DE2319052C3

DE2319052C3 - Kondensator mit festem Elektrolyten

Info

Publication number: DE2319052C3
Application number: DE19732319052
Authority: DE
Inventors: Klaus Rüdiger Dr.rer. nat. 8501 Großschwarenlohe Petrikat
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Filing date: 1973-04-14
Publication date: 1976-03-25

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kondensator mit einer porösen Elektrode aus Ventilmetall, die nut 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 ^bildenden Mctalles, wie z. B. Tantal, hergestellt und in dem ein Zuleitungsdraht aus dem gleichen Meta 1 eingebettet wird. Die Oberfiäche dieses Elektrode^ers wird anschließend mittels bekannter Verfahren anodisch oxidiert. Der dabei erzeugte O»dfilm, der bei Ver wendung von Tantal aus Tantal(V)-oxid (Ta₂O₈) besteht, wirkt als Dielektrikum des Kondensators. In der Oxidschicht bilden sich leicht Risse._ Deshalb überzieht man sie mit einer weiteren Schicht, gewohnlich aus Mangandioxid (MnO₂), die die Eigenschaft besitzen, bei starkem Stromdurchfluß auf Grund der hierbei gebildeten Wärme Sauerstoff abzuspalten. Der abgespaltene Sauerstoff lagert sich bevorzugt an der Schadstelle an und oxid>ert deren bo Oberfläche.

Außerdem bildet die Mangandioxidschicht die zweite Elektrode des Kondensators. Auf Grund der verhältnismäßig schlechten Leitfähigkeit des Man-

^cn ^ _{Auft oder Aufsc}h_md-

Auf sprühen g _{wie Kupfer>} silber oder Gold,

_n?lfbracht werden.

™g«racn. _Aufbringen der Metallbeschichtung mit-

f' f_s ^m _rüh. ^Spritzverfahrens, hat es sich ge-

eh' ^Ρ«^ ^ Graphitschicht als auch die

zeigt, °^a _{fi dH he} Mangandioxidschicht relativ dick

darunter benna s _{die MetalUröpfchen mit}

gwf U werden m _Ge'_{schwindigkeit au}f den Elek- ^^rb™S_chlagen. Hierdurch kann die dünne Schicht durchschlagen werden, was KurzDer

g _verbessertem Gegenelektro-η, bei dem die obengenannten dy ^ _in$besondere bei dem

Nachtue^vermiea „. _{die Graphltsch}icht und

das ξ¹⁰^^¹^⁰";^,. silberiwischenschicht mit der

^d«?^™St5iksmveAindertwird. LotmetallJdj^"^ _{dadurch gelöst; daß auf die}

c-merstoffabspaltende Schicht eine Graphitschicht und sä ^^P^^ _{aus einem} Gemenge, bestehend au dies^™*™™^ _{Stoffen und dem} Pulver aus.jpJ^^verte" ^ _scg,_{echt oxidie}rbaren Metalles

^{Temperatur von twa}

aus Olas und Metall hat den Vor-

teil, 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 erstenmal 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 Metallpulver in einem Mörser gründlich zu verreiben und zu mischen. Anschließend wird das Gemenge in einem geeigneten Bad, beispielsweise destilliertem 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 unc" wirtschaftlichen Serienfertigung.

Die erfindungsgemäße Beschichtung wird durch Erhitzen auf etwa 600° K verfestigt und anschließend mit einem Zuleitungsdraht verbunden. Auf Grund 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 an Hand eines Beispiels und der 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 etwa 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 Gegenelektrode für den Sinterkörper 1. Hierbei ist aber von Nachteil, daß die spezifische Leitfähigkeit 10 bis 100 Ohm Xcm 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 zehnmal. Bei dem Kondensator gemäß der Erfindung ist es aber ausreichend, wenn die Manganisierung vier- bis fünfmal wiederholt wird. Auf die Mangandioxidschicht wird durch Eintauchen der gesamten Elektrode in eine kolloidal aufgeschwemmte Graphitlösung ein poröser Graphitüberzug 4 aufgebracht, der einerseits eine möglichst gut leitende Verbindung zwischen der Mangandioxidschicht 3 und einem noch

ίο 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 als 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.

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

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

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

Das Aufbringen des Glas-Silber-Pulvergemenges erfolgt am einfachsten dadurch, daß die beiden Pulver in einem Mörser fein verrieben und gemischt werden und anschließend in einer Füssigkeit, z. B.

destilliertem Wasser, aufgeschwemmt werden. In diese Aufschwemmung wird der Kondensatorkörper eingetaucht. Anschließend wird das Gemenge durch Erwärmen auf etwa 600" K verfestigt.

Auf Grund der hohen Leitfähigkeit des Glas-Silber-Gemenges ist es nicht mehr notwendig, den gesamten Kondensatorkörper in ein Lötmetallbad einzutauchen. Vielmehr genügt es, den Zuleitungsdraht? beispielsweise mittels e\nir Zinnperleo in einem örtlich eng begrenzten Bereich mit dem Glas-Silber-Gemenge elektrisch zu verbinden. Dadurch ergibt sich eine Ersparnis von Lötmetall.

Verzeichnis der Bezugszeichen
Kompaktelektrode
2 dielektrische Schicht

Mangandioxidschicht
Graphitüberzug
Glas-Silber-Schicht

2
3
4

6 Zinnperle

7 Zuleitung

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

P„e„,a„sp«e:

als

wkSiozen eines Metallpulver* und 50 bis S Gewichtsprozent eines Glaspulvers enthalt.

3 Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver aus Gold, Silber, Nickel und/oder Kupfer besteht

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 Metalls überzogen ist.

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 Kondensatorzule.tung in einem örtlich begrenzten Bereich aufgetragen ist.

J₁₁₀. elektrische Eigenschaften auf, ,st J^r g erhöhte Tempera u«n.

««^ _h ^P _erauSgestellt, daß das Silber des überhat^s. ^ _{Temperaturen mi}t dem au^ebrach-

Ln Lötmetall eine Metallegierung bildet. Weiterhin ten Lome ^ ^ ^^ _jnf£)1 semer Los£*£?"£ J _{aus dem} orgamschen Binder

a₅ hchken im _{so daß def Bmd hlec}j_t

he «^los _{m büdet Ein wei}terer Nachteil ergibt leitende^cn^ ^^ ^ _{jn den G}raphituberzug

darunter befindliche Mangandioxidschicht ^^ _da(J diese Schichten verhaltmsmaß.g ^e ™^l'_{ebildet werde}n müssen.

die* a k Nachteile konnten bisher dadurch

« |™ _{werdeIli indem} beim Aufbringen der Lot- ^ _{Vorsicht geübt wurd Der} v_er-

^^'"ghl^chmelzender Metalle und der Zeit, _m ^e _p ⁿ _cSälb der die Silberbeschichtung höheren Ten> [Suren ausgesetzt werden darf, sind daher enge

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