DE908218C

DE908218C - Process for improving the sharpness of the edges of metal coatings for capacitors

Info

Publication number: DE908218C
Application number: DEB13952A
Authority: DE
Inventors: Dr Kurt Baithel; Dr Theodor Baum
Original assignee: THEODOR BAUM DR
Current assignee: THEODOR BAUM DR
Priority date: 1951-02-28
Filing date: 1951-02-28
Publication date: 1954-04-01

Description

Verfahren zur Verbesserung der Randschärfe von Metallbelägen für Kondensatoren Es ist bekannt, Isolierstoffbänder iin Vakuum mit Metall zu bedampfen und mit diesen mit Metall belegten Isolierstoffbändern Kondensatoren herzustellen. Man bedient sich hierbei verschiedener Methoden, um den Rand dieser Bänder von der Metallbelegung frei zu halten und so eine seitliche Begrenzung der Metallbelegungen zu erreichen. Die bekannteste Methode besteht darin, den Rand durch Schablonen abzudecken, «-elche nur die Teile des Bandes frei lassen, die bedampft werden sollen. Es zeigt sich nun, daß der Rand des auf der Isolierstoffolie so hergestellten Metallbelages nicht immer scharf ausgebildet ist, und zwar besonders dann, wenn der die Begrenzung des Belages hervorrufende Schablonenrand auf dem Isolierstoff nicht dicht aufliegt, wie dies z. B. schon durch Ungleichmäßigkeiten in der Materialdicke des Dielektrikums bedingt sein kann. Die Unschärfe besteht darin, das die Belagdicke in einer mehr oder weniger breiten Randzone abfällt.Process for improving the edge sharpness of metal coatings for capacitors It is known to vaporize insulating strips in a vacuum with metal and with them to produce capacitors with metal-covered insulating strips. One serves different methods of removing the edge of these bands from the metal coating to be kept free and thus to achieve a lateral delimitation of the metal coverings. The best known method is to cover the edge with stencils, «-elche only leave the parts of the tape free that are to be steamed. It appears now that the edge of the metal covering so produced on the insulating film is not is always sharply developed, especially when the limitation of the The stencil edge causing the deposit does not lie tightly on the insulating material, how this z. B. by irregularities in the material thickness of the dielectric can be conditional. The blurring consists in the fact that the lining thickness is more or less wide edge zone slopes.

Der Widerstand einer dünnen Metallschicht, der an sich umgekehrt proportional ihrer Dicke ist, steigt stark an, wenn die Schicht so dünn wird, daß die einzelnen Schichtteilchen nicht völlig miteinander verwachsen, sondern gegenseitig mehr oder weniger stark voneinander abgegrenzt sind. Diese nunmehr stark in Erscheinung tretenden Korngrenzen verleihen der dünnen Metallschicht den Charakter eines elektrischen Widerstandes mit Halbleitereigenschaft, d. h. die Widerstände können sehr hochohmig und außerdem stark spannungs-und temperaturabhängig werden. Untersuchungen haben nun gezeigt, daß die elektrischen Widerstände der Randzonen störend in Erscheinung treten, wenn man Kunststoffe bedampft, die, wie z. B. Polystyrolfolien, einen Verlustwinkel tg b - ZG-- 3 aufweisen. Auch bei der Verwendung von plan geschliffenen Schablonen ist es äußerst schwierig und bedarf ganz besonderer Maßnahmen, wenn man einen Wert der Größenordnung tg 8 :!g 1o-4 der bedampften, als Kondensator ausgebildeten Folie erreichen will.The resistance of a thin metal layer, which in itself is inversely proportional its thickness increases sharply when the layer becomes so thin that the individual Layer particles do not grow together completely, but mutually more or are less clearly demarcated from each other. These now appear strongly Grain boundaries give the thin metal layer the character of an electrical one Semiconductor resistor, d. H. the resistors can be very high-resistance and also become strongly voltage and temperature dependent. Investigations to have now shown that the electrical resistances of the edge zones are disturbing in appearance occur when you vaporize plastics that, such. B. polystyrene films, a loss angle tg b - ZG-- 3. Even when using flat ground templates It is extremely difficult and requires very special measures when considering a value of the order of magnitude tg 8:! g 1o-4 of the vapor-deposited film designed as a capacitor want to achieve.

Besonders störend macht sich der Randwiderstand bemerkbar, wenn man bei gleichzeitiger Bedampfung beider Seiten von dünnen Folien der Dicke 5o ,ü und weniger verschieden große, sich gegenüberliegende metallisierte Flächen auf der Vorder- und Rückseite herstellen will.The edge resistance is particularly annoying when you with simultaneous vapor deposition on both sides of thin foils of thickness 5o, ü and fewer opposing metallized surfaces of different sizes on the Want to produce front and back.

Man muß in diesem Fall Schablonen mit unterschiedlich großen Fenstern gegeneinanderlegen und kann folglich die zu bedampfende Folie nicht an allen Stellen zwischen genau aufeinanderpassende Schablonen spannen. Die Randverbreiterung, die an diesen Stellen entsteht, kann besonders hoch sein.In this case you have to use templates with windows of different sizes place against each other and consequently cannot use the film to be steamed at all points stretch between precisely fitting templates. The border extension that arises in these places can be particularly high.

Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren, das gestattet, die störenden Randzonen auf-. gedampfter 2-Ietallbelegungen bei Folien mit kleinen Werten des dielektrischen Verlustwinkels tg ö unwirksam zu machen und damit die guten Eigenschaften der Foli.:n erst nutzbar zu machen.The invention now provides a method that allows the disturbing edge zones on. Damped 2-metal coverings for foils with small values of the dielectric loss angle tg ö ineffective and thus the good properties of the Foli .: to make usable first.

Erfindungsgemäß wird zur Verbesserung der Randschärfe der unter der Randbedeckung entstandene Metallbelag entweder durch Behandlung mit die Metallschicht auflösenden, schwach sauren oder alkalischen Flüssigkeiten, z. B. einer Lösung eines Salzes des tJherzugsmetalls, aufgelöst oder aber durch Niederschlagen des Überzugsmetalls oder eines anderen :Metalls aus einem mit bzw. ohne Verwendung einer äußeren Stromquelle arbeitenden Bad verstärkt. Diese Behandlung dauert in der Regel nur wenige -Minuten.According to the invention to improve the edge sharpness of the Edge covering created metal coating either by treatment with the metal layer Dissolving, weakly acidic or alkaline liquids, e.g. B. a solution of a Salt of the target metal, dissolved or by depositing the coating metal or another: metal from with or without the use of an external power source working bathroom reinforced. This treatment usually only takes a few minutes.

Es ist bereits bekannt, bei aus einem Ausgangskondensator geschnittenen Einzelkondensatoren zur Beseitigung der beim Schneiden entstandenen Überbrückungen der Beläge eine Säure- oder elektrolytische Behandlung vorzunehmen. Während jedoch diese Behandlung der Beseitigung von Kurzschlüssen zwischen den Belägen dient, ist der Zweck des der Erfindung zugrunde liegenden Verfahrens eine Randschärfeverbesserung bei Kondensatoren, bei denen der Belag nicht bis zum Ende des Dielektrikums reicht, mit der Wirkung, daß hierdurch der Verlustwinkel des Kondensators verbessert wird. Handelt es sich um Kupfer als Aufdampfmetall, so hat sich eine Behandlung mit einer angesäuerten Lösung von Kupfersulfat als besonders wirksam erwiesen.It is already known to cut from an output capacitor Individual capacitors to remove the bridges created during cutting to apply an acid or electrolytic treatment to the coverings. While however this treatment is used to eliminate short circuits between the coverings the purpose of the method on which the invention is based is an edge sharpness improvement for capacitors where the coating does not extend to the end of the dielectric, with the effect that the loss angle of the capacitor is thereby improved. If it is copper as vapor deposition metal, treatment with a acidified solution of copper sulfate proved particularly effective.

Die Behandlung der Beläge kann als weitere Maßnahme gemäß der Erfindung auch in einem galvanischen, die Belagdicke verstärkenden Bad unter Stromdurchgang erfolgen. Es wird dann zunächst eine im Verhältnis zur gewünschten Belagstärke dünne Grundschicht durch das an sich bekannte Aufdampfen des Metalls im Vakuum unter Verwendung von die Belegungsfläche abgrenzenden :Mitteln, z. B. Schablonen, auf das Dielektrikum aufgebracht und dann die Verstärkung .der Schicht in einem galvanischen Bad vorgenommen. Zwar ist es bereits bekannt Metallbelegungen auf Isolierstoffen galvanisch zu verstärken, beispielsweise Isolierstoffe, die mit Metall- oder Graphitpülver eingerieben und so oberflächlich leitend gemacht «-orden sind. Bei Herstellung von Schallplatten ist es auch bereits bekannt, mittels galvanischer Bäder ganz besonderer Zusammensetzung auf Wachsplatten aufgedampfte oder aufgestäubte Metallschichten zu verstärken, um Galvanos von der Platte herzustellen. Durch die besondere Zusammensetzung des Bades wird dabei erreicht, daß eine Benetzung der fettigen, aufgedampften oder aufgestäubten Metallschicht eintritt und damit ein galvanischer Niederschlag überhaupt erst möglich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren fordert im Gegensatz dazu keine galvanischen Bäder besonderer Zusammensetzung. Es verfolgt auch nicht den Zweck. der an sich bekannten galvanischen Verstärkung dünner leitender Schichten, wenn es auch vorteilhaft ist, die Metallschicht im Hochvakuum so dünn als möglich aufzudampfen, da die galvanische Aufbringung bequemer und wirtschaftlicher ist. In erster Linie gründet sich das erfindungsgemäße Verfahren auf die Erkenntnis, daß man die einen hohen Verlustwinkel verursachenden Randzonen von Metallaufdampfschichten auf dielektrisch an sich hervorragendem Material beseitigen kann, wenn man die bedampfte Folie als Kathode in ein,galvanisches Bad mit Metallanode bringt. Das Verfahren verfolgt also den Zweck, kleine Verlustwinkel zu erreichen, ein Zweck, der bei üblichen galvanischen Verstärkungen von leitenden Schichten auf Isolierstoffen, beispielsweise beim oben angeführten Schallplattenverfahren, überhaupt nicht in Frage kommen kann. Es wurde nämlich gefunden, daß im galvanischen Bad bei Stromdurchfluß ein Teil des in seiner Dicke abnehmenden Randes der Metallbelegung, der noch genügend kleinen elektrischen. Widerstand aufweist, durch Ionentransport verstärkt wird. Durch diese anfängliche Verstärkung nimmt der Widerstand dieses Bereiches sehr rasch ab, und nach kurzer Zeit ist kein wesentlicher Unterschied zwischen Randzone und innenliegenden Teilen des Metallbelages bezüglich seiner Dicke mehr festzustellen.. Der Teil der Randschicht, der zu hohen Widerstand aufweist, als daß noch eine Ionenleitung dorthin stattfinden könnte, -wird infolge der sauren oder alkalischen Natur des galvanischen Bades abgelöst.The treatment of the coverings can be used as a further measure according to the invention also in a galvanic bath, which increases the thickness of the covering, with the passage of electricity take place. It is then initially thin in relation to the desired thickness of the covering Base layer through the known per se vapor deposition of the metal in a vacuum using delimiting the occupancy area: means, e.g. B. stencils on the dielectric applied and then made the reinforcement .the layer in an electroplating bath. Although it is already known to galvanically reinforce metal coatings on insulating materials, For example, insulating materials that are rubbed in with metal or graphite powder and so superficially made to conduct "orders. When making records it is already known by means of galvanic baths with a very special composition To reinforce metal layers vapor-deposited or dusted on wax sheets in order to Manufacture galvanos from the plate. Due to the special composition of the bath is achieved that a wetting of the greasy, vaporized or dusted Metal layer occurs and thus galvanic precipitation is possible in the first place is. In contrast to this, the method according to the invention does not require any galvanic Baths of special composition. It doesn't have the purpose either. the in itself known galvanic reinforcement of thin conductive layers, albeit advantageous is to vaporize the metal layer in a high vacuum as thinly as possible, since the galvanic Application is more convenient and economical. First and foremost, this is founded Method according to the invention on the knowledge that one has a high loss angle causing edge zones of metal vapor deposition layers on dielectrically excellent Material can be eliminated if the vapor-deposited foil is used as a cathode in a galvanic Brings bath with metal anode. The aim of the method is to find small loss angles to achieve a purpose that with usual galvanic reinforcements of conductive Layers on insulating materials, for example in the above-mentioned recording process, out of the question at all. It has been found that in the galvanic Bath when current flows through a part of the edge of the metal coating, which is decreasing in thickness, the still small enough electric. Has resistance, due to ion transport is reinforced. With this initial gain, the resistance decreases Area very quickly, and after a short time there is no significant difference between the edge zone and inner parts of the metal covering with regard to its thickness more to determine .. The part of the edge layer that has too high resistance, than that an ionic conduction could take place there, - is due to the acidic or the alkaline nature of the electroplating bath.

Da es sich hier um sehr dünne Schichten, praktisch um einzelne nicht zusammenhängende Schichtteilchen handelt, ist dieser Prozeß meist gleichzeitig mit der galvanischen Verstärkung beendet, beispielsweise gilt dies für die Behandlung einer Kupferaufdampfscbicht in schwefelsaurem Kupferbad.Since these are very thin layers, practically not individual ones coherent layer particles are involved, this process is mostly simultaneous with the galvanic reinforcement ended, for example, this applies to the treatment a copper vapor deposition layer in a sulfuric acid copper bath.

Im einzelnen wird erfindungsgemäß so vorgegangen, daß die aufzudampfende Grundschicht vorzugsweise eine Schichtdicke von -weniger als 0,1 11 erhält. Eine bestimmte Mindestschichtdicke der aufgedampften Metallschicht muß jedoch eingehalten «erden, da die Haftfestigkeit der zusätzlich galvanisch aufgebrachten Schicht davon abhängt. Die Mindestschichtdicke hängt wiederum von der Art des aufgedampften Metalls und den Eigenschaften der 1>edampft:n Kunststoffolie ab. Bel der Bedarnpfun g von Polystyrolfolien mit Kupfer muß z. B. mindestens eine Dicke von o,o5 ,1c eingehalten «-erden. Die aufzudampfende Grundschicht ])raucht nicht notwendigerweise aus dem gleichen Metall zu bestehen wie die darüber aufgebrachte galvanische Verstärkungsschicht. Vielmehr kann z. B. im Hinblick auf die Haftfestigkeit auch ein anderes Metall für die Grundschicht verwendet werden. Ferner ist es besonders vorteilhaft, im Hochvakuum ein unedleres Metall, z. B. Kupfer, aufzudampfen und die bedampfte Folie nachher in eine Salzlösung eines edleren Metalls, z. B. Silber, zu bringen, wobei die Verstärkung des Belages mit dem edleren Metall ohne äußere Stromquelle nach dein bekannten Gesetz der elektrischen Spannungsreihe der- Metalle erfolgt und gleichzeitig bei entsprechender saurer oder basischer Natur des Bades die Beseitigung des unscharfen Randes erfolgen kann. Die beschriebene, teils auf dem Wege der Bedainpfung und teils im Flüssigkeitsbad mit oder ohne Stromdurchgang erfolgende Aufbringung der Metallschicht auf die Folie bringt erhebliche wirtschaftliche Vorteile mit sich, da, .abgesehen von der dabei erfolgenden Verbesserung der Randschärfe der B-läge, deren Aufbringung erheblich beschleunigt und verbilligt wird.In detail, the procedure according to the invention is that the to be evaporated Base layer preferably has a layer thickness of less than 0.111. One However, a certain minimum layer thickness of the vapor-deposited metal layer must be observed "earth, because the adhesive strength of the additional electroplated layer depends on it. The minimum layer thickness depends in turn on the type of metal and vapor deposited the properties of the 1> edampft: n plastic film. Regarding the needs of polystyrene foils with copper z. B. at least a thickness of o, o5, 1c adhered to «-erden. the base layer to be vapor deposited]) does not necessarily smoke from the same metal to exist like the galvanic reinforcement layer applied over it. Much more can e.g. B. in view of the adhesive strength also another metal for the base layer be used. It is also particularly advantageous to use a less noble Metal, e.g. B. copper, to evaporate and the evaporated foil afterwards in a salt solution a nobler metal, e.g. B. silver, to bring the reinforcement of the lining with the nobler metal without an external power source according to your well-known law of electrical power Voltage series of the metals takes place and at the same time with appropriate acidic or basic nature of the bath the removal of the fuzzy edge can be done. the described, partly on the way of the inoculation and partly in the liquid bath or application of the metal layer to the foil without the passage of current brings with it considerable economic advantages, as, apart from that subsequent improvement of the edge sharpness of the B-lay, their application considerably is accelerated and cheaper.

Die Erfindung sieht des weiteren vor, daß die Flüssigkeitsbehandlung zur Beseitigung der diffusen Randschicht sowohl mit wie auch ohne Stromdurchgang erfolgen kann. So kann z. B. der Aufdampfung eine kurze Flüssigkeitsbehandlung ohne Strom folgen und anschließend die galvanische Verstärkung des Belages vorgenommen werden.The invention further provides that the liquid treatment to remove the diffuse boundary layer both with and without current passage can be done. So z. B. the evaporation a short liquid treatment without Follow the current and then the galvanic reinforcement of the covering is carried out will.

Im übrigen kann diese stromlose Flüssigkeitsbehandlung in irgendeinem Stadium des Verfahrens, also sowohl unmittelbar nach der Aufbringung der Aufdampfschicht wie auch nach teilweiser oder vollständiger Aufbringung des galvanischen Belages erfolgen.Incidentally, this electroless liquid treatment can be in any of Stage of the process, i.e. both immediately after the application of the vapor deposition layer as well as after partial or complete application of the galvanic coating take place.

l-landelt es sich tim Folienbänder, die ein- oder zweiseitig unter Fortbewegung und unter Zuhilfenahme vorn Schichtbegrenzungsmitteln, wie z. B. Schablonen mit Metallbelägen, bedampft worden sind, so können solche Ränder erfindungsgemäß durch ein oder mehrere Bäder hindurchgezogen werden.l-ends up tim film strips that are one or two-sided under Movement and with the help of shift delimitation means, such as. B. stencils with metal coverings have been vapor-deposited, such edges can according to the invention be drawn through one or more baths.

Soll dabei die Behandlung unter Stromdurchgang erfolgen, so erfolgt erfindungsgemäß die Stromzuführung zu den Belägen außerhalb des Bades, um eine Ablagerung des Metalls an den Zuführungsteilen zti vermeiden. In einfacher Weise kann dabei die Stromzuführung am festen Ende der Folie erfolgen.If the treatment is to take place with the passage of current, then it takes place according to the invention the power supply to the coverings outside the bath to avoid a deposit of the metal on the feed parts. In a simple way you can do this the power supply takes place at the fixed end of the film.

Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, daß die .Stromzuführung über auf den Belägen ahrolleh.de metallische Walzen erfolgt.Another embodiment of the invention provides that the .Stromzuführ takes place via metallic rollers on the coverings ahrolleh.de.

Dabei könlic#i bei doppelseitig belegten Folien beide Seiten der Folie gleichzeitig behandelt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt bei der Verwendung der Folien zu Kondensatoren solche finit Verlustwinkeln, die denjenigen des Dielektrikunis gleichkommen. Die durch die erfindungsgemäße Flüssigkeitsbehandlung erzielte Verbesserung der Randschärfe der Beläge ist so erheblich, claß sich der Verlustwinkel einer Folie durch die Behandlung häufig um Zehnerpotenzen verbessert.In the case of foils covered on both sides, both sides of the foil can be used treated at the same time. The inventive method yields when used of the foils to capacitors have such finite loss angles as those of the dielectric unit equal. The improvement achieved by the liquid treatment according to the invention the sharpness of the edges of the coverings is so significant that the loss angle of a film can be reduced often improved by powers of ten as a result of the treatment.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for improving the edge sharpness fully on dielectrics, such as. B. the plastic known under the trade name Styroflex, applied by vapor deposition in a vacuum under the edge cover, z. B. copper or silver, characterized in that the resulting under the edge cover, high resistance metal coating either by treatment with the metal layer dissolving, weakly acidic or alkaline liquids, z. B. a solution of a salt of the coating metal, dissolved or reinforced by deposition of the coating metal or another metal from a working with or without the use of an external power source bath. Process for dissolving the metal coating of the edge layer according to claim 1, characterized in that, in the case of using copper as vapor deposition metal, the coating is treated with an acidic solution of copper sulfate. 3. A method for reinforcing the metal coating of the edge layer according to claim i, characterized in that, in the case of the use of copper as vapor deposition metal, the treatment of the coatings with a salt solution of a nobler metal which increases the coating thickness without current passage, e.g. B. silver takes place. Process for reinforcing the metal covering of the edge layer according to claims 1 and 3, characterized in that the treatment is carried out in a galvanic bath, which reinforces the covering thickness, with the passage of current. 5. A method for reinforcing the metal covering of the edge layer according to claim i, 3 and d, characterized in that the evaporation of the covering is carried out only up to a fraction of the desired covering thickness, while the remaining part of the layer is in a bath which increases the covering thickness, with or without Current passage, is applied as a precipitate. 6. A method for reinforcing the metal coating of the edge layer according to claim i and 3 to 5, characterized in that the vapor deposition of the metal takes place only up to a thickness of the coating of about o, 1, u. i. Method for reinforcing and / or dissolving the metal coating of the edge layer according to Claims 1 to 6, characterized in that the liquid treatment takes place both with a current shower and without current. 8. A method for reinforcing and / or dissolving the metal coating of the edge layer according to claim r to 7, characterized in that the treatment is carried out without the passage of current in any stage of the further treatment after the application of the vapor deposition layer. 9. Procedure. for reinforcing and / or dissolving the metal coating of the edge layer according to claim:. to 8, characterized in that while moving with an edge cover, one or two-sided vapor-coated film strips are drawn through at least one liquid bath. ro. Method for reinforcing the metal covering of the edge layer according to claims z and 3 to 9, characterized in that when pulling the foil strips vapor-deposited on one or both sides through a galvanic bath, the power is supplied outside the bath through contact with the foil covering. r z. Method for reinforcing the metal covering of the edge layer according to claim 9, characterized in that the power is supplied to the fixed end of the foil strip. 12. A method for reinforcing the metal coating of the edge layer according to claim g, characterized in that the power is supplied by means of rollers rolling on the metal coatings. 13. A method for reinforcing the, metal coating of the edge layer according to claim 1o to 12, characterized in that when passing double-sided vapor-deposited foils through an electroplating bath, the treatment of the two-sided coverings: takes place at the same time. 14. The method according to claim F to 13, characterized in that films treated in the liquid bath are subjected to an aftertreatment in a high vacuum to remove liquid residues. 15. Capacitor with metal coatings treated according to claims r to 14. Attached publications: Swiss patent specification No. 22,9 o55.