DE2425338C3 - Kondensator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kondensator mit einem der Kontaktierung dienenden, aus Kunststoffbinder und leitfahigem Pigment bestehenden Überzug.

Derartige Kondensatoren sind bekannt Der Stand der Technik ergibt sich aus den US-PS 29 83 624, 25 185, 2968 649, 31 32 124 und 30 51 677. Beispielsweise sind Tantalkondensatoren hergestellt worden, in denen eine mit Kunstharz gebundene Silberüberzugsmasse verwendet wurde, die einen Acrylharzbinder enthielt. Solche bekannten Kondensatoren besitzen aufgrund der verwendeten Überzugsmasse eine maximale Grenze der Betriebstemperatur für Langzeitbetrieb von etwa 85 C. Oberhalb dieser Temperatur arbeiten derartige Kondensatoren nicht in zuverlässiger Weise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kondensator mit einem aus Kunststoffbinder und leitfahigem Pigment bestehenden hochtemperaturbeständigen Überzug zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch einen eingangs genannten Kondensator gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Überzug aus 5 bis 20 Gewichtsprozent eines von 200 bis 370 C thermisch stabilen Fluorelastomeren bis 95 Gewichtsprozent eines leitfahigen Pigments und 0 bis 10 Gewichtsprozent Füllmittel besteht.

Der erfindungsgemäße Kondensator besitzt den Vorteil, daß er bei hohen Temperaturen betrieben werden kann, beispielsweise bei einer Temperatur im Bereich von 200-370 C. Die bei den bekannten Kondensatoren verwendeten Überzüge machten einen Betrieb des Kondensators bei derartig hohen Temperaturen unmöglich. Darüber hinaus hat die das Fluorelastomere enthaltende Überzugsmasse den Vorteil, daß sie die Oberfläche, normalerweise eine Graphitschicht, auf die sie bei der Herstellung des Kondensators aufgebracht wird, gut benetzt Die Überzugsmasse trocknet schnell und führt zu einem Überzug, der sich durch die Fähigkeit auszeichnet, vom Lot benetzt, zu werden, was zur Befestigung des Leiters des Kondensators erforderlich ist Darüber hinaus besitzt der Überzug einen niedrigen Verlustfaktor bei Hochfrequenz, beispielsweise bei 1 Megahertz, und eine gute thermische

■ 5 Stabilität während der Lebensdauer des Kondensators. Zum Stand der Technik sei noch die US-PS 35 73 230 erwähnt, die sich mit der Verbesserung der Gleiteigenschaften von elektrisch leitenden Schichten befaßt Um eine derartige Verbesserung der Gleiteigenschaften zu erzielen, wird nach der Lehre dieser Veröffentlichung einem üblichen aus Binder und leitfahigen Partikeln bestehenden Überzugsmaterial ein in feine Teilchen zerteiltes Fluorkohlenstoffpolymer zugesetzt Dieses Fluorkohlenstoffpolymer, beispielsweise ist Polytetrafluorethylen genannt, wird somit nicht als Binder zugesetzt, der die Temperatureigenschaften der Zusammensetzung im wesentlichen bestimmt, sondern als feinkörniger Zusatz zur Verbesserung der Gleiteigenschaften. Demgegenüber wird bei dem erfindungsgemäßen Kondensator das Fluorelastomere in dem Überzug gerade als Binder eingesetzt, der in entsprechender Weise die Temperatureigenschaften des Materials beeinflußt.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung besteht die Anode aus Tantal. Vorzugsweise findet eine gesinterte Tantalpulveranode Verwendung, die mit einem leitfahigen Überzug aus kolloidalem Graphit versehen ist, auf dem der Überzug aus dem thermisch stabilen Fluorelastomeren, dem leitfähigen Pigment und dem Füllmittel angeordnet ist.

Vorzugsweise besteht das leitfahige Pigment aus wenigstens einem feinverteilten Edelmetall oder einer EdelmetfJlegierung oder aus Silber- und Kupferteilchen. Es können auch mit Edelmetall überzogene Teilchen Verwendung finden. Bevorzugte Anwendung finden Silberteilchen. Mengenmäßig sollte das verwendete Pigment in einem Bereich zwischen etwa 80 und etwa 97 Gew.-% des Gesamtfeststoffes des Überzuges vorliegen, vorzugsweise in einem Bereich zwischen etwa 90 und 95 Gew.-%. Dieser untere Grenzwert wird gefordert, um Überzüge zu erhalten, an denen Lot leicht haftet. Dies hängt in einem gewissen Maß von der Größe und Form der Pigmentteilchen und von dem verwendeten Fluorelastomermaterial ab. Wenn der Anteil leitfähiger Teilchen, beispielsweise Silberteilchen, 97 % übersteigt, verliert der Überzug Zusammenhalt und Haftvermögen.

90% des vorzugsweise verwendeten Silberpigmentes besitzt eine Teilchengröße, die einer Siebgröße von 140 Maschen je Zentimeter entspricht; die Fülldichte liegt bei etwa 1 bis 2 Gramm pro cm^J (Scott-Volumenmeßgerät).

Das Fluorelastomermaterial dient speziell dazu, dem Überzug die große thermische Stabilität zu verleihen,

d. h. eine Temperaturbeständigkeit bis etwa 200 bis 370 C. Das verwendete Material sollte diese Hochtemperaturbeständigkeit aufweisen und gleichzeitig die Eigenschaft besitzen, als wirkungsvolles Bindermate-

rial für den Überzug dienen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung finden wenigstens zum Teil aus fluorierten oder fluorierten und chlorierten Olefinpolymeren bestehende Fluorelastomere Verwendung. Besonders geeignete Materialien sind Vinyl/Dlefin-Fluorelastomerpolymere. Vinyl-Fluorcarbonelastomercopolymere, Vlnyliden/Fluor-Olefinelastcinerpolymere und C₂-C₄-Olefin/FIuorcarbonelastomerpolymere und fluorierte Acrylpolymere. Ein bevorzugtes Material ist Vinylidenfluorid/Hexafluorpropylen-Copolyrnerfluorelastomer. Derartige Fluorelastomere sind im Handel erhältlich. Weitere verwendbare Fluorelastomere sind in den US-PS 29 68649, 3051677 und 31 72 124 beschrieben.

Das in dem Überzug verwendete Fluorelastomermaterial sollte vorzugsweise in einer Menge zwischen etwa 5 und etwa 10 Gew.-% vorliegen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält der Ü berrug daher 5 bis 10 Gew.-% Fluorelastomeres, 90 bis 95 Gew.-% leitßhiges Pigment und 0,05 bis 2 Gew.-% Füllmittel.

Das in dem Überzug verwendete Füllmittel liegt in einem Bereich von 0 bis 10Gew.-% des Überzuges vor. Vorzugsweise kommen 0,05 bis 10 Gew.-% Füllmittel zur Anwendung. Besonders als Füllmittel geeignete Materialien sind feinverteilte Materialien aus der Gruppe der Kieselerden und Silikate. Vorzugsweise finden im Handel erhältliches feines weißes SiCVPulver (Teilchengröße 0,015-0,020 μ) und Bentonite Anwendung.

Zur Bildung von Lösungen oder Dispersionen des Überzuges können beispielsweise die nachfolgenden Lösungsmittel bzw. deren Mischungen Anwendung finden: Methyläthyl keton, Aceton, andere Lösungsmittel vom Ketontyp, Ester, Dimethylformamid sowie verschiedene andere organische Lösungsmittel. Ein Rest des Lösungsmittels verbleibt im Überzug, der aus einer Lösung von 1 bis 80 Gew.-% Feststoff hergestellt wird. Das Lösungsmittel wird anschließend ausgetrieben oder verdampft und der aufgetragene Überzug bleibt zurück.

In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensators dargestellt. Der Kondensator 200 besitzt eine Anodenzuleitung 202, die elektrisch isoliert durch einen Deckel 204 geführt ist, so daß sie mit dem Inneren des Kondensators 200 in Verbindung steht Die Anodenzuleitung 202 befindet sich in elektrischem Kontakt mit einer gesinterten Tantalpulveranode 206, die mit einem leitfähigen Überzug 208, beispielsweise einem Überzug aus kolloidalem Graphit, versehen ist. Der Überzug 208 wird von einer thermisch beständigen Dispersionsüberzugsmasse 216 überdeckt Das Äußere des Kondensators 200 ist durch das die Kathodenverbindung 218 darstellende Lot mit dem Überzug 216 verbunden. Die Katbodenverbindung 218 endet durch den becherartigen Unterteil 219 in der Kathodenzuleitung 220. Der thermisch stabile Dispersionsüberzug 216 verleiht dem Kondensator die vorstehend erwähnten vorteilhaften Eigenschaften.

Die zur Bildung des Überzuges 216 verwendete Lösung enthält zwischen etwa 5 und etwa 80 Gew.-% des den Überzug bildenden festen Stoffes. Vorzugsweise wird der Feststoffanteil in einem Bereich zwischen etwa 45 und 70 Gew.-% gehalten.

Die beschriebene Überzugszusammensetzung wird während der Herstellung des Kundensators aufgebracht und liefert eine Oberfläche, an der eine elektrische Leitung leicht verlötet weiden kann.

Das Widerstandsverhalten der Überzugszusammensetzungen, beispielsweise des Überzuges 216, wurde dadurch ermittelt, daß getrocknete oder ausgehärtete

Überzüge unter gleichmäßigen Bedingungen hergestellt werden, wonach Messungen des elektrischen Widerstandes durchgeführt werden konnten. Vorteilhafterweise wurden die Überzüge mit einer Messerauftragvorrichtung aufgebracht, die auf einer Glasplatte

ίο Schichten vorbestimmter Dicke bildete. Die folgenden Messungen wurden an einem trockenen Überzug vorgenommen, der 10 Minuten bei etwa 150 C aushärtete.
Es wurde gefunden, daß die elektrischen Eigenschaften der beschriebenen Überzugszusammensetzungen diese für den Gebrauch in Kondensatoren hochgeeignev machen.

Der elektrische Widerstand der folgenden Beispiele wurde mittels einer speziellen Vorrichtung in Ohm gemessen. Die Widerstandsmessung wurde mit einem geeigneten Präzisionsmilliohmmeter durchgeführt Diese Werte geben die relativen elektrischen Leitfähigkeiten dieser Materialien wieder.

Beispiel 1

Silbeipigment

Fluorelastomer

Methylethylketon

Gew.-Teile

90,91

9,09

62,33

	162,33	166,68	166,68
Widerstand	0,19 Ohm bei	0,15 Ohm bei	0,3 Ohm bei
	0,0254 mm Dicke	0,0254 mm Dicke	0,0254 mm Dicke
Lötbarkeit	gut	hervorragend	gut
	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4
	Gew.-Teile	Gew.-Teile	Gew.-Teile
Silberpigment	93,35	93,35	95,0
Fluorelastomer	6,65	6,65	5,0
Methylethylketon 66,68	Methyläthyl keton 66,68	Methyläthylketon 35,7
Widerstand	Widerstand
Lötbarkeit	Lötbarkeit
Silberpulver	Siiberpulver
Fluorelastomer	Fluorelastomer

Widerstand

Lötbarkeit

135.7

0,12 Ohm bei
0,0254 mm Dicke

sehr nut

Silberpulver

Fluorelastomer

Methyläthylketon

Beispiel 5

Gcw.-Teilc

93,35
6,65
23,34

	123,34
Widerstand	0,152 Ohm bei 0,0254 mm Dicke
Lötbarkeit	gut
	Beispiel 6
	Gew.-Teile
Silberpulver 90,32 Fluorelastomer 9,68 Methyläthylketon 77,42

Widerstand

Lötbarkeit

177,42

0,23 Ohm bei
0,0254 mm Dicke

hervorragend

Alle obigen Überzugsbeispiele wurden auf eine Glasplatte mit einem 0,075-mm-Messerblatt aufgebracht und Minuten bei 150 C ausgehärtet. Alle Ansätze wurden in geeigneten Kugel oder Flintsteinmühlen hergestellt. Diese Überzugsmassen wurden in üblicher Weise an Tantalkörpern angebracht und dann auf den Verlustfaktor untersucht Der Impedanzwert des Materials aus Beispiel 6, angebracht am Tantalkörper, betrug 0,485 (bei Resonanzfrequenz des Tantalkondensators und Raumtemperatur).

Beispiel 7

Ein Tantal kondensator wurde hergestellt, indem zunächst auf einen Tantaldraht ein gesinterter Tantalkörper aufgebracht wurde, der ein Ende des Tantaldrahtes umgibt. Der Tantalanschlußdraht wurde dann zur Weiterverarbeitung mn einer Zuleitung verschweißt. Während des Sintervorganges unter oxidierenden Bedingungen bildete sich eine Tantaloxidschicht, die die Tantaloberfläche des Körpers übi rzog. Nachfolgend wurde eine Mangandioxidschicht auf dem Körper ausgebildet, indem dieser mehrmals in eine Mangannitratlösung getaucht und zur Ausbildung einer Oxidschicht pyrolysiert wurde. Sodann wurde ein Graphitüberzug durch Eintauchen in eine zehnprozentige wäßrige Lösung von kolloidalem Graphit aufgebracht und danach luftgetrockneL Die spezielle, thermisch stabile Überzugsmasse gemäß Beispiel 1 wurde als nächste Schicht durch ein- oder zweifaches Eintauchen in eine gemäß dem obigen Beispiel zusammengesetzte Überzugsdispersion aufgebracht und sodann luftgetrockneL Darauf wurde durch Eintauchen in ein geschmolzenes Lotbad ein Lotüberzug aufgebracht. Zum Schluß wurde der Kondensator in ein Gehäuse eingebaut, wie aus der Figur ersichtlich, oder der Kondensator wurde in eine Epoxydvergußmasse eingetaucht, nachdem ein Zufuhrungsdraht mit dem Lot verbunden worden war.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Kondensator mit einem der Kontaktierung dienenden, aus Kunststoffbinder und leitfähigem Pigment bestehenden Überzug, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus 5 bis 20 Gewichtsprozent eines von 200 bis 370 C thermisch stabilen Fluorelastomeren, 80 bis 95 Gewichtsprozent eines leiti»higen Pigments und 0 bis 10 Prozent Füllmittel besteht

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus Tantal besteht

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfahige Pigment aus wenigstens einem fein verteilten Edelmetall oder einer Edelmetallegierung oder aus Silber- und Kupferteilchen besteht

4. Kondensator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluorelastomere wenigstens zum Teil aus fluorierten oder fluorierten und chlorierten Olefinpolymeren besteht

5. Kondensator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmittel wenigstens zum Teil aus fein verteilten Kieselerden oder Silikaten besteht

6. Kondensator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmittel in einem Anteil von 0,05 bis 10 Gewichtsprozent vorliegt

7. Kondensator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug 5 bis 10 Gewichtsprozent Fluorelastomeres, 90 bis 95 Gewichtsprozent leitfähiges Pigment und 0,05 bis 2 Gewichtsprozent Füllmittel enthält.