DE2634389A1

DE2634389A1 - Stapelkondensator

Info

Publication number: DE2634389A1
Application number: DE19762634389
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Phys Behn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-07-30
Filing date: 1976-07-30
Publication date: 1978-02-02
Also published as: DE2634389C3; DE2634389B2

Description

Stapelkondensator
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stapelkondensator, in dem zumindest ein Teil der Beläge und die Dielektrikumschichten in Form eines gefalteten, beidseitig metallisierten Kunststoffbandes zusammenhängen und die Kontaktierung der Beläge durch Spritzmetallschichten erfolgt, welche auf die Faltkanten aufgespritzt sind.
Ein derartiger Kondensator ist durch die Dt OS 2015372 bekannt. Aus der Dt AS 1 033779 ist es bekannt, bei einem Faltkondensator die einzelnen Belagsflächen durch metallfreie Streifen, welche in den Faltkanten zu liegen kommen, voneinander zu trennen. Dadurch wird ein Kurzschluß bei der Kontaktierung im Bereich der Faltkanten vermieden. Diese metallfreien Streifen müssen jedoch relativ breit sein, da trotz der Ungenauigkeit beim Faltvorgang ein ausreichend breiter Streifen entmetallisiert sein muß, damit auf keiner Seite ein Kurzschluß zwischen Schoop-Partikeln, welche das Dielektrikum durchdringen, und der gegenpoligen Metallislerung auftritt. Dies führt zu einer unerträglich großen Streifenbreite, wenn sehr viele Faltungen durchgeführt werden sollen, da sich die Ungenauigkeiten der einzelnen Faltvorgänge addieren. Dadurch ist der angegebene Aufbau für eine große Zahl von Falten ebenso ungeeignet, wie für sehr kleine Kondensatorabmessungen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kondensator der eingangs beschriebenen Art mit einer hohen Volumenkapazität und mit sehr kleinen Außenabmessungen herzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei gegenpolige Beläge und eine dazwischenliegende Dielektrikumsschicht mit nur so geringer Dicke, daß sie nicht als selbsttragende Folie verarbeitet werden kann, miteinander stoffschlüssig verbunden sind, daß diese Dreischichtfolie beidseitig mit weiteren Deckschichten aus Kunststoff stoffschlüssig verbunden ist, daß diese Deckschichten in einem Lösungsmittel löslich sind, in welchem die Dielektrikumsschicht nicht löslich ist, daß im Bereich der Faltkanten die jeweils außenliegende Deckschicht abgelöst und die dadurch zugänglich gewordene Metallisierung durch eine Spritzmetallschicht stirnkontaktiert ist.
Der erfindungsgemäße Kondensator hat den Vorteil, daß'durch das sehr dünne Dielektrikum eine hohe Volumenkapazität erreicht werden kann, daß die mechanische Festigkeit aber durch die Deckschicht gegeben ist.
Nach dem Ablösen der obenliegenden Deckschicht muß die restliche Sthichtenfolge eine ausreichende Festigkeit haben, so daß sich die Spritzmetallschichten im Belag verkrallen und auch festhalten können. Diese Festigkeit braucht jedoch bei dem genannten Aufbau nur relativ gering zu sein, da keine Versetzung der Folien gegeneinander erfolgt, da vielmehr lediglich die eine Deckschicht abgelöst wird, wodurch sehr geringe Vertiefungen eingestellt sein können. So kann eine einwandfreie Kontaktierung erreicht werden, bei der das Schoop-Metall nur in der Größenordnung einige Dielektrikumedicken in den Kondensator eindringen muß.
Der Kondensator kann aus besonders dünnen und auch wenig thermisch stabilen Dielektrika aufgebaut sein, indem die unter den abgelösten Teilen der Deckfolie liegenden Teile der jeweils außenliegenden Metallschicht abgeätzt sind, indem die Vertiefungen zwischen den einzelnen Folienlagen, die durch das Ablösen der Deckfolien im Bereich der Faltkanten entstanden sind, mit einer isolierenden Lackschicht teilweise ausgefüllt sind, welche auch die Kanten der Metallbeläge bedeckt, und indem das Spritzmetall durch die Dielektrikumschicht hindurch die darunter liegende Metallschicht kontaktiert, nicht aber durch die Lackschicht zwischen den einzelnen Folienlagen bis zum gegenpoligen Belag hindurchgedrungen ist.
Dieser Aufbau hat den Vorteil, daß die Isolation des nicht zu kontaktierenden Belages von einer speziell hierfür geeigneten Lackschicht gewährleistet ist, während das Dielektrikum keine besondere thermische Stabilität aufweisen muß, da das Spritzmetall sowieso hindurchdringen soll.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist gegeben, wenn die Deckfolien aus Acetylcellulose oder Polycarbonat und das Dielektrikum aus einer Glimmpolymerisationsschicht aus perfluorierten Ausgangsstoffen besteht. Dieser Kondensator hat besonders vorteilhafte elektrische Eigenschaften und eine besonders gute Regenerierfähigkeit wegen der Anwesenheit von Acetylcellulose.
In einem rationellen Verfahren zur Herstellung eines Kondensators nach der Erfindung wird zumindest ein Faltstrang von der mehrfachen Länge eines Einzelkondensators hergestellt, wobei dieser Faltstrang durch Trennlagen in ein zelne übereinander gestapelte Mutterkondensatoren getrennt wird, wobei die Trennlagen beidseitig über die durch die Faltkante gebildeten Stirnflächen des Faltstranges vorstehen, wobei die Mutterkondensatoren zusammengepreßt werden, wobei die zusammengepreßten Mutterkondensatorenzn un Lösungsmittelbei getaucht, getrocknet, in ein Ätzbad getaucht, gewaschen, in eine Lacklösung getaucht, getrocknet und schließlich beschoopt werden, wobei die übereinander gestapelten Mutterkondensatoren entlang der Trennlage voneinander getrennt und in Einzelkondensatoren zersägt werden und wobei durch die Erwärmung beim Sägen im Bereich der Schnittflächen die Beläge in an sich bekannter Weise in eine Vielzahl gegeneinander isolierter Inseln aufgebrochen und so gegeneinander isoliert werden.
Ein derartiges Verfahren hat den Vorteil, daß die wesentlichen Verfahrensschritte an den zusammengepreßten Mutterkondensatoren, also gleichzeitig für eine sehr große Anzahl von Einzelkondensatoren, durchgeführt werden können. Dadurch wird dieses Verfahren rationell durchführbar, obwohl es relativ viele Verfahrensschritte enthält.
Es ist möglich, die Deckfolien und die Dielektrikumsschicht im Lackierverfahren herzustellen oder auch die Deckfolien im Lackierverfahren, die Dielektrikumsschicht aber durch eine Glimmpolymerisation von Gasen aufzutragen. Die Metallschichten werden zweckmäßig durch Metallbedampfung hergestellt. Die Spritzmetallschichten, die in üblicher Weise nach dem Schoop'schen Metallspritzverfahren hergestellt werden, geben dem Kondensator eine ausreichende Festigkeit.
Soll die Festigkeit des Kondensators jedoch noch erhöht werden, so kann dies zweckmäßig durch Tempern der übereinander gestapelten Mutterwickel erfolgen. Es kann auch vor dem Stapeln Lösungsmittel auf die Deckfolien aufgesprüht werden, welches ein Verkleben der Deckfolien bewirkt. Die Mutterkondensatoren werden zweckmäßig durch Aufwickeln eines vorgefalteten Faltstranges auf ein großes Rad, Ein- wickeln von-Trennlagen und beschoopen des gesamten Rades in axialer Richtung hergestellt. Ein Verfahren zum Falten einer Kunststoffolie zu einem Faltstrang wird an anderer Stelle vorgeschlagen. Gemäß diesem Verfahren wird die Folie zwischen zwei Fächern von Gleitschienen hindurchgezogen, welche in Folienlaufrichtung zur Spitze des Fächers laufen.
Die Gleitschienen greifen gleich einer Verzahnung in Folienlaufrichtung zunehmend ineinander und falten so die Folie kontinuierlich in ihrer Längsrichtung.
Wenn die Festigkeit des Dielektrikums zur sicheren Kontaktierung mit der Schoopschicht ausreicht, kann eine der Deckschichten entfallen. In diesem Fall liegt eine der Metallisierungen von vornherein frei, es ergibt sich ein sogenannter unsymmetrischer Aufbau des Kondensators. Der freiliegende Belag sollte allerdings etwas stärker ausgebildet sein, da er mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist, während der unter einer Deckfolie.liegende Belag geschützt ist.
Als Dielektrika beim erfindungsgemäßen Verfahren eignen sich Folien aus Tetrafluoräthylen, Polycarbonat oder Polyäthylenterephthalat, wenn als Deckschicht Acetylcellulose verwendet wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau können Kondensatoren von einer Breite bis herunter zu lmm hergestellt werden; selbst hierbei wird noch eine günstige Volumenkapazität erreicht.
Die Erfindung wird nun anhand einer Figur näher erläutert.
Die Figur stellt den Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Kondensator in geschnittener und teilweise gebrochener Ansicht dar.
Eine Dielektrikumsschicht 1 ist beidseitig mit gegenpoligen Belägen 2 und 3 stoffschlüssig verbunden. Deckschichten 4 und 5 sind mit den Metallisierungen ebenfalls stoffschlüs- sig verbunden. Die so zusammengesetzte Kondensatorfolle ist gefaltet,und die Falten weisen gegeneinander keine Versetzung auf. Im Bereich der Faltkanten ist die Deckschicht 5 abgelöst, der Belag 3 ist abgeätzt, Eine Lackschicht 6 schützt die Kante des Belages 3 vor dem nach dem Schoop'schen Verfahren aufgebrachten Spritzmetall, welches die Schoopschicht 7 bildet. Die Schoopschicht 7 kontaktiert den Belag 2 durch die Dielektrikumsschicht 1 hindurch. Das Spritzmetall kann stellenweise auch durch den Belag 2 hindurchdringen, eine Kurzschlußgefahr ist nicht gegeben, da unter dem Belag 2 nur die Deckschicht 4 erreicht werden kann. Die Deckschicht 4 gibt der Faltkante eine hohe Festigkeit, das Dielektrikum 1 kann daher sehr dünn gestaltet werden. Es ist in zweckmäßiger Weise als Polymerisationsschicht ausgebildet, welche gerade die für die gewünschte Spannungsfestigkeit erforderliche Dicke aufweist. Das Dielektrikum liegt hierbei in der Mitte der gefalteten Ksndensatorfolle. Es ist besonders geringen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Die Acetyleellulose liegt im feldfreien Raum. Ist das Dielektrikum zur Herstellung eines Kondensators mit einer höheren erforderlochen Spannungsfestigkeit relativ stark ausgebildet, so kann die Deckschicht 4 entfallen. So entsteht ein ansymmetrischer Aufbau, welcher an der nicht dargesellten Seite eine außenliegende Metallschicht aufweist und in der aus dem Stand der Technik bekannten Weise durch: eine 5choopschicht unmittelbar kontaktiert werden kann.
Ein relativ temperaturbeständiger Kondensator wird erreicht, indem eine l5jim dicke und 10cm breite, beidseitig metallisierte und mit zumindest einer dtlmien Deckschicht versehene Tetrafluorathyienfolie mit einer Fallhöhe von 1,5mm gefaltet wird. Unter Fallhöhe wird der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Faltkanten desselben gefalteten Kunststoffbandes verstanden; die Faltstranghbhe wird in Richtung. der übereinanderliegenden Faltkanten gemessen.
So ergibt sich eine Faltstranghöhe von etwa 1mm, der Faltstrang hat also einen Querschnitt von 1,5qmm. Nach dem Beschoopen können hiervon Abschnitte von 1,5mm Länge abgetrennt werden, so daß sich ein Faltkondensator ergibt, welcher ohne die Schoopschichten die Maße 1,5 mal 1,5 mal 1mm hat. Dieser Kondensator stellt eine Kapazität von etwa 200pF dar. Er ist für Tauchlötung geeignet.
Sollen relativ hohe Kapazitäten erreicht werden, so empfielt es sich beispielsweise, daß auf einem Papierträger folgender Mehrschichtenaufbau hergestellt wird: Eine 1. Schicht aus 0, O,9m starkem Acetylcelluloselack, eine 2. Schicht aus 30nm starkem Aluminium, eine 3. Schicht aus zwei starkem Glimmpolymerisat, welches aus perfluorierten Gasen abgeschieden ist, eine 4. Schicht aus 30nm starkem Aluminium, eine 5. Schicht aus 0,9mm starkem Acetylcelluloselack.
Die Gesamtschicht ohne den Papierträger hat somit eine Dicke von ca. 2pi. Wird diese Kondensatorfolie mit einer Breite von 50cm hergestellt und mit einer Falthöhe von 1mm' gefaltet, so ergibt sich ein Faltstrang mit einem Querschnitt von 1mm mal 1mm. Sägt man von diesem Faltstrang nach dem Beschoopen Einzelkondensatoren von einer Länge von 1,5mm ab, so ergeben diese bereits eine Kapazität von 75nF. Auch diese Kondensatoren sind für Tauchlötungen geeignet. Da nur die Glimmpolymerisationsschicht aus perfluorierten Ausgangsstoffen im elektrischen Feld liegt, hat der Kondensator außerdem in einem weiten Frequenzgebiet vorteilhafte elektische Eigenschaften.
4 Patentansprüche 1 Figur L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Stapelkondensator, in dem zumindest ein Teil der Beläge und die Dielektrikumsschichten in Form eines gefalteten, beidseitig metallisierten Kunststoffbandes zusammenhängen und die Kontaktierung der Beläge durch Spritzmetallschichten erfolgt, welche auf die Faltkanten aufgespritzt sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwei gegenpolige Beläge und eine dazwischenliegende Dielektrikumsschicht mit nur so geringer Dicke, daß sie nicht als selbsttragende Folie verarbeitet werden kann, miteinander stoffschlüssig verbunden sind, daß diese Drei schichtfolie beidseitig mit weiteren Deckschichten aus Kunststoff stoffschlüssig verbunden ist, welche in einem Lösungsmittel löslich sind, in welchem die Dielektrikumsschicht nicht löslich ist, daß im Bereich der Faltkanten die jeweils außenliegende Deckschicht abgelöst und die dadurch zugänglich gewordene Metallisierung durch eine Spritzmetallschicht stirnkontaktiert ist.
2. Stapelkondensator nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die unter den abgelösten Teilen der Deckfolie liegenden Teile der jeweils außen liegenden Metallschicht abgeätzt sind, daß die Vertiefungen zwischen den einzelnen Folienlagen, die durch das Ablösen der Deckfolie im Bereich der Faltkanten entstanden sind, mit einer isolierenden Lackschicht teilweise ausgefüllt sind, welche auch die Kanten der Metallbeläge bedeckt, und daß das Spritzmetall durch die Dielektrikumsschicht hindurch die darunterliegende Metallschicht kontaktiert, nicht aber durch die Lackschicht zwischen den einzelnen Folienlagen bis zum gegenpoligen Belag hindurchgedrungen ist.
3. Stapelkondensator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Deckfolien aus Acetylcellulose oder Polycarbonat und das Dielektrikum aus einer Glimmpolymerisationsschicht aus perfluorierten Ausgangsstoffen besteht.
4. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators nach Anspruch 2, bei dem zumindest ein Faltstrang von der mehrfachen Länge eines Einzelkondensators hergestellt wird, wobei mit diesem Faltstrang ein Stapel von übereinanderliegenden Mutterkondensatoren gebildet wird, wobei die Mutterkondensatoren durch Trennlagen voneinander getrennt werden, wobei die .Trennlagen beidseitig über die durch die Faltkanten gebildeten Stirnflächen des Faltstranges vorstehen und wobei die Mutterkondensatoren zusammengepreßt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die zusammengepreßten Mutterkondensatoren in ein Lösungsmittelbad getaucht, getrocknet, in ein Ätzbad getaucht, gewaschen, in eine Lacklösung getaucht, getrocknet und beschoopt werden, daß die übereinandergestapelten Mutterkondensatoren dann entlang den Trennlagen voneinander getrennt und in Einzelkondensatoren zersägt werden und daß durch die Erwärmung beim Zersägen im Bereich der Schnittflächen die Beläge in an sich bekannter Weise in eine Vielzahl gegeneinander isolierter Inseln aufgebrochen und so gegeneinander isoliert werden.