(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードワイヤの第３の部分がアノード粉末から延出するように、前記アノードワイヤの第１の部分および第２の部分を前記アノード粉末内に挿入することと、
前記アノード粉末の第１の部分を押圧して、前記アノードワイヤの前記第１の部分を覆う、第１の密度を有するバルク領域を形成することと、
前記第２の部分の前記アノードワイヤと共に前記アノード粉末の第２の部分を押圧して、第２の密度を有する高密度領域を形成することであって、前記第２の部分の前記押圧は前記第２の部分の前記アノードワイヤを歪めるのに十分である、押圧することと
を含む、コンデンサアノードを形成する方法。
【請求項２】
前記第２の密度が前記第１の密度の少なくとも１２５％から２００％以下である、請求項１に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項３】
前記第２の密度が前記第１の密度の少なくとも１５０％である、請求項２に記載のアノードを形成する方法。
【請求項４】
前記アノード粉末が少なくとも１００，０００ＣＶ／ｇの電荷密度を有する、請求項１に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項５】
前記アノード粉末が少なくとも２００，０００ＣＶ／ｇの電荷密度を有する、請求項４に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項６】
前記アノード粉末が少なくとも３００，０００ＣＶ／ｇの電荷密度を有する、請求項５に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項７】
前記アノード粉末が少なくとも４００，０００ＣＶ／ｇの電荷密度を有する、請求項６に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項８】
前記アノード粉末が少なくとも５００，０００ＣＶ／ｇの電荷密度を有する、請求項７に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項９】
前記アノード粉末がバルブ金属を含む、請求項１に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項１０】
前記バルブ金属がニオブおよびタンタルから選択される、請求項９に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項１１】
前記第２の部分の前記押圧は前記アノードワイヤに歪み領域を形成し、前記歪み領域は前記アノードワイヤの等価直径よりも少なくとも１０％長い最長断面長さを有する、請求項１に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項１２】
前記最長断面長さが前記等価直径よりも少なくとも１５％長い、請求項１１に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項１３】
前記最長断面長さが前記等価直径よりも少なくとも２０％長い、請求項１２に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項１４】
前記高密度領域が挿入高密度領域である、請求項１に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項１５】
２つの前記第２の部分を押圧することを含む、請求項１に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項１６】
前記２つの第２の部分の間の中密度部分を押圧することを含む、請求項１５に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項１７】
前記アノードを焼結することをさらに含む、請求項１に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項１８】
前記焼結することが前記アノードの脱酸素焼結を含む、請求項１７に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の前記コンデンサアノード上に誘電体およびカソードを形成することを含む、コンデンサを形成する方法。
【請求項２０】
アノードを含むコンデンサであって、前記アノードが、
第１の密度を有するバルク密度領域と第２の密度を有する高密度領域とを含む押圧されたアノード粉末であって、前記第２の密度が前記第１の密度よりも高い、押圧されたアノード粉末と、
前記バルク密度領域内および前記高密度領域内に延びるアノードワイヤであって、前記アノードワイヤは、前記バルク密度領域内に歪んでいない部分と前記高密度領域内に歪んだ部分とを含む、アノードワイヤと、
２つの前記高密度領域と、
を含む、コンデンサ。
【請求項２１】
前記２つの高密度領域の間に中密度領域を含む、請求項２０に記載のコンデンサ。
【請求項２２】
アノードワイヤの第１の部分がアノード粉末から延出するように前記アノードワイヤを前記アノード粉末内に挿入することと、
前記アノード粉末の一部を押圧して第１の密度を有するバルク領域を形成することと、
第２の部分の前記アノードワイヤと共に前記アノード粉末の第２の部分を押圧して第２の密度を有する高密度領域を形成することであって、前記第２の部分の前記押圧は前記第２の部分の前記アノードワイヤを歪めるのに十分である、押圧することと、
前記アノードを脱酸素焼結して焼結アノードを形成することと、
前記焼結アノード上に誘電体を形成することと、
前記誘電体上にカソードを形成することと
を含む、コンデンサを形成する方法。
【請求項２３】
前記第２の密度が前記第１の密度の少なくとも１２５％から２００％以下である、請求項２２に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項２４】
前記第２の密度が前記第１の密度の少なくとも１５０％である、請求項２３に記載のアノードを形成する方法。
【請求項２５】
前記アノード粉末が少なくとも１００，０００ＣＶ／ｇの電荷密度を有する、請求項２２に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項２６】
前記アノード粉末が少なくとも２００，０００ＣＶ／ｇの電荷密度を有する、請求項２５に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項２７】
前記アノード粉末が少なくとも３００，０００ＣＶ／ｇの電荷密度を有する、請求項２６に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項２８】
前記アノード粉末が少なくとも４００，０００ＣＶ／ｇの電荷密度を有する、請求項２７に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項２９】
前記アノード粉末が少なくとも５００，０００ＣＶ／ｇの電荷密度を有する、請求項２８に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項３０】
前記アノード粉末がバルブ金属を含む、請求項２２に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項３１】
前記バルブ金属がニオブおよびタンタルから選択される、請求項３０に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項３２】
前記第２の部分の前記押圧は前記アノードワイヤに歪み領域を形成し、前記歪み領域は前記アノードワイヤの等価直径よりも少なくとも１０％長い最長断面長さを有する、請求項２２に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項３３】
前記最長断面長さが前記等価直径よりも少なくとも１５％長い、請求項３２に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項３４】
前記最長断面長さが前記等価直径よりも少なくとも２０％長い、請求項３３に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項３５】
前記高密度領域が挿入高密度領域である、請求項２２に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項３６】
２つの前記第２の部分を押圧することを含む、請求項２２に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【請求項３７】
前記２つの第２の部分の間の中密度部分を押圧することを含む、請求項３６に記載のコンデンサアノードを形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１７年１月１７日に出願された係属中の米国特許仮出願第６２／４４７，１２３号に対する優先権を主張し、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、圧粉アノードとそれから延出するアノードワイヤとを含む固体電解コンデンサに関する。より具体的には、本発明は、アノードワイヤとアノードとの間の接続を改善し、それによってグラム当たりの電荷密度（ＣＶ／ｇ）がより高い粉末の使用を可能にする方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
より高い能力、より低いコスト、およびより優れた耐久性を有する電子機器に対する需要が増え続けている。電子機器レベルでのこの要求は、より多くの機能を提供することを部品製造業者に課しており、多くの場合この機能の増加は、同じ体積またはより少ない体積の電子機器において必要とされる。コンデンサに関しては、これにより、より高い体積効率またはコンデンサ体積当たりの静電容量を提供することが常に望まれている。
【０００４】
接続性のために、そこから延出するワイヤを有する圧粉アノードを含む固体電解コンデンサは、当技術分野でよく知られている。アノードワイヤはアノードと電気的に接触している。アノードワイヤは通常、２つの方法のうちの１つでアノードに取り付けられる。当技術分野で一般的な一方法では、ワイヤは押圧作業中にアノード粉末に挿入され、粉末内に固定される。第２の方法では、押圧後にアノードワイヤをアノードに溶接する。いずれの場合も、溶接ワイヤの場合には、アノードワイヤを取り付ける前にアノードを焼結する。
【０００５】
増大した体積効率に対する絶え間ない要望は、増大するＣＶ／ｇを有するアノード粉末の開発をもたらした。残念なことに、これらの新しい粉末は、高いＣＶ／ｇを達成するのに必要な粒子が押圧および焼結工程の間にアノードワイヤへの適切な結合を形成することができないため、利用するのが非常に難しいことが分かった。ＣＶ／ｇが増大し、アノードサイズが減少するにつれて、アノードワイヤへの不適切な結合の問題が悪化する。これは、Ｈｕｓｓｅｙらに共有に付与された米国特許第８，３４９，０３０号（参照により本明細書に組み込まれる）に記載されているように、脱酸素焼結が利用されるときに特に問題となる。脱酸素化は、アノードとアノードワイヤとの間の結合をさらに侵食し、しばしば２つの完全な解離をもたらす。
【０００６】
１つの選択肢は、アノードをより高度に焼結し、それによってアノードワイヤとアノードとの間の結合強度を向上させることである。焼結温度が上昇すると、粉末の粒子間により適切なネックが形成され、十分なワイヤ対アノードの機械的強度が得られると考えられる。残念なことに、焼結が増加すると、アノード中のアノード金属の表面積、ひいてはＣＶ／ｇが減少し、最終的には得られるコンデンサの静電容量が減少し、これはより高価なより高電荷の粉末によってもたらされる利点を排除する。
【０００７】
形成されたアノードにワイヤを溶接することは、この問題に取り組むための１つのアプローチである。溶接プロセスでは、広い溶接ナゲットがアノード縁部の内側と外側に形成される。溶接ワイヤに関する１つの問題は二重焼結の必要性である。第１の焼結は溶接前にアノードに機械的強度を与えるためであり、第２の焼結は溶接後に溶接ナゲットをきれいにするためにある。さらに、高電荷粉末上での溶接ワイヤの使用および二重焼結は、粉末粒子の酸素による過飽和および結晶性酸化物の沈殿のために問題がある。
【０００８】
アノード粉末とアノードワイヤとの間の効果的でない接着のために、現在のところ高電荷粉末を最大限に利用するのに適した方法はない。本明細書に提供されるのは、アノードとアノードワイヤとの間の接続を形成する改善された方法であり、その結果、改善されたコンデンサが得られる。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の目的は、アノードとアノードワイヤとの間の接続を改善することを含む改善されたコンデンサを提供することである。
【００１０】
本発明の特定の特徴は、そうでなければアノード粉末にアノードワイヤを固定するのに必要とされる過剰の焼結によって電荷容量が低下することなく、高電荷容量のアノード粉末を利用することができることである。
【００１１】
本発明の特別な利点は、高ＣＶ／ｇの粉末を利用することができ、アノードワイヤとアノード圧粉との間の結合が失敗するために通常は適切ではない脱酸素焼結法で高ＣＶ／ｇの粉末を加工することができることである。
【００１２】
理解されるように、これらおよび他の実施形態は、アノードを形成するための方法において提供され、
アノードワイヤの第１の部分がアノード粉末から延出するようにアノードワイヤをアノード粉末内に挿入することと、
アノード粉末の一部を押圧して第１の密度を有するバルク領域を形成することと、
第２の部分のアノードワイヤと共にアノード粉末の第２の部分を押圧して第２の密度を有する高密度領域を形成することであって、第２の部分の押圧は第２の部分のアノードワイヤを歪めるのに十分であることと
を含む。
【００１３】
さらに他の実施形態は、アノードを備えるコンデンサにおいて提供される。アノードは、第１の密度を有するバルク密度領域と第２の密度を有する高密度領域とを含む押圧されたアノード粉末を含み、第２の密度は第１の密度領域よりも高い。アノードワイヤは高密度領域内に延出し、アノードワイヤは高密度領域内で歪む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の上面斜視概略図である。
【００１５】
【図２】本発明の一実施形態の側面概略図である。
【００１６】
【図３】本発明の一実施形態の概略断面図である。
【００１７】
【図４】本発明の一実施形態の概略断面図である。
【００１８】
【図５】本発明の一実施形態の概略図である。
【００１９】
【図６】本発明の一実施形態の正面概略図である。
【００２０】
【図７】本発明の一実施形態の断面概略図である。
【００２１】
【図８】本発明の一実施形態の断面概略図である。
【００２２】
【図９】本発明の一実施形態の斜視概略図である。
【００２３】
【図１０】本発明の一実施形態の断面概略図である。
【００２４】
【図１１】本発明の一実施形態のグラフ図である。
【００２５】
【図１２】本発明の一実施形態のグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、アノードワイヤをアノードに接続するための改良された方法およびそれによって形成される改良されたコンデンサに関する。
【００２７】
タンタルであることが好ましいアノードワイヤと、アノード接続を形成する圧粉との間の接続は、高電荷粉末および小さなアノードに関して特に懸念される。高電荷粉末は、同程度の焼結温度で低電荷粉末よりも高い体積収縮率を有し、表面積を早く失う。したがって、高電荷粉末の大きな表面積を利用するためには、より低い焼結温度が必要とされる。より低い焼結温度は、限られた数の接点をもたらし、強固な接続を妨げる。ワイヤのすぐ近くの粉末の密度を増加させることによって、接続強度は著しく改善される。
【００２８】
本発明は、粉末押圧工程中にＴａワイヤの一部を物理的に歪ませるのに必要な程度まで、アノードワイヤの近くで粉末を圧縮することによって、上述の問題を解決する。アノードワイヤを歪ませるのに必要な程度まで押圧の圧力を増加させることにより、アノードワイヤと圧粉との間に強い結合が形成され、それによって高いＣＶ／ｇ粉末および／またはより小さいアノードサイズの使用が可能になる。増大した機械的強度により、アノードワイヤと圧粉アノードとの間の結合を劣化させることなく、高い内部表面積を維持しながら最適温度での焼結も可能になる。
【００２９】
本発明のさらに別の利点は、アノード本体内に延出するアノードワイヤの長さを短くし、それによって同じ体積のアノード内のアノード粉末の量を増やすことができることである。アノード内部のワイヤの量を減らすと、ワイヤのコストも下がる。多孔質アノード本体中の粉末の量を増加させることは、小型アノードにおいて特に有利である。
【００３０】
アノード粉末は、アノード粉末のバルク密度を形成するための低圧部分と、ワイヤを含む領域内の高圧部分とを有する二重密度押圧によって、その中に含まれるアノードワイヤと共に押圧される。高圧部分は、さらなる議論からより容易に理解されるように、粉末に埋め込まれた好ましくはタンタルのワイヤの物理的変形を引き起こすのに十分に高い。それに限定されないが、少なくとも２：１の圧縮比は本発明を実証するのに十分であり、その利点は引っ張り強度の有意な増加において例示される。２：１の圧縮比では、高密度領域はバルク密度領域の厚さの半分に圧縮される。
【００３１】
本発明の目的のために、歪んだワイヤは、歪み領域における最長断面長さがワイヤの等価直径よりも少なくとも１０％長いワイヤとして定義される。より好ましくは、歪み領域の最長断面長さはワイヤの等価直径よりも少なくとも１５％長く、さらにより好ましくは、歪み領域の最長断面長さはワイヤの等価直径よりも少なくとも２０％長い。等価直径は、長軸に対して垂直に取ったワイヤの断面と同じ表面積を有する円の直径である。
【００３２】
低圧の押圧は、当業者にはよく知られているように、アノードの所望のバルク密度に基づいて選択される。高密度領域はバルク密度の密度を超える密度を有することが好ましく、高密度領域はバルク密度の少なくとも１２５％〜２００％の密度を有し、バルク密度は、高密度領域および遷移部を除くアノードの部分の平均密度である。高密度領域における密度はバルク密度の少なくとも１５０％であることが好ましい。最大密度は金属の理論上の最大密度、またはタンタルについては約１６．７ｇ／ｃｃであることは当業者には理解されよう。実際には、理論金属密度の約９０％を超えることは実際的ではない。
【００３３】
本発明は、本発明の不可欠で非限定的な構成要素を形成する図を参照して説明される。様々な図を通して、同様の要素にはそれに応じた番号が付けられている。
【００３４】
本発明の一実施形態を概略的に示し、図１〜図５を参照して説明する。図１は上面斜視概略図、図２は側面概略図、図３は高密度領域に加わる圧縮力に垂直な断面図、図４は高密度領域に加わる圧縮力に平行な断面図である。図１〜図４において、圧粉アノード１０は、例示および説明の目的のために長方形の本体として表されるがそれに限定されない。アノードワイヤ１２は、アノード本体１４から延出する。アノード本体のバルク領域１６は、アノードとして機能するのに適したバルク密度を有し、好ましい密度は約５ｇ／ｃｃ〜約９ｇ／ｃｃである。長方形の本体のくぼみは高密度領域１８を表し、高密度領域にはアノードワイヤが埋め込まれており、その領域内のアノードワイヤは、高密度領域を達成するために加えられた高圧によって変形または平坦化されている歪んだワイヤである。
【００３５】
図５には、歪んだアノードワイヤが分離図で概略的に示されている。アノードワイヤは、変形ゾーン２２の上方に接続部２０を含み、接続部は、アノード本体から出てそこから離れて延出し、最終的にコンデンサのアノード終端部を形成する。平らに図示されている変形ゾーンは、粉末押圧作業中に接続部分、または存在する場合には内部部分に対して変形する。任意選択である内部部分２４は、アノード本体の内部に延出する。内部部分は、そうでなければアノード材料で充填される容積を占めるため、内部部分を最小限にするか、または排除することが好ましい。変形部分は、そこからアノードワイヤの第１の部分が延出する出口面の縁部に近接することができ、これは縁部高密度領域と呼ばれるか、または本明細書でさらに論じられるようにアノードの中心に向かって位置し得る。
【００３６】
本発明の一実施形態を図６〜図８に図示し、これらを参照して説明する。図６は正面概略図、図７は高密度領域にかかる圧縮力に垂直な断面図、図８は高密度領域にかかる圧縮力に平行な断面図である。図６〜図８において、高密度領域１８は、追加のバルク密度領域１６によって出口２６の面から分離されている。図６〜図８において、アノードワイヤ１２の内部部分２４は、バルク密度領域内にそれほどまでは延出しておらず、それによってアノード本体の容積内で使用することができる粉末を最大にしている。本発明の目的のために、アノードワイヤの出口面から分離されている高密度領域は、挿入高密度領域と呼ばれる。
【００３７】
図９および図１０を参照して本発明の一実施形態を図示し、説明する。図９は斜視概略図、図１０は高密度領域に加わる圧縮力と平行にした断面概略図である。図９および図１０では、複数の高密度領域１８が中密度領域２８によって分離されているように表されている。中密度領域は高密度領域よりも低い密度を有し、好ましくは中密度領域の密度は少なくともバルク密度と同じくらい高い。一実施形態では、中密度領域はバルク密度と同じ密度を有する。複数の高密度領域は、機能性アノード粉末をそれほど損失することなく、著しく改善された接着を提供する。
【００３８】
本発明では、平坦化されたワイヤの周りの高密度領域は、二次焼結およびそれによって引き起こされる化学組成の関連する変化を必要とせずに強いワイヤ−粉末結合を提供する。このアプローチは、事実上任意の利用可能なレベルのＣＶ／ｇで、広範囲の粉末中のアノードの機械的特性および電気的特性を改善するために使用することができるが、溶接ワイヤの適用は比較的粗い粉末に限定される。
【００３９】
米国特許第８，３４９，０３０号に記載されているように、アノードを脱酸素焼結法にかけることが特に好ましく、これは当技術分野ではデオキシ焼結またはｄ焼結と呼ばれている。これは、高電荷粉末に特に有益である。理論に制限されることなく、脱酸素焼結中に粉末は粉末のより少ない収縮、またはさらには膨張さえも示すと仮定される。従来の焼結では、収縮はワイヤとの結合を形成すると仮定され、この結合はワイヤとアノード本体が分離される容易さによって証明されるように脱酸素焼結では適切に形成されない。アノード本体とアノードに埋め込まれたリード線との間に強力な接着を形成することができないことにより、リード線が焼結前アノードに溶接され得る場合、より低い電荷密度の粉末への脱酸素焼結の使用が制限されてきた。特に好ましい実施形態では、アノードワイヤと押圧されたアノード粉末との間の結合不良に関連して典型的に観察される問題なしに高密度コンパクションと共に脱酸素焼結を行うことができ、それによってより高い電荷密度粉末、およびコンデンサ容量の関数としての静電容量として測定されるより高い体積効率の使用が可能になる。
【００４０】
引っ張り強度は、アノードワイヤをアノードから引っ張るために必要とされる力の測定値であり、重量で測定される。本発明を用いて１０ｋｇを超える引っ張り強度を実現することができ、場合によっては、引っ張り強度は、焼結アノード本体からのワイヤの引っ張りが成功する前にＴａワイヤの破損が起こるほど十分に高い。
【００４１】
アノードは好ましくはバルブ金属またはバルブ金属の導電性酸化物を含み、特に好ましいアノード材料はアルミニウム、タンタルおよびニオブから選択され、タンタルが最も好ましい。アノードはその上に誘電体を有し、誘電体は好ましくはアノード金属の酸化物である。カソードは誘電体上にあり、カソードは好ましくは二酸化マンガンおよび導電性ポリマーから選択され、最も好ましくは３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＴ）である。誘電体形成ならびに二酸化マンガンおよび導電性ポリマーからのカソードの形成は、当業者にはよく知られており、本明細書でのさらなる詳細は不要である。
【００４２】
アノード粉末は、タンタルについて測定して、好ましくは少なくとも１００，０００ＣＶ／ｇ、より好ましくは少なくとも２００，０００ＣＶ／ｇ、さらにより好ましくは少なくとも４００，０００ＣＶ／ｇ、最も好ましくは少なくとも５００，０００ＣＶ／ｇの電荷密度を有するか、または同等の表面積を有するニオブなどのバルブ金属である。
【００４３】
脱酸素焼結は、バルブ金属よりも高い酸素親和性を有する還元剤の使用によって達成される。好ましい還元剤としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属またはアルミニウムが挙げられる。カルシウム、マグネシウムおよびアルミニウムが好ましい還元剤であり、マグネシウムが最も好ましい。
【００４４】
アノードを形成するプロセスにおいて、バルブ金属粉末はペレットに押圧される。滑剤または結合剤を粉末に添加することは任意であるが好ましい。押圧中に使用される潤滑剤または結合剤はペレット全体の密度均一性を改善し、ダイの磨耗を防止する。押圧中にアノードリード線をペレットに埋め込む。押圧中に、粒子の表面を覆う自然酸化物が元のネックに組み込まれ、それがその後の焼結プロセスを妨げる。
【００４５】
潤滑剤または結合剤を使用する場合、真空中で加熱することによって、または水性洗剤中で洗浄することによって潤滑剤または結合剤を除去する。押圧されたアノードを、還元剤の融点よりも高い温度、典型的には９００℃〜１１００℃の範囲の温度で脱酸素炉中で還元剤と反応させることによって脱酸素する。これらの温度は、高電圧コンデンサに使用される粗い粉末（典型的には粉末のＣＶ／ｇに応じて１２００℃〜２１００℃の範囲の温度で焼結される）に使用される従来の焼結温度よりもはるかに低い。この第１の脱酸素工程は、粉末から、好ましくは押圧工程で生成された粉末粒子間の元のネックから、バルク酸素を除去する。より好ましくは、押圧されたペレットをマグネシウムの塊または粉末と共にるつぼに入れ、マグネシウムの融点を超えて加熱することによって脱酸素する。
【００４６】
一実施形態では、米国特許第７，７３１，８９３Ｂ２号に記載されているように、アノードを還元剤、好ましくはマグネシウムによって脱酸素し、順次焼結する。アノード表面上の還元剤酸化物のシーリング層は、アノードを脱酸素炉から取り出して焼結炉内に入れるときに空気中での酸化を防止する。表面上の還元剤酸化物の層は、好ましくは浸出によって除去される。浸出は水性鉱酸中で達成することができる。ＭｇＯを除去するのに特に適した洗浄液は、硫酸と過酸化水素の希薄水溶液である。他の実施形態では、米国特許第８，３４９，０３０Ｂ１号に記載されているように、脱酸素され浸出したアノードは、従来使用されている焼結温度に等しいかまたはそれよりもわずかに低い焼結温度で、焼結炉内の真空中で焼結を受ける。焼結温度は、好ましくは約１，２００℃〜約１，８００℃、典型的には約１５００℃である。焼結後、リード線は好ましくは溶接によって焼結アノードに取り付けられ、アノードは第２の脱酸素工程および浸出工程を受けることが好ましく、ここで還元剤の酸化物が除去される。第２の脱酸素工程および浸出工程は、製造の都合上、第１の脱酸素工程および浸出工程と同じ条件下で行われることが好ましいが、表面から還元剤の酸化物を除去するのに適した条件の範囲内で異なる条件を使用することができる。
【００４７】
コンデンサを形成するために、アノードを陽極化して表面上に誘電体を形成し、ここで誘電体はバルブ金属の酸化物であることが好ましい。陽極化は当技術分野において周知であり、陽極化の方法は本明細書において特に限定されない。本発明の範囲から逸脱することなく他の誘電体を組み込むことができるが、アノードの酸化物が当該技術分野において広く使用されている。
【００４８】
誘電体上にカソード層を形成する。カソードは導電層であり、導電性チオフェンなどの導電性ポリマーから形成することができ、ポリエチレンジオキシチオフェンは本発明を実証する際に使用するための例示である。導電性半導体である二酸化マンガンのような他のカソード層は本発明の実証に使用するのに適している。カソードは、当業者によく知られているように、コーティングまたは現場重合によって形成される。
【００４９】
特に導電性高分子カソードでは、外部終端部をカソード上に形成することは困難であり、終端部を容易にするために追加の層が通常含まれることが広く理解されている。特に、銀またはニッケルなどの金属層でオーバーコートされたカーボン層は、本発明の実証に適している。カーボン層および金属層は、当業者によく知られているように、コーティングおよび／または電気メッキによって形成される。
【００５０】
コンデンサの典型的な仕上げは、アノードワイヤと電気的に接触する外部アノード終端部の取り付け、カソードと電気的に接触する外部カソード終端部の取り付け、絶縁体への封入、試験、パッケージングなどを含み得る。
【００５１】
真空とは大気圧よりも低い圧力を指す。実際には、（１０−４ａｔｍ）以下の圧力が本明細書の教示の実証に適している。不活性ガスとは非反応性ガス、または酸素などの酸化剤を除くガスを指す。特に好ましい不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウムおよびネオンが挙げられる。アルゴンが最も好ましい。窒素は、特にタンタルを用いて、高い焼結温度で窒化物を形成する可能性があるため、あまり好ましくない。
【実施例】
【００５２】
実施例１：
一連のタンタルアノードを、２００，０００ＣＶ／ｇのタンタルを使用して同一のやり方で調製した。アノードのバルクを６．７５ｇ／ｃｃの密度に押圧して、幅約５．２０ｍｍ（０．２０６インチ）、長さ５．４９ｍｍ（０．２１６インチ）および厚さ１．１４ｍｍ（０．０４５インチ）の大きさを有するモノリシック矩形アノード本体を形成した。実施例を通して、対照試料はバルク密度を達成するのに使用した以上の押圧はされていない。本発明のサンプルでは、ワイヤ付近の粉末を約２：１の圧縮比で、または粉末中の直径０．３８１ｍｍ（０．０１５インチ）のワイヤを歪ませるのに必要な程度まで押圧した。その結果、図１に概略的に表すように、その中にアノードワイヤを含む圧粉アノードが得られた。本発明のアノードについては、粉末をデオキシ焼結した。対照試料については、真空焼結を採用した。なぜなら、アノードはデオキシ焼結下で劣化し、アノードワイヤがアノードから容易に分離され、そのためさらなる試験が不可能であるか最小値であるためである。誘電体は４０ボルトで形成した。試料の引っ張り強度が表１に示され、改善されたワイヤ引っ張り強度は本発明の利点を説明している。電荷の増加はデオキシ焼結の利点を実証し、それによって同じタンタル粉末で電荷密度の有意な増加を提供する。
【表１】
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実施例２：
【００５３】
表２に示すように、様々な電荷密度のタンタル粉末を使用して、一連のタンタルアノードを同一の方法で調製した。アノードのバルクを表２に報告されている密度に押圧して、幅約２．３９ｍｍ（０．０９４インチ）、長さ１．７８ｍｍ（０．０７０インチ）および厚さ０．４８ｍｍ（０．０１９インチ）の大きさのモノリシック矩形アノード本体を形成した。対照試料では、それ以上の押圧は行わなかった。本発明の試料では、ワイヤ付近の粉末を約２：１の圧縮比で、または粉末中の直径０．３００ｍｍ（０．０１１８インチ）のワイヤを歪ませるのに必要な程度まで押圧した。表２に列挙するような化成電圧（Ｖｆ）でアノード上に誘電体を形成した。アノードを電気的特性について試験した。粉末をアノードの周りに押圧せずにデオキシ焼結した対照は、アノード本体からのアノードワイヤの分離のために失敗し、電気的結果は得られなかった。
【表２】
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【００５４】
表２に示した結果は、アノード本体とアノードワイヤとの間で同等の接着強度をなおも達成しながらデオキシ焼結の使用を可能にする本発明の利点を実証する。したがって、同等の化成電圧における湿潤漏れ（湿潤Ｌｋｇ）の改善を実現することができる。実施例３：
【００５５】
２００，０００ＣＶ／ｇのタンタル粉末を用いて実施例２と同様に一連のアノードを調製した。この粉末を６．７５ｇ／ｃｃの密度に押圧し、ワイヤ付近の高密度部分を約２：１の圧縮比で押圧した。この例では、バルク密度領域が高圧領域とそこからアノードワイヤが出る面との間にあるように、図９および図１０に示されるように高圧が出口点からオフセットされた。対照は高密度領域を有さず、アノード全体を本発明の実施例のバルク密度と同じ密度に押圧した。形成されたアノードは、幅３．５６ｍｍ（０．１４０インチ）、長さ５．０８ｍｍ（０．２００インチ）および２０．６５ｍｍ（０．８１３インチ）の寸法を有するＷサイズケース、または幅５．２３ｍｍ（０．２０６インチ）、長さ５．４９ｍｍ（０．２１６インチ）および厚さ１．１４ｍｍ（０．０４５インチ）の寸法を有するＨサイズケースのいずれかであった。直径０．３８１ｍｍ（０．０１５インチ）のタンタルワイヤを使用した。試料を脱酸素焼結法で焼結した。いくつかの試料を使用して、表３に報告されている平均ワイヤ引っ張り強度を決定し、他の試料を使用して、様々な誘電体化成電圧における平均電気特性を決定した。Ｗケースサイズの対照では、ワイヤは電気的結果を達成するのに不十分にアノードに結合されていた。Ｈケースサイズの対照について注意深く取り扱って電気的結果を得たが、引っ張り強度は実用的な製品における考慮には不十分であり、大半が破滅的に失敗し、したがって限られたセットが試験可能であったため、Ｈケースサイズの対照に関してワイヤ引っ張り強度の結果は人為的に公正さを欠いている。様々な誘電体化成電圧（Ｖｆ）における電荷および湿潤漏れの結果を表３に報告する。
【表３】
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【００５６】
表３に示された結果は、本発明の概念の利点、特にワイヤの周りの高密度押圧および脱酸素焼結によって達成可能な相乗作用を実証する。特に、所与の粉末を用いると、同等の化成電圧で、より低い湿潤漏れを有するより高い電荷を得ることができる。
実施例４：
【００５７】
表４に示すように公称電荷を有するタンタル粉末を使用して、実施例２のように一連のアノードを調製した。アノードを表４に示す密度に押圧して、幅２．２６ｍｍ（０．０８９インチ）、長さ１．６３ｍｍ（０．０６４インチ）および厚さ１．０４ｍｍ（０．０４１インチ）のＢ−１ケースサイズ、または幅２．１３ｍｍ（０．０８４インチ）、長さ１．５２ｍｍ（０．０６０インチ）および厚さ０．９９ｍｍ（０．０３９インチ）のＢ−２ケースサイズのいずれかにした。Ｂ−１ケースサイズには、直径０．３０ｍｍ（０．０１１８インチ）のタンタルワイヤを使用した。Ｂ−２ケースサイズには、直径０．１９ｍｍ（０．００７４インチ）のタンタルワイヤを使用した。アノードを表４に報告した温度で真空焼結した。平均ワイヤ引っ張り強度および平均体積収縮率を決定し、表４に報告した。
【表４】
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【００５８】
高密度領域がワイヤ出口面に達していないオフセットインデントの利点を説明する追加の結果が図１１にグラフで提供され、ワイヤ引っ張り強度対体積収縮率が表示されている。表４および図１１に示された結果は、同じレベルの体積収縮率で、ワイヤ引っ張り強度、したがって製品の堅牢性が改善される、アノードワイヤ付近の高密度圧縮領域の利点を示している。
実施例５
【００５９】
２００，０００ＣＶ／ｇの電荷を有するタンタル粉末を用いて一連のアノードを調製した。各サンプルを、６．７５ｇ／ｃｃの密度に押圧し、直径０．３８１ｍｍ（０．０１５インチ）のアノードワイヤの周りに幅３．５６ｍｍ（０．１４０インチ）、長さ５．０８ｍｍ（０．２００インチ）および厚さ０．８１３ｍｍ（０．０３２インチ）のサイズを有する矩形アノードにした。アノードを脱酸素焼結した。対照はそれ以上の圧縮を受けなかった。本発明の試料は、図９および図１０に関連して図示および説明したように、高密度押圧領域間で中密度圧縮を伴う複数の高密度圧縮を受けた。本発明の実施例は６．０４Ｋｇのワイヤ引っ張り強度を示し、４０ボルトでの誘電体形成後、０．２０ｎＡ／ＣＶの湿潤漏れを伴う７９，０３９ＣＶ／ｇの５０Ｈｚでの電荷が観察された。対照はアノードから分離し、それ以上試験しなかった。高密度領域内に複数のインデントを有する追加の試料を図１２に提供する。
【００６０】
本発明を好ましい実施形態を参照して説明したが、本発明はそれらに限定されない。当業者は、本明細書に具体的に記載されていないが、添付の特許請求の範囲に記載されている本発明の範囲内にあるさらなる実施形態および変更を理解するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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