DE1241535B - Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Oxydkondensators mit einem Halbleiter als Kathode - Google Patents

Description

DEUTSCHES #M^V PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT Deutsche Kl.: 21 g -10/03

Nummer: 1 241535

Aktenzeichen: F 45822 VIII c/21 g

1 24 1 535 Anmeldstag: 14. April 1965

Auslegetag: 1. Juni 1967

Kondensatoren, deren Anodenelemente aus anodisch oxydiertem Metall, wie z. B. Aluminium, Tantal, Titan usw., bestehen, weisen kleine Abmessungen auf und sind je nach ihrer Herstellungsweise durch verschiedenartige Frequenz- und Temperaturkehnlinien der Kapazität, des Verlustwinkels usw. gegekennzeichnet. Vor allem ist der Tantalkondensator besonders vorteilhaft, da bei diesem eine sehr große wirksame Oberfläche dadurch erreicht werden kann, daß feines Tantalpulver mit hoher Reinheit im Vakuum zusammengesintert wird.

Bei Aluminium, Titan usw. werden im allgemeinen Folien oder Drähte einfem Aufrauhprozeß unterworfen und als Anodenelement verwendet, da- ein feines Pulver mit hoher Reinheit schwer erhältlich und die Technik der Sinterung schwierig ist. Aus diesem Grund können auf diesem Weg nur Kondensatorelemente mit relativ kleiner Volumenkapazität hergestellt werden, jedoch nicht mit großer Volumenkapazität, was zu einer Vergrößerung der Abmessungen des Kondensators führt. Um in tragbaren Grenzen zu bleiben, wickelt man die gerauhte Folie bzw. den Draht auf. Solche Wickelkondensatoren sind bereits bekannt. Ihre Kennlinien und die gegenüber der Formierspannung niedrige Spannungsfestigkeit sind jedoch nicht befriedigend, so daß dadurch auch eine erwünschte Verkleinerung der Abmessungen nicht erreicht werden kann.

Des weiteren ist zu beachten, daß wegen der Aufwicklung und weiterer Arbeitsschritte die Oxydschicht auf der dünnen Folie bzw. dem Draht beschädigt wird und daß bei der Aufbringung des Halbleiters, z.B. des Mangandioxyds, eine thermische Verformung hervorgerufen wird.

Man kann einen Wickelkondensator so herstellen, daß nur die Anode gewickelt, dann das Mangandioxyd aufgebracht, darüber eine Graphitschicht angeordnet und schließlich Metall als kathodische Stromzuführung aufgespritzt wird. Bei einem solchen Kondensator, bei dem die Anodenfolie fest gewickelt und das Mangandioxyd niedergeschlagen ist, ist der durch die Halbleiterschicht hervorgerufene Reihenwiderstand groß, da bei dem nur kurzzeitigen Eintauchen des Elementes in die kolloidale Graphitlösung das Graphit nur ungenügend in die Tiefe eindringt. Die Frequenzkennlinie des fertigen Kondensators ist schlecht. Bei der Verwendung des kolloidalen Graphits tritt weiterhin, vor allem wenn genügendes Eindringen in die Tiefe gefordert wird, der Nachteil auf, daß eine Vergrößerung des Verluststromes eintritt.

Um Arbeitsgänge, wie Aufbringen der Graphit-

Verfahren zur Herstellung eines gewickelten
Oixydkondensators mit einem Halbleiter als
Kathode

Anmelder: -

Fujitsu Limited, Kawasaki (Japan)

Vertreter: , * -

Dipl.-Ing. R. Barckhaus

und Dipl.-Ing. K. Schellhorn, Patentanwälte,

München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Takeshi Namikata, Kawasaki;

Dipl.-Ing. Kentaro Hirata, Tokio (Japan)

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 15. April 1964 (39-21157)

schicht, Aufspritzen der metallischen Stromzufüh-"rungen usw., die auf die Spannungsfestigkeit des Kondensators nachteilig einwirken, zu ersparen und dennoch Wickelkondensatoren mit guter Kennlinie zu erzielen, kann man daran denken, den Reihenwiderstand der Halbleiterschicht dadurch herabzusetzen, daß man eine Anoden- und eine Kathodenfolie zusammenwickelt.

Bei der Wicklung der Anoden- und Kathodenfolie unmittelbar aufeinander tritt jedoch im allgemeinen ein Kurzschluß ein, so daß das Element nicht ver. wendet werden kann. Um den direkten Kontakt der beiden Folien zu vermeiden, muß somit ein Abstandshalter zwischen den beiden vorgesehen werden.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, auf die Kathodenfolie einen elektrisch leitenden Lack aufzubringen.

Bei der Aufbringung des Mangandioxyds muß ferner der Abstandshalter genügend wärmebeständig sein, weil Mangannitrat, von dem man ausgeht, im allgemeinen bei 300 bis 400° C zur Überführung in Mangandioxyd thermisch zersetzt wird. Als solch ein Abstandshalter ist bekanntlich Glasgewebe vorteilhaft. Die Summe der Gewebelöcher eines Glasgewebes ist jedoch gegenüber der Gesamtfläche ziem-

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lieh klein, weiterhin wird der Abstand der beiden Elektroden voneinander vergrößert, so daß mit der Benutzung eines Abstandshalters der Reihenwiderstand vergrößert wird und damit auch die Frequenzkennlinien verhältnismäßig ungünstig werden. Außerdem ist im Prinzip das Glasgewebe, gesehen von der Funktion des Kondensators her, ganz unnötig. Es werden unnötigerweise nur die Abmessungen des Kondensators vergrößert und auch der Kostenaufwand an Material erhöht.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Oxydkondensators mit einem Halbleiter als Kathode, bei dem die Anodenfolie und die metallische Stromzuführung zur Kathode als Folie zusammengewickelt sind und der Wickelkörper mit einer Lösung eines in ein halbleitendes Oxyd umzuwandelnden Salzes imprägniert wird, ohne daß ein aus insbesondere wärmebeständigem Isolierstoff bestehender Abstandshalter, wie Gewebe oder poröser Isolierstoff, verwendet wird, ao Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die kathodische Folie vor dem Wickeln auf ihrer Oberfläche zunächst mit einer dünnen, dichten und gut haftenden Halbleiterschicht zu versehen. Die kathodische Folie kann mit einer durch anodische Oxydation mit einer elektrischen Oxydschicht bedeckten Anodenfolie, die ebenfalls mit einer dünnen Halbleiterschicht bedeckt ist, zusammen aufgewickelt werden. Nach Festlegen der Folienenden am Wickelkörper wird dieser in eine die Hohlräume ausfüllenden Lösung eines Halbleiterstoffes getaucht, wonach unter Anwendung bekannter Verfahrensschritte, z.B. thermischer Zersetzung der Lösung, zwischen den beiden Folien eine zusammenhängende Zwischenlage aus Halbleitermaterial gebildet wird, worauf eine Nachformierung durchgeführt wird.

Es kann sich als zweckmäßig erweisen, nach der Herstellung des Wickelkörpers die durch die Wicklung hervorgerufenen Störungen in der Oxydschicht zunächst in der üblichen Weise durch Nachformierung zu beheben und dann erst das Element in die Lösung des Halbleiterstoffes, z. B. Mangannitratlösung, zu tauchen.

Wird nach der Herstellung des Wickelkörpers dieser Vorgang ein- oder zweimal wiederholt, kann ein Wickelkondensator mit ausreichend günstigen Kennlinien hergestellt werden.

Nach der Erfindung sind somit sehr vorteilhaft Kondensatoren herzustellen, weil die dünnen, dichten und gut haftenden, auf den Elektroden vorher erzeugten Halbleiterschichten selbst als Abstandshalter dienen, ohne daß zusätzliche Abstandshalter, wie Glasgewebe od. dgl., vorgesehen werden müßten.

Der erfindungsgemäße Wickelkondensator ist so hergestellt, daß eine Ventilmetallfolie, z.B. Aluminiumfolie, mit einer Dicke von 100 μ und einer Reinheit über 99,99% gerauht wird und daß darauf die Folie in einer Formierlösung anodisch oxydiert und danach gegebenenfalls auf die Oberfläche Mangandioxyd durch thermische Zersetzung von Mangannitrat aufgebracht wird. Die kathodische Folie wird, ohne sie zu formieren, mit einer dünnen, dichten und gut haftenden Mangandioxydschicht bedeckt und danach beide Folien zusammen aufgewickelt. Die Folienenden werden mittels wärmebeständigen Harzes am Wickelkörper befestigt oder der Wickel mit Aluminiumband zusammengehalten. Zwecks Ausbesserung der Schäden in der Oxyd-

schicht wird nachformiert und danach der Wickelkörper mit Mangannitratlösung getränkt. Durch eine Wärmebehandlung bei 250 bis 350° C wird das Mangannitrat thermisch in Mangandioxyd zersetzt, dann wird nachformiert, wobei der Vorgang des Tauchens,Zersetzens undNachformierens z.B. zweimal wiederholt wird und dann das Kondensatorelement beispielsweise in ein Gehäuse untergebracht wird.

Es genügt hierbei, wenn die vorher auf die kathodische Folie aufgebrachte Halbleiterschicht dünn, dicht und gut haftend ist, gleichgültig, ob die Aufbringung durch thermische Zersetzung, Elektrolyse oder andere Verfahren erfolgt.

Es können außer dem Mangandioxyd auch andere Halbleiter, wie Bleioxyd, Bleisulfid, Zinnoxyd usw., verwendet werden. Man kann auch feines Mangandioxydpulver in Lack suspendieren, auf die kathodische Metallfolie aufbringen und trocknen und die auf diese Weise gebildete kathodische Folie verwickeln. Der Lack wird bei der thermischen Zersetzung des Mangannitrates im nächsten Arbeitsgang zersetzt und verkohlt. Auch in dieser Weise kann ein Wickelkondensator mit günstiger Kennlinie infolge der Erhöhung der Leitfähigkeit der Halbleiterschicht hergestellt werden.

Für die kathodische Folie kann auch ein vom Anodenmetall abweichendes Metall verwendet werden. Es ist vorteilhaft, als Anode das hochwertige Metall wie Tantal oder Titan und für die kathodische Folie das demgegenüber weniger wertvolle Aluminium zu verwenden.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.

F i g. 1 zeigt einen Wickelkondensator nach der Erfindung;

Fig.2 zeigt einen bekannten Kondensator, bei dem nur die Anode gewickelt ist, und

F i g. 3 zeigt einen Kondensator, bei dem ein Glasgewebe od. dgl. als Abstandshalter zwischen beiden Folien vorgesehen ist.

In F i g. 1 bedeutet 1 die Anodenfolie, 2 die anodisch oxydierte Schicht, 3 die auf der anodisch oxydierten Schicht gegebenenfalls aufgebrachte, z. B. aufgeschmolzene Halbleiterschicht aus z. B. Mangandioxyd, 5 die auf der kathodischen Folie 6 aufgebrachte dünne, dichte und gut haftende Halbleiterschicht, während 4 die nach dem Wickeln des Kondensatorelementes durch Tauchen und thermische Zersetzung erzeugte Füllschicht aus Halbleitermaterial darstellt; 7 sind die Anoden- und Kathodenzuleitungen.

In F i g. 2 sind 1 die Anodenfolie, 2 die anodisch oxydierte Schicht, 3 die Halbleiterschicht, 4 eine Graphitschicht, 5 eine aufgespritzte Metallschicht und 6 die Anoden- und Kathodenzuleitungen.

In F i g. 3 zeigen 1 die Anodenfolie, 2 die anodisch oxydierte Schicht, 3 den wärmebeständigen isolierenden Abstandshalter, 4 die Halbleiterschicht, 5 die kathodische Folie und 6 die Anoden- und Kathodenzuleitung.

In F i g. 4 und 5 ist ein Vergleich der Kennlinien zwischen dem in F i g. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel und den in F i g. 2 und 3 gezeigten bekannten Kondensatoren dargestellt. In F i g. 4 sind die Frequenzkennlinien der Kapazität und des Verlustwinkels und in F i g. 5 die Temperaturkennlinien dafür gezeigt. In beiden Figuren be-

Claims (7)

deutet a die Kennlinien des Ausführungsbeispieles nach der Erfindung, b die des in F i g. 2 dargestellten Kondensators, bei dem nur eine Anodenfolie aufgewickelt ist, und c die des in Fig. 3 dargestellten Wickelkondensators mit Abstandshalter. Daraus kann entnommen werden, welch günstige Kennlinien der erfindungsgemäße Wickelkondensator aufweist. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Oxydkondensators, bei dem die mit einer dielektrischen Oxydschicht versehene Anodenfolie mit einer Kathodenfolie zusammen aufgewickelt wird, der Wickelkörper mit einer Lösung eines in ein halbleitendes Oxyd umzuwandelnden Salzes imprägniert, hierauf getrocknet und zwecks Pyrolyse erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenfolie vor dem Wickeln auf ihrer Oberfläche zunächst mit einer dünnen, dichten und gut haftenden Halbleiterschicht versehen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausfüllen der Zwischenräume zwischen den Folien und die Nachformierung mehrmals wiederholt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aufgerauhte Anodenfolien verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kathodische Folie ebenfalls aus Ventilmetall, gegebenenfalls gerauht und/oder gegebenenfalls formiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der vorher herzustellenden dünnen Halbleiterschicht auf den Folien der feinpulverisierte Halbleiter in Lack suspendiert auf die Folienflächen aufgebracht, getrocknet und durch eine thermische Behandlung der Lack zersetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Anodenmaterial Tantal und als kathodisches Metall Aluminium benutzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial Mangandioxyd, Bleidioxyd, Bleisulfid oder Zinnoxyd benutzt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1142 968.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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