DE3923338C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wickel- oder Schichtkondensa­ tor, insbesondere zur Oberflächenmontage, bestehend aus me­ tallisierten Folien, die unter Ausbildung von einander gegen­ überliegenden stirnseitigen Isolierrandbereichen abwechselnd gegeneinander versetzt angeordnet und an diesen stirnseiti­ gen Bereichen jeweils mit einer metallischen Kontaktschicht verbunden sind, wobei zumindest die in den Isolierrandberei­ chen zwischen den gegeneinander versetzten, mit einer Me­ tallisierung versehenen Folien vorhandenen Hohlräume mit einer Füllmasse ausgefüllt sind. Ferner ist die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von derartigen Kondensato­ ren gerichtet.

Derart metallisierte Kunststoffolienkondensatoren werden insbesondere zur Oberflächenmontage verwendet und müssen dem­ gemäß eine höhere Temperaturbeständigkeit aufweisen als be­ drahtete Kondensatoren, da ihre Wärmebelastung bei Tauchlö­ tung und bei Reflowlötung besonders ausgeprägt ist.

Die Herstellung solcher Schichtkondensatoren erfolgt übli­ cherweise dadurch, daß eine erste und eine zweite metalli­ sierte Kunststoffolie unter gegenseitiger Axialversetzung auf einen Dorn oder ein Rad großen Durchmessers gewickelt werden, die erhaltene Folienschicht verfestigt und stirnsei­ tig schoopiert wird. Bei Schichtkondensatoren werden aus so­ genannten Mutterkondensatoren durch entsprechende Trenn- bzw. Schneidvorgänge die Einzelkondensatoren erhalten.

Aus der DE-PS 30 36 692 ist ein Wickelkondensator der ein­ gangs genannten Art bekannt, bei dem die in den Isolierrand­ bereichen vorhandenen Hohlräume mit einem pflanzlichen Öl als Kühlmittel gefüllt sind, in welchem ein elektronegatives Gas, beispielsweise SF₆ bis zur Sättigung gelöst ist. Das pflanzliche Öl dringt dabei teilweise zwischen die aus metal­ lisierten Folien bestehenden Schichten nahe den Enden ein. Die weiter innen liegenden Hohlräume zwischen den Schichten aus Metallfolie sind mit Gas gefüllt, während die metalli­ schen Kontaktschichten an den stirnseitigen Bereichen der Metallfolien von Pflanzenöl umgeben sind. Ferner sind die gewickelten Körper innerhalb eines Metallgehäuses untergebracht. Neben vergleichsweise großen Außenabmessungen ist es bei diesem bekannten Wickelkondensator weiterhin problematisch, die erforderliche Stabilität der tempera­ turempfindlichen Folien zu gewährleisten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wickel- oder Schichtkon­ densator der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß auch ohne Vergrößerung der Außenabmessungen die Temperaturbe­ lastbarkeit wesentlich erhöht und die Gefahr der Beschädi­ gung oder Beeinträchtigung dieser Kondensatoren bei Tauch- oder Reflowlötung beseitigt wird.

Weiterhin ist es Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Ferti­ gung solcher Kondensatoren aufzuzeigen, das ohne störenden Mehraufwand auf einfache Weise durchführbar ist und zu einer ganz wesentlichen Erhöhung der Temperaturstabilität solcher Kondensatoren führt.

Der erste Teil der gestellten Aufgabe wird nach der Erfin­ dung dadurch gelöst, daß die Füllmasse ein duroplastisches Kunstharz ist.

Durch das Befüllen dieser Hohlräume mit einem duroplasti­ schen Kunstharz wird eine überraschend wirksame mechanische und thermische Verfestigung des Kontaktbereichs erzielt, die dazu führt, daß derartige Kondensatoren den bei der Tauchlö­ tung und bei der Reflowlötung auftretenden thermischen Bela­ stungen standhalten.

Vorteilhaft wirkt sich im Rahmen der Erfindung aus, daß auch die in der zumindest bereichsweise porös ausgebildeten metal­ lischen Kontaktschicht vorhandenen Hohlräume durch das duro­ plastische Kunstharz ausgefüllt sind.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung ist auf die mechanisch und/oder chemisch gereinigten me­ tallischen Kontaktschichten eine lötfähige Schicht aufge­ bracht, so daß bei der weiteren Verarbeitung eine sichere Verlötung der Stirnkontaktschichten gewährleistet ist, wobei die Stirnkontaktschichten mit Anschlußelementen versehen oder im Rahmen der Oberflächenmontage direkt verlötet werden können.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines Schichtkon­ densators, bei dem eine erste und eine zweite Kunststoffolie mit einseitiger Metallisierung axial gegeneinander versetzt angeordnet und die Stirnseiten des verfestigten Folienpakets mit metallischen, jeweils einer Folie zugeordneten aufge­ brachten Kontaktschichten versehen werden, zeichnet sich da­ durch aus, daß in die zwischen den kontaktschichtseitigen Folienenden vorhandenen Hohlräume über die porösen Kontakt­ schichten ein härtbares Kunstharz eingebracht und die Hohl­ räume mit diesem Kunstharz ausgefüllt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, vor dem Einbringen des Kunst­ harzes in Vakuum die Luft aus den anschließend mit Kunstharz zu füllenden Hohlräumen zu entfernen und dann das Kunstharz in einem unter Druck stehenden Raum in die Hohlräume einzubringen, wobei ein flüssiges, härtbares Harzsystem oder in Lösungsmittel gelöste, einbrennfähige Kunstharze Verwen­ dung finden können. Nach dem Einbringen des Kunstharzes wird - falls erforderlich - ein Waschvorgang durchgeführt und der Duroplast ausgehärtet.

Reste der auf den metallischen Kontaktschichten verbleiben­ den Kunstharzschicht werden nach erfolgter Aushärtung des Kunstharzes mechanisch und/oder chemisch entfernt, da sie die Lötung an den Stirnkontaktflächen beeinträchtigen könn­ ten. Von wesentlicher Bedeutung ist, daß nach dem erfolgten Reinigen diese metallischen Kontaktschichten entweder durch Tauchlöten oder chemisch oder galvanisch mit einem lötfähi­ gen Material beschichtet werden.

Weitere besonders vorteilhafte Merkmale und Verfahrensschrit­ te der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielsweise erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Relativlage der beiden metallisierten Kunststoffo­ lien,

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Kondensatorkörpers,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines gemäß der Erfin­ dung aufgebauten, mit einer Umhüllung versehenen Kon­ densators und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines unmittelbar für die Oberflächenmontage verwendbaren Kondensators nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine zum Aufbau eines Kondensatorkörpers verwen­ dete erste Folie 1 mit einseitiger Metallisierung 2 und eine beim Schichtaufbau axial dazu versetzte zweite Folie 3 mit Metallisierung 4. Durch die axiale Versetzung der Folien 1, 3 ist es möglich, eine stirnseitige Kontaktierung dieser Folien vorzunehmen und auf diese Weise einen äußerst kompak­ ten Kondensatoraufbau zu erreichen.

Die schematische Darstellung nach Fig. 2 zeigt einen nach dem im Zusammenhang mit Fig. 1 geschilderten Prinzip aufge­ bauten Kondensatorkörper 10, bei dem stirnseitig metallische Kontaktschichten 5 vorgesehen und diese Kontaktschichten 5 mit den Metallbelegungen 2, 4 der Folien 1, 3 elektrisch verbunden sind.

An der Ober- bzw. Unterseite des Kondensatorkörpers 10 kön­ nen Etiketten 8 angebracht sein.

Aufgrund der axialen Versetzung der Folien 1, 3 entstehen im Bereich zwischen diesen Folien und der metallischen Kontakt­ schicht 5 ausgeprägte Hohlräume 7, d. h. daß in den beiden Isolierrandbereichen 11, 12 der Verfestigungsgrad des Folien­ pakets deutlich geringer ist. Der hinsichtlich mechanischer und thermischer Stabilität besonders kritische stirnseitige Bereich ist auf einer Seite des Kondensatorkörpers 10 mit den Bezugszeichen 6 gekennzeichnet.

Die metallischen Kontaktschichten 5 werden üblicherweise durch einen Schoopiervorgang aufgebracht, und diese Metall­ schichten weisen üblicherweise eine in Fig. 2 angedeutete Porosität auf.

Über diese porösen metallischen Kontaktschichten 5 wird die Kunstharzfüllung eingebracht, wobei sich nach dem Aushärten des Kunstharzes ein stabiler Verbund zwischen den Rändern der Folien 1, 3 und der Kontaktschicht 5 ergibt. Die mechani­ sche Verfestigung dieses kritischen Bereiches durch Kunst­ harz stabilisiert die Kontaktierung und verbessert gleich­ zeitig die thermische Belastbarkeit wesentlich.

Das Einbringen des Kunstharzes kann sowohl bei noch vorlie­ gendem Mutterringpaket als auch bei den einzelnen Mutterrin­ gen und auch bei bereits vereinzelten Schichtkondensatoren erfolgen.

Nach dem Tränken und Aushärten erfolgt ein Nachbearbeiten der metallischen Kontaktschicht 5, wobei diese Nachbearbei­ tung zweckmäßigerweise durch Fräsen und/oder Schleifen der Oberfläche erfolgt und anschließend auf diese metallische Kontaktschicht 5 ein lötfähiger Metallüberzug aufgebracht wird. Das Aufbringen dieses Metallüberzugs in Form von löt­ fähigem Material kann chemisch oder galvanisch oder durch Tauchlöten erfolgen.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante eines fertigen Schicht­ kondensators, dessen Kontaktschichten 5 mit Anschlußelemen­ ten 9 versehen sind und der mit einer Kunststoffumhüllung ausgestattet ist. Diese Ausführungsform ist für bestimmte Verwendungen besonders geeignet, aber es ist auch möglich, den Grund-Kondensatorkörper (10) unmittelbar und ohne zusätz­ liche Kontaktelemente direkt für die Oberflächenmontage zu verwenden, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.

Als geeignete Materialien für Kunststoffolien können Folien aus Polyester, Polyphenylensulfid, Polycarbonat, fluorierten Kohlenwasserstoffen oder Polyimid verwendet werden. Als Kunstharzfüllung eignen sich insbesondere beispielsweise Epoxyd-, Polyimid-, Polyester-, Polyesterimid- und Silicon­ harze.

Im folgenden wird noch ein Beispiel für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben:
Zur Entfernung der Luft aus den mit Kunstharz zu befüllenden Hohlräumen werden beispielsweise etwa 300 mm lange Segmente von Schichtpaketen bei 1 bar etwa 30 Minuten evakuiert. Anschließend wird der Druck auf etwa 30 bar erhöht und ein Kunstharz in flüssiger Form, z. B. ein Polyesterimidlack, in den sich auf erhöhtem Druck befindenden Raum eingebracht.

Dieser flüssige Kunststoff kann dann bei diesem erhöhten Druck etwa 30 Minuten auf die Segmente einwirken, worauf der Behandlungsraum auf Normaldruck entspannt wird.

Die Segmente werden dann abgeschleudert und gewaschen, und das Kunstharz bei etwa 180°C über eine Zeitspanne von 2 Stunden ausgehärtet.

Zur Verbesserung der Lötmöglichkeit werden dann die Kontakt­ bereiche, z. B. durch Schleifen, mechanisch behandelt, und anschließend werden auf diese Kontaktbereiche auf galvani­ sche oder chemische Art oder durch Heiß-Verzinnen besonders gut lötfähige Schichten aufgebracht.

Die mechanisch und thermisch stabilisierten Pakete werden dann je nach vorgesehenem Einsatzgebiet weiterbearbeitet.

Claims (14)

1. Wickel- oder Schichtkondensator, insbesondere zur Ober­ flächenmontage, bestehend aus metallisierten Folien (1, 3), die unter Ausbildung von einander gegenüberliegenden stirnseitigen Isolierrandbereichen (11, 12) abwechselnd gegeneinander versetzt angeordnet und an diesen stirnsei­ tigen Bereichen jeweils mit einer metallischen Kontakt­ schicht (5) verbunden sind, wobei zumindest die in den Isolierrandbereichen (11, 12) zwischen den gegeneinander versetzten, mit einer Metallisierung (2, 4) versehenen Folien (1, 3) vorhandenen Hohlräume (7) mit einer Füll­ masse ausgefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllmasse ein duroplastisches Kunstharz ist.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die in der zumindest bereichsweise porös ausge­ bildeten metallischen Kontaktschicht (5) vorhandenen Hohlräume durch das duroplastische Kunstharz ausgefüllt sind.

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die mechanisch und/oder chemisch gereinigten me­ tallischen Kontaktschichten (5) eine lötfähige Schicht (14) aufgebracht ist.

4. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz ein Epoxy-, Polyester-, Polyimid-, Polyesterimid- oder Siliconharz ist.

5. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatorkörper (10) aus metallisierten Poly­ ester-, Polyphenylensulfid-, Polycarbonat-, Polyimid- oder fluorierten Kohlenwasserstoff-Folien besteht.

6. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den metallischen Kontaktschichten (5) Anschluß­ elemente (9) elektrisch leitend befestigt sind.

7. Verfahren zur Herstellung eines Schichtkondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine erste und eine zweite Kunststoffolie mit einseitiger Metallisierung axial gegeneinander versetzt angeordnet und die Stirnseiten des verfestigten Folienpakets mit metallischen, jeweils einer Folie zugeordneten aufge­ brachten Kontaktschichten versehen werden, dadurch gekennzeichnet,
daß in die zwischen den kontaktschichtseitigen Folien­ enden vorhandenen Hohlräume über die porösen Kontakt­ schichten ein härtbares Kunstharz eingebracht und die Hohlräume mit diesem Kunstharz ausgefüllt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aushärten des Kunstharzes die Oberfläche der metallischen Kontaktschichten mechanisch und/oder chemisch gereinigt und anschließend chemisch oder galva­ nisch mit lötfähigem Material beschichtet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einbringen des Kunstharzes im Vakuum die Luft aus den anschließend mit Kunstharz zu füllenden Hohlräumen entfernt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz in einem unter Druck stehenden Raum in die Hohlräume eingebracht wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz in Form eines flüssigen, härtbaren Harzsystems oder in Form von in Lösungsmittel gelösten, einbrennfähigen Kunstharzen in die Hohlräume eingebracht wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der metallischen Kontaktschichten nach dem Aushärten des in die Hohlräume eingebrachten Kunstharzes durch Fräsen oder Schleifen bearbeitet werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Kontaktschichten nach dem Fräs- oder Schleifvorgang galvanisch, chemisch oder durch Heiß-Verzinnen mit einer eine sichere Kontaktierung gewährleistenden Schicht versehen werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Evakuierungszeit und/oder die Druckverhältnisse beim Einbringen des Kunstharzes und/oder die Einwirkungs­ zeiten des Kunstharzes so gewählt wird, bzw. werden, daß das Kunstharz zwar die in den kritischen Randbereichen gelegenen Hohlräume ausfüllt, jedoch nicht in den eigent­ lichen Kondensatorkörper mit den sich unmittelbar gegen­ überliegenden Folien eindringt.