AT238337B - Verfahren zur Herstellung von ein- oder mehrschichtigen Kondensatoren mit sehr dünnem keramischen Dielektrikum - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Verfahren zur Herstellung von ein- oder mehrschichtigen Kondensatoren mit sehr dünnem keramischen Dielektrikum 
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ein-oder mehrschichtigen Kondensatoren mit sehr dünnem keramischen Dielektrikum. Aufgabe der Erfindung ist es, im Zuge der Verkleinerung der Bauelemente für elektrische Geräte Kondensatoren mit geringen Abmessungen und zugleich sehr hoher Kapazität zu schaffen. Dabei sollen die für keramische Dielektrika, beispielsweise Bariumtitanat und andere Stoffe, bekannten Eigenschaften, wie hohe Dielektrizitätskonstante sowie günstiger Verlustwinkel, erhalten bleiben. 



   Die Aufgabe wird gelöst, indem eine sehr dünne Schicht aus einem als Dielektrikum geeigneten keramischen Material hergestellt wird, welche im ungebrannten Zustand so günstige mechanische Eigenschaften hat, dass sie unbegrenzt lagerfähig ist und ohne Gefahr der Zerstörung weiterbearbeitet, also beispielsweise angehoben, gebogen, gerollt, geschnitten oder metallisiert werden kann, jedoch nach dem Sinterbrand formfest und frei von organischen Bestandteilen ist. 



   Es ist bekannt, keramische Stoffe der genannten Art mittels Strangpressen zu dünnen Streifen zu formen und-beispielsweise mit Zwischenlagen - zu rollen. Bei diesem Verfahren ist die Bruchgefahr der 
 EMI1.1 
 mit einer Stärke von weniger als   0,   2 mm herzustellen. Nicht zuletzt bereitet es bei diesem Verfahren erhebliche Schwierigkeiten, die Elektroden anzubringen. 



   Es ist ferner bekannt, den als Dielektrikum dienenden Stoff in dünne Glasfolien einzulagern, wobei dem Glas so viel Titandioxyd   od. dgl.   zugesetzt wird, dass die übliche Temperaturfestigkeit des Glases   einigermassen   erhalten bleibt. Aus der Glasmasse werden dann sehr dünne Platten hergestellt, z. B. durch Blasen oder Auswalzen. Auch dieses Verfahren gestattet nicht die Herstellung von Kondensatoren, welche die gewünschten hohen spezifischen Kapazitäten aufweisen. 



     Der USA-Patentschrift Nr. 2, 736, 080 ist zu entnehmen,   dass man dünne keramische Schichten erhalten kann, indem man eine Suspension aus keramischem Pulver und organischen Substanzen herstellt und auf   einer porösen   Unterlage in Dicken bis zu   0, 13 mm   ausbreitet, wo sie so lange verbleiben, bis der Grossteil der (Träger-) Flüssigkeit entfernt ist, worauf die Folie in einfacher Weise von der Unterlage abgezogen und schliesslich nach einer weiteren Erhitzung dem keramischen Brand unterworfen wird. Die organischen Stoffe, die bei diesem Verfahren verwendet werden, sind Cellulosesorten, die beim Brand Verbrennungsrückstände (Asche) hinterlassen.

   Darin sind Alkalisalze enthalten, welche bekanntlich die elektrischen   Eigenschaften keramischer Dielektrika (Durchschlagsfestigkeit,   Verlustwinkel,   usw.) erheblich verschlech-   tern. Ausserdem ist Cellulose eine hochpolymere Substanz, die beim Verdampfen des   Lösungsmittelsnur   noch in   geringem'Masse polymerisiert,   so dass der Zusammenhalt der Folie praktisch nur bei den Dicken oberhalb 0, 1 mm gewährleistet ist. Das bringt wieder eine gewisse Steifigkeit mit sich, die bei der mechanischen Verarbeitung nachteilig ist. Cellulosefolien lassen sich nur nach den Papierfabrikationsverfahren einschliesslich Walzen, nicht aber durch Giessen herstellen. Sie sind zudem wasserunlöslich, so dass Stapel nur im Pressverfahren erzeugt werden können. 



   Aus der USA-Patentschrift Nr.   2, 539, 446   ist ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Folien 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 im Giessverfahren bekannt, bei dem ein keramisches Pulver in einen polymerisierenden Kunststoff, vorzugsweise Melamin-Formalin-Harz, eingebettet wird. Die resultierenden starren, selbsttragenden Schichten sind jedoch zur Erzeugung von Stapelkondensatoren unbrauchbar und ohnehin wegen ihrer Stärke zwischen 0, 13 und   0, 26 mm   zur Erzielung hoher spezifischer Kapazitäten nicht geeignet. Das Verfahren erfordert zwei Trocknungsgänge, ist also auch deshalb zur rationellen Herstellung keramischer Kondensatorfolien wenig zweckmässig. 



   Die USA-Patentschrift Nr. 2, 531, 389 beschreibt ein Verfahren, bei dem zunächst eine Dispersion einer als Dielektrikum dienenden Glasfritte in Form einer dünnen Schicht hergestellt wird, die mit einer Schicht metallischen Materials und einer weiteren dielektrischen Schicht versehen wird. Die so erhaltenen Dreischichtfolien werden übereinandergelegt, zu Wickeln aufgerollt, dem Brand unterworfen und dann aussen mit Anschlüssen versehen. Bei diesem Verfahren wird Glas verwendet, das sich wegen seiner niedrigen Schmelztemperatur (etwa 6000C) und seines grossen Schmelzintervalls im erhitzten Zustand zu Folien verarbeiten lässt, aber infolge seiner niedrigen   Dielektrizitätskonstanten   nicht für Kondensatoren mit hoher spezifischer Kapazität geeignet ist.

   Für die Überwindung der Schwierigkeiten, die bei der Herstellung    keramischerFolienmithohemSchmelzpunkt(z.B. TiO :   > 1600oC, Zersetzung) und geringem Schmelzintervall auftreten, können dieser Patentschrift keine Hinweise entnommen werden. Bei dem dortigen Verfahren kann nicht verhindert werden, dass zwischen den Schichten Luftpolster entstehen. Diese beeinträchtigen bekanntlich die Qualität von Kondensatoren dann besonders stark, wenn das Dielektrikum eine hohe DK aufweist. Um das Zusammentreffen von Poren seltener zu machen, werden bei dem genannten Verfahren beidseitig glasüberzogene Metallfolien aufeinandergelegt oder Versteifungsfolien eingelegt. 



  Beide Massnahmen führen jedoch zu wesentlich dickeren Kondensatoren, d. h. grösserem Bauvolumen und damit niedrigerer spezifischer Kapazität. 



   Das Verfahren nach der Erfindung vermeidet die vorstehend geschilderten Nachteile. Hiebei wird ein keramisches Dielektrikum, beispielsweise Bariumtitanat, zunächst aufgeschlämmt sowie mit einer Lösung einer leicht polymerisierenden und addierenden   Vinylverbindung-beispielsweise Polyvinylalkohol-od.

   ähnl.   polymerisationsfähiger organischer Verbindungen unter Zugabe entsprechender Weichmacher und Netzmittel versetzt und durch vorsichtiges, luftblasenfreies Rühren so gleichmässig verteilt, dass nach dem Auftragen dieser Suspension auf eine Unterlage mit sehr glatter, beispielsweise polierter Oberfläche und dem Verdampfen des Grossteiles der Flüssigkeit daraus eine sehr dünne, zusammenhängende, flexible, keramikgefüllte Kunststoff-Folie entsteht, wobei der Keramikanteil durch die Forderung begrenzt ist, dass im ungebrannten Zustand bequeme mechanische Handhabung und beliebig lange Lagerung möglich sind, dass jedoch anderseits im gebrannten Zustand eine homogene, dichte keramische Schicht von weniger als 0, 1 mm Stärke resultiert.

   Auf die Kunststoff-Folien wird an den dafür vorgesehenen Stellen, mindestens also auf Teilflächen, nach bekannten Verfahren - beispielsweise durch Drucken-eine Schicht eines bei der Sintertemperatur der Keramik noch nicht schmelzenden und mit der Keramik nicht reagierenden Metallesbeispielsweise Platin oder Palladium - aufgetragen. Die metallisierte Folie wird dann in geeignete Teile geschnitten und entweder einzeln auf einen Trägerkörper aufgebracht oder in an sich für die Herstellung von Stapel- bzw. Wickelkondensatoren bekannter Weise aufeinandergestapelt oder aufgerollt, wonach die so vorbereitete Einheit dem keramischen Brand unterworfen und sodann mit Anschlüssen versehen wird. 



   In spezieller Ausführung der Erfindung wird bei der Herstellung einschichtiger Kondensatoren die beidseitig metallisierte Folie auf einen ungebrannten Trägerkörper aufgelegt, der zweckmässig aus derselben keramischen Masse besteht wie der Füllstoff der Folie. Bei der Herstellung mehrschichtiger Kondensatoren ist darauf zu achten, dass die Metallschichten zwischen den dielektrischen Folien in bekannter Weise so gegeneinander versetzt sind, dass nach dem Brand einerseits die geradzahligen und anderseits die ungeradzahligen Metallbelegungen mit je einem gemeinsamen Anschluss versehen werden können. 



   Im folgenden Beispiel ist ohne Einschränkung der allgemeinen Verfahrensweise angegeben, wie eine Keramik-Kunststoff-Suspension bzw. -Folie hergestellt werden kann. 



     1 Gew. -Teil Wasser wird mit   2   Gew.-Teilen   trockenen, ungebrannten und später als Dielektrikum dienenden keramischen Pulvers, beispielsweise Bariumtitanat, aufgeschlämmt. 10   Vol.-Teile   dieser Suspension werden mit 9 Vol. -Teilen einer   30% eigen   wässerigen Vinylalkohollösung vermischt und mit 
 EMI2.1 
 eines Netzmittels - beispielsweise Methyltaurin oder eines andern   Fettsäurekondensationsproduktes - ver-   setzt. Nach vorsichtigem, luftblasenfreiem Rühren wird die homogenisierte Suspension auf eine polierte Metallplatte gegossen und wie oben beschrieben weiterverarbeitet. 



   In dieser Weise hergestellte Folien sind weniger als 0, 1 mm dick und weisen auch bei sehr viel klei-   nerer Dicke dank der beider   Polymerisation stattfindenden Vernetzung noch ausreichenden Zusammenhalt 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 auf. Sie sind ausserdem äusserst flexibel, was für das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren eine unerlässliche Voraussetzung darstellt. Die Verwendung wasserlöslicher Polyvinylverbindungen ermöglicht ein einfacheres Garnieren mit Wasser, wodurch vor allem Lufteinflüsse vermieden werden, aber auch die Herstellung von Wickelkondensatoren sehr erleichtert wird.

   Es verdient besondere Beachtung, dass gerade Polyvinylalkohol, der sich bei dem Verfahren nach der Erfindung als höchst vorteilhaft erwiesen hat, in der USA-Patentschrift Nr.   2, 539, 446 zur   Erzeugung von Keramikfolien als "in vieler Hinsicht ungeeignet" bezeichnet wurde. 



   Der Fortschritt des erfindungsgemässen Verfahrens geht jedoch auch noch daraus hervor, dass danach 
 EMI3.1 
 Keramik bisher nicht erreicht werden. Ausserdem bietet das Verfahren die Grundlage für die vollautomatische Herstellung von Miniaturkondensatoren.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH : Verfahren zur Herstellung von ein-oder mehrschichtigen Kondensatoren mit sehr dünnem keramischen Dielektrikum, wobei dünne dielektrische Folien hergestellt und mindestens auf Teilflächen metallisiert, übereinandergelegt sowie im Falle der mehrschichtigen Kondensatoren gestapelt oder gerollt, anschliessend einem Sinterbrand unterworfen und schliesslich mit Anschlüssen versehen werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufschlämmung aus einem keramischen Dielektrikum, beispielsweise Bariumtitanat, mit einer Lösung einer leicht polymerisierenden und addierenden Vinylverbindung, beispielsweise Polyvinylalkohol, od.

   ähnl. polymerisationsfähiger organischer Verbindungen, unter Zugabe entsprechender Weichmacher und Netzmittel versetzt und diese Suspension in an sich für Kunststoff-Folien bekannter Weise auf eine Unterlage mit sehr glatter, beispielsweise polierter Oberfläche aufgetragen wird, wo sie so lange verbleibt, bis der Grossteil der Flüssigkeit daraus verdampft ist, worauf die entstandene sehr dünne, keramikgefüllte Kunststoff-Folie in einfacher Weise von der Unterlage abgezogen, mit einem bei der Sintertemperatur der Keramik noch nicht schmelzenden und mit der Keramik keine chemische Verbindung bildendem Metall, beispielsweise in Form einer Paste, mindestens an den dafür vorgesehenen Stellen belegt und in geeignete Teile geschnitten wird, die nun entweder einzeln auf einen Trägerkörper gebracht oder in an sich für die Herstellung von Stapel- bzw.

   Wickelkondensatoren bekannter Weise aufeinandergestapelt oder aufgerollt werden, wonach die so vorbereitete Einheit dem keramischen Brand unterworfen und sodann mit Anschlüssen versehen wird.