DE2725137C2

DE2725137C2 - Verfahren zum Herstellen von Festelektrolyt-Kondensatoren

Info

Publication number: DE2725137C2
Application number: DE2725137A
Authority: DE
Inventors: John L. Little Genesee N.Y. Galvagni
Original assignee: AVX Corp
Current assignee: Kyocera Avx Components Corp
Priority date: 1976-06-14
Filing date: 1977-06-03
Publication date: 1984-09-06
Also published as: JPS52153151A; GB1523249A; JPS6135690B2; US4085435A; CA1082321A; DE2725137A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Festelektrolyt-Kondensatoren in Chip-Bauweise aus vorgefertigten Kondensatorkörpern und Anschlußelementen, bei dem die Anschlußelemente mit dem Anodendraht und mit der Kathodenbelegung elektrisch leitend verbunden werden.

Aus der US-PS 38 28 227 ist ein nach einem derartigen Verfahren hergestellter Tantal-Kondensator in Chip-Bauweise bekannt. Dieser Tantal-Kondensator wird aus vorgefertigten Kondensatorkörpern und Anschlüssen für Chip-Kondensatoren gefertigt, wobei eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Kathodenschicht des Kondensatorkörpers und dem Kathodenanschluß sowie zwischen dem Anodendraht des Kondensatorkörpers und dem Anodenanschluß hergestellt wird.

Tantal-Kondensatoren in Chip-Bauweise haben bekanntlich den Vorteil einer relativ hohen Kapazität, bezogen auf ihr Volumen. Weitere Kondensatoren dieses Typs und Kondensatoren vergleichbarer Typen sind in den US-Patentschriften 38 55 505, 33 49 294, 33 41 752, 56 911, 33 08 350 und 33 37 428 beschrieben. Alle diese Kondensatoren sind zerbrechlich, uneinheitlich in den äußeren Abmessungen und haben ein hohes Aufnahmevermögen für eindringende Feuchtigkeit. Diese Kondensatoren müssen daher unter Vakuum behandelt werden, und zwar mit gepolsterten Pinzetten o. dgl.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art dahin gehend zu verbessern, daß es eine einfache Herstellung robuster und feuchtigkeitsdichter Festelektrolyt-Kondensatoren in Chip-Bauweise gestattet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kondensatorkörper in ein Bechergehäuse aus Metall eingesetzt wird, daß der Anodendraht und die Kathodenbelegung mit dem Bechergehäuse elektrisch leitend verbunden werden, daß das Bechergehäuse mit dem darin befindlichen Kondensatorkörper mit einer härtbaren flüssigen Polymermasse angefüllt und die Polymermasse ausgehärtet wird und daß das Bechergehäuse mit einer Nut versehen wird, durch die der mit dem Anodendraht elektrisch verbundene Bereich des Bechergehäuses von dem mit der Kathodenbelegung elektrisch verbundenen Bereich des Bechergehäuses getrennt und damit elektrisch isoliert wird.

Die Nut kann vorzugsweise durch Sandstrahlen in das Gehäuse eingearbeitet werden. Es empfiehlt sich, die Nut in Höhe des Anodenleiters anzuordnen.
Nach einer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kathodenbelegung mit dem Bechergehäuse durch ein Lötmittel auf der Innenseite des Bechergehäuses elektrisch leitend verbunden wird.

Vorteilhafterweise wird die polymere Masse unter Vakuum in das Bechergehäuse eingefüllt.

Vorzugsweise wird der Anodendraht unter Zwischenfügung eines quer zum Gehäuse angeordneten Tantaldrahtes mit dem Bechergehäuse verschweißt.

In der Zeichnung ist ein Beispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ansicht auf die Einzelteile des Kondensators in auseinandergezogenem Zustand;

F i g. 2, 3 und 4 Längsschnitte durch die Kondensatorelemente, wobei die fortschreitenden Bearbeitungsstufen schematisch dargestellt sind;

F i g. 5 eine Seitenansicht, wobei eine weitere Bearbeitungsmaßnahme bei der Herstellung des Kondensators dargestellt ist, und

F i g. 6 eine perspektivische Ansicht auf einen fertigen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kondensator.

In F i g. 1 ist eine Montageuntergruppe 10 eines Tantal-Kondensators in Chip-Bauweise gezeigt, wobei die Herstellungsschritte der Montageuntergruppe 10 bekannt sind und im nachfolgenden lediglich aus Erläuterungsgründen kurz beschrieben werden, da die erfindungswesentlichen Schritte das Verfahren zum Abschluß und zur Einkapselung des an sich bekannten Kondensators betreffen.
Die Kondensator-Montageuntergruppe 10 besteht aus Tantalpuder, das in einen Würfel gepreßt ist, in dem ein Leiter eingebettet ist. Der Würfel wird auf Temperaturen von etwa 2000⁰C erhitzt, und zwar unter Hochvakuum-Bedingungen, um eine schwammige Tantal-Anode zu bilden. Auf dem Tantal wird eine dielektrische

bo Oberfläche gebildet, die aus Tantalpentoxyd besteht und an Ort und Stelle dutch elektrolytische Eloxierung des schwammigen Tantal-Würfels in einem Phosphorsäurebad gebildet wird. Das Teil wird gereinigt und getrocknet und anschließend in Mangannitrat imprägniert,

b5 wonach der Würfel auf etwa 300°C erhitzt wird, wobei das Nitrat in Mangandioxid umgewandelt wird.

Dieser Pyrolyseschritt wird einige Male mit intermittierenden elektrolytisch^ Rückbildungen wiederholt.

um das durch die wiederholten Hitzeanwendungen beschädigte Dielektrikum zu heilen.

Nachdem dieses Verfahren abgeschlossen ist, wird das Teil gewaschen und getrocknet und ein Überzug 11 aus Graphit als wäßrige Suspension aufgebracht Nach dem Trocknen wird der Graphit mit einem leitfähigen Überzug versehen, beispielsweise einem Silber- oder Kupferüberzug 12, was so zu verstehen ist, daß der Überzug 12 die Kathodenverbindung oder den Abschluß der Montageuntergruppe 10 bildet und der Leiter 13 die Anodenverbindung darstellt

Da das spezielle Herstellungsverfahren der Montageuntergruppe 10 in einem oder mehreren der vorstehend genannten Patente ausführlich erklärt ist, wird auf eine weitere Beschreibung verzichtet

Der Anodendraht 13 kann an einer Stelle 14 an einen Querdraht 15 aus Tantal, Nickel oder KOVAR® (Warenzeichen der Westinghouse Electric Corp. für Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und relativ niedriger Wärmeausdehnung) geschweißt sein, der in einem nachfolgenden Schritt elektrisch mit dem Gehäuse 16 verbunden wird, um das Anodenende des Kondensators zu definieren, wobei das so zu verstehen ist, daß eine direkte Verbindung zwischen dem Zwischenstück oder dem Leiter 13 und dem Gehäuse 16 wahlweise ausgeführt werden kann. Die Verwendung eines Querstabs aus Tantal, Nickel oder KOVAR® ist nicht zwingend, aber wegen ihrer verträglichen Schweißeigenschaften bevorzugt.

Die Montageuntergruppe 10 wird mit dem daran befestigten Querdraht 15 anschließend in ein metallisches Gehäuse 16 eingesetzt, das vorzugsweise aus stranggepreßtem Material besteht, vorzugsweise KOVAR*.

Mit dem Einsatz 10 in dem Gehäuse 16, wie in F i g. 2 dargestellt, wird das Gehäuse 16 aufrecht gestellt, und zwar mit der Kathode oder dem Silberüberzug 12 zuunterst, wobei eine Lage 17 eines Lötmittels oder eines leitfähigen Epoxydharzes in den Zwischenraum zwischen dem Überzug 12 und dem unteren Ende 18 des Gehäuses 16 gegossen wird, und zwar zur Herstellung der Kathodenverbindung des Kondensators. Die Menge des Lötmittels oder des leitfähigen Epoxydharzes, aus dem die Lage 17 gebildet wird, ist vorzugsweise so bemessen, daß sie ausreicht, um die Lücken wzwischen dem Gehäuse und dem Einsatz zu füllen, wobei eine Abdichtung gegenüber dem unteren Ende 18 vorgesehen ist.

Als nächster Schritt wird der Querdraht 15 elektrisch mit dem Gehäuse 16 an seinem oberen Ende 19 verbunden, um die Anodenverbindung herzustellen. Eine solche elektrische Verbindung wird beispielsweise durch ein kapazitives Entladungsschweißgerät 20 hergestellt, dessen eine Elektrode 21 an dem Gehäuse 16 geerdet ist und dessen andere Elektrode 22 mit der »heißen« Seite des Schweißstromausgangs verbunden ist.

Es versteht sich, daß der Endbereich 23 des Querdrahts 15 durch zwischen den Elektroden 21 und 22 ausgeübten Druck gegen die Wand des Gehäuses 16 gedruckt und aufgrund des Schweißstroms mit dem Gehäuse 16 verschweißt wird.

Es können auch zu der in Fig. 3 dargestellten Maßnahme alternative Maßnahmen zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Leiter 13 und dem Ende 19 des Gehäuses 16 zur Anwendung kommen. Ein Vorteil der Verwendung des Tantalleiters und des KOVAR*-Gehäuses besteht darin, daß aufgrund der aufeinander abgestimmten Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden metallischen Komponenten die Wahrscheinlichkeit daß sich die beiden Teib voneinander trennen, wenn der Kondensator anschließend beim Einsetzen in einen elektrischen Stromkreis erhitzt wird, wesentlich verringert ist

In Übereinstimmung mit der Darstellung gemäß F i g. 4 besteht der nächste Schritt in der Herstellung des Kondensators darin, daß in die Zwischenräume zwischen der Innenfläche 24 und der Kondensator-Montageuntergruppe 10 ein polymeres Isolationsmaterial 25 eingeführt wird Das Material 25 muß natürlich hohe elektrische Isolationsfähigkeit besitzen, ist insbesondere schrumpffest im Verlaufe des Härtens oder Polymerisierens und bildet insbesondere eine festhaftende Verbindung mit der beteiligten Innenfläche 24 des Gehäuses

!5 und der äußeren Oberfläche der Montageuntergruppe 10.

Ein bevorzugtes Material ist eine Epoxydmischung, wie etwa eine Epoxydgußverbindung; jedoch kann auch jede andere Art eines wärmehärtbaren oder thermoplastischen harzartigen Materials, das die oben angegebenen Eigenschaften aufweist, Verwendung finden.

Vorzugsweise kann das Epoxydharz oder ein äha'.iches flüssiges harzartiges Material in einer evakuierten Umgebung eingeführt werden, wodurch verbesserte Abdichteigenschaften und eine verbesserte Entlüftung der Lücken erreicht werden.

Wie nachstehend ausgeführt, sind die Kondensatorelemente mit dem Metallgehäuse verbunden.
Nach dem Härten der harzartigen Materialien besteht der in F i g. 5 dargestellte nächste Schritt darin, daß rund um das Gehäuse herum eine Nut oder eine Spalte 26 geschnitten oder geätzt wird, wodurch ein Fließen des elektrischen Stroms zwischen den Enden 18 und 19 des Gehäuses ausgeschlossen ist. Wenngleich die Bildung einer solchen Nut 26 auf verschiedene Weise erfolgen kann, wie beispielsweise durch Schleifen, Hobeln o. dgU so wird dennoch die Anwendung der an sich bekannten Sandstrahltechnik zur Bildung der Nut bevorzugt.

Wie schematisch in F i g. 5 gezeigt, leitet eine feine Düse einen Schleifpartikelstrahl, beispielsweise aus Sand, der in einem Luftstrom von hoher Geschwindigkeit mitgerissen wird, gegen einen Teil der Seitenwandung des Gehäuses, wobei eine Relativbewegung zwisehen dem Gehäuse 16 und der Düse 27 ausgeführt wird, wodurch das metallische Material in einem das Gehäuse umgebenden Bereich vollständig entfernt wird. Die Verwendung von Sandstrahl-Techniken wird bevorzugt, weil es sich herausgestellt hat, daß sich die daraus resultierende Schneidwirkung bevorzugt auf das Metall erstreckt und in das Epoxydmaterial weniger tief einschneidet.

Ein nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellter Kondensator ist in F i g. 6 gezeigt.

Das Gehäuse 16 ist nun in zwei voneinander getrennte Teile unterteilt, wobei der eine Teil 16' die Kathode und der andere Teil 16" die Anode des Kondensators bildet. Das gehärtete Epoxydmaterial 25 hält die beiden Teile des Gehäuses mechanisch zusammen, wobei es

so gleichzeitig das Gehäuse zuverlässig abdichtet und sicherstellt, daß der Kondensator während seiner Handhabung nicht beschädigt wird. Elektrische Verbindungen Können an beiden Teilen 16' und 16" angebracht werden.

Während der Kondensator in einem rechtwinkligen (im vorliegenden Beispiel einem quadratischen) rohrförmigen Metallgehäuse eingebettet dargestellt ist, das vorzugsweise aus einem Stück besteht, das von einem

langgestreckten stranggepreQten Teil geschnitten ist, können auch andere Querschnittsformen verwendet werden. Die rechteckige Form hat jedoch den Vorteil, daß sie die Montage des Kondensators auf einer planen Fläche ermöglicht.

Es stehen Abwandlungen in den Verfahrensschritten, der Art ihrer Ausführung und der Folge, in der sie ausgeführt werden, zur Verfügung. So können beispielsweise zwei oder mehr Kondensatoren in einem einzigen Metallgehäuse vorgesehen sein und durch Bildung to zweier oder mehrerer ringsum laufender Nuten elektrisch voneinander isoliert sein. Gleichfalls kann eine innere Verbindung zwischen beispielsweise den Kathoden der Kondensatoren hergestellt werden, wobei der mittlere Bereich die gemeinsame Elektrode ist, die durch umlaufende Nuten von den Enden (Anoden) isoliert ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Festelektrolyt-Kondensatoren in Chip-Bauweise aus vorgefertigten Kondensatorkörpern und Anschlußelementen, bei dem die Anschlußelemente mit dem Anodendraht und mit der Kathodenbelegung elektrisch leitend verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatorkörper in ein Bechergehäuse aus Metall eingesetzt wird, daß der Anodendraht und die Kathodenbelegung mit dem Bechergehäuse elektrisch leitend verbunden werden, daß das Bechergehäuse mit dem darin befindlichen Kondensatorkörper mit einer härtbaren flüssigen Polymermasse angefüllt und die Polymermasse ausgehärtet wird und daß das Bechergehäuse mit einer Nut versehen wird, durch die der mit dem Anociendraht elektrisch verbundene Bereich des Bechergehäuses von dem mit der Kathodenbelegung elektrisch verbundenen Bereich des Bechergehäuses getrennt und damit elektrisch isoliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut mittels eines Sandstrahls erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut in Höhe des Anodendrahtes erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenbelegung mit dem Bechergehäuse durch ein Lötmittel auf der Innenseite des Bechergehäusebodens elektrisch leitend verbunden wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymermasse unter Vakuum in das Bechergehäuse eingefüllt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodendraht unter Zwischenfügung eines quer zum Gehäuse angeordneten Tantaldrahtes mit dem Bechergehäuse verschweißt wird.