DE3023545A1

DE3023545A1 - Tantalelektrolytkondensator

Info

Publication number: DE3023545A1
Application number: DE19803023545
Authority: DE
Inventors: David John Croney; Ronald Derek Weeks
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1979-07-03
Filing date: 1980-06-24
Publication date: 1981-01-22
Also published as: GB2053058B; GB2053058A; IT1209238B; IT8023194A0; US4625261A; US4415950A; US4474323A; JPS5627916A

Description

R.D.Weeks-D.J.Croney 2-1

Tantal elektrolytkondensator

Die Erfindung bezieht sich auf Tantalelektrolytkondensatoren mit festem Elektrolyten, der auf der äußeren Fläche des Kondensatorkörpers mit einem Leitsilberüberzug versehen ist, an den ein Zuleitungsdraht mit einer zinnhaltigen Lotlegierung angelötet ist.

Bei der Herstellung solcher Tantalelektrolytkondensatoren wurde beobachtet, daß sich der Leistungsfaktor des Kondensators mit der Zeit verschlechtert, und es wurde weiter gefunden, daß dies auf einer Diffusion von Silber in die zinnhaltige Lotlegierung beruht, die zum Anlöten der Zuleitung verwendet wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Diffundieren des Silbers in das Lot zu verhindern.

Es wurde gefunden, daß es möglich ist, dieses Herauslösen von Silber dadurch zu vermindern, daß der ersten Lotschicht ein geringer Anteil an Silber zugesetzt wird. Jedoch werden dadurch die Kosten des Kondensators vergrößert und das Problem wird dadurch nicht vollständig gelöst.

In der älteren Patentanmeldung P 27 45 985 wurde bereits vorgeschlagen, ein Leitsilber zu verwenden, das mit

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Silber überzogene Kupferteilchen und reine Silberteilchen enthält. Dadurch ergibt sich eine wesentliche Begrenzung bei der Verschlechterung des Leistungsfaktors und es ist außerdem billiger als Leitsilber mit reinem SiIber.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Änderuno der Zusammensetzung des Leitsilbers eine weitere Verbesserung und Verbilliaung bei Tantal elektrolytkondensatoren der eingangs genannten Art zu erzielen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Leitsilber neben Silberteilchen ausschließlich aus Kupfer bestehende Teilchen enthält.

Die Erfindung soll anhand der Figuren näher beschrieben werden.

Figur 1 zeigt schematisch die Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Tantal-Festelektrolyt-Kondensators gemäß der Erfindung und

Figur 2 zeigt schematisch eine andere Ausführungsform der Erfindung.

Zunächst soll eine spezielle Leitsilber-Zusammensetzung gemäß der Erfindung beschrieben werden, welche bei der Herstellung von Kondensatoren gemäß den Figuren 1 und verwendet wurde. Die Zusammensetzung enthält 25,5 Gewichtsprozent Silberpulver, 25,5 Gewichtsprozent

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Kupferpulver, 6,9 Gewichtsprozent polymeres Bindemittel und 42,0 Gewichtsprozent eines mit dem Bindemittel verträglichen Lösungsmittels, sowie 0,1 Gewichtsprozent eines Benetzungsmittels.

Als Silberpulver kann ein handelsübliches Silberpulver verwendet werden, das eine mittlere Teilchengröße von etwa 5,um und eine maximale Teilchengröße von etwa 20.um hat. Als Kupferpulver wurde ein handelsübliches Kupferpulver verwendet mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 38,um und einer maximalen Teilchengröße von etwa 125,um. Als Bindemittel kann ein Acrylcopolymer verwendet werden, wie es beispielsweise unter dem Handelsnamen Surcol 530 von der Fa. Allied Colloids Ltd. verkauft wird. Als Lösungsmittel für dieses Bindemittel kann n-Butylacetat benutzt werden und als Benetzungsmittel Triäthanolamin.

Die einzelnen Bestandteile werden in einem mit hoher Geschwindigkeit laufenden Mixer gemischt, so daß die Teilchen gut in der ganzen Flüssigkeit dispergiert werden.

Die Silber- und Kupferteilchen haben im allgemeinen Lamellenform, d.h. sie sind flockenförmig, jedoch kann efn Teil der Teilchen auch eine andere Form haben.

Für wirksame Leitsilberzusammensetzungen können auch andere Pulver und Lösungsmittel als die obengenannten verwendet werden. Als polymeres Bindemittel kann beispielsweise ein Epoxyd, Methylcellulose oder Äthylcellulose,

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Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, fluorierter Kautschuk oder Acrylpolymere einschließlich von Acrylamiden und carboxylierten Äcrylen verwendet werden. Einige dieser Bindemittel werden von Wasser reduziert und es ist vorteilhaft vom gesundheitlichen und Sicherheitsstandpunkt, ein auf Wasserbasis aufgebautes System zu verwenden. Das Lösungsmittel muß mit dem Bindemittel verträglich sein und eine geeignete Flüchtigkeit haben, so daß das Leitsilber in üblicher Weise getrocknet werden kann. Bei Verwendung von n-Butylacetat ergeben sich kürzere Trocknungszeiten als bei Verwendung von 2-Kthoxiäthanol, wie es in der älteren Patentanmeldung beschrieben wurde.

Es können auch die Anteile der verschiedenen Bestandteile variiert werden, ohne die Wirksamkeit des Leitsilbers aufzuheben. Die Grenzmengen für die einzelnen Bestandteile sind in Gewichtsprozent ausgedrückt folgende:

Silberpulver: 10 - 40 Gewichtsprozent Kupferpulver: 50 - 10 Gewichtsprozent Polymeres Bindemittel: 2-12 Gewichtsprozent Lösungsmittel: 30 - 60 Gewichtsprozent Benetzungsmittel: 0,01 - I₉O Gewichtsprozent

Das Leitsilber, das in der älteren Patentanmeldung beschrieben ist, enthält stets einen bestimmten Anteil an mit Silber überzogenen Kupferteilchen, zusammen mit reinen Silberteilchen, ein polymeres Bindemittel und ein

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Lösungsmittel. Das Leitsilber gemäß der vorliegenden Erfindung enthält reine Kupferteilchen anstelle von mit Silber überzogenen Kupferteilchen, und mindestens ein Teil der reinen Silberteilchen ist ersetzt durch reine Kupferteilchen. Es wurde gefunden, daß ein solches Leitsilber den Wirkungsgrad von Tantal-Kondensatoren durch Begrenzung des Verlustfaktors im Vergleich zu einem Leitsilber mit silberüberzogenen Kupferteilchen verbessert, während es sowohl billiger herzustellen ist und außerdem das komplizierte Verfahren zum Oberziehen von Kupferteilchen mit Silber vermeidet.

Gemäß den Figuren IA und IB wird ein Anodenkörper 1 für einen Tantal-Kondensator dadurch hergestellt, daß Tantalpulver zusammen mit einem Zuleitungsdraht 2, der die Anodenzuleitung für den Kondensator darstellt, gepreßt und gesintert wird. Eine dielektrische Schicht aus Tantalpentoxid wird, beispielsweise durch elektrolytisches Aufwachsen, auf der Oberfläche der Tantal-Teilchen erzeugt. Die Zwischenräume des Tantalkörpers werden mit Mangandioxid gefüllt, das als fester Elektrolyt wirkt. Diese Herstellungsstufe wird vorzugsweise mehrmals hintereinander durchgeführt, um sicherzustellen, daß alle Zwischenräume des Sinterkörpers vollständig imprägniert sind. Der Körper wird dann in einen Behälter 3 eingetaucht, welcher eine halbkoloidale Suspension 4 von Graphit in Wasser enthält, und danach in einem Ofen bei etwa 100 ⁰C eine halbe Stunde lang getrocknet. Der Eintauchvorgang ist schematisch in Figur IB dargestellt.

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In Figur IC ist schematisch ein Behälter 5 mit Leitsilber dargestellt, das die zuvor erläuterte Zusammensetzung hat. Es muß darauf geachtet werden, daß das Leitsilber nur einen Teil la des Körpers 1 bedeckt und nicht bis zum Anodendraht 2 reicht (siehe auch Figur ID). Das Leitsilber wird in Luft getrocknet, vorzugsweise in einem Ofen bei etwa mo ⁰C.

In Figur ID ist ein haarnadelförmig gebogener Zuleitungsdraht 7 dargestellt, der an dem Anodenzuleitungsdraht 2 durch eine Schweißung bei P befestigt wird, während das andere Ende 9 des Haarnadeldrahtes an den überzogenen Teil la des Körpers 1 anliegt.

Dann wird der Körper 1 in ein Flußmittel getaucht (nicht dargestellt) und dann in ein Bad 10 einer Lotlegierung eingetaucht, welche Zinn enthält und manchmal auch einen kleinen Anteil an Silber, so daß das Ende 9 des haarnadelförmigen Drahtes an dem überzogenen Teil la des Körpers 1 angelötet wird (Figur IE). Zum Aufbringen des Oberzuges können auch andere Verfahren verwendet werden, wie z.B. Aufspritzen, Aufpinseln oder verschiedene Druckverfahren.

Schließlich wird der Kondensatorkörper 1 und Teile der Zuleitungsdrähte in ein Kunstharz oder in einen Kunststoffüberzug 11 eingebettet, wie dies in Figur IF dargestellt ist. Das Ende des Haarnadeldrahtes wird abgeschnitten, so daß zwei radiale Anschlußdrähte 12 und 13 übrigbleiben.

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In Figur 2 ist ein Tantal-Kondensatorkörper 14 dargestellt, der den gleichen Verfahrensschritten unterworfen wurde, wie sie in Figur 1 bis IC dargestellt sind, und der einen überzogenen Teil 15 hat. Bei dieser Ausführungsform wird ein Becher 16 mit einem Kathodenzuleitungsdraht 17 mittels des Lottropfens 18 am Boden des Bechers mit dem überzogenen Teil des Kondensatorkörpers verbunden. An dem Anodenzuleitungsdraht 19 wird ein mit einer isolierenden Durchführung versehener Deckel 20 befestigt, der aus einem äußeren Metallring 21, einem mittleren isolierenden Glasring 22 und einem Metall röhrchen 23 besteht. Die Innenseite des Röhrchens 23 und die Außenseite des Ringes sind verzinnt, so daß beim Erhitzen der ganzen Anordnung der Lottropfen 18 schmilzt und den überzogenen Teil 15 des Kondensatorkörpers an die Innenseite des Bechers anlötet. Der Ring 21 wird mit dem Rand des Bechers verlötet und das Röhrchen wird mit dem Zuleitungsdraht 19 verlötet.

Auf diese Weise ist der Kondensatorkörper dicht in den Becher eingebaut und der Zuleitungsdraht 17 ist elektrisch mit dem überzogenen Teil 15 des Kondensatorkörpers verbunden. Bei dieser Ausführunosform sind die Zuleitungen des Kondensators axial angeordnet.

Bei beiden Ausführungsformen diffundiert das Kupfer der Kupferteilchen weniger als das Silber der Silberteilchen. Während die Silberteilchen vollständig in das Lot übergehen können, halten die Kupferteilchen eine gute elektrische Verbindung zwischen dem Lot und dem Graphitüberzug der Anode aufrecht. Unter normalen Herstellungsbddingungen tritt nur eine vernachlässigbare Oxidation der Kupferteilchen ein.

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Claims

Patentanwalt ο η ο ? R A S Dipl.-Phys. Leo Thul *ί υ £ v> v> 1W Stuttgart R.D.Weeks-D.J.Croney 2-1 International Standard Electric Corporation New York Ansprüche

1.) Tantalelektrolytkondensator mit festem Elektrolyten, ^ der auf der äußeren Fläche des Kondensatorkörpers mit einem Leitsilberüberzug versehen ist, an den ein Zuleitungsdraht mit einer zinnhaltigen Lotlegierung angelötet ist, dadurch gekennz e i c h η e t, daß das Leitsilber neben Silberteilchen ausschließlich aus Kupfer bestehende Teilchen enthält.

2.) Tantalelektrolytkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitsilberüberzug reine Silberteilchen, reine Kupferteilchen sowie ein polymeres Bindemittel und ein Lösungsmittel enthält.

3.) Tantalelektrolytkondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitsilberüberzug gleiche Anteile an Silberteilchen und an Kupferteilchen enthält.

Fr/ki - 23.6.1980 . /

ORIGINAL INSPECTED

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