polymerkathodensystems, wobei jedoch die Nutengröße weiterhin gewissermaßen eingeschränkt ist und das volle Potential, das von den Nuten erwartet wird, ist immer noch nicht realisiert. Ohne auf eine beliebige Theorie einzuschränken, wurde nun erkannt, dass die Einschränkung der Nutengröße aus der Unfähigkeit der Kathodenschichten resultiert mit den Abmessungen der Nuten übereinzustimmen. Wie in 2 des US Patents Nummer 7,342,775 dargestellt, neigen die Kathodenschichten dazu sich in der Nut zu bündeln und daher wird die Dicke der Kathode uneinheitlich, wodurch die Vorteile, die durch die Nuten bereitgestellt werden, eingeschränkt sind. Dieses nun erkannte Problem wurde als unvermeidbar angenommen, da die verfügbaren Verfahren zur Bildung der Kathodenschicht sich nicht an konforme Beschichtungen verleihen bzw. anwenden lassen und es wurde davon ausgegangen, dass die gesamten Vorteile genuteter Anoden erreicht wurden.
Die vorliegende Erfindung stellt einen verbesserten Kondensator bereit, wobei zusätzliche Vorteile einer genuteten Anode, die über die als erreichbar geltenden hinausgehen, erreicht werden können.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es einen verbesserten Festelektrolytkondensator bereitzustellen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Festelektrolytkondensatorkathode und einen verbesserten Festelektrolytkondensator bereitzustellen, der dadurch gebildet wird.
Ein besonderer Vorteil ist ein Kondensator mit einem verbesserten ESR.
Diese und andere Vorteile werden in einem verbesserten Kondensator erreicht, wie wir verstehen werden. Der Kondensator weist eine genutete Anode auf und ein Anodendraht erstreckt sich von der genuteten Anode. Ein Dielektrikum ist auf der genuteten Anode. Eine konforme Kathode ist auf dem Dielektrikum und eine plattierte bzw. überzogene Metallschicht ist auf der Kohlenstoffschicht.
Noch einer andere Ausführungsform wird in einem verbesserten Kondensator bereitgestellt. Der Kondensator weist eine Anode auf und ein Anodendraht erstreckt sich von der Anode. Ein Dielektrikum ist auf der Anode. Eine konforme Kathode ist auf dem Dielektrikum und eine überzogene Metallschicht ist auf der Kohlenstoffschicht.
Noch einer andere Ausführungsform wird in einem Verfahren zur Bildung eines Kondensators bereitgestellt. Das Verfahren umfasst:
Anodisieren einer Anode, um ein Dielektrikum auf der Anode zu bilden, wobei die Anode Nuten umfasst und wobei sich ein Anodendraht davon erstreckt;
Bilden eines leitfähigen Knotenpunkts auf dem Anodendraht;
Bilden einer ersten leitfähigen Schicht auf dem Dielektrikum, wobei die erste leitfähige Schicht und der leitfähige Knotenpunkt in elektrischem Kontakt mit dem Anodendraht stehen;
Anlegen einer Spannung an den Anodendraht;
elektrochemisches Ablagern eines leitfähigen Polymers auf der ersten leitfähigen Schicht, um eine konforme Kathode zu bilden; und
Bilden einer Metallschicht in elektrischem Kontakt mit der konformen Kathode.
Zeichnungen
1 ist eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Erfindung.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Erfindung.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Diskussion
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Festelektrolytkondensators und einen verbesserten Festelektrolytkondensator, der durch das Verfahren hergestellt wurde. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Kondensator, umfassend eine genutete Anode mit einer konformen Kathode. Die konforme Kathode wird durch ein elektrochemisches Polymerisationsverfahren bereitgestellt, das leitfähige Knotenpunkte verwendet, um einen bevorzugten leitfähigen Pfad bereitzustellen, der eine Spannungsanlegung durch das Dielektrikum umgeht.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die unterschiedlichen Zeichnungen beschrieben, die eine integrale, nicht einschränkende Komponente der Offenbarung bilden. In der Offenbarung werden ähnliche Elemente durchweg entsprechend nummeriert.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird in 1 in schematischer Perspektivansicht und in 2 in schematischer Querschnittsansicht dargestellt. In 1 und 2 umfasst ein Kondensator, der allgemein durch 10 repräsentiert ist, eine Anode 12 mit einem Anodenanschlussleitungsdraht 14, der sich davon erstreckt oder daran angebracht ist.
Ein Dielektrikum 16 ist auf der Anode gebildet und bevorzugt umhüllt das Dielektrikum zumindest einen Abschnitt der Anode und bevorzugt die gesamte Anode und einen Abschnitt der Anodenanschlussleitung. Eine konforme Kathode 18 befindet sich auf dem Dielektrikum und umhüllt einen Abschnitt des Dielektrikums mit der Bedingung, dass die Kathode und die Anode nicht im direkten elektrischen Kontakt zueinander stehen. Eine konforme Kathode wird hierin definiert als eine leitfähige Schicht, die sich der Form der Anode anpasst bzw. dieser entspricht, bevorzugt umfassend ein leitfähiges Polymer und bevorzugt eine genutete Anode, wobei die konforme Kathode eine mittlere Dicke von wenigstens 1 Mikron bzw. 1 Mikrometer und noch bevorzugter wenigstens 2 Mikrometer bis nicht mehr als 40 Mikrometer, bevorzugt nicht mehr als 20 Mikrometer und noch bevorzugter nicht mehr als 10 Mikrometer aufweist mit einer Abweichung der Dicke von nicht mehr als 50%, bevorzugt nicht mehr als 40%, noch bevorzugter nicht mehr als 30%, noch bevorzugter nicht mehr als 20% und sogar noch bevorzugter nicht mehr als 10% der mittleren Dicke.
Es ist im Stand der Technik bekannt, dass das Ankleben einer Anschlussleitung an eine Polymerschicht schwer ist und es ist daher wünschenswert wenigstens eine Klebeschicht auf der konformen Kathode zu bilden, die leichter an dem metallischen Leitungsrahmen angebracht werden kann. Im Stand der Technik sind Kohlenstoff enthaltende Schichten und Metallschichten bekannt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Klebeschicht eine Schicht 19, die Kohlenstoff enthält, mit einer überzogenen Metallschicht 20 darauf, wobei die überzogene Metallschicht bevorzugt durch Elektroabscheidung bzw. Galvanisieren gebildet wird, wie hierin genauer beschrieben wird. Der Kondensator der 1 und 2 wird dann in ein Paket, das Anoden- und Kathodenanschlüsse enthält, und ein optionales Gehäuse eingearbeitet, wie es im Stand der Technik bekannt ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird in der teilweisen Querschnittsansicht der 3 gezeigt. In 3 sind die Anode 12 und die Anodenanschlussleitung 14 wie in Relation zu 2 dargestellt und beschrieben. Ein leitfähiger Knotenpunkt 28 ist in elektrischem Kontakt mit der Anodenanschlussleitung 14, bevorzugt entfernt vom Anodenkörper, wie hierin klarer beschrieben wird. Der leitfähige Knotenpunkt stellt aufgrund eines Widerstands, der geringer ist, als der Widerstand des Strompfads durch das Dielektrikum 16, einen bevorzugten leitfähigen Pfad bereit. Eine erste leitfähige Schicht 24 ist auf der Oberfläche des Dielektrikums angewendet und in Kontakt mit der leitfähigen Knotenpunkt. Die erste leitfähige Schicht ist bevorzugt eine Mangandioxidschicht oder eine Schicht eines leitfähigen Polymers mit Vorzug für eine Schicht eines leitfähigen Polymers und insbesondere mit Vorzug für die gleiche Zusammensetzung eines leitfähigen Polymers, wie die von Polymerschichten, wie sie nachfolgend gebildet werden, wie weiterhin diskutiert werden wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste leitfähige Schicht ein leitfähiges Polymer, die gebildet wird durch anfängliches Eintauchen der Anode in ein Oxidationsmittel, wie etwa Eisen(III)Toluolsulfonat, gefolgt von Eintauchen in ein Monomer oder eine Monomer-Lösung, wie etwa Ethylendioxythiophen, für eine kurze Zeit. Die erste leitfähige Schicht sollte eine sehr dünne Schicht sein, die nicht ausreichend ist, um als die Kathode zu funktionieren, aber ausreicht, um elektrischen Kontakt mit dem leitfähigen Knotenpunkt zu bilden. Nachdem die erste leitfähige Schicht gebildet wurde, wird die Kathode bezüglich ihrer Dicke durch elektrochemische Abscheidung von Polymer aus einem Monomer aufgebaut. Eine Spannung wird an die Anodenanschlussleitung 14 angelegt, wobei der Strom durch den leitfähigen Knotenpunkt 28 fließt bzw. verläuft, der in elektrischem Kontakt mit der ersten leitfähigen Schicht 24 steht, wodurch das Polymerwachstum begünstigt wird, um eine leitfähige Polymerschicht 26 bzw. eine Schicht 26 eines leitfähige Polymers zu bilden. Die erste leitfähige Schicht und die leitfähige Polymerschicht werden zusammen genommen, um die konforme Kathode 18 zu bilden, die eine gleichbleibende Dicke über das gesamte Dielektrikum aufweist.
Die erste leitfähige Schicht und die leitfähige Polymerschicht können jeweils in einem einzelnen Schritt oder in mehreren Schritten angewendet bzw. angebracht werden. Zum Beispiel kann die erste leitfähige Schicht in einem einzelnen Eintauchvorgang des Oxidationsmittels gefolgt von einem einzelnen Eintauchvorgang in Monomer oder mehrere abwechselnde Eintauchvorgänge von Oxidationsmittel und Monomer gebildet werden. Die elektrochemische Schicht, die durch elektrochemische Abscheidung gebildet wird, wird bevorzugt in einem einzelnen Schritt gebildet.
Weiterhin mit Bezug auf 3 werden nach der Bildung der konformen Kathode 18 die Klebeschichten auf der Oberfläche der konformen Kathode gebildet, um das Kleben an einem Kathodenleitungsrahmen zu begünstigen. Eine Kohlenstoffschicht 19 wird bevorzugt durch Eintauchen in eine Lösung gebildet, die leitfähigen Kohlenstoff als ein Bindemittel enthält. Kohlenstoff enthaltende Lösungen können mit Viskositäten hergestellt werden, die geeignet sind, um eine Ummantelung zu bilden, die sich adäquat an die konforme Kathode anpasst, wie im Stand der Technik bekannt ist. Kohlenstoffummantelungen sind im Stand der Technik wohl bekannt und hierin nicht auf irgendeine Weise eingeschränkt. Eine überzogene Metallschicht 20 wird auf der Kohlenstoffschicht gebildet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die überzogene Metallschicht durch elektrische Abscheidung von Metall mit Strom gebildet, der an dem Anodendraht bereitgestellt wird und durch den Knotenpunkt und die konforme Kathode und die Kohlenstoffschicht fließt, wodurch eine überzogene Metallschicht auf dem Kohlenstoff gebildet wird. Das Metall wird bevorzugt ausgewählt aus Kupfer, Nickel, Silber und Gold, wobei Kupfer besonders bevorzugt wird.
Nach der Bildung des Metallüberzugs wird die Leitfähigkeit des Anodendrahts und der Kathodenschichten, die durch die über dem Dielektrikum angewendeten bzw. angebrachten Schichten repräsentiert werden, durch Laserabtragung zertrennt, so wie bei Leitung bzw. Linie 26, wodurch die Anodenelemente, die Anode und der Anodendraht, elektrisch von den Kathodenschichten isoliert werden, woraus der Kondensator, der in 4 in schematischer Querschnittsansicht gezeigt ist, resultiert. Der Kondensator wird dann angeschlossen, wie es im Stand der Technik bekannt ist, und optional eingekapselt, wie es im Stand der Technik bekannt ist.
Die Basiskomponenten eines Kondensators sind eine Anode, eine Kathode und ein Dielektrikum zwischen den zwei Elektroden. In einem typischen Festelektrolytkondensator ist die Anode ein durchlässiges Ventilmetallpellet oder Folie mit dem Ventilmetall, bevorzugt ausgewählt aus Tantal, Aluminium, Niob oder Nioboxid. Das Dielektrikum ist bevorzugt ein stark isolierendes Oxid des Ventilmetalls, das interne bzw. innenliegende und externe bzw. außenliegende Oberflächen der durchlässigen Anode bedeckt. Ein Anodenanschlussleitungsdraht ist typischerweise in die Anode eingebettet oder an der Anode angebracht, um als eine elektrische Verbindung an einen Anodenanschluss zu dienen. Die Kathode umfasst typischerweise mehrere Schichten. Die Kathode bedeckt typischerweise die innenliegenden und die außenliegenden Oberflächen des Dielektrikums. Um verlässliche Festelektrolytkondensatoren zu produzieren, weist die Kathodenschicht bevorzugt Heilungseigenschaften, die es erlauben defekte Stellen in dem Dielektrikum zu heilen. Als die Mechanismen, die für die Heilung verantwortlich sind, gelten im Allgemeinen die Abnahmen der Leitfähigkeit der Kathode in dem Bereich einer dielektrischen Fehlerstelle, die als Resultat einer Joule-Erwärmung auftreten, wenn Strom durch die Fehlerstelle fließt. Dies schränkt die Auswahl an Materialien, die als primäre Kathodenschicht verwendet werden, erheblich ein. MnO₂ und intrinsische leitfähige Polymere (ICP) werden am häufigsten verwendet. ICPs zeigen eine viel höhere Leitfähigkeit und, verglichen mit MnO₂, ein ungefährliche Fehlerrate. Jedoch tendieren Kondensatoren, die mit MnO₂ gefertigt wurden, dazu geringere Fertigungskosten, geringere Lecks bzw. Fehlströme und eine verbesserte Verlässlichkeit in ungünstigen Umgebungen aufzuweisen. Um den ESR der Vorrichtung zu reduzieren, wird eine externe metallisierte Schicht verwendet. Die metallisierte Schicht ist im Allgemeinen inkompatibel mit der primären Kathodenschicht und daher wird eine Isolationsschicht zwischen der primären Kathodenschicht und der metallisierten Schicht angebracht. Eine Kohlenstoff-gefüllte Schicht wird üblicherweise als eine Isolationsschicht verwendet. Zusätzliche Isolationsschichten können angewendet werden, um die Feuchtigkeitsresistenz zu verbessern oder weiteren Schutz bereitzustellen, um Materialien zu verhindern, die keine Heilungseigenschaften beim Kontakt mit dem Dielektrikum zeigen.
Ein wichtiger Trend in der Kondensatorindustrie ist der Bedarf Produkte mit immer geringeren ESR-Werten herzustellen, die bei immer höheren Frequenzen arbeiten. Um die geringen ESR-Level zu erreichen, die von den heutigen Schaltungen benötigt werden, verwenden Festelektrolytkondensatorhersteller typischerweise ICPs als die primäre Kathodenschicht. Um den ESR weiter zu reduzieren, haben Kondensatorhersteller Designs entwickelt, wie etwa Tantalkondensatoren mit mehreren Anoden, gestapelte Aluminiumkondensatoren, und genutete Anoden.
Die Anzahl an Nuten und die Tiefe der Nuten werden bevorzugt maximiert, um einen minimalen ESR zu erreichen. Die Maximierung der Anzahl der Nuten erfordert ein Reduzieren der Breite der Nuten. Daher wird der minimale ESR mit Nuten erreicht, bei denen die Tiefe der Nut die Breite der Nut übersteigt.
Mehrere Anschlussleitungsdrähte können verwendet werden, jedoch sind diese schwerer an dem Anodenanschluss zu befestigen und sind daher weniger wünschenswert. Die Form des Anschlussleitungsdrahts ist hierin nicht besonders eingeschränkt, wobei gerundete oder flache, rechteckige Drähte geeignet sind, um die Erfindung zu demonstrieren. Mit flachen Drähten ist es bevorzugt, dass sich der flache Draht wenigstens zum Mittelpunkt von Außennuten erstreckt, da ansonsten der ESR negativ beeinflusst werden kann.
Die Nuten sind an dem weitesten Punkt bevorzugt nicht mehr als 0,022 Inch (0,55 mm) breit. Mit konformen Kathoden können sehr enge Nuten verwendet werden, wie etwa mit 0,004 Inch (0,10 mm). Mehr bevorzugt haben die Nuten eine Breite von nicht mehr als 0,019 Inch (0,48 mm) und am bevorzugtesten nicht mehr als 0,016 Inch (0,41 mm) an Breite an dem breitesten Punkt. Bevorzugt übersteigt die Tiefe der Nut die Breite der Nut mit einem Tiefe-zu-Breite-Verhältnis von wenigstens 0,6 bis 1. Es ist bevorzugt, dass die Anode wenigstens zwei Nuten aufweist, bevorzugt wenigstens vier Nuten und am bevorzugtesten wenigstens sechs Nuten. Der Kondensator verwendet einen flachen Draht oder mehrere Anschlussleitungsdrähte.
Um den ESR zu minimieren ist es bevorzugt, dass das Verhältnis des Oberflächenbereichs in den Nuten oder Gruben der metallisierten Schicht-nahen Kathodenschichtschnittstelle bzw. Kathodenschichtgrenzfläche zu der externen Anodenflächen-Primärkathodenschichtschnittstelle größer als 75%, noch bevorzugter mehr als 85% und am bevorzugtesten mehr als 95% ist.
Obwohl die Verwendung von mehreren Kondensatoren in einem üblichen Fall den ESR der Vorrichtung effektiv reduziert, erhöhen die Kosten für den Zusammenbau mehrerer kapazitiver Elemente in einer einzelnen Packung die Kosten der Vorrichtung und auch die Kosten der Ausrüstung, die benötigt wird, um den Kondensator herzustellen.
Die Kathodenschicht ist eine leitfähige Schicht, die bevorzugt leitfähiges Polymer umfasst, wie etwa Polythiophen, Polyanilin, Polypyrrol oder deren Derivate, Manganoxid, Bleioxid oder Kombinationen daraus. Ein intrinsisches leitfähiges Polymer wird am meisten bevorzugt.
Ein insbesondere bevorzugtes leitfähiges Polymer wird in Formel I dargestellt:
Formel I worin R¹ und R² ausgewählt sind, um Polymerisation an der β-Stelle des Rings zu verhindern. Es ist am bevorzugtesten, dass erlaubt wird nur eine α-Stellenpolymerisation an der α-Seite durchzuführen. Daher ist es bevorzugt, dass R¹ und R² nicht Wasserstoff sind. Mehr bevorzugt sind R¹ und R² α-Direktoren. Daher sind Ether-Verkettungen gegenüber Alkyl-Verkettungen bevorzugt. Es ist am bevorzugtesten, dass die Gruppen klein sind, um sterische Interferenzen zu vermeiden. Aus diesen Gründen sind R¹ und R² zusammengenommen als -O-(CH₂)₂-O- am bevorzugtesten. In Formel I ist X S oder N und am bevorzugtesten ist X S.
R¹ und R² repräsentieren unabhängig voneinander lineares oder verzweigtes C1-C16 Alkyl oder C2-C18 Alkoxyalkyl; oder sie sind C3-C8 Cycloalkyl, Phenyl oder Benzyl, die unsubstituiert oder substituiert sind durch C1-C6 Alkyl, C1-C6 Alkoxy, Halogen oder OR3; oder wobei R1 und R2 zusammengenommen lineares C1-C6 Alkylen sind, das unsubstituiert ist oder substituiert ist durch C1-C6 Alkyl, C1-C6 Alkoxy, Halogen, C3-C8 Cycloalkyl, Phenyl, Benzyl, C1-C4 Alkylphenyl, C1-C4 Alkoxyphenyl, Halophenyl, C1-C4 Alkylbenzyl, C1-C4 Alkoxybenzyl oder Halobenzyl, eine 5-, 6-, oder 7-gliedrige heterozyklische Struktur ist, die zwei Sauerstoffelemente enthält. R3 repräsentiert bevorzugt Wasserstoff, lineares oder verzweigtes C1-C16 Alkyl oder C2-C18 Alkoxyalkyl; oder sind C3-C8 Cykloalkyl, Phenyl oder Benzyl, das unsubstituiert oder substituiert durch C1-C6 Alkyl ist.
Das leitende Polymer ist bevorzugt ausgewählt von Polypyrrolen, Polyanilinen, Polythiophenen und Polymeren, die sich wiederholende Einheiten von Formel I umfassen, insbesondere in Kombination mit organischen Sulfonaten: Ein besonders bevorzugtes Polymer ist 3,4-Polyethylendioxythiophen (PEDT).
Wie typischerweise im technischen Gebiet gehandhabt, können während des Polymerisationsprozesses verschiedene Dotiermittel in das Polymer eingearbeitet werden. Dotiermittel können aus verschiedenen Säuren oder Salzen gewonnen werden, einschließlich aromatische Sulfonsäuren, aromatische Polysulfonsäuren, aromatische Sulfonsäuren mit Hydroxygruppe, aromatische Sulfonsäuren mit Karboxylhydroxylgruppe, alizyklische Sulfonsäuren und Benzochinonsulfonsäuren, Benzolsulfonsäure, sulfonalizyklische Säure, Sulfoisophthalsäure, Camphersulfonsäure, Benzochinonsulfonsäure, Dodecylbenzolsulfonsäure, Toluolsulfonsäure. Andere geeignete Dotiermittel enthalten Sulfochinon, Anthracenmonosulfonsäure, substituierte Naphthalinmonosulfonsäure, substituierte Benzolsulfonsäure oder heterozyklische Sulfonsäure, wie in US Patent Nummer 6,381,121 veranschaulicht, das hierin durch Bezugnahme umfasst ist.
Die Isolationsschicht(en), die typischerweise Kohlenstoff enthaltende Schichten sind, zwischen der konformen Kathode und der überzogenen Metallschicht in den Nuten weist bevorzugt eine mittlere Dicke von wenigstens einem Mikrometer bis nicht mehr als 20 Mikrometer, bevorzugter nicht mehr als 10 Mikrometer und am bevorzugtesten nicht mehr als 5 Mikrometer auf. Die mittlere Dicke des Isolationsschicht ist bevorzugt 1–10 Mikrometer, bevorzugter 1–5 Mikrometer und am bevorzugtesten 1–3 Mikrometer.
Die externe Ummantelung der primären Kathodenschicht wird bevorzugt mit einem elektrochemischen Polymerisationsverfahren abgelagert, am bevorzugtesten ein elektrochemisches Polymerisationsverfahren, das einen leitfähigen Knotenpunkt zwischen einer externen elektrischen Verbindung und einer aktiven Kathodenregion auf dem Dielektrikum des kapazitiven Elements verwendet. Eine externe MnO₂-Ummantelung wird bevorzugt aufgebracht unter Verwendung eines Slurry aus MnO₂ Partikeln, die in Mangannitrat suspendiert wurden, mit einem bevorzugten Partikelgrößenmedian des MnO₂ von weniger als 15 Mikrometern, bevorzugter weniger als 10 Mikrometer und am bevorzugtesten weniger als 5 Mikrometer.
Die metallisierte Schicht ist bevorzugt eine überzogene Metallschicht, die durch Galvanisieren oder stromlos aufgebracht wird. Die überzogene Metallschicht kann auf eine zuvor angebrachte Metall-gefüllte Schicht angebracht werden. Das Überziehen kann mit verschiedenen metallischen Systemen durchgeführt werden. Kupfer ist ein bevorzugtes Metallsystem. Das Überziehen kann entweder durch Galvanisieren oder stromloses bzw. chemisches Überziehen erfolgen. Galvanisieren ist bevorzugt aufgrund der geringeren Produktionszyklusdauer. Typischerweise wird leitfähiger Klebstoff verwendet, um die Metallschicht klebend an dem Leitungsrahmen, der ans die Kathodenanschlussleitung dient, oder eine Schaltungsleiterbahn anzubringen. Die Dicke der überzogenen Metallschicht beträgt bevorzugt wenigstens 2 Mikrometer. Unterhalb von etwa 2 Mikrometern kann es sein, dass der Kondensator aufgrund von Oberflächenrauheit der darunterliegenden Kathode nicht vollständig bedeckt wird. Sobald eine vollständige Abdeckung erreicht ist, birgt ein zusätzliches Überziehen keine weiteren Vorteile. Bevorzugt wird die überzogene Metallschicht durch Galvanisieren aufgebracht, durch einen leitfähigen Knotenpunkt zwischen einer externen elektrischen Verbindung und einer aktiven Kathodenregion auf dem Dielektrikum des kapazitiven Elements.
Die Anode ist ein Leiter, bevorzugt ausgewählt aus einem Ventilmetall oder einem leitfähigen Metalloxid. Bevorzugter umfasst die Anode ein Ventilmetall, eine Mischung, eine Legierung oder ein leitfähiges Oxid eines Ventilmetalls, bevorzugt ausgewählt aus Al, W, Ta, Nb, Ti, Zr und Hf. Am bevorzugtesten umfasst die Anode wenigstens ein Material ausgewählt von der Gruppe bestehend aus Al, Ta, Nb und NbO. Aluminium wird typischerweise als eine Folie verwendet während Tantal typischerweise durch Pressen von Tantalpulver und Sintern hergestellt wird, um ein compact bzw. Grünling bzw. Pressling bzw. Kompakt zu bilden. Für die bequeme Handhabung ist das Ventilmetall typischerweise an einem Träger befestigt, wodurch gewährleistet wird, dass eine große Anzahl an Elementen gleichzeitig verarbeitet werden kann.
Die Anode ist bevorzugt geätzt, um den Oberflächenbereich zu vergrößern, insbesondere, falls die Anode eine Ventilmetallfolie ist, so wie etwa eine Aluminiumfolie. Das Ätzen wird bevorzugt durch eintauchen der Anode in wenigstens ein Ätzungsbad durchgeführt. Verschiedene Ätzungsbäder werden im Stand der Technik gelehrt und das Verfahren, das zum Ätzen der Anode verwendet wird, ist hierin nicht begrenzt. Der Anodendraht ist bevorzugt an der Anode angebracht, insbesondere wenn ein Kompakt verwendet wird. Der Anodendraht kann durch Schweißen bzw. Löten oder durch Einbetten in das Pulver vor dem Pressen angebracht werden. Ein Ventilmetall ist ein besonders geeigneter Anodendraht und in einer bevorzugten Ausführungsform sind die Anode und der Anodendraht aus dem gleichen Material. Ein Dielektrikum wird auf der Oberfläche der Anode gebildet. Das Dielektrikum ist eine nicht leitfähige Schicht und ist hierin nicht besonders eingeschränkt. Das Dielektrikum kann ein Metalloxid oder ein Keramikmaterial sein. Ein besonders bevorzugtes Dielektrikum ist das Oxid einer Metallanode aufgrund der Einfachheit der Bildung und des einfachen Gebrauchs. Die Dielektrikumsschicht ist bevorzugt ein Oxid des Ventilmetalls, wie es hierin weiter beschrieben ist. Es ist am wünschenswertesten, dass die Dielektrikumsschicht ein Oxid der Anode ist. Das Dielektrikum wird bevorzugt durch Eintauchen der Anode in eine Elektrolytlösung und Anlegen einer positiven Spannung an die Anode gebildet. Elektrolyte zur Oxidbildung sind hierin nicht besonders eingeschränkt, aber beispielhafte Materialien können Ethylenglycol; Polyethylenglycol-Dimethylether, wie in US Patent Nummer 5,716,511 beschrieben; Aminoalkohole und Phosphorsäure, wie in US Patent Nummer 6,480,371 beschrieben; polare, aprotische Lösungsmittellösungen aus Phosphorsäure, wie in UK Patent Nummer GB 2,168,383 und US Patent Nummer 5,185,075 beschrieben; Komplexe polarer, aprotischer Lösungsmittellösungen mit protonierten Aminen, wie in US Patent Nummer 4,812,951 beschrieben und dergleichen einschließen. Elektrolyte zur Bildung des Dielektrikums auf der Anode einschließlich wässeriger Lösungen von Dicarboxylsäuren, wie etwa Ammoniumadipate sind ebenfalls bekannt. Andere Materialien können in das Dielektrikum eingearbeitet sein, wie etwa Phosphate, Citrate, etc., um thermische Stabilität oder chemische oder Hydrationsresistenz der Dielektrikumsschicht zu gewähren.
Beispiele
Vergleichsbeispiel 1: eine Serie mit 1000 Mikrofarad, 2,5V, Tantalanoden mit Abmessungen (Breite × Länge × Höhe) von 0,140 Inch (3,56 mm) × 0,190 Inch (4,838 mm) × 0,070 Inch (1,78 mm) mit einer Nut mit einer Tiefe von 0,020 Inch (0,51 mm) und einer Breite von 0,015 Inch (0,38 mm) und vier Nuten pro Seite wurde hergestellt. Das Tantal wurde anodisiert, um ein Dielektrikum auf der Tantalanode zu bilden. Die Anode wurde dadurch geformt, dass sie in eine Lösung aus Eisen(III)Toluolsulfonat-Oxidationsmittel für eine Minute eingetaucht und anschließend in Ethylendioxythiophenmonomer für eine Minute eingetaucht wurde. Die Anoden wurden gewaschen, um verbleibendes Monomer und Nebenprodukte der Reaktionen nach Beendigung der 60-minütigen Polymerisation zu entfernen, die eine dünne Zwischenschicht aus Polyethylendioxythiophenpolymer (PEDOT) auf dem Dielektrikum der Anode gebildet hat. Dieser Prozess wurde 6-mal wiederholt. Ein leitfähiger Knotenpunkt wurde auf dem Draht gebildet. Ein elektrochemischer Polymerisationsschritt wurde angewendet, der eine Zwischenschicht aus leitfähigem Polymer (Polypyrrol) auf dem PEDOT bildete. Die Anoden wurden gewaschen, um verbleibendes Monomer und Nebenprodukte der Reaktionen nach Beendigung der elektrochemischen Polymerisation zu entfernen. Eine herkömmliche Graphitummantelung wurde angebracht, gefolgt von einer Silberummantelung. Die leitfähige Brücke wurde durch Laserabtragung zertrennt. Die Teile wurden zusammengebaut und der ESR wurde gemessen, wobei die Ergebnisse in Tabelle 1 präsentiert werden.
Vergleichsbeispiel 2: Die Teile wurde auf die gleiche Art hergestellt, wie in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben, mit der Ausnahme, dass das Polymer durch herkömmliche chemische Polymerisation gebildet wurde. Eine herkömmliche Graphitummantelung wurde angebracht, gefolgt von einer Silberummantelung. Die Teile wurden zusammengebaut und der ESR wurde gemessen, wobei die Ergebnisse in Tabelle 1 präsentiert werden.
Vergleichsbeispiel 3: Die Teile wurde auf die gleiche Art hergestellt, wie in Vergleichsbeispiel 2 beschrieben, ohne die Kohlenstoffummantelung. Eine Kupferschicht wurde unter Verwendung einer Galvanisierung aufgebracht. Die Teile wurden zusammengebaut und der ESR wurde gemessen, wobei die Ergebnisse in Tabelle 1 präsentiert werden.

Erfinderisches Beispiel: Eine Serie von Tantalanoden wurde wie in Vergleichsbeispiel 1 hergestellt. Das Tantal wurde anodisiert, um ein Dielektrikum auf der Tantalanode zu bilden. Die Anode, die dadurch geformt wurde, wurde in eine Lösung aus Eisen(III)Toluolsulfonatoxidationsmittel für eine Minute eingetaucht und anschließend in Ethylendioxythiophenmonomer für eine Minute eingetaucht. Die Anoden wurden gewaschen, um verbleibendes Monomer und Nebenprodukte der Reaktionen nach Beendigung der 60-minütigen Polymerisation zu entfernen, die eine dünne Zwischenschicht aus PEDOT auf dem Dielektrikum der Anode gebildet hat. Dieser Prozess wurde 6-mal wiederholt. Ein leitfähiger Knotenpunkt wurde auf dem Anodendraht in elektrischem Kontakt mit dem PEDOT gebildet. Eine elektrochemische Polymerisation wurde angewendet, um eine konforme Kathode zu bilden. Ein herkömmliches Graphit wurde an der konformen Kathode angebracht. Eine Kupferschicht wurde durch Galvanisieren durch den leitfähigen Knotenpunkt auf der Kohlenstoffschicht aufgebracht. Die leitfähige Brücke wurde durch Laserabtragung zertrennt. Die Teile wurden zusammengebaut und der ESR wurde gemessen, wobei die Ergebnisse in Tabelle 1 präsentiert werden. Tabelle 1: ESR der Vergleichsbeispiele und des erfinderischen Beispiels

Beispiel	Nut	Elektrochemische Polymerisation	Galvanisieren (Cu)	ESR (mohm) vor dem Gießen
Vergleichsbeispiel 1	ja	ja	nein	12,42
Vergleichsbeispiel 2	ja	nein	nein	10,83
Vergleichsbeispiel 3	ja	nein	ja	9,37
Erfinderisches Beispiel 4	ja	ja	ja	8,18

Die Resultate weisen auf Verbesserungen des ESR bei dem Teil hin, welches die konforme Kathode auf einer genuteten Anode umfasst. Eine weitere Verbesserung wird mit der Verwendung von überzogenem Kupfer realisiert.
Die Erfindung wurde beschrieben mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen, ohne sich auf diese zu beschränken. Ein Fachmann kann zusätzliche Ausführungsformen und Verbesserungen umsetzen, die hierin nicht spezifisch erwähnt wurden aber die in den Schutzbereich der Erfindung fallen, wie er genauer in den hier beigefügten Ansprüchen ausgeführt ist.

Claims

Kondensator, umfassend: eine genutete Anode und einen Anodendraht, der sich von der genuteten Anode erstreckt; ein Dielektrikum auf der genuteten Anode; eine konforme Kathode auf dem Dielektrikum; und eine überzogene Metallschicht auf der Kohlenstoffschicht.
Kondensator gemäß Anspruch 1, wobei die konforme Kathode eine mittlere Dicke von nicht mehr als 40 Mikrometern aufweist.
Kondensator gemäß Anspruch 2, wobei die konforme Kathode eine mittlere Dicke von nicht mehr als 20 Mikrometern aufweist.
Kondensator gemäß Anspruch 3, wobei die konforme Kathode eine mittlere Dicke von nicht mehr als 10 Mikrometern aufweist.
Kondensator gemäß Anspruch 1, wobei die konforme Kathode eine Abweichung der Dicke von nicht mehr als 50% einer mittleren Dicke aufweist.
Kondensator gemäß Anspruch 5, wobei die konforme Kathode eine Abweichung der Dicke von nicht mehr als 40% einer mittleren Dicke aufweist.
Kondensator gemäß Anspruch 6, wobei die konforme Kathode eine Abweichung der Dicke von nicht mehr als 30% einer mittleren Dicke aufweist.
Kondensator gemäß Anspruch 7, wobei die konforme Kathode eine Abweichung der Dicke von nicht mehr als 20% einer mittleren Dicke aufweist.
Kondensator gemäß Anspruch 8, wobei die konforme Kathode eine Abweichung der Dicke von nicht mehr als 10% einer mittleren Dicke aufweist.
Kondensator gemäß Anspruch 1, wobei die überzogene Metallschicht ein Material umfasst, das ausgewählt ist von der Gruppe bestehend aus Kupfer, Silber, Nickel und Gold.
Kondensator gemäß Anspruch 10, wobei die überzogene Metallschicht Kupfer umfasst.
Kondensator gemäß Anspruch 1, wobei die konforme Kathode weiterhin eine erste leitfähige Schicht umfasst.
Kondensator gemäß Anspruch 12, wobei die erste leitfähige Schicht eine leitfähige Schicht umfasst, die ausgewählt ist aus MnO₂ und einem leitfähigen Polymer.
Kondensator gemäß Anspruch 13, wobei das leitfähige Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyanilin, Polypyrrol und Polythiophen.
Kondensator gemäß Anspruch 14, wobei das leitfähige Polymer Polydioxythiophen umfasst.
Kondensator gemäß Anspruch 1, wobei die Anode ein Ventilmetall oder ein leitfähiges Oxid eines Ventilmetalls umfasst.
Kondensator gemäß Anspruch 16, wobei das Ventilmetall oder ein leitfähiges Oxid eines Ventils ein Material umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, W, Ta, Nb, NbO, Ti, Zr und Hf.
Kondensator gemäß Anspruch 17, wobei das Ventilmetall oder ein leitfähiges Oxid eines Ventils ausgewählt ist aus Tantal und Niob.
Kondensator gemäß Anspruch 1, wobei die Nuten eine Breite von nicht mehr als 0,022 Inch aufweisen.
Kondensator gemäß Anspruch 19, wobei die Nuten eine Breite von nicht mehr als 0,019 Inch aufweisen.
Kondensator gemäß Anspruch 20, wobei die Nuten eine Breite von nicht mehr als 0,016 Inch aufweisen.
Kondensator gemäß Anspruch 21, wobei die Nuten eine Breite von wenigstens mehr 0,004 Inch aufweisen.
Kondensator gemäß Anspruch 1, wobei die Nuten ein Verhältnis von Tiefe zu Breite von wenigstens 0,60:1 aufweisen.
Kondensator gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Kohlenstoff-enthaltende Schicht zwischen der konformen Kathode und der überzogenen Metallschicht.
Kondensator gemäß Anspruch 24, wobei die Kohlenstoff-enthaltende Schicht eine Dicke von wenigstens einem Mikrometer bis nicht mehr als 20 Mikrometer aufweist.
Kondensator gemäß Anspruch 1, wobei die überzogene Metallschicht eine Dicke von wenigstens 2 Mikrometern aufweist.
Kondensator gemäß Anspruch 1, wobei die konforme Ummantelung ein Polythiophen umfasst.
Kondensator gemäß Anspruch 27, wobei das Polythiophen Dioxythiophen umfasst.
Kondensator gemäß Anspruch 1, wobei die konforme Kathode ein elektrochemisch aufgebrachtes leitfähiges Polymer ist.
Kondensator gemäß Anspruch 1, wobei ein Verhältnis eines Oberflächenbereichs in den Nuten der überzogenen Metallschicht bei einer benachbarten Kathodenschichtschnittstelle zu einer externen Anodenoberfläche bei einer Kathodenschichtschnittstelle größer als 75% ist.
Kondensator gemäß Anspruch 30, wobei ein Verhältnis eines Oberflächenbereichs in den Nuten der überzogenen Metallschicht bei einer benachbarten Kathodenschichtschnittstelle zu einer externen Anodenoberfläche bei einer Kathodenschichtschnittstelle größer als 85% ist.
Kondensator gemäß Anspruch 31, wobei ein Verhältnis eines Oberflächenbereichs in den Nuten der überzogenen Metallschicht bei einer benachbarten Kathodenschichtschnittstelle zu einer externen Anodenoberfläche bei einer Kathodenschichtschnittstelle größer als 95% ist.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators, umfassend: Anodisieren einer Anode, um ein Dielektrikum auf der Anode zu bilden, wobei die Anode Nuten und einen Anodendraht, der sich davon erstreckt, umfasst; Bilden eines leitfähigen Knotenpunkts auf dem Anodendraht; Bilden einer ersten leitfähigen Schicht auf dem Dielektrikum, wobei die erste leitfähige Schicht und der leitfähige Knotenpunkt in elektrischem Kontakt mit dem Anodendraht stehen; Anlegen einer Spannung an dem Anodendraht; elektrochemisches Aufbringen eines leitfähigen Polymers auf der ersten leitfähigen Schicht, um eine konforme Kathode zu bilden; und Bilden einer Metallschicht in elektrischem Kontakt mit der konformen Kathode.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 33, wobei die konforme Kathode eine mittlere Dicke von nicht mehr als 40 Mikrometern aufweist.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 34, wobei die konforme Kathode eine mittlere Dicke von nicht mehr als 20 Mikrometern aufweist.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 35, wobei die konforme Kathode eine mittlere Dicke von nicht mehr als 10 Mikrometern aufweist.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 33, wobei die konforme Kathode eine Abweichung der Dicke von nicht mehr als 50% einer mittleren Dicke aufweist.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 37, wobei die konforme Kathode eine Abweichung der Dicke von nicht mehr als 40% einer mittleren Dicke aufweist.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 38, wobei die konforme Kathode eine Abweichung der Dicke von nicht mehr als 30% einer mittleren Dicke aufweist.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 39, wobei die konforme Kathode eine Abweichung der Dicke von nicht mehr als 20% einer mittleren Dicke aufweist.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 40, wobei die konforme Kathode eine Abweichung der Dicke von nicht mehr als 10% einer mittleren Dicke aufweist.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 33, wobei das Bilden der Metallschicht Galvanisieren der Metallschicht durch Strom umfasst, der durch den leitfähigen Knotenpunkt fließt.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 42, wobei die Metallschicht ein Metall umfasst, das ausgewählt ist von der Gruppe bestehend aus Kupfer, Silber, Nickel und Gold.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 43, wobei die Metallschicht Kupfer umfasst.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 33, wobei das Bilden der ersten leitfähigen Schicht chemische Polymerisation umfasst.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 33, wobei die erste leitfähige Schicht eine leitfähige Schicht umfasst, die ausgewählt ist aus MnO₂ und einem leitfähigen Polymer.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 46, wobei das leitfähige Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyanilin, Polypyrrol und Polythiophen.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 47, wobei das leitfähige Polymer Polydioxythiophen umfasst.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 33, wobei die Anode ein Ventilmetall oder ein leitfähiges Oxid eines Ventilmetalls umfasst.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 49, wobei das Ventilmetall oder ein leitfähiges Oxid eines Ventils ein Material umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, W, Ta, Nb, NbO, Ti, Zr und Hf.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 50, wobei das Ventilmetall oder ein leitfähiges Oxid eines Ventils ausgewählt ist aus Tantal und Niob.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 33, wobei die Nuten eine Breite von nicht mehr als 0,022 Inch aufweisen.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 52, wobei die Nuten eine Breite von nicht mehr als 0,019 Inch aufweisen.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 53, wobei die Nuten eine Breite von nicht mehr als 0,016 Inch aufweisen.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 54, wobei die Nuten eine Breite von wenigstens mehr als 0,004 Inch aufweisen.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 33, wobei die Nuten ein Verhältnis von Tiefe zu Breite von wenigstens 0,60:1 aufweisen.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 33, weiterhin umfassend Bilden einer Kohlenstoff-enthaltenden Schicht auf der konformen Ummantelung vor dem Bilden der Metallschicht.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 57, wobei die Kohlenstoff-enthaltende Schicht eine Dicke von wenigstens 1 Mikrometer bis nicht mehr als 20 Mikrometer aufweist.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 33, wobei die Metallschicht eine Dicke von wenigstens 2 Mikrometern aufweist.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 33, wobei das Bilden der ersten leitfähigen Schicht chemische Polymerisation umfasst.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 60, wobei die chemische Polymerisation eine Polymerisation eines Polythiophens umfasst.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 33, wobei die konforme Kathode ein Polythiophen umfasst.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 62, wobei das Polythiophen Dioxythiophen umfasst.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 33, wobei ein Verhältnis eines Oberflächenbereichs in den Nuten der überzogenen Metallschicht bei einer benachbarten Kathodenschichtschnittstelle zu einer externen Anodenoberfläche bei einer Kathodenschichtschnittstelle größer als 75% ist.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 64, wobei ein Verhältnis eines Oberflächenbereichs in den Nuten der überzogenen Metallschicht bei einer benachbarten Kathodenschichtschnittstelle zu einer externen Anodenoberfläche bei einer Kathodenschichtschnittstelle größer als 85% ist.
Verfahren zur Bildung eines Kondensators gemäß Anspruch 65, wobei ein Verhältnis eines Oberflächenbereichs in den Nuten der überzogenen Metallschicht bei einer benachbarten Kathodenschichtschnittstelle zu einer externen Anodenoberfläche bei einer Kathodenschichtschnittstelle größer als 95% ist.
Kondensator, umfassend: eine Anode und einen Anodendraht, der sich von der Anode erstreckt; ein Dielektrikum auf der Anode; eine konforme Kathode auf dem Dielektrikum; und eine überzogene Metallschicht auf der Kohlenstoffschicht.
Kondensator gemäß Anspruch 67, wobei die konforme Kathode eine mittlere Dicke von nicht mehr als 40 Mikrometern aufweist.
Kondensator gemäß Anspruch 68, wobei die konforme Kathode eine mittlere Dicke von nicht mehr als 20 Mikrometern aufweist.
Kondensator gemäß Anspruch 69, wobei die konforme Kathode eine mittlere Dicke von nicht mehr als 10 Mikrometern aufweist.
Kondensator gemäß Anspruch 67, wobei die konforme Kathode eine Abweichung der Dicke von nicht mehr als 50% einer mittleren Dicke aufweist.
Kondensator gemäß Anspruch 71, wobei die konforme Kathode eine Abweichung der Dicke von nicht mehr als 40% einer mittleren Dicke aufweist.
Kondensator gemäß Anspruch 72, wobei die konforme Kathode eine Abweichung der Dicke von nicht mehr als 30% einer mittleren Dicke aufweist.
Kondensator gemäß Anspruch 73, wobei die konforme Kathode eine Abweichung der Dicke von nicht mehr als 20% einer mittleren Dicke aufweist.
Kondensator gemäß Anspruch 74, wobei die konforme Kathode eine Abweichung der Dicke von nicht mehr als 10% einer mittleren Dicke aufweist.
Kondensator gemäß Anspruch 67, wobei die überzogene Metallschicht ein Material umfasst, das ausgewählt ist von der Gruppe bestehend aus Kupfer, Silber, Nickel und Gold.
Kondensator gemäß Anspruch 76, wobei die überzogene Metallschicht Kupfer umfasst.
Kondensator gemäß Anspruch 67, wobei die konforme Kathode weiterhin eine erste leitfähige Schicht umfasst.
Kondensator gemäß Anspruch 78, wobei die erste leitfähige Schicht eine leitfähige Schicht umfasst, die ausgewählt ist aus MnO₂ und einem leitfähigen Polymer.
Kondensator gemäß Anspruch 79, wobei das leitfähige Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyanilin, Polypyrrol und Polythiophen.
Kondensator gemäß Anspruch 80, wobei das leitfähige Polymer Polydioxythiophen umfasst.
Kondensator gemäß Anspruch 67, wobei die Anode ein Ventilmetall oder ein leitfähiges Oxid eines Ventilmetalls umfasst.
Kondensator gemäß Anspruch 82, wobei das Ventilmetall oder ein leitfähiges Oxid eines Ventils ein Material umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, W, Ta, Nb, NbO, Ti, Zr und Hf.
Kondensator gemäß Anspruch 83, wobei das Ventilmetall oder ein leitfähiges Oxid eines Ventils ausgewählt ist aus Tantal und Niob.
Kondensator gemäß Anspruch 67, wobei die Anode Nuten mit einer Breite von nicht mehr als 0,022 Inch umfasst.
Kondensator gemäß Anspruch 85, wobei die Nuten eine Breite von nicht mehr als 0,019 Inch aufweisen.
Kondensator gemäß Anspruch 86, wobei die Nuten eine Breite von nicht mehr als 0,016 Inch aufweisen.
Kondensator gemäß Anspruch 87, wobei die Nuten eine Breite von wenigstens mehr als 0,004 Inch aufweisen.
Kondensator gemäß Anspruch 67, wobei die Nuten ein Verhältnis von Tiefe zu Breite von wenigstens 0,60:1 aufweisen.
Kondensator gemäß Anspruch 67, weiterhin umfassend eine Kohlenstoff-enthaltende Schicht zwischen der konformen Kathode und der überzogenen Metallschicht.
Kondensator gemäß Anspruch 90, wobei die Kohlenstoff-enthaltende Schicht eine Dicke von wenigstens 1 Mikrometer bis nicht mehr als 20 Mikrometer aufweist.
Kondensator gemäß Anspruch 67, wobei die überzogene Metallschicht eine Dicke von wenigstens 2 Mikrometern aufweist.
Kondensator gemäß Anspruch 67, wobei die konforme Ummantelung ein Polythiophen umfasst.
Kondensator gemäß Anspruch 93, wobei das Polythiophen Dioxythiophen umfasst.
Kondensator gemäß Anspruch 67, wobei die konforme Kathode ein elektrochemisch aufgebrachtes leitfähiges Polymer ist.
Kondensator gemäß Anspruch 67, wobei ein Verhältnis eines Oberflächenbereichs in den Nuten der überzogenen Metallschicht bei einer benachbarten Kathodenschichtschnittstelle zu einer externen Anodenoberfläche bei einer Kathodenschichtschnittstelle größer als 75% ist.
Kondensator gemäß Anspruch 96, wobei ein Verhältnis eines Oberflächenbereichs in den Nuten der überzogenen Metallschicht bei einer benachbarten Kathodenschichtschnittstelle zu einer externen Anodenoberfläche bei einer Kathodenschichtschnittstelle größer als 85% ist.
Kondensator gemäß Anspruch 97, wobei ein Verhältnis eines Oberflächenbereichs in den Nuten der überzogenen Metallschicht bei einer benachbarten Kathodenschichtschnittstelle zu einer externen Anodenoberfläche bei einer Kathodenschichtschnittstelle größer als 95% ist.