DE1589907A1 - Selbstheilender elektrischer Duennschichtkondensator sowie Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Selbstheilender elektrischer Duennschichtkondensator sowie Verfahren zur Herstellung desselben

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Description

Berlin, den 6. November 1967 Patentanwälte fc
DIpK-lr.g, H. Tischer
\ Berlin 55 (Grunewald)
Herbertsir, 11 Tel- 8 87 72 37
HIEADiSTEOHHIKAI IPARI KüTATO INTaZET, Budapest VI·,
Vörösmarty-u. 67
Selbat&eilender elektrischer Dünnschichtkondensator sowie Verfahren zur Herstellung desselben
Der Gegenstand der Erfindung ist ein selbstheilender elektrischer Dünnschichtkondensator sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben»
Bei durch die weitverbreitete "Verwendung von Transistoren hergestellten Geräten, beanspruchen die Stromkreise, so in erster Seihe die integrierten oder Mikromodulstromkreise, elektrische Bestandteile von kleinen (Subminiatur-) Abmessungen von niedriger Spannung und hoher Verläßlichkeit, darunter auch Kondensatoren. Vom Gesichtspunkte des Miniaturisierens und der Betriebssicherheit ist 86/4 alt.
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bei den Kondensatoren die Etaböhung der Selbsneilbarkeit eine wichtige Forderung«
Bei den bekannten, mit selbstheilenden Metallfolien und mit Papier- oder Kunststoffdieloktrikum ausgebildeten Kondensatoren ist das Material beider Armaturen identisch und diese sind inbezug zum Dielektrikum symmetrisch angeordnet. Im Falle eines Durchschlages entweicht der einen Schluß bildende Teil der Armatur aus dem Bereich der Fehlerstelle in Form von Metalldampf ohne Beschädigung des Dielektrikums. Diese Kondensatoren können aber zufolge ihrer verhältnismäßig großen Abmessungen in integrierten oder Mikromodulstromkreisen keine Verwendung finden·
Bs wurden daher zu diesem. Zwecke auf den Träger aufgedampfte Kondensatoren mit dünnen Armaturen und dünnnem Dielektrikum entwickelt, bei denen die einen annähernd oder ganz gleichen Schmelzpunkt besitzenden Metallschichten der Armaturen mittels Vakuumaufdampfüng oder Kathodenzerstäubung hergestellt wurden, während die dielektrische Schicht außer den beiden erwähnten Verfahren auch mittels Anodenoxydation erzeugt wurde. Der Trägerstoff besteht aus Glas, glasurfreier. oder mit Glasur versehenem keramischem Körper oder aus Kunststoff.
Bei diesen bekannten Dünnschichtkondensatoren weicht die Anordnung der beiden Armaturen wesentlich voneinander ab. Die tine Armatur ist zwischen Träger und Dielektrikumschicht eingeschlossen, während die andere oberhalb dem Dielektrikum angeordnet ist.
Die Formierbarkfoit und die Selbstheilbarkeit während
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Betrieb dieser "bekannten Dünnschichtkondensatoren let aber begrenzt, da sowohl die zwischen dem träger und den Dielektrikum befindliche als auch die über deia Dielektrikum liegende Armatur durch eine Metallschicht gebildet ist, die einen gleichen oder annähernd gleichen Schmelzpunkt besitzen und daher im Laufe der bei der Herstellung vorgenommenen elektrischen Formierung zufolge der notwendigerweise einen höheren Wert besitzenden Formierspannung auf die Einwirkung der an den Fehlerstellen auftretenden Durchschläge entstehende Wärmewirkung, die untere und die obere Metallschicht gleichzeitig schmelzen und sich von der Fehlerstelle in Form eines ringförmigen verstärkten Gebildes, von derselben entfernen. Die nur einige Mikron Stärke besitzende Wulst verursacht im Dielektrikum Sprünge, wodurch die Berührung oder die Legierung der beiden Metallschichten einen nicht verbesserbaren Schluß verursachen kann. Diese Erscheinung tritt auch auf Wirkung der während des Betriebes auftretenden höhexen Spannungen oder Stronstärkeh auf, z.B. bei Einrichtungen, die mit kodierenden Inpuleen arbeiten, wodurch die Betriebssicherheit wesentlich beeinträchtigt wird.
Gegenstand der Erfindung ist ein selbstheilender
elektrischer Dünnschichtkondensator, insbesondere für in-
und
tegrierte/Ilikromodulstromkreise, bei welchen eine auf die Oberfläche eines Trägerplättchens aufgebrachte Aluainiunornatur von hoher Reinheit als untere Armatur vorgesehen ist, wobei eine auf der Oberfläche der letzteren ausgebildete dünne Aluminiumoxydschicht als Dielektrikum dient.
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Das Wesen der Erfindung liegt darin, daß eine auf die Dielektrikumschicht aufgebrachte, aus einem Metall oder einer Metallegierung von wesentlich niedrigeren Schmelzpunkt als die erste Aluminiumarmatur bestehende Schicht die obere also die zweite - Armatur bildet.
Der Erfindungsgegenstand kann auch so ausgebilde+· sein, daß die an der oberen Fläche des Dielektrikums gebildete Armatur aus !Cadmium, Indium, Zinn, Antimon, Blei, Zink oder durch eine Legierung dieser Metalle besteht.
Erfindungsgemäß können ferner die Armaturen mittels Vakuumaufdämpfung oder- Kathodenzerstäubung und die Dielektrikumschicht mittels feuchter anodischer- oder Gasentla« dungs-Plasmaoxydation hergestellt werden.
Die im Laufe der Herstellung bei der Formierung sowie im Betrieb auftretenden eventuellen Durchschläge schmelzen id' Momente des Durchschlags zuerst das Metall der zweiten, also der oberen Armatur, welcher Vorgang sich von der Fehlerstelle in Ringforn ausbreitend entfernt, während ■ die zwischen dem Träger und dem Dielektrikum befindliche erste, - d.h. die untert - Armatur nur in ganz geringem Maße schmilzt. Es entsteht somit zwischen dem Träger und dem Dielektrikum keine ring-"?öriai&'->■ Lletallwulst rmd es bilden sich somit auch keine Sprtmge- -im Dielektrikum,
Eine beispielsweise Ausführungsforn des erfindungsgenäßen, selbstheilenden Kondensators sowie ein beispielsweises Herstellungsverfahren desse-lben wird ausführlicher anhand der Zeichnung dargelegt.
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1539907 S
Fig, 1 stellt den erfindungsgeiaäßen Kondensator in Seitenansicht, in Schnitt dar,
Fig. 2 ist die Oberansicht desselben.
Auf ein Glasträgerplättchen 1 wird eine Amatur 2 aus Aluminium, aus einer Wolf ranquelle in mehreren Stufen, in feinen Vakuun von 10""^ ian Quecksilbersäule erzeugt. Diese Aluininiumschicht, deren Schmelzpunkt boi 659»7°C liegt, bildet die untere Armatur des Kondensators. An der Oberfläche derselben wird eine.Dielektrikumschicht 3 entweder durch anodische Oxydation in einen Glykolborat-Elektrolyt, bei einer gegebenen Spannung von z.B. 60 Volt während einigen Stunden aus Aluniniunoxyd oder unter einen Vakuun von ΙΟ*-7 am Quecksilbersäule aufgedampften Molybdändanpfquelle auf · Magnesiumfluorid in einer Stärke von 4000SL hergestellt. An die obere Fläche der Dielektrikumschicht wird ebenfalls durch Vakuunaufdanpfung unter einen Vakuun von IO ^ Quecksilbersäule eine obere Armatur 4 aufgetragen, deren Material Indiun mit einen Schmelzpunkt von 156.40C ist. Die Abmessungen dieser oberen Arnatur sind, wie dies aus der Figur ersichtlich ist, kleiner, als diejenigen der unteren Arnatur und die Kontakte des Kondensators werden an den vorspringenden Teilen aus SiIbersuspension ausgebildet, zu denen verzinnte Kupferdrähte gelötet werden» Die fertigen Kondensatoren versieht nan mit einen Kupferharzschutzüberzug. Die Arnatur 2 ist nit einer Herausführung 5» die Arnatur 4 nit einer Herausführung 6 versehen.
Der erfindungsgenäße Düniischichtkondensator ermöglicht eine Formierung desselben, bzw. die Selbstheilung
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bei der bei der verwendeten höheren Spannung benötigten größeren Stärke der Dielektrunschicht. Innerhalb der benen Betriebsspannung können auch die Außenmaße der satoren verringert werden, so daß sie zufolge der erreichbaren kleineren Äbnessungen auch für das Miniaturisierun sehr gut geeignet sind· Bei einer gegebenen Dielektrikunstärke 1st der Isolationswiderstand der Kondensatoren höher als derjenige von solchen nit gleichen Amaturen, da die ausgeschaltete Arnaturflache an der oberen Arnatur größer ist, als an der unteren, so daß dadurch an den bei der Formierung auftretenden Fehlerstellen die Möglichkeit einer Durchleitung verringert wird. Bei den Herstellungsvorgang ist eine Ausschußbildung wesentlich verringert, somit die Wirtschaftlichkeit erhöht. Bein Betrieb werden die Betriebssicherheitsfaktoren der ezipfindlichen elektronischen Einrichtungen verstärkt.
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Claims (2)

Patentansprüche:
1.) Selbstheilender elektrischer Dünnschichtkondensator, insbesondere für integrierte und Mikronodulatronkreis«, bei den eine auf die oberfläche des Trägerplättchens aufgetragene, hochreine Aluniniumarmatur als erste - untere - Armatur und die an der Oberfläche derselben ausgebildete dünne Aluniniunoydschicht als Dielektrikum dient, dadurch gekennzeichnet , daß eine auf die Dielektrikunschicht (3) aufgebrachte, aus einen Metall "oder einer Metallegierung von wesentlich niedrigeren Schmelzpunkt als die erste Aluniniunarnatur (2) hergestellte Schicht die obere - also zweite - Armatur.(4) bildet.
2. Kondensator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet , daß das Material der auf die obere Fläche des Dielektrikums (3) aufgetragenen zweiten Armatur (4) aus Kadmium, Indium, Zinn, Antimon, Blei, Zink oder den Legierungen dieser Metalle besteht.
, 3· Verfahren, zur Herstellung des Kondensators nach Anrpuch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Armaturen (2 und 4) durch Vakuunaufdampfun<- ^■~-" mittels kathodischer Zerstäubung und die dielektrische Schicht (3) mittels feuchter anodischer odeqir §asen1i nr<u>Plaenaoxydation hergestellt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3224413A1 (de) * 1982-06-30 1984-01-05 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Elektrischer wickelkondensator

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