DE3420577A1

DE3420577A1 - Festelektrolytkondensator ohne gehaeuse und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3420577A1
Application number: DE3420577A
Authority: DE
Inventors: Hideo Tokio/Tokyo Oka
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1983-05-31
Filing date: 1984-06-01
Publication date: 1984-12-06
Also published as: US4551786A

Description

Die Erfindung betrifft einen Festelektrolytkondensator ohne Gehäuse bzw. Einkapselung und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Speziell betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Zusammenbauen eines dünnen nicht eingekapselten Fest-5 elektrolytkondensator durch Verbinden eines ebenen Anodenanschlusses mit einem Anodenau.sgangsdraht.

Allgemein enthält ein Festelektrolytkondensator einen Anodenkörper, der aus komprimierten Teilen eines schichtbildenden Metalls wie z.B. Tantal gebildet ist, eine dielektri-10 sehe Schicht auf dem Anodenkörper, eine Halbleiterschicht auf der dielektrischen Schicht, und eine Kathodenschicht auf der Halbleiterschicht. Bei einem solchen Kondensatorelement

ist ein Anodenausgangsdraht in den Anodenkörper eingebettet oder daran angeschweißt. Da der Ausgangsdraht aus einem schichtbildenden Material wie Tantal besteht, sollte ein lötbares Metall an den Anodenausgangsdraht angeschweißt werden, um als Anodenanschluß zu dienen. Um den Kondensator als nicht eingekapselten Festelektrolytkondensator oder Chipkondensator verwenden zu können wird die Außenfläche des Kondensatorelements als Kathodenanschluß verwendet und dadurch eine Einkapselung und ein Kathodenanschlußdraht vermieden, so daß eine hohe Volumeneffizient erreicht wird. Um dem Fordernis für geringe Höhe über einer Schaltkreisplatine gerecht zu werden, sollte das Kondensatorelement und der Anodenanschluß mit einer ebenen Form ausgebildet werden, um einen dünnen Chipkondensator zu bilden. Um solch einen dünnen Chipkondensator ökonomisch herstellen zu können,, sollte der plane oder ebene Anodenanschluß am Anodenausgangsdraht in einem guten Massenproduktionsverfahren angebracht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und billige Zusammenbaumethode für nicht eingekapselte Festelektrolytkondensatoren zu schaffen und einen Kondensator, der durch einen solchen Zusammenbau hergestellt wird.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren zur Herstellung eines sehr dünnen uneingekapselten Tantal-Festelektrolytkondensators zu schaffen, der eine

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Dicke von weniger als 1 mm hat.

Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird ein ebener Anodenanschlußrahmen hergestellt durch Ätzen oder Ausstanzen einer dünnen Folie aus einem lötbaren Material. Die Form dieses Rahmens ist so, daß eine Vielzahl von VorSprungsbereichen in vorbestimmten Abständen vorgesehen sind/ die von einem Metallstreifen vorspringen und daß jeder Vorsprungsbereich eine öffnung darin aufweist. Der vom Metallstreifen durch die öffnung getrennte Endteil bildet einen Anschlußteil, der an einen Anodenausgangsdraht eines Festelektrolytkondensatorelements angeschweißt wird. Das bedeutet, daß die Anordnung so ist, daß der Anschlußteil und der Metallstreifen über ein Paar von schmalen Auslegerteilen in derselben Ebene miteinander verbunden sind und so die öffnung umgeben ist durch den Streifen, die Auslegerteile und das Anschlußteil.

Auf der anderen Seite sind die Ausgangsdrähte eines Kondensatorelement-Feldes mit einer gemeinsamen Haltevorrichtung verbunden und jeder Ausgangsdraht ist mit einer Kerbe versehen an einer Stelle, wo der Ausgangsdraht abgetrennt werden soll. Der Anschlußrahmen und das Elementenfeld werden so übereinandergelegt, daß sie aufeinander passen und die jeweiligen Kerben in den Ausgangsdrähten direkt über den entsprechenden öffnungen angeordnet sind, und dann werden die Ausgangsdrähte an die Anschlußteile angeschweißt. Nach dem

Schweißen werden die jeweiligen Ausgangsdrähte an den Kerben abgetrennt und daraufhin werden die Auslegerteile, die den jeweiligen Anschlußteil mit dem Metallstreifen verbinden, zum Abtrennen durchgeschnitten.

Ein Festelektrolytkondensator ohne Gehäuse gemäß der Erfindung ist so aufgebaut, daß ein ebener Anodenanschluß an den Anodenausgangsdraht eines flachen Kondensatorelements mit einer Dicke von weniger als 1 mm angeschweißt wird, wobei der Anodenanschluß an der vom Kondensatorelement abgewandten Seite ein Paar von Vorsprüngen aufweist und das freie Ende des Ausgangsdrahtes zwischen dem Paar von Vorsprüngen positioniert ist und ebenso zwischen den freien Enden der Vorsprünge und der Seitenkante des Anodenanschlusses.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren genauer beschrieben. Es zeigen :

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines nicht eingekapselten Festelektrolytkondensators, der mit Hilfe des Verfahrens von Fig. 1 hergestellt wurde und

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Fig. 3 e_ine perspektivische Ansicht eines nicht eingekapselten Festelektrolytkondensators mit einer von Fig. 2 unterschiedlichen Form des Anodenanschlusses.

'~ Wie Fig. 1 zeigt, hat jedes Festelektrolytkondensatorelement 1 eine flache Form durch die Verwendung eines flachen parallelepipedförmigen porösen Anodenkörpers, der aus einem schichtbildenden Metallpulver wie z.B. Tantalpulver besteht, und ein Anodenanschlußdraht 2 aus filmbildendem Metall wie z.B. Tantal ist im Anodenkörper eingebettet. Ein Ende des jeweiligen Anschlußdrahts 2 ist jeweils an einer gemeinsamen Haltevorrichtung 3 aus Metallfolie angeschweißt,um ein Kondensatorelement-Feld zu bilden, in welchem die jeweiligen Ausgangsdrähte 2 unter gleichen Abständen in der gleichen Ebene angeordnet sind. Zwischen einem Ende eines jeden Ausgangsdrahts 2 und dem Kondensatorelement 1 ist eine Kerbe auf dem Ausgangsdraht 2 vorgesehen, um das Abtrennen in einem folgenden Verfahrensschritt zu erleichtern.

Auf der anderen Seite ist ein kammförmiger Anordenanschlußrahmen hergestellt aus einer lötbaren Metallfolie wie z.B. Neusilber durch Ausstanzen, Ätzen, usw.. D.h., in vorbestimmten Abständen sind vom Grundstreifen 41 vorspringende Vorsprungsbereiche ausgebildet. Die jeweiligen Vorsprungsbereiche haben rechtwinklige öffnungen. Der Abstand der Vorsprungsbereiche ist so gewählt, daß sie identisch zum Ab-

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stand im Kondensatorelement-Feld ist.

Die allgemeine Haltevorrichtung des Kondensatorelement-Feldes wird über den Rumpfstreifen-41 des Anschlußrahmens gelegt, um die beiden so(einander zu halten, daß die Kerben 21 auf den Ausgangsdrähten 2 über den öffnungen in den VorSprungs bereichen angeordnet sind. In diesem Zustand werden die Anschlußteile 4 und die Ausgangsdrähte 2 mit Hilfe eines Paars von elektrischen Schweißelektroden aneinander druckgeschweißt. Die überlappenden Bereiche zwischen Ausgangsdrähten 2 und An-Schlußteilen 4 werden völlig angeschweißt. Um einen sicheren Kontakt zwischen den Ausgangsdrähten 2 und den Anodenanschluß teilen 4 zu erreichen ist es vorzuziehen, daß die Breite der Anschlußteile 4 entlang der Ausgangsdrähte 2 größer ist als * die Dicke des Kondensatorelements 1. Nach Beendigung des elektrischen Schweißens werden die Ausgangsdrähte 2 abgetrennt durch Knicken im Bereich der Kerbe 21. Daraufhin werden die schmalen Auslegerteile 57, die den Anschlußteil 4 der Vorsprungsbereiche mit dem Rumpfstreifen 41 verbinden, gemeinsam entlang der gestrichelten Linie von Fig. 1 abgeschnitten, um den jeweiligen Anschluß teil 4 vom Rumpfstreifen 41 abzutrennen

Dadurch wird ein nicht eingekapselter Kondensator erhalten, ■ wie er in Fig. 2 gezeigt ist.

Eine charakteristische Eigenschaft des Anodenanschluß teils des Kondensators, der durch das oben beschrie-

¹ wird,

bene Verfahren erhalten/ist, daß das freie Ende oder Spitzenende des Ausgangsdrahtes 2, d.h. die .Stelle am Ausgangsdraht 2, wo die Kerbe vorgesehen war, innerhalb eines Paar von VorSprüngen 4 2 des Anodenanschlusses 4 angeordnet ist. Mit anderen Worten die Schneidstellung des Anschlußrahmens in den Anschlußauslegerteilen 57 ist ah einer Stelle gewählt zwischen den Kerben in den Ausgangsdrähten 2 und dem Rumpfstreifen 41. Dadurch braucht das Schneidwerkzeug kein hartes Material schneiden wie z.B. die Tantalausgangsdrähte und ferner kann, da die Breite der Auslegerteile schmal ist, der Schneidvorgang vereinfacht werden und die Lebensdauer des Schneidwerkzeuges vergrößert werden.

Obwohl man meinen könnte, daß die öffnungen in den Vorsprungsbereichen nicht vorgesehen sein müßten, würden beim Fehlen dieser öffnungen in der Ausführungsform von Fig. 1 die folgenden Nachteile auftreten und deshalb würde eine solche Ausführungsform der Erfindung nicht als praktikabel bezeichnet werden können.

Erstens, wenn die öffnungen nicht vorgesehen sind, würde beim elektrischen Schweißen der Ausgangsdrähte 2 an die Anschlüsse 4 sich der Schweiß strom an den Stellen konzentrieren, wo die Kerben den Anschlußrahmen berühren, und folglich würde die Schweiß stärke an den Stellen, wo das

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Schweißen eigentlich bewirkt werden sollte, unzureichend werden. Der Grund, warum sich der Schweiß strom an den Stellen konzentriert,ist, daß die Oberfläche des Tantaldrahtes mit einem Oxidbeschichtungsfilm bedeckt ist, da der Tantaldraht einer anodischen Oxidation unterzogen wurde,, während in den gekerbten Teilen der Oxidbeschichtungsfilm gebrochen is.t. Folglich würden die gekerbten Teile mit dem Anschlußrahmen verbunden werden und der Vorteil der Kerben für den Zweck der Erleichterung der Trennung durch Knicken des Tantaldrahtes würde verlorengehen.

Auch wenn es möglich ist, die Kerben wegzulassen und die Ausgangsdrähte gemeinsam mit den Vorsprungsbereichen des Anschlußrahmens nach dem Schweißen zu schneiden, so werden doch bei den landläufig als Festelektrolytkondensator üblichen Tantalkondensatoren Ausgangsdrähte aus Tantal verwendet, wobei dieses Tantal sehr hart ist und folglich bei der Benutzung eines Schneidwerkzeugs das Schneidmesser sehr schnell in einen unbrauchbaren Zustand abstumpfen würde. Deshalb wäre dieses Verfahren unökonomisch und weit weg von einem praktizierbaren Verfahren.

Hingegen werden beim erfindungsgemäßen Verfahren, da die Tantaldrähte vorgekerbt wurden, die Tantaldrähte durch einfaches Abknicken der gekerbten Teile getrennt und nur die schmalen Auslegerteile des Anschlußrahmens aus relativ weichem Metall wie z.B. Neusilber, Nickel, Kupfer usw. ge-

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schnitten,so daß die Lebensdauer eines Schneidwerkzeugs

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recht groß gehalten werden^ und das Verfahren wird parktikabel. Speziell kann, wenn die Breite der Auslegerteile, die geschnitten werden soll, so gewählt wird, daß sie so schmal ist wie die Dicke des Anschlußrahmens, die Lebensdauer des Schneidwerkzeugs um den entsprechenden Betrag weiter vergrößert werden.

Ein Strukturmerkmal des uneingekapselten Festelektrolytkondensators, wie er durch das oben beschriebene Verfahren gemäß der Ausführungsform von Fig. 1 hergestellt wird/liegt darin, daß der Anodenanschluß 4 ein Paar von Vorsprüngen aufweist und daß das freie Ende des Ausgangsdrahtes 2 innerhalb dieser Vorsprünge angeordnet ist, wie in Fig. 2 gezeigt. Ferner liegen eine Hauptebene des Anodenanschlusses und eine Hauptebene des Kondensatorelements 1 parallel zueinander, und da der Anschluß eben ausgebildet ist, ist die Dicke des nicht eingekapselten Festelektrolytkondensators die Dicke des Kondensatorelements 1, so daß ein extrem dünner Chipkondensator in Massenproduktion hergestellt werden kann. Es soll festgestellt werden, daß der Abstand zwischen dem Anodenanschluß 4 und dem Kondensatorelement 1 frei gewählt werden kann.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren geschaffen zum Herstellen eines nicht eingekapselten dünnen Festelektrolytkon-

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densatörs, welches praktisch hervorragend ist mit Blick auf das Anschweißen eines ebenen Anodenanschlusses an einen Ausgangsdraht, der aus einem extrem dünnen Kondensatorelement herausgeführt wird.

Auch wenn ein Beispiel eines flachen parallelepipedförmigen Kondensatorelementes verwendet wurde in dem beschriebenen Beispiel der Erfindung, ist es klar, daß die Form des Kondensatorelements auch eine andere sein kann als eine parallelepipedförmige , solange das Kondensatorelement flach ist, z.B. kreisschreibenförmig od.dgl.. Auch muß die Form des Anodenanschlusses nur eben sein, und es besteht keine Notwendigkeit die Form der öffnung speziell zu bestimmen. In anderen Worten soll festgestellt werden, daß < es nur notwendig ist, eine öffnung vorzusehen, die es ermöglicht, das freie Ende des Ausgangsdrahtes vom Anodenanschluß abzutrennen.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform, die in Fig. beschrieben wird, unterscheidet sich von der Ausführungsform von Fig. 2 nur in der Gestalt des Anodenanschlusses 44. Während die zwei te Ausführungsform identisch zur ersten Ausführungsform von Fig. 2 darin ist, daß ein Paar von Vorsprüngen 42 auf der gleichen Seite des Anodenanschlusses vorgesehen ist, wie das freie Ende des Anschlußdrahtes, ist in der Ausführungsform von Fig. 3 ein weiteres Paar von Vor-

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Sprüngen 45 auf der dem Anodenkörper 1 zugewandten Seite des Anodenanschlusses 44 vorgesehen. Diese Vorsprünge 45 werden durch Ausstanzen beim Ausbilden der VorSprungsbereiche geformt, so daß ihr Abstand voneinander etwas kleiner sein kann, als der Abstand zwischen den Vorsprüngen 42, die durch das Abschneiden der Auslegerteile 57 hergestellt werden. Die Aufgabe dieser Vorsprünge 4 5 ist es, als Marken für das Aufeinanderpassen der Ausgangsdrähte 2 in ihrer Stellung bezüglich der Vor-Sprungsbereiche zu dienen. Ein bevorzugter Abstand zwischen den Vorsprüngen 4 5 ist etwa dreimal so groß wie der Durchmesser des Ausgangsdrahtes 2. Zusätzlich, wie in Fig. 3 gezeigt, muß der Umfang des Anschlusses 44 nicht symmetrisch zum Ausgangsdraht 2 sein.

In der Ausführungsform von Fig. 2 ist ein Beispiel .der tatsächlichen Abmessungen wie folgt:

Der Anodenkörper hat eine Breite von 2,5 mm, eine Länge von 3 mm und eine Dicke von 0,5 mm, der Durchmesser des Ausgangsdrahtes 2 ist 0,2 mm, der Anodenanschluß 4 hat eine Dicke von 0,2 mm, eine Breite von 2 mm und eine Länge in der Richtung des Ausgangsdrahtes 2 von 0,2 mm im Mittelteil und 1 mm an den gegenüberliegenden Endteilen, und die Breite der Vorsprünge 4 2 ist 0,2 mm.

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Beim elektrischen Schweißen wird, da eine Druckkraft von 1-3 kg/cm² auf die überlappenden Teile des Ausgangsdrahtes und des Anodenanschlußteils 4 ausgeübt wird, der überlappende Teil des Tantalausgangsdrahtes zusammengepreßt und in den Anodenanschlußteil 4 eingepreßt, und deshalb führt der Anschlußteil nicht über die Hauptebene des Kondensatorelements hinaus. Aus diesem Grunde wird die Dicke des nicht eingekapselten Festelektrolytkondensators selber bestimmt nur durch die Dicke des Kondensatorelements.

Wie aus der obigen Beschreibung der erfindungsgemäßen

Ausführungsform zu sehen ist, kann ein extrem dünner Chip-

< kondensator mit einer Dicke weniger als 1 mm leicht in Massenproduktion hergestellt werden und es ist ein Verfahren zum Herstellen eines solchen dünnen Chipkondensators geschaffen, welches sehr vorteilhaft ist für die Anforderungen bei der Benutzung eines Kondensators in einem kreditkartenförmigen tragbaren Rechner.

Auch wenn im Vorangehenden Tantal als schichtbildendes Metall erwähnt wurde, soll die Erfindung auch andere filmbildende Metalle wie z.B. Aluminium und Niobium umfassen.

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Claims

GLAWE, DELFS₁ MOLL & PARTNER^:

NEC Corporation
33-1, Shiba 5-chome Minato-ku, Tokyo JAPAN

Festelektrolytkondensator ohne Gehäuse und Verfahren zu seiner Herstellung

3 420577 EUROPEAN PATENTATTORNEYS

RICHARD GLAWE KLAUS DELFS DR.-ING. DIPLHNG. ULRICH MENGDEHL WALTER MOLL DIPL-CHEM. DR. RER. NAT.' DIPL-PHYS DH. RER. NAT. HEINRICH NIEBUHR OFF BEST. DOLMETSCHER DIPL-PHYS DR PHIL HABIL 8000 MÜNCHEN 28 2000 HAMBURG 13 POSTFACH 162 POSTFACH 25 70 LIEBHERRSTR. 20 ROTH ENBAUM- TEL. (089) 228548 CHAUSSEE 58 TELEX 6 22 SOS SPEZ TEL (040) 4102008 TELECOPIER (089) 223938 TELEX212921SPEZ MÜNCHEN .

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Patentansprüche Verfahren zur Herstellung eines Festelektrolyt-

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kondensators gekennze i'*c h η e t durch die Verfahrensschritte :

Bilden eines Feldes von Kondensatorelementen durch 5 Verbinden von Anodenausgangsdrähten einer Vielzahl von Kondensatorelementen mit einer gemeinsamen Haltevorrichtung im wesentlichen parallel zueinander und in vorbestimmten! Abstand voneinander;

Ausbilden von Kerben auf den Anodenausgangsdrähten im 10 wesentlichen an jeweils der gleichen Stelle;

Ausbilden eines Anodenanschlußrahmens mit einer Vielzahl von vorspringenden Bereichen,die sich von einer Seite eines Metallstreifens aus erstrecken und den gleichen Abstand

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voneinander haben, wie die Anodenausgangsdrähte, wobei jeder Vorsprungsbereich aus einem Endteil besteht, der vom Streifen entfernt liegt und aus zwei schmalen Auslegerteilen, die sich zwischen dem Endteil und dem Streifen erstrecken und dadurch eine Öffnung in dem jeweiligen Vorsprungsbereich bilden;

übereinanderlegen des Kondensatorelement-Feldes und des Anodenanschlußrahmens, so daß die Kerben in den jeweiligen Ausgangsdrähten oberhalb der Öffnungen positioniert werden;

Anschweißen des jeweiligen Ausgangsdrahtes am Endteil;

Abtrennen der Ausgangsdrähte an den gekerbten Stellen; und

Schneiden und Abtrennen der schmalen Auslegerteile zwischen den abgetrennten Enden der Ausgangsdrähte und dem Streifen.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß jedes Kondensatorelement einen porösen Anodenkörper aus Tantalpulver und einen Anodenausgangsdraht aus Tantal aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß alle Äusgangsdrähte gleichzeitig abgetrennt werden und alle Auslegerteile gleichzeitig mit Hilfe eines Schneidwerkzeugs abgeschnitten werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Breite eines jeden Anschlußteils in der Richtung der Ausgangsdrähte schmaler gewählt ist, als die Dicke des Kondensatorelements, und daß der ' Ausgangsdraht in den Anschlußteil eingeprägt wird.
5. Festelektrolytkondensator ohne Gehäuse bzw. Einkapselung, dadurch gekennzeichnet , daß er aufweist :

Ein im wesentliches flaches Kondensatorelement mit einem flachen Anodenkörper, einer dielektrischen Schicht

auf der Anode,,einer Halbleiterschicht auf der dielektrischen Schicht und einer Kathodenschicht auf der Halbleiterschicht;_t einen Anodenausgangsdraht/ der den Anodenkörper berührt und damit verbunden ist, und sich entlang der Längsachse des Kondensatorelements erstreckt; und

eine lötbare flache Anodenanschlußplatte, die am Ausgangsdraht angeschweißt ist und in der Ebene der Hauptfläche des Kondensatorelements liegt, wobei die Anschlußplatte an der vom Kondensatorelement abgewandten Seite ein Paar von Vorsprüngen aufweist und der Endteil des Ausgangsdrahtes zwischen den Vorsprüngen liegt und sich nicht darüber hinauserstreckt.

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