DE3941346C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Mehrschichtkondensatoren - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Mehrschichtkondensatoren

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Mehrschichtkonden­ satoren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem verbesserten Verfahren zur Herstellung, Schichtung und Druckbehandlung von ungebrannten Kera­ mikschichten bei der Herstellung des Mehrschichtkondensators.
Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von Mehrschichtkondensato­ ren wird eine hauptsächlich aus dielektrischem Keramikmaterial bestehende sogenannte Grünschicht, d.h., eine Schicht oder ein Blatt aus ungebranntem Keramikmaterial, zunächst mit Hilfe eines Rakel-Prozesses auf einer Träger­ folie ausgebildet. Die Grünschicht wird anschließend von der Trägerfolie ab­ gelöst und auf eine vorgegebene Grünfläche zugeschnitten. Eine Elektroden­ paste zur Bildung einer inneren Elektrode wird auf die Oberfäche der zuge­ schnittenen ungebrannten Mutter-Grünschicht aufgetragen, und mehrere solcher Mutter-Grünschichten werden übereinandergeschichtet und durch Druckausübung heiß gepreßt, so daß sich ein Schichtkörper ergibt. Der so er­ haltene Schichtkörper wird anschließend in Schichtkörper zur Bildung der einzelnen Mehrschichtkondensatoren zerschnitten, und die zugeschnittenen Schichtkörper werden gesintert. An den Sinterungsprozeß schließen sich weitere Verfahrensschritte an, beispielsweise die Anbringung einer äußeren Elektrode, so daß man schließlich einen Mehrschichtkondensator erhält.
Der Mehrschichtkondensator weist eine Vielzahl schichtweise angeordneter und durch dielektrische Keramik getrennter innerer Elektroden auf. Zwar weist ein solcher Schichtkondensator bereits relativ geringe Abmessungen und eine hohe Kapazität auf, doch ist es wünschenswert, die Abmessungen weiter zu verringern und/oder die Kapazität weiter zu steigern. Zu diesem Zweck sollten dielektrische Keramiken mit einer hohen Dielektrizitätskon­ stante oder dünnere keramische Grünschichten verwendet werden.
Bei der Verwendung dünnerer Grünschichten besteht jedoch die Gefahr, daß die Grünschichten eine unzureichende Festigkeit aufweisen und beispielsweise in der Phase zwischen dem Ablösen von der Trägerfolie und dem Überein­ anderschichten eingerissen oder zerknittert werden oder daß es beim Über­ einanderschichten zu einer Verlagerung der einzelnen Grünschichten kommt. Hierdurch wird eine zuverlässige Herstellung von Kondensatoren mit der gewünschten hohen Kapazität in gleichbleibender Qualität erschwert. In der Praxis ist es aufgrund der Schwierigkeiten bei der Handhabung der Grün­ schichten äußerst schwierig, Mehrschichtkondensatoren herzustellen, bei denen die keramischen Grünschichten eine Dicke von 20 µm oder weniger aufweisen.
In der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 102 216/1988 wird ein Verfahren zum Verarbeiten einer keramischen Grünschicht für einen Mehr­ schichtkondensator beschrieben, bei dem sich auch bei Verwendung einer dünneren Grünschicht eine erhöhte Schnittgenauigkeit erreichen läßt. Bei dem in dieser Druckschrift beschriebenen Verfahren wird die Grünschicht zunächst auf der oberen Oberfläche der Trägerfolie ausgebildet. Mit Hilfe eines Schneidkopfes, der ein Saugteil aufweist, wird dann nur die Grünschicht zugeschnitten, während diese sich auf der Trägerfolie befindet. Die Grün­ schicht wird zu Entnahme in den Schneidkopf eingesaugt. Bei diesem Ver­ fahren wird also die Grünschicht auf der Trägerfolie zugeschnitten und nach dem Zuschneiden von der Trägerfolie abgelöst, so daß eine Beschädigung, beispielsweise ein Einreißen oder eine Zerknitterung der Grünschicht, ver­ hindert wird. In der Veröffentlichung ist jedoch bezüglich der weiteren Be­ handlung der Grünschicht lediglich angegeben, daß eine bestimmte Anzahl der Grünschichten zur Bildung des Schichtkörpers übereinandergeschichtet wird, daß der so erhaltene Schichtkörper zur Bildung eines Schichtkörpers für jeden Kondensator zugeschnitten und der zugeschnittene Schichtkörper gesintert wird.
Weiterhin wird in der oben genannten Veröffentlichung zwar angegeben, daß die Grünschicht in den Schneidkopf eingesaugt und in diesem gehalten wird, doch ist nicht beschrieben, wie die zugeschnittene und in dem Schneidkopf gehaltene Grünschicht abgelöst wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die eine zuverlässige Herstellung von Mehrschichtkondensatoren mit kleinen Abmessungen und hoher Kapazität unter Verwendung dünnerer keramischer Günschichten gestatten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das in Patentanspruch 1 angegebene Verfahren und die in Anspruch 4 angegebene Vorrichtung.
Die keramische Grünschicht wird auf der Trägerfolie hergestellt, in diesem Zustand mit der Elektrodenpaste zur Bildung einer inneren Elektrode be­ schichtet und anschließend in dem Schneidkopf gehalten, bis sie nach dem Zuschneiden mit Hilfe des Schneidkopfes mit weiteren Schichten zusammen­ gefügt wird. Das Ansaugen der Grünschicht erfolgt mit Hilfe von Saugmitteln, die an einem mit Hilfe eines Luftzylinders bewegbaren Zylinderkopf des Schneidkopfes ausgebildet sind. Das Übereinanderschichten der einzelnen Grünschichten erfolgt in einer Metallform, und die Grünschicht wird von dem Schneidkopf abgelöst, indem der Zylinderkopf vom Hauptkörper des Schneidkopfes wegbewegt wird. Auf diese Weise können auch sehr dünne ke­ ramische Grünschichten, deren Dicke 20 µm oder weniger beträgt, wirksam gegen Verformung oder Beschädigung, beispielsweise gegen Einreißen oder Zerknittern, geschützt werden, und die Grünschichten können mit hoher Ge­ nauigkeit übereinandergeschichtet werden.
Durch die Erfindung werden so die Schwierigkeiten bei der Handhabung dünner Grünschichten überwunden, und es wird eine zuverlässige Herstel­ lung von Mehrschichtkondensatoren mit kleinen Abmessungen und hoher Kapazität in gleichbleibender Qualität und mit hoher Produktausbeute ermöglicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung zur Illustration des Schrittes der Übertragung einer in einem Schneidkopf gehaltenen keramischen Grünschicht in eine Metallform für die Druckbehandlung;
Fig. 2(a) einen Schnitt durch die auf einer Trägerfolie ausgebil­ dete Grünschicht;
Fig. 2(b) einen Schnitt durch die Grünschicht mit aufgedruckter Elektrodenpaste;
Fig. 3 einen Schnitt durch den Schneidkopf; und
Fig. 4(a) und (b) Schnitte zur Illustration der Vorgehensweise beim Übereinanderschichten der Grünschichten gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Gemäß Fig. 2(a) wird eine hauptsächlich aus dielektrischem Keramikmate­ rial bestehende Grünschicht 2 auf einem Film oder einer Trägerfolie 1 aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyethylenterephtalat ausgebildet. Hierzu wird ein Filmherstellungsverfahren, beispielsweise ein Rakel-Verfahren eingesetzt.
Gemäß Fig. 2(b) wird eine hauptsächlich aus Ag, Ag-Pd und Ni bestehende Elektrodenpaste 3 mit Hilfe eines Beschichtungsverfahrens, beispielsweise im Siebdruckverfahren, auf die Oberseite der Grünschicht 2 aufgebracht. Die Elektrodenpaste 3 dient zur Bildung einer inneren Elektrode, wie weiter un­ ten näher beschrieben werden soll.
Anschließend wird die Grünschicht 2 mit Hilfe eines in Fig. 3 gezeigten Schneidkopfes 4 zugeschnitten oder ausgestanzt. Der Schneidkopf 4 ist so konstruiert, daß er mit Hilfe nicht gezeigter Antriebsmittel in den Richtun­ gen X und Z in Fig. 3 bewegt werden kann. Ein ringförmiges Stanzmesser 6 ist am Umfang eines Hauptkörpers 5 des Schneidkopfes 4 angebracht. Das Stanzmesser 6 ist mit Hilfe einer in Fig. 3 schematisch dargestellten Druck­ feder 7 an dem Hauptkörper 5 gehalten.
Der Hauptkörper 5 des Schneidkopfes 4 enthält einen Luftzylinder 8, und ein an einem Ende einer Kolbenstange 8a des Luftzylinders 8 befestigter Zylinder­ kopf 8b ist in den durch die Pfeile X angegebenen Richtungen beweglich. Der Zylinderkopf 8b ist mit mehreren durchgehenden Öffnungen 8c versehen. Die Öffnungen 8c dienen in Verbindung mit nicht gezeigten Saugmitteln zum Ansaugen und Halten einer Grünschicht, die mit der unteren Oberfläche des Zylinderkopfes 8b in Beührung gebracht wurde.
Das Stanzmesser 6 ist derart angebracht, daß seine Schneidkante um einen geringen Betrag nach unten über die Unterseite des Zylinderkopfes 8b hinaus vorspringt, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Hierdurch wird erreicht, daß bei dem nachfolgend beschriebenen Stanzvorgang die Schneidkante des Stanzmessers 6 die Grünschicht 2 vor dem Zylinderkopf 8b berührt und der Zylinderkopf 8b erst dann mit der Grünschicht 2 in Berührung kommt, wenn der Stanz­ vorgang beendet ist.
Gemäß Fig. 1 ist die keramische Grünschicht 2 zusammen mit der Träger­ folie 1 auf einem stützenden Sockel 9 angeordnet, in dem eine Saugstation 9a ausgebildet ist, und die Grünschicht 2 wird mit Hilfe des oben beschriebenen Schneidkopfes auf eine vorgegebene Größe zugeschnitten, so daß sie mit Hil­ fe nicht gezeigter Saugeinrichtungen direkt angesaugt und an der unteren Oberfläche des Zylinderkopfes 8b gehalten wird. Die Elektrodenpaste ist in Fig. 1 nicht dargestellt.
Anschließend wird der Schneidkopf in Richtung der Pfeile Z bewegt, um die ausgeschnittene Grünschicht zu einer zum Heißpressen dienenden Metall­ form 10 zu überführen.
Die oben beschriebenen Schritte des Zuschneidens, Haltens und Überführens werden wiederholt, so daß mehrere Grünschichten jeweils mit einer aufge­ druckten inneren Elektrode 3 in der Metallform 10 zum Heißpressen über­ einandergeschichtet werden. Bei dem oben beschriebenen Verfahren werden die Grünschichten 2 mit Hilfe des Schneidkopfes von der Trägerfolie 1 abge­ löst und angesaugt, so daß sie in dem Schneidkopf gehalten werden und zu der Metallform 10 überführt und dort übereinandergeschichtet werden kön­ nen. Bei diesem Verfahren wird eine Beschädigung, beispielsweise ein Ein­ reißen oder Zerknittern der Grünschichten auch dann verhindert, wenn die Grünschichten eine Dicke von 20 µm oder weniger aufweisen, und die Grün­ schichten werden sorgfältig übereinandergeschichtet.
Der durch die übereinanderliegenden Grünschichten gebildete Schichtkör­ per in der Metallform 10 wird anschließend erhitzt und in Richtung der Schichtfolge gepreßt. Danach wird der Schichtkörper aus der Metallform 10 entnommen und auf die den einzelnen Mehrschichtkondensatoren entspre­ chende Größe geschnitten.
Der Mehrschichtkondensator wird in bekannter Weise durch Sintern und An­ bringen der äußeren Elektroden fertiggestellt.
Bei der Herstellung des Mehrschichtkondensators erhält man einen Schicht­ körper mit einer Blind-Grünschicht, d.h., einer Grünschicht, auf die keine Elektrodenpaste aufgetragen ist und die die (oberste) innere Elektrode über­ lagert. Auch bei dem oben beschriebenen Übereinanderschichten werden so­ mit mehrere Grünschichten, die jeweils mit Elektrodenpaste 3 zur Bildung einer inneren Elektrode versehen sind, übereinandergelegt, und anschlie­ ßend werden ein oder mehrere Grünschichten ohne Elektrodenpaste aufge­ legt, so daß man einen keramischen Kondensator erhält, der in üblicher Wei­ se ein oder mehrere innere Elektroden in einem gesinterten Körper auf­ weist.
Auch an der Unterseite der untersten Grünschicht, die mit einer inneren Elektrode versehen ist, können ein oder mehrere Grünschichten ohne Elek­ trodenpaste angeordnet sein.
Nachfolgend soll unter Bezugnahme auf die Fig. 4(a) und 4(b) ein Verfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wer­ den, bei dem ein Schneidkopf mit einem anderen Aufbau verwendet wird.
Wenn der in Fig. 3 gezeigte Schneidkopf benutzt wird, so wird die von dem Schneidkopf angesaugte und gehaltene Grünschicht 2 durch Abschalten der Saugwirkung in die Metallform 10 fallengelassen, um die einzelnen Grün­ schichten in der Metallform 10 für das Heißpressen zu überlagern. In diesem Fall kann es infolge einer beim Ablösen der Grünschicht von dem Zylinder­ kopf 8b erzeugten statischen Aufladung zu einer Positionsänderung der abzu­ legenden Grünschicht kommen.
Bei dem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendeten Schneidkopf ist gemäß Fig. 4 in einem Hauptkörper 14 des Schneidkopfes ein Luftzylinder 18 ausgebildet, dessen Zylinderkopf 18b eine größere Auf­ wärts- und Abwärtsbewegung ausführt, so daß die oben erwähnte Lageände­ rung der Grünschicht verhindert wird. Wie in Fig. 4(a) gezeigt ist, wird die an der Unterseite des Zylinderkopfes 18b gehaltene Grünschicht 2 beim Übereinanderstapeln der Schichten gegen die bereits in der Metallform 10 vorhandene Grünschicht angedrückt, und anschließend wird der Sog abge­ schaltet und der Zylinderkopf 18b nach oben bewegt (Fig. 4(b)). Auf diese Weise kann die neu abgelegte Grünschicht 2 mit hoher Präzision auf die unte­ ren Schichten aufgelegt werden. Um die abzulegende Grünschicht 2 von dem Zylinderkopf (18b) abzulösen kann in diesem Fall Gas oder Luft über die Öff­ nungen des Zylinderkopfes abgegeben werden (die Öffnungen des Zylinder­ kopfes sind in Fig. (a) und (b) nicht gezeigt. Es können durchgehende Öff­ nungen verwendet werden, die den zum Ansaugen dienenden Öffnungen 8c gemäß Fig. 3 entsprechen). Abgesehen von den oben beschriebenen Abwei­ chungen entspricht das Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dem zuvor erläuterten Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bei dem Verfahren nach dem zweiten Ausführungsbeispiel können die Grün­ schichten in der zum Heißpressen dienenden Metallform 10 mit größerer Genauigkeit übereinandergestapeIt werden, so daß die Genauigkeit und Stabi­ lität des Herstellungsprozesses weiter erhöht wird.
Die Form des Stanzmessers 6 des oben beschriebenen Schneidkopfes kann je nach der gewünschten Grundrißform der herzustellenden Mehrschichtkon­ densatoren variiert werden. Im allgemeinen hat das Stanzmesser 6 eine quadratische Umrißform. Während es bei dem oben beschriebenen Verfahren vorgesehen ist, den durch das Übereinanderstapeln der Grünschichten her­ gestellten Schichtkörper zu zerteilen, um einzelne Schichtkörper für die ein­ zelnen Mehrschichtkondensatoren zu erhalten, ist es auch möglich, die Grö­ ße des Stanzmessers 6 so an die Größe eines einzelnen Mehrschichtkonden­ sators anzupassen, daß Grünschichten 2 für einzelne Mehrschichtkondensa­ toren ausgestanzt werden, so daß man nach dem Übereinanderschichten der Grünschichten und dem Heißpressen den Schichtkörper nicht weiter zu zer­ teilen braucht.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird der Zylinderkopf 8b zum Zu­ schneiden der Grünschicht nach unten bewegt und anschließend wieder an­ gehoben, bevor die Grünschicht zu der Metallform überführt wird. Beim Able­ gen der Grünschicht in die Metallform wird der Zylinderkopf 8b erneut vor­ übergehend nach unten bewegt, so daß die Grünschicht präzise in die Metall­ form eingelegt wird.
Während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 das Stanzmesser 6 unab­ hängig von dem Zylinderkopf 18b beweglich ist, so daß der Zylinderkopf in die Metallform eintauchen kann, ist es bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 auch denkbar, das Stanzmesser mechanisch mit dem Zylinderkopf zu koppeln, so daß das Stanzmesser 6 bei dem Stanzvorgang mit Hilfe des Luft­ zylinders 6 bewegt wird. Der Hauptkörper 4 des Schneidkopfes braucht in diesem Fall lediglich in der Richtung Z beweglich zu sein. Das Ablösen der Grünschicht von dem Zylinderkopf 8b beim Ablegen der Grünschicht in die Metallform kann in diesem Fall dadurch erreicht werden, daß Luft oder Gas über die Öffnungen 8c abgegeben wird, die über nicht gezeigte Schläuche wahlweise mit den Saugmitteln oder einer geeigneten Druckquelle verbind­ bar sind.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Mehrschichtkondensatoren, mit den fol­ genden Schritten:
  • a) Herstellen einer keramischen Grünschicht (2) auf einer Trägerfolie (1),
  • b) Aufbringen einer Elektrodenpaste (3) zur Bildung einer inneren Elektrode auf die Grünschicht (2),
  • c) Zuschneiden der auf der Trägerfolie (1) gehaltenen Grünschicht (2) auf eine vorgegebene Größe mit Hilfe eines mit Saugmitteln (8c) ver­ sehenen Schneidkopfes (4) und Ansaugen und Halten der Grün­ schicht (2) an dem Schneidkopf, um die Grünschicht von der Trä­ gerfolie (1) abzulösen,
  • d) Übertragen der in dem Schneidkopf (4) gehaltenen Grünschicht zu einer zum Pressen dienenden Metallform (10) und
  • e) Übereinanderschichten mehrer Grünschichten (2) in der Metallform (10) zur Bildung eines Schichtkörpers, durch Wiederholen der Schritte (c) und (d),
dadurch gekennzeichnet, daß die Grünschicht (2) mit Hilfe eines mit den Saugmitteln (8c) versehenen, durch einen Luftzylinder (18) bewegbaren Zylinderkopfes (18b) des Schneidkopfes (4) von der Trägerfolie abgelöst wird und daß die Grünschicht (2) in die Metallform (10) eingeführt wird, indem man nach dem Überführen der an dem Zylinderkopf (18b) gehaltenen Grünschicht zu der Metallform (10) den Zylinderkopf von dem Hauptkörper des Schneidkopfes wegbewegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Übereinanderschichten der Grünschichten die an dem Zylinderkopf (18b) gehaltene, in die Metallform (10) einzubringende Grünschicht gegen die bereits in der Metallform enthaltene Grünschicht andrückt und anschließend den Zylinderkopf (18b) aus der Metallform zurückzieht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Ablegen der Grünschicht (2) in der Metallform (10) Gas oder Luft über die Saugöffnung des Zylinderkopfes (18) abgibt, um die an dem Zylinderkopf gehaltene Grünschicht von dem Zylinderkopf abzulösen.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schneidkopf (4), der einen Hauptkörper (14) mit einem darin enthaltenen Luftzylinder (18) und einen an einer Zylinderstange des Luftzylinders (18) befestigten Zylinderkopf (18b) aufweist, der mit Hilfe des Luftzylinders (18) zwischen einer nahe an dem Hauptkörper (14) gelegenen Position und einer weiter von dem Hauptkörper (14) abgerückten Position bewegbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine mit den Saugmitteln verbundene Saugöffnung in dem Zylinderkopf (18b) ausgebildet ist.
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