DE2714167C2

DE2714167C2 - Aluminium-Flach-Elektrolytkondensator

Info

Publication number: DE2714167C2
Application number: DE19772714167
Authority: DE
Inventors: Willi Dipl.-Phys. 8000 München Weber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-03-30
Filing date: 1977-03-30
Publication date: 1982-09-02
Also published as: DE2714167A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Aluminium-Flach-Elektrolytkondensator, der aus einer einlagigen, mit einer dielektrisch wirksamen Oxidschicht versehenen und gegebenenfalls aufgerauhten Anodenfolie aus Aluminium sowie einer Kathode auf Basis eines EDA-Komplexes besieht, der in eine Matrixsubstanz eingebettet ist, und der eine Kathodenkontaktierung in Form einer auf die Kathode aufgebrachten Metallschicht besitzt.

Derartige Kondensatoren sind aus der DE-OS 04 700 bekannt. Dabei besteht die Gegenelektrode aus einem halbleitenden EDA-Komplex (Elektronen-Donator-Akzeptor), der in eine stickstoffhaltige Matrixsubstanz eingebettet ist. Der organische Halbleiter besteht aus 7,7,8,8-Tetracyanochinodimethan — im folgenden TCNQ genannt — bzw. aus einem TCNQ-SaIz oder -Komplex. Als Matrixsubstanz sind stickstoffhaltige Polymere wie z. B. polymere Urethane, Polymere von Vinylpyridin, Polymere von Acrylnitril und Polymere von Methacrylnitril genannt.

In den genannten Halbleitern dient das TCNQ als Akzeptor. Als Donator werden meist heterocyclische Amine verwendet.

Die Verwendung eines TCNQ-Salzes bzw. -Komplexes anstelle des ebenfalls bekannten Mangandioxids (s. z. B. DE-AS 12 89 186) weist eine Reihe von Vorteilen auf. Zum einen verhindern der Prozeß der Mangannitrat-Pyrolyse und die Eigenschaften des entstehenden Mangandioxides eine automatengerechte Massenfertigung und eine kurzschlußfreie Bedrahtung der Anodenfolie durch den Mangandioxidbebg hindurch, und zum andern erfordert die hygroskopische Mangandioxidschicht eine feuchtedichte Umhüllung.

Aus der DE-OS 22 47 260 ist ein elektrischer Kondensator mit als Schichten auf Kunststoffolien ίο aufgebrachten Belägen und Dielektrikumsschichten aus Kunststoff bekannt, bei dem ein Teil der Beläge an die eine und der andere Teil an die gegenüberliegende Seite des Kondensators heranreicht, und bei dem Anschlußdrähte in thermoplastische Schichten eingeschmolzen und mit den Belägen durch Legierungsbildung elektrisch leitend und mechanisch stabil verbunden sind. Bei diesem Kondensator sind die der Kathode bzw. Anode zugehörigen Metallschichten derart mit Freirändern versehen, daß beim Anbringen der Anschlußdrähte, das dadurch geschieh«, daß die Drähte zumindest stellenweise durch eine der Deckfolien und gegebenenfalls durch Dielektrikumsschichten im Bereich der Freirandzonen hindurchgeschmolzen und dabei mit den jeweils zu kontaktierenden Belägen elektrisch leitend verbunden werden, kein Kurzschluß entstehen kann.

Aus der US-PS 35 13 368 sind Kunststoffolien-Kondensatoren bekannt, die jedoch durch keine Anschlußdrähte, sondern durch s. g. Schoopschichten kontaktiert werden.

jo Es ist erwünscht, den eingangs angegebenen Aluminium-Flach-Elektrolytkondensator derart auszugestalten, daß eine automatengerechte Herstellung gewährleistet ist, ohne daß beim Anbringen der Anschlußdrähte ein Kurzschluß zwischen Anode und Kathode auftritt. Das aus der DE-OS 22 47 260 bekannte Verfahren zur Anbringung der Anschlußdrähte ist nämlich bei dem bekannten Elektrolytkondensator nicht anwendbar, da bei diesem Anode und Kathode im Bereich der anzubringenden Anschlußdrähte übereinander angeordnet sind, wobei sie lediglich durch eine Oxidschicht voneinander getrennt sind. Beim Anschweißen von Anschlußdrähten würde sich somit ein elektrischer Kurzschluß zwischen Anode und Kathode ausbilden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Kondensator der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß eine automatengerechte Fertigung ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kathodenkontaktierung aus auf die Kathodenschicht aufkaschierten mit Aluminium bedampften und

so dabei mit einem Freirand versehenen thermoplastischen Folien besteht, und daß ein Kathodenanschlußdraht im Bereich eines über die Aluminiumfolie der Anode überstehenden Teils der thermoplastischen Folien an die Kathodenkontaktierung und ein Anodenanschlußdraht im Bereich des Freirandes der thermoplastischen Folien an die Aluminiumfolie der Anode angeschweißt sind.

Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Vorteile der Erfindung werden an Hand von Ausführungsbeispielen aufgezeigt. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 den Schnitt durch eine Ausführungsform,
Fig. 2 den Schnitt durch eine weitere Ausführungsform.

Fig. 3 in einer ausschnittsweisen Darstellung einen Schnitt in der Umgebung des Kathodenanschlußdrahtes und

Fig.4 in einer ausschnittsweisen Darstellung einen Schnitt in der Umgebung des Anodenanschlußdrahtes. In der F i g. 1 ist ein Schnitt durch eine Ausführungsform des beanspruchten Kondensators dargestellt Die Anodenfolie 1 aus Aluminium ist an ihrer Oberfläche mit einer Oxidschicht 2 versehen. Die Oxidschicht 2 dient als Dielektrikum und ist in einem r liktrochemischen Prozeß durch anodische Oxidation auf die Aluminiumfolie 1 aufgebracht. Vor der Aufbringung der Oxidschicht 2 kann die Aluminiumfolie 1 durch einen elektrochrmisehen Ätzprozeß aufgerauht werden. Dadurch werden höhere Kapazitäten je Volun'reinheit erhalten. Auf der Oxidschicht 2 befindet sich eine Schicht 3, welche die Gegenelektrode auf der Basis eines halbleitenden EDA-Komplexes, z. !J. eines Chinolinium-TCNQ-Kom- is plexes enthält, der in eine Matrixsubstanz eingebettet ist Die Schicht 3 wird durch ein Tauchlackierverfahren erzeugt und weist eine Dicke von etwa 5 bis 50 um, vorzugsweise 10 μηι, auf und hat eine Leitfähigkeit von wenigstens 100 mS/cm.

Zur Herstellung der Schicht 3 wird der losungsmittelhaltige Film, der sich nach dem Tauchlackiervorgang auf der Oxidschicht 2 befindet, durch eine Vortrocknung bei 50 bis 70°C weitgehend vom Lösungsmittel befreit. Dieser Trocknungsvorgang erfolgt jedoch nur so weit, daß eine Restlösungsmittelmenge verbleibt, die aus reicht, die Kathodenkontaktierung aus mit aufgedampften Aluminiumschichten 4, 6 versehenen thermoplastischen Folien 5,7 stoffschlüssig, d. h. ohne Lufteinschlüsse, auszukaschieren.

Die thermoplastischen Folien 5, 7 sind etwa 100 bis 500 μιη dick und bestehen vorzugsweise aus Polyä'.hylenterephthalat. Die Aluminiumschichten 4,6 sind dab3i derart auf die Folien 5,7 aufgebracht, daß an einer Seite ein Freirand mit einer Breite von 1 bis 2 mm verbleibt. Die thermoplastischen Kunststoffolien 5, 7 sind breiter als die Aluminiumfolie 1. Beim Kaschierprozeß werden beidseitig auf die Schicht 3 die Folien 5, 7 aufkaschiert, wobei die Führung derart erfolgt, daß die Folien 5, 7 an der Seite mit den Freirändern mit der Aluminiumfolie 1 abschließen. Wegen der größeren Breite der Folien 5, 7 steht am anderen Ende ein Teil der Folien mit den Metallisierungen 4,6 über die Aluminiumfolie 1 über.

Das Aufkaschieren der Folien 5,7 erfolgt gleichzeitig und unter Anwendung eines geringen (etwa 10⁵ Pa) Anpreßdruckes bei mäßiger Erwärmung (ca. 50 bis 70⁰C). Nach dem Verlassen der Kaschierwalzen durchläuft das Kondensatorband nochmals eine Trokkenstrecke.

Fig.2 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform. Auf der Aluminiumfolie 1 ist in gleicher Art wie weiter oben beschrieben die Oxidschicht 2 und die Schicht 3 mit dem organischen Halbleiter angebracht. Im Gegensatz zur vorhergehenden Ausführungsform sind auf der, Aluminiumjchichten 4,6 der thermoplastischen Folien 5,7 Rußlackschichten 8, 9 angeordnet. Die Rußlackschichten 8, 9 schützen sowohl die Aluminiumschichten 4,6 als auch die Schicht 3 vor einer oxidativen Zerstörung durch wechselseitige Beeinflussung der Schichten 3 und 4, 6. Die Rußlackschichten 8, 9 weisen eine Dicke von ca. 2 bis 5 μηι und eine Leitfähigkeit von mindestens 10 S/cm auf, wobei die Korngröße der Rußpartikel kleiner als 100 nm ist.

Bei der in den Fig. 1 bzw. 2 dargestellten Ausführungsform werden die Kondensatoren als langes Band, als der sogenannte Mutterkondensator, hergestellt, von dem dann später die Einzelkondensatoren mit Hilfe eines Schneidwerkzeuges abgetrennt werden. Vor dem Abtrennen des Einzelkondensators vom Mutterkondensator werden zweckmäßigerweise die Anschlußdrähte angebracht und dann der Kondensator dicht hinter den Enden der Anschlußdrähte abgetrennt. Vorteilhafterweise wird dabei das Schneidwerkzeug auf ca. 2OC bis 300⁰C erwärmt, 'vodurch sowohl eine kurzschlußfreie Trennung des Kondensators vom Mutterkondensator als auch eine thermische Zersetzung der Schicht 3 mit dem organischen Halbleiter in unmittelbarer Nähe der Schnittkante erfolgt; dadurch wird zusätzlich die Kurzschlußfestigkeit erhöht.

Die Breite der Aluminiumfolien 1 wird durch das gewünschte Rastermaß bestimmt, wogegen die thermoplastischen Kunststoffolien 5, 7 eine größere Breite aufweisen, damit der Kathodenanschlußdraht kurzschlußsicher ankontaktiert werden kann. Zweckmäßigerweise wird eine Verbreiterung in der Größe gewählt, die den Freirändern der Aluminiumschichten 4, 6 entspricht.

Zum Anbringen der Anschlußdrähte werden diese parallel zu den Folienkanten auf den Kondensator aufgelegt und durch einen Punktschweißvorgang mil den Folien veibunden. Zweckmäßigerweise wird dabei ein Punktschweißwerkzeug verwendet, durch welches die Anschlußdrähte an zwei Punkten mit den Folien verschweißt werden. Bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen wird auf der linken Seite der Kathodenanschlußdraht und auf der rechten Seite der Anodenanschlußdraht angebracht. Durch die Freiränder der Aluminiumschichten 4, 6 sowie die größere Breite der thermoplastischen Folien 5, 7 wird gewährleistet, daß ein Kurzschluß zwischen Kathode und Anode nicht staufinden kann.

Als Anschlußdrähte werden vorzugsweise verzinnte Kupfer- bzw. Bronzedrähte verwendet, welche durch den Anpreßdruck und durch die Erwärmung des Drahtes während des Stromstoßes auf ca. 700 bis 800⁰C ganz oder teilweise in die thermoplastische Folie 5 einschmelzen. Die Schweißung erfolgt dabei vorzugsweise durch einen Stromstoß von 500 A in einer Zeitdauer von zwei Perioden (Wechselstrom 50 bis 60 Hz).

In Fig. 3 ist ausschnittsweise ein Schnitt aus der Umgebung des Kathodenanschlußdrahtes 10 nach erfolgtem Schweißvorgang dargestellt. Durch die Erwärmung und den Anpreßdruck beim Schweißen ist die obere thermoplastische Kunststoffolie 5 in der Umgebung des Kathodenanschlußdrahtes 10 geschmolzen, so daß der Anschlußdraht 10 in elektrische Verbindung mit der Aluminiumschicht 4 gekommen ist. Zwischen dem verzinnten Draht 10 und der Aluminiumschicht 4 haben sich in der reduzierenden Atmosphäre des geschmolzenen Kunststoffes der Folie 5 Übergangszonen gebildet, in denen das Zinn in die Aluminiumschicht hineindiffundiert ist. Nach dem Erkalten wird der Kathodenanschlußdraht 10 ganz oder teilweise von den geschmolzenen Thermoplasten der Folie 5 umhüllt, wodurch eine stabile mechanische Verankerung des Drahtes 10 mit der Folie 5 gewährleistet ist. Durch die Hitze beim Schweißvorgang wird gleichzeitig in der Umgebung des Kathodenanschlußdrahtes 10 die untere Folie 7 mit der oberen Folie 5 verschweißt. Dies führt zu einer mechanischen Verfestigung des Kondensators.

In der Fig. 4 ist im Schnittbild die Umgebung des Anodenanschlußdrahtes 11 nach erfolgter Verschweißung mit der Anodenfolie 1 dargestellt. Durch die Erwärmung beim Schweißvorgang ist der thermoplastische Kunststoff der Folie 5 geschmolzen, so daß der

Anschlußdraht 11 im direkten Kontakt mit der Aluminiumfolie 1 gekommen ist. Zuvor wurden durch die Erwärmung sowohl die Schicht 3 als auch die Oxidschicht 2 zerstört. Die Verbindung des verzinnten Anschlußdrahtes 11 mit der Aluminiumfolie 1 ist dabei in derselben Weise /u erklären, wie es bei F i g. 3 bei der Schweißung des Kaihodenanschlußdrahtes beschrieben wurde.

In unmittelbarer Nähe des Anodenanschlußdrahtes 11 haben sich durch die thermische Zerstörung der Schicht 3 Zonen 12 mit hohem elektrischen Widerstand gebildet, die eine saubere Trennung der Anode von der Kathode bewirken. Weiter wird durch die hohe Temperatur in der Umgebung des Anschlußdrahtes 11 auf der Rückseite der Anodenfolie 1 die Schicht 3 aufgeschmolzen und thermisch zerstört, und es kommt an dieser Stelle zu einer innigen Verbindung der Anodenfolie 1 mit der unten liegenden Kunststoffolie 7. Wie bereits bei der F i g. 3 beschrieben, hat dies die mechanische Verfestigung des Kondensators zur Folge.

Durch die beschriebene Ausgestaltung der Kathodenkontaktierung durch die aufkaschierten, metallisierten Kunststoffolien erhält man einen Elektrolytkondensator, der in einfacher Weise und automatengerecht herstellbar ist. Durch die Herstellung eines Mutterkondensators, von dem die Einzelkondensatoren abges trennt werden, wird zudem eine besonders preisgünstige Herstellung gewährleistet. Das kurzschlußfreie Abtrennen eines Einzelkondensators von einem Mutterkondensator wäre z. B. bei Elektrolytkondensatoren mit Mangandioxid-Schichten nicht möglich.

ίο Die Resistenz der Schicht 3 gegenüber Feuchtigkeit ermöglicht es, auf aufwendige Einbaumaßnahmen zu verzichten. Die Aluminiumoxidschicht 2, welche an und für sich feuchteempfindlich ist, ist nämlich weitgehend durch die thermoplastischen Kunststoffolien 5, 7 von

der Umgebung abgeschirmt und kann außerdem durch geeignete Formier- und Temperprozesse (z. B. Einbau von Phosphat-Ionen) weitestgehend feuchteunempfindlicht gemacht werden.

Die Kapazität der beanspruchten Kondensatoren beträgt in Abhängigkeit von der Formierspannung und dem Aufrauhgrad der Anodenfolie I einige Nanofarad bis einige Mikrofarad.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Aluminium-Flach-Elektrolytkondensator, der aus einer einlagigen, mit einer dielektrisch wirksamen Oxidschicht versehenen und gegebenenfalls aufgerauhten Anodenfolie aus Aluminium sowie einer Kathode auf Basis eines EDA-Komplexes besteht, der in eine Matrixsubstanz eingebettet ist, und der eine Kathodenkontaktierung in Form einer auf die Kathode aufgebrachten Metallschicht besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenkontaktierung aus auf die Kathodenschicht (3) aufkaschierten mit Aluminium (4,6) bedampften und dabei mit einem Freirand versehenen thermoplastischen Folien (5,7) besteht, und daß ein Kathodenanschlußdraht (10) im Bereich eines über die Aluminiumfolie (1) der Anode überstehenden Teils der thermoplastischen Folien (ä, 7) an die Kwthodenkontaktierungen (4,6) und ein Anodenanschlußdraht (11) im Bereich des Freirandes der thermoplastischen Folien (5, 7) an die Aluminiumfolie (1) der Anode angeschweißt sind.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiränder 1 bis 2 mm breit sind.

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Aluminiumschichten (4, 6), den thermoplastischen Folien (5, 7) und der Kathodenschicht (3) leitende Rußlackschichten (8,9) angeordnet sind.

4. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rußlackschichten (8, 9) 2 bis 5 μηι dick sind.

5. Kondensator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rußlackschichten (8,9) eine Leitfähigkeit ο > 10 S/cm aufweisen.

6. Kondensator nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der Rußpartikel höchstens 100 nm beträgt.