Способ изготовления алюминиевого оксидно-полупроводникового конденсатора

-21 ованрастющим Бюп,1 в и А.ф.088.8) им Злект ,-Л., Го Учува олитические энергоиздат,тор азкат т СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ-ПОЛУПРОВОДНИКОВОГОключающий нанесениероводникового слоя оксида марганца путем многокра пропитки предварительно оксиди ного объемно-пористого анода в воре нитрата марганца с послед его пиролитическим разложением о т л и ч а ю щ и й с я тем, с целью повышения электрическо механической прочности конденс между циклами пиролитического р ложения нитрата марганца на тор анода наносят жидкий органосили ный материал с последующим его верждением,10 20 50 1 1 гИзобретение относится и электронике и радиоэлектронике и может быть использовано при изготовлении оксидно-полупроводниковых конденсаторов.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результатек изобретению является способ изготовления алюминиевого оксидно-полупроводникового конденсатора, включающий нанесение катодного полупроводникового слоя. оксида марганца путем многократной пропитки предварительно оксидированного объемно- пористого анода в растворе нитрата марганца с последующим его пироли - тическим разложением 11.В результате Формируется катодный слой оксида марганца внутри пор объемно-пористого анода (внутренний слой) и на образующей поверхности анода (внешний слой).Внешний слой оксида марганца должен обладать прочностью, достаточной для сохранения его целостности при механических воздействиях на конденсаторную структуру, имеющих место при последующих технологических операциях и в процессе эксплуатации.Объемно-пористые аноды изготавливаются прессованием мелкодисперсного алюминиевого порошка и в силу специфики процесса прессования (аксиально направленное усилие передается на формируемый анод стальными пуансонами) и высокой пластичности алюминия торцовые поверхности анода "задавливаются", т.е. открытая пористость на торцовых поверхностях существенно меньше открытой пористости на боковой поверхности, что в результате приводит к ослаблению связи внешнего и внутреннего слоев МпО на торцах анодов.Это приводит к отслаиванию внешнего слоя МпО от торцовой поверх 2ности при механических воздействиях (в частности при вибрации, ударах, знакопеременных линейных нагрузках как следствия циклической смены температур) на конденсаторную структуру, имеющих место при последующих технологических операциях в процессе эксплуатации. Возникающие в результате нарушения целостности внешнего слоя оксида марганца дефекты инициируют пробой окисной пленки нри последующих термопотенциальных воздей 84907 2 ствиях, что приводит к выходу конденсатора из строя.Кроме того, в месте пересечениябоковой поверхности анода с торцомв силу малого радиуса закруглениятакого перехода напряженность электрического поля существенно большесреднего по поверхности анода чтоослабляет электрическую прочностьконденсатора в целом и также можетприводить к пробою окисной пленки.Указанные пробои окисной пленкипроисходят на нижнем торце анода,так как в готовом конденсаторе катодный токоподвод осуществляетсячерез боковую поверхность и нижнийторец.Целью изобретения является повышение электрической и механическойпрочности конденсатора,Указанная цель достигается тем,что согласно способу изготовленияалюминиевого оксидно-полупроводникового конденсатора, включающему нанесение катодного полупроводниковогослоя оксида марганца путем многократной пропитки предварительно оксидированного объемно-пористогоанода в растворе нитрата марганца споследующим его пиролитическим разложением, между циклами пиролитического разложения нитрата марганцана торец анода наносят жидкий органосиликатный материал с последующимего отверждением.При изготовлении объемно-пористыханодов (ОПА) конденсаторов рассматриваемого типа в Формируемый ОПАвпрессовывается анодный вывод (обычно из материала, однородного с материалом ОПА).Окисная пленка, создаваемая впрОцессе электрохимического анодирования поверхности ОПА, обладает большой концентрацией пор, что во избежании коротких замыканий диктуетнеобходимость использования в качестве катодной обкладки достаточновысокоомного материала (обычно окисного полупроводника МпСО .Нанесение полупроводниковой МпОосуществляется путем многократнойпропитки в растворе нитрата марганца, с последующим (после каятйой пропитки) его пиролитическим разложением. При этом образующийся слойМпО можно условно разделить на дваслоя: внутренний толщиной 1-10 мкм,обеспечивающий контакт с окисной3 10849пленкой и реализацию емкости, который формируется в основном после второго цикла пиролиза, и внешний слойтолщиной 200-400 мкм, служащий длязащиты нижележащего контакта окиснаяI 5пленка/внутренний слои Мп 0 от проникновения проводящих частиц (например, графита) при последующихоперациях нанесения переходных по -крытий (например, графитизации). Кроме того, при пропитке в нитратемарганца за счет капиллярных явленийнитрат марганца "натягивается" наанодный вывод и осаждается на немпосле пиролитического разложения ввиде Мп 02,В результате в сформированнойтаким образом конденсаторной структуре имеются два электрически и механически напряженных места: верхняяторцовая поверхность ОПА с местомвыхода анодного вывода иэ ОПА инижняя торцовая поверхность. Приэтом различие в механических характеристиках Та и А 1 (пластичность,твердость и т.д.) обуславливает различный вклад указанных "опасных"мест в электрическую и механическую прочность танталовых и алюминиевых конденсаторов в целом.30Для алюминиевых ОПА, в силу высокой пластичности А 1, торцовые поверхности ОПА при их изготовлении"задавливаются", что в результатеприводит к снижению адгезии внешнегослоя МпО к поверхности ОПА на тор 2цовых поверхностях (особо критичнодля нижней торцовой поверхности,так как именно через нее осуществляется катодный токоподвод) и как след 40ствие к снижению механическои прочности внешнего слоя Мп 02 и конденсатора в целом. Механические же напряжения в районе анодного вывода(т.е. поскольку твердость А 1 О иМпОвьппе твердости собственйо А 1при механических нагрузках на внешний сдой МпО., осажденный на анодный вывод, мйкровыступы МпО вдавливаются вместе с пленкой А 1 ОЗ, не 50разрывая ее сплошности, в А 1), ине приводят к ухудшению параметровконденсаторов.В тоже время механические нагрузки в районе нижнего торца ОПА 55приводят к разрушению внешнего слояМпО и снижают надежность готовыхизделий. 07 4В предлагаемом способе предотвращение отслаивания внешнего слоя Мп 02 и его разрушения при механических нагрузках в районе нижнего торца ОПЛ достигается нанесением защитного слоя из органосиликатной композиции после второго цикла пиролиза, т,е, защищается нижележащей внутренний слой Мп 0и контакт внутренний слой Мп 0 /окисная пленка от возможного проникновения проводящих частиц (например, граФита) при последующих операциях, с целью повышения электрической и механической прочности алюминиевых конденсаторов, и снижением вероятности отказов.Нанесение защитного материала на ОПА до их пропитки в растворе нитрата марганца с неизбежностью приведет к тому, что при пропитке нитрат марганца не будет проникать через нанесенный защитный слой к поверхности окисной пленки и в результате в этом месте контакт Мп 0,/окисная пленка образоваться не может, что в свою очередь приведет к потере емкости конденсатора примерно на 20- 307,. Поэтому предложено осуществлять нанесение защитного слоя между циклами пиролиза.Материал для защитного покрытия должен удовлетворять следующим основным требованиям: иметь хорошую смачиваемость поверхности; обладать достаточной адгезией; выдерживать без разрушения воздействие термоудара при пиролизах, В качестве диэлектрического материала была выбрана органосиликатная композиция ОС-01 зеленая ТУ 84 в 7-78, обеспечивающая смачиваемость поверхности и дающая после сушки механически прочный слой с хорошей адгезией к подложке. Наличие в составе органосиликатной композиции полимерного связующего обеспечивает одновременно достаточную эластичность и хорошие электроизоляиионные свойства покрытия. Образующаяся при последующих циклах пиролиза двуокись марганца закрывает торец и диэлектрическое покрытие включается во внешнее покрытие оксида марганца, однако в этом случае при отслоении оксида марганца торцовая поверхность закрыта изоляционным материалом и пробой окисной пленки не происходит. Кроме того, наличие электроизоляционного слоя на торце анода существенно повьппает:1= мкА 6 х 156 Предлагаемая 897 209 7,6 18 Известная 10,0 Продолжение таблицы Доля отказов наприработке, Х Номинал, В х мкф дополнительный количество отказов, шт во испыта -нни 9 штво испыта- во откании, шт 1 зов, шт О 0 0 1,0 14,8 8,4 15 6,3 х 100 и электрическую прочность конденсатора в целом.П р и м е р. Брали 15 партий оксндированных анодов (6 партий по 117 1 ит в каждой габарита Ф 7 х 12 мм, 6 пар тий по 156 шт габарита Ф 5,5 х 12 мм, 3 партии по 240 шт габаритаФ 2,7 х 6,3 мм). На оксидированные объемно-пористые аноды наносили два слоя оксида марганца и после каждого цикла нанесения проводили электрохимическую обработку (подформовку) с последующей промывкой и сушкой.В ванночку наливали жидкую органосиликатную композицию ОС-1 зеле,ную ТУ-725-78. Аноды на планках после сушки погружали в ванночку так,30 х 22 30 х 3,36,3 х 100 30 х 22 30 х 3,36,3 х 100 30 х 2230 х 3,36,3 х 100ЗОх 2230 х З,З чтобы глубина погружения анодов непревышала 1 мм от нижнего торца. Излишки органосиликатной композицииудаляли фильтровальной бумагой. Затеманоды помещали в термошкаф и вьцероживали при 150 С в течение 15 миндля отверждения органосиликатнойкомпозиции. Операции нанесения окси -да марганца, подформовки, промывки,сушки и дальнейшее изготовление конденсаторов проводили по известнойтехнологии,Данные сравнительных испытанийконденсаторов, изготовленных пс действующей технологии и с применениемпредлагаемого- способа, представленыв таблице. Электропараметры конденсаторов Результаты испытаний Количест- Количест- КоличестЗаказ 2027/49 Тираж 683 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 7Использование предлагаемого способа позволяет повысить качество и надежность алюминиевых оксидно-полупроводниковых конденсаторов за счет повышения устойчивости конденсаторов к механическим воздействиям иувеличения электрической прочностии существенно снизить тем самым вероятность отказа конденсаторов впроцессе эксплуатации.