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Hintergrund der Erfindung
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Kondensatoren
mit festem Elektrolyten, wie z. B. Tantal-Kondensatoren, sind traditionell
bekannt für ihren hohen Kapazitätswert und ihre
Kompaktheit. In solchen Kondensatoren werden oft Sicherungen eingesetzt,
um bei Überstrom-Bedingungen einen Brand zu verhindern.
Eine typische Sicherungsanordnung verwendet einen kleinen leitfähigen
Draht, der als Reaktion auf einen zu großen elektrischen
Strom durchschmilzt. Typischerweise wird ein Ende der Sicherung
an einen Rand der leitfähigen Metallfolie eines Elektrolytkondensator-Elementes
gelötet, und das andere Ende der Sicherung wird an eine
Metall-Sammelschiene gelötet. Wenn ein Elektrolytkondensator-Element
ausfällt, tritt ein Kurzschluss auf, durch den sich die
im Stromkreis gespeicherte Energie entladen kann. Die Sicherung
schmilzt als Reaktion auf den durch dieses Entladen hervorgerufenen
zu großen Strom durch, wodurch die elektrische Verbindung
zwischen dem ausgefallenen Element und der Sammelschiene unterbrochen
wird.
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Ein
Problem bei solchen konventionellen abgesicherten Kondensatoren
ist es, dass sie nicht mehr in der gewünschten Weise funktionieren.
Zur Lösung dieser Probleme wurden Bestrebungen unternommen, Kondensatoren
zu entwickeln, die rücksetzbare Sicherungen verwendeten.
Zum Beispiel beschreibt das
U.S. Patent
No. 6,882,520 an Kamigawa et al. Kondensatoren mit festem
Elektrolyten, die eine stromsteuernde Schicht enthalten, die aus
einem isolierenden Polymer (z. B. Polyethylen) mit beigemischten
leitfähigen Partikeln (z. B. Ruß) besteht. Solche
Materialien werden oft als Polymersicherungen mit positivem Temperaturkoeffizienten
(„PPTC-Sicherungen”) be zeichnet Bei einer Temperatur,
wie sie bei einer Stromüberlastung auftritt, ist eine PPTC-Sicherung
so ausgelegt, dass sie sich ausdehnt und die Leitpfade zwischen
den leitfähigen Partikeln unterbricht. Beim Abkühlen
kann sich die Sicherung zusammenziehen, um den Stromkreis zu schließen, was
die Sicherung zumindest teilweise „rücksetzbar” macht.
Leider sind Kondensatoren mit rücksetzbarer Sicherung,
wie bei Kamigawa et al. beschrieben, für die Verwendung
in vielen kommerziellen Anwendungen noch nicht vollkommen zufriedenstellend.
Ohne sich durch Theorie einschränken zu wollen, nehmen
die Erfinder der vorliegenden Anmeldung an, dass eins der Probleme
bei solchen Kondensatoren darin besteht, dass das zum Einkapseln
des Elektrolytkondensators verwendete Kunstharz das Ausdehnen der
rücksetzbaren Sicherung in solchem Ausmaß einschränkt,
dass sie nicht mit voller Leistungsfähigkeit funktioniert.
Weiter können die durch die Ausdehnung der Sicherung hervorgerufenen
thermischen Spannungen auch zum Bilden von Defekten im Vergussharz
führen.
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Daher
besteht zur Zeit Bedarf für eine verbesserte Elektrolytkondensator-Anordnung,
die eine rücksetzbare Sicherung umfasst.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einer
Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine abgesicherte
Elektrolytkondensator-Anordnung offengelegt. Die Elektrolytkondensator-Anordnung
umfasst ein Elektrolytkondensator-Element, das eine Anode und einen
festen Elektrolyten enthält, der die Anode überzieht,
wobei sich ein Anoden-Anschlussdraht von der Anode weg erstreckt;
eine elektrisch mit dem Elektrolytkondensator-Element verbundene rücksetzbare
Sicherung, wobei die rücksetzbare Sicherung ein Material
mit positivem Temperaturkoeffizienten („PTC”)
enthält; ein spannungsabsorbierendes Material, das zumindest
einen Teil der rücksetzbaren Sicherung bedeckt; einen Katodenanschluss,
der elektrisch mit dem festen Elektrolyten verbunden ist; einen
Anoden-Anschluss, der elektrisch mit dem Anoden-Anschlussdraht verbun den
ist; und ein Gehäuse, das das Elektrolytkondensator-Element
und die rücksetzbare Sicherung einkapselt und mindestens
einen Teil der Anoden- und Katodenanschlüsse offen lässt.
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Gemäß einer
anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein
Verfahren zum Ausbilden einer abgesicherten Elektrolytkondensator-Anordnung
offen gelegt. Die Methode umfasst das Bereitstellen eines Elektrolytkondensator-Elements,
das eine Anode und einen festen Elektrolyten enthält, der
die Anode überzieht, wobei sich ein Anoden-Anschlussdraht
von der Anode weg erstreckt; das Herstellen einer elektrischen Verbindung
des festen Elektrolyten mit einem Katodenanschluss; das Herstellen
einer elektrischen Verbindung des Anoden-Anschlussdrahtes mit einem
Anodenanschluss; das Herstellen einer elektrischen Verbindung einer
rücksetzbaren Sicherung mit dem Elektrolytkondensator-Element,
wobei die rücksetzbare Sicherung ein Material mit positivem
Temperaturkoeffizienten („PTC”) enthält;
das Bedecken zumindest eines Teils der rücksetzbaren Sicherung
mit einem spannungsabsorbierenden Material; und das Einkapseln des
Elektrolytkondensator-Elements und der rücksetzbaren Sicherung,
sodass mindestens ein Teil der Anoden- und Katoden-Anschlüsse
offen bleiben.
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Andere
Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nachstehend
detaillierter dargelegt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Eine
vollständige und erhellende Darlegung der vorliegenden
Erfindung einschließlich deren bester Form, die sich an
jemanden mit gewöhnlichem Fachwissen richtet, wird insbesondere
im Rest der Spezifikation gegeben, der sich auf die beigefügten
Figuren bezieht, in denen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer abgesicherten Kondensatoranordnung
gemäß einer Ausführung der vorliegenden
Erfindung ist;
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2–7 verschiedene
Schritte illustrieren, die zur Herstellung der abgesicherten Kondensatoranordnung
von 1 verwendet werden können; und
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8 ein
Schaltbild des Schaltrelais ist, das zum Prüfen der Kondensatoren
der Beispiele verwendet wurde.
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Der
wiederholte Gebrauch von Referenzzeichen in der vorliegenden Spezifikation
und den Zeichnungen soll dieselben oder analoge Merkmale oder Elemente
der Erfindung darstellen.
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Detaillierte Beschreibung
repräsentativer Ausführungsformen
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Es
ist von jemandem mit gewöhnlichem Fachwissen zu verstehen,
dass die vorliegende Diskussion nur eine Beschreibung von beispielhaften
Ausführungsformen ist und nicht als Beschränkung
der breiteren Aspekte der vorliegenden Erfindung gedacht ist. Diese
breiteren Aspekte sind im beispielhaften Aufbau enthalten.
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Allgemein
ausgedrückt, ist die Erfindung auf eine abgesicherte Elektrolytkondensator-Anordnung
gerichtet, die verbesserte Leistungsdaten in einem praktischen und
Platz sparenden Gehäuse bietet. Spezieller enthält
die abgesicherte Elektrolytkondensator-Anordnung ein Elektrolytkondensator-Element
und eine rücksetzbare Sicherung, die in einem Gehäuse
enthalten sind. Die Kondensatoranordnung enthält auch ein
spannungsabsorbierendes Material, das angrenzend an die und in Kontakt
mit der rücksetzbaren Sicherung positioniert ist. Durch
Auswahl eines spannungsabsorbierenden Materials mit einem bestimmten
Modul und einem bestimmten Grad an Eigenflexibilität glauben
die Erfinder der vorliegenden Anmeldung, dass sich die rücksetzbare
Sicherung bei Belastung mit zu hohem Strom besser zu ihrer vollen
Fähigkeit ausdehnen kann. Auf diese Weise kann die rücksetzbare
Sicherung beim Gebrauch besser funktionieren. Diesbezüglich
werden nun verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung in größerer Ausführlichkeit
beschrieben.
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I. Elektrolytkondensator-Element
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Das
Elektrolytkondensator-Element kann unter Verwendung einer Vielzahl
von Techniken ausgebildet werden. Zum Beispiel enthält
das Elektrolytkondensator-Element typischerweise eine Anode, die
aus einer Ventilmetall-Legierung besteht. Die Ventilmetallzusammensetzung
kann eine hohe spezifische Ladung von ungefähr 5 000 μF·V/g
oder mehr, in manchen Ausführungen ungefähr 25
000 μF·V/g oder mehr, in manchen Ausführungen
ungefähr 40 000 μF·V/g oder mehr und
in manchen Ausführungen ungefähr 70 000 μF·V/g
bis ungefähr 200 000 μF·V/g oder mehr
haben. Die Ventilmetallzusammensetzung enthält ein Ventilmetall
(d. h. ein Metall, das oxidiert werden kann) oder eine auf einem
Ventilmetall basierende Verbindung, wie z. B. Tantal, Niob, Aluminium,
Hafnium, Titan, Legierungen davon, Oxide davon, Nitride davon und
so weiter. Zum Beispiel kann die Ventilmetallzusammensetzung ein
elektrisch leitfähiges Oxid von Niob, wie etwa Nioboxid,
enthalten, das ein Atomverhältnis von Niob zu Sauerstoff
von 1:1,0 ± 1,0, in einigen Ausführungen 1:1,0 ± 0,3,
in einigen Ausführungen 1:1,0 ± 0,1 und in einigen
Ausführungen 1:1,0 ± 0,05 besitzt. Zum Beispiel
kann das Niobiumoxid NbO
0,7, NbO
1,0, NbO
1,1 und NbO
2 sein. In einer bevorzugten Ausführung
enthält die Zusammensetzung NbO
1,0,
ein leitfähiges Nioboxid, das selbst nach dem Sintern bei
hohen Temperaturen chemisch stabil bleiben kann. Beispiele für
solche Ventilmetalloxide sind in den
US-Patenten
Nr. 6,322,912 an Fife;
6,391,275 an
Fife et al.;
6,416,730 an
Fife et al.;
6,527,937 an
Fife;
6,576,099 an Kimmel
et al.;
6,592,740 an
Fife et al.;
6,639,787 an
Kimmel et al. und
7,220,397 an
Kimmel et al. beschrieben, sowie den US-Patentanmeldungen Nr. 2005/0019581
an Schnitter; 2005/0103638 an Schnitter et al. und 2005/0013765
an Thomas et al., die hier in ihrer Gesamtheit für alle
Zwecke als Referenz mit aufgenommen werden.
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Zum
Ausbilden der Anode können im Allgemeinen herkömmliche
Herstellungsverfahren verwendet werden. In einer Ausführung
wird zunächst ein Tantal- oder Nioboxid-Pulver ausgewählt,
das eine bestimmte Teilchengröße hat. Zum Beispiel
können die Teilchen flockig, kantig, knollenförmig
und Mischungen oder Abwandlungen davon sein. Die Teilchen weisen
auch typischerweise eine Siebgrößenverteilung
von mindestens etwa 60 mesh (Korngröße ca. 0,27
mm), in einigen Ausführungen von etwa 60 (ca. 0,27 mm)
bis etwa 325 mesh (ca. 0,05 mm) und in einigen Ausführungen
von etwa 100 (ca. 0,16 mm) bis etwa 200 mesh (ca. 0,08 mm) auf.
Weiter beträgt die spezifische Oberfläche etwa
0,1 bis etwa 10,0 m2/g, in einigen Ausführungen
etwa 0,5 bis etwa 5,0 m2/g und in einigen
Ausführungen etwa 1,0 bis etwa 2,0 m2/g.
Der Begriff „spezifische Oberfläche” bezieht
sich auf die Oberfläche, die mit der Methode der
physikalischen Gasadsorption (B. E. T.) nach Braunquer, Emmet und
Teller, Journal of American Chemical Society, Vol. 60, 1938, S.
309, mit Stickstoff als Adsorptionsgas bestimmt wird. Ebenso
liegt die Massendichte (oder Scott-Dichte) zwischen etwa 0,1 und
etwa 5,0 g/cm3, in einigen Ausführungen
zwischen etwa 0,2 und etwa 4,0 g/cm3 und
in einigen Ausführungen zwischen etwa 0,5 und etwa 3,0
g/cm3.
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Zur
Erleichterung der Ausbildung der Anode können den elektrisch
leitfähigen Teilchen andere Bestandteile zugefügt
werden. Zum Beispiel können die elektrisch leitfähigen
Teilchen wahlfrei mit einem Bindemittel und/oder Gleitmittel vermischt
werden, um zu gewährleisten, dass die Teilchen ausreichend
aneinander haften, wenn sie zum Ausbilden des Anodenkörpers
gepresst werden. Geeignete Bindemittel können Kampfer, Stearin-
und andere seifige Fettsäuren, Carbowax (Union Carbide),
Glyptal (General Electric), Polyvinylalkohole, Naphthalin, Pflanzenwachs
und Mikrowachse (aufgereinigte Paraffine) sein. Das Bindemittel
kann in einem Lösungsmittel gelöst und verteilt
sein. Zu beispielhaften Lösungsmitteln können
Wasser, Alkohole und so weiter gehören. Wenn sie eingesetzt
werden, kann der Prozentsatz der Binde- und/oder Gleitmittel von
ungefähr 0,1% bis ungefähr 8% des Gewichts der
Gesamtmasse variieren. Es sollte jedoch verstanden werden, dass
in der vorliegenden Erfindung Binde- und Gleitmittel nicht erforderlich
sind.
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Nach
seiner Herstellung kann das resultierende Pulver mit einer beliebigen
herkömmlichen Pulver-Pressform verdichtet werden. Zum Beispiel
kann die Pressform eine Verdichtungspresse mit einer Station sein,
bei der eine Pressform und ein oder mehrere Stempel benutzt werden.
Alternativ dazu können Verdichtungs-Pressformen vom Amboss-Typ
benutzt werden, bei denen nur eine Pressform und ein einziger Unterstempel
benutzt werden. Verdichtungspressen mit Einzelstation stehen in
verschiedenen Grundtypen zur Verfügung, wie z. B. Nocken-,
Kniehebelpressen und Exzenter-/Kurbel-Pressen mit unterschiedlichen
Eigenschaften, wie einfach wirkend, doppelt wirkend, gleitender
Pressform, beweglicher Platte, entgegenwirkendem Kolben, Schrauben-,
Schlag-, Heißpressen, Prägen oder Maßprägen.
Das Pulver kann um einen Anodendraht verdichtet werden (z. B. einen
Tantal-Draht). Es muss weiterhin erkannt werden, dass der Anodendraht
alternativ dazu nach dem Pressen und/oder Sintern des Anodekörpers
am Anodenkörper befestigt (z. B. angeschweißt)
werden kann. Nach dem Pressen können alle Binde-/Gleitmittel
entfernt werden, indem der Pressling im Vakuum mehrere Minuten auf
eine bestimmte Temperatur erhitzt wird (z. B. von ungefähr
150°C auf ungefähr 500°C). Alternativ
können die Binde-/Gleitmittel auch entfernt werden, indem
der Pressling mit einer wässrigen Lösung in Kontakt
gebracht wird, zum Beispiel wie in dem Bishop et al. erteilten
US-Patent Nr. 6,197,252 beschrieben,
das hier für alle Zwecke in seiner Gesamtheit als Referenz
mit aufgenommen wird. Danach wird der Pressling gesintert, um eine
poröse Gesamtmasse zu bilden. Zum Beispiel kann in einer
Ausführung der Pressling bei einer Temperatur von ungefähr
1200°C bis ungefähr 2000°C und in einigen
Ausführungen von ungefähr 1500°C bis
ungefähr 1800°C im Vakuum gesintert werden. Beim
Sintern schrumpft der Pressling, weil Bindungen zwischen den Teilchen
wachsen. Zusätzlich zu den oben beschriebenen Techniken kann
jedes andere Verfahren zum Ausbilden des Anodenkörpers
gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt werden,
wie z. B. in dem
US-Patent 4,085,435 an
Galvagni,
4,945,452 an
Sturmer et al.,
5,198,968 an
Galvagni,
5,357,399 an
Salisbury,
5,394,295 an
Galvagni et al.,
5,495,386 an
Kulkarni und
6,322,912 an
Fife beschrieben, die hier für alle Zwecke in ihrer Gesamtheit
als Referenz mit aufgenommen werden.
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Obwohl
nicht erforderlich, kann die Dicke der Anode gewählt werden,
um die elektrische Leistungsfähigkeit des Kondensators
zu verbessern. Zum Beispiel kann die Dicke der Anode ungefähr
4 Millimeter oder weniger betragen, in manchen Ausführungen
ungefähr 0,2 bis ungefähr 3 Millimeter und in
manchen Ausführungen ungefähr 0,4 bis ungefähr
1 Millimeter. Auch die Form der Anode kann gewählt werden,
um die elektrischen Eigenschaften des resultierenden Kondensators
zu verbessern. Zum Beispiel kann die Anode eine Form haben, die
bogenförmig, sinusförmig, rechteckig, U-förmig,
V-förmig, usw. ist. Die Anode kann auch eine „gerillte” Form
haben, die eine oder mehrere Rillen, Fugen, Furchen oder Einbuchtungen
enthält, um das Verhältnis von Oberfläche
zu Volumen zu erhöhen und dadurch den ESR zu minimieren
und den Frequenzgang der Kapazität zu erweitern. Solche „gerillten” Anoden
werden zum Beispiel in den
US-Patenten
Nr. 6,191,936 an Webber et al.,
5,949,639 an Maeda et al. und
3,345,545 an Bourgault et
al., sowie in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr.
2005/0270725 an Hahn et al. beschrieben, die hier für alle
Zwecke in ihrer Gesamtheit als Referenz mit aufgenommen werden.
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Nach
der Formung kann die Anode anodisch oxidiert werden, sodass eine
dielektrische Schicht über und/oder innerhalb der Anode
gebildet wird. Anodisches Oxidieren ist ein elektrochemischer Prozess,
mit dem die Anode oxidiert wird, um ein Material zu bilden, das
eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante hat. Zum Beispiel
kann eine Anode aus Niobiumoxid (NbO) ano disch oxidiert werden,
um Niobiumpentoxid (Nb2O5)
zu bilden. Typischerweise wird das anodische Oxidieren durchgeführt,
indem anfänglich ein Elektrolyt an die Anode gebracht wird,
wie etwa durch Tauchen der Anode in den Elektrolyten. Der Elektrolyt
liegt im Allgemeinen in Form einer Flüssigkeit, wie einer
Lösung (z. B. wässrig oder nicht-wässrig),
einer Dispersion, einer Schmelze usw. vor. Im Allgemeinen wird im
Elektrolyten ein Lösungsmittel verwendet, wie etwa Wasser
(z. B. entionisiertes Wasser), Ether (z. B. Diethylether und Tetrahydrofuran),
Alkohole (z. B. Methanol, Ethanol, N-Propanol, Isopropanol und Butanol),
Triglyceride, Ketone (z. B. Aceton, Methylethylketon und Methylisobutylketon),
Ester (z. B. Ethylacetat, Butylacetat, Diethylen-Glycoletheracetat
und Methoxypropylacetat), Amide (z. B. Dimethylformamid, Dimethylacetamid,
Dimethylcapryl-/caprin-Fettsäureamid und N-Alkylpyrrolidone),
Nitrile (z. B. Acetonitril, Propionitril, Butyronitril und Benzonitril),
Sulfoxide oder Sulfone (z. B. Dimethylsulfoxide (DMSO) und Sulfolan)
und so weiter. Das Lösungsmittel kann zwischen etwa 50
Gew.-% und etwa 99,9 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen
zwischen etwa 75 Gew.-% und etwa 99 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen
zwischen etwa 80 Gew.-% und etwa 95 Gew.-% des Elektrolyten ausmachen.
Obwohl nicht unbedingt erforderlich, ist die Verwendung eines wässrigen
Lösungsmittels (z. B. Wasser) oft erwünscht, um
die Bildung des angestrebten Oxids zu erleichtern. Tatsächlich
kann Wasser etwa 50 Gew.-% oder mehr, in einigen Ausführungsformen
etwa 70 Gew.-% oder mehr und in einigen Ausführungsformen
zwischen etwa 90 Gew.-% und etwa 100 Gew.-% der (des) im Elektrolyten
verwendeten Lösungsmittel(s) ausmachen.
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Der
Elektrolyt ist elektrisch leitfähig und kann eine elektrische
Leitfähigkeit von ungefähr 1 Millisiemens pro
Zentimeter („mS/cm”) oder mehr haben, in einigen
Ausführungsformen ungefähr 30 mS/cm oder mehr
und in einigen Ausführungsformen zwischen ungefähr
40 mS/cm und ungefähr 100 mS/cm, bestimmt bei einer Temperatur
von 25°C. Um die elektrische Leitfähigkeit des
Elektrolyten zu erhöhen, kann eine Verbindung verwendet
werden, die in der Lage ist, sich in dem Lösungsmittel
zu dissoziieren, um Ionen zu bilden.
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Für
diesen Zweck geeignete ionische Verbindungen können zum
Beispiel sein: Säuren, wie Salzsäure, Salpetersäure,
Schwefelsäure, Phosphorsäure, Polyphosphorsäure,
Borsäure, Boronsäure usw., organische Säuren,
darunter Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure,
Malonsäure, Bernsteinsäure, Salicylsäure, Sulfosalicylsäure,
Adipinsäure, Maleinsäure, Apfelsäure, Ölsäure,
Gallussäure, Weinsäure, Zitronensäure, Ameisensäure,
Essigsäure, Glycolsäure, Oxalsäure, Propionsäure,
Phthalsäure, Isophthalsäure, Glutarsäure, Gluconsäure,
Milchsäure, Asparaginsäure, Glutaminsäure,
Itaconsäure, Trifluoressigsäure, Barbitursäure, Zimtsäure,
Benzoesäure, 4-Hydroxybenzoesäure, Aminobenzoesäure
usw., Sulfonsäuren, wie Methansulfonsäure, Benzolsulfonsäure,
Toluolsulfonsäure, Trifluormethansulfonsäure,
Styrolsulfonsäure, Naphthalindisulfonsäure, Phenolsulfonsäure,
Dodecylsulfonsäure, Phenyldodekansulfonsäure usw.,
polymere Säuren, wie Poly-Acryl- oder Poly-Methacrylsäure
und deren Copolymere (z. B. Malein-Acryl-, Sulfon-Acryl- und Styrol-Acryl-Copolymere),
Carageensäure, Carboxymethylcellulose, Alginsäure
usw. Die Konzentration ionischer Verbindungen wird so gewählt,
dass die gewünschte elektrische Leitfähigkeit
erreicht wird. Zum Beispiel kann eine Säure (z. B. Phosphorsäure)
zwischen ungefähr 0,01 Gew.-% und ungefähr 5 Gew.-%,
in einigen Ausführungsformen zwischen ungefähr
0,05 Gew.-% und ungefähr 0,8 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen zwischen
ungefähr 0,1 Gew.-% und ungefähr 0,5 Gew.-% des
Elektrolyten ausmachen. Bei Bedarf können im Elektrolyten
auch Mischungen von ionischen Verbindungen verwendet werden.
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Ein
Strom wird durch den Elektrolyten geschickt, um die dielektrische
Schicht zu bilden. Der Spannungswert steuert die durchfließende
Ladung (Strom, multipliziert mit der Zeit) und dadurch die Dicke
der dielektrischen Schicht. Die Stromversorgung kann zum Beispiel
anfangs auf einen galvanostatischen Modus eingestellt werden, bis
die erforderliche Spannung erreicht ist. Danach wird die Stromversorgung
auf einen potentiostatischen Modus umgeschaltet, um sicherzustellen,
dass sich die gewünschten Dicke des Dielektrikums auf der
Oberfläche der Anode bildet. Natürlich können
auch an dere bekannte Methoden verwendet werden, wie etwa Pulsmethoden.
Die Spannung liegt typischerweise im Bereich von etwa 4 bis ungefähr
200 Volt und in einigen Ausführungen von etwa 9 bis ungefähr
100 Volt. Während der anodischen Oxidation kann der Elektrolyt
auf einer erhöhten Temperatur gehalten werden, wie etwa
30°C oder mehr, in einigen Ausführungsformen zwischen
etwa 40°C und etwa 200°C und in manchen Ausführungsformen
zwischen etwa 50°C und etwa 100°C. Die anodische
Oxidation kann auch bei Raumtemperatur oder darunter erfolgen. Die
resultierende dielektrische Schicht kann auf einer Oberfläche
der Anode und/oder in ihren Poren synthetisiert werden.
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Sobald
die dielektrische Schicht ausgebildet ist, kann optional eine Schutzschicht
aufgebracht werden, wie z. B. aus einem relativ isolierenden harzartigen
Material (natürlich oder synthetisch). Dieses Material
kann einen spezifischen Widerstand von mehr als ungefähr
0,05 Ohm·cm, in manchen Ausführungen von mehr
als ungefähr 5 Ohm·cm, in manchen Ausführungen
von mehr als ungefähr 1000 Ohm·cm, in manchen
Ausführungen von mehr als ungefähr 1 × 10
5 Ohm·cm, und in manchen Ausführungen
von mehr als ungefähr 1 × 10
10 Ohm·cm
haben. Einige harzartige Materialien, die in der vorliegenden Erfindung
verwendet werden können, schließen, ohne aber
darauf beschränkt zu sein, Polyurethan, Polystyrol, Ester
von ungesättigten oder gesättigten Fettsäuren
(z. B. Glyceride) und so weiter ein. Geeignete Ester von Fettsäuren
sind Ester der Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure,
Stearinsäure, Elaeostearinsäure, Ölsäure,
Linolsäure, Linolensäure, Aleuritinsäure,
Shellolsäure, und so weiter, sind aber nicht darauf beschränkt.
Es hat sich herausgestellt, dass diese Fettsäureester besonders
nützlich sind, wenn sie in relativ komplexen Kombinationen
verwendet werden, um ein „Trocknungs-(Öl” zu
bilden, das es erlaubt, den resultierenden Film schnell zu einer
stabilen Schicht zu polymerisieren. Solche Trocknungs-Öle
können Mono-, Di- und/oder Tri-Glyceride enthalten, die
ein Glycerol-Gerüst mit einem, zwei, bzw. drei Fettsäure-Resten
haben, die verestert sind. Einige geeignete Trocknungs-Öle, die
benutzt werden können, sind zum Beispiel Oli venöl,
Leinöl, Rizinusöl, Tungöl, Sojaöl
und Schellack, sind aber nicht darauf beschränkt. Diese
und andere Schutzschicht-Materialien werden detaillierter in dem
Fife et al. erteilten
US-Patent
Nr. 6,674,635 beschrieben, das hier in seiner Gesamtheit
für alle Zwecke als Referenz mit aufgenommen wird.
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Das
anodisch oxidierte Teil wird anschließend einem Schritt
zur Herstellung von Katoden gemäß herkömmlicher
Verfahren ausgesetzt. In einigen Ausführungsformen wird
zum Beispiel die Katode durch verschiedene Techniken ausgebildet,
wie etwa pyrolytische Zerlegung von Magannitrat (Mn(NO
3)
2), um eine Katode aus Mangandioxid (MnO
2) herzustellen. Solche Verfahren werden
zum Beispiel im Sturmer et al. erteilten
US-Patent Nr. 4,945,452 beschrieben,
das hier in seiner Gesamtheit für alle Zwecke als Referenz
mit aufgenommen wird. Alternativ kann eine Beschichtung aus einem
leitfähigen Polymer verwendet werden, um die Katode des
Kondensators auszubilden. Die Beschichtung aus leitfähigem
Polymer kann ein oder mehrere Polyheterocyclen enthalten (z. B.
Polypyrrole, Polythiophene, Poly(3,4-Ethylendioxid-Thiophen (PEDT),
Polyaniline), Polyacetylene, Poly-p-Phenylene, Polyphenolate und
deren Derivate. Darüber hinaus kann, falls gewünscht,
die Beschichtung aus leitfähigem Polymer auch aus mehreren
leitfähigen Polymerschichten ausgebildet werden. Zum Beispiel
kann in einer Ausführungsform die leitfähige Polymerbeschichtung
eine aus PEDT geformte Schicht und eine weitere, aus einem Polypyrrol
geformte Schicht enthalten. Es können verschiedene Verfahren
angewendet werden, um die Beschichtung aus leitfähigem
Polymer auf den Anodenteil aufzubringen. Zum Beispiel können
herkömmliche Verfahren, wie Elektropolymerisation, Siebdruck,
Eintauchen, Elektrotauchbeschichtung und Spritzen verwendet werden,
um eine Beschichtung aus leitfähigem Polymer auszubilden.
In einer Ausführung können zum Beispiel die Monomere,
die zum Ausbilden des leitfähigen Polymers (z. B. 3,4-Ethylen-Dioxythiophen)
verwendet werden, anfangs mit einem Polymerisations-Katalysator
gemischt werden, um eine Lösung zu bilden. Ein geeigneter
Polymerisations-Katalysator ist zum Beispiel BAYTRON C, wobei es
sich um Eisen-III-Toluol-Sulfonat handelt, das von H. C. Starck
vertrieben wird. BAYTRON C ist ein im Handel verfügbarer
Katalysator für BAYTRON M, bei welchem es sich um 3,4-Ethylendioxythiophen
handelt, ein PEDT-Monomer, welches ebenfalls von H. C. Starck vertrieben
wird. Sobald eine Katalysatordispersion ausgebildet wurde, kann
das Anodenteil dann in die Dispersion getaucht werden, so dass sich
das leitfähige Polymer auf der Oberfläche des
Anodenteils ausbildet. Alternativ dazu können Katalysator
und Monomer(e) auch separat auf das Anodenteil aufgetragen werden.
In einer Ausführung kann der Katalysator zum Beispiel in
einem Lösungsmittel (z. B. Butanol) gelöst werden
und dann als Tauchlösung auf das Anodenteil aufgebracht
werden. Das Anodenteil kann dann getrocknet werden, um das Lösungsmittel
davon zu entfernen. Danach kann das Anodenteil in eine Lösung
getaucht werden, die das geeignete Monomer enthält. Sobald
das Monomer in Kontakt mit der Oberfläche des Anodenteils
kommt, die den Katalysator enthält, polymerisiert es chemisch
darauf. Zusätzlich kann der Katalysator (z. B. BAYTRON
C) auch mit den Materialien gemischt werden, die zur Ausbildung
der optionalen Schutzschicht benutzt werden (z. B. harzartige Materialien).
In solchen Fällen kann das Anodenteil danach in eine Lösung
getaucht werden, die das Monomer (BAYTRON M) enthält. Als
Folge davon kann das Monomer den Katalysator innerhalb und/oder
auf der Oberfläche der Schutzschicht kontaktieren und damit
reagieren, um die das leitfähige Polymer enthaltende Beschichtung
auszubilden. Obwohl oben verschiedene Verfahren beschrieben worden
sind, versteht es sich, dass jedes andere Verfahren zum Aufbringen
der leitfähigen Beschichtung(en) auf das Anodenteil in
der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Zum Beispiel werden
andere Verfahren zum Aufbringen solcher leitfähigen Polymerbeschichtung(en)
in den
US-Patenten 5,457,862 an
Sakata et al.,
5,473,503 an
Sakata et al.,
5,729,428 an
Sakata et al. und
5,812,367 an
Kudoh et al. beschrieben, die hier in ihrer Gesamtheit für
alle Zwecke als Referenz mit aufgenommen werden.
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In
den meisten Ausführungen wird das leitfähige Polymer
nach dem Aufbringen ausgeheilt. Die Ausheilung kann nach jedem Aufbringen
einer Schicht aus leitfähigem Polymer erfolgen, oder sie
kann nach dem Aufbringen der gesamten Beschichtung mit leitfähigem
Polymer erfolgen. In einigen Ausführungen kann das leitfähige
Polymer zum Beispiel durch Tauchen des Presslings in eine Elektrolytlösung,
wie etwa eine Lösung von Phosphorsäure und/oder
Schwefelsäure, und anschließendes Anlegen einer
konstanten Spannung an die Lösung bis zum Absinken des
Stroms auf einen vorgewählten Pegel ausgeheilt werden.
Bei Bedarf kann dieses Ausheilen in mehreren Schritten erfolgen.
In einer Ausführung wird zum Beispiel der Pressling, der
eine leitfähige Polymerbeschichtung hat, zuerst in Phosphorsäure
getaucht und ungefähr 20 Volt daran angelegt, und anschließend
wird er in Schwefelsäure getaucht und ungefähr
2 Volt daran angelegt. In dieser Ausführungsform kann die
Verwendung der zweiten Niederspannungs-Schwefelsäure- oder
-Toluolsulfonsäurelösung dazu beitragen, dass
die Kapazität des resultierenden Kondensators erhöht
und sein Verlustfaktor reduziert wird. Nach Aufbringen einer oder
aller der oben beschriebenen Schichten kann der Pressling dann bei
Bedarf gewaschen werden, um verschiedene Nebenprodukte, überschüssigen
Katalysator und so weiter zu entfernen. Weiterhin kann in manchen
Fällen nach einigen oder allen oben beschriebenen Tauchschritten
eine Trocknung angewendet werden. Zum Beispiel kann das Trocknen
nach Aufbringen des Katalysators und/oder nach dem Waschen des Presslings
erwünscht sein, um die Poren des Presslings zu öffnen,
damit er während nachfolgender Tauchschritte eine Flüssigkeit
aufnehmen kann.
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Wenn
die Katode ausgebildet ist, kann auf dem Teil optional eine Kohlenstoffbeschichtung
(z. B. Graphit) bzw. eine Silberschicht aufgebracht werden. Die
Silberbeschichtung kann zum Beispiel als lötbarer Leiter, Kontaktschicht
und/oder Ladungskollektor für das Kondensatorelement dienen,
und die Kohlenstoffbeschichtung kann den Kontakt der Silberbeschichtung
mit dem festen Elektrolyten einschränken. Diese Beschichtungen
können den festen Elektrolyten teilweise oder ganz bedecken.
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II. Rücksetzbare Sicherung
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Die
rücksetzbare Sicherung der vorliegenden Erfindung enthält
ein Material mit einem positivem Temperaturkoeffizienten („PTC”),
das einen mit steigender Temperatur ansteigenden spezifischen elektrischen
Widerstand aufweist. Wenn das PTC-Material aufgrund des elektrischen
Stroms erwärmt wird, ergibt sich eine negative Rückkopplung
aus dem erhöhten Widerstand, der wiederum auf die erhöhte
Materialtemperatur zurückgeht. Zum Beispiel können
in der vorliegenden Erfindung PTC-Materialien auf Polymerbasis (auch
als Polymermaterialien mit positivem Temperaturkoeffizienten („PPTC”)
bezeichnet) verwendet werden. Diese Materialien enthalten einen
elektrisch leitfähigen Füllstoff, eingebettet
in eine Polymermatrix. Die Polymermatrix ist im allgemeinen imstande,
zwei Phasen aufzuweisen. Die erste Phase ist ein kristalliner oder
teilkristalliner Zustand, in dem die Moleküle lange Ketten
bilden und sich in einer regelmäßigen Struktur
ausrichten. In dieser „kristallinen” Phase ist
der elektrisch leitfähige Füllstoff in die kristallinen
Umgrenzungen eingepackt und bildet viele leitfähige Pfade.
Bei einer vorgegebenen Temperatur, die mit einer Stromüberlastung
korreliert ist, geht diese Struktur durch Ausdehnung in eine amorphe
Phase über, die die Kette der leitfähigen Pfade
zwischen dem Füller aufbricht. Wenn Strom durch die Sicherung
fließt, erwärmt sie sich nämlich und
erreicht eine konstante Temperatur unmittelbar oberhalb ihrer Auslösetemperatur
(z. B. etwa 120°C). Ein weiterer Durchbruch des Kondensators
oder eine zusätzliche Erhöhung des Stroms erwärmt
die Sicherung weiter und bringt sie dazu, sich zu öffnen
und den Strom zurück auf den Wert zu begrenzen, der der
Auslösetemperatur der Sicherung entspricht. Wenn der Kondensator
weiter defekt bleibt und die Spannung ansteht, hält die
Sicherung eine konstante Temperatur und begrenzt den Strom auf einen
konstanten Wert. Obwohl der Kondensator möglicherweise
noch in der Lage ist zu funktionieren, ist sein Leckstrom höher.
Die Polymermatrix kann sich abkühlen und in ihren normalen
kristallinen Zustand zurückkehren, wenn die Quelle ihre
Spannung reduziert oder abgeschaltet wird, oder wenn der Kondensator
sich selbst über einen Selbstheilungsme chanismus heilt.
Damit kann sich der Füllstoff wieder berühren
und leitfähige Pfade bilden, worauf sich der Stromkreis
schließt und der Kondensator korrekt funktionieren kann.
Auf diese Weise ist das PPTC-Material vorteilhaft selbst-rücksetzend
und muss nicht ersetzt werden. Beispiele solcher PPTC-Sicherungen
sind im Handel unter den Bezeichnungen PolySwitchTM (Tyco
Electronics), EverfuseTM (Polytronics),
PolyfuseTM (Littelfuse) und MultifuseTM (Bourns) erhältlich.
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Jedes
isolierende Polymer, das imstande ist, den oben beschriebenen Phasenwechsel
aufzuweisen, kann im allgemeinen verwendet werden, um die Polymermatrix
zu bilden. Zu besonders geeigneten Polymeren gehören teilkristalline
organische Polymere, darunter Polyolefine, wie etwa Polyethylen
(z. B. HDPE, LLDPE usw.), Polypropylen und Copolymere davon (z.
B. Ethylen/Acrylsäure, Ethylen/Ethylacrylat, Ethylen/Vinylacetat,
Ethylen/Butylacrylat, usw.); Fluorpolymere, wie etwa Polyvinylidenfluorid
und Ethylen/Tetrafluorethylen; und so weiter, sowie Mischungen davon.
Noch weitere geeignete Polymere, die verwendet werden können, werden
in den
U.S. Patenten Nr. 4,237,441 ;
4,388,607 ;
4,534,889 ;
4,545,926 ;
4,560,498 ;
4,591,700 ;
4,724,417 ;
4,774,024 ;
4,935,156 ;
5,049,850 und
5,250,228 beschrieben, welche hierin
in ihrer Gesamtheit durch den Bezug darauf für alle Zwecke
einbezogen sind.
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Der
elektrisch leitfähige Füllstoff kann zum Beispiel
sein: Ruß, Graphit, Metall, Metalloxid, leitfähig
beschichtete Glas- oder Keramikperlen, partikelförmige
leitfähige Polymere usw. Der Füllstoff kann in
Form von Pulver, Perlen, Flocken, Fasern oder jeder anderen geeigneten
Gestalt vorliegen. Die verwendete Menge des leitfähigen
Füllstoffs hängt von der erforderlichen Leitfähigkeit
der Zusammensetzung sowie der Leitfähigkeit des leitfähigen
Füllstoffs selbst ab. Der leitfähige Füllstoff
kann etwa 10 Vol.-% bis etwa 60 Vol.-%, in manchen Ausführungsformen
etwa 20 Vol.-% bis etwa 55 Vol.-% und in einigen Ausführungsformen
etwa 25 Vol.-% bis etwa 50 Vol.-% der Zusammensetzung ausmachen.
Ebenso kann die Polymermatrix etwa 40 Vol.-% bis etwa 90 Vol.-%,
in manchen Ausführungsformen etwa 45 Vol.-% bis etwa 80
Vol.-% und in einigen Ausführungsformen etwa 50 Vol.-%
bis etwa 75 Vol.-% der Zusammensetzung ausmachen. Es versteht sich,
dass die PTC-Matrix auch andere Bestandteile enthalten kann, wie
etwa Antioxidantien, inerte Füllstoffe, nichtleitfähige Füllstoffe,
Bestrahlungsvernetzungsmittel (oft als Prorads oder Vernetzungsverstärker
bezeichnet), Stabilisatoren, Dispergiermittel, Haftvermittler, Säurebinder
(z. B. CaCO3) oder andere Bestandteile.
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Zusätzlich
zu PTC-Materialien auf Polymerbasis können in der vorliegenden
Erfindung auch PTC-Materialien auf Keramikbasis verwendet werden.
Ein Typ geeigneten keramischen PTC-Materials, das verwendet werden
kann, umfasst eine Matrix aus Keramikmaterial, die entweder eine
Cristobalit-Kristallstruktur oder eine Tridymit-Kristallstruktur
besitzt, jeweils mit einem Oxid mindestens eines der Elemente Be,
B, Mg, Al, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga oder Ge
dotiert, sowie eine leitfähige Phase, die in der gesamten
Matrix verteilt ist. Die leitfähige Phase kann ein Metall,
Silicid, Nitrid, Carbid, Borid usw. umfassen. Während der
Verwendung dehnt sich die keramische Matrix aus und unterbricht
leitfähige Pfade, die durch in der gesamten Matrix verteilte
leitfähige Partikel gebildet werden. Auf diese Weise verhält
sich dieses spezielle Material auf Keramikbasis ähnlich
einem PTC-Material auf Polymerbasis. Beispiele für solche
Keramikmaterialien sind zum Beispiel in
US-Patent Nr. 6,300,862 an Ishida
beschrieben, das hier in seiner Gesamtheit für alle Zwecke
als Referenz mit aufgenommen wird.
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Unabhängig
vom verwendeten PTC-Material kann die rücksetzbare Sicherung
ganz aus dem oben beschriebenen Material gebildet werden oder eine
oder mehrere zusätzliche Schichten enthalten. Zum Beispiel kann
die rücksetzbare Sicherung ein oder mehrere Elektrodenglieder
enthalten, die angrenzend zum PTC-Material angeordnet sind. In einer
besonderen Ausführung werden zwei Elektroden verwendet,
die das PTC-Material zwischen sich einschließen. Das/die
Elektrodenglied(er) können die Form eines Metallblatts
haben (z. B. Folie, Platte usw.), das optional perforiert sein kann,
so dass es Löcher oder Schlitze enthält. Für
das/die Elektrodenglied(er) kann jedes geeignete Metall verwendet
werden, wie etwa Nickel, Kupfer, Aluminium, Messing, Zink, Silber,
Gold usw. Das/die Elektrodenglied(er) kann/können auch
eine oder mehrere Schichten enthalten, wie eine Grundschicht und
eine Oberflächenschicht. In einer besonderen Ausführung
ist/sind das/die Elektrodenglied(er) Folienelektroden mit einer
mikro-aufgerauten Oberfläche, wie etwa elektrolytisch abgeschiedene Nickelfolien
und Elektroden aus vernickelten elektrolytisch abgeschiedenen Kupferfolien.
Das/die Elektrodenglied(er) kann/können mit einer beliebigen
geeigneten Methode am PTC-Material befestigt werden, wie etwa durch
Pressen, Walzlaminieren, Kleben usw. Verschiedene andere Beispiel
geeigneter Elektrodenkonfigurationen zur Verwendung in der rücksetzbaren
Sicherung werden in den
U.S.-Patenten
Nr. 6,570,483 an Chandler et al. und
6,651,315 an Graves et al. beschrieben,
welche hierin in ihrer Gesamtheit durch den Bezug darauf für
alle Zwecke einbezogen sind.
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III. Spannungsabsorbierendes Material
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Das
in der abgesicherten Kondensatoranordnung der vorliegenden Erfindung
verwendete spannungsabsorbierende Material ist so konfiguriert,
dass es die Absorption einiger der thermischen Spannungen unterstützt,
die durch die Ausdehnung der rücksetzbaren Sicherung verursacht
werden. In dieser Beziehung besitzt das spannungsabsorbierende Material
typischerweise eine inhärente Flexibilität, die
erlaubt, es Druckkräften auszusetzen. Die Flexibilität
des Materials kann durch einen entsprechenden niedrigen Elastizitätsmodul („Young-Modul”)
gekennzeichnet werden, wie etwa 1000 Megapascal („MPa”)
oder weniger, in einigen Ausführungen zwischen etwa 1 und
etwa 750 MPa und in einigen Ausführungen zwischen etwa
50 und etwa 500 MPa, gemessen bei einer Temperatur von etwa 25°C.
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Obwohl
alle aus einer Vielzahl von Materialien verwendet werden können,
die die oben angegebenen gewünschten spannungsabsorbierenden
Eigen schaften aufweisen, hat sich herausgestellt, dass thermoplastische
und/oder duroplastische Polymere für die Verwendung in
der vorliegenden Erfindung besonders geeignet sind. Zu spezifischen
Beispielen solcher Polymere gehören zum Beispiel Acrylnitril-Butadien-Styrol,
Acrylnitril-chloriertes Polyethylen-Styrol, Acryl-Styrol-Acrylnitril,
Polyacetal-Homopolymere und -Copolymere, Acryle, Zellulosekunststoffe,
Fluorpolymere, Polyamide, Polyacrylate, Polybutylen, Polycarbonate,
Polyester, Polyethylene, Ethylensäure-Copolymere, Ethylen-Ethylacrylate,
Ethylen-Methylacrylate, Polymethylacrylat, Polymethylmethacrylat,
Polybutylmethacrylat, Ethylen-Vinyl-Acetate, Ethylen-Vinylalkohol-Copolymere,
Ionomere, Polymethylpenten, Polyphenylenoxide, Polypropylen, Ethylen-Propylen-Copolymere,
Polypropylen-Impact-Copolymere, Polypropylen-Random-Copolymere,
Polystylrole, Styrol-Acrylnitril, Styrol-Butadien-Copolymere, Styrol-Ethylen/Butylen-Styrol,
Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymere, Polyvinylchlorid,
Vinylidenchlorid-Homopolymere und -Copolymere, Styrol-Blockcopolymere,
Polyolefingemische, Elastomergemische, thermoplastische Urethane,
Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, thermoplastische
Copolyester, Polyether, thermoplastische Polyamide, Polyether-Polyamid-Blockcopolymere,
Allyl-Formmassen, Bismaleimide, Epoxidharze, Phenolharze, Polyester,
Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymere, wie etwa EPDM-Gummi, Polyimide,
Ionomere, Polyurethane, segmentierte Polyharnstoff/Urethane, Reaktionsspritzguss-Polyurethane,
Polyorganosiloxane, Harnstoff-Melamin-Formaldehydharze, Polyacetale,
Polyester, Polyamide, Ionomere usw. sowie Mischungen der vorgenannten.
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Polyorganosiloxane
können zum Beispiel in bestimmten Ausführungen
als spannungsabsorbierendes Material verwendet werden. Die Polyorganosiloxane
können eine lineare, teilweise verzweigte oder eine verzweigte
Struktur aufweisen. In diesen Polymeren verwendete siliziumgebundene
organische Gruppen können substituierte oder nicht substituierte
monovalente Kohlenwasserstoffgruppen enthalten, wie etwa Methyl, Ethyl,
Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Decyl, Dodecyl oder ähnliche
gesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffgruppen; Vinyl,
Allyl, Hexenyl oder ähnliche ungesättigte aliphatische
Kohlenwasserstoffgruppen; Cyclopentyl, Cyclohexyl oder ähnliche
gesättigte alicyclische Kohlenwasserstoffgruppen; Phenyl,
Tolyl, Naphthyl oder ähnliche aromatische Kohlenwasserstoffgruppen
oder die erwähnten Gruppen, in denen an ihre Kohlenstoffatome
gebundene Wasserstoffatome teilweise durch Halogenatome oder organische
Gruppen, wie etwa Epoxy-, Carboxyl-Amino-, Methacryl- oder Mercaptogruppen
substituiert sind. Die Polyorganosiloxane können auch an
die Siliziumatome gebundene Alkoxy- oder Hydroxylgruppen enthalten.
Zu spezifischen Beispielen für geeignete Polyorganosiloxane
gehören Polymethylhydrogensiloxan, Dihydroxypolydimethylsiloxan, Hydroxy-Trimethylsiloxypolydimethylsiloxan,
Dimethoxypolydimethylsiloxan, Methoxy-Trimethylsiloxypolydimethylsiloxan,
Diethoxypolydimethylsiloxan, Ethoxy-Trimethylsiloxy-Polydimethylsiloxan,
Di(trimethylsiloxy)polydimethylsiloxan, Silanol-capped vernetztes
Polymethylsiloxan, Methoxy-capped vernetztes Polymethylsiloxan,
Ethoxy-capped vernetztes Polymethylsiloxan, Trimethylsiloxy-capped
vernetztes Polymethylsiloxan usw. Bei Bedarf kann eine oder mehrere
der Methylgruppen der Polyorganosiloxane substitutiert werden, wie
etwa durch Ethylgruppen, Phenylgruppen, Vinylgruppen, 3-Aminopropylgruppen,
N-(2-Aminoethyl)-3-Aminopropylgruppen, 3-Methacryloxypropylgruppen,
3-Glycidoxy-Propylgruppen oder 3-Carboxypropylgruppen.
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Das
spannungsabsorbierende Material kann auch ein Maleimidharz enthalten,
wie etwa Mono-, Bis-, Tris-, Tetrakis- und höher funktionelle
Maleimide. In einer Ausführung kann zum Beispiel ein Maleimidharz
verwendet werden, das die folgende Struktur besitzt:
wobei:
m 1 bis 6 beträgt,
R
unabhängig unter Wasserstoff oder niedrigem Alkylrest gewählt
wird und
X eine monovalente Gruppe oder eine multivalente Verkettungsgruppe
ist. Zu geeigneten Verkettungsgruppen können zum Beispiel
gerade oder verzweigte Alkyl-, Alkylen-, Oxyalkylen-, Alkenyl-,
Alkenylen-, Oxyalkenylen-, Ester-, oder Polyesterketten gehören,
die optional Substituenten enthalten, die unter Hydroxy-, Alkoxy-, Carboxy-,
Nitril-, Cycloalkyl- oder Cycloalkenylgruppen gewählt werden;
Siloxane; Polyglykoloxide; aromatische Gruppen; Urethane und so
weiter, wie in U.S. Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2005/0107542
an Liu et al. beschrieben, die hierin in ihrer Gesamtheit durch
den Bezug darauf für alle Zwecke einbezogen ist.
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Bei
Bedarf kann im spannungsabsorbierenden Material auch ein thermoplastisches
Elastomer verwendet werden, entweder allein oder in Verbindung mit
einem beliebigen der zuvor erwähnten Materialien. Zu geeigneten
thermoplastischen Elastomeren gehören Block-Copolymere,
die mindestens eine Einheit der allgemeinen Formel (A-B) oder (A-B-A)
haben, wobei A ein nicht-elastomerer Polymerblock sowie B ein elastomerer
Polymerblock ist. Zum Beispiel kann der nicht-elastomere Polymerblock
(A) das Polymerisationsprodukt eines oder mehrerer, optional substituierter
aromatischer Kohlenwasserstoffe sein, die mindestens eine Einheit ethylenischer
Unsättigung enthalten, wie etwa Styrol oder mit Alkyl,
Alkenyl, Alkynyl, Hydroxy, Alkoxy, Alkenoxy usw. substituiertes
Styrol Der elastomere Polmerblock (B) ist typischerweise das Polymerisations-
oder Copolymerisationsprodukt optional substituierter Olefin-Monomere
und/oder optional substituierter konjugierter Dien-Monomere. Olefin-Monomere
können Ethylen, Propylen, Butylen, Isobutylen, Acrylonitril,
(Meth)Acrylat usw. sein. Konjugierte Dien-Monomere können
Butadien, Isopren, Dimethylbutadien usw. sein. Zu spezifischen Beispielen
solcher Elastomere gehören Polystyrol-Polybutadien-Polystyrol-Blockcopolymere,
Polystyrol-Polyisopren-Polystyrol-Blockcopolymere, Po lystyrol-Polydimethylbutadien-Polystyrol-Blockcopolymere, Polybutadien-Polyacrylonitril-Blockcopolymere
und so weiter.
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In
bestimmten Fällen kann die Viskosität des spannungsabsorbierenden
Materials relativ niedrig sein, sodass es leichter auf die gewünschte
Oberfläche aufgetragen werden kann. Zum Beispiel kann das
spannungsabsorbierende Material eine kinematische Viskosität
von etwa 500 Centistokes oder weniger, in einigen Ausführungen
etwa 200 Centistokes oder weniger, in einigen Ausführungen
zwischen etwa 1 Centistokes bis etwa 100 Centistokes und in einigen
Ausführungen zwischen etwa 5 Centistokes bis etwa 50 Centistokes
besitzen. Ein Beispiel eines solchen Materials mit niedriger Viskosität
ist Dow CorningTM MH 1107, das Polymethylhydrogensiloxan
enthält und eine Viskosität im Bereich zwischen
20 und 30 Centistokes hat.
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Natürlich
können auch spannungsabsorbierende Materialien hoher Viskosität
verwendet werden, wie etwa solche, die eine kinematische Viskosität
von etwa 500 Centistokes oder mehr, in einigen Ausführungen etwa
1000 Centistokes oder mehr, in einigen Ausführungen zwischen
etwa 5 000 Centistokes bis etwa 50 000 Centistokes und in einigen
Ausführungen zwischen etwa 10 000 Centistokes bis etwa
20 000 Centistokes besitzen. Obwohl sie eine relativ hohe Viskosität
besitzen, können solche Materialien effektiv auf der gewünschten
Oberfläche aufgebracht werden, indem mit Hilfe von Lösungsmitteln
(z. B. Wasser, Methanol usw.), Emulgatoren usw. eine Emulsion gebildet
wird. Der Feststoffgehalt solcher Emulsionen kann zwischen etwa
5 Gew.-% und etwa 75 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen
zwischen etwa 10 Gew.-% und etwa 70 Gew.-% und in einigen Ausführungsformen
zwischen etwa 25 Gew.-% und etwa 60 Gew.-% ausmachen. Ein Beispiel einer
besonders geeigneten Emulsion ist Dow CorningTM 1101,
eine wässrige Emulsion von Silanol-terminiertem Polydimethylsiloxan
(53% aktiv, anionisch) mit hoher Viskosität. Zu weiteren
geeigneten Siliconemulsionen können Dow CorningTM HV600 (eine nichtionische 55%-ige Trimethylsilylterminierte
Polydimethylsiloxandispersion), Dow CorningTM 1664
(eine nicht ionische 50%-ige Trimethylsilyl-terminierte Polydimethylsiloxandispersion),
Dow CorningTM 346 (eine nichtionische 60%-ige,
mit aktivem Trimethylsilyl terminierte Polydimethylsiloxanemulsion)
usw. gehören.
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Zusätzlich
zu Polymeren, wie oben beschrieben, kann das spannungsabsorbierende
Material auch andere Additive enthalten. Zum Beispiel kann das spannungsabsorbierende
Material einen Füllstoff enthalten, um die thermische Ausdehnung
zu reduzieren, verbesserte Zähigkeit zu erreichen usw.
Zu Beispielen solcher Füllstoffe gehören perfluorierte
Kohlenwasserstoffpolymere (d. h. TEFLONTM),
thermoplastische Polymere, thermoplastische Elastomere, Glimmer,
Quarzglas, Glaspulver usw. Ein Beispiel eines füllstoffhaltigen
spannungsabsorbierenden Materials, das verwendet werden kann, ist
HysolTM QMI 534 (Loctite), das ein Bismaleimid-
und Polybutadien/Anhydridharz, gefüllt mit TeflonTM, enthält.
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IV. Abgesicherte Kondensatoranordnung
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Das
Elektrolytkondensator-Element, die rücksetzbare Sicherung
und das spannungsabsorbierende Material der vorliegenden Erfindung
sind in einem Gehäuse enthalten, um eine Kondensatoranordnung
zu bilden. Die Konfiguration der Anordnung ist nicht besonders eingeschränkt
und kann abhängig von der beabsichtigten Anwendung variieren.
In dieser Hinsicht illustriert 1 eine Ausführung
einer Kondensatoranordnung 10, die ein Elektrolytkondensator-Element 20 und
eine rücksetzbare Sicherung 30 umfasst, die in
einem Einkapselungsgehäuse 158 enthalten sind.
Das Einkapselungsgehäuse 158 bietet der Anordnung 10 elektrischen und
thermischen Schutz sowie einen zusätzlichen strukturellen
Halt. Die Breite und Länge des Gehäuses 158 kann
abhängig von der beabsichtigten Anwendung unterschiedlich
sein. In einer Ausführung beträgt die Länge des
Gehäuses 158 (in 1 die Richtung
-y) zum Beispiel von ungefähr 2,0 bis ungefähr
10,0 Millimeter, in manchen Ausführungen von ungefähr
2,5 bis ungefähr 8,0 Millimeter und in manchen Ausführungen
von ungefähr 3,0 bis ungefähr 6,5 Millimeter.
Die Breite des Gehäuses 158 (in 1 die
Richtung -x) kann im Bereich von ungefähr 1,0 bis ungefähr
5 Millimeter liegen, in manchen Ausführungen von ungefähr
1,5 bis ungefähr 4,5 Millimeter und in manchen Ausführungen
von ungefähr 2,0 bis ungefähr 3,5 Millimeter.
Die Gesamtdicke des Gehäuses 158 (in 1 die
Richtung -z) kann optional klein bleiben, so dass die resultierende
Anordnung leicht in Produkte mit geringer Bauhöhe eingebaut
werden kann. Zum Beispiel kann die Dicke des Gehäuses ungefähr
5,0 Millimeter oder weniger betragen, in manchen Ausführungen
von ungefähr 0,4 bis ungefähr 3,5 Millimeter und
in manchen Ausführungen von ungefähr 0,5 bis ungefähr
3,0 Millimeter. Geeignete Gehäusegrößen
sind zum Beispiel die Gehäuse „B”, „C”, „D”, „E”, „V” oder „Z” (AVX
Corporation).
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In
der in 1 dargestellten Ausführung ist die rücksetzbare
Sicherung 30 angrenzend an einer oberen Fläche 21 des
Elektrolytkondensator-Elements 20 angeordnet, mit dieser
elektrisch verbunden und somit auch in elektrischem Kontakt mit
seiner Katode. Natürlich versteht sich, dass die rücksetzbare
Sicherung 30 auch an anderen Stellen der Kondensatoranordnung 10 positioniert
sein kann. Zum Beispiel kann die rücksetzbare Sicherung 30 in
einer anderen Ausführung angrenzend an eine untere Fläche 22 des
Kondensatorelements 20 positioniert sein. Noch weiter kann
die rücksetzbare Sicherung 30 einfach mit einem
Anodendraht 80 verbunden sein, ohne irgendeine Fläche
des Elements 20 zu kontaktieren. Unabhängig von
der Stelle kann allgemein jede bekannte Technik verwendet werden,
um das Kondensatorelement 20 mit der rücksetzbaren Sicherung 30 zu
verbinden, wie Schweißen, Laserschweißen, Kleben
usw. Zum Beispiel wird in der dargestellten Ausführung
eine Schicht 25 eines leitfähigen Klebers verwendet,
um die rücksetzbare Sicherung 30 mit dem Kondensatorelement 20 zu
verbinden.
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Die
Kondensatoranordnung 10 enthält auch einen Anoden-Anschluss 40 und
einen Katoden-Anschluss 50. Zum Ausbilden der Anschlüsse
kann jedes leitfähige Material verwendet werden, wie etwa
ein leitfähiges Metall (z. B. Kup fer, Nickel, Silber, Zink,
Zinn, Palladium, Blei, Aluminium, Molybdän, Titan, Eisen,
Zirkonium, Magnesium und Legierungen davon). Besonders geeignete
leitfähige Metalle sind zum Beispiel Kupfer, Kupfer-Legierungen
(z. B. Kupfer-Zirkonium, Kupfer-Magnesium, Kupfer-Zink oder Kupfer-Eisen),
Nickel und Nickel-Legierungen (z. B. Nickel-Eisen). Die Dicke der
Anschlüsse wird allgemein so gewählt, dass die Dicke
der Kondensatoranordnung minimiert wird. Zum Beispiel kann die Dicke
der Anschlüsse im Bereich von ungefähr 0,05 bis
ungefähr 1 Millimeter liegen, in manchen Ausführungen
von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,5 Millimeter
und von ungefähr 0,1 bis ungefähr 0,2 Millimeter
liegen. Ein Beispiel für ein leitfähiges Material
ist eine Metallplatte aus einer Kupfer-Eisen-Legierung, die von
Wieland (Deutschland) erhältlich ist. Falls gewünscht,
kann die Oberfläche der Anschlüsse galvanisch
mit Nickel, Silber, Gold, Zinn usw. überzogen werden, wie
in der Technik bekannt, um sicherzustellen, dass das fertige Bauteil
auf eine Leiterplatte montiert werden kann. In einer speziellen
Ausführung sind beide Oberflächen der Anschlüsse
mit Nickel, bzw. Flash-Silber beschichtet, während die
Montageoberfläche auch mit einer Lötzinn-Schicht
beschichtet wird.
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Die
spezielle Konfiguration der Anschlüsse ist nicht entscheidend
und kann variieren, wie in der Technik bekannt ist. In 1 ist
zum Beispiel der Anodenanschluss 40 elektrisch mit dem
Anodendraht 80 unter Verwendung einer beliebigen bekannten
Technik verbunden, wie etwa Schweißen, Laserschweißen
usw. Wenn gewünscht, kann der Anodenanschluss 40 einen „U-förmigen” Bereich
enthalten, um den Anodendraht 80 zu halten und den Flächenkontakt
und die mechanische Stabilität weiter zu verbessern. Der
Katodenanschluss 50 ist in dieser Ausführung elektrisch
mit der rücksetzbaren Sicherung 30 verbunden.
Die elektrische Verbindung des Katodenanschlusses 50 mit
der rücksetzbaren Sicherung 30 kann mit jeder
bekannten Technik hergestellt werden, wie etwa durch Verwenden einer
Schicht eines leitfähigen Klebers 27.
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Die
Schicht des leitfähigen Klebers 27 sowie die Schicht
des leitfähigen Klebers 25 können aus
leitfähigen Metallteilchen gebildet sein, die in einer
Kunstharz-Mischung eingebettet sind. Die Metallteilchen können Silber,
Kupfer, Gold, Platin, Nickel, Zink, Wismut, usw. sein. Die Kunstharzmischung
kann ein Duroplast-Kunstharz (z. B. Epoxidharz), einen Härter
(z. B. Säureanhydrid) und einen Haftvermittler (z. B. Silan-Haftvermittler) enthalten.
Geeignete leitfähige Kleber sind in der US-Patentanmeldung
mit der Publikations-Nummer 2006/0038304 an Osako et al. beschrieben,
die hier in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke als Referenz
mit aufgenommen wird. Bei Bedarf können die Materialien,
die zur Ausbildung der Klebeschichten 25 und/oder 27 verwendet
werden, einen niedrigen Elastizitätsmodul haben, sodass
sie flexibel sind. Zum Beispiel kann der Elastizitätsmodul
der Klebeschichten 25 und/oder 27 etwa 5 000 Megapascal
(„MPa”) oder weniger, in einigen Ausführungen
zwischen etwa 1 und etwa 2 500 MPa und einigen Ausführungen
zwischen etwa 50 und etwa 2 000 MPa betragen, gemessen bei einer
Temperatur von etwa 25°C.
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Wieder
mit Bezug auf 1 enthält die Kondensatoranordnung 10 auch
ein spannungsabsorbierendes Material in Kontakt mit der rücksetzbaren
Sicherung 30. Das spannungsabsorbierende Material kann
mit jeder beliebigen gewünschten Fläche der rücksetzbaren
Sicherung 30 in Kontakt stehen. In 1 wird zum Beispiel
ein erstes spannungsabsorbierendes Material 90 angebracht,
das die obere und die vordere Fläche der rücksetzbaren
Sicherung 30 kontaktiert. Ein zweites spannungsabsorbierendes
Material 35 wird ebenfalls angebracht, das eine rückseitige
Fläche der Sicherung 30 kontaktiert und zwischen
der Sicherung 30 und dem Katodenanschluss 50 angeordnet
ist. Das zweite spannungsabsorbierende Material 35 kann
ebenfalls zwischen der Sicherung 30 und dem Anodenanschluss 40 angeordnet
werden. In jedem Fall sind die spannungsabsorbierenden Materialien 90 und 35 imstande,
thermische Zug- oder Druckspannungen aufzunehmen, die durch den
Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten der rücksetzbaren
Sicherung 30 und des Vergussharzes 158 verursacht
werden. Dies wiederum erlaubt der rücksetzbaren Sicherung 30,
sich im gewünschten Maße auszudehnen, wenn sie
zu hohem Strom ausgesetzt ist, und so in der Kondensatoranordnung 10 effektiver
zu funktionieren. Bei Bedarf kann das spannungsabsorbierende Material
auch Schutz gegen Kurzschließen der Sicherung durch Verwendung
einer zusätzlichen Menge an Kleber geben. Obwohl nicht
unbedingt erforderlich, ist es oft erwünscht, dass das/die
spannungsabsorbierende(n) Material(ien) auch in Kontakt mit anderen
Bestandteilen der Kondensatoranordnung 10 steht/stehen,
wie etwa dem Katoden- und/oder Anodenanschluss, dem Kondensatorelement
usw. Zum Beispiel, wie in 1 gezeigt,
kontaktieren die spannungsabsorbierenden Materialien 90 und 35 auch
eine Fläche des Katodenanschlusses 50. Weiter
berührt das spannungsabsorbierende Material eine Fläche
des Kondensatorelements 22.
-
Spannungsabsorbierende
Materialien können unter Benutzung bekannter Methoden,
wie etwa Tauchen, Sprühen, Drucken, Gießen, Extrudieren
usw. aufgebracht werden. Das beschichtete Kondensatorelement lässt
man dann trocknen, entweder unter Umgebungsbedingungen oder in einem
Erwärmungsschritt, sodass das meiste, wenn nicht sogar
das gesamte Lösungsmittel entfernt wird und sich das/die
Polymer(e) vernetzen kann/können. Zum Beispiel kann das
Kondensatorelement in einem oder mehreren Schritten auf eine Temperatur
zwischen ungefähr 100°C und ungefähr
300°C, in einigen Ausführungsformen zwischen ungefähr 110°C
und ungefähr 200°C und in manchen Ausführungsformen
zwischen ungefähr 120°C und ungefähr 180°C
erwärmt werden. Das Erhitzen kann an Luft oder unter kontrollierter
Atmosphäre (z. B. unter Vakuum) geschehen. Die endgültige
getrocknete Beschichtung enthält das spannungsabsorbierende
Material in einer Menge von etwa 80 Gew.-% bis 100 Gew.-%, in manchen
Ausführungsformen etwa 85 Gew.-% bis etwa 99,9 Gew.-% und
in einigen Ausführungsformen etwa 90 Gew.-% bis etwa 99
Gew.-%. Als Ergebnis der vorliegenden Erfindung kann die resultierende
Kondensatoranordnung der vorliegenden Erfindung ausgezeichnete elektrische
Leistungseigenschaften zeigen. Zum Beispiel kann die Anordnung einen
relativ kleinen äquivalenten Serienwiderstand („ESR”)
er reichen. Zum Beispiel kann der ESR ungefähr 1000 Milliohm
oder weniger betragen, in manchen Ausführungen ungefähr
300 Milliohm oder weniger und in manchen Ausführungen ungefähr
150 Milliohm oder weniger, gemessen mit einer Vorspannung von 2
Volt und einem 1-Volt-Signal bei einer Frequenz von 100 kHz. Es
wird auch angenommen, dass der Verlustfaktor (DF) der Kondensator-Anordnung auf
relativ kleinen Werten gehalten werden kann. Der Verlustfaktor (DF)
bezieht sich allgemein auf Verluste, die in der Kondensatoranordnung
auftreten, und wird üblicherweise als Prozentsatz der idealen
Leistungsdaten ausgedrückt. Zum Beispiel ist der Verlustfaktor
einer Kondensator-Anordnung der vorliegenden Erfindung typischerweise
kleiner als ungefähr 15%, und in einigen Ausführungen
kleiner als ungefähr 5%, gemessen mit einer Frequenz von
120 Hz. Der Spitzen-Stoßstrom kann auf ähnliche
Weise ungefähr 5,0 Ampere oder mehr betragen, in manchen
Ausführungen ungefähr 10,0 Ampere oder mehr und
in manchen Ausführungen von ungefähr 15,0 bis
ungefähr 50,0 Ampere.
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Die
vorliegende Erfindung kann besser verstanden werden, wenn auf die
folgenden Beispiele Bezug genommen wird.
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Testverfahren
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Äquivalenter
Serienwiderstand (ESR), Kapazität, Verlustfaktor und Impedanz:
Der äquivalente
Serienwiderstand und die Impedanz wurden mit einem Präzisions-LCZ-Messgerät
Keithley 3330 mit Kelvin-Anschlussleitungen bei 0 Volt Vorspannung
und 1 Volt Signal gemessen. Die Betriebsfrequenz betrug 100 kHz.
Die Kapazität und der Verlustfaktor wurden mit einem Präzisions-LCZ-Messgerät
Keithley 3330 mit Kelvin-Anschlussleitungen bei 0 Volt Vorspannung
und 1 Volt Signal gemessen. Die Betriebsfrequenz betrug 120 Hz,
und die Temperatur betrug 23°C ± 2°C.
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Leckstrom:
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Der
Leckstrom („DCL”) wurde mit einem Leckstrom-Testset
MC 190 von Mantracourt Electronics LTD (Vereinig. Königreich)
gemessen. Der Test mit dem MC 190 misst den Leckstrom bei einer
Temperatur von 25°C und einer bestimmten Nennspannung nach
40 Sekunden.
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Prüfung der Auslösezeit:
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Es
wurde ein Netzteil (Sorensen DCR 150-12B, 0–150 V; 0–15
A) als Spannungsquelle benutzt. Ein Kondensator wurde parallel zu
einem Widerstand (1 Ohm) über ein Schaltrelais geschaltet,
wie in 8 gezeigt. Die Auslösezeit der Sicherung
und die Zeitabhängigkeit des Stroms im Kondensator wurden über
ein parallel zum Kondensator geschaltetes Oszilloskop (Fluke 99B)
sowie eine in Reihe geschaltete AC/DC-Strommesszange (Fluke 80i-110s) überwacht.
Das Prüfen des abgesicherten Kondensators (Funktion der
Sicherung) wurde bei einer Nennspannung in verpolter Richtung des
Kondensators durchgeführt (positiver Pol an der Katode).
10 Pulse (4 Sekunden ein, 4 Sekunden aus) wurden mittels des Schaltrelais
angelegt. Der Strom wurde über die Stromzange gemessen
und zusammen mit der Spannung am Oszilloskop beobachtet. Die Anzahl
der durchgebrannten Teile wurde ausgewertet.
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BEISPIEL
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70
000 μFV/g Tantalpulver (HC Starck) wurden zu Presslingen
gepresst und gesintert, um einen porösen Elektrodenkörper
der Größe 5,4 × 3,75 × 1,25
mm zu bilden. Die anodische Oxidation wurde dann in einer wässrigen
Lösung ausgeführt, die Phosphorsäure
enthielt. Die Spannung wurde so gewählt, dass eine Kapazität
von 330 μF bei einer Nennspannung von 6,3 V erzielt werden
sollte. Nach der anodischen Oxidation wurden die Presslinge in herkömmlichen
Verfahren, die in der Technik bekannt sind, mit einer Man gandioxidschicht,
einer Graphitbeschichtung und einer Silberbeschichtung beschichtet.
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PPTC-Sicherungen
mit einer Größe von 3,6 × 3,6 × 0,5
mm wurden von Tyco Raychem unter der Bezeichnung „Fluo-2” bezogen.
Die Sicherungen beruhten auf einem Fluorelastomer, gefüllt
mit leitfähigen Partikeln aus Nickel, und enthielten vergoldete
Nickel-Kontaktschichten auf den großen Flächen.
Die Presslinge wurden mit den PPTC-Sicherungen in D-Gehäusen
(EIA 7348) zusammengebaut, wie in 2–7 gezeigt. Genauer
gesagt, wurde ein flexibler, mit Silber angereicherter Epoxidkleber 27 (XCE80239
Emerson & Curing) in
die Tasche eines Trägerstreifens 50 (2)
gegeben. Drei (3) gleich große Punkte mit einem Volumen
von 0,020 mm3 wurden aufgebracht, um eine gleichförmige
Verteilung der Masse über die Tasche des Trägerstreifens 50 zu
erreichen. Die PPTC-Sicherung 30 (Fluo 2, Tyco Raychem)
wurde auf den frischen Kleber 27 (3) gesetzt.
Der Kleber wurde dann 15 Minuten lang in einem statischen Ofen bei
150°C ausgehärtet. Ein erstes spannungsabsorbierendes
Material 35 (QMI 534, Loctite) wurde zwischen der Sicherung 30 und
der Tasche des Trägerstreifens 50 von der an den
vertikalen Teil des Trägerstreifens angrenzenden Seite
eingebracht und 15 Minuten lang bei 150°C ausgehärtet
(4). Ein flexibler, mit Silber angereicherter Epoxydharz-Kleber 25 (XCE80239-Emerson & Cuming) wurde
dann auf der oberen Fläche des auf dem Trägerstreifen 50 montierten
Sicherungselements 30 aufgebracht (5). Der
Kondensatorpressling 20 wurde auf den frischen Kleber gesetzt,
und der Anodendraht 80 wurde an den Trägerstreifen 50 lasergeschweißt
(6). Der Kleber wurde dann 45 Sekunden lang bei
190°C ausgehärtet. Die gesamte Anordnung wurde
auf den Kopf gestellt, und ein Punkt von 0,5 mm3 des
spannungsabsorbierenden Materials 90 (Dow Corning 1107)
wurde auf der Kante der Sicherung 30 aufgebracht, sodass
sich der Punkt von der Seite des Anodendrahtes 80 und über
die nicht durch den Trägerstreifen 50 und den
Kleber 27 bedeckte Oberfläche der Sicherung ausbreitete (7).
Das Material 90 wurde dann 20 Minuten lang in einen statischen
Ofen bei 150°C ausgehärtet. Anschließend
wurde die Anordnung mit einem quarzgefüllten Gießharz
eingekapselt.
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Kapazität,
Verlustfaktor, Impedanz und ESR des resultierenden Kondensators
(180 Muster) wurden dann geprüft und mit Mustern verglichen,
die wie oben beschrieben ausgebildet worden waren, jedoch ohne die
spannungsabsorbierenden Materialien
35 und
90.
Die Ergebnisse sind unten in Tabellen 1 und 2 angegeben. Tabelle 1: Eigenschaften von Kondensatoren
mit spannungsabsorbierendem Material
| | Kapazität
(μF) | Dielektrischer
Verlustfaktor (%) | Impedanz (mOhm) | ESR
(mOhm) | Leckstrom (μA) |
| Minimum | 284,0 | 2,3 | 62,2 | 60,2 | 1,30 |
| Mittel | 300,0 | 3,1 | 80,2 | 78,5 | 1,60 |
| Maximum | 329,0 | 5,1 | 114,3 | 113,1 | 2,10 |
| Stdabw. | 6,7 | 0,6 | 12,9 | 13,1 | 0,15 |
Tabelle 2: Eigenschaften von Kondensatoren
ohne spannungsabsorbierendes Material
| | Kapazität
(μF) | Dielektrischer
Verlustfaktor (%) | Impedanz (mOhm) | ESR
(mOhm) | Leckstrom (μA) |
| Minimum | 276,0 | 2,3 | 56,6 | 54,7 | 1,40 |
| Mittel | 299,0 | 3,0 | 70,4 | 68,9 | 1,60 |
| Maximum | 330,0 | 5,6 | 123,4 | 123,0 | 2,70 |
| Stdabw. | 9,6 | 0,6 | 10,2 | 10,4 | 0,20 |
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120
der oben beschriebenen Kondensatoren (mit und ohne spannungsabsorbierendes
Material) wurden dann dem oben beschriebenen Auslösezeittest
unterworfen (10 Pulse, 4 s ein/4 s aus in Rückwärtsrichtung
bei der Nennspannung 6,3 V). Die Ergebnisse sind unten in Tabelle
3 angegeben. Tabelle 3: Auswirkung des spannungsabsorbierenden
Materials auf das Durchbrennen von Kondensatoren
| | Geprüft
[Teile] | Gut
[Teile] | Durchgebrannt [Teile] | Durchgebrannt [%] |
| Ohne
spannungsabsorbierendes Material | 30 | 19 | 11 | 37 |
| Mit
spannungsabsorbierendem Material | 30 | 30 | 0 | 0 |
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Wie
oben angegeben, brannte keine der Kondensatoranordnungen, die ein
spannungsabsorbierendes Material enthielten, während der
Prüfung durch.
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Diese
und weitere Modifikationen und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung
können von einem Fachmann durchgeführt werden,
ohne dass vom Sinn und Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.
Zusätzlich dazu muss verstanden werden, dass Aspekte der
verschiedenen Ausführungen ganz oder teilweise ausgetauscht
werden können. Weiterhin wird ein Fachmann erkennen, dass
die oben angegebene Beschreibung nur ein Beispiel ist und nicht
mit der Absicht angegeben wurde, die Erfindung einzuschränken,
wie sie in den beigefügten Ansprüchen weiter beschrieben
wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Methode der
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Teller, Journal of American Chemical Society, Vol. 60, 1938, S.
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