DE1200425B

DE1200425B - Elektronische Strom- und Spannungsbegrenzung bei der anodischen Oxydation

Info

Publication number: DE1200425B
Application number: DET20933A
Authority: DE
Inventors: Heinz Wilh Ehlbeck
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1961-10-11
Filing date: 1961-10-11
Publication date: 1965-09-09

Description

Elektronische Strorn- und Spannungsbegrenzung bei der anodischen Oxydation Bekanntlich wird bei der Herstellung von elektrolytischen Kondensatoren das Dielektrikum auf die Aluminium- oder Tantalfolie durch anodische Oxydation aufgebracht. Dazu wird diese Metallfolie als Anode geschaltet und in ein Bad eingebracht. Ka-- pazität und Spannungsfestigkeit und Qualität des Kondensators hängen dabei wesentlich von der Qualität der entstehenden Oxydschicht ab, die selber wiederum von Stromdichte und maximaler Oxydationsspannung beeinflußt wird. Werden zu kleine Stromdichten im Oxydationsbad eingestellt, so ergibt sich eine zu lange Oxydationszeit; zu große Strome dichten dagegen verursachen ungleichmäßige Oxydationsschichten. Im allgemeinen wird daher, wie es in F i g. 1 dargestellt ist, im ersten Teil des Oxydationsprozesses ein maximal zulässiger Oxydationsstrom I im Oxydationsbad eingestellt und konstant gehalten. Mit wachsender Dicke der Oxydationsschicht erhöht sich hierbei laufend die Durchbruchsspannung des sich bildenden Dielektrikums, weshalb die Badspannung U erhöht werden kann. Hat diese innerhalb des ersten Teiles des Oxydationsprozesses einen bestimmten Wert erreicht, wird im nun beginnenden zweiten Teil des Oxydationsprozesses diese Badspannung konstant gehalten, wobei der Oxydationsstrom langsam zu sinken beginnt und sich einem Grenzwert nähert. Während also im ersten Teil des Oxydationsprozesses bei ansteigender Badspannung die Oxydschicht laufend dicker wird, die entstandene Oxydschicht aber noch stark porös ist, kann der zweite Teil des Oxydationsprozesses mit sinkendem Oxydationsstrom als ein Ausheilvorgang von nicht gleichmäßig oxydierenden Stellen der Oberfläche angesehen werden. Bisher wurde diese Einstellung während des Oxydationsprozesses mehr oder weniger von Hand ausgeführt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektronische Anordnung anzugeben, die eine Nachstellung der Badspannung bzw. des Oxydationsstromes während des Oxydationsprozesses überflüssig macht. Maximalstrom und Maximalspannung sollen vor Beginn der Oxydation in weiten Grenzen beliebig einstellbar sein. Auf Grund der Erfindung soll in vielen Fällen eine Rationalisierung bei der Herstellung von Oxydschichten auf Metalle und Halbleiter möglich sein.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung zur elektronischen Strom- und Spannungsbegrenzung bei der anodischen Oxydation mit Hilfe eines oder mehrerer zum Verbraucher in Reihe angeordneter elektronischer Schaltelernente erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das elektronische Schaltelement so ausgesteuert wird, daß der Oxydationsstrom bis zum Erreichen eines vorgegebenen Oxydationsspannungswertes konstant bleibt und daß weitere Steuermittel, vorzugsweise in Verbindung mit einer Zenerdiode, vorgesehen sind, die nach Erreichen dieses vorgegebenen Oxydationsspannungswertes diese Spannung konstant halten.
Bei einer bekannten Schaltungsanordnung zur elektronischen Spannungsbegrenzung mit einem Transistor wird das Basispotential eines Transistors konstant gehalten. Weiterhin sind auch Reihenschaltungen von Verbrauchern mit elektronischen Widerstandsstrecken bekannt. Schließlich sind auch noch sogenannte Kniekurvenregler bekannt, bei denen die Spannung zunächst unabhängig vom Strom konstant gehalten wird und erst vom Erreichen eines maximalen Stromes an die Spannung so eingestellt wird, daß der maximale Strom nicht überschritten wird. Hiervon unterscheidet sich jedoch die Erfindung hinsichtlich der Charakteristik von Strom- und Spannungsverlauf.
F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung und besteht im einzelnen aus folgenden Schaltelernenten. Das Oxydbad 1 ist gemäß der Erfindung mit seiner Kathode 2 mit der Anode einer Pentode 4 und mit seiner Anode 3 mit einer Klemme U, einer Speisespannungsquelle verbunden. Der Oxydationsstrom kann durch ein Amperemeter A, die Spannung des Oxydbades durch ein Voltmeter V bestimmt werden. Ruhekontakt 5 und Arbeitskontakt 6 dienen, wie später noch beschrieben wird, zur Bestimmung der Höchstwerte von Oxydationsstrom und -spannung vor dem Beginn des Oxydationsprozesses. Die Pentode 4 hat in ihrer Kathodenzuführung ein Potentiometer 7, mit dessen Hilfe der Oxydationsstrom eingestellt wird, und einen Schutzwiderstand 8, der die Pentode vor Überlastung schützen soll. Das Gitter der Pentode 4 ist über einen Widerstand 9 mit Potential Null verbunden. Das Schirmgitter ist über einen Widerstand 10 mit einem stabilisierten Spannungsteiler verbunden, dessen einer Widerstand 11 mit der Klemme U, einer Spannungsquelle verbunden ist und dessen anderer Zweig, der mit Potential Null verbunden ist, durch eine Reihenschaltung eines Widerstandes 12 und eine Zenerdiode 13 gebildet wird, zu welchen ein Stabilisator 14 parallel geschaltet ist. Die Zenerdiode 13 ist außerdem noch über eine Diode 15 mit der Anode der Pentode 4 verbunden.
Zu Beginn des Oxydationsprozesses - das zu oxydierende Material ist bereits als Anode in das Bad eingesetzt worden - wird die maximal gewünschte Badspannung U bei geöffneter Taste 5 eingestellt, indem die Spannung der Speisespannungsquelle auf einen entsprechenden Wert eingestellt wird. Abgelesen werden kann die Badspannung U an Voltmeter V. Dann wird die Taste 5 geschlossen und 6 geöffnet und der maximal gewünschte Oxydationsstrom mit Potentiometer 7 eingestellt, der mit AmperemeterA gemessen werden kann. Wird nun Taste 6 wieder geöffnet, so beginnt die Oxydation, und zwar - wie mit Hilfe von F i g. 1 schon beschrieben - mit dem konstant gehaltenen Maximaloxydationsstrom. Mit wachsender Oxydschicht steigt die Badspannung allmählich an, womit die Spannung an der Anode der Elektronenröhre 4 abfällt. Pentoden haben aber bekanntlich die Eigenschaft, daß ihr Anodenstrom von der Anodenspannung nur geringfügig abhängt, wenn die Schirmgitterspannung konstant gehalten wird und die Anodenspannung nicht unter einen bestimmten Wert U, absinkt. Damit bleibt der Oxydationsstrom in gewünschter Weise und - wie in F i g. 1 dargestellt - konstant. Ist dann die Badspannung auf den vorher eingestellten Maximalwert angestiegen, die Anodenspannung also auf ihrem niedrigsten Wert, bei dem der Anodenstrom noch konstant gehalten wird, gefallen, dann öffnet die durch den Spannungsabfall an der Zenerdiode 13 vorgespannte Diode 15 und verhindert das weitere Ansteigen der Badspannung. Damit hat der zweite Teil des Oxydationsprozesses begonnen, bei dem die Badspannung konstant gehalten wird und der Oxydationsstrom allmählich auf einen Grenzwert absinkt. Als einstellbare Speisespannungsquelle wird zweckmäßig ein elektronisch stabilisiertes Netzgerät verwendet. Die Spannungseinstellung ist damit ohne wesentliche Änderung des Innenwiderstandes der Spannungsquelle möglich. Außerdem ist die von einem solchen Gerät gelieferte Spannung praktisch unabhängig von Netzspannungsschwankungen.

Claims

Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zur elektronischen Strom- und Spannungsbegrenzung bei der anodischen Oxydation mit Hilfe eines oder mehrerer zum Verbraucher in Reihe angeordneter elektronischer Schaltelemente, vorzugsweise einer oder mehrerer Pentoden, d a d u r c h gekennzeichnet, daß das elektronische Schaltelement so ausgesteuert wird, daß der Oxydationsstrom bis zum Erreichen eines vorgegebenen Oxydationsspannungswertes konstant bleibt, und daß weitere Steuermittel, vorzugsweise in Verbindung mit einer Zenerdiode, vorgesehen sind, die nach Erreichen des vorgegebenen Oxydationsspannungswertes diese Spannung konstant halten.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxydationsstrom durch einen Stellwiderstand in der Kathodenzuführung der Pentode einstellbar ist. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Konstanthaltung der Oxydationsspannung dienende Zenerdiode über eine Diode mit der Anode der Pentode verbunden sind. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Oxydationsspannung durch eine von außen zugeführte Spannung einstellbar ist. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Arbeitskontakt (6) zur Feststellung des maximalen Oxydationsstromes und ein Ruhekontakt (5) zur Feststellung der maximalen Oxydationsspannung vor Beginn des Oxydationsprozesses vorgesehen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 967 409, 1106 85 1; deutsche Auslegeschrift Nr. 1052 529; Proc. IRE 32 (1944), S. 416; Electronic Engng. (1954), S. 429, 430.