Способ получения переходного катодного слоя в оксидно-полупроводниковом конденсаторе
Изобретение относится к производству оксидно-полупроводниковых конденсаторов с объемно-пористым анодом из вентильных металлов. Согласно изобретению способ заключается в нанесении углеродного электропроводного покрытия на конденсаторный элемент между слоем твердого полупроводникового электролита и слоем металлического покрытия, в качестве углеродного электропроводного покрытия применяют лакосажевую суспензию, состоящую из лака на основе терефталевой смолы и сажеграфитовой электропроводной суспензии, в состав которой входят, кроме отожженного графита, отожженная сажа и просушенная сажа. Техническим результатом изобретения является получение слоя переходного покрытия с лучшей адгезией и сведение к минимуму дефектов, связанных с отслаиванием покрытия. 6 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к производству изделий электронной техники, конкретно к производству конденсаторов, более конкретно к производству оксидно-полупроводниковых конденсаторов с объемно-пористым анодом из вентильных металлов, например тантала, ниобия и т.д.
Переходной катодный слой наносят в виде электропроводного покрытия с целью снижения переходного сопротивления между полупроводниковым слоем, например диоксида марганца, являющимся твердым электролитом и выполняющим функцию катодной обкладки конденсатора, и слоем металлического покрытия, например меди, служащим в качестве контактного покрытия, необходимого для обеспечения впайки конденсаторного элемента в корпус. По традиционной технологии в качестве переходного слоя наносят углеродное электропроводное покрытие, как правило графитовое, в частности из коллоидного графита.
Известен способ, описанный в патенте US 6529366, кл. H 01 G 9/00, опубл. 04.03.2003, согласно которому в конденсаторе с твердым электролитом на слое диоксида марганца создают слой графита, который состоит из слоя, сформированного нанесением водного раствора графита, и слоя, сформированного нанесением органического графита. Слой графита подвергают отжигу при температуре 230-300°С, чтобы снять термические напряжения между катодными слоями и тем самым предотвратить увеличение импеданса.
Примененное здесь покрытие водным раствором графита в качестве переходного катодного слоя дает недостаточную адгезию покрытия, что снижает его качество и приводит к такому дефекту, как отслоение покрытия.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности (прототипом) является способ получения переходного катодного слоя из графита путем нанесения водного раствора препарата коллоидно-графитового сухого марки С-1 ТУ 113-08-48-63-90, который применяли при изготовлении конденсатора К53-4 ЕВАЯ.673547.010СБ, где сначала наносили первый слой графита путем окунания конденсаторных элементов в 10%-ный водный раствор этого препарата с последующей сушкой при комнатной температуре не менее 15 минут, а затем наносили второй слой графита путем окунания конденсаторных элементов в 15%-ный раствор этого же препарата с последующей сушкой при температуре 150±10°С не менее 30 минут и выдержкой при комнатной температуре до остывания.
Здесь проявляется тот же самый недостаток, связанный с отслоением покрытия из-за недостаточной адгезии графитового слоя.
Задача изобретения - получить более качественное переходное катодное покрытие в части сведения к минимуму указанного дефекта.
Эта задача решается в предлагаемом способе путем нанесения углеродного покрытия, имеющего сложный состав, где графит является одним из ингредиентов, с получением технического результата, заключающегося в радикальном улучшении адгезии наносимого слоя.
Для достижения этого технического результата применяют лакосажевую суспензию, состоящую из лака на основе терефталевой смолы и сажеграфитовой электропроводной суспензии из технического углерода (далее - сажа), как отожженного, так и просушенного, и отожженного графита.
Предлагаемое изобретение осуществлено в серийном производстве на ОАО "Элеконд", г.Сарапул.
Технологический процесс получения переходного катодного слоя в оксидно-полупроводниковых конденсаторах по предлагаемому способу заключается в приготовлении лакосажевой суспензии и нанесении ее на конденсаторный элемент поверх полупроводникового слоя твердого электролита.
Приготовление лакосажевой суспензии включает в себя следующие этапы и режимы:
1. Приготовление лака на основе терефталевой смолы, для чего раздробленную на куски размером 5-10 мм терефталевую смолу ТФ-4 марки П ТУ6-10-1578-76 помещают в емкость в количестве 1000 г и заливают циклогексаноном в количестве 1300 мл, которую при плотно закрытой крышке ставят на "водяную баню" и выдерживают при температуре 80-90°С при периодическом помешивании до полного растворения смолы (примерно 2-3 часа). Получившийся лак фильтруют через 2 слоя марли.
2. Приготовление сажеграфитовой электропроводной суспензии из подготовленных саж и графита, когда предварительно производят сушку сажи марки П324 ГОСТ 7885-86 в электрошкафу при температуре 210±15°С в течение 2 часов, поместив ее на противень, а отжиг сажи марки П803 ГОСТ 7885-86 и графита в виде препарата коллоидно-графитового сухого марки С-1 ТУ 113-08-48-63-90 - в электропечи при температуре 1300±50°С в течение 2-3 часов, поместив их в отдельные герметизированные кварцевые тигли, после чего в барабан шаровой мельницы загружают отожженную сажу марки П803 в количестве 30 г, отожженный графит С-1 в количестве 18-25 г и просушенную сажу марки П324 в количестве 20 г, а также циклогексанон в количестве 160 мл, затем добавляют стальные шарики диаметром 10-12 мм в количестве 1,5 кг на 1 л объема и производят помол в течение 24 часов с определенной скоростью вращения. Необходимую скорость вращения барабана (n) рассчитывают по формуле: 
где D - внутренний диаметр барабана, измеренный в метрах.
3. Теперь к образовавшейся в барабане сажеграфитовой электропроводной суспензии добавляют лак на основе терефталевой смолы в количестве 100 г и снова производят помол в течение 24 часов. Полученную лакосажевую суспензию фильтруют через 3 слоя марли.
Нанесение лакосажевой суспензии, рабочая вязкость которой должна быть 5,5-7,5 секунд, осуществляют в условиях, обеспечивающих ее вибрацию. Через 1 час после включения режима вибрации рейку с конденсаторными элементами опускают в лакосажевую суспензию и выдерживают в ней конденсаторные элементы до полного смачивания (примерно 2-3 секунды). Затем излишек лакосажевой суспензии удаляют путем промокания пенополиуретаном и сушат конденсаторные элементы на воздухе не менее 15 минут. Всего наносят 3 таких слоя. После нанесения третьего слоя конденсаторные элементы сушат на воздухе не менее 30 минут, затем в сушильном шкафу при температуре 210±10°С в течение 55-65 минут, после чего выдерживают их при комнатной температуре до остывания.
В таблице 1 представлены данные по отбракованным конденсаторным элементам, для примера конденсаторов К53-52, после выполнения операции нанесения переходного катодного слоя по предлагаемому способу (нанесение лакосажевой суспензии) и способу-прототипу (нанесение графита).
| Таблица 1 | ||||||
| № партий п/п | Нанесение лакосажевой суспензии | Нанесение графита | ||||
| Количество конденсаторных элементов, шт. | Доля брака, % | Количество конденсаторных элементов | Доля брака, % | |||
| поступило на операцию | отбраковано после выполнения операции | поступило на операцию | отбраковано после выполнения операции | |||
| 1 | 367 | 1 | 0,27 | 365 | 2 | 0,55 |
| 2 | 367 | 3 | 0,82 | 440 | 3 | 0,68 |
| 3 | 367 | 1 | 0,27 | 418 | 5 | 1,20 |
| 4 | 364 | 1 | 0,28 | 440 | 4 | 0,91 |
| 5 | 367 | 2 | 0,54 | 439 | 3 | 0,68 |
| 6 | 355 | 1 | 0,28 | 404 | 11 | 2,72 |
| 7 | 367 | 2 | 0,54 | 396 | 10 | 2,52 |
| 8 | 365 | 3 | 0,82 | 186 | 0 | 0 |
| 9 | 365 | 1 | 0,27 | 186 | 2 | 1,08 |
| 10 | 367 | 0 | 0 | 186 | 2 | 1,08 |
| 11 | 367 | 0 | 0 | 187 | 3 | 1,60 |
| 12 | 367 | 0 | 0 | 364 | 21 | 5,77 |
| 13 | 367 | 0 | 0 | 356 | 0 | 0 |
| 14 | 364 | 0 | 0 | 431 | 5 | 1,16 |
| 15 | 367 | 2 | 0,54 | 438 | 21 | 4,79 |
| 16 | 346 | 0 | 0 | 396 | 1 | 0,25 |
| 17 | 367 | 1 | 0,27 | 366 | 4 | 1,09 |
| 18 | 367 | 0 | 0 | 358 | 0 | 0 |
| 19 | 347 | 2 | 0,58 | 424 | 5 | 1,18 |
| 20 | 304 | 5 | 1,64 | 440 | 4 | 0,91 |
| Итого: | 7214 | 25 | 0,35 | 7220 | 106 | 1,47 |
В таблице 2 представлены данные замеров электрических параметров, таких как ток утечки (Iут) и тангенс угла диэлектрических потерь (tg δ), по результатам периодических испытаний на виброударопрочность и холодоустойчивость (группа П-4 по ОСТ В 11 0025-84) конденсаторов К53-52, изготовленных по предлагаемому способу и способу-прототипу, например номинала 16В × 68 мкФ.
| Таблица 2 | ||||
| № испытуемого образца п/п | Электрические параметры | |||
| Iут, мкА | tg δ, % | Iут, мкА | tg δ, % | |
| Виброударопрочность | Холодоустойчивость | Виброударопрочность | Холодоустойчивость | |
| Нанесение лакосажевой суспензии | Нанесение графита | |||
| 1 | 2 | 3,1 | 4 | 4,2 |
| 2 | 2 | 2,8 | 4 | 4,8 |
| 3 | 2 | 3,1 | 4 | 4,8 |
| 4 | 2 | 3,5 | 4 | 4,4 |
| 5 | 2 | 3,2 | 2 | 4,8 |
| 6 | 2 | 3,6 | 2 | 5,3 |
| 7 | 2 | 2,9 | 2 | 5,3 |
| 8 | 2 | 4,1 | 3 | 9 |
| 9 | 2 | 3,9 | 3 | 8,5 |
| 10 | 2 | 3,2 | 3 | 4,5 |
| 11 | 2 | 2,2 | 4 | 5 |
| 12 | 2 | 3,4 | 4 | 7 |
| 13 | 2 | 2 | 4 | 7,5 |
| В среднем | 2 | 3,15 | 3,46 | 5,78 |
Из представленных в таблице 1 данных видно, что количество забракованных конденсаторных элементов при нанесении покрытия по предлагаемому способу (с применением лакосажевой суспензии) примерно в 4 раза меньше, чем по способу-прототипу (с применением графита). Из данных таблицы 2 видно, что конденсаторы, в которых применялась лакосажевая суспензия, имеют лучшие электрические параметры по сравнению с конденсаторами, в которых применялся графит, - величины Iут и tg δ понизились примерно в 1,7 раза. Таким образом, налицо радикальное улучшение качества покрытия лакосажевой суспензией по предлагаемому способу относительно покрытия графитом по способу-прототипу.
1. Способ получения переходного катодного слоя в оксидно-полупроводниковом конденсаторе, заключающийся в нанесении углеродного электропроводного покрытия на конденсаторный элемент между слоем твердого полупроводникового электролита и слоем металлического покрытия, отличающийся тем, что в качестве углеродного электропроводного покрытия применяют лакосажевую суспензию, состоящую из лака на основе терефталевой смолы и сажеграфитовой электропроводной суспензии, в состав которой входит, кроме отожженного графита, отожженная сажа и просушенная сажа.
2. Способ по п.2, отличающийся тем, что наносят три слоя лакосажевой суспензии с удалением ее излишка с помощью пенополиуретана путем промокания, причем первые два слоя сушат на воздухе не менее 15 мин, а третий слой сушат сначала на воздухе не менее 30 мин, а затем в сушильном шкафу при температуре 210±10°С в течение 55-65 мин, после чего конденсаторные элементы выдерживают при комнатной температуре до остывания.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что лакосажевая суспензия находится в условиях вибрации.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что лак на основе терефталевой смолы готовят путем прогревания на "водяной бане" смеси из измельченной терефталевой смолы ТФ-4 марки П ТУ 6-10-15 78-76 в количестве 1000 г и циклогексанона в количестве 1300 мл при помешивании до полного растворения смолы.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что лакосажевую суспензию получают в течение 24 ч. в шаровой мельнице при определенной скорости вращения барабана, добавляя лак на основе терефталевой смолы в количестве 100 г к сажеграфитовой электропроводной суспензии в том количестве, которое предварительно получают также в шаровой мельнице путем помола в течение 24 ч при той же скорости вращения барабана, для чего в барабан мельницы загружают отожженную сажу марки П803 ГОСТ 7885-86 в количестве 30 г, просушенную сажу марки П324 ГОСТ 7885-86 в количестве 20 г, отожженный графит в виде коллоидно-графитового препарата сухого марки С-1 ТУ 113-08-48-63-90 в количестве 18-25 г и циклогексанон в количестве 160 мл, а также стальные шарики диаметром 10-12 мм в количестве 1,5 кг на 1 л объема и производят помол.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что отжиг сажи марки П803 и препарата коллоидно-графитового сухого марки С-1 производят в электропечи при температуре 1300±50°С в течение 2-3 ч, предварительно поместив их в отдельные герметизированные кварцевые тигли, а просушивание сажи марки П324 - в электрошкафу при температуре 210±15°С в течение 2 ч, предварительно поместив ее на противень.
7. Способ по п.5, отличающийся тем, что необходимую скорость вращения барабана шаровой мельницы (n) рассчитывают по формуле: 
об./мин, где D - внутренний диаметр барабана, измеренный в метрах.
