Способ изготовления объемно-пористых анодов оксидных конденсаторов

 

Использование: радиоэлектронная техника, производство оксидных конденсаторов с объемно-пористым анодом. Сущность изобретения: формовку анодов осуществляют в растворах на основе ортофосфорной кислоты в две стадии: при постоянном токе до достижения формовочного напряжения, а затем при постоянном формовочном напряжении, при этом на первой стадии осуществляют прерывание тока через каждые 1 20 с на время не менее 1 с. Указанная последовательность операций и технологические режимы позволяют снизить токи утечки конденсаторов. 1 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано в производстве оксидных конденсаторов с объемно-пористым анодом из вентильного металла.

С развитием электронной техники ужесточаются требования к уровню электрических характеристик конденсаторов (в частности, к величине тока утечки). Снижение тока утечки оксидных конденсаторов расширяет эксплуатационные возможности конденсаторов, способствует повышению надежности аппаратуры.

Как показывают исследования конденсаторных систем, токи утечки в большой степени определяются структурой оксидного диэлектрика, образуемого на поверхности вентильного металла в процессе операции формовки.

Известны технологические способы снижения уровня тока утечки конденсатора в процессе проведения формовки анода путем изменения состава формовочного электролита [1] Техническая реализация известного решения позволяет несколько уменьшить ток утечки конденсаторов, тем не менее его величина остается значительно более высокой, чем допустимо по современным нормам.

Кроме того, задача снижения токов утечки является настолько актуальной, что разработчики вынуждены мириться с введением в формовочные электролиты экологически вредных веществ.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления анодов оксидных конденсаторов, согласно которому формовка танталовых анодов осуществляется в две стадии. Первая стадия осуществляется при постоянном токе до достижения формовочного напряжения, а вторая при постоянном формовочном напряжении. В качестве формовочного электролита используются растворы ортофосфорной кислоты [2] В результате формовки по известному способу, как показывает эксперимент, удается получить практически однородные аморфные слои оксида тантала, что позволяет снизить токи утечки готовых конденсаторов I_ут до значений I_ут (0,01-0,02) С_нU_н, где С_н номинальная емкость конденсатора; U_н номинальное напряжение конденсатора.

В настоящее время специфика аппаратуры, в которой используются оксидные конденсаторы, выдвигает повышение требования к уровню тока утечки.

Цель изобретения снижение уровня тока утечки до величин I_ут ≅ 0,005 С_нU_н.

Цель достигается тем, что в способе изготовления анода, включающем формовку анодов в растворах на основе ортофосфорной кислоты в две стадии: сначала при постоянном токе до достижения формовочного напряжения, а затем при постоянном формовочном напряжении на первой стадии осуществляют прерывание тока через каждые 1-20 c на время не менее 1 с.

Сопоставительный анализ изобретения и прототипа показывает, что заявленный способ отличается электрическим режимом процесса формовки на первой стадии.

В заявленном способе прием образования оксидной пленки под воздействием импульсного тока впервые использован для решения задачи по снижению тока утечки конденсаторов с объемно-пористым анодом из тантала или ниобия.

Таким образом, из анализа существующего уровня техники следует, что заявленный способ является новым и соответствует изобретательскому уровню.

Анодные оксидные пленки содержат в своем составе ионы электролита, в котором происходила формовка, ионы фосфора (Р⁺). Эти ионы электролита концентрируются во внешней части оксидной пленки, что приводит к формированию положительного объемного заряда, создающего электрическое поле, препятствующее инжекции электронов из катода конденсатора в оксид, в результате чего величина тока утечки оксидных конденсаторов уменьшается.

Содержание ионов электролита в оксидной пленке тем больше, чем больше концентрация формовочного электролита. Однако в производстве танталовых и ниобиевых оксидных конденсаторов концентрацию формовочного электролита вынуждены ограничитель. Это ограничение вызвано снижением величины пробивного напряжения оксида в процессе формовки. Например, при формовке анода из тантала в растворах на основе ортофосфорной кислоты концентрация кислоты не должна превышать 1% Тем самым ограничено и содержание ионов электролита (Р⁺) в оксидной пленке.

Заявленный режим формовки позволяет увеличить концентрацию ионов электролита во внешней части оксидной пленки без изменения концентрации формовочного электролита.

На чертеже представлены профили распределения в принятых условных единицах I пр.ед. ионов Р⁺ (фосфора) по глубине оксида, полученные методом вторично-ионной масс-спектрометрии на танталовых образцах. Образцы были заформованы на протяжении: U_ф 130 В по способу-прототипу I и согласно изобретению 2. Толщина оксида тантала составила 2500 .

Как видно из чертеже, толщина оксида, обогащенного ионами фосфора, составляет приблизительно 1/2 общей толщины оксида. Концентрация ионов фосфора в оксиде на образцах, заформованных согласно изобретению 2, примерно в 2 раза больше, чем по способу-прототипу 1.

В качестве доказательства промышленной применимости изобретения приводим пример конкретного исполнения. Партия танталовых объемно-пористых анодов диаметром 5,65 мм, h 10 мм в количестве 30 шт формовалась в 0,01%-ном водном растворе ортофосфорной кислоты при температуре 60^оС.

На первой стадии формовки партию танталовых анодов формовали постоянным током с амплитудой 1 А до формовочного напряжения U_ф 130 В. При этом через каждые 1-20 c осуществляли прерывание тока на время не менее 1 с.

Ток на аноды подавался от стандартного источника постоянного тока путем разрыва цепи контактами реле РЭС-9, обмотка которого включена в коллекторную цепь транзистора МП-26. В базу транзистора подавалось управляющее напряжение от стандартного генератора Г5-16 с _f 0,25 Гц и длительностью импульса 20 с. Обмотку реле питает стандартный источник напряжения. На второй стадии формовки танталовые аноды формовались при постоянном формовочном напряжении U_ф 130 В в течение 4 ч.

На основе заформованных анодов изготовлены оксидно-полупроводниковые конденсаторы типа К53-18 номинала 32 В х 68 мкФ.

Токи утечки готовой партии конденсаторов не превышали значений 0,5-2 мкА, т.е. они были не более значений 0,002 С_нU_н.

Из приведенных данных видно, что реализация предлагаемого способа изготовления объемно-пористых анодов из вентильных металлов позволяет значительно снизить уровень тока утечки оксидных конденсаторов. Конденсаторы с низким уровнем тока утечки могут быть использованы в интеграторах, реле времени, времязадающих цепях, релаксаторах низких и сверхнизких частот.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБЪЕМНО-ПОРИСТЫХ АНОДОВ ОКСИДНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ из вентильных металлов, включающий формовку в растворах на основе ортофосфорной кислоты в две стадии сначала при постоянном токе до достижения формовочного напряжения, затем при постоянном формовочном напряжении, отличающийся тем, что на первой стадии осуществляют прерывание тока через каждые 1 20 с на время не менее 1 с.

РИСУНКИ

Рисунок 1