DE2634389C3

DE2634389C3 - Stapelkondensator und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2634389C3
Application number: DE19762634389
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Phys. 8000 Muenchen Behn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-07-30
Filing date: 1976-07-30
Publication date: 1979-06-21
Also published as: DE2634389B2; DE2634389A1

Description

π Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stapelkondensator, in dem zumindeest 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.

Ein derartiger Kondensator ist durch die DE-OS 2015372 bekannt. Aus der DE-AS 1033 779 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

in sein, da wegen 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 Metallisierung auftritt.

j j Dies führt zu einer unerträglich großen Streifenbreite, wenn sehr viele Faltungen durchgeführt werden sollen, da sich die Ungenauigkeiten der einzelnen Faltvorgänge addieren. Dadurch ist d^r angegebene Aufbau für eine große Zahl von Falten eucnso ungeeignet wie für eine 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.

4j Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Metallschichten gegenpoliger Beläge und eine dazwischenliegende Dielektrikumsschicht mit nur so geringer nicke, daß sie nicht als selbsttragende Folie verarbeitet werden kann, miteinander

jo stoffschlüssig verbunden sind, daß die Dreischichtfolie zumindest einseitig mit einer Deckschicht aus Kunststoff stoffschlüssig verbunden ist, daß diese Deckschicht in einem Lösungsmittel löslich ist, in welchem die Dielektrikumsschicht nicht löslich ist, daß im Be-

-,5 reich einer Faltkante eine dort außenliegende Deckschicht abgelöst und die dadurch zugänglich gewordene Metallschicht durch eine Spritzmetallschicht stirnkontakticrt ist. Unter »zugänglich gewordene Metallschicht« wird hier verstanden, daß die Metallschicht durch das Aufspritzen von Metall nach dem Schoopschen Metallspritzverfahren kontaktiert werden kann, Dazu muß die Metallschicht nicht blUnk vorliegen, vielmehr können noch beispielsweise Kunststoffschichten auf ihr verbleiben, sofern diese durch die Metalltröpfchen beim Metallspritzvcrfahren durchschlagen werden,

Der erfindungsgemäße Kondensator hat deri 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 außenliegenden Deckschicht muß die restliche Schichtenfolge 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.

Der Kondensator kann aus besonders dünnen und auch wenig thermisch stabilen Dielektrikumsschichten aufgebaut sein, indem an einer Faltkante die unter den dort abgelösten Teilen einer außenliegenden Deckschicht liegenden Teile der jeweils außenliegenden Metallschicht abgeätzt sind, indem die Vertiefungen zwischen den einzelnen Folienlagen die durch das Ablösen der Deckschicht im Bereich der Fa'tkanten entstanden sind, mit einer isolierenden Lackschicht teilweise ausgefüllt sind, welche auch die freiliegenden Ränder der außenliegende:! Metallschicht bedeckt, und indem das Spritzmetall durch die Dielektrikumsschicht hindurch die darunterliegende Metallschicht kontaktiert, nicht aber auch die Lackschicht zwischen den einzelnen Folienlagen bis zur Metallschicht des gegenpoligen Belags hindurchgedrungen ist.

Dieser Aufbau hat den Vorteil, daß die Isolation des nicht zu kontaktierenden Belags von einer speziell hierfür geeigneten Lackschicht gewährleistet ist, während die Dielektrikumsschicht keine besondere thermische Stabilität aufweisen muß, da das Spritzmetall sowieso hindurchdringen soll.

Wenn die Festigkeit der Dielektrikumsschicht zur sicheren Kontaktierung mit der Schoopschicht ausreicht, genügt eine Deckschicht. In diesem Fall liegt eine der Metallschichten von vornherein frei, es ergibt sich ein sogenannter unsymmetrischer Aufbau des Kondensators. Die freiliegende Metallschicht sollte allerdings etwas stärker ausgebildet sein, da sie mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist, während die unter einer Deckschicht liegende Metallschicht geschützt ist. Besonders dünne Dielektrikumsschichten sind verfestigt und eine verbesserte Haftung der entsprechenden Schoopschicht ist erreicht, wenn die Dreischichtfolie beidseitig mit weiteren Deckschichten stoffschlüssig verbunden ist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist gegeben, wenn die Deckschichten aus Acetylcellulose oder Polycarbonat und die Dielektrikumsschicht aus einer Glimmpolymerisationsschicht aus perforierten Ausgangsstoffen besteht. Dieser Kondensator hat 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 einzelne übereinandergestapelte Mutterkondensatoren getrennt wird, wobei die Trennlagen beidseitig über die durch die Faltkanten gebildeten Stirnflächen des Faltstranges vorstehen, wobei die Mutteikondensatoren zusammengepreßt werden, wobei die zusammengepreßten Mutterköndensatoren in ein Lösuvigsmittelbad getaucht, getrocknet, in ein Ätzbad getaucht, gewaschen, in eine Lacklosung getaucht, getrocknet und schließlich besclioupt werden, wobei die übereinandergestapelten 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.

ι» Ein derartiges Verfahren hat den Vorteil, daß die wesentlichen Verfahrenschritte an den zusammengepreßten Mutterkondensatoren, also gleichzeitig für eine sehr große Anzahl von Einzelkondensatoren, durchgeführt werden können. Dadurch wird dieses

i) Verfahren rationell durchführbar, obwohl es relativ viele Verfahrensschritte enthält.

Es ist möglich, die Deckschichten und die Dielektrikumsschicht im Lackierverfahren herzustellen oder auch die Dackschichten im Lackierverfahren, die Di-

2i) elektrikumsschicht aber durch eine , jlimmpolymerisation von Gasen aufzutragen. Die Miiallschichten werden zweckmäßig durch Metallbedampfung hergestellt. Die Spritzmetallschichten, die in üblicher Weise nach dem Schoopschen Metallspritzverfahren herge-

->5 stellt we-den, geben dem Kondensator eine ausreichende Festigkeit. Soll die Festigkeit des Kondensators jedoch noch erhöht werden, so kann dies zweckmäßig durch Tempern der übereinandergestapelten Mutterwickel erfolgen. Es kann auch vor dem Stapeln ein Lösungsmittel auf die Deckschichten aufgesprüht werden, welches ein Verkleben der Deckschichten bewirkt. Die Mutterkondensatoren werden zweckmäßig durch Aufwickeln eines vorgefalteten Faltstranges auf ein großes Rad, Einwickeln von

υ 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 zunehmentl ineinander und falten so die Foi'e kontinuierlich in ihrer Längsrichtung.

4-, Als Dielektrika beim erfindungsgemäßen Verfahren eignen sich Folien aus Tetrafluoräthylen, Polycarbonat oder Polyäthylenterephthalat, wenn als Deckschicht Acetylcellulose verwendet wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau können Konin densatoren von einer Breite bis herunter zu 1 mm hergestellt werden; selbst hierbei wird noch eine günstige Volumenkapazität erreicht.

Die ^Tlifindung wird an Hand einer Figur näher erläutert. Die Figur stellt den Ausschnitt aus einem Kondensator in geschnittener und teilweise gebrochener Ansicht dar.

Eine Dielektrikumsschicht 1 ist beidseitig mit Metallschichten 2 un J 3 gegenpoliger Beläge stoffschlussig verbunden. Deckschichten 4 und 5 sind mit den

bo Metallsuhichlen ebenfalls stoffschlüssig verbunden. Die so zusammengesetzte Kondensatorfolie ist gefaltet und die Falten weisen gegeneinander keine Versetzung auf. Im Bereich der Faltkanten ist die Deckschicht 5 abgelöst, die Metallschicht 3 ist abgeätzt.

_M Eine Lackschicht 6 schützt den Rand der Metallschicht 3 vor dem nach dem Schoopschen Verfahren aufgebrachten Spritzmetall, welches die Schcopschicht 7 bildet. Die Schoopschicht 7 kontaktiert die

Metallschicht 2durch die Dielektrikumsschicht 1 hindurch. DasSpritzmetall kann stellenweise auch durch die Metallschicht 2 hindurchdringen, eine Kurzschfußgefahr ist nicht gegeben, da unter der Metallschicht 2 nur die Deckschicht 4 erreicht werden kann. Die Deckschicht 4 gibt der Faltkante eine hohe Festigkeit, die Dielektrikumsschicht 1 kann daher sehr dünn gestaltet werden. Sie ist in zweckmäßiger Weise al« Polymerisationsschicht ausgebildet, welche gerade die für die gewünschte Spannungsfestigkeit erforderliche Dicke aufweist. Die Dielektrikumsschicht liegt hierbei in der Mitte der gefalteten Kondensatorfolie. Sie ist besonders geringen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Die Deckschicht aus Acetylcellulose liegt im feldfreien Raum. Ist das Dielektrikum zur Herstellung eines Kondensators mit einer höheren erforderlichen Spannungsfestigkeit relativ stark ausgct/iiuci, so Räi'm die DcckSOmciH 4 einfallen. Su einstellt ein Unsymmetrischer Aufbau, welcher an der nicht dargestellten Seite eine außenliegende Metallschicht aufweist und in der aus dem Stand der Technik bekannten Weise durch eine Schoopschicht unmittelbar kontaktiert werden kann.

Ein relativ temperaturbeständiger Kondensator wird erreicht, indem eine 15 μηι dicke und 10 cm breite, beidseitig metallisierte und mit zumindest einer dünnen Deckschicht versehene Tetrafluorälhyienfoiie mit einer Falthöhe von 1,5 mm gefaltet wird. Unter Falthöhe wird der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Faltkanten desselben gefalteten Kunststoffbandes verstanden; die Faltstranghöhe wird in Richtung der übereinanderliegenden Faltkanten gemessen. So ergibt sich eine Faltstranghöhe von etwa I mm, der Faltstrang hat also einen Querschnitt von 1,5 mm². Nach dem Bcschoopen können hiervon Abschnitte von 1,5 mm Lange abgetrennt werden, ■ so daß sich ein Faltkondensator ergibt, welcher ohne die Schoopschichten die Maße 1,5 mal 1,5 mal 1 mm hat. Dieser Kondensator stellt eine Kapazität von etwa 200 pF dar. Er ist für Tauchlötung geeignet.

ι« Sollen relativ hohe Kapazitäten erreicht werden, so empfiehlt es sich beispielsweise, daß auf einem Papierträger folgender Mehrschichtenaufbau hergestellt wird: Eine 1. Schicht aus 0,9 μπι starkem Acetylcelluloselack, eine 2. Schicht aus 30 nm starkem Äluminium, eine 3. Schicht aus 0,2 μπι starkem Glimmpolymerisat, welches aus perfluorierten Gasen abgeschieden ist, eine 4. Schicht aus 30 nm starkem Aluminium ciiic 5. SCmC'ili äüs 0,9 jiffi siäifccfii AüciyiCcüüiuSelack. Die Gesamtschicht ohne den Papiertfäger hat somit eine Dicke von ca. 2 μηι. Wird diese Kondensatorfolie nut einer Breite von 50 cm hergestellt und mit einer Falthöhe von 1 mm gefaltet, so ergibt sich ein Faltstrang mit einem Querschnitt von 1 mm mal 1 mm. Sägt man von diesem Faltstrang nach dem Be- -'5 schoopen Einzelkondensatoren von einer Länge von 1,5 mm ab, so ergeben diese bereits eine Kapazität von 75 nF. 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 elektrische Eigenschaften.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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,dadurch gekennzeichnet,daß zwei Metallschichten (2, 3) gegenpoliger Beläge und eine dazwischenliegende Dielektrikumsschicht (1) mit nur so geringer Dicke, daß sie nicht als selbsttragende Folie verarbeitet werden kann, miteinander stoffschliissig verbunden sind, daß diese Dreischichtfolie zumindest einseitig mit einer Deckschicht (4, 5) aus Kunststoff stoffschliissig verbunden ist. weiche in einem Lösungsmittel löslich ist. in welchem die Dielektrikumsschicht (1) nicht löslich ist, daß ina Bereich einer Faltkante eine dort außenliegende Deckschicht (4,5) abgelöst und die dadurch zugänglich gewordene Metallschicht (2. 3) durch eine Spritzmetallschicht (7) stirnkontaktiert ist.

2. Stapelkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an >-iner Faltkante die unter den dort abgelösten Teilen einer außenliegenden Deckschicht (4, 5) liegenden Teilen der jeweils außenliegenden Metallschicht abgeätzt sind, daß die Vertiefungen zwischen den einzelnen Folienlagen, c'.e durch das Ablösen der Deckschicht (4, S) im Bereich der Tiltkanten entstanden sind, mit einer isolierenden Lackschicht (6) teilweise ausgefüllt sind, welche auch die freiliegenden Ränder der außenliegenden Metallschicht (2. 3) des einen Belags bedeckt, und daß das Spritzmetall durch die Dielektrikumsschicht (1) hindurch die darunterliegende Metallschicht (2,3) kontaktiert, nicht aber durch die Lackschicht (6) zwischen den einzelnen Folienlagen bis zur Metallschicht (2, 3) des gegenpoligen Belags hindurchgedrungen 'St.

3. Stapelkondensator nach einem der Ansprüche I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Dreischichtfolie beidseitig mit weiteren Deckschichten (4, 5) stoffschlüssig verbunden ist.

4. Stapelkondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschichten (4, 5) aus Acetycellulose oder Polycarbonat und die Dielektrikumsschicht aus einer Glimmpolymerisafionsschicht aus perfluorierten Ausgangsstoffen besteht.

5. Verfahren /ur Herstellung eines Kondensators nach einem der Ansprüche 2 oder 3. bei dem zumindest ein f-altstrang von der mehrfachen Länge eines F.inzelkondensators hergestellt wird, wobei mit diesem Faltstrang ein Stapel von übereinanderliegenden Mutterkondensatoren gebildet wird, wobei die Mutterkondensatoren durch Trcnnlagcn voneinander getrennt werden, wobei die Trennlagen über die durch die Faltkanten gebildeten Stirnflächen des Faltstranges vorstehen und wobei die Mütterköndensatoren Zusammengepreßt und beschoopt und in Einzelkondensato* ren zertrennt sverden, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengepreßten Muttefkönderisatoren in ein Lösungsmittelbad getaucht, getrocknet, in ein Ätzbad getaucht, gewaschen, in eine Lacklösung getaucht, getrocknet und dann beschoopt werden, daß die überejnandergestapelten 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 isolierten Inseln aufgebrochen und so gegeneinander isoliert werden.