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Die
Erfindung betrifft eine Durchführungsfilterkondensator-Anordnung,
umfassend zumindest einen leitenden Anschlussstift, ein leitendes
Substrat, durch welches der Anschlussstift in nicht-leitender Beziehung
hindurchgeht, und einen Durchführungsfilterkondensator
mit einer ersten und einer zweiten Elektrodenplatten-Einrichtung
und einen Durchgang, durch welchen hindurch sich der Anschlussstift
in leitender Beziehung mit der ersten Elektrodenplatten-Einrichtung
erstreckt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen vereinfachte Durchführungskondensator-Anschlussstift-Unterbaugruppen
und dazugehörige
Verfahren des Baus, im Besonderen von der Art, die bei implantierbaren
medizinischen Vorrichtungen, wie zum Beispiel Herzschrittmacher
und dergleichen eingesetzt wird, um unerwünschte elektromagnetische Störsignale
(EMI) von der Vorrichtung zu entkoppeln und diese gegen dieselben
abzuschirmen. Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung eine
vereinfachte und kostenreduzierte Keramik-Durchführungskondensator-Anordnung
und das entsprechende Installationsverfahren, einschließlich von
einem oder mehr Filterkondensatoren, welche ebenfalls den luftdichten
Verschluss ausbilden. Dies eliminiert die Notwendigkeit einer separaten
und kostspieligen luftdichten Anschluss-Unterbaugruppe, die beim
Stand der Technik üblich
ist. Bei der vorliegenden Erfindung bildet der Keramik-Durchführungskondensator
selbst den luftdichten Verschluss und ist besonders geeignet, um
einen Zuleitungsdraht oder eine Elektrode durch ein luftdicht verschlossenes
Gehäuse
hindurch mit internen elektronischen Bauteilen einer medizinischen
Vorrichtung zu verbinden, während
er EMI gegen das Eintreten in das verschlossene Gehäuse entkoppelt.
Die vorliegende Erfindung ist besonders ausgefegt für den Einsatz
bei Herzschrittmachern (Bradykardiegeräte), Kardioverter-Defibrillatoren
(Tachykardie), Neurostimulatoren, internen Me dikamentenpumpen, Cochlea-Implantaten
und bei anderen Anwendungen medizinischer Implantate. Die vorliegende
Erfindung ist ebenfalls anwendbar auf einen breiten Bereich anderer
EMI-Filter-anwendungen, wie zum Beispiel militärische Module oder elektronische
Raumfahrt-Module.
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Durchführungsanschlussstift-Anordnungen sind
auf dem Fachgebiet im Allgemeinen für die Verbindung elektrischer
Signale durch das Gehäuse oder
die Umhüllung
eines elektronischen Instruments hindurch wohlbekannt. Bei implantierbaren
medizinischen Vorrichtungen, wie zum Beispiel Herzschrittmachern,
Defibrillatoren oder dergleichen umfasst die Anschlussstift-Anordnung
einen oder mehr leitende Anschlussstifte, die durch eine Isolatorstruktur
getragen werden, für
den Durchführungsdurchgang vom Äußeren zum
Inneren der medizinischen Vorrichtung. Viele verschiedene Isolatorstrukturen
und zugehörige
Befestigungsverfahren sind auf dem Fachgebiet für die Anwendung bei medizinischen Vorrichtungen
bekannt, wobei die Isolatorstruktur für einen luftdichten Verschluss
sorgt, um das Eintreten von Körperflüssigkeiten
in das Gehäuse
der medizinischen Vorrichtung zu verhindern. Die Durchführungs-Anschlussstifte
sind typischerweise mit einem oder mehr Zuleitungsdrähten verbunden,
die effektiv als eine Antenne wirken und somit dahin tendieren, EMI-Streusignale
für die Übertragung
in das Innere der medizinischen Vorrichtung zu sammeln. Bei Vorrichtungen
des Standes der Technik ist die luftdichte Anschlussstift-Unterbaugruppe auf
verschiedene Weise mit einem Keramik-Durchführungsfilterkondensator kombiniert
worden, um Störsignale
zum Gehäuse
der medizinischen Vorrichtung zu entkoppeln. Ein primäres Merkmal
der hierin beschriebenen vereinfachten Durchführungsanschlussstift-Unterbaugruppe
ist die Kostenreduzierung, welche durch den Wegfall der separaten
luftdichten Anschluss-Unterbaugruppe erzielt wird.
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Bei
einer typischen unipolaren Konstruktion des Standes der Technik
(wie in der
US 5,333,095
A beschrieben) wird ein runder/scheibenförmiger (oder rechteckiger)
Keramik-Durchführungsfilterkondensator
mit einer luftdichten Anschlussstift-Anordnung kombiniert, um unerwünschte Störungs- oder
Schallübertragung
entlang eines Anschlussstiftes zu unterdrücken und zu entkoppeln. Der
Durch führungskondensator
ist koaxial und weist zwei Sätze
Elektrodenplatten auf, die in einem beabstandeten Verhältnis innerhalb
eines isolierenden dielektrischen Substrats oder eines solchen Trägers eingebettet
sind, typischerweise als eine keramische monolithische Struktur
ausgebildet. Ein Satz der Elektrodenplatten ist elektrisch an einer
zylindrischen Innendurchmesser-Oberfläche der koaxialen Kondensatorstruktur mit
dem leitenden Anschlussstift verbunden, der genutzt wird, um das
gewünschte
elektrische Signal oder die gewünschten
elektrischen Signale durchzulassen. Der andere oder zweite Satz
Elektrodenplatten ist an einer Außendurchmesser-Oberfläche des scheibenförmigen Kondensators
mit einer zylindrischen Quetschhülse
aus leitfähigem
Material verbunden, wobei die Quetschhülse wiederum elektrisch mit dem
leitenden Gehäuse
der elektronischen Vorrichtung verbunden ist. Die Anzahl und die
dielektrische Dickenbeabstandung der Elektrodenplattensätze variiert
gemäß dem Kapazitätswert und
der Nennspannung des koaxialen Kondensators. Die äußeren Durchführungskondensatorelektrodenplattensätze oder
(„Erder"-Platten) werden
parallel miteinander durch eine metallisierte Schicht verbunden,
die auf den Keramik-Kondensator
entweder gebrannt, gesputtert oder plattiert wird. Dieses metallisierte
Band wird seinerseits mit der Quetschhülse durch ein leitfähiges Klebemittel,
durch Löten,
Hartlöten,
Schweißen
oder dergleichen verbunden. Die inneren Durchführungskondensator-Elektrodenplattensätze (oder „aktive" Platten) werden
parallel miteinander durch eine metallisierte Schicht verbunden,
die auf den Keramik-Kondensator entweder durch Glas-Frittierbrennen
oder Plattieren aufgebracht wird. Dieses metallisierte Band wird
seinerseits mechanisch und elektrisch mit dem Zuleitungsdraht/den
Zuleitungsdrähten
durch ein leitfähiges
Klebemittel oder durch Löten oder
dergleichen verbunden. Beim Betrieb gestattet der koaxiale Kondensator
den Durchgang von elektrischen Signalen relativ niedriger Frequenz
entlang des Anschlussstifts, während
er unerwünschte
Störsignale
von typischerweise hoher Frequenz zum leitenden Gehäuse abschirmt
und entkoppelt/dämpft. Durchführungskondensatoren
dieses allgemeinen Typs sind verfügbar in unipolaren (ein), bipolaren (zwei),
tripolaren (drei), quadpolaren (vier), pentapolaren (fünf), hexpolaren
(sechs) und zusätzlichen
Zuleitungskonfigurationen. Die Durchführungskondensatoren (in der
scheibenförmigen
wie auch in der rechteckigen Konfiguration) dieser allgemeinen Art werden
gemein hin bei implantierbaren Herzschrittmachern und Defibrillatoren
und dergleichen eingesetzt, wobei das Schrittmachergehäuse aus
einem biokompatiblen Metall, wie zum Beispiel einer Titanlegierung,
hergestellt ist, welches elektrisch und mechanisch mit der luftdichten
Anschlussstiftanordnung verbunden ist, die wiederum elektrisch mit
dem koaxialen Durchführungsfilterkondensator
verbunden ist. Das Ergebnis ist, dass der Filterkondensator und
die Anschlussstiftanordnung das Eintreten von Störsignalen in das Innere des
Schrittmachergehäuses
verhindern, wobei diese Störsignale
ansonsten die gewünschte
Herzschrittmacher- oder Defibrillierungsfunktion nachteilig beeinträchtigen
könnten.
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In
der Vergangenheit wurden Durchführungsfilterkondensatoren
für Herzschrittmacher
und dergleichen typischerweise gebaut durch die Vormontage des koaxialen
Kondensators auf die zylindrische oder rechteckige luftdicht verschlossene
Anschlussstift-Unterbaugruppe, welche den leitenden Stift und die
Quetschhülse
einschließt,
oder innerhalb derselben. Im Besonderen wird die Anschlussstift-Unterbaugruppe
so vorgefertigt, dass sie eine oder mehr leitende Anschlussstifte
einschließt,
die innerhalb der leitenden Quetschhülse mit Hilfe eines luftdicht
versiegelten Isolatorrings oder -wulst getragen werden. Eine Art
der luftdichten Anschlussstift-Unterbaugruppe, die bei implantierbaren
medizinischen Vorrichtungen in breitem Maße verwendet wird, ist ein
Aluminiumoxid-Keramikisolator,
der nach komplizierten Sputter-/Metallisierungsverfahren in eine
Titan-Quetschhülse
goldhartgelötet
wird. Darüber
hinaus gibt es Platinzuleitungsdrähte, die ebenfalls auf den
Aluminiumoxid-Keramikisolator goldhartgelötet werden, um den luftdichten
Verschluss vollständig
zu machen. Beispiele von Unterbaugruppen werden in der
US 3,235,939 A ; in der
US 3,920,888 A ;
in der
US 4,152,540
A ; in der
US 4,421,947
A und in der
US
4,424,551 A offengelegt. Eine verbesserte Gestaltung des
Standes der Technik, welche wesentlich den volumetrischen Wirkungsgrad
verbessert hat, beruht auf der Oberflächenmontage einer planaren
Anordnungsstruktur eines Keramik-Durchführungskondensators auf eine äußere Oberfläche eines
luftdichten Anschlusses mit einem ähnlichen Anschluss an die leitenden
Stifte (siehe die Unterbaugruppen, die im US-Patent Nr. 5,333,095 offenbart werden).
Bei allem oben beschriebenen Stand der Technik wird der Durchführungskondensator
auf eine separate und relativ kostspielige luftdichte Anschlussstift-Unterbaugruppe montiert.
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Obwohl
Durchführungsfilterkondensator-Anordnungen
der oben beschriebenen Art eine im Allgemeinen zufrieden stellende
Leistung erbringen, sind die zugehörigen Herstellungs- und Montagekosten unannehmbar
hoch. Die Herstellung der separaten luftdichten Anschluss-Unterbaugruppe
ist zum Beispiel sehr kostspielig (in den meisten Fällen kostet die
luftdichte Anschlussstift-Unterbaugruppe mehr als der Keramik-Durchführungskondensator).
Darüber
hinaus ist der nachfolgende Einbau des Keramik-Durchführungskondensators
zeitaufwendig und daher teuer. Im Besonderen kann, wie in 1 von US-Patent
Nr. 4,424,551 gezeigt wird, der Einbau des koaxialen Kondensators
in den kleinen ringförmigen
Raum zwischen dem Anschlussstift und der Quetschhülse ein
schwieriges und kompliziertes Mehrstufenverfahren sein, um die Ausbildung
zuverlässiger
elektrischer Verbindungen von hoher Qualität zu gewährleisten. Das vom Patent Nr.
4,424,551 gelehrte Verfahren lehrt das Einspritzen von strömungsmechanischen
wärmehärtbaren
leitenden Partikeln in erste und zweite ringförmige Hohlräume (üblicherweise durch Zentrifugieren).
Dies ist jedoch ein zeitaufwendiges und relativ teures Verfahren.
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Demgemäß besteht
ein Bedarf an einer neuartigen Durchführungsfilterkondensator-Anordnung, welche
die Nachteile in Angriff nimmt, die oben im Zusammenhang mit dem
Stand der Technik festgestellt wurden. Im Besonderen wird eine neuartige
Kondensatoranordnung benötigt,
welche die Herstellung einer separaten luftdichten Anschlussstift-Unterbaugruppe überflüssig macht
und dennoch bei vielen Anwendungen verwendet werden kann, wo diese
Unterbaugruppen jetzt anzutreffen sind. Darüber hinaus sollte die verbesserte
Durchführungsfilterkondensator-Anordnung
für Standardherstellungsverfahren dergestalt
verfügbar
sein, dass Kostenverringerungen sofort realisiert werden können. Natürlich muss die
Neugestaltung in der Lage sein, effektiv unerwünschte elektromagnetische Störsignale
(EMI) aus der Zielvorrichtung herauszufiltern. Die vorliegende Erfindung
entspricht diesem Bedarf und sorgt für weitere damit verbundene
Vorteile.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte luftdicht verschlossene
Durchführungsfilterkondensator-Anordnung
gemäß Anspruch
1 für das Abschirmen
und das Entkoppeln eines leitenden Anschlussstiftes oder Leiterstiftes
der Art, die zum Beispiel bei einer implantierbaren medizinischen
Vorrichtung, wie zum Beispiel einem Herzschrittmacher oder einem
Kardioverter-Defibrillator gegen den Durchgang von externen Störsignalen,
wie zum Beispiel diejenigen, die durch digitale Mobiltelefone erzeugt
werden, genutzt wird. Der Durchführungsfilterkondensator
der vorliegenden Erfindung bildet einen luftdichten Verschluss mit
einem leitenden Substrat, auf welches er durch Schweißen oder
Hartlöten
befestigt wird, wodurch die traditionelle Anschlussstift-Unterbaugruppe überflüssig wird,
die beim Stand der Technik üblich
ist. Die Kondensatoranordnung ist so gestaltet, dass ihre inneren
Elektroden Körperflüssigkeiten
nicht ausgesetzt werden, wobei die Kondensatorelektrodenplattensätze jeweils
an das leitende Substrat und an den nicht-geerdeten oder aktiven Anschlussstift/die
nichtgeerdeten oder aktiven Anschlussstifte durch leitenden Klebstoff,
Löten,
Hartlöten,
Schweißen
oder dergleichen gekoppelt sind.
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Die
Durchführungsfilterkondensator-Anordnung
umfasst im Allgemeinen zumindest einen leitenden Anschlussstift,
ein leitendes Substrat, durch welches der Anschlussstift in nicht-leitender
Beziehung hindurchgeht, und einen Durchführungsfilterkondensator mit
einer ersten und einer zweiten Elektrodenplatten-Einrichtung und einen Durchgang, durch
welchen hindurch sich der Anschlussstift in leitender Beziehung
mit der ersten Elektrodenplatten-Einrichtung erstreckt. Eine erste
luftdichte Verschlussverbindungsstelle wird zwischen dem Anschlussstift
und dem Durchführungsfilterkondensator bereitgestellt.
Eine zweite luftdichte Verschlussverbindungsstelle wird zwischen
dem Durchführungsfilterkondensator
und dem leitenden Substrat bereitgestellt, wobei die zweite Elektrodenplatten-Einrichtung leitfähig mit
dem leitenden Substrat verbunden ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst das leitende Substrat einen Spannungsentlastungsflansch,
der im Allgemeinen den Durchführungsfilterkondensator
umgibt und auf welchen die zweite luftdichte Verschlussverbindungsstelle
aufgebracht ist, und ein Gehäuse,
an welchem der Flansch befestigt ist. Bei Anwendungen medizinischer
Implantate kann das Gehäuse
das Behältnis sein,
welches eine elektronische Vorrichtung enthält, wie zum Beispiel einen
Herzschrittmacher. Der Durchführungsfilterkondensator
schließt
einen Keramikkörper
ein, welcher die erste und die zweite Elektrodenplatten-Einrichtung
in einem beabstandeten Verhältnis
trägt.
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Die
erste luftdichte Verschlussverbindungsstelle umfasst eine erste
Metallisierungsschicht, die auf den Durchführungsfilterkondensator, angrenzend an
ein Ende des Durchgangs, durch Sputtern oder dergleichen aufgebracht
wurde und eine Edelmetall-Hartlötstelle,
die den Anschlussstift leitfähig
mit der ersten Metallisierungsschicht verbindet und diesen mechanisch
an derselben befestigt. Die zweite luftdichte Verschlussverbindungsstelle
umfasst eine zweite Metallisierungsschicht, die auf eine äußere Oberfläche des
Durchführungsfilterkondensators durch
Sputtern oder dergleichen aufgebracht wurde, und eine Edelmetall-Hartlötstelle,
welche das leitende Substrat, und im Besonderen den Spannungsentlastungsflansch
mit der zweiten Metallisierungsschicht verbindet und diesen mechanisch
an derselben befestigt.
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Die
zweite Metallisierungsschicht kann leitfähig die zweite Elektrodenplatten-Einrichtung mit dem leitenden
Substrat verbinden. Darüber
hinaus kann die zweite Metallisierungsschicht zumindest einen Abschnitt
der zweiten Elektrodenplatten-Einrichtung ausbilden. Bei einer alternativen
Gestaltung kann der Durchführungsfilterkondensator
einen Rohrkondensator umfassen, der, falls dies gewünscht wird,
ein Vielschichten-Rohrkondensator sein kann. Weiterhin kann ein
Drahtanschlussfeld bereitgestellt werden, das leitend mit dem Anschlussstift
verbunden ist. Das Drahtanschlussfeld kann auf einer äußeren Oberfläche des
Durchführungsfilterkondensators
ausgebildet werden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung schließt
die Kondensatoranordnung eine Aluminiumoxidschalterebene ein, die am
Keramikkörper
befestigt ist. In diesem Fall wird die erste luftdichte Verschlussverbindungsstelle
angrenzend an die Aluminiumoxidschalterebene ausgebildet.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
nachfolgenden detaillierteren Beschreibung in Verbindung mit den
beigefügten
Zeichnungen, welche beispielhaft die Grundgedanken der Erfindung
veranschaulichen, offensichtlich werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
beigefügten
Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung. Es zeigt:
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1 eine
Perspektivansicht und eine Teil-Schnittansicht eines quadpolaren
Durchführungsfilterkondensators,
welcher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verkörpert;
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2 ein
elektrisches Schaltschema der in 1 gezeigten
Anordnung;
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3 eine
Schnittansicht eines unipolaren luftdicht verschlossenen Durchführungsfilterkondensators,
welcher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verkörpert,
und sie veranschaulicht einen leitenden Anschlussstift, der sich
durch einen Keramik-Durchführungsfilterkondensator
hindurch erstreckt und seinerseits leitfähig mit einem leitenden Substrat
verbunden ist und mechanisch an diesem befestigt ist;
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4 ein
elektrisches Schaltschema der in 3 gezeigten
Anordnung;
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5 eine
vergrößerte auseinander
gezogene Schnittansicht, die im Allgemeinen den Bereich zeigt, der
durch die Linie 5 in 3 angegeben
wird, und die Einzelheiten einer ersten luftdichten Verschlussverbindungsstelle
zwischen dem Anschlussstift und dem Durchführungsfilterkondensator veranschaulicht;
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6A eine
vergrößerte auseinander
gezogene Vorderansicht des Bereiches, der durch die Linie 6A in 3 angegeben
wird, und sie veranschaulicht eine zweite luftdichte Verschlussverbindungsstelle
zwischen dem Durchführungsfilterkondensator und
dem leitenden Substrat;
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6B eine
vergrößerte auseinander
gezogene Vorderansicht ähnlich
der von 6A, und sie veranschaulicht
eine alternative zweite luftdichte Verschlussverbindungsstelle zwischen
dem Durchführungsfilterkondensator
und dem leitenden Substrat;
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7 eine
vergrößerte auseinander
gezogene Vorderansicht des Bereiches, der durch die Zahl 7 in 3 angegeben
wird, und sie veranschaulicht den Einsatz eines optionalen Anschlussstiftes
des Nagelkopftyps;
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8 eine
auseinander gezogene Vorderansicht ähnlich wie 6A und 6B,
und sie veranschaulicht den Einsatz einer zweiten luftdichten Verschlussverbindungsstelle
zwischen dem Durchführungsfilterkondensator
und einem Spannungsentlastungsflansch, der einen Abschnitt des leitenden
Substrats bildet;
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9 Seitenschnittansichten
verschieden geformter Spannungsentlastungsflansche, die in der Weise
verwendet werden können,
die in 8 veranschaulicht wird, um Spannung am Außendurchmesser
oder dem Umkreis des Kondensators zu entlasten;
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10 eine
Perspektivansicht einer alternativen Ausführungsform einer Durchführungsfilterkondensator-Anordnung,
die Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verkörpert,
wobei die Anordnung ein unipolares Drahtanschlussfeld inkorporiert;
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11 eine
zum Teil auseinander gezogene Perspektivansicht eines Vielschichten-Rohr-Durchführungsfilterkondensators,
der gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung auf ein leitendes Substrat montiert ist;
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12 eine
vergrößerte Schnittansicht,
im Allgemeinen entlang der Linie 12-12 von 11; und
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13 eine
Schnittansicht ähnlich
der, die in 12 veranschaulicht wird, welche
eine Einzelschicht-Rohr-Durchführungsfilterkondensator-Anordnung
veranschaulicht, die Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verkörpert,
verbunden mit einem Spannungsentlastungsflansch, wie in 9 veranschaulicht.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Wie
in den Zeichnungen für
Veranschaulichungszwecke gezeigt wird, betrifft die vorliegende Erfindung
eine neuartige Durchführungsfilterkondensator-Anordnung, die im
Allgemeinen in 1 durch das Bezugszeichen 20 bezeichnet
wird, in 3–8 durch
das Bezugszeichen 22, in 10 durch
das Bezugszeichen 24, in 11 und 12 durch
das Bezugszeichen 26 und in 13 durch das
Bezugszeichen 28. In der nachfolgenden Beschreibung haben
funktionell äquivalente
Elemente der verschiedenen Ausführungsformen
das gleiche Bezugszeichen. Die verbesserten Durchführungsfilterkondensator-Anordnungen 20–28 umfassen
im Allgemeinen zumindest einen leitenden Anschlussstift 30,
ein leitendes Substrat 32, durch welches hindurch sich
der Anschlussstift in nicht-leitender
Beziehung erstreckt, und einen Keramik-Durchführungsfilterkondensator 34.
Der Kondensator 34 umfasst ein Keramikgehäuse 36,
welches in einem beabstandeten Verhältnis erste und zweite Elektrodenplatten-Einrichtungen 36 und 40 trägt. Ein
Durchgang 42 wird durch den Durchführungsfilterkondensator 34 hindurch
bereitgestellt, durch welchen sich der Anschlussstift 30 in
leitender Beziehung mit der ersten Elektrodenplatten-Einrichtung 38 hindurch
erstreckt. Die zweite Elektrodenplatten-Einrichtung 40 ist
ihrerseits leitfähig
mit dem leitenden Substrat 32 verbunden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden luftdichte Verschlussverbindungsstellen 44 und 46 direkt
zwischen dem Keramik-Durchführungsfilterkondensator 34 und
dem leitenden Anschlussstift 30 bzw. dem leitenden Substrat 32 bereitgestellt,
um die Notwendigkeit einer kostspieligen separaten luftdichten Anschlussstift-Unterbaugruppe überflüssig zu machen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
für Anwendungen
medizinischer Implantate sorgen die Durchführungsfilterkondensator-Anordnungen 20–28 für das Abschirmen
und Entkoppeln des leitenden Anschlussstifts 30 oder des
Leiterstifts der Art, die zum Beispiel bei einem Herzschrittmacher
oder einem Kardioverter-Defibrillator genutzt wird, um den Durchgang
von außen
erzeugten elektromagnetischen Feldern (EM) zu verhindern, wie zum
Beispiel Störsignale,
die durch digitale Mobiltelefone verursacht werden. Der Durchführungsfilterkondensator 34 kann
mit Hilfe der zweiten luftdichten Verschlussverbindungsstelle 46 direkt
an einem Spannungsentlastungsflansch 48 befestigt werden,
der einen Abschnitt des leitenden Substrats 32 bildet,
und der dafür
geeignet ist, auf ein leitendes Schrittmachergehäuse 50 (oder eine
andere leitende Abschirmstruktur) mit Hilfe von Schweißen, Hartlöten, Löten oder Klebebonden
montiert zu werden, um als Auflage für die den Anschlussstift tragende
Kondensatoranordnung 34 für den Durchführungsdurchgang
zum Inneren des Gehäuses
zu dienen. Alternative Formen der Erfindung schließen Drahtanschlussfelder 52 ein, welche
interne Leitungsverbindungen ermöglichen.
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Die
Durchführungsfilterkondensator-Anordnungen 20–26 sind
so gestaltet, dass die empfindlichen inneren Elektrodenplatten-Einrichtungen 38 und 40 zur
Innenseite der implantierbaren Vorrichtung hin ausgerichtet sind,
so dass sie nicht in Kontakt mit Körperflüssigkeiten kommen können. Für Anwendungen
von Implantaten beim Menschen wird ein Edelmetall, wie zum Beispiel
Gold, für
die luftdichten Verschlussverbindungsstellen 44 und 46 genutzt,
um der Korrosion durch Körperflüssigkeiten
zu widerstehen. Zusätzlich
zu Anwendungen für
medizinische Implantate ist die vorliegende Erfindung ebenfalls
für eine
breite Vielfalt von anderen EMI-Filteranwendungen anwendbar, wie
zum Beispiel militärische
oder elektronische Weltraummodule, wo es wünschenswert ist, das Eintreten
von EMI in ein luftdicht verschlossenes Gehäuse, das empfindliche elektronische
Schaltungsanordnungen enthält,
auszuschließen.
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Unter
Bezugnahme auf 1 und 2 wird eine
quadpolare Durchführungsfilterkondensator-Anordnung
gezeigt, die gemäß den Grundgedanken
der vorliegenden Erfindung gestaltet wurde, wobei Vielschichten-Durchführungskondensatoren
in einer im Wesentlichen koplanaren Anordnung innerhalb einer gemeinsamen
Basisstruktur bereitgestellt werden, wobei jeder Kondensator in
Zuordnung zu einem entsprechenden Anschlussstift platziert ist.
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Die
Durchführungsfilterkondensator-Anordnung 20 von 1 stellt
ein Beispiel dafür
dar, wie die nachstehend in Verbindung mit den Anordnungen von 3 – 10 zu
erörternden
Merkmale problemlos in eine Vielschichtenkondensator-Anordnung inkorporiert
werden können.
Darüber
hinaus veranschaulicht die Anordnung 20 den Einsatz von integrierten
Aluminiumoxid- oder Kondensatordeckschichten 54 als Puffer
zwischen einer Fluidumgebung, die schädlich für die inneren Bauteile des Durchführungsfilterkondensators 34 sein
könnte.
Im Besonderen ist es manchmal wünschenswert,
besonders bei Anwendungen medizinischer Implantate, zusätzliche
Keramik-Decklagen innerhalb des Keramikgehäuses 36 bereitzustellen,
um die inneren Elektrodenplatten-Einrichtungen 38 und 40 zu
schützen.
Die Kondensator-Deckschichten 54 können bei der Herstellung des
Keramikgehäuses 36 bereitgestellt
werden. Alternativ kann eine Aluminiumoxid-Schalterebene 56 auf
der nach außen
gerichteten Seite des Gehäuses 36 des
Keramik-Durchführungsfilterkondensators
bereitgestellt werden. Wie nachstehend umfassender in Verbindung
mit 6B erörtert
werden wird, kann die Aluminiumoxid-Keramik-Schalterebene 56 mitgebrannt,
glas-/frittengebrannt oder mit nicht-leitenden wärmehärtbaren Klebstoffen mit der
nach außen
gerichteten Seite des Keramikgehäuses 36 verbunden
werden. 1 veranschaulicht weiterhin
die direkte Verbindung zwischen dem Keramik-Durchführungsfilterkondensator 34 und
einem Standard H-Flansch 58. Der H-Flansch 58 würde seinerseits
mit einem anderen Abschnitt des leitenden Substrats 32,
wie zum Beispiel dem Gehäuse 50 des
Schrittmachers, verbunden sein. Die Verbindung zwischen dem Durchführungsfilterkondensator 34 und
dem H-Flansch 58 wird mit Hilfe der zweiten luftdichten
Verschlussverbindungsstelle 46 bewirkt. 2 veranschaulicht
ein elektrisches Schaltschema, welches der Durchführungsfilterkondensator-Anordnung 20 von 1 entspricht.
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Unter
Bezugnahme auf 3 bis 5 wird die
spezielle Konstruktion einer unipolaren luftdicht abgeschlossenen
Durchführungsfilterkondensator-Anordnung 22 beschrieben.
Der leitende Anschlussstift 30 umfasst einen Platin-Iridium-Leiterstift oder
einen anderen Draht, der sich durch den Durchgang 42 des
Keramikgehäuses 36 hindurch
erstreckt. Die erste Elektrodenplatten-Einrichtung 38 umfasst
einen Satz Elektrodenplatten, die sich radial nach außen vom
Durchgang 42 weg erstrecken. Der erste Satz Elektrodenplatten 38 ist
leitfähig
miteinander, zum Beispiel durch eine Palladium-Silber-Metallisierung 60 verbunden,
die auf die innere Oberfläche des
Durchgangs 42 aufgebracht ist. Um eine einheitliche leitende
Verbindung zwischen dem Anschlussstift 30 und der Metallisierung 60 des
Inneren des Durchgangs zu gewährleisten,
wird eine leitende Klebstofffüllung 62 zwischen
dem Anschlussstift und der Metallisierung des Inneren des Durchgangs
bereitgestellt.
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Unter
Bezugnahme auf 5 wird die erste luftdichte
Verschlussverbindungsstelle 44 zwischen dem Anschlussstift 30 und
dem Keramikgehäuse 36 des
Durchführungskondensators 34 in
größeren Einzelheiten
veranschaulicht. Um die erste luftdichte Verschlussverbindungsstelle
zu schaffen, wird eine erste Metallisierungsschicht 64 auf
das Keramikgehäuse 36,
angrenzend an das obere Ende des Durchgangs 42, aufgebracht.
Eine Metall-Hartlötstelle 66 wird
dann über
der Metallisierungsschicht 64 aufgebracht, um den Anschlussstift 30 mit
der Metallisierungsschicht 64 leitfähig zu verbinden und ihn an dieser
mechanisch zu befestigen. Im Besonderen wird die Metallisierungsschicht 64 geschaffen,
indem zunächst
eine Haftschicht, wie zum Beispiel Titan, gesputtert wird. Danach
wird Nickel auf die Haftschicht gesputtert oder als galvanischer Überzug aufgebracht.
Schließlich,
und im Besonderen im Falle der Verwendung von medizinischen Implantaten, wird
Gold über
das Nickel gesputtert oder als galvanischer Überzug aufgebracht. Alternativ
kann die Metallisierungsschicht 64 durch Verfahren der
Plasma-/Lichtbogenentladung oder der Galvanisation aufgebracht werden.
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Unter
Bezugnahme auf 6A wird es ersichtlich sein,
dass die zweite Elektrodenplatten-Einrichtung 40 einen
Satz Elektrodenplatten umfasst, der vom ersten Satz Elektrodenplatten 38 beabstandet
ist und sich nach innen vom äußeren Radius
des Keramikgehäuses 36 aus
erstreckt. Der zweite Satz Elektrodenplatten 40 wird miteinander
mit Hilfe einer äußeren Metallisierungsschicht 68 verbunden,
die zum Beispiel der Metallisierung 60 des Inneren des Durchgangs ähnlich sein
kann. Alternativ kann die äußere Metallisierungsschicht 68 in
einer ähnlichen Weise,
wie die oben beschriebene erste Metallisierungsschicht 64,
ausgebildet werden. Um eine leitfähige und mechanische Verbindung
zwischen dem äußeren Umkreis
des Durchführungsfilterkondensators 34 und
dem leitenden Substrat 32 zu bewirken, wird eine zweite
Metallisierungsschicht 70 um den Umkreis des Keramikgehäuses 36 herum
und angrenzend an die äußere Metallisierungsschicht 68 in der
gleichen Weise aufgebracht, wie dies im Zusammenhang mit der ersten
Metallisierungsschicht 64 beschrieben wurde. Im Besonderen
wird zuerst eine Haftschicht, wie zum Beispiel Titan, gesputtert,
und danach wird Nickel über
die Haftschicht gesputtert oder als galvanischer Überzug aufgebracht.
Schließlich
wird Gold auf die Nickelschicht gesputtert oder als galvanischer Überzug aufgebracht,
um die zweite Metallisierungsschicht in Vorbereitung auf das Aufbringen
der zweiten Metall-Hartlötstelle 72 zu
vervollständigen.
Alternativ kann die Metallisierungsschicht 68 durch Verfahren
der Plasma-/Lichtbogenentladung
oder der Galvanisation aufgebracht werden. Eine Edelmetall-Hartlötstelle,
wie zum Beispiel Gold, wird besonders bei Anwendungen medizinischer
Implantate, wegen seiner bekannten Eigenschaften, wenn es in den
Körper
implantiert wird, bevorzugt. Es ist wichtig, dass die Metall-Hartlötstelle
die zweite Metallisierungsschicht 70 mit dem leitenden
Substrat 32 leitfähig
verbindet und sie mechanisch an ihm befestigt. Die Metall-Hartlötstelle 72 kann
die äußere Metallisierungsschicht 68 überlappen
oder ersetzen, um zu sichern, dass der zweite Satz Elektrodenplatten 40 mit
Hilfe der Metall-Hartlötstelle 72 leitfähig mit dem
leitenden Substrat 32 verbunden wird.
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Ein
Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass Materialien
mit einer relativ hohen dielektrischen Konstante (zum Beispiel Bariumtitanat mit
einer dielektrischen Konstante von 2 000) verwendet werden, um einen
integrierten Keramikkondensator und luftdichten Verschluss herzustellen.
Keramische dielektrische Materialien, wie zum Beispiel Bariumtitanat,
sind nicht so fest wie die Aluminiumoxidkeramik, die typischerweise
verwendet wird, um die luftdichte Verschluss-Unterbaugruppe des
Standes der Technik herzustellen. Der direkte Zusammenbau des Keramikkondensators
führt zu
Belastungen für
den Kondensator auf Grund der Nichtübereinstimmung der thermischen
Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Titan-Schrittmachergehäuse (oder einer
anderen Metallstruktur 50) und dem Kondensator-Isolierwerkstoff.
Besondere Sorgfalt muss aufgebracht werden, um eine Rissbildung
des Kondensatorelements zu verhindern. Demzufolge sind die Verwendung
von dielektrischen Materialien mit einem relativ hohen konstanten
Koeffizienten der Robustheit und/oder Spannungsentlastungsgestaltungen
wünschenswert.
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6B,
die 6A ähnlich
ist, veranschaulicht eine neuartige Schalterebenenkonstruktion,
welche eine stärkere
Aluminiumoxidkeramikschicht 56 im Bereich der ersten un
der zweiten luftdichten Verschlussverbindungsstelle 44 und 46 integriert,
die in der Lage ist, sowohl Belastungen durch Schweißen als
auch der Nichtübereinstimmung
bei den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu widerstehen. Die
Aluminiumoxidkeramikschalterebene 56 (ebenfalls in 1 gezeigt)
kann auf das Keramikkondensatorgehäuse 36 mitgebrannt,
glas-/frittengebrannt oder
mit diesem mit nicht-leitenden wärmehärtbaren Klebstoffen 74 verbunden
werden.
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Wie
in 6B gezeigt wird, ist die mechanische und leitfähige Verbindung
zwischen dem Kondensator 34 und dem leitenden Substrat 32 ähnlich der,
die oben beschrieben wurde. Unter Bezugnahme auf die zweite luftdichte
Verschlussverbindungsstelle 46 wird eine äußere Metallisierungsschicht 68 bereitgestellt,
um eine leitfähige
Verbindung mit dem zweiten Satz Elektrodenplatten 40 zu
schaffen. Die zweite Metallisierungsschicht 70 wird angrenzend
an die äußere Metallisierungsschicht
in der oben beschriebenen Weise aufgebracht (oder die zweite Metallisierungsschicht
kann die äußere Metallisierungsschicht
ersetzen, wenn sie auf die gesamte äußere Oberfläche des Keramikgehäuses 36 aufgebracht wird).
Die Gold-Hartlötstelle 72 wird
dann aufgebracht, um die mechanische und leitfähige Verbindung zwischen dem
Durchführungsfilterkondensator 34 und
dem leitenden Substrat 36 herzustellen, welches in diesem
Fall ein Behältnis,
eine Kappe oder ein Flansch eines Titan-Schrittmachers ist. Ein
zusätzliches
Merkmal, das bei der vorangehenden Ausführungsform nicht veranschaulicht
wird, ist der Einsatz eines leitfähigen Klebstoffs 76 zwischen
der äußeren Metallisierungsschicht 68 und
dem leitenden Substrat 32, um eine leitfähige Verbindung
zwischen dem zweiten Satz Elektrodenplatten 40 und dem
leitenden Substrat 32 sichern zu helfen.
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7 veranschaulicht
eine alternative Gestaltung der nach innen gerichteten Seite des
Keramik-Durchführungsfilterkondensators 34,
wobei ein Nagelkopf-Leiterstift 78 ein
optionales Drahtanschlussfeld 80 bereitstellt. Das Feld
kann auf den zuvor ausgebildeten Leiterstift gesputtert werden,
bis zur Spitze des ausgebildeten Zuleitungsdrahtes plattiert werden
oder durch Hartlöten
oder dergleichen befestigt werden. Des Weiteren kann das Drahtanschlussfeld
einfach mit dem leitenden Anschlussstift 30 in der Form
des gezeigten Nagelkopf-Leiterstifts 78 hergestellt werden.
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8 veranschaulicht
eine alternative Ausführungsform,
wobei ein Spannungsentlastungsflansch 48 mit Hilfe der
zweiten luftdichten Verschlussverbindungsstelle 46 direkt
am äußeren Umkreis
des Keramikgehäuses 36 befestigt
ist. 9 veranschaulicht eine Vielfalt von unterschiedlichen Formen
und Größen des
Spannungsentlastungsflansches 48. Ein Vorteil der Nutzung
von Spannungsentlastungsflanschen ist, dass der integrierte Durchführungskondensator/luftdichte
Abschluss komplett mit einem Spannungsentlastungsflansch 48 hergestellt werden
kann, der bereit für
den Einbau mittels Schweißens
ist. Der Spannungsentlastungsflansch 48 kann in Verbindung
mit entweder dem Keramik-Durchführungsfilterkondensator 34 selbst
oder mit der oben beschriebenen Kondensator/Aluminiumoxid-Schalterebene 56 genutzt
werden.
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10 zeigt
eine Alternative zum Eintreten des Leiterstiftes in das Innere des
Gehäuses.
Bei bestimmten Anwendungen implantierbarer Vorrichtungen (zum Beispiel
wenn ein Litzenkabel verwendet wird) ist es wünschenswert, eine Ver bindung
zum Kondensator oder zum Kondensatorsubstrat durch Drahtbonden herzustellen.
Das Drahtanschlussfeld 80 wird aus Gold ausgebildet, das
auf die Oberfläche des
Keramikgehäuses 36 entweder
plattiert oder als eine dicke Schicht aufgebracht wird. Die Oberfläche des
Keramikgehäuses 36 wird
durch Sputtern, Plattieren oder durch leitendes Glas-Frittier-Brennen
für das
Aufbringen des Goldes vorbereitet.
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11 und 12 zeigen
einen typischen Vielschichten-Rohrkondensator, welcher sowohl mit einem
leitenden Anschlussstift 30, der sich zentral durch diesen
hindurch erstreckt, als auch mit einem tragenden leitenden Substrat 32 unter
Nutzung der ersten und zweiten luftdichten Verschlussverbindungsstellen 44 und 46 der
Erfindung verbunden ist. Rohrkondensatoren sind auf dem Fachgebiet üblich, und
sie können
sehr billig hergestellt werden, da ihre Geometrie sich für Nasskeramikstrangpressen
mit hohem Volumen oder für
Walzverfahren anbietet. Rohrkondensatoren können vielschichtig sein, wie
in 11 und 12 veranschaulicht,
oder eine einzige Schicht (extrudiert) aufweisen, wie in 13 veranschaulicht
wird. Die gleichen Grundgedanken, die oben im Zusammenhang mit der
Befestigung des Anschlussstifts 30 am Keramikgehäuse 36 mit
Hilfe einer ersten luftdichten Verschlussverbindungsstelle 44 und
im Zusammenhang mit der Befestigung des Keramikgehäuses am
leitenden Substrat 32 mit Hilfe der zweiten luftdichten
Verschlussverbindungsstelle 46, wie oben beschrieben, erörtert wurden,
sind gleichfalls anwendbar im Falle eines Rohrkondensators. Rohrkondensatoren
sind sehr effektive Hochfrequenz-Filterelemente. Darüber hinaus
können
dem Inneren des Rohrkondensators induktive Elemente hinzugefügt werden,
um die Tiefpassfilteroberfläche des
L oder PI Typs auszubilden.
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Im
Besonderen wird, unter Bezugnahme auf 12, die
erste Metallisierungsschicht 64 über einer oberen Oberfläche des
Keramikgehäuses 36 ausgebildet,
um den ersten Satz Elektrodenplatten 38 leitfähig miteinander
zu verbinden. Die erste Metallisierungsschicht erstreckt sich zum
Teil in das obere Ende des Durchgangs 42 hinein. Danach
wird die erste Metall-Hartlötstelle 66 aufgebracht,
um das obere Ende des Durchführungsfilterkondensators 34 mit
dem Anschlussstift 30 leitend zu verbinden und dieses mechanisch
an ihm zu befes tigen. Die zweite Metallisierungsschicht wird über dem
entgegengesetzten Ende des Rohr-Durch-führungsfilterkondensators 34 aufgebracht,
um den zweiten Satz Elektrodenplatten 40 leitfähig miteinander
zu verbinden. Die zweite Metallisierungsschicht 70 erstreckt
sich vom unteren Ende des Kondensators 34 aus auf dessen äußerer Oberfläche nach
oben zum Punkt der Befestigung zwischen dem Kondensator 34 und
dem leitenden Substrat 32. Die zweite Metall-Hartlötstelle 72 kann
dann über
der zweiten Metallisierungsschicht aufgebracht werden, um den Rohr-Durchführungsfilterkondensator 34 mit
dem leitenden Substrat 32 leitend miteinander zu verbinden
und ihn mechanisch an diesem zu befestigen.
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13 veranschaulicht
einen Rohr-Kondensator mit einer einzigen Schicht (extrudiert).
In diesem Fall funktioniert die Metallisierung 60 des Inneren
des Durchgangs als die erste Elektrodenplatten-Einrichtung 38.
Angrenzend an ein oberes Ende der Metallisierung des Inneren des
Durchgangs 60 wird die erste Metallisierungsschicht 64 durch
Sputtern oder dergleichen aufgebracht. Die Metall-Hartlötstelle 66 verbindet
die Metallisierung 60 des Inneren des Durchgangs (welche
als erste Elektrodenplatten-Einrichtung 38 dient) leitend
mit dem leitenden Anschlussstift 30. Die radial nach außen gewandte
Oberfläche
des Keramikgehäuses 36 wird gesputtert,
um die zweite Metallisierungsschicht 70 auszubilden, die
ebenfalls als zweite Elektrodenplatten-Einrichtung 40 dient.
Der veranschaulichte Spannungsentlastungsflansch 48 kann
dann, wie gezeigt, mit Hilfe der zweiten Metall-Hartlötstelle 72 leitend mit
der zweiten Metallisierungsschicht 70 verbunden und mechanisch
an dieser befestigt werden.
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Aus
dem Vorstehenden wird klar, dass eine neuartige Keramik-Durchführungskondensator-Anordnung,
die ebenfalls einen luftdichten Verschluss ausbildet, für das Abschirmen
und Entkoppeln eines leitenden Anschlussstifts oder Leiterstifts
der Art bereitgestellt wird, die zum Beispiel bei einer implantierbaren
medizinischen Vorrichtung genutzt wird, wie zum Beispiel einem Herzschrittmacher
oder Kardioverter-Defibrillator, um den Durchgang von extern erzeugten
elektromagnetischen Feldern (EM), wie zum Beispiel Störsignale,
die durch zusätzliche
Mobiltelefone verursacht werden, zu verhindern.
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Durch
die Integration des Keramik-Durchführungskondensators und des
luftdichten Verschlusses in eine einzige Einheit wird die kostspielige
separate luftdichte Verschluss-Unterbaugruppe überflüssig. Darüber hinaus können die
oben beschriebenen Anordnungen in Verbindung mit einem unipolaren Durchführungsfilterkondensator
sowie mit Mehrfach-Durchführungsfilterkondensatoren
verwendet werden, die in einer im Wesentlichen koplanaren Anordnung
innerhalb einer gemeinsamen Basisstruktur bereitgestellt werden.
Der Einsatz von Spannungsentlastungsflanschen kann weiterhin in
vorteilhafter Weise die Auswahl von Materialien gestatten, welche sowohl
Belastungen durch das Schweißen
als auch dem Nichtübereinstimmen
bei thermischen Ausdehnungskoeffizienten widerstehen, die der Konstruktion von
Keramik-Durchführungsfilterkondensatoren
innewohnen.
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Obwohl
für Veranschaulichungszwecke mehrere
Ausführungsformen
der Erfindung im Detail beschrieben wurden, können verschiedene weitere Änderungen
vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzugehen,
wie er durch die beigefügten
Ansprüche
definiert wird. Zum Beispiel kann die freiliegende Kondensatoroberfläche mit
einem nicht-leitenden Epoxydharz oder Polyamid überzogen werden, um ihre Widerstandsfähigkeit
gegen Feuchtigkeit und Lösungsmittel
zu erhöhen.
Demgemäß ist die
Erfindung nicht einzuschränken,
außer
durch die beigefügten
Ansprüche.