DE4111074C2

DE4111074C2 - Verfahren zur Herstellung von Trockenelektrolytkondensatoren kleiner Baugröße

Info

Publication number: DE4111074C2
Application number: DE4111074A
Authority: DE
Inventors: Chojiro Kuriyama; Tatsuhiko Oshima; Miki Hasegawa
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1990-04-06
Filing date: 1991-04-05
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2011-04-06
Also published as: GB2242856A; GB2242856B; JPH0787171B2; US5075940A; JPH03290913A; DE4111074A1; GB9106756D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Troc kenelektrolytkondensatoren unter Verwendung einer Kombination aus einer Preßform und einem Preßelement.

Kondensatoren haben bekanntlich die Funktion, elektrische Energie zu speichern und zu entladen und werden verbreitet bei der Konstruktion elektrischer und elektronischer Schaltkreise ver wendet. Der Kondensator sollte vorzugsweise kleindimensioniert sein, aber dennoch eine große Kapazität aufweisen. Der Trocken elektrolytkondensator ist ein typisches Beispiel, das diese Anforderungen erfüllt.

Der Trockenelektrolytkondensator ist ein polarer Kondensator, der eine metallische Anode (positive Elektrode) und eine feste bzw. trockene elektrolytische Kathode (negative Elektrode) aufweist. Die Oberfläche der metallischen Anode ist oxidiert, um eine Oxidschicht zu bilden, die als dielektrische Substanz wirkt, welche die Anode und die Kathode elektrisch trennt. Am häufigsten wird für die metallische Anode eine verfestigte Masse aus Tantalpulver verwendet.

Um insbesondere die durch die Erfindung gelösten Probleme zu erklären, wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen, die schematisch ein typisches, den Stand der Technik repräsentierendes Verfahren zur Herstellung eines, eine Tantalelektrode enthaltenden Troc kenelektrolytkondensators zeigt. Wie in Fig. 5 gezeigt, wird zuerst Tantalpulver 11 in eine Formausnehmung 10a einer Preßform 10 gefüllt, und ein kurzer Zuführungsdraht 12 wird in die Fül lung aus Tantalpulver eingesetzt. Dann wird die Füllung aus Tantalpulver durch einen Druckstempel 13 verfestigt. Der sich ergebende Preßling 11′ wird aus der Preßform entfernt. Der Preß ling 11′ ist hochporös und weist daher einen großen Oberflächen bereich (einschließlich des inneren Porenoberflächenbereichs) auf, der die Kapazität des resultierenden Kondensators vergrö ßert.

Der so erhaltene Preßling 11′ aus Tantalpulver wird in einem Vakuumsinterofen (nicht gezeigt) gesintert. Danach wird der Preßling in ein chemisches Lösungsbad (nicht dargestellt) ein getaucht und elektrolytisch oxidiert, um einen Oxidüberzug bzw. eine Oxidschicht (Ta₂O₅) zu bilden, die eine dielektrische Sub stanz ist. Gemäß der folgenden Reaktion findet die elektroly tische Oxidation zwischen den Poren des Preßlings statt.

Ta₂ + 5H₂O → Ta₂O₅ + 5H₂.

Nach der oben beschriebenen chemischen Behandlung wird der Preß ling mit einer Lösung aus Mangannitrat (Mn(NO₃)₂) imprägniert, das thermisch zerfällt, um eine Lage aus Mangandioxid (MnO₂) zu bilden, welches eine trockene elektrolytische Substanz ist. Die Mangandioxidschicht wirkt als eine erste Kathodenlage.

Dann wird der Preßling einer Graphitglühbehandlung und einer Silberbeschichtungsbehandlung unterworfen, um zweite und dritte Kathodenschichten auf der Mangandioxidschicht zu bilden. Ein Kondensatorelement wird so geschaffen.

Durch Vornahme von Nachbehandlungen, zu denen ein Lötschritt, ein Einkapselungsschritt, ein Beschriftungsschritt usw. gehören, wird abschließend das Kondensatorelement zu einem End produkt geformt.

Das oben beschriebene, den Stand der Technik repräsentierende Verfahren ist bezüglich folgender Punkte nachteilig.

Erstens wird nach dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik nur ein einzelner Preßling geschaffen, so daß die Herstellungseffi zienz sehr gering ist. Es ist denkbar, die Herstellungseffizienz durch Verwendung einer Vielzahl von Preßformen zur gleichzeiti gen Herstellung einer entsprechenden Anzahl von Preßlingen zu verbessern. Jedoch ist es in diesem Fall immer noch notwendig, eine entsprechende Anzahl von kurzen Zuführungsdrähten getrennt vorzubereiten und sie in die entsprechenden Preßformen zusätz lich zu dem getrennten Füllen der Preßformen mit Tantalpulver einzuführen, wodurch eine günstige Erhöhung der Produktivität nicht erreichbar ist.

Zweitens wird das Tantalpulver durch axiale Anwendung einer Preßkraft auf den Zuführungsdraht 12 verfestigt. Während des Verfestigungsschrittes kann daher der in die Füllung aus Tantal pulver eingesetzte Abschnitt des Zuführungsdrahts eine Verbie gung erfahren, was die Produktqualität verschlechtern kann. Dieses Problem ist besonders ernst, wenn der Zuführungsdraht sehr dünn ist, wobei aber der Zuführungsdraht so dünn wie mög lich sein sollte, um eine Miniaturisierung des Kondensators zu realisieren. Tatsächlich ist das den Stand der Technik reprä sentierende Verfahren nur auf Zuführungsdrähte mit einem Durchmesser von nicht weniger als 180 µm anwendbar.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist bereits aus der DE-AS-10 38 193 bekannt. Zu der Herstellung von Trockenelektro lytkondensatoren wird dort eine Kombination von zwei ähnlichen Preßformen verwendet, die jeweils eine Formausnehmung aufweisen.

Die entsprechenden Formteile gelangen in wechselseitigen Kon takt, wodurch das Maß an Kompaktierung deutlich begrenzt ist.

Außerdem bleibt bei der gleichzeitigen Annäherung der beiden Bodenabschnitte der Zuführungsdraht stets in derselben Ebene, die durch die Trennfläche der Form gegeben ist, weil die Form teile keine Aufnahmenut für einen Draht aufweisen. Dieses vor bekannte Verfahren ermöglicht somit nur eine geringe Verdichtung durch komplementäre Preßelemente und offenbart keinerlei Maßnah men zur Vermeidung einer Scherung des Drahtes.

Aus der US-PS 3424952 ist schließlich ein Verfahren zur Herstel lung von Trockenelektrolytkondensatoren bekannt, bei dem eine Form nur für ein vorläufiges Sintern bzw. Verschmelzen des pul verisierten Materials verwendet wird, jedoch kein Verdichten in der Form stattfindet und demgemäß auch kein entsprechender Preß abschnitt für die Form benötigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit dem gepreßte Troc kenelektrolytkondensatoren, die bei hoher Kapazität kleindimen sioniert sind, effizient hergestellt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden, sind den Unteransprüchen 2 bis 7 zu entnehmen.

In vorteilhafter Weise macht demgemäß die Erfindung ein Verfah ren zur Herstellung von kleinen Elektrolytkondensatoren verfüg bar, bei dem kleine Baugrößen bei hoher Kapazität ohne Scher probleme durch den Preßvorgang mit der Maßnahme eines Drahtvor haltes realisiert werden, wobei vorteilhaft auch Drähte mit geringeren Durchmessern ( 50 µm) verwendbar sind.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Verfahrens zur Erläuterung weiterer Merkmale anhand der Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1a bis 1e Schnittansichten, welche die aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte darstellen;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht, die eine Preßform zeigt, welche passend zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird;

Fig. 3 eine Vorderansicht, die einen Drahtabtrennschritt des Verfahrens zeigt;

Fig. 4 eine Teilschnittansicht, die einen Materialeinfüll schritt des Verfahrens zeigt; und

Fig. 5 eine Ansicht, die ein typisches Verfahren nach dem her kömmlichen Stand der Technik zeigt.

Bezugnehmend auf die Fig. 1a bis 1e und 2 wird eine Kombination einer Preßform 1 und eines Preßelementes 2 gezeigt, die beim Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird. Die Preßform 1 wird beispielsweise fest von einem stationären Teil einer Preßmaschine (nicht gezeigt) gehalten, wobei das Preßele ment 2 an einem bewegbaren Teil der Preßmaschine befestigt ist, um sich vertikal relativ zu der Preßform 1 zu bewegen.

Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist die Preßform 1 langgestreckt. Die obere Seite der Preßform 1 wird von einer geradlinigen Reihe von Formausnehmungen 3 gebildet, die im konstanten Abstand längs auf der Preßform angeordnet sind. Weiterhin ist die Oberseite der Preßform ebenfalls mit einer geradlinigen Leitungsaufnahmenut 4 ausgebildet, die sich längs auf der Preßform die entsprechenden Ausnehmungen 3 durchquerend bzw. überquerend erstreckt. Die Tiefe der Leitungsaufnahmenut 4 ist kleiner als, aber vorzugsweise ein wenig größer als die Hälfte einer jeden Formausnehmung 3 (siehe Fig. 2).

Gemäß der dargestellten Ausführungsform hat jede Formaus nehmung 3 die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds. In Ab hängigkeit von den Anforderungen an den Kondensator kann die Formausnehmung jedoch jede andere gewünschte Form aufweisen.

Das Preßelement 2 kann sich in ähnlicher Weise wie die Preßform 1 lang erstrecken und ist über der Preßform angeordnet. Die Unterseite des Preßelementes ist mit einer Längsreihe von Preßvorsprüngen 5 in entsprechender Zuordnung zu den jeweiligen Formausnehmungen 3 der Preßform gebildet.

Unter Verwendung der Preßform 1 und des Preßelements 2 wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Trockenelektro lytkondensatoren in der folgenden Weise durchgeführt.

Zuerst wird bei angehobenem Zustand des Preßelementes 2 ein Zuführungsdraht R in die Längsnut 4 der Preßform 1 eingeführt, wie in Fig. 1 gezeigt. Vorzugsweise wird der Zuführungsdraht R fortlaufend von einer Rolle (nicht dargestellt) ungeschnitten in die Preßform eingesetzt. Der Zu führungsdraht kann beispielsweise aus Tantal hergestellt sein.

Es sollte erwähnt werden, daß für ein besseres Verständnis der Darstellung der Zuführungsdraht R in Fig. 1a in direktem Kontakt mit dem Boden der Leitungsaufnahmenut 4 angeordnet gezeigt ist. In Wirklichkeit wird der Zuführungsdraht jedoch anfänglich ein wenig über dem Boden der Nut gehalten, wie in Fig. 4 gezeigt. Aufgrund dieses Vorhalts kommt der Zuführungs draht nur durch die anschließende Anwendung der Preßkraft mit dem Nutboden in Berührung. Auf diese Weise wird der Zuführungs draht bei der Dauer der Verfestigung keiner Scherkraft unter worfen.

Nach Einsetzen des Zuführungsdrahtes R wird pulverisiertes Elek trodenmaterial A (Material für die positive Elektrode) in die entsprechenden Formausnehmungen 3 der Preßform 1 gefüllt, wie in Fig. 1b gezeigt. Daraus folgt, daß der Zuführungsdraht jede Füllung mit Elektrodenmaterial durchdringt. Ein typisches Bei spiel für pulverisiertes Elektrodenmaterial ist Tantalpulver.

Nach Füllen des Elektrodenmaterials A wird das Preßelement 2 abgesenkt, so daß das Elektrodenmaterial durch die pressenden Preßabschnitte 5 in den entsprechenden Ausnehmungen 3 verfestigt wird, wie in Fig. 1c gezeigt. Zu dieser Zeit wird der Zufüh rungsdraht R leicht herabgedrückt, wobei er im wesentlichen in Kontakt mit dem Nutboden kommt, aber keine oben beschriebene Scherung des Zuführungsdrahtes stattfindet.

Dann wird das Preßelement 2 angehoben, um die Preßform 1 zu öffnen, wie in Fig. 1d gezeigt. Danach wird der Zuführungsdraht R zusammen mit den gebildeten Preßlingen A′ durch eine, Zuführ vorrichtung mit Hubfunktion (nicht gezeigt) angehoben, und eine vorbestimmte Strecke vorgeschoben. Um das Entfernen der Preßlin ge A′ aus den Formausnehmungen 3 zu unterstützen, kann von Aus stoßstiften 6 (siehe Fig. 2) Gebrauch gemacht werden, die in entsprechender Zuordnung zu den Formausnehmungen angeordnet sind, um die Preßlinge in zeitlicher Abstimmung mit dem Anheben des Zuführungsdrahtes R auszustoßen.

Der angehobene und beförderte Zuführungsdraht R wird wieder ab gesenkt, um einen neuen Abschnitt des Zuführungsdrahtes in die Leitungsaufnahmenut 4 der Preßform 1 einzuführen, wie in Fig. 1e gezeigt. Die in den Fig. 1a bis 1e gezeigten Verfahrensschritte können fortlaufend wiederholt werden, um effizient eine Anzahl von Preßlingen A′ zu schaffen.

Die so geschaffenen gepreßten Preßlinge A′ können voneinander getrennt werden, wobei der Zuführungsdraht R an geeigneten Stel len zerschnitten wird, wie in Fig. 3 gezeigt. In üblicher Weise werden die getrennten Preßlinge A′ dann nachfolgenden Verfah rensschritten unterworfen, die Sintern, chemische Behandlung (Bildung von Tantaloxidschichten), Bildung von einer negativen Elektrode usw. beinhalten. Diese nachfolgenden Verfahrens schritte, die nicht die Merkmale der Erfindung bilden, sind bereits in Verbindung mit dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik Verfahren beschrieben worden, und werden deshalb hier nicht erklärt.

Alternativ können die Preßlinge A′ den nachfolgenden Verfahrens schritten unterworfen werden, ohne daß der Zuführungs draht R zerschnitten wird. Die von dem nicht zerschnittenen Zuführungsdraht R gehaltenen Preßlinge A′ können in einen Sin terofen (nicht gezeigt) und danach in ein chemisches Lösungsbad (nicht gezeigt) eingeführt werden. In diesem Fall wird die Effi zienz des ganzen Verfahrens weiter verbessert, da die Preßlinge unter Nutzung des Zuführungsdrahtes nacheinander zugeführt wer den können.

Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren werden eine Vielzahl von Preßlingen A′ gleichzeitig in einem einzelnen Verfestigungs schritt gebildet, und es gibt keine Notwendigkeit, getrennt voneinander kurze Zuführungsdrähte in den entsprechenden For mausnehmungen 3 zu plazieren. Dadurch wird die Verfahrenseffi zienz im Vergleich zu dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik stark verbessert.

Wenn weiterhin der Zuführungsdraht ununterbrochen ist und fort laufend zugeführt wird, kann eine große Anzahl von Preßlingen A′ nacheinander hergestellt werden, und der Zuführungsdraht kann zum Transferieren der Preßlinge benutzt werden. Daraus resul tiert eine zusätzliche Verbesserung der Verfahrenseffizienz.

Gemäß diesem Verfahren durchdringt überdies der Zuführungsdraht R die entsprechenden Füllungen mit Elektrodenma terial A, und die Preß- oder Verfestigungskraft wird quer auf den Zuführungsdraht ausgeübt. Die verfestigende Kraft wird also transversal auf, aber gleichmäßig um den Zuführungsdraht in den entsprechenden Formausnehmungen 3 ausgeübt. Daher findet während des Verfestigungsverfahrensschrittes kein Verkrümmen des Zufüh rungsdrahtes statt, so daß das erfindungsgemäße Verfahren selbst bei einem dünnen Zu führungsdraht anwendbar ist, der einen Durchmesser von ungefähr 50 µm aufweist, während das Verfahren gemäß dem Stand der Tech nik in der Anwendung auf Zuführungsdrähte von nicht weniger als 180 µm begrenzt ist.

Es ist offensichtlich, daß die eben beschriebene Erfindung auf viele Arten geändert werden kann. Der Zuführungsdraht R muß bei spielsweise nicht ununterbrochen sein, falls er mindestens eine Länge aufweist, die im wesentlichen der Länge der Lei tungsaufnahmenut 4 entspricht. Die Preßform 1 kann weiterhin aus vielen Reihen von Formausnehmungen und einer entsprechenden Anzahl von Leitungsaufnahmenuten gebildet werden, während das Preßelement 2 aus entsprechenden Reihen mit Preßvorsprüngen geformt wird. Die Erfindung kann überdies auch auf die Herstel lung verschiedener Arten von Trockenelektrolytkondensatoren angewendet werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Trockenelektrolytkondensa toren unter Verwendung einer Kombination aus einer Preßform (1) und einem Preßelement (2),
dadurch gekennzeichnet, daß die Preßform mit wenigstens einer Reihe von Formaus nehmungen (3) gebildet wird,
wobei die Preßform weiterhin mit einer Leitungsaufnahmenut (4) gebildet wird, die sich längs der oder jeder Reihe von Formausnehmungen durch die entsprechenden Formausnehmungen hindurchgehend erstreckt,
wobei die Tiefe der Leitungsaufnahmenut (4) geringer ist als die einer jeden Formausnehmung,
wobei das Preßelement mit einer Reihe von vorstehenden Preßabschnitten (5) in entsprechender Zuordnung zu der oder jeder Reihe von Formausnehmungen gebildet wird,
wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

a) ein Zuführungsdraht (R) wird in die oder jede Lei tungsaufnahmenut (4) geringfügig über deren Boden angeordnet, wobei der Zuführungsdraht wenigstens eine Länge aufweist, die im wesentlichen der der Leitungs aufnahmenut entspricht;
b) die entsprechenden Formausnehmungen (3) werden mit pulverisiertem Elektrodenmaterial (A) gefüllt;
c) die entsprechenden Preßabschnitte (5) werden ver anlaßt, das pulverisierte Material zu dessen Verfe stigung innerhalb der entsprechenden Formausnehmung zu pressen; und
d) die resultierenden Preßlinge (A′) werden aus pulveri siertem Material zusammen mit dem Zuführungsdraht aus der Preßform entfernt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe von Formausnehmungen (3) und die Reihe von Preß elementen (5) geradlinig sind, wobei die Leitungsaufnahmenut (4) ebenfalls geradlinig ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführungsdraht (R) ununterbrochen ist und fortlaufend zugeführt wird, wobei die Verfahrensschritte (a) bis (d) wiederholt in Bezug auf verschiedene Abschnitte des Zufüh rungsdrahtes durchgeführt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß als Preßabschnitte (5) einstückige Vor sprünge des Preßelementes (2) verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß das Entfernen der Preßlinge (A′) aus den entsprechenden Formausnehmungen (3) durch Anheben des Zuführungsdrahtes (R) aus der Preßform (1) durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen der Preßlinge (A′) aus den entsprechenden Form ausnehmungen (3) von Ausstoßstiften (6) unterstützt wird, die in entsprechender Zuordnung zu den Formausnehmungen zum Herausstoßen der Preßlinge vorgesehen sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß als pulverisiertes Elektrodenmaterial (A) Tantalpulver verwendet wird.