DE2109619B2

DE2109619B2 - Verfahren zum einbauen eines festelektrolytkondensators in ein gehaeuse

Info

Publication number: DE2109619B2
Application number: DE19712109619
Authority: DE
Inventors: John; Raschiotto Roger James; Greenville S.C. Piper (V.StA.)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1970-03-02
Filing date: 1971-03-01
Publication date: 1976-12-16
Also published as: DE2109619A1; GB1339166A; US3611054A; CA918763A; JPS5024015B1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung nes Kondensators mit einem Sinterkörper und einer nodenzulcitung aus formierbarem Metall, dessen berfläche mit einer dielektrischen Oxydschicht, einem jstelcktrolyten und einer metallisierten Graphithicht überzogen ist und der in einer Metallhülse igeordnet ist. die oben mit einem mit einer urchführungsöffnung für den Anodenzuleitungsdraht is lötfähigem Metall versehenen Gehäusedeckel aus elektrischem Material und unten durch eine Lötmasse :rschlossen ist.
Tantalfestelektrolytkondensatoren, wie sie in der US-Patentschrift 31 66 603 beschrieben sind, haben wegen ihrer ausgezeichneten Betriebscharakteristiken und vor allem wegen ihres hohen Raumausnutzungsgra des, d. i. Kapazität ■ Nennspannung je Volumeneinheit, weithin Aufnahme in der Elektro- und Gerä'.ebauindustrie gefunden. Ein solcher Kondensator ist durch einen porösen Anodenkörper aus gesinterten Partikeln eines formierbaren Metalls, üblicherweise Tantal, mit einem darin eingebetteten oder an ihn angelöteten Anodenzuleitungsdraht aus Tantal, eine auf der äußeren Oberfläche der Metallpartikel dieses Körpers durch Formieren erzeugten dielektrischen Oxydschicht, eine feste Elektrolytschicht und einer oder mehreren leitenden, das Mangandioxyd überdeckenden Schichten gekennzeichnet, die im allgemeinen aus Graphit und einer darüber aufgebrachten Metallisierung bestehen. Ein elektrischer Kontakt zur Kathode wird über die metallisierte Graphitschicht des Kondensatorkörpers, z. B. durch Anlöten eines Zuleitungsdrahtes in ihn oder ein Metallgehäuse hergestellt. An die Anodenzuleitung wird wegen der mangelnden Lötfähigkeit des Tantals üblicherweise ein lötfähiger Draht, z. B. aus Nicke!, geschweißt, bevor der Kondensator gekapselt oder in eine Schaltung eingebaut wird.

Der hohe Raumausnutzungsgrad des beschriebenen Festelektrolytkondensators wird jedoch herabgesetzt, wenn er ?um Schütze gegen Umwelteinflüsse, z. B. Temperaturschwankungen und Feuchtigkeit, die Einwirkung von Gasen und Flüssigkeiten oder mechanische Beanspruchungen, gekapselt wird. Entsprechend der Verbesserung dieses Schutzes vermindert sich jedoch, je nach Art der Verkapselung, der Raumausn.utzungsgrad. Während z. B. die Kapselung des Kondensators in einer mit Vergußmasse hinterfüllten Schrumpffolienhülle einen noch recht hohen Raumausnutzungsgrad ergibt, ist der sich dadurch ergebende Schutz gegen Umwelteinflüsse für viele Anwendungsfälle mit erhöhten Anforderungen offensichtlich nicht ausreichend. Umhüllungen mit Gießharz ergeben an sich eine vollständige Versiegelung mit einem etwas höheren Schutz gegen Umwelteinflüsse, bei der nur die äußeren Zuleitungen herausragen, jedoch ein größeres Einbaumaß. Auch ist der Schutz ungenügend, da Feuchtigkeit entlang den Zuleitungsdrähten eindringen kann. Derartige umgossene Kondensatoren sind zwar vorzüglich geeignet für viele Verwendungszwecke, doch die strengeren Anforderungen auf militärischen und industriellen Gebieten verlangen eine größere Sicherheit.

Das höchste Maß an Umweltschutz gewährt eine Einkapselung in hermetisch verschlossenen Metall-Keramik- oder Metall-Glas-Gehäusen. Um einen derartigen Kondensator herzustellen, wird der Anodenkörper in ein becherförmiges Gehäuse eingesetzt, in das ein kleines Stück Lötmetall gegeben ist. Durch Erhitzen des Gehäuses wird das Lötmetall um den Anodenkörper herumgeschmolzen, so daß er an der Innenseite des Gehäuses angelötet und dabei ein elektrischer Kontakt zur Kathode des Kondensators hergestellt wird. Daraufhin wird das Gehäuse mit einer Glasscheibe mit metallenem Rand und einem metallenem Durchführungsröhrchen für den Anodenzuleitungsdraht verschlossen, wobei der Anodendraht mit dem Röhrchen und der Rand der Scheibe mit dem Gehäuse verlötet wird. Ein sorgfältig in seinem Gehäuse verlöteter Kondensator kann beträchtlichen Temperaturschwankungen und anderen Umwelteinflüssen widerstehen und derartige Kondensatoren haben sich auch in der Raumfahrt ausgezeichnet bewährt. Die industrielle

Erstellung solcher lecksicheren Kondensatoren ist iedoch schwierig. Da der Anodenkörper hitzeempfindich ist, muß das Verlöten des Gehäuses mit seinem Deckel unter sorgfältig kontrollierten Tcinperaturbejingungen erfolgen, vor allem bei niedri geren Temperatüren und unter Verwendung von weichen Zinnlegierungen. Doch auch dann werden die Anoden des öfteren beschädigt. Auch können derartige Verschlüsse nicht in geeigneter Weise auf Gasdichtigkeit geprüft werden, jedenfalls nirtt vor Fertigstellen der Verkapselung.

Der hauptsächliche Nachteil ist jedoch, daß der Raumausnutzungsgrad solcher Kondensatoren erheblich herabgesetzt ist, üblicherweise auf V₅ oder weniger gegenüber dem ungekapselter Kondensatoren. Dies ergibt sich zunächst aus der Größe des Metallgehäuses und seiner Füllung mit Lötmetall; jedoch hat die Notwendigkeit, in dem Gehäuse Platz für die Schweißverbindung des Nickeldrahtes mit dem Tamalanodenzu- !eitungsdraht zu schaffen, einen sehr wesentlichen Anteil an dem vermehrten Raumbedarf und der Verminderung des Raumausnutzungsgrades. Grundsätzlich muß diese Verbindung innerhalb des Gehäuses hergestellt werden, da der Tantaldraht sich nicht mit der metallenen Durchführungsöffnung in der Glasscheibe verlöten läßt, wie das bei einem Nickeldraht möglich wäre. Zwar könnte man den Tantaldraht unmittelbar durch eine metallisierte öffnung in einen Keramikdekkel. besser als durch eine öffnung in Glas, herausführen und eine Schweißverbindung mit dem Tantaldraht und der Metallisierung des Keramikdeckels herstellen; das würde jedoch bedeuten, daß der Nickeldraht und der Tantaldraht außerhalb des Gehäuses verbunden ist, was die Gesamtlänge der äußeren Zuleitung erhöht. Zwar ist dann die Größe des Gehäuses vermindert, da die innere Schweißverbindung wegfällt, doch würde die tatsächliehe Größe de:· Kondensators ungefähr die gleiche bleiben, da der Raum, den er in einer Schaltung beansprucht, auch den dann aus dem Behälter herausragenden Tantaldraht einschließt. Deshalb zieht' man es vor, nur den Nickeldraht aus dem Behälter herausragen zu lassen, damit die Lötverbindung des Kondensators mit der Schaltung so nahe wie möglich an das Kondensatorengehäuse herangeführt werden kann; das ist besonders dann von Bedeutung, wenn bei Kondensatoren mit radialen Zuleitungen diese durch Öffnungen in der Unterlage von gedruckten Schaltungen gesteckt werden müssen.

Die beschriebenen Schwierigkeiten werden noch vermehrt bei der Herstellung von Tantal-Kleinkondensatoren, z. B. mit einer Einbaugröße von 12 :9,5 : 3,8 mm. Es besteht ein beträchtliches Interesse an Festelektrolytkondensatoren dieser Größe in vollständig verschlossenen Behältnissen und auch von noch kleineren für Mikro-Miniatur-Hybridschaltungen bestimmten Ausführungsformen. Es ist jedoch äußerst schwierig, eine solche Verkleinerung, insbesondere das Verschweißen des Zuleitungsdrahtes, den Anforderungen industrieller Fertigung anzupassen.

In der französischen Patentschrift 12 29 135 ist ein Festelektrolytkondensator beschrieben, der in einem oben mit einer Bohrung versehenen Glasplatte verschlossenen Stahlröhrchen gekapselt ist. Glasplatte und Stahlröhrchen sind durch Einpressen verbunden. Der Anodenkörper ist an seiner Unterseite mit dem Stahlröhrchen verlötet, wodurch zugleich dieses von unten her verschlossen ist. In der Bohrung der Glasplatte ist ein Metallröhrchen eingepreßt, durch das tier lötfähiae Anodenzuführungsdraht gezogen ist, der mit der Tantalanodenzuleitung mit den Drahtabschnittsflächen stumpf verlötet oder verschweißt ist Dieses stumpfe Verbinden der beiden Drähte mit einer so geringen Kontaktfläche ist eine schwierige Operation, die geringe Sicherheit für eine ausreichende Verbindung ergibt Sie muß außerhalb des Gehäuses an dem frei liegenden Kondensatorkörper ausgeführt werden. Es ergibt sich dadurch die Notwendigkeit, den mit der Anodenzuleitung verbundenen Anodenzuführungsdraht durch die öffnung in der Glasplatte von deren Innenseite im Gehäuse her einzufädeln und durchzuführen, was ebenfalls eine schwierige, eine Massenproduktion ausschließende Operation ist. Auch ergibt das Verbinden der Glasplatte mit den die Gehäusewandung bildenden Stahlröhrchen und den seine Bohrung ausfütternden Metaliröhrchen keinen sicheren gasdichten Verschluß.

In den französischen Patentschriften 14 30 795, 15 68 992, in der französischen Offenlegungsschrift 20 00 256, den US-Patentschriften 35 86 924 und 31 89 797 wird jewei's ein überkreuzendes Verlöten oder Verschweißen des äußeren und lötfähigen Anodenzuführungsdrahtes mit der Tantalanodenzuleitung vorgeschlagen, was einfacher zu bewerkstelligen ist und eine sichere Verbindung ergibt. Diese Verbindung ist jedoch einerseits für in isolierende Kunststoffmasse getauchte oder vergossene Kondensatoren vorgesehen, um einen größeren Halt des kleinen Kondensatorkörpers in der Kunststoffumhüllung zu erzielen und um den Anodenzuführungsdraht in dieser besser zu verankern. Andererseits ist in der letztgenannten Patentschrift ein gekapselter Kondensator beschrieben, bei dem sowohl der Anoden- wie der Kathodenzuführungsdraht in der genannten Weise mit einer Anoden- bzw. Kathodenzuleitung verbunden ist. Durch diese Drahtanordnung soll jedoch der Kondensatorkörper frei und ohne jeden Kontakt mit dem Gehäuse in diesem gehalten werden. Es entsteht dadurch ein sehr großer Raumbedarf.

Demgegenüber ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von vollständig verschlossenen Festelektrolytkondensatoren mit hohem Raumausnützungsgrad und hoher Zuverlässigkeit, insbesondere solcher in Mikro-Miniaturcinbaugröße, wobei Handarbeit in geringerem Umfang zur Anwendung kommen soll, ohne daß dadurch die Zuverlässigkeit der mit ihm erhaltenen Kondensatoren vermindert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst. daß der Gehäusedeckel an seinem Rand metallisiert und durch Hochtemperatur- oder Hartlötverfahren mit der Metallhülse gasdicht verbunden wird und sodann der Anodenzuleitungsdraht aus lötfähigem Metall von außen durch die Durchführungsöffnung des Gehäusedeckels gezogen, L-förmig gebogen und mit der Anodenzuleitung mit seinem waagerechten Schenkel rechtwinklig verschweißt w,rd und daß sodann mit ihm der Kondensatorkörper in das Gehäuse bis an den Gehäusedeckel hereingezogen und eine abdichtende Verbindung zwischen dem Ar.odenzuleitungsdraht und ü*.r Durchführungsöffnung hergestellt wird und schließlich die untere öffnung des Gehäuses unter Herstellen einer elektrisch leitenden Lötverbindung zwischen der metallisierten Oberfläche des Kondensatorkörpers und der Metallhülse durch Verlöten verschlossen wird. Es ist zweckmäßig, daß die untere öffnung des Gehäuses durch Eintauchen in ein erhitztes Bad aus Lötmetall verschlossen wird. Ferner wird vorgeschlagen, daß der Gehäusedeckel eine weitere Durc'nführungsöffnung für

den Kathodenzuführungsdraht aufweist und daß ein den Anodenzuführungsdraht bildender Schenkel eines haarnadelförmig gebogenen Drahtes aus lötfähigem Metall durch die eine Durchführungsöffnung und der andere den Kathodenzuführungsdraht bildende Schenkel durch die andere Durchführungsöffnung von außen durchgezogen werden und daß der Kathodenzuführungsdraht mit der metallisierten Oberfläche des Kondensatorkörpers vor dessen Einziehen in das Gehäuse verlötet wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben: Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische schematische Darstellung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kondensators,

Fig. 2A —K perspektivische Darstellungen und Schnitte, die das erfindungsgemäße Verfahren erläutern,

F i g. 3 eine andere Ausführungsform eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kondensators,

F i g. 4A — E eine Reihe von perspektivischen Darstellungen und Schnitten, die das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer anderen Ausführungsform erläutern,

F i g. 5A und B schematische perspektivische Darstellungen der Ober- und Unterseite des Gehäusedeckels eines Kondensatorgehäuses,

Fig.6 einen Schnitt durch einen Kondensator mit einem in F i g. 5 dargestellten Gehäusedeckel.

In Fig. 1 ist ein vollständig verschlossener Festelektrolytkondensator mit radialen Zuleitungen dargestellt. Er ist in einem Gehäuse gekapselt, das aus einem Gehäusedeckel aus keramischem Werkstoff und einem mit diesem verbundenen Gehäusemantel ti aus Metall besteht. Die Unterseite des letzteren (in F i g. 1 nicht dargestellt) ist mit Lötmetall abgeschlossen. Der Gehäusedeckel 12 weist auf seinen Seiten 14 einen Metallrand 13 auf. der mit schmalen Streifen 16 seine Oberfläche und mit einem ebensolchen Streifen seine Unterseite umgreift (letzteres ist in F i g. 1 nicht dargestellt). Der Gehäusedeckel ist mit dem Gehäusemantel durch Löten bei hohen Temperaturen oder Hartlöten oder durch ein anderes Verfahren verbunden. Die Herstellung dieser Verbindung bei hohen Temperaturen ist deshalb möglich, weil der Kondensatorkörper erst nachträglich in das Gehäuse eingesetzt wird. In dem Gehäusedeckel ist eine Durchführungsöffnung 17 vorgesehen, deren Innenseite metallisiert ist und deren öffnung nach der Oberfläche 15 des Deckelteiles mit einem metallisierten Rand 18 versehen ist Ein Draht 19 aus lötfähigem Metall, z. B. aus mit Lötmetall überzogenem Nickel, ist durch die Durchführungsöffnung 17 aus dem Inneren des Gehäuses herausgeführt, in dem er mit der Anodenzuleitung 27 des Kondensatorkörpers verschweißt ist. Diese Verschweißung wurde vor dem Einsetzen des Kondensators in das Gehäuse vorgenommen. Der Draht 19 ist in der Durchführungsöffnung 17 unter Bilden einer Hohlkehle 20 aus Lötmetall zwischen ihm und dem metallisierten Rand 18 eingelötet Er ist durch den keramischen Gehäusedeckel 15 gegenüber dem Metallrand 13, dessen Seitenstreifen 16 und dem Gehäusemantel 11 isoliert und bildet die äußere Anodenzuleitung des gekapselten Kondensators.

Die Kathodenzuleitung, die ebenfalls aus Nickel bestehen kann, ist an einer Metallfläche 22 an der Oberfläche 15 des Gehäusedeckels 12 angeordnet Im dargestellten Fall ist der Kathodenzuleitungsdraht 21 nicht durch eine öffnung im Kopfteil gezogen, sondern mit der Hohlkehle 23 aus Lötmetall mit der Metallfläche 22 durch Löten verbunden. Der Kathodenzuleitungsdraht 21 steht mit dem Kathodenkörper über das mit dem Gehäusemantel 11 verbundene Metallteil 22 mit dem Kondensator, der in den Gehäusemantel 11 eingelötet ist, in einer einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweisenden elektrischen Verbindung.
In den Fig. 2A bis K ist das Herstellungsverfahren

ίο des in Fig. 1 gezeigten Kondensators in seinen einzelnen Stufen dargestellt. In Fig.2A ist 25 eine offene Hülse mit rechteckigem Querschnitt aus dünnem Blech, z. B. aus mit Silber und danach mit Lötmetall überzogenem Messing, die den Gehäusemantel 11 des Kondensators bildet. Im vorliegenden Fall ist der Kondensatorkörper 26 gemäß F i g. 2E ein rechteckiger Körper. Ist er zylindrisch oder kugelförmig, so ist ein runder Querschnitt für die Hülse 25 zweckmäßig. Die Seitenlängen der Hülse 25 Wund L sind so bemessen, daß sie nur einen schmalen Spaltraum um den Kondensatorkörper für das Lötmetall frei lassen, mit dem dieser mit dem Gehäusemantel verbunden wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Abmessungen der Hülse möglichst klein zu halten.

Die obere öffnung 28 der Hülse 25 wird mit dem Gehäusedeckel 29 abgeschlossen, der die gleichen Abmessungen Wund L besitzt, so daß er auf der Hülse 25 aufliegt, wie dies F i g. 2D darstellt. Der Gehäusedekkel 29 ist aus einem temperaturfesten isolierenden Werkstoff, in diesem Fall eine durch Sintern und Pressen aus einem keramischen Material auf Aluminiumoxydbasis hergestellte Scheibe 30. Ihre Ränder sind metallisiert, z. B. durch Ansintern einer Metallegierung von hohem Schmelzpunkt, wie z. B. Mangan-Molybdän oder Mangan-Wolfram. Die metallisierten Zonen der dargestellten Scheibe umfassen deren Seiten 31 und einen schmalen Streifen 32 rund um ihre Oberfläche, wie dies Fig. 2B darstellt und ebenso einen schmalen Streifen 33 auf ihrer Unterseite, wie dies F i g. 2C zeigt.

Ferner ist auf der Oberseite der Scheibe eine metallisierte Fläche 35 ausgebildet die sich vom Streifen 32 bis über den Punkt 36 hinaus erstreckt, an dem die Kathodenzuleitung angeordnet wird. Die Unterseite 34 der Scheibe weist keine derartig metallisierte Fläche wie die Oberseite der Scheibe auf.

In der Scheibe 30 ist eine Durchführungsöffnung 38 für die Anodenzuleitung vorgesehen. Ihr Abstand zu dem Ansatzpunkt 36 der Kathodenzuleitung ist zweckmäßigerweise entsprechend der Größe des Gehäuses genormt, so daß die Einheit in einer gedruckten Schaltung befestigt werden kann, die ein gleichmäßiges Muster für die Durchführungsöffnungen der Zuleitungsdrähte aufweist Die Innenwandung 40 der Durchführungsöffnung 38 ist ebenfalls metallisiert (F i g. 2F), wobei diese Metallisierung sich auch auf den Rand 41 in der Oberfläche der Scheibe 30 und den Rand 42 auf deren Unterseite 34 erstreckt Der Gehäusedekkel 29 ist auf der oberen öffnung 28 der Hülse 25 aufgesetzt, und zwar so, daß der Streifen 33 an seiner Unterseite 34 auf dem Rand der öffnung 28 aufliegt. Beide Teile sind an ihren Berührungsflächen mit Lötmetall beschichtet, so daß sie unter Anwendung von Hitze und Druck zu dem einen Gehäuse verbunden werden können, wie F i g. 2D es darstellt

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist es, daß der Gehäusedeckel 29 vor Einsetzen des Kondensatorkörpers mit der Hülse 25 verbunden wird. Auf diese Weise können dafür zuverlässige Metallverbindungsverfahren,

«vie ζ. B. Hartlöten zur Anwendung kommen, ohne daß die temperaturempfindliche Kondensatoranode durch die hohe Temperaturbelastung beschädigt wird.

In bekannten Verfahren wird zunächst der Kondensator in das Gehäuse eingesetzt, worauf der Gehäusedekkel mit diesem durch Löten verbunden wird. Wegen des kleinen Abstandes zwischen der Anode und den Lötstellen kommen nur Weichlötmetalle mit niedrigen Schmelztemperaturen dafür in Frage. Z. B. werden vielfach Blei-Zinn-Legierungen auf der Basis von 60% Sn zu 40% Pb mit einem Schmelzpunkt bis zu 190⁰C verwendet, da die meisten Kondensatoren 200⁰C übersteigende Temperaturen nicht vertragen. Da das Verschließen des Spaltes zwischen Gehäusedeckel und -mantel durch flüssiges Lötmetall in erster Linie von einem Kapillareffekt abhängt, wäre es an sich zweckmäßig, möglichst hohe Löttemperaturen zu verwenden, um ein Erstarren des Lötmetalls zu vermeiden, bevor es in alle abzuschließende Öffnungen eingedrungen ist. Dies ist aber nicht möglich, wenn der Kondensator bereits in das zu verlötende Gehäuse eingesetzt ist, so daß sehr oft die Gehäuse nicht vollständig verschlossen werden. Auch ist eine Kontrolle vor Einsetzen des Kondensators nicht möglich. Aber auch bei Erkennen bestehender Fehler ist deren Ausbesserung aufwendiger, als wenn der unzureichende Abschluß vor Fertigstellen des Kondensators festgestellt werden kann. Zwar gibt es verbesserte Kondensatoranoden, die Temperaturen bis 300° C vertragen, doch können auch diese bei den genannten Temperaturen, wie sie eine zuverlässige Verlötung erfordert, beschädigt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht jedoch eine vollständig dichte Verbindung des Gehäusedeckels und -mantels, da bei ihr eine Beschädigung der Anode durch die notwendige Wärmebelastung nicht zu befürchten ist. Dazu kommt, das die Gasdichtheit der Lötverbindung vor Einsetzen des Kondensators in das Gehäuse nachgeprüft werden kann, z. B. indem man das Gehäuse unter Verschluß der Durchführungsöffnung 38 unter Druck setzt, oder daß man fluoreszierende Farbstoffe verwendet. Schadstellen lassen sich dann ausbessern.

Es können Hochtemperaturlötverfahren mit Schmelztemperaturen des Lötmetalls von mehr als 22O⁰C zur Anwendung kommen. Z.B. kann eine Silberbleilegierung mit einem Schmelzpunkt von 380°C oder eine Silberbleizinnlegierung mit einem Schmelzpunkt von 300⁰C verwendet werden, um die sich aus dem Silberanteil ergebende höhere Festigkeit, Widerstandfähigkeit gegen Korrosion und bessere elektrische Leitfähigkeit auszunutzen. Auch Hartlöten ist möglich, bei dem silberhaltige Hartlötlegierungen Verwendung finden können, die oberhalb 425° C schmelzen.

Sind Gehäusemantel und -deckel miteinander verbunden, wie dies F i g. 2D zeigt, wonach zweckmäßigerweise eine Kontrolle auf Gasundichtigkeit vorgenommen wird, kann der Kondensatorkörper in das Gehäuse eingesetzt werden. Dies ist, wie Fig.2E zeigt, ein poröser Körper aus gesinterten Partikeln eines formierbaren Metalls, gewöhnlich Tantal, mit einer in ihn eingebetteten oder auf ihn aufgeschweißten inneren Anodenzuleitung 27 aus Tantal in Form eines kurzen Drahtabschnittes. Dieser Sinterkörper wurde in vorausgehenden Verfahren in bekannter Weise mit den aufeinanderfolgenden Schichten überzogen: einer dielektrischen Oxydschicht auf seinen außenliegenden Oberflächen und Poren, einer festen Elektrolytschicht aus Mangandioxyd, einer Graphitschicht und einer Metallisierung, z. B. einem Silberlack. Oft wild darüber noch eine Lötmetallschicht aufgetragen, wie dies bei dem in F i g. 2E gezeigten Anodenkörper der Fall ist. Da die innere Anodenzuleitung 27 aus Tantal nicht lötfähig ist, wegen des Anschließens in Schaltungen ein lötfähiger Zuleitungsdraht aber zweckmäßig wäre, ist an ihn ein Nickeldraht angeschweißt. Erfindungsgemäß ist das Verschweißen vor dem Einsetzen des Kondensatorkörpers 26 durchzuführen, wobei ein geeignetes Verfahren in F i g. 2F und G gezeigt ist. Wie aus F i g. 2 F zu ersehen ist, wird ein Abschnitt eines Nickeldrahtes durch die Durchführungsöffnung 38 des Gehäusedekkels 30 durchgezogen, ohne daß er zunächst darin befestigt wird. Da der fertige Kondensator radiale Zuleitungen aufweisen so!!, d. h., daß die Leitungen in gleichen Abständen von der Mittelachse parallel zu dieser angeordnet sind, wird der Nickeldraht 45 umgebogen, so daß er den waagerechten Schenkel 47 bildet. Wie F i g. 2G zeigt, wird dieser Schenkel 47 kreuzweise auf die innere Tantalanodenzuleitung 27 in einem Abstand angeschweißt, der der Versetzung der Durchführungsöffnung 38 gegenüber der inneren Anodenzuleitung 27 nach deren Einbau in das Gehäuse entspricht.

Die Schweißstelle kann so nahe an der Oberseite 49 des Kondensatorkörpers 26 liegen, als dies die Schweißanlage zuläßt. Da der Anodenkörper von oben und von der Seite leicht zugänglich ist, läßt sich dies gut durchführen, wodurch die Gesamthöhe des eingebauten Kondensators entsprechend verringert und damit der Raumausnutzungsgrad verbessert wird. Dies wäre jedoch dann nicht der Fall, wenn die Verschweißung des Nickeldrahtes mit dem Anodenzuleitungsdraht durchgeführt werden müßte, nachdem der Nickeldraht bereits im Gehäusedeckel endgültig befestigt ist, wie dies bei bekannten Verfahren zur Herstellung gekapselter Kleinkondensatoren nötig wäre.

Der Kondensaloikörper 26 wird sodann an dem äußeren Ende des Nickelzuleitungsdrahtes 45 in das offene Ende 46 der Hülse 25 hereingezogen, wie Fig. 2H dies zeigt und er läßt sich damit so anordnen, daß die innere Anodenzuleitung 27 die Unterseite des Gehäusedeckels 29 fast oder ganz berührt, um die Höhe des fertigen Kondensators so klein wie möglich halten zu können. Es ist zwar möglich, den Nickelzuleitungsdraht 45 mit der Anodenzuleitung 27 vor dem Einziehen des Drahtes 45 durch die Durchführungsöffnung 38 im Gehäusedeckel 29 zu verbinden. Jedoch macht das dann erforderliche Einfädeln des Drahtes 45 durch das offene Ende 46 der Hülse 25 in die Durchführungsöffnung 38 insbesondere bei Kleinstkondensatoren erhebliche Schwierigkeiten. Es ist daher einfacher, den Nickeldraht 45 von oben durch die Durchführungsöffnung 38 und die untere Öffnung 46 der Hülse 25 nach außen zu schieben Der Draht 45 kann so lang wie nötig zugeschnitter werden, um ausreichend Platz für die Schweißvorrichtung unterhalb der Hülse 25 zu lassen und damit eir möglichst nahes Verschweißen an der Oberseite 49 de« Kondensatorkörpers 26 zu ermöglichen. Bei dieserr Verfahren kann der Abstand zwischen der Unterseite des Gehäusedeckels 29 und der Oberseite 49 de> Kondensatorkörpers auf etwa 1,3 mm verringert wer den, im Gegensatz zu etwa 22,8 mm bei bekanntei Anordnungen, bei denen Nickeldraht zuerst mit den Gehäusedeckel verbunden wurde.

Das Gehäuse mit dem darin von dem Nickelzulei tungsdraht 45 gehaltenen Kondensatorkörper 26 kam

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ίο

in die Lötpfanne 50 einer Lötvorrichtung 51 (Fig.2J) eingesetzt werden, die von dem Heizdraht 52 oder einer anderen Vorrichtung so weit beheizt wird, daß etwas Lötmetall zum Schmelzen gebracht wird. Dabei können die Innenseite der Hülse 25 und ebenso die Oberfläche des Kondensatorkörpers 26 vorher mit Löt.netall überzogen worden sein. Die Menge des verwendeten Lötmetalls ist ausreichend, um seine Oberfläche 53 zwischen Gehäuse und Kondensatorkörper so weit anzuheben, wie dies notwendig ist, um letzteren in dem Gehäuse mechanisch zu befestigen und einen guten elektrischen Schluß herzustellen, jedoch nur bis unterhalb der Oberseite 49 des Kondensatorkörpers, um einen Kurzschluß zu der Oberseite der Anode oder deren Zuleitungsdrähten zu vermeiden. Nachdem das Lötmetall bei 54 in dem Gehäuse erstarrt ist, kann dieses aus der Lötpfanne entnommen werden. Wie Fig.2K dies zeigt, bewirkt die Lötmetallfüllung 54 das Abdichten der unteren öffnung der Hülse 25. Für diese Abdichtung kann ein Lötmetall mit niedrigerem Schmelzpunkt verwendet werden, weil beim Löten auf größeren Flächen, wie dies hier der Fall ist, die Herstellung eines vollständigen Abschlusses leichter ist. Daher ist es nicht nötig, so hohe Temperaturen oder ein Hartlötverfahren anzuwenden, wie dies für einen guten Verschluß der Fuge zwischen Gehäusedeckel 29 und Hülse 25 erforderlich wäre.

Die Verwendung von Lötmetall mit einem niedrigeren Schmelzpunkt für den unteren Abschluß des Gehäuses hat den Vorteil, daß der temperaturempfindliche Kondensatorkörper, der in diesem Fall unmittelbar mit dem Lötmetall in Berührung kommt, weniger gefährdet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt demnach

1. ein Hochtemperatur- bzw. Hartlötverfahren zum Verschließen der Fuge zwischen Gehäusedeckel 12 und Gehäusemantel 11 zu, da der Kondensatorkörper selbst von ihm nicht betroffen wird und

2. nach dem Einsetzen des Kondensatorkörpers ermöglicht es dagegen ein Lötverfahren zum Verschließen der leicht verlötbaren Bodenöffnung des Gehäuses bei niedrigeren Temperaturen.

Der Nickelzuleitungsdraht 45 kann in der Durchführungsöffnung 38 im Gehäusedeckel 29 zu irgendeinem Zeitpunkt abdichtend befestigt werden, nachdem der Kondensatorkörper 26 in das Gehäuse gezogen worden ist, wie Fig. 2H dies zeigt. Es kann dies also vor oder nach dem Verschluß des Gehäusebodens geschehen. In dem in F i g. 2 dargestellten Verfahren erfolgt die Befestigung des Nickeldrahtes später, wie dies aus der Lötmetallhohlkehle 55 zu sehen ist, die den Zuleitungsdraht 45 ringsum mit dem oberen Rand der Metallisierung der Durchführungsöffnung 38 verbindet. Das Lötmetall füllt zudem den Raum zwischen der Innenwandung dieser öffnung und dem Zuleitungsdraht aus. Es kann Lötmetall mit hohem oder mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet werden, da die Hohlkehle 55 da an dem Draht angelötet wird, wo er aus dem Gehäusedeckel austritt, was auf jeden Fall einen befriedigenden Verschluß gewährleistet

Das Befestigen und Anschließen des Kathodenzuleitungsdrahtes kann so erfolgen, daß ein vorzugsweise mit Lötmetall überzogenes Stück Nickeldraht 56 gegen die Stelle 36 der metallisierten Fläche 35 gehalten und dort ebenfalls mit einer kleinen Hohlkehle 57 aus Lötmetall angelötet wird. Wie Fi g. 2K zeigt, hat der Kathodenzuleitungsdraht 56 elektrische Verbindung mit der metallisierten Oberfläche 44 des Anodenkörpers über die metallisierte Oberfläche 35, die Seitenwandung 31 und die Unterseite 33 des Gehäusedeckels, die Hülse 25 und die Lötmetallfüllung 54. Der Kathodenzuleitungsdraht 56 könnte jedoch in einem früheren Abschnitt des S Verfahrens, z. B. durch Hartlöten dann befestigt werden, wenn der Kondensatorkörper sich noch nicht im Gehäuse befindet.

Die Metallisierungen der Oberfläche des Gehäusedeckels 12 können andere Anordnungen und die

ίο Zuleitungen andere Abstände aufweisen. Der in der Zeichnung dargestellte Gehäusedeckel weist einen Metallisierungsstreifen auf, der sich auf den Rand seiner Oberseite erstreckt. Da jedoch die Hülse 25 nur mit dem die Unterseite des Gehäusedeckels umgreifenden Streifen 33 dieser Randmetallisierung verbunden ist, wäre der Streifen 32 auf seiner Oberfläche nur bei der metallisierten Fläche 35 notwendig, um die Kathodenzuleitung 56 mit der Hülse 25 in elektrische Verbindung zu bringen. Der obere Streifen 32 ist nur deshalb gezeigt, weil die Metallisierung auf der Keramikscheibe 30 durch Eintauchen von deren Rändern hergestellt werden kann, demzufolge sie Ober- und Unterseite umgreift und die Streifen 32 und 33 entstehen. Jedoch

- könnte die Metallisierung auch auf allen Oberflächer der Keramikscheibe 30 aufgesintert und auf gewünschten Flächen wieder abgeschliffen werden.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform weist der vollständig eingebaute Kondensator 59 einer Gehäusedeckel auf, der in die obere Öffnung einei Hülse 61 eingesetzt ist, die eine geringfügige größere lichte Weite aufweist, als dieser. Die Metallisierung seiner Oberfläche umfaßt Randstreifen 61a und eine metallisierte Fläche 62. die die Kathodenzuleitung 63 umschließen. Die Durchführungsöffnung für den Anodenzuleitungsdraht 64 ist von einer unmetallisierter Fläche 65 umgeben. Den überstehenden Rand der Hülse 61 verbindet eine Hohlkehle 66 aus Lötmetall mit der metallisierten Randstreifen 61a und der metallisierter Fläche 62. Die Seitenwandungen des Gehäusedecke]:

sind ebenfalls metallisiert, jedoch ist es nicht notwendig daß dies mit seiner Unterseite geschieht, da die elektrische Verbindung von dem Kathodenzuleitungs draht 63 unmittelbar über die metallisierte Fläche 6i sowie die Streifen 61a über die Hohlkehle 66 zur Hüls« 61 führt.

Eine weitere Ausführungsform ist in Zeichnung Fig.4A bis E dargestellt. In Fig.4A ist der Gehäuse deckel 68, der bereits mit der Hülse 69 zusammengelötei ist, mit zwei metallisierten öffnungen für die Anoden

und für die Kathodenzuleitung 70 bzw. 71 versehen. Di< Metallisierungen, die den Kathodenzuleitungsdraht 7< mit der Hülse elektrisch verbinden und die von Anodenzuleitungsdraht 78 getrennt sind, fehlen hier Der Kondensatorkörper 76 ist vielmehr unmittelbar mi

den durch die öffnungen 70 und 71 durchgezogener Enden 72 und 73 eines haarnadelförmig gebogener Nickeldrahtes verbunden (F i g. 4B). Das Ende 72 dei Drahtes wird nach Durchtritt durch die Durchführungs öffnung 70 so umgebogen, daß er kreuzweise mit dei

inneren Anodenzuleitung 75 des Kondensatorkörper! 76 verschweißt werden kann. Das Ende 73 wird naci Durchtritt durch die Durchführungsöffnung 71 dageger so gebogen, daß es einen Kontakt 77 mit den Lötmetallüberzug des Kondensatorkörpers herstellei

kann (F i g. 4C). Der Kondensatorkörper 76 wird sodanr in das offene Ende der Hülse 69 mit dem haarnadelför migen Drahtbügel 74 hineingezogen. Seine Ender bilden die äußeren Anoden- und Kathodenzuleitunger

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78 und 79, die dann in ihren Durchführungsöffnungen 70 und 71 festgelötet werden (F i g. 4E). Der haarnadelförmige Bügel des Drahtes 74 wird sodann abgetrennt. Die Bodenöffnung der Hülse 69 wird, wie bereits beschrieben, mit Lötmetall 80 verschlossen.

F i g. 5 und 6 stellen eine weitere Ausführungsform dar, in der beide äußeren Zuleitungsdrähte zwar durch den Gehäusedeckel geführt sind, aber nur der Anodenzuleitungsdraht mit dem Anodenkörper unmittelbar in Verbindung steht. Die Oberseite 81 des Gehäusedeckels weist zwei metallisierte Durchführungsöffnungen 82 und 83 auf, seine Unterseite 84 dagegen einen metallisierten Randstreifen 85 und eine sich von der Metallisierung der Durchführungsöffnung 83 zu diesem erstreckende metallisierte Fläche 86. In F i g. 6 ist der Gehäusedeckel auf den oberen Rand der Hülse 87 aufgelötet. Der äußere Anodenzuführungsdraht 88 ist in der Durchführungsöffnung 82 mit einer Hohlkehle 89 verlötet. Der Kathodenzuleitungsdraht 90 ist ein Nickeldraht, der in der Durchführungsöffnung 83 ebenfalls unter Bildung einer Hohlkeule 91 festgelötet ist. Er ist mit dem Kondensatorkörper 93 über die Metallisierung seiner Durchführungsöffnung 83, die metallisierte Fläche 86. die Hülse 87 und schließlich durch die Lötmetallfüllung der unteren öffnung der Hülse 87, die den Kondensatorkörper umgibt, mit diesem verbunden. Diese Ausführungsform bringt den Vorteil, daß die Kathodenzuleitung besser befestigt ist, wie wenn sie nur mit der Oberseite des Gehäuses verlötet vird, wie dies F i g. 2K und F i g. 3 darstellt.

Das hier beschriebene Herstellungsverfahren kann mit Erfolg auf Festelektrolytkondensatoren mit radialen Zuleitungen jeder Größe Anwendung finden, es ist jedoch besonders geeignet für Kleinstkondensatoren.

Die Tafel enthält Werte einer Reihe solcher Festelektrolytkondensatoren mit Abmessungen von ca. 1,8-3-4,2 mm bis ca. 3,8 ■ 9,5 · 12 mm. Derartige Kondensatoren können Werte von 0,0047 μι bei 10 V Nennspannung bis zu 220 μΡ bei 3 V Nennspannung, je nach Größe des Gehäuses, aufweisen. In der Tafel bedeutet L die Länge und W die Breite des Gehäuses, wie in Fig. 2A gezeigt ist. Die Größe H bedeutet die Gesamthöhe des Gehäuses einschließlich seines Dekkels, jedoch ohne Zuleitungsdraht. Die Kondensatoren mit der Bezeichnung 1 bis 5 sind alle nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Der Kondensator zu Nummer 6 ist dagegen ein voll eingekapselter Kondensator bekannter Herstellungsweise, bei dem der Nickelzuführungsdraht im Deckel festgelötet war. bevor er mit der inneren Anodenzuleitung verschweißt wurde, wobei der Gehäusedeckel mit dem mit ihm verbundenen Kondensator mit einem becherförmigen Behälter verbunden und mit diesem durch Erhitzen verlötet wurde.

In der Tabelle in der Tafel ist der Raumausnutzungsgrad in üblicher Weise ermittelt als

Raumausnutzungsgrad =

Kapazität ■ Nennspannung Volumeinheit

35 Wie sich aus der Tabelle ergibt, hat der Vergleichskondensator nur einen Raumausnutzungsgrad von 17,1 während die erfindungsgemäßen Kondensatoren nach den Zeilen 4 und 5 einen Raumausnutzungsgrad von 32,5 bis 35 aufweisen, was eine ganz erhebliche Verbesserung darstellt. Die Kondensatoren nach den Zeilen 1 bis 3 sind als Mikro-Miniaturausführung von viel geringerei Größe. Da der Raumbedarf hier kleiner ist wie der bei großen Kondensatoren, haben sie für ihre Abmessungen auch einen vorzüglichen Raumausnutzungsgrad.

Tabelle

Vergleich der Raumausnutzungsgrade

Bauweise des	Bezeichnung	Baugrößen in mm	*L ■*	H	Kapazität	Nennspannung	Raumaus
Kondensators	der		0,305	4,19	in μΡ	in Volt	nutzungsgrad als
	Kondensatoren		0,470	5,72			μΡ · V je
			0,559	7,37			Volumeneinheit
		W	0,584	7,87			X 10 3
Erfindungsgemäß	1	1,78	0,953	12,07	0,0047 bis 10	35 bis 2	14,4
	2	1,91	9,14	9,78	0,68 bis 22	35 bis 2	30,0
	3	2,79			2,2 bis 47	35 bis 4	28,5
	4	3,30	Hierzu 4 Blatt	6,8 bis 68	35 bis 4	32,5
	5	3,81		10 bis 220	35 bis 3	35,0
Nach dem Stand	6	4,32		27 μΡ	15 Volt	17.1
der Technik
				Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators mit einem Sinterkörper und einer Anodenzuleitung aus formierbarem Metall, dessen Oberfläche mit einer dielektrischen Oxydschicht, einem Festelektrolyten und einer metallisierten Graphitschicht überzogen ist und der in einer Metallhülse angeordnet ist, die oben mit einem mit einer Durchführungsöffnung für den Anodenzuleitungsdraht aus lötfähigem Metall versehenen Gehäusedeckel aus dielektrischem Material und unten durch eine Lötmasse verschlossen ist, dadurch gekeniizeichnet, daß der Gehäusedeckel (12, 29, 60, 68) an seinem Rand metallisiert und durch Hochtemperatur- oder Hartlötverfahren mit der Metallhülse (11, 25,61, 69, 87) gasdicht verbunden wird und sodann der Anodenzuleitungsdraht (19, 64, 78, 88) aus lötfähigem Metall von außen durch die Durchführungsöffnung (17, 70,82) des Gehäusedeckels (12, 29,60,68) gezogen, L-förmig gebogen und mit der Anodenzuleitung (27, 75) mit seinem waagerechten Schenkel (47) rechtwinklig verschweißt wird und daß sodann mit ihm der Kondensatorkörper (26, 76, 93) in das Gehäuse (10) bis an den Gehäusedeckel hereingezogen und eine abdichtende Verbindung zwischen dem Anodenzuleitungsdraht (19, 64, 78, 88) und der Durchführungsöffnung (17, 70, 82) hergestellt wird und schließlich die untere Öffnung des Gehäuses (10) unter Herstellen einer elekirisch leitenden Lötverbindung zwischen der metallisierten Oberfläche des Kondensatorkörpers und der Metallhülse (11, 25,61, 69,87) durch Verlöten verschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere öffnung des Gehäuses (10) durch Eintauchen in ein erhitztes Bad aus Lötmetall verschlossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusedeckel (12, 29, 60, 68) eine weitere Durchführungsöffnung (71, 83) für den Kathodenzuführungsdraht (79) aufweist und daß ein den Anodenzuführungsdraht (78, 88) bildender Schenkel eines haarnadelförmig gebogenen Drahtes (74) aus lötfähigem Metall durch die eine Durchführungsöffnung (70,82) und der andere den Kathodenzuführungsdraht (79) bildende Schenkel durch die andere Durchführungsöffnung (71, 83) von außen durchgezogen werden und daß der Kathodenzuführungsdraht (79) mit der metallisierten Oberfläche des Kondensatorkörpers (76) vor dessen Einziehen in das Gehäuse (10) verlötet wird.