Ich poste diesen Beitrag in "Platinen", weil ich denke, dass hier die
meisten Menschen mit Ahnung von 'Elektronikfertigung' mitlesen dürften.
Ich interesse mich für die Herstellung hochpazativer Kondensatoren mit
"mittelmäßigen" Spannungswerten in Nicht-Elektrolyt-Technologie im
Consumerbereich.
So weit ich weiß, gibt's da nur Keramik und Folie (zumindest im
Festbereich, Drehkos interessieren mich nicht sonderlich), bei Folie ist
das Problem die Foliendicke, kriegt man wohl nicht viel weiter runter
als in den Bereich 1 um. Bei MLCC stellt fertigungstechnisch, wenn ich
das richtig mitbekommen habe, die Schichtdicke der Keramik, die man noch
in den Griff kriegt ordentlich aufzutragen, ein wesentliches Problem
dar. Bei den MLCCs dürfte ein weiteres, sich in der Zukunft
offenbarendes Problem wohl in der Korngröße der Keramik liegen, auch
wenn die Keramikmaterialien selbst immer besser werden (Bariumtitanate,
etc).
Mir kam deshalb der Gedanke, ob es nicht möglich wäre, das Dielektrikum
elektrolytisch aufzutragen. So weit ich weiß, kann man ja Goldfolien bis
auf Dicken von wenigen Atomlagen kommerziell in praktisch jeder
gewünschten Größe auf Trägerfolie herstellen, andererseits sollte es
doch von Seite der organischen Chemie (wenn man zum Beispiel an Chelate,
organische Salze, organische Halbleiter, und auch an die Polymerchemie
denkt) ein brauchbares Dielektrikum geben, das sich elektrolytisch
abscheiden lässt.
Die üblichn Produktionsschritte, Schneiden, Stacken, und, ich nenns mal
"Verpacken", könnte man ja aus der MLCC-Fertigung übernehmen, das würde
also auch billig bleiben.
Was Denkt ihr dazu?
Hai!
Norbert M. schrieb:
> Mir kam deshalb der Gedanke, ob es nicht möglich wäre, das> Dielektrikum elektrolytisch aufzutragen.
Das wird ja gemacht: beim Elko :^)
Den wolltest Du aber aus der Betrachtung ausgeschossen haben.
> So weit ich weiß, kann man ja Goldfolien bis auf Dicken von> wenigen Atomlagen kommerziell in praktisch jeder gewünschten> Größe auf Trägerfolie herstellen,
Gold ist leider kein Dielektrikum.
> andererseits sollte es doch von Seite der organischen Chemie> (wenn man zum Beispiel an Chelate, organische Salze, organische> Halbleiter, und auch an die Polymerchemie denkt) ein brauchbares> Dielektrikum geben,
Sehr viele organische Substanzen sind erbaermliche Dielektrika.
> das sich elektrolytisch abscheiden lässt.
Naja, das Problem ist, dass da ein fundamentaler Widerspruch
vorliegt: Elektrolytische Abscheidung bedeutet, dass die Substanz
leitfaehig sein muss, und Dielektrikum bedeutet, dass die Substanz
nicht leitfaehig sein darf.
Der einzige mir bekannte Kompromiss ist das Al2O3 mit seinen
halbleitenden Eigenschaften.
Man koennte sich noch vorstellen, elektrolytisch einen Leiter
abzuscheiden und den anschlieszend chemisch in eine Isolator
umzuwandeln. Aber wie sollte das im Detail funktionieren?
> Was Denkt ihr dazu?
Es gibt noch ein anderes Problem, und das ist die Zeit - und
damit der Preis.
Ich bin sicher, man koennte auf Basis der Hochvakuumtechnik
Kondensatoren mit spektakulaeren Eigenschaften herstellen.
Die will nur keiner bezahlen. Es dauert eben eine halbe Ewigkeit,
auf diese Art einen Schichtstapel herzustellen.
Grusz,
Rainer
Rainer Ziegenbein schrieb:> Norbert M. schrieb:>> Mir kam deshalb der Gedanke, ob es nicht möglich wäre, das>> Dielektrikum elektrolytisch aufzutragen.> Das wird ja gemacht: beim Elko :^)> Den wolltest Du aber aus der Betrachtung ausgeschossen haben.
Stimmt, ich hätte alle Systeme mit Elektrolyt bzw. flüssigem
Dielektrikum ausschließen sollen :-)
> Gold ist leider kein Dielektrikum.
Deswegen habe ich mnich auch so ausdrücklich auf die MLCC-Technologie
bezogen. Dort - und bei Folie - ist der "Elektronenträger" auf jeder
Elektrode nämlich der Gleiche: Ein dünnes Metall.
> Naja, das Problem ist, dass da ein fundamentaler Widerspruch> vorliegt: Elektrolytische Abscheidung bedeutet, dass die Substanz> leitfaehig sein muss, und Dielektrikum bedeutet, dass die Substanz> nicht leitfaehig sein darf.
Genau, in der Fertigung muß es "leitfähig" sein.
> Aber wie sollte das im Detail funktionieren?
Indem man zum Beispiel dünne Goldfolie hat. Die lässt man durch ein
Elektrolysebad laufen. Dort wird irgendwas organisches abgeschieden,
eventuell ein kurzes Polymer mit einem Chelatkopf. Dann durch den Ofen,
das übrigbleibende Metallion (Zentralatom des Chelats) ist egal, die
Polymer-Vorstufe verkettet zu einer ultradünnen Schicht Dielektrikum.
Damit könnte man die Vorteile von MLCC und Folie vereinen.
> Es dauert eben eine halbe Ewigkeit, auf diese Art einen Schichtstapel> herzustellen.
MLCC macht nix anderes, nur ist dort das Dielektrikum eben ein
Tonpulver.
Schneiden und Stacken muß man sowiso, und das hat man dort ja
anscheinend im Griff.
> Grusz,> Rainer
Gruss zurück und danke für den Input
> Mir kam deshalb der Gedanke, ob es nicht möglich wäre, das Dielektrikum> elektrolytisch aufzutragen.
Sicher, nennt man Elko oder Doppelschichtkondensator.
Man lässt allerdings vom Elektrolyten was drin, damit
die dünne Schicht sich regenerieren kann und nicht zerfällt.
Man kann sowohl Dielektira verdammt dünn machen (eben elektrolytisch)
als auch die Kondensatorplatten (besputterte Folien)
aber wenn man beides ganz dünn macht, hat man miese Leitfähigkeit,
schlechte Spannungsfestigkeit und mechanisch ein Problem.
Daher sind MLCC recht gut, die werden erst dicker zusammenklebt,
und dann dünn ausgewalzt, dabei werden Dielektrika (Keramik) und
Kondenstaorplatten (Nickelschichten) gleichzeitig dünner.
Wenn man noch kleiner werden will, bleibt einem nichts anderes
übrig, als von Schichtprinzip mit seinen langen Wegen wegzukommen,
der Tantalelko war so ein Schritt. Das Tantal als Schwamm, das
Dielektrika elektrolytisch drauf, und die Gegenelektrode so weit
ich weiss nicht ganz nass, sondern mit Graphitstaub.
Hier fehlt noch der Schritt, in den Schwamm mit seinen
elektrolytisch aufgebrachtem Dielektrika was reinwachsen zu
lassen, was ebenfalls gut leitfähig ist.
So weit ich weiss, erhofft man sich von Nanopartikeln was, z.B.
von Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Auch bei Akkus.
Norbert M. schrieb:> Stimmt, ich hätte alle Systeme mit Elektrolyt bzw. flüssigem> Dielektrikum ausschließen sollen :-)
Nicht die Flüssigkeit ist das Dielektrikum, sondern die Oxidschicht.
Im übrigen kann man Dieelektrika nicht elektrolytisch abscheiden, eben
weil sie nicht leitend sind - man kann nur Metalle abscheiden und
anschliessend oxidieren, wie bei Elkos, aber da kann man nicht sagen,
die Oxidschicht, die das Dielektrikum bildet, wäre elektrolytisch
abgeschieden.
Gruss Reinhard
MaWin schrieb:> Man kann sowohl Dielektira verdammt dünn machen (eben elektrolytisch)> als auch die Kondensatorplatten (besputterte Folien)> aber wenn man beides ganz dünn macht, hat man miese Leitfähigkeit,> schlechte Spannungsfestigkeit und mechanisch ein Problem.
Genau da will ich ansetzen, deie Platte so dünn machen wie es geht und
das Dielektrikum so dick wie nötig :-)
> Daher sind MLCC recht gut, die werden erst dicker zusammenklebt,> und dann dünn ausgewalzt, dabei werden Dielektrika (Keramik) und> Kondenstaorplatten (Nickelschichten) gleichzeitig dünner.
DAS wusste ich allerdings nicht, danke!
Reinhard Kern schrieb:> Nicht die Flüssigkeit ist das Dielektrikum, sondern die Oxidschicht.
Ja, ich weiß, und dadurch daß diese so dünn ist erklärt sich auch die
hohe Kapazität des Elkos. Ich denke, ich habe mich da mißverständlich
ausgedrückt.
> Im übrigen kann man Dieelektrika nicht elektrolytisch abscheiden, eben> weil sie nicht leitend sind
Das ist eben die Frage, ob das nicht doch geht. Beim Auftragen auf das
Elektrodenmaterial müsste es eben leitfähig sein, und dann, zum Beispiel
nach Erwärmung, im Endprodukt natürlich isolierend. Mich wundert eben
nur, daß sich da anscheinend noch keiner Gedanken darüber gemacht hat.
Danke!
Edit: Schreibfehler, "doch" durch "dick" ersetzt.
MaWin schrieb:> So weit ich weiss, erhofft man sich von Nanopartikeln was, z.B.> von Kohlenstoff-Nanoröhrchen.
Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind ja schon wieder out, heutzutage nimmt
man Graphen (also abgewickelte Röhrchen). :-) Als Isolator könnte
man dann Graphan nehmen. Aber bevor solche Technologien fertigungs-
reif sind, werden wohl noch einige Jährchen vergehen. :-(
Gruss
Harald
Das ist ja eine ganz schöne Spekuliererei hier. Anodische aufgewachsene
Metalloxide (Al2O3, Ta2O5) verwendet man aufgrund ihres
Selbstheilungseffektes. Es wächst eben nur da Oxid, wo die Schicht
leitfähig ist. Die Spannungsbelastsbarkeit stellt man durch die
Überspannung beim Anodisieren ein. Beim Al2O3 gibt es noch interessante
Effekt mit Nanoporen, durch die man relativ dicke Schichten wachsen
lassen kann. Leider funktioniert das nicht mit allen Materialien.
Al2O3 ist übrigens ein Isolator mit einer der größten Bandlücken. Hier
kann man nicht mehr von Halbleiter sprechen.
Es gibt durchaus einige Verfahren, um isolierende Schichten aus
Flüssigkeiten abzuscheiden. Stichworte sind hier: Chemical Bath
Deposition, Solgel, Surface-Solgel, SILAR, usw. Allerdings erzeugen
diese Verfahren aufgrund der geringen Dichte der Schichten meistens
keine guten Isolatoren. Durch Sintern kann die Isolationsfähigkeit der
Schichten verbessert werden. Allerdings gibt es dann wieder neue Effekte
durch Kristallisation und Kornwachstum. Diese Verfahren werden u.A. bei
Keramikkondensatoren angewendet.
In der Mikroelektronik hat in den letzten Jahren die Atomic Layer
Deposition einzug gehalten, mit der sich aus der Gasphase auf komplexe
Oberflächen sehr gute Isolatoren abscheiden lassen. (z.B. Al2O3, TiO2,
HfO, ZrO). Bisher wird dieses Verfahren nur auf ICs eingesetzt.
Vielleicht gibt es hier ja auch noch Potential für diskrete Bauelemente?
Ich könnte mir vorstellen, dass in den Entwicklungsabteilungen schon
daran gearbeitet wird.
Hallo Norbert,
es gibt verschiedene Arten Kndensatoren herzustelllen.
Die Elkos - sowohl in Alu als auch Tantal-Technik schließt Du ja aus,
Bleiben Keramik-und Folien-Kondensatoren.
Keramik-Ko sind in Ihrer Kapazität begrenzt.
Folienkondensatoren gibt es in verschiedenen Varianten.
a. die klassischen Folienkondensatoren die als Kaüazitätsschicht eine
Alu-Folie und Natronzellusefolie in verschieden Stärken als
Dielektrkum haben.Nachteil: nicht kurzschlußfest und sehr großes
Volumen,teuer in der Herstellung),werden auch kaum mehr produziert.
b. die MP-Kondensatoren bei denen auf eine Papierbahn im
Hochvakuum-Verfahren eine Metallschicht aufgedampft wird.
Diese sind paraktisch kurzschlußfest, da hierbei die Metallschicht
verdampft.
Hiermit lassen sich große Kapazitätswerte mit hoher
Spannungsfestigkeit
erzielen, wie sie z.Bsp. bei der Thyristorsteuerung von E-Loks
erforderlich sind.
c. bedampfte Kunstofffolien Kondensatoren, ähnliche Technik wie bei
MP-Kondensatoren. Hiebei ist zu beachten das bei Hostaphanfolie (MKH)
diese nicht wechselstromfest sind, mit Makrolonfolie (MKM) jedoch.
d. dann gab es noch die MKL Kondensatoren, bei denen eine Lackschicht
mit
min. 6µ Stärke bedampft wurde.
Hiermit lassen sich bei sehr kleinen Volumen sehr hohe
Kapazitätswerte
erzielen. Die Herstellung ist aber teuer,so daß diese Kondensatoren
meist in hochkommerziellem und Miltary-Geräten eingesetzt wurden.
Du darfst bei Deiner Erfindungs-Euphorie davon ausgehen, dass´die
einschlägigen Hersteller alle Varianten der Kondentortechnik kennen und
ausprobiert habe.
Edgar
