DE4416684B4

DE4416684B4 - Festkörper-Elektrolytkondensator-Baugruppenteil

Info

Publication number: DE4416684B4
Application number: DE4416684A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Kanetake
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1993-05-12
Filing date: 1994-05-11
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2014-05-12
Also published as: DE4416684A1; JPH06325988A; JP2774921B2; US5424908A

Abstract

Festkörper-Elektrolytkondensator-Baugruppenteil, mit einem ersten Kondensatorelement (1), welches ein kathodenseitiges Bauelement (1a) und ein anodenseitiges Bauelement (1b) aufweist;
einem zweiten Kondensatorelement (2), welches ebenfalls ein kathodenseitiges Bauelement (2a) und ein anodenseitiges Bauelement (2b) aufweist;
einer Leiteranordnung (3) für eine elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen anodenseitigen Bauelementen (1b, 2b) des ersten und zweiten Kondensatorelements (1, 2);
einer ersten Zuleitung (4), welche elektrisch mit dem kathodenseitigen Bauelement (1a) des ersten Kondensatorelements (1) verbunden ist;
einer zweiten Zuleitung (5), welche elektrisch mit dem kathodenseitigen Bauelement (2a) des zweiten Kondensatorelements (2) verbunden ist,
einer ersten Diode (6, 6'), welche zwischen dem kathodenseitigen und anodenseitigen Bauelement (1a, 1b) des ersten Kondensatorelements (1) zum Durchleiten eines Stroms nur in einer Richtung vom kathodenseitigen Bauelement (1a) zum anodenseitigen Bauelement (1b) des ersten Kondensatorelementes (1) angeordnet ist;
einer zweiten Diode (7, 7'), welche zwischen dem kathodenseitigen und anodenseitigen Bauelement (2a, 2b) des zweiten...

Description

Die Erfindung betrifft einen Festkörper-Elektrolytkondensator, wie einen Tantalkondensator oder Aluminiumkondensator, welcher ein Kunstharzgehäuse aufweist, aus dem ein Paar von Zuleitungen zur elektrischen Verbindung mit einer Schaltung vorstehen.

Ein Festkörper-Elektrolytkondensator-Baugruppenteil ist beispielsweise aus der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 60-220922 bekannt. Der in diesem japanischen Dokument offenbarte Kondensator weist ein Kondensatorelement auf, zu dem ein Kondensatorchip und ein aus diesem Chip hervorstehender Anodendraht gehört. Der Anodendraht ist elektrisch mit einer Anodenzuleitung verbunden, wohingegen der Chip elektrisch mit einer Kathodenzuleitung verbunden ist.

Der Kondensator besitzt darüberhinaus ein Kunstharzgehäuse, welches das Kondensatorelement zusammen mit Teilen der Anoden- und Kathodenzuleitungen umschließt. Die hervorstehenden Abschnitte der jeweiligen Zuleitungen sind hin zur Unterseite des Kunstharzgehäuses gebogen, um eine zweckdienliche Montage an einer Oberfläche einer Schaltplatte (nicht gezeigt) zu ermöglichen.

Der Kondensator nach dem Stand der Technik ist ein polares Bauteil, so daß einige Vorkehrungen getroffen werden müssen, um sicherzustellen, daß der Kondensator mit einer richtigen Polarität relativ zu der Schaltungsstruktur auf der Schaltungsplatte befestigt wird. Hierdurch wird die Montage des Kondensators mühsam, insbesondere dann, wenn der Kondensator einen symmetrischen Aufbau aufweist. Darüberhinaus erzeugt der Kondensator, wenn er mit umgekehrter Polarität befestigt wird, viel Hitze, wodurch der Kondensator und/oder die Schaltung, in welche der Kondensator eingefügt ist, in kritischer Weise beschädigt wird.

Die Druckschrift DE 1 301 861 B beschreibt ein Festkörper-Elektrolytkondensator-Baugruppenteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 6.

In der Druckschrift DE 1 252 310 B ist ein Festkörper-Elektrolytkondensator-Baugruppenteil enthalten, welches eine Zuleitung aufweist, die elektrisch mit einem kathodenseitigen Bauelement eines zusätzlichen Kondensatorelementes verbunden ist.

Aus den Druckschriften DE 29 47 185 C2 und EP 0 488 130 A2 sind Baugruppenteile bekannt, welche jeweils lediglich einen Kondensator mit einem Kondensatorelement aufweisen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Festkörper-Elektrolytkondensator-Baugruppenteil zu schaffen, welches in einer raumsparenden Weise ausgestaltet ist.

Die Erfindung versucht weiterhin, zusätzlich Möglichkeiten zur Aufrechterhaltung der Sicherheit eines solchen Kondensators zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 6 gelöst.

Bevorzugte weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den nachgeordneten Ansprüchen gegeben.
Andere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegend_en Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine Vorderansicht als Vertikalschnitt eines Festkörper-Elektrolytkondensator-Baugruppenteils gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie II-II in 1;
3 eine perspektivische Ansicht desselben Kondensators;
4 eine Ansicht eines Ersatzschaltbildes, welches demselben Kondensator entspricht;
5 eine perspektivische Ansicht eines Festkörper-Elektrolytkondensator-Baugruppenteils gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
5a einen Schnitt eines in den Kondensator der 5 inkorporierten Diodenchips;
6 eine perspektivische Ansicht eines Festkörper-Elektrolytkondensator-Baugruppenteils gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
6a einen Schnitt eines in den Kondensator der 6 inkorporierten Diodenchips;
7 eine perspektivische Ansicht eines Festkörper-Elektrolytkondensator-Baugruppenteils gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; und
8 eine Ansicht eines Ersatzschaltbildes entsprechend dem Kondensator der 7.
In den 1 bis 3 der beigefügten Zeichnungen wird ein Festkörper-Elektrolytkondensator-Baugruppenteil gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der Kondensator kann beispielsweise ein Tantalkondensator oder ein Aluminiumkondensator sein.
Der Kondensator weist in seiner ersten Ausführungsform ein erstes Kondensatorelement 1 und ein zweites Kondensatorelement 2 auf. Das erste Kondensatorelement beinhaltet einen Kondensatorchip 1a (ein kathodenseitiges Bauelement) und einen Anodendraht 1b (ein anodenseitiges Bauelement), welcher aus dem Kondensatorchip 1a hin zum zweiten Kondensatorelement 2 ragt. Das zweite Kondensatorelement beinhaltet auf ähnliche Weise einen Kondensatorchip 2a und einen Anodendraht 2b, welcher von dem Kondensatorchip 2a hin zum ersten Kondensatorelement 1 ragt.
Jeder der Chips 1a, 2a kann beispielsweise eine gepreßte und gesinterte Masse aus Tantalpulver sein, wobei in diesem Falle jeder der Anodendrähte 1b, 2b auch aus Tantal besteht.
Die Anodendrähte 1b, 2b der jeweiligen Kondensatorelemente sind elektrisch gewöhnlicherweise mit einer metallischen Zwischenverbindungsplatte 3, beispielsweise durch Schweißen, verbunden. Darüberhinaus ist der Chip 1a des ersten Kondensatorelementes 1 elektrisch direkt mit der ersten Zuleitung 4 verbunden, wohingegen der Chip 2a des zweiten Kondensatorelementes 2 elektrisch direkt mit der zweiten Zuleitung 5 verbunden ist.
Ein erster Diodenchip 6 mit einer PN-Diodenschaltung ist mit dem Kondensatorchip 1a des ersten Kondensatorelementes 1 über eine isolierende Schicht 8 verbunden. Die Diodenschaltung des ersten Diodenchips 6 besitzt einen negativen Pol (N-Pol), welcher elektrisch mit der Zwischenverbindungsplatte 3 durch einen Metalldraht 10 verbunden ist, und einen positiven Pol (P-Pol), welcher elektrisch mit dem Kondensatorchip 1a durch einen anderen Metalldraht 12 verbunden ist.
In ähnlicher Weise ist ein zweiter Diodenchip 7 mit einer PN-Diodenschaltung mit einem Kondensatorchip 2a des zweiten Kondensatorelementes 2 über eine isolierende Schicht 9 verbunden. Die Diodenschaltung des zweiten Diodenchips 7 besitzt einen negativen Pol (N-Pol), welcher elektrisch mit einer Zwischenverbindungsplatte 3 durch einen Metalldraht 11 verbunden ist, und einen positiven Pol (P-Pol), welcher elektrisch mit einem Kondensatorchip 2a durch einen anderen Metalldraht 13 verbunden ist.
Ein Gehäuse 14 aus Kunstharz umschließt die oben genannten Komponenten, wobei die jeweiligen Zuleitungen 4, 5 teilweise aus ihm hervorstehen. Die hervorstehenden Abschnitte der jeweiligen Zuleitungen 4, 5 sind hin zur Unterseite des Gehäuses 14 gebogen, um eine zweckdienliche Montage an einer Oberfläche einer gedruckten Schaltung (nicht gezeigt) zu ermöglichen.
4 zeigt ein Ersatzschaltbild, welches dem in 1 bis 3 dargestellten Kondensator entspricht.
Bei der Befestigung des Kondensators an eine nicht dargestellte Schaltungsplatte kann die erste Zuleitung 4 mit einer positiven Elektrode der Schaltkreisstruktur der Schaltungsplatte verbunden sein, wobei die zweite Zuleitung 5 mit einer negativen Elektrode verbunden wird. Hei einem solchen Befestigungszustand umgeht ein Strom aus der positiven Elektrode (nämlich der ersten Zuleitung 4) das erste Kondensatorelement 1 durch die erste Diode 6, um das zweite Kondensatorelement 2 zu laden.
Alternativ dazu kann die erste Zuleitung 4 mit der negativen Elektrode des Schaltmusters der Schaltungsplatte verbunden sein, wobei die Zuleitung 5 mit der positiven Elektrode verbunden wird. Bei einem solchen Befestigungszustand umgeht ein Strom aus der positiven Elektrode, (nämlich der zweiten Zuleitung 5) das zweite Kondensatorelement 2 durch eine zweite Diode 7, um das erste Kondensatorelement 1 zu laden.
Wie oben beschrieben, sind die ersten und zweiten Zuleitungen 4, 5 des Kondensators austauschbar mit der positiven oder negativen Elektrode einer Schaltung verbindbar, so daß der Kondensator als nicht polar betrachtet werden kann. In beiden Befestigungszuständen wird das erste oder zweite Kondensatorelement 1, 2 davor bewahrt, einer Umkehrspannung ausgesetzt zu sein, wobei eine kritische Beschädigung, welche durch Hitzeerzeugung infolge einer umgekehrten Befestigung verursacht werden könnte, vermieden wird. Auf diese Weise ist es unnötig, den Kondensator, welcher sonst durch eine solche umgekehrte Befestigung beschädigt würde, herauszufinden und zu ersetzen.
5 und 5a zeigen ein Festkörper-Elektrolytkondensator-Baugruppenteil gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Kondensator in dieser Ausführungsform ist ähnlich dem in der ersten Ausführungsform, aber unterscheidet sich von diesem darin, daß ein erster und zweiter Diodenchip 6', 7' auf dem jeweiligen Kondensatorchip 1a, 2a über jeweilige leitende Schichten 8', 9', welche aus einer leitenden Paste oder Kleber bestehen können, angebracht sind.
Wie in 5a gezeigt, gehört zu jedem Diodenchip 6', 7' ein P-Typ-Substrat 6a', 7a', in welches ein N-Typ-Oberflächenabschnitt 6b', 7b' gebildet ist. Der N-Typ-Oberflächenabschnitt 6b', 7b' ist mit einer Leiterkontaktfläche 6c', 7c', welche von dem P-Typ-Substrat 6b', 7b' durch eine isolierende Schicht 6d', 7d' getrennt ist, verbunden.
Die N-Typ-Oberflächenabschnitte 6b', 7b' (nämlich die Leiterkontaktflächen 6c', 7c') der jeweiligen Diodenchips 6', 7' sind elektrisch mit der metallischen Zwischenverbindungsplatte 3 durch die jeweiligen Metalldrähte 10', 11' verbunden. Umgekehrt sind die P-Typ-Substrate 6a', 7a' der jeweiligen Diodenchips 6', 7' elektrisch mit dem jeweiligen Kondensatorchip 1a, 2a drahtlos über die jeweiligen leitenden Schichten 8', 9' verbunden. Die zweite Ausführungsform ist darin vorteilhaft, daß die Zahl der Verdrahtungsschritte reduziert werden kann, wobei der Herstellungsprozeß vereinfacht wird. Offensichtlich arbeitet der Kondensator der zweiten Ausführungsform in gleicher Weise, wie der in der ersten Ausführungsform.
6 und 6a zeigen ein Festkörper-Elektrolytkondensator-Baugruppenteil gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Der Kondensator in dieser Ausführungsform ist dem aus der ersten Ausführungsform ähnlich, aber unterscheidet sich von diesem darin, daß ein erster und zweiter Diodenchip 6'', 7'' gemeinsam an eine metallische Zwischenverbindungsplatte 3 über jeweilige leitende Schichten (nicht gezeigt), welche aus einer leitenden Paste oder Kleber bestehen können, befestigt sind.
Wie in 6a gezeigt, gehört zu jedem Diodenchip 6'', 7'' ein N-Typ-Substrat, in welches ein P-Typ-Oberflächenabschnitt 6b'', 7b'' gebildet ist. Der P-Typ-Oberflächenabschnitt 6b'', 7b'' ist mit der Leiterkontaktfläche 6c'', 7c'' verbunden, welche von dem N-Typ-Substrat 6b'', 7b'' durch eine isolierende Schicht 6d'', 7d'' getrennt ist. Der P-Typ-Oberflächenabschnitt 6b'', 7b'' (nämlich die Leiterkontaktfläche 6c'', 7c'') der jeweiligen Diodenchips 6'', 7'' sind elektrisch mit den jeweiligen Kondensatorchips 1a, 2a durch jeweilige Metalldrähte 12'', 13'' verbunden. Umgekehrt sind die N-Typ-Substrate 6a'', 7a'' der jeweiligen Diodenchips 6'', 7'' elektrisch mit der Zwischenverbindungsplatte 3 drahtlos über die nicht dargestellten leitenden Schichten verbunden.
Wie in der zweiten Ausführungsform ist die dritte Ausführungsform darin vorteilhaft, daß die Zahl der Verdrahtungsschritte reduziert werden kann, wodurch der Herstellungsprozeß vereinfacht wird. Ferner erhöht die Höhe der Diodenchips 6'', 7'' nicht zusätzlich die Größe der Kunstharzverpackung, da die jeweiligen Diodenchips 6'', 7'' auf der Zwischenverbindungsplatte 3 anstatt auf den jeweiligen Kondensatorchips 1a, 2a befestigt sind, wodurch eine Größen- und Gewichtverminderung ermöglicht wird.
7 und 8 zeigen ein Festkörper-Elektrolytkondensator-Baugruppenteil gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Der Kondensator in dieser Ausführungsform ist dem in der ersten Ausführungsform ähnlich, aber unterscheidet sich von diesem nur darin, daß der erste Kondensatorchip 1a mit der ersten Zuleitung 4 über eine erste Schutzsicherung 15 verbunden ist, wohingegen der zweite Kondensatorchip 2a mit der zweiten Zuleitung 5 über eine zweite Schutzsicherung 5 verbunden ist. Jede der ersten und zweiten Schutzsicherungen 15, 16 kann eine thermische Sicherung oder eine Überstromsicherung sein oder dual als thermische Sicherung und als eine Überstromsicherung arbeiten.
Die dritte Ausführungsform ist darin vorteilhaft, daß die Kondensatorelemente 1, 2 gegen Schäden, welche durch Überhitzen oder Überstrom verursacht werden könnten, geschützt sind.
Von der so beschriebenen vorliegenden Erfindung ist es offensichtlich, daß dieselbe in vielen Weisen variiert werden kann. Beispielsweise können die Schutzsicherungen 15, 16, welche in der vierten Ausführungsform gezeigt sind, auch in die Kondensatoren der zweiten und dritten Ausführungsform inkorporiert werden.

Claims

Festkörper-Elektrolytkondensator-Baugruppenteil, mit einem ersten Kondensatorelement (1), welches ein kathodenseitiges Bauelement (1a) und ein anodenseitiges Bauelement (1b) aufweist; einem zweiten Kondensatorelement (2), welches ebenfalls ein kathodenseitiges Bauelement (2a) und ein anodenseitiges Bauelement (2b) aufweist; einer Leiteranordnung (3) für eine elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen anodenseitigen Bauelementen (1b, 2b) des ersten und zweiten Kondensatorelements (1, 2); einer ersten Zuleitung (4), welche elektrisch mit dem kathodenseitigen Bauelement (1a) des ersten Kondensatorelements (1) verbunden ist; einer zweiten Zuleitung (5), welche elektrisch mit dem kathodenseitigen Bauelement (2a) des zweiten Kondensatorelements (2) verbunden ist, einer ersten Diode (6, 6'), welche zwischen dem kathodenseitigen und anodenseitigen Bauelement (1a, 1b) des ersten Kondensatorelements (1) zum Durchleiten eines Stroms nur in einer Richtung vom kathodenseitigen Bauelement (1a) zum anodenseitigen Bauelement (1b) des ersten Kondensatorelementes (1) angeordnet ist; einer zweiten Diode (7, 7'), welche zwischen dem kathodenseitigen und anodenseitigen Bauelement (2a, 2b) des zweiten Kondensatorelementes (2) zum Durchleiten eines Stroms nur in eine Richtung vom kathodenseitigen Bauelement (2a) zum anodenseitigen Bauelement (2b) des zweiten Kondensatorelementes (2) angeordnet ist; und mit einem Kunstharzgehäuse (14), welches die jeweiligen Kondensatorelemente (1, 2), die Leiteranordnung (3), Teile der jeweiligen Zuleitungen (4, 5) und die jeweiligen Dioden (6, 7) umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Diode (6, 6') auf dem kathodenseitigen Bauelement (1a) des ersten Kondensatorelements (1) befestigt ist, während die zweite Diode (7, 7') auf dem kathodenseitigen Bauelement (2a) des zweiten Kondensatorelements (2) befestigt ist.
Kondensator nach Anspruch 1, wobei jede der ersten und zweiten Dioden (6, 7) einen negativen Pol besitzt, welcher elektrisch mit der Leiteranordnung (3) durch einen Metalldraht (10, 11) verbunden ist, wohingegen jede der ersten und zweiten Dioden (6, 7) auch einen positiven Pol aufweist, welcher elektrisch mit dem kathodenseitigen Bauelement (1a, 2a) des entsprechenden ersten und zweiten Kondensatorelements (1, 2) durch einen Metalldraht (12, 13) verbunden ist.
Kondensator nach Anspruch 1, wobei jede der ersten und zweiten Dioden (6', 7') ein P-Typ-Substrat (6a', 7a') aufweist, welches elektrisch drahtlos mit dem kathodenseitigen Bauelement (1a, 2a) eines entsprechenden ersten und zweiten Kondensatorelements (1, 2) verbunden ist, und wobei jede der ersten und zweiten Dioden (6', 7') auch einen N-Typ-Oberflächenabschnitt (6b', 7b') besitzt, welcher in das P-Typ-Substrat (6a', 7a') gebildet ist und elektrisch mit der Leiteranordnung (3) durch einen Metalldraht (10', 11') verbunden ist.
Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das kathodenseitige Bauelement (1a, 2a) von jedem der ersten und zweiten Kondensatorelemente (1, 2) elektrisch mit der entsprechenden ersten und zweiten Zuleitung (4, 5) durch eine Schutzsicherung (15, 16) verbunden ist.
Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das anodenseitige Bauelement (1b, 2b) von jedem der ersten und zweiten Kondensatorelemente (1, 2) ein Anodendraht ist, wobei die Leiteranordnung (3) aus einer Zwischenverbindungsplatte besteht, welche zwischen den jeweiligen Kondensatorelementen (1, 2) angeordnet und elektrisch mit dem Anodendraht verbunden ist.
Festkörper-Elektrolytkondensator-Baugruppenteil, mit einem ersten Kondensatorelement (1), welches ein kathodenseitiges Bauelement (1a) und ein anodenseitiges Bauelement (1b) aufweist; einem zweiten Kondensatorelement (2), welches ebenfalls ein kathodenseitiges Bauelement (2a) und ein anodenseitiges Bauelement (2b) aufweist; einer Leiteranordnung (3) für eine elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen anodenseitigen Bauelementen (2b) des ersten und zweiten Kondensatorelements (1, 2); einer ersten Zuleitung (4), welche elektrisch mit dem kathodenseitigen Bauelement (1a) des ersten Kondensatorelements (1) verbunden ist; einer zweiten Zuleitung (5), welche elektrisch mit dem kathodenseitigen Bauelement (2a) des zweiten Kondensatorelements (2) verbunden ist, einer ersten Diode (6, 6'), welche zwischen dem kathodenseitigen und anodenseitigen Bauelement (1a, 1b) des ersten Kondensatorelements (1) zum Durchleiten eines Stroms nur in einer Richtung vom kathodenseitigen Bauelement (1a) zum anodenseitigen Bauelement (1b) des ersten Kondensatorelementes (1) angeordnet ist; einer zweiten Diode (7, 7'), welche zwischen dem kathodenseitigen und anodenseitigen Bauelement (2a, 2b) des zwei ten Kondensatorelementes (2) zum Durchleiten eines Stroms nur in eine Richtung vom kathodenseitigen Bauelement (2a) zum anodenseitigen Bauelement (2b) des zweiten Kondensatorelementes (2) angeordnet ist; und mit einem Kunstharzgehäuse (14), welches die jeweiligen Kondensatorelemente (1, 2), die Leiteranordnung (3), Teile der jeweiligen Zuleitungen (4, 5) und die jeweiligen Dioden (6, 7) umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass als Anschlusseinrichtung eine Zwischenverbindungsplatte (3) vorgesehen ist, auf der die erste Diode (6') und die zweite Diode (7') gemeinsam mit den anodenseitigen Bauelementen (1b, 2b) der ersten und zweiten Kondensatorelemente (1, 2) befestigt sind.
Kondensator nach Anspruch 6, wobei jede der ersten und zweiten Dioden (6'', 7'') ein N-Typ-Substrat (6a'', 7a'') aufweist, welches elektrisch drahtlos mit der Leiteranordnung (3) verbunden ist, und wobei jede der ersten und zweiten Dioden (6'', 7'') auch einen P-Typ-Oberflächenabschnitt (6b'', 7b'') aufweist, welcher in dem N-Typ-Substrat (6a'', 7a'') gebildet und elektrisch mit dem kathodenseitigen Bauelement (1a, 2a) des entsprechenden ersten und zweiten Kondensatorelements (1, 2) durch einen Metalldraht (12'', 13'') verbunden ist.