DE2319052A1 - Kondensatorkontaktierung - Google Patents

Description

Standard Elektrik Lorenz AG
Stuttgart

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Kondensatorkontaktierung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kondensator mit einer porösen Elektrode aus Ventilmetall, die mit einem dielektrischen Metalloxidfilm und einem Sauerstoff abspaltenden Stoff überzogen ist.

Üblicherweise bestehen derartige Elektroden aus einem porösen Körper, der durch Verpressen oder Versintern von Partikeln eines filmbildenden Metalles, wie z.B. Tantal, hergestellt und in dem ein Zuleitungsdraht aus dem gleichen Metall eingebettet wird. Die Oberfläche dieses Elektrodenkörpers wird anschließend mittels bekannter Verfahren anodisch oxidiert. Der dabei erzeugte Oxidfilm, der bei Verwendung von Tantal aus Tantal(V)-oxid (Ta₂O₅) besteht, wirkt als Dielektrikum des Kondensators. In der Oxidschicht bilden sich leicht Risse. Deshalb überzieht man sie mit einer weiteren Schicht, gewöhnlich Mangandioxid (MnO„), die die Eigenschaft besitzt, bei starkem Stromdurchfluß aufgrund der hierbei gebildeten Wärme Sauerstoff abzuspalten. Der abgespaltene Sauerstoff lagert sich bevorzugt an der Schadstelle an und oxidiert deren Oberfläche.

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Außerdem bildet die Mangandioxidschicht die zweite Elektrode des Kondensators. Aufgrund der verhältnismäßig schlechten Leitfähigkeit des Mangandioxids ist es notwendig, diese Schicht möglichst dünn zu wählen und mit einer besser leitenden Schicht zu überziehen. Gewöhnlich ist dies eine Schicht aus feinen Kohlenstoffteilchen, die durch Eintauchen des Elektrodenkörpers in eine kolloidale Graphitaufschlämmung aufgebracht wird.

Graphit als Elektrodenüberzug wird bisher gewählt, weil es sich gezeigt hat, daß durch die Aufschlämmung des kolloidalen Graphits ein Eindringen des Graphits in die mit einer Mangandioxidschicht überzogenen Poren des Elektrodenkörpers erreicht werden kann. Da der Kohlenstoff nicht lötfähig ist, wird üblicherweise auf den Kohlenstoff ein lötfähiger Überzug aufgebracht'. Dieser Ober zug besteht aus einem organischen Binder, der mit feinen S'ilberteilchen versetzt ist. Diese Mischung verwendet man, weil hierdurch die Möglichkeit gegeben ist, in einem wirtschaftlichen Tauchverfahren den Überzug aufzubringen-r Diese Silberschicht wird anschließend mit einem Überzug aus Lötmetall versehen, an der die Kondensatorzuleitung angelötet werden kann.' .~.

Das Gemisch aus organischem Binder und Silber weist zwar gute elektrische Eigenschaften auf, ist aber sehr empfindlich gegen erhöhte Temperaturen. Es hat sich.herausgestellt, daß das Silber des Überzugs bei höheren Temperaturen mit dem aufgebrachten Lötmetall eine Metallegierung bildet. Weiterhin hat sich gezeigt, daß das Silber infolge seiner Löslichkeit im Lötmetall aas dem organischen Binder heraus gelöst wird, so daß der Binder eine schlecht leitende

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Schicht bildet. Ein weiterer Nachteil ergibt sich, indem das Silber auch in den Graphitüberzug und in die darunter befindliche Mangandioxidschicht eindringt, so daß diese Schichten verhältnismäßig dick ausgebildet werden müssen.

Die genannten Nachteile konnten bisher dadurch umgangen werden, indem beim Aufbringen der^ Lötmetallschicht größte Vorsicht geübt wurde. Der Verwendung höherschmelzender Metalle und der Zeit, innerhalb der die Silberbeschichtung höheren Temperaturen ausgesetzt werden darf, sind daher enge Grenzen gesetzt.

Neben der soeben beschriebenen Beschichtung mit Silber in einem organischen Binder sind noch andere Metallbeschichtungen bekannt geworden, die durch Aufsprühen, galvanisches Auftragen oder Aufschmelzen geeigneter Metalle, wie Kupfer, Silber oder Gold aufgebracht werden.

Bei dem Aufbringen der Metallbeschichtung, mittels des Sprüh- oder Spritzverfahrens, hat sich gezeigt, daß sowohl die Graphitschicht als auch die darunterbefindliehe Mangandioxidschicht relativ dick gewählt werden müssen, da die Metalltröpfchen mit einer beträchtlichen Geschwindigkeit auf den Elektrodenkörper aufschlagen. Hierdurch kann die dünne elektrische Schicht durchschlagen werden, was Kurzschlüsse verursacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tantalkondensator mit verbessertem Gegenelektrodensystem herzustellen, bei dem die oben genannten Nachteile vermieden

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werden, insbesondere bei dem das Eindringen von Metall in die Graphitschicht und die Vermischung einer Silberzwischenschicht mit der Lötmetallschicht wirksam verhindert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß auf die sauerstoffabspaltende Schicht eine Graphitschicht und auf diese eine Schicht aus einem Gemenge bestehend aus gepulverten glasartigen Stoffen und dem Pulver eines nicht oder nur schlecht oxidierbaren Metalles angeordnet und bei einer Temperatur von ca. 600 K verfestigt worden ist.

Das Gemenge aus Glas und Metall hat den Vorteil, daß die eingangs genannten Nachteile wirksam verhindert werden. Das Glas-Metall-Gemenge ist wesentlich temperaturbeständiger als die bisher verwendete Schicht aus organischen Stoffen mit Metallzusatz. Damit ist die Gefahr gebannt, daß sich der organische Binder zersetzt und verkohlt und der Serienwiderstand in einem unerwünschten Maß vergrößert wird.

Gleichzeitig zeigten die Versuche, daß das dem Glas beigemengte Metall beim Eintauchen des Elektrodenkörpers in ein Lötmetallbad nicht mehr aus der Zwischenschicht herausgesaugt wird. Dieser Vorteil war nicht vorherzusehen und überraschte den Fachmann. Ihm ist jetzt zum ersten Male die Möglichkeit gegeben sowohl die Mangandioxidschicht als auch die Graphitschicht erheblich dünner zu gestalten.

Bei dem Kondensator gemäß der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, den gepulverten glasartigen Stoff und das

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Metallpulver in einem Mörser gründlich zu verreiben und zu mischen. Anschließend wird das Gemenge in einem geeigneten Bad, beispielsweise destiliertem Wasser, aufgeschlämmt. Ein Überzug aus dem Gemenge wird auf den Kondensator gebracht, indem dieser in die Aufschlämmung getaucht wird. Diese Methode des Auftragens bietet bekannte Vorteile, wie den einer rationellen und wirtschaftlichen Serienfertigung-

Die erfindungsgemäße Beschichtung wird durch Erhitzen auf ca. 600 K verfestigt und anschließend mit einem Zuleitungsdraht verbunden. Aufgrund der hohen Leitfähigkeit des Gemenges genügt ein Punktkontakt. Es ist nicht mehr notwendig, den gesamten Kondensator in ein Lötmetallbad zu bringen, um so eine ausreichende Kontaktierung sicherzustellen.

Die Erfindung soll anhand eines Beispieles und der beigefügten Figur näher beschrieben werden.

Die Figur zeigt einen Schnitt durch den Kondensator.

Die Elektrode 1 ist ein poröser Körper, der durch Pressen von Tantalpulver und anschließendem Sintern bei ca. 2300 K hergestellt wird. Der Tantalsinterkörper wird durch Eintauchen in eine saure Lösung und Anlegen einer Gleichspannung, wobei die Elektrode als Anode geschaltet ist, mit einer Tantal(V)-oxid (Ta₂O₅) Schicht 2 überzogen, die das Dielektrikum des zukünftigen Kondensators bildet. Die Dicke der Oxidschicht wird durch die Höhe der Spannung, die man als Formierspannung bezeichnet, und die Dauer der Einwirkung bestimmt. Die Oberfläche der dielektrischen Schicht 2 wird mit einer weiteren Schicht 3 aus Mangandioxid (MnO„) überzogen. Diese Schicht wirkt einerseits als

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Gegenelektrode für den Sinterkörper 1. Hierbei ist aber von Nachteil, daß die spezifische Leitfähigkeit 10 100 Ohm χ cm beträgt, wobei dieser Wert noch von der Porosität der aufgetragenen Schicht abhängt. Andererseits hat diese Mangandioxidschicht 3 die Aufgabe, eventuelle Fehlstellen des dielektrischen Überzuges zu beseitigen, indem die Mangandioxidschicht unter Abspaltung von Sauerstoff teilweise reduziert wird und der Sauerstoff sich an den Fehlstellen unter Bildung von Tantal(V) oxid anlagert. Um eine möglichst gute Mangandioxidschicht zu erhalten, wird die Manganisierung mehrmals wiederholt. Üblicherweise geschieht dies bis zu lömal. Bei dem Kondensator gemäß der Erfindung ist es aber ausreichend, wenn die Manganisierung U bis 5 mal wiederholt wird. Auf die Mangandioxidschicht wird durch Eintauchen der gesamten Elektrode in eine kolloidal aufgeschwemmte Graphitlösung ein poröser Graphitüberzug f aufgebracht, der einerseits eine möglichst gut leitende Verbindung zwischen der Mangandioxidschicht und einem noch anzubringenden Anschlußdraht herstellen soll und der andererseits die empfindliche Mangandioxidschicht vor äußeren mechanischen Einwirkungen schützen soll.

Bei dem Kondensator gemäß der Erfindung kann die Graphitschicht ebenfalls dünner a,ls bisher ausgebildet sein, was von Vorteil ist, da auch die Graphitschicht einen nicht unerheblichen Widerstand besitzt.

Um den relativ hohen Widerstand innerhalb der Graphitschicht längs zu seiner Oberfläche zu vermindern, ist es bisher üblich gewesen, die Graphitschicht mit einer weiteren Schicht aus einem organischen Bindemittel und Silber zu überziehen.

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Die Verbindung zwischen einem Zuleitungsdraht und dem Kondensatorkörper stellt dann eine weitere auf die Silberbeschichtung aufgebrachte Lötmetallschicht her. Aufgrund der Temperaturempfindlichkeit des organischen Binders erweicht und verkohlt dieser hierbei und das Silber wird aus dem Binder herausgelöst. -

Diese Schicht 5 aus Silber und dem organischen Binder wird gemäß der Erfindung durch ein Gemenge aus feingepulverten glasartigen Stoffen und Silberpulver ersetzt. Statt des Silbers kann auch Gold, Kupfer und/oder Nickel verwendet werden. Dies Gemenge ist ausreichend temperaturbeständig, da es sogar die Temperaturbeständigkeit des Mangandioxids übersteigt.

Es bereitet keine technischen Schwierigkeiten, an diese Schicht 5 eine Zuleitung 7 anzulöten.

Das Aufbringen des Glas-Silber-Pulvergemenges erfolgt am einfachsten dadurch, daß die beiden Pulver in einem Mörser fein verrieben werden und gemischt werden und anschließend in einer Flüssigkeit, z.B. destiliertem Wasser, aufgeschwemmt werden. In diese Aufschwemmung wird der Kondensatorkörper eingetaucht. Anschließend wird das Gemenge durch Erwärmen auf etwa 600° K verfestigt.

Aufgrund der hohen Leitfähigkeit des Glas-Silber-Gemenges ist es nicht mehr notwendig, den gesamten Kondensatorkörper in ein Lötmetallbad einzutauchen. Vielmehr genügt es,

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den Zuleitungsdraht 7 beispielsweise mittels einer Zinnperle 6 in einem örtlich eng begrenzten Bereich mit dem Glas-Silber-Gemenge elektrisch zu verbinden. Dadurch ergibt sich eine Ersparnis von Lötmetall.

Verzeichnis der Bezugszeichen

1	Kompaktelektrode
2	dielektrische Schicht
3	Mangandioxidschicht
	Graphitüberzug
5	Glas-Silber-Schicht
6	Zinnperle
7	Zuleitung

5 Patentansprüche
1 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

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   Patentansprüche

   (. 1. )/ Kondensator mit einer porösen Elektrode aus Ventilmetall, die mit einer dielektrischen Metalloxidschicht und einem leicht Sauerstoff abspaltenden Stoff, insbesondere Mangandioxid, überzogen ist, dadurch gekennzeichnet , daß auf die Sauerstoff abspaltende Schicht eine Graphitschicht (4) und auf diese eine Schicht (5) eines Gemenges bestehend aus gepulverten glasartigen Stoffen und aus dem Pulver eines nicht oder nur schlecht oxidierbaren Metalls, angeordnet und bei einer Temperatur von ca. 600 K verfestigt worden ist.
2. 2.) Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge 15 bis 50 Gew. % eines Metallpulvers und 50 bis 8 5 Gew. % eines Glaspulvers enthält.
3. 3.) Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver aus Gold, Silber, Nickel und/oder Kupfer besteht.
4. 4.) Kondensator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leicht Sauerstoff abspaltende Schicht mit einem Gemenge aus gepulverten glasartigen Stoffen und aus dem Pulver eines nicht oder nur schlecht oxidierbaren Metalles überzogen ist.

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   5.) Kondensator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Gemenge aus glasartigem und metallischem Pulver eine weitere Lötmetallschicht zum
   Anlöten der kathodischen Kondensatorzuleitung in einem örtlich begrenzten Bereich aufgetragen ist.

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