Способ изготовления оксидно-полупроводникового конденсатора

 

Использование: производство конденсаторов с твердым органическим полупроводниковым электролитом. Сущность изобретения: анодируют анод, после чего наносят на него органический полупроводник - 20-40 мг комплексной соли N-n-бутилзохинолиния (ТСNQ)₂ с добавкой 15-25 мг этиленгликоля, пропиленгликоля, бутиленгликоля или смеси двух из них, взятых в равных соотношениях по массе, при нагревании до разжижения с последующим охлаждением до затвердевания. Это приводит к увеличению емкости конденсатора. 6 табл.

Изобретение относится к конденсаторостроению, в частности к изготовлению конденсаторов с твердым органическим полупроводниковым электролитом.

Известен способ изготовления алюминиевого конденсатора с твердым органическим полупроводником, включающий анодирование металла и нанесение органического полупроводника [1] Однако известный способ не позволяет реализовать емкость выше 0,75-0,8 от напряжения формовочного.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления оксидно-полупроводникового конденсатора, включающий анодирование анода, нанесение соли N-n-бутилизохинолиния (ТCNQ)₂ в качестве органического полупроводника, нагревание его до разжижения и охлаждение до затвердевания до разложения соли [2] Однако известный способ не позволяет реализовать емкость оксидно-полупроводникового конденсатора, близкую к формовочной емкости анода.

Поставленная техническая задача заключается в увеличении удельного заряда конденсатора путем увеличения его емкости.

Для решения поставленной задачи предлагается до начала нагревания в порошок соли вводить 20±5 мг добавок в виде этиленгликоля, бутиленгликоля, пропиленгликоля или их смеси на 30±10 мг соли.

Авторами экспериментально установлено, что введение добавок в указанных количествах приводит к увеличению емкости ОПК, близкой к 100% по отношению к формовочной емкости анода, что, по-видимому, связано с лучшей пропиткой анода расплавленной солью.

Количество вводимых добавок определено авторами экспериментально. При введении добавок в меньшем количестве, чем указано, емкость конденсатора не увеличивается, при выполнении указанных действий она остается на уровне емкости конденсатора, изготовленного без добавки указанных веществ (пример 3 ). Увеличение количества добавок свыше 25 мг не обеспечивает надежного покрытия органическим надежного покрытия органическим веществом анода, что приводит к ухудшению электрических параметров конденсатора, в частности к увеличению токов утечки.

Использование органического полупроводника в количестве, меньшем 20 мг, не обеспечивает надежного полупроводникового покрытия и приводит к короткому замыканию конденсаторов. Использовать количество ОП больше 40 мг нецелесообразно, т.к. это приводит к необоснованному расходованию дорогостоящего вещества и удорожанию конденсатора, не увеличивая при этом емкостных характеристик конденсаторной системы.

В табл.1 представлены значения емкости алюминиевых конденсаторных систем с органическим полупроводником при варьировании уровня вводимой добавки и количества ОП.

Данные табл. 1 свидетельствуют о том, что предлагаемый нами уровень добавок (15^oC25 мг) в необходимое и достаточное количество органического полупроводника (20^oC40 мг) обеспечивает увеличение емкости конденсаторной системы по сравнению с формовочной (С_ф 6,0±0,4).

Результаты исследований изготовленных оксидно-полупроводниковых конденсаторов с добавкой этиленгликоля приведены в табл.2 4 в соответствии с технологическими этапами изготовления конденсаторов. В табл. 2 приведены электрические характеристики алюминиевых конденсаторных систем (КС) при добавке этиленгликоля в органический полупроводник (ОП) без переходных покрытий. Номинальная емкость С_ном. 6,8 мкФ, коэффициент реализации емкости по отношению к формовочной К_с.ф. соответствует С/C_форм., коэффициент реализации емкости по отношению к номинальной К_c.н. соответствует С/C_ном..

Из табл.2 видно, что увеличение емкости конденсатора по сравнению с формовочной происходит в 1,1 1,3 раза.

В табл.3 приведены электрические характеристики КС с алюминиевым анодом с добавкой этиленгликоля в органический полупроводник, замеренные после нанесения переходного покрытия. Номинальная емкость 6,8 мкФ.

Из табл.3 следует, что увеличение емкости ОПК по сравнению с формовочной и номинальной сохраняется после нанесения переходного покрытия. Электрические параметры готового ОПК с алюминиевым анодом с органическим полупроводником с добавлением этиленгликоля приведены в табл.4. Номинальная емкость ОПК 6,8 мкФ.

Из табл.2 4 видно, что увеличение емкости ОПК по сравнению с формовочной и номинальной сохраняется на всех дальнейших технологических этапах изготовления ОПК.

В табл.5 приведены усредненные электрические характеристики партий алюминиевых КС, изготовленных согласно способу прототипу (без переходных покрытий).

Из табл. 5 следует, что при изготовлении ОПК по способу-прототипу коэффициент реализации емкости по отношению к формовочной лежит в пределах 0,5-09,6 для всех номиналов.

В табл.6 представлены электрические характеристики партий КС (без переходных покрытий) на основе анодов из тантала (Та), ниобия (Nb), сплавов титана и алюминия (TiAl), сплава титана, алюминия и ниобия (TiAlNb). Соотношение компонентов в указанных сплавах выбрано произвольно. Партии изготовлены по предлагаемой технологии изготовления ОПК с органическим полупроводником с добавлением указанных выше органических веществ.

Из данных табл.6 очевидно, что коэффициент реализации емкости по отношению к формовочной, Кс, увеличивается с введением добавки с ОП для конденсаторных систем на основе анодов из следующих металлов и сплавов: тантал, ниобий, титан-алюминий, титан-ниобий-алюминий.

Пример 1. На объемно-пористые аноды конденсаторов номинала 10В·6,8 мкФ после анодирования наносился органический полупроводник в виде соли N-n-бутилизохинолиния (ТСNQ)₂. Нанесение производилось при температуре выше 200^oC, время нанесения 30-60 сек. После нанесения органического полупроводника аноды охлаждались. Согласно предлагаемой технологии, до нанесения органического полупроводника в корпус с порошком соли вводился этиленгликоль в количестве 20 мг на 35 мг соли. Коэффициент реализации емкости по отношению к формовочной 1,15, по отношению к номинальной 1,03.

Пример 2. Технология нанесения органического полупроводника соответствует описанной в примере 1. До нанесения органического полупроводника в корпус с порошком соли вводилось 10 мг этиленгликоля на 35 мг соли. Коэффициент реализации емкости по отношению к формовочной 0,57.

Пример 3. В органический полупроводник добавлялось 30 мг этиленгликоля на 35 мг соли. Токи утечки составили 1 мА.

Пример 4. В органический полупроводник вводилось 20 мг бутиленгликоля на 25 мг соли. Коэффициент реализации емкости по отношению к формовочной 1,12, по отношению к номинальной 0,91.

Пример 5. В органический полупроводник вводилось 15 мг пропиленгликоля на 30 мг соли. Коэффициент реализации емкости по отношению к формовочной 1,61, по отношению к номинальной 1,25.

Проведенные эксперименты показали, что поскольку вводимые органические добавки (этиленгликоль, бутиленгликоль и пропиленгликоль) аналогичны по своим физико-химическим свойствам, их введение в больших или меньших по сравнению с оптимальными количествах приводит к аналогичным результатам, т. е. к увеличению токов утечки или к недостижению желаемого результата, как это видно из примеров 2 и 3 при введении этиленгликоля.

Экспеpиментально установлено, что оптимальным является соотношение 1:1 при введении указанных веществ в смеси. При нарушении этого соотношения происходит интенсивное разложение вводимых веществ и их выпаривание, что приводит к ухудшению электропараметров, в первую очередь тока утечки.

Пример 6. В органический полупроводник добавлялось 11 мг этиленгликоля и 11 мг пропиленгликоля на 35 мг соли. Коэффициент реализации емкости по отношению к формовочной 0,93.

Пример 7. В органический полупроводник добавлялось 10 мг этиленгликоля и 10 мг бутиленгликоля на 30 мг соли. Коэффициент реализации емкости по отношению к формовочной 1,01.

Пример 8. В органический полупроводник вводилось 9 мг пропиленгликоля и 9 мг бутиленгликоля на 29 мг соли. Коэффициент реализации емкости по отношению к формовочной 0,99.

Пример 9. В органический полупроводник добавляли 15 мг этиленгликоля и 5 мг пропиленгликоля на 30 мг соли. Коэффициент реализации емкости по отношению к формовочной 0,67.

Приведенные примеры показывают, что добавление этиленгликоля, пропиленгликоля, бутиленгликоля или их смеси приводит к увеличению удельного заряда конденсатора путем увеличения его емкости. Кроме того, применение указанных добавок позволяет значительно (почти в 2 раза) уменьшить расход дорогостоящей соли N-n-бутилизохинолиния (ТСNQ)₂. Еще одним преимуществом предлагаемой технологии является уменьшение технологической опасности производства конденсаторов с органическим полупроводником, поскольку при использовании солей образуются ядовитые соединения CN.

Формула изобретения

Способ изготовления оксидно-полупроводникового конденсатора, включающий анодирование анода, нанесение на него органического полупроводника комплексной соли N-п-бутил-изохинолиния (TCNQ)₂ путем нагревания его до разжижения и охлаждения до затвердевания, отличающийся тем, что перед нагреванием в порошок соли вводят добавку этиленгликоля, пропиленгликоля, бутиленгликоля или смеси двух из них, взятых в равных соотношениях по массе, при следующих соотношениях компонентов, мг: Соль N-п-бутилизохинолиния 20 40 Добавка 15 25а

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3