DE2715478A1 - Festelektrolytkondensator mit verbesserter kathode - Google Patents
Festelektrolytkondensator mit verbesserter kathodeInfo
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Description
5. April 1977 Gzn/ßoe SPRAGUE ELECTRIC CO^FANV
Festelektrolytkondensat or nit verbesserter Kathode.
Die vorliegende Erfir.I^r.-; betrifft eir.er. ~e::t elektrclytkcndensat
or und ' -""tee ondere .';>£; ν er':. ■·". :~ ~ ■: "t ·:· Kathode besonders für einen
kleiner Test, elektrolyt kcnäer:r~>t ork!"r-;er' . Viele Verfahren sind
bekannt, ein*=· Kathoden·--* e/tro:le rr: bilden und einen Kathoden-Zuf
ührurc-crTht daran zu bef e:::t ζ re η . Der typische Festelektrolytkcndensatcr
hat ein poröses Röhrcrnet.il 1 -Anodenpellet, das gewöhnlich
zyl inderf crrr,.1 r; ist, an das eine An^cenzuf iJhrun^ hefestipt
ist; ein dielektrischer FiIn wird auf der Oberflächen des Pellet
gebildet und dieser wird durch einen festen Elektrolyten bedeckt; danach wird eine Graphitschicht aufgetragen; hierauf wird die
Graphit schient metallisiert und ein Fathcden-Zuf ührunp;sdraht wird
an der -etaliisierten Schicht befestigt.
Bei einer- cek-innten Verfahre:' zax- Befestigung des Kathoden-Zuführunftsdr";v:t
·:.."■ vrird dieser stumpf .-;el'jtet; ein anderes Verfahren
besteht aarin, daß ein Ende des zyli nderf örnlrjen Drahtes in einer
Ebene mit der Oberfläche der metallisierten Oberfläche gelebt
wird und Lötmittel aufgetragen wird; bei einem anderen Verfahren
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ORIGINAL INSPECTED
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wird ein Zuführungsdraht verwendet, der spiralförmig um den
mit Graphit bedeckten Körper gewunden ist und daran durch eine Lötmittelschicht befestigt ist.
Bei den zwei zuerst genannten Verfahren zur Befestigung des Kathoden-Zuführungsdrahtes an ein kleines Pellet (z.B. ein Pellet
mit einen Durchmesser, der ungefähr fünfmal kleiner ist als der Durchmesser des zu befestigenden Kathoden-Zuführungsdrahtes),
hat die Lötmittelverbindung die Neigung zu bersten, und die Lötmittelverbindung
zwischen der Zuführung und dem Pellet hat demgemäß einen hohen Widerstand während der nachfolgenden Behandlung,
bei der Prüfung und/oder bei der Einhüllung. Dies zeigt sich typischerweise als e:.n hoher Dissipationsfaktor oder Leerlauf
und ist gewöhnlich die Ursache dafür, daß das Teil verworfen wird. Das zuletzt genannte Verfahren zur Verbindung eines
Kathoden-Zuführungsdrahtes mit einem Pellet führt weniger zum Bersten; alle drei Verfahren der Kathoden-Zuführungsbefestigung
jedoch
sind/schwierig zu verwirklichen, insbesondere, wenn ein kleines
Pellet verwendet wird, da eine akkurate Registrierung des Drahtes und des Pellets vor dem Verlöten nicht zuverlässig ausgeführt
werden kann und sicher auf einer gemeinschaftlich betriebenen Mehrfachkondennatorbasi s, wie sie bei Massenherstellung verv;endet
wird. Die zwei zuerst genannten Kathoden-Zuführungsstrukturen
werden daher mit ungünstigen Endresultaten hergestellt und die
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Werte vermindern sich in dem Maße v/ie die Größe des Pellet kleiner
wird. Die zuletzt genannte "!ethode, bei welcher der Draht
um den Körper spiralförmig gewickelt wird, kann nur einzeln
durchgeführt werden und führt zu Kondensatoren mit einem großen
Durchmesser.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Festelektrolytkondensator
zu entwickeln, der eine starke Verbindung zwischen dem Kondensatorkorner und den Kathodenzuführungsdraht
aufweist und einen niedrigen Widerstand hat.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Pestelektrolytkondensator
zu entwickeln, der in hohen Stückzahlen produziert werden kann.
Schließlich ist es ein Ziel dieser Erfindung, einen Elektrolytkondensator
zu entwickeln, der eine kleine Anode verwendet und eine zuverlässig arbeitende Kat hodenr.truktur aufweist, die nur
ganz wenig zum Durchmesser oder zur Masse der fertig bearbeiteten Kondensatorpackung beiträgt.
Ein Festelektrolytkondensator umfaßt eine zylinderförmige F'öhrenmetallanode
mit einer Anodenzuf ührur.g, die daraus hervorragt, ein
dielektrischer 17IIm, der über den Oherf 1/ichen der Anode geformt
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b Λ 7 8
ist, ein fester Elektrolyt oberhalb des Films und eine Schicht
aus Kohleteilchen, die auf dem festen Elektrolyten verteilt sind, gekennzeichnet durch eine Metallkathoden-Zuführung mit
einem dünnen streifenförmigen Teil, der die Gestalt eines "C"
und ein Drahtteil hat, der an dem einen Ende des streifenrormisen
Teils befestigt ist. Der "C"-fürmige Streifenteil, der
einer hohlen Hand gleicht, befindet sich oberhalb der zylinderförmigen
Anode, so daß die Anode darin untergebracht ist. Die Kohleteilchen können eine Schicht aus einem leitenden, lötbaren
Material haben, das darüber angebracht let, und an welches der Kathoden-Zuführungsstreifenteil befestigt ist. Eine konforme
Schicht aus Lötmittel liegt oberhalb des Streifens und der benachbarten Gebiete der lötbaren Schicht, wobei die letztere dazu
dient, das Lötmittel anzubringen und zu verbinden und auf diese Weise die Kathodenzuführung mit den Graphit zu verbinden. Eine
Hülle kann die mit dem Lötmittel bedeckte Anode umgeben und ebenso den Teil nahe der Anode und den Kathoden-Zuführungsdrähten,
wodurch diese Zuführungsdra"hte eine zusätzliche Stärke erhalten.
Der Kathoden-Zuführungsstreifenteil erstreckt sich um die zylinderförmige
Anode von 135° bis l80°, aber vorzugsweise bis l60°. Der Kathoden-Zuführungsteil erstreckt sich in einer Richtung, die
parallel ist zur Richtung des herausragonden Anodendrahtes. Bei
dem Kondensator erstrecken sich also die Zuführungsdrähte in die-
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selbe Richtung, wobei sie eine "radial leaded"-Packung bilden; die zwei Zuführungen können sich auch in einander entgegengesetzte
Richtungen erstrecken, wobei eine Konden.satorpackung mit axial gerichteten Zuführungen entsteht.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, die acht Figuren enthält.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Festelektroiytkondensatorkörper mit einem Anoden-Zuführungsdraht
,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Kathodenzuführung,
Fig. 3 eine Seitenansicht (Querschnitt) des montierten Körpers
und eine Kathodenzuführung nach Fig. 1 und 2,
Fig. h ein zusammengebauter Anodenkörper und die erfindungsgemaße
Kathodenzuführung in Draufsicht,
Fig. 5 die in Fig. Ü dargestellte Anordnung in Seitenansicht,
Fig. 6 der zusammengebaute und eingehüllte Anodenkörper und die in Fig. 4 und 5 dargestellte Kathodenzuführung in Draufsicht
(Querschnitt),
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-5.
Pig. 7 der in Pig. 6 dargestellte eingehüllte Aufbau, gesehen entlang der Doppelebene 7-7 in Seitenansicht (Querschnitt),
wobei die sogenannte "radial leaded"-Packung vorliegt,
Fig. 8 ein umhüllter Festelektrolyt-Kondensator nach der Erfindung,
bei dem sich die Zuführungen axial erstrecken.
Fig. 1 zeigt einen konventionellen Pestkörper-Elektrolytkondensator
10 mit einer Anodenzuführung 11. Fig. 2 zeigt eine neuartige Kathodenzuführung aus Metall mit einem runden Drahtteil 2oa
und einem "C"-förmigen streifenförmigen Teil 2ob. Diese Zuführung
ist nicht notwendigerweise rund, sie kann irgendeine andere handliche Gestalt haben, z.B. kreisförmig oder rechteckig. Der
streifenförmlge Teil 2ob wird geeigneterweise dadurch hergestellt,
daß ein Endteil des Drahtes 2oa abgeflacht und geformt wird, und zwar mit Hi]fe eines standardmäßigen Kaltverfcrmungs-Verfahrens.
Der Draht 2oa besteht vorzugsweise aus Nickel mit einer äußeren Oberfläche aus Zinn oder Zinn-Blei-Lötmittel. Diese Zuführung
kann jedoch auch aus anderen Metallen als Nickel hergestellt werden, z.B. aus Kupfer oder Stahl.
Ein Zusammenbau des Körpers und der neuartigen Kathodenzuführung
wird in Fig. 3 im Querschnitt gezeigt. Der Körper Io besteht aus
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einem Röhrenmetal !--Pellet 12 m.it einem Röhrenrr.etu lloxidf ilm 13,
der oberhalb der Oberfläche dep. porösen Polit gebildet wird. Das
Röhrenrr.etall ist vorsu^sweisp Tantal» Ein fester Elektrolyt Ik
liegt über den; geformten Pellet und befindet sich in engem Kontakt mit dem dielektrischen 71 In 13, Der feste Elektrolyt ist
vorzugsweise Mangandioxid. Oberhalb des festen Elektrolyten
befindet niob, eine Schicht aus Kohlenstoff 15, insbesondere eine
Schicht aus Granhitteilchen, wie es dem Stande der Technik entspricht.
Hierauf wird auf oer. Graphit eine metallhaltige, lötbare
Beschichtung aufgetragen. Diese Beschichtung wird vorzugsweise
dadurch hergestellt, daß auf übliche Art und Weise eine
silberhaltige Paste auf den Graphit aufgetragen wird, und zwar
durch Eintauchen und Emitter der Paste, um die flüchtigen Bindenaterlalten,
die darin enthalten sind, auszutreiben und/oder die organischen polymeren Bestandteile des Bindesystems zu härten.
Der Körper Io wird soivo.lt vorbereitet, daß an ihn die Kathoden-Zuführung
befestigt werden kann. In der Gro^fertigung von Fest-Elektrciytkondensatoren
ist es wohlbekannt, jeden der oben aufgeführten Verfahrensschritte simultan für eine Vielzahl von Kondensatcrkörpern
durchzuführen, Typischerbe!se v;ird dies dadurch ausgeführt
, daß eine Vielzahl von gleich beabstandeten Pellets durch
ihre Ar,oden-Zuführungrsdra'hte an eine Metallstange befestigt wer-
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am φ[ mm
den.Eine typische konventionelle Praxis ist es, einen Satz von
verzinnten Kupfer- oder Nickel-Zuführungsdrähten herzustellen,
die sendwichartig zwischen einen Streifen aus Pappe und ein
Klebeband angebracht sind. Die parallelen Drähte ragen von dem
Pappstreifen weg und sind in Paaren angeordnet, wobei die Paare voneinander durch einen Abstand getrennt sind, der dem Abstand
der Kondensator-Pellets auf der Metallstange entspricht. Die Pellets werden dann in eine Haltevorrichtung geklemmt und die
Anoden-Drähte werden von der Stange getrennt, wobei der Abstand der Pellets durch die einklemmende Haltevorrichtung aufrechterhal
ten bleibt. Die Karte der Zuführungsdröhte wird mit den Pellets
in der Klömme registriert, so daß ein kurzer Draht in jedem
Drahtpaar, benachbart zum Anoden-Draht des Pellets, liegt und eine Sclmeißung wird durchgeführt, um den kurzen Draht und den
Anoden-Draht zu verbinden. Ein langer Draht jedes Paares sollte nun benachbart zur Kathoden-Beschichtung jedes Pellets regi
striert werden, und der lange Draht und die Kathodenbeschichtung der Pellets werden durch Tauchlötung miteinander verbunden.
Gerade beim Verfahrensschritt dieser Kathoden-Zuführungsregistrierung,
der vorhin erwähnt worden ist, ist es schwierig, Zuverläs sigkeit zu erreichen, insbesondere, wenn kleine Pellets verwen
det werden. Um jeden Kathoden-Zuführungsdraht von einer Anzahl von Kathoden-Zufübrungsdrfihten mit dem entsprechenden Körper
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genau zu registrieren, erfordert eine große Genauigkeit hinsichtlich
des ursprünglichen Abstandes, eine große Sorgfalt, um eine unbeabsichtigte Verrückung der beabstandeten Teile zu vermeiden
und eine empfindliche Justierung bei der Registrierung der auf Karten befestigten Kathoden-Zuführungen mit einer Gruppe von
Anoden-Pellets. Wenn konventionelle Zuführungen verwendet werden,
ist es urvermeidlich, daß einige der Kathodenzuführungen
mit ihren entsprechenden Pellets nicht richtig registriert werden.
Entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Erfindung formt der "C"-förmige Teil 20 der Kathodenzuführung ein Nest, das zusammen
mit einem Körper selbstregistrierend wird, um die vorhin erwähnten Schwierigkeiten zu vermeiden. Der Radius der Kurvatur
des "C"-förmigen Streifenteils 2ob ist im wesentlichen derselbe
wie der Durchmesser des beschichteten Körpers lo. Nachdem der Körper Io in den Streifen 2ob eingebracht worden ist, wobei sich
der Kathodendraht 2oa von dem Körper in einer Richtung parallel zur Anodenzuführung erstreckt, wird der Aufbau tauchgelötet und
die Lötmittelbeschichtung 17 wird mit dem verzinnten Streifen 2ob und der lötbaren Schicht 16 verschmolzen, wodurch eine widerstandsfähige
Kathodenzuführungsstruktur entsteht. Selbst wenn der Kathodenzuführungsdraht während eines der folgenden Verfahrensschritte unbeabsichtigt verbogen v/ird, kann das Auftreten von
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einigen Rissen im Lötmittel 17 in der Nähe des Drahtteiles 2oa hingenommen werden, da eine intakte elektrische Verbindung mit
dem Körper entlang des Streifenteils 2ob erhalten bleibt.
Die lötbare Schicht 16 kann auch wegbleiben und die Lötmittelschicht
17 kann direkt auf den Streifen 2ob aufgetragen werden und ebenso auf die Graphitschicht 15, obwohl die Verwendung die
Verwendung der Schicht 16 bevorzugt wird, da sie eine stärkere und zuverlässigere Verbindung ergibt.
Nun ist es ersichtlich, daß die neuartige erfindungsgemäße Kathodenzuführung
besonders für die Massenherstellung geeignet ist, bei der große Gruppen von Kathodenzuführungen simultan, genau
und zuverlässig mit einer entsprechenden großen Zahl von Pestelektrolytkondensatoren
registriert werden, bevor die Kathodenzuführungen mit den Körpern verlötet werden.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung und entsprechend den Fig. 1I, 5, 6 und 7 sollte sich der Kathodenstreifenteil 4ob um
den Körper 3o nicht weiter als l80° erstrecken, so daß es nicht notwendig ist, den Streifen zu verbiegen, um darin den Körper
unterzubringen; der Streifen sollte sich aber auch nicht weniger als 135 erstrecken, um ein wirksames Nest zu bilden. Der "C"-förmige
Streifen erstreckt sich vorzugsweise weniger als l80° , nämlich ungefähr l60°, so daß der gesamte Durchmesser, wenn er
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am größten ist, möglichst klein gehalten wird, und zwar gemessen bezüglich des Lötmittelüberzuges 37.
Ein Zuführungsdraht also, der an seinem Ende nur abgeflacht ist oder weiter vertieft oder die Gestalt eines Spatens hat, um sich
dem Kondensatorkörper anzuschmiegen, wird nicht den Draht der Selbstregistrierung mit dem Körper ergeben, der mit der in Fig.2
dargestellten Kathodenzuführung erreicht werden kann, die sich wenigstens 135 um den Körper herum erstreckt.
In den Fig. 6 und 7 wird der Kondensator der Fig. 5 und k gezeigt,
bei dem der Röhrenmetall-Anodendraht 31 kurzgeschnitten ist und
ein verzinnter Nickeldraht 5o daran angeschmolzen ist, so daß beide sich nach außen erstreckenden Anoden- und Kathoden-Zuführungsenden
4oa und 5o dieselben physikalischen Eigenschaften
haben und lötbar sind. An diesem Punkt kann der Aufbau eingefügt werden, z.B. dadurch, daß er in ein Epoxidharz eingetaucht wird
oder in ein anderes geeignetes flüssiges Harz und gehärtet wird, um eine harte, isolierende Beschichtung für den Schutz des Körpers
gegen physikalische Beschädigungen und atmosphärische Verunreinigungen bereitzustellen. Die Umhüllung aus Harz verleiht
auch eine zusätzliche Stärke den Zuführungen 4oa und 5o.
Der in Fig. 8 dargestellte Kondensator ist eine mit axial gerichteten
Zuführungen versehene Packung (axial leaded package), die
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eine ähnliche asymmetrische Kathodenzuführung benutzt wie diejenige
in Fig. 2. Das poröse Röhrenmetall-Anodenpellet 60 hat obenauf einen Film aus einem dielektrischen Oxid und oberhalb
des dielektrischen Films ist ein fester Elektrolyt angebracht. Eine Graphitschicht wird auf die Oberfläche des festen Elektrolyten
aufgebracht. Die drei zuletzt genannten Elemente sind in dieser Figur nicht gezeigt. Das Kathodensystem enthält eine
Kathodenzuführung 7o und eine Metallschicht 67, welche eine physikalische und elektrische Verbindung zwischen dem Kathoden-Zuführungsstreifenpaar
7ob und der Graphitoberfliiche des Kondensatorkörpers
herstellt. Das Kathodensystem kann auch, wie in PiR. 3 gezeigt, eine silberhaltige Schicht und eine Lötmittelschicht
enthalten. Der Kathoden-Zuführungsdraht 7oa erstreckt sich noch immer von dem Körper 60 in eine Richtung parallel zur
Anoden-Zuführung, die in den Fig. 3 bis 7 dargestellt ist. Obwohl ein konformes Einbettungsmittel ähnlich dem in Flg. 7 auf
dem Körper in Fig. 8 angebracht werden kann, ist es einfacher, und daher vorzuziehen, diesen axial gerichteten Teil durch Verlegung
(transfer) oder Spritzguß einzuhüllen.
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Claims (8)
1. Ein Pestelektrolytkondensator mit einer zylinderförmigen
Röhrenmetall-Anode mit einem daran befestigten Anoden-Zuführungsdraht,
der sich von einer flachen Endfläche erstreckt, ein dielektrischer Oxidfilm auf der Oberfläche der Anode,
ein fester Elektrolyt, der auf dem dielektrischen Oxidfilm aufgebracht ist und eine Graphitschicht, die über dem festen
Elektrolyten liegt, gekennzeichnet durch eine Metallkathodenzuführung mit einem dünnen Streifenteil
in der Form eines "C" und mit einem Drahtteil, das an einem Ende des "C"-förmigen Streifenteils befestigt ist, der "C"-förmige
Streifenteil konzentrisch um die zylinderförmige
Anoae angebracht ist und eine konforme Schicht aus einem Lötmittel, das oberhalb des strelfenförmigen Teils geformt wird
und damit verlötet wird und eine Verbindung mit der Graphitschicht aufweist, wobei der Kathodendraht-Zuführungsteil
von der Anode wegweist, und zwar in eine Richtung, die im wesentlichen parallel ist zu der des ebenfalls wegweisenden
Anoden-Zuführungsdrahtes.
2. Der Kondensator nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,
daß eine leitende, lötbare Beschichtung ober·
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halb der Graphitschicht liegt und an dieser haftet und der streifenförmige Zuführungsteil konform zu der lötbaren Beschichtung
ist und in Kontakt mit ihr steht, wobei die lötbare Beschichtung; als eine Verbindung zwischen der Lötmittelschicht
und der Graphit schicht dient.
3. Der Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die lötbare Beschichtung Silberteilchen enthalt.
^. Der Kondensator nach Anspruch !,dadurch gekenn
zeichnet, daß er zusätzlich ein isolierendes Einhüllungsmittel
enthalt, das die Lötmittel se hi ent und einen Teil
der Anode und der Kathodenzuführungen bedeckt.
5. Der Kondensator nach Anspruch 1,dadurch gekenn zeichnet, daß der "C"-förmige Streifenteil der Kathodenzuführung
sich von 135° bis l80° um die zylinderförmige
Anode erstreckt.
6. Der Kondensator nach Anspruch l,dadurch gekennzeichnet,
daß der "C"-förmige Streifenteil der Kathodenzuführung
sich um l60° um die zylinderförmige Anode erstreckt
.
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7. Der Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Kathodendraht-Zuführungsteil in dieselhe Richtung erstreckt, und zwar von der Anode weg.
8. Der Kondensator nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,
daß der Kathoden-Zuführungsteil in die entgegengesetzte Richtung weist wie die Anodenzuführung.
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