DE60033076T2

DE60033076T2 - Anodische Elektrode für Elektrolytkondensator und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE60033076T2
Application number: DE60033076T
Authority: DE
Inventors: Tsunenori Yawata-shi Yoshida; Kenji Kobe-shi Hoshino; Masakazu Osaka-shi Tanahashi; Yoshihiro Otsu-shi Higuchi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2020-04-13
Also published as: EP1045410A2; EP1045410A3; US6351371B1; EP1045410B1; CN1271171A; DE60033076D1; US20020071236A1; CN1282977C; US6464739B2

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode für einen Elektrolytkondensator und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Stand der Technik
Im Laufe der Vergangenheit wurde die Kapazität von Elektrolytkondensatoren erhöht – immer höhere Kapazität in immer kleineren Gehäusen. Elektrolytkondensatoren werden häufig auf der Sekundärseite eines Glättungskreises von direkter Stromversorgung verwendet, um die prompte Startoperation einer Zentraleinheit – die für Computer so wie Personal Computer verwendet wird – zu unterstützen, und es werden insbesondere solche Kondensatoren benötigt, die exzellente Hochfrequenz-Eigenschaften des Entladens von starken Strom zu den Einheiten aufweisen.
Verschiedene Verbesserungen wurden hinsichtlich der Elektroden, insbesondere Anoden, ausgeführt, die in solchen Elektrolytkondensatoren zu verwenden sind, um diese Anforderungen zu erfüllen. Für Aluminium-Elektrolytkondensatoren, bei denen in der Regel eine Anode aus einer Aluminiumfolie geformt ist, welche einer Oberflächenbereich-Vergrößerungsbehandlung durch Ätzen ausgesetzt wird, wurde vorgeschlagen, feinere Kapillaren in der Metallfolie zu bilden, durch das stufenweise Erhöhen des Ätzgrades. Die geätzten Anodenmetalle sind eloxiert, um eine dielektrische Schicht auf einer Mikroporenoberfläche zu bilden, die einen vergrößerten Bereich in der Anodenmetallfolie aufweist, und folglich führt der vergrößerte Oberflächenbereich der dielektrischen Schicht zu einer vergrößerten Kapazität des Kondensators.
Ein Tantal-Kondensator verwendet als die Elektrode einen porösen Körper, der durch das Sintern von feinem Pulver aus Tantalmetall gefertigt wird, welches eine Ventilmetall-Funktion aufweist. Die poröse Elektrode weist Mikroporen in dem porösen Körper auf und kann einen sehr großen spezifischen Oberflächenbereich aufweisen. Durch das Eloxieren des metallischen porösen Körpers wird die dielektrische Schicht auf der inneren Oberfläche der Mikroporen gebildet, wobei ein großer Oberflächenbereich gebildet wird. Die Bereitstellung von Kapazität auf der gesamten Oberfläche der Mikroporen ermöglicht es, dass die gesamte Kapazität des Kondensators erhöht wird.
Kondensatorelektroden, die aus feinem Pulver von einem Metall gefertigt werden, welches eine Klappenfunktion aufweist – so wie Tantal, Aluminium und Niobium – sind beispielsweise offenbart in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 63-283012 und den japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichungen Nr. 57-138330, 58-187136 und 59-187129. Die Kondensatorelektroden, die in diesen Veröffentlichungen offenbart werden, werden gefertigt durch das Einrichten eines Zuleitungsdrahtes 41 in einem gesinterten porösen Körper 29 als eine Anode, die aus einem feinen Pulver von einem Metall gefertigt ist, das eine Klappenwirkung aufweist, wie in 8 gezeigt. Zusätzlich haben die vorstehend genannten Veröffentlichungen vorgeschlagen, dass ein Abschnitt des porösen Körpers in dem porösen Körper, in dem der Draht eingebettet ist, dünn und flach gearbeitet sein sollte, dass der eingebettete Abschnitt des Drahtes auf eine Länge begrenzt sein sollte und dass der poröse Körper auf einen bestimmten Grad von Flachheit des porösen Körpers begrenzt sein sollte, an dem Abschnitt, an dem der Draht 16 in dem gesinterten Körper eingebettet ist.
Im Folgenden wird nun ein herkömmliches Verfahren beschrieben, welches gewöhnlich zur Herstellung eines Tantal-Kondensators gebraucht wird. Es wurde ein Block aus einem feinen Tantalmetallpulver gepresst, welches Mikroporen entsprechend eines hohen spezifischen Oberflächenbereichs aufweist, welche einen Grad von etwa 30000 μF·V/g von äquivalenter Kapazität pro Gewichtseinheit aufweist, in spezifizierten Dimensionen und ist durch einen porösen Körper für eine Anode gesintert. Dann wurde eine dielektrische Schicht auf dem porösen Körper in einer bekannten Art und Weise durch Eloxieren gebildet. Gleichzeitig werden die Mikroporen des porösen Körpers, der durch die dielektrischen Schichten gebildet ist, mit einem Elektrolyt von beispielsweise Mangandioxid gefüllt. Dann wurde der Tantal-Kondensator durch das Anbringen einer Kathodenanschlusselektrode an den porösen Körper in einer bekannten Art und Weise fertig gestellt.
Um einen Kondensator vorzustellen, der eine höhere Kapazität aufweist, sollte ein Tantal-Kondensator mit höherer Kapazität durch das Sintern eines Tantalmetalls erzielt worden sein, welches einen größeren spezifischen Oberflächenbereich der Mikroporen aufweist, entsprechend einer äquivalenten Kapazität von beispielsweise 50000 μF·V/g, um die gleichen Dimensionen eines Blocks zu bilden, wie jene, die vorstehend beschrieben wurden.
Tatsächlich wurde der Tantal-Kondensator, der durch das Verwenden von feinem Pulver von 50000 μF·V/g hergestellt wurde, nicht mit einer so hohen Kapazität hergestellt, wie von der äquivalenten Kapazität erwartet wurde, und es wurde die Hochfrequenz-Eigenschaft des Kondensators in unbefriedigender Weise abgeschwächt, welches zu unbefriedigenden Merkmalen bei dem Führen eines starken Stromes führte.
Es wird angenommen, dass eine solche ungenügende Kapazität des Elektrolytkondensators der herkömmlichen Technik in erster Linie verursacht wird durch das ungenügende Füllen des Elektrolyts in die Mikroporen des porösen Körpers, um die Anode zu bilden. Das heißt, das Elektrolyt, das im Wesentlichen die Funktion der Anode erfüllt, erreicht nicht in ausreichendem Maße die dielektrischen Schichten der Mikroporen, und folglich werden die Mikroporen nicht vollständig genutzt, um Kapazität bereitzustellen.
Ein zweiter Grund dafür ist, dass der Kontaktwiderstand zwischen dem Elektrolyt und der Kathodenanschlusselektrode erhöht wurde, da der poröse Körper nicht mit einem ausreichenden Oberflächenbereich des Elektrolyts – als eine Kathode – angeordnet auf der Körperoberseite ausgestattet ist, um verbunden und bedeckt zu sein mit der Kathodenanschlusselektrode einer inneren Kontaktschicht, so wie silberhaltiges leitfähiges Harz, durch eine Graphitschicht in direktem Kontakt mit der Kathode. Folglich könnte der äquivalente Längswiderstand des gesamten herkömmlichen Kondensators nicht reduziert werden, was zu schlechten Hochfrequenz-Eigenschaften führt.
Um die vorstehenden Probleme zu beheben, wurde es nötig, das Elektrolyt in die Mikroporen in dem porösen Körper zu füllen und den äußeren Oberflächenbereich des porösen Körpers aus einem Ventilmetall zu vergrößern, der mit der Kathodenanschlusselektrode zu verbinden ist, und dann den äquivalenten Längswiderstand zu reduzieren.
Das US-Patent US 3.818.286 offenbart eine Anode für einen festen Elektrolytkondensator, der einen Zylinder umfasst, wobei dieser aus zwei Teilen gebildet ist, welche aus demselben Ventilmetall gebildet sind, welche jedoch unterschiedliche Dichten aufweisen. Die Anode ist aus Tantalpartikeln gefertigt, welche durch herkömmliche Sintermetallurgie-Techniken gepresst und gesintert wurden. Der Kern weist einen poröseren Zustand auf als das Gehäuse, wobei auf diese Weise ein einfacher Zugang des Elektrolyts in das Innere der gesamten Anode erzielt wird. Die Anode umfasst ferner eine Mehrzahl von Scheiben. Einander abwechselnde Scheiben weisen unterschiedliche Dichten auf. Die einzelnen Scheiben werden zusammengepresst und gesintert und dann in einem Stapel zusammengesetzt. Der Stapel wird dann einer weiteren Sinteroperation ausgesetzt, um einen einheitlichen Zusammenbau zu bilden.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine anodische Elektrode zur Verwendung für einen Elektrolytkondensator vorzustellen, die eine hohe Kapazität und exzellente Hochfrequenz-Eigenschaften aufweist, während er in der Lage ist, einen starken Strom zu führen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen dieser Elektrode vorzustellen.
Um diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, wird eine anodische Elektrode für einen Elektrolytkondensator vorgestellt, umfassend ei nen porösen Körper aus einem Ventilmetall, welches Mikroporen aufweist, die innen mit einer dielektrischen Schicht und darin mit einem Elektrolyt zu füllen sind, wobei der poröse Körper ein Laminat einer Mehrzahl von Sinterschichten umfasst, welche die Mikroporen aufweisen, die aus Ventilmetallpartikeln gesintert sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminat eine Mehrzahl von Schichten von Bereichen kleinerer Mikroporengröße und Bereichen größerer Mikroporengröße umfasst, um elektrisch leitfähige Passagen zwischen den Bereichen kleinerer Mikroporengröße und seitlichen Oberflächen des porösen Körpers zu bilden, wobei der poröse Körper auf den seitlichen Oberflächen mit einer Mehrzahl von zueinander parallelen linearen Ausnehmungen oder Vorsprüngen versehen ist, die entlang einer Richtung der Sinterschichten auf der Oberfläche gebildet sind, um eine Kontaktfläche der seitlichen Oberflächen zu vergrößern, welche mit einer Kathodenanschlusselektrode bedeckt werden soll und mit dieser in Kontakt steht. Diese Aufgabe wird auch erzielt in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, durch das Vorstellen eines Verfahrens zur Herstellung einer anodischen Elektrode für einen Elektrolytkondensator, umfassend einen porösen Körper mit Mikroporen, welcher mit einer dielektrischen Schicht in den Mikroporen gebildet wird, welche sodann mit einem Elektrolyt gefüllt werden, wobei der poröse Körper mit einer Ventilmetallfolie verbunden wird, welches umfasst: Bilden einer Mehrzahl von porösen Vorformen aus Ventilmetallpulver, Laminieren der Mehrzahl von Vorformen, um ein Laminat zu bilden, und Sintern des Laminats zu Sinterschichten, welche in dem gesinterten Laminat enthalten sind, um den porösen Körper herzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass das gesinterte Laminat eine Mehrzahl von Schichten mit Bereichen einer geringeren Mikroporengröße und Bereichen mit einer größeren Mikroporengröße aufweist, um elektrisch leitfähige Übergänge zwischen den Bereichen geringerer Mikroporengröße und den seitlichen Oberflächen des porösen Körpers zu bilden, wobei der poröse Körper an den seitlichen Oberflächen eine Mehrzahl von zueinander parallelen, linearen Ausnehmungen und/oder Vorsprüngen versehen ist, die entlang einer Richtung der Sinterschichten auf der Oberfläche gebildet sind, um die Kontaktfläche der seitlichen Oberflächen zu erhöhen, welche mit einer Kathodenanschlusselektrode bedeckt ist und mit dieser in Kontakt steht.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1A eine Schnittansicht einer anodischen Elektrode für einen Elektrolytkondensator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
1B die Schnittansicht des Laminats, welches mit einer Mehrzahl von dünnen Vorformen aufeinander gestapelt ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A eine Schnittansicht der anodischen Elektrode für einen Elektrolytkondensator, der einen porösen Körper aufweist, welcher gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gesintert ist;
2B die Schnittansicht des Laminats, welches mit einer Mehrzahl von zwei Arten von dünnen Vorformen aufeinander gestapelt ist, gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2C eine Schnittansicht der anodischen Elektrode für einen Elektrolytkondensator, der einen porösen Körper gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
3 eine schematisch vergrößerte Schnittansicht, die einen porösen Körper zeigt, welcher aus einem Vorform-Laminat gesintert ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine schematisch vergrößerte Schnittansicht, die einen porösen Körper zeigt, welcher aus einem Vorform-Laminat von zwei Arten von Vorformen gesintert ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5A eine Schnittansicht eines Laminats der dünnen Vorform und einer Metallfolie, die an dem Laminat befestigt ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5B eine Schnittansicht einer Elektrode, einschließlich eines porösen Körpers, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gesintert ist;
6 eine Schnittansicht eines Elektrolytkondensators, der aus der Elektrode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
7 eine Schnittansicht eines Elektrolytkondensators entsprechend zu 6, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
8 eine schematische Ansicht, die ein Tantal-Pellet für Elektrolytkondensatoren nach dem Stand der Technik zeigt.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Eine Basisstruktur einer anodischen Elektrode für einen Elektrolytkondensator der Erfindung umfasst einen porösen Körper aus Ventilmetall aus laminierten Sinterschichten, welche eine große Anzahl von Mikroporen in gegenseitiger Kommunikation aufweisen. Die laminierten Sinterschichten sind durch das Sintern eines Laminats von Vorformen gebildet.
Die Vorformen können aus einem Pulver aus Ventilmetall in einer gewünschten Form geformt werden. Als ein Ventilmetall kann Tantal, Titan, Niobium usw. für die anodischen Elektrode verwendet werden. Das Pulver kann feine Partikel des Metalls einschließen, welche eine komplizierte Konfiguration mit einem sehr großen spezifischen Oberflächenbereich auf jedem Partikel aufweisen. Vorzugsweise kann auf Tantal als das Beispiel eines Ventilmetalls Bezug genommen werden, und solch ein Metallpulver kann von dem Kaliumreduzierungsvorgang – durch die Verwendung von Kaliumtantalfluorid-Material – zugeführt werden. Die Vorform kann einen dünnen Zustand in einer Platten- oder Schichtform aufweisen, wobei diese vorzugsweise dünner als 1 mm ist. Die dünnen Vorformen können durch das Pressen des Pulvers in einer Presse hergestellt werden, wobei ein angemessener poröser Zustand beibehalten wird.
In einem Vorgang zum Herstellen einer solchen anodischen Elektrode für einen Elektrolytkondensator umfasst ein Verfahren zum Herstellen des porösen Köper Folgendes: Bilden von porösen Vorformen aus Pulvern von Ventilmetall; Aufstapeln einer Vielzahl von porösen Vorformen zu einem Laminat; und Sintern des Vorform-Laminats bei einer Sintertemperatur, um einen porösen Körper zu formen.
Als ein Beispiel schließt wie in 1A gezeigt die Struktur der Elektrode 8 einen porösen Körper 2 ein, der Mikroporen aufweist, und ein damit verbundenes Ventilmetallsubstrat 4, welches aus einer Folie gebildet sein kann, wobei der poröse Körper 2 mit einer Mehrzahl von Sinterschichten 20 laminiert ist, entsprechend zu Vorformen 10, die aufeinander gestapelt sind, wie in 1B gezeigt.
Der gesinterte poröse Körper 2, wie in 3 gezeigt, weist einen Bereich größerer Mikroporen 22 auf, der in der Nähe einer zusammengefügten gesinterten Schnittstelle 21 – an der zwei der Vorformen 20 miteinander verbunden sind – eine geringere Dichte aufweist verglichen mit einem inneren Bereich von jeder Sinterschicht 20. Die Mikroporen mit großer Größe in dem Bereich größerer Mikroporen 22 auf und nahe des zusammengefügten Schnittstellenbereichs sind ohne weiteres in der Lage, in dem Elektrolyt-Befüllungsschritt mit dem festen Elektrolyt gefüllt zu werden, so dass das Elektrolyt durch die verhältnismäßig großen Mikroporen in dem Bereich größerer Mikroporen 22 nahe der zusammengefügten Schnittstelle 21 hindurchtreten kann, wobei auf diese Weise gestattet wird, dass die kleineren Mikroporen in jeder Sinterschicht zufriedenstellend mit dem Elektrolyt gefüllt werden. Der Bereich größerer Mikroporen 22 um die Schnittstelle 21 kann dazu dienen, den Stromdurchgang mit geringem Widerstand bereitzustellen und die feineren Mikroporen in jeder Sinterschicht 20 stellen eine hohe Kapazität bereit, aufgrund ihres großen spezifischen Oberflächenbereichs, der mit dem Elektrolyt gefüllt ist, wobei auf diese Weise der geschichtete poröse Körper der Elektrode der vorliegenden Erfindung die Eigenschaften zeigt, sowohl einen geringen inneren Widerstand als auch eine hohe Kapazität aufzuweisen.
Durch das Sintern des Laminats der Vielzahl von Vorformen 10, wie in 1B gezeigt, können in der vorliegenden Erfindung dünne parallele Gräben 33 auf den äußeren seitlichen Oberflächen 3 des gesinterten porösen Körpers 2 gebildet werden, wie in 1A gezeigt, entlang Linien der zusammengefügten Schnittstellen 21, welches aufgrund des Laminierens von Oberflächen 11 der Vorformen 10 auftritt, abhängig von solchen Bedingungen wie Sintertemperatu ren, Sinterzeiten, der Beschaffenheit des Pulvers und der Vorformdichte. Infolge der Ausdehnung der seitlichen Oberflächen 3 des porösen Körpers 2, welche Verbindungsbereiche sein sollen, die mit einer Kathodenanschlusselektrode zu verbinden sind, ist der Kontaktbereich einer Kathodenanschlusselektrode, welche an der seitlichen Oberfläche 3 befestigt wird, vergrößert, was dann gestattet, dass der Kondensator einen Kontaktwiderstand an der Kathodenanschlusselektrode reduziert, und folglich sind Hochfrequenzeigenschaften verbessert zusätzlich zu einem verringerten inneren Widerstand aufgrund des Vorhandenseins von Bereichen größerer Mikroporen.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es vorzuziehen, dass zwei Arten von Sinterschichten, welche quantitativ unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, verwendet werden können, um den Bereich größerer Mikroporen lamellenförmig in dem gesinterten Laminat einzurichten. Solche Eigenschaften können von unterschiedlichen Mikroporengrößen in den Sinterschichten ausgewählt werden, das heißt die erste Art von Sinterschicht 2a kann eingerichtet sein, um Sinterschichten mit großen Mikroporen darzustellen (Vergrößern der Bereiche größerer Mikroporen, wie in 4 gezeigt) und die zweite Art von Sinterschicht 2b kann eingerichtet sein, um Sinterschichten mit kleineren Mikroporen darzustellen, und die Sinterschichten mit größeren Mikroporen können ohne weiteres mit Elektrolyt imprägniert werden, um einen inneren Widerstand zwischen den seitlichen Oberflächen 3 des porösen Körpers 2 und den Sinterschichten mit kleinerer Mikroporengröße 2a (die zweite Art von Sinterschichten 2b) zu verringern, wie in den 2A, 2C und 4 gezeigt. Die Sinterschichten mit kleineren Mikroporen weisen eine hohe Kapazitätsdichte auf und sind durch die Sinterschichten mit größeren Poren zufriedenstellend mit dem Elektrolyt gefüllt, wobei dann die Kapazität aufgrund der hohen spezifischen Oberfläche in den Sinterschichten mit kleinerer Mikroporengröße erhöht wird.
Als Beispiel für Größen von Mikroporen können die Sinterschichten mit kleinerer Mikroporengröße 0,05 bis 0,3 μm und die Sinterschichten mit größerer Mikroporengröße 0,3 bis 1,5 μm aufweisen, dargestellt durch einen Spitzenwert von Porengrößen-Verteilung in einer Schicht. Die Porengröße wird ausgedrückt durch den Spitzenwert der gemessenen Mikroporengrößenverteilung durch die traditionelle Mikro-Quecksilberporosimeter-Technik, und das Verhältnis der Spitzenwer te von Mikroporengrößen der Sinterschichten mit kleinerer Mikroporengröße zu der Mikroporengröße der Sinterschichten mit größerer Mikroporengröße kann vorzugsweise in einem Bereich von 1,2 bis 5,0 festgelegt werden.
Das Laminat des porösen Körpers kann aus Sinterschichten mit geringer Dichte als ein erster Typ von Sinterschicht 2a und aus Sinterschichten mit hoher Dichte als ein zweiter Typ von Sinterschicht 2b gebildet sein, wobei die Sinterschichten mit geringer Dichte als die Sinterschichten mit größerer Porengröße dienen, wie vorstehend beschrieben, welche zufriedenstellend mit Elektrolyt gefüllt sind, um für Stromdurchgänge verwendet zu werden, um einen inneren Widerstand zu verringern, und die Sinterschichten mit hoher Dichte als die Sinterschichten mit kleinerer Porengröße dienen, was die Kapazität erhöht. Ferner sind die Sinterschichten mit hoher Dichte und die Sinterschichten mit geringer Dichte abwechselnd eine über der anderen aufeinander geschichtet, um das Laminat zu bilden.
Die erste Art und die zweite Art von Sinterschicht kann 1,1 bis 3,0 eines Sinterschicht-Dichteverhältnisses aufweisen. Die Sinterschichten mit hoher Dichte können vorzugsweise in einem Bereich von 5,5 bis 7,5 g/cm³ und die Sinterschichten mit geringer Dichte können in dem Bereich von 2,5 bis 5,5 g/cm³ eingerichtet sein, was zu einer größeren Mikroporengröße in den Lagen für die Durchgänge mit geringem Widerstand führt.
Der poröse Körper, der aus einem solchen Laminat gefertigt ist, welches zwei Arten von Sinterschichten umfasst, kann vorzugsweise wellige Oberflächen aufweisen, welche lineare Ausnehmungen 31 und/oder Vorsprünge 32 auf den seitlichen Oberflächen 3 des porösen Körpers aufweisen, welcher an einer Kathodenanschlusselektrode zu befestigen ist, wie in den 2A und 4 gezeigt.
Bei einer anodischen Elektrode für einen Elektrolytkondensator in der Erfindung kann der poröse Körper durch das Sintern des Stapels von zwei Arten von Vorformen 1a und 1b gefertigt werden, welche unterschiedliche Qualitäten so wie Dichten aufweisen, das heißt Vorformen mit geringerer Dichte als die erste Art von Vorform 1a mit Mikroporen einer größeren Porengröße und Vorformen mit höherer Dichte als die zweite Art von Vorform 1b mit Mikroporen einer kleineren Größe. Folglich können die Mikroporen in den Sinterschichten 2a einer geringeren Dichte zufriedenstellend mit dem Elektrolyt gefüllt sein.
Auch erfährt die Sinterschicht mit geringerer Dichte (von der ersten Art von Vorform 1a) ein geringeres Maß an Schrumpfung als die Sinterschicht einer höheren Dichte (von der zweiten Art von Vorform 1b) nach dem Sintern bei niedrigen Sintertemperaturen, was zu einer Wellung der äußeren Oberfläche führt – das heißt zu linearen Ausnehmungen 31, aufgrund der Sinterschichten mit geringer Dichte (die erste Art von Sinterschicht 2a), und linearen Vorsprüngen 32, aufgrund der Sinterschichten mit hoher Dichte (zweite Art von Schichten 2b) – auf der seitlichen Oberfläche 3 in einer Richtung der zusammengefügten Schnittstellen 21, welche in dem porösen Körper 2 schichtweise gelegt sind, wie in 4 gezeigt. Ein Oberflächenbereich der seitlichen Oberflächen 3 des porösen Körpers 2 kann vergrößert sein, 1,2 bis 1,6-mal so viel wie ein flacher Bereich auf der seitlichen Oberfläche ohne jede Wellung der Oberfläche, wobei auf diese Weise der Kontaktwiderstand zwischen der seitlichen Oberfläche und der Kathodenanschlusselektrode verringert wird.
Ein Teil der Sinterschichten kann einen geringeren spezifischen Oberflächenbereich von Mikroporen aufweisen als die erste Art von Sinterschichten, welche als Sinterschichten mit größeren Poren dienen und die elektrischen Stromdurchgänge zum Reduzieren des inneren Widerstandes aufweisen. Folglich hat die zweite Art von Sinterschichten, welche den größeren spezifischen Oberflächenbereich aufweist, die Funktion des Erhöhens der Kapazität. Um diese anodische Elektrode herzustellen, wird ein Laminat von zumindest zwei Arten von Vorformen verwendet, die unterschiedliche spezifische Oberflächenbereiche von Mikroporen je Gewichtseinheit aufweisen, mit Vorformen, die abwechselnd aufeinander gestapelt und gesintert werden. Die erste Art von Vorform 2a, die einen kleineren spezifischen Oberflächenbereich der Mikroporen aufweist, welche größere Partikel aus Ventilmetall aufweisen, kann weniger leicht bei niedrigen Sintertemperaturen gesintert werden als die zweite Art von Vorform 2b mit einem größeren spezifischen Oberflächenbereich der Mikroporen, wie vorstehend beschrieben, und dann ist das thermische Schrumpfungsverhältnis der ersten Art der Vorformen zu der zweiten Art der Vorformen während des Sinterns kleiner, begleitet von Mikroporen größerer Größe, und aus diesem Grunde kann die erste Art von Vorformen 2a als eine Linie auf den seitlichen Oberflächen nach dem Sintern hervorstehen, was zu einer Wellung der äußeren Oberfläche des porösen Körpers führt.
Folglich kann der poröse Körper für die anodische Elektrode ein Laminat umfassen, durch das Laminieren von zwei Arten der Sinterschichten, welche aus zwei Arten von Vorformen aus Ventilmetallen gesintert ist, welche ein unterschiedliches thermisches Schrumpfungsverhältnis während des Sinterns der Vorformen aufweisen. Die zwei Arten von Vorformen können aus Ventilmetallpartikeln gepresst sein, die sich in der Partikelgröße unterscheiden, welche abwechselnd aufeinander gestapelt sind, und dann gesintert werden, um miteinander verbunden zu sein.
Das Laminat, das von den Sinterschichten 20 gesintert wird, kann mit dem Ventilmetallsubstrat 4 für einen anodischen elektrischen Kollektor verbunden sein, und die Sinterschichten 20 können vorzugsweise parallel zu dem Ventilmetallsubstrat 4 eingerichtet sein, wie in den 1A und 2A und 2C gezeigt, das heißt, dass das Substrat 4 für den anodischen Kollektor an der aufgeschichteten Oberfläche 34 des porösen Körpers 3 befestigt ist. Alternativ können die Sinterschichten 20 des Laminats senkrecht zu dem Ventilmetallsubstrat 4 eingerichtet sein, wie in den 5A und 5B gezeigt, das heißt das Substrat 4 wird an einer der seitlichen Oberflächen 3 des porösen Körpers befestigt. In diesen Fällen wird eine Folie, eine Schicht oder eine Platte aus Ventilmetall als ein Ventilmetallsubstrat 4 verwendet. Vorzugsweise kann das Ventilmetall für das Substrat Tantal sein.
Zusätzlich können die seitlichen Oberflächen 3 des porösen Körpers 2, welcher zwei Arten der Sinterschichten umfasst, einen flachen Zustand aufweisen mit schmalen Gräben, wie in 2C gezeigt, entsprechend 1A, ohne irgendeine solche vorstehend genannte tiefe Wellung aufzuweisen, wie in 2A gezeigt. Ein solches Phänomen kann in dem Fall des aufeinandertolgenden gleichen Schrumpfens zwischen der ersten Art und zweiten Art von Sinterschichten während des Sinterns der entsprechenden Arten von Vorformen bei dem Laminieren eintreten, während die Gräben entlang der zusammengefügten Schnittstellen zwischen den nebeneinander liegenden Sinterschichten gebildet werden.
Ein Vorgang zum Herstellen einer anodischen Elektrode für einen Elektrolytkondensator in der vorliegenden Erfindung, wobei der poröse Körper an einer Ventilmetallfolie verbunden wird, umfasst Folgendes: das Bilden einer Vielzahl von porösen Vorformen aus Pulver von Ventilmetall; das Laminieren der Vielzahl von Vorformen, um ein Laminat zu bilden; und das Sintern des Laminats zu Sinterschichten, die in dem gesinterten Laminat zusammengeschlossen sind, um den porösen Körper zu bilden. Der resultierende poröse Körper ist zusammengesetzt aus einer Vielzahl von Sinterschichten, die gebildet sind durch das Sintern der aufeinander gestapelten Vorformen, und weist Mikroporen auf in jeder der Sinterschichten, welche mit einer dielektrischen Schicht in den Mikroporen zu bilden sind, die dann mit einem Elektrolyt gefüllt werden.
In diesem Vorgang können die Vorformen vorzugsweise vorbereitet werden durch das Formen von Pulver des Ventilmetalls zu einer dünnen Schicht oder Plattenform. Für das Pulvermaterial kann zum Beispiel Tantalpulver verwendet werden, ein Pulver, das einen hohen spezifischen Oberflächenbereich aufweist, welches mittels Kaliumreduzierung von Natriumtantalfluorid gebildet wird. Dünne Schichten oder Platten als Vorformen können vorzugsweise hergestellt werden durch das Komprimieren des Pulvers in einer Presse in dünne Presskörper, die eine angemessene Dichte und Dicke der Vorformen aufweisen, beispielweise von 1 mm oder weniger, insbesondere weniger als 0,5 mm oder insbesondere 0,5 mm bis 0,05 mm.
Für eine andere Art von Vorformen kann ein Verfahren zum Herstellen aus einer dünnflüssigen oder gebundenen dünnen Schicht übernommen werden, welche ein Ventilmetallpulver enthält, so wie Tantalpulver.
Bei dem Laminieren ist die angemessene Anzahl von Vorformen in einem Laminat aufeinander geschichtet, um für einen erzeugten Kondensator eine gewünschte Kapazität bereitzustellen. Die Vorformen können auf einem Substrat aus Ventilmetall aufeinander geschichtet sein, welches typischerweise für einen anodischen elektrischen Kollektor verwendet werden kann. Die mehrfach ge schichteten Vorformen 10 können parallel (wie in den 1B und 2B gezeigt) oder senkrecht (wie in der 5A gezeigt) zu der Substratoberfläche 4 eingerichtet sein, und nach dem Sintern wird der poröse Köper 2 mit dem Ventilmetallsubstrat 4 verbunden.
Bei dem Sintern werden die schichtweise eingerichteten Vorformen bei Sintertemperaturen des Ventilmetalls in einem Vakuumofen erhitzt, um jede der Vorformen zu sintern, wobei dann ein poröser Körper aus den dünnen Vorformen erzeugt wird, der Sinterschichten umfasst. Das Sintern wird bei Sintertemperaturen ausgeführt, die für das Ventilmetall passend sind, beispielsweise 900 bis 1600° C für Tantal, bei der Ventilmetallpartikel in den Vorformen miteinander verbunden werden und eine große Anzahl von Mikroporen in ihm hinterlassen werden, und dann werden die Vorformen in entsprechenden Sinterschichten miteinander verbunden. Die Sintertemperatur kann verändert werden, um das Schrumpfungsverhältnis der Vorform während des Sinterns zu modifizieren, wie im Folgenden beschrieben werden wird.
Durch das Sintern der Vorformen wird das gesinterte Laminat in dem porösen Körper mit einem Bereich mit kleinerer Mirkoporengröße innerhalb jeder der Sinterschichten gebildet, und Bereichen mit größerer Mikroporengröße zwischen den zwei angrenzenden Sinterschichten, wo die Sinteroperation etwas unzureichend war, um die angrenzenden Vorformen während des Sinterns miteinander zu verbinden, und der Bereich mit großen Mikroporen und der Bereich mit kleinen Mikroporen werden abwechselnd wiederholt, um einen aufeinander geschichteten Zustand aufzuweisen. Wie vorstehend besprochen sind in der vorliegenden Erfindung die Bereiche mit größerer Mikroporengröße nützlich, um elektrisch leitfähige Durchgänge zwischen den Bereichen kleinerer Mikroporengröße und den seitlichen Oberflächen des porösen Körpers zu bilden.
Der durch diesen Vorgang hergestellte poröse Körper ist auf den seitlichen Oberflächen mit einer Vielzahl von linearen Ausnehmungen 31 und/oder Vorsprüngen 32 ausgestattet, parallel zueinander, welche entlang einer Richtung der Sinterschichten auf der Oberfläche gebildet sind. Die linearen Ausnehmungen können lineare Gräben 33 entlang der Öffnungskanten von jeder der Vorformen 10 auf der seitlichen Oberfläche 3 während des Sinterns sein. Solche Gräben 33 auf den seitlichen Oberflächen 3 des porösen Körpers sind nützlich, um einen Kon taktbereich der seitlichen Oberflächen 3 zu vergrößern, welche zu bedecken ist und in Kontakt steht mit einer Kathodenanschlusselektrode 5.
Bei dem Verfahren ist es insbesondere wünschenswert, dass die Vielzahl von Vorformen aus zumindest zwei Arten von Vorformen zusammengesetzt ist, die sich in ihren Merkmalen quantitativ voneinander unterschieden, einschließlich Dichte und/oder Schrumpfung, um die Bereiche mit großen Mikroporen breiter zu bilden und auch die Wellung der Seiteoberflächen des porösen Körpers tiefer zu gestalten.
Zuerst kann das Merkmal der Vorformen der zwei Arten ein unterschiedliches thermisches Schrumpfungsverhältnis während des Sinterns aufweisen. In diesem Fall kann eine erste Art von Vorform ein hohes thermisches Schrumpfungsverhältnis zeigen und die zweite Art von Vorform kann ein geringes thermisches Schrumpfungsverhältnis aufweisen, welches in Kontakt miteinander aufeinander geschichtet ist, um das Vorform-Laminat zu bilden, und auf diese Weise kann das gesinterte Laminat seitliche Oberflächen aufweisen, die mit Ausnehmungen ausgestattet sind, welche entsprechend der ersten Art von Vorform relativ tiefer geschrumpft sind, und mit Vorsprüngen, welche relativ zu der zweiten Art der Vorformen flacher geschrumpft sind, abhängig von der Schrumpfungsdifferenz zwischen angrenzenden Vorformen der berücksichtigten zwei Arten während des Sinterns.
Außerdem kann das Verfahren die Vielzahl von Vorformen nutzen, einschließlich Vorformen mit geringer Dichte als eine erste Art von Vorform und Vorformen mit hoher Dichte als die zweite Art von Vorformen, welche bei dem Laminieren in Kontakt miteinander aufeinander geschichtet werden, um das Laminat zu bilden. Die den Vorformen verliehenen Dichten können erzielt werden durch das Steuern der Verdichtungsdrücke, die auf die Pulver bei dem Formen von Vorformen angewendet werden. Das Verhältnis der hohen Dichte zu der geringen Dichte in den zwei Arten von Vorformen ist in einem Bereich von 1,1 : 1 bis 3,0 : 1 festgelegt. Nachdem bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen das Sintern ausgeführt wird, werden Vorformen mit geringer Dichte abgewechselt mit Sinterschichten mit geringer Dichte angeordnet, die größere Mikroporengrößen aufweisen, verglichen mit Sinterschichten mit hoher Dichte, die Sinterschichten mit kleinerer Größe von der zweiten Art von Vorform aufweisen. Das Sintern bei niedrigen Temperaturen gestattet, dass die Dichteverhältnisse der Vorformen in Sinterschichten beibehalten werden, entsprechend jeder der zwei Arten von Vorformen.
Folglich sind die Sinterschichten in dem porösen Körper in zwei Teile eingeteilt, in Bereiche mit hoher Dichte und Bereiche mit geringer Dichte in einem mehrfach geschichteten Zustand. Die Sinterschichten mit hoher Dichte können vorzugsweise in dem Bereich von 5,5 bis 7,5 g/cm³ festgelegt sein und die Sinterschichten mit geringer Dichte können in dem Bereich von 2,5 bis 5,5 g/cm³ festgelegt sein, wobei die Sinterschichten mit geringer Dichte eine größere Mikroporengröße in den Schichten für die Durchgänge mit geringem Widerstand aufweisen.
Wie vorstehend beschrieben, ist die erste Art von Vorform 1a, welche eine geringe Dichte aufweist, in der Lage, eine geringeres Schrumpfungsmaß während des Sinterns bei geringen Sintertemperaturen zu erfahren als die zweite Art von Vorform 1b (die Sinterschicht mit höherer Dichte) und dieses führt zu einer tiefen Wellung der seitlichen Oberflächen, welche lineare Ausnehmungen aufgrund der Sinterschichten mit geringer Dichte 2a aufweisen, und zu Vorsprüngen – aufgrund der Sinterschichten mit hoher Dichte 2b – auf der seitlichen Oberfläche 3 in einer Richtung der verbundenen Oberflächen 21, die in dem porösen Körper 2 aufeinander geschichtet sind, wie in 4 gezeigt. Auf diese Weise kann die tiefe Wellung den Kontaktwiderstand zwischen den seitlichen Oberflächen 3 und den Kathodenanschlusselektroden 5 in Kontakt miteinander verringern, wie in den 6 und 7 gezeigt.
Es ist jedoch zu beachten, dass wenn das Sintern mit einer höheren Sintertemperatur ausgeführt wird, die Vorsprünge und Ausnehmungen eine entgegenwirkende Beziehung in Bezug zu den Sinterschichten mit hohen Dichten und geringen Dichten aufweisen, mit denselben Auswirkungen wie vorstehend beschrieben. Höhere Sintertemperaturen können das Sintern von Vorformen unterstützen, um die Vorformen mit geringer Dichte auf eine ultimative Dichte von solidem gesinterten Material zu verdichten, wobei dann die Vorformen mit geringer Dichte ein höheres Sinter-Schrumpfungsmaß als die Vorformen mit hoher Dichte zeigen.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens umfasst eine Vielzahl von Vorformen zumindest zwei Arten von Vorformen, die sich in spezifischen Oberflächenbereichen von Mikroporen je Gewichtseinheit unterscheiden, und bei dem Laminieren der ersten Art von Vorformen mit einem geringen spezifischen Oberflächenbereich und den Vorformen mit einem hohen spezifischen Oberflächenbereich werden diese eine über der anderen aufeinander geschichtet, um das Laminat zu bilden.
In diesem Fall können die Vorformen aus zwei Pulvern gefertigt sein, die sich in ihren spezifischen Oberflächenbereichen je Gewichtseinheit unterscheiden. Ein Pulver aus Tantal, welches einen niedrigen spezifischen Oberflächenbereich von Mirkoporen je Gewichtseinheit aufweist und das andere Pulver, welches einen hohen spezifischen Oberflächenbereich aufweist, werden jeweils an die ersten und die zweiten Arten von Vorformen gepresst, welche abwechselnd aufeinander geschichtet sind und zu einem Sinter-Laminat eines porösen Körpers gesintert sind. Nach dem Sintern werden die Vorformen mit niedrigem spezifischen Oberflächenbereich in Sinterschichten mit größerer Mikroporengröße verändert, die für Durchgänge mit geringerem elektrischen Widerstand zwischen den Sinterschichten mit kleinerer Mikroporengröße zu verwenden sind, um eine hohe Kapazität zu erzielen, aufgrund der effektiven Nutzung der gesamten Bereiche mit großen Mikroporen, die in den Sinterschichten mit kleinerer Mikroporengröße eingerichtet sind.
In einem anderen Verfahren sind zumindest zwei Arten von Vorformen, einschließlich der ersten Vorform und der zweiten Vorform, aus Pulvern aus Ventilmetallen gefertigt, welche unterschiedliche physikalische Festigkeiten des Pulvers aufweisen, und die erste Vorform und die zweite Vorform sind eine über der anderen aufeinander geschichtet, um das Laminat zu bilden.
Genauer gesagt kann die anodische Elektrode für einen Elektrolytkondensator der vorliegenden Erfindung durch das Sintern eines Laminats von zwei Arten von Vorformen hergestellt werden, die aus Pulvern gefertigt sind, welche die sekundären Partikel mit unterschiedlichen physikalischen Festigkeiten enthalten, die von primären Partikeln von einem Ventilmetall agglomeriert sind, und die unter schiedlichen Arten der Vorformen werden abwechselnd eine über der anderen aufeinander geschichtet.
Wenn eine erste Art von Vorform 1a von dem Pulver der sekundären Partikel ausgewählt ist, welche eine größere physikalische Festigkeit aufweist, welche koagulierte primäre Partikel sind, die durch Hitzebehandlung fester werden, sind diese weniger in der Lage gesintert zu werden, als das Pulver mit geringerer physikalischer Festigkeit der zweiten Art von Vorform 1b, und dann ist das thermische Schrumpfungsverhältnis der ersten Art von Vorform 1a niedriger als bei der zweiten Art von Vorform 1b, während dieses begleitet wird von Mikroporen mit größerer Größe, und erzeugt lineare Vorsprünge 32 auf den seitlichen Oberflächen des porösen Körpers. Sinterschichten 2a, die größere Mikroporen in dem porösen Körper aufweisen, sind einfacher mit Elektrolyt zu füllen und verbessern die Effizienz bei dem Erzielen von Kapazität. Infolgedessen kann der effektive Reihenverlustwiderstand verringert werden durch die Nutzung der inneren Bereiche, einschließlich größerer Mikroporen in dem porösen Körper, und dem Bereich der ausgedehnten seitlichen Oberfläche des porösen Körpers in Verbindung mit einer Kathodenanschlusselektrode.
Der auf diese Art und Weise hergestellte poröse Körper für eine Elektrode für einen Elektrolytkondensator wird in einer Säurelösung anodisiert, so wie Phosphorsäure, um eine dielektrische Schicht in den Sinterschichten des porösen Körpers und dem Substrat für einen anodischen elektrischen Kollektor zu bilden. Danach wird der poröse Körper imprägniert mit einem festen Elektrolyt, vorzugsweise so wie Mangandioxid. In diesem Fall wird der anodisierte poröse Körper in eine Lösung von Mangannitrat in Wasser eingeführt, und dann getrocknet und in einer oxidierenden Atmosphäre kalziniert, um das Nitrat in dem Mangandioxid in den Mikroporen zu lösen. Diese Operation wird mehrere Male wiederholt, bis das Oxid die Mikroporen in den Sinterschichten nahezu vollständig gefüllt hat.
Der poröse Körper, der mit dem Elektrolyt gefüllt ist, ist mit der äußeren Seite des porösen Körpers bedeckt, wie in den 6 und 7 gezeigt, mit zuerst einer Grafitschicht 51, die auf den porösen Körper 2 aufgetragen wird, und dann der Silber enthaltenen aushärtbaren Paste 50, welche auf die Grafitschicht 51 aufgetragen wird, wobei diese eine Kathodenanschlusselektrode 5 umfasst, und da nach wird der mit Silber beklebte poröse Körper in einem metallischen leitfähigen Behälter untergebracht (nicht gezeigt), aber der anodische elektrische Kollektor verbleibt freiliegend außerhalb des Behälters, um einen festen Elektrolytkondensator 9 zu erzielen.
Beispiel 1
Zuerst wird eine Anzahl von schichtartigen Vorformen durch das Pressen von feinem Pulver eines Ventilmetalls gebildet. Dann wird eine Ventilmetall-Folie geerdet, um ihre Oberfläche anzurauen, als ein Substrat 4 für einen anodischen Kollektor. Die Vorformen 1 sind auf dem Substrat 4 für einen anodischen elektrischen Kollektor aufeinander geschichtet, um ein Laminat 80 zu bilden. Danach wird das Laminat gesintert, um einen porösen Körper 2 zu bilden, wobei auf diese Weise eine Elektrode 8 für einen Elektrolytkondensator – wie in 1 gezeigt – fertiggestellt wird.
In diesem Beispiel ist der poröse Körper 2 durch mehrfach aufeinander geschichtete dünne Sinterschichten 1 konstruiert, und die Sinterschichten 20 sind durch das Sintern der vorstehend genannten aufeinander geschichteten Vorformen gebildet, mit einer Vorform, die entsprechend einer Sinterschicht 1 gesintert ist.
In dem gesinterten porösen Körper 2 sind Bereiche mit großen Mikroporen – in den 1B und 3 – in der Nähe einer zusammengefügten Schnittstelle 21 zwischen miteinander in Kontakt stehenden Sinterschichten 20 gebildet, und weisen eine geringere Dichte auf, als die inneren Bereiche der Sinterschichten 20, und auch eine größere Mikroporengröße, die größer ist als im Inneren der Sinterschichten 20.
Da außerdem die Ecken von jeder Vorform 10 während des Sinterns abgerundet werden, wie in den 1B und 3 gezeigt, werden schmale Gräben 33 in der Nähe der zusammengefügten Schnittstellen 21 gebildet, zwischen zwei Sinterschichten auf der seitlichen Oberfläche 3 des porösen Körpers 2.
Ein Abschnitt, der zwischen angrenzenden Sinterschichten 20 des porösen Körpers 2 angeordnet ist, der durch das Sintern des von einer Anzahl von Vorformen 10 gebildeten Laminats gefertigt ist, nämlich die Bereiche mit großen Mikroporen 22 an den zusammengefügten Schnittstellen 21, weist eine geringe Dichte auf, und die Mikroporen, die in diesem Bereich gebildet sind, weisen eine größere Größe auf. In den Bereichen der größeren Mikroporen mit geringer Dichte tritt nach dem Sintern eine beträchtliche Schrumpfung ein und die Schrumpfung verursacht schmale Gräben 33, die in der Nähe der zusammengefügten Schnittstellen 21 auf der Seitenfläche des porösen Körpers 2 gebildet werden.
In Beispiel 1 werden Elektrolytkondensatoren wie im Folgenden beschrieben hergestellt. Ein feines Pulver aus Tantalmetall in einem Grad von 70000 μF·V/g als ein Maß für einen spezifischen Oberflächenbereich wurde in Vorformen gepresst, welche jeweils ein Maß von 1,0 mm × 3,0 mm in der Größe und 0,44 mm in der Dicke aufwiesen, wobei zehn Vorformen auf eine Tantalfolie als Substrat für einen anodischen elektrischen Kollektor geschichtet wurden und bei 1350° C in einem hohen Vakuum gesintert wurde, wobei auf diese Weise eine Elektrode 8 für einen Elektrolytkondensator erzeugt wurde.
Dann wurde die Elektrode 8 für den Elektrolytkondensator in einer Phosphorsäure-Lösung anodisiert, die bei einer Temperatur von etwa 85° C gehalten wurde, wobei eine Spannung von 20 V angelegt wurde, um eine dielektrische Schicht in den Sinterschichten 20 des porösen Körpers zu bilden, und Mangandioxid wurde als ein Elektrolyt in dem porösen Körper gebildet durch ein wiederholtes Eintauchen in eine Mangannitrat-Lösung und Kalzinieren zu Manganoxid. Nach dem Bereitstellen einer Kathodenanschlusselektrode 5, die aus einer Grafitschicht 51 und einer leitfähigen Harzpaste 50 besteht, welche reich an Silberpartikeln ist, wurden ferner ein äußerer Anodenanschluss und ein äußerer Kathodenanschluss mit der Elektrode verbunden, welche in einem Formungsharz geformt wurde, um einen Elektrolytkondensator fertig zu stellen. Eine theoretische Kapazität des Elektrolytkondensators, der durch dieses Verfahren hergestellt wurde, beträgt 350 μF.
Als ein vergleichendes Beispiel wurde ein poröser Körper, der durch das Pressen von feinem Tantalmetall-Pulver in einer einzelnen großen Vorform gefertigt wur de, welche eine Größe von 1,0 mm × 3,0 mm in der Größe und 4,4 mm in der Dicke aufweist, mit einer Ventilmetallfolie verbunden, wobei deren Oberfläche durch Schleifen angeraut wurde, wobei dieser Zusammenbau gesintert wurde, um eine anodische Elektrode für einen Elektrolytkondensator zu bilden. Auf diese Kondensatorelektrode wird im Folgenden als die Vergleichselektrode eingegangen. Die Dichte des porösen Körpers der Vergleichselektrode könnte im Wesentlichen gleich der des porösen Körpers der anodischen Elektrode für den Elektrolytkondensator sein.
Ein Vergleichs-Elektrolytkondensator wies ebenfalls eine theoretische Kapazität von 350 μF auf, wobei dieser von der Vergleichselektrode in einem Verfahren hergestellt wurde, entsprechend dem Verfahren zur Herstellung des Kondensators in einer entsprechenden Art und Weise von Beispiel 1.
Die Kapazität wurde gemessen bei einer an dieser angelegten Spannung mit einer Frequenz von 120 Hz und bei einer angelegten Spannung mit einer Frequenz von 100 kHz, und einem effektiven Reihenverlustwiderstand bei einer angelegten Spannung einer Resonanzfrequenz von 1 MHz. Die Messungsergebnisse werden in Tabelle 1 erklärt. Tabelle 1
Wie aus Tabelle 1 zu erkennen ist, liegt die gemessene Kapazität des Kondensators in diesem Beispiel nahe der theoretischen Kapazität und ist höher als die des Vergleichskondensators. Der Kondensator aus diesem Beispiel zeigt weniger Verringerung der Kapazität aufgrund von Hochfrequenzspannung verglichen mit dem Vergleichskondensator. Es kann auch erkannt werden, dass der Kondensator von Beispiel 1 einen geringen effektiven Reihenverlustwiderstand aufweist, wobei dieser exzellente Hochfrequenzeigenschaften aufweist und in der Lage ist, starken Wellenstrom zu führen.
Der Grund dafür, dass der Kondensator in diesem Beispiel eine solch hohe Kapazität aufweist, ist der, dass große Poren in dem zusammengefügten Schnittstellenbereich in dem porösen Körper 2 gebildet sind, wobei die dielektrische Schicht in den großen Poren gebildet ist, so dass nahezu alle in dem porösen Körper bestehenden Poren in der Lage sind, als Kondensator genutzt zu werden.
Es wird erkannt, dass der Kondensator in dem Beispiel exzellente Hochfrequenz-Merkmale aufgrund der Gräben aufweist, die auf der Oberfläche des porösen Körpers gebildet sind, was zu einer Vergrößerung des Oberflächenbereichs des porösen Körpers führt, wobei auf diese Weise der effektive Reihenverlustwiderstand des Kondensators der ersten Ausführungsform reduziert wird.
Beispiel 2
In einem Beispiel dieser Ausführungsform wurde ein feines Tantalpulver mit 70000 μF·V/g eines Maßes eines spezifischen Oberflächenbereichs je Gewichtseinheit verwendet, um in Stücke von Vorformen gepresst zu werden, in einer Schichtenform von jeweils 1,0 mm × 3,0 mm × 0,44 mm. Fünf Stücke einer ersten Art von Vorform mit einer Dichte von 6,0 mg/cm³ und fünf Stücke der zweiten Art von Vorform 2b mit einer Dichte von 4,4 mg/cm³ wurden vorbereitet durch das Verändern des Press-Entwurfs. Die erste Art und zweite Art von Vorform 2a und 2b werden abwechselnd eine über der anderen aufeinander geschichtet, um ein zehn-lagiges Laminat auf der Tantalfolie als ein Substrat für einen anodischen elektrischen Kollektor zu bilden. Dieses Laminat wurde gesintert, um einen porösen Körper zu bilden, wobei auf diese Weise eine anodische Elektrode für einen Elektrolytkondensator dieses Beispiels fertig gestellt wird. Die Umstände des Sinterns des Laminats wurden entsprechend denen der ersten – oben beschriebenen – Ausführungsform festgelegt.
Ein Elektrolytkondensator, der eine theoretische Kapazität von 370 μF aufweist, wird aus der anodischen Elektrode für den Elektrolytkondensator 9 entsprechend dem ersten Beispiel gefertigt.
Für das Vergleichsbeispiel wird feines Tantalpulver in einen kleinen Block gepresst, welcher eine Größe von 1,0 mm × 3,0 mm und eine Dicke von 4,4 mm aufweist, mit einer Dichte von 5,2 mg/cm³, welcher gesintert wird, um einen porösen Körper zu bilden. Dieser poröse Körper wird mit einer Tantalfolie für einen anodischen elektrischen Kollektor verbunden. Die Sinter-Bedingungen entsprechend denen des Sinterns des porösen Körpers von diesem Beispiel.
Ein Vergleichs-Elektrolytkondensator weist ebenfalls eine theoretische Kapazität von 370 μF auf und ist aus der vorstehend genannten Vergleichelektrode hergestellt, in einer entsprechenden Art und Weise zu dem Verfahren zur Herstellung des Kondensators von diesem Beispiel.
Tabelle 2 zeigt resultierende Kapazitätsdaten der Kondensatoren dieses Beispiels und des Vergleichsbeispiels, welche unter einer angelegten Spannung mit Frequenzen von 120 Hz und 100 kHz berechnet werden, und der effektive Reihenverlustwiderstand bei einer Spannung einer Resonanzfrequenz von 1 MHz wird auch berechnet. Tabelle 2
Wie aus Tabelle 2 zu erkennen ist, weist der Kondensator in dem zweiten Beispiel eine größere Kapazität als der Vergleichskondensator auf, und sein Wert liegt nahe der theoretischen Kapazität. Auch erfährt der Kondensator von diesem Beispiel weniger Verringerung in der Kapazität, die durch eine angelegte Hoch frequenzspannung verursacht wird, als der Vergleichskondensator. Es wird auch gezeigt, dass der Kondensator dieses Beispiels den effektiven Reihenverlustwiderstand aufweist, der Hochfrequenzeigenschaften aufzeigt, mit einer Tauglichkeit, starken Wellenstrom zu führen.
Der Grund dafür, dass der Kondensator des zweiten Beispiels eine große Kapazität aufweist, ist der, dass die Mikroporen mit größerer Größe in der zweiten Sinterschicht des porösen Körpers der anodischen Elektrode für Elektrolytkondensatoren gebildet sind. Wenn die großen Poren mit dem Elektrolyt gefüllt sind, stellen die Poren eine Kapazitätseffizienz bereit.
Auch weist der Kondensator des zweiten Beispiels einen geringeren effektiven Reihenverlustwiderstand auf, weil die Seitenfläche der ersten Sinterschicht konkav wird, was zu einer Vergrößerung des Oberflächenbereichs des porösen Körpers führt. Die Reduzierung des effektiven Reihenverlustwiderstands bedeutet eine Verbesserung der Hochfrequenzeigenschaften des Kondensators in dem zweiten Beispiel. Eine Haftfestigkeit des porösen Körpers gegenüber der Kathodenanschlusselektrode kann auch aufgrund der Ausnehmungen und Vorsprünge auf den Seitenoberflächen verbessert werden, wobei auf diese Art und Weise die Zuverlässigkeit der Delaminierungsbeständigkeit zwischen ihnen verbessert wird.
Die anodische Elektrode für einen Elektrolytkondensator in diesen Beispielen wird aus dem porösen Körper hergestellt, der durch das Bilden des Laminats auf einem Metallfoliensubstrat und dann das Sintern des Laminats erzeugt wird, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf dieses Verfahren beschränkt. Alternativ kann die anodische Elektrode für einen Elektrolytkondensator hergestellt werden durch zuerst das Sintern des Laminats, um den porösen Körper zu bilden, und dann das Verbinden des porösen Körpers an der Metallfolie für eine Elektrode.
In den vorstehend beschriebenen Beispielen werden Vorformen mit unterschiedlichen Dichten aus demselben Tantalpulver gebildet, und werden gesintert, um den porösen Körper zu bilden, der lokale Unterschiede in der Dichte, der Porengröße und dem thermischen Schrumpfungsverhältnis aufweist, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Bedingungen beschränkt. Beispielsweise kann der poröse Körper auch durch das Sintern eines Laminats her gestellt werden, das aus einer Vielzahl von Vorformen gebildet ist, die sich in der Dichte oder dem thermischen Schrumpfungsverhältnis unterscheiden, welche erzeugt werden durch das Regulieren des Grades der Koagulation der primären Partikel oder der sekundären Partikel des Tantalpulvers und das Steuern der Tantalpulver-Partikelgröße oder deren Fülldichte. Die Vorformen können auch aus Pulvern von zwei oder mehr Arten von Ventilmetall gefertigt sein, welche unterschiedliche Dichten oder thermische Schrumpfungsverhältnisse aufweisen. Ungesinterte Schichten können auch als die Vorformen verwendet werden.
Wie vorstehend beschrieben, weist die anodische Elektrode für einen Elektrolytkondensator der vorliegenden Erfindung den porösen Körper auf, der durch das aufeinander Stapeln von einer Vielzahl von Vorformen gebildet wird, um das Laminat herzustellen, und das Sintern des Laminats. Der poröse Körper weist Bereiche mit niedriger Dichte und Bereiche mit hoher Dichte auf, mit Mikroporen einer größeren Größe, die in den Bereichen mit niedriger Dichte gebildet sind. Wenn der Elektrolytkondensator unter Verwendung dieser Elektrode gefertigt wird, kann ein Elektrolytkondensator mit einer großen Kapazität erzielt werden, da die größeren Poren ausreichend mit dem Elektrolyt gefüllt werden können. Da der Bereich mit höherer Dichte ein hohes thermisches Schrumpfungsverhältnis aufweist, werden auf dem porösen Körper Gräben gebildet. Da dieses den Oberflächenbereich des porösen Körpers vergrößert, wird ein Verbindungswiderstand mit der Kathodenanschlusselektrode reduziert und ein effektiver Reihenverlustwiderstand des Elektrolytkondensators verringert sich, wobei auf diese Weise die Hochfrequenzeigenschaften verbessert werden.

Claims

Anodische Elektrode für einen Elektrolytkondensator, umfassend einen porösen Körper aus einem Ventilmetall, welches Mikroporen aufweist, die inne mit einer dielektrischen Schicht und darin mit einem Elektrolyt zu füllen sind, wobei der poröse Körper ein Laminat einer Mehrzahl von Sinterschichten umfasst, welche die Mikroporen aufweisen, die aus Ventilmetallpartikeln gesintert sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminat eine Mehrzahl von Schichten von Bereichen kleinerer Mikroporengröße und Bereichen größerer Mikroporengröße umfasst, um elektrisch leitfähige Passagen zwischen den Bereichen kleinerer Mikroporengröße und seitlichen Oberflächen des porösen Körpers zu bilden, wobei der poröse Körper auf den seitlichen Oberflächen mit einer Mehrzahl von zueinander parallelen linearen Ausnehmungen oder Vorsprüngen versehen ist, die entlang einer Richtung der Sinterschichten auf der Oberfläche gebildet sind, um eine Kontaktfläche der seitlichen Oberflächen zu vergrößern, welche mit einer Kathodenanschlusselektrode bedeckt werden soll und mit dieser in Kontakt steht.
Anodische Elektrode nach Anspruch 1, wobei die Bereiche größerer Mikroporengröße in der Umgebung der Schnittstelle zwischen den Sinterschichten in dem Laminat und die Bereiche der kleineren Mikroporen innerhalb der Sinterschichten angeordnet sind.
Anodische Elektrode nach Anspruch 1, wobei zueinander parallele, lineare Ausnehmungen und/oder Vorsprünge, die aus schmalen Gräben bestehen, entlang der Schnittstelle der Sinterschichten gebildet sind.
Anodische Elektrode nach Anspruch 1, wobei die Sinterschichten im Laminat zwei Typen von Sinterschichten umfassen, welche sich quantitativ in ihren Eigenschaften unterscheiden.
Anodische Elektrode nach Anspruch 1, wobei die Sinterschichten in dem Laminat zwei Typen von Sinterschichten umfassen, welche sich quantitativ in ihren Eigenschaften unterscheiden und die linearen Ausnehmungen und/oder Vorsprünge wiederholt entlang der verschiedenen Typen von Sinterschichten auf der seitlichen Oberfläche des porösen Körpers gebildet werden.
Anodische Elektrode nach Anspruch 4 oder 5, wobei der erste Typ einer Sinterschicht Sinterschichten einer größeren Mikroporengröße umfasst, und der zweite Typ einer Sinterschicht Sinterschichten einer kleineren Mikroporengröße umfasst, und die Sinterschichten beider Typen im Kontakt miteinander laminiert sind.
Anodische Elektrode nach Anspruch 6, wobei das Laminat des ersten Typs einer Sinterschicht Sinterschichten geringerer Dichte umfasst und der zweite Typ einer Sinterschicht Sinterschichten einer höheren Dichte umfasst.
Anodische Elektrode nach Anspruch 6, wobei in dem Laminat der erste Typ einer Sinterschicht eine geringere spezifische Oberfläche aufweist, und der zweite Typ einer Sinterschicht eine höhere spezifische Oberfläche aufweist.
Anodische Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Ventilmetall Tantal ist.
Anodische Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der poröse Körper mit dem Ventilmetallsubstrat für den anodischen elektrischen Kollektor verbunden ist und die Sinterschichten parallel zu dem Ventilmetallsubstrat sind.
Anodische Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der poröse Körper mit dem Ventilmetallsubstrat für den anodischen elektrischen Kollektor verbunden ist und die Sinterschichten senkrecht auf dem Ventilmetallsubstrat stehen.
Anodische Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der poröse Körper mit Elektrolyt gefüllt ist, welches in die Mikroporen imprägniert ist.
Anodische Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Elektrolyt Mangandioxyd ist.
Anodische Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der poröse Körper mit der kathodengekoppelten Elektrode bedeckt ist und mit dieser in Kontakt steht, umfassend eine silberhaltige Paste durch eine Graphitschicht zwischen diesen.
Verfahren zur Herstellung einer anodischen Elektrode für einen Elektrolytkondensator, umfassend einen porösen Körper mit Mikroporen, welcher mit einer dielektrischen Schicht in den Mikroporen gebildet wird, welche sodann mit einem Elektrolyt gefüllt werden, wobei der poröse Körper mit einer Ventilmetallfolie verbunden wird, welches umfasst: Bilden einer Mehrzahl von porösen Vorformen aus Ventilmetallpulver, Laminieren der Mehrzahl von Vorformen, um ein Laminat zu bilden, und Sintern des Laminats zu Sinterschichten, welche in dem gesinterten Laminat enthalten sind, um den porösen Körper herzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass das gesinterte Laminat eine Mehrzahl von Schichten mit Bereichen einer geringeren Mikroporengröße und Bereichen einer größeren Mikroporengröße aufweist, um elektrisch leitfähige Übergänge zwischen den Bereichen geringerer Mikroporengröße und den seitlichen Oberflächen des porösen Körpers zu bilden, wobei der poröse Körper an den seitlichen Oberflächen eine Mehrzahl von zueinander parallelen, linearen Ausnehmungen und/oder Vorsprüngen aufweist, welche entlang einer Richtung der Sinterschichten auf der Oberfläche gebildet sind, um die Kontaktfläche der seitlichen Oberflächen zu erhöhen, welche mit einer kathodengekoppelten Elektrode bedeckt ist und mit dieser in Kontakt steht.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Mehrzahl von Vorformen mindestens zwei Typen von Vorformen umfasst, welche sich quantitativ in ihren Eigenschaften unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei beim Laminieren der erste Typ einer Vorform mit einem großen, thermischen Schrumpfverhältnis und der zweite Typ einer Vorform mit einem kleinen, thermischen Schrumpfverhältnis im Kontakt miteinander gestapelt werden, um ein Laminat zu bilden und dadurch das gesinterte Laminat mit Ausnehmungen, welche dem ersten Typ einer Vorform entspre chen, und mit Vorsprüngen zu dem zweiten Typ der Vorformen mittels der Schrumpfungsdifferenz der Vorformen während des Sinterns zu versehen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Mehrzahl von Vorformen die ersten Typen von Vorformen geringerer Dichte und den zweiten Typen einer Vorform mit höherer Dichte umfasst, welche beim Laminieren im Kontakt übereinander angeordnet werden, um das Laminat zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Mehrzahl von Vorformen mindestens zwei Typen von Vorformen umfasst, welche sich in der spezifischen Oberfläche der Mikroporen je Gewichtseinheit unterscheiden, und beim Laminieren der erste Typ von Vorformen mit geringerer spezifischer Oberfläche und die Vorform mit höherer spezifischer Oberfläche eine über der anderen gestapelt werden, um das Laminat zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die mindestens zwei Typen von Vorformen, welche die erste Vorform und die zweite Vorform beinhalten, aus Pulvern eines Ventilmetalls hergestellt sind, welches sich in der physikalischen Stärke des Pulvers unterscheidet und die erste Vorform und die zweite Vorform eine über der anderen gestapelt sind, um das Laminat zu bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei die Vorformen durch Pressen von Ventilmetallpulver in Schichtform sind.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei beim Laminieren die schichtartigen Vorformen auf dem Ventilmetallsubstrat für einen anodischen elektrischen Kollektor gestapelt werden, um Laminat zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei beim Laminieren die schichtartigen Vorformen des Laminats im Wesentlichen parallel zu einem Ventilmetallsubstrat angeordnet sind und beim Sintern der poröse Körper mit dem Ventilmetallsubstrat verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei beim Laminieren die schichtartigen Vorformen des Laminats im wesentlichen senkrecht zum Ventilmetallsubstrat angeordnet werden und beim Sintern der poröse Körper mit dem Ventilmetallsubstrat verbunden wird.