DE4223568C1 - Verfahren zum Herstellen einer eine Al-Zn-Schicht aufweisenden Folienbahn, Vorrichtung zu seiner Durchführung und Folienbahn - Google Patents
Verfahren zum Herstellen einer eine Al-Zn-Schicht aufweisenden Folienbahn, Vorrichtung zu seiner Durchführung und FolienbahnInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen
einer eine Al-Zn-Schicht aufweisenden Folienbahn
mit einem druckdicht verschließbaren Gehäuse, in
dem ein Wickelsystem zur Aufnahme und Weiterbewegung
einer Folienbahn insbesondere für Kondensatoren vorgesehen
ist, sowie einer im Gehäuse vorgesehenen ersten
und zweiten Verdampfungsquelle für das zu verdampfende
Mittel.
Es ist allgemein bekannt, Al-Zn-Mischschichten auf Papier
und Kunststoffolien bzw. auf Folien für Kondensatoren
durch Aufdampfen von Aluminium und Zink aufzubringen.
Hierzu läuft ein bewegtes, bandförmiges Substrat
in einer Folienbeschichtungskammer, und zwar derart,
daß Entgasung und Beschichtung unabhängig voneinander
ablaufen und daß für beide Zwecke separate Vakuumpumpstände
verwendet werden. Bei der Herstellung
einer Mischschicht wird das Substrat über eine gekühlte
Walze geführt und dabei nacheinander einer Atmosphäre
von Al-Dampf und Zn-Dampf bzw. Zn-Dampf und Al-Dampf
ausgesetzt. Die Verdampfung von Zn und Al erfolgt aus
getrennten Verdampferquellen. Den wichtigsten Bestandteil
bzw. die Hauptkomponente dieser Mischschicht
stellt Zn dar. Derart hergestellte Schichten korrodieren
sehr schnell beim Kontakt mit Sauerstoff, so daß
die Folien nach längerer Lagerzeit ihre günstigen
Eigenschaften verlieren; selbst wenn sie bereits in
Kondensatoren verarbeitet worden sind, kann sich die
Dielektrizitätskonstante sowie der Verlustwinkel nachteilig
verändern.
Ferner ist ein Verfahren (PCT WO 88/0098) zum
Herstellen einer eine Silber-Kupfer-Schicht
aufweisenden Folienbahn mit einem druckdicht
verschließbaren Gehäuse bekannt, in dem ein
Wickelsystem zur Aufnahme und Weiterbewegung der
Folienbahn für Kondensatoren vorgesehen ist. Hierzu
sind in einem Gehäuse Verdampfungsquellen für das zu
verdampfende Mittel vorgesehen.
Ferner ist nach einem weiteren Verfahren bekannt (De 26
41 232 A1), eine Dünnschichtkombination herzustellen,
wozu während des Transports zur Substratoberfläche
Aluminiumatome mit vorhandenem Restsauerstoff oder
Restwasser reagieren, so daß Aluminiumoxyd gebildet
wird.
Demgemäß besteht die Erfindungsaufgabe darin, Folien,
insbesondere Folien für Kondensatoren, derart herzustellen,
daß sie weniger korrosionsanfällig sind und
auch nach längerer Lagerzeit ihre ursprünglichen
Eigenschaften beibehalten. Bei den bekannten Verfahren
läßt sich dadurch das Korrosionsverhalten nicht
verbessern. Keine der bekannten Verfahren gibt hierzu
einen Hinweis.
Die Erfindung löst die Probleme dadurch, daß auf die
Folienbahn Aluminium und Zink aufgedampft und gleichzeitig
gezielt dosiert Sauerstoff zugegeben wird.
Hierdurch wird durch die Hinzufügung des Reaktivgases
bei der Herstellung einer einzigen Schicht auf einfache
Weise das Langzeitverhalten der metallbeschichteten
Folie wesentlich verbessert und eine Korrosion der
Folie nach ihrer Metallisierung fast vollständig
ausgeschlossen bzw. auf ein Minimum reduziert, so daß
ein Kondensator mit einem derart hergestellten
Folienmaterial auch nach seiner Fertigstellung nicht
mehr seine dielektrischen Eigenschaften verändert. Eine
Korrosion wird auch dann ausgeschlossen, wenn die
metallisierte Folie aus dem Vakuum herauskommt und mit
Sauerstoff in Kontakt tritt. Dies wird auf einfache
Weise dadurch erreicht, daß beim Metallisierungsprozeß
Sauerstoff dosiert in die Mischschicht eingebaut wird.
Hierdurch ist es auch möglich, Kondensatoren immer
kleiner herzustellen und die Fertigungstolerenzen der
Kondensatoren nach unten zu verringern. Um heute Kondensatoren
kostengünstig herstellen zu können, sind
Überprüfungen auf Durchschläge der Kondensatoren auf
ein Minimum zu reduzieren. Deshalb werden sie mit einem
besonderen Kleber auf Platinen aufgebracht. Zweck der
Erfindung ist daher unter anderem auch, Platinen für
Kondensatoren zu entwickeln, die nicht mehr justiert
werden müssen. Daraus ergeben sich auch sehr enge Fertigungstoleranzen
für die einzelnen Komponenten. Ferner
kann nunmehr die Kapazität, z. B. der Verlustwinkel und
die Dielektrizitätskonstante der Kondensatoren, zu Beginn
der Herstellung wesentlich genauer definiert bzw.
bestimmt werden als bisher.
Nach Beendigung der Herstellung der Folie für einen
Kondensator ist diese weiterhin dem Sauerstoff ausgesetzt
und kann durch die erfindungsgemäße Schichtbehandlung
nicht mehr korrodieren, so daß die dielektrischen
Eigenschaften der Folie unverändert bleiben.
Ein so hergestellter und gekapselter Kondensator verändert
daher seine Eigenschaft bzw. seine Kapazität auch
nach einer längeren Lagerzeit nicht, so daß eine mit
derart hergestellten Kondensatoren bestückte Platine
ihre vorgegebene Aufgabe voll erfüllen kann.
Hierzu ist es vorteilhaft, daß der Anteil von Al bei
der Herstellung von der Al-Zn-Mischschicht bzw. beim
Aufdampfprozeß zwischen 0,5 und 20 Gew.-% groß
ist und der Oxydationsgrad des eingelassenen Sauerstoffs
zwischen 1 und 25% groß ist.
Ferner ist es vorteilhaft, daß die Beschichtungswalze
im Uhrzeiger- oder entgegengesetzt zum Uhrzeigerdrehsinn
derart angetrieben wird, daß entweder zuerst Al
oder Zn und dann die zweite Schicht Zn oder Al auf die
Folienbahn aufgedampft wird, wobei Sauerstoff während
des Aufdampfprozesses von Zn und/oder von Al zugegeben
wird.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung
und Anordnung ist es von Vorteil, daß die Aufdampfmenge
(nm/s) von Zn größer ist als die Aufdampfmenge
(nm/s) von Al.
Vorteilhaft ist es ferner, daß die Dicke der elektrisch
leitenden Schicht der Folie, der beim Beschichtungsvorgang
Sauerstoff zugegeben wurde, zwischen 30 nm und
50 nm groß ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in
den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert
und in den Figuren dargestellt, wobei bemerkt wird, daß
alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von Einzelmerkmalen
erfindungswesentlich sind. Es zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Bandbeschichtungsanlage
mit einem Wickelverfahren
und zahlreichen Umlenkrollen für die
Folienbahn im Schnitt,
Fig. 2 eine nach dem Verfahren hergestellte
Mischschicht.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Herstellen der eine Al-Zn-Schicht aufweisenden Folienbahn
40 dargestellt, zu der das druckdicht verschließbare
Gehäuse gehört, in dem ein Wickelsystem 29 zur
Aufnahme und Weiterbewegung der Folienbahn 40 insbesondere
für Kondensatoren vorgesehen ist.
Das Gehäuse der Bandbeschichtungsanlage 1 besteht im
wesentlichen aus zwischen zwei Seitenteilen 2, 4 gelagerten
Umlenk-, Streck- und Spannrollen 7 bis 13 und
einer gekühlten Beschichtungswalze 18. Ferner weist die
Bandbeschichtungsanlage 1 eine Abwickel- bzw. Substratrolle
37, eine Aufwickel- bzw. Substratrolle 35,
eine Beschichtungskammer 28, eine erste Verdampfungsquelle
19 für Al und eine zweite Verdampfungsquelle 20
für Zn mit je einem Verdampfer 21, 21′ auf. Der Verdampfer
21 für Al kann als Verdampferschiffchen ausgebildet
sein, während der Verdampfer 21′ für Zn eine besonders
ausgestaltete Düse aufweisen kann. Eine Wickeleinrichtung
29 ist in einer oberen Kammerhälfte 26 vorgesehen.
Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Verfahren sind die
Walzen 7 bis 13 zum Transport und zur Führung der Folienbahn
40 so angeordnet, daß die Partie der Folienbahn
40, die sich unmittelbar vor der Beschichtungswalze
18 befindet, in einem steilen Winkel, d. h. nahezu
lotrecht von Walzen 7 bis 9 aus nach unten läuft.
Es ist auch möglich, diese Partie der Folienbahn 40 anders
zu führen; beispielsweise kann sie in einer etwa
horizontalen Ebene ablaufen. Die Folienbahn 40 bewegt
sich gemäß Pfeil 39 an den Verdampfungsquellen 19, 20
vorbei.
Die nach einem PVD-Verfahren (Physikalisches Aufdampfen
und Aufstäuben) aufgebrachten Aluminiumschichten haben
eine gute elektrische Leitfähigkeit, ein großes Reflexionsvermögen
und eine gute Haftfähigkeit. Da Aluminium
außerdem kostengünstig ist, kann es leicht in großen
Mengen zur Verfügung gestellt werden, und der Al-Draht
läßt sich im Verdampfer 21 bei kleinen Temperaturen
verdampfen. Aluminium wird von durch direkten Stromdurchgang
beheizten, quaderförmigen Verdampfungsquellen
19 gemäß Zeichnung verdampft.
Wegen der Schichtdicken-Gleichmäßigkeit können über die
gesamte Folienbreite mehrere Verdampfungsquellen nebeneinander
angeordnet werden. Der Abstand zwischen zwei
benachbarten Quellen beträgt in etwa 100 mm. Im Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 1 ist die Verdampfungsquelle
19 bzw. der Verdampfer 21 für Al und mit Abstand
dazu die Verdampfungsquelle 20 bzw. der Verdampfer 21′
für Zn vorgesehen; zwischen den Verdampfungsquellen
19, 20 ist eine Trennwand 22 vorgesehen.
In Vorschubgeschwindigkeit wird die gewünschte Schichtdicke
durch entsprechende Abstimmung von Bandgeschwindigkeit
und Abdampfmenge pro Zeiteinheit eingestellt.
Jede Verdampfungsquelle besitzt eine eigene Versorgung,
wobei Abweichungen im elektrischen Verhalten der einzelnen
Verdampfer ausgeglichen werden. Das Verdampfungsmaterial
wird den einzelnen Quellen mit gleicher
Vorschubgeschwindigkeit zugeführt.
Fig. 1 zeigt lediglich den schematischen Aufbau der aus
einer unteren und oberen Kammer 25, 26 gebildeten Beschichtungskammer
28 der Bandbeschichtungsanlage bzw.
der Wickeleinrichtung 29.
Auf die Folienbahn 40 wird zur besseren Kondensation
von Zn auf der Folienbahn 40 zuerst Cu oder Ag
aufgedampft, dann Zink und anschließend Aluminium.
Gleichzeitig wird gezielt dosiert Sauerstoff zugegeben.
Die Dosierung des Sauerstoffs kann über eine Steuer-
oder auch Regeleinrichtung erfolgen, die über einen Geber
die Aufdampfungsmenge an den Verdampfungsquellen
19, 20 erfaßt und die ermittelte Regelgröße an eine
Auswerteeinheit weiterleitet.
Der Vorteil der in der Beschichtungskammer 28 hergestellten
Kondensator-Folien 40 besteht darin, daß sie
u. a. einen sogenannten Selbstheilungseffekt aufweisen.
Schließlich ist in manchen Anwendungsfällen eine Unzerstörbarkeit
des Kondensators sehr wichtig, d. h. an
Schadstellen bilden sich Oxydationsschichten, durch die
der Kurzschluß von selbst beseitigt wird. Bei einem
auftretenden Kurzschluß (d. h. Energiezufuhr) verdampft
an dieser Stelle die Metallschicht, und die Isolation
des Kondensators wird wiederhergestellt.
Über ein Gaseinlaßsystem 14 wird in den Dampfraum 17
der Al-Verdampfungsquelle 19 Sauerstoff eingelassen.
Hierdurch entsteht in vorteilhafter Weise ein Gemisch
aus Al+Al₂O₃. Der Oxydationsgrad des Al durch Zugabe
von Sauerstoff liegt zwischen 1 und 25%. Durch den
Einbau von Al₂O₃ in die Al-Zn-Mischschicht wird die
Korrosionsbeständigkeit der Schicht gegenüber Wasserdampf
wesentlich verbessert.
Die Dicke der elektrisch leitenden Schicht liegt zwischen
1 und 2 nm. Bei Aluminium entspricht das einer
Schichtdicke von etwa 30 bis 50 nm.
Der Al-Anteil kann zwischen 0,5 und 20% der Gesamtschicht
ausmachen. Durch die Regelung der Al- und/oder
Zn-Abdampfrate, die dann als Funktion der Gesamtschicht
eingestellt wird, kann die Schichtzusammensetzung konstant
gehalten werden.
Anschließende Korrosionstests der Al-Zn-Mischschicht
haben sehr gute Ergebnisse erzielt. Zur Kontrolle der
Korrosionsbeständigkeit wurden Proben in einem Klimaschrank
unter einer Temperatur von 40°C, einer
relativen Feuchte von 92% bei einer Zeitdauer von acht
bis sechzehn Stunden eingegeben. Die Proben waren auf
einem Rahmen aufgespannt, so daß beim Einschleusen der
Proben in dem Klimaschrank kein Wasser auf der
Folienoberfläche kondensieren konnte. Der Aufheizvorgang
erfolgte bei einer Temperatur von 30°C ohne zusätzliche
Befeuchtung. Anschließend wurden die beschriebenen
Prozeßparameter eingestellt. Die Einfahrzeit
betrug ca. dreißig Minuten. Durch das gleichzeitige
Hochfahren bzw. Einstellen der Testkammer und der
Proben auf die erforderlichen Prozeßparameter konnte
Kondensation beim Einschleusvorgang der Proben in die
Kammer vermieden werden. Nach Abschluß des Korrosionstests
wurde die Korrosionsbeständigkeit überprüft und
festgestellt, daß keine Korrosion an der Metallschicht
aufgetreten war.
Die Messung des Flächenwiderstands der Probe vor und
nach der Lagerung im Klimaschrank erfolgte über eine
Vierpunktmessung. Die Untersuchung der Probe durch
Augenscheinnahme ergab keine sichtbaren Löcher bzw.
Öffnungen (Pinholes). Die Verbesserung des Korrosionswiderstands
führt dadurch zu einer wesentlichen Verbesserung
des Flächenwiderstands.
Die Testergebnisse zeigen also eindeutig, daß durch
entsprechend dosierte bzw. geregelte Sauerstoffzufuhr
im Dampfraum des Al- und/oder Zn-Verdampfers eine wesentliche
Verbesserung der Korrosionseigenschaften der
Folie und günstige Beeinflussung des Flächenwiderstands
auf sehr kostengünstige Weise erreicht wurde. Durch das
erfindungsgemäße Verfahren liegt die Oxydationsrate
zwischen 5 und 50%.
Bezugszeichenliste
1 Bandbeschichtungsanlage
2 Seitenteil
4 Seitenteil
7 Umlenk-, Streck- und Spannrolle
8 Umlenk-, Streck- und Spannrolle
9 Umlenk-, Streck- und Spannrolle
14 Einlaßsystem für Sauerstoff
17 Dampfraum
18 Beschichtungswalze
19 Verdampfungsquelle Al; Al-Verdampfer
20 Verdampfungsquelle Zn; Zn-Verdampfer
21, 21′ Verdampfer
22 Trennwand
25 untere Kammerhälfte
26 obere Kammerhälfte
28 Beschichtungskammer
29 Wickeleinrichtung, Wickelsystem
35 Aufwickelrolle bzw. Substratrolle
37 Abwickelrolle bzw. Substratrolle
39 Pfeil
40 Folienbahn
2 Seitenteil
4 Seitenteil
7 Umlenk-, Streck- und Spannrolle
8 Umlenk-, Streck- und Spannrolle
9 Umlenk-, Streck- und Spannrolle
14 Einlaßsystem für Sauerstoff
17 Dampfraum
18 Beschichtungswalze
19 Verdampfungsquelle Al; Al-Verdampfer
20 Verdampfungsquelle Zn; Zn-Verdampfer
21, 21′ Verdampfer
22 Trennwand
25 untere Kammerhälfte
26 obere Kammerhälfte
28 Beschichtungskammer
29 Wickeleinrichtung, Wickelsystem
35 Aufwickelrolle bzw. Substratrolle
37 Abwickelrolle bzw. Substratrolle
39 Pfeil
40 Folienbahn
Claims (16)
1. Verfahren zum Herstellen einer eine Al-Zn-Schicht
aufweisenden Folienbahn (40) mit einem druckdicht
verschließbaren Gehäuse, in dem ein Wickelsystem
(29) zur Aufnahme und Weiterbewegung der
Folienbahn (40) insbesondere für Kondensatoren
vorgesehen ist, sowie einer im Gehäuse vorgesehenen
ersten und zweiten Verdampfungsquelle
(19, 20) für das zu verdampfende Mittel,
dadurch gekennzeichnet, daß auf die Folienbahn
(40) Aluminium und Zink aufgedampft und
gleichzeitig gezielt dosiert Sauerstoff zugegeben
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Anteil von Al bei der Herstellung
von der Al-Zn-Mischschicht bzw. beim Aufdampfprozeß
zwischen 0,5 und 20 Gew.-% groß
ist und der Oxydationsgrad des eingelassenen
Sauerstoffs zwischen 1 und 25% groß ist.
3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Beschichtungswalze (18) im Uhrzeiger- oder
entgegengesetzt zum Uhrzeigerdrehsinn derart angetrieben
wird, daß entweder zuerst Al oder Zn
und dann die zweite Schicht Zn oder Al auf die
Folienbahn (40) aufgedampft wird, wobei Sauerstoff
während des Aufdampfprozesses von Zn
und/oder von Al zugegeben wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Aufdampfmenge (nm/s) von Zn größer ist als
die Aufdampfmenge (nm/s) von Al.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dicke der elektrisch leitenden Schicht der
Folie (40), der beim Beschichtungsvorgang Sauerstoff
zugegeben wurde, zwischen 30 nm und 50 nm
groß ist.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
beim Aufdampfvorgang die Bandgeschwindigkeit der
Folie (40) zwischen 1 und 10 m/sec eingestellt
wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die bedampfte Folienbahn (40) nur teilweise beschichtet
ist bzw. unbedampfte Streifen aufweist.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die unbedampften Teile der Folienbahn mittels
einer Band- oder Ölmarkierung erzeugt werden.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die auf die Folienbahn (40) aufzudampfende
Schicht oder Schichten in Streifen auf die
Folienbahn (40) aufgedampft werden, wobei die
Streifen in der Mitte eine größere Dicke
aufweisen als an den Rändern der aufgedampften
Streifen.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die dickeren Streifen mittels eines
Düsensystems des Zn-Verdampfers (20) aufgebracht
werden.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste auf der Folie (40) aufgedampfte Schicht
aus einer Zn-Schicht und die zweite Schicht aus
einer Al+Al₂O₃-Schicht besteht, wobei zur
Vorkeimung des Substrats bzw. der Folie (40) Ag
oder Cu auf der Oberfläche des Substrats
aufgedampft wird.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
im Bereich der ersten Verdampfungsquelle (19) ein
Einlaßsystem (14) für Sauerstoff vorgesehen ist,
das über ein Stellglied in Abhängigkeit zur
Verdampfermenge steuerbar ist, und daß die erste
Verdampfungsquelle (19) sowie das
Einlaßsystem (14) durch eine Trennwand (22) von
der zweiten Verdampfungsquelle (20) abgeschirmt
ist.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Al-Verdampfer (19) und dem Zn-
Verdampfer (20) eine Trennwand (22) vorgesehen
ist.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, daß die erste
Verdampfungsquelle (19) für Al zwischen dem Einlaßsystem
(14) für Sauerstoff und der Trennwand
(22) vorgesehen ist.
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Einlaßsystem (14) für Sauerstoff im Bereich
der ersten und/oder der zweiten Verdampfungsquelle
(19, 20) für Al und/oder Zn vorgesehen
ist.
16. Folienbahn gemäß dem Verfahren nach einem oder
mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die auf der Folie (40)
aufgedampfte Mischschicht aus einer Zn-Schicht
und einer zweiten Al+Al₂O₃-Schicht besteht, wobei
der Al-Anteil zwischen 0,5 und 20 Gew.-% liegt.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19924223568 DE4223568C1 (de) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | Verfahren zum Herstellen einer eine Al-Zn-Schicht aufweisenden Folienbahn, Vorrichtung zu seiner Durchführung und Folienbahn |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19924223568 DE4223568C1 (de) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | Verfahren zum Herstellen einer eine Al-Zn-Schicht aufweisenden Folienbahn, Vorrichtung zu seiner Durchführung und Folienbahn |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4223568C1 true DE4223568C1 (de) | 1993-11-18 |
Family
ID=6463460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19924223568 Expired - Fee Related DE4223568C1 (de) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | Verfahren zum Herstellen einer eine Al-Zn-Schicht aufweisenden Folienbahn, Vorrichtung zu seiner Durchführung und Folienbahn |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4223568C1 (de) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1992
- 1992-07-17 DE DE19924223568 patent/DE4223568C1/de not_active Expired - Fee Related
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