DE102008000024A1

DE102008000024A1 - Abgesicherte Elektrolytkondensator-Anordnung

Info

Publication number: DE102008000024A1
Application number: DE102008000024A
Authority: DE
Inventors: Leos Dvorak; Stanislav Zednicek; Zdenek Sita; Ales Vyroubal; Radek Matousek
Original assignee: AVX Corp
Current assignee: Kyocera Avx Components Corp
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2008-08-07
Also published as: JP2008172263A; CN101236844A; US20080170354A1; GB2445673B; US7532457B2; GB0800344D0; GB2445673A; JP5209336B2

Abstract

Eine abgesicherte Elektrolytkondensator-Anordnung, die verbesserte Leistungsdaten in einem praktischen und Platz sparenden Gehäuse bietet, wird bereitgestellt. Spezieller enthält die abgesicherte Elektrolytkondensator-Anordnung ein Elektrolytkondensator-Element und eine oberflächenmontierte Sicherung, die in einem Gehäuse enthalten und mit einem gemeinsamen Anoden-Anschluss verbunden sind. Bei der Herstellung werden das Elektrolytkondensator-Element und die Sicherung zuerst so mit dem Anoden-Anschluss verbunden, dass die Sicherung beim Test des einzelnen Kondensator-Elementes umgangen wird. Nach dem Test kann der Anoden-Anschluss so abgeschnitten werden, dass die Sicherung und das Kondensator-Element in Reihe geschaltet werden. Somit wird im Betrieb die Sicherung schmelzen, wenn ein zu großer Strom als Folge einer Entladung durch einen Kurzschluss auftritt, wodurch die elektrische Verbindung zum Kondensator-Element unterbrochen wird und die Wahrscheinlichkeit für einen Brand oder eine andere Beschädigung der restlichen Schaltkreis-Elemente begrenzt wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Kondensatoren mit festem Elektrolyten, wie z. B. Tantal-Kondensatoren sind traditionell bekannt für ihren hohen Kapazitätswert und ihre Kompaktheit. In solchen Kondensatoren werden oft Sicherungen eingesetzt, um bei Oberstrom-Bedingungen einen Brand zu verhindern. Eine typische Sicherungs-Anordnung verwendet einen kleinen leitfähigen Draht, der als Reaktion auf einen zu großen elektrischen Strom durchschmilzt. Typischerweise wird ein Ende der Sicherung an einen Rand der leitfähigen Folie aus Metall eines Elektrolytkondensator-Elementes gelötet, und das andere Ende der Sicherung wird an eine Metall-Sammelschiene gelötet. Wenn ein Elektrolytkondensator-Element ausfällt, tritt ein Kurzschluss auf, durch den sich die in ihm gespeicherte Energie entladen kann. Die Sicherung schmilzt als Reaktion auf den durch dieses Entladen hervorgerufenen zu großen Strom durch, wodurch die elektrische Verbindung zwischen dem ausgefallenen Element und der Sammelschiene unterbrochen wird. Weil das ausgefallene Element somit aus dem Schaltkreis entfernt wird, kann der Kondensator unter Verwendung der restlichen Elemente weiter arbeiten, bis so viele Elemente ausgefallen sind, dass Überspannungs- oder Unsymmetrie-Bedingungen verursacht werden, die eingestellte Sicherheits-Schwellwerte überschreiten. Leider kann die Verwendung einer Sicherungs-Schutzfunktion in einer Kondensator-Anordnung jedoch einen negativen Effekt auf die elektrischen Leistungsdaten haben. Zum Beispiel erhöht sich durch die Aufnahme einer Sicherung oft der äquivalente Serienwiderstand (ESR) eines fertigen Bauelementes.
Somit besteht Bedarf an einer relativ einfachen und preiswerten abgesicherten Kondensator-Anordnung, die in der Lage ist, die Anforderungen der Industrie bezüglich Größe und Leistungsdaten besser zu erfüllen.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine abgesicherte Elektrolytkondensator-Anordnung offen gelegt. Die Anordnung enthält ein Elektrolytkondensator-Element, das eine Anode und einen festen Elektrolyten enthält, der die Anode überzieht, wobei sich ein Anoden-Anschlussdraht von der Anode erstreckt. Ein Kathoden-Anschluss ist elektrisch mit dem festen Elektrolyten verbunden. Die Anordnung enthält auch einen Anodenanschluss, der einen Anoden-Kopplungsteil enthält, der elektrisch mit dem Anoden-Anschluss verbunden ist, und einen Sicherungs-Kopplungsteil, der elektrisch mit einer oberflächenmontierbaren Sicherung verbunden ist. Der Anoden-Anschluss ist über dem Sicherungs-Kopplungsteil positioniert, und die oberflächenmontierbare Sicherung ist unter dem Sicherungs-Kopplungsteil positioniert. Ein Gehäuse kapselt das Elektrolytkondensator-Element und die oberflächenmontierbare Sicherung und lässt mindestens einen Teil der Anoden- und Kathoden-Anschlüsse offen.
Gemäß einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbilden einer abgesicherten Elektrolytkondensator-Anordnung offen gelegt. Das Verfahren umfasst die Bereitstellung eines Elektrolytkondensator-Elementes, das eine Anode und einen festen Elektrolyten enthält, der die Anode überzieht, wobei sich ein Anoden-Anschlussdraht von der Anode erstreckt. Es wird ein Anschlussrahmen bereitgestellt, der einen Kathodenanschluss und einen Anodenanschluss definiert. Der Anodenanschluss enthält einen Anoden-Kopplungsteil und einen Sicherungs-Kopplungsteil. Der Anodenanschluss ist mit Laser an den Anoden-Kopplungsteil geschweißt, und eine oberflächenmontierbare Sicherung ist elektrisch mit dem Sicherungs-Kopplungsteil verbunden. Der feste Elektrolyt ist elektrisch mit dem Kathodenanschluss verbunden. Ferner sind das Elektrolytkondensator-Element und die oberflächenmontierbare Sicherung gekapselt, so dass mindestens ein Teil des Anodenanschlusses und des Kathodenanschlusses offen bleibt, um sie auf einer Oberfläche zu montieren.
Weitere Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden weiter unten detaillierter beschrieben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Eine komplette Offenlegung der vorliegenden Erfindung, einschließlich ihrer bester Art und Weise, gerichtet an einen Fachmann, wird im Rest der Beschreibung angegeben, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht einer abgesicherten Kondensator-Anordnung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist, dargestellt vor der Trennung der Sicherung;
2 eine Ansicht von oben auf die abgesicherte Kondensator-Anordnung aus 1 ist, dargestellt ohne das einkapselnde Gehäuse;
3 eine Ansicht von unten auf die abgesicherte Kondensator-Anordnung aus 1 ist, dargestellt ohne das einkapselnde Gehäuse;
4 eine Seitenansicht der abgesicherten Kondensator-Anordnung aus 1 ist, dargestellt ohne das einkapselnde Gehäuse;
5 eine Ansicht von oben einer Kondensator-Anordnung gemäß einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung ist, dargestellt vor der Trennung der Sicherung und ohne Gehäuse;
6 eine Seitenansicht einer oberflächenmontierbaren Dünnfilm-Sicherung ist, die in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; und
7 eine Querschnitts-Ansicht der Sicherung aus 6 entlang einer Linie 6-6 ist.
Die wiederholte Verwendung von Referenzzeichen in der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen ist beabsichtigt, um gleiche oder analoge Eigenschaften oder Elemente der Erfindung darzustellen.
Detaillierte Beschreibung repräsentativer Ausführungen
Ein Fachmann wird verstehen, dass die vorliegende Erklärung nur eine Beschreibung beispielhafter Ausführungen ist, und es nicht beabsichtigt ist, die breiteren Aspekte der vorliegenden Erfindung zu begrenzen, die in der beispielhaften Konstruktion verkörpert sind.
Allgemein ausgedrückt ist die Erfindung auf eine abgesicherte Elektrolytkondensator-Anordnung gerichtet, die verbesserte Leistungsdaten in einem praktischen und Platz sparenden Gehäuse bietet. Spezieller enthält die abgesicherte Elektrolytkondensator-Anordnung ein Elektrolytkondensator-Element und eine oberflächenmontierbare Sicherung, die in einem Gehäuse enthalten und mit einem gemeinsamen Anodenanschluss verbunden sind. Bei der Produktion sind das Elektrolytkondensator-Element und die Sicherung zuerst mit dem Anodenanschluss verbunden, so dass die Sicherung beim Test des einzelnen Kondensator-Elementes überbrückt wird. Nach dem Test kann der Anodenanschluss abgeschnitten werden, so dass die Sicherung und das Kondensator-Element in Reihe geschaltet werden. Somit wird im Betrieb die Sicherung durchschmelzen, wenn eine bestimmte, zu einem Stromfluss gehörende thermische Energie auftritt (d. h. I_eff ²t, wobei I_eff der Effektivwert des Stroms und t die Dauer des Stromflusses in Sekunden ist), die den Stromfluss zum Kondensator-Element unterbricht und die Wahrscheinlichkeit für ein Feuer oder eine Beschädigung der restlichen Schaltkreis-Elemente begrenzt.
I. Elektrolytkondensator-Element
Das Elektrolytkondensator-Element kann unter Verwendung einer Vielzahl von Techniken ausgebildet werden. Zum Beispiel enthält das Elektrolytkondensator-Element typischerweise eine Anode, die aus einer Ventilmetall-Legierung ausgebildet ist. Die Ventilmetall-Legierung kann eine hohe spezifische Ladung haben, wie z. B. ungefähr 5000 Mikrofarad·Volt pro Gramm (μF·V/g) oder mehr, in manchen Ausführungen ungefähr 10000 μF·V/g oder mehr, in manchen Ausführungen ungefähr 15000 μF·V/g bis ungefähr 250000 μF·V/g oder mehr. Die Ventilmetall-Legierung enthält ein Ventilmetall (d. h. ein Metall, das oxidiert werden kann) oder eine auf einem Ventilmetall basierende Verbindung, wie z. B. Tantal, Niob, Aluminium, Hafnium, Titan, Legierungen davon, Oxide davon, Nitride davon und so weiter. Zum Beispiel kann die Anode aus einem Ventilmetall-Oxid ausgebildet sein, dessen Atom-Verhältnis von Metall zu Sauerstoff 1: weniger als 25, in manchen Ausführungen 1: weniger als 2,0, in manchen Ausführungen 1: weniger als 1,5 und in manchen Ausführungen 1:1 ist. Beispiele für solche Ventilmetall-Oxide sind Nioboxid (z. B. NbO), Tantaloxid, usw. und sind detaillierter im Fife erteilten US-Patent Nr. 6,322,912 beschrieben, das hier in seiner Gesamtheit für alle Zwecke als Referenz mit aufgenommen wird.
Zum Ausbilden der Anode können im Allgemeinen herkömmliche Herstellungsprozeduren verwendet werden. In einer Ausführung wird zunächst ein Tantal- oder Nioboxid-Pulver ausgewählt, das eine bestimmte Teilchengröße hat. Die Teilchengröße kann abhängig von der gewünschten Spannung des resultierenden Kondensator-Elementes unterschiedlich sein. Zum Beispiel werden Pulver mit einer relativ großen Teilchengröße (z. B. ungefähr 10 Mikrometer) oft dazu benutzt, Kondensatoren für hohe Spannungen herzustellen, während Pulver mit einer relativ kleinen Teilchengröße (z. B. ungefähr 0,5 Mikrometer) oft dazu benutzt werden, Kondensatoren für kleine Spannungen herzustellen. Die Teilchen werden dann optional mit einem Bindemittel und/oder Presszusatz gemischt, um sicherzustellen, dass die Teilchen angemessen zusammenhaften, wenn sie gepresst werden, um die Anode zu bilden. Geeignete Bindemittel sind Kampfer, Stearin- und andere seifige Fettsäuren, Carbowax (Union Carbide), Glyptal (General Electric), Polyvinylalkohole, Naphtalin, Pflanzen-Wachs und Mikrowachse (gereinigtes Paraffin). Das Bindemittel kann in einem Lösungsmittel gelöst und verteilt werden. Beispiele für Lösungsmittel sind Wasser, Azeton, Methyl-Isobutyl-Keton, Trichlormethan, fluorierte Kohlenwasserstoffe (Freon)(DuPont), Alkohole und chlorierte Kohlenwasserstoffe (Tetrachlorkohlenstoff). Wenn sie eingesetzt werden, kann der Prozentsatz des Bindemittels und/oder Presszusatzes von ungefähr 0,1% bis ungefähr 8% des Gewichts der Gesamtmasse variieren. Es muss jedoch verstanden werden, dass in der vorliegenden Erfindung Bindemittel und Presszusätze nicht erforderlich sind. Wenn es ausgebildet wurde, wird das Pulver mit einer beliebigen herkömmlichen Pulver-Pressform verdichtet. Zum Beispiel kann die Pressform eine Verdichtungs-Presse mit einer Station sein, bei der eine Pressform und ein oder mehrere Stempel benutzt werden. Alternativ dazu können Verdichtungs-Pressformen vom Amboss-Typ benutzt werden, bei denen nur eine Pressform und ein einziger unterer Stempel benutzt werden. Verdichtungs-Pressen mit einer Station stehen in verschiedenen Grundtypen zur Verfügung, wie z. B. Nocken-, Kniehebelpressen und Exzenter-/Kurbel-Pressen mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie einfach wirkend, doppelt wirkend, gleitende Pressform, bewegliche Platte, entgegenwirkender Kolben, Schrauben-, Schlag-, Heißpressen, Prägen oder Maßprägen. Das Pulver kann um einen Anodendraht verdichtet werden (z. B. einen Tantal-Draht). Es muss weiterhin erkannt werden, dass der Anodendraht alternativ dazu nach dem Pressen und/oder Sintern der Anode an der Anode befestigt (z. B. geschweißt) werden kann.
Nach dem Pressen können Bindemittel/Presszusätze entfernt werden, indem der Pressling im Vakuum mehrere Minuten auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird (z. B. von ungefähr 150°C auf ungefähr 500°C). Alternativ können Bindemittel/Presszusätze auch entfernt werden, indem der Pressling mit einer wässrigen Lösung in Kontakt gebracht wird, zum Beispiel wie in dem Bishop et al. erteilten US-Patent Nr. 6,197,252 , das hier für alle Zwecke in seiner Gesamtheit als Referenz mit aufgenommen wird. Anschließend wird der Pressling gesintert, um eine poröse feste Masse auszubilden. Zum Beispiel kann in einer Ausführung der Pressling bei einer Temperatur von ungefähr 1200°C bis ungefähr 2000°C gesintert werden, und in einigen Ausführungen von ungefähr 1500°C bis ungefähr 1800°C im Vakuum. Beim Sintern schrumpft der Pressling, weil zwischen den Teilchen Bindungen wachsen. Zusätzlich zu den oben beschriebenen Techniken kann jedes andere Verfahren zum Ausbilden der Anode gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt werden, wie z. B. in dem US-Patent 4,085,435 an Galvagni, 4,945,452 an Sturmer, et al., 5,198,968 an Galvagni, 5,357,399 an Salisbury, 5,394,295 an Galvagni, et al., 5,495,386 an Kulkarni, und 6,322,912 an Fife, die hier für alle Zwecke in ihrer Gesamtheit als Referenz mit aufgenommen werden.
Unabhängig von der speziellen Art, auf die sie ausgebildet ist, kann die Dicke der Anode gemäß der vorliegenden Erfindung so gewählt werden, dass die elektrischen Leistungsdaten des Elektrolytkondensator-Elementes verbessert werden. Zum Beispiel kann die Dicke der Anode (in 1 in Richtung-z) ungefähr 4 Millimeter oder weniger betragen, in einigen Ausführungen von ungefähr 0,2 bis ungefähr 3 Millimeter und in einigen Ausführungen von ungefähr 0,4 bis ungefähr 2 Millimeter betragen. Eine solche relativ geringe Anoden-Dicke (d. h. geringe Bauhöhe) hilft bei der Abfuhr der Wärme, die von dem Pulver mit hoher spezifischer Ladung erzeugt wird und bietet auch einen kürzeren Übertragungspfad, um den ESR und die Induktivität zu minimieren. Die Form der Anode kann auch so gewählt werden, dass die elektrischen Eigenschaften des resultierenden Kondensators verbessert werden. Zum Beispiel kann die Anode eine Form haben, die bogenförmig, sinusförmig, rechteckig, U-förmig, V-förmig, usw. ist. Die Anode kann auch eine "gerillte" Form haben, die ein oder mehrere Rillen, Fugen, Furchen oder Einbuchtungen enthält, um das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen zu erhöhen, um den ESR zu minimieren und den Frequenzgang der Kapazität zu erweitern. Solche "gerillten" Anoden werden zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 6,191,936 an Webber et al., 5,949,639 an Maeda et al. und 3,345,545 an Bourgault et al., sowie in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2005/0270725 an Hahn et al. beschrieben, die hier für alle Zwecke in ihrer Gesamtheit als Referenz mit aufgenommen werden.
Die Anode kann eloxiert werden, so dass ein dielektrischer Film über und in der porösen Anode hergestellt wird. Eloxieren ist ein elektrochemischer Prozess, mit dem das Anodenmaterial oxidiert wird, um ein Material herzustellen, das eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante hat. Zum Beispiel kann eine Tantal-Anode eloxiert werden, um Tantal-Pentoxid (Ta₂O₅) herzustellen, das eine Dielektrizitätskonstante "k" von ungefähr 27 hat. Die Anode kann in eine schwache Säure-Lösung (z. B. Phosphorsäure) mit erhöhter Temperatur (z. B. ungefähr 85°C) getaucht werden, an die eine geregelte Spannung und ein geregelter Strom angelegt werden, um eine Tantal-Pentoxid-Beschichtung mit einer bestimmten Dicke herzustellen. Die Stromversorgung wird anfangs auf einem konstanten Strom gehalten, bis die erforderliche Spannung erreicht ist. Danach wird die Stromversorgung auf einer konstanten Spannung gehalten, um sicherzustellen, dass sich das Dielektrikum mit der gewünschten Qualität auf der Oberfläche des Tantal-Presslings bildet. Die Eloxierungs-Spannung liegt typischer weise im Bereich von 5 bis ungefähr 200 Volt, und in einigen Ausführungen von 20 bis ungefähr 100 Volt. Zusätzlich zum Ausbilden auf der Oberfläche der Anode wird ein Teil des dielektrischen Oxid-Films typischerweise auch auf der Oberfläche der Poren ausgebildet.
Es muss verstanden werden, dass der dielektrische Film aus anderen Arten von Materialien und unter Verwendung anderer Verfahren ausgebildet werden kann.
Wenn der dielektrische Film ausgebildet ist, kann optional eine Schutzschicht aufgebracht werden, wie z. B. aus einem relativ isolierenden Kunstharz-Material (natürlich oder künstlich). Solche Materialien haben einen Widerstand von mehr als ungefähr 0,05 Ohm-cm, in manchen Ausführungen von mehr als ungefähr 5, in manchen Ausführungen von mehr als ungefähr 1000 Ohm-cm, in manchen Ausführungen von mehr als ungefähr 1 × 10⁵ Ohm-cm, und in manchen Ausführungen von mehr als ungefähr 1 × 10¹⁰ Ohm-cm. Einige Kunstharz-Materialien, die in der vorliegenden Erfindung benutzt werden können, sind Polyurethan, Polystyrol, Ester von ungesättigten oder gesättigten Fettsäuren (z. B. Gyceride) und so weiter, sind aber nicht darauf beschränkt. Geeignete Ester von Fettsäuren sind Ester der Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Elaeostearinsäure, Ölsäure, Linolsäure, Linolensäure, Aleuritinsäure, Shellolsäure, und so weiter, sind aber nicht darauf beschränkt. Es hat sich herausgestellt, dass diese Ester von Fettsäuren besonders nützlich sind, wenn sie in relativ komplexen Kombinationen verwendet werden, um ein "Trocknungs-Öl" zu bilden, das es erlaubt, den resultierenden Film schnell in eine stabile Schicht zu polymerisieren. Solche Trocknungs-Öle können Mono-, Di- und/oder Tri-Glyceride enthalten, die ein Glycerol-Gerüst mit einem, zwei, bzw. drei Fettsäure-Resten haben, die verestert sind. Zum Beispiel sind einige geeignete Trocknungs-Öle, die benutzt werden können, Olivenöl, Leinöl, Rizinusöl, Tungöl, Sojaöl und Schellack, sind aber nicht darauf beschränkt. Diese und andere Schutzschicht-Materialien werden detaillierter in dem Fife, et al. erteilten US-Patent Nr. 6,674,635 beschrieben, das hier in seiner Gesamtheit für alle Zwecke als Referenz mit aufgenommen wird.
Der eloxierte Teil wird anschließend einem Schritt zum Ausbilden eines Elektrolyten (z. B. eines festen Elektrolyten) ausgesetzt, der als die wahre Ka thode des Elektrolytkondensator-Elementes wirkt. Der Elektrolyt kann durch pyrolytische Zerlegung von Magannitrat (Mn(NO₃)₂) hergestellt werden, um eine Kathode aus Mangandioxid (MnO₂) herzustellen. Solche Verfahren werden zum Beispiel im Sturmer, et al. erteilten US-Patent Nr. 4,945,452 beschrieben, das hier in seiner Gesamtheit für alle Zwecke als Referenz mit aufgenommen wird. Alternativ kann eine Beschichtung aus einem leitfähigen Polymer verwendet werden, um den festen Elektrolyten auszubilden. Die Beschichtung aus leitfähigem Polymer kann ein oder mehrere leitfähige Polymere enthalten, wie z. B. Polypyrrole, Polythiophene, wie z. B. Poly(3,4-Ethylendioxid-Thiophen) (PEDT), Polyaniline, Polyacetylene, Poly-p-Phenylene und deren Derivate. Darüber hinaus kann, falls gewünscht, die Beschichtung aus leitfähigem Polymer auch aus mehreren leitfähigen Polymer-Schichten ausgebildet werden. Zum Beispiel kann in einer Ausführung die Beschichtung aus leitfähigem Polymer eine aus PEDT hergestellte Schicht und eine andere aus Polypyrrol ausgebildete Schicht umfassen. Es können verschiedene Verfahren angewendet werden, um die Beschichtung aus leitfähigem Polymer auf den Anoden-Teil aufzubringen. Zum Beispiel können herkömmliche Verfahren, wie Elektropolymerisation, Siebdruck, Eintauchen, Elektrotauchbeschichtung und Spritzen verwendet werden, um eine Beschichtung aus leitfähigem Polymer auszubilden. In einer Ausführung können zum Beispiel die Monomere, die zum Ausbilden des leitfähigen Polymers (z. B. 3,4-Ethylen-Dioxythiophen) verwendet werden, anfangs mit einem Polymerisations-Katalysator gemischt werden, um eine Lösung zu bilden. Zum Beispiel ist ein geeigneter Polymerisations-Katalysator BAYTRON C, wobei es sich um Eisen-III-Toluol-Sulfonat und n-Butanol handelt, der von der Firma Bayer verkauft wird. BAYTRON C ist ein kommerziell erhältlicher Katalysator für BAYTRON M, bei dem es sich um 3,4-Ethylen-Dioxythiopen, ein PEDT-Monomer, handelt, das auch von der Firma Bayer verkauft wird. In den meisten Ausführungen wird das leitfähige Polymer nach dem Aufbringen ausgeheilt. Die Ausheilung kann nach jedem Aufbringen einer Schicht aus leitfähigem Polymer erfolgen, oder sie kann nach dem Aufbringen der gesamten Beschichtung mit leitfähigem Polymer erfolgen. Obwohl oben ver schiedene Verfahren beschrieben wurden, muss verstanden werden, dass jedes andere Verfahren zum Aufbringen des Elektrolyten in der vorliegenden Erfindung ebenfalls benutzt werden kann.
Wenn der feste Elektrolyt ausgebildet ist, kann auf das Bauelement eine Kohlenstoff-Beschichtung (z. B. Graphit), bzw. eine Silber-Beschichtung aufgebracht werden. Die Silber-Beschichtung kann als lötbarer Leiter, Kontaktschicht und/oder Ladungs-Sammler für das Elektrolytkondensator-Element dienen, und die Kohlenstoff-Beschichtung begrenzt den Kontakt der Silber-Beschichtung mit dem festen Elektrolyten. Die Gesamtdicke des Elektrolytkondensator-Elementes kann im Bereich von ungefähr 5 Millimeter oder weniger liegen, in manchen Ausführungen im Bereich von ungefähr 0,2 bis ungefähr 4 Millimeter und in manchen Ausführungen von ungefähr 0,4 bis ungefähr 3 Millimeter liegen.
II. Oberflächenmontierbare Sicherung
Die spezielle Struktur der Sicherung ist für die vorliegende Erfindung nicht entscheidend, solange sie auf dem Anodenanschluss der Kondensator-Anordnung oberflächenmontierbar ist, wie oben beschrieben. Zum Beispiel kann die Sicherung eine elektrisch leitfähige Schicht enthalten, die ein Sicherungselement definiert, das ein Paar von Kontaktteilen enthält, die durch mindestens eine Verbindung verbunden sind, die als Reaktion auf einen vorher festgelegten durch sie fließenden Strom durchschmilzt. Es kann jedes leitfähige Material verwendet werden, um die leitfähige Schicht auszubilden, wie z. B. Tantal, Niob, Aluminium, Hafnium, Titan, usw. Die leitfähige Schicht kann eine relativ geringe Dicke haben, wie z. B. von ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 Mikrometer, und in einigen Ausführungen von ungefähr 0,4 bis ungefähr 4 Mikrometer. Natürlich können auch größere Dicken verwendet werden, wie z. B. ungefähr 10 Mikrometer oder mehr, und in einigen Ausführungen ungefähr 100 Mikrometer oder mehr.
Die leitfähige Schicht kann neben einem oder mehreren isolierenden Substraten (z. B. Glas) positioniert werden, die eine relativ geringe Dicke haben, wie z. B. von ungefähr 0,05 bis ungefähr 1 Millimeter und in einigen Ausführungen von ungefähr 0,1 bis ungefähr 0,5 Millimeter. Obwohl nicht unbedingt erforderlich, kann die oberflächenmontierte Sicherung eine oder mehrere Abdeckschichten enthalten die eine relativ geringe Dicke haben, wie z. B. von ungefähr 0,05 bis ungefähr 1 Millimeter und in einigen Ausführungen von ungefähr 0,1 bis ungefähr 0,5 Millimeter. Die Abdeckschichten können aus einem isolierenden Material ausgebildet sein, das bessere mechanische Eigenschaften als das Substrat (z. B. Glas) hat, um die Gesamtstruktur der Sicherung zu verstärken und größere Nennspannungen ohne Änderung der Sicherungs-Ansprechgeschwindigkeit zu erlauben. Die Materialien der Abdeckschicht können auch temperaturstabil und luftdicht sein, wodurch das Sicherungselement gegen hohe Temperaturen und feuchte Umgebung geschützt wird. Beispiele für solche hochfesten, temperaturstabilen Materialien sind zum Beispiel Aluminium, Saphir, usw.
Verschiedene Beispiele für geeignete Dünnfilm-Sicherungen, wie oben beschrieben, sind detaillierter in US-Patent Nr. 5,296.833 an Breen, et al.; 5,228,188 an Breen, et al. und 5,166,656 an Breen, et al. beschrieben, die hier in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke als Referenz mit aufgenommen werden. Mit Bezug auf 6–7 ist zum Beispiel eine Ausführung einer Dünnfilm-Sicherung 10 gezeigt, die in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Wie gezeigt, enthält die Sicherung 10 ein erstes isolierendes Substrat 12 (z. B. Glas), das eine untere Oberfläche 14 und eine obere planare Oberfläche 16, die mit einem dünnen metallischen Film beschichtet ist, um ein Sicherungs-Element 18 zu definieren, Das Sicherungs-Element 18 enthält ein Paar von Kontakt-Teilen 20, die durch eine schmelzbare Verbindung 22 miteinander verbunden sind, die wesentlich schmaler als die Kontakt-Teile 20 ist. Zum Beispiel kann ein Sicherungs-Element, das einen Nennstrom von 0,2 A hat, eine Gesamtlänge von ungefähr 3 Millimeter und eine Breite von ungefähr 1,3 Millimeter haben, sowie eine schmelzbare Verbindung, die eine Länge von 254 Mikrometer und eine Breite von 25,4 Mikrometer hat. Die Sicherung 10 enthält auch eine Passivierungs-Schicht 24 (z. B. Siliziumdioxid), die das Dünnfilm-Sicherungselement 18 und die umgebenden Teile der oberen Oberfläche 16 des ersten Substrates 12 schützt. Ein zweites isolierendes Substrat 26 (z. B. Glas) wird ebenfalls bereitgestellt, das flächengleich zum ersten Substrat 12 ist und eine obere Oberfläche 28 hat, die durch eine Klebeschicht 30 (z. B. Epoxydharz) an die Passivierungs-Schicht 24 geklebt ist. Eine untere Abdeckung 34 (z. B. Aluminiumoxid) ist ebenfalls durch eine Klebeschicht 32 mit der unteren Oberfläche 14 des Glas-Substrates 12 verbunden. Auf gleiche Weise ist eine obere Abdeckung 36 (z. B. Aluminiumoxid) durch eine Klebeschicht 38 (z. B. Epoxydharz) mit der oberen Oberfläche des zweiten Substrates 26 verbunden.
In der gezeigten Ausführung hat die Sicherung 10 die Form eines rechteckigen Prismas, das parallele End-Ebenen 40 und End-Ecken 42 hat, welche die End-Ebenen begrenzen. End-Ränder 44 der Kontakt-Teile 20 des Sicherungs-Elementes liegen in den End-Ebenen 40. Die planaren End-Oberflächen 40 werden von leitfähigen Anschlüssen 46 bedeckt, von denen jede aus einer inneren Schicht 48 aus Nickel, Chrom, usw. und einer äußeren Lötmittel-Beschichtung 50 besteht. Jede innere Schicht 48 ist in Kontakt mit einem End-Rand 44 eines der Kontakt-Teile 20, um eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlüssen 46 und den gegenüber liegenden Ende des Sicherungs-Elementes 18 herzustellen. Die Anschlüsse 46 enthalten Anschlussflächen 52, die sich um die Ecken 42 und entlang Teilen der unteren Oberfläche der unteren Aluminiumoxid-Abdeckung 34 und der oberen Oberfläche der oberen Aluminiumoxid-Abdeckung 36 erstrecken.
III. Kondensator-Anordnung
Zusätzlich zu einem Elektrolytkondensator-Element und einer Sicherung enthält die abgesicherte Kondensator-Anordnung der vorliegenden Erfindung auch einen Anoden-Anschluss, mit dem der Anoden-Anschlussdraht des E lektrolytkondensator-Elementes und der Sicherung elektrisch verbunden ist, und einen Kathoden-Anschluss, mit dem die Kathode des Elektrolytkondensator-Elementes elektrisch verbunden ist. Zum Ausbilden der Anschlüsse kann jedes leitfähige Material verwendet werden, wie z. B. ein leitfähiges Metall (z. B. Kupfer, Nickel, Silber, Nickel, Zink, Zinn, Palladium, Blei, Kupfer, Aluminium, Molybdän, Titan, Eisen, Zirkonium, Magnesium und deren Legierungen). Besonders geeignete leitfähige Metalle sind zum Beispiel Kupfer, Kupfer-Legierungen (z. B. Kupfer-Zirkonium, Kupfer-Magnesium, Kupfer-Zink oder Kupfer-Eisen), Nickel und Nickel-Legierungen (z. B. Nickel-Eisen). Die Dicke der Anschlüsse wird allgemein so gewählt, dass die Dicke der Kondensator-Anordnung minimiert wird. Zum Beispiel kann die Dicke der Anschlüsse im Bereich von ungefähr 0,05 bis ungefähr 1 Millimeter liegen, in manchen Ausführungen von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,5 Millimeter und von ungefähr 0,1 bis ungefähr 0,2 Millimeter liegen. Ein Beispiel für ein leitfähiges Material ist eine Metallplatte aus einer Kupfer-Eisen-Legierung, die von Wieland (Deutschland) erhältlich ist. Falls gewünscht, kann die Oberfläche der Anschlüsse galvanisch mit Nickel, Silber, Gold, Zinn, usw. überzogen werden, wie in der Technik bekannt, um sicherzustellen, dass das fertige Bauteil auf eine Leiterplatte montiert werden kann. In einer speziellen Ausführung sind beide Oberflächen der Anschlüsse mit Nickel, bzw. Flash-Silber beschichtet, während die Montageoberfläche auch mit einer Lötzinn-Schicht beschichtet wird.
Mit Bezug auf 1–4 ist eine Ausführung einer abgesicherten Kondensator-Anordnung 164 gezeigt, die einen Anoden-Anschluss 162 und einen Kathoden-Anschluss 172 enthält. Der Kathoden-Anschluss 172 ist in elektrischem Kontakt zu einer unteren Oberfläche 196 und einer hinteren Oberfläche 197 eines Kondensator-Elementes 122. Der Anoden-Anschluss 162 enthält einen Sicherungs-Kopplungs-Teil 165 und einen Anoden-Kopplungs-Teil 167. Der Sicherungs-Kopplungs-Teil 165 entspricht einem Paar von Sicherungs-Anschlusspunkten 173 und 175, die einen vorher festgelegten Abstand voneinander haben, der abhängig von der Größe und Form der Sicherung unter schiedlich sein kann. Zum Beispiel kann der Sicherungs-Kopplungs-Teil 165 so dimensioniert sein, dass er Sicherungen aufnehmen kann, die einen Formfaktor "0402" oder "0603" haben (in Zoll). Es muss verstanden werden, dass solche speziellen Formfaktoren nur Beispiele sind, und dass der Abstand der Anschlusspunkte so vorgesehen werden kann, dass Sicherungen mit beliebigen anderen Formfaktoren untergebracht werden können.
Allgemein ausgedrückt kann die spezielle Art und Weise, wie die Sicherung in der Kondensator-Anordnung positioniert wird, in der vorliegenden Erfindung gewählt werden, um den volumetrischen Wirkungsgrad der Kondensator-Anordnung zu verbessern und die Bequemlichkeit, mit der die Bauelemente montiert werden, zu erhöhen. Mit erneutem Bezug auf 1–4 kann die Sicherung 124 zum Beispiel vom Anoden-Anschlussdraht 106 des Kondensator-Elementes 122 einen Abstand haben, um die Bequemlichkeit, mit der die Sicherung 124 und das Kondensator-Element 122 elektrisch mit dem Anoden-Anschluss 162 verbunden werden können, zu erhöhen. In der gezeigten Ausführung ist die Sicherung 124 zum Beispiel unter einer unteren Oberfläche 103 des Sicherungs-Kopplungs-Teils 165 positioniert, während der Anoden-Anschlussdraht 106 über der oberen Oberfläche 107 des Sicherungs-Kopplungs-Teils 165 positioniert ist. Ferner kann die Sicherung 124 auch so positioniert sein, dass ihre Länge sich in einer Richtung (in 1 die Richtung-x) erstreckt, die im Allgemeinen senkrecht zur Richtung ist, in der sich der Anoden-Anschlussdraht 106 erstreckt (in 1 die Richtung-y). Hierdurch wird die Länge der gesamten Kondensator-Anordnung verringert.
Bei der Herstellung der Kondensator-Anordnung 164 werden der Sicherungs-Kopplungs-Teil 165 und der Anoden-Kopplungs-Teil 167 zunächst miteinander verbunden, so dass Strom beim Test des Kondensator-Elementes 122 die Sicherung 124 umgehen kann. Eine solche Verbindung zwischen dem Sicherungs-Kopplungs-Teil 165 und dem Anoden-Kopplungs-Teil 167 kann auf viele unterschiedliche Arten bereitgestellt werden. In der in 1–4 gezeigten Ausführung ist die Sicherung 124 zum Beispiel elektrisch mit der un teren Oberfläche 103 des Sicherungs-Kopplungs-Teils 165 verbunden, während der Anoden-Anschlussdraht 106 elektrisch mit einer oberen Oberfläche 151 des Anoden-Kopplungs-Teils 167 verbunden ist. Wenn gewünscht, kann die Oberfläche 151 eine "U-Form" oder eine "V-Form" haben, um den Oberflächenkontakt und die mechanische Stabilität des Anschlussdrahtes 106 weiter zu erhöhen. Es wird auch ein erster Verbindungs-Teil 111 bereitgestellt, der einen elektrischen Pfad zwischen dem Sicherungs-Anschlusspunkt 173 des Sicherungs-Kopplungs-Teils 165 und dem Anoden-Kopplungsteil 167 definiert. Auf ähnliche Weise definiert ein zweiter Verbindungs-Teil 112 einen elektrischen Pfad zwischen dem Sicherungs-Anschluss-Punkt 175 des Sicherungs-Kopplungs-Teils 165 und dem Anoden-Kopplungs-Teil 167 über einen dritten Verbindungs-Teil 115. Obwohl nicht erforderlich, können die Verbindungs-Teile 111, 112 und/oder 115 gebogen sein und bogenförmige Oberflächen besitzen, um die Robustheit des Anoden-Anschlusses 162 zu erhöhen. Unabhängig davon stellen die Verbindungs-Teile 111, 112 und/oder 115 eine Verbindung zwischen dem Sicherungs-Kopplungs-Teil 165 und dem Anoden-Kopplungs-Teil 167 her, die einen individuellen Test des Kondensator-Elementes 122 erlaubt. Wenn es gewünscht ist, eine Serien-Verbindung zwischen der Sicherung 124 und dem Kondensator-Element 122 herzustellen, kann der dritte Anschluss-Teil 115 unter Verwendung bekannten Verfahren einfach abgeschnitten werden, z. B. entlang einer Achse 195.
Obwohl nicht erforderlich, kann auch ein optionaler Teil 187 bereitgestellt werden, um die Robustheit zu erhöhen. Wenn er benutzt wird, wird der Teil 187 über den dritten Kopplungs-Teil 115 und den zweiten Kopplungs-Teil 112 mit dem Sicherungs-Kopplungs-Teil 165, bzw. dem Anoden-Kopplungs-Teil 167 verbunden. Wie gezeigt, wird der Teil 187 jedoch nicht direkt mit dem ersten Verbindungs-Teil 111 verbunden.
Es wird auch ein Gehäuse 158 verwendet, um einen elektrischen und thermischen Schutz der Anordnung 164, sowie einen zusätzlichen Halt bereitzustellen. Die Breite und Länge des Gehäuses 158 kann abhängig von der be absichtigten Anwendung unterschiedlich sein. In einer Ausführung ist die Länge des Gehäuses 158 (in 1 die Richtung-y) zum Beispiel von ungefähr 2,0 bis ungefähr 10,0 Millimeter, in manchen Ausführungen von ungefähr 2,5 bis ungefähr 8,0 Millimeter und in manchen Ausführungen von ungefähr 3,0 bis ungefähr 6,5 Millimeter. Die Breite des Gehäuses 158 (in 1 die Richtung-x) kann im Bereich von ungefähr 1,0 bis ungefähr 5 Millimeter liegen, in manchen Ausführungen von ungefähr 1,5 bis ungefähr 4,5 Millimeter und in manchen Ausführungen von ungefähr 2,0 bis ungefähr 3,5 Millimeter. Die Gesamt-Dicke des Gehäuses 158 (in 1 die Richtung-z) kann optional klein bleiben, so dass die resultierende Anordnung leicht in Produkte mit geringer Bauhöhe eingebaut werden kann. Zum Beispiel kann die Dicke des Gehäuses ungefähr 5,0 Millimeter oder weniger betragen, in manchen Ausführungen von ungefähr 0,4 bis ungefähr 3,5 Millimeter und in manchen Ausführungen von ungefähr 0,5 bis ungefähr 3,0 Millimeter. Geeignete Gehäuse-Größen sind zum Beispiel die Gehäuse "B", "C", "D", "E", "V" oder "Z" (AVX Corporation).
Es muss verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung auf keinen Fall auf irgendeine spezielle Konfiguration der abgesicherten Kondensator-Anordnung begrenzt ist. Mit Bezug auf 5 ist eine andere Ausführung einer abgesicherten Kondensator-Anordnung 264 der vorliegenden Erfindung gezeigt, die einen Anoden-Anschluss 262 und einen Kathoden-Anschluss 272 enthält. Ähnlich wie die in den 1–4 gezeigte Ausführung enthält der Anoden-Anschluss 262 einen Sicherungs-Kopplungs-Teil 265 und einen Anoden-Kopplungs-Teil 267. Der Sicherungs-Kopplungs-Teil 265 entspricht einem Paar von Sicherungs-Anschlusspunkten 273 und 275, die einen vorher festgelegten Abstand voneinander haben. In der gezeigten Ausführung ist die Sicherung 224 unter einer unteren Oberfläche 203 des Sicherungs-Kopplungs-Teils 265 positioniert, und der Anoden-Anschlussdraht 206 ist über einer oberen Oberfläche 207 des Sicherungs-Kopplungs-Teils 265 positioniert. Die Sicherung 224 ist auch in einer Richtung positioniert, die im Allgemeinen parallel zur Richtung ist, in der sich der Anoden-Anschlussdraht 206 erstreckt. Bei der Herstellung der Kondensator-Anordnung 264 sind der Sicherungs-Kopplungs-Teil 265 und der Anoden-Kopplungs-Teil 267 zunächst miteinander verbunden, so dass die Sicherung 224 elektrisch umgangen wird. Zum Beispiel ist die Sicherung 224 elektrisch mit der unteren Oberfläche 203 des Sicherungs-Kopplungs-Teils 265 verbunden, während der Anoden-Anschlussdraht 206 elektrisch mit einer oberen Oberfläche 251 des Anoden-Kopplungs-Teils 267 verbunden ist. Es wird ein Verbindungs-Teil 211 bereitgestellt, der einen elektrischen Pfad zwischen dem Sicherungs-Anschlusspunkt 273 und dem Anoden-Kopplungsteil 267 definiert. Auf ähnliche Weise definiert ein Anoden-Kopplungs-Teil 267 den Sicherungs-Anschluss-Punkt 275. Um die gewünschte Serien-Verbindung zwischen der Sicherung 224 und dem Kondensator-Element 222 herzustellen, kann der Verbindungs-Teil 211 unter Verwendung bekannten Verfahren einfach abgeschnitten werden, z. B. entlang einer Linie 295. Obwohl nicht erforderlich, kann auch ein optionaler Teil 287 bereitgestellt werden, um die Robustheit zu erhöhen. Ein Gehäuse 258 wird ebenfalls verwendet.
Unabhängig von ihrer speziellen Konfiguration kann die Kondensator-Anordnung der vorliegenden Erfindung auf effiziente und effektive Weise leicht montiert werden. Eine Ausführung eines Verfahrens zum Ausbilden einer abgesicherten Kondensator-Anordnung 164, wie in den 1–4 gezeigt, wird nun detaillierter beschrieben. Zuerst wird ein Anschlussrahmen (nicht gezeigt) bereitgestellt, um die Massenherstellung von Kondensatoren zu vereinfachen. Wie in der Technik bekannt ist, kann der Anschlussrahmen eine Vielzahl von Zeilen und Spalten enthalten, von denen jede den Kathoden-Anschluss 172 und den Anoden-Anschluss 162 definiert. Um das Elektrolytkondensator-Element 122 am Anschlussrahmen zu befestigen, kann ein leitfähiger Kleber zuerst auf die Oberfläche des Kathoden-Anschlusses 172 aufgebracht werden. Der leitfähige Kleber kann zum Beispiel leitfähige Metallteilchen enthalten, die in einer Kunstharz-Mischung enthalten sind. Die Metallteilchen können Silber, Gold, Platin, Nickel, Zink, Wismut, usw. sein. Die Kunstharz-Mischung kann ein Duroplast-Kunstharz (z. B. Epoxydharz), einen Härter (z. B. Säure-Anhydrid) und ein Kopplungsmittel (z. B. Silan-Kopplungsmittel) enthalten. Geeignete leitfähige Kleber sind in der US-Patentanmeldung mit der Publikations-Nummer 2006/0038304 beschrieben, das Osako, et al erteilt wurde und das hier in seiner Gesamtheit für alle Zwecke als Referenz mit aufgenommen wird. Jede aus einer Vielzahl von Techniken kann verwendet werden, um den leitfähigen Kleber auf den Kathoden-Anschluss 172 aufzubringen. Zum Beispiel können Druck-Techniken wegen ihrer praktischen und Kosten sparenden Vorteile verwendet werden.
Der Anoden-Kopplungs-Teil 167 des Anoden-Anschlusses 162 wird nach oben gebogen so dass er im Wesentlichen rechtwinklig zur unteren Oberfläche 196 des Elektrolytkondensator-Elementes 122 positioniert ist. Danach wird das Elektrolytkondensator-Element 122 auf dem Kathoden-Anschluss 172 positioniert, so dass seine untere Oberfläche 196 den Kleber kontaktiert, und der Anoden-Anschlussdraht 106 durch die obere U-förmige Oberfläche 151 aufgenommen wird. Der Anoden-Anschlussdraht 106 wird dann elektrisch mit der Oberfläche 151 verbunden, wozu ein beliebiges in der Technik bekanntes Verfahren benutzt wird, wie z. B. mechanisches Schweißen, Laser-Schweißen, leitfähige Kleber, usw. Zum Beispiel kann der Anoden-Anschlussdraht 106 mit einem Laser an den Anoden-Anschluss 162 geschweißt werden. Laser enthalten im Allgemeinen Resonatoren, die ein Laser-Medium enthalten, das Photonen durch stimulierte Emission abgeben kann, und eine Energiequelle, die die Elemente des Laser-Mediums anregt. Ein Typ eines geeigneten Lasers ist einer, in dem das Laser-Medium aus einem Aluminium- und Yttrium-Granat (YAG) besteht, der mit Neodym (Nd) dotiert ist. Die angeregten Teilchen sind Neodym-Ionen Nd³⁺. Die Energiequelle kann eine kontinuierliche Energie an das Laser-Medium liefern, um einen kontinuierlichen Laserstrahl zu emittieren, oder Energie-Entladungen, um einen gepulsten Laserstrahl zu emittieren. Nachdem der Anoden-Anschlussdraht 106 elektrisch mit dem Anoden-Anschluss 162 verbunden ist, kann der leitfähige Kleber ausgehärtet werden. Zum Beispiel kann eine Heißpresse verwendet werden, um Hitze und Druck anzuwenden, um sicherzustellen, dass das Elektrolytkondensator-Element 122 durch den Kleber geeignet mit dem Kathoden-Anschluss 172 verbunden wird. Die Sicherung 124 kann dann an die Sicherungs-Anschlusspunkte 173 und 175 gelötet werden, wie in der Technik bekannt. Alternative Verfahren zur Befestigung der Sicherung 124 an den Verbindungspunkten 173 und 175 sind Schweißen, leitfähige Kleber, usw.
Wenn der Kondensator und die Sicherung befestigt sind, wird der Leiterrahmen mit einem Kunstharz-Gehäuse umgeben, das dann mit Silica oder jedem anderen bekannten Vergussmaterial gefüllt werden kann. Nach der Einkapselung können die herausstehenden Teile der Anoden- und Kathoden-Anschlüsse 162 und 172 gealtert, überprüft und abgeschnitten werden. Die herausstehenden Teile können optional entlang der Außenseite des Gehäuses 158 gebogen werden (z. B. in ungefähr einem Winkel von 90°). Auf diese Weise bilden die offen liegenden Teile J-förmige Anschlussleitungen für die fertige Kondensator-Anordnung, obwohl jede andere bekannte Konfiguration ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet werden kann. Alternativ können die offen liegenden Teile ungebogen bleiben, um einen anschließenden elektrischen Anschluss zu vereinfachen und die Höhe der Kondensator-Anordnung 164 zu minimieren.
Wegen der Art und Weise, wie die Sicherung eingebaut wird, kann die resultierende Kondensator-Anordnung der vorliegenden Erfindung ausgezeichnete elektrische Leistungseigenschaften zeigen. Zum Beispiel kann die Anordnung einen relativ kleinen äquivalenten Serienwiderstand ("ESR") erreichen. Zum Beispiel kann der ESR ungefähr 1000 Milliohm oder weniger sein, in manchen Ausführungen ungefähr 500 Milliohm oder weniger und in manchen Ausführungen ungefähr 250 Milliohm oder weniger, gemessen mit einer Vorspannung von 2 Volt und einem 1-Volt-Signal bei einer Frequenz von 100 kHz. Es wird auch angenommen, dass der Verlustfaktor (DF) der Kondensator-Anordnung auf relativ kleinen Werten gehalten werden kann. Der Verlustfaktor (DF) bezieht sich allgemein auf Verluste, die in der Kondensator- Anordnung auftreten, und wird üblicherweise als Prozentsatz der idealen Leistungsdaten ausgedrückt. Zum Beispiel ist der Verlustfaktor einer Kondensator-Anordnung der vorliegenden Erfindung typischerweise kleiner als ungefähr 15%, und in einigen Ausführungen kleiner als ungefähr 5%, gemessen mit einer Frequenz von 120 Hz. Der Spitzen-Stoßstrom kann auf ähnliche Weise ungefähr 5,0 Ampere oder mehr betragen, in manchen Ausführungen ungefähr 10,0 Ampere oder mehr und in manchen Ausführungen von ungefähr 15,0 bis ungefähr 50,0 Ampere.
Die vorliegende Erfindung kann besser verstanden werden, wenn auf die folgenden Beispiele Bezug genommen wird.
Testprozeduren
Äquivalenter Serienwiderstand (ESR), Kapazität, Verlustfaktor und Impedanz:
Der äquivalente Serienwiderstand und die Impedanz wurden mit einem Präzisions-LCZ-Messgerät Keithley 3330 mit Kelvin-Anschlussleitungen mit 0 Volt Vorspannung und 1 Volt Signal gemessen. Die Betriebsfrequenz war 100 kHz. Die Kapazität und der Verlustfaktor wurden mit einem Präzisions-LCZ-Messgerät Keithley 3330 mit Kelvin-Anschlussleitungen mit 0 Volt Vorspannung und 1 Volt Signal gemessen. Die Betriebsfrequenz war 120 Hz, und die Temperatur war 23°C ± 2°C.
Leckstrom:
Der Leckstrom ("DCL") wurde mit einem MC 190 Leckstrom-Test-Set von Mantracourt Electronics LTD, UK gemessen. Das MC 190 misst den Leckstrom bei Temperaturen von 25°C und bei einer bestimmten Nennspannung nach 10 Sekunden.
BEISPIEL 1
Es wurden verschiedene abgesicherte Kondensator-Anordnungen, wie oben beschrieben und in den 1–4 gezeigt, hergestellt. Zuerst wird eine bleifreie Lötpaste mit einem herkömmlichen Bestückungsautomaten und einem Klebstoff-Kopf auf einen Anschlussrahmen aufgebracht. Dann wurde eine Dünnfilm-Sicherung (erhältlich bei Bel Fuse Inc. in Jersey City, New Jersey, 1,25 A oder 1,5 A) auf dem Kleber positioniert, der dann ausgehärtet wurde. Ein Kondensator-Element wurde dann mit dem Anschlussrahmen verbunden, wie oben beschrieben und in den 1–4 gezeigt. Das Kondensator-Element wurde aus einer gepressten Tantal-Anode, die eloxiert wurde, mit Mangandioxid imprägniert wurde und dann mit Graphit und Silber-Schichten beschichtet wurde, auf die oben beschriebene Weise ausgebildet. Die abgesicherte Kondensator-Anordnung wurde in einem Gehäuse gekapselt, das eine Länge von ungefähr 7,5 mm, eine Breite von ungefähr 4,5 mm und eine Höhe von ungefähr 3,1 mm hat (Gehäuse "D", AVX Corp.), und hatte die Nennwerte 47 μF/10V.

Verschiedene Eigenschaften der Kondensatoren wurden getestet und mit nicht abgesicherten Tantal-Kondensatoren verglichen. Die Ergebnisse sind unten in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1: Eigenschaften nicht abgesicherter und abgesicherter Kondensatoren

Muster	Mittl. Leckstrom [μA]	Mittl. Kapazität [μF]	Mittl. Verlustfaktor	Mittl. Impedanz [mOhm]	Mittl. ESR [mOhm]
Nicht abgesichert	0,475	44,453	0,0157	207,0	186,9
Abgesichert	0,482	44,485	0,0186	281,5	270,3

Wie angegeben, hat die abgesicherte Kondensator-Anordnung der vorliegenden Erfindung gute elektrische Eigenschaften, wie z. B. einen relativ kleinen ESR. Nach dem Test wurde die Sicherung jedes Kondensators mit einem Schneidwerkzeug isoliert.
BEISPIEL 2

Dünnfilm-Sicherungen (erhältlich bei Bel Fuse Inc. in Jersey City, New Jersey, 1,25 A oder 1,5 A) wurden auf ihren elektrischen Widerstand beim Durchschmelzen getestet, wozu ein Elektrometer/Messgerät für hohe Widerstände (Modell 6517A, erhältlich bei Keithley Instruments, Inc.) mit einer 50-Volt-Spannungsquelle und bei einer Temperatur von 25°C verwendet wurde. Die Ergebnisse sind unten in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2: Widerstandsmessungen beim Durchschmelzen von Sicherungen

Sicherungs-Nummer +	R [GΩ] Messung Nr.
	1	2	3	4	5
1	455,40	80,85	464,00	362,56	436,79
2	706,31	407,22	460,31	459,57	595,45
3	647,32	546,05	525,28	557,00	627,79
4	542,93	434,56	594,35	548,65	621,89
5	868,79	457,58	501,57	583,06	462,52
6	*1,025	283,43	505,46	417,48	675,36
7	569,57	438,95	651,02	405,67	763,91
8	573,47	614,40	625,08	704,24	972,28
9	773,47	514,16	691,79	600,81	937,71
10	515,37	651,03	468,89	380,21	594,56
11	851,07	778,86	334,81	414,97	588,10
12	628,36	635,10	512,47	511,08	413,43
13	798,17	748,89	692,28	730,07	878,94
14	846,99	*1,23	513,73	414,70	739,24
15	651,28	392,52	642,53	494,32	589

* [TΩ]
+ Die Sicherungen 1–7 hatten einen Wert von 1,25 A, während die Sicherungen 8–15 einen Wert von 1,5 A hatten.

Wie gezeigt ist der Widerstand nach dem Durchschmelzen der Sicherung größer als 10 MOhm. Es muss auch darauf hingewiesen werden, dass diese Sicherungen (1,25 A oder 1,5 A) durchbrannten, wenn Ströme über 5 A angelegt wurden. Andere Sicherungen (erhältlich bei Bel Fuse Inc. in Jersey City, New Jersey, 0,75 A, 1,0 A oder 2,0 A) wurden ebenfalls getestet, und es wurde festgestellt, dass sie durchbrannten, wenn Ströme über 5 A angelegt wurden.
Diese und weitere Änderungen und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung können von einem Fachmann durchgeführt werden, ohne dass vom Sinn und Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Zusätzlich dazu muss verstanden werden, dass Aspekte der verschiedenen Ausführungen ganz oder teilweise ausgetauscht werden können. Weiterhin wird ein Fachmann erkennen, dass die oben angegebene Beschreibung nur ein Beispiel ist, und nicht mit der Absicht angegeben wurde, die Erfindung einzuschränken, wie sie in den beigefügten Ansprüchen weiter beschrieben wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

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- US 4085435 [0019]
- US 4945452 [0019, 0024]
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- US 5357399 [0019]
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- US 5495386 [0019]
- US 6191936 [0020]
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- US 6674635 [0023]
- US 5296833 [0028]
- US 5228188 [0028]
- US 5166656 [0028]

Claims

Abgesicherte Elektrolytkondensator-Anordnung, umfassend: ein Elektrolytkondensator-Element, das eine Anode und einen festen Elektrolyten enthält, der die Anode überzieht, wobei sich ein Anoden-Anschlussdraht von der Anode weg erstreckt; einen Kathoden-Anschluss, der elektrisch mit dem festen Elektrolyten verbunden ist; einen Anoden-Anschluss, der einen Anoden-Kopplungs-Teil enthält, der elektrisch mit dem Anoden-Anschlussdraht und einem Sicherungs-Kopplungs-Teil verbunden ist, der elektrisch mit einer oberflächenmontierten Sicherung verbunden ist, wobei der Anoden-Anschlussdraht über dem Sicherungs-Kopplungs-Teil positioniert ist, und die oberflächenmontierte Sicherung unter dem Sicherungs-Kopplungs-Teil positioniert ist; und ein Gehäuse, das das Elektrolytkondensator-Element und die oberflächenmontierte Sicherung einkapselt und mindestens einen Teil der Anoden- und Kathoden-Anschlüsse offen lässt.
Abgesicherte Elektrolytkondensator-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrolytkondensator-Element eine Anode enthält, die aus einer Ventilmetall-Legierung ausgebildet ist.
Abgesicherte Elektrolytkondensator-Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilmetall-Legierung Tantal enthält.
Abgesicherte Elektrolytkondensator-Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilmetall-Legierung Niob oder Nioboxid enthält.
Abgesicherte Elektrolytkondensator-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Elektrolyt Manganoxid enthält.
Abgesicherte Elektrolytkondensator-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Elektrolyt ein leitfähiges Polymer enthält.
Abgesicherte Elektrolytkondensator-Anordnung nach Anspruch 1, die ferner eine dielektrische Schicht enthält, die zwischen der Anode und dem festen Elektrolyten ausgebildet ist.
Abgesicherte Elektrolytkondensator-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenmontierte Sicherung eine elektrisch leitfähige Schicht enthält, die eine schmelzbare Verbindung definiert.
Abgesicherte Elektrolytkondensator-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungs-Kopplungs-Teil Sicherungs-Anschluss-Punkte enthält, die einen bestimmten Abstand voneinander haben, um die oberflächenmontierte Sicherung aufzunehmen.
Abgesicherte Elektrolytkondensator-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenmontierte Sicherung eine Längenausdehnung definiert, die im Allgemeinen rechtwinkelig zu einer Längenausdehnung des Elektrolytkondensator-Elementes ist.
Abgesicherte Elektrolytkondensator-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenmontierte Sicherung eine Längenausdehnung definiert, die im Allgemeinen parallel zu einer Längenausdehnung des Elektrolytkondensator-Elementes ist.
Abgesicherte Elektrolytkondensator-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrolytkondensator-Element und die oberflächenmontierte Sicherung in Reihe geschaltet sind.
Verfahren zum Ausbilden einer abgesicherten Elektrolytkondensator-Anordnung, wobei das Verfahren folgendes umfasst: Bereitstellen eines Elektrolytkondensator-Elementes, das eine Anode und einen festen Elektrolyten enthält, der die Anode überzieht, wobei sich ein Anoden-Anschlussdraht von der Anode weg erstreckt; Bereitstellen eines Anschlussrahmens, der einen Kathoden-Anschluss und einen Anoden-Anschluss definiert, wobei der Anoden-Anschluss einen Anoden-Kopplungs-Teil und einen Sicherungs-Kopplungs-Teil enthält; Elektrisches Verbinden des festen Elektrolyten mit dem Kathoden-Anschluss Laser-Schweißen des Anoden-Anschlussdrahtes an den Anoden-Kopplungs-Teil; Elektrisches Verbinden einer oberflächenmontierten Sicherung mit dem Sicherungs-Kopplungs-Teil; und Einkapseln des Elektrolytkondensator-Elementes und der oberflächenmontierten Sicherung, so dass mindestens ein Teil des Anoden-Anschlusses und des Kathoden-Anschlusses frei bleibt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrolytkondensator-Element eine Anode enthält, die aus einer Ventilmetall-Legierung gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilmetall-Legierung Tantal oder Nioboxid enthält.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Elektrolyt Manganoxid oder ein leitfähiges Polymer enthält.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenmontierte Sicherung eine elektrisch leitfähige Schicht enthält, die eine schmelzbare Verbindung definiert.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrolytkondensator-Element mit einem leitfähigen Kleber mit dem Kathoden-Anschluss verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungs-Kopplungs-Teil Sicherungs-Anschluss-Punkte enthält, die einen bestimmten Abstand voneinander haben, um die oberflächenmontierte Sicherung aufzunehmen.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Biegen des Anoden-Kopplungs-Teils und anschließend das Laser-Schweißen des Anoden-Anschlussdrahtes an eine obere Oberfläche des gebogenen Anoden-Kopplungs-Teils umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenmontierte Sicherung auf den Sicherungs-Kopplungs-Teil gelötet ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anoden-Anschlussdraht über dem Sicherungs-Kopplungs-Teil positioniert ist, und die oberflächenmontierte Sicherung unter dem Siche rungs-Kopplungs-Teil positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenmontierte Sicherung eine Längenausdehnung definiert, die im Allgemeinen rechtwinkelig zu einer Längenausdehnung des Elektrolytkondensator-Elementes ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenmontierte Sicherung eine Längenausdehnung definiert, die im Allgemeinen parallel zu einer Längenausdehnung des Elektrolytkondensator-Elementes ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anoden-Anschluss ferner einen Anschluss-Teil enthält, der einen elektrischen Pfad zwischen dem Anoden-Kopplungs-Teil und dem Sicherungs-Kopplungs-Teil definiert.
Verfahren nach Anspruch 25, das ferner das Testen des Elektrolytkondensator-Elementes und danach das Abschneiden des Anschlusskeils umfasst, so dass das Elektrolytkondensator-Element und die oberflächenmontierte Sicherung in Reihe geschaltet sind.