Способ изготовления алюминиевого оксидно-полупроводникового конденсатора

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛЮМИНИЕВОГО ОКСИДНО-ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО КОНДЕНСАТОРА, включающий нанесение катодного полупроводникового слоя оксида марганца путем многократной пропитки предварительно оксидированного объемно-пористого анода в растворе нитрата марганца с последующим его пиролитическим разложением, отличающийся тем, что, с целью повышения электрической и механической прочности конденсатора, между циклами пиролитического разложения нитрата марганца на торец анода наносят жидкий органосиликатный материал с последующим его отверждением .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

„SU, жиы

З(51) Н 01 4 9/05 (21) 3519980/18-21 (22) 30 ° 11.82 (46) 07. 04.84. Бюл. № 13 (72) Д.С.Круглов и A.Ô.Ó÷óâàòêèí (53) 621.319.4(088.8) (56)1.Л. Н. Закгейм Злектролитические конденсаторы. M. — Ë., Госэнергоиздат, 1963, с. 229-242, (54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛОМИНИЕВОГО ОКСИДНО-ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО

КОНДЕНСАТОРА, включающий нанесение катодного полупроводникового слоя оксида марганца путем многократной пропитки предварительно оксидированного объемно-пористого анода в растворе нитрата марганца с последующим его пиролитическим разложением, отличающийся тем, что, с целью повышения электрической и механической прочности конденсатора, между циклами пиролитического разложения нитрата марганца на торец анода наносят жидкий органосиликатный материал с последующим его отверждением.

20

1 10

Изобретение относится к электронике и радиоэлектронике и может быть HcIIQJIEзовано при изготовлении оксидно-полупроводниковых конденсаторов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результате к изобретению является способ изготовления алюминиевого оксидно-полупроводникового конденсатора, включающий нанесение катодного полупроводникового слоя. оксида марганца путем многократной пропитки предварительно оксидированного объемнопористого анода в растворе нитрата марганца с последующим его пиролитическим разложением 1 11.

В результате формируется катодный слой оксида марганца внутри пор объемно-пористого анода (внутренний слой) и на образующей поверхности анода (внешний слой).

Внешний слой оксида марганца должен обладать прочностью, достаточной для сохранения его целостности при механических воздействиях на конденсаторную структуру, имеющих место при последующих технологических операциях и в процессе эксплуатации.

Объемно-пористые аноды изготавливаются прессованием мелкодисперсного алюминиевого порошка и в силу специфики процесса прессования (аксиально направленное усилие передается на формируемый анод стальными пуансонами) и высокой пластичности алюминия торцовые поверхности анода

"задавливаются", т.е. открытая пористость на торцовых поверхностях существенно меньше открытой пористости на боковой поверхности, что в результате приводит к ослаблению связи внешнего и внутреннего слоев

МпО на торцах анодов.

Это приводит к отслаиванию внешнего слоя Мп0 от торцовой поверх2 ности при механических воздействиях (в частности при вибрации, ударах, знакопер еменных линейных нагрузках как следствия циклической смены температур) на конденсаторную структуру, имеющих место при последующих технологических операциях в процессе эксплуатации. Возникающие в результате нарушения целостности внешнего слоя оксида марганца дефекты инициируют пробой окисной пленки нри последующих термопотенциальных воздей84907 2 ствиях, что приводит к выходу конденсатора из строя.

Кроме того, в месте пересечения боковой поверхности анода с торцом в силу малого радиуса закругления такого перехода напряженность электрического поля существенно больше среднего по поверхности анода,, что ослабляет электрическую прочность конденсатора в целом и также может приводить к пробою окисной пленки.

Указанные пробои окисной пленки происходят на нижнем торце анода, так как в готовом конденсаторе катодный токоподвод осуществляется через боковую поверхность и нижний торец.

Целью изобретения является повышение электрической и механической прочности конденсатора.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу изготовления алюминиевого оксидно-полупроводникового конденсатора, включающему нанесение катодного полупроводникового слоя оксида марганца путем многократной пропитки предварительно оксидированного объемно-пористого анода в растворе нитрата марганца с последующим его пиролитическим разложением, между циклами пиролитического разложения нитрата марганца на торец анода наносят жидкий органосиликатный материал с последующим его отверждением.

При изготовлении объемно-пористых анодов (ОПА) конденсаторов рассматриваемого типа в формируемый ОПА впрессовывается анодный вывод (обычно из материала, однородного с материалом ОПА).

Окисная пленка, создаваемая в пррцессе электрохимического анодирования поверхности ОПА, обладает боль шой концентрацией пор, что во избежании коротких замыканий диктует необходимость использования в качестве катодной обкладки достаточно высокоомного материала (обычно окисного полупроводника МпСО .

Нанесение полупроводниковой Nn0 осуществляется путем многократной пропитки в растворе нитрата марганца, с последующим (после кая ой пропитки) его пиролитическим разложением. При этом образующийся слой

Nn0 можно условно разделить на два слоя: внутренний толщиной 1-10 мкм, обеспечивающий контакт с окисной

3 10849 пленкой и реализацию емкости, который формируется в основном после вто рого цикла пиролиза, и внешний слой толщиной 200-400 мкм, служащий для защиты нижележащего контакта окисная

I 5 пленка/внутренний слои Mnpg от проникновения проводящих частиц (например, графита) при последующих операциях нанесения переходных по— крытий (например, графитизации). Кро- 10 ме того, при пропитке в нитрате марганца за счет капиллярных явлений нитрат марганца "натягивается" на анодный вывод и осаждается на нем после пиролитического разложения в виде Мпр>.

В результате в сформированной таким образом конденсаторной структуре имеются два электрически и механически напряженных места: верхняя торцовая поверхность ОПА с местом выхода анодного вывода иэ ОПА и нижняя торцовая поверхность. При этом различие в механических характеристиках Та и А1 (пластичность, твердость и т.д.) обуславливает различный вклад указанных "опасных" мест в электрическую и механическую прочность танталовых и алюминиевых конденсаторов в целом.

Для алюминиевых ОПА, в силу высокой пластичности А1, торцовые поверхности ОПА при их изготовлении

"задавливаются", что в результате приводит к снижению адгезии внешнего слоя Ип0 к поверхности ОПА на тор2 цовых поверхностях (особо критично для нижней торцовой поверхности, так как именно через нее осуществляется катодный токоподвод) и как след40 ствие к снижению механическои прочности внешнего слоя Ип02и конденсатора в целом. Механические же напряжения в районе анодного вывода

"гасятся" высокой пластичностью А1 (т.е ° поскольку твердость А1 О и

Mn0 < вьппе твердости собственйо А1 при механических нагрузках на внешний слой Mnp., осажденный на анодHblA вывод, MHKpoBblcT jBM ИПО вдавливаются вместе с пленкой А1 0З, не разрывая ее сплошности, в А1), и не приводят к ухудшению параметров конденсаторов.

В тоже время механические нагрузки в районе нижнего торца ОПА приводят к разрушению внешнего слоя

МпР и снижают надежность готовых изделий.

07 4

В предлагаемом способе предотвращение отслаивания внешнего слоя Nn02 и его разрушения при механических нагрузках в районе нижнего торца OIIA достигается нанесением защитного слоя из органосиликатной композиции после второго цикла пиролиза, т.е. защищается нижележащей внутренний слой

ИпО и контакт внутренний слой

Мп0 /окисная пленка от возможного проникновения проводящих частиц (например, графита) при последующих операциях, с целью повышения электрической и механической прочности алюминиевых конденсаторов, и снижением вероятности отказов.

Нанесение защитного материала на

ОПА до их пропитки в растворе нитрата марганца с неизбежностью приведет к тому, что при пропитке нитрат марганца не будет проникать через нанесенный защитный слой к поверхности окисной пленки и в результате в этом месте контакт Мп0,/окисная пленка образоваться не может, что в свою очередь приведет к потере емкости конденсатора примерно на 20307.. Поэтому предложено осуществлять нанесение защитного слоя между циклами пиролиза.

Материал для защитного покрытия должен удовлетворять следующим основным требованиям: иметь хорошую смачиваемость поверхности; обладать достаточной адгезией; выдерживать без разрушения воздействие термоудара при пиролизах. В качестве диэлектрического материала была выбрана органосиликатная композиция OC-12-01 зеленая ТУ 84 †7-78, обеспечивающая смачиваемость поверхности и дающая после сушки механически прочный слой с хорошей адгезией к подложке.

Наличие в составе органосиликатной композиции полимерного связующего обеспечивает одновременно достаточную эластичность и хорошие электроизоляиионные свойства покрытия. Образующаяся при последующих циклах пиролиза двуокись марганца закрывает торец и диэлектрическое покрытие включается во внешнее покрытие оксида марганца, однако в этом случае при отслоении оксида марганца торцовая поверхность закрыта изоляционным материалом и пробой окисной пленки не происходит. Кроме того, наличие электроизоляционного слоя на торце анода существенно повьппает

Номинал, В х мкф

Количество, шт

Технология

3 я мкА

6 х 156

Предлагаемая

89„7

20„9

7,6

18 бх 156

2х 240

6 х 117

Известная

10,0

Продолжение таблицы

Доля отказов на приработке, Х

Номинал, В х мкф дополнительный количество отказов, шт во испыта— ний, шт во испыта- во отканий, шт зов, шт

О

l 25

О

1,0

14,8

8,4

14,4

6,3 х 100 и электрическую прочность конденсатора в целом.

Пример. Брали 1I5 партий оксндированных анодов (6 партий по 117 ttrr в каждой габарита Ф 7xi2 мм, 6 пар- 5 тий по 156 шт габарита Ф 5,5х12 мм, 3 партии по 240 шт габарита ф 2,7х6,3 мм). На оксидированные объемно-пористые аноды наносили два слоя оксида марганца и после калдого цикла нанесения проводили электрохимическую обработку (подформовку) с последующей промывкой и сушкой.

В ванночку наливали жидкую органосиликатную композицию OC-12-1 зеленую ТУ-84-725-78. Аноды на планках после сушки погружали в ванночку так, 30х 22

30х 3,3

6,3 х 100

30 х 22

30х 3,3

6,3 х 100

30 х 22

30х 3,3

6,3 х 100

30 х 22

30х 3,3 чтобы глубина погружения анодов не превышала 1 мм от нижнего торца. Излишки органосиликатной композиции удаляли фильтровальной бумагой. Затем аноды помещали в термошкаф и выдеро живали при 150 С в течение 15 мин для отверждения органосиликатной композиции. Операции нанесения окси— да марганца, подформовки, промывки, сушки и дальнейшее изготовление конденсаторов проводили по известной технологии, Данные сравнительных испытаний конденсаторов, изготовленных пс действующей технологии и с применением предлагаемого- способа, представлены

B та блице .

Электропараметры конденсаторов

Результаты испытаний

Количест- Количест- Количест1084907

Составитель М. Щербакова

Редактор А. IIIawop ТехредС.Мигунова Корректор А. Ильин

Заказ 2027/49 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Использование предлагаемого способа позволяет повысить качество и надежность алюминиевых оксидно-полупроводниковых конденсаторов за счет повышения устойчивости конденсаторов к механическим воздействиям и увеличения электрической прочности и существенно снизить тем самым вероятность отказа конденсаторов в процессе эксплуатации.