DE3528077A1

DE3528077A1 - Elektrischer kondensator, insbesondere in chip-bauweise

Info

Publication number: DE3528077A1
Application number: DE19853528077
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl Ing Kessler; Josef Dipl Phys Eder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-08-05
Filing date: 1985-08-05
Publication date: 1987-02-12

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator, insbesondere in Chip-Bauweise, mit einem aus Kunststoffolien als Dielektrikum und Metallschichten aus Bele gungen aufgebauten Kondensatorkörper, dessen einan der gegenüberliegende Stirnflächen mit lötfähigen An schlußschichten versehen sind, denen jeweils ein zumin dest im wesentlichen kappenförmiges Metallteil zugeordnet ist, wobei jedes Metallteil aus lötbeständigem Material besteht und jeweils zwischen den Anschlußschichten und den ihnen zugeordneten Metallteilen eine elektrisch lei tende Verbindung, insbesondere aus Lötmaterial vorhanden ist.

Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei elektri schen Kondensatoren in Chipbauweise, jedoch ist es auch möglich, daß die elektrischen Kondensatoren an den kap penförmigen Metallteilen befestigte (angelötete, ange schweißte) Stromzuführungselemente, beispielsweise Stromzuführungsdrähte, enthalten können, sofern bei sol chen Bauelementen die durch die vorliegenden Erfindung zu lösenden Probleme auftreten.

Der Begriff "Chip-Bauweise" umfaßt im vorliegenden Zu sammenhang elektrische Kondensatoren, die einen zylin drischen oder quaderförmigen Kondensator aufweisen, des sen einander gegenüberliegende Stirnflächen und gegebe nenfalls auch die angrenzenden Bereiche der Oberfläche des Kondensatorkörpers mit kappenförmigen Metallteilen umgeben sind, so daß derartige Kondensatoren unmittelbar auf die Anschlußpunkte von auf Isolierstoffplatten befind lichen gedruckten Leiterbahnen aufgelegt werden können, wonach die elektrische und mechanische Befestigung durch ein Lötverfahren, insbesondere ein Tauch- oder Schwall lötverfahren, bewerkstelligt wird.

Elektrische Kondensatoren der eingangs angegebenen Art, auf die sich die folgende Erfindung bezieht, sind in der DE-PS 31 20 298 beschrieben. Jener Erfindung, wie auch der vorliegenden Erfindung, liegt die Aufgabe zu grunde, einen solchen Kondensator so auszubilden, daß er trotz der Verwendung von temperaturempfindlichen Kunststoffolien als Dielektrikum für den Einsatz bei den genannten Tauchlötverfahren und damit besonders zur automatischen Bestückung von gedruckten Schaltungen ein setzbar ist.

Bei den bekannten Kondensatoren wird diese Aufgabe da durch gelöst, daß jedes Metallteil ein getrennt herge stelltes Teil aus lötbeständigem Material mit wenigstens einer Öffnung im Bodenbereich ist und daß zwischen An schlußschicht und Metallteil eine sich zumindest in die Öffnung erstreckende Lotverbindung ausgebildet ist. Die se Lotverbindung dringt gemäß jener Erfindung in den zwischen den Metallteilen und den Anschlußschichten be findlichen Zwischenraum insbesondere bei dem Lötverfah ren und zwar bei der Tauchlötung, aufgrund der Kapillarwirkung ein.

Da aber das Lot möglichst die gesamte Anschlußschicht mit der inneren Oberfläche des kappenförmigen Metall teiles verbinden muß, erfolgt dennoch eine nicht un wesentliche Erwärmung sowohl der lötfähigen Anschluß schicht, als auch durch deren Schmelzen und damit Er wärmen der daran angrenzenden Kunststoffolien des Di elektrikums des Kondensatorkörpers.

In der DE-AS 10 64 127 ist ein Verfahren zur Bestückung von sogenannten gedruckten Schaltungen, die flächenhaft ausgebildete Leitungen auf einer Isoliergrundplatte festhaftend aufgebracht enthalten, mit Schaltungselemen ten beschrieben, die auf der mit den Leitungen versehe nen Seiten der Grundplatte angelötet sind. Bei diesem bekannten Verfahren werden Schaltungselemente verwendet, die in der hier in Rede stehenden Chip-Bauweise ausge bildet sind. In der genannten DE-AS sind neben anderen elektrischen Schaltungselementen unter anderem auch elek trische Kondensatoren, nämlich Wickelkondensatoren be schrieben, bei denen ein Kondensatorwickel in einem Iso lierrohr untergebracht ist und aus dem Kondensatorwickel herausragende Anschlußfolien an gegenüberliegenden Stirnflächen durch Isolierpfropfen hindurchragen, die das Isolierrohr verschließen. In einem Fall sind über die einander gegenüberliegenden und durch die Isolier pfropfen verschlossenen Öffnungen des Isolierrohres Kappen vorhanden, die den Elektrodenanschluß bilden. Es sind auch bei der anderen Ausführungsform Kondensatoren dargestellt und beschrieben, bei denen die Anschluß fahnen selbst den Elektrodenanschluß bilden.

Man kann unterstellen, daß auch bei diesen bekannten Wickelkondensatoren die Wärmeleitung über die Anschluß fahnen, gegebenenfalls über die Kappen, zum Kondensator wickel hin äußerst gering ist, jedoch weisen elektrische Kondensatoren, die regenerierfähig sind, weil die als Belegungen dienenden Metallschichten extrem dünn auf die als Dielektrikum dienenden Kunststoffolien aufge bracht sind, sowohl in Form von Kondensatorwickeln als auch in Form sogenannter Stapel- oder Schichtkondensato ren keine aus dem Kondensatorkörper herausragenden An schlußfahnen auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Kondensatoren der eingangs angegebenen und durch die DE-PS 31 20 298 bekannten Art den Wärmefluß wäh rend des Lötvorganges noch weiter und in erheblichem Maße zu verringern, um auch elektrische Kondensatoren mit Dielektikumsfolien aus besonders wärmeempfindlichem Kunststoff für Schwall- oder Tauchlötvorgänge geeignet zu machen, bei denen ein Großteil des elektrischen Kondensators mit flüssigem und - wegen anderer Bauelemente - besonders hocherhitztem Lot in Berührung kommt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der elektrische Kondensa tor der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß da durch gekennzeichnet, daß zwischen jeder lötfähigen Anschlußschicht und jedem kappenförmigen Metallteil eine zumindest im wesentlichen kappenförmige Schicht mit geringer Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, die wenigstens eine Öffnung aufweist, in der sich die elek trische Verbindung befindet.

Vorzugsweise besteht die Schicht geringer Wärmeleit fähigkeit aus Polyester, beispielsweise Polykarbonat oder Polyethylenterephthalat, oder aus Epoxidharz.

Die Schicht geringer Wärmeleitfähigkeit kann ein für sich vorgebildetes Teil sein, das auf die lötfähige Anschlußschicht und die angrenzenden Oberflächenbe reiche des Kondensatorkörpers aufgeschrumpft ist.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Schicht gerin ger Wärmeleitfähigkeit als Auskleidung im Inneren des kappenförmigen Metallteiles ausgebildet ist.

Die elektrische Verbindung, die sich in den Öffnungen der Schichten geringer Wärmeleitfähigkeit befindet, besteht vorteilhafterweise aus Lotmaterial.

Es ist aber auch möglich und für gewisse Fälle vor teilhaft, wenn die elektrischen Verbindungen in den Öffnungen der Schichten geringer Wärmeleitfähigkeit aus je einem Vorsprung im Inneren der kappenförmigen Me tallteile bestehen, der formschlüssig mit denselben verbunden ist.

Um einen weiteren Schutz der Kunststoffdielektrikums folien gegenüber der Einwirkung des flüssigen heißen Lotes beim Tauchlötvorgang zu bewirken, ist es vorteil haft, wenn die von den Schichten geringer Wärmeleit fähigkeit und den kappenförmigen Metallteilen freie äußere Oberfläche des Kondensatorkörpers mit einer Umhüllung abgedeckt ist, die ebenfalls aus Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die lötfähigen Anschlußschichten und/oder die elektrisch leit fähigen Lötmaterialverbindungen aus Metall, das eine Schmelztemperatur, z. B. 183°C aufweist, die unterhalb der zum Einlöten in die Schaltung angewandten Löttemperatur, z. B. 215°C oder 235 bis 260°C, liegt. Auf diese Weise wirken die Anschlußschichten und/oder die elektrisch leitfähigen Lötmaterialverbindungen als zusätzliche Wär mepuffer zum Schutz der Kunststoffdielektrikumsschichten.

Einen Schmelzpunkt von 183°C hat z. B. eine aus 37,7% Blei (Pb) und 62,3% Zinn (Sn) bestehende Legierung.

Das an sich bekannte Einlöten in die gedruckte Schaltung erfolgt bei der sogenannten "vapor-phase-Lötung" bei 215°C, damit das eingesetzte Lot, das schon bei gerin gerer Temperatur schmilzt, gut flüssig ist. Das eben falls bekannte Schwalllötverfahren arbeitet bei 235 bis 260°C.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren, die Ausführungsbeispiele zeigen, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen elektrischen Kondensator gemäß der Erfin dung in Schichtbauweise und

Fig. 2 einen elektrischen Kondensator gemäß der Erfin dung in Wickelbauweise.

In beiden Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Man erkennt, daß der Kondensatorkörper im Schnitt gesehen sowohl bei einem Stapel- oder Schichtkondensator als auch bei einem Wickelkondensator praktisch gleiches Aussehen hat.

Die Figuren zeigen, daß der Kondensatorkörper 4 die als Dielektrikum dienenden Kunststoffolien 1 enthält und von als Belegungen dienenden Metallschichten 2 und 3 durchsetzt ist. Bei regenerierfähigen elektrischen Kondensatoren sind diese Metallschichten besonders dünn, wie an sich bekannt, auf die Kunststoffolien aufgetragen.

Die Metallschichten 2 und 3 im Kondensatorkörper 4 enden alternierend von Schicht zu Schicht an den gegenüber liegenden Stirnflächen 5 und 6 des Kondensatorkörpers 4 und sind dort jeweils durch Metallschichten miteinander verbunden. Im vorliegenden Fall ist gezeigt, daß auf die Stirnflächen 5 und 6 zunächst Kontaktschichten 8 und 10 aus hochschmelzendem Material aufgetragen sind. Dies hat den Zweck, die elektrische Kontaktierung der Metallschichten 2 und 3 besonders niederohmig zu gestalten, weil regenerierfähig dünne Metallschichten in aller Regel aus Aluminium bestehen und dieses Metall in besonders einfacher Weise nach dem an sich bekannten und hierfür vielfach verwendeten Schoop-Verfahren als Kontaktschicht 8 und 10 aufgebracht werden kann.

Es ist aber auch möglich, die lötfähigen Anschluß schichten 7 und 9 unmittelbar zur Kontaktierung der Metallschichten 2 und 3 zu verwenden. Im vorliegenden Fall sind die lötfähigen Metallschichten 7 und 9 auf die Kontaktschichten 8 und 10 aus hochschmelzendem Me tall aufgebracht. Im Gegensatz zu den aus der DE-PS 31 20 298 bekannten elektrischen Kondensatoren sind bei den Kondensatoren der vorliegenden Erfindung auf die lötfähigen Anschlußschichten 7 und 9 zunächst kappenförmige Schichten 17 und 18 mit geringer Wärmeleitfähigkeit aufgebracht. Diese kappenförmigen Schichten 17 und 18 reichen um die Metallschichten 7 und 8 bzw. 9 und 10 herum und erstrecken sich bis auf einen geringen Teil der jeweils angrenzenden freien Oberfläche des Kondensatorkörpers 4.

Dies hat insbesondere bei Stapel- oder Schichtkonden satoren den Vorteil, daß an den Schnittflächen, an denen bekanntlich (vgl. DE-PS 17 64 548) die Metall schichten 2 und 3 entgegengesetzter Polarisation enden und dort durch bekannte Maßnahmen voneinander isoliert sind die Metallschichten 2 und 3 nicht von den kappenförmigen Metallteilen 11 und 12 bedeckt werden.

Die Schichten 17 und 18 geringer Wärmeleitfähigkeit weisen im vorliegenden Fall zentrale Öffnungen 19 und 20 auf, in denen sich die elektrischen Verbindungen 13, 14, 15, 16 befinden. Die elektrischen Verbindungen stellen den elektrischen Kontakt zwischen den Metall schichten 7 und 9 und den kappenförmigen Metallteilen 11 und 12 dar.

Gemäß Fig. 1 bestehen diese elektrischen Verbindungen 13 und 14 als Pfropfen aus Lötmaterial, während die elektrischen Verbindungen 15 und 16 gemäß Fig. 2 form schlüssig mit der inneren Oberfläche der kappenförmigen Metallteile 11 und 12 verbunden sind.

Während des Tauchlötvorganges beginnen die lötfähigen Metallschichten 7 und 9 beim Erreichen des Schmelz punktes zu schmelzen und halten bis zum vollständigen Schmelzen die Temperatur konstant, wobei eine relativ große Wärmemenge (Schmelzwärme) gebunden wird. Die Schichten 17 und 18 geringer Wärmeleitfähigkeit ver hindern das allseitige Einströmen von Wärme aus den kappenförmigen Metallteilen 11 und 12 in den Konden satorkörper 4. Die Wärme kann im wesentlichen nur durch die Öffnungen 19 und 20 und das darin befindliche Metall in den Kondensatorkörper 1 eindringen. Je nach Querschnitt der Öffnungen 19 und 20 und Dicke der kap penförmigen Schichten 17 und 18 kann man den Wärmezu fluß aus der Kappe drosseln.

Speziell bei elektrischen Kondensatoren in Chip-Bauwei se kann ferner durch eine Umhüllung 21 der nicht von den Kappen bedeckten Flächen mit einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit, z. B. Epoxidharze, Spritzmassen und ähnliches, auch der Wärmezutritt zum Kondensator körper 1 über diese Flächen verringert werden.

Bezugszeichenliste 1 Kunststoffolien als Dielektrikum
2 Metallschichten als Belegungen
3 Metallschichten als Belegungen
4 Kondensatorkörper
5 Stirnfläche des Kondensatorkörpers 4
6 Stirnfläche des Kondensatorkörpers 4
7 lötfähige Anschlußschicht
8 hochschmelzende Kontaktschicht
9 lötfähige Anschlußschicht
10 hochschmelzende Kontaktschicht
11 kappenförmiges Metallteil
12 kappenförmiges Metallteil
13 elektrisch leitfähige Verbindung aus Lötmaterial
14 elektrisch leitfähige Verbindung aus Lötmaterial
15 elektrisch leitfähige Verbindung, formschlüssig mit dem kappenförmigen Metallteil 11 verbunden
16 elektrisch leitfähige Verbindung, formschlüssig mit dem kappenförmigen Metallteil 12 verbunden
17 kappenförmige Schicht mit niedriger Wärmeleitfähig keit
18 kappenförmige Schicht mit niedriger Wärmeleitfähig keit
19 Öffnung in der kappenförmigen Schicht 17
20 Öffnung in der kappenförmigen Schicht 18
21 Umhüllung zwischen den kappenförmigen Teilen 11 und 17 einerseits und 12 und 18 andererseits

Claims

1. Elektrischer Kondensator, insbesondere in Chip-Bau weise, mit einem aus Kunststoffolie (1) als Dielektri kum und Metallschichten (2, 3) als Belegungen aufge bauten Kondensatorkörper (4), dessen einander gegenüber liegende Stirnflächen (5, 6) mit lötfähigen Anschluß schichten (7, 9) versehen sind, denen jeweils ein zu mindest im wesentlichen kappenförmiges Metallteil (11, 12) zugeordnet ist, wobei jedes Metallteil (11, 12) aus lötbeständigem Material besteht und jeweils zwischen den Anschlußschichten (7, 9) und den ihnen zugeordneten Metallschichten (11, 12) eine elektrisch leitende Ver bindung (13, 14, 15, 16), insbesondere aus Lötmaterial, vorhanden ist, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen jeder lötfähigen An schlußschicht (7, 9) und jedem kappenförmigen Metall teil (11, 12) eine zumindest im wesentlichen kappen förmige Schicht (17, 18) mit geringer Wärmeleitfähig keit angeordnet ist, die wenigstens eine Öffnung (19, 20) aufweist, in der sich die elektrisch leitfähige Verbindung (13, 14, 15, 16) befindet.

2. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Schicht (17, 18) geringer Wärmeleitfähigkeit aus Polyester (Polykarbonat, Polyethylenterephthalat) oder Epoxidharz besteht.

3. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (17, 18) geringer Wärmeleitfähigkeit ein für sich vorgebildetes Teil ist, das auf die lötfähige An schlußschicht (7, 8) und die angrenzenden Oberflächenbe reiche des Kondensatorkörpers (4) aufgeschrumpft ist.

4. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (17, 18) geringer Wärmeleitfähigkeit als Auskleidung im Inneren des kappenförmigen Metallteils (11, 12) ausgebildet ist.

5. Elektrischer Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbindungen (13, 14) in den Öff nungen (19, 20) der Schichten (17, 18) geringer Wärme leitfähigkeit aus Lötmaterial bestehen.

6. Elektrischer Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbindungen (15, 16) in den Öff nungen (19, 20) der Schichten (17, 18) geringer Wärme leitfähigkeit aus je einem Vorsprung im Inneren der kap penförmigen Metallteile (11, 12) bestehen, der form schlüssig mit denselben verbunden ist.

7. Elektrischer Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Schichten (17, 18) geringer Wärmeleit fähigkeit und den kappenförmigen Metallteilen (11, 12) freie äußere Oberfläche des Kondensatorkörpers (4) mit einer Umhüllung (21) geringer Wärmeleitfähigkeit abge deckt ist.

8. Elektrischer Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die lötfähigen Anschlußschichten (7, 9) und/oder die elektrisch leitfähigen Lötmaterialverbindungen (13, 14) aus Metall bestehen, das eine Schmelztempera tur (z. B. 183°C aufweist), die unterhalb der zum Ein löten in die Schaltung angewandten Löttemperatur (bei spielsweise 215°C oder 235-260°C) liegt.