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Dokumentenidentifikation DE102005007583A1 24.08.2006
Titel Verfahren zur Herstellung eines Anodenkörpers und Anodenkörper
Anmelder EPCOS AG, 81669 München, DE
Erfinder Knabe, Willy, Dr., 89522 Heidenheim, DE;
Zillgen, Holger, Dr., 89564 Nattheim, DE;
Hahn, Dieter, 89522 Heidenheim, DE
Vertreter Epping Hermann Fischer, Patentanwaltsgesellschaft mbH, 80339 München
DE-Anmeldedatum 18.02.2005
DE-Aktenzeichen 102005007583
Offenlegungstag 24.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.08.2006
IPC-Hauptklasse H01G 9/052(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B22F 1/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenkörpers (201, 202, 203), bei dem ein Anodenableiter (21) in eine metallhaltige Formmasse eingetaucht wird und anschließend die am Anodenableiter nach dem Eintauchen haftende Formmasse gesintert wird. Mit der Erfindung gelingt es, einen besonders flachen Kondensator mit einem großen CV-Wert und gleichzeitig einem niedrigen ESR-Wert bereitzustellen.

Beschreibung[de]

Es wird beschrieben ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenkörpers bzw. eines Kondensatorelements für einen elektrischen Kondensator.

Aus den Druckschriften DE 10057488 A1 und DE 20203300 A1 sind z. B. Tantal- oder Niob-Kondensatoren bekannt. Das Kondensatorelement weist einen Anodenkörper mit einem daraus herausragenden Anodenableiter, eine dielektrische Schicht und eine Kathodenschicht auf.

Eine zu lösende Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Anodenkörpers für einen Kondensator anzugeben, der besonders kompakt ausgeführt ist.

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von einem stabförmigen Anodenkörper angegeben, bei dem zunächst ein Anodenableiter sowie eine zur Ausbildung eines Anodenkörpers geeignete Formmasse bereitgestellt wird. Die Formmasse enthält vorzugsweise ein metallhaltiges Pulver und einen Binder, wobei der Binderanteil vorzugsweise mindestens 1 Gewichtsprozent, in einer Variante mindestens 30 Gewichtsprozent beträgt. Die Formmasse kann z. B. Tantalpartikel enthalten. Der Anodenableiter wird in die Formmasse (ggf. mehrfach) eingetaucht, und die am Anodenableiter nach dem Herausnehmen haftende Formmasse gesintert.

Die am Anodenableiter haftende Formmasse kann vor dem Sintern vorzugsweise – z. B. durch Pressen – zu einem in einer vorteilhaften Variante quaderförmigen Stab geformt werden. Die am Anodenableiter haftende Formmasse kann in einer Variante vor dem Sintern – z. B. durch Wälzen des Anodenableiters mit der an ihm haftenden Formmasse gegen eine harte Unterlage – zu einem zylinderförmigen Stab geformt werden.

Unter einem Stab ist ein Körper zu verstehen, bei dem das Verhältnis seiner Länge zu seiner Querschnittsgröße mindestens den Faktor 2 beträgt. Die Verwendung mehrerer stabförmiger Anodenkörper anstelle nur eines Anodenkörpers in einem Kondensatorgehäuse hat den Vorteil, dass dadurch die von außen kontaktierbare Oberfläche des Anodenkörpers bzw. des entsprechenden Kapazitätselements vergrößert wird.

In einer vorteilhaften Variante wird eine Formmasse mit einem geringen Binderanteil, z. B. kleiner als 10% verwendet. In einer Variante wird die Formmasse sogar in Form eines losen bzw. trockenen – d. h. keinen Binder enthaltenden – Metallpulvers bereitgestellt.

Der Anodenableiter wird zunächst durch das Eintauchen in einen Binder angefeuchtet und danach in das Metallpulver eingetaucht, wobei die Metallpartikel an allen Seiten des angefeuchteten Stabs kleben bleiben. Die Metallpartikel werden durch den Binder angefeuchtet bzw. vermischen sich mit dem Binder und bilden dabei eine Lage der am Anodenableiter haftenden Formmasse. Es ist vorteilhaft, den Anodenableiter mit den daran klebenden Metallpartikeln nochmals in den Binder und danach in das Metallpulver bzw. in die Formmasse mit dem geringen Binderanteil (ggf. mehrfach abwechselnd) einzutauchen. Dabei werden am Anodenableiter weitere Lagen der Formmasse übereinander gebildet, die zusammen den späteren Anodenkörper bilden. Nach dem Formen der Formmasse wird der Anodenkörper gesintert.

In einer Variante ist eine nasschemische Abscheidung von Metallpartikeln am Anodenableiter aus einer Emulsion möglich. Die Emulsion enthält ein geeignetes flüssiges Lösungsmittel, in dem die Metallpartikel schweben. Ein anschließendes Formen des Anodenkörpers ist in diesem Fall nicht zwangsläufig erforderlich.

Vorzugsweise wird auf die innere und äußere Oberfläche des gesinterten porösen Anodenkörpers, z. B. in einem nasschemischen Verfahren, eine dielektrische Schicht (vorzugsweise eine Oxidschicht) und darauf eine – die Gegenelektrode bzw. die Kathodenschicht bildende – Metallschicht aufgetragen. Der Anodenkörper, der Anodenableiter und die Kathodenschicht bilden zusammen eine stabförmige Kapazität, die in einem Kondensator eingesetzt werden kann.

Vorzugsweise werden in einem Gehäuse mehrere Kondensatorelemente (Kapazitäten) nebeneinander angeordnet. Die Kondensatorelemente werden dabei anoden- und kathodenseitig verbunden und durch ein Gehäuse umschlossen. Die aus dem Gehäuse herausragenden Anschlüsse werden so geformt, dass eine elektrische Kontaktierung ermöglicht ist.

Verschiedene im gemeinsamen Gehäuse angeordneten Kondensatorelemente sind vorzugsweise im Gehäuseinneren elektrisch miteinander verbunden, beispielsweise in einer bevorzugten Variante parallel miteinander verschaltet. Damit gelingt es, einen besonders flachen Kondensator mit einem großen CV-Wert und gleichzeitig einem niedrigen ESR-Wert bereitzustellen.

Die in derselben Höhe angeordneten Anodenableiter, die den verschiedenen, in einer Reihe angeordneten Kondensatorelementen zugeordnet sind, können jeweils z. B. durch Löten fest mit einem gemeinsamen Anodenanschluss verbunden werden. Auch die außen liegenden Kathodenschichten verschiedener, in einer Reihe angeordneter Kondensatorelementen können jeweils fest mit einem gemeinsamen Kathodenanschluss verbunden werden.

Im folgenden wird ein Kondensator und ein Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen anhand schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellungen verschiedene Ausführungsbeispiele. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen schematisch

1 eine perspektivische Vorderansicht eines Kondensators mit mehreren stabförmigen Anodenkörpern, deren Anodenableiter Drähte darstellen;

2 eine perspektivische Vorderansicht bzw. den Aufbau des Kondensators, dessen Anodenkörper streifenförmige Anodenableiter aufweisen, von unten.

3A, 3B Verfahrensschritte bei der Herstellung eines stabförmigen Anodenkörpers.

In 1 ist ein im oben beschriebenen Verfahren hergestellter Kondensator gezeigt. Der Kondensator weist ein Gehäuse 10 und mehrere in diesem Gehäuse nebeneinander angeordnete Kondensatorelemente auf. Das Gehäuse 10 ist vorzugsweise in einem Spritzgussverfahren aus einem spritzgussfähigen Kunststoff hergestellt. Jedem Kondensatorelement entspricht ein eigener Anodenkörper 201, 202 und 203. Der Anodenkörper 201, 202, 203 ist beispielsweise ein poröser Sinterkörper aus Tantalpulver. Aus dem Inneren des Anodenkörpers ist ein Anodenableiter 21 herausgeführt. Der Anodenableiter 21 ist fest mit einem Anodenanschluss 11 des Kondensators verbunden.

Das Verhältnis der Länge des Anodenkörpers zu seiner Querschnittsgröße beträgt vorzugsweise mindestens Faktor 2.

Die Kondensatorelemente werden in einer Reihe angeordnet, anodenseitig mit einem gemeinsamen Anodenanschluss 11 und kathodenseitig mit einem gemeinsamen Kathodenanschluss 12 des Kondensators elektrisch bzw. mechanisch fest verbunden.

Vorzugsweise auf der gesamten Oberfläche des Anodenkörpers wird eine hier nicht gezeigte dielektrische Schicht erzeugt, auf der eine elektrisch leitende Kathodenschicht 22 aufgebracht wird, die mit einem Kathodenanschluss 12 des Kondensators fest verbunden wird.

Die den verschiedenen Kondensatorelementen zugeordneten Anodenkörper 201, 202 und 203 werden in einer Reihe angeordnet, so dass die Anodenableiter 21 der in einer Reihe angeordneten Kondensatorelemente auf eine Ebene gebracht werden. Alle Anodenableiter werden mit einem einzigen Anodenkontakt 11 fest verbunden, siehe 2. Auch alle Kathodenschichten 22 verschiedener Kondensatorelemente werden fest mit einem einzigen Kathodenkontakt 12 verbunden.

Die in 1 gezeigten Anodenableiter stellen aus dem Anodenkörper herausragenden Drähte bzw. Stäbe dar. Die Anodenableiter können in einer anderen, in 2 vorgestellten Variante bandförmig ausgebildet sein. Die stabförmigen Anodenkörper 201 bis 203 haben in den 1 und 2 einen rechteckigen, quadratischen, kreisförmigen oder andersartigen Querschnitt. Möglich ist es auch, die stabförmigen Anodenkörper zylinderförmig auszubilden.

3A zeigt eine Formmasse 3, die ein mit einem Binder (z. B. Kampfer) vermischtes metallhaltiges Pulver enthält. Das Pulver kann insbesondere Tantalpartikel enthalten. Der stab- oder bandförmige Anodenableiter 21 wird mindestens einmal, vorzugsweise aber mehrmals in die Formmasse eingetaucht, was in der Figur mit den Pfeilen angedeutet ist.

3B zeigt den Anodenableiter 21 mit der daran haftenden Formmasse 31, die nun z. B. durch ein in dieser Figur nicht gezeigtes Werkzeug zu einem vorzugsweise symmetrischen Anodenkörper geformt werden soll. Auf den Anodenkörper wird nach dem Sintern eine dielektrische Schicht aufgebracht. Auf die dielektrische Schicht wird eine elektrisch leitende oder halbleitende Schicht aufgetragen, die eine Kathodenschicht bildet.

Kondensator und Verfahren wurden zwar anhand nur weniger Ausführungsbeispiele dargestellt. Sie sind allerdings auf diese oder bestimmte Anwendungsbereiche nicht beschränkt. Als Material für den Anodenkörper können beliebige geeignete Legierungen oder Ventilmetalle eingesetzt werden. Kondensatoren können insbesondere Chipkondensatoren, z. B. Tantal- oder Niob-Kondensatoren sein. Das Verfahren kann aber auch für beliebige weitere elektrische Bauelemente eingesetzt werden.

10Gehäuse 11Anodenanschluss des Kondensators 12Kathodenanschluss des Kondensators 201,202,203Anodenkörper 21Anodenableiter 22Kathodenschicht 3Formmasse 31am Anodenableiter haftende Formmasse

Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung von einem stabförmigen Anodenkörper (201, 202, 203),

    bei dem ein Anodenableiter (21) bereitgestellt wird,

    bei dem eine zur Ausbildung eines Anodenkörpers (201, 202, 203) geeignete Formmasse bereitgestellt wird,

    bei dem der Anodenableiter (21) in die Formmasse eingetaucht wird,

    bei dem die am Anodenableiter (21) nach dem Eintauchen haftende Formmasse gesintert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die am Anodenableiter (21) haftende Formmasse vor dem Sintern zu einem Stab geformt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Formmasse durch Pressen zum Stab geformt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die am Anodenableiter (21) haftende Formmasse vor dem Sintern zu einem zylinderförmigen Stab geformt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Formmasse durch Wälzen des Anodenableiters (21) mit der an ihm haftenden Formmasse gegen eine harte Unterlage zum zylinderförmigen Stab geformt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine Formmasse verwendet wird, die ein metallhaltiges Pulver und einen Binder enthält, wobei der Binderanteil mindestens 1% beträgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem als Anodenableiter (21) ein Draht verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Formmasse bereitgestellt wird, die ein Metallpulver und einen geringen Binderanteil zwischen 0 und 10% enthält.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Anodenableiter (21) mehrfach abwechselnd in den Binder und in die Formmasse eingetaucht wird.
  10. Verfahren zur Herstellung von einem stabförmigen Anodenkörper,

    bei dem ein Anodenableiter (21) bereitgestellt wird,

    bei dem eine Emulsion mit in einem flüssigen Lösungsmittel schwebenden Metallpartikeln bereitgestellt wird,

    bei dem der Anodenableiter (21) in die Emulsion eingetaucht wird, wobei die Metallpartikel am Anodenableiter nasschemisch abgeschiedenen werden, wobei ein Anodenkörper gebildet wird, der danach gesintert wird.
  11. Anodenkörper für einen Festelektrolytkondensator, wobei der Anodenkörper (201, 202, 203) stabförmig ausgebildet ist.
  12. Anodenkörper nach Anspruch 11, wobei das Verhältnis seiner Länge zu seiner Querschnittsgröße mindestens Faktor 2 beträgt.
  13. Anodenkörper nach Anspruch 11 oder 12, wobei aus seinem Inneren ein Anodendraht herausragt.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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