DE2847620A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von elektrischen bauelementen, insbesondere schichtkondensatoren - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung von elektrischen bauelementen, insbesondere schichtkondensatorenInfo
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Description
AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 78 P 1 1 9 6 BRD
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von elektrischen Bauelementen, insbesondere Schichtkondensatoren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Bauelementen, insbesondere
Schichtkondensatoren, bei dem übereinander abwechselnd Metallschichten und Schichten aus Glimmpolymerisat auf
einen Träger aufgebracht werden und bei dem die Metallschichten in einem Vakuum mit einem anderen Restdruck
hergestellt werden als die Glimmpolymerisatschichten.
Ein derartiger Aufbau wurde bereits an anderer Stelle vorgeschlagen. Die britische Patentschrift 970 865 beschreibt
einen Kondensator, bei dem mehrere Metallschichten und Dielektrikumsschichten aus Metalloxid übereinander
angeordnet sind. Die dortigen Oxidschichten werden durch Oxidation der aufgebrachten Metallschichten erzeugt.
Dieses Verfahren läßt sich nur auf relativ dicken Metallschichten durchführen. Die Metallschichten werden
dabei durch die Oxidation chemisch verändert und teilweise abgebaut. Dabei lassen sich nicht ohne weiteres
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reproduzierbare Schichtdicken herstellen. Demgemäß können nach dem bekannten Verfahren Kondensatoren mit hoher
Güte und hoher Durchschlagsfeldstärke nicht hergestellt werden.
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt,
besteht in der Herstellung von Schichtkondensatoren mit mehreren übereinanderliegenden Belagsflächen und dazwischenliegenden
Isolierstoffschichten in Serienfertigung,
wobei hohe Werte für die Durchschlagfeldstärke und geringe Werte für den Verlustfaktor erreicht werden sollen.
Die Aufgabe wird dadurdi gelöst, daß bei einem Verfahren
der eingangs beschriebenen Art Träger auf einer Trommel befestigt werden, daß diese Trommel derart in einem Vakuumgefäß
angeordnet wird, daß die Träger durch eine Drehung der Trommel um ihre Achse durch eine erste Vakuumkammer,
Vakuumschleusen und eine zweite Vakuumkammer geführt werden, daß die Träger in der ersten Vakuumkammer
mit Metall und in der zweiten Vakuumkammer mit Glimmpolymerisat beschichtet werden. Die Träger können entsprechend
der Zahl der gewünschten Schichten mehrmals durch die beiden genannten Vakuumkammern geführt werden. Es
können auch mehrere jeweils durch Vakuumschleusen voneinander getrennte Kammern in demselben Vakuumgefäß durchlaufen'
werden. In diesem Fall wird beispielsweise eine Kammer zur Herstellung einer Metallschicht jeweils auf
eine Kammer zur Herstellung einer Glimmpolymerisatschicht folgen.
Das vorgeschlagene Verfahren hat den Vorteil, daß zwischen dem Aufbringen der Metallschicht und dem Aufbringen
der Glimmpolymerisatschicht der Träger nicht an Luft kommt. Dadurch wird ein Niederschlag von Staub und eine
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Oxidation der Metallbeläge vermieden. Sowohl Staub als auch eine Oxidation der Metallbeläge verschlechtert die
Kontaktierung und die Schichtqualität so sehr, daß eine größere Zahl von übereinanderliegenden Schichten in einer
Serienfertigung von Kondensatoren sehr schnell zu beträchtlichen Ausfallquoten führt. Vorteilhaft werden die
Träger in Vertiefungen im Zylindermantel der Trommel fest geklemmt. Dadurch werden die Träger geschützt.
Sollen die Metallschichten besonders schnell hergestellt werden, so wird das Metall vorteilhaft im Vakuum aufgedampft.
Besonders gleichmäßige und dünne Schichten können durch eine Metallbedampfung mittels eines Elektronenstrahles
erzeugt werden. Besonders festhaftende Schichten werden durch Sputtern erzeugt, wobei ein Magnetstrom zur
Erzeugung des Metallstrahles verwendet wird. Ein derartiges Verfahren ist bekannt und beispielsweise in "Vakuumtechnik"
, Jahrg. 27, H. 3, S. 75, S.Schiller, U.Heisig und K.Goedicke, beschrieben.
Zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens ist eine Vorrichtung vorteilhaft, welche ein Vakuumgefäß mit zwei
Vakuumkammern enthält, wobei zwischen den Vakuumkammern Vakuumschleusen angeordnet sind, welche eine Trommel enthält,
an deren Zylindermantel sich die Vakuumschleusen befinden, und welche in einer ersten Kammer Einrichtungen
für eine Metallisierung enthält, wobei die Vorrichtung die weiteren Merkmale aufweist, daß die Trommel im Bereich
ihres Zylindermantels Vertiefungen und in diesen Vertiefungen Haltevorrichtungen für die Träger enthält,
daß zwischen zwei benachbarten Vertiefungen Jeweils ein Streifen der Zylindermantelfläche der Trommel als Dichtungsstreifen
bestehen bleibt, wobei Backen der Vakuumschleusen in Form von Ausschnitten aus einem zur Trommel
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koaxialen Zylinder vorgesehen sind, wobei diese Backen bis an die Trommel heranreichen und zur Trommel hin nur
einen kleinen Spalt freilassen und wobei die Länge der Backen größer ist als der Abstand zwischen zwei Streifen
der Zylindermantelfläche. Unter der Länge der Backen wird hier die Ausdehnung der Backen in Drehrichtung der
Trommel verstanden.
Aus der DE-AS 10 09 883 ist eine Vorrichtung zur Bedampfung von Kunststoffbändern bekannt, welche ein Vakuumgefäß
mit zwei Vakuumkammern enthält, wobei zwischen d en Vakuumkammer^, Vakuumschleusen angeordnet sind, welche
eine drehbar gelagerte Trommel enthält, an deren Zylindermantel sich die Vakuumschleusen befinden und welche
in einer ersten Vakuumkammer Einrichtungen für die Metallisierung enthält. Dort dient die Trommel nur zur Führung
der zu metallisierenden Folie im Bereich der Schleusen. Die Metallisierung erfolgt in einigem Abstand von
der Trommel. Die zu bedampfende Folie wird dort über gesonderte Führungsrollen zur Metallisierungszone geführt.
In der zweiten Kammer befinden sich dort zwei Vorratsrollen zum Ab- bzw. Aufwickeln der Folie. Eine derartige
Vorrichtung ist relativ aufwendig und zum abwechselnden Aufbringen von Metall- und Kunststoffschichten nicht geeignet.
Sie kann außerdem nur Folien metallisieren, deren Länge wesentlich größer ist als die Abmessungen der
Vorrichtung, insbesondere als der Trommelumfang. Demgegenüber
kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung auch kleiE und kleinste Träger einer Beschichtung zuführen. Es können
beliebig viele Schichten übereinander angeordnet werden, ohne daß der Träger zwischendurch mit Luft in
Berührung kommt.
Eine hohe Durchschlagsfeldstärke durch das Dielektrikum und ein geringer Verlustfaktor werden erreicht, indem
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die Vorrichtung in ihrer zweiten Kammer eine Glimmpolymerisationsstrecke
enthält. Aus der DE-PS 21 05 003 ist bekannt, Dielektrika hoher Qualität durch Glimmpolymerisation
herzustellen. Glimmpolymerisatschichten können abwechselnd mit Metallbelägen auch in großer Zahl aufgebracht
werden. Sie sind wenig thermisch empfindlich. Daher können die Metallschichten auf die Glimmpolymerisationsschichten
mit einer hohen Abscheiderate aufgebracht werden. Vorteilhaft wird hierzu Aluminium aufgedampft.
• Die Glimmpolymerisations strecke wird vorteilhaft durch den Zylindermantel der Trommel und eine Gegenelektrode
in Form einer konzentrisch zu diesem angeordneten Zylinderfläche gebildet, wobei die Trommel und die Gegenelektrode
mit je einem der Pole einer Wechsel Spannungsquelle
beschaltet sind. Eine gleichmäßige Konzentration der zu
polymerisierenden Monomere wird erreicht, indem über die Zylinderfläche der Gegenelektrode verteilt Durchbrüche
durch diese Zylinderfläche angeordnet sind, welche in eine Zuleitung für das zu polymerisierende Gas führen.
So wird gleichmäßig in allen Bereichen der Glimmentladungszone Monomergas zugeführt und damit eine gleichmäßige
Schichtbeschaffenheit erreicht. Zur Abdeckung der nicht zu beschichtenden Teile der Träger sind zweckmäßig
Blenden vorgesehen. Vorteilhaft enthält die Vorrichtung je Vertiefung eine Blende/ die automatisch, abhängig von
der in der gerade zu durchlaufenden Vakuumkammer benötigten
Stellung verschoben wird, wobei dazu drei Blendenstellungen vorgesehen sind. So lassen sich bei mehrmaligem
Durchlauf durch die Vakuumkammern sehr genau deckungsgleich übereinanderliegende Schichten herstellen, wobei
verschiedene Gruppen von Schichten gegeneinander versetzt sind.
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Eine unerwünschte Beschichtung der Trommel wird vermieden,
indem die Gegenelektrode in der Glimmpolymerisationszone schmaler ist als die axiale Ausdehnung der
Blenden. Dadurch erstreckt sich die Glimmentladung nicht über den gesamten Blendenbereich; die in axialer Richtung
neben den Blenden befindlichen Teile der Trommel werden kaum beschichtet. Um auch eine geringfügige Beschichtung
dieser Bereiche auszuschließen, empfiehlt es sich, daß in axialer Richtung vor und hinter den Blenden
Nuten in den Zylindermantel der Trommel eingearbeitet sind, wobei diese Nuten zumindest die Länge der Blendenausdehnung
in Umfangsrichtung besitzen. Dadurch ist eine Beschichtung der Randbereiche der Trommel praktisch ausgeschlossen,
da sich in diesem Bereich kein Potentialgefälle von der erforderlichen Größe ausbilden kann und da
auf die dadurch in größerer Entfernung von der Glimmpolymerisationszone
befindlichen Teile der Trommel kein nennenswerter Niederschlag mehr stattfindet. Zusätzlich kann
ein geringfügiger Niederschlag keine schädlichen Auswirkungen mehr zeigen, da er nicht mehr auf den für die Abdichtung
in den Vakuumschleusen erforderlichen Teilen der Trommel stattfinden kann. Um die der Glimmentladung
ausgesetzten Teile der Trommel, nämlich die Streifen zwischen jeweils zwei nebeneinanderliegenden Vertiefungen,
leicht von den darauf niedergeschlagenen Schichten befreien zu können, sind diese Streifen vorteilhaft
durch abnehmbare Bleche abgedeckt.
Für eine rationelle Fertigung umfaßt die Glimmpolymerisationszone
etwa 2/3 des Zylinderumfanges. Die Vakuumschleusen
enthalten vorteilhaft zwei oder mehr Backen, zwischen denen Anschlüsse für Absaugpumpen liegen.
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Die Kammer mit dem kleineren Restgasdruck ist beispielsweise die mit einer Bedampfungsanlage zum Aufdampfen von
Metall ausgerüstete Kammer, während die Polymerisationskammer einen höheren Restgasdruck erfordert.
Die Erfindung wird anhand von 3 Figuren näher erläutert. Sie ist nicht auf die in den Figuren gezeigten Beispiele
beschenkt.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in teilweise geschnittener und gebrochener Ansicht,
Fig. 2 zeigt eine der beschriebenen Vertiefungen am Umfang einer Trommel mit einem Blendensystem,
.,. Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine Vertiefung gemäß
15
der Fig. 2.
Eine Trommel 1 ist in einem Vakuumgefäß mit den Vakuumkammern I und II drehbar gelagert und dreht sich in Pfeilrichtung
A. Die Vakuumkammern I und II sind durch Vakuumschleusen voneinander getrennt, die durch die Backen 2
bis 5 gebildet sind. Zwischen den Backen 2 und 3 bzw. 4 und 5 wird Restgas in den Richtungen C bzw. D abgesaugt.
In Drehrichtung der Trommel A vor und hinter der Vakuumkammer I mit dem geringeren Restgasdruck ist je eine Vakuumschleuse
aus je zwei Backen 4 und 5 bzw. 2 und 3 gebildet.
In den Vertiefungen 7 sind Träger 8 festgeklemmt. Die 2Q nicht zu beschichtenden Teile der Träger 8 sind durch
Blenden 9 abgedeckt. Auf diese Träger 8 wird in der Metallbedampf ungszone über dem Metallverdampfer 10 in der
Vakuumkammer I eine Metallschicht aufgedampft. Anschließend wird in der Vakuumkammer II eine Glimmpolymerisa-
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tionsschicht aufpolymerisiert, wobei zwischen der Trommel
1 und der Gegenelektrode 11 ein elektrisches Wechselfeld besteht. Das zu polymerisierende Gas wird beim Gaseinlaß
in Pfeilrichtung F und gleichzeitig in Pfeilrichtung G durch die Gaszuführungsleitung 12 und Durchbrüche
13 in der Gegenelektrode 11 in den Glimmpolymerisationsraum 14 eingeblasen. Das verbrauchte Gas entweicht
im Gasauslauf in Pfeilrichtung B.
Vertiefungen 6 im Zylindermantel 15 der Trommel 1 nehmen
Halterplatten 16 für die Träger 17 auf (Fig. 2 und 3). In axialer Richtung neben den Halterplatten 16 sind Nuten
18 angebracht, wodurch unter die Halterplatten 16 reichende Vertiefungen gebildet werden. Die nicht zu beschichtenden
Teile der Träger 17 werden durch Blenden 19 abgedeckt. Die Blenden 19 sind in Pfeilrichtung J nach
beiden Seiten verschiebbar. Die Verschiebung der Blenden 19 erfolgt jeweils beim Durchlauf durch die Schleusen,
vor dem Eintritt in die nächste Vakuumkammer I, II. Hierfür sind drei genau definierte Blendenstellungen
festgelegt. Die Verschiebung erfolgt nach dem Programm der aufzudampfenden Schichten automatisch. Beispielsweise
wird die Glimmpolymerisationsschicht stets in einer Mittelstellung
aufgebracht, während die Metallschichten jewells während einer Umdrehung der Trommel nach links und
während der zweiten Umdrehung der Trommel nach rechts versetzt aufgebracht werden.
Um eine gleichmäßige Schichtdicke der Metallisierung zu erreichen, ist über dem Verdampfer 10 eine Blende 20 angeordnet,
deren Größe und Gestalt unterschiedliche Abdampfraten des Verdampfers, die von dessen Geometrie abhängig
sind, kompensiert. Die Gestalt dieser Blende 20 kann außerdem ein gewünschtes Profil der Belagdicke hervorrufen.
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Die Steuerung der Blenden 19, die die nicht zu beschichtenden Teile der Substrate abdecken, erfolgt zweckmäßig
über mechanische, magnetische oder elektromagnetische Vorrichtungen.
Die Nuten 18 besitzen eine. Länge, die zumindest der Ausdehnung der Blenden 19 in Drehrichtung der Trommel 1 entspricht.
Sie garantieren eine exakte Begrenzung des elektrischen Feldes im Bereich der Blendenkanten, die
Glimmpolymerisationsschichten bleiben auf den Bereich der Blenden beschränkt, die außen liegenden Bereiche des
Zylindermantels 15 können zur seitlichen Abdichtung herangezogen werden.
Um beim Durchgang durch die Schleusen auch in Laufrichtung der Trommel zwischen den Vertiefungen eine nicht
unzulässig verschmutzbare Abdichtung zu erzielen, werden auf die Stege 22 dünne Bleche 21 aufgesetzt, beispielsweise
angeklemmt, die von Zeit zu Zeit abgenommen und ersetzt bzw. von den aufgebauten Schichten gereinigt
werden können.
16 Patentansprüche
3 Figuren
3 Figuren
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Claims (16)
- 78 P 1 1 9 6 BRDPatentansprücheVerfahren zur Herstellung von elektrischen Bauelemenfen, insbesondere Schichtkondensatoren, bei dem übereinander abwechselnd Metallschichten und Schichten aus Glimmpolymerisat auf einen Träger aufgebracht werden, bei dem die Metallschichten in einem Vakuum mit einem anderen Restdruck hergestellt werden als die Glimmpolymerisatschichten, dadurch gekennzeich net, daß Träger (8,17) auf einer Trommel (1) befestigt werden, daß diese Trommel (1) in einem Vakuumgefäß angeordnet wird, daß die Träger durch eine Drehung dieser Trommel (1) um ihre Achse durch eine erste Vakuumkammer (I), Vakuumschleusen und eine zweite Vakuumkammer (II) geführt werden, daß die Träger(8,17) in der ersten Vakuumkammer (I) mit Metall und in der zweiten Vakuumkammer (II) mit Glimmpolymerisat beschichtet werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger die beiden Vakuumkammern mehrmals durchlaufen und dadurch mit mehreren Metallschichten und dazwischenliegenden Glimmpolymerisatschichten beschichtet werden.
- 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger in Vertiefungen im Zylindermantel der Trommel festgeklemmt werden.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungen mit Metall durch Aufdampfen von Metall im Vakuum erfolgen.030019/0480
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mit Metall durch eine Verdampfung von Metall mittels eines Elektronenstrahles hervorgerufen wird.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mit Metall durch Sputtern hervorgerufen wird und daß dabei der Metallstrahl durch ein Magnetron erzeugt wird.
- 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welche ein Vakuumgefäß mit zwei Vakuumkammern enthält, wobei zwischen den Vakuumkammern Vakuumschleusen angeordnet sind, welche eine drehbar gelagerte Trommel enthält, an deren Zylindermantel sich die Vakuumschleusen befinden und welche in einer ersten Kammer Einrichtungen für eine Metallsierung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (1) im Bereich ihres Zylindermantels (15) Vertiefungen (14) und in diesen Vertiefungen (14) Halterplatten (16) für die Träger enthält, daß zwischen zwei benachbarten Vertiefungen (14) jeweils ein Streifen (22) der Zylindermantelfläche der Trommel als Dichtungsstreifen bestehen bleibt, daß Backen (2-5) der Vakuumschleusen in Form von Ausschnitten aus einem zur Trommel (1) koaxialen Zylinder vorgesehen sind, daß die.Backen (2-5) bis an die Trommel (1) heranreichen und zur Trommel (1) hin nur einen kleinen Spalt freilassen und daß die Länge der Backen (2-5) größer ist als der Abstand zwischen zwei Streifen (22) des Zylindermantels (15).
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie in ihrer zweiten Kammer eine Glimmpolymerisationsstrecke enthält.030019/0480
- 9. Vorrichtung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmpolymerisationsstrecke durch den Zylindermantel (15) der Trommel (1) und eine Gegenelektrode (11) in Form einer konzentrisch zu diesem angeordneten Zylinderflache gebildet ist und daß die Trommel (1) und die Gegenelektrode (11) mit je einem der beiden Pole einer Wechselspannungsquelle beschaltet sind.
- 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß über die Zy2nderflache der Gegenelektrode (11) verteilt Durchbrüche (13) durch diese Zylinderfläche angeordnet sind, welche in eine Zuleitung (12) für das zu p&ymerisierende Gas führen.
- 11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie Blenden (9, 19) zur Abdeckung der nicht zu beschichtenden Teile der Träger (8, 17) enthält.
- 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie je Vertiefung (6, 7) eine Blende (9, 19) enthält, daß diese Blende (9, 19) automatisch, abhängig von der in der gerade zu durchlaufenden Vakuumkammer (I, II) benötigten Stellung verschoben wird und daß dazu drei Blendenstellungen vorgesehen sind.
25 - 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (11) schmaler ist als die axiale Ausdehnung der Blenden (9, 19).
- 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in axialer Richtung vor und hinter den Blenden (9, 19) Nuten (18) in den Zylindermantel (15) der Trommel (1) eingearbeitet sind und daß diese Nuten (18) zumindest die Länge der Blendenausdehnung in Umfangsrichtung besitzen.030019/0480
- 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (22) des Zylindermantels (15) durch abnehmbare Bleche (21) abgedeckt sind.
- 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmpolymerisationszone etwa 2/3 des Zylinderumfanges umfaßt.030019/0480
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