DE19742793C2 - Kapazitives Element (Anodenkörper) für einen Trockenelektrolytkondensator - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung betrifft ein kapazitives Element für einen Trockenelektrolytkondensator, wie einen Tantal- oder einen Aluminiumkondensator.

Wie in der US 5,461,538 (die der JP 7-74062 A entspricht) offenbart und in Fig. 10 anliegender Zeichnung dargestellt, umfaßt ein typi­ sches kapazitives Element A für einen bekannten Trockenelek­ trolytkondensator einen porösen Kondensatorchip A1 und einen Anodendraht A2, der von einer Oberseite A1a des Chips A1 hervorsteht. Der Kondensatorchip 1 wird durch Verdichten von Tantalpulver zu einem porösen Körper und dessen anschließen­ dem Sintern hergestellt. Der Anodendraht A2 besteht eben­ falls aus Tantal. Um eine kapazitive Funktionsweise zu er­ möglichen, wird das kapazitive Element folgenden Verfahrens­ schritten unterzogen.

Zunächst wird, wie in Fig. 11 dargestellt, der poröse, ges­ interte Chip A1 in eine wäßrige Lösung von z. B. Phosphor­ säure getaucht und durch Anlegen eines Gleichstroms einer anodischen Oxidation (elektrolytischen Oxidation) unterzo­ gen. Als Folge wird auf den Oberflächen der Tantalpartikel und einem eingetauchten Fußbereich des Anodendrahtes A2 ein dielektrischer Überzug A3 aus z. B. Tantalpentoxid gebildet, wie in Fig. 12 dargestellt. In folgender Beschreibung wird der Bereich des dielektrischen Überzugs A3, der auf dem Fußbereich des Anodendrahtes A2 gebildet ist, durch die Bezugsziffer A3a und als "Überstand" bezeichnet.

Anschließend wird, wie in Fig. 13 dargestellt, der mit einem Dielektrikum überzogene Chip A1 soweit in eine wäßrige Lö­ sung aus z. B. Mangannitrat getaucht, daß die obere Oberflä­ che A1a des Chips A1 nicht von der Mangannitratlösung be­ netzt wird. Danach wird der Chip A1 für einen Backvorgang herausgenommen. Dieser Schritt wird mehrmals wiederholt, um eine Schicht A4 aus Trockenelektrolyt (z. B. Mangandioxid) auf dem dielektrischen Überzug A3 zu bilden, wie durch die strichpunktierten Linien in Fig. 13 angedeutet.

Zuletzt wird, wie in Fig. 14 dargestellt, eine Kathodenan­ schlußschicht A5 (z. B. aus Silber oder Nickel) auf der Trockenelektrolytschicht gebildet, wobei zwischen der Katho­ denanschlußschicht A5 und der Trockenelektrolytschicht A4 eine Zwischenschicht z. B. aus Graphit vorgesehen ist.

Der Überstand A3a des auf dem Fußbereich des Anodendrahts A2 ausgebildeten dielektrischen Überzugs A3 ist notwendig, um die Trockenelektrolytschicht A4 (Kathode) von dem Anoden­ draht A2 (Anode) zu trennen.

Andererseits wird, wenn die Trockenelektrolytschicht A4 gebildet wird, der Kondensator in die Mangannitratlösung C getaucht, bis die Oberfläche C1 der Lösung beginnt, sich an der äußeren Kante der Oberseite A1 aufgrund der Oberflächen­ spannung der Lösung auszubauchen. Als Folge wird die Ober­ fläche A1a des Chips A1 auf einem Niveau gehalten, welches um einen Betrag h2 unter der Oberfläche C1 der Lösung liegt. Durch ein solches Eintauchen wird es möglich, die Kontakt­ fläche zwischen dielektrischem Überzug A3 und der Trocken­ elektrolytschicht A4 zu maximieren, während die Trockenelek­ trolytschicht A4 daran gehindert wird, mit dem Anodendraht A2 unmittelbar in Berührung zu kommen.

Vibriert allerdings in obigem Zustand die Oberfläche C1 der Mangannitratlösung C aufgrund äußerer Stöße oder Kräfte, wird die Oberflächenspannung der Lösung unausgeglichen, wodurch die Lösung aufgrund der Tauchtiefe h2 auf der Ober­ fläche A1a des Chips A1 zum Anodendraht A2 fließt. Folglich kann ein Bereich der Trockenelektrolytschicht A4 sich über den Überstand A3a des dielektrischen Überzugs erstrecken und in direktem Kontakt mit dem Anodendraht A2 kommen. Hierdurch wird ein Kurzschluß zwischen Kathode und Anode verursacht.

Weiterhin ist aus der JP 07230937 A ein Trockenelektrolyte­ lement bekannt, bei dem ein säulenförmiger Körper mit qua­ dratischer Grundform an den Ecken der quadratischen Grund­ form eine rund ausgebildete Oberfläche aufweist. Diese Ober­ fläche weist eine vorgegebene Krümmung auf, so daß sicherge­ stellt ist, daß das Trockenelektrolytelement auch an den Eckkanten, die vorliegend rund ausgebildet sind, mit einer Elektrolytschicht versehen werden kann, die über den gesam­ ten Umfang des Trockenelektrolytelementes eine im wesentli­ chen gleiche Dicke aufweist. Somit wird offenbart, in wel­ cher Weise sichergestellt werden kann, daß bei einem Troc­ kenelektrolytelement eine Elektrolytschicht mit einer im wesentlichen konstanten Dicke hergestellt werden kann, je­ doch gibt die JP 07230937 A keinen Hinweis dazu, wie die oben beschriebenen Nachteile durch ein Entstehen eines Kurz­ schlusses zwischen der Kathode und der Anode vermieden wer­ den können.

Es ist folglich Aufgabe vorliegender Erfindung, ein kapazi­ tives Element vorzusehen, welches rationell ohne Gefahr eines Kurzschlusses zwischen der Anode und der Kathode herstellbar ist.

Dem Prinzip vorliegender Erfindung folgend, wird ein kapazitives Element für einen Trockenelektrolytkondensator vorgeschlagen, welches: einen Kondensatorchip, der ein ver­ dichteter Körper aus einem eine elektrolytische Ventilwir­ kung aufweisenden Metallpulver ist; und einen Anodendraht, der von einer Stirnfläche des Kondensatorchips absteht, umfaßt; wobei der Kondensatorchip einen geneigten Bereich aufweist, der an die Stirnfläche anschließend und diese umgebend angeordnet ist.

Die technischen Vorteile, die durch das erfindungsgemäße kapazitive Element erhalten werden können, werden im Einzel­ nen nachfolgend, auf Grundlage der nachfolgend unter Bezug auf anliegende Zeichnung beschriebenen, bevorzugten Ausfüh­ rungsformen beschrieben.

Typischerweise hat der Kondensatorchip einen polygonen (te­ tragonalen oder quadratischen) Querschnitt, und der geneigte Bereich umfaßt eine polygon angeordnete Gruppe geneigter Flächen.

Jede der geneigten Flächen kann nicht-gebogen (also eben) sein. Alternativ können die geneigten Flächen konvex oder konkav gebogen sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung ist der geneigte Bereich anliegend an einem ebenen Bereich, welcher eine Gruppe polygonal angeordneter Flächen umfassen kann, angeordnet und von diesem umgeben.

Zur Herstellung eines kapazitiven Elements wird eine Ver­ dichtungsvorrichtung verwendet, welche einen Hauptdruckkör­ per mit einem formgebenden Kanal; einen unteren Druckkörper, der von unten in den formgebenden Kanal des Hauptdruckkör­ pers einsetzbar ist; und einen oberen Druckkörper zur Halte­ rung eines Anodendrahtes, so daß dieser nach unten hervor­ steht, umfaßt, wobei der obere Druckkörper von oben in den formgebenden Kanal des Hauptdruckkörpers einsetzbar ist; und bei der der obere Druckkörper eine untere Oberfläche aufweist, die mit einer formgebenden Ausnehmung versehen ist, die einen entsprechend geneigten Oberflächenbereich auf­ weist.

Das Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Elements wird unter Verwendung einer Verdichtungsvorrichtung durch­ geführt, welche einen Hauptdruckkörper mit einem formgeben­ den Kanal; einen unteren Druckkörper, der von unten in den formgebenden Kanal des Hauptdruckkörpers einsetzbar ist; und einen oberen Druckkörper zur Halterung eines Anodendrahtes, so daß dieser nach unten hervorsteht, umfaßt, wobei der obere Druckkörper von oben in den formgebenden Kanal des Hauptdruckkörpers einsetzbar ist und der obere Druckkörper eine untere Oberfläche aufweist, die mit einer formgebenden Ausnehmung versehen ist, die geneigte Oberflächenbereiche aufweist; wobei das Verfahren die Verfahrensschritte: des Gebens einer bestimmten Menge eines eine elektrolytische Ventilwirkung aufweisenden Metallpulvers in den formgebenden Kanal des Hauptdruckkörpers, wobei der untere Druckkörper teilweise in den formgebenden Kanal eingesetzt ist; und des Einsetzens des oberen Druckkörpers in den formgebenden Kanal des Hauptdruckkörpers für eine Bewegung des oberen Druckkör­ pers auf den unteren Druckkörper hin umfaßt, um das zugege­ bene, eine elektrolytische Ventilwirkung aufweisende Metall­ pulver zu verdichten.

Die Erfindung wird durch folgende, in Bezug auf anliegende Zeichnung er­ folgende Detailbeschreibung bevorzugter Ausführungsformen erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines kapazitiven Elements entsprechend einer ersten Ausführungsform vorliegender Erfindung;

Fig. 2 eine Frontansicht desselben kapazitiven Elements bei der Behandlung zur Bildung eines Trockenelek­ trolyts;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch dasselbe kapazitive Element;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines kapazitiven Elements entsprechend einer zweiten Ausführungs­ form vorliegender Erfindung;

Fig. 5 einen ausgebrochenen Vertikalschnitt des kapazi­ tiven Elements nach Fig. 4;

Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch eine zur Herstellung einer solchen kapazitiven Elements geeigneten Verdichtungsvor­ richtung nach Fig. 4 und 5;

Fig. 7 einen Vertikalschnitt ähnlich der Fig. 6, der al­ lerdings dieselbe Verdichtungseinrichtung bei Ver­ dichten darstellt;

Fig. 8 einen ausgebrochenen Vertikalschnitt durch ein kapazitives Element entsprechend einer dritten Ausführungsform vorliegender Erfindung;

Fig. 9 einen ausgebrochenen Vertikalschnitt durch ein kapazitives Element entsprechend einer vierten Ausführungsform vorliegender Erfindung;

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines bekannten, ka­ pazitiven Elements;

Fig. 11 einen Schnitt, der einen Verfahrensschnitt zur Bildung einer dielektrischen Schicht auf dem be­ kannten, kapazitiven Element darstellt;

Fig. 12 einen Schnitt durch das bekannte, kapazitive Ele­ ment, bei welchem eine dielektrischen Schicht ge­ bildet wurde;

Fig. 13 einen Schnitt, der einen Verfahrensschritt zur Bildung einer Trockenelektrolytschicht auf dem bekannten, kapazitiven Element darstellt; und

Fig. 14 einen Schnitt durch das bekannte kapazitive Ele­ ment, bei welchem ein Kathodenanschluß gebildet wurde.

Zunächst wird auf Fig. 1 bis 3 Bezug genommen, die ein einer ersten Ausführungsform vorliegender Erfindung entspre­ chendes, kapazitives Trockenelektrolytelement darstellen. Wie ein bekanntes kapazitives Element umfaßt das kapazitive Element dieser Ausführungsform einen porösen Kondensatorchip 1 und einen Anodendraht 2, der von einer Stirnfläche 1a (nachfolgend als Oberseite bezeichnet) des Chips 1 absteht. Der Kondensatorchip 1, welcher bei der dargestellten Aus­ führungsform eine im wesentlichen kubische Form aufweist, kann durch Verdichten von eine elektrolytische Ventilwirkung aufweisendem Metallpulver, wie Tantalpulver, zu einem porö­ sen Körper und anschließendem Sintern des porösen Körpers hergestellt werden. Der Anodendraht 2 kann ebenfalls aus Tantal oder einem anderen Metall bestehen. Normalerweise ist der Anodendraht 2 teilweise in dem Chip 1 eingebettet, wie in Fig. 3 dargestellt.

Der Kondensatorchip 1 weist vier Seitenflächen 1b auf. Des weiteren umfaßt der Chip 1 auch eine tetragonal angeordnete Gruppe geneigter Seiten 1c, von den jede zwischen der Ober­ seite 1a und jeweils einer Seitenfläche 1b angeordnet ist. Auf diese Weise ist die Oberseite 1a, die an der Gruppe geneigter Seiten 1c anliegt und von dieser umgeben ist, von den Seitenflächen 1b aufgrund der geneigten Seiten 1c be­ abstandet.

Bei der Herstellung wird der so ausgestaltete, poröse, ges­ interte Kondensatorchip 1 in eine wäßrige Lösung von z. B. Phosphorsäure (nicht dargestellt) getaucht und durch Anlegen einer Gleichspannung einer anodischen Oxidation (elektroly­ tischen Oxidation) unterzogen, wie dieses auch konventionell durchgeführt (siehe Fig. 11) wird. Als Folge ist auf den Oberflächen der Metallpartikeln und einem ebenfalls einge­ tauchten Fußbereich des Anodendrahtes (siehe Fig. 12) ein dielektrischer Überzug aufgebracht.

Anschließend wird der mit einem dielektrischen Überzug ver­ sehene Chip 1 in eine wäßrige Lösung C von z. B. Manganni­ trat getaucht, und zwar nur so tief, daß die Oberseite 1a des Chips 1 von der Mangannitratlösung nicht benetzt wird. Danach wird der Chip 1 zum Backen aus der Lösung genommen. Dieser Schritt wird mehrfach wiederholt, um eine Schicht von Trockenelektrolyt (z. B. Mangandioxid) auf dem dielektri­ schen Überzug zu erzeugen (sehe Fig. 13).

Zuletzt wird eine metallische Kathodenanschlußschicht (z. B. aus Silber oder Nickel) auf der Trockenelektrolytschicht aufgebracht, wobei zwischen der Kathodenanschlußschicht und der Elektrolytschicht eine Zwischenschicht aus z. B. Graphit vorgesehen ist.

Während des Verfahrensschrittes der Trockenelektrolytbildung bei oben beschriebenen Herstellungsverfahren geht die Ober­ fläche C1 der Mangannitratlösung C, da jede der geneigten Seiten zwischen der Oberseite 1a des Kondensatorchips 1 und einer entsprechenden Seitenfläche 1b angeordnet ist, von einer zwischen der entsprechenden geneigten Seite 1c und der entsprechenden Seitenfläche 1b liegenden Grenzlinie 1d mit einer um den Chip 1 aufgrund der Oberflächenspannung der Lösung gebildeten Ausbauchung aus. Folglich kann im Ver­ gleich zu bekannten Kondensatorchips (Fig. 10), bei welchen keine geneigte Seite vorgesehen ist, die Tauchtiefe h1 des Chips 1 in die Mangannitratlösung C, definiert als die Ent­ fernung zwischen der Oberseite 1a des Chips 1 und der Ober­ fläche C1 der Lösung, um die Höhe der geneigten Seiten 1c verringert werden.

Auf diese Weise verhindert oder unterdrückt das Vorhanden­ sein der geneigten Seiten 1c

, selbst wenn die Oberflächen­ spannung der Mangannitratlösung C z. B. aufgrund von Vibra­ tionen nicht ausgeglichen ist, ein Fließen der Lösung über die Oberseite 1a des Kondensatorchips 1, wodurch die Wahr­ scheinlichkeit, daß sich die gebildete Trockenelektrolyt­ schicht über den dielektrischen Überzug hinaus bis in direk­ ten Kontakt mit dem Anodendraht 2 erstreckt, reduziert wird. Folglich ist es möglich die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung eines auszusondernden oder nicht funktionierenden, kapaziti­ ven Elements zu reduzieren.

Fig. 4 und 5 zeigen ein einer zweiten Ausführungsform vor­ liegender Erfindung entsprechendes, kapazitives Element. Das kapazitive Element dieser Ausführungsform ist ähnlich dem der vorstehenden Ausführungsform, unterscheidet sich von dieser allerdings dadurch, daß die tetragonal angeordnete Gruppe von geneigten Seiten 1c neben einer tetragonal an­ geordneten Gruppe verhältnismäßig schmaler, ebener Flächen 1e angeordnet und von diesen umgeben ist.

Aufgrund der ebenen Flächen 1e wird die Grenzlinie 1d zwi­ schen jeder ebenen Fläche 1e und der entsprechenden Seiten­ fläche 1b scharfkantig. Folglich wird, wenn der Kondensat­ orchip 1 zur Bildung der Trockenelektrolytschicht in die Mangannitratlösung getaucht wird, gewährleistet, daß sich die Oberfläche C1 der Lösung an der Grenzlinie 1d (siehe Fig. 5) auszubauchen beginnt, wodurch sich die Wahrschein­ lichkeit der Produktion eines auszusondernden oder nicht funktionierenden, kapazitiven Elements reduziert.

Der in Fig. 4 und 5 dargestellte Kondensatorchip 1 kann vorteilhaft durch die in Fig. 6 und 7 dargestellte Verdich­ tungsvorrichtung hergestellt werden. Im einzeln umfaßt die mit der Bezugsziffer 3 bezeichnete Verdichtungsvorrichtung einen Hauptdruckkörper 4 mit einem formgebenden Kanal 4a, einen unteren Druckkörper 5, der von unten gleitend in den formgebenden Kanal 4a des Hauptdruckkörpers 4 einsetzbar ist, und einen oberen Druckkörper 6, der von oben gleitend in den formgebenden Kanal 4a einsetzbar ist. Der obere Druckkörper 6 hält mittig einen nach unten abstehenden Ano­ dendraht 2 und weist eine Unterseite auf, die mit einer formgebenden Ausnehmung 7, die durch eine tetragonal ange­ ordnete Gruppe geneigter Seiten 7a definiert ist, versehen ist.

Bei der Anwendung wird eine vorbestimmte Menge von einem eine elektrolytische Ventilwirkung aufweisendem Metallpulver in den formgebenden Kanal 4a des Hauptdruckkörpers 4 gege­ ben, wobei der untere Druckkörper 5 teilweise in den formge­ benden Kanal 4a eingesetzt ist. Anschließend wird der den Anodendraht 2 haltende, obere Druckkörper 6 in den formge­ benden Kanal 4a eingeführt und nach unten auf den unteren Druckkörper 5 hin bewegt. Zuletzt werden der untere und der obere Druckkörper 5, 6 aus dem formgebenden Kanal 4a ent­ fernt. So wird ein kapazitives Element erhalten, welches die in Fig. 4 und 5 dargestellte Struktur aufweist.

Während des vorbeschriebenen Herstellungsverfahrens für das kapazitive Element wird das eine elektrolytische Ventilwir­ kung aufweisende Metallpulver nicht nur in axialer Richtung bezüglich des Anodendrahtes 2 sondern, aufgrund der formge­ benden Ausnehmung 7 des oberen Druckkörpers 6 (mit deren geneigten Seiten 7a), auch in transversaler Richtung ver­ dichtet. So kann bei einer geringen Wahrscheinlichkeit eines unerwarteten Entfernens ein Fußbereich des Anodendrahtes 2 fest in dem Kondensatorchip 1 fixiert oder eingebettet wer­ den.

Fig. 8 zeigt ein einer dritten Ausführungsform vorliegender Erfindung entsprechendes kapazitives Element. Das kapazitive Element dieser Ausführungsform ähnelt dem der zweiten Aus­ führungsform, unterscheidet sich von diesem allerdings da­ durch, daß die tetragonal angeordnete Gruppe nichtgeboge­ ner, geneigter Seiten 1c durch eine tetragonal angeordnete Gruppe konvex gebogener, geneigter Seiten 1c' ersetzt ist.

Fig. 9 zeigt ein einer vierten Ausführungsform vorliegender Erfindung entsprechendes kapazitives Element. Das kapazitive Element dieser Ausführungsform ähnelt dem der zweiten Aus­ führungsform, unterscheidet sich von diesem allerdings da­ durch, daß die tetragonal angeordnete Gruppe nichtgeboge­ ner, geneigter Seiten 1c durch eine tetragonal angeordnete Gruppe konkav gebogener, geneigter Seiten 1c' ersetzt ist.

Offensichtlich kann die so beschriebene Erfindung auf ver­ schiedene andere Weisen variiert werden. Zum Beispiel kann der Chip zylindrisch ausgebildet sein. In diesem Fall wird die tetragonal angeordnete Gruppe geneigter Seiten durch eine kegelstumpfförmige Fläche ersetzt.

Claims (8)

1. Kapazitives Element für einen Trockenelektrolytkonden­ sator, welches einen Kondensatorchip (1), der ein verdichteter Körper aus einem eine elektrolytische Ventilwirkung aufweisenden Metallpulver ist, und einen Anodendraht (2), der von einer Stirnfläche (1a) des Kondensatorchips (1) absteht, umfaßt; dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatorchip (1) einen geneigten Bereich (1c, 1c', 1c") aufweist, der an die Stirnfläche (1a) anschließend und diese umgebend angeordnet ist.

2. Kapazitives Element nach Anspruch 1, bei welchem der Kondensatorchip (1) einen polygonen Querschnitt auf­ weist, wobei der geneigte Bereich eine polygon angeord­ nete Gruppe geneigter Flächen (1c, 1c', 1c") umfaßt.

3. Kapazitives Element nach Anspruch 2, bei welchem jede der geneigten Flächen (1c) nicht-gebogen ist.

4. Kapazitives Element nach Anspruch 2, bei welchem jede der geneigten Flächen (1c', 1c") gebogen ist.

5. Kapazitives Element nach Anspruch 4, bei welchem jede der geneigten Flächen (1c') konvex gebogen ist.

6. Kapazitives Element nach Anspruch 4, bei welchem jede der geneigten Flächen (1c") konkav gebogen ist.

7. Kapazitives Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der geneigte Bereich (1c, 1c', 1c") an einen ebenen Bereich (1e) anschließend und von diesem umgeben angeordnet ist.

8. Kapazitives Element nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die polygon angeordnete Gruppe geneigter Flächen (1c, 1c', 1c") an eine poly­ gon angeordnete Gruppe ebener Flächen (1e) anschließend und von dieser umgeben angeordnet ist.