Kondensator mit einem niedrigen Ersatzserienwiderstand und Kondensatoranordnung

Beschrieben wird elektrischer Kondensator. Aus den Druckschriften DE 10057488 Al und DE 20203300 Al sind z. B. Tantal- oder Niob-Kondensatoren mit einem Gehäuse und einem darin angeordneten Kondensatorelement bekannt.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Kondensator anzugeben, der bei einem großen Kapazitätsspannungswert einen niedrigen ESR-Wert aufweist.

Es wird ein Kondensator mit mehreren in einem Gehäuse, vorzugsweise nebeneinander, angeordneten Kondensatorelementen angegeben, die jeweils einen stabförmigen Anodenkörper aufweisen. Dadurch gelingt es, einen besonders flachen Kondensator mit einem großen CV-Wert und gleichzeitig einem niedrigen ESR-Wert bereitzustellen.

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

Die Anodenkörper können in Richtung quer zu ihrer Hauptachse z. B. einen rechteckigen, insbesondere einen quadratischen Querschnitt aufweisen. Die Anodenkörper können aber auch zy-

linderförtnig oder andersartig ausgebildet sein.

Aus dem Inneren eines Anodenkörpers ragt ein Anodenableiter heraus, der vorzugsweise als Draht gewählt ist. Der Anodenableiter kann aber auch die Form eines Streifens haben.

Das Kondensatorelement weist eine auf dem Anodenkörper angeordnete dielektrische Schicht und eine auf dieser Schicht angeordnete Kathodenschicht auf, welche vorzugsweise als Kathodenableiter des Kondensatorelements dient.

Die in einem gemeinsamen Gehäuse eingeschlossenen, vorzugsweise gleichartig ausgebildeten Kondensatorelemente bzw. Anodenkörper sind vorzugsweise in einer Reihe angeordnet. In einer Variante sind die Anodenkörper in mehreren, übereinander liegenden Reihen angeordnet .

Verschiedene im gemeinsamen Gehäuse angeordnete Kondensatorelemente sind vorzugsweise im Gehäuseinneren elektrisch miteinander verbunden, beispielsweise in einer bevorzugten Variante parallel miteinander verschaltet. Damit gelingt es, den Ersatzserienwiderstand (ESR-Wert) zu verringern und gleichzeitig einen hohen Kapazitätsspannungswert zu erzielen.

Die Anodenableiter, die den verschiedenen, z. B. in einer Reihe angeordneten Kapazitäten zugeordnet sind, sind vorzugsweise durch einen einzigen, aus dem Gehäuse herausgeführten Anodenanschluss kontaktiert. Diese Kontaktierung erfolgt vorzugsweise im Gehäuse, kann aber auch außen erfolgen.

In einer Variante sind die Kathodenschichten verschiedener, z. B. in einer Reihe angeordneter Kapazitäten durch einen gemeinsamen, aus dem Gehäuse herausgeführten Kathodenanschluss

kontaktiert. Diese Kontaktierung erfolgt vorzugsweise im Gehäuse .

Jeder Anschluss weist einen im Gehäuse verlaufenden Bereich und einen außen verlaufenden Bereich (Außenlasche) auf. Ein Teil des außen verlaufenden Bereichs bildet einen vorzugsweise zur Oberflächenmontage geeigneten Außenanschluss des Bauelements .

Die in verschiedenen Reihen angeordneten Kondensatorelemente- sind in einer vorteilhaften Variante jeweils anöden- und ka- thodenseitig miteinander und mit dem entsprechenden Anschluss durch vorzugsweise streifenförmige Verbindungselemente leitend verbunden.

In einer Variante mit in mehreren (z. B. drei) Reihen angeordneten Kondensatorelementen kontaktiert der Anodenanschluss die erste, vorzugsweise unterste Reihe von Anodenkörpern. Die zweite Reihe von Anodenkörpern ist anodenseitig mit dem Anodenanschluss durch ein erstes Verbindungselement mechanisch fest und elektrisch verbunden. Die zweite und die dritte Reihe von Anodenkörpern ist miteinander durch ein zweites Verbindungselement mechanisch fest und elektrisch verbunden.

In einer weiteren vorteilhaften Variante ist es möglich, den im Gehäuse verlaufenden Abschnitt des Anodenanschlusses derart zu falten bzw. abzuwinkein, dass mehrere Reihen der Kondensatorelemente anodenseitig durch einen einzigen Anodenanschluss kontaktiert werden.

Vorteilhaft ist eine Anordnung von mehreren oben beschriebenen Kondensatoren in einem Stapel . Die übereinander angeordneten Kondensatoren sind z. B. mittels eines Klebstoffs fest

miteinander verbunden. Jeder Kondensator weist sein eigenes Gehäuse und eigene aus dem Gehäuse herausgeführte Anschlüsse (Kathodenanschluss, Anodenanschluss) auf. Im Gehäuse des jeweiligen Kondensators sind mehrere Kondensatorelemente nebeneinander angeordnet, die jeweils einen stabförmigen Anodenkörper aufweisen.

Zwei Kondensatoren der Kondensatoranordnung sind miteinander mittels den einander entsprechenden Anschlüssen z. B. durch Löten oder Schweißen mechanisch fest und elektrisch verbunden.

Im folgenden werden Kondensatoren anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen anhand schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellungen verschiedene Ausführungsbeispiele. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen schematisch

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

Figur 2 den Kondensator gemäß Figur 1 bzw. 3A im Querschnitt;

Figur 3A ausschnittsweise eine perspektivische Vorderansicht bzw. den Aufbau eines Kondensators, dessen Anodenkörper streifenförmige Anodenableiter aufweisen, von oben;

Figur 3B eine perspektivische Vorderansicht des Kondensators gemäß Figur 3A von unten;

Figur 4A ausschnittsweise eine perspektivische Vorderansicht bzw. den Aufbau eines Kondensators mit mehreren übereinander angeordneten Reihen von Kondensatorelementen;

Figur 4B den Kondensator gemäß Figur 4A im Querschnitt (erste Variante zur Verbindung von Reihen der Kondensatorelemente untereinander) ;

Figur 4C den Kondensator gemäß Figur 4A im Querschnitt (zweite Variante zur Verbindung von Reihen der Kondensatorelemente untereinander) ;

Figur 5A eine perspektivische Vorderansicht bzw. den Aufbau einer Kondensatoranordnung mit mehreren Kondensatoren, die jeweils gemäß Figur 1 ausgebildet sind;

Figur 5B eine weitere perspektivische Vorderansicht der Kondensatoranordnung gemäß Figur 5A;

Figuren 6, 7 jeweils eine Variante der Kondensatoranordnung gemäß Figuren 5A und 5B im schematischen Querschnitt.

In Figur 1 ist ein beispielhafter Kondensator gezeigt . Der Kondensator weist ein Gehäuse 10 und mehrere in diesem Gehäuse nebeneinander angeordnete Reihen der Kondensatorelemente auf. Das Gehäuse 10 ist vorzugsweise aus einem Kunststoff hergestellt . Jedem Kondensatorelement entspricht ein eigener Anodenkörper 201, 202 und 203. Der Anodenkörper 201, 202, 203 ist beispielsweise ein poröser Sinterkörper aus Tantalpulver. Aus dem Inneren des Anodenkörpers ist ein Anodenableiter 21 herausgeführt. Der Anodenableiter 21 ist fest mit einem Ano- denanschluss 11 des Kondensators verbunden.

Die in einer Reihe angeordneten Kondensatorelemente sind in bevorzugten Ausführungsformen einerseits mit einem gemeinsamen' ersten Anschluss, vorzugsweise Anodenanschluss 11 und andererseits mit einem gemeinsamen zweiten Anschluss, vorzugsweise Kathodenanschluss 12 des Kondensators elektrisch und mechanisch fest verbunden. Bei mehreren in einem gemeinsamen Gehäuse eingeschlossenen, übereinander angeordneten Reihen von Kondensatorelementen sind die Kondensatorelemente einer Reihe mit dem aus dem Gehäuse herausgeführten Anoden- bzw. Kathodenanschluss über ein Verbindungselement (z. B. Verbindungsstücke 41, 42 in Figur 4B) fest verbunden.

Auf der äußeren und inneren Oberfläche des Anodenkörpers ist eine in Figur 2 schematisch gezeigte dielektrische Schicht 23 angeordnet. Auf der Schicht 23 ist eine elektrisch leitende Kathodenschicht 22 angeordnet, deren äußerer Teil mit einem Kathodenanschluss 12 des Kondensators fest verbunden ist.

Jeder Anschluss 11, 12 des Kondensators stellt einen entsprechend dem Verlauf des Gehäuses abgewinkelten Metallstreifen dar. Der Anschluss 11 bzw. 12 verläuft z. B. außen entlang einer Seitenfläche des Gehäuses 10 und ist dabei zur Bildung eines oberflächenmontierbaren Außenanschlusses IIa bzw. 12a z. B. unterhalb der Gehäuse-Unterseite in die zum Grundkörper zeigende Richtung abgewinkelt. Die Außenanschlüsse IIa bzw. 12a befinden sich auf der Unterseite des Gehäuses.

Die den verschiedenen Kondensatorelementen zugeordneten Anodenkörper 201, 202 und 203 sind in diesem Beispiel in einer Reihe angeordnet, so dass die Anodenableiter 21 der in einer Reihe angeordneten Kondensatorelemente auf eine Ebene gebracht sind. Damit ist es möglich, alle Anodenableiter mit

einem einzigen Anodenkontakt 11 zu kontaktieren, siehe Figur 3B. Die Kathodenschichten 22 verschiedener Kondensatorelemente sind ebenfalls durch einen einzigen Kathodenkontakt 12 kontaktiert .

Die in Figur 1 gezeigten Anodenableiter stellen Drähte dar. Die Anodenableiter können in anderen, in Figuren 3A und 3B vorgestellten Varianten streifenförmig ausgebildet sein. Die stabförmigen Anodenkörper 201 bis 203 haben in den Figuren 1 und 3A einen rechteckigen bzw. quadratischen Querschnitt. Möglich ist es auch, die stabförmigen Anodenkσrper zylinderförmig oder mit einem beliebigen anderen Querschnitt auszubilden.

In Figur 4A ist eine vorteilhafte Variante des Kondensators gezeigt, bei der mehrere Kondensatorelemente nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind, wobei mehrere Reihen Rl, R2 , R3 von Kondensatorelementen übereinander gestapelt sind. Jedes Kondensatorelement umfasst einen Anodenkörper 201-j bis 203- j , eine hier nicht gezeigte dielektrische Schicht und eine darauf angeordnete Kathodenschicht 22 -j . Die Anodenkörper 201-j, 202-j, 203-j bzw. die Kathodenschichten 22-j sind der Reihe Rj zugeordnet, wobei j = 1, 2, 3.

Die elektrischen Verbindungen zwischen den Kondensatorelementen einer Reihe sowie zwischen den Reihen von Kondensatorelementen sind mit durchgezogenen Linien angedeutet.

In Figur 4B ist gezeigt, wie mehrere Reihen der Kondensatorelemente durch einen einzigen Anodenanschluss 11 kontaktiert werden können. Der Anodenanschluss 11 ist dabei im Gehäuseinneren S-förmig gefaltet.

Der Kathodenanschluss 12 ist fest mit der Kathodenschicht 22- 1 der in der ersten Reihe befindlichen Kapazitäten 201-1, 202-1, 203-1 verbunden (siehe auch Figuren 3B und 4A) .

Das erste Verbindungsstück 41 ist hier einfach abgewinkelt. Das Verbindungsstück 41 ist an seinem ersten Ende mit dem Kathodenanschluss 12 und an seinem zweiten Ende mit der Kathodenschicht 22-2 der in der zweiten Reihe R2 befindlichen Kapazität elektrisch sowie mechanisch fest verbunden. Das mit dem ersten Verbindungsstück 41 teilweise überlappende zweite Verbindungsstück 42 ist an seinem ersten Ende mit dem ersten Verbindungsstück 41 und an seinem zweiten Ende mit der Kathodenschicht 22-3 der in der dritten Reihe R3 befindlichen Kapazität elektrisch sowie mechanisch fest verbunden.

Die verschiedenen, übereinander liegenden Reihen von Kondensatorelementen können auch anderweitig miteinander verbunden werden. Alternativ zu der in Figur 4B gezeigten Variante ist es möglich, auch zur Verbindung zwischen den in unterschiedlichen Reihen Rl, R2 , R3 angeordneten Anodenableitern vorzugsweise streifenförmig ausgebildete, teilweise überlappende Verbindungselemente zu verwenden.

Figur 4C zeigt eine Variante des Kondensators mit mehreren Reihen von Kondensatorelementen Rl, R2 , R3 in einem Gehäuse, wobei die Verbindung zwischen den Reihen mittels doppelt bzw. Z-förmig abgewinkelter Verbindungseiemente 41 bis 44 erfolgt. Der Kathodenanschluss 12 ist fest mit Kathodenschichten 22-1 der ersten Kapazitätsreihe Rl verbunden. Das erste Verbindungselement 41 ist an seinem ersten Ende fest mit Kathodenschichten 22-2 der zweiten Reihe R2 und an seinem zweiten Ende fest mit dem Kathodenanschluss 12 verbunden. Das zweite Verbindungselement 42 ist an seinem ersten Ende fest mit Ka-

thodenschichten 22-3 der dritten Reihe R3 und an seinem zweiten Ende fest mit dem ersten Verbindungselement 41 verbunden.

Der Anodenanschluss 11 ist fest mit Anodenableitern 21-1 der ersten Reihe Rl verbunden. Das dritte Verbindungselement 43 ist an seinem ersten Ende fest mit Anodenableitern 21-2 der zweiten Reihe R2 und an seinem zweiten Ende fest mit dem Anodenanschluss 11 verbunden. Das vierte Verbindungselernent 44 ist an seinem ersten Ende fest mit Anodenableitern 21-3 der dritten Reihe R3 und an seinem zweiten Ende fest mit dem dritten Verbindungselement 43 verbunden. Die Verbindungsstücke 41 bis 44 in Figuren 4B, 4C sind vorzugsweise Blechstreifen.

Auf der Unterseite des Gehäuses 10 sind zur Verringerung der Bauhöhe des Kondensators geeignete Ausnehmungen zur Aufnahme von SMD-Kontakten IIa, 12a ausgebildet.

In dem in Figuren 4A, 4B und 4C dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle Anodenkörper im selben Gehäuse 10 angeordnet. In einer weiteren, in Figuren 5A, 5B und 6 gezeigten Variante ist es möglich, mehrere, jeweils eigene Anschlüsse - Anodenanschlüsse 11-1, 11-2, 11-3 und Kathodenanschlüsse 12-1, 12- 2, 12-3 - aufweisende Kondensatoren Cl, C2 , C3 übereinander anzuordnen und fest miteinander zu verbinden.

Jeder Kondensator Cj weist Außenlaschen - den Anodenanschluss 11-j und den Kathodenanschluss 12 -j - auf, wobei j = 1, 2, 3. Bei der in Figur 5B gezeigten Kondensatoranordnung sind die teilweise überlappenden Anodenanschlüsse miteinander z. B. mittels einer Punktschweißung fest verbunden. Der Anodenanschluss 11-1 des untersten Kondensators Cl ist auf der Unterseite so gefaltet (siehe Figuren 6, 7), dass er den anöden-

seitigen oberflächenmontierbaren Außenanschluss der Gesamtanordnung bildet.

In Figur 6 ist gezeigt, dass auch die Kathodenanschlüsse 12- 1, 12-2, 12-3 der übereinander angeordneten Kondensatoren Cl, C2 , C3 z. B. durch Punktschweißung, Verlötung oder Verklebung fest miteinander verbunden sind. Der Kathodenanschluss 12-1 des untersten Kondensators Cl bildet unten einen kathodensei- tigen oberflächenmontierbaren Außenanschluss der Gesamtanordnung .

In Figur 6 ist jedem Kondensator Cl bis C3 ein eigenes Gehäuse 10-1, 10-2 und 10-3 zugewiesen. Die in einer Reihe angeordneten Anodenkörper desselben Kondensators teilen ein gemeinsames Gehäuse. In Figur 6 sind die Anodenanschlüsse 11-1, 11-2 und 11-3 verschiedener Kondensatoren außerhalb der Kondensatorgehäuse 10-1, 10-2, 10-3 elektrisch und mechanisch fest miteinander verbunden. Auch die Kathodenanschlüsse 12-1, 12-2 und 12-3 verschiedener Kondensatoren sind außerhalb der Kondensatorgehäuse fest miteinander verbunden. Dagegen erfolgt in Figur 4B die elektrische Verbindung der in verschiedenen Reihen Rl, R2 , R3 angeordneten Kondensatorelemente innerhalb des gemeinsamen Gehäuses 10. Auch die Verbindung der Kathodenschichten der in verschiedenen Reihen angeordneten Kapazitäten erfolgt in Figur 4B innerhalb des gemeinsamen Gehäuses.

In Figur 7 ist eine weitere Möglichkeit zur Verbindung von übereinander gestapelten Kondensatoren Cl, C2 und C3 vorgestellt. Die Anodenanschlüsse 11-2, 11-3 der oberen Kondensatoren sind Z-förmig und der Anodenanschluss 11-1 des untersten Kondensators XJ-förmig abgewinkelt.

Kondensatoren wurden zwar anhand nur weniger Ausführungsbeispiele dargestellt. Sie sind allerdings nicht auf diese oder bestimmte Anwendungsbereiche beschränkt . Als Material für den Anodenkörper können beliebige geeignete Legierungen oder Ventilmetalle eingesetzt werden. Die Kondensatoren können insbesondere Chipkondensatoren, z. B. Tantal -/Niob-Kondensatoren sein.

Bezugszeichenliste

Cl, C2 , C3 erster, zweiter bzw. dritter Kondensator Rl, R2 , R3 erste, zweite bzw. dritte Reihe der Kondensatorelemente

10 Gehäuse

10-1 Gehäuse des ersten Kondensators Cl 10-2 Gehäuse des zweiten Kondensators C2 10-3 Gehäuse des dritten Kondensators C3

11 Anodenanschluss des Kondensators

12 Kathodenanschluss des Kondensators IIa, 12a Außenanschlüsse des Kondensators

11-j Anodenanschlüsse der übereinander gestapelten

Kondensatoren, j = 1 , 2 , 3 12 -j Kathodenanschlüsse der übereinander gestapelten

Kondensatoren

201, 202, 203 Anodenkörper 201-j , 202-j, 203-j in j. Reihe angeordnete Anodenkörper

21 Anodenableiter

22 Kathodenschicht

23 dielektrische Schicht

41, 42 im Gehäuse angeordnete Verbindungslaschen