WO2003075296A2 - Kondensator mit haftschicht am kathodenkontakt - Google Patents

Kondensator mit haftschicht am kathodenkontakt Download PDF

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    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004—Details
    • H01G9/008—Terminals
    • H01G9/012—Terminals specially adapted for solid capacitors

Definitions

  • the invention relates to an electrolytic capacitor with an anode body which is surrounded by a housing.
  • a cathode contact runs on the top of the anode body.
  • the anode body is a porous sintered body made of tantalum powder.
  • An anode contact protrudes from the inside of the anode body.
  • a cathode contact runs on the top of the anode body and is connected in an electrically conductive manner to the outside of the anode body.
  • the anode body is encapsulated in a plastic housing.
  • the known tantalum electrolytic capacitors have the disadvantage that bubbles often form between the housing and the cathode contact during the manufacture of the housing.
  • the formation of these bubbles is explained by a sudden change in the coefficient of thermal expansion of the epoxy thermosets usually used for extrusion coating in the area of the glass transition temperature of these thermosets. This glass temperature is reached when the anode body is overmolded with the plastic or even exceeded during this process. Due to the sudden, strong thermal expansion of the plastic mass, bubbles easily form on the upper side of the component, where the thickness of the housing is relatively small, which means that the housing layer located above the cathode contact detaches from it.
  • the plastics used for the encapsulation of the anode body usually contain an adhesion reducing agent in the form of waxes or in the form of phenols, which ensure that the plastic can easily be detached from the injection molding tool used for the encapsulation in the form of an injection mold after the encapsulation of the anode body.
  • Iron materials are usually used for injection molds. Accordingly, the adhesive reducers used in the plastic mass are suitable for reducing the adhesion of the plastic to iron surfaces.
  • the cathode contacts usually also contain iron, the adhesion of the housing to the surface of the cathode contact is also reduced.
  • Advantageous embodiments of the capacitor are the subject of the dependent subclaims.
  • a capacitor which has an anode body.
  • the anode body is surrounded by a housing. Furthermore, an anode contact is led out of the interior of the anode body, which protrudes from the inside of the anode body. Furthermore, the capacitor has a cathode contact running along the top of the anode body, which is coated with an adhesive layer.
  • the adhesion of the housing to the cathode contact can be improved and the risk of the formation of a bubble can thus be reduced.
  • the housing can contain an injection-moldable plastic, which offers the advantage that the housing can be easily and inexpensively manufactured in large quantities by injection molding.
  • the injection-moldable plastic can contain an agent that reduces the adhesion of the plastic to iron-containing surfaces.
  • an agent can be, for example, a wax or one or more phenols.
  • anode body By overmolding the anode body with an injection-moldable plastic, an anode body is obtained which is overmolded by the housing.
  • the cathode contact can advantageously be formed from the iron-containing material of a system carrier.
  • System carriers are advantageously used to make a large number of capacitors simple and inexpensive in large quantities manufacture.
  • the starting point is a ribbon-shaped system carrier, to which a large number of anode bodies are attached. After separation, the anode bodies are extrusion-coated with the injection-moldable plastic.
  • System carrier materials that consist of iron or at least contain iron are usually used. For example, it is possible to use a system carrier material that consists of iron / nickel steel.
  • the cathode contact can advantageously have the form of a sheet metal strip, as can be obtained from a system carrier in conventional processes.
  • a sheet metal strip also has the advantage that a relatively large contact area is available for contacting the cathode contact with the anode body of the capacitor.
  • the material for the adhesive layer can be, for example, silver, copper, tin or lead. In general, all materials are suitable that improve the adhesion of the cathode contact to the housing. When using a plastic which contains an agent which reduces the adhesion of the plastic to iron-containing surfaces, particular care must be taken to ensure that the adhesive layer covering the cathode contact contains little or no iron.
  • silver in particular is particularly well suited as a material for the adhesive layer.
  • Silver has the advantage that, on the one hand, it does not easily melt or volatilize the relatively high temperatures that occur during the operation of the capacitor and thus cannot escape from the capacitor. Furthermore, it has been shown that silver has sufficient bendability, which is necessary in order to bring the capacitor formed from the system carrier into its final shape by bending the cathode contact.
  • the adhesive layer can advantageously be applied galvanically to the cathode contact. Such a galvanic process has the advantage that a large number of cathode contacts or system carriers can be coated simultaneously in a single electroplating bath.
  • the adhesive layer advantageously has a thickness of 0.1 to 0.5 ⁇ m.
  • a thinner adhesive layer runs the risk of deteriorating the adhesion to the housing.
  • thicker adhesive layers have the disadvantage that high costs arise for their production.
  • the thickness of the housing over the cathode contact can be reduced, which makes it advantageous to design the capacitor such that the thickness of the housing over the cathode contact is 2 to 5 mm.
  • the figure shows an example of a capacitor in a schematic cross section.
  • the capacitor has an anode body 1 which is porous and which is produced by pressing a tantalum powder.
  • an anode contact 3 is in the form of a wire or in the form of a
  • This anode contact 3 protrudes from the inside of the anode body 1. Outwardly, the anode contact 3 is contacted with an anode terminal 6. This contact can be made, for example, by welding or soldering.
  • the anode connection 6 forms a soldering surface 8 by bending on the outside of the housing 2 on the underside of the housing 2.
  • the anode body 1 is from the housing 2 molded.
  • the housing 2 contains an injection-molded plastic, for example an epoxy thermoset, which in turn also contains adhesion-reducing agents in the form of waxes or phenols.
  • a cathode contact 4 is arranged on the top of the anode body 1 and is in electrical contact with the anode body 1.
  • the cathode contact 4 is attached to the top of the anode body 1 by gluing using silver conductive adhesive.
  • an adhesive layer 5 is arranged, which has a thickness d between 0.1 and 0.5 ⁇ m.
  • the thickness D of the housing 2 over the cathode contact 4 is 1 to 10 mm.
  • the cathode contact 4 is formed from a part of a lead frame and has the shape of a sheet which is bent around the housing 2 on the outside of the housing 2 and forms a soldering surface 8 on the underside of the housing 2.
  • the invention is not limited to tantalum electrolytic capacitors, but can be used with any type of valve metal-containing capacitors.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kondensator mit einem Anodenkörper (1), der von einem Gehäuse (2) umgeben ist, mit einem aus dem Innern des Anodenkörpers (1) herausragenden Anodenkontakt (3), und mit einem entlang der Oberseite des Anodenkörpers (1) verlaufenden Kathodenkontakt (4), der gehäuseseitig mit einer Haftschicht (5) beschichtet ist. Durch die Haftschicht ist die Gefahr der Bildung von Blasen und somit die Gefahr des Aufreissens des Gehäuses (2) vermindert.

Description

Beschreibung
Kondensator mit Haftschicht am Kathodenkontakt
Die Erfindung betrifft einen Elektrolytkondensator mit einem Anodenkorper, der von einem Gehäuse umgeben ist. Auf der Oberseite des Anodenkörpers verläuft ein Kathodenkontakt .
Aus der Druckschrift DE 198 46 936 Cl sind Kondensatoren der eingangs genannten Art bekannt, bei denen der Anodenkörper ein poröser Sinterkörper aus Tantalpulver ist . Aus dem Innern des Anodenkδrpers ragt ein Anodenkontakt heraus . Auf der Oberseite des Anodenkörpers verläuft ein Kathodenkontakt, der elektrisch leitend mit der Außenseite des Anodenkörpers ver- bunden ist. Der Anodenkörper ist von einem Kunststoffgeh use umspritzt .
Die bekannten Tantal-Elektrolytkondensatoren haben den Nachteil, daß sich bei der Herstellung des Gehäuses oft Blasen zwischen dem Gehäuse und dem Kathodenkontakt bilden. Die Entstehung dieser Blasen wird erklärt durch eine sprunghafte Änderung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der für das Umspritzen üblicherweise verwendet Epoxid-Duroplaste im Bereich der Glastemperatur dieser Duroplaste. Diese Glastempe- ratur wird beim Umspritzen des Anodenkörpers mit dem Kunststoff erreicht beziehungsweise während dieses Prozesses sogar noch übertroffen. Aufgrund der plötzlichen, starken thermischen Ausdehnung der Kunststoffmasse entstehen an der Oberseite des Bauelements, wo die Dicke des Gehäuses relativ ge- ring ist, leicht Blasen, das heißt, daß sich die über dem Kathodenkontakt befindliche Gehäuseschicht von diesem ablöst. In dem durch die Blasen gebildeten Hohlraum kann sich leicht Feuchtigkeit einlagern, die bei thermischer Beanspruchung des Kondensators durch schlagartiges Verdampfen zum Aufreißen des Gehäuses führen kann. Darüber hinaus kann das Gehäuse auch leicht an der Stelle der Blase bei äußeren mechanischen Beanspruchungen aufreißen. Ein weiterer Umstand begünstigt die Bildung der Blase. Die für das Umspritzen des Anodenkörpers verwendeten Kunststoffe enthalten üblicherweise einen Haftreduzierer in Form von Wachsen beziehungsweise in Form von Phenolen, die dafür sorgen, daß der Kunststoff sich nach dem Umspritzen des Anodenkörpers leicht aus dem für das Umspritzen verwendete Spritzgußwerkzeug in Form einer Spritzgußform ablösen läßt. Für Spritzgußformen werden üblicherweise Eisenwerkstoffe verwen- det. Dementsprechend sind die in der Kunststoffmasse verwendeten Haftreduzierer dafür geeignet, die Haftung des Kunststoffs auf Eisenoberflächen zu reduzieren. Da darüber hinaus üblicherweise auch die Kathodenkontakte Eisen enthalten, ist auch an der Oberfläche des Kathodenkontakts die Haftung des Gehäuses verringert.
Bislang wurde versucht, das Problem der Blasenbildung dadurch zu lösen, daß die Wandstärke des Gehäuses oberhalb des Kathodenkontakts mit relativ großer Dicke ausgeführt wurde. Eine dicke Wandstärke kann aufgrund ihrer mechanischen Stabilität die Bildung der Blase verhindern. Diese Maßnahme hat jedoch den Nachteil, daß sie die Volumenausnutzung des Kondensators, das heißt, die pro Volumen zur Verfügung stehende Kapazität verschlechtert .
Eine weitere Lösung des Problems, die bisher versucht wurde, besteht in einem weiteren Prozeßschritt, in dem das Gehäuse nachgehärtet wurde. Dieser Lösungsversuch hat den Nachteil, daß ein zusätzlicher Prozeßschritt notwendig wird, der die Herstellungskosten für das Bauelement erhöht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kondensator der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Gefahr des Abhebens des über dem Kathodenkontakt liegenden Gehäuseteils vermindert ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kondensator nach Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Kondensators sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
Es wird ein Kondensator angegeben, der einen Anodenkörper aufweist. Der Anodenkörper ist von einem Gehäuse umgeben. Desweiteren ist aus dem Inneren des Anodenkörpers ein Anodenkontakt herausgeführt, der aus dem Innern des Anodenkörpers herausragt. Desweiteren weist der Kondensator einen entlang der Oberseite des Anodenkörpers verlaufenden Kathodenkontakt auf, der mit einer Haftschicht beschichtet ist.
Durch das Vorsehen einer Haftschicht auf der Gehäuseseite des Kathodenkontakts kann die Haftung des Gehäuses am Kathoden- kontakt verbessert werden und mithin kann die Gefahr der Bildung einer Blase verringert werden.
Insbesondere kann das Gehäuse einem spritzgußfähigen Kunststoff enthalten, was den Vorteil bietet, daß das Gehäuse durch Spritzgießen einfach und kostengünstig in großen Stückzahlen herstellbar ist.
Darüber hinaus kann der spritzgußfähige Kunststoff ein Mittel enthalten, das die Haftung des Kunststoffs an eisenhaltigen Oberflächen reduziert. Ein solches Mittel kann beispielsweise ein Wachs oder auch eines oder mehrere Phenole sein. Durch ein solches Mittel wird es ermöglicht, mittels eisenhaltiger Spritzgußformen das Gehäuse des Kondensators herzustellen.
Durch Umspritzen des Anodenkorpers mit einem spritzgußfähigen Kunststoff erhält man einen Anodenkorper, der von dem Gehäuse umspritzt ist .
Der Kathodenkontakt kann vorteilhafterweise aus dem eisenhal- tigen Material eines Systemträgers gebildet sein. Systemträger werden vorteilhafterweise verwendet, um eine Vielzahl von Kondensatoren in großen Stückzahlen einfach und preiswert herzustellen. Dabei wird von einem bandförmigen Systemträger ausgegangen, an dem eine Vielzahl von Anodenkδrpern befestigt wird. Nach dem Vereinzeln werden die Anodenkörper mit dem spritzgußfähigen Kunststoff umspritzt. Üblicherweise werden Systemträgermaterialien verwendet, die aus Eisen bestehen oder zumindest eisenhaltig sind. Beispielsweise kommt es in Betracht, ein Systemträgermaterial zu verwenden, das aus Eisen-/Nickelstahl besteht.
Der Kathodenkontakt kann vorteilhafterweise die Form eines Blechstreifens aufweisen, wie er in üblichen Prozessen aus einem Systemträger gewonnen werden kann. Ein solcher Blechstreifen hat außerdem den Vorteil, daß für die Kontaktierung des Kathodenkontakts mit dem Anodenkorper des Kondensators eine relativ große Kontaktfläche zur Verfügung steht.
Als Material für die Haftschicht kommt es beispielsweise in Betracht, Silber, Kupfer, Zinn oder auch Blei zu verwenden. Generell sind sämtliche Materialien geeignet, die die Haftung des Kathodenkontakts zum Gehäuse verbessern. Bei Verwendung eines Kunststoffs, der ein Mittel enthält, welches die Haftung des Kunststoffs an eisenhaltigen Oberflächen reduziert, ist insbesondere darauf zu achten, daß die den Kathodenkontakt bedeckende Haftschicht wenig oder gar kein Eisen ent- hält.
Experimente mit bereits vor dem Vereinzeln mit einer Haft- schicht versehenen Systemträgern haben gezeigt, daß insbesondere Silber als Material für die Haftschicht besonders gut geeignet ist. Silber hat den Vorteil, daß es zum einen die beim Betrieb des Kondensators auftretenden relativ hohen Temperaturen nicht so leicht schmilzt oder sich verflüchtigt und damit auch nicht aus dem Kondensator austreten kann. Ferner hat es sich gezeigt, daß Silber eine ausreichende Biegefähig- keit aufweist, die erforderlich ist, um den aus dem Systemträger gebildeten Kondensator durch Biegen des Kathodenkontakts in seine endgültige Form zu bringen. Die Haftschicht kann vorteilhafterweise galvanisch auf dem Kathodenkontakt aufgebracht werden. Ein solcher galvanischer Prozeß hat den Vorteil, daß eine Vielzahl von Kathodenkontak- ten beziehungsweise Systemträgern gleichzeitig in einem einzigen Galvanikbad beschichtet werden können.
Vorteilhafterweise weist die Haftschicht eine Dicke von 0,1 bis 0,5 μm auf. Eine dünnere Haftschicht birgt die Gefahr, daß die Haftung zum Gehäuse verschlechtert wird. Insbesondere bei Verwendung von Silber für die Haftschicht haben dickere Haftschichten den Nachteil, daß für ihre Herstellung hohe Kosten entstehen.
Aufgrund des Vorsehens der Haftschicht auf der Gehäuseseite des Kathodenkontakts kann die Dicke des Gehäuses über dem Kathodenkontakt reduziert werden, wodurch es vorteilhaft ist, den Kondensator so auszuführen, daß die Dicke des Gehäuses über dem Kathodenkontakt 2 bis 5 mm beträgt .
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels und der dazugehörigen Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt beispielhaft einen Kondensator im schemati- sehen Querschnitt.
Der Kondensator weist einen Anodenkorper 1 auf, der porös ist und der durch Pressen eines Tantalpulvers hergestellt ist. Bei der Herstellung des Anodenkörpers 1 wird beispielsweise ein Anodenkontakt 3 in Form eines Drahtes oder in Form eines
Tantalbleches umpresst. Dieser Anodenkontakt 3 ragt aus dem Innern des Anodenkörpers 1 heraus. Nach außen hin ist der Anodenkontakt 3 mit einem Anodenanschluß 6 kontaktiert. Diese Kontaktierung kann beispielsweise durch Schweißen oder Löten erfolgen. Der Anodenanschluß 6 bildet durch Umbiegen an der Außenseite des Gehäuses 2 an der Unterseite des Gehäuses 2 eine Lötfläche 8. Der Anodenkörper 1 ist von dem Gehäuse 2 umspritzt. Das Gehäuse 2 enthält einen spritzgußf higen Kunststoff, beispielsweise ein Epoxid-Duroplast , welches seinerseits noch Haftreduzierer in Form von Wachsen oder Phenolen enthält . Auf der Oberseite des Anodenkörpers 1 ist ein Kathodenkontakt 4 angeordnet, der mit dem Anodenkörper 1 elektrisch kontaktiert ist . Die Befestigung des Kathodenkontaktes 4 auf der Oberseite des Anodenkörpers 1 erfolgt durch Kleben mittels Silberleitkleber.
Auf der Oberseite des Kathodenkontakts 4 ist eine Haftschicht 5 angeordnet, welche eine Dicke d zwischen 0,1 und 0,5 μm aufweist. Die Dicke D des Gehäuses 2 über dem Kathodenkontakt 4 beträgt 1 bis 10 mm. Der Kathodenkontakt 4 ist gebildet aus einem Teil eines Leadframes und hat die Form eines Blechs, welches auf der Außenseite des Gehäuses 2 um das Gehäuse 2 herumgebogen ist und auf der Unterseite des Gehäuses 2 eine Lötfläche 8 bildet.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Tantal -Elektrolytkon- densatoren, sondern ist bei jeder Art von ventilmetallhaltigen Kondensatoren anwendbar.
Bezugszeichenliste
1 Anodenkörper
2 Gehäuse
3 Anodenkontakt
4 Kathodenkontakt
5 Haf schicht
6 Anodenanschluß
8 Lötfläche d Dicke der Haftschicht
D Dicke des Gehäuses

Claims

Patentansprüche
1. Kondensator mit
- einem Anodenkörper (1) , der von einem Gehäuse (2) umgeben ist,
- mit einem aus dem Innern des Anodenkörpers (1) herausragenden Anodenkontakt (3) , und
- mit einem entlang der Oberseite des Anodenkorpers (1) verlaufenden Kathodenkontakt (4) , der gehauseseitig mit einer Haftschicht (5) beschichtet ist.
2. Kondensator nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse (2) einen spritzgußfähigen Kunststoff enthält .
3. Kondensator nach Anspruch 2 , bei dem der spritzgußfähige Kunststoff ein Mittel enthält, das die Haftung des Kunststoffs an eisenhaltigen Oberflächen reduziert .
4. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Anodenkörper (1) von dem Gehäuse (2) umspritzt ist .
5. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Kathodenkontakt (4) aus eisenhaltigem Material eines Systemträgers gebildet ist .
6. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Kathodenkontakt (4) die Form eines Blechstreifens aufweist .
7. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die HaftSchicht (5) galvanisch auf dem Kathodenkon- takt (4) aufgebracht ist.
8. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die HaftSchicht (5) eine Dicke (d) von 0,1 bis 0,5 μm aufweist .
9. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Haftschicht (5) Silber enthält.
10. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Dicke (D) des Gehäuses (2) über dem Kathodenkontakt (4) 2 bis 5 mm beträgt.
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