DE1564822C - Verfahren zur Herstellung von elektri sehen Kondensatoren mit Halbleiterschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kondensators, bei dem ein Ventilmetallkörper mit einer dielektrischen Oxidschicht versehen wird, auf die eine Halbleiterschicht aufgebracht wird, die in einer Metallschmelze mit einer Schicht aus dem Material der Schmelze überzogen wird, welche die elektrische Zuleitung auf dem Ventilmetallkörper bildet.

Bei der Herstellung eines solchen Kondensators wird zunächst durch anodische Oxydation eine dielektrische Oxidschicht auf dem Ventilmetallkörper erzeugt. Der Ventilmetallkörper kann in jeder beliebigen Form, z. B. als kompakter, gesinterter Blech- 'oder Drahtkörper, ausgebildet sein. Als Ventilmetall wird bei solchen Kondensatoren ineist Tantal oder Niob verwendet, obwohl auch andere Metalle in Frage kommen, wie z.B. Aluminium, Titan, Zirkonium und, Hafnium. Auf der dielektrischen Oxidschicht des Ventilmetallkörpers wird dann eine Halbleiterschicht aufgebracht. Diese Halblederschicht kann z. B. aus Mangandioxid bestehen, das durch thermische Zersetzung einer wäßrigen Lösung von Mangannitrat erzeugt werden kann. Es können aber auch andere Halbleiter für diese Schicht verwendet werden, wie z. B. Bleidioxid.

Zum Anbringen einer Zuleitung an der Halbleiterschicht wird eine leitende Schicht auf die Halbleiterschicht aufgebracht. Grundsätzlich ist es möglich, eine Metallschicht aus einem geeigneten Metall oder einer Legierung durch Aufspritzen, Aufdampfen oder in anderer geeigneter Weise aufzubringen. Da jedoch diese Metallschidhien an der Halbleiterschicht schlecht haften, wird auf die Halbleiterschicht zunächst eine Graphitschicht aufgebracht, die dann mit einer metallischen Schicht versehen wird.

Es ist bekannt, die Metallschicht dadurch zu erzeugen, daß ein mit einer dielektrischen Oxidschicht und einer Halbleiterschicht versehener Ventilmetallkörper in einer Metallschmelze bei 220° C mit einer Schicht aus dem Material der Schmelze überzogen wird, welche die elektrische Zuleitung auf dem Ventilmetallkörper bildet (deutsche Auslegeschrift 1144 848). Bei diesem Verfahren wird der mit den genannten Schichten versehene Ventilmetallkörper in eine Form eingesetzt und diese mit einem niedrigschmelzenden, flüssigen Metall gefüllt, das bei Erstarren auf den Ventilmetall körper aufschrumpft und so einen nahtlosen Metallmantel bildet. Auf diese Weise soll ein dichter Abschluß des Kondensators gegen atmosphärische Feuchtigkeit erzielt und ein niedriger Übergangswiderstand zu der festen Halbleiterschicht aufrechterhalten werden.

Es hat sich gezeigt, daß die elektrischen Eigenschaften der nach den bekannten Verfahren hergestellten Kondensatoren nicht stabil sind. d. h., daß mit der Zeit eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Kondensators eintritt, und zwar wurde gefunden, daß im Betrieb die Kapazität abnimmt und der Verlustfaktor zunimmt. Hierbei schwankten die Änderungen zwischen 10 und 50% der entsprechenden Werte der fertigen Kondensatoren.

Man hat diese Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften auf verschiedene Ursachen zurückgeführt und demgemäß schon verschiedene Maßnahmen zur Verbesserung vorgeschlagen, die jedoch nicht den gewünschten Erfolg brachten.

So ist es bekannt, bei einem Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren mit dem oben beschriebenen Schichtaufbau die halbleitende Oxidschicht einer Alterung bei 300° C zu unterwerfen (deutsche Auslegeschrift 1133 037).

Weiterhin ist es bekannt, vor dem Aufbringen der Halbleiterschicht die Verunreinigungen aus der Oxidschicht bei 1700 bis 2600° C zu entfernen (deutsche Auslegeschrift 1123 401).

Es ist ferner bekannt, eine Wärmebehandlung der Tantaloxidschicht bei Temperaturen über 200° C durchzuführen (Journal of electrochemical society, 1963, S. 1264 bis 1271). Dort wird festgestellt, daß dadurch zwar eine Erhöhung der Kapazität eintritt, aber daß gleichzeitig die elektrischen Eigenschaften des Kondensators spannungsabhängiger werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Kondensatoren mit einem Ventilmetallkörper und einem darauf befindlichen Schichtaufbau aus dielektrischer Oxidschicht, Halbleiterschicht und Metallschicht zu schaffen, durch das eine Stabilisierung der elektrischen Eigenschaften unter Beibehaltung ihrer vorteilhaften elektrischen Eigenschaften erzielt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der mit der dielektrischen Oxidschicht und der Halbleiterschicht versehene Ventilmetallkörper in der Metallschmelze bei mindestens 150° C anodisch behandelt wird. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung findet demnach im Unterschied zu den bekannten Verfahren eine anodische Behandlung zusammen mit einer Wärmebehandlung statt.

Durch die zusätzliche Strombehandlung werden die Nachteile, die eine reine Wärmebehandlung mit sich bringt, vermieden. Das Verfahren gemäß der Erfindung gewährleistet somit eine Stabilisierung der elektrischen Eigenschaften des Kondensators im Betrieb ohne Beeinträchtigung der beim fertigen Kondensator vorhandenen vorteilhaften elektrischen Eigenschaften. Das Verfahren gemäß der Erfindung hat außerdem den Vorteil, daß es mit dem an sich notwendigen Verfahrensschritt des Aufbringens einer Metallschicht verbunden werden kann, so daß kein zusätzlicher Verfahrensschritt zur Herstellung des Kondensators erforderlich ist.

Es ist zwar bereits bekannt, bei einem Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren mit dem erwähnten Schichtaufbau während der Zersetzung einer Manganverbindung zur Herstellung der Halbleiterschicht aus Mangandioxid eine Spannung anzulegen (deutsche Auslegeschrift 1162 956). Jedoch werden die Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung dort nicht erzielt, da es sich gezeigt hat, daß es darauf ankommt, die Wärme- und Strombehandlung erst nach vollständiger Aufbringung der Halbleiterschicht vorzunehmen, um eine Stabilisierung der elektrischen Eigenschaften zu bewerkstelligen.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung kann selbstverständlich die Halbleiterschicht, wie bekannt, in mehreren Teilschichten aufgebracht werden, gegebenenfalls mit dazwischen durchgeführter Nachformierung der anodischen Oxidschicht.

Als Metallschmelze kommen alle Metalle und Legierungen in Frage, die sich zur Erzeugung einer als Zuleitung dienenden Metallschicht für den Kondensator eignen und deren Schmelzpunkt höchstens so hoch liegt wie die Temperatur, bei der die Behandlung stattfindet. Der Schmelzpunkt des verwen-

deten Metalls oder der Legierung wird also in der Regel unter 150° C liegen.

Es ist bekannt, die metallische Zuleitungsschicht bei Kondensatoren mit Halbleiterschicht aus Blei-Zinn-Legierungen herzustellen (USA.-Patentschrift 3 100 329) oder auch aus Metallen wie Kupfer, Silber oder Nickel (französische Patentschrift 1216 669).

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird der mit einer dielektrischen Oxidschicht und einer Halbleiterscliicht versehene Kondensator in die Metallschmelze eingetaucht und eine Spannung an den Ventilmetallkörper und die Schmelze angelegt, welche etwa der Nenngleichspannung des Kondensators entspricht.

Hierbei bildet der Kondensator die Anode.

Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung von Niob als Ventilmetall das Verfahren gemäß der Erfindung vorteilhaft bei einer Temperatur von 170 bis 190° C durchgeführt wird.

Zur besseren Haftung einer Metallschicht, die aus dem Material der Schmelze gebildet wird, ist es vor-λ teilhaft, auf die Halbleiterschicht zunächst eine Graphitschicht und auf diese Graphitschicht eine Schicht aus Leitsilber aufzubringen, bevor die anodische Behandlung in der Metallschmelze durchgeführt wird.

In der Regel werden die Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung schon bei einer verhältnismäßig kurzzeitigen Behandlung erzielt. So genügt es in vielen Fällen, wenn die Behandlung 5 Minuten lang durchgeführt wird.

Beim Herausnehmen des Kondensatorkörpers aus der Metallschmelze verbleibt eine Schicht aus dem Material der Schmelze auf dem Kondensatorkörper und bildet die Zuleitung zu der Halbleiterschicht. An dieser Schicht kann dann ein Zuleitungsdraht angelötet werden.

Bei der Behandlung gemäß der Erfindung werden nicht nur die elektrischen Eigenschaften stabilisiert, sondern auch teilweise verbessert. So werden beispielsweise die Kapazität und der Reststrom auf bessere Werte gebracht, ohne daß diese Werte jedoch spannungsabhängiger werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist bei allen Kondensatoren mit Halbleiterschicht anwendbar, eignet sich jedoch besonders für Kondensatoren mit Tantal und Niob als Ventilmetall.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kondensators, bei dem ein Ventilmetallkörper mit einer dielektrischen Oxidschicht versehen wird, auf die eine Halbleiterschicht aufgebracht wird, die in einer Metallschmelze mit einer Schicht aus dem Material der Schmelze überzogen wird, welche die elektrische Zuleitung auf dem Ventilmetallkörper bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der dielektrischen Oxidschicht und der Halbleiterschicht versehene Ventilmetallkörper in der Metallschmelze bei mindestens 150° C anodisch behandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit der Nenngleichspannung des Kondensators durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Niob als Ventilmetall die Behandlung bei 170 bis 190° C durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Halbleiterschicht eine Graphitschicht und auf diese eine Leitsilberschicht aufgebracht wird und daß anschließend die anodische Behandlung in einer Schmelze durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus dem Material der Schmelze als Zuleitung auf dem Kondensatorkörper belassen wird.