DE4011773A1

DE4011773A1 - Durchfuehrungskondensator

Info

Publication number: DE4011773A1
Application number: DE4011773A
Authority: DE
Inventors: Osamu Yamaoka; Katsumi Yukawa; Shinichi Kobayashi; Hideomi Kurihara; Hisao Yuasa; Syunjiro Imagawa; Jun Harada
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1989-04-15
Filing date: 1990-04-11
Publication date: 1990-10-18
Anticipated expiration: 2010-04-12
Also published as: DE4011773C2; KR900017057A; JPH031517A; KR940007428B1; US5040091A

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchführungskondensator gemäß dem Ober begriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Bei einem Magnetron eines Mikrowellenherdes oder dergleichen ist üblicher weise eine Filterschaltung in der Spannungsversorgungsleitung vorgesehen, damit der Austritt von Mikrowellen-Leckstrahlung über die Spannungs versorgungsleitung verhindert wird. Bisher werden in derartigen Filter schaltungen zwei Typen von Durchführungskondensatoren verwendet, die in Fig. 9 und 11 der Zeichnung dargestellt sind.

Jeder dieser Durchführungskondensatoren ist aus einem dielektrischen Block aus Keramikmaterial aufgebaut, der hergestellt wird, indem man ein keramisches dielektrisches Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten zu einem Block formt und anschließend sintert.

Der dielektrische Block des in Fig. 9 im Schnitt gezeigten Durchführungs kondensators 1 ist in Fig. 10 dargestellt. Dieser dielektrische Block 4 hat einen annähernd elliptischen Querschnitt und weist zwei Öffnungen 2 und 3 auf, die von der oberen Endfläche zur unteren Endfläche durchgehen. Auf der oberen Oberfläche des Blockes 4 sind Elektroden 6 a und 6 b angeordnet, die durch eine schlitzförmige Nut 5 voneinander getrennt sind, und eine Elek trode 7 ist an der unteren Stirnfläche des Blockes angeordnet. Die Elektroden 6 a und 6 b liegen der Elektrode 7 gegenüber, so daß zwischen diesen Elektroden zwei Kapazitäten gebildet werden.

Gemäß Fig. 9 ist an die Elektroden 6 a und 6 b des dielektrischen Blockes 4 jeweils eine Anschlußplatte 11 bzw. 12 angelötet. Die Anschlußplatte 11 ist mit einer Öffnung 11 a versehen. Eine Durchführungsklemme 13 ist in die Öffnung 11 a eingesteckt und mit deren innerer Umfangsfläche verlötet oder verschweißt. Wie aus Fig. 9 hervorgeht, erstreckt sich die Durchführungs klemme 13 durch die Öffnung 2 des dielektrischen Blockes, ohne die innere Umfangsfläche der Öffnung 2 zu berühren.

In ähnlicher Weise ist eine weitere Durchführungsklemme 14 in eine Öffnung 12 a der anderen Anschlußplatte 12 eingesteckt und mit der inneren Umfangsfläche dieser Öffnung verlötet oder verschweißt.

Eine Erdungsplatte 16 ist an die Elektrode 7 an der unteren Stirnfläche des dielektrischen Blockes 4 angelötet. Die Erdungsplatte 16 weist eine Öffnung 16 a auf, durch die die Durchführungsklemmen 13 und 14 nach unten hin durchgeführt sind. Die Elektrode 7 ist mit der äußeren Umfangsfläche oder dem Rand der Öffnung 16 a verlötet. Zwei isolierende Gehäuse 17 und 18 sind auf entgegengesetzten Seiten der Erdungsklemme 16 angeordnet. Die Gehäuse 17 und 18 sind mit einem isolierenden Harz 19 ausgefüllt.

Die in Fig. 11 gezeigte Ausführungsform eines herkömmlichen Durchfüh rungskondensators 21 ist auf einem dielektrischen Block 25 aufgebaut. Elektroden 22 und 23 sind an den inneren Umfangsflächen von durchgehenden Öffnungen 2 und 3 des Blockes 25 ausgebildet, durch welche die Durch führungsklemmen 13 und 13 hindurchgeführt sind. Eine weitere Elektrode 24 ist an der äußeren Mantelfläche des dielektrischen Blockes 25 angeordnet, so daß sie den Elektroden 22 und 23 gegenüberliegt.

Die Elektroden 22 und 23 in den Öffnungen 2 und 3 sind jeweils durch dielektrisches Material des Blockes 25 von der ihnen gegenüberliegenden Elek trode 24 getrennt und bilden somit mit der Elektrode 25 zwei Kapazitäten.

Die Durchführungsklemmen 13 und 14 sind in den Öffnungen 2 und 3 des dielektrischen Blockes 25 mit Hilfe eines Lötmittels 26 direkt mit den Elektroden 22 und 23 verlötet. Der dielektrische Block 25 ist außerdem in eine Öffnung 27 einer Erdungsplatte 16 eingesteckt, und die an der äußeren Mantelfläche des Blockes 25 angeordnete Elektrode 24 ist mit der Erdungs platte 16 verlötet.

Isolierende Gehäuse 17 und 18 sind auf den entgegengesetzten Seiten der Erdungsplatte 16 angeordnet und jeweils mit isolierendem Harz 19 ausge füllt.

Die oben beschriebenen Durchführungskondensatoren, deren dielektrischer Block 4 bzw. 25 durch Formen des dielektrischen Materials zu einem Block und anschließendes Sintern hergestellt wurde, können ohne weiteres die folgenden Anforderungen erfüllen, die für die Verwendung in der Filter schaltung für das Magnetron eines Mikrowellenherdes gefordert werden.

(a) Filterwirkung, zur Absorption von Streuwellen in einem Frequenzband im VHF- und UHF-Bereich (30 bis 300 MHz) und im Mikrowellenband (1 MHz oder mehr) und zur Verhinderung der Leitung und Abstrahlung nach außen.

(b) Spannungsfestigkeit gegenüber Schock- und Anstiegsimpulsen von 10 bis 20 kV_O-P während der Zeit der Oszillation des Magnetrons.

Um die Filtereigenschaften gemäß der Anforderung (a) zu erreichen, ist im VHF- und UHF-Bereich eine Kapazität von mindestens 100 pF erforderlich, die jedoch durch die Verwendung eines keramischen dielektrischen Körpers ohne weiteres erreicht wird. Bei der Streuenergie im Mikrowellenbereich handelt es sich hauptsächlich um Strahlungsenergie. Die Verwendung des keramischen dielektrischen Körpers ermöglicht es jedoch ohne weiteres, diese Strahlungsenergie zu dämpfen.

Bei den herkömmlichen Durchführungskondensatoren mit den in der oben beschriebenen Weise hergestellten dielektrischen Blöcken 4 und 25 sind jedoch die Formen und Strukturen der dielektrischen Blöcke 4 und 25 relativ kompliziert. Infolgedessen ist die Herstellung von Durchführungskondensatoren mit derartigen dielektrischen Blöcken äußerst kompliziert und schwierig, so daß sich hohe Herstellungskosten ergeben.

Außerdem wird bei den oben beschriebenen Durchführungskondensatoren eine hohe Spannungsfestigkeit verlangt. Die äußeren Umfangsflächen der dielektrischen Blöcke 4 und 25 sind deshalb in Epoxyharz als isolierendes Harz 19 eingegossen. Der lineare Ausdehnungskoeffizient α und der Elastizitäts modul E der dielektrischen Blöcke 4 und 25 sind jedoch von denen der Durchführungsklemmen 13 und 14 und des isolierenden Harzmaterials 19 deutlich verschieden. Hieraus ergibt sich bei den herkömmlichen Durchfüh rungskondensatoren 1 und 21 der Nachteil, daß bei Temperaturbeständig keitstests mit zyklischer Erwärmung und Abkühlung das Material der dielektrischen Blöcke 4 und 25 und das isolierende Harzmaterial 19 leicht Haar risse oder Sprünge bekommt oder abplatzt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten und haltbaren Durchführungskondensator zu schaffen, der zu geringeren Kosten hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, daß der Durchfüh rungskondensator zumindest in einem bestimmten Gebiet zwischen der Durchführungsklemme und der äußeren Elektrode eine mehrkomponentige dielektrische Schicht aufweist, die aus einer ein Harzmaterial und ein dielektrisches Pulver enthaltenden Materialmischung besteht.

Durch die Verwendung der mehrkomponentigen dielektrischen Schicht, die dielektrisches Pulver vermischt mit Harz enthält, läßt sich die dielektrische Schicht einfacher, beispielsweise durch Einsatz-Gießen, aus der flüssigen Phase in die gewünschte Form bringen. Somit wird die Herstellung des Durchführungskondensators vereinfacht und eine beträchtliche Kostener sparnis erzielt.

Außerdem läßt sich durch geeignete Wahl des Harzmaterials und des dielektrischen Pulvers, die die mehrkomponentige dielektrische Schicht bilden, erreichen, daß die linearen Ausdehnungskoeffizienten der Durchführungsklemmen und der dielektrischen Schichten sich nur wenig unterscheiden, so daß die Beständigkeit gegenüber Wärmeschocks verbessert wird. Darüber hinaus ergibt sich im Vergleich zu Durchführungskondensatoren mit einem dielektrischen Keramikblock eine höhere Spannungsfestigkeit pro Dickeneinheit, da das als Basismaterial verwendete Harz hervorragende isolierende Eigen schaften aufweist. Folglich können auch die Abmessungen des Durchführungs kondensators verringert werden.

Der erfindungsgemäße Durchführungskondensator wird beispielsweise in dem folgenden dreistufigen Verfahren hergestellt. Zunächst werden wenigstens eine Durchführungsklemme und eine äußere Elektrode in solcher Größe bereitgestellt, daß die Durchführungsklemme in das Innere der äußeren Elektrode eingeführt werden kann. Die Durchführungsklemme wird so in der äußeren Elektrode angeordnet, daß sie letztere nicht berührt. Schließlich wird die das Harz und das dielektrische Pulver enthaltende Materialmischung in flüssigem Zustand in den Zwischenraum zwischen der äußeren Elektrode und der Durchführungsklemme eingefüllt, so daß sich nach dem Aushärten dieses Materials die gewünschte mehrkomponentige dielektrische Schicht ergibt.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen Durchführungskondensators;

Fig. 2 bis 4 verschiedene Stadien des Verfahrens zur Herstellung des Durchführungskondensators gemäß Fig. 1;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Durchführungs kondensators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 6 einen Schnitt durch den Durchführungskondensator nach Fig. 5;

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines Durchführungskonden sators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 8 einen Schnitt durch den Durchführungskondensator gemäß Fig. 7;

Fig. 9 einen Schnitt durch einen herkömmlichen Durchführungs kondensator;

Fig. 10 eine perspektivische Darstellung eines dielektrischen Blockes des Kondensators gemäß Fig. 9 und

Fig. 11 einen Schnitt durch ein weiteres Beispiel eines herkömmlichen Durchführungskondensators.

Die Einzelheiten des in Fig. 1 gezeigten Durchführungskondensators 30 sollen nachfolgend im Zusammenhang mit der Darstellung des Herstellungsver fahrens dieses Kondensators unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 4 erläutert werden.

Der Kondensator 30 weist zwei Durchführungsklemmen 31 und 32, zylindrische Elektroden 33 und 34, die als äußere Elektroden dienen und von den Durchführungsklemmen 31 und 32 axial durchlaufen werden, mehrkompo nentige dielektrische Körper 35, die die zylindrischen Elektroden 33 und 34 ausfüllen, eine Erdungsplatte 36 und isolierende Gehäuse 37 und 38 auf.

Die beiden zylindrischen Elektroden 33 und 34 sind als zylindrische Rohre ausgebildet, die jeweils in eine Befestigungsöffnung 36 a bzw. 36 b der Erdungsplatte 36 eingesteckt werden, wie durch Pfeile A₁ in Fig. 2 veranschaulicht wird. Die Elektroden 33 und 34 sind durch Schweißen, Löten oder Pressen leitend mit der Erdungsplatte 36 verbunden.

Die Durchführungselektroden 31 und 32 werden jeweils von einem offenen Ende der zylindrischen Elektroden 33 und 34 her in diese Elektroden einge führt, wie durch Pfeile A₂ in Fig. 3 veranschaulicht wird. In diesem Zustand werden die Hohlräume in den zylindrischen Elektroden 33 und 34 mit dem mehrkomponentigen dielektrischen Material zur Bildung der dielektrischen Körper 35 in einem Einsatz-Gießverfahren ausgefüllt, und während des Aus härtens des Materials werden die Durchführungsklemmen 31 und 32 koaxial zu den jeweiligen Elektroden gehalten. Die so gebildeten dielektrischen Körper 35 enthalten 20 bis 97 Gewichtsprozent Keramikpulver des BaTiO₃- Systems, des SrTiO₃-Systems oder eines anderen Systems als Füllmaterial und beispielsweise Epoxyharz als Basismaterial.

Die Erdungsplatte 36 ist als rechteckige Metallplatte, beispielsweise aus Aluminium, ausgebildet und an den vier Ecken mit Befestigungsöffnungen 39 zur Befestigung an einem Gehäuse eines Magnetrons oder dergleichen versehen. Die Erdungsplatte 36 weist einen durch Prägung gebildeten herausgehobenen Bereich 40 auf, in dem die oben erwähnten Befestigungsöffnungen 36 a und 36 b ausgebildet sind (Fig. 1 und 2).

Ein rohrförmiges isolierendes Gehäuse 37 aus einem Kunstharz wie etwa Polybutylenterephthalat ist so auf einer Seite der Erdungsplatte 36 angeordnet, daß deren herausgehobener Bereich 40 im Inneren des Gehäuses 37 liegt, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Ein weiteres rohrförmiges isolierendes Gehäuse 38 aus dem gleichen Kunstharzmaterial ist so auf der entgegengesetzten Seite der Erdungsplatte 36 angebracht, daß es paßgenau in den durch den heraus gehobenen Bereich 40 gebildeten Hohlraum eingreift.

Die beiden Gehäuse 37 und 38 werden schließlich mit einem isolierenden Harz 43 wie beispielsweise Epoxyharz ausgefüllt.

Die Durchführungsklemmen 31 und 32 bilden jeweils mit der umgebenden Elektrode 33 bis 34 eine Kapazität, wobei die mehrkomponentigen dielektrischen Körper 35 als Dielektrikum dienen.

Bei der Herstellung der oben beschriebenen Struktur wird das die dielektrischen Körper 35 bildende Material in flüssigem Zustand in die zylindrischen Elektroden 33 und 34 eingegeben, während die Durchführungsklemmen 31 und 32 so gehalten werden, daß sie auf die Achsen der Elektroden zentriert sind, und anschließend läßt man das flüssige Material aushärten. Die Durch führungsklemmen werden auf diese Weise im sogenannten Einsatz-Gieß verfahren in das dielektrische Material eingegossen. Dieses Verfahren gestattet eine einfache Herstellung der dielektrischen Körper, so daß die Herstellung des Durchführungskondensators 30 insgesamt vereinfacht wird. Hierdurch ergibt sich eine beträchtliche Verringerung der Herstellungskosten.

Nachfolgend sind die technischen Daten eines Beispiels des Durchführungs kondensators 30 gemäß Fig. 1 im einzelnen angegeben.

Durchführungsklemmen 31 und 32:
Außendurchmesser 2,5 mm, Material G2680
Zylindrische Elektroden 33 und 34:	Außendurchmesser 6,0 mm, Länge 35,0 mm
Dielektrische Körper 35:	Basismaterial Epoxyharz, 90 Gewichtsprozent, Füllmaterial (des BaTiO₃-Systems oder des SrTiO₃-Systems) Dielektrizitätszahl 70
Gießverfahren:	Einsatz-Gießverfahren
Kapazität:	150 pF (1 KHz, 1 Vrms)

Die linearen Ausdehnungskoeffizienten α der Durchführungsklemmen 31 und 32, der dielektrischen Körper 35 und des isolierenden Harzmaterials 43 des Durchführungskondensators gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbei spiels sind in der nachfolgenden Tabelle 1 wiedergegeben.

Tabelle 1
Teil
Linearer Ausdehnungskoeffizient (°C^-1)
Durchführungsklemme
2,0×10^-5
Dielektrischer Körper	2,0×10^-5
Isolierendes Harz	5,0×10^-5
Keramik	0,5×10^-5-1,5×10^-5

Außerdem wurden bei dem Durchführungskondensator 30, dessen dielektrische Körper 35 20 bis 97 Gewichtsprozent Keramikpulver enthielten, die Dielektrizitätskonstante e, tan δ (%), die Gleichstrom-Durchschlagsfeldstärke (DCBDV) (kV/mm) und der lineare Ausdehnungskoeffizient α (°C^-1) gemessen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle 2

Wie aus den Tabellen 1 und 2 hervorgeht, haben die linearen Ausdehnungs koeffizienten der Durchführungsklemmen 31 und 32, der dielektrischen Körper 35 und des isolierenden Harzmaterials 43 bei dem Durchführungs kondensator 30 gemäß Fig. 1 nahe beieinanderliegende Werte. Folglich ist die Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischen Schocks verbessert. Es zeigt sich, daß die Spannungsfestigkeit pro Dickeneinheit bei dem oben beschrie benen Durchführungskondensator 30 mit beispielsweise 44 bis 59 kV/mm größer ist als bei dem Kondensator 1 mit dem dielektrischen Block 4 aus Keramik (Fig. 10).

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel können die isolierenden Gehäuse 41 und 42 fortgelassen werden.

Fig. 5 und 6 zeigen einen Durchführungskondensator gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 7 und 8 veranschaulichen einen Durchführungskondensator gemäß einem weiteren Ausführungs beispiel.

Der Durchführungskondensator 50 gemäß Fig. 5 und 6 wird hergestellt, indem zylindrische Elektrodenteile 52 und 53, die den zylindrischen Elektroden 33 und 34 bei dem Kondensator aus Fig. 1 entsprechen, in einem Stück mit einer Erdungsplatte 51 hergestellt werden, und indem zylinder förmige mehrkomponentige dielektrische Körper 35 im Einsatz-Gießverfahren gegossen werden, wobei die Durchführungsklemmen 31 und 32 koaxial in den zylindrischen Elektrodenteilen 52 und 53 gehalten werden.

Diese Struktur ermöglicht eine weitere Kostenersparnis, da die Anzahl der Bauteile gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 reduziert ist.

Der in Fig. 7 und 8 gezeigte Durchführungskondensator 60 wird dagegen hergestellt, indem die beiden Durchführungsklemmen 31 und 32 im Einsatz- Gießverfahren in einen gemeinsamen mehrkomponentigen dielektrischen Körper 35 eingegossen werden. Auf diese Weise ergibt sich ein weiter verein fachter Aufbau und eine weitere Kostenersparnis.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen kann als Basiskomponente der mehrkomponentigen dielektrischen Körper 35 außer einem duropla stischen Harz wie etwa Epoxyharz auch ein thermoplastisches Harz wie etwa Polybutylenterephthalat eingesetzt werden. Während beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispielen jeweils zwei Kondensatoren zu einer Einheit zusammengefaßt sind, ist es auch möglich, in entsprechender Weise einen einzigen Durchführungskondensator herzustellen.

Claims

1. Durchführungskondensator mit wenigstens einer Durchführungsklemme (31, 32), wenigstens einer die Durchführungsklemme oder -klemmen umge benden äußeren Elektrode (33, 34; 52, 53) und einem zwischen der Durch führungsklemme und der äußeren Elektrode eingefügten Dielektrikum (35), dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Dielektrikums durch eine mehrkomponentige dielektrische Schicht gebildet wird, die aus einer ein Harzmaterial und ein dielektrisches Pulver enthaltenden Material mischung besteht.

2. Durchführungskondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführungsklemme (31, 32) und die äußere Elektrode (33, 34; 52, 53) im Einsatz-Gießverfahren in die mehrkomponentige dielektrische Schicht eingegossen sind.

3. Durchführungskondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die äußere Elektrode (52, 53) so in das mehrkomponentige dielektrische Material eingebettet ist, daß sie auch an ihrem äußeren Umfang von dem dielektrischen Material umgeben ist.

4. Durchführungskondensator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Durchführungsklemmen (31, 32) in einer gemeinsamen äußeren Elektrode (52) angeordnet sind.

5. Durchführungskondensator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrode (33, 34; 52, 53) durch ein rohrförmiges Teil aus leitendem Material gebildet wird.

6. Durchführungskondensator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführungsklemme (31, 32) mit Aus nahme der Endbereiche derselben, die äußere Elektrode (33, 34) und die mehrkomponentige dielektrische Schicht (35) in einem Gehäuse (37, 38) enthalten sind, das mit einem isolierenden Harzmaterial (43) ausgefüllt ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Durchführungskondensators gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- Bereitstellen wenigstens einer Durchführungsklemme (31, 32) und einer äußeren Elektrode (33, 34; 52, 53), die derart bemessen ist, daß die Durch führungsklemme durch das Innere derselben hindurchgeführt werden kann;
- Positionieren der Durchführungsklemme in der äußeren Elektrode derart, daß die Durchführungsklemme nicht mit der äußeren Elektrode in Berührung steht, und
- Eingeben einer ein Harzmaterial und dielektrisches Pulver enthaltenden Materialmischung im flüssigen Zustand in den Zwischenraum zwischen der äußeren Elektrode und der Durchführungsklemme und Aushärtenlassen der Materialmischung zu einer mehrkomponentigen dielektrischen Schicht (35).

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Einfüllen und Aushärtenlassen der Materialmischung im Einsatz-Gießverfahren erfolgt.