DE1564035A1

DE1564035A1 - Kondensatoren

Info

Publication number: DE1564035A1
Application number: DE19661564035
Authority: DE
Inventors: West Robert Arthur
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1965-09-24
Filing date: 1966-09-23
Publication date: 1970-05-14
Also published as: US3531382A; GB1114336A

Description

Die Erfindung betrifft anodische Oxyd-Trockenkondensatoren und insbesondere ein verbessertes Verfahren zur Herstellung anodischer Oxyd-Trockenkondensatoren mit einer verbesserten volumetrisehen Wirksamkeit.

Die Trockenkondensatoren vom anodischen Oxydtyp bestehen aus einem Basismetall, einer darauf befindlichen dielektrischen Schicht, die aus einem anodisch gebildeten Metalloxyd besteht, und einer metallischen Gegenelektrode. Es ist bekannt, daß die Gegenelektrode auf der anodischen Oxyd-dielektrischen Schicht mittels Vakuumverdampfung eines Metalle niedergeschlagen wurde. Bei dew herkömmlichen Vakuumverdampfungs-NiederseSilagßiigsvörfahren zieht sich das Metall, das nieder-

008820/0590

Pafenfanwäfte Oipl.-Irrg. Ate'fir. Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axe! Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann 8 MCMCHEN. 2, THERESjgNSTRASSE 33 · Telefon: nz\ 02 ■ Telegramm-Adrette i Upatli/Mönchen

Opp*;ir.vs! 39ro: PATi-NTANVMLT DR. BEINHOtD SCHMIDT

geschlagen werden soll, von der Quelle zu dem zu bedeckenden Substrat in einer Linie einer sichtbaren Bahn, Dadurch wird die Niederschlagung einer Gegenelektrode auf anderen Oberflächen als flachen Oberflächen, wie beispielsweise auf Draht oder aufgewickeltem Draht verhindert. Ebenfalls wird die Niederschlagung einer Gegenelektrode auf den Seitenwänden der Poren einer porösen Schicht wie beispielsweise einer anodischen Oxydsehieht verhindert, wobei das Metall normalerweise vollständig die Poren füllt. Da die Kapazität eines Kondensators proportional ist zu der Fläche der Gegenelektrode, ist die volle volumetrische Wirksamkeit der Troekenkondensatoren vom anodischen Oxydtyp nicht realisiert worden.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Trockenkondensator vom anodischen Oxydtyp herzustellen, der eine erhöhte volumetrische Wirksamkeit besitzt.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Trockenkondensators vom anodischen Oxydtyp mit erhöhter volunetrischer Wirksamkeit durch die Bildung einer anodischen Oxyd-dielektrischen Schicht auf einer Basismetallelektrode und durch anschließende Bildung einer Metallgegenelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß erstens die Basismetallelektrode vor der Bildung der anodischen Oxydschicht geätzt wird und zweitens die metallische Gegenelektrode gebildet wird, indem die anodische Oxydschicht mit einer in der Hitze zersetzbaren organometallischen Verbindung, vorzugsweise mit einer Metal1-carbonylverbindung, aus der nach der Zersetzung ein freies

009820/0590

Metall entsteht, in Kontakt gebracht wird, and die zersetzbare Verbindung auf eine Temperatur oberhalb ihrer Zersetzungstemperatur erhitzt wird, um die Verbindung zu zersetzen und eine metallische Gegenelektrode auf und innerhalb der anodischen Oxydschicht niederzuschlagen.

Die Basismetallelektrode besteht vorzugsweise aus Aluminium, normalerweise in der Form eines fortlaufenden Drahtes. Die organometallische Verbindung ist vorzugsweise Niekelcarbonyl, Eisencarbonyl, Kupferearbonyl oder Kobaltcarbonyl. Vorzugsweise wird die organoaetallisehe Verbindung mit der anodischen Oxydschicht in Eontakt gebracht, indem ein inertes Trägergas durch eine zersetzbare flüssige organometallische Verbindung geleitet wird, das Trägergas und die organometallische Verbindung erhitzt werden, um die Verbindung zu verdampfen und sie dann im Dampfzustand mit der anodischen Oxydschicht in Kontakt zu bringen.

Die Erfindung betrifft ebenfalls Kondensatoren, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Aluminiumoxydkondensator, der dadurch hergestellt wird, daß ein Aluminiumbasismetall aufgerauht wird, anodisch darauf Aluminiumoxyd niedergeschlagen wird, daß Basismetall mit Nickelcarbonyl entweder in einer flüssigen oder in einer gasartigen Form in Kontakt gebracht wird und daß Carbonyl zersetzt wird, um eine Nickelgegenelektrode innerhalb der Poren des Aluminiumoxyds niederzuschlagen. Vorzugsweise befindet sich das Basismetall in der Form einer Drahtspule.

009820/0590

Durch das Ätzen der Basiselektrode werden zahlreiche gleichartige Oberflächen gebildet. Dadurch entsteht eine Basis Hit einer großen Oberfläche ohne daß die Gesamtgröße der Basis vergrößert wird. Die auf der Basis niedergeschlagene anodische Oxydschicht hat ebenfalls eine größere Oberfläche. Die Verwendung der in der Hitze zersetzbaren Metallearbonylverbindung für die Niederschlagung der Gegenelektrode berücksichtigt die vollständige Verwendung dieser großen Fläche, da die Verbindung in die porösen Flächen fließen kann und die Wände davon bedeckt«, ohne daß die Poren mit dem Gegenelektrode-Bietall gefüllt werden. Da die Kapazität des Kondensators proportional ist zu der Fläche der Gegenelektrode, wird ein Kondensator nit einer erhöhten volumetrischen Wirksamkeit hergestellt.

Die Metallbasis, die die erste Elektrode des Kondensators ist und auf der die anodische Oxyd-dielektrische Schicht niedergeschlagen wird, kann die For« einer flachen Platte, wie beispielsweise einer Metallfolie besitzen, hat aber vorzugsweise die Form einer Drahtspirale, da die Spirale eine größere Metalloberfläche je Volumeneinheit besitzt und die Herstellung des Kondensators erleichtert. Das Metall kann aus Aluminium, fantal, Niob oder aus einer Metallegierung, wie beispielsweise Titan-Zirkon oder Titan-Molybdän bestehen, wobei Aluminium bevorzugt wird.

Die Metallbasis wird vorzugsweise geätzt, um zahlreiche Poren und Löcher innerhalb der Oberfläche der Basis zu schaffen und dadurch die Oberfläche der Basis zu vergrößern. Das Basis-

009820/0590

Bietall kann chemisch geätzt werden, indem das Metall in ein saures Bad, beispielsweise in ein Salzsäure- oder in ein Dichroaatbad«eingetaucht wird. Das Basismetall kann ebenfalls mechanisch beispielsweise mittels eines Sandgebläses geätzt werden. Alle bekannten Mittel zur Ätzung einer Metallfläche können in dem Verfahren nach der Erfindung verwendet werden.

Nach der Ätzung der Metallbasis wird eine anodische Oxyd-dielektrisehe Schicht auf das Basismetall niedergeschlagen. Das anodische Oxyd wird durch Anodisieren eines Metalls, wie beispielsweise Aluminium, Tantal, Niob oder einer Metallegierung.wie beispielsweise Titan-Zirkon oder Titan-Molybdän gebildet, wobei Aluminium bevorzugt wird. Das Anodisieren wird durchgeführt, indem das Metall in einen filmbildenden Elektrolyten, wie beispielsweise Borsäure, Weinsäure, Phosphorsäure und Salze davon, Glyeoboraten, Zitronensäure oder anderen für diese Zwecke bekannten Elektrolyten, eingetaucht wird. Das Verfahren zur Bildung des anodischen Oxyds und die dazu verwendeten Spannungen sind gut bekannt und bedürfen keiner weiteren Erläuterung.

Die organometallischen Verbindungen, die in dem Verfahren nach der Erfindung verwendet werden, sind verdamplbare,ζersetzbare Verbindungen, die nach ihrer Zersetzung kein freies elektrisch leitendes Metall liefern. Zu den verschiedenen organoaetaiIisehen Verbindungen, die verdampft werden können, und die n&ch Zersetzung bei höheren Temperaturen einen elektrisch leitendem Mittal if il» niederschlagen, werden folgende Metall-

009820/0B90 ^ßAD ORi_GJNAL

carbonylverbindungen bevorzugt: Niekelearbonyl, Eisencarbonyl, Kupferearbonyl, Kobaltcarbonyl usw. Niekelcarbonyl wird besonders bevorzugt, da es leicht bei einer Temperatur von annähernd 40 C verdampft werden kann und sich bei einer Temperatur von weniger als 1OO°C zersetzt.

Die Metallbasis mit der darauf befindlichen anodischen Oxyd-dielektrischen Schicht wird vorzugsweise in einer geschlossenen Kammer zur Abscheidung der Gegenelektrode eingesetzt. Die geschlossene Kammer ist mit Heizungsvorrichtungen versehen, so daß die organometallische Verbindung innerhalb der Kammer verdampft werden kann. Die Heizvorrichtungen können sich in der Kammer selbst befinden, beispielsweise als elektrische Induktionsheizdrähte oder können die Kammer von außen her beheizen, beispielsweise in Form eines Ofens oder von die Kammer umgebenden Dampfrohrleitungen·. Die organometallische Verbindung wird zwar vorzugsweise innerhalb der Kammer verdampft, kann aber auch in einem davon getrennten Behälter verdampft werden und mittels geeigneter Vorrichtungen in Dampfform der Kammer zugeführt werden. Ebenfalls kann ein erhitztes inertes Gas, wie beispielsweise Stickstoff ,dazu verwendet werden die Verdampfung der organometalIisehen Verbindung hervorzurufen.

Die organometallische Verbindung wird der Kammer in einer geeigneten Weise zugeführt, beispielsweise in einer Lösungsmittellösung oder in einer Flüssigkeit, und zwar abhängig von der physikalischen Natur der Verbindung bei Zimmertemperatur.

009820/0590

Wenn eine flüssige organometallisehe Verbindung wie beispielsweise Niekelcarbonyl verwendet wird, dann wird vorzugsweise ein inertes Trägergas durch die Flüssigkeit geleitet unddann das Trägergas zusammen mit der von ihm transportierten Carbonylverbindung in die geschlossene Kammer eingeführt. Jedes inerte Gras kann zu diesem Zweck verwendet werden, bevorzugt werden jedoch Stickstoff, Argon und Helium. Nach der Einführung in die Kammer wird die Carbonylverbindung erhitzt, um zu verdampfen und den zu bedeckenden Gegenstand zu umgeben.

Die Zersetzung der organometallischen Verbindung wird auf geeignetem Wege erreicht. So kann die Verbindung zersetzt werden, indem die Temperatur innerhalb der Beschichtungskammer durch die Verwendung eines erhitzten Gases wie beispielsweise Dampf erhöht wird oder der beschichtete Gegenstand in einem Ofen erhitzt wird. Alternativ kann auch ein elektrischer Strom durch den beschichteten Gegenstand geleitet werden, um eine Erhöhung der Temperatur des Gegenstandes oberhalb der Zersetzungstemperatur der organometallischen Verbindung zu verursachen.

Nach der Zersetzung der Metallgegenelektrode kann der Kondensator mit nichtleitenden Materialien, wie beispielsweise mit einem Epoxy- oder Siliconharze eingekapselt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung wird durch das folgende Beispiel näher erläutert.

Ein Stück Aluminiumdraht (99,9 #iges reines Aluminium) mit einem Durchmesser von 0,040 cm und einer Länge von 12,7 cm wurde auf einem Kunststoffrohrstück, das einen Durchmesser von

009820/0590

0,173 cm besaß, zu einer Spirale aufgewickelt. Die Drahtspirale konnte chemisch oder elektrolytisch mittels bekannter Methoden geätzt werden. Die Spirale wurde dann in ein Elektrolytbad eingetaucht, das Borsäure enthielt, and anodisiert bis eine Spannung ron 125 ToIt erreicht wurde. Die anodisierte Spirale wurde getrocknet und in eine geschlossene Kammer hineingesetzt. Dann wurde Nickelearbonyl mittels Stickstoffgas in die Kammer eingeleitet und die Kammer auf annähernd 45⁰C erhitzt um das Nickelearbonyl zu verdampfen und den Dampf die Poren der anodischen Oxydschicht durchdringen zu lassen. Die Temperatur wurde dann auf 100⁰C erhitzt und die Carbonylverbindung zersetzte sieh, wobei sich eine Gegenelektrode aus Nickel auf der anodischen Oxydschicht niederschlug. Ein Kontrollversuch, der unter den gleichen Bedingungen wie oben angegeben durchgeführt wurde, jedoch ohne den Ätzungsschritt, ergab einen Kondensator, der eine Kapazität von 65000 Pico Farad bei 75 Volt besaß. Das Volumen der Spirale betrug 0,0295 ear und die Kapazität entsprach 37 MPDS je 16,39 em⁵. Nach der Verkapselung dieser Vergleichsprobe wurde eine Kapazität von 25 MPDS je 16,39 cm' realisiert. Der nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte Kondensator lieferte gegenüber der Vergleichsprobe eine 10 bis 12 Mal größere Kapazität im Bereiche von 370 bis WhK MPDS.

009820/05 9 0

Claims

OO IvJ O •οι ■ο

1. Verfahren zur Heratellong einen Troekenkondeae«tore ▼ob anedieohen Oxydtyp alt erhöhter rolueetriicher Wlrk··*- keit durch die Bildung einer anedieohen Oxyd-dielektriechen Sohicht aaf einer Baaieaetai!elektrode unft duroh an«ohUe8ende Bildung einer Metal!gegenelektrode, dadurch gekennselohnet, daß eretene die laaiaaetallelektrede vor der Bildung der anodlichen Oxydeohioht geätzt wird and sveitene die «etallieehe Gegenelektrode gebildet wird, lnde» die «nedisehe Qxydsehioht ■it einer In der Hitze ersetzbaren erganenetallieohea Verbindung, Yerzugaveiee sit einer Äetallearbe»ylTer»iad«ie» a«a der f&aeh der Semetzung ein freie· Metall entsteht, ia *emtakt

Vertiedong auf elae fe«peratnr

•reitst wir«, s» die ?er~ Qegen*!«fetrede aaf

.-Phyi. 5(JSas*onlfirrmarm

lchf, uP.-Wirfäai.-mg. ΑκβΓΡίαηίηιαηη, ΰΤρΓ

6 KCh¹CHgK 2, ΤΗΕΈ6·Ι8Ν8ΐ?ϊΑββ8 83 · Teiefeni292ieS ■ T«!eeromm-Ae!r««»i I

Csr-':v3irb;HdwJS-?n» Ueüfssfo» Banfc A®, Pjtlol» MSn'then, Dep.-Kaiw VikiuaüenmarW, Konte-Nr. W39i38 !}■■:.r. *^fa-.*U:ifc-jnii Μ"ΐ)ώ·.ΐ₍ 2v/3!eif- 0»5fflWfiß'Mlller»Wng_# HmMt. K34fö · Po»heh«ek«Kon}Qi MOnchsn Nr. 14339?

C^iECMSiMWt PATSMfAMWAlI BiS. 8C-IKHOlB 8GHMtDY _eA1_ _Λ_

BAD ORIGiNAL

2. Verfahren nach Ansprach i, dadaroh gekennzeichnet, daß die BaalMetallelektrode aas Altuiniiw besteht, vorzugsweise in der Fora ein·· fortlaufenden Drahtes.

3· Verfahren nach Ansprttohen 1 and 2, dadaroh gekennzeiohnet, daB als organoaetallisohe Verbindung Nickelcarbonyl, Eisencarbonyl, Kupfercarbonyl «der KobaltoarbonyI verwendet werden*

%. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3t dadurch gekennzeichnet, defl die organeaetallische Verbindung alt der anodisohen Oiydsohioht in Kontakt gebracht wird, iadea ein inertes Trägergaa durch ein· zersetzbare flüssige organo-■etallisohe Verbindung geleitet wird, dafi TrÄgergas and die organoaetalllache Verbindung zur Verdampfung der organo-■etallisohen Verbindung erhitzt werden und die verdampfte Verbindung ait der anodisehen Oxydsohloht in Kontakt gebracht wird.

5* Kondensator, dadttroh gekennzeichnet, dafi er nach dea Verfahren der Ansprttohe 1 bis % hergestellt worden 1st.

BAD OBiGlNAL

009820/0690