DE60128362T2

DE60128362T2 - Implantierbare medizinische Vorrichtung mit spezialisierten Anodenlagen

Info

Publication number: DE60128362T2
Application number: DE60128362T
Authority: DE
Inventors: Jenn-Feng Maple Grove YAN; Darrel F. Cedar UNTEREKER
Original assignee: Medtronic Inc; Metronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc; Metronic Inc
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2021-06-22
Also published as: JP2004505436A; EP1307893A2; ATE362189T1; WO2002003404A3; WO2002003404A2; EP1307893B1; CA2413064A1; DE60128362D1; US6621686B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft implantierbare medizinische Vorrichtungen (IMD) und ihre verschiedenen Komponenten, einschließlich flacher Elektrolytkondensatoren für diese, und Verfahren zur Herstellung und Verwendung von diesen, insbesondere solcher Kondensatoren, die aus mehreren gestapelten Kondensatorschichten bestehen, die jeweils Anodenschichten aufweisen, die aus einer oder mehreren teilweise durchgeätzten und mit Durchgangslöchern punktierten Anodenlagen gebildet sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Wie in dem auf den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragenen US-Patent US-A-6 006 133 beschrieben ist, ist eine große Vielzahl von IMD auf dem Fachgebiet bekannt. Von besonderem Interesse sind implantierbare Kardioverter-Defibrillatoren (ICD), die verhältnismäßig hochenergetische Kardioversions- und/oder Defibrillationsschocks an das Herz eines Patienten abgeben, wenn eine maligne Tachyarrhythmie, beispielsweise eine atriale oder ventrikuläre Fibrillation, erkannt wurde. Gegenwärtige ICD besitzen typischerweise Einzel- oder Doppelkammer-Stimulationsfähigkeiten zur Behandlung einer spezifizierten chronischen oder episo dischen atrialen und/oder ventrikulären Bradykardie und Tachykardie, und sie wurden bisher als Schrittmacher/Kardioverter/Defibrillatoren (PCD) bezeichnet. Früher entwickelte automatische implantierbare Defibrillatoren (AID) wiesen keine Kardioversions- oder Stimulationsfähigkeiten auf. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung sollen ICD alle IMD einschließen, die zumindest Hochspannungs-Kardioversions- und/oder Defibrillationsfähigkeiten aufweisen.
Energie, Volumen, Dicke und Masse sind kritische Merkmale beim Entwurf von implantierbaren ICD-Impulsgeneratoren (IPG), die mit den ICD-Leitungen gekoppelt sind. Die Batterie bzw. die Batterien und der Hochspannungskondensator bzw. die Hochspannungskondensatoren, die zum Bereitstellen und Ansammeln der für die Kardioversions-/Defibrillationsschocks erforderlichen Energie verwendet werden, waren bisher verhältnismäßig sperrig und kostspielig. Gegenwärtig haben ICD-IPG typischerweise ein Volumen von etwa 40 bis etwa 60 cm³, eine Dicke von etwa 13 mm bis etwa 16 mm und eine Masse von etwa 100 Gramm.
Es ist wünschenswert, das Volumen, die Dicke und die Masse dieser Kondensatoren und ICD-IPG zu verringern, ohne die abgebbare Energie zu verringern. Dies ist vorteilhaft für den Komfort des Patienten und minimiert Komplikationen infolge einer Gewebeerosion um den ICD-IPG. Größenverringerungen der Kondensatoren können auch das ausgeglichene Hinzufügen von Volumen zur Batterie, wodurch die Langlebigkeit des ICD-IPGs erhöht wird, oder das ausgeglichene Hinzufügen neuer Komponenten, wodurch die Funktionalität des ICD-IPGs erweitert wird, ermöglichen. Es ist auch wünschenswert, solche ICD-IPG zu niedrigen Kosten bereitzustellen, während das höchste Niveau an Funktionsfähigkeit aufrechterhalten wird. Gleichzeitig kann die Zuverlässigkeit der Kondensatoren nicht aufs Spiel gesetzt werden.
Verschiedene Typen flacher und spiralförmig gewickelter Kondensatoren sind auf dem Fachgebiet bekannt, wobei einige Beispiele von diesen nachfolgend beschrieben werden und/oder den Patenten entnommen werden können, die in Tabelle 1 des vorstehend erwähnten, auf den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragenen Patents mit der Endnummer 133 aufgelistet sind. Typischerweise wird ein Elektrolytkondensator mit einem Kondensatorgehäuse gebildet, das eine geätzte Aluminiumanodenschicht (oder "Elektrode"), eine Aluminiumkathodenschicht (oder "Elektrode") und ein Kraftpapier oder einen Trenner aus Kraftpapier oder Stoffgaze, das oder der mit einem lösungsmittelbasierten flüssigen Elektrolyten imprägniert ist, zwischenstehend einschließt. Eine Schicht aus Aluminiumoxid, die als eine dielektrische Schicht wirkt, wird, vorzugsweise während des Durchgangs elektrischen Stroms durch die Anodenschicht, auf der geätzten Aluminiumanode gebildet. Der Elektrolyt weist ein Ionen erzeugendes Salz auf, das in einem Lösungsmittel gelöst ist und eine elektrische Ionenleitfähigkeit zwischen der Kathodenschicht und der dielektrischen Aluminiumoxidschicht bereitstellt. Die Energie des Kondensators wird in dem durch entgegengesetzte elektrische Ladungen, die durch die an der Oberfläche der Anodenschicht angeordnete Aluminiumoxidschicht getrennt werden, erzeugten elektromagnetischen Feld gespeichert und ist proportional zur Oberfläche der geätzten Aluminiumanodenschicht. Zum Minimieren des Gesamtvolumens des Kondensators muss demgemäß die Anoden oberfläche je Volumeneinheit maximiert werden, ohne die Gesamtabmessungen (d.h. die äußeren Abmessungen) des Kondensators zu erhöhen. Das Trennmaterial, die Anoden- und Kathodenschichtanschlüsse, die innere Verpackung, die elektrischen Verbindungen und Ausrichtungsmerkmale und das Kathodenmaterial erhöhen weiter die Dicke und das Volumen eines Kondensators. Folglich begrenzen diese und andere Bauteile in einem Kondensator und die gewünschte Kapazitätsgrenze das Ausmaß, bis zu dem seine physikalischen Abmessungen verringert werden können.
Einige ICD-IPG verwenden im Handel erhältliche Photoblitzkondensatoren ähnlich jenen, die von Troup in "Implantable Cardioverters and Defibrillators", Current Problems in Cardiology, Band XIV, Nummer 12, Dezember 1989, Year Book Medical Publishers, Chicago beschrieben sind, und wie in US-A-4 254 775 beschrieben ist. Die Elektroden oder die Anode und die Kathoden werden zu Anoden- und Kathodenschichten gewickelt, die durch Trennschichten der Spirale getrennt sind. Die meisten im Handel erhältlichen Photoblitzkondensatoren enthalten einen Kern aus Trennpapier, der dafür vorgesehen ist, das Brechen spröder, stark geätzter Aluminiumanodenfolien während des Wickelns der Anoden-, der Kathoden- und der Trennschichten zu einer spulenförmigen Konfiguration zu verhindern. Die zylindrische Form und der Papierkern im Handel erhältlicher Photoblitzkondensatoren begrenzen die volumetrische Packungswirksamkeit und die Dicke eines unter ihrer Verwendung hergestellten ICD-IPG-Gehäuses.
Flache Elektrolytkondensatoren wurden im Stand der Technik auch für allgemeine Anwendungen sowie für die Verwendung in ICD offenbart. Später entwickelte ICD-IPG verwenden einen oder mehrere flache Hochspannungskondensatoren, um einige der Packungs- und Volumennachteile, die mit zylindrischen Photoblitzkondensatoren verbunden sind, zu überwinden. Beispielsweise ist in US-A-5 131 388 ein flacher Kondensator mit mehreren gestapelten Kondensatorschichten, die jeweils eine "Elektrodenstapelteilanordnung" aufweisen, offenbart. Jede Kondensatorschicht enthält eine oder mehrere Anodenlagen, welche eine Anodenschicht mit einem Anodenansatz, eine Kathodenlage oder -schickt mit einem Kathodenansatz und einen Trenner zum Trennen der Anodenschicht von der Kathodenschicht aufweisen. Im Patent mit der Endnummer 388 ist die Elektrodenstapelanordnung gestapelter Kondensatorschichten in eine nicht leitende Polymerummantelung eingeschlossen, die an ihren Nähten gedichtet ist und in eine Kammer aus einem leitfähigen Metall, ein Kondensatorgehäuse oder ein Fach des ICD-IPG-Gehäuses eingepasst ist, und elektrische Verbindungen mit der Anode bzw. den Anoden und der Kathode bzw. den Kathoden des Kondensators sind durch Durchführungen gebildet, die sich durch die Wand des Gehäuses oder Fachs erstrecken. Die Ansätze der Anodenschichten und der Kathodenschichten aller Kondensatorschichten des Stapels sind elektrisch parallel geschaltet, um einen einzigen Kondensator zu bilden, oder zur Bildung einer Anzahl von Kondensatoren gruppiert. Die Ansätze der Aluminiumanodenschicht sind zusammengefasst und elektrisch mit einem Durchführungsstift einer Anodendurchführung verbunden, die sich durch die Wand des Gehäuses oder Fachs erstreckt. Die Ansätze der Aluminiumkathodenschicht sind zusammengefasst und elektrisch mit einem Durchführungsstift einer Kathodendurchführung verbunden, die sich durch die Wand des Gehäuses oder Fachs erstreckt, oder sie sind mit der elektrisch leitenden Kondensatorgehäusewand verbunden.
Es wurden viele Verbesserungen am Entwurf flacher Aluminiumelektrolytkondensatoren für die Verwendung in ICD-IPG offenbart, beispielsweise jene Verbesserungen, die in "High Energy Density Capacitors for Implantable Defibrillators", vorgestellt von P. Lunsmann und D. MacFarlane in CARTS 96:16th Capacitor and Resistor Technology Symposium, 11.-15. März 1996 und CARTS-EUROPE 96:10th European Passive Components Symposium, 7.-11. Oktober 1996, S. 35-39, beschrieben wurden. Weitere Merkmale flacher Elektrolytkondensatoren zur Verwendung in ICD-IPG sind in US-A-4 942 501 , US-A-5 086 374 , US-A-5 146 391 , US-A-5 153 820 , US-A-5 562 801 , US-A-5 584 890 , US-A-5 628 801 und US-A-5 748 439 offenbart, die alle MacFarlane u.a. erteilt wurden.
Typischerweise wird die Anodenschicht jeder Kondensatorschicht unter Verwendung einer einzigen stark geätzten Anodenlage oder mehrerer solcher aus einer stark geätzten Metallfolie ausgeschnittener Anodenlagen gebildet. Eine stark geätzte Aluminiumfolie hat eine mikroskopisch konturierte, geätzte Oberfläche mit einer hohen Konzentration von Poren, die sich teilweise durch die Anodenfolie erstrecken, zusammen mit Tunneln, die sich vollständig durch die Anodenfolie erstrecken (durchgeätzt oder tunnelgeätzt) oder nur mit einer hohen Konzentration von Poren, die sich teilweise durch die Anodenfolie erstrecken (nicht durchgeätzt). In jedem Fall weist eine solche durchgeätzte oder nicht durchgeätzte Anodenlage, die aus einer solchen stark geätzten Folie ausgeschnitten ist, eine Gesamtoberfläche auf, die viel größer ist als ihre Nennoberfläche (Lange mal Breite). Ein Oberflächenkoeffizient, das Verhältnis zwischen der wahren mikroskopischen Oberfläche und der makroskopischen Nennfläche, kann einen hohen Wert von 100:1 annehmen, wodurch die Kapazität vorteilhaft erhöht wird. Durchgeätzte oder tunnelgeätzte Anodenlagen weisen infolge des Nichtvorhandenseins einer Gewebe- oder Begrenzungsfläche, die den Tunnel schließt, wie es bei nicht durchgeätzten Anodenlagen der Fall ist, ein etwas niedrigeres Verhältnis auf.
Nachdem die Aluminiumfolie geätzt wurde, wird die Aluminiumoxidschicht auf der geätzten Oberfläche durch Anlegen von Spannung an die Folie durch einen Elektrolyten, wie Borsäure oder Zitronensäure und Wasser oder andere Lösungen, die Fachleuten bekannt sind, geformt. Typischerweise werden einzelne Anodenlagen gestanzt, gestempelt oder auf andere Weise in einer Form aus der Folie geschnitten, bei der eine Übereinstimmung mit dem Kondensatorgehäuse nach der Bildung des Aluminiumoxids auf der Folie erzielt wird. Die Schneidkanten um die Peripherie der Anodenlagen werden sorgfältig gereinigt, um Teilchen des Anodenmaterials zu entfernen, die zwischen den Kondensatorschichten in der Elektrodenstapelanordnung eingefangen werden können, was zu einem hohen Leckstrom oder einem Ausfall des Kondensators führen kann. Die Anodenschichten werden entweder aus einer einzigen Anodenlage oder aus mehreren Anodenlagen gebildet. Die Kondensatorschichten werden durch Stapeln der Anodenschicht, der Trennschichten und der Kathodenschicht zusammengesetzt, und Elektrodenstapelanordnungen werden durch Stapeln einer Mehrzahl von Kondensatorschichten, die durch Trennschichten getrennt sind, zusammengesetzt. Die Schneidkanten der Anoden- und Kathodenschichten und alles andere freiliegende Aluminium werden dann während des Alterungsprozesses in dem Kondensator umgeformt, um den Leckstrom zu verringern.
Nicht durchgeätzte Anodenlagen werden verwendet, wenn nur eine Anodenlage als die Anodenschicht verwendet wird. Zum Erhöhen der Kapazität (und der Energiedichte) werden mehrere Anodenlagen gestapelt, um die mehrlagige Anodenschicht zu bilden, wie vorstehend beschrieben wurde. Durchgeätzte oder tunnelgeätzte Anodenlagen müssen bei solchen mehrlagigen Anodenschichten verwendet werden, um zu gewährleisten, dass der Elektrolyt über alle Aluminiumoxidschichten der sandwichförmig angeordneten inneren Anodenlagen verteilt wird und um einen Weg zur ionischen Kommunikation bereitzustellen. Der Gewinn an Oberfläche ist dann jedoch nicht so hoch wie derjenige, der mit einer gleichen Anzahl gestapelter nicht durchgeätzter Anodenlagen erreicht werden kann, die in ihrer Mitte einen restlichen festen Abschnitt aufweisen.
Beispielsweise ist im Patent mit der Endnummer 890 die Verwendung einer Anodenschicht offenbart, die aus drei Anodenlagen gebildet ist, welche eine stark geätzte Lage mit einem festen Kern in der Mitte und zwei tunnelgeätzte Anodenlagen, welche die mittlere Lage sandwichförmig einschließen, umfassen. Diese Anordnung soll es dem Elektrolyten und damit den leitenden Ionen ermöglichen, den gesamten Oberflächenbereich der Anodenschicht, sogar Poren, welche von der inneren Schicht der Folie ausgehen, zu erreichen, wobei die Ionen jedoch gleichzeitig nicht in der Lage sind, die Anodenschicht ganz zu durchdringen. Weitere tunnelgeätzte Anodenlagen können, abhängig von der gewünschten elektrischen Funktionsweise, in der sandwichförmig eingeschlossenen Anodenschicht verwendet werden.
Die elektrische Funktionsweise solcher Elektrolyt kondensatoren wird durch die Oberfläche der Anoden- und Kathodenschichten und auch durch den Widerstand, der dem Elektrolytkondensator selbst zugeordnet ist, welcher als äquivalenter Reihenwiderstand (ESR) bezeichnet wird, beeinflusst. Der ESR ist ein "hypothetischer" Reihenwiderstand, der alle Energieverluste eines Elektrolytkondensators, unabhängig von der Quelle, darstellt. Der ESR führt zu einer längeren Ladezeit (oder zu einem größeren Aufbaufaktor) und einer geringeren Entladewirksamkeit. Es ist daher wünschenswert, den ESR auf ein Minimum zu verringern.
Eines der Elemente des ESR ist der Lösungswiderstand innerhalb der Poren oder Tunnel der Anodenlagen, die während des elektrochemischen Ätzens gebildet werden, um die Kapazität der Anodenoberfläche zu vergrößern. Die Größe und die Tiefe einer Pore und die Größe eines Tunnels durch die Anodenlage hängen von dem Ätzprozess sowie dem Oxidbildungsprozess ab. Zum Minimieren des ESR sollten die Tunnel groß genug sein, damit Oxid wachsen kann, und lang genug sein, damit Ionen durch die Anodenlagen der Anodenschicht wandern können. Mit anderen Worten sollte die ideale Anodenlage Poren oder Tunnel aufweisen, welche die Dicke der Lage durchsetzen und groß genug sind, damit der Elektrolyt dadurch fließen kann. In der Realität variieren die Größen der Poren und Tunnel. Schmale Tunnel können die Ionenübertragung verzögern, und die Poren, die keine durchgeätzten Tunnel sind, blockieren die Wege für die Ionenmigration.
Wie vorstehend erwähnt wurde, verringern die durchgeätzten Tunnel jedoch die Anodenschichtoberfläche und die Kapazität einer mit solchen Anodenschichten gebildeten Kondensatorschicht, verglichen mit der Kapazität einer unter Verwendung einer nicht durchgeätzten Anodenschicht gebildeten äquivalenten Kondensatorschicht. Es ist schwierig, die Ätzparameter zu steuern, um zu gewährleisten, dass eine minimale Anzahl von Tunneln mit einem ausreichend großen Querschnitt zum Minimieren des ESR erzeugt wird, um die Kapazität zu maximieren.
Eine große Oberfläche wird während des elektrochemischen Ätzprozesses durch Lösen von Aluminium und Bilden von Tunneln oder Löchern erzeugt. Das elektrochemische Tunnelätzen ist jedoch ein "stochastischer" Prozess, der zu einer nicht kontrollierbaren Tunnelstellenverteilung und verschiedenen Tunnelgrößen und -längen führt. Dadurch ist die Kapazität kommerzieller Aluminiumfolien viel kleiner als jene der idealen Folie, die Tunnel, deren Lage steuerbar ist und die die gleiche Größe und Länge aufweisen, hat.
Zur Verwendung mehrerer Anodenfolienlagen in einer "Mehranodenlagenkonfiguration" werden einige der Tunnel durchgeätzt, wodurch eine Elektrolytkommunikation auf beiden Seiten der Folie ermöglicht wird. Tatsächlich ist die Dichte der durchgeätzten Tunnel in der Praxis begrenzt, weil eine hohe Dichte durchgeätzter Tunnel bewirkt, dass die Anodenfolie oder die Anodenlagen, die aus der Folie ausgeschnitten werden, sehr brüchig sind. Die brüchige Folie oder die brüchigen Lagen lassen sich bei weiteren Prozessen zur Bildung von Elektrolytkondensatoren nur sehr schwierig handhaben. Daher wird der ESR wegen der begrenzten Anzahl, Größe und Dichte durchgeätzter Tunnel, die sich zwischen den Folien- oder Lagenseiten erstrecken, in der Praxis nicht ausreichend verringert.
In WO 0019470 ist ein Prozess zur Herstellung einer Anodenschicht offenbart, bei dem beispielsweise drei Anodenfolien zusammengesetzt werden, wobei die Kernfolie geätzt wird, um entweder eine tunnelgeätzte Folie oder eine porengeätzte Folie bereitzustellen. Die Kernfolie wird sandwichförmig zwischen zwei Anodenfolien angeordnet, welche gestapelt werden, um sowohl Poren als auch Tunnel zu bilden, wobei weiter eine Mehrzahl von Durchgangslöchern durch die Foliendicke gebildet wird.
Es ist wünschenswert, diese Probleme zu lösen, indem eine Ionenkommunikation durch Anodenlagen bereitgestellt wird, um den ESR zu minimieren und die Oberfläche zu maximieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Prozess nach Anspruch 1 vorgesehen. Überdies ist ein Kondensator nach Anspruch 2 vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung sieht Anodenschichten von Elektrolytkondensatoren vor, welche den ESR minimieren und die Oberfläche maximieren, wobei diese Kondensatoren aus einer oder mehreren gestapelten Kondensatorschichten gebildet sind, die jeweils Anodenschichten aufweisen, die aus einer oder mehreren teilweise durchgeätzten und mit Durchgangslöchern punktierten Anodenlagen gebildet sind.
Diese Erfindung sieht Wege für die Elektrolytübertragung durch die Bildung kleiner Durchgangslöcher durch "teilweise" durchgeätzte Anoden vor, damit der ESR verringert wird und es mehr Wege für die Migration der Ionen gibt. Die Anzahl und die Größe dieser Durchgangslöcher werden gewählt, um den ESR auf ein Minimum zu verringern, während die Oberfläche nicht unnötig verringert wird. Im Allgemeinen wird eine minimale Anzahl und Größe der Durchgangslöcher gewählt, so dass der fertige Kondensator noch die Anforderungen der Anwendung erfüllt. Die Durchgangslöcher brauchen nicht rund zu sein, dies ist jedoch eine zweckmäßige Form für die Verwendung.
Gemäß einer Ausführungsform, bei der mehrere Anodenlagen verwendet werden, die sandwichförmig angeordnet sind, so dass eine Anodenschicht gebildet ist, wird die innerste Anodenlage nicht durchgeätzt und nicht punktiert, um eine Barriere für die Ionenmigration oder -kommunikation durch die innerste Anodenlage zu bilden, während die äußeren Anodenlagen punktiert werden, um eine Ionenmigration und Elektrolytverteilung zu allen Anodenlagenoberflächen zu ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet ein gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellter als Beispiel dienender Elektrolytkondensator eine Elektrodenstapelanordnung und einen Elektrolyten innerhalb der inneren Gehäusekammer eines hermetisch gedichteten Kondensatorgehäuses. Die Elektrodenstapelanordnung beinhaltet eine Mehrzahl von Kondensatorschichten, die in Lageübereinstimmung aufeinander gestapelt sind, wobei jede Kondensatorschicht eine Kathodenschicht mit einem Kathodenansatz, eine Anodenschicht mit mindestens einer Anodenlage mit einem Anodenansatz und eine sich zwischen benachbarten Anoden- und Kathodenschichten befindende Trennschicht aufweist, wobei alle benachbarten Kathoden- und Anodenschichten des Stapels durch eine Trennschicht elektrisch voneinander isoliert sind. Anodenanschlussmittel erstrecken sich zur elektrischen Verbindung einer Mehrzahl der Anodenansätze miteinander und zum Bereitstellen eines Anodenverbindungsanschlusses am Äußeren des Gehäuses durch die Seitenwand des Kondensatorgehäuses. Kathodenanschlussmittel erstrecken sich durch einen Verkapselungsbereich der Seitenwand des Kondensatorgehäuses oder zu diesem, um eine Mehrzahl von Kathodenansätzen miteinander zu verbinden und einen Kathodenverbindungsanschluss am Äußeren des Gehäuses bereitzustellen. Eine Verbinderanordnung ist elektrisch mit dem Anodenverbindungsanschluss verbunden, um eine elektrische Verbindung mit den Anodenansätzen herzustellen, und mit dem Kathodenverbindungsanschluss verbunden, um eine elektrische Verbindung mit den Kathodenansätzen herzustellen.
Die vorliegende Erfindung sieht ein besser steuerbares Verfahren zur Bildung von Durchgangslöchern in teilweise mit Durchgangslöchern versehenen Aluminiumlagen oder -folien, die zur Bildung von Anodenschichten verwendet werden, vor. Der ESR wird dadurch verringert, während die Aluminiumoberfläche und die Kapazität aufrechterhalten werden.
Das Punktierungsverfahren erzeugt mehr Tunnel in Aluminiumfolien, die bei der Herstellung von Aluminiumanodenlagen für Anodenschichten verwendet werden. Es entfernt jedoch auch die existierenden Tunnel, die während des elektrochemischen Ätzens erzeugt werden. Weil die existierende Technologie keine Tunnel erzeugen kann, die kleiner sind als jene, die während des Ätzprozesses erzeugt werden, ist das Nettoergebnis eine Verkleinerung der Oberfläche und damit ein Kapazitätsverlust. Der Grad des Kapazitätsverlusts hängt von der Lochgröße und -dichte ab. Weil jedoch mehr Durchgangslöcher erzeugt werden, ist der ESR kleiner.
Weil der Punktierungsprozess die Folienkapazität verringert, sollte er nicht in zu hohem Maße eingesetzt werden. Die Lochgröße und -dichte muss gesteuert werden, so dass der ESR verringert wird, jedoch die Kapazität nicht zu sehr verringert wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Diese und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden verständlich werden, wenn diese anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der nur als Beispiel gegebenen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Zusammenhang mit der anliegenden Zeichnung, in der gleiche Bezugszahlen in den verschiedenen Figuren gleiche Teile bezeichnen, besser verstanden werden.
Es zeigen:
1 die physikalischen Bestandteile einer als Beispiel dienenden Ausführungsform eines ICD-IPGs- und Leitungssystems, worin die vorliegende Erfindung vorteilhaft aufgenommen werden kann,
2 ein vereinfachtes Funktionsblockdiagramm, in dem die Verbindung der Spannungswandel-Schaltungsanordnung mit den Hochspannungskondensatoren gemäß der vorliegenden Erfindung zusammen mit den primären Funktionsbestandteilen eines ICD-Typs dargestellt ist,
die 3(a)-3(g) perspektivische Einzelteilansichten der Art, in der die verschiedenen Bestandteile des als Beispiel dienenden ICD-IPGs aus den 1 und 2, einschließlich der Elektrolytkondensatoren gemäß der vorliegenden Erfindung, innerhalb des Gehäuses des ICD-IPGs angeordnet sind,
4 eine Einzelteilansicht einer Ausführungsform einer einzelnen Kondensatorschicht eines Elektrolytkondensators gemäß der vorliegenden Erfindung,
5 ein Flussdiagramm, in dem die Schritte zur Herstellung eines Elektrolytkondensators gemäß der Erfindung dargestellt sind,
6(a) eine seitliche Schnittansicht einer teilweise durchgeätzten Anodenlage vor der Punktierung gemäß der vorliegenden Erfindung,
6(b) eine seitliche Schnittansicht der teilweise durchgeätzten Anodenlage aus 6(a) nach der Punktierung gemäß der vorliegenden Erfindung für die Verwendung in der Kondensatorschicht aus den 4 und 6(c),
6(c) eine seitliche Schnittansicht einer speziellen Ausführungsform einer einzigen Kondensatorschicht eines Elektrolytkondensators, die die teilweise durchgeätzte Anodenlage aus 6(a) in Zusammenhang mit mit Durchgangslöchern punktierten, teilweise durchgeätzten Anodenlagen aus 6(b) aufweist,
6(d) eine seitliche Schnittansicht eines für das Verständnis der Erfindung nützlichen Beispiels einer einzigen Kondensatorschicht eines Elektrolytkondensators, die eine nicht durchgeätzte Anodenlage in Zusammenhang mit mit Durchgangslöchern punktierten, teilweise durchgeätzten Anodenlagen aus 6(b) aufweist,
7 eine perspektivische Einzelteilansicht von oben einer Ausführungsform einer Reihe von Kondensatorschichten gemäß der vorliegenden Erfindung, die zu einer Elektrodenstapelanordnung eines Elektrolytkondensators zusammengesetzt sind, und
8 eine perspektivische Einzelteilansicht von oben der Komponenten einer Ausführungsform eines gemäß dem letzten Schritt aus 5 hergestellten Elektrolytkondensators gemäß der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine Ausführungsform eines ICD-IPGs 10, in den der Kondensator gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhaft aufgenommen ist, die zugeordneten elektrischen ICD-Leitungen 14, 16 und 18 und ihre Beziehung zu einem menschlichen Herzen 12. Die Leitungen sind durch einen Verbinderblock 20 mit mehreren Anschlüssen, der getrennte Anschlüsse für jede der drei dargestellten Leitungen aufweist, mit dem ICD-IPG 10 verbunden. Die Leitung 14 ist mit einer subkutanen Elektrode 30 verbunden, die dafür vorgesehen ist, im Bereich des linken Brustkorbs subkutan angebracht zu werden. Die Leitung 16 ist eine Koronarsinusleitung, bei der eine lang gestreckte Spulenelektrode verwendet wird, die sich im Koronarsinus und im Bereich der großen Vene des Herzens befindet. Der Ort der Elektrode ist in unterbrochenen Linien bei 32 dargestellt und verläuft von einem Punkt innerhalb der Öffnung des Koronarsinus bis zu einem Punkt in der Nähe des linken Herzohrs um das Herz.
Die Leitung 18 ist mit einer lang gestreckten Elektrodenspule 28 versehen, die sich im rechten Ventrikel des Herzens befindet. Die Leitung 18 weist auch eine Stimulationselektrode 34 auf, die die Form einer spiralförmigen Spule annimmt, die in das Myokardgewebe des rechten Ventrikels geschraubt ist. Die Leitung 18 kann auch eine oder mehrere zusätzliche Elektroden zur Nah- und Fernfeld-Elektrogrammmessung aufweisen.
Bei dem dargestellten System werden Herzstimulationsimpulse zwischen der spiralförmigen Elektrode 34 und der lang gestreckten Elektrode 28 abgegeben. Die Elektroden 28 und 34 werden auch verwendet, um ventrikuläre Kontraktionen angebende elektrische Signale zu erfassen. Wie dargestellt ist, wird davon ausgegangen, dass die Elektrode 28 im rechten Ventrikel während sequenzieller und gleichzeitiger Defibrillationsimpulsbehandlungen mit mehreren Elektroden als die gemeinsame Elektrode dient. Beispielsweise werden während einer gleichzeitigen Defibrillationsimpulsbehandlung Impulse gleichzeitig zwischen der Elektrode 28 und der Elektrode 30 und zwischen der Elektrode 28 und der Elektrode 32 abgegeben. Während einer sequenziellen Impulsdefibrillation ist vorgesehen, dass Impulse sequenziell zwischen der subkutanen Elektrode 30 und der Elektrode 28 und zwischen der Koronarsinuselektrode 32 und der Elektrode 28 im rechten Ventrikel abgegeben werden. Einzelimpuls-Zweielektroden-Defibrillationsschockbehandlungen können auch bereitgestellt werden, typischerweise zwischen der Elektrode 28 und der Koronarsinuselektrode 32. Alternativ können einzelne Impulse zwischen den Elektroden 28 und 30 abgegeben werden. Die bestimmte Verbindung der Elektroden mit einem ICD hängt in gewissem Maße davon ab, welche spezifische Einzelelektrodenpaar-Defibrillationsschock behandlung als am wahrscheinlichsten eingesetzt angesehen wird.
2 ist ein Blockdiagramm, in dem die Verbindung einer Hochspannungs-Ausgabeschaltung 40, einer Hochspannungs-Ladeschaltung 64 und von Kondensatoren 265 gemäß einem Beispiel des mikrocomputerbasierten Betriebssystems des ICD-IPGs aus 1 dargestellt ist. Wie dargestellt ist, werden die ICD-Operationen durch ein im Mikroprozessor 42 gespeichertes Programm gesteuert, wobei der Mikroprozessor 42 alle erforderlichen Rechenfunktionen innerhalb des ICDs ausführt. Der Mikroprozessor 42 ist durch einen bidirektionalen Daten-/Steuerbus 46 mit einer Steuerschaltungsanordnung 44 verbunden und steuert dabei den Betrieb der Ausgabeschaltungsanordnung 40 und der Hochspannungs-Ladeschaltungsanordnung 64. Eine Stimulations-/Erfassungsschaltungsanordnung 78 weckt den Mikroprozessor 42, um alle erforderlichen mathematischen Berechnungen auszuführen, Tachykardie- und Fibrillationserfassungsprozeduren auszuführen und die von den Zeitgebern in der Stimulations-/Erfassungsschaltungsanordnung 78 gesteuerten Zeitintervalle beim Reprogrammieren der ICD-Betriebsmodi oder -Parameterwerte oder beim Auftreten von Signalen, welche die Abgabe von Herzstimulationsimpulsen oder das Auftreten von Herzkontraktionen angeben, zu aktualisieren.
Der Grundbetrieb und der bestimmte Aufbau oder die Bestandteile des als Beispiel dienenden ICDs aus den 1 und 2 können beliebigen der auf dem Fachgebiet bekannten Systeme entsprechen, und die vorliegende Erfindung hängt nicht von einer bestimmten Konfiguration davon ab. Der flache Aluminium-Elektrolytkondensator gemäß der vorliegenden Erfindung kann allgemein in Zusammenhang mit den verschiedenen im vorstehend erwähnten Patent mit der Endnummer 209 erläuterten Systemen oder in Zusammenhang mit den verschiedenen Systemen oder Bestandteilen, die in den verschiedenen Patenten offenbart sind, die im vorstehend erwähnten Patent mit der Endnummer 133 aufgelistet sind, verwendet werden.
Die Steuerschaltungsanordnung 44 stellt der Ausgabeschaltungsanordnung 40 drei Signale von großer Wichtigkeit bereit. Diese Signale umfassen das erste und das zweite Steuersignal, die vorstehend erörtert wurden, welche als ENAB auf einer Leitung 48 und ENBA auf einer Leitung 50 bezeichnet sind. Weiterhin wichtig ist die DUMP-Leitung 52, die das Entladen der Ausgangskondensatoren einleitet, und die VCAP-Leitung 54, die der Steuerschaltungsanordnung 44 ein Signal zuführt, welches die auf den Ausgangskondensatoren C1, C2 gespeicherte Spannung angibt. Vorstehend in 1 dargestellte Defibrillationselektroden 28, 30 und 32 sind als durch die Leiter 22, 24 und 26 mit der Ausgabeschaltungsanordnung 40 gekoppelt dargestellt. Zum Erleichtern des Verständnisses sind diese Leiter auch mit "COMMON", "HVA" und "HVB" bezeichnet. Es sind jedoch auch andere Konfigurationen möglich. Beispielsweise kann die subkutane Elektrode 30 mit dem HVB-Leiter 26 gekoppelt sein, um das Abgeben einer Einzelimpulsbehandlung zwischen den Elektroden 28 und 30 zu ermöglichen. Während eines Logiksignals bei ENAB auf der Leitung 48 wird ein Kardioversions-/Defibrillationsschock zwischen der Elektrode 30 und der Elektrode 28 abgegeben. Während eines Logiksignals bei ENBA auf der Leitung 50 wird ein Kardioversions-/Defibrillationsschock zwischen der Elektrode 32 und der Elektrode 28 abgegeben.
Die Ausgabeschaltungsanordnung beinhaltet eine Kondensatorbank mit Kondensatoren C1 und C2 und Dioden 121 und 123, die zum Abgeben von Defibrillationsschocks an die Elektroden verwendet werden. Alternativ kann die Kondensatorbank einen weiteren Satz von Kondensatoren aufweisen, wie in der vorstehend erwähnten Anmeldung mit der Endnummer 758 dargestellt ist. In 2 sind die Kondensatoren 265 in Zusammenhang mit der Hochspannungs-Ladeschaltungsanordnung 64 dargestellt, welche durch die Steuer-/Zeitgeberschaltungsanordnung 44 über eine CHDR-Leitung 66 gesteuert wird. Wie dargestellt ist, werden die Kondensatoren 265 durch einen Hochspannungstransformator 65 mit hoher Frequenz geladen. Geeignete Ladepolaritäten werden durch die Dioden 121 und 123 aufrechterhalten. Die VCAP-Leitung 54 liefert ein Signal, das die Spannung an der Kondensatorbank angibt, und ermöglicht das Steuern der Hochspannungs-Ladeschaltungsanordnung und das Beendigen der Ladefunktion, wenn die gemessene Spannung dem programmierten Ladepegel gleicht.
Die Stimulations-/Erfassungsschaltungsanordnung 78 beinhaltet einen R-Zacken-Messverstärker und einen Impulsgenerator für das Erzeugen von Herzstimulationsimpulsen, welche auch jeder beliebigen bekannten Herzschrittmacher-Ausgabeschaltungsanordnung entsprechen können, und beinhaltet eine Zeitgeber-Schaltungsanordnung zum Definieren ventrikulärer Stimulationsintervalle, Refraktärintervalle und Austastintervalle über einen Steuer-/Datenbus 80, wobei dies durch den Mikroprozessor 42 gesteuert geschieht.
Steuersignale, welche die Erzeugung von Herzstimulationsimpulsen durch die Stimulations-/Erfassungsschaltungsanordnung 78 auslösen, und Signale von der Stimulations- /Erfassungsschaltungsanordnung 78, welche das Auftreten von R-Zacken angeben, werden durch einen bidirektionalen Datenbus 81 zur Steuerschaltungsanordnung 44 übermittelt. Die Stimulations-/Erfassungsschaltungsanordnung 78 ist mit der in 1 dargestellten spiralförmigen Elektrode 34 durch einen Leiter 36 gekoppelt. Die Stimulations-/Erfassungsschaltungsanordnung 78 ist auch mit der in 1 dargestellten ventrikulären Elektrode 28 durch einen Leiter 82 gekoppelt, wodurch das bipolare Erfassen von R-Zacken zwischen den Elektroden 34 und 28 und die Abgabe bipolarer Stimulationsimpulse zwischen den Elektroden 34 und 28 möglich ist, wie vorstehend erörtert wurde.
Die 3(a) bis 3(g) zeigen perspektivische Ansichten von verschiedenen Bestandteilen des ICD-IPGs 10, einschließlich einer Ausführungsform des Kondensators gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei diese Bestandteile nacheinander in das Gehäuse des ICD-IPGs 10 eingebracht werden, welches durch rechte und linke Abschirmungen 240 und 350 hergestellt ist.
In 3(a) wird das Elektronikmodul 360 in die rechte Abschirmung 340 des ICD-IPGs 10 eingesetzt. 3(b) zeigt den ICD-IPG 10, sobald das Elektronikmodul 360 in die rechte Abschirmung 340 eingesetzt worden ist.
3(c) zeigt ein Paar von Kondensatoren 265, die, wie hier beschrieben, vor dem Einsetzen in die rechte Abschirmung 340 hergestellt worden sind, wobei die Kondensatoren 265 durch Zwischenverbindungen im Elektronikmodul 340 elektrisch in Reihe geschaltet sind. 3(d) zeigt den ICD-IPG 10, sobald das Paar der Kondensatoren 265 in die rechte Abschirmung 340 eingesetzt worden ist. Es ist zu verstehen, dass auch andere Formen der Kondensatoren 265 in der gleichen oder einer ähnlichen Weise wie hier beschrieben wurde, in das Gehäuse des ICD-IPGs 10 eingesetzt werden können.
3(e) zeigt eine Isolatorabdeckung 370 vor ihrer Anordnung über Kondensatoren 265 in der rechten Abschirmung 340. 3(f) zeigt eine elektrochemische Zelle oder Batterie 380 mit einem Isolator 382, der vor dem Einsetzen in die Abschirmung 340 um die Batterie 380 herum angeordnet wird. Die Batterie 380 liefert die zum Laden und Entladen der Kondensatoren 265 erforderliche elektrische Energie und versorgt auch das Elektronikmodul 360 mit Leistung. Die Batterie 380 kann beliebige der im Stand der Technik verwendeten Formen zum Bereitstellen von Kardioversions-/Defibrillationsenergie annehmen, von denen einige in dem vorstehend erwähnten, auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung übertragenen Patent mit der Endnummer 133 angegeben sind.
3(h) zeigt den ICD-IPG 10, bei dem die linke Abschirmung 350 mit der rechten Abschirmung 340 verbunden ist, wobei die Durchführung 390 von beiden Abschirmungshälften nach oben vorsteht. Ein Aktivitätssensor 400 und eine Patientenwarnvorrichtung 410 sind wie dargestellt am unteren Seitenabschnitt der linken Abschirmung 350 angeordnet. Die linke Abschirmung 350 und die rechte Abschirmung 340 werden anschließend geschlossen und hermetisch gedichtet (in den Figuren nicht dargestellt).
4 zeigt eine Einzelteilansicht einer Ausführungsform einer Anoden-Kathoden-Teilanordnung oder Kondensatorschicht 227 des Kondensators 265. Bei dem hier beschriebenen Kondensatorentwurf wird eine gestapelte Konfiguration mehrerer Kondensatorschichten 227 verwendet, wie nachstehend weiter mit Bezug auf 5 beschrieben wird. Jede Kondensatorschicht 227 weist alternierende im Wesentlichen rechteckige Anodenschichten 170 und Kathodenschichten 175 auf, wobei eine im Wesentlichen rechteckige Trennschicht 180 dazwischen angeordnet ist. Die Formen der Anodenschichten 170, der Kathodenschichten 175 und der Trennschichten 180 sind in erster Linie eine Frage der Entwurfsauswahl, und sie werden in hohem Maße durch die Form oder Konfiguration eines Gehäuses 90 vorgeschrieben, innerhalb dessen diese Schichten schließlich angeordnet werden. Die Anodenschichten 170, die Kathodenschichten 175 und die Trennschichten 180 können jede beliebige Form annehmen, um die Packungswirksamkeit zu optimieren.
Die als Beispiel dienende Anodenschicht 170d weist bevorzugt eine Anzahl nicht gekerbter Anodenlagen 185, die mit 185a, 185b, 185c bezeichnet sind, eine gekerbte Anodenlage 190 mit einer Anoden-Ansatzkerbe 200 und einen mit der Anodenlage 185a gekoppelten Anodenansatz 195 auf. Es sei bemerkt, dass die in 4 dargestellte Anodenschicht 170d nur eine mögliche Ausführungsform einer Anodenschicht 170 ist. Die als Beispiel dienende Kathodenschicht 175d ist am bevorzugtesten aus einer Einzellage einer Aluminiumfolie hergestellt und weist einen Kathodenansatz 176 auf, der integral damit hergestellt ist und von seinem Umfangsbereich vorsteht.
Die individuellen Anodenlagen 185/190 sind typischerweise etwas steif und aus hochreinem Aluminium gebildet, das durch Ätzen bearbeitet ist, um eine hohe Kapazität je Flächeneinheit zu erreichen. Dünne Anodenfolien sind bevor zugt, insbesondere wenn sie die spezifische Kapazität im Wesentlichen beibehalten oder erhöhen, während sie die Dicke der Elektrodenstapelanordnung 225 verringern oder diese Dicke beibehalten, während die Gesamtkapazität erhöht wird. Beispielsweise wird erwogen, dass einzelne Anodenlagen 185/190 eine Dicke zwischen etwa 10 Mikrometern und etwa 500 Mikrometern aufweisen.
Die Kathodenschichten 175 sind vorzugsweise aus einer einzigen Lage gebildet, die aus einer hochreinen, flexiblen Aluminiumfolie ausgeschnitten ist. Die Kathodenschichten 175 sind am bevorzugtesten aus einer Kathodenfolie mit einer hohen Oberfläche (d.h. einer stark geätzten Kathodenfolie), einer hohen spezifischen Kapazität (vorzugsweise mindestens 200 Mikrofarad/cm² und mindestens 250 Mikrofarad/cm², wenn frisch), einer Dicke von etwa 30 Mikrometern, einer Reinheit von etwa 1,0 mg/m², wobei die maximale Chloridkontamination der projizierten Fläche berücksichtigt wird, und einer Reinheit, die kleiner sein kann als diejenige, die dem Ausgangsfolienmaterial entspricht, aus dem die Anodenfolie hergestellt ist, gebildet. Die Kathodenfolie hat vorzugsweise eine anfängliche Reinheit von mindestens 99 Aluminium und bevorzugter von etwa 99,4 Aluminium, eine endgültige Dicke von etwa 30 Mikrometern und eine anfängliche spezifische Kapazität von etwa 250 Mikrofarad je Quadratzentimeter. Gemäß anderen Ausführungsformen hat die Kathodenfolie eine spezifische Kapazität, die zwischen etwa 100 und etwa 500 Mikrofarad/cm² liegt, und eine Dicke, die zwischen etwa 10 und etwa 150 Mikrometern liegt.
Es ist im Allgemeinen bevorzugt, dass die spezifische Kapazität der Kathodenfolie so hoch wie möglich ist und dass die Kathodenschicht 175 so dünn wie möglich ist. Beispielsweise wird erwogen, dass die einzelnen Kathodenschichten 175 eine spezifische Kapazität von etwa 100-1000 Mikrofarad/cm² aufweisen. Geeignete Kathodenfolien sind im Handel weit verbreitet erhältlich. Gemäß anderen Ausführungsformen ist die Kathodenfolie aus Materialien oder Metallen, zusätzlich zu Aluminium, Aluminiumlegierungen und "reinem" Aluminium, gebildet.
Trennschichtlagen 180a und 180b und äußere Trennschichten der Elektrodenstapelanordnung 225 (8), die aus mehreren gestapelten Kondensatorschichten 227 zusammengesetzt sind, werden am bevorzugtesten aus einer Rolle oder Lage des Trennmaterials hergestellt. Die Trennschichten 180 werden vorzugsweise etwas größer ausgeschnitten als die Anodenschichten 170 und die Kathodenschichten 175, um einer Fehlausrichtung während des Stapelns der Schichten Rechnung zu tragen und dadurch nachfolgende Kurzschlüsse zwischen den Anoden- und Kathodenschichten zu verhindern und andererseits zu gewährleisten, dass sich eine physikalische Barriere zwischen den Anoden und den Kathoden des fertigen Kondensators befindet.
Gemäß einer in 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Kondensatorschicht 227 bilden zwei einzelne Trennschichtlagen 180a und 180b die Trennschicht 180, die zwischen allen Anodenschichten 170 und Kathodenschichten 175 angeordnet ist. Weitere einzelne Trennschichtlagen 180a und 180b sind an die Außenflächen der Anodenlage 185c und der Kathodenschicht 175d angrenzend angeordnet. Wenn die Teilanordnungen gestapelt sind, liegen die äußersten einzelnen Trennschichtlagen 180a und 180b an jeweilige benachbarte einzelne Trennschichtlagen 180b und 180a benachbarter Kondensatorschichten an, so dass zweilagige Trennschichten 180 alle benachbarten Kathoden- und Anodenschichten einer Elektrodenstapelanordnung 225 trennen.
Es ist bevorzugt, dass die Trennschichtlagen 180a und 180b und die äußeren Trennschichten zwischen der Elektrodenstapelanordnung und dem Gehäuse und der Abdeckung aus einem Material bestehen, das (a) chemisch reaktionsträge ist, (b) chemisch mit dem ausgewählten Elektrolyten verträglich ist, (c) mit dem Elektrolyten imprägniert werden kann, um einen Weg geringen Widerstands zwischen benachbarten Anoden- und Kathodenschichten zu erzeugen, und (d) benachbarte Anoden- und Kathodenschichten physikalisch trennt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Trennmaterial reine Cellulose, Kraftpapier mit einem sehr geringen Halogenid- oder Chloridgehalt mit einer Dicke von etwa 0,0005 Zoll, einer Dichte von etwa 1,06 Gramm/cm³, einer dielektrischen Stärke von 1400 Volt Wechselspannung je 0,001 Zoll Dicke und einer geringen Anzahl von Leitungswegen (etwa 0,4/ft² oder weniger). Die Trennschichtlagen 180a und 180b und die äußeren Trennschichten 165a und 165b können auch aus anderen Materialien als Kraftpapier, wie Manila-Papier, porösen Polymermaterialien oder Fasergazematerialien, hergestellt werden. Bei solchen aus mehreren Kondensatorschichten zusammengesetzten Kondensatorstapeln sättigt oder befeuchtet ein flüssiges Elektrolyt die Trennschichten 180 und ist innerhalb der inneren Gehäusekammer des Kondensators angeordnet.
Fachleute werden verstehen, dass die genaue Anzahl der für die Verwendung in einer Elektrodenstapelanordnung 225 ausgewählten Kondensatorschichten 227 von der Energiedichte, vom Volumen, von der Spannung, vom Strom, von der Energieausgabe und anderen Anforderungen, die dem Kondensator 265 auferlegt wurden, abhängt. Ähnlich werden Fachleute verstehen, dass die genaue Anzahl der gekerbten Anodenlagen 190 und der nicht gekerbten Anodenlagen 185, der Anodenansätze 195, der Anodenschichten 170, der Kathodenschichten 175 und der Trennschichten 180, die zur Verwendung bei einer gegebenen Ausführungsform der Kondensatorschicht 227 ausgewählt wurden, von der Energiedichte, vom Volumen, von der Spannung, vom Strom, von der Energieausgabe und von anderen Anforderungen, die dem Kondensator 265 auferlegt wurden, abhängt. Es wird nun verständlich werden, dass eine praktisch unbegrenzte Anzahl von Kombinationen und Permutationen in Bezug auf die Anzahl der Kondensatorschichten 227 und die Anzahl der gekerbten Anodenlagen 190 und nicht gekerbten Anodenlagen 185, welche die Anodenschicht 170 bilden, der Anodenschichten 170, der Anoden-Ansätze 195, der Kathodenschichten 175 und der innerhalb jeder Kondensatorschicht 227 angeordneten Trennschichten 180, entsprechend der bestimmten Anforderung an den Kondensator 265 ausgewählt werden kann.
5 zeigt das Verfahren zum Bilden von Anodenlagen mit Durchgangslöchern und zum anschließenden Verwenden der Anodenlagen zur Herstellung eines Elektrolytkondensators. Die erste dünne Aluminiumfolie des vorstehend beschriebenen Typs wird in Schritt S100 bereitgestellt, in Schritt S102 geätzt und in Schritt S104 zu den in 6(a) dargestellten Anodenlagen 185/190 geschnitten. Die Anodenfolie wird in Schritt S102 zumindest teilweise durchgeätzt, sie hat eine hohe spezifische Kapazität (mindestens etwa 0,3, mindestens etwa 0,5 oder am bevorzugtesten mindestens etwa 0,8 Mikrofarad/cm²), einen dielektrischen Spannungsfestigkeitsparameter von mindestens 425 Volt DC, eine Dicke zwischen etwa 50 und etwa 200 Mikrometer und eine Reinheit von etwa 1,0 mg/m², wobei die maximale Chloridverunreinigung der projizierten Fläche berücksichtigt wird. Die Anodenfolie hat vorzugsweise eine Nenn-Stoßspannung von 390 Volt, eine anfängliche Reinheit von etwa 99,99 % Aluminium, eine endgültige Dicke von etwa 104 Mikrometer plus minus etwa fünf Mikrometer und eine spezifische Kapazität von etwa 0,8 Mikrofarad je Quadratzentimeter. Auf Spezifikation geätzte geeignete Anodenfolien sind im Handel weit verbreitet erhältlich.
Die Anoden- und Kathodenlagen werden am bevorzugtesten unter Verwendung von Unterstempeln mit einem geringen Zwischenraum von Wand zu Wand auf Form geschnitten, wobei der Zwischenwandabstand zwischen den im Wesentlichen vertikal orientierten entsprechenden Wänden des Oberstempels und des Unterstempels am bevorzugtesten in der Größenordnung von etwa 6 Millionstel Zoll je Seite beträgt. Größere und kleinere Zwischenwandabstände zwischen den im Wesentlichen vertikal orientierten entsprechenden Wänden des Oberstempels und des Hohlraums, wie etwa 2-12 Millionstel Zoll, können auch verwendet werden, sind jedoch weniger bevorzugt. Die Ansätze 176 und 195 und die Trennschichten 180 sind vorzugsweise jeweils in der gleichen Weise aus einer Aluminiumfolie bzw. Kraftpapier ausgeschnitten.
Ein so kleiner Zwischenraum führt dazu, dass glatte, gratfreie Kanten entlang den Umfängen der Anodenlagen 185 und 190, der Ansätze 176 und 195, der Kathodenschichten 175 und der Trennschichten 180 gebildet werden. Glatte, gratfreie Kanten an den Wänden der Stempel wurden als entscheidend für eine zuverlässige Funktionsweise eines Kondensators entdeckt. Das Vorhandensein von Graten entlang den Umfängen der Anodenlagen 185 und 190, der Anodenansätze 195, der Kathodenschichten 175 und der Trennschichten 180 kann zu Kurzschlüssen und einem Ausfall des Kondensators führen. Das Mittel, mit dem die Anodenfolie, die Kathodenfolie und die Trennmaterialien geschnitten oder gebildet werden, kann einen erheblichen Einfluss auf das Fehlen oder das Vorhandensein von Graten und anderen Schneidrückständen, die um den Umfang der gebildeten oder geschnittenen Elemente abgelagert werden, haben. Die Verwendung von Stempeln mit einem kleinen Zwischenraum erzeugt eine Kante, die der durch andere Schneidverfahren, wie Stahllinealstempel, erzeugten Kante überlegen ist. Es wurde entdeckt, dass die Form, die Flexibilität und die Geschwindigkeit eines Stempels mit einem geringen Zwischenraum jenen überlegen sind, die durch Laser- oder Messerschneiden erreicht werden. Andere Verfahren zum Schneiden oder Formen von Anodenlagen 185 und 190, Anoden-Ansätzen 195, Kathodenschichten 175 und Trennschichten 180 umfassen Stahllinealstempel-Schneiden, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden und Messerschneiden, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Weitere Einzelheiten in Bezug auf bevorzugte Verfahren zum Schneiden der Anodenfolie zum Formen von Anodenlagen und zum sandwichförmigen Aneinanderlegen von Anodenlagen zur Bildung einer Anodenschicht 170 sind im auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung übertragenen vorstehend erwähnten Patent mit der Endnummer 133 dargelegt.
In 6(a) hat die teilweise durchgeätzte Anodenlage 185/190 entgegengesetzte Hauptanodenlagenflächen 186 und 188, die stark geätzt sind, um bestimmte Poren 192, 194, die sich teilweise durch die Dicke der Anodenlage 185/190 zu einem Lagengewebe oder Kern 184 erstrecken, und bestimmte durchgeätzte Tunnel 196, 198, die sich durch die ganze Dicke des Lagengewebes und des Kerns 184 erstrecken, zu bilden. Die großen Poren 192, die kleinen Poren 194, die Tunnel 196 mit großen Querschnitten und die Tunnel 198 mit kleinen Querschnitten stellen, verglichen mit den planaren Lagenflächen 186, 188 vor dem Ätzen, eine vergrößerte Oberfläche bereit. Einiges Oberflächenpotential geht jedoch infolge zu großer Poren 192 und Tunnel 196 verloren. Umgekehrt wird der ESR durch kleine Tunnel 198 erhöht, die das Hindurchtreten von Elektrolyten und Ionen behindern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Durchätzen der Aluminiumfolie in Schritt S102 mit einem Grad ausgeführt, wodurch eine große Zahl kleiner Poren 194 und kleiner Tunnel 198 bereitgestellt wird, so dass die Oberfläche und die entsprechende Kapazität maximiert werden, und die großen Poren 192 und Tunnel 196 werden minimiert, wodurch der ESR nicht optimal sein kann. Gemäß Schritt S106 werden dann mehrere in 6(b) dargestellte Durchgangslöcher 202 gebildet, welche sich zwischen der ersten und der zweiten entgegengesetzten Hauptfläche 186 und 188 und durch die Anodenlagendicke und den Kern 184 erstrecken. Vorzugsweise weisen die Durchgangslöcher 202 eine gleichmäßige Größe auf und sind gleichmäßig beabstandet. Die Anzahl je Flächeneinheit und die Größe dieser Durchgangslöcher 202 werden gewählt, um den ESR auf ein Minimum zu verringern, während die Oberfläche nicht unnötig reduziert wird. Im Allgemeinen werden eine minimale Anzahl, ein minimaler Abstand und eine minimale Größe der Durchgangslöcher gewählt, so dass der fertige Kondensator noch die Anforderungen der Anwendung erfüllt.
Die Durchgangslöcher werden vorzugsweise durch einen Punktierungsprozess, beispielsweise durch Stanzen, mechanisches Bohren, Laserbohren usw. gebildet. Die Durchgangslöcher brauchen nicht rund zu sein, dies ist jedoch eine zweckmäßige Form für die Verwendung.
Dann wird in Schritt S108 die dielektrische Aluminiumoxidschicht über den Poren 192, 194, den Tunneln 196, 198, den Durchgangslöchern 202 und den Schnittkanten der Anodenlagen in einer auf dem Fachgebiet bekannten Weise gezüchtet. Die Anodenlagen 185/190 werden in Schritt S110 zusammengesetzt, um die Anodenschichten 170 zu bilden, wobei dem Prozess gefolgt wird und die Geräte verwendet werden, die im vorstehend erwähnten, auf den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragenen Patent mit der Endnummer 133 beschrieben sind.
Bei einem Herstellungsverfahren, bei dem diesen Schritten gefolgt wird, werden alle teilweise durchgeätzten Anodenlagen 185a-185c und 190, welche die Anodenschicht 170d der in 4 dargestellten Kondensatorschicht 227d bilden, gemäß Schritt S106 mit Durchgangslöchern punktiert. 6(c) zeigt eine in den Schritten S100-S110 gebildete Variation einer Kondensatorschicht 227', bei der in 6(b) dargestellte mit Durchgangslöchern punktierte Anodenlagen 190a und 190b verwendet werden, die sandwichförmig oder gestapelt auf beiden Seiten einer in 6(a) dargestellten teilweise durchgeätzten Anodenlage 185' angebracht werden. Die teilweise durchgeätzte Anodenlage 185' wird nicht entsprechend Schritt S106 punktiert. Die Durchgangslöcher in den äußeren mit Durchgangslöchern punktierten Anodenlagen 190a und 190b gewährleisten, dass der Elektrolyt die entgegengesetzten Hauptflächen der innersten teilweise durchgeätzten Anodenlage 185' erreicht.
Bei diesem erläuterten Beispiel aus 6(c) ist ein Ansatz (nicht dargestellt) an der zentral angeordneten teilweise durchgeätzten Anodenlage 185' angebracht, und die mit Durchgangslöchern punktierten Anodenlagen 190a und 190b werden als gekerbte Anodenlagen identifiziert, um den Ansatz aufzunehmen. Andere Auswahlen mit Ansätzen versehener und gekerbter Anodenlagen 185/190 können die dargestellte Auswahl ersetzen.
Weiterhin kann eine beliebige Anzahl der äußeren mit Durchgangslöchern punktierten Anodenlagen 185/190 aus 6(b) in gleichen oder ungleichen Anzahlen auf beiden Seiten der zentral angeordneten, teilweise durchgeätzten Anodenlage 185' gestapelt werden, um eine Anodenschicht 170 zu bilden.
Bei einem Beispiel, das für das Verständnis der Erfindung nützlich ist, jedoch keine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wird eine innerste Anodenlage 185'' gebildet, die nicht mit Durchgangslöchern geätzt ist, wie in 6(d) dargestellt ist. In diesem Beispiel wird in Schritt S100 eine zweite Aluminiumfolie bereitgestellt und in zu den Schritten S102-S106 aus 5 parallelen Schritten nicht mit Durchgangslöchern geätzt und geschnitten.
7 zeigt die Bildung der Elektrodenstapelanordnung 225 entsprechend Schritt S112 in Bezug auf eine Kondensatorgehäuseabdeckung 110 für ein in 8 dargestelltes Kondensatorgehäuse 90. Die Elektrodenstapelanordnung 225 beinhaltet mehrere Kondensatorschichten 227a-227h, die wie vorstehend beschrieben gebildet sind und Anodenansätze 195a-195h und Kathodenansätze 176a-176h aufweisen. Die an jeder Kondensatorschicht innerhalb der Elektrodenstapelanordnung 225 entwickelte Spannung reicht am bevorzugtesten von etwa 360 bis etwa 390 Volt Gleichspannung. Wie nachstehend beschrieben wird, sind die verschiedenen Anodenteilanordnungen der Elektrodenstapelanordnung 225 typischerweise elektrisch parallel geschaltet, und sie sind die verschiedenen Kathodenschichten der Elektrodenstapelanordnung 225. Die in 7 dargestellte Elektrodenstapelanordnung 225 dient lediglich der Veranschaulichung und schränkt den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Anzahl oder Kombination der Anodenschichten 170, der Kathodenschichten 175, der Trennschichten 180, der Anodenansätze 195, der Kathodenansätze 176 usw. in keiner Weise ein. Die Anzahl der Elektrodenbestandteile wird stattdessen entsprechend der erforderlichen Gesamtkapazität, der Gesamtfläche jeder Schicht, der spezifischen Kapazität der verwendeten Folie und anderen Faktoren bestimmt.
Die Verwendung der Durchgangslöcher gemäß der vorliegenden Erfindung erleichtert die Verwendung einer Mehrzahl in jeder Anodenschicht 170 verwendeter Anodenlagen 185/190, wodurch die Herstellung von Kondensatoren ermöglicht wird, die die gleiche Schichtfläche, jedoch nahezu kontinuierlich veränderliche verschiedene und wählbare Gesamtkapazitäten aufweisen, die ein Benutzer festlegen kann, indem er die Anzahl der in den ausgewählten Anodenschichten 170 enthaltenen Anodenlagen 185/190 vergrößert oder verkleinert (im Gegensatz zum Hinzufügen ganzer Kondensatorschichten 227 zu der Elektrodenstapelanordnung 225 oder zum Fort nehmen von diesen, um dadurch die Gesamtkapazität zu ändern).
Die Kondensatorschichten 227a-227h und die äußeren Papierschichten 165a und 165b werden gestapelt, und eine äußere Umhüllung 115 wird in Schritt S112 über den oberen Teil der Elektrodenstapelanordnung 225 gefaltet. Ein Umhüllungsband 245 hält dann die äußere Umhüllung 115 an ihrem Ort, und es hält die verschiedenen Bestandteile der Elektrodenstapelanordnung 225 zusammen. Die äußere Umhüllung 115 wird am bevorzugtesten aus dem vorstehend beschriebenen Trennmaterial ausgestanzt, sie kann jedoch auch aus einer großen Vielzahl anderer geeigneter Materialien, wie Polymermaterialien, Aluminium, geeigneten Wärmeschrumpfmaterialien, geeigneten gummierten Materialien und künstlichen Entsprechungen oder Derivaten davon und dergleichen gebildet werden. Das Umhüllungsband 245 wird am bevorzugtesten aus einem mit Polypropylen hinterlegten Acrylklebeband ausgeschnitten, es kann jedoch auch durch eine Heftklammer, eine Ultraschall-Papierverbindung oder -schweißung, andere geeignete Klebstoffe als Acrylklebstoff, ein anderes geeignetes Band als mit Polypropylen hinterlegtes Band, einen Haken und eine entsprechende Klemme usw. ersetzt werden. Verwendbare Alternativen zur äußeren Umhüllung 115 und zum Umhüllungsband 245 und verschiedene Stapelungs- und Lagegenauigkeitsprozesse, aus denen die Elektrodenstapelanordnung 225 am bevorzugtesten hergestellt wird, sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und sind in dem vorstehend erwähnten, auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung übertragenen Patent mit der Endnummer 133 offenbart.
8 zeigt eine perspektivische Einzelteil-Draufsicht einer Ausführungsform eines als Beispiel dienenden gehäuseneutralen Elektrolytkondensators 265, worin die Elektrodenstapelanordnung 225 aus 7 verwendet wird, und die elektrischen Verbindungen, die zu den zusammengeführten Anoden- und Kathodenansätzen 232 und 233 gebildet sind. Diese Ausführungsform beinhaltet eine Anodendurchführung 120 und eine Kathodendurchführung 125, die am bevorzugtesten spulenförmige Basisabschnitte 121 bzw. 126 aufweisen. Die Durchführungen 120 und 125 stellen elektrische Durchführungsanschlüsse für den Kondensator 265 bereit und führen die zusammengeführten Anodenansätze 232 und die zusammengeführten Kathodenansätze 233 innerhalb der Basisabschnitte 121 und 126 für elektrische und mechanische Verbindungen zusammen.
Der Durchführungsdraht wird zur Herstellung der Durchführungen 120 und 125 zuerst bereitgestellt und auf Länge geschnitten. Ein Ende des auf Länge geschnittenen Drahts wird so gewickelt, dass sein Innendurchmesser oder seine innere Abmessung etwas größer ist als der Durchmesser oder die Abmessung, die für das Einkreisen der zusammengeführten Anodenansätze 232 oder der zusammengeführten Kathodenansätze 233 erforderlich ist. Die zusammengeführten Anodenansätze 232 werden als nächstes durch Falzen zu einem Bündel zusammengeführt, und der Innendurchmesser 131 der Anodendurchführungs-Spulenanordnung 120 wird über den zusammengeführten Anodenansätzen 232 angeordnet, so dass sich der Anoden-Durchführungsstift 130 von der Basis der zusammengeführten Anodenansätze 232 nach außen erstreckt. Ähnlich werden die zusammengeführten Kathodenansätze 233 zusammengeführt, und der Innendurchmesser 136 der Kathodendurchführungs-Spulenanordnung 125 über den zusammengeführten Kathodenansätzen 233 angeordnet, so dass sich der Kathodendurchführungsstift 135 von der Basis des Kathodenansatzes 233 nach außen erstreckt. Die spulenförmigen Basisabschnitte 121 und 126 der Anodendurchführung 120 und der Kathodendurchführung 125 werden dann am bevorzugtesten auf die Anoden- und Kathodenansätze 232 und 233 gefalzt, woraufhin ihre distalen Enden auf Länge geschnitten werden, wobei dies am bevorzugtesten so geschieht, dass die so gebildeten Falze im Wesentlichen senkrecht zu gedachten Achsen 234 und 235 der zusammengeführten Anoden- und Kathodenansätze 232 und 233 orientiert werden. Das Schneiden der distalen Enden auf Länge kann weniger bevorzugt auch bei anderen nicht senkrechten Winkeln zu den gedachten Achsen 234 und 235 geschehen.
Bei manchen bevorzugten Verfahren wird eine Falzkraft auf die Durchführungsspulen 121 und 126 und die Ansätze 232 und 233 während eines nachfolgenden bevorzugten Schweißschritts ausgeübt. Bei einem Verfahren ist es bevorzugt, dass die gefalzten Anoden- und Kathodendurchführungen durch Laser oder Ultraschalleinwirkung entlang dem oberen Abschnitt der auf Länge geschnittenen Kante der distalen Enden an die Anoden- und Kathodenansätze 232 und 233 geschweißt werden. Nach dem Schweißen der Durchführungen 120 und 125 an die zusammengeführten Anodenansätze 232 bzw. die zusammengeführten Kathodenansätze 233 werden die Stifte 130 und 135 zur Einführung durch Durchführungslöcher 142 und 143 des Gehäuses 90 gebogen.
Es existieren viele andere Ausführungsformen der Durchführungen und Mittel zum Verbinden der Durchführungsstifte mit Anoden- und Kathodenansätzen als jene, die in den Figuren explizit dargestellt sind und in dem vorstehend erwähnten, auf den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragenen Patent mit der Endnummer 133 beschrieben sind.
Eine Gehäuseunteranordnung wird auch aus dem Gehäuse 90, einer Anoden-Quetschhülse 95, einer Kathoden-Quetschhülse 100 und einer Füllanschluss-Quetschhülse 105 erzeugt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind der Kondensator 265, das Gehäuse 90 und die Abdeckung 110 aus Aluminium hergestellt. Bei anderen Ausführungsformen können das Gehäuse 90 oder die Abdeckung 110 aus einem anderen geeigneten korrosionsbeständigen Metall, wie Titan oder Edelstahl oder alternativ einem geeigneten Kunststoff, Polymermaterial oder einer geeigneten Keramik hergestellt werden. Die Anoden-Quetschhülse 95 und die Kathoden-Quetschhülse 100 werden an die Seitenwand des Aluminiumgehäuses angeschweißt, so dass sie um die Anoden- und Kathoden-Durchführungs-Quetschhülsenlöcher 142 und 143 passen, und eine Füllanschluss-Quetschhülse wird um ein Füllanschlussloch 139 herum an die Gehäuseseitenwand geschweißt. Die Schweißschritte sind nicht Teil der vorliegenden Erfindung, und verschiedene Arten zu ihrer Ausführung sind detailliert im vorstehend erwähnten, auf den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragenen Patent mit der Endnummer 133 offenbart.
Drahtführungen 140 und 141 passen in mittlere Löcher der Quetschhülsen 95 bzw. 100 und nehmen Anoden- und Kathodenanschlussstifte 130 und 135 auf, zentrieren sie und isolieren sie elektrisch gegen das Gehäuse 90, die Anoden-Quetschhülse 95 und die Kathoden-Quetschhülse 100. Die Bildung und das Zusammensetzen der Führungsdrähte 140, 141 mit den Quetschhülsen 95, 100 und den Kathodenstiften 130, 135 sind nicht Teil der vorliegenden Erfindung, und Beispiele davon sind detailliert im vorstehend erwähnten, auf den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragenen Patent mit der Endnummer 133 offenbart. Ähnlich sind das Einführen der Kathodenstifte 130, 135 durch die Drahtführungen 140, 141 und das Einsetzen der damit gekoppelten Elektrodenstapelanordnung 225 in die innere Kammer des Gehäuses 90 nicht Teil der vorliegenden Erfindung, und Beispiele davon sind detailliert im vorstehend erwähnten, auf den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragenen Patent mit der Endnummer 133 offenbart.
Dann wird die Abdeckung 110 über der Oberkante 92 der Seitenwand des Gehäuses angeordnet, wird die Oberkante 92 über die Abdeckungskante gefalzt und wird die Verbindung dazwischen lasergeschweißt, wobei all dies in einer Art geschieht, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. Eine Verbinderanordnung wird auch mit den freiliegenden, nach außen vorstehenden Stiften 130 und 135 gekoppelt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Verbinderblock 145 oberhalb des Gehäuses 90 und/oder der Abdeckung 110 angeordnet oder auf andere Weise damit verbunden, und es wird eine Stammverdrahtung 155 daran und Vergussklebstoff darin angeordnet. Die spezielle Konfiguration des Verbinderblocks 145 und das Verfahren zu seiner Herstellung spielen jedoch keine Rolle bei der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung. Beispiele davon sind detailliert im vorstehend erwähnten, auf den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragenen Patent mit der Endnummer 133 offenbart.
Bei der dargestellten Ausführungsform wird ein vorgeformter Kunststoffverbinderblock 145 durch Führen des Anodendurchführungsstifts 130 durch das Verbinderblock-Anodendurchführungsloch 300 und anschließendes Führen des Kathodendurchführungsstifts 135 durch das Verbinderblock-Kathodendurchführungsloch 305 an der Anoden-Quetschhülse 95 und der Kathoden-Quetschhülse 100 angeordnet. Der Verbinderblock 145 wird als nächstes abschließend an die Außenfläche des Gehäuses 90 angelegt. Der Anodendurchführungsstift 130 wird dann in eine Anodenfalzhülse 150b der Stammverdrahtung 155 eingeführt. Der Kathodendurchführungsstift 135 wird dann in eine Kathodenfalzhülse 150a der Stammverdrahtung 155 eingeführt. Die Falzhülsen 150a und 150b werden dann an Durchführungsstifte 130 und 135 gefalzt. Die distalen oder Basisabschnitte der Falzhülsen 150a und 150b werden auf eine isolierte Anodenleitung 151 bzw. eine isolierte Kathodenleitung 152 gefalzt. Ein Epoxidklebstoff wird dann in Zwischenräume im Verbinderblock 145 eingebracht, um die gefalzten Verbindungen zu isolieren, die Drahtführungen 140 und 141, das Gehäuse 90 und die Quetschhülsen 95 und 100 zu dichten und eine Spannungsentlastung für die Durchführungsstifte 130 und 135 und die Durchführungs-Drahtfalzverbindungen bereitzustellen. Die isolierten Leitungen 151 und 152 werden ebenso mit dem Anschlussverbinder 153 verbunden, der das weibliche Ende eines Gleitkontakts bildet und dafür ausgelegt ist, mit dem Elektronikmodul 360 in 3(d) verbunden zu werden.
Die Lebensdauer des Kondensators 265 kann erheblich verkürzt werden, falls Lösungsmitteldampf oder Elektrolytfluid aus dem Inneren des Kondensators 265 entweicht. Weiterhin kann, falls Elektrolyt aus dem Kondensator 265 leckt, der Elektrolyt die Schaltungen angreifen, mit denen der Kondensator 265 verbunden ist, oder er kann sogar einen Leitungsweg zwischen Abschnitten dieser Schaltung bereitstellen. Die vorliegende Erfindung stellt ein vorteilhaftes Mittel zum Verhindern des Entweichens von Lösungsmitteln und Lösungsmitteldämpfen aus dem Kondensator 265 bereit. Insbesondere weist der Kondensator 265 am bevorzugtesten hermetische lasergeschweißte Nähte zwischen dem verbundenen Gehäuse 90 und der Abdeckung 110 und zwischen den Quetschhülsen 95, 100 und 105 und dem Gehäuse 90 auf. Zusätzlich ist im Anodendurchführungsabschnitt 236 und im Kathodendurchführungsabschnitt 240 am bevorzugtesten eine Klebedichtung angeordnet, um die Quetschhülsenwände und die Durchführungsdrähte zu dichten.
Das Innere des Kondensators 265, das nicht von der Elektrodenstapelanordnung 225 belegt ist, wird durch den Füllanschluss 107, der an der Füllanschluss-Quetschhülse 105 in das Loch 139 geschweißt ist, mit Elektrolyt gefüllt, es werden Alterungszyklen ausgeführt, und der Füllanschluss wird dann geschlossen. Das Füllen und Altern werden in mehreren Vakuumimprägnierzyklen ausgeführt, und die Alterungszyklen sind nicht Teil der vorliegenden Erfindung, und Beispiele davon sind detailliert im vorstehend erwähnten, auf den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragenen Patent mit der Endnummer 133 offenbart. Der Elektrolyt kann ein beliebiger geeigneter flüssiger Elektrolyt für Hochspannungs-Elektrolytkondensatoren sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Elektrolyt ein Elektrolyt auf Ethylenglykolbasis mit einer Adipinsäurelösung. Es wird erwogen, dass auch andere flüssige Elektrolyte, die zur Verwendung in Hochspannungskondensatoren geeignet sind, verwendet werden können.
Während des Ladens des Kondensators gibt der Elektrolyt auf Ethylenglykolbasis Wasserstoffgas ab, das sich innerhalb der inneren Kondensatorkammer ansammelt und schließlich bewirken kann, dass sich die Basis und die Abdeckung nach außen vorwölben. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Wasserstoffgas durch das Lumen des Füllanschlusses 107 abgegeben, während ein Verlust an Flüssigkeit oder verdampftem Elektrolyt verhindert wird.
Es sei bemerkt, dass der Kondensator 265 alternativ als ein gehäusenegativer Kondensator hergestellt werden kann, wobei das Gehäuse 90 und die Abdeckung 110 elektrisch mit den Kathodenschichten verbunden sind und daher auf dem gleichen elektrischen Potential wie die Kathodenschichten, d.h. auf einem negativen Potential, liegen.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Anodenschicht (170) für die Verwendung in einem Elektrolytkondensator (265) mit folgenden Schritten: Bereitstellen einer dünnen metallischen Anodenfolie, gekennzeichnet durch: Ätzen der dünnen metallischen Anodenfolie, um bestimmte Poren (192, 194), die sich über einen Teil des Weges durch die dünnen metallischen Anodenfolien erstrecken, und weiter durchgeätzte Tunnel (198), die sich durch die gesamte dünne metallische Anodenfolie erstrecken, zu bilden, um dadurch eine geätzte Anodenfolie zu bilden, die eine vergrößerte Oberfläche bereitstellt, nach dem Ätzschritt, Schneiden einer Form in die geätzte Anodenfolie, um eine erste, eine zweite und eine dritte geätzte Anodenlage (185', 190a, 190b) bereitzustellen, die jeweils eine erste und eine zweite einander entgegengesetzte Hauptflächen (186, 188), die durch eine Anodenlagenkante und eine Anodenlagendicke begrenzt sind, aufweisen, Bilden einer Mehrzahl von Durchgangslöchern (202), die sich zwischen der ersten und der zweiten einander entgegengesetzten Hauptflächen (186, 188) und durch die Anodenlagendicke der ersten (190a) und der zweiten (190b) geätzten Anodenlage erstrecken, nach dem Schneidschritt, Bilden einer Oxidschicht, die die Poren-(190), die durchgeätzte Tunnel-(192) und die Durchgangsloch-(202)Flächen der ersten (190a) und der zweiten (190b) geätzten Anodenlage sowie die Poren-(190) und die durchgeätzte Tunnel-Fläche der dritten Anodenlage (185') überzieht, und Zusammensetzen der ersten (190a), der zweiten (190b) und der dritten (185') geätzten Anodenlage (185/190) zu der Anodenschicht (170), dadurch gekennzeichnet, dass die dritte geätzte Anodenlage (185') zwischen der ersten und der zweiten geätzten Anodenlage (190a, 190b) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bereitstellens einer metallischen Anodenfolie das Bereitstellen einer Aluminiumfolie aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Bildens von Durchgangslöchern weiter das Bilden der Mehrzahl von Durchgangslöchern aufweist, die in einem verhältnismäßig gleichmäßigen Abstand voneinander angeordnet sind.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Bildens einer Mehrzahl von Durchgangslöchern weiter eines aus der Gruppe aufweist, die aus Stanzen, mechanischem Drillen und Laserbohren ausgewählt ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Durchgangslöcher eine gleichmäßige Größe aufweisen und gleichmäßig beabstandet sind, um den äquivalenten Reihenwiderstand zu minimieren und die Kapazität zu maximieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: der Schneidschritt weiter das Schneiden der vierten und der fünften geätzten Anodenlage von der geätzten Anodenfolie aufweist, der Bildungsschritt weiter das Bilden einer Mehrzahl von Durchgangslöchern aufweist, die sich zwischen der ersten und der zweiten einander entgegengesetzten Hauptflächen und durch die Anodenlagendicke der vierten und der fünften geätzten Anodenlage erstrecken, der Bildungsschritt das Bilden einer Oxidschicht aufweist, die über den Flächen der Pore und Durchgangslöcher der vierten und der fünften geätzten Anodenlage liegt, und der Zusammensetzungsschritt das Anordnen der ersten Hauptflächen der vierten und der fünften geätzten Anodenlage an den zweiten Hauptflächen der ersten und der zweiten geätzten Anodenlage zu einer Anodenschicht aufweist, wobei die dritte geätzte Anodenlage zwischen der ersten und der vierten geätzten Anodenlage und der zweiten und der fünften geätzten Anodenlage angeordnet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Elektrolytkondensators (265) mit den folgenden Schritten: Herstellen einer Anodenschicht nach einem der voranstehenden Ansprüche und Bereitstellen einer Trennschicht (170) und einer Kathodenlage (175), Anordnen der Trennschicht (180) zwischen einer ersten Hauptfläche der Anodenschicht (170) und einer Hauptfläche der Kathodenlage (175), um eine Kondensatorschicht (225) zu bilden, welche exponierte bzw. ungeschützte zweite Hauptflächen der Anodenschicht (170) und der Kathodenlage (175) aufweist, Bereitstellen eines Kondensatorgehäuses (90) mit einer Kondensatorinnenkammer, die bemessen ist, um die Kondensatorschicht (225) aufzunehmen, Einfügen der Kondensatorschicht (225) in die Kondensatorinnenkammer und Füllen der Kondensatorinnenkammer mit einem Elektrolyten, um die Kondensatorschicht (225) mit dem Elektrolyten zu imprägnieren.
Verfahren nach Anspruch 7 mit den weiteren Schritten: Bereitstellen einer weiteren Mehrzahl von Trennschichten, Bilden einer Mehrzahl von Kondensatorschichten nach den Schritten von Anspruch 8 mit dem zusätzlichen Schritt des Aufbringens von mindestens einer Trennschicht, die über einer der freigelegten zweiten Hauptflächen der Anodenschicht und der Kathodenlage jeder Kondensatorschicht liegt, und Stapeln der Mehrzahl von Kondensatorschichten zu einer Elektrodenstapelanordnung, wobei alle Anodenschichten und Kathodenlagen durch mindestens eine Trennschicht getrennt werden.
Geschichteter Aluminiumelektrolytkondensator (265), gekennzeichnet durch: eine Anodenschicht (170) mit entgegengesetzten Hauptanodenschichtflächen und einer Anodenschichtkante um den Umfang der entgegengesetzten Hauptflächen, wobei die Anodenschicht (170) gebildet ist aus: einer ersten (190a), zweiten (190b) und dritten (185') Anodenlage, die geätzt sind, um bestimmte Poren (192, 194), die sich über einen Teil des Weges durch die Anodenlagen erstrecken, und bestimmte durchgeätzte Tunnel (196), die sich durch die gesamten Anodenlagen erstrecken, zu bilden, wodurch erste, zweite und dritte geätzte Anodenlagen (185/190) gebildet sind, welche eine vergrößerte Oberfläche aufweisen, wobei die geätzten Anodenlagen (185/190) eine erste und eine zweite Hauptanodenlagenfläche (186, 188), die einander entgegengesetzt sind, aufweisen, welche durch eine Anodenlagenkante und eine Anodenlagendicke begrenzt sind, wobei die erste (190a) und die zweite (190b) Anodenlage eine Mehrzahl von Durchgangslöchern (202) aufweisen, die gebohrt sind, so dass sie sich zwischen der ersten und der zweiten Hauptfläche (186, 188), die einander entgegengesetzt sind, und durch die Anodenlagendicke der geätzten Anodenlage (185/190) erstrecken, und einer Oxidschicht, die über den freigelegten Flächen der Poren, der durchgeätzten Tunnel (192, 194) und der Durchgangslöcher (202) der ersten und der zweiten Lage und den Poren und durchgeätzten Tunneln der dritten Lage (185') liegt, eine Kathodenschicht (175), eine Trennschicht (180), die zwischen der Anodenschicht (170) und der Kathodenschicht (175) positioniert ist, und einen Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Lage (185') zwischen der ersten und der zweiten Lage (190a, b) positioniert ist.
Kondensator nach Anspruch 9, wobei die Mehrzahl von Anodenschichten, Kathodenschichten und Trennschichten gestapelt ist, um eine Elektrodenstapelanordnung zu bilden, bei der die Anodenschichten elektrisch miteinander gekoppelt sind und die Kathodenschichten elektrisch miteinander gekoppelt sind.
Kondensator nach Anspruch 10, weiter aufweisend: ein Kondensatorgehäuse mit einer Gehäuseinnenkammer zum Einschließen der Elektrodenstapelanordnung und des Elektrolyten, einen elektrischen Anodenkontakt, der sich von den gekoppelten Anodenschichten zu einem Anodenverbindungsanschluss außerhalb des Gehäuses erstreckt, und einen elektrischen Kathodenkontakt, der sich von den gekoppelten Kathodenschichten zum Außenbereich des Gehäuses erstreckt.
Kondensator nach Anspruch 10, wobei die Anodenschicht aus einer Mehrzahl der Anodenlagen gebildet ist, die so gestapelt sind, dass die ersten und zweiten Hauptanodenlagenflächen der benachbarten gestapelten Anodenlagen zumindest in teilweisem Kontakt sind.
Kondensator nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Mehrzahl von Durchgangslöchern mit einem verhältnismäßig gleichmäßigen Abstand voneinander angeordnet ist.
Kondensator nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die metallische Anodenlage eine Aluminiumfolie aufweist.
Kondensator nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die Mehrzahl von Durchgangslöchern durch eines aus der Gruppe gebildet ist, die aus Stanzen, mechanischem Bohren und Laserbohren ausgewählt ist.
Kondensator nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die Durchgangslöcher eine gleichmäßige Größe aufweisen und gleichmäßig beabstandet sind, um den äquivalenten Reihenwiderstand zu minimieren und die Kapazität zu maximieren.