DE3881920T2

DE3881920T2 - Elektrolytische Kondensatoren mit einer Festelektrolytschicht und ihre Herstellung.

Info

Publication number: DE3881920T2
Application number: DE88302236T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Harakawa; Koji Izawa; Shinji Nakamura; Hidemitsu Takeuchi; Sadamu Toita
Original assignee: Nitsuko Corp
Current assignee: NEC Platforms Ltd
Priority date: 1987-03-20
Filing date: 1988-03-15
Publication date: 1993-10-07
Anticipated expiration: 2008-03-16
Also published as: EP0283239B1; US4805074A; KR880011840A; DE3881920D1; EP0283239A1; KR910001717B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Trockenelektrolytkondensator, der einen organischen Halbleiter als Elektrolyt benutzt. Inbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Trockenelektrolytkondensator, in welchem ein Polymer einer heterozyklischen Verbindung, wie beispielsweise Pyrrol, Furan oder Thiophen, als Festelektrolyt verwendet wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Kondensators.
Üblicherweise verwenden Trockenelektrolytkondensatoren als Festelektrolyten Mangandioxid (MnO&sub2;) oder einen organischen Halbleiter, wie beispielsweise 7,7,8,8-Tetracyanoquinodimethan (TCNQ)-Salz.
Ein Trockenelektrolytkondensator, in welchem Mangandioxid (MnO&sub2;) als Festelektrolyt verwendet wird, hat ein Kondensatorelement, welches erhalten wird durch Bildung einer dünnen dielektrischen Oxidationsschicht, z.B. Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;), auf der Oberfläche eines Metalls, wie Aluminium, auf welchem die dielektrische Oxidationsschicht gebildet werden kann, Bilden einer Mangandioxidschicht auf der dünnen dielektrischen Oxydationsschicht, Bildung einer Graphitschicht auf der Mangandioxidschicht und Bildung eines Silberpastenüberzugs auf der Graphitschicht, durch Benutzung des Metalls als eine Elektrode und der Silberpastenschicht als andere Elektrode.
Ein Trockenelektrolytkondensator, in welchem ein organischer Halbleiter, wie beispielsweise 7,7,8,8-Tetracyanoquinodimethan (TCNQ)-Salz, als Festelektrolyt benutzt wird, hat ein Kondensatorelement, welches erhalten wird durch Bildung einer dünnen dielektrischen Oxidationsschicht, wie Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) auf der Oberfläche einer Metallfolie, wie Aluminium, Auflegen eines Elektrolytpapiers auf die Metallfolie, Aufwickeln der beiden zu einem Wickel und Imprägnieren des Elektrolytpapiers mit einem organischen Halbleiter, wie beispielsweise TCNQ-Salz.
Die Trockenelektrolytkondensatoren unter Verwendung von Mangandioxid als Festelektrolyt sind jedoch insofern nachteilig, als das Verfahren zur Herstellung der Mangandioxidschicht auf dem dünnen Oxidfilm eines Metalls extrem kompliziert und teuer ist. Ein weiteres Problem besteht darin, daß bei Bildung der Mangandioxidschicht durch thermische Abscheidung von Mangannitrat der dünne Oxidfilm beschädigt wird. Obwohl dies durch Neubildung repariert werden kann, ist die Wiederherstellbarkeit des Oxidfilms doch sehr ärmlich wegen der Mangandioxidschicht. Da die Leitfähigkeit dieses Dioxids gering ist, ist der spezifische Widerstand des Trockenelektrolytkondensators groß und der Leckstrom hoch.
Der Trockenelektrolytkondensator, der einen organischen Halbleiter, wie TCNQ-Salz als Festelektrolyt benutzt, ist insofern nachteilig, als dann, wenn TCNQ-Salz in einem erhitzten und geschmolzenen Zustand gehalten wird, eine Isolierreaktion in sehr kurzer Zeit (etwa 10 Sekunden) stattfindet und dann, wenn das Salz abkühlt und aushärtet es von einem Halbleiter in einen Isolator umgewandelt wird. Weitere Probleme bestehen darin, daß das Herstellungsverfahren schwierig zu handhaben ist und sich nicht gut für eine Massenproduktion eignet. Zusätzlich ist TCNQ-Salz sehr teuer und seine Benutzung sehr kostspielig. Ein weiterer Nachteil ist der, daß der spezifische Widerstand hoch ist, wenn auch nicht in dem Maß, wie bei Trockenelektrolytkondensatoren, die Mangandioxid (MnO&sub2;) als Festelektrolyt benutzen.
Array-Elektrolytkondensatoren sind ebenfalls verfügbar, in denen der eine Anschluß jedes einzelnen Kondensaors elektrisch mit dem entsprechenden Anschluß jedes anderen Kondensators verbunden ist. Konventionelle Array-Kondensatoren dieses Typs werden erhalten durch Konstruktion keramischer Kondensatoren in einer Array-Struktur. Diese Array-Keramikkondensatoren haben eine kleine Kapazität von 1 pF bis 1000 pF. Aus diesem Grund muß bis zum Erhalt eines Array-Keramikkondensators mit einer Kapazität größer als dieser genannte Bereich seine Abmessung vergrößert werden. Dies resultiert aber in Schwierigkeiten bei ihrer praktischen Anwendung.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorstehend geschilderten Umstände entwickelt worden und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einen Festelektrolytkondensator zu schaffen, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung, welche eine Polymerschicht einer heterozyklischen Verbindung als Festelektrolyt verwenden, wobei der spezifische Widerstand und der Leckstrom reduziert sind, die Herstellung vereinfacht und für Massenproduktion geeignet ist und Ungleichheiten in den Charakteristiken eliminiert sind.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines solchen Kondensators und eines Verfahrens zu seiner Herstellung und die Übernahme der Mehrschichtstruktur für das Kondensatorelement, um dadurch einen miniaturisierbaren Kondensator zu schaffen, der für eine Massenproduktion geeignet ist und ausgezeichnete Hochfrequenzeigenschaften und eine hohe Kapazität aufweist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt schließlich in der Schaffung eines Festelektrolytkondensators vom sog. Array-Typ.
Die EP-A-0264786, veröffentlicht am 27.4.1988 mit einem Prioritätsdatum 23.10.1986, weswegen sie nach Art. 54(3) EPC einschlägig ist, beschreibt einen Festelektrolytkondensator mit einer Metallplatte, beispielsweise aus Aluminium, die aufeinanderfolgend mit einer dielektrischen Oxydationsschicht (z.B. Aluminiumoxid), einer Festelektrolytschicht, bestehend aus einem Polymer, gebildet aus Pyrrol, einer Graphitschicht und einer Silberschicht überzogen ist und der einen ersten elektrischen Anschluß aufweist, der an der Silberpasteschicht befestigt ist, und einen zweiten elektrischen Anschluß, der an der Platte befestigt ist. Furan oder Thiophen können als Alternativen für Pyrrol benutzt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Trockenkörperelektrolyt mit wenigstens einem Kondensatorelement, umfassend eine Metallplatte oder -folie, die geteilt wird in einen ersten und einen zweiten Abschnitt durch ein Band aus isolierendem Material, welches an der Peripherie der Metallplatte oder -folie geformt ist, wobei der erste Abschnitt unbeschichtet ist und der zweite Abschnitt aufgerauht und nacheinander beschichtet ist mit:
a) einer dielektrischen Oxidationsschicht,
b) einer Trockenelektrolytschicht, und
c) einer einzelnen oder zusammengesetzten elektrisch leitenden Schicht mit einem oder mehreren ersten elektrischen Anschlüssen, die an der leitfähigen Schicht befestigt sind und einem zweiten Anschluß, der an der Platte oder Folie befestigt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytschicht aus einem Polymer zusammengesetzt ist, welches gebildet wird aus einem heterozyklischen Monomer und einem Stützelektrolyten.
Der Kondensator kann eine Vielschichtstruktur aufweisen, die dadurch gebildet wird, daß eine Vielzahl von wie vorstehend überzogenen Metallplatten übereinandergestapelt sind. Ein derartiger Kondensator kann einen ersten Anschluß haben, der an wenigstens einer der nichtbeschichteten Metalloberflächen angeordnet ist und zweite Anschlüsse, die an den entsprechend leitenden Schichten vorgesehen sind.
Darüber hinaus ist erfindungsgemäß zur Herstellung des vorerwähnten Kondensators ein Verfahren vorgesehen, wobei der zweite Abschnitt der Metallplatte oder -folie nacheinander mit der dielektrischen Oxidationsschicht entsprechend a), der Elektrolytschicht entsprechend b) und der genannten elektrisch leitenden Schicht nach c) beschichtet wird, wobei eine langgestreckte Metallplatte oder -folie benutzt wird, die eine Vielzahl von peripheren Vorsprüngen aufweist, die längs wenigstens einer Kante der Metallplatte oder -folie angeformt sind und ein Isolatorband über jeden Randvorsprung an der Peripherie aufgebracht wird und der distale Abschnitt jedes Randvorsprungs auf gerauht wird, bevor oder nachdem das Isolatorband aufgebracht worden ist, und daß die Überzüge auf dem distalen Abschnitt jedes Randvorsprungs aufgebracht werden und daß jeder Randvorsprung dann vom Grundkörper der Platte abgetrennt wird und die Anschlüsse mit der leitenden Schicht jedes peripheren Vorsprungs und dem nichtüberzogenen ersten Abschnitt verbunden werden, bevor oder nachdem jeder periphere Vorsprung abgetrennt wird.
Beim Herstellen eines Elements vom Array-Typ werden eine Vielzahl von Metallplatten in einer derartigen Weise übereinandergestapelt, daß die Vorsprünge einander entsprechen, wobei die gestapelten Platten durch Anwendung von Druck zusammengefaßt werden; an den übereinandergestapelten Metallplatten wird ein erster Anschluß vorgesehen und an oder zwischen den leitenden Schichten, die an den Spitzen der Vorsprünge angeformt sind, wird ein zweiter Anschluß vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung soll in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben werden werden. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht der Form einer Aluminiumplatte, die als Substrat eines Kondensatorelements eines Trockenelektrolytkondensators gemäß der vorliegenden Erfindung dient,
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts eines Vorsprungs der Platte gem. Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie III durch den Kondensator, der aus dem Material nach den Figuren 1 und 2 gebildet worden ist,
Fig. 4 eine Ansicht eines Kondensatorelements eines Trockenelektrolytkondensators entsprechend der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Vorsprungs einer anderen Metallplatte,
Fig. 6 eine Ansicht eines anderen Kondensatorelements eines Trockenelektrolytkondensators entsprechend der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7 ein Kurvendiagramm, welches die Leckstrom-Spannungs- Charakteristik eines Trockenelektrolytkondensators gemäß Fig. 3 und eines Aluminiumelektrolytkondensators entsprechend dem Stand der Technik zeigt,
Fig. 8 eine Aufsicht, teilweise abgeschnitten, einer Aluminiumfolie, die eine weitere Form eines Kondensatorelementsubstrats bildet,
Fig. 9 und 10 Ansichten, die das Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichttrockenelektrolytkondensators gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen,
Fig.11 eine Seitenansicht des Hauptkörpers eines Mehrschichttrockenelektrolytkondensatorelements, hergestellt wie in den Figuren 9 und 10,
Fig.12 eine teilweise aufgebrochene Aufsicht auf eine geätzte Aluminiumfolie, ähnlich der nach Fig. 1, für den Herstellungsprozeß der Figuren 13 bis 14,
Fig.13 und 14 Ansicht zur Illustrierung eines Verfahrens zur Herstellung eines chipartigen Mehrschichttrockenelektrolytkondensators gemäß der Erfindung,
Fig.15 und 16 eine Seitenansicht bzw. Aufsicht eines Mehrschichttrockenelektrolytkondensators gemäß der vorliegenden Erfindung vom Drahtanschlußtyp,
Fig.17 eine Ansicht, bei der Kondensatorelementkörper in einem Formrahmen plaziert sind,
Fig.18 eine Ansicht der äußeren Gestaltung eines Mehrschichttrockenelektrolytkondensators mit vier Anschlüssen entsprechend der vorliegenden Erfindung,
Fig.19 eine grafische Darstellung der Frequenzcharakteristik der Impedanz eines Trockenelektrolytkondensators entsprechend der vorliegenden Erfindung und eines konventionellen Aluminiumelektrolytkondensators,
Fig.20 und 21 Ansichten zur Illustrierung des Herstellungsprozesses eines weiteren Mehrschichttrockeneleketrolytkondensators entsprechend der vorliegenden Erfindung,
Fig.22 eine Ansicht des Hauptkörpers des Mehrschichttrockenelektrolytkondensatorelements, hergestellt wie in den Figuren 20 und 21,
Fig.23 und 24 Ansichten, die jeweils ein anderes Verfahren zur Herstellung eines weiteren Mehrschichttrockenelektrolytkondensators gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen,
Fig.25 eine perspektivische Ansicht des Aufbaus eines Mehrschichttrockenelektrolytkondensators entsprechend der vorliegenden Erfindung vom Array-Typ,
Fig.26 eine Aufsicht auf eine Metallplatte, die als Substrat dient, auf welchem eine dielektrische Oxydationsschicht gebildet werden kann,
Fig.27 eine Frontansicht von sechs übereinandergestapelten Array-Trockenelektrolytkondensatorelementplatten,
Fig.28 eine Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 27,
Fig.29 eine Ansicht des Aufbaus eines weiteren Array- Trockenelektrolytkondensatorelements entsprechend der Erfindung,
Fig.30 eine Ansicht der äußeren Erscheinung eines Einzelplatten-Array-Trockenelektrolytkondensators, bei welchem ein gegossenes Gehäuse auf dem Kondensatorelement gebildet ist,
Fi.31 eine Ansicht des Aufbaus einer weiteren Array- Trockenelektrolytkondensatorelementplatte entsprechend der Erfindung, und
Fig.32 eine Ansicht des Aufbaus eines Mehrschicht-Array- Trockenelektrolytkondensatorelements, welches durch Übereinanderstapeln der Array-Festelektrolytkondensatorelementplatten erhalten wird.
Bezugnehmend auf Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Metallplatte, beispielsweise Aluminium, Tantal, Titan oder Niob. Nachfolgend wird speziell die Verwendung von Aluminium beschrieben, wobei dies jedoch keine Einschränkung auf dieses Material sein soll. Die Oberfläche einer Aluminiumfolie wurde einer Ätzbehandlung unterzogen, um die Oberfläche aufzurauhen, wonach die Folie in die in Fig. 1 gezeigte Form geschnitten wurde, d.h. so, daß sie eine Anzahl von rechteckförmigen Vorsprüngen 2-1, 2-2, ... 2-n in einer Reihe längs einer Längskante und eine ähnliche Reihe von Vorsprüngen 3-1, 3-2, ... 3-n längs der anderen Längskante aufweist. Als nächstes wird ein Band 6, umfassend ein isolierendes synthetisches Harz an der Peripherie jeder der Vorsprünge 2-1, 2-2, ... 2-n und 3-1, 3-2, ... 3-n an einer vorbestimmten Position aufgebracht.
Die Fig. 2 ist eine vergrößerte Aufsicht auf einen Abschnitt des Vorsprungs 2-1. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist das isolierende Band, welches eine vorgegebene Form (vgl. Fig. 5) und Größe aufweist, quer über den Vorsprung 2-1 an einer gewünschten Position aufgebracht, wodurch der Vorsprung 2-1 in zwei Abschnitte 4 und 5 geteilt wird. Der Abschnitt 4 bildet eine ausgesetzte Fläche der Metallplatte 1. Die Oberseite und Unterseite der ausgesetzten Fläche sind kontinuierlich. Ein Isolatorband 6 ist in ähnliche Weise auf den anderen Vorsprüngen 2-2, ... 2-n und 3-1, 3-2, ... 3-n aufgebracht.
Anschließend wird dann (was in den Zeichnungen nicht dargestellt ist) eine Maskierung auf den zentralen Abschnitt L&sub1; der Aluminiumfolie aufgebracht und auf dem ausgesetzten Abschnitt 4 jedes der Vorsprünge 2-1, 2-2, ... 2-n, 3-1, ... 3-n werden sukzessive ein dünner Film einer Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;)-Schicht 7, eine Schicht 8 aus einer heterozyklischen Polymerverbindung, eine Graphitschicht 9 und eine Silberpasteschicht 10 aufgebracht, um eine Struktur zu bilden, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist.
Die Aluminiumoxidschicht 7 wird in üblicher Weise aufgebracht, beispielsweise durch Eloxieren.
Die Polymerschicht 8 wird gebildet durch Eintauchen der Folie in eine Elektrolytlösung, die Pyrrol und entweder Bordisalicylsäure oder Bordisalicylsalz enthält (z.B. eine Elektrolytlösung mit Pyrrol und Ainmoniumbordisalicylat (ABS)), wobei Acetonitril das Lösungsmittel bildet und der Behälter (der üblicherweise aus rostfreiem Stahl besteht), der die Elektrolytlösung enthält, als Kathode dient und die Aluminiumfolie als Anode, und ein vorgegebener Gleichstrom an diese Elektroden angelegt wird. Auf diese Art und Weise findet eine elektrochemische Polymerisation in der Elektrolytlösung statt, so daß eine Polypyrrolschicht auf der Aluminiumoxidschicht 7 gebildet wird. Die Dicke der Polypyrrolschicht beträgt 20 bis 50 um. Da die Pyrrolpolymerschicht (Polypyrrolschicht), die durch elektrochemische Polymerisation auf der dielektrischen Oxydationsschicht, wie z.B. der Aluminiumoxidschicht 7, gebildet wird, eine Polypyrrolverbindung ist, in welcher die N-H-Gruppen der Pyrrolmoleküle und der Stützelektrolyt wasserstoffgebunden sind, sollte die elektrolytische Polymerisation in einer Elektrolytlösung durchgeführt werden, welche zusätzlich zum Pyrrol ABS als Stützelektrolyt enthält. Der Letztere sollte Borsäure und irgendeine der folgenden Zutaten enthalten:
(1) eine aliphatische oder aromatische Karbonsäure oder deren Salze,
(2) eine aliphatische oder aromatische Verbindung mit zwei oder mehr Karbonylgruppen, oder deren Salz,
(3) eine aliphatische oder aromatische Verbindung oder ein Salz davon, mit wenigstens einer Hydroxyl(-OH)-Gruppe und wenigstens einer Karbonsäure(-COOH)-Gruppe, und
(4) eine aliphatische oder aromatische Verbindung oder deren Salz, mit wenigstens einer Amin(-NH&sub2;)-Gruppe und wenigstens einer Karbonsäure(-COOH) -Gruppe.
Es ist darüber hinaus möglich, eine Borverbindung als Stützelektrolyt zu benutzen, die durch chemisches Verbinden durch Bor und einer der vorerwähnten Verbindungen (1) bis (4) erhalten wird.
Der Abschnitt der darauf gebildeten Polypyrrolschicht wird dann in eine wässrige Graphitlösung eingetaucht, woraufhin das abgeschiedene Graphit die Möglichkeit erhält auszuhärten, um eine Grpahitschicht 9 zu bilden. Die erhaltene Struktur wird dann in eine wässrige Lösung einer Silberpaste eingetaucht und der Überzug der Paste wird dann ausgehärtet, um die Silbepasteschicht 10 zu bilden.
Nachdem die Schichten aus Aluminiumoxid 7, dem Polymer 8, Graphit 9 und der Silberpaste 10 so sukzessive auf jedem Abschnitt 4 gebildet worden sind, der durch das Isolatorband 6 auf den Vorsprüngen 2-1, 2-2, ... 2-n und 3-1, 3-2, ... 3-2 definiert ist, wird die Maske entfernt und jeder der Abschnitte 2-1, 2-2, ... 2-n und 3-1, 3-2, ... 3-n an ihren Basisenden vom zentralen Rückgrat der Metallplatte 1 abgeschnitten.
Wie die Fig. 4 zeigt, hat jeder von der Platte 1 abgeschnitte Vorsprung einen Abschnitt 4 auf einer Seite des Isolierbandes 6 und einen unbeschichteten Abschnitt 5 auf der anderen Seite des Isolierbandes.
Die Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer abgewandelten Form des Tsolierbandes 6, gebildet auf einem (2-2) der Vorsprünge 2-1, 2-2, ... 2-n und 3-1, 3-n an den Längskanten der geätzten Aluminiumfolie, welche die Metallplatte 1 bildet. Fig. 5 ist eine vergrößerte Aufsicht auf den Vosprung 2-2.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist das Isolatorband über den größten Teil der Fläche der geätzten Aluminiumfolie aufgebracht, so daß nur ein vorbestimmter Abschnitt 4 des Vorsprungs frei bleibt und der Abschnitt 5, an welchem einer der Kondensatoranschlüsse befestigt ist. Daraufhin werden, wie oben beschrieben, die aufeinanderfolgenden Überzüge 7, 8, 9 und 10 auf dem Abschnitt 4, der durch das Isolatorband 6 definiert ist, gebildet. Anschließend wird jeder Vorsprung von der geätzten Aluminiumfolie abgeschnitten.
Bei jeder der Isolatorbandformen, wie sie in den Figuren 4 bzw. 6 gezeigt sind, wird ein Drahtanschluß 12 mit dem Abschnitt 4 verbunden und ein anderer Drahtanschluß 13 mit dem Abschnitt 5. Diese Fertigungsstufe kann durchgeführt werden vor oder nachdem die Vorsprünge von der Platte abgetrennt werden. Dies vervollständigt die Herstellung des Kondensatorelements 11.
Falls das Kondensatorelement 11 entweder nach der Ausführungsform nach Fig. 4 oder nach Fig. 6 umhüllt werden soll, wird eine Plattierung (beispielsweise aus Kunstharz) auf das Kondensatorelement 11 mit Ausnahme der Abschnitte der Anschlüsse 12, 13 aufgebracht, die aus dem Element 11 in geeigneter Weise herausragen. Dies vervollständig den erfindungsgemäßen Trockenelektrolytkondensator.
Die Anschlüsse 12, 13 können andere als die dargestellten Ausbildungen erfahren.
Der Abstand zwischen den Anschlüssen 12 und 13 und die Richtung, in welche diese Anschlüsse vom Kondensatorelement wegragen, kann frei eingestellt werden, indem man das Isolierband 6 in verschiedenen Formen und Dimensionen auf den Vorsprüngen 2-1, 2-2, ... 2-n und 3-1, 3-2, ... 3-2 an vorgegebenen Positionen aufbringt.
Das Herstellungsverfahren umfaßt demnach:
Bilden eines Isolatorbandes von gewünschter Form auf einem vorgegebenen Abschnitt eines Vorsprungs einer Metallplatte;
sukzessive Bildung einer dielektrischen Oxydationsschicht, einer Schicht eines Polymers aus einer heterozyklischen Verbindung und eine leitende Schicht auf einer Oberfläche eines Abschnitts der Vorsprünge definiert durch die Abdeckschicht;
Abtrennen der Vorsprünge vom Basisabschnitt; und
- vor oder nach dem Abtrennen - Befestigen eines ersten Drahtanschlusses am unbeschichteten Abschnitt des abgetrennten Vorsprungs, der durch die Abdeckschicht definiert ist, und eines zweiten Drahtanschlusses an der leitenden Schicht.
In dem so gebildeten Kondensator dient die Polymerschicht 8 aus der heterozyklischen Verbindung als Elektrolyt. Da die Polymerschicht 8 eine hohe Leitfähigkeit aufweist, hat der Kondensator einen spezifischen Widerstand (ESR), der kleiner ist als der konventioneller Trockenelektrolytkondensatoren, in denen der Festelektrolyt Mangandioxid oder ein organischer Halbleiter wie TCNQ-Salz ist. Darüber hinaus ist der Verluststrom viel geringer als in einem konventionellen Trockenelektrolytkondensator.
Der oben beschriebene Trockenelektrolytkondensator ist durch Nichtpolarität gekennzeichnet, d.h. der Kondensator zeigt keine Polarität, wenn er einer Spannung innerhalb eines festen Rahmens ausgesetzt wird. Wenn eine Spannung innerhalb eines festen Bereichs an den Kondensator 11, wie er vorstehend beschrieben ist, angelegt wird, kann somit entweder der Drahtanschluß 12 oder 13 als Anode oder wahlweise auch als Kathode dienen.
Die Kurve Inv in Fig. 7 zeigt die Verluststrom- Spannungscharakteristik eines Trockenelektrolytkondensators entsprechend Fig. 1, die Kurve Pri die eines bekannten Aluminiumelektrolytkondensators. Für jede Kurve gibt RV die Nennspannung wieder. Der Verluststrom I ist längs der vertikalen Achse und die Spannung V längs der horizontalen Achse aufgetragen. Man erkennt, daß bei dem konventionellen Aluminiumelektrolytkondensator der Verluststrom I steil ansteigt, wenn eine Spannung negativer Polarität an den Kondensator angelegt wird, und daß der Kondensator eventuell zerstört wird. Bei dem Trockenelektrolytkondensator der vorliegenden Erfindung ist jedoch der Verluststrom im wesentlichen der gleiche wie im Falle einer angelegten positiven Spannung, solange die an den Kondensator angelegte negative Spannung einen Wert aufweist, die innerhalb des Nennspannungsbereichs liegt. Es wurde somit bestätigt, daß der erfindungsgemäße Kondensator im vorgegebenen Spannungsbereich keine Polarität zeigt.
Durch die Herstellung des Trockenelektrolytkondensators gemäß der vorliegenden Erfindung in der vorstehend beschriebenen Weise können die aufeinanderfolgenden Schichten 7 bis 10 sukzessive auf der Vielzahl von Vorsprüngen der Platte gebildet werden. Auf diese Art und Weise kann eine große Anzahl von Kondensatorelementen gleichzeitig gefertigt werden.
Da die Graphitschicht 9 und die Silberpasteschicht 10 durch eine Tauchverfahren oder einen Druckvorgang gebildet werden können, kann jede dieser Schichten darüber hinaus sehr rasch und gleichmäßig gebildet werden. Dies ermöglicht eine Reduzierung der Ungleichheiten in der Qualität der fertigen Kondensatoren.
Anstelle von Pyrrol als heterozyklische Verbindung können andere Verbindungen, wie z.B. Furan oder Thiophen benutzt werden, um eine entsprechende Polymerschicht zu ergeben.
Darüber hinaus ist die Form der Vorsprünge 2-1, 2-2, ... 2-n und 3-1, 3-2, ... 3-n, die an den Kanten der geätzten Aluminiumfolie 1 angeformt sind, nicht auf die Form eines Rechtecks beschränkt, d.h. die Vorsprünge können auch polygonal oder kreisförmig ausgebildet sein.
Obgleich die Vorsprünge im vorhergehenden Ausführungsbeispiel der Fig. 1 an beiden Längsseitenkanten des geätzten Aluminiumfilms 1 angeformt waren, können sie auch nur an einer Seitenkante angeformt sein, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, die eine teilweise aufgebrochene Aufsicht darstellt, welche die Gestaltung einer anderen Form der Metallplatte illustriert, die als Substrat zur Herstellung eines Kondensatorelements benutzt werden kann.
Die geätzte Folie 21 hat die Form eines Streifens, längs dessen einer Längsseitenkante eine Vielzahl von rechteckförmigen Vorsprüngen 22, 22, ... angeformt sind, die durch einen vorbestimmten Abstand voneinander getrennt sind.
Ein Isolierband 23 von vorgegebener Form und Größe wird quer über jede Fläche der Vorsprünge 22 an einer vorgegebenen Position aufgebracht. Auf diese Art und Weise ist jeder Vorsprung 22 durch das Isolatorband 23 in zwei Abschnitte unterteilt.
Die geätzte Aluminiumfolie 21 wird auf dem Abschnitt oberhalb des Bandes 23 in Fig. 8 maskiert und dann die Dünnfilmaluminiumoxidschicht auf der Folie durch irgendein bekanntes Verfahren gebildet. Als nächstes werden nacheinander, wie vorstehend beschrieben, eine Pyrrolpolymerschicht (durch Tauchen der geätzten Aluminiumfolie 21 in eine Elektrolytlösung), die Graphit- und die Silberpasteschichten aufgebracht. Anschließend wird die Maske entfernt. Das Ergebnis ist eine fertige Kondensatorelementplatte, die wiederum die Querschnittsstruktur aufweist, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist.
Im folgenden soll die Herstellung eines Mehrschichttrockenkondensators beschrieben werden.
Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist eine Mehrzahl (in der Fig. 6) von Kondensatorplatten 29 gemäß Fig. 3 dicht in einer derartigen Weise gestapelt, daß die Vorsprünge 22 der Platten jeweils übereinanderliegen. Die Fig. 9 zeigt eine Frontansicht der übereinandergestapelten sechs Kondensatorelementplatten 29 und die Fig. 10 ist eine Seitenansicht davon.
Die Vorsprünge 22 werden dann einem Druck bei hoher Temperatur ausgesetzt und die Silbepasteschichten 27 auf den Abschnitten 28, die durch die jeweiligen Isolatorbänder 23 definiert sind, können teilweise trocknen und integrieren dabei die gestapelten Kondensatorelementplatten 29, indem sie die Abschnitte 28 jeweils aneinander befestigen. Die anderen durch das Isolatorband 23 definierten Abschnitte, nämlich der unbeschichtete Abschnitt, wo das geätzte Aluminium 2l freiliegt (diese Abschnitte sind in Fig. 8 durch "X" markiert), werden ebenso aneinander befestigt, beispielsweise zusammengeschweißt oder gelötet.
Anschließend werden die gestapelten Kondensatorelementplatten 29 zwischen den Vorsprüngen 22 (längs der Linien C-C in Fig. 9) abgetrennt und dadurch eine Vielzahl von Kondensatorelementkörpern 30 für einen Mehrschichttrockenelektrolytkondensator gebildet, wobei jeder Körper die Konfiguration aufweist, wie sie in Fig. 11 gezeigt ist.
IIn vorstehenden Ausführungsbeispiel trägt die Metallplatte in Fig. 8 die Vorsprünge 22 längs einer Längsseitenkante des Streifens wie in Fig. 9, aber es kann auch eine Folie mit zwei Reihen von Vorsprüngen wie in Fig. 1 verwendet werden und die Vorsprünge können von jeder gewünschten Form sein.
Mit einem derartigen Zweikantenkörper (Fig. 12) kann die Maskierung des Abschnitts L1, das Überziehen und Zusammenbinden unter Druck in der gleichen Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 9 bis 11 erreicht werden, gefolgt vom Abschneiden der zusammengefaßten Teile längs der strichpunktierten Linien D-D, E-E in Fig. 12, wodurch Kondensatorelementkörper 30 erhalten werden, die identisch die gleiche Struktur aufweisen, wie die in Fig. 11 gezeigten.
Anschließend, wie es in Fig. 13 gezeigt ist, wird ein plattenförmiger Anschluß 31 in Druckkontakt mit der Außenoberfläche der teilweise getrockneten Silberpasteschicht auf dem Abschnitt 28 des Mehrschichtkondensatorelementkörpers 30 gebracht, der durch das Isolatorband 23 definiert ist, und die Silbepasteschicht wird dann vollständig getrocknet und gehärtet, um den Anschluß 21 am Abschnitt 28 zu befestigen. Ein ähnlicher plattenförmiger Anschluß 32 wird, beispielsweise durch Punktschweißen, Ultraschallschweißen oder Kaltschweißen auf der geätzten Aluminiumfolie 21 am anderen (unbeschichteten) Abschnitt befestigt, der durch die Abdeckschicht 23 definiert ist. Das fertige Produkt ist ein Kondensatorelement.
Wie in Fig. 14 dargestellt ist, wird dann ein kunstharzgegossenes Gehäuse oder eine Plattierung 33 über dem Kondensatorelement gebildet, welches Abschnitte der Anschlüsse 31, 32 freiläßt. Anschließend werden die freiligenden Abschnitte der Anschlüsse 31, 32 auf die Außenfläche des gegossenen Kunstharzüberzugs oder Gehäuses gebogen und die distalen Endabschnitte dieser Anschlüsse auf die Bodenfläche des Gehäuses 33 erstreckt. Damit ist die Herstellung eines Mehrschichttrockenelektrolytkondensators vom "Chip-Typ" abgeschlossen.
In dem vorstehenden Ausführungsbeispiel ist der Kondensatorelementkörper 30 vom sog. Chip-Typ. Wie in den Figuren 15 und 16 dargestellt ist, ist es jedoch möglich, auch einen Mehrschichttrockenelektrolytkondensator vom Drahtanschlußtyp herzustellen, indem man nach außen sich erstreckende Drahtanschlüsse 35 und 36 durch das vorstehend beschriebene Verfahren auf dem Abschnitt 28 des Kondensatorelementkörpers 30, der durch das Isolatorband 23 definiert ist, und der Aluminiumfolie 21 des anderen Abschnitts, der durch die Schicht 23 definiert ist, befestigt, wodurch ein Kondensatorelement erhalten wird, auf dem ein Kunstharzüberzug 37 gebildet wird.
Der Kondensatorelementkörper 30 kann verwendet werden zur Herstellung eines Kondensators mit vier Anschlüssen. Dies wird im folgenden beschrieben.
Wie in Fig. 17 gezeigt ist, wird ein Formrahmen 39 vorbereitet, in welchem ein Rahmen 38 mit den Anschlußabschnitten 34 verbunden ist. Daraufhin wird der Kondensatorelementkörper 30 zwischen den Anschlußabschnitten 34, 34 angeordnet, wobei die Abschnitte 28 des Kondensatorelementkörpers 30 und einer der Anschlußabschnitte 34 verbunden werden, beispielsweise miteinander verschweißt oder verlötet, und der andere Abschnitt des Kondensatorelementkörpers, nämlich die geätzte Aluminiumfolie 21, und der andere Anschlußabschnitt 34 beispielsweise durch Punktschweißen, Ultraschallschweißen oder Kaltverschweißen, miteinander verbunden werden. Die Gesamtheit der Kondensatorelementkörper 30 wird dann mit Kunstharz umhüllt, wobei die distalen Enden der Anschlußabschnitte 34 frei bleiben. Schließlich werden die distalen Enden der Anschlußabschnitte 34 von den Rahmen 38, 38 abgetrennt und diese dann gebogen, wodurch ein Miniaturmehrschichttrockenelektrolytkondensator mit vier Anschlüssen erhalten wird, wie er in Fig. 18 gezeigt ist.
Die oben beschriebene Folge von Schritten kann bis zu einem gewissen Grad abgewandelt werden. So können beispielsweise, direkt nachdem die Silberpasteschichten auf den Abschnitten 28 teilweise getrocknet sind, um sie zu befestigen und sie zusammenzufassen, die Vorsprünge an ihren Basisenden abgeschnitten werden gefolgt vom Zusammenfügen, beispielsweise durch Schweißen, der freiliegenden Aluminiumfolienabschnitte 21.
Auf diese Art und Weise können die Stufen des Herstellungsprozesses jede beliebige Reihenfolge haben, solange das Kondensatorelement durch wenigstens die nachfolgenden Schritte hergestellt wird:
Bilden des Isolatorbandes 23 auf dem Vorsprung 22;
sukzessive Bildung der Aluminiumoxidschicht, der Pyrrolpolymerschicht, der Graphitschicht und der Silberpasteschicht auf einem durch das Band 23 gebildeten Abschnitt des Vorsprungs 22;
Übereinanderstapeln einer Vielzahl von geätzten Aluminiumfolien 21 in der Weise, daß die entsprechenden Abschnitte 28 und 29, die auf den Folien durch das Isolatorband 23 definiert sind, einander entsprechend angeordnet sind;
Anwendung von Druck und Vereinigen der Silbepasteschichten des Laminats;
Verbinden - bei allen Vorsprüngen 22 - der anderen unbeschichteten Abschnitte der geätzten Alumiumfolie 21, die definiert sind durch die Abdeckschicht 23 jedes Vorsprungs 22 des Laminats;
Abschneiden des Laminats zwischen den Vorsprüngen 22, 22 zur Bildung individueller Elementlaminate; und
Befestigen eines ersten Anschlusses am Abschnitt der Silberpasteschicht des Laminatelements und eines zweiten Anschlusses auf einem Abschnitt von daranhängenden unbeschichteten geätzten Folien 21.
Der Mehrschichttrockenelektrolytkondensator, der wie vorstehend hergestellt worden ist, hat einen 1,4- bis 1,5-mal größeren CV-Produktwert als der gesinterte Tantaltrockenelektrolytkondensator der gleichen Größe, der unter den bisherigen kommerziell erhältlichen Kondensatoren den größten CV- Produktwert aufwies. Zum Beispiel kann ein 10V-22 uF Mehrschichttrockenelektrolytkondensator gemäß der Erfindung erhalten werden in einem Fall mit 6x7x5 mm Außenabmessung, während mit diesen Abmessungen nur ein 10V-15uF Tantaltrockenelektrolytkondensator erhalten werden kann. Die Größe eines Kondensators kann also um mindestens 30% durch die vorliegende Erfindung weiter vermindert werden.
Fig. 19 zeigt die grafische Darstellung des Frequenzverhaltens der Impedanz von zwei Trockenelektrolytkondensatoren entsprechend dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel und einem Aluminiumelektrolytkondensator entsprechend dem Stand der Technik. Die Impedanzwerte (mΩ) sind längs der Vertikalachse aufgetragen und die Frequenz (Hz) längs der Horizontalachse. Jeder Kondensator hat eine Nennspannung von 10 V und eine Kapazität von 100 uF.
Die Impedanz-Frequenzcharakteristiken beziehen sich auf: (I) ein konventioneller Aluminiumelektrolytkondensator, (II) ein Mehrschichttrockenelektrolytkondensator mit vier Anschlüssen (wie er in Fig. 18 gezeigt ist), der durch Verwendung des Kondensatorelementkörpers 30 des vorhergehenden Ausführungsbeispiels erhalten wird, und (III) einen Mehrschichttrockenelektrolytkondensator, bei dem die Drahtanschlüsse am Kondensatorelementkörper 30 befestigt sind (wie in den Figuren 15 und 16 dargestellt).
Wie man aus den Figuren II und III ersehen kann, hat der Mehrschichttrockenelektrolytkondensator des vorhergehenden Ausführungsbeispiels eine sehr niedrige Impedanz im Hochfrequenzbereich von mehr als 10 KHz, verglichen mit dem Kondensator nach dem Stand der Technik.
Durch Übernahme der Mehrschichtstruktur für diesen Trockenelektrolytkondensator ist darüber hinaus eine Miniaturisierung möglich; insbesondere die Höhe kann durch Verwendung der Vier-Anschlüsse-Struktur reduziert werden. Dementsprechend ist der vorstehend beschriebene Mehrschichttrockenelektrolytkondensator gut geeignet als Ausgangsglättungskondensator in einem Ausgangsglättungskreis einer Schaltungsstromversorgung und dient zur Reduzierung der Größe und Dicke des Schaltkreises.
Da die Schicht aus dem Polymer einer heterozyklischen Verbindung als Elektrolyt benutzt wird, hat der Trockenelektrolytkondensator einen äquivalenten Serienwiderstand, der niedriger ist als der eines konventionellen Trockenelektrolytkondensators, in welchem der Festelektrolyt Mangandioxid oder ein organischer Halbleiter wie TCNQ-Salz ist. Darüber hinaus ist der Verluststrom viel geringer im Vergleich mit den konventionellen Elektrolytkondensatoren. Ein erfindungsgemäßer Trockenelektrolytkondensator hat somit herausragende Eigenschaften.
Der vorstehend beschriebene Trockenelektrolytkondensator hat eine Spannungs-Stromcharakteristik, die angenähert die gleiche ist, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist, d.h. er hat ebenfalls keine Polaritätscharakteristik, und zeigt keine Polarität innerhalb des vorgeschriebenen Spannungsbereichs. Bei Benutzung des Mehrschichttrockenelektrolytkondensators vom Chip-Typ mit der Struktur, wie sie in Fig. 14 als Beispiel beschrieben ist, kann entweder der Anschluß 31 oder der Anschluß 32 als Anode dienen; umgekehrt kann jeder von ihnen auch die Kathode bilden. In beiden Fällen werden nahezu die gleichen Verluststrom-Spannungscharakteristiken erhalten.
Die Figur 20 und 21 zeigen in Aufsicht und in Perspektive ein Verfahren zur Herstellung eines anderen Mehrschichttrockenelektrolytkondensators entsprechend der vorliegenden Erfindung. Die Kondensatorelementplatte 29 ist die gleiche wie die Platte 21 in Fig. 9. Das Bezugszeichen 40 bezeichnet eine dünne Kupferplatte, von denen jede auf einer Längskante Vorsprünge 41 der Form und Abmessung aufweis, die den Abschnitten 28 entsprechen, die von den Isolatorbändern 23 auf der Kondensatorelementplatte 29 definiert sind. Wenn die Kondensatorelementplatten 29 gestapelt werden, werden die Vorsprünge 41 der dünnen Kupferplatten 40 ebenfalls dazwischen gestapelt zwischen den Abschnitten 28, 28, d.h. zwischen den Silberpasteschichten auf den Abschnitten 28, die durch die Isolatorbänder 23 definiert sind. Dann werden die Silberpasteschichten und die Vorsprünge 41 der dünnen Kupferplatten 40 durch Anwendung von Druck unter hoher Temperatur integriert.
Nachdem die Abschnitte 28, 28 der Kondensatorelementplatten 29 auf diese Weise gestapelt und zusammengefaßt worden sind mit den Vorsprüngen 41 der zwischen ihnen eingeschobenen dünnen Kupferplatten werden die vorlaufenden Kanten der dünnen Aluminiumplatten 21, die als eine Elektrode der Kondensatorelementplatten 29 dienen, und die vorlaufenden Kanten der dünnen Kupferplatten 40 verbunden (beispielsweise durch Punktschweißen, Ultraschallschweißen, Saumschweißen, Stichschweißen oder Kaltschweißen).
Als nächstes wird das Laminat zwischen den Vorsprüngen 22 (längs der Linien D-D in den Figuren 20 und 21) abgeschnitten und damit die Fabrikation eines Kondensatorelementkörpers 42 derart abgeschlossen, wie in Fig. 22 gezeigt ist.
Statt als Metallsubstrat eine Platte 21, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist, mit beabstandeten Vorsprüngen 22 längs einer einzelnen Kante zu verwenden, kann auch eine Platte benutzt werden, die Vorsprünge längs beider Kanten (wie in Fig. 1) aufweist, wie es in Fig. 23 dargestellt ist.
In diesem Fall wird ein Isolatorband auf vorgegebenen Abschnitten beider Reihen von Vorsprüngen 22 gebildet und nachdem die Schichten aus Aluminiumoxid, Pyrrolpolymer, Graphit und Silberpaste auf den Abschnitten, die durch das Isolatorband 23 definiert sind, nacheinander gebildet worden sind, werden die Abschnitte 22, 22 auf beiden Seiten der geätzten Alumiumfolie 21 so angeordnet, daß sie beim Übereinanderstapeln, wie in Fig. 24 gezeigt, übereinanderliegen, wobei die dünnen Kupferplatten 40 zwischen Silberpasteschichten eingeschoben sind, die auf den durch die Isolatorbänder 23 auf den Vorsprüngen 22 definierten Abschnitten 28 gebildet sind, und es wird Druck unter hoher Temperatur aufgebracht, um diese Abschnitte miteinander zu verbinden.
Als nächstes werden die vorlaufenden Kanten auf beiden Seiten der dünnen Kupferplatten 40 verbunden, beispielsweise durch Schweißen, und die geätzten Aluminiumfolien 21 an den Abschnitten, die durch die Abdeckschichten 23 definiert sind (die Abschnitte gegenüber den Abschnitten 28 und angedeutet durch das Bezugszeichen "x" in Fig. 24), werden ebenfalls miteinander verbunden. Das daraus resultierende Laminat wird dann zwischen den Vorsprüngen 22, 22 und längs des zentralen Abschnitts der geätzten Aluminiumfolie 21 (d.h. längs der Linien E-E und F-F in Figuren 23 und 24) abgeschnitten, womit die Herstellung des Kondensatorelementkörpers 42 gemäß Fig. 22 abgeschlossen ist.
Der Kondensatorelementkörper 42 kann dazu benutzt werden, um einen Kondensator mit Vier-Anschlußstruktur zu schaffen. Speziell wird, wie es in Fig. 17 gezeigt ist, ein Formrahmen 39 mit Rahmenteilen 38, 38 vorbereitet, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei ein Anschlußrahmen mit den Rahmen 38, 38 verbunden ist. Anschließend wird der Kondensatorelementkörper 42 zwischen den Anschlußabschnitten 34, 34 des Formrahmens 39 angeordnet. Daraufhin wird die dünne Kupferplatte 40 des Kondensatorelementkörpers 42 und einer der Anschlußabschnitte 34 miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschweißt, und die geätzte Aluminiumfolie 31 und der andere Anschlußabschnitt 34 werden miteinander verbunden (z.B. durch Punktschweißen, Ultraschallschweißen oder Nahtschweißen). Der gesamte Kondensatorelementkörper 42 wird dann mit einem Kunstharz überzogen, wobei die distalen Enden der Anschlußabschnite 34 freigelegt bleiben. Schließlich werden die distalen Enden des Anschlußrahmens 34 von den Rahmen 38, 38 abgetrennt und nach unten gebogen, um einen Miniatur-Mehrschichttrockenelektrolytkondensator mit vier Anschlüssen zu schaffen, wie er in Fig. 18 gezeigt ist.
Anstelle des Kondensatorelementkörpers 42 mit der dargestellten Struktur mit vier Anschlüssen ist es auch möglich, den Aufbau mit vier Drahtanschlüssen der Art, wie sie in den Figuren 4 und 6 dargestellt ist, zu übernehmen, indem man Drahtanschlüsse mit der dünnen Kupferfolie 40 des Kondensatorelementkörpers 42 und der geätzten Aluminiumfolie 41 verbindet. Ein solcher Kondensator kann wiederum bei Bedarf in Kunstharz od.dgl. eingebettet werden.
Falls der Kondensator eine Chip-Struktur aufweisen soll, werden plattenförmige Anschlüsse an der dünnen Kupferplatte 40 und der geätzten Aluminiumfolie 41 des Kondensatorelementkörpers 42 befestigt, eine Umhüllung, wie beispielsweise geschmolzenes Harz, um den Kondensatorelementkörper 42 gelegt und die Anschlüsse entlang der Bodenfläche von den Außenseiten her gebogen, so daß ein Kondensatorchip der Art geschaffen wird, wie er in Fig. 14 gezeigt ist.
Die Impedanzcharakteristik sowohl des Drahtanschlußtyps als auch des Vier-Anschlußtyps eines Mehrschichttrockenelektrolytkondensators ist fast die gleiche wie die Charakteristiken, die durch die Kurven II und III in Fig. 19 wiedergegeben sind.
Um ein Kondensatorelement entsprechend dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel herzustellen, werden die Kondensatorelementplatten 29 unter Zwischenordnung der dünnen Kupferplatten 40 übereinandergestapelt, Druck aufgebracht, um die dünnen Kupferplatten 40 und die geätzten Aluminiumfolien 21 miteinander zu verbinden, und dann das resultierende Laminat an den vorbestimmten Stellen geschnitten, um die Kondensatorelementkörper 42 als diskrete Laminatelemente zu fertigen, und schließlich die Anschlüsse an die Kupferplatten 40 und die geätzten Aluminiumfolien 21 des Kondensatorelementkörpers 42 befestigt. Die Fertigungsabfolge ist jedoch nicht auf diese Verfahrensweise beschränkt. Beispielsweise kann, nachdem die Kondensatorelementplatten 29 mit den dazwischengeordneten Kupferplatten 40 übereinandergestapelt und Druck ausgeübt worden ist, um die Platten miteinander zu verbinden, das resultierende Laminat an den vorbestimmten Abschnitten geschnitten werden, um die diskreten Laminatelemente zu erhalten, woraufhin dann die Kupferplatten 40 jedes Laminats miteinander verbunden werden, die geätzten Aluminiumfolien 21 ebenfalls miteinander verbunden werden, um auf diese Art und Weise den Kondensatelementkörper 42 zu schaffen.,
Der Herstellungsprozeß erfordert daher folgende wesentlichen Schritte:
Bilden eines Isolatorbandes 23 auf dem vorgegebenen Abschnitt der Vorsprünge 22 einer geätzten Aluminiumfolie 21, die als Metallplatte dient, auf welcher die dielektrische Oxydationsschicht gebildet werden kann;
sukzessives Bilden der Schichten aus Aluminiumoxid, Pyrrolpolymer, Graphit und Silberpaste auf einem durch das Isolatorband 23 definierten Abschnitt 28 des Vorsprungs;
Übereinanderstapeln einer Vielzahl von Metallplatten in der Weise, daß die Vorsprünge 22 übereinanderliegen, wobei die dünnen Kupferplatten 40 zwischen den Silberpasteschichten angeordnet sind an den Abschnitten 28, die durch die Isolatorbänder 23 definiert sind;
Anwenden von Druck auf die Plattenstapel und Verbinden der Vorsprünge 22 des resultierenden Laminats;
Verbinden der Kupferplatten des integrierten Laminats sowie auch der geätzten Aluminiumfolien 21;
Schneiden des Laminats an vorgegebenen Abschnitten zum Erhalt individueller Laminatelemente; und
Befestigen eines ersten Anschlusses an einem Abschnitt der Kupferplatten 40 des Laminatelements und eines zweiten Anschlusses an einem Abschnitt der geätzten Aluminiumfolien 21.
Dieses Verfahren ist geeignet für eine Massenproduktion zur Herstellung von Kondensatoren mit gleichförmiger Qualität.
Im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die geätzte Aluminiumfolie 21, deren Oberfläche durch Ätzen aufgerauht worden ist, als Metallplatte benutzt, welche als Basis des Kondensators dient. Es ist jedoch ebenfalls möglich, eine ungeätzte Aluminiumfolie, wie sie in den Figuren 8 oder 12 dargestellt ist, zu formen, darauf die Abdeckschicht 23 an einem vorgegebenen Abschnitt jedes Vorsprungs 22 aufzubringen, die Folie zu maskieren, wobei der durch das Isolatorband 23 definierte Abschnitt 28 frei bleibt, und die Oberfläche des Abschnitts 28 zur Aufrauhung zu ätzen.
Wenn die vielen Kondensatorelementplatten 29 des vorbeschriebenen Mehrschichttrockenelektrolytkondensators gestapelt werden, werden dünne Kupferplatten 40 zwischen den Abschnitten 28, 28, die durch die Isolatorbänder 23 definiert sind, zwischengeordnet, wodurch die Stromfestigkeitscharakteristik verbessert wird. Mit anderen Worten kann das Ansteigen der Temperatur des Kondensators unterdrückt werden, wenn ein Hochfrequenzstrom daran angelegt wird.
Zusätzlich kann die Kapazität des Mehrschichttrockenelektrolytkondensators wie beschrieben durch Änderung der Zahl der Kondensatorelementplatten 29, die übereinandergestapelt werden, variiert werden.
Der vorstehend beschriebene Trockenelektrolytkondensator ist darüber hinaus durch Nichtpolarität charakterisiert, und er weist eine Verluststrom-Spannungscharakteristik der Art auf, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, d.h. der Kondensator zeigt in einem vorgebenen Spannungsbereich keine Polarität.
Die Figuren 25 bis 28 zeigen die Struktur eines Mehrschichttrockenelektrolytkondensators vom Array-Typ entsprechend der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 25 ist eine perspektivische Ansicht, Fig. 26 eine Aufsicht auf eine als Substrat dienende Metallplatte, Fig. 27 eine Frontansicht von sechs gestapelten Trockenelektrolytkondensatorelementen vom Array-Typ, und Fig. 28 eine Seitenansicht des Stapels nach Fig. 27.
In diesen Figuren bezeichnet 51 eine Aluminiumplatte, die als Substrat dient, auf welchem eine dielektrische Oxidationsschicht gebildet wird. Die Oberfläche der Platte 51 wird durch eine Ätzbehandlung auf gerauht. Eine Vielzahl von rechteckförmigen Vorsprüngen 51-1, 51-2,... 51-n sind an einer Längsseitenkante der Platte angeformt. Tsolatorbänder 52- 1, 52-3,... 52-n sind an vorbestimmten Abschnitten der peripheren Oberflächen der Vorsprünge 51-1, 51-2,... 51-n aufgebracht, wobei jeder von ihnen durch das jeweilige Isolatorband in ein distales Ende und ein Basisende unterteilt wird.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist (die eine Vergrößerung des Vorsprungs 51-1 darstellt), werden nacheinander eine Aluminiumoxidschicht, eine Polymerschicht, eine Graphitschicht und eine Silberpasteschicht durch das vorstehend beschriebene Verfahren und nach dem Maskieren an der Linie B-B in Fig. 26 auf den Vorsprüngen 51-1, 51-2,... 51-n an den distalen Endabschnitten aufgebracht, die durch die Tsolatorbänder 52-1, 52- 2,... 52-n definiert sind.
Auf diese Art und Weise erhält man eine Trockenelektrolytkondensatorelementplatte 53 vom Array-Typ, bei der eine Struktur, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, auf den Vorsprüngen 51-1, 51-2,... 51-n der Aluminiumplatte 51 geformt ist. Wie in den Figuren 27 und 28 dargestellt ist, werden eine Mehrzahl (sechs in der Abbildung) dieser Trockenelektrolytkondensatorelementplatten 53 vom Array-Typ übereinandergestapelt, die Vorsprünge 51-1, 51-2,... 51-n dann einem Druck unterworfen und die Silberpasteschichten ausgehärtet oder teilweise getrocknet, um auf diese Art und Weise die Vorsprünge 51-1, 51- 2,... 51-n zu verbinden. Die Aluminiumplatten 51 werden durch Schweißen miteinander verbunden.
Wie in Fig. 25 gezeigt ist, werden die Enden der Anschlüsse 61, 61,... mit den entsprechenden Silberpasteschichten verbunden, die auf den Vorsprüngen 51-1, 51-2,... 51-n des integrierten Laminats, welches die gestapelte Mehrzahl von Trockenelektrolytkondensatorelementplatten 53 vom Array-Typ enthält, verbunden. Die Anschlüsse 61 werden mit den Vorsprüngen z.B. durch Aufbringen von Hitze und Druck verbunden. Eine Isolierplatte 63 wird am Laminat befestigt, um die angeschlossenen Enden der Anschlüsse 61 an dieser Seite des Laminats zu überdecken.
Auf der entgegengesetzten Seite des Laminats ist ebenfalls eine Isolatorplatte 64 befestigt. Ein Anschluß 62 ist mit dem Endabschnitt der Aluminiumplatten 51, beispielsweise durch Schweißen, verbunden. Falls notwendig, kann das resultierende Trockenelektrolytkondensatorelement vom Array-Typ in seiner Gesamtheit umhüllt werden, mit Ausnahme der distalen Enden der Anschlüsse 61, 62, durch geschmolzenes Harz od.dgl., wodurch die Herstellung eines Mehrschichttrockenelektrolytkondensators vom Array-Typ vervollständigt wäre.
Die nachfolgende Tabelle zeigt die Resultate eines Vergleichs zwischen dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und einem konventionellen Keramikkondensator vom Array-Typ. Diese Resultate zeigen, daß, während der Trockenelektrolytkondensator vom Array-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung einen leicht erhöhten Wert von tan δ aufweist, die Kapazität bei im wesentlichen gleichen Verluststrom verdoppelt ist. Kapazität (uF) tan δ 1 KHz Verlust Strom Vorliegendes Ausführungsbeispiel Keramik-Kondensator vom Array-Typ
Die Fig. 29 zeigt die Form einer anderen Trockenelektrolytkondensatorelementplatte 53 vom Array-Typ entsprechend der vorliegenden Erfindung. Eine Aluminiumplatte 71, deren Oberfläche durch Ätzen aufgerauht ist, wird dazu benutzt, um eine dielektrische Oxydationsschicht zu tragen. Ein Isolatorband von wiederholter H-Form wird auf der Ober- und Unterseite der Aluminiumplatte 71 aufgebracht, um eine Vielzahl von Oberflächen 71-1 bis 71-10 zu bilden, an denen die Aluminiumplatte 71 freiliegt, wobei sich jede dieser Oberflächen auf beiden Seiten der Aluminiumplatte 71 fortsetzt.
Wir früher beschrieben wurde, werden nacheinander Schichten aus Aluminiumoxid, Polypyrrol, Graphit und Silberpaste auf jeder der freiliegenden Oberflächen 71-1 bis 71-10 gebildet, um eine Trockenelektrolytkondensatorelementplatte vom Array- Typ zu bilden.
Ein Anschluß 75 wird mit der Silbepasteschicht verbunden, die auf jeder der freiliegenden Oberflächen 71-1 bis 71-10 der Aluminiumplatte 71 gebildet ist, welche die Trockenelektrolytelementplatte vom Array-Typ bildet, und ein Anschluß 74 wird mit einem Abschnitt der Aluminiumplatte 71, verbunden, der nicht das Band 73 aufweist.
Um das resultierende Trockenelektrolytkondensatorelement vom Array-Typ wird eine Umhüllung, beispielsweise aus geschmolzenem Harz, gebildet und die Anschlüsse 74 und 75, 75,... nach unten gebogen, um auf diese Art und Weise die Fabrikation eines Einzelplattentrockenelektrolytkondensators vom Array-Typ mit einer Struktur, wie sie in Fig. 30 gezeigt ist, zu komplettieren.
Die Fig. 31 ist eine Ansicht zur Illustrierung der Form einer weiteren erfindungsgemäßen Trockenelektrolytkondensatorelementplatte 53 vom Array-Typ. Wie in Fig. 31 gezeigt ist, wird eine Aluminiumplatte 51, deren Oberfläche durch Ätzen aufgerauht ist, als Metallplatte benutzt, die in der Lage ist, daß auf ihr eine dielektrische Oxydationsschicht gebildet wird. Isolatorbänder 82-1 bis 82-6 werden auf der gesamten Peripherie der Aluminiumplatte 81 an vorbestimmten Abschnitten aufgebracht und diese Oberflächen setzen sich auf beiden Seiten fort und diese exponierten Flächen werden nachfolgend wie oben beschrieben auf jeder der freiliegenden Oberflächen 81-2 bis 81-6 beschichtet, wobei der Flächenabschnitt 81-1 unbeschichtet bleibt.
Eine Vielzahl der so resultierenden Trockenelektrolytkondensatorelementplatten vom Array-Typ werden derart übereinandergestapelt, daß die den freiliegenden Oberflächenabschnitten 81-1 bis 81-6 entsprechenden Abschnitte jeweils übereinander ausgerichtet sind und die Oberflächen 81-1 bis 81-6 werden Hitze und Druck ausgesetzt, um auf diese Art und Weise die Silberpasteschicht auszuhärten und die Vielzahl der Trockenelektrolytkondensatorelementplatten vom Array-Typ miteinander zu verbinden. Die freiliegenden Oberflächen 81-1 der Aluminiumplatten 81 werden, beispielsweise durch Schweißen, miteinander verbunden.
Ein Anschluß 81 ist mit der Oberfläche 81-1 des resultierenden Laminats, beispielsweise durch Schweißen, verbunden und Anschlüsse 84, 84, ... werden jeweils auf den Silberpasteschichten bef estigt, die auf den Flächen 81-2 bis 81-6 des Laminats gebildet worden sind, beispielsweise durch Löten oder durch Aushärten der Silberpaste.
Eine Umhüllung aus Gießharz od.dgl. wird auf dem so erhaltenen Trockenelektrolytkondensatorelement vom Array-Typ gebildet und damit die Fertigung eines Mehrschichttrockenelektrolytkondensators vom Array-Typ (nicht dargestellt) vervollständigt.
Obgleich eine Aluminiumplatte, deren Oberfläche geätzt worden ist, vorstehend als Metallplatte, die als Kondensatorbasis dient, beschrieben worden ist, ist es auch zulässig, eine nichtgeätzte Aluminiumplatte zu verwenden und lediglich die Abschnitte zu ätzen, auf denen die Aluminiumoxidschicht gebildet werden soll, um damit die Oberfläche dieser Abschnitte aufzurauhen.
Bei der Herstellung eines Trockenelektrolytkondensators vom Array-Typ der vorstehend beschriebenen Weise kann die Polymerschicht aus der heterozyklischen Verbindung, die als Elektrolyt dient, mit Hilfe einer elektrochemischen Polymerisation in einer Lösung mit der heterozyklischen Verbindung gebildet werden. Dies macht es möglich, rasch und einfach Trockenelektrolytkondensatoren vom Array-Typ mit großen Kapazitäten zu fertigen.
Da die Durchführung des Herstellungsverfahrens einfach ist, können Trockenelektrolytkondensatoren vom Array-Typ mit gleichförmiger Qualität erhalten werden.
Durch die Verwendung einer Polymerschicht aus einer heterozyklischen Verbindung als Elektrolyt ist es möglich, einen Trockenelektrolytkondensator vom Array-Typ zu erreichen, der einen niedrigen ESR und kleinen Verluststrom aufweist.
Bei Anwendung der Mehrschichtstruktur können Trockenelektrolytkondensatoren vom Array-Typ mit unterschiedlichen Kapazitäten einfach durch Änderung der Zahl der Schichten hergestellt werden.
Der vorstehend beschriebene Trockenelektrolytkondensator vom Array-Typ ist nicht polar, d.h. er zeigt keine Polarität innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs. In Verbindung mit dem in Fig. 25 gezeigten Mehrschichttrockenelektrolytkondensator vom Array-Typ konnte experimentell bestätigt werden, daß nennungsweise die gleichen Verluststrom-Spannungscharakteristiken erhalten werden, selbst wenn der Anschluß 62 als Anode oder Kathode benutzt wird, und umgekehrt die Anschlüsse 61 als Kathode oder Anode.

Claims

1. Trockenelektrolytkondensator mit wenigstens einem Kondensatorelement umfassend:

eine Metallplatte oder -folie (1, 21, 51, 71, 81), die geteilt wird in einen ersten und einen zweiten Abschnitt (4, 5) durch ein Band (6, 23, 52, 73, 82) aus isolierendem Material, welches an der Peripherie der Metallplatte oder -folie geformt ist, wobei der erste Abschnitt (5) unbeschichtet ist und der zweite Abschnitt (4) aufgerauht und nacheinander beschichtet ist mit:

a) einer dielektrischen Oxidationsschicht (7),

b) einer Trockenelektrolytschicht (8), und

c) einer einzelnen oder zusammengesetzten elektrisch leitenden Schicht (9, 10) mit einem oder mehreren ersten elektrischen Anschlüssen (12, 31, 35, 61, 75, 84), die an der leitfähigen Schicht befestigt sind und einem zweiten Anschluß (13, 32, 36, 62, 74, 83), der an der Platte oder Folie befestigt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytschicht (8) aus einem Polymer zusammengesetzt ist, welches gebildet wird aus einem heterozyklischen Monomer und einem Stützelektrolyten.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerschicht entsprechend dem Merkmal b) aus Pyrrol, Furan oder Thiophen gebildet ist.

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Platte oder Folie (1, 21, 51, 71, 81) Aluminium, Tantal, Niob oder Titan ist.

4. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der ein Kondensatorelement enthält, welches eine einzelne Metallplatte (71, 81) enthält, die eine Vielzahl von derartigen beschichteten Abschnitten aufweist, von denen jeder durch ein einzelnes Isolierband (73) oder -bänder (82) definiert ist, wobei eine Vielzahl der genannten ersten Anschlüsse (75, 84) an der leitenden Schicht jedes dieser beschichteten Abschnitte befestigt ist und ein einziger zweiter Anschluß (74, 83) am unbeschichteten Abschnitt der Platte (71, 81) befestigt ist.

5. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der ein Vielschichtkondensatorelement enthält, welches eine gestapelte Vielzahl (30) solcher Kondensatorelemente der gleichen Konfiguration darstellt, wobei die leitenden Schichten entsprechend dem Merkmal c) jeder benachbarten Platte durch Druck aneinander befestigt sind und die unbeschichteten Abschnitte (5) davon miteinander verbunden sind (x) und der Kondensator einen ersten elektrischen Anschluß aufweist, der die leitenden Schichten aller Kondensatorelemente kontaktiert und einen zweiten elektrischen Anschluß, der die unbeschichteten Abschnitte davon kontaktiert.

6. Kondensator nach Anspruch 5, umfassend eine Vielzahl von Kondensatorelementen (53), die in einer derartigen Weise gestapelt sind, daß die entsprechenden ersten und zweiten Abschnitte (4, 5) jedes Elements mit jedem anderen korrespondieren und die unbeschichteten Abschnitte der Metallplatten (51) miteinander verbunden sind, wobei ein erster Anschluß (61) an den leitenden Schichten (9, 10) zwischen einem Paar der Platten in jedem Stapel korrespondierender zweiter Abschnitte befestigt ist und ein einzelner zweiter Anschluß (62) an den miteinander verbundenen Abschnitten der Metallplatten befestigt ist.

7. Kondensator nach Anspruch 5 oder 6, wobei eine leitende Platte (40), die aus Kupfer bestehen kann, zwischen den leitenden Schichten benachbarter Platten (9, 10) zwischengeschaltet ist und die leitenden Platten (40) mit den leitfähigen Schichten integriert sind.

8. Kondensator nach einem der Ansprüche 4 bis 7, der in einem isolierenden Gehäuse (33) untergebracht ist, mit Ausnahme der Anschlüsse (31, 32), die das Gehäuse durchsetzen.

9. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite Abschnitt (4) der Metallplatte oder -folie nacheinander mit der dielektrischen Oxidationsschicht entsprechend a), der Elektrolytschicht entsprechend b) und der genannten elektrisch leitenden Schicht nach c) beschichtet wird,

wobei eine langgestreckte Metallplatte oder -folie (51, 21) benutzt wird, die eine Vielzahl von peripheren Vorsprüngen (2-1 ... 2-n; 3-1 ... 3-n; 22) aufweist, die längs wenigstens einer Kante der Metallplatte oder -folie angeformt sind und ein Isolatorband (6, 23) über jeden Randvorsprung an der Peripherie aufgebracht wird und der distale Abschnitt jedes Randvorsprungs aufgerauht wird, bevor oder nachdem das Isolatorband aufgebracht worden ist, und daß die Überzüge auf dem distalen Abschnitt jedes Randvorsprungs aufgebracht werden und daß jeder Randvorsprung dann vom Grundkörper der Platte abgetrennt wird und die Anschlüsse (12, 13; 31, 32) mit der leitenden Schicht jedes peripheren Vorsprungs und dem nichtüberzogenen ersten Abschnitt (5) verbunden werden, bevor oder nachdem jeder periphere Vorsprung abgetrennt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerschicht durch eine elektrolytische Oxidationspolimerisation in einer Elektrolytlösung (L) gebildet wird, die die heterozyklische Verbindung und den genannten Unterstützungselektrolyten enthält.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Unterstützungselektrolyt eine Borverbindung ist, die durch chemische Kombination von Borsäure und einer der nachfolgend aufgeführten Klassen organischer Verbindungen erhalten wird:

(1) eine aliphatische oder aromatische Karbonsäure oder deren Salze,

(2) eine aliphatische oder aromatische Verbindung mit zwei oder mehr Karbonylradikalen, oder deren Salze,

(3) eine aliphatische oder aromatische Verbindung mit wenigstens einem Hydroxylradikal und wenigstens einem Karbonsäureradikal, oder deren Salzen, und

(4) eine aliphatische oder aromatische Verbindung mit wenigstens einem Aminradikal und wenigstens einem Karbonsäureradikal, oder deren Salzen.

12. Verfahren nach Anspruch 9, 10, oder 11, wobei ein elektrisches Isoliergehäuse (33) rund um das Element aufgebracht wird, mit Ausnahme der sich durch das Gehäuse erstreckenden Anschlüsse.