DE4111074C2 - Verfahren zur Herstellung von Trockenelektrolytkondensatoren kleiner Baugröße - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Trockenelektrolytkondensatoren kleiner BaugrößeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Troc
kenelektrolytkondensatoren unter Verwendung einer Kombination
aus einer Preßform und einem Preßelement.
Kondensatoren haben bekanntlich die Funktion, elektrische
Energie zu speichern und zu entladen und werden verbreitet
bei der Konstruktion elektrischer und elektronischer Schaltkreise ver
wendet. Der Kondensator sollte vorzugsweise kleindimensioniert
sein, aber dennoch eine große Kapazität aufweisen. Der Trocken
elektrolytkondensator 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 Verfahren
zur Herstellung eines, eine Tantalelektrode enthaltenden Troc
kenelektrolytkondensators 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 Fül
lung 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 Preß
ling 11′ ist hochporös und weist daher einen großen Oberflächen
bereich (einschließlich des inneren Porenoberflächenbereichs)
auf, der die Kapazität des resultierenden Kondensators vergrö
ßert.
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 Sub
stanz ist. Gemäß der folgenden Reaktion findet die elektroly
tische Oxidation zwischen den Poren des Preßlings statt.
Ta2 + 5H2O → Ta2O5 + 5H2.
Nach der oben beschriebenen chemischen Behandlung wird der Preß
ling mit einer Lösung aus Mangannitrat (Mn(NO3)2) imprägniert,
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 dritte
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 End
produkt 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 Herstellungseffi
zienz sehr gering ist. Es ist denkbar, die Herstellungseffizienz
durch Verwendung einer Vielzahl von Preßformen zur gleichzeiti
gen Herstellung einer entsprechenden Anzahl von Preßlingen zu
verbessern. Jedoch ist es in diesem Fall immer noch notwendig,
eine entsprechende Anzahl von kurzen Zuführungsdrähten getrennt
vorzubereiten und sie in die entsprechenden Preßformen zusätz
lich 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 Tantal
pulver eingesetzte Abschnitt des Zuführungsdrahts eine Verbie
gung 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.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist bereits aus der
DE-AS-10 38 193 bekannt. Zu der Herstellung von Trockenelektro
lytkondensatoren wird dort eine Kombination von zwei ähnlichen
Preßformen verwendet, die jeweils eine Formausnehmung aufweisen.
Die entsprechenden Formteile gelangen in wechselseitigen Kon
takt, wodurch das Maß an Kompaktierung deutlich begrenzt ist.
Außerdem bleibt bei der gleichzeitigen Annäherung der beiden
Bodenabschnitte der Zuführungsdraht stets in derselben Ebene,
die durch die Trennfläche der Form gegeben ist, weil die Form
teile keine Aufnahmenut für einen Draht aufweisen. Dieses vor
bekannte Verfahren ermöglicht somit nur eine geringe Verdichtung
durch komplementäre Preßelemente und offenbart keinerlei Maßnah
men zur Vermeidung einer Scherung des Drahtes.
Aus der US-PS 3424952 ist schließlich ein Verfahren zur Herstel
lung von Trockenelektrolytkondensatoren bekannt, bei dem eine
Form nur für ein vorläufiges Sintern bzw. Verschmelzen des pul
verisierten Materials verwendet wird, jedoch kein Verdichten in
der Form stattfindet und demgemäß auch kein entsprechender Preß
abschnitt für die Form benötigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der
eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit dem gepreßte Troc
kenelektrolytkondensatoren, die bei hoher Kapazität kleindimen
sioniert sind, effizient hergestellt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch
1 genannten Merkmale gelöst.
Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden,
sind den Unteransprüchen 2 bis 7 zu entnehmen.
In vorteilhafter Weise macht demgemäß die Erfindung ein Verfah
ren zur Herstellung von kleinen Elektrolytkondensatoren verfüg
bar, bei dem kleine Baugrößen bei hoher Kapazität ohne Scher
probleme durch den Preßvorgang mit der Maßnahme eines Drahtvor
haltes realisiert werden, wobei vorteilhaft auch Drähte mit
geringeren Durchmessern ( 50 µm) verwendbar sind.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfin
dungsgemäßen Verfahrens zur Erläuterung weiterer Merkmale anhand
der Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1a bis 1e Schnittansichten, welche die
aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte darstellen;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht, die eine Preßform zeigt,
welche passend zur Durchführung des erfindungsgemäßen
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 her
kömmlichen Stand der Technik zeigt.
Bezugnehmend auf die Fig. 1a bis 1e und 2 wird eine Kombination
einer Preßform 1 und eines Preßelementes 2 gezeigt, die beim
Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird. Die
Preßform 1 wird beispielsweise fest von einem stationären Teil
einer Preßmaschine (nicht gezeigt) gehalten, wobei das Preßele
ment 2 an einem bewegbaren Teil der Preßmaschine 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 Ab
hängigkeit 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 Preßform
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 jeweiligen
Formausnehmungen 3 der Preßform gebildet.
Unter Verwendung der Preßform 1 und des Preßelements 2 wird das
erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Trockenelektro
lytkondensatoren 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
in die Preßform eingesetzt. Der Zu
führungsdraht 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 Kontakt
mit dem Boden der Leitungsaufnahmenut 4 angeordnet gezeigt ist. In
Wirklichkeit wird der Zuführungsdraht jedoch anfänglich ein
wenig über dem Boden der Nut gehalten, wie in Fig. 4 gezeigt.
Aufgrund dieses Vorhalts kommt der Zuführungs
draht nur durch die anschließende Anwendung der Preßkraft mit
dem Nutboden in Berührung. Auf diese Weise wird der Zuführungs
draht bei der Dauer der Verfestigung keiner Scherkraft unter
worfen.
Nach Einsetzen des Zuführungsdrahtes R wird pulverisiertes Elek
trodenmaterial 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 Bei
spiel für pulverisiertes Elektrodenmaterial ist Tantalpulver.
Nach Füllen des Elektrodenmaterials A wird das Preßelement 2
abgesenkt, so daß das Elektrodenmaterial durch die pressenden
Preßabschnitte 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 Zuführungsdraht
R zusammen mit den gebildeten Preßlingen A′ durch eine, Zuführ
vorrichtung mit Hubfunktion (nicht gezeigt) angehoben, und eine
vorbestimmte Strecke vorgeschoben. Um das Entfernen der Preßlin
ge A′ aus den Formausnehmungen 3 zu unterstützen, kann von Aus
stoßstiften 6 (siehe Fig. 2) Gebrauch gemacht werden, die in
entsprechender Zuordnung zu den Formausnehmungen angeordnet
sind, um die Preßlinge in zeitlicher Abstimmung mit dem Anheben
des Zuführungsdrahtes R auszustoßen.
Der angehobene und beförderte Zuführungsdraht R wird wieder ab
gesenkt, 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 Verfahrensschritte
können fortlaufend wiederholt werden, um effizient eine Anzahl
von Preßlingen A′ zu schaffen.
Die so geschaffenen gepreßten Preßlinge A′ können voneinander
getrennt werden, wobei der Zuführungsdraht R an geeigneten Stel
len zerschnitten wird, wie in Fig. 3 gezeigt. In üblicher Weise
werden die getrennten Preßlinge A′ dann nachfolgenden Verfah
rensschritten unterworfen, die Sintern, chemische Behandlung
(Bildung von Tantaloxidschichten), Bildung von einer negativen
Elektrode usw. beinhalten. Diese nachfolgenden Verfahrens
schritte, 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 Verfahrens
schritten 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 Lösungsbad
(nicht gezeigt) eingeführt werden. In diesem Fall wird die Effi
zienz des ganzen Verfahrens weiter verbessert, da die Preßlinge
unter Nutzung des Zuführungsdrahtes nacheinander zugeführt wer
den können.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren werden eine Vielzahl von
Preßlingen A′ gleichzeitig in einem einzelnen Verfestigungs
schritt gebildet, und es gibt keine Notwendigkeit, getrennt
voneinander kurze Zuführungsdrähte in den entsprechenden For
mausnehmungen 3 zu plazieren. Dadurch wird die Verfahrenseffi
zienz im Vergleich zu dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik
stark verbessert.
Wenn weiterhin der Zuführungsdraht ununterbrochen ist und fort
laufend zugeführt wird, kann eine große Anzahl von Preßlingen A′
nacheinander hergestellt werden, und der Zuführungsdraht kann
zum Transferieren der Preßlinge benutzt werden. Daraus resul
tiert eine zusätzliche Verbesserung der Verfahrenseffizienz.
Gemäß diesem Verfahren durchdringt überdies der
Zuführungsdraht R die entsprechenden Füllungen mit Elektrodenma
terial 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 findet während
des Verfestigungsverfahrensschrittes kein Verkrümmen des Zufüh
rungsdrahtes statt,
so daß das erfindungsgemäße Verfahren selbst bei einem dünnen Zu
führungsdraht anwendbar ist, der einen Durchmesser von ungefähr
50 µm aufweist, während das Verfahren gemäß dem Stand der Tech
nik in der Anwendung auf Zuführungsdrähte 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 bei
spielsweise 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 entsprechenden
Anzahl von Leitungsaufnahmenuten gebildet werden, während das
Preßelement 2 aus entsprechenden Reihen mit Preßvorsprüngen
geformt wird. Die Erfindung kann überdies auch auf die Herstel
lung verschiedener Arten von Trockenelektrolytkondensatoren
angewendet werden.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung von Trockenelektrolytkondensa
toren unter Verwendung einer Kombination aus einer Preßform
(1) und einem Preßelement (2),
dadurch gekennzeichnet, daß die Preßform mit wenigstens einer Reihe von Formaus nehmungen (3) gebildet wird,
wobei die Preßform weiterhin mit einer Leitungsaufnahmenut (4) gebildet wird, die sich längs der oder jeder Reihe von Formausnehmungen durch die entsprechenden Formausnehmungen hindurchgehend erstreckt,
wobei die Tiefe der Leitungsaufnahmenut (4) geringer ist als die einer jeden Formausnehmung,
wobei das Preßelement mit einer Reihe von vorstehenden Preßabschnitten (5) in entsprechender Zuordnung zu der oder jeder Reihe von Formausnehmungen gebildet wird,
wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
dadurch gekennzeichnet, daß die Preßform mit wenigstens einer Reihe von Formaus nehmungen (3) gebildet wird,
wobei die Preßform weiterhin mit einer Leitungsaufnahmenut (4) gebildet wird, die sich längs der oder jeder Reihe von Formausnehmungen durch die entsprechenden Formausnehmungen hindurchgehend erstreckt,
wobei die Tiefe der Leitungsaufnahmenut (4) geringer ist als die einer jeden Formausnehmung,
wobei das Preßelement mit einer Reihe von vorstehenden 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 (4) geringfügig über deren Boden angeordnet, wobei der Zuführungsdraht wenigstens eine Länge aufweist, die im wesentlichen der der Leitungs aufnahmenut entspricht;
- b) die entsprechenden Formausnehmungen (3) werden mit pulverisiertem Elektrodenmaterial (A) gefüllt;
- c) die entsprechenden Preßabschnitte (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 die
Reihe von Formausnehmungen (3) und die Reihe von Preß
elementen (5) geradlinig sind, wobei
die Leitungsaufnahmenut (4) ebenfalls geradlinig ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Zuführungsdraht (R) ununterbrochen ist und fortlaufend
zugeführt wird, wobei die Verfahrensschritte (a) bis (d)
wiederholt in Bezug auf verschiedene Abschnitte des Zufüh
rungsdrahtes durchgeführt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Preßabschnitte (5) einstückige Vor
sprünge des Preßelementes (2) verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Entfernen der Preßlinge (A′) aus den entsprechenden Form
ausnehmungen (3) von Ausstoßstiften (6) unterstützt wird,
die in entsprechender Zuordnung zu den Formausnehmungen zum
Herausstoßen der Preßlinge vorgesehen sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß als pulverisiertes Elektrodenmaterial (A)
Tantalpulver verwendet wird.
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