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Hintergrund der Erfindung
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Elektrolytkondensatoren
werden oft aus Ventilmaterialien ausgebildet, die in der Lage sind,
oxidiert zu werden, um eine dielektrische Schicht zu bilden. Typische
Ventilmetalle sind Niob und Tantal. Vor kurzem wurden Kondensatoren
entwickelt, bei denen eine Anode verwendet wird, die aus einem elektrisch
leitfähigen Oxid von Niob und einem Dielektrikum aus Niobpentoxid
hergestellt sind. Kondensatoren auf der Basis von Nioboxid haben
bedeutende Vorteile gegenüber Tantal-Kondensatoren. Zum
Beispiel ist Nioboxid umfangreicher verfügbar und potenziell
preiswerter zu verarbeiten als Tantal. Nioboxid-Kondensatoren sind
auch beständiger gegen weitere Oxidation und somit weniger
anfällig gegen thermische Abweichungen bei zu großen
Spannungen (oder anderen Überlasten) als Tantal und Niob.
Ferner hat Nioboxid im Vergleich zu Niob und Tantal eine um mehrere
Größenordnungen höhere Mindest-Zündungs-Energie.
Nioboxid-Kondensatoren können auch einen einzigartigen
Hochwiderstands-Fehlermechanismus haben, mit dem der Leckstrom auf
einen Wert begrenzt wird, der unter dem thermischen Abweichungs-Punkt
des Kondensators liegt.
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Trotz
der vielen Vorteile, die solche auf Keramik (z. B. Nioboxid) basierenden
Kondensatoren bieten, wurde ihr Einsatz in Anwendungen mit hohen
Spannungen (z. B. Nennspannung von 16, 20 oder 35 Volt) oft durch
die relativ kleine Durchschlagsfestigkeit des Dielektrikums begrenzt.
Im Allgemeinen werden, wenn die Ladung und die Spannung eines Kondensators
erhöht werden, freie Elektronen schließlich auf
Geschwindigkeiten beschleunigt, bei denen zusätzliche Elektronen
bei Kollisionen mit neutralen Atomen oder Mo lekülen in einem
Prozess freigesetzt werden können, der Lawinendurchbruch
genannt wird. Der Durchbruch findet abrupt statt (typischerweise
in Nanosekunden), was zur Bildung eines elektrisch leitfähigen
Pfades und einer zerstörenden Entladung durch das Material
führt. In solchen Situationen kann der Kondensator beschädigt
oder zerstört werden. Man nimmt an, dass in Nioboxid-Kondensatoren
die Sauerstoff-Leerstellen von Nb2O5-x als Elektronen-Donatoren wirken, die
bewirken, dass das Anoden-Oxid als n-Typ-Halbleiter wirkt. Man nimmt
an, dass leider Punkt-Defekte vom Schottky-Typ im n-Typ-Halbleiter
vorherrschen, wobei Sauerstoff-Atome ihren Platz in der Gitterstruktur
verlassen (und dadurch eine Sauerstoff-Leerstelle erzeugen) und
sich in die Bereiche mit geringerer Konzentration bewegen. Es wird
angenommen, dass im Fall von Nioboxid-Kondensatoren der Sauerstoff-Gradient
an der Schnittstelle zwischen der Anode aus Niobmonooxid und dem
Dielektrikum aus Niobpentoxid die Sauerstoffatome antreibt, in die
Bereiche mit kleinerer Konzentration im Niobmonoxid zu diffundieren,
wodurch Sauerstoff-Leerstellen im Dielektrikum erzeugt werden. Solche
Defekte können tiefe Haftzentren im Dielektrikum bilden,
in denen die elektrische Ladung gespeichert werden kann und die
bei einer angelegten Gleichspannung als Quelle des Ladungsträgertransportes
durch Poole-Frenkel- und Tunnel-Mechanismen dienen können.
Das Anlegen einer hohen Spannung und Temperatur beschleunigt die
Sauerstoff-Diffusion noch weiter und erhöht die Anzahl
von Defekten im Dielektrikum. Dies führt zu einer Leckstrom-Instabilität bei
einer erhöhten Temperatur- und Spannungsbelastung, wodurch
der Einsatz solcher Kondensatoren bei höheren Betriebsspannungen
begrenzt werden kann.
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Als
solches besteht aktuell ein Bedarf an Elektrolytkondensatoren, die
aus einer auf Keramik basierenden Anode ausgebildet sind, die in
der Lage ist, mit relativ hohen Spannungen zu arbeiten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einer
Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein Elektrolytkondensator
offen gelegt, der einen Anoden-Körper enthält,
der aus einem Pulver ausgebildet ist, das elektrisch leitfähige
Keramik-Teilchen und ein nichtmetallisches Element in einer Menge
von 100 ppm oder mehr enthält. Das nichtmetallische Element
hat eine Grundzustands-Elektronenkonfiguration, die fünf
Valenzelektronen auf einem Energieniveau von drei oder mehr enthält.
Beispiele für solche Elemente sind zum Beispiel Phosphor,
Arsen, Antimon und so weiter. Der Kondensator enthält auch
eine dielektrische Schicht, die über dem Anoden-Körper
liegt, und eine Elektrolyt-Schicht, die über der dielektrischen
Schicht liegt.
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Gemäß einer
anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein
Keramik-Pulver zur Verwendung beim Ausbilden von Kondensator-Anoden
offen gelegt. Das Keramik-Pulver enthält elektrisch leitfähige Keramik-Teilchen
und hat einen Phosphorgehalt von ungefähr 200 ppm oder
mehr. In noch einer anderen Ausführung wird ein Verfahren
zum Ausbilden einer Kondensator-Anode offen gelegt, das es umfasst,
elektrisch leitfähige Keramik-Teilchen mit einem Phosphor-Dotierstoff
zu dotieren, um ein Pulver auszubilden, das einen Phosphorgehalt
von ungefähr 200 ppm oder mehr hat. Das Pulver wird verdichtet,
um einen Pressling zu bilden, und gesintert.
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Andere
Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nachstehend
detaillierter dargelegt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Eine
komplette und befähigende Offenlegung der vorliegenden
Erfindung, einschließlich deren bester Art und Weise, gerichtet
an einen Fachmann, wird im Rest der Beschreibung genauer angegeben,
in der Bezug auf die begleitenden Figuren genommen wird, in denen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführung eines Elektrolytkondensators
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
Querschnitts-Ansicht des Kondensators aus 1 entlang
einer Linie 2-2 ist;
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3 eine
schematische Darstellung einer Ausführung der vorliegenden
Erfindung zum Laser-Schweißen eines Kondensators an einen
Anoden-Anschluss ist; und
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4 eine
Querschnitts-Ansicht eines mit Laser geschweißten Kondensators
ist, der gemäß einer Ausführung der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist.
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Eine
wiederholte Benutzung von Referenzzeichen in der vorliegenden Beschreibung
und den Zeichnungen ist beabsichtigt, um dieselben oder analoge
Eigenschaften oder Elemente der Erfindung darzustellen.
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Detaillierte Beschreibung
repräsentativer Ausführungsformen
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Es
ist von jemandem mit gewöhnlichem Fachwissen zu verstehen,
dass die vorliegende Diskussion nur eine Beschreibung von beispielhaften
Ausführungsformen ist und nicht als Beschränkung
der breiteren Aspekte der vorliegenden Erfindung gedacht ist. Diese
breiteren Aspekte sind im beispielhaften Aufbau enthalten.
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Allgemein
ausgedrückt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf
ein elektrisch leitfähiges Keramik-Pulver zur Verwendung
beim Ausbilden von Kondensator-Anoden. Das Pulver hat typischerweise
eine hohe spezifische Ladung, wie z. B. ungefähr 25000
Mikrofarad·Volt pro Gramm ("μF·V/g")
oder mehr, in manchen Ausführungen ungefähr 40000 μF·V/g
oder mehr, in manchen Ausführungen ungefähr 60000 μF·V/g
oder mehr, in manchen Ausfüh rungen ungefähr 70000 μF·V/g
oder mehr, und in manchen Ausführungen ungefähr 80000
bis ungefähr 200000 μF·V/g oder mehr.
Beispiele für Keramik-Teilchen zur Verwendung beim Ausbilden solcher
Pulver sind Oxide von Ventilmetallen, wie Tantal, Niob, usw. Ein
besonders effektiver Typ von Keramik-Teilchen zur Verwendung in
der vorliegenden Erfindung ist ein elektrisch leitfähiges
Oxid von Niob, wie z. B. Nioboxid, das ein Atom-Verhältnis
von Niob zu Sauerstoff von 1:weniger als 2.5, in manchen Ausführungen 1:weniger
als 1,5, in manchen Ausführungen 1:1,0 ±0,1 und
in manchen Ausführungen 1:1,0 ±0,05 hat. Zum Beispiel
kann das Nioboxid NbO
0,7, NbO
1,0,
NbO
1,1, und NbO
2 sein.
In einer bevorzugten Ausführung enthalten die Keramik-Teilchen
NbO
1,0, das ein leitfähiges Nioboxid
ist, das chemisch stabil bleiben kann, sogar nach dem Sintern bei
hohen Temperaturen. Beispiele solcher Ventilmetall-Oxide werden
in den
US-Patenten mit den Nummern
6,322,912 an Fife;
6,391,275 an
Fife et al.;
6,416,730 an
Fife et al.;
6,527,937 an
Fife;
6,576,099 an Kimmel,
et al.;
6,592,740 an
Fife, et al. und
6,639,787 an
Kimmel, et al. und
7,220,397 an
Kimmel, al. beschrieben, sowie in den US-Patentanmeldungen mit den
Veröffentlichungs-Nummern 2005/0019581 an Schnitter; 2005/0103638
an Schnitter, et al.; 2005/0013765 an Thomas, et al., die alle hier
für alle Zwecke in ihrer Gesamtheit als Referenz mit aufgenommen
werden.
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Die
Keramik-Teilchen können jede gewünschte Form oder
Größe besitzen. Zum Beispiel können die Teilchen
flockig, eckig, kugelig und Mischungen oder Abänderungen
davon sein. Die Teilchen haben auch typischerweise eine Teilchengrößenverteilung
von mindestens ungefähr 60 Mesh, in manchen Ausführungen von
ungefähr 60 bis ungefähr 325 Mesh, und in manchen
Ausführungen von ungefähr 100 bis ungefähr
200 Mesh. Ferner ist die spezifische Oberfläche von ungefähr
0,1 bis ungefähr 10,0 m2/g, in
manchen Ausführungen von ungefähr 0,5 bis ungefähr
5,0 m2/g, und in manchen Ausführungen
von ungefähr 1,0 bis ungefähr 2,0 m2/g.
Der Begriff "spezifische Oberfläche" bezieht sich auf die
Oberfläche, die durch das Verfahren der phy sikalischen
Gasadsorption (B.E.T.) von Brunauer, Emmet und Teller, Journal
of American Chemical Society, Band 60, 1938, S. 309, mit
Stickstoff als Adsorptionsgas bestimmt wurde. Auf ähnliche
Weise ist die Schüttdichte (oder Scott-Dichte) typischerweise
von ungefähr 0,1 bis ungefähr 5,0 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm3), in manchen Ausführungen von
ungefähr 0,2 bis ungefähr 2,5 g/cm3,
und in manchen Ausführungen von ungefähr 0,5 bis
ungefähr 1,5 g/cm3.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung enthält das Keramik-Pulver auch
ein "nichtmetallisches Element", das echte Nichtmetalle (z. B. Phosphor),
sowie Halbmetalle, wie z. B. Elemente, die amphotere Oxide bilden können
und/oder sich als Halbmetalle verhalten (z. B. Antimon), umfasst.
Das nichtmetallische Element hat eine Grundzustands-Elektronenkonfiguration,
die fünf (5) Valenzelektronen auf einem Energieniveau von
drei (3) oder höher enthält. Ohne Absicht, durch
die Theorie begrenzt zu sein, wird angenommen, dass eine solche Elektronenkonfiguration
dem Element die Fähigkeit verleihen kann, sich an freie
Sauerstoff-Elektronen zu binden, und somit ihre Bewegung von Dielektrikum
in die Keramik-Anode blockiert. Es wird auch angenommen, dass eine
solche Elektronenkonfiguration es dem Element erlaubt, sich leicht
in eine Dielektrikums-Matrix aufzulösen, die fünf
(5) Valenzelektronen hat (z. B. Nb2O5 oder Ta2O5).
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Geeignete
nichtmetallische Elemente zur Verwendung in einer Anode der vorliegenden
Erfindung können zum Beispiel Phosphor, Antimon, Arsen
und so weiter umfassen. Phosphor zum Beispiel hat eine Grundzustands-Elektronenkonfiguration
von 1s22s22p63s23px 13py 13pz 1. Um fünf
(5) kovalente Bindungen zu bilden, kann eines der Elektronen des
3s-Orbitals in eines des 3d-Orbitale befördert werden.
Die Elektronen der Ebene 3 hybridisieren sich selbst, um 5 Hybrid-Orbitale
zu ergeben, alle mit gleicher Energie (d. h. dsp3-Hybride), die
den Platz mit Elektronen aus fünf (5) Sauerstoff-Atomen
teilen können, um fünf (5) neue molekulare Orbitale
und somit fünf (5) kovalente Bindungen auszumachen. Ähnlich
wie Phosphor besitzen sowohl Antimon, als auch Arsen eine Elektronenkonfiguration,
die ein Elektron in einem "s"-Orbital enthält, das in einen
höheren Energiezustand befördert werden kann.
Zum Beispiel enthält Arsen ein Elektron im 4s-Orbital,
das in das 4d-Orbital befördert werden kann, das dann in
fünf (5) dsp3-Hybride hybridisiert.
Auf ähnliche Weise enthält Antimon ein Elektron
im 5s-Orbital, das in das 5d-Orbital befördert werden kann,
das dann in fünf (5) dsp3-Hybride
hybridisiert. Stickstoff andererseits hat eine Elektronenkonfiguration
von 1s22s22px 12py 12pz 1.
Weil die Energielücke vom Energieniveau 2s zum Energieniveau
3s im Allgemeinen groß ist, findet eine Anhebung eines 2s-Elektrons
im Allgemeinen nicht statt, was bedeutet, dass Stickstoff typischerweise
keine fünf (5) kovalenten Bindungen ausbildet.
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Das
nichtmetallische Element wird im Allgemeinen durch einen Dotierstoff
in das Keramik-Pulver aufgenommen. Zur Verwendung in der vorliegenden
Erfindung kann jeder Dotierstoff geeignet sein, der in der Lage
ist, die gewünschte Konzentration des nichtmetallischen
Elementes zu liefern und der keine nachteilige Wirkung auf die elektrischen
Eigenschaften des Pulvers hat. In einer Ausführung kann
der Dotierstoff zum Beispiel eine Verbindung sein, die mindestens
ein Metall (z. B. Tantal, Niob, Aluminium, Gallium, Indium, Thallium, usw.)
und mindestens ein nichtmetallisches Element (z. B. Phosphor, Arsen
und Antimon) enthält. Eine Klasse von geeigneten Dotierstoffen
für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind Metall-Phosphide,
die in Pulverform bereitgestellt und somit leicht mit den Keramik-Teilchen
gemischt werden können. Beispielhafte Metall-Phosphide
sind zum Beispiel Eisenphosphid, Zinkphosphid, Titanphosphid, Manganphosphid,
Zinnphosphid, Kupferphosphid, Nickelphosphid, Tantalphosphid, Chromphosphid,
Niobphosphid, Lithiumphosphid, Natriumphosphid, Magnesiumphosphid,
Cadmiumphosphid, Molybdänphosphid, Wolframphosphid, Vanadiumphosphid,
Zirkoniumphosphid, Kobaltphosphid, Hafniumphosphid, Bariumphosphid,
Borphosphid, Aluminiumphosphid, Galliumphosphid, Indiumphosphid,
Iridiumphosphid, Scandiumphosphid, Yttriumphosphid, Lanthanphosphid,
Cerphosphid, Praseodymphosphid, Terbiumphosphid, Erbium phosphid,
Dysprosiumphosphid, Holmiumphosphid, Neodymphosphid, Samariumphosphid,
Germaniumphosphid, Calciumphosphid, Silberphosphid, Platinphosphid,
Gadoliniumphosphid, Aluminum-Gallium-Phosphid, Gallium-Indium-Phosphid, Aluminum-Gallium-Indium-Phosphid,
Gallium-Indium-Arsen-Phosphid, usw. Wenn die Keramik-Teilchen aus einem
Oxid von Niob gebildet werden, kann die Verwendung von Niobphosphid
als Dotierstoff besonders wünschenswert sein, um die Kompatibilität
des Dotierstoffs und der Keramik-Teilchen zu verbessern.
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Natürlich
können in der vorliegenden Erfindung auch andere Dotierstoffe
verwendet werden. In bestimmten Ausführungen kann der Dotierstoff
zum Beispiel eine Phosphorsäure sein, sowie ein Salz oder
ein Ester davon, wie z. B. Ammoniumphosphate, Galliumphosphate,
Alkylphosphate, usw. Phosphor kann auch in Form einer Mischung aus
Phosphorsäure und einer anderen Verbindung eingebracht
werden, wie z. B. einer alkalischen organischen Verbindung, die
Stickstoff enthält (z. B. Ammoniak, primäre und
sekundäre Amine, zyklische Amine, Verbindungen der Pyridin-Familie
und Chinolin und Verbindungen aus der Familie der Pyrrole).
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Es
kann eine Vielzahl von Verfahren verwendet werden, um den Dotierstoff
in das Pulver aufzunehmen. In einer Ausführung wird der
Dotierstoff zum Beispiel einfach mit den elektrisch leitfähigen
Keramik-Teilchen gemischt. Alternativ kann der Dotierstoff auf ein
Anfangsmaterial (z. B. Nb2O5)
aufgebracht werden, das anschließend bei Vorhandensein
eines Getter-Materials (z. B. Tantal oder Niob) wärmebehandelt
wird, um eine Sauerstoff-reduzierte und elektrisch leitfähige
Keramik (z. B. NbO) auszubilden. Die Wärmebehandlung erfolgt typischerweise
in einer Atmosphäre, die die Übertragung der Sauerstoff-Atome
vom Anfangs-Oxid zum Getter-Material erleichtert. Zum Beispiel kann
die Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre
stattfinden, wie z. B. im Vakuum, in Edelgas, Wasserstoff, usw.
Die reduzierende Atmosphäre kann einen Druck von ungefähr
10 Torr bis ungefähr 2000 Torr, in manchen Ausführungen
von ungefähr 100 Torr bis ungefähr 1000 Torr und
in manchen Ausführungen von ungefähr 100 Torr
bis ungefähr 930 Torr haben. Typischerweise geschieht die
Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 800°C
bis etwa 1900°C, in einigen Ausführungsformen
von etwa 1000°C bis etwa 1500°C und in manchen
Ausführungsformen von etwa 1100°C bis etwa 1400°C,
während einer Zeit zwischen etwa 5 Minuten und etwa 100
Minuten und in einigen Ausführungen zwischen etwa 30 Minuten
und etwa 60 Minuten.
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Um
die gewünschte Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften
zu erzielen, ist das nichtmetallische Element in einer Menge von
ungefähr 100 Teilen von einer Million ("ppm") oder mehr
vorhanden, in manchen Ausführungen von ungefähr
200 ppm oder mehr, in manchen Ausführungen von ungefähr
400 ppm oder mehr, in manchen Ausführungen von ungefähr
500 ppm oder mehr, in manchen Ausführungen von ungefähr 800
ppm oder mehr, in manchen Ausführungen von ungefähr
1,000 ppm oder mehr, in manchen Ausführungen von ungefähr
1500 ppm bis ungefähr 10000 ppm, und in manchen Ausführungen
von ungefähr 3000 ppm bis ungefähr 5000 ppm. Es
wurde entdeckt, dass selbst bei solchen hohen Gehalten solche nichtmetallischen
Elemente das Sintern der Keramik-Teilchen nicht wesentlich verzögern.
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Um
das Bilden der Anode zu vereinfachen, können auch andere
Komponenten zu den Keramik-Teilchen oder zum Dotierstoff hinzugefügt
werden, entweder vor oder nachdem sie gemischt werden. Zum Beispiel können
die Keramik-Teilchen und der Dotierstoff optional mit einem Bindemittel
und/oder Gleitmittel gemischt werden, um sicherzustellen, dass die
Teilchen richtig aneinander haften, wenn sie gepresst werden, um
den Anoden-Körper zu bilden. Geeignete Bindemittel sind
Kampfer, Stearin- und andere seifige Fettsäuren, Carbowax
(Union Carbide), Glyptal (General Electric), Polyvinylalkohole,
Naphtalin, Pflanzen-Wachs und Mikrowachse (aufgereinigte Paraffine).
Das Bindemittel kann in einem Lösungsmittel gelöst
und verteilt werden. Beispiele für Lösungsmittel
sind Wasser, Alkohole, usw. Wenn sie benutzt werden, kann der Prozentsatz
der Bindemittel und/oder Gleitmittel von ungefähr 0,1%
bis ungefähr 8% nach Gewicht der Gesamtmasse variieren. Es
versteht sich jedoch, dass Bindemittel und Gleitmittel in der vorliegenden
Erfindung nicht erforderlich sind.
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Nach
seiner Herstellung kann das Pulver mit einer beliebigen herkömmlichen
Pulver-Pressform verdichtet werden. Zum Beispiel kann die Pressform
eine Verdichtungs-Presse mit einer Station sein, bei der eine Pressform
und ein oder mehrere Stempel benutzt werden. Alternativ dazu können
Verdichtungs-Pressformen vom Amboss-Typ benutzt werden, bei denen
nur eine Pressform und ein einziger Unterstempel benutzt werden.
Verdichtungs-Pressen mit Einzelstation stehen in verschiedenen Grundtypen
zur Verfügung, wie z. B. Nocken-, Kniehebelpressen und
Exzenter-/Kurbel-Pressen mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie
einfach wirkend, doppelt wirkend, gleitender Pressform, beweglicher
Platte, entgegenwirkendem Kolben, Schrauben-, Schlag-, Heißpressen,
Prägen oder Maßprägen. Das Pulver kann
um einen Anodendraht (z. B. einen Tantal-Draht) verdichtet werden.
Es muss weiterhin erkannt werden, dass der Anodendraht alternativ
dazu nach dem Pressen und/oder Sintern des Anoden-Körpers
am Anoden-Körper befestigt (z. B. geschweißt)
werden kann. Nach dem Pressen können alle Binde-/Gleitmittel
entfernt werden, indem der Pressling im Vakuum mehrere Minuten auf
eine bestimmte Temperatur erhitzt wird (z. B. von ungefähr
150°C auf ungefähr 500°C). Alternativ
können Binde-/Gleitmittel auch entfernt werden, indem der
Pressling mit einer wässrigen Lösung in Kontakt
gebracht wird, zum Beispiel wie in dem Bishop et al. erteilten
US-Patent Nr. 6,197,252 ,
das hier für alle Zwecke in seiner Gesamtheit als Referenz
mit aufgenommen wird. Danach wird der Pressling gesintert, um eine
poröse Gesamtmasse zu bilden. Zum Beispiel kann einer Ausführung
der Pressling bei einer Temperatur von ungefähr 1200°C
bis ungefähr 2000°C im Vakuum gesintert werden,
und in einigen Ausführungen von ungefähr 1500°C
bis ungefähr 1800°C im Vakuum. Beim Sintern schrumpft
der Pressling, weil Bindungen zwischen den Teilchen wachsen. Zusätzlich
zu den oben beschriebenen Techniken kann jedes andere Verfahren
zum Ausbilden des Anoden-Körpers der vorliegenden Erfin dung
benutzt werden, wie z. B. in dem
US-Patent
4,085,435 an Galvagni,
4,945,452 an
Sturmer, et al.,
5,198,968 an
Galvagni,
5,357,399 an
Salisbury,
5,394,295 an
Galvagni, et al.,
5,495,386 an
Kulkarni und
6,322,912 an
Fife beschrieben, die hier für alle Zwecke in ihrer Gesamtheit
als Referenz mit aufgenommen werden.
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Obwohl
nicht erforderlich, kann die Dicke des Anoden-Körpers so
gewählt werden, dass die elektrischen Leistungsdaten des
Kondensators verbessert werden. Zum Beispiel kann die Dicke des
Anoden-Körpers ungefähr 4 Millimeter oder weniger
betragen, in einigen Ausführungen von ungefähr
0,2 bis ungefähr 3 Millimeter und in einigen Ausführungen
von ungefähr 0,4 bis ungefähr 1 Millimeter. Eine
solche, relativ geringe Anodendicke (d. h. geringe Bauhöhe)
hilft bei der Abfuhr der Wärme, die von dem Pulver mit
hoher spezifischer Ladung erzeugt wird, und bietet auch einen kürzeren Übertragungspfad,
um den ESR und die Induktivität zu minimieren. Auch die
Form des Anoden-Körpers kann so gewählt werden,
dass die elektrischen Eigenschaften des resultierenden Kondensators
verbessert werden. Zum Beispiel kann der Anoden-Körper
eine Form haben, die bogenförmig, sinusförmig,
rechteckig, U-förmig, V-förmig, usw. ist. Die
Anode kann auch eine „gerillte" Form haben, die eine oder
mehrere Rillen, Fugen, Furchen oder Einbuchtungen enthält,
um das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen zu
erhöhen und dadurch den ESR zu minimieren und den Frequenzgang
der Kapazität zu erweitern. Solche „gerillten"
Anoden werden zum Beispiel in den
US-Patenten
Nr. 6,191,936 von Webber et al.,
5,949,639 von Maeda et al. und
3,345,545 von Bourgault
et al., sowie in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr.
2005/0270725 von Hahn et al. beschrieben, die hier für
alle Zwe cke in ihrer Gesamtheit als Referenz mit aufgenommen werden.
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Nachdem
er ausgebildet wurde, kann der Anoden-Körper so anodisch
oxidiert werden, dass eine dielektrische Schicht über und/oder
innerhalb der Anode gebildet wird. Anodisches Oxidieren ist ein
elektrochemischer Prozess, mit dem die Anode oxidiert wird, um ein
Material zu bilden, das eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante
hat. Zum Beispiel kann eine Anode aus Nioboxid anodisch oxidiert
werden, um Niobpentoxid (Nb2O5)
herzustellen. Speziell in einer Ausführung wird die Anode
aus Nioboxid in eine schwache Säurelösung (z.
B. Phosphorsäure, Polyphosphorsäure, Mischungen
davon, und so weiter) bei erhöhter Temperatur (z. B. ungefähr
85°C) getaucht, an die eine geregelte Spannung und ein
geregelter Strom angelegt werden, um eine Niobpentoxid-Beschichtung
mit einer bestimmten Dicke herzustellen. Die Stromversorgung wird
anfangs auf einem konstanten Strom gehalten, bis die erforderliche
Formierungsspannung erreicht ist. Danach wird die Stromversorgung
auf einer konstanten Spannung gehalten, um sicherzustellen, dass
sich das Dielektrikum mit der gewünschten Dicke auf der
Oberfläche der Anode bildet. Die Spannung zur anodischen
Oxidation liegt typischerweise im Bereich von etwa 10 bis ungefähr
200 Volt und in einigen Ausführungen von etwa 20 bis ungefähr
100 Volt. Zusätzlich zum Ausbilden auf der Oberfläche
der Anode wird ein Teil der dielektrischen Oxidschicht typischerweise
auch auf der Oberfläche der Poren des Materials ausgebildet.
Es sollte sich verstehen, dass die dielektrische Schicht aus anderen
Typen von Materialien und unter Anwendung anderer Techniken gebildet
werden kann.
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Wenn
die dielektrische Schicht ausgebildet ist, kann eine Schutzschicht
optional aufgebracht werden, zum Beispiel eine aus einem relativ
isolierenden Harz-Material (natürlich oder synthetisch).
Solche Materialien können einen spezifischen Widerstand
von mehr als ungefähr 0,05 Ohm-cm, in manchen Ausführungen
von mehr als ungefähr 5 Ohm-cm, in manchen Ausführungen
von mehr als ungefähr 1000 Ohm-cm, in manchen Ausführungen
von mehr als ungefähr 1 × 10
5 Ohm-cm,
und in manchen Ausführungen von mehr als ungefähr 1 × 10
10 Ohm-cm haben. Einige Harz-Materialien,
die in der vorliegenden Erfindung benutzt werden können, sind
Polyurethan, Polystyrol, Ester von ungesättigten oder gesättigten
Fettsäuren (z. B. Glyceride) und so weiter, sind aber nicht
darauf beschränkt. Geeignete Ester von Fettsäuren
umfassen zum Beispiel Ester der Laurinsäure, Myristinsäure,
Palmitinsäure, Stearinsäure, Elaeostearinsäure, Ölsäure,
Linolsäure, Linolensäure, Aleuri tinsäure,
Shellolsäure, und so weiter, sind aber nicht darauf beschränkt.
Es hat sich herausgestellt, dass diese Fettsäureester besonders
nützlich sind, wenn sie in relativ komplexen Kombinationen
verwendet werden, um ein „Trocknungs-Öl" zu bilden,
das es erlaubt, den resultierenden Film schnell zu einer stabilen Schicht
zu polymerisieren. Solche Trocknungs-Öle können
Mono-, Di- und/oder Tri-Glyceride enthalten, die ein Glycerol-Gerüst
mit einem, zwei, bzw. drei Fettsäure-Resten haben, die
verestert sind. Einige geeignete Trocknungs-Öle, die benutzt
werden können, sind zum Beispiel Olivenöl, Leinöl,
Rizinusöl, Tungöl, Sojaöl und Schellack,
sind aber nicht darauf beschränkt. Diese und andere Schutzschicht-Materialien
werden detaillierter in dem Fife, et al. erteilten
US-Patent Nr. 6,674,635 beschrieben,
das hier in seiner Gesamtheit für alle Zwecke als Referenz
mit aufgenommen wird.
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Das
anodisch oxidierte Teil wird danach einem Schritt zum Ausbilden
von Katoden gemäß herkömmlicher Verfahren
ausgesetzt. In einigen Ausführungen wird die Katode zum
Beispiel durch pyrolytische Zersetzung von Mangannitrat (Mn(NO
3)
2) ausgebildet,
um eine Katode aus Mangandioxid (MnO
2) auszubilden.
Solche Verfahren werden zum Beispiel in dem
US-Patent 4,945,452 an Sturmer, et
al. beschrieben, das hier für alle Zwecke in ihrer Gesamtheit
als Referenz mit aufgenommen wird. Alternativ kann eine Beschichtung
aus leitfähigem Polymer benutzt werden, die Katode des
Kondensators zu bilden. Die Beschichtung aus leitfähigen Polymeren
kann ein oder mehrere leitfähige Polymere enthalten, wie
z. B. Polypyrrole, Polythiophene, wie Poly(3,4-ethylendioxythiophen)
(PEDT), Polyaniline, Polyacetylene, Poly-p-Phenylene und Derivate
davon. Darüber hinaus kann, falls gewünscht, die
Beschichtung aus leitfähigem Polymer auch aus mehreren
leitfähigen Polymerschichten gebildet werden. Zum Beispiel
kann in einer Ausführung die Beschichtung aus leitfähigem Polymer
eine aus PEDT ausgebildete Schicht und eine weitere Schicht aus
einem Polypyrrol enthalten. Es können verschiedene Verfahren
zum Aufbringen der Beschichtung aus leitfähigem Polymer
auf dem Anoden-Teil verwendet werden. Zum Beispiel können
herkömmliche Verfahren, wie Elektropolymerisation, Siebdruck,
Ein tauchen, elektrophoretische Beschichtung und Spritzen verwendet
werden, um eine Beschichtung aus leitfähigem Polymer herzustellen.
In einer Ausführung können zum Beispiel das/die
Monomer(e), die dazu benutzt werden, das leitfähige Polymer
zu bilden (z. B. 3,4-Ethylendioxythiophen) anfangs mit einem Polymerisations-Katalysator
gemischt werden, so dass sie eine Lösung bilden. Zum Beispiel
ist ein geeigneter Polymerisationskatalysator BAYTRON C, wobei es
sich um Eisen-III-Toluol-Sulfonat handelt, der von der Firma H.C.
Starck verkauft wird. BAYTRON C ist ein kommerziell erhältlicher
Katalysator für BAYTRON M, bei dem es sich um 3,4-Ethylendioxythiophen
handelt, ein PEDT-Monomer, das ebenfalls von H.C. Starck verkauft
wird. Sobald die Katalysator-Dispersion ausgebildet ist, kann das
Anoden-Teil in die Dispersion getaucht werden, so dass sich das
Polymer auf der Oberfläche des Anoden-Teils ausbildet,
Alternativ können der Katalysator und das/die Momomer(e)
auch getrennt auf das Anoden-Teil aufgebracht werden. In einer Ausführung
kann der Katalysator zum Beispiel in einem Lösungsmittel
(z. B. Butanol) gelöst sein und dann als Tauch-Lösung
auf das Anoden-Teil aufgebracht werden. Das Anoden-Teil kann dann
getrocknet werden, um das Lösungsmittel daraus zu entfernen.
Danach kann das Anoden-Teil in eine Lösung getaucht werden,
die das geeignete Monomer enthält. Sobald das Monomer Kontakt
mit der Oberfläche des Anoden-Teils bekommt, die den Katalysator
enthält, polymerisiert es darauf. Zusätzlich dazu
kann der Katalysator (z. B. BAYTRON C) auch mit dem/den Material(ien)
gemischt werden, die dazu benutzt werden, die optionale Schutzschicht
zu bilden (z. B. mit Harzmaterialien). In solchen Fällen
kann das Anoden-Teil dann in eine Lösung getaucht werden,
die das leitfähige Monomer (BAYTRON M) enthält.
Als Folge davon kann das leitfähige Monomer mit dem Katalysator
in und/oder auf der Oberfläche der Schutzschicht in Kontakt
kommen und damit reagieren, um die Beschichtung aus leitfähigem
Polymer auszubilden. Obwohl oben verschiedene Verfahren beschrieben
worden sind, versteht es sich, dass jedes andere Verfahren zum Aufbringen
der leitfähigen Beschichtungen) auf dem Anoden-Teil in
der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Zum Beispiel werden
andere Verfahren zum Aufbringen solcher leitfähigen Polymerbeschichtung(en)
in den
US-Patenten 5,457,862 von
Sakata, et al.,
5,473,503 von
Sakata, et al.,
5,729,428 von
Sakata, et al. und
5,812,367 von
Kudoh et al. beschrieben, die hier in ihrer Gesamtheit für
alle Zwecke als Referenz mit aufgenommen werden.
-
In
den meisten Ausführungen wird das leitfähige Polymer
nach dem Aufbringen ausgeheilt. Die Ausheilung kann nach jedem Aufbringen
einer Schicht aus leitfähigem Polymer erfolgen, oder sie
kann nach dem Aufbringen der gesamten Beschichtung mit leitfähigem
Polymer erfolgen. In einigen Ausführungen kann das leitfähige
Polymer zum Beispiel durch Tauchen des Presslings in eine Elektrolytlösung,
wie z. B. eine Lösung aus Phosphorsäure und/oder
Schwefelsäure, und anschließendes Anlegen einer
konstanten Spannung an die Lösung bis zum Absinken des
Stroms auf einen vorgewählten Pegel ausgeheilt werden.
Bei Bedarf kann dieses Ausheilen in mehreren Schritten erfolgen.
Zum Beispiel werden in einer Ausführung ein Pressling,
der eine Beschichtung aus leitfähigem Polymer hat, zuerst
in Phosphorsäure getaucht und an ihn eine Spannung von ungefähr
20 Volt angelegt, und dann in Schwefelsäure getaucht und
an ihn ungefähr 2 Volt angelegt. In dieser Ausführung
kann die Verwendung der zweiten Schwefelsäure-Lösung
oder Toluen-Schwefelsäure mit kleiner Spannung dazu beitragen,
die Kapazität zu erhöhen und den dielektrischen
Verlustfaktor (DF) des resultierenden Kondensators zu verringern.
Nach dem Aufbringen einer oder aller der oben beschriebenen Schichten kann
der Pressling dann bei Bedarf gewaschen werden, um verschiedene
Nebenprodukte, überschüssigen Katalysator und
so weiter zu entfernen. Weiterhin kann in manchen Fällen
nach einigen oder allen oben beschriebenen Tauchschritten eine Trocknung
angewendet werden. Zum Beispiel kann das Trocknen nach Aufbringen
des Katalysators und/oder nach dem Waschen des Presslings erwünscht
sein, um die Poren des Presslings zu öffnen, damit er während
nachfolgender Tauchschritte eine Flüssigkeit aufnehmen
kann.
-
Wenn
die Katode ausgebildet ist, kann auf dem Teil optional eine Kohlenstoffbeschichtung
(z. B. Graphit), bzw. eine Silberbeschichtung aufgebracht werden.
Die Silberschicht kann zum Beispiel als lötbarer Leiter,
Kontaktschicht und/oder Ladungs-Sammler für das Kondensator-Element
dienen, und die Kohlenstoffbeschichtung kann den Kontakt der Silberbeschichtung
mit dem Elektrolyten begrenzen. Solche Beschichtungen können
den gesamten oder einen Teil des Elektrolyten bedecken.
-
Das
resultierende Kondensator-Element kann dann unter Verwendung von
in der Technik bekannten Verfahren mit Anschlüssen versehen
werden. Mit Bezug auf die 1–2 ist
zum Beispiel eine Ausführung eines Kondensator-Elementes 30 gezeigt,
das üblicherweise eine rechteckige Form hat und eine vordere Oberfläche 36,
eine hintere Oberfläche 38, obere und untere Oberflächen 37,
bzw. 39 und Seiten-Oberflächen 32 (von
denen nur eine dargestellt ist) umfasst. Ein Anodendraht 34 erstreckt
sich von der vorderen Oberfläche 36 des Kondensator-Elementes 30 in
Längsrichtung ("y"-Richtung). Wie ferner in 2 gezeigt
wird, enthält das Kondensator-Element 30 einen
Anoden-Körper 50, eine dielektrische Schicht 52,
die über dem Anoden-Körper 50 liegt,
eine Schicht aus einem festen Elektrolyten 54, die über
der dielektrischen Schicht 52 liegt, eine Graphit-Schicht 56,
die über der Schicht aus dem organischen festen Elektrolyten 54 liegt,
und eine Silberschicht 58, die über der Graphit-Schicht 56 liegt.
Natürlich muss verstanden werden, dass solche Schichten auf
jede Oberfläche des Kondensators aufgebracht werden können
und nicht auf die gezeigte Art und Weise aufgebracht werden müssen.
-
Beim
Ausbilden des Kondensator-Elementes 30 können
der Anoden- und der Katoden-Anschluss elektrisch mit dem Anodendraht 34,
bzw. der Schicht aus dem festen Elektrolyten 54 verbunden
werden (über die Graphit- und Silberschichten). Die spezielle
Konfiguration der Anschlüsse kann variieren, wie in der
Technik bekannt. Mit Bezug auf 3 ist zum
Beispiel eine Ausführung gezeigt, die einen Anoden-Anschluss 70 und einen
Katoden-Anschluss 80 enthält. In dieser speziellen
Ausführung enthält der Katoden-Anschluss einen ersten
Teil 82, der im Wesentlichen rechtwinkelig zu einem zweiten
Teil 84 positioniert ist. Der erste Teil 82 ist elektrisch
in Kontakt zur unteren Oberfläche 39 des Kondensator-Elementes 30,
und der zweite Teil 84 ist elektrisch in Kontakt mit der
hinteren Oberfläche 38 des Kondensator-Elementes 30.
Um das Kondensator-Element 30 am Katoden-Anschluss 80 zu
befestigen, kann ein leitfähiger Kleber verwendet werden,
wie in der Technik bekannt. Der leitfähige Kleber kann
zum Beispiel leitfähige Metallteilchen enthalten, die in
einer Kunstharz-Mischung enthalten sind. Die Metallteilchen können
Silber, Kupfer, Gold, Platin, Nickel, Zink, Wismut, usw. sein. Die
Kunstharz-Mischung kann ein Duroplast-Kunstharz (z. B. Epoxydharz),
einen Härter (z. B. Säureanhydrid) und ein Kopplungsmittel
(z. B. Silan-Kopplungsmittel) enthalten. Geeignete leitfähige
Kleber werden in der US-Patentanmeldungs-Veröffentlichung
Nr. 2006/0038304 an Osako, et al. beschrieben, die hier in ihrer
Gesamtheit für alle Zwecke als Referenz mit aufgenommen
wird.
-
Der
Anoden-Anschluss 70 enthält einen ersten Teil 76,
der im Wesentlichen senkrecht zu einem zweiten Teil 74 angeordnet
ist. Der zweite Teil 74 enthält einen Bereich,
der den Anodendraht 34 trägt. In der gezeigten
Ausführung besitzt der Bereich 51 eine "U-Form",
um den Kontakt zur Oberfläche und die mechanische Stabilität
des Drahtes 34 weiter zu verbessern. Der Anodendraht 34 wird
dann mit einem Laser 90 an den Bereich 51 geschweißt.
Sobald das Kondensator-Element an den Anschlüssen befestigt
ist, wird es von einem Kunstharz-Gehäuse umgeben, das dann
mit Silica oder jedem anderen bekannten Einkapselungs-Material gefüllt
werden kann. Die Breite und die Länge des Gehäuses
können abhängig von der beabsichtigten Anwendung
variieren. Die Gesamt-Dicke des Gehäuses ist jedoch typischerweise
klein, so dass die resultierende Anordnung leicht in Produkten mit
geringer Bauhöhe untergebracht werden kann (z. B. in "IC-Karten").
Zum Beispiel kann die Dicke des Gehäuses im Bereich von
ungefähr 4,0 Millimeter oder weniger, in manchen Ausführungen
von ungefähr 0,1 bis ungefähr 2,5 Millimeter und
in manchen Ausführungen von ungefähr 0,15 bis
ungefähr 2,0 Millimeter liegen. Geeignete Gehäuse
können zum Beispiel die Gehäuse "A", "B", "H"
oder "T" (AVX Corporation) umfassen. Mit Bezug auf 4 ist
zum Beispiel eine spezielle Ausführung eines solchen Einkapselungs-Gehäuses
für eine Kondensator-Anordnung 100 als Element 88 gezeigt.
Das Einkapselungs-Gehäuse 88 bietet einen zusätzlichen
strukturellen und thermischen Schutz für die Kondensator-Anordnung 100. Nach
der Einkapselung können die offen liegenden Teile der entsprechenden
Anoden- und Katoden-Anschlüsse gealtert, überprüft
und abgeschnitten werden. Falls gewünscht, können
die offen liegenden Teile optional zweimal entlang der Außenseite
des Gehäuses 88 gebogen werden (z. B. in einem
Winkel von ungefähr 90°).
-
Als
Ergebnis der vorliegenden Erfindung kann ein Kondensator ausgebildet
werden, der ausgezeichnete elektrische Eigenschaften aufweist. Zum
Beispiel hat der Kondensator der vorliegenden Erfindung typischerweise
einen ESR von weniger als ungefähr 1000 Milliohm (mOhm),
in einigen Ausführungen weniger als ungefähr 500
mOhm und in einigen Ausführungen weniger als ungefähr
100 mOhm. Der äquivalente Reihenverlustwiderstand (ESR)
eines Kondensators kennzeichnet im Allgemeinen das Ausmaß,
zu dem der Kondensator beim Laden und Entladen in einem elektronischen
Schaltkreis wie ein Widerstand wirkt, und wird üblicherweise
als ein Widerstand in Reihe zum Kondensator ausgedrückt.
Zusätzlich dazu kann der resultierende Leckstrom, der allgemein
den Strom bezeichnet, der von einem Leiter durch einen Isolator
zu einem benachbarten Leiter fließt, auf relativ kleinen
Werten gehalten werden. Zum Beispiel ist der numerische Wert des
normierten Leckstroms eines Kondensators der vorliegenden Erfindung
in einigen Ausführungen weniger als ungefähr 0,1 μA/μF·V,
in einigen Ausführungen weniger als ungefähr 0,01 μA/μF·V
und in einigen Ausführungen weniger als ungefähr
0,001 μA/μF·V, wobei μA Mikroampere
ist, und μF·V das Produkt der Kapazität
und der Nennspannung ist. Ebenso ist die Durchbruchspannung des
Kondensators der vorliegenden Erfindung mindestens ungefähr
10 Volt, in manchen Ausführungen mindestens ungefähr
15 Volt, in manchen Ausfüh rungen mindestens ungefähr
20 Volt und in manchen Ausführungen von ungefähr
20 Volts bis ungefähr 100 Volt. Die Durchbruchspannung
eines Kondensators kann bestimmt werden, indem man die angelegte
Spannung in Schritten von 0,5 Volt bei konstantem Strom erhöht.
Die Spannung, bei der der Kondensator zerstört wird, ist die
Durchbruchspannung.
-
Die
vorliegende Erfindung kann besser verstanden werden, wenn man auf
die folgenden Beispiele Bezug nimmt.
-
Testprozeduren
-
Äquivalenter Serienwiderstand
(ESR), Kapazität und Verlustfaktor.
-
Der äquivalente
Serienwiderstand und die Impedanz wurden mit einem Präzisions-LCZ-Messgerät Keithley
3330 mit Kelvin-Anschlussleitungen bei 0 Volt Vorspannung und 1
Volt Signal gemessen. Die Betriebsfrequenz betrug 100 kHz. Die Kapazität
und der Verlustfaktor wurden mit einem Präzisions-LCZ-Messgerät
Keithley 3330 mit Kelvin-Anschlussleitungen bei 2 Volt Vorspannung
und 1 Volt Signal gemessen. Die Betriebsfrequenz betrug 120 Hz,
und die Temperatur betrug 23°C ±2°C.
-
Leckstrom:
-
Der
Leckstrom ("DCL") wurde mit einer Leckstrom-Testeinrichtung MC 190
von Mantracourt Electronics LTD, UK gemessen. Der Test mit dem MC
190 misst den Leckstrom bei einer Temperatur von 25°C und einer
bestimmten Nennspannung nach 10 Sekunden.
-
Lebensdauerprüfung:
-
Für
die Lebensdauerprüfung eines Kondensators wird er auf eine
Testplatte gelötet und mit Vc (0,66 × Vr = 0,66 × 16 V = 10,6 V) und bei
einer bestimmten Temperatur (125°C) in einen Ofen gelegt.
Der Leckstrom wird vor und nach dem Test gemessen. Wenn der Wert über
einem bestimmten vorher festgelegten Grenzwert liegt (z. B. 1 μA),
wird die Probe als "abgelehnt" bezeichnet ("rejected" – "rej."),
Wenn der Wert über dem Kurzschluss-Grenzwert liegt (z.
B. 179 μA), wird die Probe als "SC" bezeichnet.
-
BEISPIEL 1
-
NbO-Pulver
(HC Starck, 80000 μF·V/g) wurde manuell mit Niobphosphid
(325 Mesh, Alfa Aesar) vorgemischt, um endgültige Phosphor-Konzentrationen
von 100, 200, 500, 1000 ppm zu erhalten. Das resultierende dotierte
Pulver wurde in einem Pulvermischer Turbula® homogenisiert.
Zu dem trockenen Pulver wurde eine wässrige Lösung
hinzu gegeben, die ein Polyethyloxazolin-("PX")-Bindemittel (2 Gew.%
PX auf der Basis des Trockengewichtes des dotierten NbO-Pulvers)
enthielt. Die Bindemittel-Lösung und das dotierte Pulver wurden
manuell gemischt. Danach wurde das Pulver bei 85°C für
4 Stunden getrocknet, um das Wasser zu verdunsten. Das Pulver wurde
dann mit einem Tantal-Anschlussdraht versehen und mit einer Pressmaschine auf
eine Dichte von 3,4 g/cm3 gepresst. Das
Bindemittel wurde dann entfernt, indem der Pressling in eine Stickstoff-Atmosphäre
mit einer Temperatur von 400°C bis 500°C gebracht
wurde. Der Pressling wurde dann bei einer Temperatur von 1520°C
für 10 Minuten in einer Argon-Atmosphäre gesintert.
-
Um
die Tantal-Anode anodisch zu oxidieren, wurde sie in eine schwache
Phosphorsäure/Wasser-Lösung getaucht, die eine
Leitfähigkeit von 8,6 ±0,3 mS/cm und eine Temperatur
von 85 ±5°C hat, an die eine Spannung von 65 V
und ein Strom von mehr als 100 mA/g angelegt wurde, und mit entioni siertem
Wasser gewaschen. Das gesamte Teil wurde dann mit einer Katodenschicht
aus Mangandioxid beschichtet, wie in der Technik bekannt. Danach
wurde das Teil in eine Graphit-Dispersion bei Raumtemperatur getaucht
und für 30 Minuten bei 125°C ausgeheilt. Das Teil
wurde dann in eine Silber-Dispersion bei Raumtemperatur getaucht und
für 30 Minuten bei 125°C ausgeheilt. Nachdem das
Kondensator-Element ausgebildet wurde, wurde es dann mit Laser an
einen Anschlussrahmen geschweißt, der eine Dicke von 0,10
Millimeter hat (NILO als Rohmaterial). Der Durchmesser des Anodendrahtes
war 0,17 Millimeter. Mit Silber angereicherter Kleber ACE 10131
(Protavic) wurde benutzt, um die Katoden-Anschlussleitung (der gegenüber
liegende Teil des Anschlussrahmens) zu befestigen. Der Kleber wurde
bei 175°C für 1 Minute ausgehärtet. Nachdem
das Kondensator-Element am Anschlussrahmen befestigt wurde, wurde
es dann eingekapselt, um einen Kondensator der Standard-Gehäuse-Größe
A (AVX) auszubilden und bei 170°C für 60 Sekunden
ausgehärtet.
-
Nach
dem Ausbilden wurden verschiedene elektrische Parameter gemessen,
und fünfundzwanzig (25) der Kondensatoren wurden einem
Lebensdauertest unterzogen. Die Ergebnisse sind unten angegeben.
Phosphorgehalt
[ppm] | DCL
[μA] | Anzahl
von DCL-Ablehnungen nach dem Lebensdauertest |
0 | 0,355 | 23
rej |
100 | 0,394 | 25
rej |
200 | 0,176 | 12
rej |
500 | 0,229 | 9
rej |
1000 | 0,173 | 2
rej |
-
Wie
gezeigt, wird die Leckstrom-Stabilität des Kondensators
mit einem höheren Phosphorgehalt verbessert.
-
BEISPIEL 2
-
Kondensatoren
wurden auf dieselbe Weise ausgebildet, wie in Beispiel 1 beschrieben,
mit der Ausnahme, dass das Ausgangs-NbO(N)-Pulver 3000 ppm Stickstoff
enthielt. Nach dem Ausbilden wurden verschiedene elektrische Parameter
gemessen, und fünfundzwanzig (25) der Kondensatoren wurden
einem Lebensdauertest unterzogen. Die Ergebnisse sind unten angegeben.
Stickstoffgehalt
[ppm] | Phosphorgehalt
[ppm] | DCL
[μA] | Anzahl
von DCL-Ablehnungen nach dem Lebensdauertest |
3000 | 0 | 0,101 | 25
rej |
3000 | 100 | 0,045 | 25
rej |
3000 | 200 | 0,120 | 25
rej |
3000 | 500 | 0,001 | 25
rej |
3000 | 1000 | 0,053 | 25
rej |
-
Die
Dotierung von NbO-Pulver mit Phosphor zeigt kleinere DCL-Ergebnisse
als in Beispiel 1. Es wird erwartet, dass höhere Phosphor-Konzentrationen
auch zu einer verbesserten DCL-Stabilität führen.
-
BEISPIEL 3
-
Kondensatoren
wurden auf dieselbe Weise ausgebildet, wie in Beispiel 1 beschrieben,
mit der Ausnahme, dass das Ausgangs-NbO-Pulver 5000 ppm Stickstoff
enthielt. Nach dem Ausbilden wurden verschiedene elektrische Parameter
gemessen, und fünfundzwanzig (25) der Kondensatoren wurden
einem Lebensdauertest unterzogen. Die Ergebnisse sind unten angegeben.
Stickstoffgehalt
[ppm] | Phosphorgehalt
[ppm] | DCL
[μA] | Anzahl
von DCL-Ablehnungen nach dem Lebensdauertest |
5000 | 0 | 0,101 | 25
rej |
5000 | 100 | 0,045 | 25
rej |
5000 | 200 | 0,120 | 25
rej |
5000 | 500 | 0,001 | 25
rej |
5000 | 1000 | 0,053 | 25
rej |
-
BEISPIEL 4
-
Kondensatoren
wurden auf dieselbe Weise ausgebildet, wie in Beispiel 1 beschrieben,
mit der Ausnahme, dass das Ausgangs-NbO-Pulver eine spezifische
Ladung von 60000 μF·V/g hatte. Nach dem Ausbilden
wurden verschiedene elektrische Parameter gemessen, und fünfundzwanzig
(25) der Kondensatoren wurden einem Lebensdauertest unterzogen.
Die Ergebnisse sind unten angegeben.
Phosphorgehalt
[ppm] | DCL
[μA] | Anzahl
von DCL-Ablehnungen nach dem Lebensdauertest |
0 | 0,297 | 23
rej |
100 | 0,844 | 25
SC |
200 | 0,756 | 25
SC |
500 | 0,361 | 25
SC |
1000 | 0,704 | 25
rej |
-
Diese
und weitere Änderungen und Abwandlungen der vorliegenden
Erfindung können von einem Fachmann durchgeführt
werden, ohne dass vom Sinn und Umfang der vorliegenden Erfindung
abgewichen wird. Zusätzlich dazu muss verstanden werden,
dass Aspekte der verschiedenen Ausführungen ganz oder teilweise
untereinander ausgetauscht werden können. Weiterhin wird
ein Fachmann erkennen, dass die oben angegebene Beschreibung nur
ein Beispiel ist und nicht mit der Absicht angegeben wurde, die
Erfindung einzuschränken, wie sie in den beigefügten
Ansprüchen weiter beschrieben wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
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- - US 6391275 [0014]
- - US 6416730 [0014]
- - US 6527937 [0014]
- - US 6576099 [0014]
- - US 6592740 [0014]
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- - US 7220397 [0014]
- - US 6197252 [0023]
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- - US 5394295 [0023]
- - US 5495386 [0023]
- - US 6191936 [0024]
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- - US 3345545 [0024]
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- - US 5473503 [0027]
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- - US 5812367 [0027]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Brunauer,
Emmet und Teller, Journal of American Chemical Society, Band 60,
1938, S. 309 [0015]