DE4446394A1 - Fester Elektrolyt-Kondensator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen festen Elektrolyt-Kondensator, wie etwa einen Tantal-Kondensator oder Aluminium-Konden­ sator, der zusätzlich zu einem Kondensatorelement einen Si­ cherungsschmelzdraht enthält.

Es ist bekannt, daß ein fester Elektrolyt-Kondensator (z. B. Tantal-Kondensator) eine große Wärmemenge erzeugt, wenn er von einem Überstrom durchflossen wird, wie er beispielswei­ se bei einer fehlerhaften Isolation bewirkt werden kann. Da der feste Elektrolyt-Kondensator ein polares Element ist, erzeugt er auch eine große Wärmemenge, wenn er mit umge­ kehrter Polarität auf einer Leiterplatte angebracht wird.

Um eine derartige Wärmeerzeugung zu vermeiden, ist vorge­ schlagen worden, einen eingebauten Sicherheitsschmelzdraht in einer Harzverpackung des festen Elektrolyt-Kondensators unterzubringen, wie dies beispielsweise in der offengeleg­ ten japanischen Patentanmeldung Nr. 2 (1990) - 105513 of­ fenbart ist. Zum Zweck der Beschreibung ist ein derartiger Kondensator in den Fig. 6-8 der Zeichnung dargestellt.

Wie in Fig. 6 dargestellt enthält ein fester Elekrolyt- Kondensator gemäß dem Stand der Technik ein Kondensatorele­ ment 1, das einen Kondensator-Chip 2 und einen Anodendraht 3 enthält. Der Kondensator-Chip 2 weist eine erste Endflä­ che 2a auf, aus der der Anodendraht 3 hervorsteht, eine zweite Endfläche 2b, die der ersten Endfläche 2a gegenüber­ steht, und eine obere Seitenfläche 2c zwischen der ersten Endfläche 2a und der zweiten Endfläche 2b. Der Anodendraht 3 ist durch Zerschweißen elektrisch mit einem Anodenan­ schluß 4 verbunden, wohingegen die Seitenfläche 2c des Chips 2 über einen Sicherheitsschmelzdraht 6 elektrisch mit einem Katodenanschluß 5 verbunden ist, wobei der Sicher­ heitsschmelzdraht 6 teilweise in einem relativ weichen ela­ stischen Harzteil 7 eingeschlossen ist. Alle diese Kompo­ nenten sind in einer Verpackung 8 aus synthetischem Harz eingeschlossen, aus der die entsprechenden Anschlüsse 4, 5 teilweise hervorstehen, und die hervorstehenden Abschnitte der entsprechenden Anschlüsse 4, 5 sind in Richtung auf die Unterseite der Verpackung 8 hin gebogen, um auf einfache Weise auf der Oberfläche einer (nicht dargestellten) be­ druckten Leiterplatte angebracht zu werden.

Entsprechend der oben beschriebenen Anordnung ist der Si­ cherheitsschmelzdraht 6 mit der oberen Seitenfläche 2c des Chips 2 an einer Stelle verbunden, die nahe der zweiten Endfläche 2b des Chips angeordnet ist. Demnach muß der Ka­ thodenanschluß 5 ausreichend weit von der zweiten Endfläche 2b des Chips 2 entfernt sein, um sicherzustellen, daß der Schmelzdraht 6 eine genügende Länge S aufweist, um die ge­ wünschte Brech(Schmelz)eigenschaft zu zeitigen. Als Konse­ quenz daraus muß die Länge L′ des Kondensators unweigerlich erhöht werden.

Desweiteren wird es aufgrund des großen Abstandes zwischen dem Chip 2 und dem Kathodenanschluß 5 schwierig, einen mittleren Abschnitt des Schmelzdrahtes 6 in der Nähe des Chips 2 anzuordnen. Demnach kann der Schmelzdraht 6, wenn er als Temperatursicherung verwendet wird, nicht genügend empfindlich für die Wärme des Chips 2 gemacht werden.

Die oben angeführten Nachteile eines festen Elektrolyt- Kondensators gemäß dem Stand der Technik können gemindert werden, indem ein Ende des Schmelzdrahtes 6 mit der oberen Seitenfläche 2c des Chips 2 an einer Stelle verbunden wird, die genügend weit entfernt von der zweiten Endfläche 2b des Chips 2 ist, und wobei der Schmelzdraht 6 so ausgestaltet wird, daß er sich entlang einem nach oben gekrümmten Weg erstreckt, wobei ein vertikaler Zwischenraum zwischen der oberen Seitenfläche 2c des Chips 2 geschaffen wird, wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt. Jedoch bringt diese Lösung folgende neue Probleme mit sich.

Bevor der Schmelzdraht 6 teilweise in das weiche elastische Harzteil 7 eingeschlossen wird, woraufhin sich die Ausbil­ dung der Harzverpackung 8 anschließt, kann der Schmelzdraht 6 sich aufgrund der Schwerkraft nach unten in Richtung auf die obere Seitenfläche 2c des Chips 2 hin durchbiegen, wie dies in den gestrichelten Linien der Fig. 8 dargestellt ist. In einem extremen Fall kann der Schmelzdraht 6 dabei in direkten Kontakt mit dem Chip 2 kommen.

Da die Schmelzeigenschaft des Schmelzdrahtes 6 sich in Ab­ hängigkeit von dem Abstand von dem Chip 2 ändert, wenn der Draht als Temperaturschmelzdraht verwendet wird, bewirkt das Durchhängen des Schmelzdrahtes eine Änderung der Schmelzeigenschaft. Wenn der Draht als Überstromschmelz­ draht verwendet wird, vermindert sich jedoch andererseits die wirksame Länge des Schmelzdrahtes 6 um ein großes Aus­ maß, wenn der Schmelzdraht 6 derart durchhängt, daß er in direkten Kontakt mit dem Chip 2 gelangt, wodurch sich als Konsequenz ein Ausfall in der vorgesehenen Schmelzfunktion ergibt.

Es ist denkbar, den ursprünglichen Abstand W′ zwischen dem Chip 2 und dem Sicherungsdraht 6 zu erhöhen, um einen di­ rekten Kontakt zwischen diesen beiden bei Durchhängen des Drahtes zu vermeiden. Jedoch wird durch diese Gegenmaßnahme eine entsprechende Erhöhung der Abmessung R′ der Dicke des Verpackungsabschnittes oberhalb der oberen Seitenfläche 2c des Chips 2 bewirkt, so daß die Höhe H′ der Harzverpackung 8 ebenfalls erhöht werden muß.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen festen Elektrolyt-Kondensator zu schaffen, bei dem die oben geschilderten Nachteile gemindert oder eliminiert sind.

Erfindungsgemäß wird ein fester Elektrolyt-Kondensator ge­ schaffen, enthaltend: ein Kondensatorelement mit einem Chip und einem Anodendraht, der aus der ersten Endfläche des Chips hervorsteht, wobei der Chip eine zweite Endfläche aufweist, die der ersten Endfläche gegenüber liegt, und ei­ ne Seitenfläche zwischen der ersten Endfläche und der zwei­ ten Endfläche aufweist; einen Anodenanschluß, der elek­ trisch mit dem Anodendraht verbunden ist; einen Kathodenan­ schluß, der mit dem Anodenanschluß gepaart ist; einem Si­ cherheitsschmelzdraht mit einem ersten Ende, das elektrisch mit der Seitenfläche des Chips verbunden ist, und einem zweiten Ende, das elektrisch mit dem Kathodenanschluß ver­ bunden ist; einer Harzverpackung, die das Kondensatorele­ ment, einen Teil des Anodenanschlusses, einen Teil des Ka­ thodenanschlusses und den Schmelzdraht einschließt; dadurch gekennzeichnet, daß eine Isolierschicht wenigstens auf der Seitenfläche des Chips in der Nachbarschaft der zweiten Endfläche desselben ausgebildet ist, um mit dem Sicher­ heitsschmelzdraht in Kontakt zu treten und ihn zu stützen. Vorzugsweise kann der Schmelzdraht einen horizontalen Ab­ schnitt aufweisen, der sich im wesentlichen parallel zu der Seitenfläche des Chips in Kontakt mit der Isolierschicht erstreckt, und einen vertikalen Abschnitt, der sich im we­ sentlichen rechtwinklig zu dem Kathodenanschluß erstreckt.

Die Isolierschicht kann auch so ausgebildet sein, daß sie die zweite Endfläche des Chips überdeckt. In diesem Fall kann der Kathodenanschluß in direktem Kontakt mit der Iso­ lierschicht gehalten werden, und das erste Ende des Schmelzdrahtes kann mit der Seitenfläche des Chips an einer Stelle verbunden werden, die näher an der ersten Endfläche als an der zweiten Endfläche ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Schmelzdraht teilweise in ein elastisches Harzteil eingeschlossen.

Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Er­ findung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wobei Bezug auf die Zeichnung genommen wird, in der:

Fig. 1 eine vertikal geschnittene Ansicht von vorne ist, und einen festen Elektrolyt-Kondensator gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht ist und einen Haupt­ teil desselben Kondensators zeigt;

Fig. 3 eine vertikal geschnittene Ansicht von vorne ist, und einen festen Elektrolyt-Kondensator gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht ist und eine Mehrzahl von Kondensatorelementen zeigt, die von einem gemeinsamen Stützstab gehalten werden, um den in den Fig. 1-3 darge­ stellten Kondensator zu schaffen;

Fig. 5 eine Ansicht von vorne ist, in der die abgestützten Kondensatorelemente gezeigt werden, bei denen eine Isolier­ schicht ausgebildet wird;

Fig. 6 eine vertikal geschnittene Ansicht von vorne ist und einen festen Elektrolyt-Kondensator gemäß dem Stand der Technik zeigt;

Fig. 7 eine vertikal geschnittene Ansicht von vorne ist, die einen anderen festen Elektrolyt-Kondensator gemäß dem Stand der Technik zeigt;

Fig. 8 eine vergrößerte Teilansicht ist, in der die Nach­ teile des in Fig. 7 dargestellten Kondensators dargestellt werden.

In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung ist ein fester Elek­ trolyt-Kondensator gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Kondensator kann bei­ spielsweise ein Tantal-Kondensator oder ein Aluminium- Kondensator sein.

Der Kondensator gemäß der ersten Ausführungsform enthält ein Kondensatorelement 9, das einen Kondensator-Chip 10 und einen Anodendraht 11 enthält. Der Kondensator-Chip 10 weist eine erste Endfläche 10a auf, von der der Anodendraht 11 hervorsteht, eine zweite Endfläche 10b, die der ersten End­ fläche 10a gegenüberstehend angeordnet ist, und eine obere Seitenfläche 10c zwischen der ersten Endfläche 10a und der zweiten Endfläche 10b. Der Kondensator-Chip 10 kann eine verdichtete und gesinterte Menge von beispielsweise Tantal­ pulver sein, in welchem Fall der Anodendraht 11 ebenfalls aus Tantal hergestellt ist.

Der Anodendraht 11 des Kondensatorelementes 9 ist elek­ trisch mit einem metallischen Anodenanschluß 12 verbunden. Desweiteren ist der Chip 10 des Kondensatorelementes 1 elektrisch mit einem metallischen Kathodenanschluß 13 über einen Sicherheitsschmelzdraht 14 verbunden. Der Schmelz­ draht 14 kann eine Überstromsicherung sein, die bei Durch­ gang eines Überstromes bricht, oder er kann eine Tempera­ tursicherung sein, die bei einer vorherbestimmten hohen Temperatur schmilzt.

Der Schmelzdraht 14 weist ein erstes Ende für 14a auf, das mit der oberen Seitenfläche 10c des Chips 10 an einer Stel­ le verbunden ist, die entfernt von der zweiten Endfläche 10b ist, und ein zweites Nagelkopfende 10b, das mit dem Ka­ thodenanschluß 13 verbunden ist. Desweiteren weist der Schmelzdraht 14 einen horizontalen Abschnitt 14c auf (siehe Fig. 2), der sich im wesentlichen parallel mit der oberen Seitenfläche 10c des Chips 10 erstreckt, und einen vertika­ len Polabschnitt 14d (siehe Fig. 2), der sich im wesentli­ chen rechtwinklig zu dem Kathodenanschluß 13 erstreckt.

Der Schmelzdraht 14 ist teilweise in ein relativ weiches elastisches Harzteil 16 eingeschlossen, das als funkenlö­ schendes Element wirkt. Desweiteren ist eine Isolierschicht 17 auf wenigstens der oberen Seitenfläche 10c des Chips 10 in der Nachbarschaft der zweiten Endfläche 10b ausgebildet, um mit dem horizontalen, mittleren Abschnitt 14c des Schmelzdrahtes 14 in Kontakt zu treten und diesen abzustüt­ zen. Gemäß der dargestellten Ausführungsform weist die Iso­ lierschicht 17 die Form einer Kappe auf, die auf der zwei­ ten Endfläche 10b des Chips 10 angebracht wird und sich über alle Seitenflächen (einschließlich der oberen Seiten­ fläche 10c) des Chips 10 erstreckt.

Eine Verpackung 15 aus einem synthetischen Harz schließt die oben geschilderten Bauteile ein, wobei die entsprechen­ den Anschlüsse 12, 13 teilweise daraus hervorstehen. Die hervorstehenden Abschnitte der entsprechenden Anschlüsse 12, 13 werden nach unten in Richtung auf die Unterseite der Verpackung 15 gebogen, um eine bequeme Anbringung auf der Oberfläche einer (nicht dargestellten) bedruckten Leiter­ platte zu ermöglichen.

Entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform tritt die Isolierschicht oder Kappe 17 mit dem horizontalen, mittleren Abschnitt 14c des Sicherheitsschmelzdrahtes 14 in Kontakt und stützt ihn ab. Auf diese Weise wird verhindert, daß der Schmelzdraht 14 unerwartet nach unten durchhängt und in direkten Kontakt mit dem Chip 10 tritt, so das es möglich ist, zu verhindern, daß die Durchschmelz- oder Schmelzeigenschaft des Schmelzdrahtes 14 Änderungen unter­ zogen wird, die aus einem derartigen Durchhängen resultie­ ren könnten.

Desweiteren muß der horizontale, mittlere Abschnitt 14c des Sicherheitsschmelzdrahtes 14 aufgrund der von der Isolier­ schicht 17 bewirkten Isolier- und Stützeigenschaften von der oberen Seitenfläche 10c des Chips 10 nur um einen klei­ nen Betrag W entsprechend der Dicke der Isolierschicht 17 angehoben werden. Es ist demnach nicht notwendig, die Ab­ messung R der Dicke des Verpackungsabschnittes oberhalb der oberen Seitenfläche 10c des Chips 10 in größerem Umfang zu vergrößern, und die Höhe H der Harzverpackung 15 kann klei­ ner gehalten werden, als dies gewöhnlich der Fall ist.

Desweiteren kann der Schmelzdraht 14 als Ganzes verlängert werden, ohne den Kathodenanschluß 13 übergebührlich weit von der zweiten Endfläche 10b des Chips 10 zu entfernen, da der vertikale Abschnitt 14d des Schmelzdrahtes 14 im we­ sentlichen rechtwinklig zu dem Kathodenanschluß 13 ver­ läuft. Auf diese Weise kann die Länge L1 des Kondensators als Ganzem kleiner gehalten werden, als dies gewöhnlich der Fall ist.

Fig. 3 zeigt einen festen Elektrolyt-Kondensator gemäß ei­ ner zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Kondensator dieser Ausführungsform ist ähnlich demjenigen der ersten Ausführungsform, unterscheidet sich von diesem jedoch nur in den folgenden Punkten.

Erstens ist ein Kathodenanschluß 13 in direktem Kontakt mit einer Isolierkappe 17′ gehalten, die auf der zweiten End­ fläche 10b des Kondensator-Chips 10 angeordnet ist und sich über die obere Seitenfläche 10c des Chips 10 erstreckt. Als Folge davon kann eine Harzverpackung 15′ mit kleineren Ab­ messungen vorgesehen sein, und der Kondensator ist insge­ samt so ausgestaltet, daß er eine verkürzte Länge L2 auf­ weist.

Zweitens ist ein Sicherheitsschmelzdraht 14′, der in einem weichen elastischen Harzteil 16′ eingeschlossen ist, in seiner Gesamtheit in Richtung auf die erste Endfläche 10a des Chips 10 in seiner Stellung im Vergleich mit dem Si­ cherheitsschmelzdraht 14 der ersten Ausführungsform ver­ schoben. Eine derartige Verschiebung der Stellung ist not­ wendig, um eine Minderung der Länge des Schmelzdrahtes 14′ zu verhindern, die andernfalls durch eine Positionsver­ schiebung des Kathodenanschlusses 13′ verursacht würde. Wie der Schmelzdraht 14 der ersten Ausführungsform weist der Schmelzdraht 14′ der zweiten Ausführungsform ebenfalls ein erstes Ende 14a′ auf, das mit dem Chip 10 verbunden ist, ein zweites Ende 14b′, das mit dem Kathodenanschluß 13′ verbunden ist, einen im wesentlichen horizontalen Abschnitt 14c′, und einen im wesentlichen vertikalen Abschnitt 14d′.

Aufgrund der oben beschriebenen Stellungsverschiebung ist das erste Ende 14a′ des Schmelzdrahtes 14′ mit der oberen Seitenfläche 10c des Chips 10 an einer Stelle verbunden, die näher an der ersten Endfläche 10a als an der zweiten Endfläche 10b ist. Desweiteren ist der vertikale Abschnitt 14d′ des Schmelzdrahtes 14′ so gestaltet, daß er sich in die Nachbarschaft der zweiten Endfläche 10b des Chips 10 erstreckt. Demnach kann die Gesamtheit des Schmelzdrahtes 14′ sehr nahe an dem Chip 10 angeordnet werden, so das es ermöglicht wird, daß der Draht sehr empfindlich auf die Wärme des Chips 10 reagiert, wenn er als Temperatursiche­ rung verwendet wird.

Bei der Herstellung werden eine Mehrzahl von Kondensatore­ lementen 9 durch einen gemeinsamen metallischen Stützstab A gehalten, der wie in Fig. 4 gezeigt mit den entsprechenden Anodendrähten 11 der Kondensatorelemente 9 verbunden ist.

In diesem Zustand werden die entsprechenden Kondensator- Chips 10 (die aus einer verdichteten Menge von Tantalpulver hergestellt sein können) der Kondensatorelemente 9 zuerst zusammen der Bildung einer dielektrischen Substanz (z. B. Tantalpentoxid) unterzogen, mittels Anodenoxidation in ei­ ner geeigneten chemischen Lösung, anschließend der Bildung eines festen Elektrolyts (z. B. Mangandioxid) durch Einbrin­ gen in eine Mangannitratlösung unterzogen, und anschließend der Bildung einer Kathoden-Elektrodenschicht auf den ent­ sprechenden Chips 10 unterzogen. Diese Verfahrensschritte sind für sich jeweils bekannt.

Nach den oben beschriebenen Schritten werden die entspre­ chenden Chips 10, die von einem gemeinsamen Stützstab A zu­ sammengehalten werden, in eine Harzflüssigkeit B einge­ bracht, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Dadurch wird eine Isolierschicht (siehe Elemente 17, 17′ in den Fig. 1-3) auf jedem der Chips 10 ausgebildet. Offensichtlich ist die Verwendung eines gemeinsamen Stützstabes A vorteilhaft in­ sofern, als der Schritt der Ausbildung der Isolierschicht auf gewöhnliche Weise und wirkungsvoll durchgeführt werden kann.

Es ist offensichtlich, daß die oben beschriebene Erfindung auf vielfältige Weise abgewandelt werden kann. Beispiels­ weise kann die Isolierschicht 17, 17′ so ausgebildet sein, daß sie nicht die zweite Endfläche 10b des Chips 10 be­ deckt, solange sie die obere Seitenfläche 10c in der Nach­ barschaft der zweiten Endfläche 10d überdeckt. Derartige Abwandlungen werden nicht als ein Verlassen des Geistes und des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung angesehen, ebenso wie auch alle Modifikationen, die sich für den Fach­ mann in naheliegender Weise aus dem Umfang der folgenden Ansprüche ergeben.

Claims (6)

1. Fester Elektrolyt-Kondensator mit: einem Konden­ satorelement (9) mit einem Chip (10) und einem Anodendraht (11), der von einer ersten Endfläche (10a) des Chips (10) hervorsteht, wobei der Chip (10) eine zweite Endfläche (10b) aufweist, die der ersten Endfläche (10a) gegenüber­ liegt und eine Seitenfläche (10c) zwischen der ersten Endfläche (10a) und der zweiten Endfläche (10b) aufweist; einem Anodenanschluß (12), der elektrisch mit einem An­ odendraht (11) verbunden ist; einem Kathodenanschluß (13, 13′), der mit dem Anodendraht (12) gepaart ist; einem Sicherungsschmelzdraht (14, 14′), mit einem ersten Ende (14a, 14a′), das elektrisch mit der Seitenfläche (10c) des Chips (10) verbunden ist, und einem zweiten Ende (14b, 14b′), das elektrisch mit dem Kathodenanschluß (13, 13′) verbunden ist; und einer Harzverpackung (15, 15′), die das Kondensatorelement (9), einen Teil des Anodenanschlusses (12), einen Teil des Kathodenanschlus­ ses (13, 13′), und den Sicherungsdraht (14, 14′) ein­ schließt; dadurch gekennzeichnet, daß eine Isolierschicht (17, 17′) auf wenigstens der Seitenfläche (10c) des Chips (10) in der Nachbarschaft der zweiten Endfläche (10b) desselben ausgebildet ist, um mit dem Sicherungsschmelzdraht (14, 14′) in Kontakt zu treten und ihn zu stützen.

2. Kondensator nach Anspruch 1, in dem der Sicherungsdraht (14, 14′) einen horizontalen Abschnitt (14c, 14c′) auf­ weist, der sich im wesentlichen parallel zu der Seiten­ fläche (10c) des Chips (10) in Kontakt mit der Isolier­ schicht (17, 17′) erstreckt, und einen vertikalen Ab­ schnitt (14d, 14d′) aufweist, der sich im wesentlichen rechtwinklig zu dem Anodenanschluß (13, 13′) erstreckt.

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, in dem die Isolier­ schicht (17, 17′) auch die zweite Endfläche (10b) des Chips (10) überdeckt.

4. Kondensator nach Anspruch 3, in dem der Kathodenanschluß (13, 13′) in direktem Kontakt mit der Isolierschicht (17, 17′) gehalten ist.

5. Kondensator nach Anspruch 4, in dem das erste Ende (14a, 14′) des Schmelzdrahtes (14, 14′) mit der Seitenflä­ che (10c) des Chips (10) an einer Stelle verbunden ist, die näher an der ersten Endfläche (10a) als an der zwei­ ten Endfläche (10b) ist.

6. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in dem der Schmelzdraht (14, 14′) teilweise in einem elastischen Harzteil (16, 16′) eingeschlossen ist.