DE1489037C

DE1489037C - Verfahren zur Herstellung von elektri sehen Kondensatoren

Info

Publication number: DE1489037C
Authority: DE
Inventors: Leon Israel Poughkeepsie; Standley Charles Lambert Wappingers Falls; N.Y. Maissei (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Publication date: 1972-11-09

Description

herstellbar sind, welche die Nachteile der bekannten Kondensatorausführungen nicht aufweisen, sondern bei verringerten Verlustströmen eine verbesserte Leistung erbringen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen, daß zur Anwendung bei der Herstellung von Dünnschichtkondensatoren nach dem zur Bildung des Leitungsmusters des ersten Belags dienenden Ätzvorgang und vor dem Ablösen der Ätzmaske ein erster Anodisationsvorgang durchgeführt wird.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht man somit durch den vorgesehenen ersten Anodisierungsvorgang, daß die dielektrische Schicht an denjenigen Stellen verstärkt wird, ah denen bisher das Durchschlagen von Kondensatoren bevorzugt auftrat, nämlich an den zueinander gerichteten Flächen der Kanten der leitenden Streifen. Bei gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kondensatoren ist die Durchschlagfestigkeit erheblich verbessert und damit auch das Auftreten von hohen Verlustströmen vermieden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert.

F i g. 1 zeigt schaubildlich eine leitende dünne Metallschicht mit einem darüberliegenden ätzfesten Streifen;. . . .

F i g. 2 zeigt in stark übertriebener Dicke den Schnitt durch einen Metallstreifen mit darüberliegendem, abdeckendem Streifen und dazwischen eingedrungener Oxydschicht;

F i g. 3 ist die Draufsicht auf die beiden sich kreuzenden leitenden Streifen. eines Kondensators, und

F i g. 4 zeigt, wiederum in stark überhöhter Dicke, einen Schnitt durch den Kreuzungspunkt zweier leitender Schichten mit der dazwischenliegenden dielektrischen Schicht.

Zur Herstellung eines Dünnschichtkondensators wird gemäß F i g. 1 zunächst ein dünner Metallfilm 10 mittels eines der bekannten Verfahren, z.B. Aufdampfen im Vakuum oder Zerstäuben, auf ein geeignetes Trägermaterial (nicht gezeigt) aufgebracht. Die Metallschicht 10 besteht nach dem Ausführungsbeispiel aus Tantal, jedoch sind auch andere Metalle geeignet, wie beispielsweise Aluminium, Zirkon, Titan, Hafnium oder Niob. Das Trägermaterial besteht vorzugsweise aus Glas oder einem glasierten Keramiksubstrat, jedoch sind auch andere Werkstoffe geeignet, soweit sie elektrisch nichtleitend sind und einen hohen Schmelzpunkt aufweisen.

Auf der Tantalschicht 10 sind parallele, gegen Ätzen widerstandsfähige Streifen 11 aufgebracht, die als Maske für das herzustellende Muster dienen. Mittels Ätzung werden nun alle diejenigen Bereiche der Tantalschicht 10 entfernt, die nicht durch einen der Streifenil bedeckt sind. Nach dem Ätzen verbleiben nunmehr die Streifen 11 zunächst auf den nicht weggeätzten Bereichen der Tantalschicht 10. Die gebildeten Tantalstreifen 11a werden nun als Anode in ein Elektrolytbad eingetaucht, und bei diesem Anodisationsvorgang verhindern die Streifen 11 die Bildung von Oxyden auf den Streifen 11a nicht vollständig. Es . bildet sich nämlich, wie feststellbar ist, eine Oxydschicht 12 unter den Streifen 11, und zwar insbesondere an den Kanten des Tantalstreifens 11a. Die Stärke dieser Oxydschicht ist abhängig sowohl von der angelegten Anodenspannung als auch von der Leitfähigkeit des Elektrolyten. Diese Abhängigkeits-Verhältnisse sind erläutert durch Zahlenbeispiele in der folgenden Tabelle 1

Anoden	Oxydschicht in μΐη ah den Kanten	30 % Na₂SO₄ .
spannung	bei einer Elektrolytkonzentration von	50
ίο (Volt)	0,1 °/₀ Na₂SO₄	50 -
20	55	78
30	65	108
40	98
15 60	144

Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß man somit für den

... beschriebenen ersten Anodisationsvorgang, also solange der Streifen 11a des Tantalfilmes noch bedeckt

ao ist, eine höhere Anodenspannung einstellt, als wenn die Tantalschicht unbedeckt anodisiert wird.

Nach dem Aufbringen der Oxydschicht 12 werden nun die Streifen 11 von den darunterliegenden Metallstreifen 11α und der dazwischen aufgebrachten Oxyd-

a5 schicht 12 entfernt, beispielsweise durch einen entsprechenden Ätzvorgang. Dann wird die Tantal-. schicht 10, die sich nun in Form von dünnen parallelen Metallstreifen 11a auf dem Träger befindet, erneut einem Anodisationsvorgang unterzogen, wobei eine dielektrische Schicht 13 erzeugt wird. Schließlich bringt man, wie in F i g. 3 dargestellt, unmittelbar auf die Schicht 13 einen leitenden Gegenbelag 14 auf, und zwar quer zur Streifenrichtung der Schicht 10.

Bei der so erhaltenen Anordnung bilden die Schicht 10 und die Schicht 14 die beiden Beläge des Kondensators, wobei die Buchstaben ABCD das Quadrat kennzeichnen, das durch die Kreuzung des Gegenbelags 14 mit der Tantalschicht 10 gebildet wird.
Wie F i g. 4 zeigt, weist ein auf diese Weise hergestellter Kondensator an seinen Kanten AC und BD wesentlich stärkere Oxydschichten auf als an den übrigen Stellen im Kreuzungsbereich der beiden Streifen 10 und 14. Diese verhältnismäßig dicken Oxydschichtbereiche verhindern die mögliche Bildung von

schwachen Stellen längs der Schichtkanten, und auf diese Weise wird die Leistungsfähigkeit des Kondensators erheblich verbessert, insbesondere, wie erwähnt, hinsichtlich seiner Durchschlagfestigkeit und seiner Verluststromcharakteristik. , ,

Einen Vergleich zwischen einem Kondensator, der

, durch das beschriebene Verfahren mit doppelter Anodisation hergestellt wurde, mit einem ohne Kantenanodisation erzeugten Kondensator verdeutlicht die folgende Tabelle 2

Anodisations-	60	16	Ausbeute bei ■	Ausbeute beim
spannung	24	bekannten Kondensatoren	neuen Kondensator
(Volt)	36	·/·	%

54	76
48	78
50	60

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2

sogenannte gedruckte Kondensator. Er wird in drei

Patentanspruch: Verfahrensschritten hergestellt: Zuerst wird auf einem

geeigneten Träger eine dünne Schicht eines leitenden

Verfahren zur Herstellung von elektrischen Materials aufgebracht, und zwar durch eines der beKondensatoren, deren dielektrische Schicht durch 5 kannten Verfahren, wie Aufdampfen im Vakuum oder oberflächliche anodische Oxydation des ersten, aus Zerstäuben. Beim zweiten Verfahrensschritt wird diese einem Ventilmetall oder mehreren solcher Metalle Metallschicht elektrolytisch anodisiert, um eine di-(Tantal, Aluminium u. a.) bestehenden Belags ge- elektrische Oxydschicht zu erzeugen. Schließlich wird, bildet und durch einen weiteren Anodisierungs- als dritter Schritt, ein elektrisch leitender Gegenbelag schritt im Bereich der Belagkanten verdickt wird io auf die dielektrische Oxydschicht unmittelbar auf- - und bei dem auf dem Dielektrikum ein zweiter gebracht.

Belag aufgebracht wird, dadurch ge kenn- .Die Leistung der durch dieses Verfahren herstellze ichnet, daß zur Anwendung bei der Her- baren Kondensatoren ist jedoch unbefriedigend. Die stellung von Dünnschichtkondensatoren nach dem Ursache hierfür ist zwar nicht exakt ermittelbar, aber zur Bildung des Leitungsmusters des ersten Belags 15 gewisse Anzeichen deuten darauf hin, daß diese dienenden Ätzvorgang und vor dem Ablösen der Kondensatoren verhältnismäßig schnell an den Kanten Ätzmaske ein erster Anodisationsyorgang durch- überschlagen, die sich im Bereich der sich kreuzenden geführt wird. Streifen der leitenden Schichten befinden.

In der deutschen Patentschrift 889 324 ist, aus-'

. . ao ,gehend von den Schwierigkeiten der Stromzufuhr zum

Gegenbelag bei solchen Kondensatoren und weiterhin

. ausgehend davon, daß eine stirnseitige Kontaktierung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung wegen der nur wenig durchschlagfesten Umsetzungsvon elektrischen Kondensatoren, deren dielektrische schichten ungeeignet ist, da bei der Metallisierung der Schicht durch oberflächliche anodische Oxydation des 35 Ränder zuviele Fehlerstellen geschaffen werden, als ersten, aus einem Ventilmetall oder mehreren solcher Abhilfemaßnahme beschrieben, die Teile einer strom-Metalle (Tantal, Aluminium u. a.) bestehenden Belags zuführenden Metallfolie, die auf nicht mit Gegenbelag gebildet und durch einen weiteren Anodisierungs- versehenen Teilen des an der Oberfläche umgesetzten schritt im Bereich der Belagkanten verdickt wird und Mutterbelags aufliegen, mindestens aber die Teile, die bei dem auf dem Dielektrikum ein zweiter Belag auf- 30 mit den Schnittkanten des Mutterbelags zur Deckung gebracht wird. kommen, mit einem isolierenden Überzug zu versehen.

Die leitenden Schichten derartiger Kondensatoren In der deutschen Patentanmeldung B 29 212 VIIIc/

bestehen vorzugsweise aus oxydierbaren Metallen, 21 g ist weiterhin eine Lösung offenbart, wie die Selbstauch als Ventilmetalle bezeichnet, weil die Oxyde der- heilungseigenschaft eines dielektrischen Belages bei artiger Materialien nicht nur leicht herstellbar, sondern 35 Unterbrechung oder Durchschlag eines Kondensators auch als Dielektrikum für Kondensatoren hervor- aufrechterhalten werden kann; die dort veröffentlichte ragend geeignet sind. Außerdem erhalten sie bei ihrer Lösung besteht in dem Aufbringen einer zusätzlichen Bildung durch das bekannte Verfahren der elektro- Isolationsschicht auf einer kleinen Fläche des Dieleklytischen Abscheidung, als Anodisierung bezeichnet, trikums nahe einer Kante der Metallunterlage, wobei eine einwandfreie Verbindung zu der betreffenden 40 sich diese Schicht zwecks Trennung vom Trägerschicht-Metallschicht, körper über die Kante hinweg erstreckt. Die obere Es sind, im wesentlichen drei Arten von Konden- Fläche dieser zusätzlichen Isolationsschicht geht dann satoren bekannt, bei denen anodisierte Elektroden ver- '. bzw. stetig in die Flächen des Dielektrikums und des wendet werden: Erstens der sogenannte Naß-Elektro- Trägerbleches über, um die Stetigkeit der Verbindung lytkondensator, zweitens der sogenannte Trocken- 45 zu gewährleisten. Hierdurch ist somit die Lehre ge-Elektrolytkondensator und drittens der sogenannte geben worden, eine zusätzliche Isolationsschicht aus gedruckte Kondensator. einem nichtleitenden Bindemittel, z. B. Harz, an be-Die erste Art besteht aus einer in einen flüssigen stimmten Regionen und von veränderlicher Dicke Elektrolyten getauchten anodisieren Elektrode, und anzuordnen. Die dielektrische Schicht hingegen ist bei als zweite Elektrode dient der Elektrpiytbehälter selbst. 50 dem dort beschriebenen Kondensator, ebenso wie bei Bei dieser Art werden zwar Fehler in der dielektrischen der Ausführung gemäß der vorher genannten deutschen Schicht selbsttätig ausgeglichen, aber durch die ver- Patentschrift, durchweg von einheitlicher Dicke. Dieser hältnismäßig große Menge des benötigten Elektrolyten Maßnahme haftet insbesondere der Nachteil an, daß ist sie unhandlich und für Kondensatoren in Miniatur- das Auftragen der zusätzlichen Isolierschicht einen Schaltungseinheiteri völlig ungeeignet. Die zweite Art, 55 besonderen Arbeitsgang erfordert,
der sogenannte Trocken-Elektrolytkondensator, be- Die Kondensatorausführung gemäß der USA.-steht aus einem anodisierten porösen Körper, der Patentschrift ,2 930 951. weist hingegen eine dielekzuerst mit Mangandioxyd und dann mit einem als trische Schicht auf, bei der ein bestimmter Bereich mit zweiter leitender Elektrode wirksamen elektrisch lei- größerer Dicke ausgestaltet ist. Es handelt sich hier tenden Material beschichtet ist. Das Mangandioxyd 60 jedoch um zwei dielektrische Schichten, die sich wehat den gleichen Zweck und Vorteil wie die Elektrolyt- sentlich voneinander unterscheiden, und zwar sowohl flüssigkeit bei der vorher beschriebenen Ausführungs- hinsichtlich ihrer Zusammensetzung als auch hinsichtart. Obwohl diese Kondensatorausführung eine we- lieh ihrer Dicke, die somit also ganz verschiedene sentlich gedrängtere Baugröße aufweist, ist sie wegen Eigenschaften haben.

ihrer Abmessungen für die Anwendung in gedruckten 65 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein VerSchaltungen, Mikromoduln u. ä., ebenfalls ungeeignet, fahren zur Herstellung elektrischer Kondensatoren Am besten eignet sich die für neuerdings Vorzugs- nach der eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, weise gewünschten Anwendungen die dritte Art, der durch dessen Anwendung Dünnschichtkondensatoren