DE7435300U

DE7435300U - ELECTRIC CAPACITOR WITH HIGH SPECIFIC CAPACITY

Info

Publication number: DE7435300U
Application number: DE7435300U
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-10-23
Filing date: 1974-10-23
Publication date: 1977-06-08

Description

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Anlage zur Patent- und Gebrauchsmus ter-Hilf.sanmeldungAnnex to the patent and utility model aid application

ROBERT BOSCHGMBH 7000 Stuttgart ROBERT BOSCHGMBH 7000 Stuttgart

Elektrischer Kondensator mit hohar spezifischer KapazitätElectrical capacitor with a high specific capacity

Die Erfindung betrifft einen Wickel- oder Stapelkondensator aus versetzt gewickelten, metallisierten Dielektrikumsbändern mit an beiden Stirnseiten aufgebrachten metallischen Kontaktbrücken.The invention relates to a wound or stacked capacitor made of staggered wound, metallized Dielectric strips with metallic contact bridges applied to both ends.

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Kleinkondensatoren, d.h. Kondensatoren mit Kapazitätswerten von etwa 0,01 μΡ bis zu einigen μΡ für Spannungen von etwa 60 V an aufwärts bestehen meist aus einem flachgedrückten Rundwickel aus metallisierter Kunststoffolie. Der Wickel ist aus zwei ineinander gewickelten Dieiektrikumsbändern hergestellt, die gegeneinander versetzt sind, so da3 das eine Band an der einen Stirnseite, das andere Band an der anderen Stirnseite übersteht und die überstehenden Ränder elektrisch leitend an eine Kontaktbrücke angeschlossen werden können. Zur sicheren Isolation der zurückgesetzten Ränder gegenüber dieser Kontaktbrücke sind üblicherweise metallfreie Isolierränder vorgesehen. Diese Isolierränder werden meist durch Abdeckbänder in der Metallisierungsanlage erzeugt, die auf dem zu metallisierenden, wesentlich breiteren Band eine Reihe von metallfreien Streifen in Bandrichtung freilassen, in deren Mitte jeweils eine Schnittkante der schmalen Bänder gelegt wird. Die übliche Isolierrandbreite ist 1,5 mm; Ränder von 1 mm Breite bedingen bereits einen erheblichen fertigungstechnischen Aufwand. Small capacitors, ie capacitors with capacitance values of around 0.01 μΡ up to a few μΡ for voltages from around 60 V upwards, usually consist of a flattened round roll of metallized plastic film. The winding is made of two dielectric strips wound inside one another, which are offset from one another, so that one strip protrudes at one end and the other at the other end and the protruding edges can be connected to a contact bridge in an electrically conductive manner. Metal-free insulating edges are usually provided to reliably isolate the recessed edges from this contact bridge. These insulating edges are usually created by masking tapes in the metallization system, which leave a number of metal-free strips in the direction of the tape exposed on the much wider tape to be metallized, in the middle of which a cut edge of the narrow tapes is placed. The usual width of the insulating edge is 1.5 mm; Edges 1 mm wide already require a considerable outlay in terms of manufacturing technology.

Durch den gegenseitigen Versatz der Bänder und durch die zusätzlich an jedem Band angeordneten Isolierränder wird die kapazitätsbestimmende effektive Bandbreite wesentlich geringer als es der Breite des Wickels entspricht» Das Verhältnis der effektiven Belagbreite zur Wickelbreite wird um so ungünstiger, je kleiner die Ab-Due to the mutual offset of the bands and the additional insulating edges on each band the effective bandwidth that determines the capacity is much smaller than the width of the roll » The ratio of the effective covering width to the winding width becomes more unfavorable, the smaller the

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messungen des Kondensators sind. Bei Kleinkondensatoren für gedruckte Schaltungen steht häufig nur ein Drittel der Gesamtbreite effektiv zur Kapazitäts-"bildung zur Verfügung.measurements of the capacitor are. With small capacitors for printed circuits, often only a third of the total width is effectively used for capacity formation to disposal.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wickel- oder Stapelkondensator der eingangs· erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß seine auf den Raumbedarf bezogene Speicherkapazität wesentlich erhöht wird. Insbesondere βoll der bei Kleinkondensatoren niedrige Anteil der effektiven Belagbreite an der Kondensatorbreite erhöht werden. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kondensators angegeben werden, das sich durch einfache kostengünstige Durchführbarkeit auszeichnet«It is therefore the object of the present invention to provide a wound or stacked capacitor of the type mentioned at the beginning Kind to the effect that its space-related storage capacity is significant is increased. In particular, that of small capacitors low proportion of the effective lining width in relation to the capacitor width can be increased. Furthermore should a method of manufacturing such a capacitor be specified, which is characterized by simple, cost-effective feasibility «

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäö dadurch gelöst, daß die Dielektrikumsbänder über ihre gesamte Breite metallisiert sind.This object is achieved according to the invention in that the dielectric strips are metallized over their entire width.

Entgegen den bisherigen Regeln der Kondensatorbauweise ist also an den der jeweiligen Anschlußseite gegenüberliegenden Bandrändern kein metallfreier Isolierstreifen vorgesehen, sondern die Bänder werden aus einem über seine volle Breite zusammenhängend metallisierten Band geschnitten. Da man lediglich noch den aus der gegenseitigen Versetzung der Bänder resultierenden Verlust an wirksamer Bandbreite in Kauf zu nehmen hat, ergibt sichContrary to the previous rules of the capacitor construction is therefore on the opposite side of the respective connection No metal-free insulating strips are provided for the edges of the tape, but the tapes are made from an over cut its full width of contiguous metallized tape. Since you only have the mutual Relocation of the bands resulting in a loss of effective bandwidth has to be accepted

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eine wesentliche Kapazitätserhöhung gegenüber den bisher üblichen Kondensatoren_e a significant increase in capacitance compared to the previously common capacitors _e

Bei Versuchen, wo aus einer einseitig mit Aluminium bedampften, etwa 5pm dicken Polyesterfolie zwei etwa 10 mm breite, isolierrandlose Bänder geschnitten und mit ca. 0,7 mm Versatz verwickelt wurden, ergab sich nach dem Ausbrennen von elektrischen Schwachsteilen mittels einem auf 600 V aufgeladenen 5/*^F-Kondensator eine absolute Zuverlässigkeit der Kondensatoren für eine Dauerbetriebespannung von etwa 20 V. Pur Halbleiterschaltungen, bei denen häufig eine hohe spezifische Kapazität bei geringem Platzbedarf im Vordergrund sjbeht, reicht diese Betriebsspannung Völlig aus οIn tests where two approximately 10 mm wide, insulating borderless strips were cut from a polyester film vaporized on one side with aluminum and about 5 μm thick and entangled with an offset of about 0.7 mm, the result was that weak electrical parts were burned out by means of a 600 V charged 5 / * ^F -capacitor an absolute reliability of the capacitors for a continuous operating voltage of about 20 V. Pur semiconductor circuits, in which often a high specific capacitance is in the foreground with little space requirement, this operating voltage is completely sufficient ο

Sollen Kondensatoren mit über die gesamte Breite metallisierten Bändern für eine höhere Betriebsspannung Verwendbar sein» so hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, die einzelnen Dielektrikumsbänder an ihrer einen Stirnseite zu ätzen. Zwei derart geätzte Bänder werden dann derart ineinander gewickelt, daß der geätzte Rand des einen Bandes im Wickel hinter dem ungeätzten Anschlußrand des Gegenbandes liegt. Durch die Ätzung werden Stirnseite vorstehende, "verschmierte¹¹ Schnittkanten und Schneidgrate, die sich beim Schneiden der mehr oder weniger plastischen Kunststofffolie praktisch nicht vermeiden lassen, entfernt undIf capacitors with strips metallized over the entire width are to be usable for a higher operating voltage, it has proven to be particularly useful to etch the individual dielectric strips on one of their faces. Two tapes etched in this way are then wound into one another in such a way that the etched edge of one tape in the coil lies behind the unetched connection edge of the mating tape. ^{The etching removes the "smeared 11"} cut edges and cutting burrs protruding from the end face, which can practically not be avoided when cutting the more or less plastic plastic film, and

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somit die Ursache elektrischer Überschläge beseitigt. Es kommt also nicht darauf an, am Bandrand einenen metallfreien Isolierstreifen zu erzeugen. Es sollen lediglich vorstehende Schneidkanten und Grate entschärft werden. Die Ätztiefe ist dabei so gering, daß mit bloßem Auge keine metallfrei gewordenen Randzonen zu erkennen sind. Sie liegt in der Größenordnung von mehreren Hundertstel Millimetern.thus eliminating the cause of electrical flashovers. So it is not a question of joining at the edge of the tape to produce metal-free insulating strips. Only protruding cutting edges and burrs should be used be defused. The etching depth is so small that no metal-free edge zones can be seen with the naked eye can be recognized. It is on the order of several hundredths of a millimeter.

Das Ätzen der Schnittkanten kann auf verschiedene Weise erfolgen: Mit und ohne Anwendung von elektrischem Strom, mit Säuren, Laugen oder Salzen bzw. deren Lösungen in Y/asser oder anderen Flüssigkeiten^ Auch gasförmige Ätzmittel können in Sonderfällen angewandt werden, beispielsweise Halogen-7/asserstoffe zusammen mit katalytisch wirkenden Spuren von Wasser. Dabei wird grundsätzlich so vorgegangen, daß die Dielektrikumsbänder zunächst einzeln aufgewickelt,sodann mit ihrer einen Stirnseite in ein Ätzmittel gebracht und schließlich paarweise derart zusammengewickelt werden, daß die geätzten Ränder der beiden Bänder an gegenüberliegende Stirnseiten des entstehenden Wickels zu liegen kommen.The etching of the cut edges can be done in different ways: With and without the use of electrical Electricity, with acids, alkalis or salts or their solutions in water or other liquids ^ Gaseous etchants can also be used in special cases, for example halogen-7 / hydrogen together with catalytically active traces of water. The basic procedure is that the dielectric strips first wound up individually, then brought into an etchant with one of its faces and finally wound together in pairs so that the etched edges of the two Tapes come to rest on opposite ends of the resulting roll.

Bei den vorzugsweise verwendeten Zink- und Aluminiumschichten kommt hauptsächlich eine Ätzung mit Säuren in Betracht, doch können je nach dem verwendeten Kunststoffmaterial für das Trägerband auch Laugen and saure oder alkalische Salze verwendet werden. Bei Ätzung ohne Elektrolyse hat/sich als besonders zweck-The zinc and aluminum layers that are preferably used are mainly etched with acids into consideration, but depending on the plastic material used for the carrier tape, alkalis and acidic or alkaline salts can be used. In the case of etching without electrolysis, it has / has proven to be particularly useful

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mäßig erwiesen, daß die einzeln aufgewickelten Bänder etwa vier Sekunden lang in ca zehnprozentige Flußsäure getaucht werden. Durch das niedrige Atomgewicht von Fluor ergibt sich eine hohe Beweglichkeit und Eindringtiefe der Fluorionen bei relativ geringer Wirkzeit. Außerdem sind die entstehenden Verbindungen AlF^und ZnF₃ nicht hygroskopisch, was einen großen Vorteil gegenüber wasser/feiehenden und deshalb leitfähig werdenden Zink- und Aluminiumsalzen, beispielsweise ZnCL« und AlCl, ^vedeutet. moderately proven that the individually wound tapes are immersed in about ten percent hydrofluoric acid for about four seconds. The low atomic weight of fluorine results in a high mobility and penetration depth of the fluorine ions with a relatively short effective time. Moreover, the compounds AlF ^ and ZnF ₃ formed are not hygroscopic, which feiehenden a big advantage over water / conductive and therefore becoming zinc and aluminum salts, such as ZnCl "and AlCl, ^v edeutet.

Die Ätzung mit Flußsäure erfolgt in der V/eise, daß die Rollen aus dem über die ganze Breite mit Metall bedampften Kunststoifilm mit einer Stirnseite in die Säurelösung eingetaucht werden. Die Reaktion der Flußsäure mit der Schnittkante des aufgedampften Metallbelages setzt sofort stürmisch ein. Die Ätztiefe ist abhängig von Metallart, Flußsäurekonzentration, Temperatur, Eintauchdauer und Rollenfestigkeit. Wenn beispielsweise die Flußsäure etwa zehnprozentig und das aufgedampfte Metall Aluminium ist, so sind bei Raumtemperatur nach etwa fünf Sekunden Eintauchdauer bereits einige Hundertstel Millimeter Metall weggeätzt. Mit diesem Verfahren ist es jedoch auch möglich, bis ca 1 mm breite Ränder herzustellen; aus wirtschafliehen Gründen wird man sich jedoch auf eine Randbreite von einigen Hundertstel Millimeter beschränken, die für die meisten Anwendungen völlig genügt.The etching with hydrofluoric acid takes place in such a way that the rollers are vaporized with metal over the entire width Plastic film with one face in the acid solution be immersed. The reaction of the hydrofluoric acid with the cut edge of the vapor-deposited metal coating starts immediately stormy one. The etching depth depends on the type of metal, hydrofluoric acid concentration, temperature, immersion time and roller strength. For example, if the hydrofluoric acid is about ten percent and the vapor deposited metal is aluminum, so are At room temperature, a few hundredths of a millimeter of metal have already been etched away after about five seconds of immersion. With With this method, however, it is also possible to produce margins up to approx. 1 mm wide; for economic reasons However, you limit yourself to an edge width of a few hundredths of a millimeter, which is completely for most applications enough.

Die Rollen werden anschließend mit destiliertem Wasser abgespült und dreimal je fünfzehn Minuten lang in frischem destilliertem Wasser gewaschen. Abschließend werden die Rollen bei Raumtemperaturetwa sechzehn Stunden im Vakuum getrocknet. Durch gleichzeitiges Erwärmen während der Trocknung im Unterdruck kann die Trockenzeit wesentlich herabgesetzt werden.The rolls are then rinsed with distilled water and washed three times in fresh distilled water for fifteen minutes each time. Finally, the roles dried in vacuo at room temperature for about sixteen hours. By heating at the same time during drying The drying time can be reduced significantly in the negative pressure.

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Nach, dem angegebenen Verfahren geätzte 5 p. in dicke Polyesterfolie mit einer Breite von etwa 10 mm wurde zu Kondensatoren verarbeitet. Diese konnten wie solche aus Folien mit metallfreiem Isolierstreifen der klassischen Art auf eine Nennspannung von etwa 200 V ausgebrannt werden. Die Werte für tan ί und der Reihenwiderstand lagen zumeist etwas niedriger als bei Kondensatoren der bisherigen BauarteAfter, the procedure given, etched 5 p. capacitors were processed in thick polyester film with a width of about 10 mm. Like those made of foils with metal-free insulating strips of the classic type, these could be burned out to a nominal voltage of around 200 V. The values for tan ί and the series resistance were mostly slightly lower than for capacitors of the previous type

Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung anhand von Zeichnungen? darin zeigtThe following is a description of an embodiment of the invention with reference to drawings? in this shows

Pig. 1 einen herkömmlichen Wickelkondensator,Pig. 1 a conventional wound capacitor,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Wickelkondensat or ο2 shows a wound condensate according to the invention or ο

Beide Kondensatoren bestehen aus zwei einseitig metallisierten Kunststoffbändern 1 und 2, die seitlich gegeneinander verschoben, ~inextisfid~er~gewickelt sind. An den überstehenden Rändern sitzt jeweils eine Kontaktbrücke 3 ο Both capacitors consist of two plastic strips 1 and 2, metallized on one side, which are laterally displaced against each other and are wound ~ inextisfid ~ er ~. There is a contact bridge 3 ο on each of the protruding edges

Der. herkömmliche Kondensator gemäß Fi^. 1 besteht aus Bändern, die an ihrer dem Anschlußrand abgewandten Kante jeweils einen metallfreien Isolierstreifen aufweisen. Da die Arbeitsflache des Kondensators auf den Bereich beschränkt ist, in dem sich die metallisierten Zonen gegenseitig überdecken, ist die effektive Bandbreite b erheblich geringer als die tatsächliche Wickelbreite b™.Of the. conventional capacitor according to Fi ^. 1 exists made of tapes which each have a metal-free insulating strip on their edge facing away from the connection edge. Since the working surface of the capacitor is on the The area in which the metallized zones overlap is the effective bandwidth b considerably less than the actual winding width b ™.

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Demgegenüber wird bei dem e rf indungegemäßen kondensator gemäß Pig. 2 auf die Isolierränder verzichtet, so daß sich ein wesentlich günstigeres Verhältnis von effektiver Bandbreite b_ezu tatsächlicher Wickelbreite b_w ergibt.In contrast, the inventive capacitor according to Pig. 2 dispensed with the insulating edges, so that there is a much more favorable ratio of effective bandwidth b _e to actual winding width b _w .

Selbstverständlich können Kondensatoren des vorgeschlagenen Aufbaues und die nach dem vorbeschriebenen Verfahren hergestellten Bänder aus jedem für sogenannte trockene Kondensatoren geeigneten Kunststoff- sein, also beispielsweise aus Polycerbonat Polypropylen, Polysulfon, Polytetrafluoräthylen oder Polytrifluorch? -^räthylen.Of course, capacitors of the proposed structure and those according to the above-described Process-made tapes from any plastic material suitable for so-called dry capacitors, So for example made of polycarbonate, polypropylene, polysulfone, polytetrafluoroethylene or polytrifluorch? - ^ räthylen.

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Claims

■ I I I 1 Il utility model registration G 74 35 300 · 7 R 2403 Robert Bosch GmbH, Stuttgart 8.3.1977 Rs / Hm New claims

1. Winding or stacking capacitor made of offset wound, Dielectric strips metallized on one side over their entire width with metallic strips applied to both ends Contact bridges, characterized in that the individual dielectric strips on one end face are etched.

2. Capacitor according to claim 1, characterized in that the etching depth is several hundredths of a millimeter