DE2655659A1 - Elektrisches bauelement sowie verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Elektrisches bauelement sowie verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
Patentanwälte Dipl.-Ing. H. "Wkickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke
Dipl.-Ing. EA-Veickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
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ERO TANTAL-Kondensatoren GmbH
Ludmillastraße 23/25
8300 Landshut
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Elektrisches Bauelement sowie Verfahren zu seiner Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement
mit einem Bauelementsystem und einer elektrischen Anschlußanordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung
eines derartigen elektrischen Bauelementes.
Fortschritte in der elektronischen Schaltkreistechnik haben die Entwicklung von elektrischen Bauelementen und
insbesondere von Kondensatoren erforderlich gemacht, welche einen großen Kapazitätswert pro Volumeneinheit, eine
kleine Impedanz bei hohen Frequenzen und eine äußere Geometrie besitzen, welche den automatischen Einbau in Schichtschaltungen
ermöglicht. Schichtkondensatoren haben aufgrund minimaler Längen von äußeren Zuleitungen eine sehr kleine
Impedanz bei hohen Frequenzen, eine hohe Volumengüte und aufgrund ihrer Geometrie die Eigenschaft, sich in einfacher
V/eise automatisch in Schichtschaltungen einsetzen und einlöten zu lassen.
In den US-Patentschriften 3 828 277 und 3 855 505 sind Kondensatoren
mit den vorgenannten Eigenschaften beschrieben, wobei es sich um Kondensatoren mit einem filmbildenden
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Metall und festem Elektrolyten handelt. Derartige Kondensatoren besitzen generell eine gepreßte und gesinterte
Tantal-Anode mit einer Unzahl von miteinander in Verbindung stehenden Hohlraumbereichen. Die Anode besitzt generell
rechteckförmige Gestalt, um das Einsetzen und Einlöten
des fertigen Kondensators in eine Schichtschaltung zu erleichtern. Auf die Anode ist anodisch ein dielektrischer
Oxidfilm aufgebracht, auf den wiederum eine feste Elektrolyt-Schicht aus halbleitendem Material, wie beispielsweise
Mangandioxid aufgebracht ist. Auf diese halbleitende Schicht sind elektrisch leitende Schichten beispielsweise
aus Kohlenstoff, Silber oder Kupfer aufgebracht, welche eine elektrische Zuleitung für die Kathodenseite
des Kondensators bilden. Elektrische Anschlüsse für den Kondensator werden durch Metall enthaltende Kappen auf
seinen Enden gebildet. Die kathodenseitige Abschlußkappe ist beispielsweise mittels elektrisch leitender Kleber
mit den über der Anode befindlichen leitenden Schichten verbunden. Der Anschluß der anodenseitigen Abschlußkappe
erfolgt durch einen Anodenanschlußkörper, welcher mit einer Seite in die Anode eingebettet oder an diese angeschweißt
ist und mit der anderen Seite in einem Loch an die Endkappe angeschweißt ist. Die nicht durch die Abschlußkappen
bedeckten Oberflächen des Kondensators werden gewöhnlich durch ein elektrisch isolierendes Material,
beispielsweise ein polymeres Harz, geschützt.
Bei der vorstehend beschriebenen Art einer Anoden-Anschlußanordnung,
bei welcher der Anodenanschlußkörper derart elektrisch mit der anodenseitigen Abschlußkappe verbunden
ist, daß er sich durch ein Loch in der Abschlußkappe erstreckt und an die Abschlußkappe angeschweißt ist, ergeben
sich verschiedene Probleme. Notwendigerweise besitzt der Anodenanschlußkörper gewöhnlich einen sehr kleinen
Durchmesser, so daß die die elektrische Verbindung bildende Schweißzone zwischen dem Anodenanschlußkörper und
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der Abschlußkappe entsprechend klein und daher sehr bruchanfällig
ist. Eine derartig kleine Schweißverbindung kann zu Ausfällen führen, wenn der Kondensator beispielsweise
einer groben Behandlung, Vibrationen oder zyklischen thermischen Belastungen unterworfen wird. Fällt die Schweißverbindung
aus, so ist auch der gesamte Kondensator unwirksam.
Die Möglichkeit eines Fehlers in der Schweißstelle werden insbesondere bei zyklischen thermischen Belastungen des
Kondensators größer. Derartige Kondensatoren werden oft in einem Temperaturbereich von etwa -500C bis etwa +850C
thermisch belastet. Unterschiede in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien des Anodenanschlußkörpers,
der Schweißstelle und der Abschlußkappe können zu Spannungen führen, welche insbesondere nach wiederholten
zyklischen thermischen Belastungen größer als die Festigkeit der Schweißstelle sind. Derartige Spannungen können
zu einer Beeinflussung der elektrischen Eigenschaften des Kondensators und sogar zu einem vollständigen Ausfall des
Kondensators führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Anschlußanordnung für elektrische Bauelemente,
insbesondere eine verbesserte Anoden-Anschlußanordnung für elektrische Kondensatoren anzugeben.
Diese Aufgabe wird bei einem elektrischen Bauelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die Anschlußanordnung einen mit dem Bauelementsystem in elektrischem Kontakt stehenden Anschlußkörper, ein
langgestrecktes, mit dem Anschlußkörper verbundenes, Metall enthaltendes Element sowie eine über dem langgestreckten,
Metall enthaltenden Element angeordnete und mit diesem durch einen elektrisch leitenden Kleber verbundene,
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Metall enthaltende Abschlußkappe umfaßt.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist bei einem elektrischen Bauelement in Form eines Schichtkondensators
vorgesehen, daß das Bauelementsystem eine ein filmbildendes Metall enthaltende Anode, einen auf
der Anode vorgesehenen dielektrischen Oxidfilm, eine auf dem dielektrischen Oxidfilm vorgesehene, einen festen
Elektrolyten enthaltende Kathode und wenigstens eine elektrisch leitende Schicht auf dem Elektrolyten umfaßt, und
daß der Anschlußkörper der Anschlußanordnung von der Anode ausgeht.
Das langgestreckte, Metall enthaltende Element ist dabei mit dem Anodenanschlußkörper verbunden, wobei eine auf
dem langgestreckten, Metall enthaltenden Element angeordnete Metall enthaltende Endkappe durch einen elektrisch
leitenden Kleber mit diesem verbunden ist.
Das langgestreckte, Metall enthaltende Element kann beispielsweise
bandförmig oder drahtförmig ausgebildet sein.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
Vorab sei bemerkt, daß die Erfindung nicht auf Schichtkondensatoren
der nachfolgend beschriebenen Art beschränkt ist. Eine Anschlußanordnung der erfindungsgemäßen Art kann
vielmehr auch beispielsweise bei Batterien, Widerständen oder Transistoren Verwendung finden.
Ein Kondensator 10 enthält gemäß der Figur der Zeichnung eine Tantal-Anode 12, welche dadurch hergestellt wird,
daß Tantal-Pulver zu einem Körper gepreßt und gesintert
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wird, welcher eine Unzahl von miteinander in Verbindung stehenden Hohlräumen aufweist. Diese Anode 12 kann generell
rechteckförmige Gestalt besitzen. Auf der Anode 12 sind konventionelle Schichten eines dielektrischen Oxidfilms
(nicht dargestellt) vorgesehen, auf denen wiederum eine halbleitende· Schicht, beispielsweise aus Mangandioxid
(nicht dargestellt) vorgesehen ist, die ihrerseits von die Kathode des Kondensators bildenden elektrisch leitenden
Schichten 14, welche beispielsweise Silber, Kupfer oder teilchenförmigen Kohlenstoff enthalten, bedeckt ist. Ein
äußerer elektrischer Anschluß für die Kathode wird durch eine metallische Abschlußkappe 16 gebildet, welche durch
ein leitendes Klebematerial 18, beispielsweise ein mit teilchenförmigen! Silber gefülltes Epoxidharz mit den leitenden
Schichten 14 leitend verbunden ist. Als äußerer elektrischer Anschluß für die Kathode können auch andere
Anordnungen verwendet werden.
Ein äußerer elektrischer Anschluß für die Anode wird durch eine metallische Abschlußkappe 20 gebildet, welche durch
ein elektrisch leitendes Klebematerial 24, beispielsweise ein mit teilchenförmigen! Silber gefülltes Epoxidharz leitend
mit einer Anoden-Anschlußanordnung 22 verbunden ist.
Diese Anoden-Anschlußanordnung 22 besitzt einen Anschlußkörper 26 aus Tantal, welcher mit einem Ende in die Anode
12 eingebettet und mit dem anderen Ende an einem langgestreckten, Metall enthaltenden Element 28 verbunden ist.
Das langgestreckte Element 28 und der Anschlußkörper 26 verlaufen dabei unter einem, rechten Winkel. Das langgestreckte
leitende Element 28 kann draht- oder bandförmig ausgebildet sein und aus einem Metall, wie beispielsweise
Nickel, bestehen, das mit Tantal zu verschweißen ist. Wenigstens über denjenigen Teilen des Kondensators 10, wel-
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ehe nicht durch die Abschlußkappen 16 und 20 bedeckt sind,
ist eine elektrisch isolierende Schicht 30 vorgesehen. Diese elektrisch isolierende Schicht 30 kann über die Oberseite
der Anode 12 verlaufen, wodurch das leitende Klebematerial 24 von der Anode isoliert wird. Die elektrisch isolierende
Schicht 30 kann durch ein thermoplastisches oder wärmehärtbares Harz, wie beispielsweise Epoxidharz, gebildet
werden.
Die Anode 12 des Kondensators 10 kann verschiedenartig, beispielsweise zylindrisch oder rechteckförmig gestaltet
sein, wobei sie ebene rechteckförmige Flächen besitzt. Eine rechteckförmige Gestalt ist' erfindungsgemäß bevorzugt,
wobei insbesondere sechs Flächen vorhanden sind, wodurch der Kondensator leicht handhabbar und in einfacher
Weise bündig in elektrische Schaltungen einbaubar ist.
Die Abschlußkappen 16 und 20 können eine Vielzahl von lötbaren, elektrisch leitenden Materialien, wie beispielsweise
Nickel, Kupfer oder Kupferlegierungen, enthalten. Die Abschlußkappen 16 und 20 können bei einem rechteckförmig gestalteten
Kondensator 10 zwei, drei oder vier Seiten besitzen, wobei eine vierseitige Ausführungsform bevorzugt
ist, da sie eine größere Schutzwirkung für den Kondensator gewährleistet und seinen Einbau in eine Schichtschaltung
erleichtert. Ist die Anode 12 zylindrisch gestaltet, so können die Abschlußkappen 16 und 20 so gestaltet werden,
daß sie dicht auf die Enden der Anode aufgepaßt sind, wodurch das Volumen des fertigen Kondensators 10 minimal gehalten
wird. Eine der Endkappen für den Kondensator 10 kann magnetisch ausgebildet werden, um eine Polaritätsanzeige zu gewährleisten, wodurch der automatische Einbau
des Kondensators in eine Schaltung erleichtert wird.
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Die leitenden Klebematerialien 18 und 20 können, wie oben bereits ausgeführt, ein mit teilchenförmigen! Silber gefülltes
Epoxidharz sein. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können jedoch auch andere leitende Haftmaterialien
verwendet werden, wobei es sich beispielsweise um andere, mit elektrisch leitenden Partikeln gefüllte Harzsysteme
oder auch um niedrig schmelzende Metalle und Legierungen handeln kann, welche in bezug auf die anderen
Komponenten des Kondensators Hafteigenschaften besitzen. Es können in diesem Zusammenhang beispielsweise auch bestimmte
Lötmaterialien verwendet werden.
Der Zweck des langgestreckten Elementes 28 der Anoden-Anschlußanordnung
22 besteht einmal darin, einen größeren Flächenbereich für den elektrischen Kontakt zwischen der
Anode 12 und der Abschlußkappe 20 zu bilden« Darüber hinaus kann der Anodenanschlußkörper 26 in Teilen oder auch auf
seiner gesamten Oberfläche durch einen dielektrischen Oxidfilm bedeckt sein, so daß ein guter elektrischer Kontakt
zwischen der Abschlußkappe 20 und dem Anodenanschlußkörper durch das leitende Klebematerial 24 ohne die Verwendung
durch das an den Anodenanschlußkörper angeschweißte langgestreckte, Metall enthaltende Element 28 schwer realisierbar
ist. Das leitende Klebematerial 24 haftet auch besser an dem 1anggestreckten, Metall enthaltenden Element
28 als am Anodenanschlußkörper 26.
Es sei bemerkt, daß in der Figur der Zeichnung die relativen Dicken der Schichten 14, 18 und 30 aus Übersichtlichkeitsgründen übertrieben dargestellt sind. Aus der zeichnerischen
Darstellung ist daher kein Rückschluß auf die tatsächlichen relativen Dicken dieser Schichten in einem
fertigen Kondensator zu ziehen.
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Bei einem Verfahren zur Herstellung des vo rbesehriebenen
Kondensators 10 wird eine geeignet geformte, gepreßte und gesinterte Anode mit dem eingebetteten Anodenanschlußkörper
26 zur Aufbringung der leitenden Schichten 14, beispielsweise in Form von Kohlenstoffpartikeln und einem
Silberanstrich behandelt. Die beschichtete Anode 12 wird sodann beispielsweise durch Bestreichen oder Eintauchen
selektiv mit einer elektrisch isolierenden Harzschicht bedeckt, wonach ein Aushärtschritt zur Erzeugung der
Schicht 30 erfolgt. Andererseits kann die elektrisch isolierende Schicht 30 auch durch eine vorgeformte Harzhülse
gebildet werden. Sodann wird das langgestreckte, Metall enthaltende Element 28 beispielsweise durch Schweißen am
Anodenanschlußkörper 26 befestigt. Auf die beiden Enden des Kondensators 10 wird sodann ein leitendes Klebematerial
24, beispielsweise ein mit Silberpartikeln gefülltes Epoxidharz aufgebracht, wonach die Abschlußkappen 16 und
20 auf das leitende Klebematerial aufgepreßt werden. Nach Trocknen oder Aushärten des leitenden Klebematerials 24
ist der Kondensator betriebsbereit.
Der oben beschriebene Kondensator 10 besitzt eine hohe Volumengüte, d.h. einen hohen Kapazitätswert pro Volumeneinheit.
Darüber hinaus neigt die Anschlußanordnung für
die Anodenseite des Kondensators 10 in geringerem Maße zu Ausfällen beispielsweise aufgrund rauher Handhabung,
von Vibrationen oder zyklischen thermischen Belastungen, da die elektrische Verbindung nicht nur durch eine Schweiß
verbindung zwischen dem Anodenanschlußkörper und der Abschlußkappe bestimmt ist. Der Zusammenbau eines Schichtkondensators
wird ebenfalls vereinfacht.
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Claims (11)
1. Elektrisches Bauelement mit einem Bauelementsystem und
einer elektrischen Anschlußanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußanordnung (22) einen mit dem
Bauelementsystem (12, 14) in elektrischem Kontakt stehenden Anschlußkörper (26), ein langgestrecktes, mit dem
Anschlußkörper (26) verbundenes, Metall enthaltendes Element (28) sowie eine über dem langgestreckten, Metall enthaltenden
Element (28) angeordnete und mit diesem durch einen elektrisch leitenden Kleber (24) verbundene, Metall
enthaltende Abschlußkappe (20) umfaßt.
2.j Elektrisches Bauelement in Form eines Schichtkondensators,
dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelementsystem (12, 14) eine ein filmbildendes Metall enthaltende Anode (12), einen
auf der Anode (12) vorgesehenen dielektrischen Oxidfilm, eine auf dem dielektrischen Oxidfilm vorgesehene, einen festen
Elektrolyten enthaltende Kathode und wenigstens eine elektrisch leitende Schicht (14) auf dem Elektrolyten umfaßt,
und daß der Anschlußkörper (26) der Anschlußanordnung (22) von der Anode (12) ausgeht.
3. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens einem Teil der elektrisch leitenden Schicht
(14) elektrisch isolierendes Material (30) vorgesehen ist.
4. Kondensator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das filmbildende Metall der Anode (12) Tantal
ist und daß der Elektrolyt Magnesiumdioxid enthält.
5. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das langgestreckte, Metall enthaltende
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Element (28) bandförmig ausgebildet ist.
6. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte, Metall enthaltende
Element (28) drahtförmig ausgebildet ist.
7. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte, Metall enthaltende
Element (28) mit dem Anodenanschlußkörper (26) durch Schweißen verbunden ist.
8. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Kathoden-Anschlußanordnung in Form
einer Metall enthaltenden Abschlußkappe (16), die durch einen elektrisch leitenden Kleber (18) mit der Kathode
verbunden ist.
9. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (12) rechteckförmige Gestalt
besitzt.
10. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußkappen (16, 20) vierseitig
ausgebildet sind.
11. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Bauelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Anschlußkörper (26) mit dem Bauelementsystem (12, 14) in elektrischen Kontakt gebracht wird,
daß das langgestreckte, Metall enthaltende Element (28) mit dem Anschlußkörper (26) verbunden wird und daß das
langgestreckte, Metall enthaltende Element (28) durch den elektrisch leitenden Kleber (24) mit der Metall
enthaltenden Abschlußkappe (20) leitend verbunden wird.
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