DE2714167A1 - Aluminium-flachelektrolytkondensator und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

• Aluminium-Flachelektrolytkondensator und Verfahren
• zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft einen Aluminium-Flachelektrolytkondensator, bestehend aus einer einlagigen mit einer dielektrischen wirksamen Oxidschicht versehenen und gegebenenfalls aufgerauhten Anodenfolie und einer Kathode auf der Basis eines halbleitenden EDA-Komplexes, der in eine Matrixsubstanz eingebettet ist, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
• Aus der DT-OS 19 04 700 sind Kondensatoren mit einer Gegenelektrode der Basis eines halbleitenden EDA-Komplexes (Elektronen-Donator-Akzeptor) bekannt, der in eine stickstoffhaltige Matrixsubstanz eingebettet ist. Der organische Halbleiter besteht aus 7,7,8,8-Tetracyanochinodimethan - im folgenden TCNQ genannt -bzw. aus einem TCNQ-Salz oder -Komplex. Als Matrixsubstanz sind stickstoffhaltige Polymere wie z.B. polymere Urethane, Polymere von Vinylpyridin, Polymere von Acrylnitril und Polymere von Methacrylnitril genannt.
• In den genannten Halbleitern dient das TCNQ als Akzeptor. Als Donator werden meist heterocyclische Amine verwendet.
• Die Verwendung eines TCNQ-Salzes bzw. -Komplexes gegenüber dem ebenfalls bekannten Mangandioxid (s. z.3. DT-AS 12 89 186) weist eine Reihe von Vorteilen auf. Zua eisen verhindern der Prozeß der Mangannitrat-Pyrolyse und die Eigenschaften des entstehenden Mangandioxides eine automatengerechte Massenfertigung und eine kurzschlußfreie Bedrahtung der Anodenfolie durch den Mangandioxidbelag hindurch, und zum andern erfordert die hygroskopische Mangandioxidschicht eine feuchtedichte Umhüllung.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kondensator der eingangs genannten Art anzugeben, der in einfacher Art und automatengerecht herstellbar ist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kathodenkontaktierung aus auf die Schicht mit dem organischen Halbleiter aufkaschierten mit Aluminium bedampften und mit einem Freirand versehenen thermoplastischen Folien besteht.
• Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminium-Flachelektrolytkondens ators erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf einer gegebenenfalls aufgerauhten und anodisch oxidierten auf die Breite des gewünschten Rastermaßes geschnittenen Aluminiumfolie durch ein Tauchlackierverfahren beidseitig die den EDA-Komplex enthaltene Schicht aufgetragen wird, daß auf diese Schicht die mit Aluminium bedampften Folien aufkaschiert werden und daß von dem derart hergestellten Mutterkondensator der Einzelkondensator mit einem Schneidwerkzeug abgetrennt wird.
• Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die Vorteile der Erfindung werden an Hand von AusfUhrungsbeispielen aufgezeigt. In der dazugehörenden Zeichnung zeigt: Fig.1 den Schnitt durch eine Ausführungsform, Fig.2 den Schnitt durch eine weitere Ausfhrungsform, Fig.3 in einer ausschnittsweisen Darstellung einen Schnitt in der Umgebung des Kathodenanschlußdrahtes und Fig.4 in einer ausschnittsweisen Darstellung einen Schnitt in der Umgebung des Anodenanschlußdrahtes.
• In der Fig.1 ist ein schnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensators dargestellt. Die Anodenfolie 1 aus Aluminium ist an ihrer Oberfläche mit einer Oxidschicht 2 versehen.
• Die Oxidschicht 2 dient als Dielektrikum und ist in einem elektrochemischen Prozeß durch anodische Oxidation auf die Aluminiumfolie 1 aufgebracht. Vor der Aufbringung der Oxidschicht 2 kann die Aluminiumfolie 1 durch einen elektrochemischen Ätzprozeß aufgerauht werden. Dadurch werden höhere Kapazitäten Je Volumeneinheit erhalten. Auf der Oxidschicht 2 befindet sich eine Schicht 3 welche die Gegenelektrode auf der Basis eines halbleitenden EDA-Komplexes, z.B. eines Chinolinium-TCNQ-Romplexes enthält, der in eine Matrixsubstanz eingebettet ist. Die Schicht 3 wird durch ein Tauchlackierverfahren erzeugt und weist eine Dicke von etwa 5 bis 50/um, vorzugsweise 10/um, auf und hat eine Leitfähigkeit von wenigstens 100 mS/cm.
• Zur Herstellung der Schicht 3 wird der lösungsmittelhaltige Film, der sich nach dem Tauchlackiervorgang auf der Oxidschicht 2 befindet, durch eine Vortrocknung bei 50 bis 70 OC weitgehend vom Lösungsmittel befreit. Dieser Trocknungsvorgang erfolgt Jedoch nur soweit, daß eine Restlösungsmittelmenge verbleibt, die ausreicht, die Kathodenkontakti erung aus mit aufgedampften Aluminiumschichten 4, 6 versehenen thermoplastischen Folien 5, 7 stoffschlüssig, d.h. ohne Lufteinschlüsse, auszukaschieren, Die thermoplastischen Folien 5, 7 sind etwa 100 bis 500/um dick und bestehen vorzugsweise aus Polyäthylenterephthalat. Die Aluminiumschichten 4, 6 sind dabei derart auf die Folien 5, 7 aufgebracht, daß an einer Seite ein Freirand mit einer Breite von 1 bis 2 mm verbleibt. Die thermoplastischen Runststoffolien 5, 7 sind breiter als die Aluminiumfolie 1. Beim Kaschierprozeß werden beidseitig auf die Schicht 3 die Folien 5, 7 aufkaschiert, wobei die Führung derart erfolgt, daß die Folien 5, 7 an der Seite mit den Frei rändern mit der Aluminiumfolie 1 abschließen. Wegen der größeren Breite der Folien 5, 7 steht am anderen Ende ein Teil der Folien mit den Metallisierungen 4, 6 über die Aluminiumfolie 1 über.
• Das Aufkaschieren der Folien 5, 7 erfolgt gleichzeitig und unter Anwendung eines geringen (etwa 1n5 Pa) Anpreßdruckes bei mäßiger Erwärmung (ca. 50 bis 70 OC), Nach dem Verlassen der Raschierwalzen durchläuft das Kondensatorband nochmals eine Trockenstrecke.
• Fig.2 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform. Auf der Aluminiumfolie 1 ist in gleicher Art wie weiter oben beschrieben die Oxidschicht 2 und die Schicht 3 mit dem organischen Halbleiter angebracht. Im Gegensatz zur vorhergehenden AusfUhrungsform sind auf den Aluminiumschichten 4, 6 der thermoplastischen Folien 5, 7 Rußlackschichten 8, 9 angeordnet. Die Rußlackschichten 8, 9 schützen sowohl die Aluminiumschichten 4, 6 als auch die Schicht 3 vor einer oxidativen Zerstörung durch wechselseitige Beeinflussung der Schichten 3 und 4, 6. Die Rußlackschichten 8, 9 weisen eine Dicke von ca. 2 bis 5/um und eine Leitfähigkeit von mindestens 10 5/cm auf, wobei die Korngröße der RuBpartikel kleiner als 100 nm ist.
• Bei der in den Figuren 1 bzw. 2 dargestellten Ausführungsform werden die Kondensatoren als langes Band, der sogenannte Mutterkondensator, hergestellt, von dem dann später die Einzelkondensatoren mit Hilfe eines Schneidwerkzeuges abgetrennt werden. Vor dem Abtrennen des Einzelkondensators vom Mutterkondensator werden zweckmäßigerweise die Anschlußdrähte angebracht und dann der Kondensator dicht hinter den Enden der Anschlußdrähte abgetrennt.
• Vorteilhafterweise wird dabei das Schneidwerkzeug auf ca. 200 bis 300 0C erwärmt, wodurch sowohl eine kurzschlußfreie Trennung des Kondensators vom Mutterkondensator als auch eine thermische Zersetzung der Schicht 3 mit dem organischen Halbleiter in l-mittelbarer Nähe der Schnittkante erfolgt; dadurch wird zusätzlich die Kurzschlußfestigkeit erhöht.
• Die Breite der Aluminiumfolien 1 wird durch das gewünschte Rastermaß bestimmt, wogegen die thermoplastischen Kunststoffolien 5, 7 eine größere Breite aufweisen, damit der Kathodenanschlußdraht kurzschlußsicher ankontaktiert werden Lizin. Zweckmäßigerweise wird eine Verbreiterung in der Größe geväbit, die den Freirändern der Aluminiumschichten 4, 6 entspricht.
• Zum Anbringen der Anschlußdrähte werden diese parallel zu den Folienkanten auf den Kondensator aufgelegt und durch einen Punktschweißvorgang mit den Folien verbunden. Zweckmäßigerweise wird dabei ein Punktschweißwer}2eug verwendet, durch welches die Anschlußdrahte an zwei Punkten mit den Folien verschweißt werden.
• Bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen wird auf der linken Seite der Kathodenanschlußdraht und auf der rechten Seite der Anodenanschlußdraht angebracht. Durch die Freiränder der Aluminiumschichten 4, 6 sowie die größere Breite der thermoplastischen Folien 5, 7 wird gewährleistet, daß ein turzschluß zwischen Kathode und Anode nicht stattfinden kann.
• Als Anschlußdrähte werden vorzugsweise verzinnte Kupfer- bzw.
• Bronzedrähte verwendet, welche durch den Anpreßdruck und durch die Erwärmung des Drahtes während des Stromstoßes auf ca. 700 bis 800 0C ganz oder teilweise in die thermoplastische Folie 5 einschmelzen. Die Schweißung erfolgt dabei vorzugsweise durch einen Stromstoß von 500 A in einer Zeitdauer von zwei Perioden (Wechselstrom 50 bis 60 Hz).
• In Fig. 3 ist Ausschnittsweise ein Schnitt aus der Umgebung des Kathodenanschlußdrahtes 10 nach erfolgte SehweiBvorgang dargestellt. Durch die Erwärmung und den Anpreßdruck beia Schweißen ist die obere thermoplastische Kunststoffolie 5 in der Uhgebung des Kathodenanschlußdrahtes 10 geschiolzen, so daß der Anschlußdraht 10 in elektrische Verbindung mit der liuiiniuuchicht 4 gekommen ist. Zwischen dein verzinnten Draht 10 und der Aluminiumschicht 4 haben sich in der reduzierenden Atmosphäre des geschiolzenen Kunststoffes der Folie 5 Übergangszonen gebildet, in denen das Zinn in die Aluminiumschicht 4 hineindiffundiert ist. Nach den Erkalten wird der Kathodenanschlußdraht 10 ganz oder teilweise von den geschmolzenen Thermoplasten der Folie 5 umhüllt, wodurch eine stabile mechanische Verankerung des Drahtes 10 mit der Folie 5 gewährleistet ist. Durch di Hitze beim Schweißvorgang wird gleichzeitig in der Umgebung des Kathodenanschlußdrahtes 10 die untere Folie 7 mit der oberen Folie 5 verschweißt.
• Dies führt zu einer mechanischen Verfestigung des Kondensators.
• In der Fig.4 ist im Schnittbild die Umgebung des Anodenanschlußdrahtes 11 nach eriolgter Verschweißung mit der Anodenfolie 1 dargestellt. Durch die Erwärmung beim Schweißvorgang ist der thermoplastische Kunststoff der Folie 5 geschmolzen, so daß der Anschlußdraht 11 im direkten Kontakt mit der Aluminiumfolie 1 gekommen ist. Zuvor wurden durch die Erwärmung sowohl die Schicht 3 als auch die Oxidschicht 2 zerstört. Die Verbindung des verzinnten Anschlußdrahtes 11 mit der Aluminiumfolie 1 ist dabei in derselben Weise zu erklären, wie es bei Fig.3 bei der Schweißung des Kathodenanschlußdrahtes beschrieben wurde.
• In unmittelbarer Nähe des Anodenanschlußdrahtes 11 haben sich durch die thermische Zerstörung der Schicht 3 Zonen 12 mit hohem elektrischen Widerstand gebildet, die eine saubere Trennung der Anode von der Kathode bewirken. Weiter wird durch die hohe Temperatur in der Umgebung des Anschlußdrahtes 11 auf der Rückseite der Anodenfolie 1 die Schicht 3 aufgeschmolzen und thermisch zerstört, und es kommt an dieser Stelle zu einer innigen Verbindung der Anodenfolie 1 mit der unten liegenden Runststoffolie 7. Wie bereits bei der Fig.3 beschrieben, hat dies die mechanische Verfestigung des Kondensators zur Folge.
• Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Rathodenkontaktierury durch die auikaschierten, metallisierten Kunststoffolien erhalt man einen Elektrolytkondensator, der in einfacher Weise und automatengerecht herstellbar ist. Durch die Herstellung eines Mhtterkondensators, von dem die Einzelkondensatoren abgetrennt werden, wird zudem eine besonders preisgünstige Herstellung gewährleistet. Das kurzschlußfreie Abtrennen eines Einzelkondensators von einen Mutterkondensator wäre z.B. bei Elektrolytkondensatoren mit Mangandioxid-Schichten nicht möglich.
• Die Resistenz der Schicht 3 gegenüber Feuchtigkeit ermöglicht es, auf aufwendige Einbaumaßnahmen zu verzichten. Die Aluminiumoxidschicht 2, welche an und für sich feuchteempfindlich ist, ist nämlich weitgehend durch die thermoplastischen Kunststoffolien 5, 7 von der Umgebung abgeschirmt und kann außerdem durch geeignete Formier- und Temperprozesse (z.B. Einbau von Phosphat-Ionen) weitestgehend feuchteunempfindlich gemacht werden.
• Die Kapazität der erfindungsgemäßen Kondensatoren beträgt in Abhängigkeit von der Formierspannung und dem Aufrauhgrad der Anodenfolie 1 einige Nanofarad bis einige Mikrofarad.
• 19 Patentansprüche, 4 Figuren.

Claims (19)

1. Patentansprüche 1. Aluminium-Flachelektrolytkondensator, bestehend aus einer einlagigen mit einer dielektrisch wirksamen Oxidschicht versehenen und gegebenenfalls aufgerauhten Anodenfolie und einer Kathode auf der Basis eines EDA-Komplexes, der in eine Matrixsubstanz eingebettet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kathodenkontaktierung aus auf die Schicht (3) mit dem organischen Halbleiter aufkaschierten mit Aluminium (4, 6) bedampften und mit einem Freirand versehenen thermoplastischen Folien (5, 7) besteht.
2. 2. Kondensator nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Folien (5, 7) aus Polyäthylenterephthalat bestehen.
3. 3. Kondensator nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Folien (5, 7) 100 bis 500/um dick sind.
4. 4. Kondensator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Freiränder 1 bis 2 mm breit sind.
5. 5. Kondensator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er Anschlußdrähte (10, 11) aus verzinntem Kupfer bzw. verzinnter Bronze aufweist, die ganz oder teilweise in die Folien (5) eingeschmolzen sind.
6. 6. Kondensator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schicht (3) mit dem organischen Halbleiter eine Dicke von etwa 5 bis 50/um aufweist.
7. 7. Kondensator nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k einen -z e i c h n e t , daß die Schichtdicke etwa 10/um beträgt.
8. 8. Kondensator nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Leitfähigkeit der Schicht (3) größer als 100 mS/cm ist.
9. 9. Kondensator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den Aluminiumschichten (4, 6) den Runststoffolien (5, 7) und der Schicht (3) mit dem organischen Halbleiter leitende Rußlackschichten (8, 9) angeordnet sind.
10. 10. Kondensator nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Rußlackschichten (8, 9) 2 bis dick sind.
11. 11. Kondensator nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h gek e n n z ei c h ne t , daß die Rußlackschichten (8, 9) eine Leitfähigkeit 10 S/cm aufweisen.
12. 12. Kondensator nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Korngröße der Rußpartikel höchstens 100 nm beträgt.
13. 13. Verfahren zur Herstellung eines Aluminium-Flachelektrolytkondensators nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf einer gegebenenfalls aufgerauhten und anodisch oxidierten auf die Breite des gewünschten Rastermaßes geschnittenen Aluminiumfolie (1) durch ein Tauchlackierverfahren beidseitig die den EDA-Komplex enthaltende Schicht (3) aufgetragen wird, daß auf diese Schicht (3) die mit Aluminiumschichten (4, 6) bedampften Kunststoffolien (5, 7) aufkaschiert werden und daß von dem derart hergestellten Mutterkondensator der Einzelkondensator mit einem Schneidwerkzeug abgetrennt wird.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Anpreßdruck beim Aufkaschieren der Folien (5, 7) io5 Pa beträgt.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß die Folien (5, 7) bei einer Temperatur von etwa 50 bis 70 0C aufkaschiert werden.
16. 16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die AnschluB-drähte (10, 11) vor dem Abtrennen des Einzelkondensators angebracht werden.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Anschlußdrähte (10, 11) durch Punktschweißung angebracht werden.
18. 18. Verfahren nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Punktschweißung durch einen Stromstoß von 500 A in einer Zeitdauer von zwei Perioden (Wechselstrom 50 bis 60 Hz) durchgeführt wird.
19. 19. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Schneidwerkzeug auf 200 bis 300 0C erwärmt wird.