DE3612290A1 - Solid-electrolyte capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Fest-Elektrolytkondensator mit einer Sinteranode aus einem Ventilmetall, einer dar auf angeordneten, als Dielektrikum dienenden Oxidschicht, einem halbleitenden Elektrolyt als Kathode, einer Katho denkontaktierung, einem Anoden- und Kathodenanschluß und einer Abschaltsicherung.The invention relates to a solid electrolytic capacitor with a sintered anode made of a valve metal, one on arranged oxide layer serving as dielectric, a semiconducting electrolyte as cathode, a catho denkontaktierung, an anode and cathode connection and a shutdown protection.
Derartige Kondensatoren sind aus der DE-A1-33 19 371 be kannt, wobei die Abschaltsicherung in die Zuleitung des Kathodenanschlusses als verengter Abschnitt integriert und als Schmelzsicherung ausgebildet ist.Such capacitors are from DE-A1-33 19 371 be knows, the cut-off protection in the supply line of Cathode connection integrated as a narrowed section and is designed as a fuse.
Bei den genannten Fest-Elektrolytkondensatoren wird im allgemeinen Tantal als Ventilmetall zur Herstellung der Sinteranode verwendet, und die als Dielektrikum dienende Oxidschicht anschließend durch einen elektrochemischen Formierprozeß auf der Anode erzeugt. Als Kathode dient hauptsächlich halbleitendes Mangandioxid, auf dem eine Kontaktierungsschicht angebracht wird, die vorzugsweise aus einer Graphitschicht und einer darauf angeordneten Silberschicht besteht.In the solid electrolytic capacitors mentioned in general tantalum as valve metal for the manufacture of Sintered anode used, and the one serving as a dielectric Then oxide layer by an electrochemical Forming process generated on the anode. Serves as the cathode mainly semiconducting manganese dioxide, on which one Contacting layer is attached, which is preferably of a graphite layer and one arranged thereon Silver layer exists.
Derartige Kondensatoren verfügen im Kurzschlußfall bzw. bei Falschpolung über keine Strombegrenzung, so daß die Gefahr besteht, daß der Kurzschlußstrom den Kondensator so stark erhitzt, daß der Anodenkörper zu glühen beginnt. Such capacitors have a short circuit or with incorrect polarity over no current limitation, so that There is a risk that the short-circuit current will damage the capacitor heated so much that the anode body begins to glow.
Zur Behebung dieser Schwierigkeiten sind eine Reihe von Sicherungselementen vorgeschlagen worden. Neben der ein gangs genannten Abschaltsicherung ist auch aus der DE-A1-29 47 185 ein Sicherungselement bekannt, das aus einer in einem Hohlraum eines Isolierkörpers angeordneten Schmelzdrahtsicherung besteht. Die bekannten Sicherungs elemente erfordern jedoch eine aufwendige Fertigungstech nik.There are a number of ways to address these difficulties Fuse elements have been proposed. In addition to the one The above-mentioned shutdown protection is also from the DE-A1-29 47 185 a fuse element known from one arranged in a cavity of an insulating body Fusible wire fuse exists. The well-known backup however, elements require a complex manufacturing technology nik.
Weiterhin ist aus der DE-A1-29 23 623 eine mit Isolier teilchen durchsetzte Leiterschicht als mögliche Siche rungsart bekannt. Bei dieser Ausführungsform ist es je doch schwierig, reproduzierbare Abschaltergebnisse zu er zielen.Furthermore, from DE-A1-29 23 623 is one with insulation particle-permeated conductor layer as a possible security known. In this embodiment, it is difficult to achieve reproducible switch-off results aim.
Schließlich ist aus der DE-C3-25 31 438 eine Abschaltsi cherung bekannt, bei der ein Zwischenraum zwischen dem Kathodenanschluß und der Kathodenkontaktierung durch ei ne Metallegierung überbrückt ist, die als Schmelzsiche rung dient. Die Schwierigkeiten, die bei dieser Ausfüh rungsform auftreten können, bestehen darin, daß zum An sprechen der Sicherung ein Erwärmen des Kondensatorkör pers erforderlich ist.Finally, DE-C3-25 31 438 is a switch-off device cherung known, in which a space between the Cathode connection and the cathode contact by ei ne metal alloy is bridged, which as a fuse tion serves. The difficulties with this execution Form can occur, are that for the An speak of the fuse heating the capacitor body pers is required.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abschaltsicherung für einen Fest-Elektrolytkondensator anzugeben, die bei einem Kurzschluß bzw. einer Falschpolung einen zu hohen Strom anstieg verhütet, dabei eine übermäßige Erhitzung des Ano denkörpers verhindert, wirtschaftlich herstellbar ist und definierte Abschalteigenschaften besitzt.The object of the invention is to provide a shutdown protection for specify a solid electrolytic capacitor, which at a Short circuit or incorrect polarity an excessive current prevented from rising, thereby excessive heating of the Ano prevented the body, is economically producible and has defined shutdown properties.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abschaltsicherung aus zwei metallischen Seitenflächen besteht, zwischen denen eine dünne Leiterschicht aus ei nem elektrisch leitenden Werkstoff auf der Oberfläche ei nes Isolators angeordnet ist, die in elektrischem Kontakt mit den metallischen Seiten steht.This object is achieved in that the shutdown protection from two metallic side surfaces exists between which a thin conductor layer of egg an electrically conductive material on the surface Nes insulator is arranged in electrical contact with the metallic sides.
Die Leiterschicht, welche vorzugsweise aus Nickel oder Kupfer besteht, wird zweckmäßig in einem Elektrolytbad stromlos abgeschieden oder durch Kaschierung aufgebracht.The conductor layer, which is preferably made of nickel or Copper is used in an electrolyte bath deposited without current or applied by lamination.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen eines Fest-Elektrolyt kondensators mit Abschaltsicherung sind in den Unteran sprüchen angeführt.Further expedient configurations of a solid electrolyte capacitors with cut-off protection are in the lower sayings.
Die erfindungsgemäße Abschaltsicherung weist den Vorteil auf, daß sie wirtschaftlich herstellbar ist und definier te Abschalteigenschaften besitzt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß nach dem Ansprechen der Sicherung der ohmsche Widerstand des Sicherungselementes im Bereich von 10 kΩ liegt, da durch zersetztes Isoliermaterial freier Kohlenstoff gebildet wird.The shutdown protection according to the invention has the advantage on that it is economical to manufacture and define has shutdown properties. Another advantage is that after the fuse has responded, the ohmic resistance of the fuse element in the range of 10 kΩ is due to the fact that decomposed insulation material frees it up Carbon is formed.
Dieser Widerstand ist hoch genug, um den Kurzschlußstrom so zu begrenzen, daß er nicht mehr zum Glühen des Anoden körpers führt. Andererseits ist dieser Widerstand klein im Vergleich zu dem eines intakten Kondensators (< 10 MΩ). Kondensatoren, die einen Kurzschluß aufweisen und deren Sicherung angesprochen hat, können somit, auch wenn sie in Leiterplatten eingelötet sind, auf einfache Weise durch Widerstandsmessung ermittelt werden.This resistance is high enough to withstand the short circuit current limit so that it is no longer used to glow the anode body leads. On the other hand, this resistance is small Comparison to that of an intact capacitor (<10 MΩ). Capacitors that have a short circuit and their Fuse has responded, even if it is in Printed circuit boards are easily soldered through Resistance measurement can be determined.
Die erfindungsgemäße Abschaltsicherung weist den Vorteil klei ner geometrischer Abmessungen auf (z.B. 1 mm×1 mm×1 mm), sowie die problemlose Möglichkeit, die elektrischen Werte der Sicherung (ohmscher Widerstand, Abschaltstromstärke) durch Variation der Leiterschichtdicke festzulegen. Derar tige Abschaltsicherungen weisen beispielsweise einen Wider standswert von < 0,1 Ω und je nach Schichtdicke Abschalt ströme von 3 bis 5 A auf. Nach dem Ansprechen der Sicherun gen beträgt der Widerstand 5 bis 50 kΩ.The shutdown protection according to the invention has the advantage of small geometric dimensions (e.g. 1 mm × 1 mm × 1 mm), as well as the hassle-free way of electrical values the fuse (ohmic resistance, switch-off current) by varying the conductor layer thickness. Derar Term shutdown safeguards, for example, have a resistance level of <0.1 Ω and switch-off depending on the layer thickness currents from 3 to 5 A. After the fuse has responded The resistance is 5 to 50 kΩ.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Abschaltsicherung werden in den folgenden Ausführungsbeispielen beschrieben.Appropriate configurations of the shutdown protection will be described in the following embodiments.
In der dazugehörenden Zeichnung zeigenShow in the accompanying drawing
Fig. 1 eine Ausführungsform mit verstärkten Anschlußbe reichen, Fig. 1 shows an embodiment with enhanced Anschlußbe rich,
Fig. 2 eine Ausführungsform mit metallischen Deckflächen, Fig. 2 shows an embodiment with metallic covering surfaces,
Fig. 3 und 4 Ausführungsformen mit stumpf aufgeschweißten Anschlußelementen, FIGS. 3 and 4 embodiments, with butt welded connection elements,
Fig. 5 eine Ausführungsform mit flach aufgeschweißten An schlußelementen, Fig 5 locking elements. An embodiment with flat welded An,
Fig. 6 eine Abschaltsicherung bei einem axialen Becher kondensator, Fig. 6 is a cut-out fuse capacitor during an axial cup,
Fig. 7 eine Abschaltsicherung bei einem radial bedrahte ten Kunststoffbecherkondensator und Fig. 7 is a switch-off protection in a radially wirte th plastic cup capacitor and
Fig. 8 eine Abschaltsicherung bei einem kunststoffumhüll ten Chip-Kondensator. Fig. 8 is a cut-off protection in a plastic th chip capacitor.
In der Fig. 1 ist die Ausführungsform einer Abschaltsiche rung dargestellt, bei der auf einem Isolierkörper, vorzugs weise aus Epoxidharz, eine ca. 5 µm dicke metallische Ka schierung angeordnet ist. Der mittlere Teil dieser Kaschie rung 2 bleibt unverstärkt und dient als Sicherungsstrecke 3. Zwei Seitenbereiche 4, 5 der Kaschierung 2 sind entweder gal vanisch oder durch Auflöten eines Bleches verstärkt und bil den die Anschlußbereiche für die Kontaktierung der Anschluß elemente. Der mittlere Teil, der als Sicherungsstrecke 3 dient, kann gegebenenfalls durch einen Lack 6 abgedeckt sein.In Fig. 1, the embodiment of a switch-off is shown, in which on an insulating body, preferably made of epoxy resin, an approximately 5 microns thick metallic Ka is arranged. The middle part of this Kaschie tion 2 remains unreinforced and serves as a backup route 3rd Two side areas 4 , 5 of the lamination 2 are either galvanically or reinforced by soldering a sheet and bil the connection areas for contacting the connection elements. The middle part, which serves as a securing section 3 , can optionally be covered by a lacquer 6 .
In der Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform einer Ab schaltsicherung dargestellt, bei der ein Isolierkörper 7 zwischen zwei metallischen Deckplatten 8, 9, z. B. aus Nickel, angeordnet ist. Die Deckplatten 8, 9 dienen der Kontaktierung der Anschlußelemente. Auf dem gesamten Si cherungselement ist stromlos galvanisch eine dünne, ca. 5 µm dicke Metallschicht abgeschieden. Die Metallschicht auf dem Isolierkörper 7, der vorzugsweise aus Epoxidharz besteht, dient als Sicherungsstrecke.In Fig. 2 a further embodiment of a circuit breaker is shown, in which an insulating body 7 between two metallic cover plates 8 , 9 , z. B. made of nickel. The cover plates 8 , 9 are used for contacting the connection elements. A thin, approx. 5 µm thick metal layer is electrolytically deposited on the entire fuse element. The metal layer on the insulating body 7 , which preferably consists of epoxy resin, serves as a securing section.
In der Fig. 3 ist eine Möglichkeit dargestellt, wie die in Fig. 2 dargestellte Abschaltsicherung in einer Zulei tung des Fest-Elektrolytkondensators angeordnet werden kann. Der in der Sinteranode verankerte Tantaldraht 10 und der anodenseitige Anschlußdraht 11, z. B. aus Nickel oder Kupfer, sind stumpf mit den Flachseiten der metalli schen Deckplatten 8, 9 verschweißt, z. B. durch Widerstands- Punkt- bzw. Perkussionsschweißung.In Fig. 3, a possibility is shown how the shutdown protection shown in Fig. 2 can be arranged in a supply line of the solid electrolytic capacitor. The tantalum wire 10 anchored in the sintered anode and the anode-side connecting wire 11 , e.g. B. of nickel or copper, are butt welded to the flat sides of the metallic cover plates 8 , 9 , z. B. by resistance spot or percussion welding.
In der Fig. 4 ist eine weitere Möglichkeit dargestellt, die Abschlußsicherung nach Fig. 2 durch eine stumpfe Ver bindung der Anschlußelemente 10, 11 auf den Stirnseiten der Deckplatten 8, 9 in die Anodenzuleitung eines Fest- Elektrolytkondensators einzubauen.In Fig. 4 another possibility is shown to install the termination protection of FIG. 2 by a blunt Ver connection elements 10 , 11 on the end faces of the cover plates 8 , 9 in the anode lead of a solid electrolytic capacitor.
In der Fig. 5 ist dargestellt, wie die Abschaltsicherung nach Fig. 1 mittels flach aufgeschweißter Anschlußelemen te 10, 11 in die Anodenzuleitung eines Fest-Elektrolytkon densators eingebaut wird. In Fig. 5 it is shown how the shutdown protection according to Fig. 1 te by means of flat welded connecting elements 10 , 11 is installed in the anode lead of a solid electrolytic capacitor.
In der Fig. 6 ist der Einsatz einer Abschaltsicherung 15 bei einem in einen Metallbecher 29 eingebauten Fest-Elek trolytkondensator dargestellt. Der Kondensator besteht aus dem Anodenkörper 12 und dem darin angeordneten Draht 10. Anodenkörper 12 und Draht 10 bestehen aus dem gleichen Material, vorzugsweise aus Tantal. Der Kondensator ist im Metallbecher 29 durch das Lötzinn 13 befestigt, das gleich zeitig als Kathodenkontaktierung dient. An der Außenseite des Bechers 29 ist ein kathodenseitiger Anschlußdraht 30 angeordnet. Der anodenseitige Anschlußdraht 11 ist durch eine Druckglasdurchführung 14 gegenüber dem Metallbecher 29 isoliert.In Fig. 6 the use of a cut-off fuse 15 is shown in a built in a metal cup 29 fixed electrolytic capacitor. The capacitor consists of the anode body 12 and the wire 10 arranged therein. Anode body 12 and wire 10 are made of the same material, preferably tantalum. The capacitor is fastened in the metal cup 29 by the soldering tin 13 , which simultaneously serves as the cathode contact. A connecting wire 30 on the cathode side is arranged on the outside of the cup 29 . The anode-side connecting wire 11 is insulated from the metal cup 29 by a pressure glass bushing 14 .
In der Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der eine Abschaltsicherung 16 zwischen Kathodenkontak tierung 17 und kathodenseitigem Anschlußdraht 18 angeord net ist. Der Anodenkörper 18 ist hierbei in einem Kunst stoffbecher 19 angeordnet, der nach dem Einbau mit einer Vergußmasse 22 ausgefüllt wird. Die Anodenkontaktierung 20, z. B. ein Tantaldraht, ist hierbei mit dem anodensei tigen Anschlußdraht 21 verschweißt.In Fig. 7 a further embodiment is shown in which a cut-off device 16 between cathode contact 17 and cathode-side connecting wire 18 is net angeord. The anode body 18 is arranged in a plastic cup 19 , which is filled with a potting compound 22 after installation. The anode contact 20 , e.g. B. a tantalum wire is welded to the anodensei term lead 21 .
In der Fig. 8 ist die Ausführungsform eines Chip-Fest-Elek trolytkondensators dargestellt, bei dem die Abschaltsiche rung 25 zwischen Anodenkontaktierung 28 und anodenseitigem Anschluß 27 angeordnet ist. Der Anodenkörper 23 mit dem kathodenseitigen Anschluß 24 ist mit einer Umhüllmasse 26 umgeben.In Fig. 8, the embodiment of a chip-solid electrolytic capacitor is shown, in which the cut-off device 25 is arranged between the anode contact 28 and the anode-side terminal 27 . The anode body 23 with the connection 24 on the cathode side is surrounded by a coating compound 26 .
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