DE2060866A1

DE2060866A1 - Electrical thin film capacitor

Info

Publication number: DE2060866A1
Application number: DE19702060866
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl-Ing Rauhut; Peter Roedl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-12-10
Filing date: 1970-12-10
Publication date: 1972-06-15
Also published as: GB1334886A; BR7108184D0; BE776537A; NL7115993A; IT943709B; LU64419A1; FR2117567A5

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Dünnfolienkondensator, dessen Dielektrikum aus Lackschichten und dessen Belegungen aus zwischen den Lackschichten eingebetteten, regenerierfähig dünnen Metallisierungen bestehen, bei dem stirnseitige Randbereiche der Belegungen verstärkt aufmetallisiert sind und jeweils eine der Belegungen von einer Stirnseite her über Kontaktschichten an diesen Randbereichen mit äußeren Anschlußelementen versehen sind und die nichtkontaktierten Randbereiche einer jeden Belegung durch einen metallfreien Isolierrand von den Stirnkontaktschichten getrennt sind.The invention relates to an electrical thin film capacitor, its dielectric made of lacquer layers and its Coverings consist of regenerable thin metallizations embedded between the layers of paint, in which the front edge areas of the coverings are increasingly metallized and each one of the coverings of one end face are provided with external connection elements via contact layers at these edge regions and the non-contacted edge areas of each occupancy by a metal-free insulating edge from the front contact layers are separated.

Bei der Herstellung von Dünnfolienkondensatoren werden auf eine geeignete Trägerfolie abwechselnd Lackschichten und Metallisierungen übereinander aufgebracht und die Lackschichten und Metallisierungen als Dünnfolien von den Trägerfolien abgelöst und zu Kondensatoren verwickelt (US-Patentschrift 2 754 230).The manufacture of thin film capacitors is based on a suitable carrier film is applied alternately to layers of lacquer and metallizations, and the layers of lacquer and metallizations as thin films detached from the carrier films and entangled to form capacitors (US patent 2 754 230).

Es gibt Dielektrika, wie z. B. Polycarbonate, Polystyrol, Polyphenylenoxid und dergleichen, welche gute dielektrische Eigenschaften, insbesondere einen niederen Verlustfaktor und niedere Feuchteempfindlichkeit, besitzen. Bei diesen Dielektrika bilden sich jedoch - bedingt durch den chemischen Aufbau - bei Durchschlagen häufig Kohlenstoffrückstfiride in den Durchschlagskanälen. Diese Kohlenstoffbrükken können zwischen den gegenpoligen Belegungen leitende Brücken bilden. Aus diesem Grund lassen sich niedrigeThere are dielectrics such as B. polycarbonates, polystyrene, polyphenylene oxide and the like, which have good dielectric Properties, in particular a low loss factor and low sensitivity to moisture. With these However, due to their chemical structure, dielectrics often form carbon residue when they break down in the breakthrough channels. These carbon bridges can form conductive bridges between the opposing pin assignments. Because of this, they can be low

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Ausgangswerte der Isolation nach der Herstellung des Kondensators durch das Voraufschließen bei den Schwachstellen aus dem Dielektrikum nur in geringem Maße verbessern. Es entstehen nämlich dann beim Voraufschließen leitende Kohlenstoffrückstände im Dielektrikum, welche die Isolation verschlechtern. Die genannten Dielektrika sind daher für Dünnfolienkondensatoren nur dann verwendbar, wenn die Kohlenstoffabscheidung bei den Durchschlägen während des Voraufschließens oder während des Betriebes aufgrund einer Energiebegrenzung an der Durchschlagsstelle so gering gehalten werden kann, daß durchgehende leitende Kohlenstoffbrücken nicht entstehen.Initial values of the insulation after the production of the capacitor through the pre-unlocking at the weak points improve only to a small extent from the dielectric. This is because conductive carbon residues are then formed during pre-unlocking in the dielectric, which deteriorate the insulation. The dielectrics mentioned are therefore for Thin-film capacitors can only be used if the carbon is deposited in the breakdowns during pre-opening or kept so low during operation due to an energy limitation at the breakdown point can be that continuous conductive carbon bridges do not arise.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 439 314 ist es bekannt, im Metallbelag eine Mikrorißstruktur zu erzeugen, wenn bestimmte Parameter eingehalten werden. Diese Mikrorißstruktur besteht aus einem nicht zusammenhängenden sternförmigen Rißmuster im Metallbelag. Bei einem Durchschlag durch den Kondensator wird die zur Durchschlagsstelle fließende Energie infolge des durch das Rißmuster erhöhten Belagwiderstandee begrenzt.From the German Auslegeschrift 1 439 314 it is known to produce a micro-crack structure in the metal coating when certain Parameters are adhered to. This micro-crack structure consists of a non-contiguous star-shaped Crack pattern in the metal covering. In the event of a breakdown through the capacitor, the energy flowing to the breakdown point becomes limited due to the increased surface resistance caused by the crack pattern.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine weitere Erhöhung der Betriebssicherheit von Dünnfolienkondensatoren, welche unter ausschließlicher Verwendung verlustarmer Lackdielektrika mit geringer Feuchteempfindlichkeit hergestellt sind, dahingehend zu erzielen, daß sie bei Spannungsüberlastung kurzschlußsicher bleiben und der Kondensator nur aus einer einzigen Dünnfolie gewickelt werden kann.The object of the invention is to further increase the operational reliability of thin film capacitors, which are manufactured with the exclusive use of low-loss lacquer dielectrics with low sensitivity to moisture are to be achieved to the effect that they remain short-circuit-proof in the event of voltage overload and the capacitor only can be wrapped from a single thin film.

Die Erfindung besteht darin, daß die metallfreien Isolierränder, welche zu einer Metallisierung ohne Mikrorißstruktur gehören, breiter bemessen sind als die verstärkt aufmetallisierten, von den Stirnkontaktschichten erfaßten The invention consists in that the metal-free insulating edges, which belong to a metallization without a microcrack structure, are dimensioned wider than the reinforced metallized, covered by the front contact layers

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Randbereiche der Metallisierungen, welche eine Mikrorißstruktur aufweisen, und daß der Kondensator aus einer einzigen, die dielektrischen Lackschichten und Belegungen enthaltenden Dünnfolie gewickelt ist.Edge areas of the metallizations, which have a micro-crack structure, and that the capacitor consists of a single, the thin film containing the dielectric lacquer layers and coatings is wound.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß bei den eingangs genannten verlustarmen und feuchteunempfindlichen Melektrikumsstoffen trotz ihrer die Selbstheilung bei Durchschlägen ungünstig beeinflussenden chemischen Zusammensetzung eine völlige Kurzschlußsicherheit bei Spannung süberlastung dadurch zu erzielen ist, wenn nur eine der Belegungen eine ausreichende Mikrorißstruktur besitzt. Diese bestimmt bei Durchschlägen die Energiebegrenzung vollständig. Es genügt für diesen Pail, daß nur der freie Rand der Belegung ohne Mikrorißstruktur breiter bemessen ist als der verstärkt aufgetragene Randbereich der Belegung mit Mikrorißstruktur. Bei diesem Kondensatoraufbau genügt es, daß nur bei der Herstellung einer Lackschicht die zur Bildung der Mikrorißstruktur notwendigen Parameter beachtet werden müssen.One embodiment of the invention consists in the fact that the low-loss and moisture-insensitive ones mentioned at the beginning In spite of their chemical composition, which has an unfavorable influence on self-healing in the event of breakdowns, melectic substances provide complete protection against short-circuits in the event of voltage s overload can be achieved if only one the coverings have a sufficient microcrack structure. This completely determines the energy limit in the event of a breakdown. It is sufficient for this pail that only the free edge of the covering without microcrack structure is dimensioned wider than the reinforced edge area of the covering with micro-crack structure. It is sufficient for this capacitor structure it is only when producing a layer of lacquer that the parameters necessary for the formation of the microcrack structure are taken into account Need to become.

Durch die Erfindung ist gewährleistet, daß bei Durchschlägen die Kurzschlußsicherheit durch die verstärkt aufgetragenen Randbereiche der Belegungen beeinflußt wird.The invention ensures that in case of breakdowns the short-circuit security is influenced by the reinforced edge areas of the coverings.

Anhand der Figuren soll an Ausführungsbeispielen die Erfindung und Vorteile derselben erläutert werden.Using the figures, the invention is intended to be based on exemplary embodiments and advantages thereof will be explained.

Die Figur 1 zeigt ein Dünnfolienband mit unsymmetrischer Metallisierung.Figure 1 shows a thin film tape with asymmetrical Metallization.

Die Figur 2 zeigt ein Dünnfolienband, bei dem die Belegungen aus zwei Metallisierungen bestehen, welche im feldfreien Raum Lackschichten einschließen.FIG. 2 shows a thin film strip in which the coverings consist of two metallizations, which are in the field-free Include space layers of paint.

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Die Figur 1 zeigt ein Dünnfolienband, welches vom Hilfsträger losgelöst ist. Das Dünnfolienband besteht aus der Lackschicht 1, der Metallisierung 2, welche die eine Polseite im fertigen Kondensator bildet. Die Metallisierung weist den verstärkten Randbereich 3 auf, welcher im fertigen Kondensator durch eine stirnseitig aufgebrachte Kontaktschicht mit den äußeren Anschlußelementen verbunden wird. Auf die Metallisierung 2 folgt die Lackschicht 4 und auf diese Lackschicht die Metallisierung 5, welche den Gegenpol im fertigen Kondensator bildet. Auf die Metallisierung 5 ist die Lackschicht 7 aufgebracht, z. B. auflackiert. Die Metallisierung 5 besitzt den verstärkten, von der Stirnkontaktschicht erfaßten Randbereich 6. Dieser ist schmaler als der zur Metallisierung 2 gehörige metallfreie Isolierrand 8. Die Lackschichten 1 und 7 sowie 4 bilden im fertigen Kondensator das Dielektrikum. In einem Wickelkondensator kommen die Lackschichten 1 und 7 aufeinander zu liegen. Hierbei ist zu beachten, daß diese beiden Lackschichten die gleiche Spannungsfestigkeit aufweisen wie die Lackschicht 4, welche sich zwischen den beiden Metallisierungen 2 und 5 der Dünnfolie befindet. Im fertigen Kondensator wird die Belegung 2 von der einen Stirnseite und die Belegung 5 von der gegenüberliegenden Stirnseite durch Stirnkontaktschichten erfaßt. Die nichtkontaktierten Kanten der Belegungen sind durch die metallfreien Isolierränder 8 und 9 von den Stirnkontaktschichten getrennt.FIG. 1 shows a thin film strip which is detached from the auxiliary carrier. The thin film tape consists of the Lacquer layer 1, the metallization 2, which forms one pole side in the finished capacitor. The metallization has the reinforced edge area 3, which in the finished capacitor by a contact layer applied to the end face is connected to the outer connection elements. On the metallization 2 follows the lacquer layer 4 and on this lacquer layer the metallization 5, which forms the opposite pole in the finished capacitor. On the metallization 5, the lacquer layer 7 is applied, for. B. painted on. The metallization 5 has the reinforced, Edge region 6 covered by the front contact layer. This is narrower than that belonging to metallization 2 metal-free insulating edge 8. The lacquer layers 1 and 7 and 4 form the dielectric in the finished capacitor. In With a wound capacitor, the lacquer layers 1 and 7 come to lie on top of one another. It should be noted that this both paint layers have the same dielectric strength as the paint layer 4, which is between the two metallizations 2 and 5 of the thin film is located. In the finished capacitor, assignment 2 will be of one Front side and the occupancy 5 detected from the opposite front side by front contact layers. The uncontacted Edges of the coverings are separated from the front contact layers by the metal-free insulating edges 8 and 9 separated.

Beim Dünnfolienband nach Figur 1 weist die Metallisierung 5 eine Mikrorißstruktur auf, da die Lackschicht 7 unmittelbar auf die Metallisierung 5 auflackiert ist. Die Mikrorißstruktur kann dadurch erzeugt werden, daß die in der deutschen Auslegeschrift 1 439 314 angegebenen Parameter beim Auftragen der Lackschicht 7 angewendet werden. DieIn the case of the thin film strip according to FIG. 1, the metallization 5 has a microcrack structure, since the lacquer layer 7 is directly is painted onto the metallization 5. The microcrack structure can be generated in that the German Auslegeschrift 1 439 314 specified parameters when applying the paint layer 7 are used. the

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- Metallisierung 2 weist keine oder keine ausreichende Mikrorißstruktur auf. Gemäß der Erfindung ist es in solchen Fällen ausreichend, wenn der metallfreie Isolierrand für die Belegung 2, welche keine oder ungeeignete Mikrorißstruktur aufweist, breiter bemessen ist als der verstärkt aufgetragene, von der Stirnkontaktschicht erfaßte Randbereich 6 der Belegung 5» welche eine Mikrorißstruktur aufweist. Dieser Kondensator weist die Sicherheitszone 10 auf. Die Bildung einer Mikrorißstruktur in der Belegung 2 kann dadurch verhindert werden, daß eine Dünnfolie, bestehend aus den beiden Lackschichten 4- und 7, und der dazwischen eingebetteten Belegung 6, mit einer Dünnfolie, bestehend aus der Lackschioht 1 und der darauf aufgebrachten Metallisierung 2, z. B. durch das aus der deutschen Patentschrift 1 269 248 bekannte Kaschierverfahren, miteinander verbunden werden.Metallization 2 has no or insufficient micro-crack structure on. According to the invention, it is sufficient in such cases if the metal-free insulating edge for the Layer 2, which has no or unsuitable micro-crack structure, is dimensioned wider than the one that has been reinforced, Edge region 6 of the coating 5, which is covered by the front contact layer and has a micro-crack structure. This The capacitor has the safety zone 10. The formation of a micro-crack structure in the covering 2 can thereby be prevented that a thin film, consisting of the two layers of lacquer 4 and 7, and the one embedded in between Allocation 6, with a thin film, consisting of the lacquer layer 1 and the metallization 2 applied thereon, e.g. B. by that from German patent specification 1,269,248 known lamination process, are connected to one another.

In der Figur 2 bestehen die Belegungen jeweils aus zwei Metallisierungen, welche im fertigen Kondensator über die Stirnkontaktschichten miteinander kurzgeschlossen werden. Die eine Belegung besteht aus der Metallisierung 12 und der Metallisierung 2. Beide Metallisierungen weisen zu kontaktierende, verstärkt aufgetragene Randbereiche 3 und 13 auf. Zwischen diesen beiden Metallisierungen befindet sich die Lackschicht 1. Auf die Metallisierung 2 ist die Lackschicht 4 aufgebracht und auf diese die Metallisierung 5. Zusammen mit dieser Metallisierung bildet die auf der Lacksohicht 7 befindliche Metallisierung 14 im fertigen Kondensator eine Belegung. Die Metallisierungen 5 und 14 weisen am zu kontaktierenden Randbereich verstärkte Ränder 6 und 15 auf. Auf die Metallisierung 14 ist eine weitere Lackschicht 16 aufgebracht. Im fertigen Kondensator wirken die Lackschichten 4 und 16 als Dielektrikum. Die Lackschichten 1 und 7 befinden sich im feldfreien Raum zwischen den kurzgeschlossenen Metallisierungen. Auch bei diesem Dünnfolienband,In Figure 2, the assignments each consist of two metallizations, which in the finished capacitor on the Front contact layers are short-circuited with one another. One assignment consists of the metallization 12 and the metallization 2. Both metallizations have to be contacted, reinforced edge areas 3 and 13. Between these two metallizations is the Lacquer layer 1. The lacquer layer 4 is applied to the metallization 2 and the metallization 5 together with this metallization, the layer 7 on the lacquer forms Metallization 14 located in the finished capacitor has an assignment. The metallizations 5 and 14 assign am contacting edge area reinforced edges 6 and 15. A further lacquer layer 16 is on the metallization 14 upset. In the finished capacitor, the lacquer layers 4 and 16 act as a dielectric. The lacquer layers 1 and 7 are located in the field-free space between the short-circuited metallizations. Also with this thin film tape,

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welches allein zu einem Kondensator verwickelt werden kann, sind Sicherheitszonen 10 und 11 vorhanden. Diese Sicherheitszonen werden ebenfalls dadurch gebildet, daß die metallfreien Isolierränder, welche zu den Metallisierungen 12 und 5 gehören, breiter bemessen sind als die verstärkt aufgetragenen, zu kontaktierenden Randbereiche 3, 13 und 6, 15 der Belegungen.which alone can be involved in a capacitor, there are safety zones 10 and 11. These Safety zones are also formed by the metal-free insulating edges, which lead to the metallizations 12 and 5 belong, are dimensioned wider than the reinforced applied edge areas to be contacted 3, 13 and 6, 15 of the assignments.

Die Metallisierungen 5 und 12 weisen keine Mikrorißstruktur auf. Die Metallisierungen 2 und 14 weisen eine Mikrorißstruktur auf. Im fertigen Kondensator liegen sich die Metallisierungen 2 und 5 bzw. 12 und 14 gegenüber. Für einen einwandfreien Regeneriervorgang genügt es, wenn lediglich die Metallisierungen 12 und 5 ohne Mikrorißstruktur einen Freirand besitzen, welcher breiter bemessen ist als die unmittelbar gegenüberliegenden, zu kontaktierenden Rändbereiche 3 und 15. In der fertigen Folie liegt eine Metallisierung mit Mikrorißstruktur einer Metallisierung ohne Mikrorißstruktur gegenüber. In der räumlichen Aufeinanderfolge wechseln sich Metallisierungen mit Mikrorißstruktur und solche ohne Mikrorißstruktur ab. Eine derartige Einfolie kann wie folgt hergestellt werden. Auf die Lackschicht 4 bzw. 16 wird die Metallisierung 2 bzw. 14 mit dem verstärkten Randbereich 3 bzw. 16 aufgebracht. Auf diese Metallschichten werden die Lackschichten 1 bzw. 7 auflackiert. Das Lösungsmittel dieser Lackschichten quillt die Lackschichten 4 bzw. 16 an und erzeugt in den Metallisierungen 2 bzw. 14 eine Mikrorißstruktur. Auf die Lackschichten 1 bzw. 7 werden die Metallisierungen 12 bzw. 5 mit den verstärkten Randbereichen 13 und 6 aufgebracht. Diese Metallisierungen enthalten keine Mikrorißstruktur. Die beiden Folien, welche einerseits aus den beiden Lackschichten 4 und 1 und den beiden Metallisierungen 2 undThe metallizations 5 and 12 do not have any micro-crack structure. The metallizations 2 and 14 have a Micro-crack structure. In the finished capacitor, the metallizations 2 and 5 or 12 and 14 are opposite one another. For a perfect regeneration process, it is sufficient if only the metallizations 12 and 5 without Micro-crack structure have a free edge, which is dimensioned wider than the immediately opposite, to contacting edge areas 3 and 15. In the finished film there is a metallization with a microcrack structure opposed to metallization without a microcrack structure. Metallizations alternate in the spatial sequence with micro-crack structure and those without micro-crack structure. Such a single sheet can be produced as follows will. The metallization 2 or 14 with the reinforced edge area is applied to the lacquer layer 4 or 16 3 or 16 applied. The lacquer layers 1 and 7 are lacquered onto these metal layers. The solvent These lacquer layers swell the lacquer layers 4 or 16 and produce them in the metallizations 2 and 14 a microcrack structure. On the lacquer layers 1 and 7, the metallizations 12 and 5 with the reinforced edge areas 13 and 6 applied. These metallizations do not contain any micro-crack structure. the two foils, which on the one hand consist of the two lacquer layers 4 and 1 and the two metallizations 2 and

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12 und andererseits aus den beiden Lackschichten 16 und und den beiden Metallisierungen 14 und 5 bestehen, werden zusammenkaschiert und so eine Einfolie erhalten.12 and on the other hand from the two lacquer layers 16 and and the two metallizations 14 and 5 are made laminated together and thus obtained a single sheet.

Ein einwandfreies Regenerierverhalten erhält man natürlich auch dann, wenn auch die zu den Metallisierungen und 14 gehörigen metallfreien Randstreifen breiter bemessen sind als die verstärkten Randbereiche 6 bzw. 13 und diese Metallisierungen die Sicherheitszonen 10 und 11 nicht überschreiten.A perfect regeneration behavior is of course also obtained, even if that for the metallizations and 14 associated metal-free edge strips are dimensioned wider than the reinforced edge areas 6 and 13, respectively and these metallizations do not exceed the safety zones 10 and 11.

2 Patentansprüche
2 Figuren2 claims
2 figures

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Claims

Patent claims c.h e

ζ 1.) Electrical thin film capacitor, the dielectric ^ "" ^ cum of "lacquer layers and its coverings consist of regenerable thin metallizations embedded between the layers of lacquer, in which the front edge areas of the coverings are reinforced and one of the coverings from one of the end faces are connected to external connection elements at these edge areas and the non-contacted edge areas of each occupancy are separated from the end contact layers by a metal-free insulating edge, characterized in that the metal-free insulating edges, which belong to a metallization without a microcrack structure, are dimensioned wider than the reinforced edge areas the metallizations, which have a micro-crack structure, and that the capacitor is wound from a single thin film containing the dielectric lacquer layers and coverings.

2. Capacitor according to claim 1, in which the coatings consist of two short-circuited metallizations, characterized in that only one metallization of each covering has a micro-crack structure and one metallization in each case with a micro-crack structure opposite a metallization without a micro-crack structure with different poles and that the metal-free insulating edges, which lead to the metallizations without a microcrack structure, are wider than those that have been reinforced with metal plating Border areas.

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