专利名称：电容器电极的制造方法和电容器制造方法
技术领域：
本发明涉及从一条电极引线和一个与之接触的物体起地制造电容器电极的方法，在这里，通过氧化物体表面层形成一个电极体，该电极体在其表面上具有一个电介质层。此外，本发明涉及电容器制造方法。
在铌电容器中的已知方法具有以下缺点，即由此制成的电容器没有足够高的长期稳定性。这是因为，氧从电介质层中扩散到烧结体的金属铌中，由此在氧化物层中形成低值氧化物，所述低值氧化物具有半导体(NbO2)或导电(NbO)性能。由此一来，电介质有效地变薄，从而丧失了击穿强度并且电容器失效。
根据本发明，通过如权利要求1所述的方法来实现这个目的。由其它权利要求中得到了本发明的其它改进方案以及一种电容器制造方法。
本发明给出了这样一种方法，该方法能够制造出一种具有一电极体、一与电极体接触的电极引线、一在电极体表面上的电介质层以及一个在电介质层和电极体之间的中间层的电极。
本发明的方法基于一个电极阴险和一个与之接触的且由含有成分A和成分B的金属构成的物体。所述成分是如此选择的，即成分A是一种导电材料，其表面可以通过氧化被转变成电介质。此外，如此选择这些成分，即在成分A中的氧化自由焓ΔG的绝对值高于在成分B中的氧化自由焓的绝对值。这样一来，在表面上优先氧化成分A。最后，还必须遵守这样的边界条件，即成分A的表面能高于成分B的表面能。
基于上述材料成分，进行以下步骤a)材料的成分A在该物体的一个表面层中氧化，由此形成一个电极体，该电极体在其表面上具有一个电介质层；b)随后，电极体在适当温度下一直进行热处理，直到材料的成分B在电极体表面上偏析。在那里，成分B形成一个在电极体和电介质层之间的中间层。
此外，本发明给出了一种电容器制造方法，它具有以下附加步骤c)用一个对电极覆盖该电极的孔的表面；d)使对电极接触一根对电极引线。
通过适当选择成分B，可以制定本发明电极的中间层的功能，即它阻止了材料在电介质层和电极体之间的交换。
本发明的方法具有这样的优点，即由中间层构成的材料以物体材料成分的形式存在。因此，中间层材料可以很简单地被加入该方法中，如以均匀合金的形式。
例如，以铌为成分A并以钒为成分B地满足了形成成分A和成分B的氧化物的能量前提条件。在铌(Nb2O5)的情况下，氧化自由焓ΔG为ΔGox＝-210.5kcal/mol。而钒(V2O5)的氧化自由焓为ΔGox＝-135.7kcal/mol。这意味着，在氧化情况下，例如由阳极氧化造成的氧化情况下，优先形成Nb2O5而不是V2O5。这样确保了，电极的电介质层因氧化引发偏析而优选地由适用于此的成分A的材料构成。
如果人们以铌为成分A并以钒为成分B，则人们也可以获得适用于各自表面能的尺寸比。铌的表面能为γ＝2983Jm-2，而钒的表面能为γ＝2983Jm-2。这样就实现了，通过在氧化后进行的电极体热处理，表面能低的成分B在电极体表面上或者说在电介质层和电极体之间通过偏析而富集。
由此为本发明的方法得到以下优点，即成分B可以通过很简单的热处理而不需要其它附加措施地被送往理想地点，即送到电极体表面和电介质层之间。
在该方法的一个有利实施方式中，可以如此选择成分B，即由其形成的中间层阻止了氧在电介质层和电极体之间的交换。为此，氧在成分B中扩散速度必须小于其在成分A中的扩散速度，并且氧在成分B中的溶解明显弱于其在成分A中的溶解。通过以铌为成分A并以钒为成分B而满足了这个要求。通过这样的阻止氧扩散的中间层，有效抑制了因氧缺少而在Nb2O5的电介质层中形成低值氧化物。
作为用于本发明方法的材料，可以特别有利地采用一种金属合金，其中成分B的含量一般为10重量％-50重量％。当以铌为成分A并以钒为成分B时，制备成合金形式的混合物在生产技术方面是非常简单的，因为在这两种情况下涉及金属。但是，成分B可以以金属中搀杂的形式存在。
此外，在物体材料申，为成分A采用单向导电性金属如铌或钽或或含单向导电金属的合金，如铌/钽合金。在成分A是铌/钽合金的情况下，人们将为电介质层得到一种具有特别有利的性能的混合氧化物。
在该方法中采用的物体可以非常有利地是一种多孔物体，它例如通过烧结粉末或膏剂来制成。作为电极体的多孔物体具有表面积大的优点，因此，用该电极制成的电容器具有大电容。
为了抑制在电介质层和电极体之间的氧扩散，尤其是考虑使用含有Sc、Y、镧系元素、Ti、Zr、Va、Cr、Mo或Wo的成分B。在这里，作为镧系元素，可以考虑镧、铈、镨、钕、钋、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、镱或镥。
此外，特别有利的是，在物体材料中的成分B的含量以及电极体热处理的时间和温度是如此选择的，即形成一个有至少两个原子单层厚的中间层。不过，阳极体的生产条件可以通过延长加热时间或提高加热温度来如此选择，即形成一个厚中间层。这样的中间层例如可以在以铌(成分A)和钒(成分B)的情况下通过使成分B占合金的1％并使加热时间一般为0.5小时-3小时且加热温度高达450℃来获得。
图1以横截面示意图举例示出了本发明电极的基本结构。
图2以横截面示意图举例示出了以本发明电极为阳极的电解质电容器。
图1示出了一个有一电极体2的电极，该电极体与一电极引线1导电连接。在电极体2表面上，设有一个电介质层3。在电极体2和电介质层3之间，设有一个中间噌。
图2示出了一个以本发明电极为阳极的电解质电容器，在这里，电极对应于图1所示的基本结构并且电极的电极体2是一个带有孔7的多孔体。电极体2最好含有单向导电金属如钽或铌，可以有这样的金属并通过阳极氧化制成电介质氧化物。
电极体2最好由成粉末形状的铌和钒的合金制成。在这种情况下，一个电极引线1被设计成一个金属丝的形状或平面金属引线的形式。例如，一根含钽的线或一根含铌的线或一由相应的材料制成的平面引线被粉末包围并压紧并随后与之一起烧结。由此形成一个与电极引线1连接的多孔电极体2。此外，钒在合金中的含量一般为10重量％-50重量％。
或者，电极的制造可以借助一种膏剂来实现，所述膏剂通过适当的方式如丝网印刷被涂覆在电极引线1上并随后进行烧结。
在另一个工序中，在电极体2表面上通过阳极氧化而形成一个Nb2O5的电介质层。该层构成所述电介质层3。一个由铌构成的电极的特点是比电荷高并且所形成的电介质的介电系数高。本领域技术人员将上述工序称为成形并且例如该工序可以在一般为30℃-85℃的温度下用一个电极体2来进行，该电极体被浸入其磷酸含量一般为0.1％-5％的电解质中。在电极引线1和成形时所用的对电极之间，施加一个最好为10-80伏的成形电压。
在另一个加工步骤中，在形成氧化物后，通过在250℃-450℃下热处理0.5小时-3小时，合金中的部分钒偏析到电极体2表面上并且在电极体2和电介质层3之间形成一个中间层4。偏析可以因铌和钒的表面能不同而实现。钒中间层4由钒构成，它或许还可含有杂质。钒具有这样的性能，即它允许氧比铌差许多地溶解和扩散。因此，它是适用于在由Nb2O5构成的电介质层3中放出的氧的扩散阻挡层，否则的话，氧会扩散到铌电极体2中。由于这种氧损失，氧化物层可能随着时间的推移转变成低值氧化物。
此外，如此形成的本发明电极可以按照众所周知的方式被完善成一个电容器。
电极的孔7被一种对电极材料5填充如MnO2或导电聚合物。在其它工序中，产生接触层8、9，所述接触层最后与对电极引线6连接。第一接触层8例如可以由石墨构成，第二接触层9例如由银导电漆制成。
本发明不局限于举例描述的实施例，其最普遍的形式由权利要求1限定。
权利要求
1.从一条电极引线(1)和一个与之接触的并由一种含有成分A和成分B的材料制成的物体开始制造电容器电极的方法，所述成分是如此选择的，即-该成分A是一种导电材料，它可以通过氧化被部分地转换成电介质，-在该成分A中的氧化自由焓ΔG的绝对值大于在该成分B中的氧化自由焓，-该成分A的表面能高于该成分B的表面能，该方法具有以下步骤a)该成分A在该物体的一个表面层中氧化，从而形成一个电极体(2)，该电极体在其表面上具有一个电介质层(3)，b)在适当温度下一直对电极体(2)进行热处理，直到该成分B偏析到电极体(2)的表面上并且在那里形成一个在电极体(2)和电介质层(3)之间的中间层(4)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，该成分B是如此选择的，即该中间层(4)阻止在电介质层(3)和电极体(2)之间的材料交换。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，作为该物体的材料而采用一种金属合金，其中该合金的成分B的含量为10重量％-50重量％。
4.如权利要求3所述的方法，其中，采用这样一种合金，其中该成分A是单向导电性金属或含单向导电金属的合金，该成分B是一种金属。
5.如权利要求1-4所述的方法，其中，采用一种多孔物体。
6.如权利要求1-5所述的方法，其中，该成分B是如此选择的，即该中间层(4)阻止氧在电介质层(3)和电极体(2)之间扩散。
7.如权利要求1-6之一所述的方法，其中，该成分B是如此选择的，即它含有Sc、Y、镧系元素、Ti、Zr、Va、Cr、Mo或Wo。
8.如权利要求1-7所述的方法，其中，作为该成分A地选择Nb，作为该成分B地选择Va，在这里，该成分A被氧化成Nb2O5，该电极体在高达450℃的温度下接受热处理达0.5小时-3小时。
9.如权利要求1-8所述的方法，其中，在该物体材料中的成分B的含量以及该电极体(2)的热处理温度和时间是如此选择的，即形成一个厚度至少为两个原子单层的中间层(4)。
10.如权利要求1或2所述的方法，其中，该成分B作为搀杂地位于该物体的材料中。
11.采用如权利要求1-10之一所述的方法制造电容器的方法，它具有以下附加步骤c)用一个对电极(5)覆盖该电极的孔(7)的表面，d)使对电极(5)接触一条对电极引线(6)。
全文摘要
本发明涉及从一种含有成分A和成分B的合金开始制造用于电容器且尤其是电解质电容器的电极的方法，其中成分A的表面能高于成分B的表面能，通过氧化引起的合金偏析及回火，在一个含成分A的物体的表面上形成一个含成分B的层。此外，本发明涉及制造电容器的方法。通过形成阻止氧扩散并比电极体(2)溶解更少的氧的中间层(4)，可以改善电极或电容器的长期稳定性。
文档编号H01G9/04GK1454389SQ01815384
公开日2003年11月5日 申请日期2001年7月30日 优先权日2000年9月8日
发明者M·施藤策尔, H·茨尔根, J·吉伯 申请人:埃普科斯股份有限公司