DE1065096B

DE1065096B - Electrolytic capacitor with sintered electrode and power supply wire made of tantalum

Info

Publication number: DE1065096B
Application number: DEH23754A
Authority: DE
Inventors: Dr Hermann Speidel
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1955-04-27
Filing date: 1955-04-27
Publication date: 1959-09-10

Description

Elektrolytkondensator mit Sinterelektrode und Stromzuführungsdraht aus Tantal Inder Elektrotechnik, insbesondere in der Schwachstromtechnik, geht vor allem im Zusammenhang mit der Entwicklung von transistorgesteuerten elektronischen Geräten das Bestreben dahin, die Dimensionen und das Gewicht immer weiter zu verkleinern. Transistoren treten dabei an Stelle der Elektronenröhren. Als weitere wichtige Schaltelemente können auch die Kondensatoren bei dieser Entwicklung nicht unbeteiligt bleiben.Electrolytic capacitor with sintered electrode and power supply wire from tantalum Indian electrical engineering, especially in low-current engineering, takes precedence mainly related to the development of transistor-controlled electronic Devices endeavor to keep reducing the dimensions and weight. Transistors take the place of electron tubes. As other important switching elements the capacitors cannot remain uninvolved in this development.

Die Erfindung sollte im Hinblick auf diese Bestrebungen die Aufgabe lösen, möglichst kleine, betriebssichere elektrolytische Kondensatoren hoher Lebensdauer zu entwickeln, die trotz ihres geringen Raumbedarfs eine vergleichsweise hohe Kapazität erreichen und bei großer mechanischer Festigkeit und guter Formierbarkeit sich durch einen geringen Verlustwinkel und hohe Dielektrizitätskonstanten auszeichnen sollen.The invention should achieve the objective in view of these endeavors solve, as small as possible, reliable electrolytic capacitors with a long service life to develop which, despite its small footprint, has a comparatively high capacity achieve and with great mechanical strength and good formability through should be characterized by a low loss angle and high dielectric constant.

Die Elektroden, deren aktive Oberflächen für die Kapazität des Elektrolytkondensators bestimmend sind, werden schon seit längerer Zeit so hergestellt, daß ein Zuleitungsdraht, beispielsweise aus Tantal, mit einem Sinterkörper aus pulverförmigem Tantal umpreßt wird. Diese Elektroden haben aber zwei Nachteile: Die Drahtoberfläche hat von den fernen Teilen des beispielsweise prismatisch gesinterten Elektrodenkörpers einen relativ großen Abstand. Da nun die Stromfäden vom Zuführungsdraht zur Oberfläche des Sinterkörpers auseinanderlaufen, so ist die Spannungsversorgung der fernen Oberflächenteile nicht immer in ausreichendem Maße gewährleistet und hängt zumindest von der genauen Einhaltung bestimmter Herstellungsbedingungen ab. Weiterhin ist die äußere Begrenzung des Elektrodenkörpers durch den Sinterkörper selbst gegeben. Diese Sinterkörper sind im allgemeinen recht fest zusammengesintert; trotzdem können aber ihre äußeren Teile bei der Montage, beim Formieren, auch eventuell später im Betrieb verletzt werden oder infolge der auftretenden chemischen und elektrischen Beanspruchungen sich in kleinenTeilchen ablösen.The electrodes, their active surfaces for the capacitance of the electrolytic capacitor are decisive, have been manufactured for a long time in such a way that a lead wire, for example made of tantalum, pressed around with a sintered body made of powdered tantalum will. However, these electrodes have two disadvantages: The wire surface has a distant parts of the, for example, prismatic sintered electrode body relatively large distance. Since now the current filaments from the feed wire to the surface of the sintered body diverge, so is the voltage supply to the distant surface parts not always sufficiently guaranteed and depends at least on the exact Compliance with certain manufacturing conditions. Furthermore, there is the outer limit of the electrode body given by the sintered body itself. This sintered body are generally sintered together quite firmly; nevertheless, their external Parts injured during assembly, during forming, and possibly later during operation or as a result of the chemical and electrical stresses that occur peel off in small particles.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wird vorgeschlagen, die kapazitätsbestimmenden Elektroden von Elektrolytkondensatoren, die aus einem Tantalsinterkörper und einem Tantalzuführungsdraht bestehen und zusammengepreßt sind, so herzustellen, daß erfindungsgemäß das eine Ende des Stromzuführungsdrahtes eine schleifenförmige Fassung bildet, die den scheibenförmigen Sinterkörper einschließt.To avoid these disadvantages, it is proposed that the capacitance-determining Electrolytic capacitor electrodes, which consist of a tantalum sintered body and a Tantalum lead wire exist and are pressed together to produce that according to the invention one end of the power supply wire forms a loop-shaped socket which includes the disc-shaped sintered body.

Vorzugsweise ist die Elektrodenfassung kreisförmig und das Verhältnis des Fassungsdurchmessers zum Drahtdurchmesser etwa 3 ... 6 : 1.The electrode holder is preferably circular and the ratio of the holder diameter to the wire diameter is approximately 3 ... 6: 1.

Die Fig. 1 zeigt eine solche Elektrode in der Ansicht und die Fig. 2 im Querschnitt. Sie wird durch eine schleifen-, schlingen- oder ösenförmige, vom umgebogenen Ende eines Drahtes 1 aus Tantal gebildete Fassung 2 für die eigentliche, von einem scheibenförmigen Sinterkörper 3 gebildete Anode, die ebenfalls aus Tantalpulver aufgebaut ist, gekennzeichnet. Diese Scheibe ist mit der Fassung 2 durch Pressen unter möglichst großflächiger Berührung mit der Innenfläche der Drahtschleife vereinigt und bei hoher Temperatur in sich und mit der Fassung fest versintert. Das andere Ende des Drahtes dient als Anschlußfahne.Fig. 1 shows such an electrode in a view and Fig. 2 in cross section. It is formed by a loop, loop or loop-shaped, from the bent end of a wire 1 made of tantalum socket 2 for the actual, from a disk-shaped sintered body 3 formed anode, which is also made of tantalum powder is constructed, marked. This disc is with the socket 2 by pressing united with the largest possible contact with the inner surface of the wire loop and sintered firmly in itself and with the socket at a high temperature. The other The end of the wire serves as a terminal lug.

Die Anwendung von Tantal in kompakter Form für Anschlußfahne 1 und Fassung 2, in Pulverform für die Herstellung des scheibenförmigen, gesinterten Anodenkörpers 3 empfiehlt sich wegen seiner guten Formierbarkeit und wegen der hohen Dielektrizitätskonstanten der nach dem Formieren gebildeten dünnen Tantaloxydschicht. Bei Tantal ist die Frage der Beständigkeit der einmal beim Formieren gebildeten Tantaloxydschicht gegenüber den in Betracht kommenden Elektrolyten, welche bekanntlich den anderen Pol des Kondensators bilden sollen, ohne Belang, weil es im Gegensatz zu Aluminiumoxyd von allen üblicherweise benutzten Elektrolyten nicht mehr gelöst wird.The use of tantalum in compact form for terminal lugs 1 and Socket 2, in powder form for the production of the disk-shaped, sintered anode body 3 is recommended because of its good formability and because of the high dielectric constant the thin tantalum oxide layer formed after forming. With tantalum the question is the resistance of the tantalum oxide layer once formed during forming the electrolyte in question, which is known to be the other pole of the capacitor should form, irrelevant, because it is common to all in contrast to aluminum oxide used electrolyte is no longer dissolved.

Bei bekannten Anodenformen von insbesondere im Vergleich zu den betrachteten Kondensatoren größeren Bauarten umgibt entweder der Sinterkörper die eingebettete Anschluß fahne aus einem in den Elektrolyten unlösbaren Metall, insbesondere Tantal, oder der Anodenkörper ist einseitig mit einer Metallplatte versintert. Es hat sich herausgestellt, daß dabei offenbar der Anodenkörper aus v ersintertem, formierbarem Metallpulver kapazitiv nicht voll ausgenutzt wird. Jedenfalls mußte man folgern, daß wegen ungenügenden elektrischen Kontaktes oder fehlender Kontaktbrücken sich zum großen Teil nur kurze Stromkanäle im Vergleich zu den Dimensionen des Anodenkörpers ausbilden und die Verzweigungen dieser Stromkanäle nicht genügen, den Sinterkörper vollkommen leitend zu durchdringen.In the case of known anode shapes, in particular in comparison to those under consideration Larger types of capacitors are either surrounded by the sintered body or the embedded ones Connection lug made of a metal that is insoluble in the electrolyte, in particular tantalum, or the anode body is sintered on one side with a metal plate. It has It was found that the anode body is apparently made of sintered, malleable material Metal powder is not fully used capacitively. In any case, one had to conclude that because of insufficient electrical contact or missing contact bridges For the most part there are only short current channels compared to the dimensions of the anode body form and the branches of these flow channels do not suffice, the sintered body to penetrate completely conductive.

Es ist nun offensichtlich bei der insbesondere für Kleinstkondensatoren vorgeschlagenen neuen Form günstig, daß nur auf beide Stirnflächen des Sinterkörpers 3 bei der Formgebung aus dem Pulver ein Druck ausgeübt werden muß, da die Fassung 2 bei entsprechender Einspannung genügend starke Kräfte aufnehmen kann, um ihrerseits auch einen seitlichen Gegendruck auszuüben und sich trotzdem sowohl eine dichte, gutleitende Verbackung zwischen den einzelnen Körnchen oder Pulverteilchen des Elektrodenmaterials 3 als auch eine innige, großflächige Vereinigung der am Umfang des scheibenförmigen Sinterkörpers liegenden Körnchen mit den innenliegenden Oberflächenteilen der Drahtfassung 2 ausbildet. Die Kontaktfläche mit der Fassung ist im Vergleich zur Größe des gesamten Körpers groß, es können sich verhältnismäßig viele Stromkanäle ausbilden, die dadurch, daß sie nach innen gerichtet sind, nicht besonders lang und nicht viel verzweigt sein müssen, um auch die innersten Teile des Sinterkörpers zu erreichen und ihn ganz zu durchdringen.It is now evident in the case of particularly small capacitors proposed new shape favorable that only on both end faces of the sintered body 3 pressure must be exerted when shaping from the powder, since the socket 2 can absorb sufficiently strong forces with appropriate restraint to turn also exert a lateral counter pressure and still have a tight, Good conductive caking between the individual granules or powder particles of the electrode material 3 as well as an intimate, large-scale union of the circumference of the disc-shaped Sintered body lying grains with the inner surface parts of the wire mount 2 trains. The contact area with the socket is compared to the size of the whole Body large, a relatively large number of current channels can develop, which that they are directed inwards, not particularly long and not much branched must be in order to reach the innermost parts of the sintered body and him to penetrate completely.

Bei der üblichen Formierung des Sinterkörpers nach dem Sintern bildet sich je nach den gewählten Bedingungen eine mehr oder weniger dicke, die Kapazität mitbestimmende Tantaloxydschicht. Der übrige Aufbau lehnt sich durchaus an bekannte Formen an. Der ganze, so gebildete Anodenkörper wird mit Ausnahme der herausragenden Anschlußfahne 1 gemeinsam mit einem Elektrolyten, z. B. in bekannter Weise mit verdünnter Schwefelsäure, in einen um die Anschlußfahne 2 dicht abzuschließenden Metallbecher gesteckt, der aus einem nicht filmbildenden beständigen Werkstoff, beispielsweise aus Silber, bestehen und gleichzeitig die Gegenelektrode bilden kann.Forms in the usual formation of the sintered body after sintering Depending on the selected conditions, a more or less thick, the capacity Co-determining tantalum oxide layer. The rest of the structure is based on familiar ones Forms. The whole anode body thus formed is, with the exception of the protruding Terminal lug 1 together with an electrolyte, e.g. B. in a known manner with diluted Sulfuric acid, in a metal cup to be sealed around the terminal lug 2 plugged, which is made of a non-film-forming permanent material, for example made of silver, and at the same time can form the counter electrode.

Um ein Beispiel für die Dimensionen zu geben, in welcher ein solcher erfindungsgemäßer Kleinstkondensator hergestellt werden kann, sei angeführt, daß sich Tantalanschlußdrähte mit 0,5 mm Durchmesser und Fassungen eines Durchmessers der Schlinge von 2 mm bewährt haben. Der Durchmesser der Kathodenfassung kann also das Drei- bis Sechsfache des Drahtdurchmessers betragen, der etwa mit der Gesamtdicke des scheibenförmigen Kathodenkörpers übereinstimmt.To give an example of the dimensions in which such a microcapacitor according to the invention can be produced, it should be noted that tantalum connection wires with a diameter of 0.5 mm and sockets of one diameter of the loop of 2 mm. The diameter of the cathode socket can therefore three to six times the wire diameter, which is roughly the same as the total thickness of the disc-shaped cathode body matches.

Die Kapazität ist ebenfalls noch wesentlich abhängig von der Feinheit des zur Sinterung benutzten Metallpulvers. Es empfiehlt sich, beispielsweise Tantalpulver von einer Feinheit unter 80 #t" vorzugsweise unter 50 @L, zu verwenden, so daß bei einer Dicke der Oxydschicht von etwa 1 1t sich immer noch genügend dicke leitende Brücken zwischen den einzelnen Körnchen bei dem Preß- und Sintervorgang bilden und bestehenbleiben.The capacity is also still largely dependent on the fineness of the metal powder used for sintering. It is recommended, for example, tantalum powder of a fineness below 80 #t ", preferably below 50 @L, to be used, so that at a thickness of the oxide layer of about 1 1t is still sufficiently thick conductive Form bridges between the individual granules in the pressing and sintering process and remain.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electrolytic capacitor with one electrode a sintered body and a power supply wire, both of which are made of tantalum and are pressed together, characterized in that one end of the power supply wire forms a loop-shaped socket which encloses the disk-shaped sintered body.

2. Capacitor according to claim 1, characterized in that the electrode holder is circular.

3. Capacitor according to claim 1 and 2, characterized in that the ratio of the diameter of the electrode holder to the wire diameter is about 3 ... 6: 1.

4. Capacitor according to claim 1 to 3, characterized in that that the sintered body made of tantalum powder with a fineness below 80 #x, preferably below 50 #L, is pressed and sintered.

5. Capacitor according to claim 1 to 4, characterized through a housing made of a non-film. forming metal, e.g. B. silver.

6. Capacitor according to claim 1 to 5, characterized by an electrolyte of dilute sulfuric acid. References considered: British Patent Nos. 384 559, 511805, 671809; U.S. Patent Nos. 2,066,912, 2,083,254, 2,299,228, 2,368,688, 2,461,410, 2,504,178, 2,558,172.