DE4111074A1

DE4111074A1 - Verfahren zur herstellung von trockenelektrolytkondensatoren

Info

Publication number: DE4111074A1
Application number: DE4111074A
Authority: DE
Inventors: Chojiro Kuriyama; Tatsuhiko Oshima; Miki Hasegawa
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1990-04-06
Filing date: 1991-04-05
Publication date: 1991-10-10
Anticipated expiration: 2011-04-06
Also published as: GB2242856A; GB2242856B; JPH0787171B2; US5075940A; DE4111074C2; GB9106756D0; JPH03290913A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Troc kenelektrolytkondensatoren gemäß dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstel lung von solchen Trockenelektrolytkondensatoren, die einen Führungsdraht aufweisen, der teilweise in eine verfestigte Masse aus pulverisiertem Elektrodenmaterial, wie beispiels weise Tantalpulver, eingebettet ist und teilweise aus dieser hervorsteht.

Kondensatoren haben bekanntlich die Funktion, elektrische Energie zu speichern und zu entladen und werden verbreitet bei der Konstruktion elektrischer und elektronischer Kreise verwendet. Der Kondensator sollte vorzugsweise kleindimen sioniert sein, aber dennoch eine große Kapazität aufweisen. Der Trockenelektrolytkondensator ist ein typisches Beispiel, das diese Anforderungen erfüllt.

Der Trockenelektrolytkondensator ist ein polarer Kondensator, der eine metallische Anode (positive Elektrode) und eine feste bzw. trockene elektrolytische Kathode (negative Elektrode) aufweist. Die Oberfläche der metallischen Anode ist oxidiert, um eine Oxidschicht zu bilden, die als dielektrische Substanz wirkt, welche die Anode und die Kathode elektrisch trennt. Am häufigsten wird für die metallische Anode eine verfestigte Masse aus Tantalpulver verwendet.

Um insbesondere die durch die Erfindung gelösten Probleme zu erklären, wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen, die schematisch ein typisches, den Stand der Technik repräsentierendes Verfah ren zur Herstellung eines, eine Tantalelektrode enthaltenden Trockenelektrolytkondensators zeigt. Wie in Fig. 5 gezeigt, wird zuerst Tantalpulver 11 in eine Formausnehmung 10a einer Preßform 10 gefüllt, und ein kurzer Zuführungsdraht 12 wird in die Füllung aus Tantalpulver eingesetzt. Dann wird die Füllung aus Tantalpulver durch einen Druckstempel 13 verfestigt. Der sich ergebende Preßling 11′ wird aus der Preßform entfernt. Der Preßling 11′ ist hochporös und weist daher einen großen Oberflächenbereich (einschließlich des inneren Porenoberflä chenbereichs) auf, der die Kapazität des resultierenden Kon densators vergrößert.

Der so erhaltene Preßling 11′ aus Tantalpulver wird in einem Vakuumsinterofen (nicht gezeigt) gesintert. Danach wird der Preßling in ein chemisches Lösungsbad (nicht dargestellt) ein getaucht und elektrolytisch oxidiert, um einen Oxidüberzug bzw. eine Oxidschicht (Ta₂O₅) zu bilden, die eine dielektrische Substanz ist. Gemäß der folgenden Reaktion findet die elektro lytische Oxidation zwischen den Poren des Preßlings statt.

Ta₂ + 5H₂O → Ta₂O₅ + 5H₂.

Nach der oben beschriebenen chemischen Behandlung wird der Preßling mit einer Lösung aus Mangannitrat (Mn(NO₃)₂) imprä gniert, das thermisch zerfällt, um eine Lage aus Mangandioxid (MnO₂) zu bilden, welches eine trockene elektrolytische Substanz ist. Die Mangandioxidschicht wirkt als eine erste Kathodenlage.

Dann wird der Preßling einer Graphitglühbehandlung und einer Silberbeschichtungsbehandlung unterworfen, um zweite und drit te Kathodenschichten auf der Mangandioxidschicht zu bilden. Ein Kondensatorelement wird so geschaffen.

Durch Vornahme von Nachbehandlungen, zu denen ein Lötschritt, ein Einkapselungsschritt, ein Beschriftungsschritt usw. gehören, wird abschließend das Kondensatorelement zu einem Endprodukt geformt.

Das oben beschriebene, den Stand der Technik repräsentierende Verfahren ist bezüglich folgender Punkte nachteilig.

Erstens wird nach dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik nur ein einzelner Preßling geschaffen, so daß die Herstel lungseffizienz sehr gering ist. Es ist denkbar, die Herstel lungseffizienz durch Verwendung einer Vielzahl von Preßformen zur gleichzeitigen Herstellung einer entsprechenden Anzahl von Preßlingen zu verbessern. Jedoch ist es in diesem Fall immer noch notwendig, eine entsprechende Anzahl von kurzen Zufüh rungsdrähten getrennt vorzubereiten und sie in die entspre chenden Preßformen zusätzlich zu dem getrennten Füllen der Preßformen mit Tantalpulver einzuführen, wodurch eine günstige Erhöhung der Produktivität nicht erreichbar ist.

Zweitens wird das Tantalpulver durch axiale Anwendung einer Preßkraft auf den Zuführungsdraht 12 verfestigt. Während des Verfestigungsschrittes kann daher der in die Füllung aus Tan talpulver eingesetzte Abschnitt des Zuführungsdrahts eine Ver biegung erfahren, was die Produktqualität verschlechtern kann. Dieses Problem ist besonders ernst, wenn der Zuführungsdraht sehr dünn ist, wobei aber der Zuführungsdraht so dünn wie mög lich sein sollte, um eine Miniaturisierung des Kondensators zu realisieren. Tatsächlich ist das den Stand der Technik reprä sentierende Verfahren nur auf Zuführungsdrähte mit einem Durchmesser von nicht weniger als 180 µm anwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem Trockenelektrolytkondensatoren selbst bei Verwendung von dünnen Zuführungsdrähten ohne Qualitätsver schlechterung effizient hergestellt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung von Troc kenelektrolytkondensatoren unter Verwendung einer Kombination aus einer Preßform und einem Preß- bzw. Druckelement, das da durch gekennzeichnet ist, daß die Preßform aus wenigstens ei ner Reihe von Formausnehmungen gebildet wird, daß die Preßform weiterhin mit einer Leitungsaufnahmenut gebildet wird, die sich entlang der oder jeder Reihe von Formausnehmungen durch die entsprechenden Formausnehmungen hindurchgehend erstreckt, wobei die Tiefe der Leitungsaufnahmenut geringer ist als die einer jeden Formausnehmung, wobei das Preßelement aus einer Reihe von Druckabschnitten in entsprechender Zuordnung zu der oder jeder Reihe von Formausnehmungen gebildet wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

a) ein Zuführungsdraht wird in die oder jede Leitungsaufnah menut angeordnet, wobei der Zuführungsdraht wenigstens eine Länge aufweist, die im wesentlichen der der Lei tungsaufnahmenut entspricht;
b) die entsprechenden Formausnehmungen werden mit pulveri siertem Elektrodenmaterial gefüllt;
c) die entsprechenden Druckabschnitte werden veranlaßt, das pulverisierte Material zu dessen Verfestigung innerhalb der entsprechenden Formausnehmungen zu pressen; und
d) die resultierenden Preßlinge werden aus pulversiertem Material zusammen mit dem Zuführungsdraht aus der Preß form entfernt.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Verfahrens zur Erläuterung weiterer Merkmale an hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1a bis 1e Schnittansichten der Vorderseite, welche die aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte darstellen;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht, die eine Preßform zeigt, welche passend zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens verwendet wird;

Fig. 3 eine Vorderansicht, die einen Drahtabtrennschritt des Verfahrens zeigt;

Fig. 4 eine Teilschnittansicht, die einen Materialeinfüll schritt des Verfahrens zeigt; und

Fig. 5 eine Ansicht, die ein typisches Verfahren nach dem Stand der Technik zeigt.

Bezugnehmend auf die Fig. 1a bis 1e und 2 wird eine Kombina tion einer Preßform 1 und eines Preßelementes 2 gezeigt, die beim Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird. Die Preßform 1 wird beispielsweise fest von einem sta tionären Teil einer Preßmaschine (nicht gezeigt) gehalten, wobei das Preßelement 2 an einem bewegbaren Teil der Preßma schine befestigt ist, um sich vertikal relativ zu der Preßform 1 zu bewegen.

Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist die Preßform 1 langgestreckt. Die obere Seite der Preßform 1 wird von einer geradlinigen Reihe von Formausnehmungen 3 gebildet, die im konstanten Abstand längs auf der Preßform angeordnet sind. Weiterhin ist die Oberseite der Preßform ebenfalls mit einer geradlinigen Leitungsaufnahmenut 4 ausgebildet, die sich längs auf der Preßform die entsprechenden Ausnehmungen 3 durchquerend bzw. überquerend erstreckt. Die Tiefe der Leitungsaufnahmenut 4 ist kleiner als, aber vorzugsweise ein wenig größer als die Hälfte einer jeden Formausnehmung 3 (siehe Fig. 2).

Gemäß der dargestellten Ausführungsform hat jede Formaus nehmung 3 die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds. In Abhängigkeit von den Anforderungen an den Kondensator kann die Formausnehmung jedoch jede andere gewünschte Form aufweisen.

Das Preßelement 2 kann sich in ähnlicher Weise wie die Preß form 1 lang erstrecken und ist über der Preßform angeordnet. Die Unterseite des Preßelementes ist mit einer Längsreihe von Preßvorsprüngen 5 in entsprechender Zuordnung zu den jeweili gen Formausnehmungen 3 der Preßform gebildet.

Unter Verwendung der Preßform 1 und des Preßelements 2 wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Trocken elektrolytkondensatoren in der folgenden Weise durchgeführt.

Zuerst wird bei angehobenem Zustand des Preßelementes 2 ein Zuführungsdraht R in die Längsnut 4 der Preßform 1 eingeführt, wie in Fig. 1 gezeigt. Vorzugsweise wird der Zuführungsdraht R fortlaufend von einer Rolle (nicht dargestellt) ungeschnitten sogar nach Einsetzen bezüglich der Preßform geliefert. Der Zuführungsdraht kann beispielsweise aus Tantal hergestellt sein.

Es sollte erwähnt werden, daß für ein besseres Verständnis der Darstellung der Zuführungsdraht R in Fig. 1a in direktem Kon takt mit dem Boden des Längseinschnitts 4 angeordnet gezeigt ist. In Wirklichkeit wird der Zuführungsdraht jedoch anfäng lich ein wenig über dem Boden der Nut gehalten, wie in Fig. 4 gezeigt. Aufgrund dieses anfänglichen Einsetzens kommt der Zuführungsdraht nur durch die anschließende Anwendung einer Preßkraft mit dem Nutboden in Berührung. Auf diese Weise wird der Zuführungsdraht bei der Dauer der Verfestigung keiner Scherkraft unterworfen.

Nach Einsetzen des Zuführungsdrahtes R wird pulverisiertes Elektrodenmaterial A (Material für die positive Elektrode) in die entsprechenden Formausnehmungen 3 der Preßform 1 gefüllt, wie in Fig. 1b gezeigt. Daraus folgt, daß der Zuführungsdraht jede Füllung mit Elektrodenmaterial durchdringt. Ein typisches Beispiel für pulverisiertes Elektrodenmaterial ist Tantalpul ver.

Nach Füllen des Elektrodenmaterials A wird das Preßelement 2 abgesenkt, so daß das Elektrodenmaterial durch die pressenden Vorsprünge 5 in den entsprechenden Ausnehmungen 3 verfestigt wird, wie in Fig. 1c gezeigt. Zu dieser Zeit wird der Zufüh rungsdraht R leicht herabgedrückt, wobei er im wesentlichen in Kontakt mit dem Nutboden kommt, aber keine oben beschriebene Scherung des Zuführungsdrahtes stattfindet.

Dann wird das Preßelement 2 angehoben, um die Preßform 1 zu öffnen, wie in Fig. 1d gezeigt. Danach wird der Zuführungs draht R zusammen mit den gebildeten Preßlingen A′ durch eine, Zuführvorrichtung mit Hubfunktion (nicht gezeigt) ange hoben, und eine vorbestimmte Strecke vorgeschoben. Um das Ent fernen der Preßlinge A′ aus den Formausnehmungen 3 zu unter stützen, kann von Ausstoßstiften 6 (siehe Fig. 2) Gebrauch gemacht werden, die in entsprechender Zuordnung zu den Formausnehmungen angeordnet sind, um die Preßlinge in zeitli cher Abstimmung mit dem Anheben des Zuführungsdrahtes R auszu stoßen.

Der angehobene und beförderte Zuführungsdraht R wird wieder abgesenkt, um einen neuen Abschnitt des Zuführungsdrahtes in die Leitungsaufnahmenut 4 der Preßform 1 einzuführen, wie in Fig. 1e gezeigt. Die in den Fig. 1a bis 1e gezeigten Verfah rensschritte können fortlaufend wiederholt werden, um effi zient eine Anzahl von Preßlingen A′ zu schaffen.

Die so geschaffenen gepreßten Preßlinge A′ können voneinander getrennt werden, wobei der Zuführungsdraht R an geeigneten Stellen zerschnitten wird, wie in Fig. 3 gezeigt. In üblicher Weise werden die getrennten Preßlinge A′ dann nachfolgenden Verfahrensschritten unterworfen, die Sintern, chemische Be handlung (Bildung von Tantaloxidschichten), Bildung von einer negativen Elektrode usw. beinhalten. Diese nachfolgenden Ver fahrensschritte, die nicht die Merkmale der Erfindung bilden, sind bereits in Verbindung mit dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik Verfahren beschrieben worden, und werden deshalb hier nicht erklärt.

Alternativ können die Preßlinge A′ den nachfolgenden Verfah rensschritten unterworfen werden, ohne daß der Zuführungs draht R zerschnitten wird. Die von dem nicht zerschnittenen Zuführungsdraht R gehaltenen Preßlinge A′ können in einen Sin terofen (nicht gezeigt) und danach in ein chemisches Lösungs bad (nicht gezeigt) eingeführt werden. In diesem Fall wird die Effizienz des ganzen Verfahrens weiter verbessert, da die Preßlinge unter Nutzung des Zuführungsdrahtes nacheinander zu geführt werden können.

Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren werden eine Vielzahl von Preßlingen A′ gleichzeitig in einem einzelnen Verfesti gungsschritt gebildet, und es gibt keine Notwendigkeit, ge trennt voneinander kurze Zuführungsdrähte in den entsprechen den Formausnehmungen 3 zu plazieren. Dadurch wird die Verfah renseffizienz im Vergleich zu dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik stark verbessert.

Wenn weiterhin der Zuführungsdraht ununterbrochen ist und fortlaufend zugeführt wird, kann eine große Anzahl von Preß lingen A′ nacheinander hergestellt werden, und der Zuführungs draht kann zum Transferieren der Preßlinge benutzt werden. Daraus resultiert eine zusätzliche Verbesserung der Verfah renseffizienz.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durchdringt überdies der Zuführungsdraht R die entsprechenden Füllungen mit Elektroden material A, und die Preß- oder Verfestigungskraft wird quer auf den Zuführungsdraht ausgeübt. Die verfestigende Kraft wird also transversal auf, aber gleichmäßig um den Zuführungsdraht in den entsprechenden Formausnehmungen 3 ausgeübt. Daher fin det während des Verfestigungsverfahrensschrittes kein Verkrüm men des Zuführungsdrahtes statt. Die Erfinder haben experimen tell bestätigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren selbst bei einem dünnen Zuführungsdraht anwendbar ist, der einen Durch messer von ungefähr 50 µm aufweist, während das Verfahren ge mäß dem Stand der Technik in der Anwendung auf Zuführungsdräh te von nicht weniger als 180 µm begrenzt ist.

Es ist offensichtlich, daß die eben beschriebene Erfindung auf viele Arten geändert werden kann. Der Zuführungsdraht R muß beispielsweise nicht ununterbrochen sein, falls er mindestens eine Länge aufweist, die im wesentlichen der Länge der Lei tungsaufnahmenut 4 entspricht. Die Preßform 1 kann weiterhin aus vielen Reihen von Formausnehmungen und einer entsprechen den Anzahl von Leitungsaufnahmenuten gebildet werden, während das Preßelement 2 aus entsprechenden Reihen mit Preßvorsprün gen geformt wird. Die Erfindung kann überdies auch auf die Herstellung verschiedener Arten von Trockenelektrolytkondensa toren angewendet werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Trockenelektrolytkondensa toren unter Verwendung einer Kombination aus einer Preß form (1) und einem Preß- bzw. Druckelement (2), dadurch gekennzeichnet,
daß die Preßform mit wenigstens einer Reihe von Formaus nehmungen (3) gebildet wird,
wobei die Preßform weiterhin mit einer Leitungsaufnahme nut (4) gebildet wird, die sich längs der oder jeder Rei he von Formausnehmungen durch die entsprechenden Formaus nehmungen hindurchgehend erstreckt,
wobei die Tiefe der Leitungsaufnahmenut geringer ist als die einer jeden Formausnehmung,
wobei das Preßelement mit einer Reihe von Druck- bzw. Preßabschnitten (5) in entsprechender Zuordnung zu der oder jeder Reihe von Formausnehmungen gebildet wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

a) ein Zuführungsdraht (R) wird in die oder jede Lei tungsaufnahmenut angeordnet, wobei der Zuführungs draht wenigstens eine Länge aufweist, die im wesent lichen der der Leitungsaufnahmenut entspricht;
b) die entsprechenden Formausnehmungen (3) werden mit pulverisiertem Elektrodenmaterial (A) gefüllt;
c) die entsprechenden Druckabschnitte (5) werden ver anlaßt, das pulverisierte Material zu dessen Verfe stigung innerhalb der entsprechenden Formausnehmung zu pressen; und
d) die resultierenden Preßlinge (A′) werden aus pulveri siertem Material zusammen mit dem Zuführungsdraht aus der Preßform entfernt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführungsdraht (R) geringfügig über den Boden der Leitungsaufnahmenut (4) gehalten wird, bevor das pulveri sierte Material (A) verfestigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe von Formausnehmungen (3) und die Reihe von Preßelementen (5) geradlinig sind, wobei die Leitungsaufnahmenut (4) ebenfalls geradlinig ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführungsdraht (R) ununterbrochen ist und fortlau fend zugeführt wird, wobei die Verfahrensschritte (a) bis (d) wiederholt in Bezug auf verschiedene Abschnitte des Zuführungsdrahtes durchgeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß als Preßabschnitte (5) einstückige Vor sprünge des Preßelementes (2) verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das Entfernen der Preßlinge (A′) aus den entsprechenden Formausnehmungen (3) durch Anheben des Zuführungsdrahtes (R) aus der Preßform (1) durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen der Preßlinge (A′) aus den entsprechenden Formausnehmungen (3) von Ausstoßstiften (6) unterstützt wird, die in entsprechender Zuordnung zu den Formausnehm ungen zum Herausstoßen der Preßlinge vorgesehen sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß als pulverisiertes Elektrodenmaterial (A) Tantalpulver verwendet wird.