DE2119040A1

DE2119040A1 - Mehrschichtiger Kondensator und Verfahren zur Einstellung des Kapazi tatswertes

Info

Publication number: DE2119040A1
Application number: DE19712119040
Authority: DE
Inventors: Charles C Glenview Ul Rayburn (V St A)
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1970-04-20
Filing date: 1971-04-20
Publication date: 1971-11-04
Also published as: JPS5026140B1; CA925969A; GB1340414A; US3648132A; FR2099077A5; NL7105292A

Description

Dr. A. Menfzs!

DlpWrg. W. Dahlk- ¹⁶· ^AP^{ril 1971}

Patentanwälte Dr.M-L/D

Reiraih bai Köln

Frankenforst 137

Illinois Tool Works, Inc. Chicago, Illinois, USA.

Mehrschichtiger Kondensator und Verfahren zur Einstellung des Kapazitätswertes

Die Erfindung betrifft einen mehrschichtigen Kondensator,mit einem ersten Satz von Elektrodenschichten und einem zweiten Satz von Elektrodenschichten,^die^die^^^ ^lektroat^SiiSi ersten Satzes teilweise überlappen und durch Schichten aus dielektrischem Material-von diesen getrennt simd, sowie ein Verfahren zur Einstellung des Kapazitätswertes eines solchen mehrschichtigen Kondensators.

109845/1298

Bekannte mehrschichtige Keramikkondensatoren, die oft als 3?lachkondensatoren bezeichnet werden, bestehen aus abwechselnden Schichten aus keramischem Dielektrikum, welche abwechselnd polarisierte Elektroden aus schwer schmelzbarem.Metall trennen. Die Anordnung wird in frischem Zustand geschichtet und dann gebrannt. Das keramische Material liefert nicht nur die dielektrischen Schichten sondern auch die mechanische Grundmasse für die Elektroden und die Umhüllung, welche der Einheit einen äußeren Schutz gewährt.

Abwechselnde Elektrodenschichten erstrecken sich gewöhnlich zu gegenüberliegenden Enden des Kondensators und sind an ihren Enden durch ein Metall-iSinter-Gemenge miteinander verbunden, gewähnlich Silberglas, welches ebenfalls gebrannt und dadurch mit den Enden des Kondensators verbunden wird. Das an den Enden vorgesehene Silbergemenge dient nicht allein zur Verbindung der Elektrodenschichten derselben Polarität, sondern das Silber stellt gleichzeitig ein lötfähiges Medium dar. lötmetall wird gewöhnlich zur Befestigung der leitungen an den Kondensatoren benutzt oder zum direkten Verbinden des Kondensators mit dem Schaltkreis.

Die zu einem Kondensator gehörenden Bioirt^odensiciichten mit entgegengesetzter Polarität überlappen sich gegenseitig, so daß jede Schicht ein End- oder Randteil und einen elektrischen !Feldbereich umfaßt, der einen entsprechenden Bereich der be-

109845/12 9 8 - 3 -

COPY

ORIGINAL INSPECTED

nachbarten Elektrodenscliicht entgegengesetzter Polarität überlappt. Die Leistung des Kondensators hängt weitgehend von dem Dielektrikum ab, welches im Bereich des elektrischen Feldes angeordnet ist. Da es der aktive oder elektrische Feldbereich ist, welcher die Ladung aufnimmt, dem hohen Potentialgefälle widersteht und die Energie speichert, so treten in diesem Bereich meistens auch die Abweichungen oder Minderungen der Kapazität auf.

Ein Keramikkondensator wird in vielen abhängigen Arbeitsgängen hergestellt. Sowohl die zu Beginn vorliegenden verschiedenen Rohmaterialien als auch die Verfahrensschritte wie Mischen, Malen, Gießen, Drucken, Lamellieren und Brennen sind Gegenstand j von Veränderungen. Die Veränderungen sind gering und fordern _: manchmal eine Identifizierung heraus, seltener eine Kontrolle. Um die Probleme zusammenzusetzen, dauert die Verfahrenszeit mehrere Tage. Wenn Kondensatoren für eine spezifische Lieferung vorgesehen sind und sich herausstellt, daß sie nach der Herstellung außerhalb des Toleranzbereichs liegen, müssen die Teile neu verzeichnet werden, aber wieder mit der der Kontrolle anhaftenden Unsicherheit. Die nachteiligen wirtschaftlichen Verzweigungen dieses Systems sind offensichtlich. · ^:

Eine -Lösung" zur Kompensierung der bei der Herstellung auftretenden Änderungen ist die Einstellung des Wertes beim fertigen Kondensator, wobei verschiedene .Systeme zur Entfernung von Ma-

Ί Ü 9 8 4 5 / "! 2 S 3 - 4 -

COPY

ORIGINAL INSPECTED

terial zur Einstellung des Kapazitätswertes bekannt sind. Beispiele werden dafür in den US-Patentschriften 2 603 737 und

2 712 172 gegeben, nach denen das Elektrodenmaterial durch . Schleifen entfernt wird, während gleichzeitig die Kapazität des Kondensators überwacht wird. Nach der US-Patentschrift

3 235 939 werden mehrschichtige Kondensatoren dadurch geeicht, daß ein Teil des elektrischen Feldbereichs an der Seitenkante des Kondensators weggeschliffen wird. Nach der US-Patentschrift 3 456 170 wird Elektrodenmaterial aus einer der ebenen Flächen des Kondensators konkav herausgeschliffen, und es wird eine isolierende Glasur über den freigelegten elektrischen Feldbereich gebracht. Nach der britischen Patentschrift 1 180 928 wird der Kondensator 'derart hergestellt, daß er eine Mehrzahl von Elektrodenbereichen gesonderter Größe aufweist, die bei gleichzeitiger Überwachung der Kapazität nacheinander ausgeschnitten werden.

Bei jedem der obengenannten bekannten Systeme wird der elektrische Feldbereich abgeschliffen oder auf andere Weise gestört. Bei einigen bekannten Verfahren ändern sich die äußeren Abmessungen des Kondensators während der Einstellung um verschiedene Beträge, so daß ungleichmäßige Produkte entstehen« Infolge der Tatsache, daß der entstehende elektrische Feldbereich fremden umgebenden Elementen ausgesetzt wird, werden die dielektrische Stärke und der Isolationswiderstand des Kondensa-

1 09845/ 1 298 ~⁵~

_ 5 —

tors im allgemeinen reduziert, während der Streuungsfaktor erhöht wird» Um diese Nachteile etwas zu reduzieren, wird durch die US-Patentschriften 3 456 170 und 3 394 386 vorgeschlagen, ein keramisches Material auf den freigelegten Bereich aufzubringen und zu brennen. Die Möglichkeit für eine Beschädigung steigt jedoch, wenn der kritische elektrische Feldbereich zunächst freigelegt wird. Zu den möglichen schädlichen Wirkungen benötigt jedes der bekannten Systeme einen beträchtlichen Verfahrens- und Vorrichtungsaufwand, wodurch die Einstellung des Kapazitätswertes teuer wird. Da einige der zur Einstellung benötigten Vorrichtungen erfordern, daß ein elektrischer Kontakt aufrechterhalten wird, um den Kapazitätswert während des Schleif Prozesses zu überwachen, ist es augenscheinlich, daß die Instrumente sehr rauh gestaltet sind, um dem entstehenden Schleifstaub zu widerstehen.

Ziel .der Erfindung ist die Beseitigung der Nachteile der bekannten Einstellsysteme.

Das erfindungsgemäße System kann in einzelnen Schritten sowohl nach unten als auch nach oben einstellen, das bevorzugte Ausführungsbeispiel stellt jedoch nach oben in einzelnen Intervallen ein_e Die Vorteile des erfindungsgemäßen Systems gegenüber dem bekannten Stande der Technik sind darin zu sehen, daß der elektrische Feldbereich nicht gestört, geschliffen, geblasen, geflickt oder in irgendeiner Weise verschlechtert wird.

109845/1298 - 6 -

Ferner werden die äußeren Abmessungen des Kondensators nicht verändert. Auch "benötigt der Kondensator während' seiner Einstellung keinen elektrischen Kontakt. Ein Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Systems ist schließlich dadurch gegeben, daß der Einstellvorgang einfach und schnell durchführbar ist und nur geringe Kosten verursacht.

Die Logik des erfindungsgemäßen Systems ist offensichtlich, wenn in Betracht gezogen wird, daß die Kapazitätswerte eines typischen Produktionsausstoßes an vielschichtigen Keramik-Flachkondensatoren über einen Bereich von 40 $ und mehr streuen können, während es meistens erforderlich ist, daß die Werte nach beiden Seiten eines bestimmten Wertes nicht mehr als 10 $ abweichen. Gemäß der Erfindung sollen die verschiedenen Elektrodenschichten der Kondensatoren während des Herstellungsvorgangs derart angeordnet werden, daß mindestens eime Schicht jeder Polarität einen Randbereich aufweist, an dem die elektrische Verbindung angebracht wird, und zwar an einer Stelle, die innerhalb des Körpers des Kondensators ausgespart ist. Die mit Aussparungen versehenen Elektroden tragen ursprünglich nicht zu dem elektrischen Feld bei sondern können wahlweise aktiviert werden, indem ihre Ränder freigelegt und beispielsweise mit Hilfe von Silber mit den nicht ausgesparten Elektrodenrändern verbunden werden. Durchzulesen Vorgang wird der Wert des Kondensators wachsend erhöht. Wenn ein besonderer Kondensator bei der ersten Messung aufgefunden wird, der gerade knapp inner-

109845/1298 - 7 -

21190A0

halb der Toleranz liegt, so kann dessen Wert auf den genauen Betrag erhöht werden, indem ein ausgesparter Elektrodenrand freigelegt wird. Wenn der Wert des Kondensators weiter von der minimal zulässigen Grenze entfernt liegt, dann kann eine zusätzliche Einstellung vorgenommen werden, indem ein ausgesparter Elektrodenrand freigelegt und mit einer anderen Kante des Kondensators in Kontakt getxracht wird.

Bei Anwendung weiterer Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, Kondensatoren zu schaffen, deren Werte um eine ganze Dekade erhöht werden können. Diese Einstellung wird dadurch erreicht, daß die Kondensatoren dergestalt geformt werden, daß wahlweise ein Kontakt mit einer oder mehreren einer Mehrzahl von ausgesparten Elektroden hergestellt werden kann. Eine solche Einstellmöglichkeit über einen großen Bereich macht es möglich, daß nur eine relativ geringe Anzahl verschieden großer Kondensatoren hergestellt und inventarisiert wird, da ein großer Bereich von Kapazitätswerten durch wahlweises Entfernen von Material leicht erhalten werden kann. Obgleich sich die Erfindung in Bezug auf die Erhöhung von Kapazitätswerten als äußerst praktisch erwieäben hat, ist es auch möglich, die Prinzipien der Erfindung zur Heralisetzung des Kapazitätswertes heranzuziehen. Das wird dadurch erreicht, daß eine leitende Schicht, beispielsweise Silber, an der Außenseite des Kondensators angebracht wird, die normalerweise mehrere freigelegte, jedoch getrennte Elektrodenränder berührt. Durch wahlweises

10 9 8 45/1298 - 8 -

~ ο "™

Wegschleifen der leitenden äußeren Schicht von einem oder mehreren der freigelegten Elektrodenränder kann eine einzelne Elektrode wirksam aus dem elektrischen Feld entfernt werden,-so daß der Wert des Kondensators stufenweise vermindert wird· Da die leitende Beschichtung nur von der Kante des Elektrodenrands entfernt wird, ist es offensichtlich, daß der elektrische Feldbereich eines solchen Kondensators nicht "beschädigt werden kann.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht einen erfindungsgemäßen Flachkondensator, dessen äußerer Rand mit einer Nut versehen ist, um eine ausgesparte Elektrode freizulegen;

Fig. 2 einen seitlichen Schnitt durch den Kondensator gemäß Fig« Ij

Figo 3 in perspektivischer Darstellung einen bekannten mehrschichtigen Flachkondensator;

Fig. 4 eine seitliche Schnittansicht ähnlich Fig. 2 des Kondensators aus Fig. 3, und zwar entlang

1U984B/1298 - 9 -

der Linie 4-4 aus Pig. 31

Fig.5 eine perspektivische Ansicht eines bekannten Kondensators der in Fig. 3 dargestellten Gattung, wobei ein Teil der Seitenkante des Kondensators zur Verminderung des Kapazitätswertes entfernt ist;

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines bekannten Kondensators der in Fig. 3 gezeigten Gattung, wobei die Kapazität durch Einschleifen eines Kraters in die obere Fläche des Kondensators vermindert worden istj

Fig. 7 eine grafische Darstellung einer typischen Häufigkeitsverteilungskurve für eine Kondensatorserie, die gemäß der Erfindung hergestellt worden ist, ohne daß jedoch bereits Einstellungen der Kapazitätswerte vorgenommen worden sindj auf der Abszisse ist dabei die prozentuale Abweichung von dem gewünschten Kapazitätswert dargestellt, während auf der Ordinate die Anzahl der Kondensatoren aufgetragen ist.

- 10 109845/1298

- ίο -

Fig. 8 eine grafische Darstellung mit den' gleichen Koordinaten wie in Fig. 7, wobei dargestellt ist, wie sämtliche der Kondensatoren der in Fig. 7 vor der Einstellung aufgetragenen Serie eingestellt werden können, damit sie innerhalb eines Bereiches von geringer Abweichungstoleranz fallen;

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform des in Fig. 1 dargestellten Kondensators, dessen Wert in einer oder zwei Stufen eingestellt werden kann, indem er während unterschiedlichen Zeitabschnitten bearbeitet wird}

Fig. 10 eine Draufsicht auf eine modifizierte Ausführungsform des Kondensators, wobei die obere Keramikschicht zur besseren Darstellung weggelassen worden istj

Fig. 11 und 12 eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung bzw. eine Draufsicht auf eine Anordnung, die getrennte, coplanare Elektrodenbereiche aufweist, wodurch die Herstellung von Kondensatoren mit ganzzahligen Werten zwischen 1 und 9 Einheiten möglich ist|

109845/1298 ■ - ^xl

- li -

Fig. 13 einen seitlichen Querschnitt ähnlich wie

Fig. 2 einer modifizierten Ausführungsform des Kondensators, dessen Wert in mehreren ganzzahligen Vielfachen durch Änderung der effektiven dielektrischen Dicke eingestellt werden kann;

Fig. 14 A bis 14 E perspektivische Darstellungen, in

denen veranschaulicht ist, wie der Kondensator gemäß Fig. 13 eingestellt werden kann, um 1, 3 oder 9 Kapazitätseinheiten zu erhalten; und

Fig. 15 A bis 15 E perspektivische Darstellungen, in denen eine Modifikation der Erfindung veranschaulicht ist, wobei ein Kondensator, der im Inneren wie der in Fig. 13 dargestellte Kondensator aufgebaut ist, im Wert nach unten eingestellt werden kann, und zwar von 9 Kapazi-«tätseinheiten auf 3 Einheiten oder 1 Binhe it·

Die Figuren 3 bis 6 veranschaulichen einen herkömmlichen mehrschichtigen Keramikkondensator 10 und zwei bekannte Verfahren zum Einstellen des Kapazitätswertes in Richtung auf kleinere Werte. Mehrschichtige Keramikkondensatoren werden dadurch her-

109845/1298

- 12 -

21 1 90AQ

gestellt, indem abwechselnde Schichten aus Keramik- und Elektrodenmaterial übereinandergestapelt werden. Im allgemeinen ist auf jede der Keramikschichten 12 beispielsweise mit Hilfe des Siebdruckverfahrens eine Elektrodenschicht in Form einer schwer schmelzbaren Metallpaste aufgedruckt, beispielsweise aus Platin, welches den sehr hohen Brenntemperaturen, welche für Keramik erforderlich sind, widersteht. Abgesehen von den oberen und unteren äußeren Schichten des Kondensators, die die im Inneren des Kondensators vorhandenen Elektroden schützen und abdichten, sind die übrigen inneren Keramikschichten 12 abwechselnd mit Elektroden 14, die an einem Ende 15 des Kondensators enden, und Elektrodenechichten 16 bedruckt, die an dem gegenüberliegenden Ende 17 des Kondensators enden. Die Elektroden 14 umfassen einen Randbereich 14a und einen elektrischen Feldbereich 14b. In ähnlicher Weise umfaßt jede Elektrode 16 einen Randbereich 16a und einen elektrischen Feldbereich 16b. Die einander überlappenden Bereiche 14b und 16b der benachbarten Elektroden entgegen-gesetzter Polarität bilden das elektrische Feld des Kondensators. Die Randbereiche 14a und 16a befinden sich nicht innerhalb des elektrischen Feldes und erstrecken sich lediglich bis zu den Enden 15 bzw. 17 des Kondensators, wo sie elektrisch miteinander verbunden sind, und zwar durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten äußeren Überzug aus einem Metall-Sinter-Gemenge, beispielsweise Silber-Glas, welches gewöhnlich bei einer tieferen Temperatur, als sie für Keramik erforderlich ist, gebrannt wird, so daß die Randenden 14a bzw.

1 0 98/.5/1293 - 13 -

2 1190A0

16a der Elektroden befestigt werden.

Wie aus Fig. 5 und 4 hervorgeht, sind die elektrischen Feldteile 14b und 16b der Elektroden 14 bzw. 16 von den Keramikschichten 12 völlig umschlossen und geschützt. Um den Wert eines solchen Kondensators einzustellen, ist es erforderlich, Material als dem elektrischen Feldbereich zu entnehmen. Diese Einstellung kann, wie in Fig. 5 dargestellt ist, durch Abschleifen der Seitenkante 24 des Kondensators erfolgen, während gleichzeitig der Kapazitätswert mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Einrichtung überwacht wird. Es ist leicht einzusehen, daß durch das Abschleifen der elektrische Feldbereich zwischen den Elektrodenteilen 14b und 16b freigelegt wird und dadurch Verunreinigungen ausgesetzt ist. Verschmutzungen können sogar auftreten, obwohl die freigelegten Flächen abgedichtet sind, indem beispielsweise Glas auf sie aufgebracht wird. Das Abschleifen der Kanten, wie in Fig. 5 dargestellt, birgt auch das Problem in sich, daß die nahe beieinanderliegenden Elektroden 14 und 16 von unterschiedlicher Polarität möglicherweise gegeneinander schmieren, so daß Kurzschlüsse entstehen.

Das in Fig. 6 veranschaulichte Einstellverfahren ist besser als das in Fig. 5 veranschaulichte Verfahren, da die längen- und Breitenabmessungen des Kondensators nicht verändert werden.

109845/1298 " ¹⁴ "

Ferner bietet die Iraterähnliche Öffnung 26, die' dadurch hergestellt wird, daß die Elektroden 14 und 16 unter einem Winkel durchschnitten werden, eine größere Trennung zwischen den Elektroden, wodurch die Möglichkeit eines Elektrodenschmiere ns ausgeschaltet wird. Jedoch wird durch dieses Einstellverfahren die Qualität des Kondensators verschlechtert, und zwar im Hinblick auf Probleme, die an dem freigelegten elektrischen Feldbereich entstehen· Darüber hinaus erfordert dieses Verfahren einen erheblichen Arbeits- und Vorrichtungsaufwand in Bezug auf das einzelne Überwachen und Bearbeiten des Kondensators sowie auf die langwierige Handarbeit, die zum sorgfältigen Füllen jedes Kraters mit Glas erforderlieh ist.

Das erfindungsgemäße Sinstellverfahren beseitigt nicht nur die Nachteile der bekannten Verfahren sondern erhöfet in erheblichem Maße die Ausbeute einer gegebenen Kondensatorproduktion. In Fig. 7 veranschaulicht die Kurve 30 B eine typische Häufigkeitsverteilungskurve für Kapazitätswerte von mehrschichtigen Kondensatoren 34, deren innerer Aufbau der in Fig. 2 veranschaulichten Aus führ ungs form entspricht, und zwar vor ihrer Einstellung. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, schwanken die Kapazitätswerte zwischen nahezu minus 40 $> und plus 2 # des Nominalwertes, während der gewünschte Kapazitätsbereich für dieses Beispiel zwischen plus und minus 10 % des Nominalwertes (^w0ⁿ in dem Diagramm) liegt. Die Verteilung ist bewußt unter

109845/1298 -15-

den gewünschten Nominalwert von ^ηΟ^η gelegt worden, um das Einstellsystem, bei dem der Kapazitätswert erhöht wird, anzuwenden. Solche Teile, die in dem in Pig. 7 dargestellten Diagramm in dem Bereich A liegen, befinden sich innerhalb der gewünschten Toleranzgrenzen und werden nicht eingestellt. Die in dem Bereich B liegenden Teile erfordern eine einzelne, im nachstehenden beschriebene Einstellung, um in den gewünschten Wertebereich zu fallen. Entsprechend erfordern die in dem Bereich C liegenden Teile zwei Einstellungen. In Pig. 8 ist die Häufigkeitsverteilung der drei Bereiche A, B und G nach der Einstellung veranschaulicht. Diese Figur zeigt auch eine zusammengesetzte Häufigkeitsverteilungskurve, die mit ^WA+B+Cⁿ bezeichnet ist. Aus einer Analyse der in Pig. 7 und 8 dargestellten Kurven ist leicht festzustellen, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Einstellsystems alle Kondensatoren, die in einem Ausstoß hergestellt sind, derart eingestellt werden können, daß sie innerhalb der gewünschten Toleranzgrenzen liegen.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Kondensator 34 aus der in Pig. 7 dargestellten Verteilung. Die Keramikschichten 36 bilden dielektrische Schichten I-XII, die mit elektrischer Energie beaufschlagt werden können, wobei auf jede dielektrische Schicht etwa 8 1/3 # der maximalen Endkapazität entfallen. Elektroden 38· und 40' sind gegenüber den Elektroden 38 und 40 in etwas verschobener Stellung angeordnet, so daß sie

109845/1298 _Ί,

in dem Dielektrikum 36 in einem Abstand von etwa 0,18 mm (0,007 inches) von den aus Silber bestehenden Endflächen 44 bzw.

45 entfernt liegen bzw. um diesen Betrag ausgespart sind. TJmzu der ausgesparten Elektrode 38£ eine Verbindung herzustellen, um sie dem elektrischen Feld hinzu zu addieren, muß ein Durchgang mit Hilfe eines in der Zeichnung nicht dargestellten Schleifrades geschaffen werden, um eine in Pig. I dargestellte Nut 46 zu schaffen. Nachdem die Elektrode 38' durch die Nut

46 freigelegt ist, wird der Kondensator erneut versilbert, um die Elektrode 38' elektrisch mit der Silberfläche 44 und dadurch mit den Elektroden 38 zu verbinden. Dadurch werden die dielektrischen Schichten I und II, die vorher außerhalb des elektrischen Feldes lagen, mit Snergie beaufschlagt, wenn ein Spannungsgefälle angelegt wird. Die Zuschaltung der beiden dielektrischen Schichten I und II erhöht den Wert des Kondensators um nahezu 16 2/3 i<> der maximalen Endkapazität. Die Teile aus Fig. 7, die dem Bereich B zuzuordnen sind, erhalten eine solche Einstellung, um sie in die in Fig. 8 dargestellte Position zu bringen.

Die Teile in Fig. 7, die dem Bereich C -zuzuordnen sind, werden für zwei Einstellungen ausgewählte In der gleichen Weise, wie im vorangehenden für die Elektrode 38' beschrieben, wird auch die Elektrode 40^s mit ihren benachbarten Elektroden über die versilberte Endfläche 45 verbundene Durch diese Verbindung wird bewirkt, daß die dielektrischen Schichten X und XI mit

1098 4 S/1298 _1?

Energie "beaufschlagt werden, wenn eine Potentialdifferenz aufgebracht wird.

Wenn eine äußere Elektrode, "beispielsweise die in Fig. 2 dargestellte unterste Elektrode 40, für Einstellungszwecke von der Endkante getrennt ist, so bewirkt deren Anschluß nur den halben Kapazitätszuwachs im Vergleich zum Anschluß der Elektroden 38' oder 40·, da nur eine dielektrische Schicht beansprucht wird, in diesem Falle die Schicht XII.

Obgleich in Fig. 1 nur eine schmale Nut 46 im Ende des Kondensators gezeigt ist, wie sie mit Hilfe einer Schleifscheibe hergestellt werden kann, soll dieses Verfahren zum Freilegen einer ausgesparten Elektrode nicht als Einengung der Erfindung angesehen werden. Beispielsweise könnte auch die ganze Endkante des Kondensators geläppt oder geschliffen werden, um die ausgesparte Elektrode freizulegen. Auch könnte die Schleifscheibe dazu benutzt werden, nur einen teilweisen vertikalen Einschnitt vorzunehmen, um die Elektrode 38a¹ freizulegen, anstatt eine vollständig durchgehende Nut zu erzeugen, wie in der Zeichnung dargestellt. Ein anderes Verfahren zum Freilegen der ausge-

in sparten Elektroden ist das Abschleifen-mti einer Trommel (tumble milling). Dieses Verfahren setzt voraus, daß die Keramikwände, die den elektrischen Feldbereich umgeben, genügend dick sind, so daß ein Freilegen des aktiven Bereiches verhindert wird, da das Keramikmaterial 51 abgeschliffen wird. Bei

109845/1298

diesem Einstellverfahren ist die Elektrode 50a¹ an einem Ende des Kondensators 52 (siehe Pig· 9) mehr ausgespart als die ausgesparte Elektrode 48a* am anderen Ende. Dadurch werden die Einstellungsstufen zeitabhängig, wobei eine oder beide der ausgesparten Elektroden wunschgemäß freigelegt werden können, und zwar in Abhängigkeit von der Schleifzeit· Nachdem der Schleifvorgang beendet ist und die ausgesparten Elektroden 48a¹ und 50a¹ durch das Abtragen des keramischen Materials 46 freigelegt sind, müssen selbstverständlich die silbernen Endflächen 54 und 55 wieder an dem Kondensator angebracht werden.

Obwohl zur Vereinfachung der Darstellung der Erfindung nur eine ausgesparte Elektrode an jedem Ende des Kondensators gezeigt ist, können selbstverständlich auch mehr als eine Elektrode ausgespart sein, und zwar in Abhängigkeit von der gewünschten Stufung der Einstellung und der Anzahl der potentiell aktiven dielektrischen Schichten.

Ein besonders wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen Einstellsystems ist die Tatsache, daß Hochgeschwindigkeitssortier- und Versilberungseinrichtungen verwendet werden können, die wirtschaftlich arbeiten. Mit Hilfe einer bekannten Sortiereinrichtung können mehrere tausend Kondensatoren in einer Stunde automatisch geprüft und sortiert werden, wodurch die Verfahrenszeit und der Vorrichtungsaufwand erheblich reduziert werden

109845/129 8 -19-

211904Q

können. Der Wert des erfindungsgemäßen Systems wird noch, offensichtlicher, wenn in Betracht gezogen wird, daß Vorrichtungen zum Sortieren nach Kapazitätswert sowie Metallisierungseinrichtungen erforderlich sind und existierende Teile einer Produktionsstraße für Flachkondensatoren. Eine besonders geeignete Vorrichtung zum Ausrichten und zum Zuführen von Flachkondensatoren ist in der US-Patentanmeldung Wr. 706 010 offenbart.

Fig. 10 zeigt eine Draufsicht auf das Innere einer modifizierten Ausführungsform des Kondensators 57, von dem die obere keramische Deckschicht zur besseren Anschaulichkeit entfernt ist. Der Kondensator 57, der vier Einstellungen vorsieht, umfaßt eine Keramikschicht 56, die Elektroden 58 und 58' an ihrer oberen Fläche und Elektroden 60 und 60' an ihrer Unterseite aufweist. Eine Verbindung kann wahlweise zu den Endteilen der Elektroden hergestellt werden, nämlich zu den in der oberen Ebene angeordneten Teilen 58a und 58a¹ bzw. zu den Teilen 60a und 60a¹, die in der unteren Ebene angeordnet sind. In Abhängigkeit davon, wieviel Kapazität erforderlich ist, kann die äußere Kante der Keramikschicht 56 mit Nuten 61 und 62 versehen werden. Die ausgesparten Elektroden 58, 58¹, 60 und 60' können die einzigen ausgesparten Elektroden in einem großen Stapel sein, so daß nur geringe Einstellmögliciikeiten vorhanden sind. Der Kondensator kann jedoch auch so ausgebildet sein, daß alle Elektroden ausgespart sind, wenn eine große Anzahl von Ein-

109845/1298 _ ₂₀ _

Stellmöglichkeiten gewünscht wird. Die Verwendung von Elektroden aus vielgestaltigen Mustern, wie in Fig. 10 dargestellt, ist insbesondere dann wünschenswert, wenn ein Kondensator hergestellt wird, der nur wenige Elektrodenschichten und eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweist, um die Kosten für das schwer schmelzbare Elektrodenmaterial zu reduzieren.

In Fig. 11 und 12 ist ein modifiziertes Einstellsystem dargestellt, bei dem der Kondensator 64 verschieden große Elektrodenbereiche 68A, 68B und 68C in einer Ebene aufweist, und ähnlich geformte Bereiche 7OA, 70B und 700 in einer zweiten Ebene, die von der ersten Ebene durch eine dielektrische Keramikschicht 66 getrennt ist. Das besondere', in der Zeichnung dargestellte Elektrodenmuster, bei dem die elektrischen Feldbereiche eine Flächenbeziehung zueinander von 1:3:5 aufweisen, ermöglicht die Einstellung der Kapazität nach oben bis zu einer ganzen Dekade. Die der Elektrode zugeordneten Endbereiche D, E,mid F in der ersten Ebene und G-, H und I in der zweiten Ebene verbinden, die elektrischen Feldbereiche j-r in Fig. 12. Sämtliche Elektrodenkontakte D, E, F, G, H und I sind innerhalb des keramischen Materials 66 ausgespart. Das keramische Material 66 ist an einem Ende mit einer Silberendschicht 72 und am anderen Ende mit einer Silberendschicht 74 überzogen. TJm irgendeinen besonderen elektrischen Feldbereich zu aktivieren, kann eine Nut in das keramische Material 66 an jedem Ende des Kondensators an einer oder mehreren Stellen, die mit dem Symbol "X^M

109845/1298

- 21 -

,: ι ι 3 υ ^ υ

bezeichnet sind, eingeschliffen werden. Aus Fig. 12 ist zu ersehen, daß die freigelegten Kontakte D und I den elektrischen Feldbereich j aktivieren. In gleicher Weise aktivieren die freigelegten Kontakte E und H die elektrischen Feldbereiche m und n. Die Kapazität, die beim Abschleifen der verschiedenen Kombinationen der Stellen "X" erzielbar ist, ist in der folgenden Tabelle dargestellt:

Kapazitätseinheiten	Anschliff	I
0	0	G, I
1	D, I	I
(Μ	B, H	H, I
3	F, I	G, H, I
4	E, F, I
5	D, E, F,
6	D, E, F,
7	E, F, H,
8	D, E, F,
9	D, E, F,

Da die Elektroden in dem in Fig. 11 und 12 dargestellten Kondensator364 von den Händern her ausgespart sind, müssen Einrichtungen vorgesehen sein, die den Kondensator genau ausrichten, so daß die richtigen Enden freigelegt werden können. Dies kann bequem dadurch erreicht werden, daß zwei Ecken aus dem Kondensator in asymmetrischer Anordnung ausgeschnitten werden, wie bei 66a und 66b dargestellt ist.

109845/1298 _ ₂₂ _

Die verschieden großen Abschnittsformen der Elekt-rodenpositioniereinrichtung aus Fig. 11 und 12 ermöglicht es, daß die Kondensatoren in einer begrenzten Anzahl von Größen hergestellt und gelagert werden können und dann- auf den entsprechend geforderten Wert eingestellt werden, so daß die Verfahrenszeit verkürzt wird. Die dargestellte, besondere Elektrodenform kann auch einem Kondensatorstapel zuaddiert werden, um einen geringen Einstellgrad zu ermöglichen, wobei die übrigen Elektroden sich immer im elektrischen Feld befinden.

Fig. 13 zeigt einen Querschnitt eines Kondensators 75, der vier Elektroden 78, 78·, 80 und 80' aufweist, die in einem in den Figuren 14A bis 14E und 15A bis 15E gezeigten Einstellsystem verwendet werden können. Der Kondensator 75 wird durch Änderung der dielektrischen Dicke eingestellt, während der in Fig. 11 und 12 dargestellte Kondensator 61 durch Änderung der Elektrodenbereiche eingestellt wurde·

In den Figuren 14A bis 14E ist ein Verfahren zur gesonderten Einstellung in Eichtung auf höhere Kapazitätswerte dargestellt, bei dem Elektroden zur wirksamen Verringerung der dielektrischen Dicke miteinander verbunden werden, wodurch die Kapazität erhöht wird. In Fig. 14A werden beispielsweise die ElektrodenendtQil© ?8a und 80a freigelegt, während die Endteile 80a' und 78a¹ ausgespart rninä, (siehe Fig, 15)· Säendem entsprechend Fig. 14B Silberüter-slig© 82 und 83 auf den Enden des Kondensators

109845/1298 - 23 -

angebracht sind, weist der Kondensator eine Kapazitätseinheit auf. Wie aus Pig. 13 zu ersehen ist, werden durch eine solche Endverbindung alle drei dielektrischen Schichten dem elektrischen Feld ausgesetzt. Durch Einschleifung einer Nut entsprechend Fig. 14C wird das Elektrodenende 78a¹ freigelegt. Nach der Versilberung steigt der Wert des Kondensators auf drei Kapazitätseinheiten, da die dielektrische Dicke, der das elektrische Feld ausgesetzt ist, auf den Abstand zwischen den Elektroden 78' und 80a reduziert werden ist. Durch Einschleifung einer zweiten Nut entsprechend Fig. 14D,wird die Elektrode 80a¹ freigelegt. Nach erneuter Versilberung steigt die Kapazität auf neun Einheiten an, da jede der drei Schichten unter dem Einfluß des vollen Potentials beansprucht wird. Somit kann durch zwei Einstellungen ein Wertverhältnis von 9:1 erzielt werden. In Fig. 14E ist der Kondensator mit einer Lotbeschichtung 86 dargestellt, welche die Einstellnuten überdeckt.

Die Figuren 15A bis 15E veranschaulichen ein getrenntes Einstellsystem, welches eine Einstellung auf kleinere Kapazitätswerte ermöglicht. Die Elektrodenenden 78a und 80a aus Fig. 13 sind s.o angeordnet, daß sie aus den Endkantenflächen des Kondensators auftauchen, wie in Fig. 15A dargestellt, während die Enden 78a¹ und 80a¹ aus den Seitenkanten auftauchen. Fig. 15B zeigt jede der freigelegten Elektroden durch einen Silbenüberzug 82 verbunden, so daß ein Kapazitätswert von 9 Einheiten

109845/12S8 - 24 -

erzielt wird. Aus Pig. 150 ist zu ersehen, daß beim Abschleifen des Silbers von der Elektrode 78a¹ die Kapazität um 1/3 ihres Ausgangswertes bzw. um 3 Einheiten reduziert wird. Entsprechend Fig. 15D wird durch ein zweites Abschleifen des Silbers die Elektrode 80a¹ freigelegt, wodurch die Kapazität um 1/9 des Ausgangswerts bzw. um eine Einheit reduziert wird. Fig. 15E zeigt den fertigen Flachkondensator,nachdem er mit einem Lotüberzug 90 versehen ist.

109845/1298

- 25 -

Claims

Patentansprüche

l.JMehrschichtiger Kondensator mit einem ersten Satz von Elektrodenschichten und einem zweiten Satz von Elektrodenschichten, die die Elektrodenschichten des ersten Satzes teilweise überlappen und durch Schichten aus dielektrischem Material von diesen getrennt sind, da durch gekennzeichnet , daß die Endteile (38a, 4Oa) der Elektrodenschichten (38, 40) des ersten Satzes und des zweiten Satzes sich gegenseitig nicht überlappen und sich auf den entsprechenden Rand (44J 45) des Kondensators zu erstrecken und daß mindestens ein Endteil (38a¹} 40a¹) eines der beiden Sätze sich um ein geringeres Maöp auf den entsprechenden Rand (44; 45) zu erstreckt als andere Endteile (39aj 40a) dieses Satzes von Elektrodenschichten.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bestimmte der Endteile von mindestens einem der Sätze von Elektrodenschichten in einer Ebene von einer der Kanten des Kondensators enden, während mindestens ein Endteil kurz vor dieser Kante endet und von dieser durch dielektrisches Material getrennt ist.

109845/1298 ~ ²⁶ "
3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekenn ζ e i c h η e t , daß jeder der Sätze von Elektrodenschichten bestimmte Endteile aufweist, die in einer Ebene der ersten bzw. zweiten Kante des Kondensators enden und daß mindestens ein zusätzliches Endteil in jedem Satz von Elektrodenschichten vorgesehen ist, welches kurz vor der ersten und zweiten Kante endet und durch dielektrisches Material von dieser getrennt ist.
4. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Endteil in jedem Satz von Elektrodenschichten in unterschiedlichen Abständen vor der entsprechenden Kante endet.
5. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene einer der Kanten mit einer Nut versehen ist, welche genügend tief

k ist, daß sie das Endteil anschneidet, und daß ein

äußerer leitender Überzug, der im Bereich der Nut aufgebracht ist, alle Endteile dieses Satzes von Elektrodenschichten elektrisch miteinander verbindet.
6. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Mehrzahl von Sätzen von sich teilweise überlappenden Elektroden vorgesehen ist, von denen bestimmte Endteile jedes Satzes

109845/1298

in einer gemeinsamen Ebene der jeweiligen Kante des Kondensators enden, daß mindestens ein Endteil jedes Satzes kurz vor der gemeinsamen Ebene endet und von dieser durch, dielektrisches Material bestimmter Dicke getrennt ist und daß in mindestens einer der Kanten eine Nut vorgesehen ist, deren Tiefe größer als die Dicke des dielektrischen Materials ist, wobei ein auf die entsprechende Kante aufgebrachter leitender Überzug alle Endteile des mit der Hut versehenen Satzes von Elektrodenschichten elektrisch miteinander verbindet.
7. Mehrschichtiger Kondensator mit einer Mehrzahl von in Abständen angeordneten Elektrodenbereichen in einer ersten Ebene auf einer Seite eines Dielektrikums und einer Mehrzahl von in Abständen angeordneten Elektrodenbereichen in einer zweiten Ebene auf der gegenüberliegenden Seite dieses Dielektrikums, d da durch gekennzeichnet , daß jeder dieser in Abständen angeordneten Elektrodenbereiche der ersten Ebene gemeinsame Überlappungsbereiche mit einem der Elektrodenbereiche der zweiten Ebene aufweist, derart, daß eine Mehrzahl von getrennten elektrischen Feldbereichen entsteht, und daß das Endteil von mindestens einem der Elektrodenbereiche einer der Ebenen im Abstand von einem Ende des Kondensators angeordnet und durch einen leitenden Überzug wahlweise mit diesem verbindbar ist.

109845/1298 - 28 -
8. Kondensator nach Anspruch. 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Endteile von mindestens einigen der Elektrodenbereiche völlig innerhalb der durch die Ebenen der äußeren Kanten definierten Grenzlinien des Kondensators angeordnet sind, aber nahe an die Ebenen der äußeren Kanten heranreichen, derart, daß beim Abtragen von Material von einer oder mehreren Kanten verschiedene der Endteile freilegbar sind·
9· Kondensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß jeder dieser in Abständen angeordneten Elektrodenbereiche in diesen Ebenen einem unterschiedlichen Bereich zugeordnet ist, derart, daß die Kapazität des Kondensators in mehreren getrennten Stufen durch wahlweises Freilegen eines oder mehrerer Endteile erhöht werden kann.
10. Kondensator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß drei Bereiche dieser in Abständen angeordneten Elektrodenbereiche der ersten Ebene, die die Elektrodenbereiche der zweiten Ebene überlappen, ein größenverhältnis zueinander von 1:3:5 aufweisen, derart, daß durch wahlweises Freilegen eines oder mehrerer dieser Endteile der Kondensator eine Kapazität von einer ganzzahligen Kapazitätseinheit zwischen 1 und 9 ^l erhält.

109845/1298 -29-
11· Verfahren zum Einstellen des Wertes eines mehrschichtigen Kondensators, dadurch gekennzeichnet , daß Elektrodenschichten entgegengesetzter Polarität, die voneinander durch dielektrisches Material getrennt sind, übereinandergestapelt und miteinander verbunden werden, daß mindestens zwei Elektrodenschichten derselben Polarität mit ihren Enden im Abstand voneinander angeordnet werden, wobei mindestens ein Ende im Abstand von einem Kondensatorende liegt, und daß ein äußerer leitender Überzug auf dieses Kondensatorende aufgebracht wird und wahlweise mit einer oder beiden Elektrodenschichten derselben Polarität verbunden wird.
12. Verfahren zum Einstellen des Wertes eines mehrschichtigen Keramikkondensators in Richtung auf höhere Kapazitätswerte, dadurch gekenn ze lehnet, daß eine Mehrzahl von Keramikschichten die mit Elektrodenmustern versehen sind, übereinandergestapelt werden, wobei die Endteile der Elektroden benachbarter Schichten im Abstand zueinanderliegen und sich gegenseitig nicht überlappen, daß zwischen die äußeren Enden von mindestens einigen der Endteile und die äußeren Händer des Kondensators dielektrisches Material angeordnet wird, daß der Kondensator gebrannt wird, daß von

- 30 109845/1298

mindestens einem der äußeren Bänder wahlweise dielektrisches Material entfernt wird, um das äußere Ende von mindestens einem der Endteile freizulegen, und daß dieser äußere Rand zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einem leitenden Überzug versehen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Keramikschichten, deren Elektrodenendteile in eine Richtung weisen, in abwechselnder Anordnung mit einer Mehrzahl von Keramikschichten, deren Elektrodenendteile in eine zweite Richtung weisen, übereinander angeordnet werden, daß, bestimmte Elektrodenendteile derart angeordnet werden, daß sie sich bis zu den Rändern des Kondensators erstrecken, daß die Endteile, die sich bis zu den Rändern erstrecken, mit einem leitenden Überzug versehen werden, daß der Kapazitätswert des Kondensators, der durch die sich bis zu den Bändern erstreckenden Elektroden bestimmt ist, gemessen wird und daß der gemessene Wert dazu verwendet wird, um die Anzahl der äußeren Ränder festzulegen, von welchen dielektrisches Material zum stufenweisen Anheben des Kapazitätswertes zu entfernen ist.
14. Verfahren zum Herstellen einer Serie von mehrschichtigen Keramikkondensatoren, deren Kapazitätswerte normaler-

109845/1298 - 31 -

- 51 -

weise über einen großen Bereich streuen, dadurch gekennzeichnet , daß die statistische Verteilung der Kapazitätswerte so gewählt wird, daß im wesentlichen alle Kondensatoren dieser Serie Kapazitätswerte aufweisen, die unterhalb des Hominalwertes liegen, daß die Kondensatoren mit einer genügend großen Anzahl von Elektrodenbereichen versehen werden, derart, daß das Auslassen von mindestens eines Elektrodenbereiches aus dem elektrischen Feld bei allen Kondensatoren dieser Serie, wobei dessen Endteil gegenüber anderen Endteilen an dem Kondensatorrand ausgespart ist, eine Werteverteilung ergibt, bei der die Werte entweder geringer als die gewünschte untere Toleranzgrenze oder nicht größer sind als die gewünschte obere Toleranzgrenze, daß die Kapazitätswerte der Kondensatoren dieser Serie gemessen werden, daß die Kondensatoren derart sortiert werden, daß solche Kondensatoren ausgesondert werden, deren Kapazitätswert unterhalb der gewünschten Toleranzgrenze liegen, daß bei den ausgesonderten Kondensatoren dielektrisches Material von demeinen Rand entfernt wird, um den ausgesparten Endteil des entsprechenden Elektrodenbereichs freizulegen, und daß der entsprechende Rand des Kondensators mit einem leitenden Überzug versehen wird, um zur Erhöhung der Anzahl der in dem elektrischen Feld befindlichen Elektroden den ausgesparten Endteil elektrisch mit den übrigen Endteilen zu

109845/129? - 32 -

- 52 -

verbinden, die bereits vorher über den Rand miteinander in Verbindung standen.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Kondensator mit einer Mehrzahl von Elektrodenbereichen versehen wird, deren ausgesparte Endteile unter einer Mehrzahl von · Rändern liegen, so daß der Wert jedes einzelnen Kondensators der Serie in mehreren Stufen erhöht werden kann, indem dielektrisches Material von mehr als einem Rand entfernt wird,um die ausgesparten Endteile einer Mehrzahl von Elektrodenbereichen freizulegen.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die ausgesparten Endteile um verschiedene Beträge ausgespart sind.
" 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material dadurch entfernt wird, daß die Kondensatoren mit einer Trommel abgeschliffen werden, wobei die Länge der Schleifzeit bestimmt, wieviele Endteile freigelegt werden.
18. Verfahren zur Erhöhung des Kapazitätswertes eines mehrschichtigen Kondensators durch Erniedrigung der wirk-

109845/1298 "

- 33 - '

samen Dicke des dielektrischen Materials, da durch gekennzeichnet , daß eine Mehrzahl von Elektrodensohichten entgegengesetzter Polarität in abwechselnder Anordnung übereinandergestapelt wird, wobei zwischen jedem benachbarten Elektrodenpaar eine Schicht aus dielektrischem Material vorgesehen ist, daß das Endteil von mindestens einer zwischen den Enden des Stapels liegenden Elektrodenschicht in einem Abstand von einem Rand des Kondensators angeordnet wird, der mit dem Ende einer Elektrode gleicher Polarität verbunden ist, und daß ein Ende dieses Kondensators mit einem leitenden Überzug versehen wird, um den im Abstand angeordneten Endteil mit dem Endteil der gleichen folarität zu verbinden.
19. Verfahren zur Einstellung des Wertes eines mehrschichtigen Keramikkondensators in Richtung auf kleinere Kapazitätswerte, dadurch gekennzeichnet , daß eine Mehrzahl von Keramikschichten übereinandergestapelt wird, die mit überlappenden Elektrodenmustern versehen sind, wobei sich die Endteile von mindestens drei Sohichten zu voneinander entfernt liegenden Randteilen des Kondensators erstrecken, daß diese Randteile Bit eines leitenden Überzug versehen werden, u» mindestens einig« dieser voneinander entfernt liegenden Bndteile Miteinander zu verbinden, und daß der leitende

109845/1298 " ^U '

Oberzug von mindestens einem dieser Endteile'wahlweise abgetragen wird, um die mit diesem aus einem Stück bestehende Elektrode aus dem elektrischen Feld des Kondensators zu entfernen.

109845/1298