способ получения оксидного слоя на анодах оксидно-полупроводниковых и электролитических конденсаторов

Формула изобретения

1. Способ получения оксидного слоя на анодах оксидно-полупроводниковых и электролитических конденсаторов, основанный на электрохимической обработке анодов, размещенных в ванне с электролитом, включающий формовку анодов в гальваностатическом режиме, отличающийся тем, что определяют сопротивление электролита в начале гальваностатического режима, который продолжают до достижения напряжения на ванне, увеличенного на величину падения напряжения на сопротивлении электролита, далее переходят в режим регулирования напряжения на ванне с электролитом, поддерживая напряжение на анодах, равным напряжению оксидирования.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сопротивление электролита R_э определяют по формуле:

где U_o - напряжение на ванне с электролитом в начале гальваностатического режима, B;

I_ЗАД. - ток, который задается технологическим процессом, А.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что режим регулирования напряжения на ванне с электролитом осуществляют по формуле:

U_в=U_ox +I_a·R_э,

где U_в - напряжение на ванне с электролитом, B;

U_ox - напряжение оксидирования, B,

I_а - текущее значение тока анода, A,

R_э - сопротивление электролита, Ом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам изготовления изделий электронной техники, а именно конденсаторов, преимущественно оксидно-полупроводниковых и электролитических, и касается способа получения оксидного слоя на объемно-пористых анодах.

Известен способ получения оксидной пленки на анодах, которой может быть применен при изготовлении электролитических и оксидно-полупроводниковых конденсаторов, описанный в а.с. №577573, М. Кл. Н01С 9/24, опубликованный 25.10.1977 г., включающий формовку анодов в проточном электролите при постоянной плотности тока и формовку при постоянном напряжении, меньшем по величине, чем конечное значение напряжения при постоянной плотности тока, формовку при постоянном напряжении проводят в электролите, температура которого на 40-250°С превышает температуру электролита в процессе формовки при постоянной плотности тока.

Процесс формовки анодов, в результате которого образуется оксидный слой, служащий диэлектриком, от которого зависят характеристики конденсатора, определяется следующими факторами:

- составом и температурой электролита;

- плотностью тока на аноде;

- продолжительностью формовки.

С повышением температуры электролита снижается его сопротивление, улучшаются условия диффузии ионов, повышается равномерность формовки анодов, но сопротивление электролита не учитывается в данном способе, поэтому требуется значительное время для получения оксидного слоя.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ получения оксидного слоя на анодах электротехнических и оксидно-полупроводниковых конденсаторов (Мирзоев Р.А. Электрохимическая обработка металлов. Анодные процессы, 1988 г. Учебное пособие ЛПИ им. М.И.Калинина, с.45), в котором способ осуществляют в два этапа: сначала в гальваностатическом режиме, т.е. при постоянной плотности тока 0,5-50 мА/см², определяемой величиной спеченного металла на аноде (задается технологическим процессом I_ЗАД на фиг.3), затем при постоянном напряжении на ванне с электролитом. В зависимости от требуемой толщины оксидного слоя _OX выбирают напряжение оксидирования U_OX (фиг.3). Напряжение U _O в прототипе (фиг.3) обусловлено падением напряжения на сопротивление электролита, поэтому гальваностатический режим практически начинают с U_O.

В гальваностатическом режиме анодный потенциал, а с ним и напряжение на ванне, растут со временем линейно. Когда напряжение на ванне достигнет U _OX, переходят в режим поддержания постоянного напряжения. Благодаря утолщению анодной окисной пленки (АОП) напряженность поля в ней убывает, что приводит к постепенному снижению тока. В условиях постоянного напряжения процесс ведут, пока ток не снизится до определенного уровня или заданное время. Необходимо, чтобы продолжительность формовки анодов при постоянном напряжении была достаточна для выравнивания толщины оксидного слоя внутри анода и на внешней его поверхности.

В то же время на практике замечено, что при слишком длительной формовке анодов токи утечки начинают возрастать, что связано с началом кристаллизации АОП.

Вышеописанный способ-прототип не учитывает падение напряжения на электролите, что приводит к существенному замедлению процесса формирования оксидного слоя и, как следствие, к увеличению токов утечки конденсаторов.

Задача изобретения состоит в сокращении времени получения оксидного слоя путем компенсации падения напряжения на сопротивлении электролита за счет повышения напряжения на ванне на эту величину.

Эта задача решается в предлагаемом способе получения оксидного слоя на анодах оксидно-полупроводниковых и электролитических конденсаторов, основанном на электрохимической обработке анодов, размещенных на ванне с электролитом, включающем формовку анодов в гальваностатическом режиме, определяют сопротивление электролита в начале гальваностатического режима, который продолжают до достижения напряжения на ванне, увеличенного на величину падения напряжения на сопротивление электролита, далее переходят в режим регулирования напряжения на ванне с электролитом, поддерживая напряжение на анодах, равным напряжению оксидирования, при этом сопротивление электролита R_Э в Ом определяют по формуле:

где U_O - напряжение на ванне с электролитом в начале гальваностатического режима в B,

I_ЗАД - ток, который задается технологическим процессом в А;

регулирование напряжения на ванне с электролитом осуществляют по формуле: U_В=U _ОХ+I_a·R_Э , где U_OX - напряжение оксидирования в В, I_а - текущее значение тока анода в А, R_Э - сопротивление электролита в Ом.

Отличительной особенностью заявленного способа получения оксидного слоя на анодах оксидно-полупроводниковых и электролитических конденсаторов по сравнению со способами, известными из существующего уровня техники, является:

- определение сопротивления электролита в начале гальваностатического режима осуществляется следующим образом.

При включении программируемого источника постоянного тока 4 (фиг.1) возникает падение напряжения на ванне с электролитом U_В, которое складывается из падения напряжений на аноде U_a и в электролите U _Э. Следовательно, U_В=U _анода+U_{электролита}. Но в начале гальваностатического режима оксидный слой на аноде еще не образовался, поэтому его сопротивление R_a=0. Поэтому U _В=U_{электролита}. Ток анода I _ЗАД. задается технологическим процессом от программируемого источника постоянного тока 4, тогда , где U_В=U_О , где U_О - напряжение на ванне в начале гальваностатического режима;

- определение сопротивления электролита, величину которого считаем постоянной в течение всего технологического процесса, т.к. температуру и концентрацию электролита поддерживают практически постоянными весь процесс, что позволяет увеличить напряжение на ванне на величину падения напряжения на сопротивление электролита I_a·R _Э и далее перейти в режим регулирования напряжения на ванне с электролитом и тем самым сократить время подъема напряжения оксидирования U_OX и в результате сократить время процесса оксидирования.

Таким образом, выявленные отличительные признаки, а также их взаимосвязь в предлагаемом способе не известны из уровня техники, следовательно, предлагаемое решение соответствует критерию «изобретательский уровень» и обладает новизной.

На фиг.1 представлена блок-схема, реализующая предлагаемый способ.

На фиг.2, 3 представлены зависимости напряжения и тока от времени при оксидировании анодов соответственно по заявленному способу и по способу - прототипу.

Блок-схема (фиг.1) содержит ванну 1 с электролитом, в которой размещена решетка с анодами 2 конденсаторов, катод 3 установлен на дне ванны. Решетка с анодами 2 конденсаторов и катод 3 подключены к программируемому источнику постоянного тока 4, включающему, например, процессор, соединенный с силовыми ключами и цифровым индикатором, процессор, в свою очередь, своими входами связан с пультом управления и аналого-цифровым преобразователем, к которому подключены измеритель тока и напряжения. Программируемый источник постоянного тока обеспечивает гальваностатический режим, режим регулирования напряжения по заданной формуле в предлагаемом способе.

Рассмотрим способ получения оксидного слоя на анодах оксидно-полупроводниковых конденсаторов на примере К53-16-16В - 33 мкФ, выпускаемых ОАО «Завод «Мезон».

В качестве электролита используется 1% раствор ортофосфорной кислоты Н₃PO ₄, температура которого 60°С в течение всего технологического процесса.

Включают программируемый источник постоянного тока 4 в режим стабилизации тока, обеспечивающий гальваностатический режим. При этом через аноды 2 и электролит протекает ток, определяемый требуемой плотностью тока в технологическом процессе, т.е. I _ЗАД.=12 А. В начале гальваностатического режима оксидная пленка на аноде еще не образовалась и падение напряжения на ней равно 0. При этом падение напряжения на электролите в нашем случае 32 В, т.е. U_O=32 В.

, которое считаем постоянным в течение всего технологического процесса.

По мере образования оксидной пленки на анодах 2 конденсаторов сопротивление анодов 2 R_a возрастает линейно со временем, при этом напряжение на ванне 1 также растет.

Для данного номинала конденсаторов К53-16-16 В-33 мкФ напряжение оксидирования U_OX равно 60 В (задается технологическим процессом). Однако при достижении напряжения на ванне 160 В, напряжение на анодах 2 будет равно U_a=U_OX-U _Э=60-32=28 В.

Поэтому в предлагаемом способе программируемый источник постоянного тока 4 продолжает работать в гальваностатическом режиме до достижения напряжения на ванне, увеличенного на величину падения напряжения на сопротивлении электролита, т.е. U _В=U_OX+U_O=60+32=92 В (при этом напряжение на анодах 2 достигает 60 В).

Далее переходят в режим регулирования на ванне 1 с электролитом U _В по формуле: U_В=U _OX+I_a·R_Э , где U_OX - напряжение оксидирования в В; I_a - текущее значение тока в А; R _Э - сопротивление электролита в Ом, поддерживая напряжение на анодах, равным напряжению оксидирования.

В предлагаемом способе напряжение оксидирования U_OX=60 В на анодах достигается значительно быстрее, чем в способе-прототипе; а в этот же момент времени в способе-прототипе напряжение лишь на ванне U_В=60 В (фиг.2 и 3). Следовательно, сокращается время получения оксидного слоя на анодах конденсаторов.