DE102011107118A1

DE102011107118A1 - Festelektrolytkondensator-Baugruppe mit mehreren Kathoden-Endteilen

Info

Publication number: DE102011107118A1
Application number: DE102011107118A
Authority: DE
Inventors: Lotfi Djebara
Original assignee: AVX Corp
Current assignee: Kyocera Avx Components Corp
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2012-03-29
Also published as: CN102403128B; US8125769B2; US20120019986A1; GB201110054D0; GB2482224A; HK1165084A1; GB2482224B; KR20120010176A; JP2012028788A; CN102403128A

Abstract

Eine Kondensatorbaugruppe, die ein Festelektrolytkondensatorelement und einen sich in einer Richtung davon weg erstreckenden Anodenanschluss, einen ersten und einen zweiten Kathoden-Endteil und einen Anoden-Endteil enthält, wird offenbart. Der erste Kathoden-Endteil enthält einen ersten Teil, der sich im Wesentlichen parallel zu einer unteren Fläche des Kondensatorelements und in elektrischem Kontakt damit befindet, und der zweite Kathoden-Endteil enthält einen zweiten Teil, der sich im Wesentlichen parallel zu einer oberen Fläche des Kondensatorelements und in elektrischem Kontakt damit befindet. Durch eine solche ” Sandwich”-Konfiguration wird der Grad des Oberflächenkontakts zwischen den Kathoden-Endteilen und dem Kondensatorelement erhöht, was dabei helfen kann, Wärme abzuleiten und es ermöglicht, mit höheren Stromstärken fertigzuwerden, die normalerweise eine Überhitzung verursachen würden. Die Endteile können auch für einen erhöhten mechanischen Halt sorgen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Festelektrolytkondensatoren (z. B. Tantalkondensatoren) haben hauptsächlich zur Miniaturisierung von elektronischen Schaltungen beigetragen und ermöglichten die Anwendung solcher Schaltungen in extremen Umgebungen. Viele herkömmliche Festelektrolytkondensatoren werden mit Endteilen gebildet, die auf einer Leiterplatte oberflächenmontiert werden können. Metallleiterrahmen sind zum Beispiel häufig mit Anoden- und Kathoden-Endteilen versehen. Der Anoden-Endteil kann einen Teil enthalten, der nach oben zum Kondensator hin gebogen und an einen sich von der Anode weg erstreckenden Draht geschweißt ist. Der Kathoden-Endteil kann flach sein und die Bodenfläche des Kondensators aufnehmen. Ein Problem mit solchen herkömmlichen Festelektrolytkondensatoren besteht jedoch darin, dass Brummfrequenzen bewirken können, dass aufgrund des Stromflusses über Widerstandsimperfektionen innerhalb des Kondensators, was zu einem relativ hohen äquivalenten Serienwiderstand (ESR) führt, schädliche Wärme entsteht. Daher besteht zurzeit ein Bedürfnis nach einer verbesserten Festelektrolytkondensator-Baugruppe.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Kondensatorbaugruppe offenbart, die ein Kondensatorelement umfasst, das eine Anode, eine die Anode bedeckende dielektrische Schicht und eine die dielektrische Schicht bedeckende Kathode, die einen festen Elektrolyten umfasst, umfasst. Ein Anodenanschluss erstreckt sich in einer Richtung von dem Kondensatorelement weg und ist elektrisch mit der Anode verbunden. Ein erster Anoden-Endteil ist elektrisch mit dem Anodenanschluss verbunden. Die Baugruppe umfasst auch einen ersten Kathoden-Endteil, der einen ersten Teil enthält, der sich im Wesentlichen parallel zu und in elektrischem Kontakt mit einer unteren Fläche des Kondensatorelements befindet, und einen zweiten Kathoden-Endteil, der einen zweiten Teil enthält, der sich im Wesentlichen parallel zu und in elektrischem Kontakt mit einer oberen Fläche des Kondensatorelements befindet.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung einer Kondensatorbaugruppe offenbart. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Festelektrolytkondensatorelements, von dem sich ein Anodenanschluss in einer Richtung weg erstreckt; das Positionieren des Kondensatorelements auf einem ersten Leiterrahmen, der einen ersten Anoden-Endteil und einen ersten Kathoden-Endteil enthält, wobei der erste Kathoden-Endteil einen ersten Teil enthält, der sich im Wesentlichen parallel zu einer unteren Fläche des Kondensatorelements und in elektrischem Kontakt damit befindet, und wobei der erste Anoden-Endteil eine Vertiefung enthält, innerhalb derer der Anodenanschluss aufgenommen wird; das elektrische Verbinden des Anodenanschlusses mit dem ersten Anoden-Endteil; das Positionieren eines zweiten Leiterrahmens auf dem Kondensatorelement, der einen zweiten Kathoden-Endteil enthält, wobei der zweite Kathoden-Endteil einen zweiten Teil enthält, der sich im Wesentlichen parallel zu einer oberen Fläche des Kondensatorelements und in elektrischem Kontakt damit befindet; und das elektrische Verbinden des Kondensatorelements mit dem ersten und dem zweiten Kathoden-Endteil.
Weitere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden ausführlicher dargelegt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im Rest der Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen ist eine vollständige und nacharbeitbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung einschließlich ihrer besten Realisierung für den Fachmann insbesondere dargelegt; dabei sind:
1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform zum Montieren eines Kondensatorelements auf einem ersten Anoden-Endteil und einem ersten Kathoden-Endteil;
2 eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe, die das Kondensatorelement von 1 enthält, das auf den ersten Anoden- und Kathoden-Endteil montiert ist;
3 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform zum Montieren der Baugruppe von 2 auf einem zweiten Anoden-Endteil und einem zweiten Kathoden-Endteil;
4 eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe, die das Kondensatorelement von 1 enthält, das auf die ersten und zweiten Anoden- und Kathoden-Endteile montiert ist; und
5 eine Seitenansicht der Kondensatorbaugruppe von 4.
Bei mehrfacher Verwendung von Bezugszeichen in der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen sollen diese dieselben oder analoge Merkmale oder Elemente der vorliegenden Erfindung repräsentieren.
Ausführliche Beschreibung von repräsentativen Ausführungsformen
Der Fachmann sollte sich darüber im Klaren sein, dass die vorliegende Diskussion nur eine Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen ist und die breiteren Aspekte der vorliegenden Erfindung nicht einschränken soll.
Allgemein gesagt betrifft die vorliegende Erfindung eine Kondensatorbaugruppe, die ein Festelektrolytkondensatorelement umfasst und einen sich in einer Richtung davon weg erstreckenden Anodenanschluss, einen ersten und einen zweiten Kathoden-Endteil und einen Anoden-Endteil umfasst. Der erste Kathoden-Endteil enthält einen ersten Teil, der sich im Wesentlichen parallel zu einer unteren Fläche des Kondensatorelements und in elektrischem Kontakt damit befindet, und der zweite Kathoden-Endteil enthält einen zweiten Teil, der sich im Wesentlichen parallel zu einer oberen Fläche des Kondensatorelements und in elektrischem Kontakt damit befindet. Durch eine solche ”Sandwich”-Konfiguration wird der Grad des Oberflächenkontakts zwischen den Kathoden-Endteilen und dem Kondensatorelement erhöht, was dabei helfen kann, Wärme abzuleiten und es ermöglicht, mit höheren Stromstärken fertigzuwerden, die normalerweise eine Überhitzung verursachen würden. Die Endteile können auch für einen erhöhten mechanischen Halt sorgen.
In den 4 und 5 ist eine Ausführungsform einer Kondensatorbaugruppe 30 gezeigt, die einen ersten Kathoden-Endteil 72 und einen zweiten Kathoden-Endteil 172 in elektrischem Kontakt mit einem Kondensatorelement 33 umfasst. Insbesondere enthält der erste Kathoden-Endteil 72 einen ersten Teil 73, der sich im Wesentlichen parallel zu und in elektrischem Kontakt mit einer unteren Fläche 39 des Kondensatorelements 33 befindet. Der erste Kathoden-Endteil 72 kann auch einen Teil 74 enthalten. Obwohl er in einer ”flachen” Konfiguration gezeigt ist, kann sich der Teil 74 auch in einem Winkel relativ zum ersten Teil 73 (z. B. im Wesentlichen senkrecht dazu) befinden und gegebenenfalls in elektrischem Kontakt mit der hinteren Fläche 38 des Kondensatorelements 33 stehen. In dieser Hinsicht kann der Teil 74 eine Öffnung 76 definieren, um seine Biegsamkeit zu erhöhen. Obwohl sie als einstückig abgebildet sind, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass diese Teile alternativ dazu auch separate Teile sein können, die miteinander verbunden sind, entweder direkt oder über ein zusätzliches leitfähiges Element (z. B. Metall).
Der zweite Kathoden-Endteil 172 enthält ebenso einen zweiten Teil 173, der sich im Wesentlichen parallel zu und in elektrischem Kontakt mit einer oberen Fläche 37 des Kondensatorelements 33 befindet. Wie oben beschrieben, kann der zweite Kathoden-Endteil 172 auch einen Teil 174 enthalten, der ”flach” sein oder sich in einem Winkel relativ zum zweiten Teil 173 (z. B. im Wesentlichen senkrecht dazu) befinden und gegebenenfalls in elektrischem Kontakt mit der hinteren Fläche 38 des Kondensatorelements 33 stehen kann.
Wie gezeigt, enthält die Kondensatorbaugruppe auch einen ersten Anoden-Endteil 62, der in elektrischem Kontakt mit einem Anodenanschluss 16 des Kondensatorelements 33 steht. Der Anodenanschluss 16 (z. B. Draht, Blech usw.) erstreckt sich von irgendeiner Fläche des Kondensatorelements 33 weg, wie etwa von der vorderen Fläche 36, der hinteren Fläche 38, der oberen Fläche 37 und/oder der unteren Fläche 39. In der gezeigten Ausführungsform liegt der Anschluss 16 zum Beispiel in Form eines eingebetteten Drahts vor, der sich in einer Längsrichtung ”A” von der vorderen Fläche 36 des Kondensatorelements 33 weg erstreckt. Der Anodenanschluss 16 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie Tantal, Mob, Nickel, Aluminium, Hafnium, Titan usw., sowie Oxiden und/oder Nitriden davon. Der Anschluss 16 steht in elektrischem Kontakt mit der Anode des Kondensatorelements 33 und kann in vielerlei Art und Weise, wie in der Technik bekannt ist, damit verbunden werden, wie durch Koppeln des Anschlusses mit Hilfe von Widerstands- oder Laserschweißen, Einbetten des Anschlusses 16 in die Anode während ihrer Bildung (z. B. vor dem Sintern) usw.
In der gezeigten Ausführungsform enthält der erste Anoden-Endteil 62 einen dritten Teil 64, der sich in einem Winkel relativ zu der Richtung, in der sich der Anschluss 16 erstreckt, befindet. Zum Beispiel kann der dritte Teil 64 im Wesentlichen senkrecht (z. B. 90° ± 5°) zur Längsrichtung ”A” stehen. Eine obere Fläche 53 des dritten Teils 64 definiert eine Vertiefung 51 (siehe 1) zur Aufnahme des Anodenanschlusses 16. Falls gewünscht, kann der dritte Teil 64 auch eine Öffnung 69 definieren, die die Handhabung des Anoden-Endteils 62, während es mit dem Kondensatorelement 33 verbunden wird, erleichtert. Die Öffnung 69 kann zwischen einander gegenüberliegenden bogenförmigen Flächen, die dabei helfen, die Festigkeit zu erhöhen, definiert sein (siehe 3). Der erste Anoden-Endteil 62 kann auch einen fakultativen vierten Teil 63 enthalten, der sich im Wesentlichen parallel zur unteren Fläche 39 des Kondensatorelements 33 und im Wesentlichen senkrecht zum dritten Teil 64 befindet. Der vierte Teil 63 kann in der resultierenden Kondensatorbaugruppe in einer ”flachen” Konfiguration bleiben oder kann gegebenenfalls in eine gewinkelte Konfiguration gebogen sein. Obwohl sie als einstückig abgebildet sind, sollte man sich auch darüber im Klaren sein, dass diese Teile alternativ dazu auch separate Teile sein können, die miteinander verbunden sind, entweder direkt oder über ein zusätzliches leitfähiges Element (z. B. Metall).
Gegebenenfalls kann auch ein zweiter Anoden-Endteil 162 eingesetzt werden. In der gezeigten Ausführungsform enthält der zweite Anoden-Endteil 162 einen fünften Teil 164, der sich in einem Winkel relativ zu der Richtung, in der sich der Anschluss 16 erstreckt, befindet (z. B. im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung ”A”). Eine untere Fläche 153 des fünften Teils 164 defniert eine Vertiefung 151 (siehe 3) zur Aufnahme des Anodenanschlusses 16. Der fünfte Teil 164 kann auch eine Öffnung 169 definieren, die die Handhabung des Anoden-Endteils 162 erleichtert (siehe 3). Ähnlich kann der zweite Anoden-Endteil 162 auch, wie es oben beschrieben ist, einen fakultativen sechsten Teil 163 enthalten, der sich im Wesentlichen parallel zu der unteren Fläche 39 des Kondensatorelements 33 und im Wesentlichen senkrecht zum fünften Teil 164 befindet. Der sechste Teil 163 kann in der resultierenden Kondensatorbaugruppe in einer ”flachen” Konfiguration bleiben oder kann gegebenenfalls in eine gewinkelte Konfiguration gebogen sein.
Die Vertiefungen 51 und 151 in den Anoden-Endteilen sind hier so gezeigt, als befänden sie sich auf einer bestimmten Fläche. Dennoch sollte man sich darüber im Klaren sein, dass sie sich auch auf anderen Flächen ihrer jeweiligen Anoden-Endteile befinden können. Weiterhin kann auch mehr als eine Vertiefung in jedem Anoden-Endteil definiert sein, insbesondere in denjenigen Ausführungsformen, bei denen mehrfache Anodenanschlüsse eingesetzt werden. Weiterhin können auch zusätzliche Endteile mit oder ohne solche Vertiefungen eingesetzt werden. Auf jeden Fall können die Vertiefungen 51 und 151 des ersten und des zweiten Anoden-Endteils passend zusammengelegt werden, so dass sich der Anodenanschluss 16 dazwischen befindet. Insbesondere kann sich ein unterer Abschnitt 16a des Anodenanschlusses 16 neben der Vertiefung 51 befinden, und ein oberer Abschnitt 16b des Anodenanschlusses 16 kann sich neben der Vertiefung 151 befinden. Die Form und Größe der Vertiefungen 51 und 151 kann nach Wunsch variieren, um den gewünschten Abschnitt des Anodenanschlusses 16 unterzubringen. In der gezeigten Ausführungsform haben zum Beispiel beide Vertiefungen 51 und 151 eine gekrümmte Form, und wenn man sie paarweise zusammenlegt, können sie einen elliptischen oder kreisförmigen Schlitz zur Aufnahme eines zylindrischen Anodenanschlusses 16 bilden. Selbstverständlich sind auch andere Formen und/oder Größen geeignet. Beispielhafte Formen für den durch die passend zusammengelegten Vertiefungen gebildeten Schlitz sind zum Beispiel kreisförmig, elliptisch, oval, rechteckig, rautenförmig, quadratisch usw. Ähnlich sind beispielhafte Formen für die Vertiefungen selbst zum Beispiel gekrümmte Formen (z. B. U-förmig, halbkreisförmig usw.), V-förmig usw.
Jedes beliebige leitfähige Material kann eingesetzt werden, um die oben genannten Endteile zu bilden, wie ein leitfähiges Metall (z. B. Kupfer, Nickel, Silber, Zink, Zinn, Palladium, Blei, Kupfer, Aluminium, Molybdän, Titan, Eisen, Zirconium, Magnesium und Legierungen davon). Zu den besonders gut geeigneten leitfähigen Metallen gehören zum Beispiel Kupfer, Kupferlegierungen (z. B. Kupfer-Zirconium, Kupfer-Magnesium, Kupfer-Zink oder Kupfer-Eisen), Nickel und Nickellegierungen (z. B. Nickel-Eisen). Die Dicke der Endteile ist im Allgemeinen so gewählt, dass die Dicke des Kondensators minimiert wird. Zum Beispiel kann die Dicke der Endteile im Bereich von etwa 0,05 bis etwa 1 Millimeter, in einigen Ausführungsformen etwa 0,05 bis etwa 0,5 Millimeter oder etwa 0,07 bis etwa 0,2 Millimeter liegen. Ein beispielhaftes leitfähiges Material ist eine Metallplatte aus einer Kupfer-Eisen-Legierung, die von Wieland (Deutschland) erhältlich ist.
Falls gewünscht, kann die Oberfläche der Endteile, wie in der Technik bekannt ist, mit Nickel, Silber, Gold, Zinn usw. galvanisiert werden, um zu gewährleisten, dass das endgültige Teil auf der Leiterplatte montierbar ist. In einer besonderen Ausführungsform werden beide Flächen der Endteile mit Nickel- bzw. Silber-Schutzschichten versehen, während die Montagefläche auch mit einer Zinnlötschicht versehen wird.
Eine beispielhafte Methode, wie ein Kondensatorelement an den Endteilen befestigt wird, wird nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. Aus Gründen der Einfachheit wird die Bildung nur einer einzigen Kondensatorbaugruppe beschrieben. Man sollte sich jedoch darüber im Klaren sein, dass die Leiterrahmen mehrere Endteile enthalten können, die in einzelne Kondensatorbaugruppen zerschnitten werden. 1 zeigt einen Teil eines ersten Leiterrahmens, der einen ersten Anoden- und Kathoden-Endteil 62 und 72 enthält, wie es. oben beschrieben ist. Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass nur ein Teil des Leiterrahmens gezeigt ist und dass dieser im Allgemeinen noch andere Komponenten enthält, die nicht ausdrücklich gezeigt sind. Zum Beispiel können die Endteile anfangs über ein Metallblech, das anschließend während der Herstellung des Kondensators wieder entfernt wird, miteinander verbunden sein.
Der erste Leiterrahmen von 1 ist in einer Konfiguration gezeigt, bei der der erste Teil 64 gegenüber dem Teil 63 nach oben gebogen wurde und bei der der Kathoden-Endteil 72 in einer ”flachen” Konfiguration vorliegt. Wie durch den Richtungspfeil in 1 angezeigt, ist das Kondensatorelement 33 so positioniert, dass seine untere Fläche 39 mit dem Teil 73 des ersten Kathoden-Endteils 72 in Kontakt steht, und so, dass der Anodenanschluss 16 von der Vertiefung 51 aufgenommen wird. Falls gewünscht, kann sich ein leitfähiger Kleber (nicht gezeigt) zwischen dem ersten Kathoden-Endteil 72 und dem Kondensatorelement 33 befinden, um den Grad der Bindung zu verbessern. Der leitfähige Kleber kann zum Beispiel leitfähige Metallteilchen umfassen, die in einer Harzzusammensetzung enthalten sind. Bei den Metallteilchen kann es sich um Silber, Kupfer, Gold, Platin, Nickel, Zink, Bismut usw. handeln. Die Harzzusammensetzung kann ein duroplastisches Harz (z. B. Epoxidharz), Härtungsmittel (z. B. Säureanhydrid) und Kopplungsmittel (z. B. Silan-Kopplungsmittel) umfassen. Ein besonders gut geeigneter Kleber ist ein silberbeladenes Epoxidharz, das von Emerson und Cuming unter dem Namen ”Amicon CE 3513” erhältlich ist. Weitere geeignete leitfähige Kleber sind in der US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2006/0038304 (Osaka et al.) beschrieben, auf die hier ausdrücklich für alle Zwecke Bezug genommen wird.
Der Anodenanschluss 16 kann an der Vertiefung 51 unter Verwendung jeder in der Technik bekannten Methode, wie mechanisches Schweißen, Laserschweißen, leitfähige Kleber usw., elektrisch mit dem ersten Endteil 62 verbunden werden. In einer Ausführungsform wird der Anodenanschluss 16 zum Beispiel an der Vertiefung 51 angeschweißt (z. B. lasergeschweißt).
Sobald die ”Vorbaugruppe” von 2 gebildet wurde, kann ein zweiter Leiterrahmen damit verbunden werden. Insbesondere ist der zweite Leiterrahmen von 3 in einer Konfiguration gezeigt, bei der der zweite Teil 164 gegenüber dem Teil 163 nach oben gebogen ist und bei der der zweite Kathoden-Endteil 172 in einer ”flachen” Konfiguration vorliegt. Wie der Richtungspfeil in 3 anzeigt, ist das Kondensatorelement 33 so positioniert, dass seine obere Fläche 37 mit dem Teil 173 des zweiten Kathoden-Endteils 172 in Kontakt steht, und so, dass der Anodenanschluss 16 von der Vertiefung 151 aufgenommen wird. Falls gewünscht, kann sich ein leitfähiger Kleber (nicht gezeigt) zwischen dem zweiten Kathoden-Endteil 172 und dem Kondensatorelement 33 befinden, um den Grad der Bindung zu verbessern. Der Anodenanschluss 16 kann an der Vertiefung 151 unter Verwendung jeder in der Technik bekannten Methode, wie mechanisches Schweißen, Laserschweißen, leitfähige Kleber usw., elektrisch mit dem zweiten Endteil 162 verbunden werden. In einer Ausführungsform wird der Anodenanschluss 16 zum Beispiel mit Hilfe eines leitfähigen Klebstoffs an der Vertiefung 151 verbunden. Wenn Klebstoffe eingesetzt wurden, können sie dann mit Hilfe bekannter Techniken gehärtet werden. Zum Beispiel kann eine Heißpresse verwendet werden, um Wärme und Druck anzuwenden und dadurch zu gewährleisten, dass das Kondensatorelement 33 ausreichend stark am ersten Kathoden-Endteil 72, dem zweiten Kathoden-Endteil 172 und dem zweiten Anoden-Endteil 162 haftet. Die resultierende Kondensatorbaugruppe 30 ist in 4 gezeigt.
Sobald das Kondensatorelement befestigt ist, wird der Leiterrahmen in einem Harzgehäuse 58 eingeschlossen (5), das mit Siliciumoxid oder irgendeinem anderen bekannten Einbettungsmaterial gefüllt werden kann. Die Breite und Länge des Gehäuses kann je nach Verwendungszweck variieren. Zu den geeigneten Gehäusen gehören zum Beispiel etwa die Gehäuse ”A”, ”B”, ”F”, ”G”, ”H”, ”J”, ”K”, ”L”, ”M”, ”N”, ”P”, ”R”, ”S”, ”T”, ”W”, ”Y” oder ”X” (AVX Corporation). Nach der Einbettung können die exponierten Teile 262 und 272 des jeweiligen ersten Anoden- und Kathodenendes 62 bzw. 72 zurechtgeschnitten und/oder entlang der Außenseite des Gehäuses 58 (z. B. unter einem Winkel von ungefähr 90°) gebogen werden. Ähnlich können auch die exponierten Teile 362 und 372 des jeweiligen zweiten Anoden- und Kathodenendes 162 bzw. 172 zurechtgeschnitten und entlang der Außenseite des Gehäuses 58 (z. B. unter einem Winkel von ungefähr 90°) gebogen werden. Auf diese Weise können die exponierten Teile jeweils J-förmige Anschlüsse für die fertige Kondensatorbaugruppe 30 bilden, obwohl auch jede andere bekannte Konfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet werden kann.
Das in der oben beschriebenen Baugruppe eingesetzte und hier gezeigte Kondensatorelement enthält im Allgemeinen eine Anode, ein Dielektrikum und einen festen Elektrolyten. Die Anode kann aus einer Ventilmetallzusammensetzung mit einer hohen spezifischen Ladung gebildet werden, wie etwa 5000 μF·V/g oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 25 000 μF·V/g oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 40 000 μF·V/g oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 70 000 μF·V/g bis etwa 200 000 μF·V/g oder mehr. Die Ventilmetallzusammensetzung enthält ein Ventilmetall (d. h. ein Metall, das zur Oxidation befähigt ist) oder eine Verbindung, die auf einem Ventilmetall beruht, wie Tantal, Niob, Aluminium, Hafnium, Titan, Legierungen davon, Oxide davon, Nitride davon usw. Zum Beispiel kann die Ventilmetallzusammensetzung ein elektrisch leitfähiges Oxid von Niob enthalten, wie ein Nioboxid mit einem Atomverhältnis von Niob zu Sauerstoff von 1:1,0 ± 1,0, in einigen Ausführungsformen 1:1,0 ± 0,3, in einigen Ausführungsformen 1:1,0 ± 0,1 und in einigen Ausführungsformen 1:1,0 ± 0,05. Bei dem Nioboxid kann es sich zum Beispiel um NbO_0,7, NbO_1,0, NbO_1,1 und NbO₂ handeln. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Zusammensetzung NbO_1,0, ein leitfähiges Nioboxid, das auch nach dem Sintern bei hohen Temperaturen chemisch stabil bleiben kann. Beispiele für solche Ventilmetalloxide sind in den US-Patenten Nr. 6,322,912 (Fife), 6,391,275 (Fife et al.), 6,416,730 (Fife et al.), 6,527,937 (Fife), 6,576,099 (Kimmel et al.), 6,592,740 (Fife et al.) und 6,639,787 (Kimmel et al.) und 7,220,397 (Kimmel et al.) sowie in den US-Patentanmeldungen Veröffentlichungsnummer 2005/0019581 (Schnitter), 2005/0103638 (Schnitter et al.) und 2005/0013765 (Thomas et al.) beschrieben, auf die alle hier ausdrücklich für alle Zwecke Bezug genommen wird.
Zur Bildung der Anode können im Allgemeinen herkömmliche Herstellungsverfahren verwendet werden. In einer Ausführungsform wird zuerst ein Tantal- oder Nioboxidpulver mit einer bestimmten Teilchengröße ausgewählt. Zum Beispiel können die Teilchen flockenartig, eckig, knotenförmig sowie Gemische oder Variationen davon sein. Die Teilchen haben auch typischerweise eine Siebgrößenverteilung von wenigstens etwa 60 mesh, in einigen Ausführungsformen etwa 60 bis etwa 325 mesh und in einigen Ausführungsformen etwa 100 bis etwa 200 mesh. Ferner beträgt die spezifische Oberfläche etwa 0,1 bis etwa 10,0 m²/g, in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 bis etwa 5,0 m²/g und in einigen Ausführungsformen etwa 1,0 bis etwa 2,0 m²/g. Der Ausdruck ”spezifische Oberfläche” bezieht sich auf die Oberfläche, die durch das Verfahren der physikalischen Gasadsorption (B. E. T.) von Brunauer, Emmet und Teller, Journal of American Chemical Society, Band 60, 1938, S. 309, mit Stickstoff als Adsorptionsgas bestimmt wurde. Ebenso beträgt die Schüttdichte (oder Scott-Dichte) typischerweise etwa 0,1 bis etwa 5,0 g/cm³, in einigen Ausführungsformen etwa 0,2 bis etwa 4,0 g/cm³ und in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 bis etwa 3,0 g/cm³.
Um den Bau der Anode zu erleichtern, können noch weitere Komponenten zu den elektrisch leitfähigen Teilchen gegeben werden. Zum Beispiel können die elektrisch leitfähigen Teilchen gegebenenfalls mit einem Bindemittel und/oder Gleitmittel gemischt werden, um zu gewährleisten, dass die Teilchen ausreichend aneinander haften, wenn sie zum Anodenkörper gepresst werden. Zu den geeigneten Bindemitteln gehören etwa Campher, Stearin- und andere Seifenfettsäuren, Carbowax (Union Carbide), Glyptal (General Electric), Polyvinylalkohole, Naphthalin, Pflanzenwachs und Mikrowachse (gereinigte Paraffine). Das Bindemittel kann in einem Lösungsmittel gelöst und dispergiert werden. Beispielhafte Lösungsmittel sind Wasser, Alkohole usw. Wenn Bindemittel und/oder Gleitmittel verwendet werden, kann ihr Prozentanteil von etwa 0,1 bis etwa 8 Gew.-% der Gesamtmasse variieren. Man sollte sich jedoch darüber im Klaren sein, dass Bindemittel und Gleitmittel in der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich sind.
Das resultierende Pulver kann kompaktiert werden, wobei man irgendeine herkömmliche Pulverpressform verwendet. Die Pressform kann zum Beispiel eine Einplatz-Kompaktierpresse sein, bei der eine Matrize und ein oder mehrere Stempel verwendet werden. Alternativ dazu können auch Kompaktierpressformen des Ambosstyps verwendet werden, bei denen nur eine Matrize und ein einziger Unterstempel verwendet werden. Einplatz-Kompaktierpressformen sind in mehreren Grundtypen erhältlich, wie Nocken-, Kniehebel- und Exzenter-/Kurbelpressen mit unterschiedlichen Fähigkeiten, wie einfach wirkend, doppelt wirkend, Schwebemantelmatrize, bewegliche Werkzeugaufspannplatte, Gegenstempel, Schnecke, Schlag, Heißpressen, Prägen oder Kalibrieren. Das Pulver kann um einen Anodenanschluss (z. B. Tantaldraht) herum kompaktiert werden. Man sollte sich weiterhin darüber im Klaren sein, dass der Anodenanschluss nach dem Pressen und/oder Sintern des Anodenkörpers alternativ auch an dem Anodenkörper befestigt (z. B. daran geschweißt) werden kann. Gegebenenfalls vorhandenes Bindemittel/Gleitmittel kann entfernt werden, indem man den Pressling mehrere Minuten lang im Vakuum auf eine bestimmte Temperatur (z. B. etwa 150°C bis etwa 500°C) erhitzt. Alternativ dazu kann das Bindemittel/Gleitmittel auch entfernt werden, indem man den Pressling mit einer wässrigen Lösung in Kontakt bringt, wie es im US-Patent Nr. 6,197,252 (Bishop et al.) beschrieben ist, auf das hier ausdrücklich für alle Zwecke Bezug genommen wird. Danach wird der Pressling zu einer porösen integralen Masse gesintert. Zum Beispiel kann der Pressling in einer Ausführungsform bei einer Temperatur von etwa 1200°C bis etwa 2000°C und in einigen Ausführungsformen von etwa 1500°C bis etwa 1800°C im Vakuum oder einer inerten Atmosphäre gesintert werden. Nach dem Sintern schrumpft der Pressling aufgrund der Zunahme von Bindungen zwischen den Teilchen. Neben den oben beschriebenen Techniken kann gemäß der vorliegenden Erfindung auch jede andere Technik zum Aufbau des Anodenkörpers verwendet werden, wie es in den US-Patenten Nr. 4,085,435 (Galvagni), 4,945,452 (Sturmer et al.), 5,198,968 (Galvagni), 5,357,399 (Salisbury), 5,394,295 (Galvagni et al.), 5,495,386 (Kulkarni) und 6,322,912 (Fife) beschrieben ist, auf die hier ausdrücklich Bezug für alle Zwecke genommen wird.
Obwohl es nicht erforderlich ist, kann die Dicke der Anode so gewählt werden, dass die elektrischen Eigenschaften des Kondensators verbessert werden. Zum Beispiel kann die Dicke der Anode etwa 4 Millimeter oder weniger betragen, in einigen Ausführungsformen etwa 0,05 bis etwa 2 Millimeter und in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 bis etwa 1 Millimeter. Auch die Form der Anode kann so gewählt werden, dass die elektrischen Eigenschaften des resultierenden Kondensators verbessert werden. Zum Beispiel kann die Anode eine Form haben, die gekrümmt, wellenförmig, rechteckig, U-förmig, V-förmig usw. ist. Die Anode kann auch eine ” geriffelte” Form haben, indem sie eine oder mehrere Furchen, Rillen, Vertiefungen oder Einkerbungen enthält, um das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen zu erhöhen und dadurch den ESR zu minimieren und den Frequenzgang der Kapazität auszudehnen. Solche ”geriffelten” Anoden sind zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 6,191,936 (Webber et al.), 5,949,639 (Maeda et al.) und 3,345,545 (Bourgault et al.) sowie in der US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2005/0270725 (Hahn et al.) beschrieben, auf die hier ausdrücklich für alle Zwecke Bezug genommen wird.
Sobald sie konstruiert wurde, kann die Anode anodisiert werden, so dass eine dielektrische Schicht auf und/oder innerhalb der Anode entsteht. Die Anodisierung ist ein elektrochemisches Verfahren, bei dem die Anode oxidiert wird, so dass ein Material mit einer relativ hohen Dielektrizitätskonstante entsteht. Zum Beispiel kann eine Anode aus Nioboxid (NbO) zu Niobpentoxid (Nb₂O₅) anodisiert werden. Typischerweise wird die Anodisierung durchgeführt, indem man zunächst einen Elektrolyten auf die Anode aufträgt, etwa durch Eintauchen der Anode in den Elektrolyten. Der Elektrolyt liegt im Allgemeinen in Form einer Flüssigkeit vor, etwa als Lösung (z. B. wässrig oder nichtwässrig), Dispersion, Schmelze usw. In dem Elektrolyten wird im Allgemeinen ein Lösungsmittel eingesetzt, wie Wasser (z. B. deionisiertes Wasser), Ether (z. B. Diethylether und Tetrahydrofuran), Alkohole (z. B. Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol und Butanol), Triglyceride, Ketone, (z. B. Aceton, Methylethylketon und Methylisobutylketon); Ester (z. B. Ethylacetat, Butylacetat, Diethylenglycoletheracetat und Methoxypropylacetat); Amide (z. B. Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylcapryl-/caprinfettsäureamid und N-Alkylpyrrolidone), Nitrile (z. B. Acetonitril, Propionitril, Butyronitril und Benzonitril), Sulfoxide oder Sulfone (z. B. Dimethylsulfoxid (DMSO) und Sulfolan) usw. Das Lösungsmittel kann etwa 50 Gew.-% bis etwa 99,9 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 75 Gew.-% bis etwa 99 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 80 Gew.-% bis etwa 95 Gew.-% des Elektrolyten ausmachen. Obwohl es nicht unbedingt erforderlich ist, ist die Verwendung eines wässrigen Lösungsmittels (z. B. Wasser) häufig wünschenswert, um dabei zu helfen, das gewünschte Oxid zu erreichen. Tatsächlich kann Wasser etwa 50 Gew.-% oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 70 Gew.-% oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 90 Gew.-% bis 100 Gew.-% der in dem Elektrolyten verwendeten Lösungsmittel ausmachen.
Der Elektrolyt ist ionenleitend und kann eine Ionenleitfähigkeit von etwa 1 Millisiemens pro Zentimeter (”mS/cm”) oder mehr aufweisen, in einigen Ausführungsformen etwa 30 mS/cm oder mehr und in einigen Ausführungsformen etwa 40 mS/cm bis etwa 100 mS/cm, bestimmt bei einer Temperatur von 25°C. Um die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten zu verstärken, kann eine Verbindung eingesetzt werden, die in dem Lösungsmittel unter Bildung von Ionen dissoziieren kann. Geeignete ionische Verbindungen für diesen Zweck sind zum Beispiel Säuren, wie Chlorwasserstoffsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Polyphosphorsäure, Borsäure, Boronsäure usw., organische Säuren einschließlich Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Salicylsäure, Sulfosalicylsäure, Adipinsäure, Maleinsäure, Apfelsäure, Ölsäure, Gallsäure, Weinsäure, Zitronensäure, Ameisensäure, Essigsäure, Glycolsäure, Oxalsäure, Propionsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Glutarsäure, Gluconsäure, Milchsäure, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Itaconsäure, Trifluoressigsäure, Barbitursäure, Zimtsäure, Benzoesäure, 4 Hydroxybenzoesäure, Aminobenzoesäure usw., Sulfonsäuren, wie Methansulfonsäure, Benzolsulfonsäure, Toluolsulfonsäure, Trifluormethansulfonsäure, Styrolsulfonsäure, Naphthalindisulfonsäure, Hydroxybenzolsulfonsäure, Dodecylsulfonsäure, Dodecylbenzolsulfonsäure usw., polymere Säuren, wie Polyacryl- oder Polymethacrylsäure und Copolymere davon (z. B. Maleinsäure-Acrylsäure-, Sulfonsäure-Acrylsäure- und Styrol-Acrylsäure-Copolymere), Carrageensäure, Carboxymethylcellulose, Alginsäure usw., usw. Die Konzentration der ionischen Verbindungen wird so gewählt, dass die gewünschte Ionenleitfähigkeit erreicht wird. Zum Beispiel kann eine Säure (z. B. Phosphorsäure) etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen etwa 0,05 Gew.-% bis etwa 0,8 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 0,5 Gew.-% des Elektrolyten ausmachen. Falls gewünscht, können in dem Elektrolyten auch Gemische von ionischen Verbindungen eingesetzt werden.
Ein Strom wird durch den Elektrolyten geleitet, um die dielektrische Schicht zu bilden. Der Wert der Spannung entspricht der Dicke der dielektrischen Schicht. Zum Beispiel kann die Stromquelle zunächst im galvanostatischen Modus betrieben werden, bis die erforderliche Spannung erreicht ist. Danach kann die Stromquelle auf einen potentiostatischen Modus umgeschaltet werden, um zu gewährleisten, dass die gewünschte Dicke des Dielektrikums über der Oberfläche der Anode gebildet wird. Selbstverständlich können auch andere bekannte Verfahren eingesetzt werden, wie potentiostatische Impuls- oder Schrittverfahren. Die Spannung liegt typischerweise im Bereich von etwa 4 bis etwa 200 V und in einigen Ausführungsformen etwa 9 bis etwa 100 V. Während der anodischen Oxidation kann der Elektrolyt auf einer erhöhten Temperatur gehalten werden, wie etwa 30°C oder mehr, in einigen Ausführungsformen etwa 40°C bis etwa 200°C und in einigen Ausführungsformen etwa 50°C bis etwa 100°C. Die anodische Oxidation kann auch bei Umgebungstemperatur oder darunter durchgeführt werden. Die resultierende dielektrische Schicht kann auf einer Oberfläche der Anode oder innerhalb ihrer Poren gebildet werden.
Sobald die dielektrische Schicht gebildet ist, kann gegebenenfalls eine Schutzbeschichtung aufgetragen werden, zum Beispiel eine, die aus einem relativ isolierenden harzartigen Material (natürlich oder synthetisch) besteht. Solche Materialien können einen spezifischen Widerstand von mehr als etwa 10 Ohm·cm haben, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 100, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 1000 Ohm·cm, in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 1 × 10⁵ Ohm·cm und in einigen Ausführungsformen mehr als etwa 1 × 10¹⁰ Ohm·cm. Einige harzartige Materialien, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind unter anderem Polyurethan, Polystyrol, Ester von ungesättigten oder gesättigten Fettsäuren (z. B. Glyceride) usw. Zu den geeigneten Estern von Fettsäuren gehören zum Beispiel unter anderem Ester von Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Eleostearinsäure, Ölsäure, Linolsäure, Linolensäure, Aleuritinsäure, Schellolsäure usw. Diese Ester von Fettsäuren haben sich als besonders nützlich erwiesen, wenn sie in relativ komplexen Kombinationen unter Bildung eines ”trocknenden Öls” werden, das es dem resultierenden Film ermöglicht, schnell zu einer stabilen Schicht zu polymerisieren. Zu diesen trocknenden Ölen gehören etwa Mono-, Di- und/oder Triglyceride, die ein Glyceringerüst mit einem, zwei bzw. drei Fettacylresten, die verestert sind, aufweisen. Einige geeignete trocknende Öle, die verwendet werden können, sind zum Beispiel unter anderem Olivenöl, Leinöl, Ricinusöl, Tungöl, Sojaöl und Schellack. Diese und andere Schutzbeschichtungsmaterialien sind ausführlicher im US-Patent Nr. 6,674,635 (Fife et al.) beschrieben, auf das hier ausdrücklich für alle Zwecke Bezug genommen wird.
Danach wird das anodisierte Teil einem Schritt zur Bildung einer Kathode, die einen festen Elektrolyten, wie Mangandioxid, ein leitfähiges Polymer usw. enthält, unterzogen. Ein fester Elektrolyt in Form von Mangandioxid kann zum Beispiel durch pyrolytische Zersetzung von Mangannitrat (Mn(NO₃)₂)) gebildet werden. Solche Techniken sind zum Beispiel im US-Patent Nr. 4,945,452 (Sturmer et al.) beschrieben, auf das hier ausdrücklich für alle Zwecke Bezug genommen wird. Alternativ dazu kann auch eine leitfähige Polymerbeschichtung eingesetzt werden, die einen oder mehrere Polyheterocyclen (z. B. Polypyrrole, Polythiophene, Poly(3,4-ethylendioxythiophen) (PEDT), Polyaniline), Polyacetylene, Poly-p-phenylene, Polyphenolate und Derivate davon enthält. Falls gewünscht, kann die leitfähige Polymerbeschichtung überdies auch aus mehreren leitfähigen Polymerschichten gebildet werden. Zum Beispiel kann die Kathode aus dem leitfähigen Polymer in einer Ausführungsform eine aus PEDT gebildete Schicht und eine andere, aus einem Polypyrrol gebildete Schicht enthalten. Verschiedene Verfahren können verwendet werden, um die leitfähige Polymerbeschichtung auf den Anodenteil aufzutragen. Zum Beispiel können herkömmliche Techniken, wie Elektropolymerisation, Siebdruck, Tauchbeschichtung, elektrophoretische Beschichtung und Sprühbeschichtung, verwendet werden, um eine leitfähige Polymerbeschichtung zu bilden. In einer Ausführungsform können zum Beispiel die zur Bildung des leitfähigen Polymers verwendeten Monomere (z. B. 3,4-Ethylendioxythiophen) zunächst unter Bildung einer Lösung mit einem Polymerisationskatalysator gemischt werden. Ein geeigneter Polymerisationskatalysator ist zum Beispiel CLEVIOS C, bei dem es sich um Eisen(III)toluolsulfonat handelt und das von H. C. Starck vertrieben wird. CLEVIOS C ist ein kommerziell erhältlicher Katalysator für CLEVIOS M, bei dem es sich um 3,4-Ethylendioxythiophen handelt, ein PEDT-Monomer, das ebenfalls von H. C. Starck vertrieben wird. Sobald eine Katalysatordispersion gebildet ist, kann der Anodenteil dann in die Dispersion eingetaucht werden, so dass das Polymer auf der Oberfläche des Anodenteils entsteht. Alternativ dazu können der Katalysator und das oder die Monomere auch getrennt auf den Anodenteil aufgetragen werden. In einer Ausführungsform kann der Katalysator zum Beispiel in einem Lösungsmittel (z. B. Butanol) gelöst und dann als Tauchlösung auf den Anodenteil aufgetragen werden. Der Anodenteil kann dann getrocknet werden, um das Lösungsmittel davon zu entfernen. Danach kann der Anodenteil in eine Lösung, die das geeignete Monomer enthält, eingetaucht werden. Sobald das Monomer mit der Oberfläche des Anodenteils, der den Katalysator enthält, in Kontakt tritt, polymerisiert es chemisch darauf. Außerdem kann der Katalysator (z. B. CLEVIOS C) auch mit dem oder den Materialien, die zur Bildung der fakultativen Schutzbeschichtung verwendet werden (z. B. harzartige Materialien), gemischt werden. In solchen Fällen kann der Anodenteil dann in eine Lösung eingetaucht werden, die das Monomer (CLEVIOS M) enthält. Infolgedessen kann das Monomer innerhalb und/oder auf der Oberfläche der Schutzbeschichtung mit dem Katalysator in Kontakt treten und damit unter Bildung der leitfähigen Polymerbeschichtung reagieren. Obwohl oben verschiedene Verfahren beschrieben wurden, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass in der vorliegenden Erfindung auch jedes andere Verfahren zum Auftragen der leitfähigen Beschichtung oder Beschichtungen auf den Anodenteil verwendet werden kann. Andere Verfahren zum Auftragen solcher leitfähigen Polymerbeschichtungen sind zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 5,457,862 (Sakata et al.), 5,473,503 (Sakata et al.), 5,729,428 (Sakata et al.) und 5,812,367 (Kudoh et al.) beschrieben, auf die hier ausdrücklich für alle Zwecke Bezug genommen wird.
Sobald er aufgetragen ist, wird der feste Elektrolyt in den meisten Ausführungsformen geflickt. Das Flicken kann nach jeder Auftragung einer festen Elektrolytschicht erfolgen, oder es kann nach der Auftragung der gesamten Beschichtung erfolgen. In einigen Ausführungsformen kann der feste Elektrolyt zum Beispiel geflickt werden, indem man den Pressling in eine Elektrolytlösung, wie eine Lösung von Phosphorsäure und/oder Schwefelsäure, eintaucht und danach eine konstante Spannung an die Lösung anlegt, bis die Stromstärke auf ein vorgewähltes Niveau reduziert ist. Falls gewünscht, kann dieses Flicken in mehreren Schritten erfolgen. Zum Beispiel wird in einer Ausführungsform zuerst ein Pressling mit einer Beschichtung aus leitfähigem Polymer in Phosphorsäure getaucht, und es werden etwa 20 Volt angelegt, und dann wird er in Schwefelsäure getaucht, und es werden etwa 2 Volt angelegt. In dieser Ausführungsform kann die Verwendung der zweiten, bei niedriger Spannung eingesetzten Schwefelsäurelösung oder Toluolsulfonsäure dabei helfen, die Kapazität zu erhöhen und den Verlustfaktor (DF) des resultierenden Kondensators zu reduzieren. Nach der Auftragung eines Teils oder der gesamten oben beschriebenen Schichten kann der Pressling dann gegebenenfalls gewaschen werden, um verschiedene Nebenprodukte, überschüssige Katalysatoren usw. zu entfernen. Weiterhin kann in manchen Fällen nach einem Teil oder den gesamten oben beschriebenen Tauchvorgängen getrocknet werden. Ein Trocknen kann zum Beispiel wünschenswert sein, nachdem der Katalysator aufgetragen und/oder nachdem der Pressling gewaschen wurde, um die Poren des Presslings zu öffnen, so dass er bei anschließenden Tauchschritten eine Flüssigkeit aufnehmen kann.
Falls gewünscht, kann auf das Teil gegebenenfalls eine externe Beschichtung aufgetragen werden. Die externe Beschichtung kann wenigstens eine kohlenstoffhaltige Schicht und wenigstens eine Metallschicht, die über der kohlenstoffhaltigen Schicht liegt, enthalten. Die Metallschicht kann als lötbarer Leiter, Kontaktschicht und/oder Ladungskollektor für den Kondensator wirken und kann aus einem leitfähigen Metall, wie Kupfer, Nickel, Silber, Zink, Zinn, Palladium, Blei, Kupfer, Aluminium, Molybdän, Titan, Eisen, Zirconium, Magnesium und Legierungen davon, gebildet werden. Silber ist ein besonders gut geeignetes leitfähiges Metall zur Verwendung in der Schicht. Die kohlenstoffhaltige Schicht kann den Kontakt zwischen der Metallschicht und dem festen Elektrolyten, der ansonsten den Widerstand des Kondensators erhöhen würde, einschränken. Die kohlenstoffhaltige Schicht kann aus einer Vielzahl bekannter kohlenstoffhaltiger Materialien bestehen, wie Graphit, Aktivkohle, Ruß usw. Die Dicke der kohlenstoffhaltigen Schicht liegt typischerweise im Bereich von etwa 1 μm bis etwa 50 μm, in einigen Ausführungsformen etwa 2 μm bis etwa 30 μm und in einigen Ausführungsformen etwa 5 μm bis etwa 10 μm. Ebenso liegt die Dicke der Metallschicht typischerweise im Bereich von etwa 1 μm bis etwa 100 μm, in einigen Ausführungsformen etwa 5 μm bis etwa 50 μm und in einigen Ausführungsformen etwa 10 μm bis etwa 25 μm.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele besser verständlich.
Beispiel 1
Zunächst wurde Tantalpulver (spezifische Ladung 59 750 CV/g) zu Presslingsproben mit einer Länge von 5,1 mm, einer Breite von 3,7 mm und einer Dicke von 0,9 mm gepresst. Tantaldraht (0,24 mm Durchmesser) wurde während des Pressschritts in die Anodenpresslinge eingefügt. Die Presslinge wurde bei 1320°C im Vakuum gesintert und bei 12 V in 0,1%-igem Phosphorsäureelektrolyt anodisiert, um Kondensatoren mit 330 Mikrofarad bei 120 Hz herzustellen. Dann wurde eine Kathode aus leitfähigem Polymer gebildet, wobei nacheinander aufgetragenes CLEVIOS^TM C (Eisen(III)toluolsulfonat) und CLEVIOS^TM M (3,4-Ethylendioxythiophen) verwendet wurde. Insbesondere wurde CLEVIOS^TM C in Butanol-Lösungsmittel gelöst und als Tauchlösung auf die Presslinge aufgetragen. Die Presslinge wurden dann getrocknet, um Lösungsmittel daraus zu entfernen. Danach wurden die Presslinge in einer Losung, die CLEVIOS^TM M enthielt, eingetaucht. Dann wurden die Presslinge in 0,1%-iger Phosphorsäure reanodisiert und zwei (2) Stunden lang bei Raumtemperatur getrocknet. Sechs (6) wiederholte Tauchvorgänge wurden nacheinander durchgeführt, um eine konsistente äußere Polymerschicht aufzubauen. Externe Kohlenstoff- und Silberschichten wurden gebildet, um das Herstellungsverfahren der Anoden abzuschließen.

Sobald sie gebildet wurden, wurden die Kondensatorelemente an einem einzigen Leiterrahmen auf Kupferbasis, der einen flachen Kathoden-Endteil (Paddel) und eine U-förmige Vertiefung zur Befestigung des Anodenanschlusses (Anoden-Endteil) aufwies, befestigt. Insbesondere wurde der Kathoden-Endteil mit einem Silberkleber an der unteren Fläche des Kondensatorelements befestigt. Der Anodenanschluss wurde so justiert, dass der Anschlussdraht in geeigneter Weise auf der U-förmigen Vertiefung ”aufsaß”, und dann wurde er durch Laserschweißen daran befestigt. Sobald das Kondensatorelement befestigt war, wurde der Leiterrahmen in einem Epoxidharz eingebettet, und die exponierten Endteile wurden entlang der Außenseite des Gehäuses gebogen. Die Kapazität (bei 120 Hz) und der ESR (bei 100 Hz) jedes Teils wurden bei Raumtemperatur gemessen, wobei ein HP4192A-Impedanzanalysator verwendet wurde. Die Teile wurden dem Standardprofil zum bleifreien Reflow-Löten (255°C Spitzentemperatur) unterzogen und dann mit Hilfe derselben Gerätschaft erneut gemessen. In der folgenden Tabelle 1 sind die Medianwerte der Ergebnisse von drei getesteten Proben (90 Teile für jede Probe) zusammengefasst. Tabelle 1

	Medianwert (vor dem Reflow-Löten)		Medianwert (nach dem Reflow-Löten)
	Kapazität (μF) (120 Hz)	ESR (mOhm) (100 kHz)	Kapazität (μF) (120 Hz)	ESR (mOhm) (100 kHz)	ESR-Differenz (mOhm)
Probe A	315,2	20,1	308,2	28,8	8,7
Probe B	322,3	21,2	316,1	29,7	8,5
Probe C	305,1	22,3	305,7	30,5	8,2

Wie angegeben, waren die ESR-Werte nach dem Reflow-Löten signifikant erhöht. Vermutlich ist diese Erhöhung des ESR zum Teil auf den erheblichen Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten-Differenzen im Kondensator zurückzuführen, die intensive thermisch-mechanische Spannungen verursachen.
Beispiel 2
Kondensatoren wurden gebildet, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, außer dass auch ein zweiter Leiterrahmen eingesetzt wurde. Der zweite Leiterrahmen war insofern mit dem ersten Leiterrahmen identisch, als er ebenfalls einen flachen Kathoden-Endteil (Paddel) und eine U-förmige Vertiefung zur Befestigung des Anschlusses (Anoden-Endteil) aufwies. Der Kathoden-Endteil des zweiten Leiterrahmens war mit Hilfe eines Silberklebers an der oberen Fläche des Kondensatorelements befestigt (wie es hier gezeigt und beschrieben ist). Die U-förmige Vertiefung des zweiten Leiterrahmens wurde so justiert, dass sie den Anodenanschluss aufnahm, und dann durch Laserschweißen daran befestigt.

Sobald das Kondensatorelement in einer solchen ”Sandwich”-Konfiguration befestigt war, wurden die Leiterrahmen in einem Epoxidharz eingebettet, und die exponierten Endteile wurden entlang der Außenseite des Gehäuses gebogen. Die Kapazität (bei 120 Hz) und der ESR (bei 100 kHz) jedes Teils wurden bei Raumtemperatur gemessen, wobei ein HP4192A-Impedanzanalysator verwendet wurde. Die Teile wurden dem Standardprofil zum bleifreien Reflow-Löten (255°C Spitzentemperatur) unterzogen und dann mit Hilfe derselben Gerätschaft erneut gemessen. In der folgenden Tabelle 2 sind die Medianwerte der Ergebnisse von drei getesteten Proben (90 Teile für jede Probe) zusammengefasst. Tabelle 2

	Medianwert (vor dem Reflow-Löten)		Medianwert (nach dem Reflow-Löten)
	Kapazität (μF) (120 Hz)	ESR (mOhm) (100 kHz)	Kapazität (μF) (120 Hz)	ESR (mOhm) (100 kHz)	ESR-Differenz (mOhm)
Probe D	331,2	17,9	326,1	22,3	4,4
Probe E	323,4	18,8	318,4	21,1	2,3
Probe F	341,8	17,4	337,2	20,9	3,5

Wie angegeben, war die Erhöhung des ESR bei diesen Proben wesentlich geringer, als es bei dem Kondensator mit dem einzelnen Leiterrahmen von Beispiel 1 beobachtet wurde.
Diese und andere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung können vom Fachmann praktisch umgesetzt werden, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem sollte man sich darüber im Klaren sein, dass Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen ganz oder teilweise gegeneinander ausgetauscht werden können. Weiterhin wird der Fachmann anerkennen, dass die obige Beschreibung nur beispielhaften Charakter hat und die Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen näher beschrieben ist, nicht einschränken soll.

1. Kondensatorbaugruppe, umfassend: ein Kondensatorelement, das eine Anode, eine die Anode bedeckende dielektrische Schicht und eine die dielektrische Schicht bedeckende Kathode, die einen festen Elektrolyten umfasst, umfasst, wobei das Kondensatorelement eine obere Fläche und eine entgegengesetzte untere Fläche definiert; einen Anodenanschluss, der sich in einer Richtung von dem Kondensatorelement weg erstreckt und elektrisch mit der Anode verbunden ist; einen ersten Anoden-Endteil, der elektrisch mit dem Anodenanschluss verbunden ist; einen ersten Kathoden-Endteil, der einen ersten Teil enthält, der sich im Wesentlichen parallel zu und in elektrischem Kontakt mit der unteren Fläche des Kondensatorelements befindet; einen zweiten Kathoden-Endteil, der einen zweiten Teil enthält, der sich im Wesentlichen parallel zu und in elektrischem Kontakt mit der oberen Fläche des Kondensatorelements befindet; und ein Gehäuse, das das Kondensatorelement einbettet und wenigstens einen Teil des ersten Kathoden-Endteils, des zweiten Kathoden-Endteils, des ersten Anoden-Endteils oder einer Kombination davon exponiert lässt.
2. Kondensatorbaugruppe gemäß Punkt 1, wobei der erste Anoden-Endteil einen dritten Teil enthält, der sich in einem Winkel relativ zu der Richtung des Anodenanschlusses befindet, wobei der dritte Teil eine nach oben weisende Vertiefung definiert, die einen unteren Abschnitt des Anodenanschlusses aufnimmt.
3. Kondensatorbaugruppe gemäß Punkt 2, die weiterhin einen zweiten Anoden-Endteil umfasst, der einen vierten Teil enthält, welcher sich in einem Winkel relativ zu der Richtung des Anodenanschlusses befindet, wobei der vierte Teil eine nach unten weisende Vertiefung definiert, die einen oberen Abschnitt des Anodenanschlusses aufnimmt.
4. Kondensatorbaugruppe gemäß Punkt 3, wobei sich der Anodenanschluss zwischen den nach oben und nach unten weisenden Vertiefungen befindet und in elektrischem Kontakt mit diesen steht.
5. Kondensatorbaugruppe gemäß Punkt 4, wobei die Vertiefungen passend aufeinandergelegt sind.
6. Kondensatorbaugruppe gemäß Punkt 4, wobei die nach oben weisende Vertiefung, die nach unten weisende Vertiefung oder beide eine U-Form aufweisen.
7. Kondensatorbaugruppe gemäß Punkt 1, wobei die Anode Tantal, Niob oder ein elektrisch leitfähiges Oxid davon umfasst.
8. Kondensatorbaugruppe gemäß Punkt 1, wobei der feste Elektrolyt Mangandioxid, ein leitfähiges Polymer oder eine Kombination davon umfasst.
9. Verfahren zur Bildung einer Kondensatorbaugruppe, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Festelektrolytkondensatorelements, von dem sich ein Anodenanschluss in einer Richtung weg erstreckt; Positionieren des Kondensatorelements auf einem ersten Leiterrahmen, der einen ersten Anoden-Endteil und einen ersten Kathoden-Endteil enthält, wobei der erste Kathoden-Endteil einen ersten Teil enthält, der sich im Wesentlichen parallel zu einer unteren Fläche des Kondensatorelements und in elektrischem Kontakt damit befindet, und wobei der erste Anoden-Endteil eine Vertiefung enthält, innerhalb derer der Anodenanschluss aufgenommen wird; elektrisches Verbinden des Anodenanschlusses mit dem ersten Anoden-Endteil; Positionieren eines zweiten Leiterrahmens auf dem Kondensatorelement, der einen zweiten Kathoden-Endteil enthält, wobei der zweite Kathoden-Endteil einen zweiten Teil enthält, der sich im Wesentlichen parallel zu einer oberen Fläche des Kondensatorelements und in elektrischem Kontakt damit befindet; und elektrisches Verbinden des Kondensatorelements mit dem ersten und dem zweiten Kathoden-Endteil.
10. Verfahren gemäß Punkt 9, wobei sich ein leitfähiger Kleber zwischen dem ersten Teil des ersten Kathoden-Endteils und der unteren Fläche des Kondensatorelements befindet.
11. Verfahren gemäß Punkt 9, wobei sich ein leitfähiger Kleber zwischen dem zweiten Teil des zweiten Kathoden-Endteils und der oberen Fläche des Kondensatorelements befindet.
12. Verfahren gemäß Punkt 9, wobei der Anodenanschluss durch Laserschweißen an der Vertiefung am ersten Anoden-Endteil befestigt wird.
13. Verfahren gemäß Punkt 9, wobei der erste Anoden-Endteil einen dritten Teil enthält, der sich in einem Winkel relativ zu der Richtung des Anodenanschlusses befindet, wobei der dritte Teil eine nach oben weisende Vertiefung definiert, die einen unteren Abschnitt des Anodenanschlusses aufnimmt.
14. Verfahren gemäß Punkt 13, wobei der zweite Leiterrahmen weiterhin einen zweiten Anoden-Endteil umfasst, der einen vierten Teil enthält, der sich in einem Winkel relativ zu der Richtung des Anodenanschlusses befindet, wobei der vierte Teil eine nach unten weisende Vertiefung definiert, die einen oberen Abschnitt des Anodenanschlusses aufnimmt.
15. Verfahren gemäß Punkt 14, wobei sich der Anodenanschluss zwischen den nach oben und nach unten weisenden Vertiefungen befindet und in elektrischem Kontakt mit diesen steht.
16. Verfahren gemäß Punkt 15, wobei die Vertiefungen passend aufeinandergelegt sind.
17. Verfahren gemäß Punkt 9, wobei die Vertiefung eine U-Form aufweist.
18. Verfahren gemäß Punkt 9, das weiterhin das Einbetten des Kondensatorelements in einem Gehäuse in einer solchen Weise umfasst, dass wenigstens ein Teil des ersten Kathoden-Endteils, des zweiten Kathoden-Endteils, des ersten Anoden-Endteils oder einer Kombination davon exponiert bleibt.
19. Verfahren gemäß Punkt 9, wobei das Kondensatorelement eine Anode, eine die Anode bedeckende dielektrische Schicht und eine die dielektrische Schicht bedeckende Kathode, die einen festen Elektrolyten umfasst, umfasst.

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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Zitierte Nicht-Patentliteratur

(B. E. T.) von Brunauer, Emmet und Teller, Journal of American Chemical Society, Band 60, 1938, S. 309 [0028]

Claims

Kondensatorbaugruppe, umfassend: ein Kondensatorelement, das eine Anode, eine die Anode bedeckende dielektrische Schicht und eine die dielektrische Schicht bedeckende Kathode, die einen festen Elektrolyten umfasst, umfasst, wobei das Kondensatorelement eine obere Fläche und eine entgegengesetzte untere Fläche definiert; einen Anodenanschluss, der sich in einer Richtung von dem Kondensatorelement weg erstreckt und elektrisch mit der Anode verbunden ist; einen ersten Anoden-Endteil, der elektrisch mit dem Anodenanschluss verbunden ist; einen ersten Kathoden-Endteil, der einen ersten Teil enthält, der sich im Wesentlichen parallel zu und in elektrischem Kontakt mit der unteren Fläche des Kondensatorelements befindet; einen zweiten Kathoden-Endteil, der einen zweiten Teil enthält, der sich im Wesentlichen parallel zu und in elektrischem Kontakt mit der oberen Fläche des Kondensatorelements befindet; und ein Gehäuse, das das Kondensatorelement einbettet und wenigstens einen Teil des ersten Kathoden-Endteils, des zweiten Kathoden-Endteils, des ersten Anoden-Endteils oder einer Kombination davon exponiert lässt.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 1, wobei der erste Anoden-Endteil einen dritten Teil enthält, der sich in einem Winkel relativ zu der Richtung des Anodenanschlusses befindet, wobei der dritte Teil eine nach oben weisende Vertiefung definiert, die einen unteren Abschnitt des Anodenanschlusses aufnimmt.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 2, die weiterhin einen zweiten Anoden-Endteil umfasst, der einen vierten Teil enthält, welcher sich in einem Winkel relativ zu der Richtung des Anodenanschlusses befindet, wobei der vierte Teil eine nach unten weisende Vertiefung definiert, die einen oberen Abschnitt des Anodenanschlusses aufnimmt.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 3, wobei sich der Anodenanschluss zwischen den nach oben und nach unten weisenden Vertiefungen befindet und in elektrischem Kontakt mit diesen steht.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 4, wobei die Vertiefungen passend aufeinandergelegt sind.
Kondensatorbaugruppe gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei die nach oben weisende Vertiefung, die nach unten weisende Vertiefung oder beide eine U-Form aufweisen.
Kondensatorbaugruppe gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anode Tantal, Niob oder ein elektrisch leitfähiges Oxid davon umfasst.
Kondensatorbaugruppe gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der feste Elektrolyt Mangandioxid, ein leitfähiges Polymer oder eine Kombination davon umfasst.
Verfahren zur Bildung der Kondensatorbaugruppe, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Festelektrolytkondensatorelements, von dem sich ein Anodenanschluss in einer Richtung weg erstreckt; Positionieren des Kondensatorelements auf einem ersten Leiterrahmen, der einen ersten Anoden-Endteil und einen ersten Kathoden-Endteil enthält, wobei der erste Kathoden-Endteil einen ersten Teil enthält, der sich im Wesentlichen parallel zu einer unteren Fläche des Kondensatorelements und in elektrischem Kontakt damit befindet, und wobei der erste Anoden-Endteil eine Vertiefung enthält, innerhalb derer der Anodenanschluss aufgenommen wird; elektrisches Verbinden des Anodenanschlusses mit dem ersten Anoden-Endteil; Positionieren eines zweiten Leiterrahmens auf dem Kondensatorelement, der einen zweiten Kathoden-Endteil enthält, wobei der zweite Kathoden-Endteil einen zweiten Teil enthält, der sich im Wesentlichen parallel zu einer oberen Fläche des Kondensatorelements und in elektrischem Kontakt damit befindet; und elektrisches Verbinden des Kondensatorelements mit dem ersten und dem zweiten Kathoden-Endteil.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der erste Anoden-Endteil einen dritten Teil enthält, der sich in einem Winkel relativ zu der Richtung des Anodenanschlusses befindet, wobei der dritte Teil eine nach oben weisende Vertiefung definiert, die einen unteren Abschnitt des Anodenanschlusses aufnimmt.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei der zweite Leiterrahmen weiterhin einen zweiten Anoden-Endteil umfasst, der einen vierten Teil enthält, der sich in einem Winkel relativ zu der Richtung des Anodenanschlusses befindet, wobei der vierte Teil eine nach unten weisende Vertiefung definiert, die einen oberen Abschnitt des Anodenanschlusses aufnimmt.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei sich der Anodenanschluss zwischen den nach oben und nach unten weisenden Vertiefungen befindet und in elektrischem Kontakt mit diesen steht.
Verfahren gemäß Anspruch 9, das weiterhin das Einbetten des Kondensatorelements in einem Gehäuse in einer solchen Weise umfasst, dass wenigstens ein Teil des ersten Kathoden-Endteils, des zweiten Kathoden-Endteils, des ersten Anoden-Endteils oder einer Kombination davon exponiert bleibt.