DE3319371A1

DE3319371A1 - Fest-elektrolytkondensator

Info

Publication number: DE3319371A1
Application number: DE19833319371
Authority: DE
Inventors: Harald Ing. Vetter (grad.), 8400 Regensburg; Gernot Dipl.-Phys. 7922 Herbrechtigen Winkler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-05-27
Filing date: 1983-05-27
Publication date: 1984-11-29

Description

Fest-Elektrolytkondensator
Die Erfindung betrifft einen Fest-Elektrolytkondensator, bestehend aus einer Sinteranode aus Ventilmetall, einer darauf angeordneten, als Dielektrikum dienenden Oxidschicht, einem halbleitenden Elektrolyten als Kathode, einer Kathodenkontaktierung, einem Anoden- und Kathodenanschluß, sowie einer als Schmelzsicherung ausgebildeten Abschaltsicherung.
Ein derartiger Kondensator ist aus der DE-PS 25 31 438 bekannt. Dabei ist der Zwischenraum zwischen dem Kathodenanschluß und der Kathodenkontaktierung durch eine Metallegierung überbrückt, die als Schmelzsicherung dient. Als Ventilmetall zur Herstellung der Sinteranode wird hauptsächlich Tantal verwendet, auf dem durch einen Formierprozeß eine als Dielektrikum dienende Oxidschicht erzeugt wird. Als Kathode verwendet man beispielsweise halbleitendes Mangandioxid, wobei auf der Mangandioxidschicht eine Kontaktierung angebracht wird, die vorzugsweise aus einer Graphitschicht und einer darauf angeordneten Silberschicht besteht. Zwischen dieser Kathodenkontaktierung und einem äußeren Kathodenanschluß ist die erwähnte Sicherung angeordnet. Die Schwierigkeiten die bei der bekannten Ausführungsform auftreten können, bestehen darin, daß zum Ansprechen der Sicherung ein Erwärmen des Kondensatorkörpers erforderlich ist.
Weiterhin wäre es möglich, Fest-Elektrolytkondensatoren mit einer Abschaltsicherung in Form einer Schmelzsiche- rung bekannter Bauart zu versehen. Da jedoch diese Sicherung das Kondensatorgehäuse wenig oder nicht vergrößern darf, müßte eine extrem verkleinerte Schmelzsicherung bekannter Bauart eingesetzt werden. Die geringen Abmessungen (ca. 3 bis 20 mm3) wüden dann zusammen mit einem geeigneten Schmelzleiter bei gewünschtem Abschaltverhalten nur eine geringe Erhöhung des Ersatzserien- und Scheinwiderstandes gewährleisten. Diese, im allgemeinen aus einem elektrisch isolierenden Körper mit einer für den Schmelzdraht vorhandenen Bohrung bestehende Sicherung hätte jedoch den Nachteil, daß sie wegen ihrer geringen Abmessungen aufwendig herzustellen und zu montieren ist.
Insbesondere wären bei der Montage der Sicherung Handarbeitsgänge mit den damit verbundenen hohen Kosten notwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Fest-Elektrolytkondensator mit einer Abschaltsicherung anzugeben, die die Kondensatoreigenschaften in Bezug auf Ersatzserien-und Scheinwiderstand bei hohen Frequenzen nicht nennenswert verändert, wenig Raum beansprucht, sowie den Einsatz kostengünstiger Fertigungstechniken erlaubt und zu ihrem Ansprechen keine Erwärmung des Kondensators erfordert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abschaltsicherung in die Zuleitung des Kathodenanschlusses als verengter Abschnitt integriert ist.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Kathodenanschluß und die Sicherung aus einer einstückigen auf eine Kunststofffolie stoffschlüssig aufgebrachten gemusterten Metallschicht bestehen, die beispielsweise durch einen fotochemischen Prozeß erzeugt wird.
Besonders günstig ist es, wenn in der Metallschicht ein Bereich zum Verbinden mit der Kathodenkontaktierung des Kondensators und ein zweiter Bereich zum Anbringen eines äußeren Anschlusses angeordnet sind, und wenn beide Bereiche durch den als Sicherung wirkenden verengten Ab-Abschnitt miteinander verbunden sind.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die mit der Metallschicht versehene Kunststoffolie auf einen als ICathodenzuleitung dienenden Blechstreifen aufkaschiert ist.
Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fest-Elektrolytkondensators sind in den Unteransprüchen angeführt.
Die Vorteile des Gegenstandes der Erfindung werden anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In der dazugehörenden Zeichnung zeigen Fig. 1 die Herstellung der gemusterten Metallschichten, Fig. 2 einen auf einem Anschlußstreifen angeordneten Fest-Elektrolytkondensator, Fig. 3 ein Schnittbild des Kondensators gemäß Fig. 2 Fig. 4 eine weitere Ausgestaltung einer gemusterten Metallschicht und die Figuren 5 bis 7 die Kontaktierung zwischen gemusterter Metallschicht und Kathodenzuleitung.
In der Fig. 1 ist links das Schnittbild einer Platine dargestellt, welche aus einem Blechstreifen 1, beispielsweise aus Nickel oder verzinntem Nickel z.B. der Stärke 0,2 - 0,3 mm besteht, auf den einseitig eine polymere Kunststoffolie 2, beispielsweise eine 25 um starke Polyimidfolie aufkaschiert ist. Vor dem Aufkaschieren der Kunststoffolie 2 wurde diese eingangsseitig mit einer Metallschicht 3 versehen. Diese Metall- schicht 3 ist beispielsweise aufgedampft oder aufgesputtert und gegebenenfalls yalvanisch verstärkt, und besteht aus einem lötbaren JtefiaL wie z.B. 3-5 Mm Kupfer. Im Bereich 4 der später entstehenden Anschlußstreifen wird die Folie 2 vor der Endaushärtung des Kaschierklebers getrennt und abgezogen. Bei der in der rechten Seite der Fig. 1 dargestellten Draufsicht auf die Platine ist zu erkennen, daß somit eine Zone 4 entsteht, die keine metallisierte Kunststoffolie trägt.
Die Metallisierungen 3 werden nun mittels des bekannten fotochemischen Ätzprozeßes mit einer gemusterten Metallschicht versehen, so daß Metallbereiche 5 und 6 entstehen, die durch einen verengten Abschnitt 7 miteinander verbunden sind. An den Abschnitt 5 wird später die Kathodenkontaktierung des Fest-Elektrolytkondensators angelötet und der Bereich 6 dient als äußerer Kathodenanschluß des Kondensators. Der verengte Abschnitt 7 wirkt als Sicherung.
Wie in der Figur zu erkennen ist, wird die metallische Fläche etwas kleiner ausgebildet als die Fläche der polymeren Kunststoffolie 2, so daß beim späteren Löten (z.B. im Tauchbad) des die Sicherung tragenden Kondensatoranschlußstreifens an den Kondensatorkörper keine Lotbenetzung vom Rand der Metallschicht in Richtung Blechstreifen hin erfolgt. Durch diese lotstoppende Zone wird eine elektrische Überbrückung der Sicherung verhindert.
Die Kontaktierung der Metallschicht 6 zum Außenanschluß des Kondensators erfolgt ebenfalls beim Verlöten des Kondensatorkörpers. Ein geeignet ausgebildeter Ubergang der Metallschicht 6 über die Folie 2 zum als Kondensatoranschlußstreifen ausgebildeten Teil des Blechstreifens 1 ermöglicht eine Lotbrücke über die Kunststofffolie 2, indem beim Ausstanzen der Kondensatorzuleitung die Metallisierung teilweise über die Folie gezogen wird Dies wird weiter unten näher erläutert.
Die Sicherung selbst besteht aus dem verengten Abschnitt 2 7 von z.B. 1.2 mm2, der bei erhöhtem Stromfluß erwärmt wird, so daß der Abschnitt 7 durch Aufschmelzen den Strom unterbricht.
Vorteilhaft ist es, wenn im Bereich des als Sicherung wirkenden Abschnittes 7 das aufzuschmelzende Metall durch eine aufkaschierte, schlecht warmeleitende Kunststofffolie, beispielsweise aus Polyimid bedeckt ist, um so noch eine nach Umhüllung des Kondensators mit z.B.
Epoxidharz definierte Abschaltcharakteristik zu ermöglichen.
Eine Abdeckung der Sicherung 7 mit einem Kunststoffilm, z.B. einem Polyimid-Lack, ist ebenfalls möglich.
Wird die Sicherung 7 mit einem Hohlkörper vor Lotbeneto zung und Kondensatorumhüllmasse auf ihrer Oberfläche geschützt, so ergibt sich eine erhebliche Steigerung der Abschaltempfindlichkeit bei gleichen leicht zu verändernden Abmessungen der Sicherung.
Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine erheblich vereinfachte Montage des Fest-Elektrolytkondensators, da die Sicherung selbst maschinell gefertigt wird und die Kontaktierung der Sicherung in einem Arbeitsgang mit der Kontaktierung der Kondensatorzuleitung am Kondensatorkörper durch Tauchlöten erfolgt.
Die separate Kontaktierung des Schmelzleiters entfällt, ebenso enfällt das separate Anbringen der Sicherung an die Kondensatorzuleitung, die nun ihrerseits am Kondensatorkörper angelötet werden müßte.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist darin zu sehen, daß die Abschaltsicherung extrem klein ist und so die Kondensatoreigenschaften bei hohen Frequenzen nur geringfügig verändert. Um bei hohen Frequenzen den Einfluß der Sicherung weiter zu unterdrücken, kann die Metallschicht 3 durch Galvanisierung oder Bedampfung mit z.B. Silber oder Gold sehr dünn beschichtet werden, wodurch gleichzeitig auch ein Korrosionsschutz der Kupferschicht 3 erreicht wird.
In der Fig. 1 ist dargestellt, daß gleichzeitig mehrere metallisierte Streifen 3 auf dem Blechstreifen 1 angeordnet sind, wodurch die Herstellung der Kathodenzuleitung weiter rationalisiert wird.
Nachdem die gemusterten Metallschichten 5, 6 und 7 hergestellt sind, wird durch einen Stanzvorgang längs der gestrichelten Linien 8 ein sog. "Kamm" erzeugt, der neben der Bereitstellung der Sicherung auch Systemträger für die Montage des Fest-Elektrolytkondensators ist.
Vorteilhafterweise wird am Fuß des Kamms eine Einkerbung 9 eingestanzt, die es ermöglicht, die Elemente des Systemträgers zur Weiterverarbeitung zu schränken und später die Kondensatoren zu vereinzeln.
Es entstehen somit Anschlußstreifen 10, an die äußere Anschlußelemente ankontaktiert werden können.
In der Fig. 2 ist dargestellt, wie ein Fest-Elektrolytkondensator 11 auf einem Anschlußstreifen 10 angelötet ist. Der Kondensator 11 ist mit seiner Kathodenkontaktierung auf den Bereich 5 der gemusterten Metallschicht mit einem Lot 12 aufgelötet, während der Bereich 6 der gemusterten Metallschicht über die Kante der Kunststofffolie mit einem Lot 13 mit dem Anschlußstreifen 10 verlötet ist.
In der Fig. 3 ist ein Schnittbild der Fig. 2 dargestellt, aus dem ersichtlich ist, das der Kondensatorkörper 11 mittels des Lotes 12 auf der auf der Kunststoffolie 2 angeordneten Metallschicht 3 befestigt ist.
In der Fig. 4 ist eine andere Ausgestaltung der gemusterten Metallschicht dargestellt, die einen Bereich 21 und 14 aufweist, die durch einen verengten Abschnitt 15 miteinander verbunden sind. Hierbei ist der Sicherungsbereich 15 mit einer Kunststoffolie 16, beispielsweise aus Polyimid abgedeckt. Am Bereich 21 wird der gestrichelt eingezeichnete Kondensatorkörper 20 befestigt.
In der Fig 4 sind Bereiche x angegben, die in den Fig.
5 bis 7 vergrößert dargestellt sind.
In den Fig. 5 bis 7 ist zur Verdeutlichung der Kontaktierung ein Schnitt durch den Anschlußstreifen 10 mit darauf angeordneter Kunststoffolie 2 und Metallschicht 3 dargestellt.
In der Fig. 5 ist gezeigt, wie die Metallschicht 3 über die Kanten der Kunststoffolie 2 durch ein Lot 17 mit dem Anschlußstreifen 10 verbunden ist.
In den Fig. 6 und 7 sind verbesserte Kontaktierungsmöglichkeiten dargestellt, indem der Anschlußstreifen 10 mit Stanzstellen versehen ist, wodurch eine bessere Kontaktierung zwischen der Metall schicht 3 und dem Anschlußstreifen 10 mittels des Lotes 18 bzw. 19 erreicht wird.
Mit den in den Figuren dargestellten Abschaltsicherunen ergeben sich gemessene Energiewerte, die bei Überbelastung zur Stromunterbrechung führen, die je nach Abmessungen des Sicherungsbereiches, Kontaktierung der Sicherung und Schaltung des Stromkreises bei ca. 1 bis 20 Joule liegen. Erhält der Sicherungsbereich durch einen Hohlkörper Luft als Umhüllmedium auf seiner Oberseite, so verringert sich grundsätzlich der zur Abschaltung notwendige Energiewert.
9 Patentansprüche 7 Figuren - Leerseite -

Claims

Patentansprüche Fest-Elektrolytkondensator, bestehend aus einer Sinteranode aus Ventilmetall, einer darauf angeordneten, als Dielektrikum dienenden Oxidschicht, einem halblei tenden Elektrolyten als Kathode, einer Kathodenkontaktierung , einem Anoden- und Kathodenanschluß, sowie einer als Schmelzsicherung ausgebildeten Abschaltsicherung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Abschaltsicherung in die Zuleitung des Kathodenanschlusses als verengter Abschnitt (7,15) integriert ist.
2. Fest-Elektrolytkondensator nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kathodenanschluß und die Sicherung aus einer einstückigen auf eine Kunststoffolie stoffschlüssig aufgebrachten gemusterten Metallschicht bestehen.
3. Fest-Elektrolytkondensator nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Muster in der Metallschicht durch einen fotochemischen Prozeß erzeugt sind.
4. Fest-Elektrolytkondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in der Metallschicht (3) ein Bereich (5,13) zum Verbinden mit der Kathodenkontaktierung des Kondensators (11,16) und ein zweiter Bereich (6,14) zum Anbringen eines äußeren Anschlusses (10) angeordnet sind und daß beide Bereiche durch den als Sicherung wirkenden verengten Abschnitt (7,15) miteinander verbunden sind.
5. Fest-Elektrolytkondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die mit der Metallschicht (3) versehene Kunststoff- folie (2) auf einen als Kathodenzuleitung (10) dienenden Blechstreifen (1) aufkaschiert ist.
6. Fest-Elekttölytkondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Metallschicht im Bereich des als Sicherung wirkenden verengten Abschnittes (7,15) mit einer Kunststoffschicht (16) bedeckt ist.
7. Fest-Elektrolytkondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Metallschicht im Bereich des als Sicherung wirkenden verengten Abschnittes (7,15) mit einem Hohlkörper abgedeckt ist.
8. Fest-Elektrolytkondensator nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Blechstreifen (1) im Bereich, wo der äußere Kathodenanschluß (10) ankontaktiert werden soll, einen eingestanzten Abschnitt aufweist.
9. Verfahren zum Herstellen eines Fest-Elektrolytkondensators nach einem der Ansprüche 1 bis 8, g e k e n n -z e i c h n e t, durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Aufbringen einer Metallschicht (3) auf eine Kunststofffolie (2); b) Kaschieren der Kunststoffolie (2) mit der nicht metallisierten Seite auf einen Blechstreifen (1); c) Entfernen der Kunststoffolie im Bereich (4) der später entstehenden Anschlußstreifen (10); d) Herstellen der Musterung der Metallschicht; e) gegebenenfalls Anbringen der Isolierstoffschicht (16) auf der Sicherung (7,15); f) Ausstanzen und Herstellen eines Systemträgers; g) Einkerben am Fuß des Systemträgers; h) Anlöten der Kondensatorkörper; i) Abtrennen in Einzelkondensatoren.