DE3012950A1

DE3012950A1 - Tantal-festelektrolytkondensator

Info

Publication number: DE3012950A1
Application number: DE19803012950
Authority: DE
Inventors: Balint Escher; Dominique Prince; Rene Romanet
Original assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Current assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Priority date: 1979-04-02
Filing date: 1980-04-02
Publication date: 1980-10-23
Also published as: FR2453483B1; DE3012950C2; US4375075A; JPS6349365B2; JPS55163833A; FR2453483A1; GB2046515B; GB2046515A

Description

Dlpl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

17. März 1980

LIGNES TELEGRAPHIQUES ET TELEPHONIQUES 1 , Rue Charles-Bourseul

78702 CONFLANS STE HONORINE / Frankreich

Unser Zeichen: L 1118

Tantal-Festelektrolytkondensator

Die Erfindung betrifft die Beseitigung der Gefahr einer spontanen Erhitzung der Anode eines Tantal-Festelektrolytkondensators bei Funktionsstörungen desselben, wobei eine solche Erhitzung bis zur Zerstörung der Schaltungen führen kann, in welchen der Kondensator montiert ist.

Es sei daran erinnert, daß solche Kondensatoren eine Tantalsinteranode besitzen, deren oxidierte Oberfläche die Rolle des Dielektrikums spielt; die Katode besteht aus die Anode imprägnierendem, mit Leiterschichten (in der Regel aus Graphit und Silber) in Kontakt befindlichem Mangandioxid. Ausgangskontakte sind mit dem gesinterten Tantal (Anode) bzw. dem Katodenüberzug verbunden. Diese letztere Verbindung erfolgt meistens über ein Weichlot. Der Kondensator wird dann durch Anbringung

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eines Gehäuses oder einer Umhüllung zum Schutz gegen Stöße und Umgebungseinflüsse, anschließend als "Schutz" bezeichnet, fertiggestellt. Solche Kondensatoren besitzen im Innern keinerlei Vorrichtung zur Strombegrenzung. Ein falscher Anschluß oder ein Isolierfehler können Ursache für die Entstehung so starker Ströme sein, daß dadurch eine Temperaturerhöhung der Anode bewirkt wird, durch welche spontan die Anode zur Weißglut unter Zerstörung des Kondensators gebracht wird. Dieses Phänomen tritt nur bei mindestens punktförmiger überhitzung der Anode über eine kritische Temperatur auf. Unter diesen Bedingungen wird nicht nur der Kondensator zerstört, sondern auch die benachbarten Schaltungen werden in gefährlicher Weise in Mitleidenschaft gezogen.

Obwohl dieses Phänomen selten ist, ist es doch so schwerwiegend, daß es das Ergreifen von Maßnahmen rechtfertigt, welche es praktisch unmöglich machen.

Man hat schon vorgeschlagen, in einen Tantalkondensator zwischen die Katode und ihren Ausgang eine "metallische Schmelzsicherung" einzubauen; verwiesen wird hier insbesondere auf die französische Patentschrift 2 318 491. Diese Schmelzsicherung besteht aus einer Brücke bestimmter Länge aus Metall oder einer Legierung, die zwischen der Katodenschicht und dem Katodenausgang angeordnet wird; der Querschnitt dieser Brücke wird im Hinblick auf die gewünschte Wirkung berechnet (je nachdem Schutz des Umhüllungsmaterials oder Schutz der Anode). Diese Struktur scheint im Fall der umgossenen Kondensatoren keine ausreichende Wirkung zu gewährleisten. In der Tat hat die Erfahrung gezeigt, daß die elektrische Leitfähigkeit der derzeit verwendeten Lote wenig durch ihren physikalischen Zustand modifiziert wird; mit anderen Worten, ist der Kontakt selbst dann vorhanden, wenn

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die Brücke sich in der flüssigen Form befindet. Der Abbruch des Kontakts erfordert das Verschwinden des Lots. Die bezüglich der Materialien und der Methoden des Formpressens erzielten technischen Fortschritte sind derart, daß der Schutz hohe Temperaturen aushält, was die Zerstörung des Kondensators durch Ablösung des katodischen Kontaktdrahts verhindern kann, indem das Fließen des Lots oder des Schweißmaterials verhindert wird. Die Gefahren einer lokalen Erhitzung unter Auslösung der Verbrennung des Tantals der Anode und somit unter katastrophaler Zerstörung der diese Kondensatoren enthaltenden Einrichtungen sind daher stark angestiegen.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Vermeidung der geschilderten Nachteile. Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß das Lot oder das Schweißmaterial des Katodenausgangs die Rolle einer Schmelzsicherung spielt, welche im Fall einer überhitzung den elektrischen Stromfluß des Kondensators unterbricht. Das wird dadurch erzielt, daß man die Abführung des Weichlots, dessen Schmelzpunkt so gewählt wird, daß er unter dieser kritischen Temperatur liegt, aus dem Kondensator sicherstellt, was die Unterbrechung des Stromkreises des Kondensators garantiert. Die Abführung des flüssigen Lots kann (unter der Wirkung der Schwerkraft) von selbst durch eine Öffnung erfolgen, die zu diesem Zweck in dem Schutz des Kondensators vorgesehen ist. Andererseits kann die Abführung auch durch die gleichzeitige Bildung einer Gasentwicklung in dem Kondensator bei der Schmelztemperatur des Lots gefördert werden, wobei dieses Gas einen die Austreibung des flüssigen Lots fördernden Überdruck ausübt.

Ein wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie auf jeden Kondensatortyp anwendbar ist, ohne daß das Herstellungsverfahren merklich geändert zu werden braucht, wenn das üblicherweise zum Eintritt des Stromflusses zwischen der

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Katode und dem Katodenausgangsdraht dieser Art von Kondensator verwendete Lot oder Schweißmaterial einen geeigneten Schmelzpunkt besitzt. Daraus folgt, daß der Gestehungspreis des geschützten Kondensators der gleiche ist wie der des ungeschützten Kondensators. Auch wird der Raumbedarf des Kondensators nicht verändert.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen umgossenen Kondensator mit üblichen axialen Ausgängen,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kondensatortyps,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform des gleichen Kondensatortyps ,

Fig. 4 und 5 zwei Ansichten eines anderen erfindungsgemäßen Kondensatortyps.

Die Figuren 1,2 und 3 entsprechen einem umgossenen Tantalkondensator mit axialen Ausgängen.

Die Figuren 4 und 5 zeigen einen umgossenen Kondensator mit radialen Ausgängen Typ CTS 26.

Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht eines bekannten Kondensators mit axialen Ausgängen; er besteht im wesentlichen aus einer Sinteranode 1, deren Oberfläche einen dielektrischen Oxidüberzug trägt, der mit Mandandioxid imprägniert ist. Das Mangandioxid ist mit die Katode bildenden Leiterschichten be-

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deckt. Der Anodenanschluß 2 ist mit einem mit der Anodenstruktur 1 kraftschlüssigen Tantaldraht verbunden. Der Kondensator wird durch einen Katodenausgangsdraht 3 vervollständigt, der mittels einer Zinn-Bleilegierung 4 an den Katodenüberzug in üblicher Weise angelötet ist. Eine Umhüllung 5 schützt den Kondensator und seine beiden Ausgangsdrähte sowohl in mechanischer als auch in chemischer Hinsicht.

Fig. 2 zeigt den gleichen, jedoch der Erfindung entsprechenden Kondensatortyp. Wie man sieht, sind die Elemente 1, 2, 3 und 4 völlig mit denen von Fig. 1 identisch. Die Umhüllung 5 läßt jedoch eine ringförmige Leitung 6 rund um den Katodenausgang über die ganze Dicke der Umhüllung frei. Auf diese Weise fließt alle Flüssigkeit, die sich im Innern des Kondensators bilden kann, entlang dem Anschlußdraht 3 aufgrund von Kapillarkräften ab. Um dieses Fließen entlang des Anschlußdrahts 3 noch zu erleichtern, sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, auf der Oberfläche des Lots 4 eine Schicht 7 aus einem Material abzuscheiden, das bei einer Temperatur nahe an oder leicht über dem Schmelzpunkt des Lots 4 ein Gas entwickelt. Diese Gasentwicklung kann auf der Zersetzung, der Verdampfung oder der Sublimation des den Belag 7 bildenden Materials beruhen. Dieses Material soll bei der Gießtemperatur des Schutzes 5 stabil sein. Als für den überzug 7 geeignete Materialien seien die sogenannten porogenen Verbindungen genannt, von denen die Azodicarbonamide und die Azodicarbonsauresalze im Handel erhältlich sind und insbesondere von Bayer unter der Bezeichnung "Porofor" und von Fisons unter der Bezeichnung "Genitron" verkauft werden. Diese Stoffe erzeugen ein großes Volumen Stickstoff oder Kohlensäuregas. Das Gas entweicht unter Mitführung des flüssigen Lots durch den Kanal 6. Die porogene Verbindung wird auf das Lot nach Anbringung des Anschlusses 3 aufgebracht, wenn

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die Kondensatoren zur Einkapselung auf Band montiert sind. Diese Aufbringung ist eine schnell ablaufende und somit wenig kostspielige, der Einkapselung vorangehende Operation. Die Aufbringung der in der Regel pulverförmigen Verbindung erfolgt in Suspension in einem Silikonlack, wie er von der Dow Corming geliefert wird, in einem Metacrylatlack oder in einem Epoxydharz, das sich während der Umhüllung polymerisiert. Die Zersetzungstemperatur der Verbindung wird leicht oberhalb der Schmelztemperatur des Lots gewählt.

In der Ausführungsform von Fig. 3 sind die gleichen Bezugszeichen wie in der vorhergehenden Figur gewählt. Bei dieser Ausführung besitzt die Umhüllung des Kondensators eine radiale Öffnung 8 anstelle der axialen Leitung 6 der Ausführungsform von Fig. 2.

Die Figuren 4 und 5 zeigen einen Axialschnitt bzw. eine Untenansicht eines Kondensators mit radialen Ausgängen vom Typ CTS 26 gemäß der Erfindung. 1 ist der Anodenkörper mit seinem L-förmigen Ausgangsdraht 2, 4 ist das Lot des Katodenausgangsdrahts 3 und 5 ist der Schutz (in der Regel aus Epoxydharz) des Kondensators. Die Öffnung 9 für die Abführung des flüssigen Lots ist im unteren Teil des Schutzes in Nähe des Katodenausgangsdrahts vorgesehen, ohne daß dies jedoch sein muß. Das die Austreibung des geschmolzenen Lots erleichternde, gaserzeugende Material 7 befindet sich oberhalb des Lots 4.

Die beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele bieten einen Schutz bei umgossenen Kondensatoren; die Erfindung eignet sich jedoch in gleicher Weise für in einem Gehäuse befindliche Kondensatoren.

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Zur Demonstration der mit der Erfindung erzielten Sicherheit wurden Vergleichsversuche mit identischen Kondensatoren durchgeführt, die mit einem wärmehärtbaren Epoxydharz umgössen waren; die Versuche erfolgten mit der und ohne die Erfindung (Testkondensatoren). Die Anlegung einer gegebenen Spannung an die Kondensatoren (wesentlich höher als ihre
Nennspannung) führte zu den folgenden Ergebnissen.
Testkondensatoren: Bei einem Kondensator wurde der Stromfluß unterbrochen, ein Kondensator fing Feuer, bei 95 %
der restlichen war die Umhüllung aufgeplatzt und die verbliebenen 5 % verhielten sich wie Kurzschlüsse.
Die Anlegung der gleichen Spannung an erfindungsgemäße
Kondensatoren ergab in weniger als 2 Minuten bei 100 % eine Unterbrechung des Stromkreises.

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Claims

Patentanwälte3012950Dipl.-lng.Dipl.-lng.Dipl.-Chem.G. LeiserE. PrinzDr. G. HauserErnsbergerstrasse 198 München 60 17. März 1980 LIGNES TELEGRAPHIQUES ET TELEPHONIQUES , Rue Charles-Bourseul 78702 CONFLANS STE HONORINE / Frankreich Unser Zeichen: L 1118 Patentansprüche

1. Tantal-Festelektrolytkondensator mit einer oberflächlich oxidierten Tantalsinteranode, die mit Mangandioxid imprägniert und umhüllt ist, mit auf dem Dioxid abgeschiedenen Leiterschichten, einem mit dem gesinterten Tantal in Kontakt befindlichen Anodenausgang, einem auf die Leiterschichten aufgelöteten Katodenausgang und einem aus einem Gehäuse oder einer Umhüllung bestehenden Schutz, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Schutz (5) eine öffnung (6, 8, 9) in Nähe der Lötstelle (4) des Katodenausgangs (3) zur Abführung des geschmolzenen Lots besitzt.

2. Tantal-Festelektrolytkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er in Nähe der Lötstelle (4) des Katodenausgangs (3) noch eine Schicht (7) aus einem Material besitzt, das bei einer Temperatur etwas oberhalb der Schmelztemperatur des Lötmaterials (4) ein Gas erzeugt.

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3. Tantal-Festelektrolytkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (6) ein den Katodenausgang (3) umgebender Durchlaß ist.

4. Umgossener Tantal-Festelektrolytkondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (7) aus gaserzeugendem Material aus einem Lack besteht, der an der Stelle der Verlötung des Katodenausgangs mit der Katode abgeschiedenes , bei einer Temperatur höchstens gleich der Vergießtemperatur polymerisierbares Azodicarbonamid oder ein Azodicarbonsauresalz enthält.

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