DE1464487C

DE1464487C - Method of manufacturing capacitors

Info

Publication number: DE1464487C
Authority: DE
Inventors: Eugene Gault Bradford Pa. Rhodes (V.St. A.)
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Publication date: 1972-08-10

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kondensatoren aus abwechselnd geschichteten MetaHfolien und Glaslagen, wobei die Kondensatoren unter mechanischem Druck auf etwa die Erweichungstemperatur des Glases erwärmt und abgedichtet und daraufhin einem Gasüberdruck ausgesetzt werden, der bis zur Abkühlung unter die Erweichungstemperatur aufrechterhalten wird.The invention relates to a method for manufacturing capacitors from alternately layered ones Metal foils and layers of glass, with the capacitors under mechanical pressure to about the The softening temperature of the glass is heated and sealed and then exposed to excess gas pressure which is maintained until it cools below the softening temperature.

Ein bekanntes Verfahren dieser Art (deutsche Patentschrift 913 081) dient dazu, die Kondensatorplatten in vorbestimmtem Abstand zueinander zu halten und so weit luft- und feuchtigkeitsdicht abzuschließen, daß stark wechselnde Verhältnisse der Außenbedingungen hinsichtlich Temperatur, Feuchtigkeit, Luftdruck usw. keinen Einfluß auf die Funktion des Kondensators nehmen können. Um Gasein-Schlüsse innerhalb des Kondensators zu vermeiden, führt man den Abdichtungsvorgang, d. h., das Aufbringen des mechanischen Drucks und das Erwärmen, unter Vakuum durch. Damit ist ein entsprechender Aufwand verbunden. __A known method of this type (German patent specification 913 081) is used to close the capacitor plates at a predetermined distance from one another hold and seal so far airtight and moisture-tight that strongly changing conditions of the External conditions with regard to temperature, humidity, air pressure etc. have no influence on the function of the capacitor can take. To avoid gas inclusions inside the condenser, the sealing process is carried out, d. i.e. the application of mechanical pressure and heating, under vacuum. This involves a corresponding effort. __

Arbeitet man beim Abdichten hingegen unter atmosphärischem Druck, so können die Gaseinschlüsse die elektrischen Eigenschaften des Glases sehr ungünstig beeinflussen. Es kann sogar zu einer Überbrückung der Glasschichten kommen, wodurch sich die Durchschlagfestigkeit des Kondensators erheblich verschlechtert.If, on the other hand, you work under atmospheric pressure when sealing, the gas inclusions can have a very unfavorable effect on the electrical properties of the glass. It can even bridge the gap of the glass layers, which significantly increases the dielectric strength of the capacitor worsened.

Gleichartige Probleme sind bereits bei einem Kondensator bekannt (deutsche Patentschrift 850 473), dessen Dielektrikum aus Kunststoff besteht. Dort wird das Abdichten des Kondensators unter Überdruck durchgeführt. Man nimmt dabei die Gaseinschlüsse in Kauf, setzt diese jedoch innerhalb des Glases so stark unter Druck, daß sich ihr Volumen reduziert. Als Nachteil ergibt sich, daß die Oberfläche des Kondensators uneben wird, da sich an den Stellen der Gascinschlüsse Vertiefungen bilden.Similar problems are already known with a capacitor (German patent specification 850 473), whose dielectric is made of plastic. There the condenser is sealed under overpressure accomplished. You accept the gas inclusions, but place them within the Glass so strongly under pressure that its volume is reduced. The disadvantage is that the surface of the condenser becomes uneven, as depressions form at the points of the gas connections.

Würde man an Stelle des Kunststoffs Glas als Dielektrikum verwenden, so können sich derartige Vertiefungen negativ auf die Funktionsfähigkeit des Kondensators auswirken. Insbesondere kann es unter der Einwirkung der stark komprimierten Gaseinschlüsse zu ungünstigen Verformungen der MetaHfolien kommen. Abgesehen davon hat sich herausge- . stellt, daß eine gute Haftung zwischen dem Glas und den Metallfolien vor allem durch Aufbringen von mechanischem Druck erzielt werden kann.If one were to use glass as the dielectric instead of the plastic, such Depressions have a negative effect on the functionality of the capacitor. In particular, it can take the effects of the strongly compressed gas inclusions lead to unfavorable deformations of the metal foils come. Apart from that, it turned out to be. that provides good adhesion between the glass and the metal foils can be achieved primarily by applying mechanical pressure.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art unter Vermeidung der oben angedeuteten Nachteile so auszubilden, daß die negativen Einflüsse von Gaseinschlüssen auf das Betriebsverhalten der Kondensatoren in einfacher Weise vermieden werden.The invention is based on the object of avoiding the method of the type mentioned at the beginning of the disadvantages indicated above so that the negative effects of gas inclusions on the performance of the capacitors can be avoided in a simple manner.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Gasüberdruck angelegt wird, bevor sich flache, im Glas enthaltene Gasblasen in sphärische Gasblasen umwandeln.To solve this problem, the method according to the invention is characterized in that the Excess gas pressure is applied before flat gas bubbles contained in the glass turn into spherical gas bubbles convert.

Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß die Gaseinschlüsse, die sich beim Abdichten eines Kondensators bilden, anfänglich eine flache Form aufweisen. Sobald das Glas bis zum Erweichungspunkt erwärmt wird, wandeln sich diese flachen Blasen oder Schlieren in kugelförmige Blasen um. Dieser Umwandlungsvorgang läßt sich nicht mehr rückgängig machen. Darin liegt die wesentliche Schwierigkeit bei der Herstellung- funktionssicherer Kondensatoren. Die kugelförmigen Blasen können nämlich in ihrem Volumen ohne schädliche Nebenwirkungen nicht mehr vermindert werden. Se^tzt man sie unter mechanischen Druck, so pressen sie sich flach und behalten dabei ihr ursprüngliches Volumen. Hebt man den mechanischen Druck zu früh auf, so können sie sogar in ihre kugelförmige Gestalt zurückkehren. Setzt man sie dagegen unter Gasdruck, so vermindert sich zwar ihr Volumen, jedoch bilden sich unebene Glasoberflächen und Verformungen der Metallfolien.The invention is based on the knowledge that the gas inclusions that arise when sealing a Form capacitor, initially have a flat shape. Once the glass to the softening point When heated, these flat bubbles or streaks transform into spherical bubbles. This conversion process cannot be reversed. That is what is essential Difficulty in manufacturing functionally reliable capacitors. The spherical bubbles can namely in their volume without harmful side effects can no longer be reduced. If you put them under mechanical pressure, they compress flat and retain their original volume. If the mechanical pressure is released too early, so they can even return to their spherical shape. If, on the other hand, they are put under gas pressure, this reduces their volume, but uneven glass surfaces and deformations of the Metal foils.

Das Verfahren nach der Erfindung überwindet diese Schwierigkeiten, da der Gasüberdruck angelegt wird, bevor sich die flachen Gasblasen in sphärische Gasblasen umwandeln können. Das Volumen der flachen Gasblasen kann dann vom Gasüberdruck vermindert werden, ohne daß es zu ungünstigen Verformungen des eigentlichen Kondensators käme. Der Kondensator erhält dadurch sehr gleichmäßige Kapazitätseigenschaften, und eine sehr gleichmäßige Durchschlagfestigkeit. Auch läßt sich das Verfahren in einfacher Weise durchführen, da nicht unter Va- ' kuum gearbeitet werden muß. S The method according to the invention overcomes these difficulties, since the excess gas pressure is applied before the flat gas bubbles can transform into spherical gas bubbles. The volume of the flat gas bubbles can then be reduced by the excess gas pressure without unfavorable deformations of the actual condenser. This gives the capacitor very uniform capacitance properties and a very uniform dielectric strength. The process can also be carried out in a simple manner, since it is not necessary to work under vacuum. S.

Nach einem besonders vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist das Verfahren weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente des Stapels in eine Presse eingebracht werden, die mit Einrichtungen zum Abstützen des Stapels und zum Einstellen der Stapeldicke bei erwärmten Stapel versehen ist.According to a particularly advantageous feature of the invention, the method is further characterized in that that the individual elements of the stack are introduced into a press with facilities to support the stack and to adjust the stack thickness when the stack is heated.

Der Gasüberdruck kann .erfindungsgemäß mindestens 17,5 kp/cm² betragen und vorzugsweise zwischen 52 und 105 kp/cm² gehalten werden.According to the invention, the excess gas pressure can be at least 17.5 kp / cm ² and preferably between 52 and 105 kp / cm ² .

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigtThe method according to the invention is described below in connection with the accompanying drawing explained in more detail using an exemplary embodiment. It shows

Fig. 1 eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht einer Anordnung aus Kondensatoreinheiten und Deckplatten,Fig. 1 is an exploded, perspective View of an arrangement of condenser units and cover plates,

3 43 4

Fig. 2 eine Schrägansicht eines Kondensatorsta- können, daß sie nicht mehr am erweichten GlasFig. 2 is an oblique view of a capacitor sta- can that they are no longer on the softened glass

pels und seiner Anordnung in einer Presse, haften. Dann wird ein Gewicht 36 auf die Deckplattepels and its arrangement in a press. Then a weight 36 is placed on the top plate

Fig. 3 eine Endansicht des Kondensatorstapels in 34 aufgesetzt. Die Presse wird mit der eingesetzten3 is an end view of the capacitor stack in FIG. 34 assembled. The press is used with the

der Presse, Anordnung dann auf etwa den Erweichungspunkt desthe press, arrangement then to about the softening point of the

F i g: 4 einen Querschnitt durch einen Hochdruck- 5 verwendeten Glases erwärmt, wobei die verschiede-F i g: 4 a cross-section through a high-pressure 5 used glass heated, the different

ofen zur Wiedergabe der hermetischen Abdichtung nen Einzelelemente-des Kondensatorstapels mit denoven to reproduce the hermetic seal of the individual elements of the capacitor stack with the

des Kondensatorstapels, benachbarten Einzelelementen zusammenkleben. Dasof the capacitor stack, glue the neighboring individual elements together. The

F i g. 5 eine Kurve, in der die Temperatur während Gewicht 36 sorgt dafür,'daß die Deckplatte 34 denF i g. 5 a curve in which the temperature during weight 36 ensures that the cover plate 34 den

des Einschmelzens gegen die Zeit aufgetragen ist, zur Kondensatorstapel zusammenpreßt, bis die Bewegungof meltdown is plotted against time to compress the capacitor stack until the movement

Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfah- io der Deckplatte 34 durch die Abstandsstiicke 32 zumIllustration of the method according to the invention of the cover plate 34 through the spacers 32 to the

rens. Stillstand gebracht wird, wobei die Dicke des Konden·^.rens. Is brought to a standstill, the thickness of the condenser · ^.

Der Erweichungspunkt des Glases soll als die Tem- satorstapels festgelegt und die einzelnen Teile mit-The softening point of the glass should be defined as the tem- perator stack and the individual parts should be

peratur festgelegt werden, bei der die Viskosität des einander verbunden werden. Es hat sich herausge-temperature can be set at which the viscosity of each other. It turned out

Glases 10⁷·⁶ Poise beträgt. stellt, daß ein Gewicht, das einen Druck in derGlass is 10 ⁷ x ⁶ poise. represents that a weight that puts a pressure in the

Die Anordnung aus einzelnen Kondensatoren be- 15 Größenordnung zwischen 0,07 und 1,4 kg/cm² auf stehen aus einer dünnen Glaslage 10, auf der in seit- die Kondensatoranordnung ausübt, ausreicht,
liehen Abständen eine Vielzahl von Plättchen 12 aus Bevor sich die zwischen den Plättchen aus Metall-Metallfolien angeordnet sind, wobei eine Kante jedes folien innerhalb des dielektrischen Materials, bei-Plättchens nach innen gegenüber der entsprechenden spielsweise den Plättchen 14 nach Fig. 1, einge-Seitenkante der Glaslage 10 versetzt ist und die an- 20 schlossene Luft in kugelförmige Blasen infolge der dere Kante des Plättchens über die entsprechende Oberflächenspannung des erweichten Glases umwandt andere Seitenkante der Glaslage 10 vorsteht. Auf die dein kann, wird die Anordnung hohem Gasdruck Plättchen 12 wird eine zweite Glaslage 14 aufgesetzt, ausgesetzt, während die Temperatur in der Größendie in Flucht mit den Plättchen 12 eine zweite Reihe Ordnung des Erweichungspunktes des Glases aufvon Plättchen 16 aus Metallfolien trägt, die jedoch as rechterhalten wird. = . " entgegengesetzt zu den Plättchen 12 angeordnet sind. F i g. 4 zeigt einen Druckofen 38, in den die An-Über den Plättchen 16 liegt in senkrechter Flucht mit Ordnung 27 auf einem geeigneten, nicht an Glas den Glaslagen 10 und 14 eine dritte dünne Glaslage haftenden Träger 40 eingesetzt wird. Die Tempera-1.8. Die Anzahl der abwechselnden Schichten von tür wird in diesem Druckofen 38 durch geeignete Glaslagen und Metallfolien ist selbstverständlich 30 Heizvorrichtungen 42 aufrechterhalten. DaiGas wird durch die gewünschte Kapazität bestimmt, jedoch dem Ofen unter Druck von einer geeigneten, nicht sind aus Gründen der besseren zeichnerischen Dar- gezeichneten Quelle über eine Leitung 44 zugeführt, stellung nur Kondensatoren wiedergegeben, die zwei Der auf die Anordnung ausgeübte Druck führt zu Schichten von Plättchen aufweisen. einem Zusammenpressen der eingefangenen Luft, dieThe arrangement of individual capacitors is on the order of between 0.07 and 1.4 kg / cm ² and consists of a thin layer of glass 10, on which the capacitor arrangement exerts on the side, is sufficient,
lent spacings a multiplicity of platelets 12 before the metal-metal foils are arranged between the platelets, with one edge of each foil within the dielectric material, in the case of platelets inwardly compared to the corresponding, for example, the platelets 14 according to FIG. Side edge of the glass layer 10 is offset and the connected air protrudes into spherical bubbles due to the edge of the plate surrounding the other side edge of the glass layer 10 over the corresponding surface tension of the softened glass. On top of which the high gas pressure wafer 12 is placed, a second sheet of glass 14 is placed, while the temperature in the order of the size in alignment with the wafer 12 carries a second order of the softening point of the glass on the wafer 16 made of metal foils, which however as is preserved. =. "are arranged opposite to the platelets 12. Fig. 4 shows a pressure furnace 38 in which the on-over the platelets 16 is in vertical alignment with order 27 on a suitable, non-glass, the glass layers 10 and 14 a third thin Glass layer adhesive carrier 40 is used. The tempera 1.8. The number of alternating layers of door is maintained in this pressure furnace 38 by suitable glass layers and metal foils is of course 30 heating devices 42. DaiGas is determined by the desired capacity, but the furnace under pressure of a suitable source, which is not supplied via a line 44 for reasons of better graphical representation, only capacitors are shown which have two The pressure exerted on the arrangement leads to layers of platelets, compressing the trapped air, which

Leitungsdrähte 20 sind durch Punktschweißen 35 teilweise in dem Glas in Lösung geht. Das VolumenLead wires 20 are partially dissolved in the glass by spot welding 35. The volume

od. dgl. an den vorstehenden Teilen der Plättchen 12 der sich ergebenden, zusammengedrückten Luftbla- .'·■or the like on the protruding parts of the platelets 12 of the resulting compressed air bubbles. '· ■

und 16 jedes Einzelkondensators befestigt. Wenn die sen ist proportional dem aufgebrachten Druck. /and 16 attached to each individual capacitor. When this sen is proportional to the pressure applied. /

Leitungen aus Draht bestehen, dann werden ihre En- Die für den Kondensator verwendete Gläszusam-Lines are made of wire, then their ends are The glass assemblies used for the capacitor

den zweckmäßig abgeflacht oder in anderer Weise mensetzung ist nicht kritisch. Man kann jedes hoch-The suitably flattened or otherwise composed is not critical. You can do any high-

verformt, um diesen Anschluß zu erleichtern. 40 dielektrische Glas verwenden. Geeignete Gläser sinddeformed to facilitate this connection. Use 40 dielectric glass. Suitable glasses are

Die sich ergebende Anordnung von Kondensator- beispielsweise Alkalibleisilikatgläser mit hoher War- ' einheiten wird in zwei geformten, einander gegen- meausdehnung, wie sie in der USA.-Patentschrift überliegenden Deckplatten 22 aus Glas aufgenom- 2431 980 beschrieben werden,
men. Jede Deckplatte besteht aus einem flachen Teil F i g. 5 zeigt den typischen Ablauf des herme-24 mit Rippen oder Wülsten 26 an den Längsseiten. 45 tischen Abdichtvorganges für einen Kondensator. Da Die umschlossene Einheit wird zweckmäßig so auf- sich der Erweichungspunkt für die verschiedenen gebaut, daß man zunächst die Glaslage 10 zwischen Gläser ändert, stellt die wiedergegebene Kurve eine die Wülste einer Deckplatte 22 einlegt. Anschließend solche für die eben erwähnten Gläser dar. Die gefolgt der Aufbau der Kondensatoreinheiten in ent- strichelte Linie 46 zeigt die Stelle, an der die/ An- ' sprechender Zahl, und schließlich legt man die andere 50 Ordnung dem Gasüberdruck ausgesetzt wird: Die Deckplatte 22 über den fertigen Stapel. Dabei ragen gestrichelte Linie 48 zeigt die Stelle, an dep/Üer Gasdann entsprechende Leitungsdrähte 20 zwischen den überdruck unterbrochen werden kann. Diese Stelle einander gegenüberliegenden Wülsten 26 der Deck- liegt unterhalb des Erweichungspunktes des Glases, platten hervor. Der Druck des Gases ist bestimmt durch die GrößeThe resulting arrangement of capacitor, for example alkali metal disilicate glasses with high war- 'units, is in two shaped, opposing expansion, as described in the US patent overlying cover plates 22 made of glass, 2431 980 are described.
men. Each cover plate consists of a flat part F i g. 5 shows the typical sequence of the herme-24 with ribs or beads 26 on the long sides. 45 tables sealing process for a capacitor. Since the enclosed unit is expediently built on top of the softening point for the different ones, that the glass layer 10 is first changed between glasses, the curve shown represents the bulges of a cover plate 22 being inserted. Then those for the glasses just mentioned. The following, the structure of the condenser units in dashed line 46 shows the point at which the corresponding number, and finally the other 50 order is exposed to the excess gas pressure: the cover plate 22 about the finished stack. The dashed line 48 shows the point at which the corresponding line wires 20 between the overpressure can then be interrupted at dep / over gas. This point of opposing bulges 26 of the cover plates protrudes below the softening point of the glass. The pressure of the gas is determined by the size

Die fertige Anordnung 27 wird dann in eine Presse 55 der Blasen, die im Kondensator verbleiben können, 28 (Fig. 2 und 3) eingesetzt, die aus einer Fußplatte ohne einen merklichen Einfluß auf die Kondensator-30, die Dicke des Kondensators regelnden Abstands- eigenschaften zu haben. Es hat sich herausgestellt, stücke 32 und einer Deckplatte 34 besteht. Die An- daß ein Druck von etwa 17,4 kg/cm² bis etwa Ordnung 27 wird auf der Fußplatte 30 zwischen die 350 kg/cm² die Größe der Blasen zufriedenstellend Abstandsstücke 32 eingesetzt, wobei die Leitungs- 60 reduziert, daß jedoch für die meisten Anwendungsdrähte 20 aus der Anordnung zwischen den Ab- gebiete Drucke zwischen 52 und 105 kg/cm² ausstandsstücken 32 vorstehen. Die Anordnung wird reichen. Man kann an sich, jedes Gas benutzen, zieht dann durch die Deckplatte 34 abgedeckt. Die Ma- jedoch Stickstoff oder ein ähnliches, inertes Gas vor, terialien der Presse 28 sind nicht kritisch, wenn sie um die Oxydation der freiliegenden Kondensatoraiinur einer Temperatur in der Größenordnung von im 65 schlußdrähte herabzusetzen. Der Gasdruck wird über wesentlichen der Erweichungstemperatur des Glases die gesamte Zeit der Verminderung der Blasengröße widerstehen können und nicht an dem erweichten aufrechterhalten, desgleichen auch während der AbGlas kleben oder wenigstens dazu gebracht werden kühlperiode, bis die Temperatur der Kondensatoran-The finished arrangement 27 is then inserted into a press 55 of the bubbles 28 (FIGS. 2 and 3), which can remain in the condenser, which are formed from a base plate without any noticeable influence on the condenser 30, the spacing regulating the thickness of the condenser. to have properties. It has been found that pieces 32 and a cover plate 34 are made. The fact that a pressure of about 17.4 kg / cm ² to about order 27 is used on the foot plate 30 between the 350 kg / cm ² spacers 32 the size of the bubbles satisfactory, the line 60 being reduced, but that for Most of the application wires 20 protrude from the arrangement between the areas of pressures between 52 and 105 kg / cm ^{2 of spacers 32.} The arrangement will be enough. You can use any gas, then covered by the cover plate 34. The material, however, nitrogen or a similar, inert gas, materials of the press 28 are not critical if they are used to reduce the oxidation of the exposed capacitor to a temperature of the order of magnitude of the short wires. The gas pressure will be able to withstand the reduction in bubble size above substantially the softening temperature of the glass all the time and will not be maintained at the softened one, and will also stick during the exhaust glass or at least be brought to a cooling period until the temperature of the condenser

Ordnung beträchtlich unterhalb des Erweichungspunktes des Glases liegt, so daß die Gasblasen ihre verminderte Größe beibehalten müssen.Order is considerably below the softening point of the glass, so that the gas bubbles their must maintain reduced size.

Bei nach der Erfindung hergestellten Kondensatoren, wobei der auf die Kondensatoren aufgebrachte Gasüberdruck bei etwa 105 kg/cm² lag, wurde das Volumen der endgültigen Blasen um annähernd das lOOfache gegenüber dem Volumen bei Atmosphärendruck reduziert. Die derart in der Größe verminderten Luftblasen haben praktisch keinen merklichen Einfluß mehr auf die Kondensatoreigenschaften.In capacitors made according to the invention, the excess gas pressure applied to the capacitors being about 105 kg / cm ² , the volume of the final bubbles was reduced by approximately 100 times the volume at atmospheric pressure. The air bubbles reduced in size in this way no longer have any noticeable influence on the capacitor properties.

Die Kondensatöranordnung kann schließlich nach einem geeigneten Verfahren in Einzelkondensatoren zertrennt werden.The condensate arrangement can finally after separated into individual capacitors using a suitable process.

Hierzu 1 Blatt ZeiclinungenFor this 1 sheet of drawing lines

Claims

Patent claims:

1. Process for the production of capacitors from alternately layered metal foils and layers of glass, with the capacitors under mechanical pressure to around the softening temperature of the glass are heated and sealed and then exposed to a gas overpressure, which is below the softening temperature until it cools is maintained, characterized in that the gas overpressure is applied before flat gas bubbles contained in the glass turn into spherical gas bubbles convert.

2. The method according to claim 1, characterized in that the individual elements of the stack be introduced into a press with facilities for supporting the stack and for Adjusting the stack thickness when the stack is heated is provided.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the gas overpressure is at least 17.5 kp / cm ² and is preferably maintained between 52 and 105 kp / cm ² .