DE102004034276A1

DE102004034276A1 - Elektrisches Bauelement mit einer niederohmigen Kontaktierung und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102004034276A1
Application number: DE102004034276A
Authority: DE
Inventors: Hubertus Goesmann
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2006-02-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauelement, insbesondere einen Kondensator mit einem korrodierbaren Kontakt und mit einem fest mit diesem verbundenen Anschlusselement, das mit einer schwer oxidierenden Metallschicht beschichtet ist. Das Anschlusselement ist vorzugsweise zur Verschraubung mit externen Befestigungs- oder Verbindungselementen geeignet.

Description

Elektrisches Bauelement mit einer niederohmigen Kontaktierung und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement, z. B. einen Kondensator, insbesondere einen Doppelschichtkondensator mit korrodierbaren Kontakten. Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements.

Bei einem Bauelement mit Aluminium-Kontakten ist es prinzipiell möglich, die korrodierbaren Kontakte von der Oxidschicht zu befreien und deren Oberfläche zu vernickeln oder zu verzinnen.

Bedingt durch den Aufbau eines Doppelschichtkondensators darf die Gehäuseoberfläche eines solchen Kondensators auf der Innenseite nicht zusätzlich beschichtet (z. B. vernickelt oder verzinnt) werden. Die Aufbringung der entsprechenden Beschichtung nur auf der Außenseite ist aufwendig.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bauelement anzugeben, dessen elektrische Anbindung geringe ohmsche Verluste aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bauelement mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 19 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal tungen der Erfindung sind aus weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Es wird ein elektrisches Bauelement angegeben, das mindestens einen korrodierbaren Kontakt z. B. aus Aluminium aufweist. Auf dem korrodierbaren Kontakt ist ein Anschlusselement befestigt, dessen Oberfläche eine höhere Korrosionsbeständigkeit als der korrodierbare Kontakt aufweist. Das Anschlusselement wird im Folgenden als „nichtkorrodierbar" bezeichnet. Gemäß der Erfindung stellt das nichtkorrodierbare Anschlusselement den Außenanschluss des Bauelements dar.

Das Anschlusselement ist vorzugsweise mit einer nichtkorrodierbaren bzw. schwer zu oxidierenden Metallschicht, z. B. einem Edelmetall, Zinn oder Nickel beschichtet.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass am Bauelement mit korrodierbaren Kontakten nicht korrodierbare elektrische Anschlüsse zur Verfügung gestellt werden, die eine niederohmige elektrische Verbindung garantieren. Ein solches Bauelement kann kostengünstig hergestellt werden.

Das elektrische Bauelement ist vorzugsweise ein Kondensator, insbesondere ein Doppelschichtkondensator. Das Bauelement gemäß Erfindung kann auch ein anderes vorzugsweise gehäustes Bauteil, z. B. ein Widerstand oder eine Induktivität sein.

Der korrodierbare Kontakt kann aus Al, Aluminiumlegierungen, Cu oder einem anderen leicht oxidierenden Metall bestehen.

Die schwer oxidierende (bzw. nicht oxidierende) Metallschicht ist vorzugsweise eine Ni-Schicht oder eine Zinnschicht. Die schwer oxidierende Metallschicht kann alternativ z. B. eine Edelmetallschicht (Au, Ag) sein.

Der korrodierbare Kontakt liegt vorzugsweise teilweise frei. Die Grenzfläche des Anschlusselements und des entsprechenden Kontakts ist vorzugsweise korrosionsfrei, d. h. die Grenzfläche zwischen den einander gewandten Oberflächen des korrodierbaren Kontakts und des nicht korrodierbaren Anschlusselements ist für den Sauerstoff unzugänglich. Die Verbindung des Anschlusselements und des entsprechenden Kontakts ist vorzugsweise eine Schmelzverbindung, d. h. eine durch einen Schmelzprozess entstandene mechanische Verbindung. Das Anschlusselement ist am entsprechenden Kontakt vorzugsweise angeschweißt oder angelötet.

Das Anschlusselement des Kondensators weist vorzugsweise eine Befestigungsvorrichtung auf, die zur Befestigung des Kondensators auf einem Systemträger (z. B. Leiterplatte) geeignet ist. Die Befestigungsvorrichtung kann gleichzeitig zur Kontaktierung von elektrischen Verbindungselementen, beispielsweise Stromschienen und Leitungsabschnitten dienen. Die Verbindungselemente können z. B. als Metallstreifen oder -laschen ausgebildet sein.

Das Anschlusselement ist vorzugsweise zur Verschraubung mit den oben genannten elektrischen Verbindungselementen, externen Befestigungselementen (Schrauben, Stehbolzen, Mutter) oder mechanischen Verbindungselementen (vorzugsweise elektrisch leitende Systemträger) geeignet. Das Anschlusselement kann z. B. in Form einer Buchse und die Befestigungsvorrichtung als ein Innengewinde der Buchse ausgebildet sein. Das Anschlusselement kann alternativ als ein Stift mit einem Außengewinde als Befestigungsvorrichtung ausgebildet sein.

Die Befestigungsvorrichtung kann alternativ eine Federvorrichtung zur Herstellung eines Druckkontakts mit externen Elementen sein. Die Befestigungsvorrichtung kann ferner ein Element zum Einrasten sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen anhand schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen schematisch
1 eine Vorderansicht eines Doppelschichtkondensators mit zwei angeschweißten, nicht korrodierbaren Anschlusselementen
2 eine Draufsicht von oben auf den Kondensator gemäß 1
3A die perspektivische Ansicht eines Kondensators gemäß Erfindung von oben
3B die perspektivische Ansicht des ersten Anschlusselements beim Kondensator gemäß 3A
4A die perspektivische Ansicht des Kondensators gemäß 3A von unten
4B die perspektivische Ansicht des zweiten Anschlusselements beim Kondensator gemäß 3A, 4A
5 die Seitenansicht des Kondensators gemäß 3A, 4A
6 einen Kondensator mit Anschlusselementen, die ein Außengewinde aufweisen
7 eine beispielhafte Befestigung und elektrische Verbindung des Kondensators in einem Kondensatormodul im Querschnitt
1 zeigt einen Doppelschichtkondensator mit einem Gehäuse 1 aus Aluminium und einem ersten korrodierbaren Kontakt 23. Der Boden des Gehäuses 1 bildet einen zweiten korrodierbaren Kontakt des Kondensators. Der zweite korrodierbare Kontakt bildet also einen Teil des Gehäuses und hat somit den Kontakt zum inneren Aufbau des Kondensators und dem darin enthaltenen Elektrolyt. Der erste korrodierbare Kontakt 23 ist mit einem nichtkorrodierbaren Anschlusselement 21 verschweißt. Das Gehäuse 1 ist bodenseitig mit einem nichtkorrodierbaren Anschlusselement 22 verschweißt. Eine schematische Draufsicht von oben ist in 2 gezeigt. Das erste Anschlusselement 21 ist in Form einer Buchse ausgebildet, die eine Öffnung 310 mit einer Befestigungsvorrichtung in Form eines Innengewindes aufweist.
Das erste Anschlusselement 21 kann komplett aus einem nichtkorrodierbaren Metall ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Anschlusselement 21 ein Teil aus Aluminium, das mit einem nichtkorrodierbaren Material wie z. B. Ni beschichtet wurde.
Im korrodierbaren Kontakt 23 sind hier nicht sichtbare Vertiefungen (Sicken) zur elektrischen Kontaktierung von Wicklungen eines im Gehäuse angeordneten Kondensatorwickels ausgebildet.
In 3A bis 5 ist ein weiterer Kondensator vorgestellt, der im Wesentlichen gleich wie der Kondensator gemäß den vorhergehenden Figuren aufgebaut ist. 3A und 4A zeigen diesen Kondensator in einer perspektivischen Ansicht von oben bzw. von unten. Das erste Anschlusselement 21 ist in 3B und das zweite Anschlusselement in 4B gezeigt.
Das erste Anschlusselement 21 weist eine Scheibe 21a mit Öffnungen 71 auf, auf der ein mit einem Sacklochgewinde ausgeführter Mittelteil 21c angeordnet ist. Das Teil 21 ist vorzugsweise einteilig ausgebildet.
Die Öffnungen 71 werden entlang deren Umfangs mit einem ersten Kontakt 23 des Kondensators z. B. mittels Laserschweißung verschweißt. Die Schweißung erfolgt vorzugsweise entlang des gesamten Umfangs der jeweiligen Öffnung 71.
Das zweite Anschlusselement 22 weist folgende Teile auf: einen Ringteil 22a, einen mit einem Sacklochgewinde ausgeführten Mittelteil 22c und einen Teller 22b. Im zweiten Anschlusselement 22 sind Öffnungen 72 vorgesehen.
Das erste Anschlusselement 21 ist so geformt, dass es zumindest im Bereich der Öffnungen 71 an dem ersten Kontaktelement 23 anliegt. Das zweite Anschlusselement 22 ist so geformt, dass es zumindest im Bereich der Öffnungen 72 an dem Gehäuseboden anliegt. Teile des ersten Kontakts 23 des Kondensators können in die Öffnungen 71 des ersten Anschlusselements formschlüssig hineinragen. Teile des Gehäuses 1 können in die Öffnungen 72 des zweiten Anschlusselements formschlüssig hineinragen.
Die Öffnungen 72 werden entlang deren Umfangs mit dem Gehäuse 1 des Kondensators z. B. mittels Laserschweißung verschweißt.
Die Schweißung erfolgt vorzugsweise entlang des gesamten Umfangs der jeweiligen Öffnung 72. Die Schweißung kann (siehe 4A) zusätzlich entlang des äußeren Randes des Ringteils 22a durchgeführt werden. In diesem Fall ist der Ringteil in seinem Randbereich formschlüssig an das Gehäuse bzw. Gehäuseboden angepasst.
Das Gehäuse 1 des Kondensators weist mit gestrichelten Linien angedeutete Rillen auf.
In 5 ist die Seitenansicht des Kondensators gezeigt. Das Gehäuse 1 ist mit einer Isolationsschicht 63 bedeckt, z. B. mit einer Kunststoffschicht beschichtet. Das erste Anschlusselements 21 weist eine korrosionsbeständige Beschichtung 61 auf. Das zweite Anschlusselements 22 weist eine korrosionsbeständige Beschichtung 62 auf. Die Beschichtungen 61, 62 sind vorzugsweise aus Ni. Die Beschichtungen 61, 62 schützen auch das Sachlockgewinde der Anschlusselemente 21, 22.
In 6 ist eine Variante der Erfindung vorgestellt, bei der die Anschlusselemente 21, 22 eine Befestigungsvorrichtung in Form eines Außengewindes aufweisen. Es ist im Prinzip auch möglich, ein erstes Anschlusselement mit einem Sacklochgewinde und ein zweites Anschlusselement mit einem Außengewinde zu versehen.
In 7 ist die mechanische Befestigung und die elektrische Verbindung eines Kondensators gemäß 1, 2 in einem Kondensatormodul in einem schematischen Querschnitt gezeigt. Das erste Anschlusselement 21 des Kondensators ist mittels einer Schraube 52 mit einem elektrischen Verbindungselement 42 (z. B. Stromschiene) mechanisch fest verbunden. Das zweite Anschlusselement 22 des Kondensators ist mittels einer Schraube 51 mit einem Befestigungselement 41 (z. B. Metallplatte) mechanisch fest verbunden.
Das elektrische Verbindungselement 42 verbindet hier die Kondensatoren C1 und C2, die in verschiedenen Kondensatorzellen des Kondensatormoduls angeordnet sind. Das elektrische Verbindungselement 41 verbindet die Kondensatoren C1 und C3, die in einer Kondensatorzelle des Kondensatormoduls angeordnet sind. Das elektrische Verbindungselement 41 dient hier als Systemträger.
Die Erfindung ist auf die vorgestellten Ausführungsbeispiele, bestimmte Materialien, die Art der Bauelemente (Kondensatoren, Spulen usw.) und die Anzahl oder spezielle Anordnung der dargestellten Elemente nicht beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, die Kontakte bzw. die Anschlusselemente eines Kondensators auf einer und derselben Stirnfläche anzuordnen.

1: Gehäuse
23: erster Kontakt des Kondensators
21: erstes Anschlusselement
21c: Mittelteil des ersten Anschlusselementes 21
22: zweites Anschlusselement
22a: Ring
22b: Teller
22c: Mittelteil des zweiten Anschlusselementes 22
310: Öffnung im ersten Anschlusselement mit Innengewinde
41: elektrisches Verbindungselement
42: elektrisches Verbindungselement
51, 52: Schraube
61: Beschichtung des Anschlusselements 21
62: Beschichtung des Anschlusselements 22
63: Isolationsschicht
71, 72: Öffnung

Claims

Elektrisches Bauelement – mit einem korrodierbaren Kontakt (23), – mit einem fest mit dem korrodierbaren Kontakt (23) verbundenen Anschlusselement (21), das als ein erster Außenanschluss des Bauelements dient und das eine höhere Korrosionsbeständigkeit als der korrodierbare Kontakt (23) aufweist.
Bauelement nach Anspruch 1, bei dem das Anschlusselement (21) mit einer schwer oxidierenden Metallschicht beschichtet ist.
Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, mit mindestens einem weiteren korrodierbaren Kontakt (22), mit einem fest mit diesem verbundenen weiteren Anschlusselement (22), das als ein zweiter Außenanschluss des Kondensators dient und das eine höhere Korrosionsbeständigkeit als der weitere korrodierbare Kontakt (22) aufweist.
Bauelement nach Anspruch 2, bei dem das weitere Anschlusselement (22) mit einer schwer oxidierenden Metallschicht beschichtet ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die schwer oxidierende Metallschicht eine Edelmetallschicht ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die schwer oxidierende Metallschicht eine Ni-Schicht oder eine Zinnschicht ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der korrodierbare Kontakt (21, 22) aus Al besteht oder Al enthält.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Anschlusselement (21, 22) ein Befestigungsmittel aufweist.
Bauelement nach Anspruch 8, bei dem das Befestigungsmittel ein Sacklochgewinde ist.
Bauelement nach Anspruch 8, bei dem das Befestigungsmittel ein Außengewinde ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Anschlusselement (21, 22) am entsprechenden Kontakt angeschweißt ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Anschlusselement (21, 22) mit dem entsprechenden Kontakt verlötet ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, das als Kondensator ausgebildet ist.
Bauelement nach Anspruch 13, das als Doppelschichtkondensator ausgebildet ist.
Bauelement nach Anspruch 13 oder 14, das ein Gehäuse (1) aufweist, in dem eine Elektrolytflüssigkeit enthalten ist, bei dem wenigstens ein korrodierbarer Kontakt (21, 22) von einem Teil des Gehäuses (1) gebildet ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem das erste Anschlusselement (21) Öffnungen (71) aufweist, wobei das erste Anschlusselement (21) im Bereich seiner Öffnungen (71) formschlüssig auf dem ersten Kontakt (23) des Bauelements angeordnet ist, wobei das erste Anschlusselement (21) entlang mindestens eines Teils des Umfangs von den Öffnungen (71) mit dem ersten Kontakt (23) verschweißt ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem das zweite Anschlusselement (22) Öffnungen (72) aufweist, wobei das zweite Anschlusselement (22) im Bereich seiner Öffnungen (72) formschlüssig auf dem Gehäuseboden angeordnet ist, wobei das zweite Anschlusselement (22) entlang mindestens eines Teils des Umfangs von den Öffnungen (72) mit dem Gehäuseboden verschweißt ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem der äußere Rand des zweiten Anschlusselements formschlüssig auf dem Gehäuseboden angeordnet und mit diesem entlang seines Umfangs verschweißt ist.
Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Bauelements, mit folgenden Schritten: A) ein Bauelement mit einem ersten Kontakt und ein erstes Anschlusselement wird bereitgestellt; B) das erste Anschlusselement wird mit dem ersten Kontakt mittels einer Laserschweißung verschweißt.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem im Schritt A) das erste Anschlusselement mit Öffnungen bereitgestellt wird, bei dem das erste Anschlusselement auf dem ersten Kontakt des Bauelements so angeordnet wird, dass es im Bereich seiner Öffnungen den ersten Kontakt berührt, bei dem die Laserschweißung entlang des Umfangs der jeweiligen Öffnung des ersten Anschlusselements durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem ein zweites Anschlusselement mit Öffnungen bereitgestellt wird, bei dem das zweite Anschlusselement auf dem Gehäuseboden so angeordnet wird, dass es im Bereich seiner Öffnungen den Gehäuseboden berührt, bei dem das zweite Anschlusselement mit dem Gehäuseboden mittels einer Laserschweißung verschweißt wird, wobei die Laserschweißung entlang des Umfangs der jeweiligen Öffnung des zweiten Anschlusselements durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, bei die Laserschweißung entlang des äußeren Randes des zweiten Anschlusselements durchgeführt wird.