DE68914955T2

DE68914955T2 - Festelektrolytkondensator.

Info

Publication number: DE68914955T2
Application number: DE68914955T
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Irikura; Yasuhiro Kobashi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-12-07
Filing date: 1989-12-06
Publication date: 1994-12-01
Anticipated expiration: 2009-12-07
Also published as: EP0372519A3; EP0372519A2; US5005107A; KR900010832A; DE68914955D1; KR920010629B1; EP0372519B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Festelektrolytkondensator (siehe beispielsweise DE-A-28 06 395).

2. Beschreibung des Standes der Technik:

Festelektrolytkondensatoren besitzen normalerweise die in der Fig. 1 gezeigte Konstruktion. Dieser Festelektrolytkondensator besteht aus einer Elektrode 2, die mit einer Anodenleitung 1 versehen ist; einem dielektrischen Oxidfilm 3, einer Festelektrolytschicht 4, einer Kohlenstoffschicht 5, und einer Kathodenschicht 6, die nacheinander auf der Oberfläche der Elektrode 2 ausgebildet sind; einem positiven Anschluß 7, der an die Anodenleitung 1 angeschlossen ist; und einem negativen Anschluß 8, der an die Kathodenschicht 6 mittels eines elektrisch leitenden Klebers 9 angeschlossen ist.
Ein Kondensator dieses Typs kann z.B. in der nachfolgenden Weise hergestellt werden. Zuerst wird die isolierende Platte 210 an den Grundabschnitt der Tantal- Anodenleitung 1 der porösen Tantalelektrode 2 angesetzt, und dann wird der dielektrische Tantaloxidfilm 3 durch anodische Oxidation auf der Oberfläche der porösen Tantalelektrode 2 ausgebildet. Als nächstes werden die aus Magnesiumdioxid hergestellte Festelektrolytschicht 4 und die Kohlenstoffschicht 5 nacheinander auf der Oberfläche dieses dielektrischen Filmes 3 aus Tantaloxid ausgebildet. Anschließend wird ein elektrisch leitendes Beschichtungsmaterial, das Silber, Kupfer, Nickel oder Kohlenstoffpulver, etc., ein Polymer und ein organisches Lösungsmittel enthält, aufgetragen und getrocknet, um die Kathodenschicht 6 auszubilden und so das Kondensatorelement 200 zu erhalten. Als nächstes wird die Tantal-Anodenleitung 1 dieses Kondensatorelements 200 durch Schweissen mit dem positiven Anschluß 7 verbunden, und dann wird die Kathodenschicht entweder durch Löten oder durch Auftragen eines elektrisch leitenden Klebers 9, der Silber, Kupfer, Nickel oder Kohlenstoffpulver, etc., ein Polymer und ein organisches Lösungsmittel enthält und nachfolgendes Trocknen mit dem negativen Anschluß 8 verbunden. Als nächstes wird das Kondensatorelement 200 mit Plastik bzw. Kunststoff 10 durch das Schmelzverfahren in einer solchen Weise bedeckt, daß der positive Anschluß 7 und der negative Anschluß 8 in entgegengesetzte Richtungen zueinander verlaufen. Wenn es erforderlich ist, sind die Anschlüsse 7 und 8 des Kondensators, die in entgegengesetzte Richtungen erstreckt sind, nach innen in einer Abwärtsrichtung relativ zu dem Körper des Kondensators gebogen, um sich so an die End- und Boden- bzw. Grundflächen des Kondensators anzupassen.
Bei dem oben aufgezeigten üblichen Typ eines Festelektrolytkondensators tritt eine Migration bzw. Wanderung von Silber auf, wenn entweder die Kathodenschicht 6 oder der elektrisch leitende Kleber 9 aus Silberpulver und einem Polymer zusammengesetzt sind, sobald der Kondensator Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit ausgesetzt wird, was Kurzschlußausfälle und große Stromleckagen ergibt.
Andererseits, wenn die Kathodenschicht 6 und der elektrisch leitende Kleber aus Kupferpulver und einem Polymer oder aus Nickelpulver und einem Polymer bestehen, dann wandert das Kupfer oder Nickel nicht, wie dies Silber tut, selbst unter Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit. Jedoch steigt der Wert von tan δ-Wert bei hohen Temperaturen und hoher Feuchtigkeit an, da Kupfer- und Nickelpulver leicht oxidieren.
Wenn die Kathodenschicht 6 und der elektrisch leitende Kleber 9 aus Kohlenstoffpulver und einem Polymer zusammengesetzt sind, dann tritt das Wandern, wie es in dem Falle von Silber geschieht, sogar unter Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit nicht auf. Jedoch ist der Anfangswert von tan δ extrem groß, weil der spezifische Widerstand von Kohlenstoffpulver im Vergleich mit dem der zuvor aufgezeigten Metallpulver groß ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Festelektrolytkondensator nach dieser Erfindung, welcher die oben erörterten und zahlreiche andere Nachteile und Unzulänglichkeiten des Standes der Technik überwindet, weist auf eine Elektrode, die mit einer Anodenleitung versehen ist; einen dielektrischen Oxidfilm, eine Festelektrolytschicht, eine Kohlenstoffschicht, und eine Kathodenschicht, welche nacheinander nach auf der Oberfläche der Elektrode ausgebildet sind; einen positiven Anschluß, der mit der Anodenleitung verbunden ist; und einen negativen Anschluß, der mit der Kathodenschicht mittels eines elektrisch leitenden Klebers verbunden ist; wobei die Kathodenschicht und/oder der elektrisch leitende Kleber ein Polymer und ein elektrisch leitendes Pulver, das Palladium enthält, aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das elektrisch leitende Pulver ein flockiges bzw. Blättchen-Palladiumpulver mit Korndurchmessern von 1 bis 30 um.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das elektrisch leitende Pulver ein palladiumbeschichtetes Metallpulver, das durch Ausbilden einer Beschichtungslage aus Palladium mit einer Dicke von 0,1 bis 2 um auf der Oberfläche jedes Körnchens eines elektrisch leitenden flockigen bzw. Blättchen-Pulvers erhalten wird, welches aus einem Metall mit höherer elektrischer Leitfähigkeit als die von Palladium besteht, wobei das Körnchen bzw. die Körnchen einen Durchmesser von 1 bis 50 um aufweisen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das elektrisch leitende Pulver ein palladiumbeschichtetes Graphitpulver, das durch Ausbilden einer 0,1 bis 0,2 um dicken Beschichtungslage aus Palladium auf der Oberfläche jedes Körnchens des flockigen bzw. Blättchen-Graphitpulvers mit Korndurchmessern von 1 bis 50 um erhalten wird.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das elektrisch leitende Pulver eine Mischung aus Palladiumpulver und einem Graphitpulver.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das elektrisch leitende Pulver eine Mischung aus Palladiumpulver und einem palladiumbeschichteten Graphitpulver, das durch Ausbilden einer Beschichtungslage aus Palladium auf der Oberfläche jedes Körnchens des Graphitpulvers erhalten wird.
Folglich ermöglicht die vorliegende Erfindung die Ziele: (1) einen Festelektrolytkondensator zur Verfügung zu stellen, bei dem der Anfangswert von tan δ klein ist und der Wert sich auch nicht verändert, selbst wenn der Kondensator Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit ausgesetzt wird; und (2) einen Festelektrolytkondensator zur Verfügung zu stellen, der äußerst unempfindlich gegenüber Kurzschlußausfällen ist und nur eine sehr kleine Änderung des Ieckstromes zeigt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese Erfindung kann besser verständlich werden und ihre zahlreichen Aufgaben und Vorteile werden den Fachleuten durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, wie folgt:
Figur 1 ist ein Längsschnitt, der die Konstruktion eines üblichen Festelektrolytkondensators vom Chip-Typ zeigt.
Figur 2 ist ein Längsschnitt, der die Konstruktion eines Festelektrolytkondensators vom Chip-Typ nach der vorliegenden Erfindung darstellt.
Figur 3 zeigt die charakteristischen Kurven der Beziehung zwischen den Gewichtsverhältnissen der verschiedenen elektrisch leitenden Pulver (von Körnchen- oder Flocken- bzw. Blättchenforn) und Polymeren, die in den leitenden Beschichtungsmaterialien enthalten sind, und dem elektrischen Widerstand der Beschichtungen, die aus den Beschichtungsmaterialien ausgebildet sind.
Figur 4 stellt die charakteristische Kurve der Beziehungen zwischen der Korngröße der verschiedenen elektrisch leitenden Pulver und dem elektrischen Widerstand von Beschichtungen dar, die aus den Beschichtungsmaterialien, die die Pulver enthalten, ausgebildet sind.
Figur 5 zeigt Kurven der Ergebnisse von Feuchtigkeitswiderstandstests für Beschichtungen, die elektrisch leitende Pulverkörnchen enthalten, die mit verschiedenen Palladiumdicken beschichtet sind.
Figur 6 zeigt Kurven, der Beziehung zwischen dem Mischungsverhältnis in einem elektrisch leitenden Pulver und dem elektrischen Widerstand einer Beschichtung, die das elektrisch leitende Pulver enthält, wobei das elektrisch leitende Pulver eine Mischung aus Graphitpulver und Palladiumpulver (angedeutet durch einen Buchstaben G) oder eine Mischung aus palladiumbeschichtetem Graphitpulver und Palladiumpulver (angedeutet durch einen Buchstaben H) ist.
Figur 7 zeigt Kurven der Beziehungen zwischen den Gewichtsverhältnissen von Palladiumpulver und Graphitpulver oder Palladiumpulver und palladiumbeschichtetem Graphitpulver, die in den leitenden Beschichtungsmaterialien enthalten sind, und dem elektrischen Widerstand von Beschichtungen, die diese Mischungen enthalten.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung werden unten im einzelnen unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Die Figur 2 ist eine Schnittansicht in Längsrichtung, die einen Festeloektrolytkondensator nach dieser Erfindung zeigt. Dieser Kondensator weist auf eine Elektrode, die mit einer Anodenleitung versehen ist; einen dielektrischen Oxidfilm, eine Festelektrolytschicht, eine Kohlenstoffschicht und eine Kathodenschicht, welche nacheinander auf der Oberfläche der Elektrode ausgebildet sind; einen positiven Anschluß, der an die Anodenleitung angeschlossen ist; und einen negativen Anschluß, der an die Kathodenschicht mittels eines elektrisch leitenden KIebers angeschlossen ist. Die Konstruktion bzw. Struktur dieses Kondensators ist identisch mit der des üblichen Festelektrolytkondensators, der in Figur 1 gezeigt ist, jedoch sind die Materialien, die die Kathodenschicht 16 (entspricht der Bezugszahl 6 in Figur 1) und den elektrisch leitenden Kleber 19 (entspricht der Bezugszahl 9 in Fig. 1) bilden, unterschiedlich. Im folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen 1 bis 5 beschrieben.
Die erste Ausführungsform des vorliegenden Festelektrolytkondensators kann z.B. in der folgenden Weise hergestellt werden. Zuerst werden 100 mg Tantalpulver in einem zylindrischen Behälter plaziert, und anschließend wird ein Tantaldraht mit einem kreisförmigen Querschnitt und einem Durchmesser von 0,3 mm entlang der Achse der Tantalpulvermasse vergraben bzw. versenkt. Dieser Tantaldraht dient als die Tantalanodenleitung 11. Diese Pulvermasse wird durch ein übliches Verfahren gesintert, wodurch die poröse Tantalektrode 12 zur Verwendung bei 35 Volt und einer Kapazität von 6,8 uF ausgebildet wird. Als nächstes wird diese Elektrode aus dem zylindrischen Behälter entnommen, und die isolierende Platte 110 wird auf dem Grundabschnitt der Tantalanodenleitung 11 montiert, wonach der dielektrische Tantaloxidfilm 13 ausgebildet wird, und anschließend wird die Festelektrolytschicht 14, die aus Magnesiumdioxid hergestellt ist, ausgebildet, um so die Elektrode 12 abzudecken. Die Kohlenstoffschicht 15 wird dann so ausgebildet, daß sie die Festelektrolytschicht 14, mit Ausnahme von deren Endfläche, wo die Anodenleitung vorsteht, abdeckt. Getrennt werden flockiges bzw. blattartiges Palladiumpulver mit Korndurchmessern von 5 um, Methylmethacrylsäureesterharz und Xylol als Losungsmittel in dem Gewichtsbereich von 8,5:1,5:3,0 zusammengemischt, und die Mischung wird mit einem Drei-Rollen-Kneter geknetet, um das elektrisch leitende Beschichtungsmaterial für die Kathodenschicht 16 vorzubereiten. Auch werden flockiges bzw. blättchenartiges Pallaciiumpulver mit Korndurchmessern von 5 um, Bisphenolepoxidharz, ein Phenol-Bindemittel, Imidazol und Butylcellosolve in dem Gewichtsbereich von 85:9,1:5,9:0,1:15 zusammengeknetet, um das elektrisch leitende Beschichtungsmaterial für den elektrisch leitenden Kleber 19 vorzubereiten.
Als nächstes wird das elektrisch leitende Beschichtungsmaterial für die Kathodenschicht 16 durch ein Tauchverfahren auf der Oberfläche der Kohlenstoffschicht 15 mit Ausnahme des Abschnitts, wo die Anodenleitung vorsteht, aufgetragen. Anschließend wird die Beschichtung, nachdem sie für 30 Minuten bei Raumtemperatur gestanden hat, bei 120ºC für eine Stunde getrocknet, um die Palladiumkathodenschicht 16 zu bilden und so das Kondensatorelement 100 zu erhalten. Andererseits wird das zuvor zum Bilden des elektrisch leitenden Klebers 19 vorbereitete elektrisch leitende Beschichtungsmaterial auf dem negativen Anschluß 18 mittels eines Auftragsgerätes aufgetragen. Der positive Anschluß 17 wird dann an das Ende der Anodenleitung 11 angeschweißt. Als nächstes wird der negative Anschluß 18, der mit dem Kleber 19 beschichtet ist, auf der peripheren Oberfläche des Kondensatorelements 100 in einer solchen Weise befestigt, daß der negative Anschluß 18 in der Richtung entgegengesetzt zu dem positiven Anschluß 17 vorsteht. Dann werden die Tantalanodenleitung 11 und der positive Anschluß 17 durch Schweißen verbunden, wonach die Anordnung für eine Stunde bei 180ºC getrocknet wird, während ein leichter Druck angelegt bzw. ausgeübt wird, um sicherzustellen, daß die Kathodenschicht 16 des Kondensatorelements 100 sicher mit dem negativen Anschluß 18 über den elektrisch leitenden Kleber 19 verbunden wird. Als nächstes wird die Anordnung in eine Übertragungsform bzw. Abgußform gesetzt, und der Kunststoff 20 wird in einer solchen Weise aufgebracht, daß sich der positive Anschluß 17 und der negative Anschluß 18 in entgegengesetzte Richtungen zueinander erstrecken. Dann werden die Anschlüsse 17 und 18 in Richtung zur Innenseite in einer abwartigen Richtung relativ zu dem Körper des Kondensators gebogen, um so an die End- und Boden- bzw. Grundflächen des Kondensators angepaßt zu werden.
Bei dem Festelektrolytkondensator, der in der obigen Weise aufgebaut ist, kann der Widerstand anstelle des tan δ verwendet werden. Deshalb kann die Form und die Korngröße des bei der Vorbereitung des elektrisch leitenden Beschichtungsmaterials zu der Ausbildung der Kathodenschicht 16 und des elektrisch leitenden Klebers 19 wie auch das Gewichtsverhältnis des elektrisch leitenden Pulvers und des Polymers, etc. durch Be- bzw. Auswertung des Widerstandes von Beschichtungen bestimmt werden, die aus den Beschichtungsmaterialien ausgebildet sind.
Die flockigen bzw. blattartigen Palladiumkörnchen und das Methylmethacrylat- bzw. der Methylmethacrylsäureester-Harz, die in der Kathodenschicht und dem elektrisch leitenden Kleber des oben aufgezeigten Kondensators verwendet werden, werden in vorbestimmten Verhältnissen gemischt, Xylol wurde hinzugefügt, und diese Mischung wurde zur Form eines Beschichtungsmaterials geknetet, die mit einer Dicke von 200 um auf eine Fläche von 1 cm² auf einer Glasgrundplatte aufgetragen und bei 120ºC für 30 Minuten getrocknet wurde. Dann wurde der elektrische Widerstand dieser Beschichtung gemessen. Das Mischungsverhältnis der oben erwähnten flockigen bzw. blattarrigen Palladiumkörnchen und des Methylmetacrylsäureesterharzes wurden verändert, und die elektrischen Widerstände der entsprechenden Beschichtungen wurden gemessen, wobei die Ergebnisse durch die Kurve A in Figur 3 gezeigt werden. Andererseits wurde ein Pulver, das aus sphärischen Palladiumkörnchen mit mittleren Durchmessern von 5 um zusammengesetzt ist, anstelle der flockigen bzw. blattartigen Palladiumkörnchen verwendet, und Widerstandsmessungen wurden in der gleichen Weise mit dem durch die Kurve D in Figur 3 gezeigten Ergebnis durchgeführt. Die Daten in Figur 3 zeigen eindeutig, daß die oben aufgezeigten elektrisch leitenden Pulver in zweckmäßiger Weise für ein Anodenmaterial verwendet werden können, wenn das Gewichtsverhältnis von Palladiumpulver zum Methylmetacrylsäureesterharz in dem Bereich von 9,5:0,5 bis 6,0:4,0 liegt. Jedoch ist in diesem Falle, wenn die Menge des Palladiumpulvers zu groß ist, die Klebefestigkeit verringert. Folglich ist ein sorgfäitiges Augenmerk erforderlich, um die Menge an Palladiumpulver zu bestimmen. Im Hinblick auf die Form des Palladiumpulvers zeigen die Daten, daß flockige bzw. blattartige Körnchen den sphärischen Körnchen vorzuziehen sind.
Als nächstes wurde in der gleichen, oben beschriebenen Weise ein Beschichtungsmaterial durch Mischen flockigen bzw. blattartigen Palladiumpulvers mit einem Korndurchmesser von 0,1 um, Methylmethacrylsäureester-Harz und Xylol bei einem Gewichtsverhältnis von 8,5:1,5:3,0 ausgebildet. Dieses Beschichtungsmaterial wurde auf eine Glasgrundplatte aufgetragen und für 30 Minuten bei 120ºC getrocknet, wobei sich eine Beschichtung mit einer Fläche von 1 cm² und einer Dicke von 200 um ergab. Dann wurde der elektrische Widerstand dieser Beschichtung gemessen. Die Korngröße des oben aufgezeigten flockigen bzw. blattartigen Palladiumpulvers wurde variiert, und der elektrische Widerstand der entsprechenden Beschichtungen wurde gemessen, wobei die Ergebnisse durch die Kurve A in Figur 4 gezeigt sind. Die Daten in Figur 4 deuten an, daß, wenn flockiges bzw. blattartiges Palladiumpulver als das elektrisch leitende Pulver verwendet wird, der elektrische Widerstand sich nicht im großen Maße ändert, selbst wenn die Korngröße sehr groß wird. Um jedoch ein Beschichtungsmaterial zu erhalten, das das elektrisch leitende Pulver darin homogen verteilt enthält, sollte der Korndurchmesser vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 1 bis 30 um liegen. Obwohl Methylmethacrylsäureester-Harz als Harzkomponente bei den oben aufgezeigten Messungen verwendet wurde, wurden ähnliche Resultate auch erhalten, wenn thermoplastische und thermofixierende bzw. Wärme aushärtende Harze verwendet wurden, wie sie unten beschrieben werden.
Auch wenn Acrylharz als Harzkomponente in der oben aufgezeigten Kathodenschicht 16 verwendet wurden, könnten andere Harze, die keine abträglichen Effekte auf die Kondensatorcharakteristiken haben, auch für diesen Zweck verwendet werden. Zu diesen Harzen gehören thermoplastische Harze, wie etwa Polyethylen, Vinylharze, Zelluloseharze, Polycarbonatharze, Polyamidharze, usw., wie auch thermofixierende bzw. thermisch aushärtende Harze, wie etwa Epoxidharze, Phenolharze, Polyimidharze. Diese Harze unterscheiden sich in ihrem thermischen bzw. Wärme-Widerstand, in ihrem hygroskopischen Verhalten, in ihrer Abbindefähigkeit bzw. Aushärtbarkeit und der mechanischen Widerstandsfähigkeit bzw. Festigkeit von Beschichtungen, die aus diesem Harz gebildet werden, und müssen deshalb entsprechend den für den Kondensator geplanten Anwendungen ausgewählt werden. Jedoch muß, wenn ein thermisch aushärtender Harz verwendet wird, besondere Aufmerksamkeit auf die Möglichkeit gerichtet werden, daß der Wert von tan δ groß werden kann, wenn sich der Kondensator in einer sehr feuchten Umgebung befindet. In dem oben beschriebenen Beispiel wird ein Epoxiharz als die Polymer-(Harz-)Komponente des elektrisch leitenden Klebers 19 verwendet, jedoch könnten auch andere thermisch aushärtende Harze verwendet werden, vorausgesetzt, daß die Harze keine nachteiligen Effekte auf die Charakteristiken des Kondensators ausüben. Zu diesen Harzen gehören Phenolharze und Polyimidharze. Die Harze zur Verwendung in dem elektrisch leitenden Kleber sollten besonders in Bezug auf eine überlegene Widerstandsfähigkeit bzw. Festigkeit der Beschichtung und gute Adhäsionseigenschaften zu Metall ausgewählt werden. Jedoch sollte die Auswahl des Harzes auf der Grundlage des Zweckes, für den der Kondensator verwendet wird, durchgeführt werden, da die Eigenschaften, wie etwa der thermische bzw. Wärme-Widerstand, die hygroskbpische Aufnahmefähigkeit und die Aushärtbarkeit des Harzes voneinander unterschiedlich sind.
Das flockige bzw. blattartige Palladiumpulver, das in der oben aufgeführten ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist im Vergleich mit anderen edlen Metallen relativ preisgünstig und besitzt eine hohe elektrische Leitfähigkeit im Vergleich mit anderen Metallen. Darüber hinaus ist Palladiumpulver chemisch stabil, so daß dieses Material relativ unempfindlich gegenüber Wanderung bzw. Migration bei hohen Temperaturen und Feuchtigkeit ist. Da der Typ von Festelektrolytkondensator, der die erste Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung darstellt, eine Kathodenschicht 16 und einen elektrisch leitenden Kleber 19 einbezieht, die beide Palladiumpulver enthalten, sind die Änderungen des Wertes von tan δ sehr klein, auch wenn sich der Kondensator unter Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit befindet, obwohl der Anfangswert von tan δ etwas größer ist; der Leckstrom dieses Kondensators ist klein.
Bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das elektrisch leitende Pulver, das in der oben aufgeführten Kathodenschicht und/oder dem elektrisch leitenden Kleber enthalten ist, ein palladiumbeschichtetes Metallpulver, das erhalten wird, indem eine Beschichtungslage aus Palladium auf der Oberfläche jedes Körnchens eines elektrisch leitenden Pulvers ausgebildet wird, welches aus einem Metall mit einer höheren elektrischen Leitfähigkeit als die von Palladium zusammengesetzt ist. Zum Beispiel ist dieses elektrisch leitende Pulver ein flockiges bzw. blattartiges oder sphärisches Pulver aus Nickelkörnchen mit einem Korndurchmesser von 4 um, die eine Beschichtungslage aus Palladium mit 1 um Dicke aufweisen.
Der Festkörperkondensator nach der zweiten Ausführungsform wird durch das gleiche Verfahren wie die erste Ausführungsform hergestellt, wobei das zuvor aufgezeigte elektrisch leitende Pulver verwendet wird. Während das oben erwähnte flockige bzw. blattartige und sphärische körnchenartige palladiumbeschichtete Nickelpulver verwendet wurde, wurde das Mischungsverhältnis des Pulvers und der Harzkomponente variiert, und die Widerstände der entsprechenden Beschichtungen wurden mit den gleichen Prozeduren, wie bei der ersten Ausführungsform gemessen. Die Ergebnisse dieser Versuche sind durch die Kurven B bzw. E in Figur 3 gezeigt. Diese Kurven zeigen, daß in dem Falle des oben aufgezeigten palladiumbeschichteten Nickelpulvers die Gewichtsverhältnisse des palladiumbeschichteten Nickelpulvers und des Methylmethacrylsäureester- Harzes, die zweckmäßigerweise zur Vorbereitung des Kathodenmaterials verwendet werden können, auch in einem Bereich von 9,5:0,5 bis 6,0:4:0 liegen, und daß flockiges bzw. blattartiges Pulver sphärischem Körnchenpulver zu bevorzugen ist.
Als nächstes wurde, wie es bei der ersten Ausführungsform vorgenommen wurde, die Korngröße des oben erwähnten elektrisch leitenden Pulvers (palladiumbeschichtetes flockiges bzw. blattartiges Nickelpulver) variiert, und die elektrischen Widerstände der entsprechenden Beschichtungen wurden gemessen. Die Ergebnisse sind durch die Kurve B in Figur 4 dargestellt. Diese Kurve zeigt, daß sich der elektrische Widerstand der Beschichtung nicht stark ändert, sogar wenn der Korndurchmesser des elektrisch leitenden Pulvers groß ist. Um jedoch ein Beschichtungsmaterial zu erhalten, das das elektrisch leitende Pulver homogen in diesem verteilt bei geringen Kosten enthält, sollte die Korngröße vorzugsweise in dem Bereich von 1 bis 50 um liegen.
Als nächstes wurde die Dicke der Palladiumbeschichtung auf den Körnchen des oben aufgezeigten palladiumbeschichteten flockigen bzw. blattartigen Nickelpulver in Übereinstimmung mit dem nachfolgenden Verfahren varriert, wie durch die Kurven B&sub1; bis B&sub4; in Figur 5 angedeutet wird, und die Feuchtigkeitswiderstandsfähigkeit der entsprechenden Beschichtungen wurde gemessen. Zuerst wurde das elektrisch leitende Pulver, Methylmethacrylsäureesterharz und Xylol in dem Gewichtsverhältnis von 8,5:1,5:3,0 gemischt. Diese Mischung wurde auf eine gedruckte Schaltung aufgetragen, um eine Beschichtung mit einer Dicke von 200 um auszubilden, welche anschließend bei 120ºC getrocknet wurde. Als nächstes wurde der Anfangswiderstand (der dem Anfangswert von tan δ entspricht) gemessen. Die Beschichtung auf der gedruckten Schaltung bzw. Leiterplatine wurde einer Atmosphäre mit einer relativen Feuchtigkeit von 90% und einer Temperatur von 85ºC ausgesetzt, und der elektrische Widerstand wurde nach 500 Stunden und nach 1000 Stunden gemessen. Die Ergebnisse dieser Tests werden durch die Kurven B&sub1;-B&sub4; in Figur 5 gezeigt. Wie aus diesen Figuren zu sehen ist, ist der Anfangswert des elektrischen Widerstandes (nämlich der Anfangswert von tan δ) groß, wenn die Palladiumbeschichtung relativ dünn ist, und darüber hinaus steigt der elektrische Widerstand beträchtlich an, wenn die Beschichtung Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit ausgesetzt wird. Im Gegenteil ist der elektrische Anfangswiderstand klein, wenn die Palladiumbeschichtung relativ dick ist, und darüber hinaus steigt der elektrische Widerstand nicht an, auch wenn die Beschichtung unter Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit gehalten wird. Wenn auch die Kosten in Betracht gezogen werden, beträgt die wünschenswerte Dicke der Palladiumbeschichtung 0,1 bis 2 um. Obwohl ein Methylmethacrylsäureester-Harz bei den oben aufgezeigten Feuchtigkeitswiderstandsversuchen verwendet wurde, wurden ähnliche Ergebnisse erhalten, wenn andere Typen von thermoplastischen und thermofixierenden bzw. thermisch aushärtenden Harzen, die bei der ersten Ausführungsform aufgeführt sind, verwendet wurden.
Wie oben gezeigt, ist das elektrisch leitende Pulver in dem vorliegenden Fall ein palladiumbeschichtetes Nickelpulver. Im Vergleich mit anderen Metallen weist Palladium eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf, ist chemisch stabil und relativ unempfindlich bzw. wenig anfällig gegenüber Ionisation unter Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit. Deshalb tritt eine geringe Wanderung bzw. Migration in den Kondensatoren auf, in denen dieses Material angewendet wird, selbst wenn die Kondensatoren unter Bedingungen hoher Temperatur und Feuchtigkeit gelagert werden. Darüber hinaus erlaubt die Verwendung von Palladium für den vorliegenden Zweck die Herstellung von relativ preisgünstigen Festelektrolytkondensatoren, da Palladium auch eines der am wenigsten kostspieligen Edelmetalle ist.
Bei dem oben aufgeführten Beispiel wird Nickel als ein Metall mit einer höheren elektrischen Leitfähigkeit als Palladium verwendet. Jedoch können alternative Metalle für diesen Zweck eingesetzt werden. Zu diesen Metalle gehören Gold, Silber, Kupfer, Eisen, Kadnium, Aluminium, Zink und Magnesium. Das oben aufgeführte metallische Pulver, das den Kern für das palladiumbeschichtete elektrisch leitende Pulver bildet, sollte unter Berücksichtigung von Kosten und von Charakteristiken im Hinblick auf hohe Temperaturen und hohe Feuchtigkeit wie auch der Auftragbarkeit von Palladiumbeschichtungen auf die Oberfläche der Körnchen des metallischen Pulvers ausgewählt werden.
Da ein palladiumbeschichtetes Metallpulver in der Kathodenschicht 16 und dem elektrisch leitenden Kleber 19 in dem Kondensator, der so in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, enthalten ist, ist der Anfangswert von tan δ klein. Darüber hinaus sind die Änderungen des Wertes von tan δ sehr klein und der Leckstrom ist niedrig.
Bei der dritten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung ist das elektrisch leitende Pulver, das in der oben aufgezeigten Kathodenschicht und/oder dem elektrisch leitenden Kleber enthalten ist, aus mit Palladium beschichtetem Graphitpulverteilchen zusammengesetzt. Zum Beispiel ist dieses elektrisch leitende Pulver ein palladiumbeschichtetes Graphitpulver, das durch Ausbilden einer Beschichtungslage von Palladium mit einer Dicke von 1 um auf der Oberfläche jedes Körnchens von flockigem bzw. blattartigem Graphitpulver mit einem Korndurchmesser von 4 um erhalten wird.
Der Festelektrolytkondensator der dritten Ausführungsform wird durch das gleiche Verfahren hergestellt, wie in der ersten Ausführungsform, wobei das oben aufgeführte elektrisch leitende Pulver verwendet wird. Wird z.B. das oben aufgeführte flockige bzw. blattartige elektrisch leitende Pulver verwendet, wird das elektrisch leitende Beschichtungsmaterial für die Kathodenschicht durch das unten beschriebene Verfahren vorbereitet bzw. hergestellt. Ferner wird das Beschichtungsmaterial für den elektrisch leitenden Kleber unter Verwendung des palladiumbeschichteten flockigen bzw. blattartigen Nickelpulvers hergestellt, das in der oben aufgeführten zweiten Ausführungsform angewendet wird. Unter Verwendung dieser Materialien wird ein Kondensator durch das obige Verfahren hergestellt. Das oben aufgezeigte elektrisch leitende Beschichtungsmaterial zur Ausbildung der Kathodenschicht wird durch Mischen des oben aufgezeigten palladiumbeschichteten flockigen bzw. blattartigen Graphitpulvers, Methylmethacrylsäureesterharz und Xylol in dem Gewichtsverhältnis von 8,0:2,0:3,0 erhalten. Das oben aufgezeigte Beschichtungsmaterial für die elektrisch leitende Kleberschicht wird durch Mischen von palladiumbeschichtetem flockigem bzw. blattartigem Nickelpulver (nämlich flockigem bzw. blattartigem Nickelpulver mit Korndurchmessern von 4 um, beschichtet mit Palladium mit 1 um Dicke), Bisphenolepoxidharz, einem phenolischen Aushärtungsmittel, Imidazol und Butylcellosolve in dem Gewichtsverhältnis von 8,0:12, 1:7,9:20 erhalten.
Unter Verwendung des oben aufgezeigten palladiumbeschichteten flockigen bzw. blattartigen und sphärischen Körnchengraphitpulvers wurden Versuche durchgeführt, indem das Mischungsverhältnis dieses Pulvers und der Harzkomponente variiert wurde, und der elektrische Widerstand der entsprechenden Beschichtung wurde nach dem gleichen Verfahren, wie bei den in der ersten Ausführungsform durchgeführten Experimenten, gemessen. Die so erhaltenen Ergebnisse werden durch die Kurven C bzw. E in Figur 3 gezeigt. Diese Kurven zeigen, daß in dem Fall des oben aufgeführten palladiumbeschichteten Graphitpulvers die Gewichtsverhältnisse dieses Pulvers und des Methylmethacrylsäureesterharzes, welche für die Verwendung bei der Herstellung des Kathodenmaterials in dem Kondensator zweckmäßig sind, in einem Bereich von 9,5:0,5 bis 6,0:4,0 liegen und daß flockiges bzw. blattartiges Pulver einem Pulver mit sphärischen Körnchen vorzuziehen ist. Jedoch sind die elektrischen Widerstände von Beschichtungen mit solchen Pulvern etwas höher als von Beschichtungen, in denen pulverisiertes Palladium als das elektrisch leitende Pulver verwendet wird.
Als nächstes wurde, wie bei den Versuchen, die bei der ersten Ausführungsform durchgeführt wurden, die Korngröße des oben aufgezeigten elektrisch leitenden Pulvers (palladiumbeschichtetes flockiges bzw. blattartiges Graphitpulver) variiert, und der elektrische Widerstand der entsprechenden Beschichtungen wurde gemessen. Die Ergebnisse werden durch die Kurve C in Figur 4 dargestellt. Diese Kurve zeigt, daß sich der elektrische Widerstand der Beschichtung nicht stark ändert, selbst wenn der Korndurchmesser des elektrisch leitenden Pulvers groß ist. Um jedoch ein Beschichtungsmaterial, das das elektrisch leitende Pulver homogen darin dispergiert bzw. verteilt enthält, bei geringen Kosten zu erhalten, sollte die Korngröße vorzugsweise in dem Bereich von 1 bis 50 um liegen.
Als nächstes wurde, wie bei den in der zweiten Ausführungsform durchgeführten Versuchen, die Dicke der Palladiumbeschichtung der Pulverkörnchen, wie durch die Kurven C&sub1;-C&sub4; nach Figur 5 angedeutet, variiert, und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Feuchtigkeit der entsprechenden Beschichtungen wurde bewertet bzw. ausgewertet. Die durch diese Kurven gezeigten Ergebnisse veranschaulichen, daß der anfängliche elektrische Widerstand (nämlich der Anfangswert von tan δ) groß ist, wenn die Palladiumbeschichtung auf den Körnchen dünn ist, jedoch der elektrische Widerstand nicht stark ansteigt, selbst wenn die Beschichtung unter Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit gehalten wird. Wenn die Palladiumbeschichtung auf den Körnchen in ihrer Dicke zunimmt, fällt der anfängliche elektrische Widerstand ab, und darüber hinaus steigt der elektrische Widerstand nicht wesentlich an, selbst wenn die Beschichtung Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit ausgesetzt wird. Auf der Grundlage von Kostenerwägungen sollte die Dicke der Beschichtung vorzugsweise in dem Bereich von 0,1 bis 2 um liegen.
Obwohl ein Methylmethacrylsäureesterharz bei den oben aufgezeigten Feuchtigkeitswiderstandsversuchen verwendet wurde, wurden ähnliche Ergebnisse erhalten, wenn die anderen Varianten von thermoplastischen oder thermofixierenden bzw. thermisch aushärtenden Harzen angewendet wurden, die bei der ersten Ausführungsform aufgeführt sind.
Wie oben aufgeführt, ist in der vorliegenden Ausführungsform das verwendete elektrisch leitende Pulver ein palladiumbeschichtetes Graphitpulver. Im Vergleich mit anderen Metallen weist Palladium eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf, ist chemisch stabil und ist auch unter Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit relativ unempfindlich gegenüber einer Ionisation. Die elektrische Leitfähigkeit des Graphitpulvers wird durch Beschichtung der Graphitkörnchen mit Palladium verbessert. In Kondensatoren, in denen dieser Typ von elektrisch leitendem Pulver verwendet wird, tritt Wandern bzw. Migration im wesentlichen nicht auf, auch wenn der Kondensator Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit ausgesetzt ist. Darüber hinaus ist Palladium, verglichen mit anderen Edelmetallen, relativ preisgünstig, und deshalb können Kondensatoren in ökonomischer Weise zur Verfügung gestellt werden.
Der Anfangswert von tan δ ist für den vorliegenden Kondensatortyp etwas größer als der der Kondensatoren der ersten und zweiten Ausführungsformen, jedoch steigt der Wert nicht groß an, auch wenn der Kondensator Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit ausgesetzt ist. Darüber hinaus ist der Leckstrom des vorliegenden Kondensatortyps extrem klein.
Bei der vierten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung ist das elektrisch leitende Pulver, das in der oben aufgeführten Kathodenschicht und/oder dem elektrisch leitenden Kleber ist, eine Mischung aus Palladiumpulver und Graphitpulver.
Der Festelektrolytkondensator nach der vierten Ausführungsform wird durch das gleiche Verfahren, wie nach der ersten Ausführungsform, erzeugt, wobei das oben aufgezeigte elektrisch leitende Pulver verwendet wird. Als das elektrisch leitende Pulver kann z.B. eine Mischung von flockigem bzw. blattartigem Palladiumpulver mit Korndurchmessern von 5 um und flockiges bzw. blattartiges Graphitpulver mit Korndurchmessern von 20 um in dem Gewichtsverhältnis von 1:1 verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Kondensator nach der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, indem ein elektrisch leitendes Beschichtungsmaterial für die Ausbildung der Kathode und ein Beschichtungsmaterial für die Ausbildung des elektrisch leitenden Klebers, der wie folgt hergestellt wird, verwendet werden. Das heißt, daß das oben aufgezeigte elektrisch leitende Beschichtungsmaterial für die Ausbildung der Kathode durch Mischen des oben aufgezeigten elektrisch leitenden Pulvers mit Methylmethacrylsäureesterharz und Xylol in dem Gewichtsverhältnis von 7:3:10 erhalten wird, während das oben aufgezeigte Beschichtungsmaterial für den elektrisch leitenden Kleber vorbereitet bzw. hergestellt wird, indem das oben aufgeführte elektrisch leitende Pulver mit Bisphenolepoxidharz, einem Phenolbinde- bzw. Aushärtmittel, Imidazol und Butylcellusolve in dem Gewichtsverhältnis von 80:12,2:7,6:0,25:40 gemischt wird.
Auf der Grundlage der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Daten sollte die Palladiumpulverkomponente des elektrisch leitenden Pulvers, das in dem Kondensator nach der vierten Ausführungsform verwendet wird, auch einen Korndurchmesser in dem Bereich von 1 bis 30 um aufweisen, und die Form der Pulverkörner sollte auch vorzugsweise flockig bzw. blattartig sein. Darüber hinaus ist auch Graphitpulver mit flockigen bzw. blattartigen Körnern zu bevorzugen.
Das Mischungsverhältnis des Palladium- und des Graphitpulvers in der oben aufgezeigten Mischung wurde variiert, wie in Figur 6 gezeigt. Anschließend wurden durch die gleichen Verfahren, wie sie bei dem in der ersten Ausführungsform durchgeführten Versuchen verwendet wurden, Beschichtungen aus diesen Mischungen gebildet und die elektrischen Widerstände dieser Beschichtungen wurden gemessen. Die Beschichtungsmaterialien, die für die Herstellung bzw. Vorbereitung dieser Beschichtungen verwendet wurden, wurden erhalten, indem das oben aufgezeigte elektrisch leitende Pulver (nämlich die Pulvermischung) mit Methylmethacrylsäureesterharz und Xylol in dem Gewichtsverhältnis von 7:3:10 gemischt wurde. Die Dicke der Beschichtungen betrug nach dem Trocknen 200 um. Der Korndurchmesser des oben aufgezeigten Palladiumpulvers betrug 5 um. Für die Graphitpulverkomponente wurden fünf Variationen des Pulvers mit Korndurchmessern in dem Bereich von 1 bis 100 um ausgewählt und fünf Arten von elektrisch leitenden Beschichtungsmaterialien wurden erhalten. Der elektrische Widerstand wurde für jede der Beschichtungen gemessen, die aus den oben aufgezeigten Beschichtungsmaterialien erhalten wurden. Die Ergebnisse dieser Messungen sind durch die Kurven G&sub1;-G&sub5; in Figur 6 gezeigt. Die Daten in diesen Kurven zeigen, daß der elektrische Widerstand der Beschichtung abfällt, wenn die Korngröße des flockigen bzw. blattartigen Graphitpulvers anwächst. Werden jedoch die Oberflächencharakteristiken der Beschichtung in Betracht gezogen, so sollte der Korndurchmesser 100 um wünschenswerterweise nicht übersteigen. Im Hinblick auf das Mischungsverhältnis des Palladium- und des Graphitpulvers ist ein Gewichtsverhältnis in dem Bereich von 9,5:0,5 bis 2,5:7,5 zu bevorzugen, wenn sowohl die Kosten als auch der elektrische Widerstand der so erhaltenen Beschichtungen in Betracht gezogen werden.
Unter Verwendung einer Mischung des oben aufgezeigten Palladiumpulvers und flockigen bzw. blattartigen Graphitpulver in dem Gewichtsverhältnis von 1:1 als dem elektrisch leitenden Pulver wurde das Mischungsverhältnis dieses Pulvers und der Harzkomponente variiert, wobei in jedem Falle Beschichtungen hergestellt wurden und die elektrischen Widerstände dieser Beschichtungen durch die gleichen Verfahren gemessen wurden, wie sie bei den in der ersten Ausführungsform durchgeführten Versuchen verwendet wurden. Die Ergebnisse der Experimente sind durch die Kurve G&sub5; in Figur 7 dargestellt. Diese Kurve zeigt, daß in dem Fall des oben aufgezeigten elektrisch leitenden Pulvers (der Pulvermischung) die Gewichtsverhältnisse dieses Pulvers und des Methylmethacrylsäureester-Harzes, die zweckmäßigerweise zur Herstellung des Kathodenmaterials in dem Kondensator verwendet werden konnen, in einem Bereich von 9,5:0,5 bis 5,0:5,0 liegen.
Obwohl ein Methylmethacrylsäureesterharz bei den oben aufgezeigten Feuchtigkeitswiderstandstests verwendet wurde, wurden ähnliche Ergebnisse erhalten, wenn die anderen Varianten von thermoplastischen und thermofixierenden bzw. thermisch aushärtenden Harzen, die in der ersten Ausführungsform aufgeführt sind, angewendet wurden.
Das als eine Komponente des elektrisch leitenden Pulvers in der vierten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung verwendete Palladiumpulver besitzt im Vergleich mit anderen Metallen eine hohe elektrische Leitfähigkeit; außerdem ist es chemisch stabil und relativ unempfindlich gegenüber Ionisation unter Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit. Graphitpulver besitzt eine etwas niedrigere elektrische Leitfähigkeit als Palladium, ist jedoch unempfindlich gegenüber Ionisation unter Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit. Folglich besitzen die Mischungen dieses Pulvers eine gute elektrische Leitfähigkeit, und darüber hinaus sind die unter Verwendung dieser Mischungen erhaltenen Kondensatoren unempfindlich gegenüber Wanderung bzw. Migration unter Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit. Zusätzlich können Kondensatoren wirtschaffiich hergestellt werden, da Palladium im Vergleich mit anderen Edelmetallen relativ preisgünstig ist.
Im Vergleich mit den Kondensatoren nach den oben aufgezeigten ersten und zweiten Ausführungsformen zeigt der vorliegende Kondensatortyp einen etwas größeren Anfangswert von tan δ, jedoch steigt dieser Wert nicht groß an, auch wenn der Kondensator Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit ausgesetzt wird. Darüber hinaus ist der Leckstrom des Kondensators nach dem vorliegenden Typ extrem niedrig.
Bei der fünften Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung ist das elektrisch leitende Pulver, das in der oben aufgezeigten Kathodenschicht und/oder dem elektrisch leitenden Kleber enthalten ist, eine Mischung aus Palladiumpulver und palladiumbeschichtetem Graphitpulver.
Der Festelektrolytkondensator nach der fünften Ausführungsform wird durch das gleiche Verfahren wie nach der ersten Ausführungsform hergestellt, wobei das oben aufgezeigte elektrisch leitende Pulver verwendet wird. Als das elektrisch leitende Pulver kann z.B. eine Mischung aus flockigem bzw. blattartigem Palladiumpulver mit einem Korndurchmesser von 5 um und palladiumbeschichtetes Graphitpulver mit einem Korndurchmesser von 5 um (nämlich flockiges bzw. blattartiges Graphitpulver mit Körnern mit 4 um Durchmesser, beschichtet mit Palladium mit 1 um Dicke) in dem Gewichtsverhältnis von 1:1 verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Kondensator hergestellt werden, wobei das elektrisch leitende Beschichtungsmaterial zur Kathodenausbildung und das Beschichtungsmaterial zur Ausbildung des elektrisch leitenden Klebers wie folgt hergestellt wird. Das heißt, daß das oben aufgezeigte elektrisch leitende Beschichtungsmaterial für die Ausbildung der Kathode durch Mischen des oben aufgezeigten elektrisch leitenden Pulvers (nämlich der Pulvermischung) mit Methylmethacrylsäureesterharz und Xylol in dem Gewichtsverhältnis von 8:2:4 erhalten wird, während das oben aufgezeigte Beschichtungsmaterial für den elektrisch leitenden Kleber hergestellt wird, indem das oben aufgezeigte elektrisch leitende Pulver mit Bisphenolepoxidharz, einem Phenolaushärt- bzw. Bindemittel, Imidazol und Butylcellusolve in dem Gewichtsverhältnis von 80:12,1:7,9:0,1:20 gemischt wird.
Auf der Grundlage der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Daten sollten das Palladiumpulver und das palladiumbeschichtete Graphitpulver in der elektrisch leitenden Pulvermischung, die in dem Kondensator nach der fünften Ausführungsform verwendet werden, auch Korndurchmesser in dem Bereich von 1 bis 30 um aufweisen, und die Form der Pulverkörnchen sollte vorzugsweise flockig bzw. blattartig ("flaky") sein.
Das Mischungsverhältnis des Palladiums und des palladiumbeschichteten Graphitpulvers in der oben aufgezeigten Mischung wurde variiert, wie in Figur 6 gezeigt. Dann wurden durch die gleichen Verfahren, wie sie bei den in der ersten Ausführungsform durchgeführten Versuchen verwendet wurden, Beschichtungen aus diesen Mischungen ausgebildet, und der elektrische Widerstand dieser Beschichtungen wurde gemessen. Die Beschichtungsmaterialien, die für die Herstellung dieser Beschichtungen verwendet wurden, wurden durch Mischen der oben aufgezeigten elektrisch leitenden Pulver (nämlich Pulvermischungen) mit Methylmethacrylsäureesterharz und Xylol in dem Gewichtsverhältnis von 8:2:4 erhalten. Die Dicke der Beschichtungen betrug nach dem Trocknen 200 um. Der Korndurchmesser des oben aufgeführten Palladiumpulvers betrug 5 um. Die Dicke der Palladiumbeschichtung auf den Körnchen des Graphitpulvers betrug 1 um. Für den Graphitkern des beschichteten Pulvers wurden drei Variationen von Graphitpulver mit Korndurchmessern in einem Bereich von 0,1 bis 50 um ausgewählt, und vier Arten von elektrisch leitenden Beschichtungsmaterialien wurden erhalten. Der elektrische Widerstand wurde für jede Beschichtung, die aus den oben aufgezeigten Beschichtungsmaterialien erhalten wurden, gemessen. Die Ergebnisse dieser Messungen werden durch die Kurven H&sub1;-H&sub4; in Figur 6 gezeigt. Die Daten in diesen Kurven zeigen, daß der elektrische Widerstand der Beschichtung mit der anwachsenden Korngröße des palladiumbeschichteten Graphitpulvers abfällt. Jedoch sollte der Korndurchmesser wünschenswerterweise 50um nicht übersteigen, wenn die Oberflächencharakteristiken der Beschichtung in Betracht gezogen werden. Im Hinblick auf das Mischungsverhältnis des Palladiums und des palladiumbeschichteten Graphitpulvers ist ein Gewichtsverhältnis in dem Bereich von 9,5:0,5 bis 2,5:7,5 zu bevorzugen, wenn sowohl die Kosten als auch der elektrische Widerstand der so erhaltenen Beschichtungen in Betracht gezogen werden.
Unter Verwendung einer Mischung des oben aufgezeigten Palladiumpulvers und des palladiumbeschichteten Graphitpulvers in dem Gewichtsverhältnis von 1:1 als dem elektrisch leitenden Pulver wurde das Mischungsverhältnis dieses Pulvers und der Harzkomponente variiert, wobei Beschichtungen für jeden Fall hergestellt wurden. Die elektrischen Widerstände dieser Beschichtungen wurde durch die gleichen Verfahren, wie sie bei den in der ersten Ausführungsform durchgeführten Versuchen verwendet wurden, gemessen. Die Ergebnisse dieser Experimente werden durch die Kurve H in Figur 7 gezeigt. Diese Kurve zeigt, daß in dem Fall des oben aufgezeigten elektrisch leitenden Pulvers (der Pulvermischung) das Gewichtsverhältnis dieses Pulvers und des Methylmethacrylsäureesters, welches zweckmäßigerweise zur Herstellung des Kathodenmaterials in dem Kondensator verwendet wird, in einem Bereich von 9,5:0,5 bis 5,0:5,0 liegen kann. Wenn diese Art von Pulvermischung als das elektrisch leitende Pulver verwendet wird, ist der elektrische Widerstand der so erhaltenen Beschichtungen etwas niedriger als der der Beschichtungen, die durch Verwendung der oben aufgezeigten Mischungen von Palladiumpulver und unbeschichtetem Graphitpulver erhalten werden. Ähnliche Resultate wurden erhalten, wenn der für die Herstellung des Kondensators nach der oben aufgezeigten Ausführungsform eingesetzte elektrisch leitende Kleber (der Bisphenolepoxidharz, ein Phenolbinde- bzw. -aushärtmittel, etc. enthält), anstelle des elektrisch leitenden Klebers, der Methylmethacrylsäureesterharz enthält, verwendet wurde.
Figur 5 zeigt, daß die zweckmäßige bzw. geeignete Dicke der Palladiumschicht des palladiumbeschichteten Graphitpulvers, das in der fünften Ausführungsform verwendet wird, 0,1 bis 2 um beträgt.
Wie oben erläutert wurde, ist das elektrisch leitende Pulver, das bei der fünften Ausführungsform verwendet wird, eine Mischung aus Palladiumpulver und palladiumbeschichtetem Graphitpulver. Im Vergleich mit anderen Metallen besitzt Palladium eine hohe elektrische Leitfähigkeit; außerdem ist es chemisch stabil und relativ unempfindlich gegenüber Ionisation unter Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit. Das Graphitpulver, das als Kern für das palladiumbeschichtete Graphitpulver verwendet wird, ist auch unempfindlich gegenüber Ionisation unter Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit. Deshalb tritt, wenn die vorliegende Pulvermischung verwendet wird, geringe Wanderung bzw. Migration auf, selbst unter Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit. Darüber hinaus kann der vorliegende Typ von Kondensator wirschaftlich hergestellt werden, da Palladium vergleichsweise preisgünstig ist.
Verglichen mit den Kondensatoren der oben erläuterten ersten und zweiten Ausführungsform zeigt der vorliegende Typ von Kondensator einen etwas höheren Anfangswert für tan δ, jedoch steigt dieser Wert nicht stark an, selbst wenn der Kondensator Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit ausgesetzt wird. Darüber hinaus ist der Leckstrom des vorliegenden Kondensatortyps extrem niedrig.
Als nächstes wurden Versuche unter Verwendung der in dem oben aufgezeigten ersten bis fünften Ausführungsformen erhaltenen Kondensatoren sowie eines konventionellen Typs eines Kondensators durchgeführt (mit einer Betriebs- bzw. Nennspannung von 35 Volt und einer Betriebs- bzw. Nennkapazität von 6,8 uF in jedem Falle). Die Struktur des oben erläuterten üblichen Kondensatores, wie in Figur 1 dargestellt, war mit der des nach der vorliegenden Erfindung angewendeten identisch. Jedoch sind sowohl die Kathodenschicht 6 als auch der elektrisch leitende Kleber 9 aus einer Mischung aus Silberpulver und Methylmethacrylsäureesterharz zusammengesetzt. Bei sämtlichen oben aufgeführen Kondensatoren wurde der Anfangswert von tan δ gemessen und die Anzahl der elektrischen Kurzschlüsse wurde gezählt, und die gleichen Beobachtungen wurden durchgeführt, nachdem die Kondensatoren über 1000 Stunden 85ºC und einer relativen Feuchtigkeit von 90% ausgesetzt worden waren. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 Anfangswerte Werte nach 1000 Stunden tan δa) Anzahl der elektrischen Kurzschlüsse b) Kondensatoren nach dieser Erfindung erste Ausführungsform zweite Ausführungsform dritte Ausführungsform vierte Ausführungsform fünfte Ausführungsform üblicher Kondensator
a) Die Werte von tan δ wurden bei einer Frequenz von f = 1 kHz gemessen.
b) Die Anzahl der elektrischen Kurzschlüsse, die unter 100 Kondensatoren beobachtet wurden, ist für jeden Typ gezeigt. Das Vorhandensein von Kurzschlüssen wurde beobachtet, nachdem eine Betriebs- bzw. Nennspannung über eine Periode von einer Minute angelegt wurde.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Kathodenschicht und der elektrisch leitende Kleber den gleichen Typ von elektrisch leitendem Pulver oder unterschiedliche Typen von elektrisch leitendem Pulver enthalten. Kombinationen der Kathodenschicht und des elektrisch leitenden Klebers, die unterschiedliche Typen von elektrisch leitendem Pulver beinhalten, enthalten: (i) eine Kathodenschicht, die Palladiumpulver und einen elektrisch leitenden Kleber beinhaltet, der palladiumbeschichtetes Nickelpulver enthält, (ii) eine Kathodenschicht, die palladiumbeschichtets Graphitpulver und einen elektrisch leitenden Kleber enthält, der eine Mischung aus Palladiumpulver und Graphitpulver enthält, und (iii) eine Kathodenschicht, die palladiumbeschichtetes Graphitpulver und einen elektrisch leitenden Kleber enthält, der Palladiumpulver beinhaltet. Darüber hinaus können die folgenden Kombinationen angewendet werden: (iv) eine Kathodenschicht, die durch Flammspritzen von Lot bzw. Lötmittel oder durch elektrolytische Beschichtung von Nickel und dem Typ von elektrisch leitendem Kleber nach der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, (v) ein Typ der Kathodenschicht nach der vorliegenden Erfindung und ein elektrisch leitender Kleber, der Kohlenstoff, Nickel, etc. enthält, und (vi) ein Typ der Kathodenschicht nach der vorliegenden Erfindung und einer Lötverbindung anstelle des elektrisch leitendem Klebers. Weitere machbare Kombinationen sind (vii) eine Silberkathodenschicht, die ein Silberpulver enthält, das gegenüber Migration bzw. Wanderung anfällig ist, versetzt mit einem Polymer und einem elektrisch leitenden Kleber gemäß der vorliegenden Erfindung, und (viii) ein Kleber enthaltendes Silberpulver, das gegenüber Wanderung bzw. Migration empfindlich ist, und eine Kathodenschicht nach der vorliegenden Erfindung. Wenn jedoch eine Kathodenschicht, die Silberpulver enthält, mit einem Typ von elektrisch leitendem Kleber nach der vorliegenden Erfindung kombiniert wird, neigen elektrische Kurzschlüsse dazu aufzutreten, wenn der so erhaltene Kondensator unter Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit gehalten wird (z.B. bei 85ºC und einer relativen Feuchtigkeit bzw. Luftfeuchtigkeit von 90% über 1000 Stunden).
Wie oben beschrieben enthält die Kathodenschicht und/oder der elektrisch leitende Kleber, der die Kathodenschicht und den negativen Anschluß in dem Festelektrolytkondensator nach der vorliegenden Erfindung verbindet, Palladium und ein Polymer. Das Palladium, das das elektrisch leitende Pulver nach der ersten Ausführungsform darstellt, besitzt, verglichen mit anderen Metallen, eine vergleichsweise hohe elektrische Leitfähigkeit und ist darüber hinaus chemisch stabil und unempfindlich gegenüber Ionisation unter Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit bzw. Luftfeuchtigkeit. Zusätzlich ist die Absetzgeschwindigkeit der Palladiumkörnchen niedrig, wenn sie in der Form eines Beschichtungsmaterials hergestellt sind, da das spezifische Gewicht von Palladium relativ gering ist, was im praktischen Betrieb günstig ist. Zusätzlich weist Palladium den Vorteil vergleichsweise niedriger Kosten unter den Edelmetallen auf (nämlich Gold, Platin und Palladium).
Die folgenden Punkte sollten in Betracht gezogen werden, wenn die elektrisch leitenden Beschichtungsmaterialien vorbereitet bzw. hergestellt werden, die für eine Kathodenschicht oder einen elektrisch leitenden Kleber des Kondensators verwendet werden. Der spezifische Widerstand der sich ergebenden Beschichtungen kann dann verringert werden, und darüber hinaus können Kondensatoren erhalten werden, in denen der Wert von tan δ klein ist und die elektrischen Kurzschlüsse selten auftreten, auch wenn die Kondensatoren Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit ausgesetzt werden.
(a) Die verwendete Polymervielfalt sollte geeignet in Übereinstimmung mit der angestrebten Anwendung des Kondensators ausgewählt werden.
(b) Die Korngröße des elektrisch leitenden Pulvers sollte so groß wie möglich innerhalb des Bereiches sein, der mit annehmbaren Verarbeitungscharakteristiken vereinbar ist.
(c) Die Form der Körnchen des elektrisch leitenden Puivers sollte flockig bzw. blattartig sein, um so den Kontaktwiderstand zu verringern.
(d) Das Gewichtsverhältnis des elektrisch leitenden Pulvers und des Polymers sollte unter Beachtung der elektrischen Leitfähigkeit der Mischung und der Widerstandsfähigkeit der so erhaltenen Beschichtungen bestimmt werden.
In der zweiten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung wird ein palladiumbeschichtetes Metallpulver verwendet. Das Pulver wird durch Ausbilden einer Beschichtungslage aus Palladium auf der Oberfläche von jedem Körnchen eines elektrisch leitenden Pulvers erhalten, das aus einem Metall mit einer höheren elektrischen Leitfähigkeit als Palladium zusammengesetzt ist. Die Palladiumbeschichtungslage dient dazu, chemische Änderungen in den elektrisch leitenden metallischen Partikeln, die den Kern der Pulverkörnchen bilden, zu verhindern. Deshalb ist der Anfangswert von tan δ für Festelektrolytkondensatoren, die dieses palladiumbeschichtete Metallpulver anwenden, niedriger als der entsprechende Wert für den zuvor beschriebenen Festelektrolytkondensator der ersten Ausführungsform. Wenn darüber hinaus ein weniger teures Metall als Palladium für den Kern des elektrisch leitenden Pulvers angewendet wird, dann können Kondensatoren preisgünstiger bzw. ökonomischer hergestellt werden.
Das palladiumbeschichtete Graphitpulver, das bei der zweiten Ausführungsform verwendet wird, wurde durch Auftragen einer Palladiumschicht auf der Oberfläche von flockigen bzw. blattartigen Körnchen von Graphitpulver ausgebildet, das eine geringere elektrische Leitfähigkeit als Metall aufweist, jedoch sehr kostengünstig wie auch chemisch stabil und unempfindlich gegenüber Ionisation unter Bedingungen mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit bzw. Luftfeuchtigkeit ist. Das Beschichten der Graphitkörnchen mit Palladium dient dazu, den Kontaktwiderstand zwischen den Körnchen zu senken, und folglich dazu, den spezifischen Widerstand von Beschichtungen, die das elektrisch leitende Pulver enthalten, zu reduzieren. In diesem Fall ist die Verringerung des spezifischen Widerstandes der sich ergebenden Beschichtung umso größer, je dicker die Palladiumbeschichtungslage ist. Festelektrolytkondensatoren, die durch die Verwendung von palladiumbeschichtetem Graphitpulver hergestellt werden, zeigen einen etwas höheren Anfangswert von tan δ als die Kondensatoren der ersten und zweiten Ausführungsform, können jedoch zu niedrigen Kosten hergestellt werden.
Bei der vierten Ausführungsform wurde eine Mischung aus Palladiumpulver und Graphitpulver als elektrisch leitendes Pulver verwendet. Das Vorhandensein des Palladiumpulvers in der Mischung verringert den Kontaktwiderstand zwischen den Graphitteilchen. Wenn die folgenden Gesichtspunkte in Betracht gezogen werden, dann kann der spezifische Widerstand der sich ergebenden Beschichtungen, die das elektrisch leitende Pulver enthalten, verringert werden, und darüber hinaus können die Kondensatoren effizient hergestellt werden.
(a) Wenn die Beschichtungsmaterialien aus dem elektrisch leitenden Pulver vorbereitet bzw. hergestellt werden, sollte die Korngröße des Pulvers innerhalb des Bereiches, der annehmbare Verfahrens- bzw. Verarbeitungscharakteristiken zuläßt, so groß wie möglich sein.
(b) Die Form der Körnchen des Pulvers sollte flockenartig bzw. blättchenariig sein, um so den Kontäktwiderstand zu verringern.
(c) Abhangig von Kosteneinschränkungen sollte der Anteil des Palladiumpulvers in der Pulvermischung so groß wie möglich sein.
(d) Das Gewichtsverhältnis des elektrisch leitenden Pulvers relativ zu dem Polymer sollte so groß wie möglich innerhalb des Bereiches sein, der mit einem akzeptablen Niveau von mechanischer Widerstandsfähigkeit für die Beschichtung vereinbar ist.
Eine Mischung aus Palladiumpulver und palladiumbeschichtetem Graphitpulver wird in der fünften Ausführungsform verwendet. Die Verwendung von palladiumbeschichtetem Graphitpulver anstelle des unbeschichteten Graphitpulvers, das in der zuvor aufgezeigten vierten Ausführungsform eingesetzt wurde, dient zum noch weiteren Verringern des spezifischen Widerstands. Festelektrolytkondensatoren, die den vorliegenden Typ von gemischtem Pulver einsetzen, zeigen auch einen etwas größeren Anfangswert von tan δ, können jedoch bei niedrigen Kosten hergestellt werden.

Claims

1. Festelektrolytkondensator mit einer Elektrode, die mit einer Anodenleitung versehen ist; mit einem dielektrischen Oxidfilm, einer Festelektrolytschicht, einer Kohlenstoffschicht und einer Kathodenschicht, welche nacheinander auf der Oberfläche der Elektrode ausgebildet sind; mit einem positiven Anschluß bzw. Pluspol, der an die Anodenleitung angeschlossen ist; und mit einem negativen Anschluß bzw. Negativpol, der mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers an die Kathodenschicht angeschlossen ist; wobei die Kathodenschicht und/oder der elektrisch leitende Kleber ein Polymer und ein elektrisch leitendes Pulver, das Palladium enthält, aufweist bzw. aufweisen.

2. Festelektrolytkondensator nach Anspruch 1, wobei das elektrisch leitende Pulver ein flockiges bzw. Blättchen- Palladiumpulver mit Korndurchmessern von 1 bis 30 um ist.

3. Festelektrolytkondensator nach Anspruch 2, wobei das in der Kathodenschicht enthaltene Polymer zumindest ein Polymer ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Acrylharzen, Polyethylenharzen, Vinylharzen, Zelluloseharzen, Polycarbonatharzen, Polyamidharzen, Epoxidharzen, Phenolharzen und Polyinidharzen besteht, wobei das Gewichtsverhältnis des elektrisch leitenden Pulvers und des Polymers im Bereich von 9,5:0,5 bis 6,0:4,0 ist.

4. Festelektrolytkondensator nach Anspruch 2, wobei das in dem Kleber enthaltene Polymer zumindest ein wärmeaushärtendes Harz ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Epoxidharzen, Phenolharzen und Polymidharzen besteht, wobei das Gewichtsverhältnis des elektrisch leitenden Pulvers und des Polymers im Bereich von 9,5:0,5 bis 6,0:4,0 ist.

5. Festelektrolytkondensator nach Anspruch 1, wobei das elektrisch leitende Pulver ein palladiumbeschichtetes Metallpulver ist, das durch Ausbilden einer Beschichtungslage aus Palladium mit einer Dicke von 0,1 - 2 um auf der Oberfläche jedes Körnchens eines elektrisch leitenden flockigen bzw. Blättchen-Pulvers erhalten wird, welches aus einem Metall mit höherer elektrischer Leitfähigkeit als die von Palladium zusammengesetzt ist, wobei das Körnchen bzw. die Körnchen einen Durchmesser von 1 - 50 um aufweisen.

6. Festelektrolytkondensator nach Anspruch 5, wobei das in der Kathodenschicht enthaltene Polymer zumindest ein Polymer ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Acrylharzen, Polyethylenharzen, Vinylharzen, Zelluloseharzen, Polycarbonatharzen, Polyamidharzen, Epoxidharzen, Phenolharzen und Polymidharzen besteht, und das Gewichtsverhältnis des elektrisch leitenden Pulvers und des Polymers im Bereich von 9,5:0,5 bis 6,0:4,0 ist.

7. Festelektrolytkondensator nach Anspruch 5, wobei das in dem Kleber enthaltene Polymer zumindest ein wärmeaushärtendes Harz ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Epoxidharzen, Phenolharzen und Polymidharzen besteht, und das Gewichtsverhältnis des elektrisch leitenden Pulvers und des Polymers im Bereich von 9,5:0,5 bis 6,0:4,0 ist.

8. Festelektrolytkondensator nach Anspruch 1, wobei das elektrisch leitende Pulver ein palladiumbeschichtetes Graphitpulver ist, das durch Ausbilden einer 0,1 - 0,2 um dicken Beschichtungslage aus Palladium auf der Oberfläche jeden Körnchens des flockigen bzw. Blättchen-Graphitpulvers mit Korndurchmessern von 1 - 50 um erhalten wird.

9. Festelektrolytkondensator nach Anspruch 8, wobei das in der Kathodenschicht enthaltene Polymer zumindest ein Polymer ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Acrylharzen, Polyethylenharzen, Vinylharzen, Zelluloseharzen, Polycarbonatharzen, Polyamidharzen, Epoxidharzen, Phenolharzen und Polymidharzen besteht, und das Gewichtsverhältnis des elektrisch leitenden Pulvers und des Polymers im Bereich von 9,5:0,5 bis 6,0:4,0 ist.

10. Festelektrolytkondensator nach Anspruch 8, wobei das in dem Kleber enthaltene Polymer zumindest ein wärmeaushärtendes Harz ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Epoxidharzen, Phenolharzen und Polymidharzen besteht, und das Gewichtsverhältnis des elektrisch leitenden Pulvers und des Polymers im Bereich von 9,5:0,5 bis 6,0:4,0 ist.

11. Festelektrolytkondensator nach Anspruch 1, wobei das elektrisch leitende Pulver eine Mischung aus Palladiumpulver und Graphitpulver ist.

12. Festelektrolytkondensator nach Anspruch 11, wobei das Palladiumpulver ein flockiges bzw. Blättchen-Palladiumpulver mit einem Korndurchmesser von 1 - 30 um ist, wobei das Graphitpulver ein flockiges bzw. Blättchen-Graphitpulver mit einem Korndurchmesser von 5 - 100 um ist; das Gewichtsverhältnis des Palladiumpulvers und des Graphitpulvers im Bereich von 9,5:0,5 bis 2,5:7,5 ist; und das Gewichtsverhältnis des elektrisch leitenden Pulvers und des Polymers im Bereich von 9,5:0,5 bis 5,0:5,0 ist.

13. Festelektrolytkondensator nach Anspruch 1, wobei das elektrisch leitende Pulver eine Mischung aus Palladiumpulver und einem palladiumbeschichteten Graphitpulver ist, das durch Ausbilden einer Beschichtungslage aus Palladium auf der Oberfläche jeden Körnchens des Graphitpulvers erhalten wird.

14. Festelektrolytkondensator nach Anspruch 11, wobei das Palladiumpulver ein flockiges bzw. Blättchen-Palladiumpulver mit einem Korndurchmesser von 1 - 30 um ist; das palladiumbeschichtete Graphitpulver durch Ausbilden einer 0,1 - 2 um dicken Palladium-Beschichtungslage auf der Oberfläche von jeden Körnchens des flockigen bzw. Blättchen-Graphitpulvers mit einem Korndurchmesser von 1 - 50 um erhalten wird; das Gewichtsverhältnis des Palladiumpulvers und des palladiumbeschichteten Graphitpulvers im Bereich von 9,5:0,5 bis 2,5:7,5 ist; und das Gewichtsverhältnis des elektrisch leitenden Pulvers und des Polymers im Bereich von 9,5:0,5 bis 5,0:5,0 ist.