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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Festelektrolytkondensator,
der eine Anode aufweist, die aus einem Ventilmetall, wie z.B. Aluminium,
Tantal oder Niob, hergestellt ist, und auch einen Festelektrolyten,
wie z.B. ein leitfähiges
Polymer oder Mangandioxid, aufweist.
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Ein
typischer Festelektrolytkondensator, der ein Ventilmetall als eine
Anode aufweist, wird in der folgenden Weise hergestellt: Zuerst
wird eine Anode aus einem porösen
Preßling
des Ventilmetalls, wie z.B. einer oberflächenaufgerauhten Aluminiumfolie,
oder aus einem porösen
Preßling
aus einem gesinterten Pulver eines Ventilmetalls, wie z.B. Tantal
oder Niob, hergestellt. Die gesamte Oberfläche des porösen Preßlings des Ventilmetalls wird
mit einem dielektrischen Oxidfilm überzogen. Zweitens wird auf
der Oberfläche
des dielektrischen Oxidfilmes eine Festelektrolytschicht aus einem
leitfähigen
Polymer, wie z.B. Polypyrrol, oder aus Mangandioxid gebildet, und
eine Kathodenschicht aus einer Kohlenstoffschicht, einer Silberschicht
oder dergleichen wird auf der Festelektrolytschicht gebildet. Anschließend wird
ein Anoden-Entnahmeanschluß durch Schweißen oder
dergleichen an einer Anodenleitung angebracht, und ein Kathoden-Entnahmeanschluß wird mit
einem leitfähigen
Klebstoff oder dergleichen an einer Kathodenschicht angebracht.
Zum Schluß wird
das ganze Element mit einem Verkapselungsharz umhüllt, aus
dem der Kathoden-Entnahmeanschluß und der
Anoden-Entnahmeanschluß teilweise
nach außen
hin freiliegen. Alternativ kann die Festelektrolytschicht ohne Bildung
einer Kathodenschicht mit dem Kathoden-Entnahmeanschluß elektrisch
verbunden werden.
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Da
das Verkapselungsharz dazu dient, Luftdichtigkeit gegenüber der
Außenseite
zu bewahren, sollte es in einem Abschnitt zum Herausführen von
Anschlüssen
aus der Verkapselung sicher an Elektrodenentnahmebauteile geklebt
werden. Insbesondere wenn der Festelektrolyt ein leitfähiges Polymer
ist, wird ungenügende
Luftdichtigkeit eine beträchtliche
Verschlechterung verursachen, und somit wird es schwierig, die elektrischen
Eigenschaften langfristig günstig
zu bewahren. Daher wird zum Sicherstellen der Luftdichtigkeit das
Verkapselungsharz im allgemeinen unter Benutzung von Formen (ein
Tip-Kondensator) oder Tauchen (ein Lead-Kondensator) aus einem wärmehärtenden
Harz auf Basis von Epoxid gebildet.
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Auch
ist ein Festelektrolytkondensator bekannt, der ein Verkapselungsgehäuse aufweist.
Ein derartiger Kondensator wird hergestellt, indem ein gesamtes
Element in ein Gehäuse
gesteckt wird, an dem ein Kathoden-Entnahmeanschluß und ein
Anoden-Entnahmeanschluß teilweise
nach außen
herausgeführt
sind, und indem die Öffnung
des Gehäuses
mit einem Harz oder dergleichen versiegelt wird.
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Zur
Benutzung wird ein typischer Festelektrolytkondensator durch Löten oder
dergleichen auf einem Substrat angebracht. Bedingt durch Erhitzen
oder Abkühlen
beim Anbringen tritt in dem Festelektrolytkondensator Verzerrung
auf. Diese Verzerrung wird durch Spannung aufgrund von Unterschieden
der Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen Bauteilen, einschließlich
des Substrats, des Lötmittels
und eines Kurzzeit-Haftmittels, das vorher auf dem Substrat gebildet
wurde, und dem Festelektrolytkondensator und auch Unterschieden
der Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen den jeweiligen Bauteilen in dem Festelektrolytkondensator
verursacht. Ein Festelektrolytkondensator vom Gehäuseeinstecktyp,
wie in JP-A-3-276 621 offenbart, kann Verzerrung im Innenraum absorbieren.
Jedoch wird die Verzerrung, die durch die thermische Beanspruchung bedingt
ist, bei einem getauchten Produkt, wie in JP-A-5-243 096 offenbart,
und einem geformten Produkt, wie in JP-A-8-213 285 offenbart, in
dem Festelektrolytkondensator ein teilweises Ablösen verursachen.
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Dieses
Ablösen
erfolgt dort, wo die Klebekraft (Bindekraft) am schwächsten ist.
In einem herkömmlichen
Festelektrolytkondensator erfolgt das Ablösen oftmals an einer Grenzfläche zwischen
einer Festelektrolytschicht und einer Kathodenschicht oder zwischen
einer Festelektrolytschicht und einem Kathoden-Entnahmeanschluß. Wenn
ein Ablösen
erfolgt, ist die Effizienz der Kathodenentnahme herabgesetzt, und
die elektrischen Eigenschaften des Produktes werden sich verschlechtern.
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US 4 039 904 offenbart ein
Kondensatorelement, das eine Anode aus einem Ventilmaterial, z.B.
Tantal, einen Oxidfilm, der auf der Anode gebildet ist, eine Festelektrolytschicht,
z.B. aus Mangandioxid, die auf der Oberfläche des Oxidfilmes gebildet
ist, eine Kathode, die mit der Festelektrolytschicht elektrisch
verbunden ist, ein Verkapselungsharz, welches das Kondensatorelement
umhüllt,
wobei eine Harzzwischenschicht um das Kondensatorelement herum angeordnet
ist, aufweist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Festelektrolytkondensator nach Anspruch 1 bereitgestellt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen Festelektrolytkondensator bereit,
der in der Lage ist, das Ablösen
innerhalb eines Elementes beim Anbringen auf einem Substrat zu beherrschen.
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Ein
Festelektrolytkondensator der bevorzugten Ausführungsform weist ein Kondensatorelement
und ein Verkapselungsharz auf, das so ausgebildet ist, daß es das
Kondensatorelement umhüllt,
und das Kondensatorelement weist eine Anode aus einem Ventilmetall,
eine Oxidfilmschicht, die auf der Oberfläche der Anode ausgebildet ist,
eine Festelektrolytschicht, die auf der Oxidfilmschicht ausgebildet
ist, und eine Kathode, die mit der Festelektrolytschicht elektrisch
verbunden ist, auf. Der Festelektrolytkondensator ist dadurch gekennzeichnet,
daß eine
Zwischenschicht zum Lösen
von Spannung ein poröser
Preßling
ist und mindestens in einem Teil einer Grenzfläche zwischen der Kathode und
dem Verkapselungsharz angeordnet ist.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
kann das Ablösen
der Festelektrolytschicht von der Kathode beherrscht werden, da
auftretende Spannung in einer Zone gelöst wird, in der die Zwischenschicht
gebildet ist.
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Im
folgenden werden verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung nur als Beispiel neben einer Anordnung beschrieben, die
nicht erfindungsgemäß und nur
zu Veranschaulichungszwecken beschrieben ist. Es wird Bezug genommen
auf die begleitenden Zeichnungen, in denen
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1 eine
Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Festelektrolytkondensators
gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
ist,
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2 eine
Prinzipansicht zur Veranschaulichung eines Kondensatorelementes
des Festelektrolytkondensators in 1 ist,
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3 eine
Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines anderen Festelektrolytkondensators
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
ist,
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4 eine
perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung eines Festelektrolytkondensators
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
ist,
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5 eine
Querschnittsansicht des Festelektrolytkondensators in 4,
betrachtet entlang einer Linie II-II, ist.
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Wenn
ein Festelektrolytkondensator auf einem Substrat angebracht wird,
wird aufgrund des Unterschieds der Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen den Bauteilen, insbesondere zwischen dem Verkapselungsharz
und dem mit dem Verkapselungsharz zu umhüllenden Kondensatorelement,
eine Festelektrolytschicht von einer Kathode abgelöst. Mit
anderen Worten: Die Zugspannung, die durch die angewendete Hitze bedingt
ist, wirkt so, daß das
Verkapselungsharz, das einen verhältnismäßig großen Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweist, die Oberflächenschicht
des Kondensatorelementes, das einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweist, nach außen
ziehen wird. Dies wird zwischen der Festelektrolytschicht und der
Kathode ein Ablösen
verursachen, weil in dem Kondensatorelement die Grenzfläche zwischen
ihnen eine schwache Bindekraft aufweist. Überdies wird, bedingt durch
den Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten oder
dergleichen, auf die Grenzfläche
zwischen dem Verkapselungsharz und dem Kondensatorelement eine Scherspannung
einwirken. Die Scherspannung wird auch zwischen der Festelektrolytschicht
und der Kathode ein Gleiten verursachen, und dies wird ein Ablösen verursachen.
Zum Beherrschen des Ablösens
ist es erforderlich, diese Spannungen, die auf die Grenzfläche zwischen
dem Verkapselungsharz und dem Kondensatorelement wirken, zu lösen.
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Eine
Zwischenschicht wird gebildet, um diese Spannung zu lösen, und
dient, die Verzerrung zu beherrschen, die aufgrund der Spannung
auftritt. Vorzugsweise löst
die Zwischenschicht Spannung, indem sie einen sich vergrößernden
Spalt zwischen einer Oberfläche
der Kathode, die der Zwischenschicht gegenüberliegt, und einer Oberfläche des
Verkapselungsharzes oder einen Schlupf zwischen diesen Oberflächen zuläßt, bevor
die Spannung, die aufgrund des Unterschieds der Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Kondensatorelementes und des Verkapselungsharzes durch Hitze
auftritt, durch Ablösen
in dem Kondensatorelement gelöst
wird.
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Die
Zwischenschicht kann Spannung lösen,
z.B. indem sie sich als Reaktion auf die Spannung verformt. Die
Verformung der Zwischenschicht kann eine elastische Verformung oder
eine plastische Verformung sein. Die Verformung kann von innerem
Versagen, wie z.B. Delaminierung in der Zwischenschicht, begleitet sein.
Wenn die Reaktion der Zwischenschicht auf Spannung schwach ist,
kann das Ablösen
der Festelektrolytschicht von der Kathode nicht ausreichend beherrscht
werden. Die Zwischenschicht ist vorzugsweise durch eine Anwendung
von Spannung leicht verformbar, die kleiner ist als die Mindestspannung,
die ein Ablösen
der Festelektrolytschicht von der Kathode verursacht, so daß die Spannung
gelöst
werden kann.
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Als
eine derartige Zwischenschicht wird ein poröser Preßling benutzt. In einer Anordnung,
die nicht innerhalb des Umfanges der vorliegenden Erfindung liegt,
wird eine Harzschicht als Zwischenschicht benutzt. Die Harzschicht
weist beispielsweise eine Kautschukschicht und eine Harzschicht
auf, die mit Plastizität
versehen ist. Ein poröser
Preßling
ist aufgrund von Hohlräumen
in seinem Inneren leicht verformbar. Obwohl ein metallischer poröser Preßling benutzt
werden kann, weist ein bevorzugter poröser Preßling Harz als die Hauptkomponente
auf. Der poröse
Preßling
kann eine Asbeststruktur (Aggregation von Fasern mit offenen Löchern), eine Bimssteinstruktur
(getrennte offene Löcher
aufweisend) oder sogar eine Netz- oder Maschenstruktur aufweisen.
Ein poröser
Preßling
mit einer Bimssteinstruktur kann gebildet werden, indem eine Harzschicht
gebildet wird, die ein dispergiertes schäumbares Harzpulver enthält, und
das Harzpulver geschäumt
wird. Ein bevorzugter poröser
Preßling
ist eine poröse
Harzschicht, die durch Schäumen
eines schäumbaren
Harzpulvers in einer stützenden
Harzschicht erhalten wird.
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Die
Zwischenschicht kann eine Mehrfachschicht sein, die eine Grenzfläche aufweist,
die leicht ablösbar
ist. Diese Zwischenschicht wird durch die innere Delaminierung verformt
und löst
Spannung.
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Die
Zwischenschicht kann auch Spannung lösen, indem sie sich mindestens
in Abschnitten von der Kathode und/oder dem Verkapselungsharz ablöst. Vorzugsweise
weist die Zwischenschicht in diesem Fall an ihrer Grenzfläche mit
mindestens einem, ausgewählt
aus der Kathode und dem Verkapselungsharz, eine schwache Bindekraft
auf und ist die Bindekraft kleiner als eine Bindekraft zwischen
der Festelektrolytschicht und der Kathode.
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Die
oben erwähnte
Zwischenschicht weist mindestens einen, ausgewählt aus einem Metallfilm und
einem Harzfilm, auf. Vorzugsweise liegt der Film ohne jegliches
Binden zwischen der Kathode und dem Verkapselungsharz oder ist nur
teilweise auf die Kathode geklebt. In Anbetracht der Schwierigkeiten,
den Film während
der Bildung des Verkapselungsharzes an einer bestimmten Position
zu halten, ist es stärker
bevorzugt, daß der
Film teilweise geklebt ist.
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Ein
anderes Beispiel für
nichterfindungsgemäße Zwischenschichten
ist eine Schicht, die durch Auftragen von mindestens einem, ausgewählt aus
einem Öl
und einem Kupplungsmittel, gebildet wird. Diese Materialien können direkt
auf die Kathode aufgetragen werden, oder sie können zur Auf tragung mit einem
Lösemittel
verdünnt
und anschließend
getrocknet werden. Das Öl
weist vorzugsweise einen Siedepunkt von nicht weniger als 150 °C auf, da
ein Gas, das durch Wärme
erzeugt wird, den Innendruck erhöht
und ein Ablösen
bewirken kann. Da die thermische Behandlung beim Löten in einer
verhältnismäßig kurzen
Zeit erfolgt, wird in einem Öl,
das einen Siedepunkt von nicht weniger als 150 °C aufweist, keine schnelle Gasbildung
eintreten, selbst wenn der Siedepunkt gleich der Anbringungstemperatur
(etwa 230 °C)
oder niedriger als diese ist. Für ein
Kupplungsmittel gibt es keine spezifische Beschränkung hinsichtlich des Siedepunktes
von Materialien vor einer Reaktion, da das Mittel durch eine chemische
Reaktion an die Kathodenoberfläche
gekuppelt wird. Die Wärmebeständigkeit
nach der Reaktion beträgt
vorzugsweise mindestens 200 °C.
Ein Silikonöl
und ein fluorhaltiges Kupplungsmittel als das Öl bzw. das Kupplungsmittel
sind wünschenswert.
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Ein
anderes nichterfindungsgemäßes Beispiel
für die
Zwischenschichten ist eine Schicht, die mindestens eines, ausgewählt aus
einem Silikonharz und einem fluorhaltigen Harz, enthält. Diese
wünschenswerten Materialien
(Harze auf Basis von Silikon und auf Basis von Fluor) werden dazu
dienen, eine Zwischenschicht bereitzustellen, welche die Bindekraft
zwischen der Zwischenschicht und entweder dem Verkapselungsharz oder
der Kathode im wesentlichen vernachlässigbar machen kann.
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Das
Lösen von
Spannung durch die Zwischenschicht kann von beiden, Verformung und
Ablösen,
begleitet sein. Die Verformung und/oder das Ablösen kann nur in einem Abschnitt
der Zwischenschicht erfolgen. Beispielsweise kann die Zwischenschicht
teilweise abgelöst
werden, wenn in dem Kondensatorelement kein Ablösen erfolgt. Selbst wenn die
Spannung nur durch Ablösen
nicht ausreichend gelöst
werden kann, kann der Zweck der bevorzugten Ausführungsform durch Unterstützen des
Lösens
von Spannung durch Benutzen der gleichzeitigen Verformung der Zwischenschicht
erfüllt
werden.
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Wie
oben angegeben, wird, wenn ein Festelektrolytkondensator der bevorzugten
Ausführungsform zum
Zwecke des Anbringens auf einem Substrat usw. erwärmt wird,
der Kondensator, bedingt durch das Ablösen an der Grenzfläche (oder
in) der Zwischenschicht, dadurch innen einen Raum aufweisen. Dieser
Raum dient auch dazu, Innendruck durch ein Gas, das in dem Kondensator
erzeugt wird, abzubauen. Es sollte besonders beachtet werden, daß ein Festelektrolytkondensator
in seinem Inneren Kondensation aufweisen wird, wenn er lange Zeit
an der Luft gelassen wird. Wenn ein derartiger Kondensator erwärmt wird,
um auf einem Substrat angebracht zu werden, wird Feuchtigkeit in
dem Kondensator schnell zu Gas werden und den Innendruck des Kondensators
erhöhen,
und dies wird ein Ablösen
verursachen. Jedoch können
Räume,
die durch Ablösen
und Verformung der Zwischenschicht geschaffen werden, diesen Innendruck
abbauen, ohne ein Ablösen
in dem Kondensatorelement zu verursachen.
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Ein
Festelektrolytkondensator einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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Ein
Festelektrolytkondensator, der in 1 gezeigt
ist, weist ein Kondensatorelement 20 auf, das mit einem
Verkapselungsharz 8 umhüllt
ist. Wie in 2 gezeigt, besteht das Kondensatorelement 20 aus
einer Anode 1, einem dielektrischen Oxidfilm 2,
der auf der Oberfläche
der Anode ausgebildet ist, einer Festelektrolytschicht 3,
die auf dem dielektrischen Oxidfilm gebildet ist, und einer Kathode 10,
die auf der Festelektrolytschicht ausgebildet ist.
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In
dieser Beschreibung ist ein leitfähiger Teil (ein Abschnitt,
der effizient als eine Elektrode wirkt), der auf der Festelektrolytschicht
angeordnet ist, als eine Kathode definiert. In der Ausführungsform,
die in den Zeichnungen gezeigt ist, besteht die Kathode 10 aus
drei Schichten: einer Kathodenschicht 4, einer leitfähigen Klebstoffschicht 5 und
einem Abschnitt 6a eines Kathoden-Entnahmeanschlusses 6 (2).
Ein Abschnitt 6b des Kathoden-Entnahmeanschlusses 6 wird
nicht als ein Abschnitt der Kathode 10 angesehen, d.h.
der Abschnitt 6b ist nicht als ein Abschnitt des Kondensatorelementes
definiert, da der Abschnitt 6b nur als Entnahmeelektrode
benutzt wird und nicht zur Energiesammlung von der Festelektrolytschicht
beiträgt.
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Das
Kondensatorelement 20 ist als Ganzes von einem Verkapselungsharz 8 umhüllt, mit
Ausnahme eines Teils, in dem der Kathoden-Entnahmeanschluß 6 (6b)
und der Anoden-Entnahmeanschluß 7 durch
das Verkapselungsharz 8 nach außen aus dem Kondensatorelement
herausgeführt
sind, um elektrische Leitfähigkeit
sicherzustellen.
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Eine
Zwischenschicht 9 ist in einem Teil einer Grenzfläche zwischen
der Kathode 10 und dem Verkapselungsharz 8 angeordnet.
In einer Anordnung, die nicht innerhalb des Umfanges der vorliegenden
Erfindung liegt, ist die Zwischenschicht 9, die so angeordnet
ist, daß sie
die Kathodenschicht 4 in 1 berührt, so
angeordnet, daß sie
den Kathoden-Entnahmeanschluß 6a berührt, wie
in 3 gezeigt. Oder die Zwischenschicht 9 kann
auf beliebigen Oberflächen
der Kathode gebildet sein, nicht gezeigt in 1 oder 3.
Beispielsweise kann eine Zwischenschicht 9 an einer Position
angeordnet sein, die in 5 angegeben ist, die einen Querschnitt
zeigt, der entlang einer Querrichtung des Festelektrolytkondensators
betrachtet wird (ein Querschnitt, betrachtet längs einer Linie II-II in 4 als
eine perspektivische Ansicht). Die Zwischenschicht 9 ist
in 5 auf der linken Seite angeordnet, jedoch kann
sie auf der rechten Seite oder auf beiden Seiten angeordnet sein.
Alternativ können
zur Benutzung die Zwischenschichten, die in 1, 3 und 5 gezeigt sind,
kombiniert sein. In solch einem Fall können die Zwischenschichten 9 an
den Ecken miteinander verbunden sein. 1 und 3 entsprechen
dem Querschnitt von 4, betrachtet längs einer
Linie I-I.
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Das
Verkapselungsharz wird im Vergleich zur Ausdehnung in beliebige
andere Richtungen davon abgehalten, sich in eine Richtung senkrecht
zu den Oberflächen 8a, 8b auszudehnen,
in der die Entnahmeanschlüsse 6 und 7 jeweils
freiliegen, da das Paar der Entnahmeanschlüsse auf die Oberflächen 8a, 8b geklebt ist.
Die Scherspannung zwischen dem Kondensatorelement und dem Verkapselungsharz
in einer Richtung, die parallel zu den Oberflächen 8a, 8b ist,
ist aufgrund der Entnahmeanschlüsse 6 und 7 ebenfalls
beherrscht. Bei einem derartigen typischen Tip-Kondensator sind
der Anoden-Entnahmeanschluß und
der Kathoden-Entnahmeanschluß herausgeführt, so
daß sie
ein Paar sich gegenüberliegender
Außenoberflächen des
Verkapselungsharzes mindestens teilweise bedecken. Bei einem derartigen
Kondensator ist eine Zwischenschicht 9 vorzugsweise in
mindestens einem Teil einer Grenzfläche, angeordnet in einer Richtung,
die im wesentlichen senkrecht zu dem Paar Außenoberflächen ist, gebildet (eine Grenzfläche, die
nicht parallel zu einer Oberfläche mit
freiliegenden Anschlüssen
ist).
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Die
jeweiligen Bauteile werden im folgenden weiter erläutert.
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Die
Anode 1 ist aus einem Ventilmetall hergestellt. Als Ventilmetall
können
vorzugsweise Aluminium, Tantal oder Niob benutzt werden. Die Anode
ist ein poröser
Preßling,
der mit vielen Mikrolöchern
oder Poren versehen ist, die mit der Außenoberfläche kommunizieren, ist jedoch
in den Zeichnungen ausgespart.
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Wenn
für die
Anode Aluminium benutzt wird, kann eine Aluminiumfolie durch Ätzen oder
dergleichen aufgerauht werden, um mit vielen Mikroporen versehen
zu werden. Wenn Tantal oder Niob benutzt wird, kann ein poröser Preßling durch
Preßformen eines
Pulvers des Ventilmetalls vor dem Sintern hergestellt werden. Oder
das Ventilmetallpulver kann als ein Flächengebilde aufgebracht und
gesintert werden, um einen porösen Preßling bereitzustellen.
Diese porösen
Preßlingsfolien
können
zur Benutzung aufgerollt oder laminiert werden.
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Die
dielektrische Oxidfilmschicht 2 kann durch anodisches Oxidieren
der Oberfläche
eines porösen Preßlings aus
einem Ventilmetall gebildet werden. Die dielektrische Oxidfilmschicht
ist im allgemeinen auf der gesamten Oberfläche des Ventilmetalls und auch
auf der Oberfläche
der Mikroporen, die in dem porösen
Preßling
geschaffen sind, mit Ausnahme des Anodenleitungsabschnitts zum Verbinden
mit dem Anoden-Entnahmeanschluß, gebildet,
was jedoch ebenfalls in den Zeichnungen ausgespart ist.
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Die
Festelektrolytschicht 3 kann aus Mangandioxid oder aus
einem leitfähigen
Polymermaterial gebildet sein. Diese Schicht ist auch in den Mikrolöchern des
porösen
Preßlings
gebildet, obwohl dies in den Zeichnungen ebenfalls ausgespart ist.
Obwohl es keine spezifische Beschränkung gibt, können als
Festelektrolyt vorzugsweise leitfähige Polymere, wie z.B. Polypyrrol,
Polyanilin und Polythiophen, benutzt werden.
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Die
Kathodenschicht 4 kann aus einer Kohlenstoffschicht, einer
Silberschicht oder dergleichen zum Sammeln elektrischer Kapazität, die durch
die Festelektrolytschicht entnommen wird, hergestellt sein. Die
Kathodenschicht ist auf der Folienoberfläche gebildet, wenn der poröse Preßling aus
Ventilmetall als eine Anode aus einer Folie besteht. Wenn der poröse Preßling jedoch
eine Rolle oder ein Laminat von Folien ist, kann die Kathodenschicht
auf der Außenoberfläche des
gesamten porösen
Preßlings
gebildet sein. Wenn der poröse Preßling aus
einem gesinterten Pulver besteht, wird die Kathodenschicht auf der
Außenoberfläche gebildet.
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Die
Kathodenschicht ist kein unbedingt notwendiges Element. In Abhängigkeit
von der Struktur und den Materialien kann die Festelektrolytschicht 3 direkt
mit dem Kathoden-Entnahmeanschluß 6 verbunden sein.
In diesem Fall wird eine begrenzte Zone, die dem Abschnitt 6a des
oben erwähnten
Kathoden-Entnahmeanschlusses entspricht, die Kathode sein.
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Der
Kathoden-Entnahmeanschluß 6 ist
mit der Kathodenschicht im allgemeinen mittels einer leitfähigen Klebstoffschicht 5,
wie ein Klebstoff auf Basis von Silber, verbunden. Wenn der Kathoden-Entnahmeanschluß direkt
mit der Festelektrolytschicht verbunden ist, kann die leitfähige Klebstoffschicht
auch ausgespart sein.
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Der
Anoden-Entnahmeanschluß 7 ist
durch Schweißen
oder dergleichen mit dem Anodenleitungsabschnitt verbunden, wo keine
dielektrischen Oxidfilmschichten gebildet sind.
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Das
Verkapselungsharz 8 umhüllt
das Kondensatorelement und versiegelt das gesamte Element, mit Ausnahme
dort, wo der Kathoden-Entnahmeanschluß 6 und der Anoden-Entnahmeanschluß 7 durchgehen. Als
Verkapselungsharz wird vorzugsweise ein Epoxidharz benutzt. Das
Verkapselungsharz ist vorzugsweise durch Formen oder Tauchen gebildet.
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Nach
dem Bilden des Verkapselungsharzes werden die herausgeführten Anschlüsse in eine
vorbestimmte Richtung geknickt, so daß ein Festelektrolytkondensator,
gezeigt in einer beliebigen der Zeichnungen, erhalten wird. Ein
zusätzlicher
Außenanschluß, der mit
den Anschlüssen
zu verbinden ist, kann bereitgestellt sein.
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Es
gibt keine spezifische Beschränkung
für die
Fläche,
die mit der Zwischenschicht zu bilden ist, jedoch macht die Fläche vorzugsweise
mindestens 10 %, insbesondere mindestens 25 % der Grenzfläche zwischen
dem Kondensatorelement und dem Verkapselungsharz aus. Dementsprechend
kann Spannung auf ein ausreichendes Maß herab gelöst werden.
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Wie
in der Zeichung gezeigt, ist die Zwischenschicht 9 vorzugsweise
so angeordnet, daß sie
die Kathodenschicht 4 berührt, wenn die Kathode die Kathodenschicht 4 als
eine leitfähige
Schicht, die auf der Festelektrolytschicht gebildet ist, und den
Abschnitt 6a des Kathoden-Entnahmeanschlusses mit der Kathodenschicht
verbunden aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung wird unten durch Bezugnahme auf einige Beispiele
weiter beschrieben, obwohl die Beispiele die vorliegende Erfindung
nicht beschränken
sollen. Weitere nichterfindungsgemäße Beispiele sind ebenfalls
nur zu Veranschaulichungszwecken bereitgestellt.
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(Vergleichsbeispiel)
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Zuerst
wurde zum Vergleich ein Festelektrolytkondensator hergestellt, ohne
jegliche Zwischenschichten zu schaffen.
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Ein
Tantalpulver wurde mit einer Leitung geformt und gesintert, um einen
porösen
Preßling
aus Ventilmetall von 1,4 mm × 3,0
mm × 3,8
mm zu bilden. Dann wurden die gesamten Oberflächen, einschließlich der Oberflächen der
offenen Löcher
in dem porösen
Preßling,
mit Ausnahme der Leitungsenden, mit einer Formierungsspannung von
30 V in einer wäßrigen Lösung von
Phosphorsäure
anodisch oxidiert, um eine dielektrische Oxidfilmschicht zu bilden.
Anschließend
wurde durch eine chemisch-oxidative Polymerisation eines Pyrrolmonomers
auf der Oberfläche
der dielektrischen Oxidfilmschicht, einschließlich der inneren Oberflächen der Poren,
eine Festelektrolytschicht aus Polypyrrol gebildet.
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Eine
Kohlenstoffschicht und eine Silberschicht wurden auf die Festelektrolytschicht
laminiert, die auf der Außenoberfläche des
porösen
Preßlings
aufgetragen war. Diese Schichten dienen als Kathodenschichten. Dann
wird ein Kathoden-Entnahmeanschluß mit einem
Klebstoff auf Basis von Silber (ein leitfähiger Klebstoff) auf die Kathodenschicht
geklebt, während
ein Anoden-Entnahmeanschluß durch
Schweißen
mit einer Leitung des porösen
Preßlings
aus dem Ventilmetall als eine Anode verbunden wird. Ferner wurde
ein Verkapselungsharz durch Spritzpressen eines Harzes auf Basis
von Epoxid gebildet. Freiliegende Abschnitte des Kathoden-Entnahmeanschlusses
und des Anoden-Entnahmeanschlusses wurden so geknickt, daß ein Festelektrolytkondensator
mit einem Aussehen ähnlich
demjenigen in 4 erhalten wurde.
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(Beispiel 1, nicht erfindungsgemäß)
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Ein
Festelektrolytkondensator wurde in derselben Weise wie in dem Vergleichsbeispiel
erhalten, mit der Ausnahme, daß ein
Polyisoprenkautschuk-Flächengebilde
von 20 μm
Dicke als eine Zwischenschicht auf einen Abschnitt der Kathodenschichtoberfläche geklebt
wurde. Das gesamte Kautschuk-Flächengebilde
wurde mit einem Klebstoff auf die Kathodenschicht geklebt. Die Zwischenschicht
aus dem Kautschuk-Flächengebilde
wurde in eine Zone geklebt, die in 1 gezeigt
ist. Diese Zone macht etwa 25 % der Grenzfläche zwischen dem Kondensatorelement
und dem Verkapselungsharz aus.
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(Beispiel 2, nicht erfindungsgemäß)
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Ein
Festelektrolytkondensator wurde in derselben Weise wie in dem Vergleichsbeispiel
erhalten, mit der Ausnahme, daß ein
Epoxidharzfilm von 25 μm
Dicke als eine Zwischenschicht in einem Teil (Abschnitt) der Kathodenschichtoberfläche gebildet
wurde. Ein Öl
wurde vorher auf das Epoxidharz aufgetragen, um für Plastizität zu sorgen
und dasselbe weichzumachen. Der gesamte Epoxidharzfilm wurde mit
einem Klebstoff auf die Kathodenschicht geklebt. Ähnlich wie
in Beispiel 1 wurde die Zwischenschicht aus dem Epoxidharzfilm in
eine Zone geklebt, die in 1 gezeigt
ist.
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(Beispiel 3)
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Ein
Festelektrolytkondensator wurde in derselben Weise wie in dem Vergleichsbeispiel
erhalten, mit der Ausnahme, daß ein
poröses
Harz-Flächengebilde
von 50 μm
Dicke als eine Zwischenschicht in einem Abschnitt der Kathodenschichtoberfläche angeordnet
wurde. Das poröse
Harz-Flächengebilde
wurde durch Herstellen einer Harzlösung durch Auflösen eines
Butyralharzes und Dispergieren eines schäumbaren Harzpulvers in einem
Lösemittel
(Butylacetat), Auftragen der Harzlösung auf die Kathodenschicht
und ferner Erhitzen, um das Lösemittel
zu verdampfen und auch das schäumbare
Harzpulver zu schäumen,
gebildet. Das schäumbare
Harzpulver ist aus Mikrokapseln von Kohlenwasserstoff mit einem
niedrigen Siedepunkt, gefüllt
in Hüllen aus
einem thermoplastischen Harz („Micropearl", hergestellt von
Matsumoto Yushi-Seiyaku; der durchschnittliche Teilchendurchmesser
beträgt
10 μm) hergestellt.
Das Harz wurde auf 120 °C
erhitzt. Ähnlich
wie in Beispiel 1 wurde die Zwischenschicht aus dem porösen Harz-Flächengebilde
in einer Zone gebildet, die in 1 dargestellt
ist.
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(Beispiel 4)
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Ein
Festelektrolytkondensator wurde in derselben Weise wie in dem Vergleichsbeispiel
erhalten, mit der Ausnahme, daß ein
poröses
Harz-Flächengebilde
von 50 μm
Dicke als eine Zwischenschicht in einem Abschnitt einer Oberfläche des
Kathoden-Entnahmeanschlusses, der einen Abschnitt der Kathode bildet,
angeordnet wurde. Das poröse
Harz-Flächengebilde
wurde in derselben Weise wie in Beispiel 3 gebildet. Die Zwischenschicht
aus dem porösen
Harz-Flächengebilde
wurde in einer Zone gebildet, die in 3 gezeigt
ist. Diese Zone macht etwa 25 % der Grenzfläche zwischen dem Kondensatorelement
und dem Verkapselungsharz aus.
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(Beispiel 5, nicht erfindungsgemäß)
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Ein
Festelektrolytkondensator wurde in derselben Weise wie in dem Vergleichsbeispiel
erhalten, mit der Ausnahme, daß ein
Polyimidfilm von 25 μm
Dicke als eine Zwischenschicht in einem Abschnitt der Kathodenschichtoberfläche gebildet
wurde. Der Polyimidfilm wurde mit einem Klebstoff nur an den beiden
Enden, jedoch nicht auf die gesamte Oberfläche der Kathode geklebt. Ähnlich wie
in Beispiel 1 wurde die Zwischenschicht aus dem Polyimidfilm in
einer Zone gebildet, die in 1 gezeigt
ist.
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(Beispiel 6, nicht erfindungsgemäß)
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Ein
Festelektrolytkondensator wurde in derselben Weise wie in dem Vergleichsbeispiel
erhalten, mit der Ausnahme, daß ein
Polyimidfilm von 25 μm
Dicke als eine Zwischenschicht in einem Abschnitt einer Oberfläche des
Kathoden-Entnahmeanschlusses, der einen Abschnitt der Kathode bildet,
gebildet wurde. Der Polyimidfilm wurde mit einem Klebstoff nur an
den beiden Enden auf die Kathode geklebt; seine Oberfläche wurde jedoch
nicht gänzlich
befestigt. Ähnlich
wie in Beispiel 4 wurde die Zwischenschicht aus dem Polyimidfilm
in einer Zone gebildet, die in 8 gezeigt
ist.
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(Beispiel 7, nicht erfindungsgemäß)
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Ein
Festelektrolytkondensator wurde in derselben Weise wie in Beispiel
6 erhalten, mit der Ausnahme, daß der Kathoden-Entnahmeanschluß und der
Anoden-Entnahmeanschluß in
eine Richtung geknickt wurden, die entgegengesetzt zu der Richtung
war, die in 3 gezeigt ist.
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(Beispiel 8, nicht erfindungsgemäß)
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Ein
Festelektrolytkondensator wurde in derselben Weise wie in dem Vergleichsbeispiel
erhalten, mit der Ausnahme, daß ein
Silikonharzfilm von 10 μm
Dicke als eine Zwischenschicht in einem Abschnitt der Kathodenschichtoberfläche gebildet
wurde. Ähnlich
wie in Beispiel 1 wurde die Zwischenschicht aus dem Silikonharzfilm
in einer Zone gebildet, die in 1 gezeigt
ist.
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(Beispiel 9, nicht erfindungsgemäß)
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Ein
Festelektrolytkondensator wurde in derselben Weise wie in dem Vergleichsbeispiel
erhalten, mit der Ausnahme, daß ein
Silikonöl
als eine Zwischenschicht auf einen Abschnitt der Kathodenschichtoberfläche aufgetragen
wurde. Ähnlich
wie in Beispiel 1 wurde die Zwischenschicht aus dem Silikonöl in einer
Zone gebildet, die in 1 gezeigt ist.
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(Beispiel 10, nicht erfindungsgemäß)
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Ein
Festelektrolytkondensator wurde in derselben Weise wie in dem Vergleichsbeispiel
erhalten, mit der Ausnahme, daß ein
Silan-Kupplungsmittel mit einem fluormodifizierten Ende als eine
Zwischenschicht auf einen Abschnitt der Kathodenschichtoberfläche aufgetragen
wurde. Diese Zwischenschicht wurde durch Auftragen eines Lösemittels
(Isopropylalkohol), welches das Silan-Kupplungsmittel zu etwa 3
Gew.% enthielt, auf die Kathodenschicht und durch Erhitzen, um das
Lösemittel
zu verdampfen, gebildet. Die Zwischenschicht aus dem Silan-Kupplungsmittel wurde
in der Zone gebildet, die in 1 gezeigt
ist.
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(Beispiel 11, nicht erfindungsgemäß)
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Ein
nichterfindungsgemäßer Festelektrolytkondensator
wurde in derselben Weise wie in Beispiel 10 erhalten, mit der Ausnahme,
daß die
Zwischenschicht in einer Zone gebildet wurde, die in 5 gezeigt
ist. Diese Zone macht etwa 10 % der Grenzfläche zwischen dem Kondensatorelement
und dem Verkapselungsharz aus.
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Die
Werte des effektiven Reihenverlustwiderstandes (ESR) für die Festelektrolytkondensatoren,
die in den jeweiligen Beispielen erhalten wurden, betrugen etwa
30 mΩ.
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Diese
Festelektrolytkondensatoren wurden mit einem aushärtenden
Harz für
vorübergehende
Haftung an den Mitten der unteren Oberflächen (den Seiten mit geknickten
Anschlüssen)
auf Montagesubstraten befestigt und durch eine Lötmittelaufschmelzung angebracht.
Die gesamte Verfahrensdauer des Lötmittelaufschmelzens einschließlich des
Ansteigens und des Sinkens der Temperatur wurde zu 3 Minuten bestimmt,
und die Verweilzeit bei der höchsten
Temperatur von 230 °C
wurde zu 10 Sekunden bestimmt. Diese Wärmebehandlungsprüfung wurde
für Gruppen
von 100 Kondensatoren in dem Vergleichsbeispiel und in jedem Beispiel durchgeführt, und
der ESR-Wert wurde nach dem Lötmittelaufschmelzen
noch einmal gemessen.
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Die
folgende Tabelle zeigt die Anzahl der Kondensatoren, bei denen das
Verhältnis
von R1 (Widerstand nach dem Aufschmelzen) zu R0 (Anfangswiderstand)
auf mindestens das 1,5fache, jedoch nicht mehr als das Doppelte
erhöht
war, und auch die Anzahl der Kondensatoren, bei denen dasselbe Verhältnis das
Doppelte überstieg.
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Diese
Ergebnisse zeigen, daß die
Bildung einer Zwischenschicht dazu dient, die Verschlechterung der elektrischen
Eigenschaften eines Festelektrolytkondensators, die durch Hitze
beim Anbringen verursacht wird, zu beherrschen.
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Die
inneren Strukturen der Kondensatoren nach dem Aufschmelzen wurden
ebenfalls untersucht. Diese Untersuchung wurde durchgeführt, indem
die Kondensatoren in ein Umhüllungsharz
einbracht wurden, das Harz gehärtet
und die Proben, die poliert wurden, um die Kondensatorquerschnitte
freizulegen, mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) beobachtet
wurden. Als Probe für
die Beispiele wurden Kondensatoren benutzt, bei denen das obige
Verhältnis
(R1/R0) weniger als 1,5fache betrug. Für das Vergleichsbeispiel wurden alle
Kondensatoren untersucht.
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Bei
den Kondensatoren des Vergleichsbeispiels traten an den Grenzflächen zwischen
den Festelektrolytschichten und den Kathodenschichten viele Ablösungen auf.
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Bei
den Kondensatoren der Beispiele 1 bis 4 wurde in den Kondensatoren
kein Ablösen
festgestellt. Es wird erwogen, daß die verformten Zwischenschichten
die Spannung lösten,
die ein Ablösen
der Festelektrolytschichten von den Kathodenschichten in diesen
Kondensatoren verursachen würde.
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In
Beispiel 5 wurde an der Grenzfläche
zwischen der Kathodenschicht und der Zwischenschicht (Film) ein
Ablösen
festgestellt, jedoch wurde kein Ablösen an der Grenzfläche zwischen
der Festelektrolytschicht und der Kathodenschicht festgestellt.
In den Beispielen 6 und 7 trat ein Ablösen zwischen dem Kathoden-Entnahmeanschluß und der
Zwischen schicht (Film) auf. In Beispiel 8 wurde ein Ablösen an beiden
Grenzflächen,
zwischen der Zwischenschicht und der Kathodenschicht und auch zwischen
der Zwischenschicht und dem Verkapselungsharz, festgestellt. In
den Beispielen 9, 10 und 11 trat ein Ablösen zwischen dem Verkapselungsharz und
der Kathodenschicht auf. Das Vorhandensein einer Ölschicht
und einer Schicht aus Silan-Kupplungsmittel wurde bei einer Untersuchung
mittels eines REM nicht bestätigt.
Als Grund dafür
wird angesehen, daß diese Schichten
dünn sind
und an einer abgelösten
Oberfläche
befestigt sind. In den Beispielen 9 bis 11 wurde jedoch bestätigt, daß ein Ablösen in Abschnitten
erfolgt war, in denen Zwischenschichten (eine Ölschicht oder eine Kupplungsmittelschicht)
gebildet waren. Es wird erwogen, daß in den Beispielen 5 bis 11
ein Ablösen
an den Grenzflächen
zwischen den Kondensatorelementen und den Verkapselungsharzen erfolgte,
und das Ablösen
löste die
Spannung, die das Ablösen
der Festelektrolytschichten von den Kathodenschichten verursachen
würde.
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Die
obigen Ergebnisse zeigen, daß eine
große
Wirkung beim Beherrschen des Anstiegs des ESR, d.h. eine große Wirkung
beim Beherrschen des Ablösens
in einem Kondensatorelement, für
einen Kondensator erhalten wurde, der eine ablösbare Zwischenschicht aufweist,
die so gebildet ist, daß sie
die Kathodenschicht berührt.
Diese Tendenz wird insbesondere bemerkenswert sein, wenn ein Festelektrolytkondensator
Feuchtigkeit absorbiert hat. Das hat folgenden Grund: Wenn Feuchtigkeit,
die in der Festelektrolytschicht gehalten wird, durch Anwenden von
Hitze zu Gas wird, steigt der Innendruck in dem Kondensatorelement
an. Dieser kann jedoch durch das Ablösen der Zwischenschicht von
der Kathodenschicht abgebaut werden.
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In
den Kondensatoren, die in den Beispielen 5 und 9 beschrieben sind,
werden sich die Zwischenschichten besonders leicht von den Kathodenschichten
ablösen
lassen. In diesen Kondensatoren kann eine Verschlechterung der Eigenschaften beherrscht
werden, sogar wenn von den Festelektrolytschichten ein Gas schnell
erzeugt wird. In ähnlicher
Weise werden Kondensatoren, die dünne Zwischenschichten mit Gasdurchlässigkeit
aufweisen, wie in den Beispielen 9 und 10 beschrieben, eine große Fähigkeit
aufweisen, die Verschlechterung der Eigenschaften zu beherrschen,
sogar wenn Gase schnell erzeugt werden.
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Die
obigen Ergebnisse weisen darauf hin, daß die Richtung, in der die
Entnahmeanschlüsse
geknickt werden, auch eine unterschiedliche Wirkung beim Beherrschen
des Ablösens
verursachten. Als Grund dafür wird
angesehen, daß in
einem Kondensator eine Verteilung von Spannung in Abhängigkeit
von der Richtung variiert, in der die Anschlüsse geknickt werden.
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Die
oben erwähnten
Beispiele betreffen Festelektrolytkondensatoren, die Kathodenschichten
aufweisen. Es wurde jedoch eine ähnliche
Wirkung, das Ablösen
zu beherrschen, in einem Festelektrolytkondensator erhalten, in
dem keine Kathodenschicht gebildet war, sondern ein Kathoden-Entnahmeanschluß direkt
mit einer Festelektrolytschicht verbunden war. Obwohl die Beispiele
geformte Produkte betreffen, wurden bei getauchten Produkten ähnliche
Wirkungen erhalten. Obwohl die obigen Beispiele Tantal-Festelektrolytkondensatoren
betreffen, wurden zudem bei Aluminium-Festelektrolytkondensatoren oder dergleichen ähnliche
Wirkungen erhalten. Obwohl die obigen Festelektrolytkondensatoren
Festelektrolytkondensatoren betreffen, die Polypyrrol als einen
Festelektrolyten aufweisen, können
einige andere Festelektrolyten ähnliche
Wirkungen bereitstellen.
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Obwohl
die obigen Beispiele Wirkungen bei Festelektrolytkondensatoren betreffen,
die so gestaltet sind, wie in den Zeichnungen gezeigt, sind die
Strukturen nicht darauf beschränkt.
Der Umfang der Erfindung ist durch die beigefügten Patentansprüche definiert.
Beispielsweise sind ähnliche
Wirkungen für
einen Kondensator erhältlich,
bei dem beide Entnahmeanschlüsse
in dieselbe Richtung herausgeführt
sind. In diesem Fall wird ein Paar Entnahmeanschlüsse die
gegenüberliegende
Oberfläche
des Festelektrolytkondensators nicht begrenzen, und somit wird die
gegenüberliegende
Oberfläche
einem Einfluß von
Hitze und Ausdehnung unterliegen. Daher können beträchtliche Wirkungen erhalten
werden, wenn eine Kondensatorelementoberfläche mit einer Zwischenschicht
versehen ist, die parallel zu der Oberfläche ist, die den Entnahmeanschlüssen gegenüberliegt.
