DE1148659B

DE1148659B - Verfahren zur Herstellung elektrolytischer Kondensatoren

Info

Publication number: DE1148659B
Application number: DES68442A
Authority: DE
Inventors: Henri George
Original assignee: Quartz and Silice SA
Current assignee: Saint Gobain Quartz SAS
Priority date: 1959-06-26
Filing date: 1960-05-10
Publication date: 1963-05-16

Description

Verfahren zur Herstellung elektrolytischer Kondensatoren Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von elektrolytischen Kondensatoren durch Aufdampfen von Ventilmetalloxyden auf eine Unterlage und anschließende elektrolytische Oxydation der aufgedampften Schicht.
Es ist bekannt, elektrolytische Kondensatoren herzustellen, indem man auf ein Ventilmetall, beispielsweise Aluminium, eine Schicht Titanoxyd aufdampft, die gegebenenfalls in die gewünschte Oxydform umgewandelt wird. Anschließend wird an den Fehlstellen der Titanoxydschicht ein nichtleitendes dielektrisches Umsetzungsprodukt der metallischen Unterlage, beispielsweise Aluminiumoxyd, erzeugt.
Ein anderes bekanntes Verfahren besteht darin, daß zuerst durch Wärme unter Vakuum oder einem Schutzgas eine Mischung von Silizium und einer Sauerstoffverbindung verdampft wird, so daß praktisch eine Schicht von SiO erzielt wird. Diese Schicht wird dann durch oxydierende Gase oder elektrolytische Oxydation oxydiert. Für die Herstellung von Kondensatoren kann die Schicht unmittelbar auf die Belegungen aufgebracht werden.
Nach einem weiteren bekannten Verfahren wird zum Aufdampfen einer dielektrischen Schicht auf eine leitende Unterlage die metailische Unterlage während des Aufdampfprozesses vorzugsweise auf eine Temperatur über 200° C erhitzt.
Diesen bekannten Verfahren gegenüber unterscheidet sich das Verfahren zur Herstellung elektrolytischer Kondensatoren durch Aufdampfen von Ventilmetalloxyden auf eine Unterlage und anschließende elektrolytische Oxydation der aufgedampften Schicht erfindungsgemäß dadurch, daß das Aufdampfen bei einer Temperatur, bei der sich das Ventilmetalloxyd bereits teilweise thermisch zersetzt. undloder in Anwesenheit eines Reduktionsmittels erfolgt.
Das Verfahren wird beispielsweise wie folgt durchgeführt: Im Innern einer Vakuumglocke wird das in einem Tiegel oder auf einer geeigneten Unterlage aus Metall, z. B. Tantal, Molybdän, Wolfram oder jedem anderen hitzebeständigen Metall, oder auch aus einem isolierenden Material, z. B. aus verschiedenen feuerfesten Karbiden, Oxyden oder Boriden, befindliche Titanoxyd verdampft. Die Erhitzung dieses Pulvers kann in üblicher Weise, z. B. auf elektrischem Wege, durch Strahlungshitze oder durch ein Elektronenbombardement, erfolgen.
Im Laufe der Verdampfung erfolgt eine Zersetzung des Titanoxyds (TiOJ, die bereits in erheblichem Maße bei Temperaturen in der Größenordnung von 1500 bis 2000° C vor sich geht und die durch die Anwesenheit eines Reduktionsmittels im Innern des Tiegels oder auf dem Träger noch beschleunigt werden kann. Die gebildete Schicht von Titansuboxyd TiO, (wobei x kleiner ist als 2), ist schwarz und unterscheidet sich wesentlich von einer Schicht, die sich bei Verdampfung von Titanoxyd bei niedrigerer Temperatur von z. B. um 1200° C ergibt, wo noch keine thermische Zersetzung auftritt.
Die gebildete Schicht ist leitfähig, jedoch ist ihre Leitfähigkeit weniger gut als die einer aus metallischem Titan bestehenden Schicht von gleicher Dicke. Ihrem elektrischen Widerstand nach ist sie den Halbleitern zuzuordnen. Die Schicht kann unter der Vakuumglocke auf verschiedene Träger, z. B. auf eine Folie, einen Draht oder ein gesintertes Metallpulver, aufgedampft werden, wodurch sich eine ausgezeichnete Leitfähigkeit für den Strom bis zu den verschiedenen Stellen der Schicht ergibt. Sie kann aber auch auf einen dielektrischen Träger in Gestalt einer Platte, eines Drahtes od. dgl. aus solchem Werkstoff aufgedampft werden, wobei dann die Suboxydschicht selbst die Stromleitung ermöglicht.
Die in dieser Weise hergestellte Schicht wird anschließend nach bekannten Verfahren zur Bildung der dielektrischen Schicht auf den Metallen der genannten Klasse mit den in der Literatur beschriebenen Elektrolytzusammensetzungen oxydiert. Als solche Elektrolyte sind z. B. Borate, Tartrate, Zitrate usw., die in Wasser, Glycerin, Glykol usw. gelöst sind, zu nennen. Im Zuge der fortschreitenden Bildung dieser Schicht unter kontinuierlich gleichbleibender Spannung sind Interferenzfarben erkennbar, die die Umsetzung des Suboxyds in durchsichtiges Titanoxyd (T102) erkennbar machen. Die so erhaltene Schicht besitzt ausgezeichnete dielektrische Eigenschaften, welche sie als Material für die Herstellung von elektrolytischen Kondensatoren geeignet erscheinen lassen.
Im folgenden sollen gemäß der Erfindung hergestellte elektrolytische Kondensatoren hinsichtlich ihrer wesentlichen Meßwerte den nach bekannten Verfahren hergestellten elektrolytischen Kondensatoren gegenübergestellt werden.
Beispiel 1 Formierungsspannung ....... 100 V Meßspannung bei 10 cm2 Oberfläche . . . . . . . . . . . . . . . 80 V Kapazität . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,88 uF Reststrom . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 [A Aufdampftemperatur . . . . . . . . 1450 ± 150° C Beispiel 2 Formierungsspannung ....... 100 V Meßspannung bei 10 cm2 Oberfläche . . . . . . . . . . . . . . . 80 V Kapazität . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,25 #tF Reststrom . . . . . . . . . . .... ... 4 RA Aufdampftemperatur . . . . . . . . 1450 ± 150° C Die Werte des Verlustwinkels sind nicht angegeben, da die Trägerplatten aus Glas, praktisch also aus einem Nichtleiter bestanden, die verbleibende Stärke der noch leitenden Suboxydschicht vemachlässigbar klein war und sich somit ein bedeutender Reihenwiderstand ergab. Unter diesen Umständen wäre die Messung des Verlustwinkels ohne Bedeutung.
Unter den angegebenen Formierungsbedingungen erhält man daher eine spezifische Kapazität von etwa 0,1 j/cm2 bei einem Verlustwiderstand von etwa 30 M,Q - g,F. Einen solchen Wert des Verlustwiderstandes erhält man vergleichsweise leicht, während man bei aufgedampftem Metall nur Formierungsspannungswerte von maximal 50 V erreicht, von wo an es zur Bildung von Blasen an zahlreichen Stellen der Trägerschicht im angegebenen Elektrolyten kommt, welche den Durchschlag des Dielektrikum anzeigen, der von einer starken Stromerhöhung begleitet ist.
Beispiel 3 für einen nach bekannten Verfahren (Aufdampfen von Metall) hergestellten Elektrolytkondensator Formierungsspannung ....... 47,8V Meßspannung bei 10 em2 Oberfläche . . . . . . . . . . . . . . . 40,0 V Reststrom . . . . . . . .. . . . . . . . . 0,6 [A Kapazität . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,49 #LF C - R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 MQ - #iF Bei diesem Beispiel wird das Metall auf seine Schmelzpunkttemperatur 1727° C gebracht.
Bei allen Beispielen fand Titan als Ventilmaterial Verwendung. Der Elektrolyt zum Formieren der aufgedampften Schichten war n/10-Ammoniumtartrat. Man kann auch n/100-Ammoniumborat verwenden.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung elektrolytischer Kondensatoren durch Aufdampfen von Ventilmetalloxyden auf eine Unterlage und anschließende elektrolytische Oxydation der aufgedampften Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufdampfen bei einer Temperatur, bei der sich das Ventilmetalloxyd bereits teilweise thermisch zersetzt, undjoder in Anwesenheit eines Reduktionsmittels (Tantalunterlage) erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 898 482, 914 266, 937212.