DE102014106919A1 - Glass ceramic capacitor for high voltage applications - Google Patents
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Abstract
Kondensator für Hochspannungsanwendungen mit einem Glaskeramikkörper (10) als Dielektrikum und Metallisierungsschichten (11, 13) als Elektroden. Ausgehend von einer Serie von Testkondensatoren werden die Parameterwerte eines zu entwerfenden Kondensators aufgrund von Formeln bestimmt.Capacitor for high voltage applications with a glass ceramic body (10) as a dielectric and metallization layers (11, 13) as electrodes. Starting from a series of test capacitors, the parameter values of a capacitor to be designed are determined on the basis of formulas.
Description
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Kondensatoren mit Glaskeramik als Dielektrikum, und im speziellen auf Glaskeramik-Kondensatoren für Hochspannungsanwendungen. The invention relates generally to capacitors with glass-ceramic as a dielectric, and more particularly to glass-ceramic capacitors for high voltage applications.
Kondensatoren mit Glaskeramik als Dielektrikum sind bekannt. So beschreibt die
Die
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, wie Glaskeramik-Kondensatoren ausreichend dünn gebaut und insgesamt bemessen werden sollen, und dennoch für Hochspannungsanwendungen geeignet sind. The invention is based on the object as glass-ceramic capacitors are to be built sufficiently thin and dimensioned overall, and yet are suitable for high-voltage applications.
Schwierigkeiten und Bedenken wie folgt sind zu überwinden:
Bisherige Glaskeramiken für Hochleistungskondensatoren enthalten Keramiken wie BST (Barium-Strontium-Titanat). Kondensatoren mit BaTiO3, einem ferroelektrischen Material, sind bisher nicht für Hochleistungselektronik verwendet worden, da die ferroelektrische Hysterese zu deutlichen, hohen dielektrischen Verlusten führt. Ferner müsste die Dicke der Glaskeramik sehr hoch sein, damit die dielektrische Feldstärke in der Glaskeramik 1 bis 3 KV/mm nicht übersteigt. Dies würde bei Anwendungen in einem Spannungsbereich oberhalb von 10 kV zu einer Dicke des glaskeramischen Dielektrikums im Bereich einiger cm führen, was für die praktische Anwendung unzumutbar ist. Difficulties and concerns are as follows:
Previous glass ceramics for high-performance capacitors contain ceramics such as BST (barium strontium titanate). Capacitors with BaTiO 3 , a ferroelectric material, have not previously been used for high power electronics because the ferroelectric hysteresis leads to significant, high dielectric losses. Furthermore, the thickness of the glass ceramic would have to be very high, so that the dielectric field strength in the glass ceramic does not exceed 1 to 3 KV / mm. For applications in a voltage range above 10 kV, this would lead to a thickness of the glass-ceramic dielectric in the range of a few cm, which is unreasonable for practical use.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt aufgrund der Lehre des Anspruchs 1 und wird durch die Maßnahmen der abhängigen Ansprüche weiter entwickelt und ausgestaltet. The solution of the problem is achieved on the basis of the teaching of
Die Erfindung geht von der Entdeckung aus, dass Glaskeramik mit einem Gehalt an ferroelektrischem Material dann für die Hochspannungsanwendungen bei Kondensatoren eingesetzt werden kann, wenn die Glaskeramik äußerst porenarm oder porenfrei ist und das ferroelektrische Material in Kristallit-Form der Größenordnung weniger Nanometer vorliegt. Ein Porenanteil im Volumen von kleiner als 0.03% gilt im Rahmen der Erfindung als „äußerst porenarm“. Die Kristallite des ferroelektrischen Materials sollen in der Größenordnung der ferroelektrischen Domänen liegen, dass heißt in Grenzen von 10 nm bis 100 nm bei der Glaskeramik BaTiO3 liegen. Dies bedeutet, dass die Glaskeramik aus der flüssigen Glasphase unter strengen Herstellungsbedingungen gewonnen werden muss, um ferroelektrisches Material zu erzeugen, das bei der Umpolung eine schmale Hysterese zeigt und damit eine erträgliche Verlustleistung erbringt, um für Hochspannungsanwendungen bei Kondensatoren brauchbar zu sein. The invention is based on the discovery that glass ceramic containing ferroelectric material can then be used for the high voltage applications in capacitors, when the glass ceramic is extremely porous or non-porous and the ferroelectric material is in crystallite form of the order of a few nanometers. A pore fraction in the volume of less than 0.03% is considered within the scope of the invention as "extremely low in pores". The crystallites of the ferroelectric material should be of the order of magnitude of the ferroelectric domains, that is to say lie within limits of 10 nm to 100 nm for the glass-ceramic BaTiO 3 . This means that the glass-ceramic glass-ceramic must be obtained under stringent manufacturing conditions to produce ferroelectric material which exhibits a narrow hysteresis at the pole reversal and thus provides a tolerable power dissipation to be useful for high voltage applications in capacitors.
Anstelle von ferroelektrischem Material kann auch paraelektrisches Material benutzt werden. Dabei können die paraelektrischen Kristallite in der Größenordnung von wenigen µm vorliegen. Dies bedeutet Kristallitgrößen im Bereich 0,1 µm bis 50 µm. Damit sind die Kristallite wesentlich kleiner als die Dicke der dielektrischen Glaskeramikkörper zur Herstellung der Kondensatoren. Instead of ferroelectric material and paraelectric material can be used. The paraelectric crystallites can be in the order of a few microns. This means crystallite sizes in the range 0.1 microns to 50 microns. Thus, the crystallites are substantially smaller than the thickness of the dielectric glass ceramic body for the production of the capacitors.
Der dielektrische Glaskeramikkörper bildet ein scheibenförmiges Substrat, dessen Substratdicke und Substratradius zusammen mit dem Radius von Metallisierungsschichten als Elektroden für einen zu entwerfenden Kondensator gemäß der Lehre der Erfindung bestimmbar sind. The dielectric glass ceramic body forms a disk-shaped substrate whose substrate thickness and substrate radius together with the radius of metallization layers can be determined as electrodes for a capacitor to be designed according to the teachings of the invention.
Die Erfinder nutzen die Tatsache, dass die Durchschlagspannung (die Spannung bis zum Durchschlag) eines Glaskeramik-Kondensators bei abnehmender Dicke der Glaskeramik-Schicht steigt. Dies ist eine große Hilfe bei der Konstruktion von Hochleistungskondensatoren kleiner Bauweise bei hoher Durchschlagsspannung. Bei der Bemessung der Glaskeramik-Kondensatoren muss schließlich berücksichtigt werden, dass Feldüberschläge an den Rändern der Glaskeramik verhindert oder zumindest in einem tolerierbaren Bereich gehalten werden müssen. The inventors take advantage of the fact that the breakdown voltage (voltage to breakdown) of a glass-ceramic capacitor increases as the thickness of the glass-ceramic layer decreases. This is a great help in designing high performance capacitors of small design with high breakdown voltage. When dimensioning the glass-ceramic capacitors, it must finally be taken into account that field flashovers at the edges of the glass-ceramic must be prevented or at least kept within a tolerable range.
Damit werden gemäß der Erfindung Glaskeramik-Kondensatoren zur Verfügung gestellt, die von räumlich geringer Dimension sind, bei denen aber Durchschläge des elektrischen Feldes nur in einem tolerierbaren Maß vorkommen oder praktisch ausgeschlossen werden können. Ferner können entsprechende Kondensatoren kostengünstig hergestellt werden. Thus, according to the invention, glass-ceramic capacitors are made available that are of spatially small dimension, but in which breakdowns of the electric field occur only to a tolerable level or can be virtually ruled out. Furthermore, corresponding capacitors can be produced inexpensively.
Erfindungsgemäß wird ein Kondensator für Anwendungen zwischen 3kV und 100kV, insbesondere zwischen 5kV und 60kV, bei hohen Durchschlagsfeldstärken bereitgestellt, der als Dielektrikum einen dielektrischen Glaskeramikkörper umfasst, der aus flüssiger Glasphase äußerst porenarm oder porenfrei unter einem Gehalt an ferroelektrischem Material in Kristallit-Form der Größenordnung weniger Nanometer oder an paraelektrischem Material in Kristallit-Form der Größenordnung bis wenige µm und mit einem Gehalt an Glasbildner erzeugt worden ist und ein scheibenförmiges Substrat bildet, das eine Substratdicke (d), einen Substratradius (r1) sowie eine Scheibenoberseite, eine Scheibenunterseite und einen Scheibenrand aufweist. Das Ausmaß der Porenfreiheit wird mittels der sogenannten Volumenfüllung angegeben. Letztere beträgt für den dielektrischen Glaskeramikkörper des erfindungsgemäßen Kondensators wenigstens 99,97%. In der Praxis wird eine Volumenfüllung von 99,9999% erreicht. According to the invention, a capacitor is provided for applications between 3 kV and 100 kV, in particular between 5 kV and 60 kV, at high breakdown field strengths, comprising as a dielectric a glass ceramic dielectric body of liquid glass phase extremely low pore or non-porous with a content of ferroelectric material in crystallite form of the order less nanometer or on paraelectric material in crystallite form of the order of a few microns and containing glass formers has been produced and forms a disk-shaped substrate having a substrate thickness (d), a substrate radius (r 1 ) and a wafer top, a disk underside and having a disk edge. The extent of the absence of pores is indicated by means of the so-called volume filling. The latter is at least 99.97% for the dielectric glass-ceramic body of the capacitor according to the invention. In practice, a volume filling of 99.9999% is achieved.
Als hohe Durchschlagsfeldstärke werden solche im Bereich von 10kv/mm bis 100kv/mm und darüber betrachtet. High breakdown field strengths are considered to be in the range of 10 kV / mm to 100 kV / mm and above.
Ferner umfasst der Kondensator als erste Elektrode eine erste Metallisationsschicht mit Metallisierungsradius (r2), welche die Scheibenoberseite unter Bildung einer ersten Metallisationskante und unter Freilassung eines oberen Scheibenrandbereiches bedeckt, sowie als zweite Elektrode eine zweite Metallisationsschicht mit Metallisierungsradius (r2), welche die Scheibenunterseite unter Bildung einer zweiten Metallisationskante und unter Freilassung eines unteren Scheibenrandbereiches bedeckt, wobei die erste Metallisationskante und die zweite Metallisationskante sich beidseitig des Glaskeramikkörpers gegenüberstehen, was die Stelle des größten Durchschlagsrisikos mit einem maximalen elektrischen Feld (Emax) bei einem homogenen Innenfeld (E0) im Raum zwischen erster und zweiter Metallisationsschicht bildet, wobei zur Bestimmung der elektrischen und geometrischen Werte eines zu entwerfenden Kondensators zunächst von einer Serie von Test-Kondensatoren mit vorbestimmter, definierter Geometrie ausgegangen wird, deren Durchschlagfestigkeiten für eine Weibullstatistik ausgemessen werden, wobei mit Werten wie folgt gearbeitet wird:
- a) eine tolerable Durchschlagswahrscheinlichkeit (p),
- b) ein Substratradius (r1n),
- c) eine Substratdicke (dn),
- d) ein Radius Metallisierungsschicht (r2n),
- e) Weibull-Gütekennwerte (bn, E0n),
- f) empirisch ermittelte Zahlenwerte (α = 0,189, β = 0,958, γ = 2/3), woraus
- g) das maximale elektrische Feld (Emax, 0) der Serie von Test-Kondensatoren und eine Vergleichsdicke (d0) ermittelt werden, woraus wiederum
- h) die maximal erlaubte Spannung (Û), das maximal erlaubte elektrische Feld (Ê0) und das maximale elektrische Feld (Emax) des zu entwerfenden Kondensators bei einer Kondensatorsubstratdicke (d), gemessen in mm, wie folgt berechnet werden:
- a) a tolerable breakdown probability (p),
- b) a substrate radius (r 1n ),
- c) a substrate thickness (d n ),
- d) a radius metallization layer (r 2n ),
- e) Weibull quality characteristics (b n , E 0n ),
- f) empirically determined numerical values (α = 0.189, β = 0.958, γ = 2/3), from which
- g) the maximum electric field (E max , 0 ) of the series of test capacitors and a comparison thickness (d 0 ) are determined, which in turn
- h) the maximum permissible voltage (Û), the maximum permissible electric field (Ê 0 ) and the maximum electric field (E max ) of the capacitor to be designed at a capacitor substrate thickness (d), measured in mm, are calculated as follows:
Sofern für den Glaskeramikkörper des Kondensators ferroelektrisches Material in Kristallit-Form verwendet wird, weist der Glaskeramikkörper in einer bevorzugten Ausführungsform folgende Zusammensetzung in wt% auf:
Hierbei ist wenigstens BaTiO3 als eine auskristallisierte ferroelektrische Phase zugegen, wobei bei der Glasbildung sich der teilweise Ersatz von Ba durch Ce oder La ergibt. In this case, at least BaTiO 3 is present as a crystallized out ferroelectric phase, wherein the glass formation is the partial replacement of Ba by Ce or La results.
Sofern für den Glaskeramikkörper des Kondensators paraelektrisches Material in Kristallit-Form verwendet wird, weist der Glaskeramikkörper in einer bevorzugten Ausführungsform folgende Zusammensetzung in wt% auf:
Hierbei ist wenigstens Ba4Al2Ti10O27 als eine auskristallisierte paraelektrische Phase zugegen, wobei bei der Glasbildung sich der teilweise Ersatz von Ba durch La und der teilweise Ersatz von Ti durch Zr ergibt. Here, at least Ba 4 Al 2 Ti 10 O 27 is present as a crystallized paraelectric phase, resulting in the glass formation of the partial replacement of Ba by La and the partial replacement of Ti by Zr.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Kondensator je eine ringförmige Zone mit erhöhtem spezifischem Widerstand im Vergleich zum spezifischen Widerstand der Metallisierungsschichten zwischen erster Metallisierungskante und oberem Scheibenrandbereich, beziehungsweise zwischen zweiter Metallisierungskante und unterem Scheibenrandbereich, auf. In a preferred embodiment, the capacitor according to the invention each has an annular zone with increased resistivity in comparison to the specific resistance of the metallization layers between the first metallization edge and the upper disk edge region, or between the second metallization edge and the lower disk edge region.
Die Geometrie des Kondensator wird durch das Verhältnis des Durchmessers (2r2) der Metallisierung zur Substratdicke (d) beschrieben. Dieses Verhältnis liegt in einem Bereich zwischen 10 und 300, bevorzugt in einem Bereich zwischen 15 und 200. The geometry of the capacitor is described by the ratio of the diameter (2r 2 ) of the metallization to the substrate thickness (d). This ratio is in a range between 10 and 300, preferably in a range between 15 and 200.
Das ferroelektrische Material des Kondensators weist eine relative Permittivität im Bereich zwischen 100 und 600, bevorzugt im Bereich zwischen 200 und 500 auf. The ferroelectric material of the capacitor has a relative permittivity in the range between 100 and 600, preferably in the range between 200 and 500.
Es sei darauf hingewiesen, dass "relative Permittivität" der Normbegriff für die Dielektrizitätszahl oder die dielektrische Konstante ist. Die relative Permittivität ist ein Maß für die Durchlässigkeit eines Materials für elektrische Felder. Sie ergibt sich als das Verhältnis der Permittivität des jeweiligen Materials zur elektrischen Feldkonstante. It should be noted that "relative permittivity" is the standard term for the dielectric constant or the dielectric constant. The relative permittivity is a measure of the permeability of a material for electric fields. It results as the ratio of the permittivity of the respective material to the electric field constant.
Das dielektrische Material des Kondensators weist eine relative Permittivität im Bereich zwischen 15 und 70, bevorzugt im Bereich zwischen 25 und 50 auf. The dielectric material of the capacitor has a relative permittivity in the range between 15 and 70, preferably in the range between 25 and 50.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensators ist die Dicke des Glaskeramikkörpers im Bereich der sich gegenüberstehenden Metallisierungskanten vergrößert. Hierdurch wird der Verlauf der elektrischen Feldlinien „verteilt“, das heißt die Dichte der Feldlinien nimmt an der kritischen Randstelle ab. Dadurch wird die Durchschlagsspannung erhöht. In a further preferred embodiment of the capacitor according to the invention, the thickness of the glass ceramic body in the region of the opposing metallization edges is increased. As a result, the course of the electric field lines is "distributed", that is, the density of the field lines decreases at the critical edge point. This increases the breakdown voltage.
Der Scheibenrand des Glaskeramikkörpers des Kondensators kann alternativ abgerundet sein, wodurch ebenfalls die Durchschlagsspannung erhöht wird. The wafer edge of the glass ceramic body of the capacitor may alternatively be rounded, which also increases the breakdown voltage.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Kondensator einen Glaskeramikkörper auf, der aus einzelnen aufeinander gestapelten Scheiben als ein Scheibenpaket mit zusätzlichen inneren Metallisierungsschichten auf den einzelnen Scheiben aufgebaut ist. In a further embodiment, the capacitor has a glass ceramic body which is constructed from individual disks stacked on one another as a disk package with additional inner metallization layers on the individual disks.
Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensators kann dahingehend modifiziert werden, dass die inneren Metallisierungsschichten eine größere Fläche gegenüber der ersten oder zweiten Metallisierungsschicht einnehmen. Auf diese Weise wird ausgenutzt, dass die Durchschlagsspannung bei dünnen Glaskeramik-Schichten höher ist als bei dickeren Schichten. This embodiment of the capacitor according to the invention can be modified such that the inner metallization layers occupy a larger area than the first or second metallization layer. In this way it is exploited that the breakdown voltage is higher for thin glass ceramic layers than for thicker layers.
Ferner können die einzelnen Scheiben des Scheibenpakets des Kondensators eine zunehmende Scheibendicke zur Mitte des Scheibenpakets hin aufweisen. Furthermore, the individual disks of the disk package of the capacitor may have an increasing disk thickness toward the center of the disk package.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Teile beziehen. In the following, the invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like parts.
Es zeigen: Show it:
Unter Bezugnahme auf
Der dielektrische Glaskeramikkörper
Der Glaskeramikkörper
Weist der Glaskeramikkörper
Bei der Glasbildung ergibt sich im Falle dieser Zusammensetzung der teilweise Ersatz von Ba durch Ce oder La. In the case of this composition, the glass formation results in the partial replacement of Ba by Ce or La.
Das ferroelektrische Material des Glaskeramikkörpers
Weist der Glaskeramikkörper paraelektrische Phasen wie zum Beispiel Ba4Al2Ti10O27, La4Ti2SiO9 oder La2Ti2SiO9 auf, wird die folgende Zusammensetzung in wt% bevorzugt:
Bei der Glasbildung ergibt sich im Falle dieser Zusammensetzung der teilweise Ersatz von Ba durch La und der teilweise Ersatz von Ti durch Zr. Glass formation in the case of this composition results in partial replacement of Ba by La and partial replacement of Ti by Zr.
Das paraelektrische Material des Glaskeramikkörpers
Auf der Oberseite des Glaskeramikkörpers ist eine erste Metallisationsschicht
Spiegelbildlich zur Oberseite weist der Kondensator
Zusammen bilden der erste Metallisationsbereich
Die erste Metallisationskante auf der Oberseite des Glaskeramikkörpers
Die Abhängigkeit der auf die Feldstärke E0 bezogenen maximalen elektrischen Feldstärke Emax/E0, vom Verhältnis aus Radius r2 der beiden Metallisationsschichten
Vor dem Hintergrund dieser Erkenntnis haben die Erfinder nunmehr eine Skalierungsregel zur Bestimmung der elektrischen und geometrischen Parameter eines zu entwerfenden, erfindungsgemäßen Kondensators
Zunächst werden bestimmte Werte für eine Serie von Testkondensatoren mit Parameterwerten ähnlich zu dem zu entwerfenden Kondensator angenommen, jedoch mit einer bestimmten, definierten Geometrie. Für diese Serie werden die Durchschlagsfestigkeiten gemessen, um eine Weibullstatistik zu erstellen und das maximale elektrische Feld (Emax, 0) zu ermitteln. Dies stellt die Basis für die Designregeln des neuen, zu entwerfenden Kondensators dar, der geänderte Geometrien aufweisen kann. First, certain values are assumed for a series of test capacitors with parameter values similar to the capacitor to be designed, but with a certain, defined geometry. For this series, the breakdown strengths are measured to provide Weibull statistics and to determine the maximum electric field (E max, 0 ). This forms the basis for the design rules of the new condenser to be designed, which may have changed geometries.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Durchschlagsfeldstärken stark von der Geometrie der Kondensatoren abhängig sind. Normalerweise treten Werte um 60kv/mm bis 80kV/mm auf. Bei sehr dünnen Glaskeramiken (Dicken kleiner 0,1 mm) werden Werte größer als 100kV/mm erwartet. Im Einzelnen wird mit folgenden Werten gearbeitet:
- a) Eine tolerable Durchschlagswahrscheinlichkeit p,
- b) einen Substratradius r1n in mm,
- c) eine Substratdicke d in mm,
- d) einen Radius r2n der beiden Metallisierungsschichten,
- e) Weibull-Gütekennwerte bn, Eon für die Beschreibung der Verteilung der Ausfallwahrscheinlichkeit der Testkondensatoren und
- f) empirisch ermittelte Zahlenwerte (α = 0,189, β = 0,958, γ = 2/3), die sich durch Fitten bei numerischen Simulationen ergeben.
- a) A tolerable breakdown probability p,
- b) a substrate radius r 1n in mm,
- c) a substrate thickness d in mm,
- d) a radius r 2n of the two metallization layers,
- e) Weibull quality characteristics b n , E on for the description of the distribution of the probability of failure of the test capacitors and
- f) empirically determined numerical values (α = 0.189, β = 0.958, γ = 2/3), which result from fits in numerical simulations.
Aus diesen Werten wird das maximale elektrische Feld Emax,0 der Testkondensatoren sowie eine Vergleichsdicke d0 in mm errechnet. From these values, the maximum electric field E max, 0 of the test capacitors and a comparison thickness d 0 in mm are calculated.
Auf Basis dieser Werte werden wiederum die maximal erlaubte Spannung Û sowie das maximale elektrische Feld Emax des zu entwerfenden Kondensators für den Fall einer gegebenen Substratdicke d in mm wie folgt errechnet. On the basis of these values, in turn, the maximum permissible voltage Û and the maximum electric field E max of the capacitor to be designed for the case of a given substrate thickness d in mm are calculated as follows.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf
Wie bereits ausgeführt, tritt ohne eine solche ringförmige Zone
Die Ergebnisse entsprechender Untersuchungen werden in
Beispiel example
Für den Erhalt einer Skalierungsregel für den spezifischen Widerstand einer ringförmigen Zone für einen Kondensator, der für Arbeitsfrequenzen unterhalb von 1 kHz vorgesehen ist, wurde ein Kondensator mit folgenden Werten festgelegt:
Nennkapazität: 5,5 nF
Nennspannung: 30 kV To obtain a scaling rule for the resistivity of an annular zone for a capacitor intended for operating frequencies below 1 kHz, a capacitor was set with the following values:
Rated capacity: 5.5 nF
Rated voltage: 30 kV
Bei Verwendung von Glaskeramik mit einer relativen Permittivität ε des Dielektrikums von 220 wurden folgende Werte ermittelt:
Elektrische Feldkonstante: 8,85·10–12 As/Vm
Dicke des Dielektrikums: 1 mm
Radius r2 der Metallisationsschicht: 30 mm
Gesamtradius r3 von Metallisationsschicht und ringförmiger Zone: 34 mm
Kapazität der ringförmigen Zone C2: 1,56·10–9 F
Höhe oder Dicke der ringförmigen Zone h: 5·10–3 mm
elektrischer Widerstand R2 der ringförmigen Zone: 102 kΩ
Cutoff Frequenz fc: 1000 Hz
Spezifischer Widerstand ρ des Materials für die ringförmige Zone: 2 kΩm When using glass-ceramic with a relative permittivity ε of the dielectric of 220, the following values were determined:
Electrical field constant: 8.85 x 10 -12 As / Vm
Thickness of the dielectric: 1 mm
Radius r 2 of the metallization layer: 30 mm
Total radius r 3 of metallization layer and annular zone: 34 mm
Capacity of the annular zone C 2 : 1.56 · 10 -9 F
Height or thickness of the annular zone h: 5 · 10 -3 mm
electrical resistance R 2 of the annular zone: 102 kΩ
Cutoff frequency f c : 1000 Hz
Specific resistance ρ of the material for the annular zone: 2 kΩm
Um eine Cutoff Frequenz fc von 1000 Hz zu erhalten, muss das Material der ringförmigen Zone passend gewählt werden, wobei gilt: In order to obtain a cutoff frequency f c of 1000 Hz, the material of the annular zone must be suitably chosen, where:
Ein Material mit einem spezifischen Widerstand ρ von 2 kΩm in einer Dicke von 5µm erfüllt diese Bedingung und kann als Paste durch Beschichtung auf den Glaskeramikkörper aufgebracht werden. A material with a specific resistance ρ of 2 kΩm in a thickness of 5 microns fulfills this condition and can be applied as a paste by coating on the glass ceramic body.
Die Ausführungsbeispiele gemäß den
Zum Einen kann die Dicke des Glaskeramikkörpers im Bereich der sich spiegelbildlich gegenüber stehenden Metallisierungskanten erhöht werden. Die sich ergebende Form des Glaskeramikkörpers wird auch als Rogowski-Profil bezeichnet. On the one hand, the thickness of the glass-ceramic body can be increased in the region of the metallization edges which are in mirror image. The resulting shape of the glass ceramic body is also referred to as the Rogowski profile.
Zum Anderen kann der Scheibenrand des Glaskeramikkörpers abgerundet werden. On the other hand, the disc edge of the glass ceramic body can be rounded.
Diese beiden Weiterbildungen führen dazu, dass der Verlauf des elektrischen Feldes im Randbereich des Kondensators abgeflacht wird, was zu einer höheren Durchschlagsspannung führt, dass heißt der elektrische Durchbruch erfolgt erst bei einer höheren Spannung relativ zu dem Fall ohne die Weiterbildung. These two developments lead to the course of the electric field in the edge region of the capacitor is flattened, resulting in a higher breakdown voltage, that is, the electrical breakdown occurs only at a higher voltage relative to the case without the training.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf
Wird eine ungerade Anzahl von Metallisierungsschichten
In einer nicht dargestellten Weiterbildung des Ausführungsbeispiels gemäß
Unter nunmehriger Bezugnahme auf
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Kondensator capacitor
- 2 2
- Kondensator capacitor
- 3 3
- Kondensator capacitor
- 4 4
- Kondensator capacitor
- 10 10
- Glaskeramikkörper Ceramic body
- 11 11
- erste Metallisationsschicht first metallization layer
- 12 12
- oberer Scheibenrandbereich upper disk edge area
- 13 13
- zweite Metallisationsschicht second metallization layer
- 14 14
- unterer Scheibenrandbereich lower pane edge area
- 21 21
- ringförmige Zone annular zone
- 30 30
- Glaskeramikkörper Ceramic body
- 30a30a
- Glaskeramikscheiben Ceramic discs
- 31 31
- Metallisierungsschichten metallization
- 40 40
- Glaskeramikkörper Ceramic body
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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