DE2942704A1 - Verfahren zur herstellung eines monolithischen kondensators und danach hergestellter kondensator - Google Patents

Description

Verfahren zur Herstellung eines monolithischen Kondensators und danach hergestellter Kondensator

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines monolithischen Kondensators, insbesondere eines Kleinkondensators, der im Gegensatz zu Kondensatoren mit flexiblen Leitungen zur unmittelbaren Verbindung mit Schalttafeln geeignet ist, und erstreckt sich auf einen nach diesem Verfahren hergestellten Kondensator.

In den gebräuchlichen elektronischen Geräten finden mehr und mehr Kleinkondensatoren wegen ihrer Kompaktheit und der ihnen eigenen Zuverlässigkeit Verwendung.

Zum üblichen Einsatz solcher Kondensatoren werden diese mit zwei oder mehr Endabschnitten an ihren Endrändern versehen und unmittelbar auf eine Unterlage aus Aluminiumoxyd oder aus Epoxide getränkten Glasfasern montiert, welche mit Stegen an der Oberfläche versehen ist. Fließlötverbindungen werden zwischen den Kondensatoren und den Stegen hergestellt, wobei die Enden in direkter Berührung mit den Stegen stehen. Das Löten gewährt sowohl die elektrischen als auch die mechanischen Verbindungen der Einheit mit der Unterlage.

Im Verlauf des Lötens und in vielen Fällen auch im Einsatz werden Schalttafeln und Kondensatoren thermischen Einflüssen ausgesetzt.

Infolge abweichender Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen miteinander verbundenen Materialien und infolge der verhältnismäßig großen Zerbrechlichkeit der Kondensatoren, besonders an der Zwischenfläche zwischen den Enden und den Kondensatorelektroden, treten in der Praxis trotz der den

Kondensatoren eigenen Zuverlässigkeit verhältnismäßig oft Störungen an den Kondensatoren auf. Um einem Versagen zu begegnen, wurde versucht, eine federnde Verbindung an der Zwischenfläche zwischen Kondensatorende und Schalttafel anzubringen, damit die verschiedenartige Zusammenziehung und Ausdehnung der Einzelbestandteile keine unzulässige Belastung für die empfindlichen Teile der Einheit bringt, sondern die Belastung durch Biegung des federnden Anschlußteiles aufgenommen wird.

Die Verwendung eines solchen federnden Anschlußteiles verleiht zwar dem Kondensator einen äußerst hohen Grad an Zuverlässigkeit, jedoch bringt die Anbringung eines entsprechenden federnden Bauteils, beispielsweise ein entsprechender Streifen, eine wesentliche Kostenerhöhung mit sich, sowohl durch das zusätzliche Bauteil selbst, als auch durch die damit verbundene Arbeit.

Ferner leidet die Zuverlässigkeit des Kondensators durch Lücken im Raume zwischen den Kondensatorelektroden und dem gegenüberliegenden Abschluß. Solche Lücken werden im Kondensatorkörper teilweise als Folge der begrenzten Dicke der Elektroden zwischen den nichtleitenden Lagen festgestellt. So entstehen bei der üblichen Technik des Ausübens eines Druckes auf die gegenüberliegenden Flächen des Kondensators größere Druckkräfte im Gebiet der größten Dicke, das heißt, im zentralen Gebiet mit überlappenden Elektroden entgegengesetzter Polrichtung, als im Randbereich, in dem keine Überlappung der Elektroden vorliegt. Die Folge der ungenügenden Zusammenpressung der Randbereiche sind schwache Punkte oder Lücken, die sich vom Ende der Elektroden kurz vor dem Ende des Kondensators bis zum Abschlußmaterial am Kondensatorende erstrecken, was zu einem Ausfall der Spannung und/oder einer Herabsetzung des Isolierwiderstandes mit daraus entstehenden Veränderungen in den Werten führen kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung lässt sich zusammengefasst als die Schaffung eines monolithischen Kleinkondensators bezeichnen, in dem die Fließ-Lötung, die zur Verbindung des Kondensators mit der Unterlage gebraucht wird, einen Federungseffekt schafft, der den Kondensator höchst widerstandsfähig gegen thermische Erschütterungen macht, gleichgültig ob diese bei der Anbringung des Kondensators auf der Unterlage oder im späteren Einsatz der Einheit, zu welcher der Kondensator gehört, auftreten.

Insbesondere soll mit der Erfindung ein Kondensator geschaffen werden, dessen Boden oder seine der Unterlage benachbarte Oberfläche eine oder mehrere zusammengehörige Unterstützungen aufweist, die, wenn sie gegen die Tafel angeordnet werden, die seitlichen Abschlußenden des Kondensators mit den Abschlüssen mindestens etwa 0,1 mm bis 0,3 mm von der Oberfläche der Unterlage anheben.

Wenn die Abschlußteile eines Kondensators so an der Unterlage angebracht werden, wird, wie bei Fließ-Lötung, eine vertikale Lötraupe gebildet. Da die Abschlußteile von den leitenden Stegen auf der Unterlage im Abstand gehalten werden, wirkt die Lötraupe als federnde Säule oder Pfeiler, so dass für die voneinander abweichende thermische Ausdehnungscharakteristik des Kondensators und der Unterlage ein Ausgleich geschaffen wird, und zwar durch ein Verbiegen der Säule. Die Federung der durch das Heben des Abschlusses über die Unterlage verlängerten Lötsäule verhindert somit einen Bruch, beispielsweise in der Verbindung der Abschlußabschnitte mit den Rändern der Elektroden.

Die Anordnung zum Trennen der Abschlußabschnitte des Kondensators von der Stegoberfläche kann verschiedenartig ausgeführt werden. Vorzugsweise kann eine zentrale Platte aus Keramik in einem Stück auf die Bodenfläche des Kondensators gegossen werden, die hoch genug ist, um die leitenden Abschlüsse über die Höhe der leitenden Stege auf einer Unterlage oder einer Schaltplatte zu heben, wenn die Platte an die Schaltplatte anstößt.

Die Unterstützungen werden vorzugsweise innen in einem Abstand von den Enden des Kondensators gesetzt, an welchem das Abschlußmaterial angebracht wird, und zwar genügend weit voneinander, um sicher zu sein, dass die Fließ-Lötung eine Leerstelle in dem Bereich zwischen den leitenden Stegen und den Unterstützungen bildet, um zu vermeiden, dass die federnde Charakteristik der Lötraupe gefährdet wird.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Unterstützung zwei oder mehr Leisten auf der Unterfläche des Kondensators aufweisen, welche den gleichen Zweck wie die bereits beschriebene Platte haben.

Die Erfindung wird nachfolgend für eine einfache Kondensatoranordnung mit zwei Abschlußteilen, mit mehrfachen inneren Elektroden beschrieben:

Der vorstehend beschriebenen Ausführungsform entsprechend wird die Unterstützung vor dem Brennen durch ein stärkeres Pressen der Randkanten der feuchten Keramikmasse als im Mittelabschnitt gebildet, wobei unter der Bodenfläche des Kondensators eine unabhängige Platte oder Leiste abgegrenzt wird. Diese Ausführung hat den zusätzlichen Vorteil, dass in den Grenzbereichen zwischen den Elektroden und dem Abschluß die Möglichkeit von schwachen Punkten oder Leerräume in diesen Bereichen ausgeschlossen ist.

Demgemäß ist ein Gegenstand der Erfindung die Schaffung eines verbesserten monolithischen Kleinkondensators, bei dem einer durch Fließ-Lötung gebildeten Verbindung zwischen dem Kondensator und einer Unterlage Federung in einem Grade vorhanden ist, die ausreicht, um Schäden am Kondensator oder an der Verbindung zwischen dem Kondensator und der Unterlage, welche durch die verschiedenartigen Wärmekoeffizienten von Kondensator und Unterlage entstehen konnten, auszuschließen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Kondensators, bei dem die zwischen dem Kondensator und der Unterlage gebildete Lötverbindung einen hohen Grad an Federung aufweist.

Noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung eines Kondensators der beschriebenen Type mit Produktionskosten, die nicht wesentlich von denjenigen der üblichen Kondensatoren gleicher Type verschieden sind.

Noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung eines Kondensators der beschriebenen Type, mit verstärktem Widerstand gegen die Bildung schwacher Punkte oder

Leerräume in den Grenzbereichen zu den Kondensatorabschlüssen.

Noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind die Herstellungsmethoden für einen Kondensator der beschriebenen Type.

Um zu zeigen, wie die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst und weitere Vorteile, die hierbei auftreten oder auf die danach noch hingewiesen wird, erreicht werden, wird auf die beiliegenden Zeichnungen von Ausführungsbeispielen verwiesen. Darin zeigen:

Fig. 1 die schematische Seitenansicht eines Kondensators, der erfindungsgemäß auf eine Unterlage aufgebracht ist;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Unterseite des Kondensators gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine isometrische Ansicht eines Formgesenkes zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kondensators;

Fig. 4 eine schematische isometrische Ansicht des schon teilweise geformten Kondensators;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht gemäß einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Kondensators.

Fig. 1 zeigt einen monolithischen Kleinkondensator 10, der an einer isolierenden Unterlage 11 befestigt ist. Die Unterlage kann, wie typisch, aus Aluminiumoxyd oder aus mit Epoxide getränkten Glasfaser bestehen, beides Materialien, deren thermische Ausdehnungskoeffizienten andere sind, als derjenige des Kondensators. Dabei ist zu bemerken, dass der Kondensator aus einer Vielzahl von Lagen keramischen Materials besteht, die brechen oder sich trennen können, wenn der Kondensator unzulässigen Druck- oder Ausdehnungsbeanspruchungen ausgesetzt wird. Solche Beanspruchungen treten auf, wenn, wie typisch, der leitende Kondensatorabschluß an den Randenden des Kondensators unmittelbar mit dem leitenden Steg der Unterlage verbunden und damit der Kondensator gegen eine wesentliche Relativbewegung zur Unterlage blockiert ist.

Es ist offensichtlich, dass sich bei Abkühlung der Bestandteile nach der Bildung einer Lötraupe Druck- oder Ausdehnungskräfte entwickeln, welche durch die verschiedenartigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten entstehen.

Bei dem erfindungsgemäßen Kondensator sind die Wirkungen solcher Beanspruchungen und zu einem gewissen Grade auch die Wirkungen mechanischer Erschütterungen so abgeschwächt, dass eine Gefährdung des Kondensators oder seines Anschlusses zur Unterlage vermieden wird, und zwar durch die vorgesehenen Unterstützungsmittel, beispielsweise durch eine Plattform 12, wie auf dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 4 oder durch die Leisten 13 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5, welche die Unterseite 14 des Kondensatorbodens von der Unterlage 11 in einem Abstand D von etwa 0,1 mm bis 0,3 mm, vorzugsweise 0,127 mm bis 0,254 mm oder mehr von der Oberseite 15 der Unterlage halten, um sicher zu sein, dass eine wesentliche Expansion des senkrechten Pfeilers 16 aus Lötmasse zwischen den Abschlußteilen 17, 17 des Kondensators und der Unterlage möglich ist.

Da integrierte Unterstützungsmittel auf dem Keramikkörper vorgesehen sind, die, ohne Verbindung zur Unterlage, die Abschlußteile um den bereits erwähnten Abstand über die Unterlage heben, ist eine Lötverbindung sichergestellt, die ausreicht, um eine Verbindung verhältnismäßig hoher Nachgiebigkeit zwischen dem Kondensator und leitenden Stegen 18 der Unterlage zu erreichen, um somit mechanisch entstehende Belastungen besser im Lötkörper aufzufangen oder auszugleichen, als auf den Kondensator zu übertragen, da diese Belastungen in Größen auftreten, die ein Versagen des Kondensators oder eine Wertveränderung hervorrufen können.

Man wird feststellen, dass der Nachgiebigkeitseffekt sowohl die Ausdehnung als auch die Zusammenziehung von Unterlage und Kondensator zueinander ausgleicht.

In der Fig. 3 ist schematisch eine Methode zur Formgebung des Kondensators gemäß den Fig. 1 und 2 dargestellt. Wie üblich besteht der Kondensator aus einer Reihe von keramischen Schichten L, welche die nichtleitenden Komponenten des Kondensators und seine Verkapselung darstellen.

Zwischen den Schichten L werden die Elektroden E, E´ gebildet, welche, obwohl durch ein Abschirmen von Metall gegen eine benachbarte Keramikschicht entstanden, nur von begrenzter Dicke sind. Die Elektroden einer Polrichtung, z.B. die Elektroden L, laufen von einem Randende 19 in Längsrichtung und enden in einer Position kurz vor einem gegenüberliegenden Randende 20 des Kondensators. Gleichermaßen beginnen die Elektroden E´ der entgegengesetzten Polrichtung in einer Position in gleicher Ausdehnung mit dem Randende 20 und enden kurz vor dem gegenüberliegenden

Randende 19.

Wie leicht aus der vorbeschriebenen und im wesentlichen allgemein üblichen Konstruktion ersichtlich, kann wegen der begrenzten, wenn auch kleinen Dicke der Elektroden E, E´ eine Reihe von Laken V sowohl in den Bereichen zwischen dem Randende 20 und den Elektroden E, als auch zwischen dem Randende 19 und den Elektroden E´ entstehen. Um sowohl die Plattform 12 zu erhalten, die auf den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, als auch die Lücken zu eliminieren, welche Fehlerquellen für den Kondensator sind, ist eine Gesenk oder eine Gesenkkonstruktion vorgesehen,
<NichtLesbar>

Randbereiche M, welche die Abschnitte bilden, wo sich keine Elektroden entgegengesetzter Polrichtung überlappen, in stärkerem Maße zusammengedrückt werden als im mittleren Bereich, in welchem sich die Elektroden entgegengesetzter Polrichtung überlappen.

Das Gesenk, das schematisch dargestellt ist, kann aus einer flachen Oberplatte 21 und einer Unterplatte 22 bestehen, die mit einer Einbuchtung 23 in demjenigen Bereich versehen ist, der sich mit den überlappenden Abschnitten der Elektroden entgegengesetzter Polrichtung deckt. Wenn das Gesenk zusammengefahren ist, wird die feuchte Keramikmasse in den Randbereichen in einem stärkeren Maße zumindest aber im gleichen Maße zusammengedrückt als bzw. wie im mittleren Bereich, was eine gleichzeitige Verdichtung zur Folge hat und daher auch Lücken im Deckungsfeld mit den Randbereichen vermeidet.

Das Gesenk formt gleichzeitig die gewünschte Platte 12, die dazu dient, die dabei entstandenen Abschlußteile 17 im Abstand über dem Unterlageniveau zu halten, wenn der

Kondensator an eine Schalttafel oder dergleichen gelötet wird. Die Methode der Kondensatorherstellung unterscheidet sich somit in ihrem Verfahren vom üblichen Herstellungsvorgang, bei den die Flächen im Ganzen zwischen flachen Platten gepresst werden, was höhere Drücke im Deckungsbereich mit den überlappenden Elektroden als in den dünneren Randbereichen zur Folge hat.

Fig. 4 zeigt eine Zusammenstellung, wie sie den Gesenkgliedern 21, 22 entnommen wurde, und welche die Wirkung der zusätzlichen Verdichtung in den Randbereichen und die damit verbundene Vermeidung von Lücken veranschaulicht.

Bekanntlich wird das in Fig. 4 gezeigte keramische Teil gebrannt. Anschließend werden die Abschlußteile 17 angebracht, welche die Eingliederung von Elektroden entgegengesetzter Polrichtung in den Schaltkreis ermöglichen.

Als Variation des Herstellungsvorganges kann das Gesenk 22, als das Mittel zur Formgebung der Kondensatorunterseite, an der der feuchten Keramikmasse zugewandten Seite nachgebend gummiartig beschichtet sein. Die Verformbarkeit der gummiartigen Schicht wird dann automatisch die gewünschte zusätzliche Verdichtung der Randbereiche bewirken. Die Gesamtdicke dieser Randbereiche wird dann, da keine Elektroden entgegengesetzter Polung vorhanden sind, nach dem Verdichten geringer sein als die des mittleren Bereiches, wo sich die Elektroden überlappen. Selbstverständlich kann das Gesenk 22 sowohl mit einer Einbuchtung 22 oder mit nachgebender Beschichtung als auch für beide Hilfsmittel gleichzeitig ausgerüstet werden.

Außerdem ist es möglich, da, wo die zusammengesetzte zusätzliche Dicke der überlappenden Elektroden ausreichend groß ist, sich auf diese zusätzliche Dicke zusammen mit einem gummiartigen Gesenkglied zu verlassen, um den Plattenbereich, wie gewünscht zu erhalten.

In Würdigung der vorliegenden Erfindung ist zu erkennen, dass zahlreiche Variationen zu den Ausführungsbeispielen gemacht werden können, ohne dass dabei von der Grundidee der Erfindung abgegangen wird. So ist zum Beispiel die Gestaltung und Anzahl der Leisten, Stufen oder sonstiger Unterstützungen an der Unterseite des Kondensators nicht entscheidend, solange sie die Aufgabe erfüllen, die Randabschlußkanten des Kondensators zu heben, um das Vorhandensein einer entsprechend großen Spanne zum Löten zwischen dem Abschluß und der Unterlage zu sichern. Am günstigsten werden die Unterstützungen innerhalb eines Abstandes von den Randkanten angeordnet, damit das Lot nicht in den ganzen Raum zwischen dem Steg und dem Stützbereich fließt, da in diesem Falle die Möglichkeit wächst, dass größere Belastungen auf den Kondensator übertragen werden.

Zusammenfassung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines monolithischen Kondensators, der geeignet ist, an einer Unterlage durch Fließ-Löten befestigt zu werden und erstreckt sich auf einen danach hergestellten Kondensator, der so geformt ist, dass die Lötung eine nachgiebige mechanische Verbindung zwischen den Kondensatorenenden und der darunter liegenden Unterlage herstellt, wobei die Wahrscheinlichkeit eines Kondensatorversagens durch thermische oder mechanische Erschütterung wesentlich herabgesetzt wird.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines monolithischen Kondensators mit einem Mittelbereich mit inneren, zum Teil überlappenden Elektroden entgegengesetzter Polung, eingeschlossen in einem Keramikkörper, welcher eine nichtleitende Trennung der Elektroden bewirkt mit abwechselnden Elektroden, deren Außenenden an den entgegengesetzten Randenden des keramischen Kondensatorkörpers in Kontakt mit Abschlußteilen stehen, sowie mit einem Randteil, das zwischen dem erwähnten Mittelbereich und jedem der Abschlußteile angeordnet ist, und mit einer Bodenfläche, die im Einsatz auf eine Unterlage ruht, gekennzeichnet durch folgende Schnitte:

Zusammenbau der Elektroden und ihre Anbringung an einem feuchten Keramikkörper in einer teilweise überlappenden Anordnung, Ausübung von Druckkräften auf diese Teilzusammenstellung in senkrechter Richtung zur Anordnung der Elektroden in der Form, dass sich auf der Bodenseite Einbuchtungen bilden, welche sich mit den Randteilen decken und sich bis zu diesen erstrecken, wobei ein Teil der Bodenfläche sich auf einem Niveau befindet, das unterhalb des Niveaus der Einbuchtungen liegt, nachfolgendes Brennen der Keramikmasse und Aufbringung eines leitenden Überzugs auf die Randenden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Gesenkes für den Arbeitsgang der Ausübung der Druckkräfte auf die Bodenfläche, wobei das Gesenk Erhebungen aufweist, die sich mit den Randteilen decken.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Einfügung eines in Tiefenrichtung zusammenpreßbaren Teiles über die Bodenfläche des feuchten Keramikkörpers, bevor der Druck ausgeübt wird.

4. Monolithischer Kondensator aus einem Keramikkörper, der eine Unterseite aufweist, die einer Unterlage mit leitenden Stegen angepaßt ist, inneren Elektroden und leitenden Abschlußteilen an gegenüberliegenden Randenden des Kondensatorkörpers und elektrischen Kontakten mit den Elektroden, dadurch gekennzeichnet, dass Unterstützungen vorgesehen sind, die ein Ganzes mit dem Keramikkörper (10) bilden und über die Unterseite (14) etwa 0,1 mm bis 0,3 mm nach unten vorstehen sowie entlang der Unterseite (14) in Abständen innerhalb der gegenüberliegenden Randenden (19, 20) mit den Abschlußteilen (17) so angebracht sind, dass die auf die Unterlage (11) ruhenden Unterstützungen einen freien Bereich zwischen der Unterlage (11) und den Abschlußteilen (17) umgrenzen.

5. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Unterstützung eine zentrale Plattform (12) quer zur Kondensatoranordnung verläuft.

6. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnte Unterstützung aus einer Vielzahl von zusammengehörenden keramischen Leisten (13) besteht, die parallel zueinander und zu den entgegengesetzten Randenden (19, 20) des Körpers verlaufen.

7. Kondensator nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Unterstützungen von den Randenden (19, 20) mindestens etwa 20% der Entfernung zwischen den Randenden (19, 20) beträgt.