DE2359431C2 - Verfahren zur Herstellung eines mit einer Metallschicht versehenen, dielektrischen Bandes für elektrische Kondensatoren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines mit einer Metallschicht versehenen, dielektrischen Bandes für elektrische KondensatorenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im
Oberbegriff des Anspruches 1 bezeichneten und nach der DE-OS 14 89 680 oder der US-PS ?2 98 864
bekannten Art
Bei diesen bekannten Verfahren sollen die hohen Randfeldstärken von Kondensatoren dadurch abgebaut
werden, daß die Ränder des dielektrischen Bandes mit halbleitenden Schichten versehen werden. Für den
Widerstand dieser Schichten ist ein bestimmter Wert einzuhalten. Deshalb dürfen die Randstreifen nur mit
solchen Metallen belegt werden, deren Oxide leitend sind. Die Einhaltung der Breite der Randstreifen und
deren Widerstände erfordert eine hohe Sorgfalt bei der Fertigung und folglich einen hohen Aufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit
welchem die Randstreifen bei enger Toleranz in einfacherer Weise herzustellen sind.
Die Lösung gelingt durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Vertebrens sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet
Durch das erfindungsgemäße elektrochemische Verfahren bildet sich bei erhöhter Temperatur praktisch
selbstständig ein Randstreifen mit solchen Eigenschaften, daß hohe Randfeldstärken abgebaut werden. In
Abhängigkeit der von der angelegten Spannung abhängigen Feldstärke wächst die Breite des Randstreifens nach innen, bis der Oxidationsprozeß gezielt
abgebrochen wird von selbst zum Stillstand kommt
Beispielsweise treten durch lokale Erhitzung des Randstreifens aus Aluminium unter Einwirkung von
Sauerstoff und atmosphärischem oder zusätzlichem Wasserdampf chemische Reaktionen ein, durch die das
Aluminium zumindest teilweise in nichtleitendes Aluminiumoxid übergeführt wird, so daß mit fortschreitender
Umwandlung des Aluminiums der Randstreifen immer hochohmiger und schließlich sogar vollkommen nichtleitend wird. Es entstehen dann Verbindungen der Art
(Al2O3),- Al,_,.
Dieser Effekt tritt ein, wenn im Randstreifen hohe Stromdichten erzeugt werden, wobei offenbar eine Art
Formierprozeß, z. B. eine anodische Oxidation, stattfindet, durch den dieselben Aluminium-Sauerstoffverbindungen gebildet werden. Bei der hohen Stromdichte
können dabei lokale Erhitzungen auftreten, so daß sich der oben genannte Prozeß mit dem durch hohe
Stromdichte erzeugten überlagert
Eine lokale Erhitzung wird. z. B. dadurch erreicht, daß
bei Anlegen von Spannung an das Metall des Randstreifens bzw. an die gesamte Metallschicht, im
Bereich des Randstreifens eine hohe Feldstärke vor allem zwischen Randstreifen und einer Metallschicht
eines Gegenbelags auftritt und der dadurch verursachte Strom zu einer starken Rrhitzung des Metallrandes
führt, wenn die Ableitung der Warme durch eine genügend dünne Metallschicht begrenz:! w iril.
Ähnliche Reaktionen und Verbindungen entstehet' bei Verwendung von Titan. Tantal, /.irkon und anderen
Metallen, die durch Oxidation in nkhticilcndc Verbin
düngen überführbar sind.
Zeichnung dargestellte!; Beispiele näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Kondensatorband mit einer gleichmäßigdünnen
Metallschicht,
Fig.2 ein Kondensatorband mit einem dünnen Randstreifen und einer ansonsten dickeren Metallschicht.
Mit 1 ist ein dielektrisches Band, z. B. aus Papier,
Vinylacetat, Polystyrol, Polyäthylen, Polypropylen, Polyamid oder einem anderen geeigneten Material
bezeichnet, dessen Oberfläche mit einer Metallschicht 2 aus Aluminium versehen ist, deren Stärke kleiner als
25 nm ist Vorzugsweise wird die Metallschicht 2 durch Aufdampfen in Vakuum oder durch Reduktion von
Metallsalzen hergestellt. Auf der Unterseite ist eine Metallschicht 3 eines Geger.belags vorgesehen, die als
einzelne Metallfolie oder ebenfalls als aufgebrachte Metallschicht eines zweiten nicht dargestellten dielektrischen
Bandes ausgebildet sein kann.
Bei Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen die Metallschicht 2 des einen Belags und die
Metallschicht 3 des Gegenbelags tritt in dem dann als Dielektrikum wirkenden Band 1 eine homogene
elektrische Feldstärke |Λ auf.
Ein nichtleitender Randstreifen 4 neben der Metallschicht 2 ist durch Erhitzen, anodische Oxidation,
Anlegen einer entsprechenden Spannung oder dergl. aus einem Randbereich der aufgetragenen Metallschicht
gebildet Die Breite des Randstreifens ist bei Formierung durch Anlegen einer Spannung abhängig
von der Metallschicht und von dem vom Rand der Metallschicht nach innen fortschreitenden Oxidationsprozeß.
Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß am Metallrand infolge der hier vorhandenen Abweichung
des Feldlinienverlaufes vom homogenen Verlauf an der Kante im dielektrischen Band 1 die maximale γ,
Feldstärke |m« auftritt, wodurch infolge des dadurch
fließenden Stromes eine örtliche Erhitzung und eine elktrochemische Umwandlung der Aluminiumschicht
zunächst in diesem Bereich auftritt.
Durch den am Rand einsetzenden Umwandlungsprozeß der Aluminium-Metallschicht wird dieser Rand
hochohmiger, wodurch die maximale Feldstärke in dieser Zone verringert wird und der maximale Strom
jetzt zwischen Zonen hohen Widerstandes und der noch nicht umgewandelten Metallschicht fließt Dadurch wird
der Randstreifen so lang nach innen wachsen, bis die maximale Feldstärke zur Umwandlung des Aluminiums
nicht mehr ausreicht
Durch eingehende Versuche wurde festgestellt, daß z. B. bei Behandlung des dielektrischen Bandes mit
erhöhter Temperatur und hoher, noch nicht zum Durchschlag führender Spannungen bei Aluminiumschichten
mit einer Stärke von 0,03 bis 0,06 μπι ein hochohmiger Randstreifen mit einer Breite von etwa
0,5 mm und bei Schichtdicken der Aluminiumschichten von S 0,03 μπι Randstreifen mit einer Breite von 1,3 mm
und größer entstehen. Bei Kondensatoren mit einer Randstreifenbreite von ca. 1,3 mm und größer traten im
Bereich der Metallkanten keine Durchschläge mehr auf. Die metallfreie Randzone 5 vom Ende des Randstreifens
bis zur Bandkante 6 betrug 3—5 mm und die Dicke des aus Polypropylen bestehenden, als Dielektrikum
dienenden Isolierstoffbandes ca. 10 μίτι.
Bei dem in Fig.2 gezeigten bc/spiel ist die
Metallschicht 2 wesentlich stärker ausgebildet als der aus Aluminium bestehende und eine Schichtdicke von
kleiner als 25 nm aufweisende Randstreifen 4. Die Metallschicht 2 muß hierbei nicht aus Aluminium
bestehen; sie kann z. B. aus Zink, Silber, Kupfer oder anderen geeigneten Metallen oder aus mehreren
Schichten verschiedener Metalle bestehen. Dies hat den Vorteil, daß der Randstreifen 4 in eine hochohmige
Schicht umgewandelt werden kann und die Metallschicht 2 einen sehr geringen Flächenwiderstand
aufweist, so daß die mit einem derartigen Kondensatorband gefertigten Kondensatoren einen geringen Verlustwinkel
aufweisen. Außerdem wird dadurch die Breite des Randstreifens eindeutig festgelegt. Bei der
Herstellung kann z. B. zunächst eine Aluminiumschicht für die Metallschicht 2 und den Randstreifen 4
aufgebracht werden und anschließend nur die Metallschicht 2 durch zusätzliches Auftragen von Aluminium
und/ oder Silber und/oder Kupfer oder dergleichen verstärkt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung eines mit einer Metallschicht versehenen, dielektrischen Bandes für
elektrische Kondensatoren, nach dem auf eine der beiden Oberflächen eines Bandes aus dielektrischem
Material unter Freilassung einer metallfreien Randzone an einem Rand des Bandes eine Metallschicht,
die für die Bildung eines Belags im fertigen Kondensator bestimmt ist, aufgebracht wird und
nach dem an dem an die metallfreie Randzone angrenzenden Rand dieser Metallschicht ein Streifen von dort aufgebrachtem Metall unter Sauerstoffeinwirkung in eine Oxidverbindung überführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest für den Randstreifen (4) ein Metall, dessen Oxide
nichtleitend sind, in einer Schichtdicke von < 25 nm aufgebracht wird und daß anschließend das Metall
des Randstreifens (4) durch einen elektrochemischen Prozeß bei erhöhter Temperatur in Gegenwart von
Sauerstoff and/oder Wasser in eine nichtleitende Oxidverbindung überführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (2) eines Kondensatorbelags und die zu oxidierende Metallschicht des
Randstreifens (4) aus dem gleichen Metall gebildet werden und in einem einziger! Verfahrensschritt in
gleicher Dicke aufgebracht werden.
3. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (2) eines
Kondensatorbelags in größerer Schichtdicke aufgebracht wiro, als die für die Herstellung des
nichtleitenden Randstreifens (4) erforderliche Metallschicht, und dabei für diese beiden Schichten das
gleiche Metall verwendet wird. js
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Metallschicht
(2) eines Kondensatorbelags und für die zu oxidierende Metallschicht des Randstreifens (4)
wahlweise Aluminium, Titan, Tantal oder Zirkon verwendet werden.
5. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Metallschicht (2) eines
Kondensatorbelags ein anderes Metall verwendet wird als für für die zu oxidierende Metallschicht des
Randstreifens (4).
6. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (2) eines
Kondensatorbelags zunächst in gleicher Dicke und unter Verwendung des gleichen Metalls aufgebracht ίο
wird wie für die zu oxidierende Metallschicht des Randstreifens (4), daß aber die Metallschicht (2)
eines Kondensatorbelags anschließend durch zusätzliches Aufbringen eines von der zunächst abgeschiedenen Schicht verschiedenen Metalls in seiner Dicke
verstärkt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Metallschicht (2) eines
Kondensatorbelags und die zu oxidierende Metallschicht des Randstreifens (4) unter Verwendung von
Aluminium in einem VerfahrensprozeB aufgebracht
werden und anschließend die Metallschicht (2) eines Kondensatorbelags durch Aufbringen zumindcsi
einer weiteren Metallschicht aus Silber und/oder Zink und/oder Kupfer und/oder Gold verstärkt bzw. hi
elektrisch leitfähiger gemacht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (2) eines Kondens.t
torbelags aus Silber und/oder Zink und/oder Kupfer und/oder Gold gebildet wird.
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