FI82565B - Foerfarande foer framstaellning av en termiskt stabiliserad plastfilmkondensator. - Google Patents

Description

1 82565

Menetelmä termisesti stabiloidun muovikalvokondensaattorin valmistamiseksi

Kun tekniikka, jossa elektroniikkakomponentteja pintakiinnite-tään alustoille, saa lisää hyväksymistä tämänpäivän markkinoilla ja jatkaa suosionsa kasvua rei1itettyjen piirilevyjen kokoamiseen verrattuna, keraamiset monikerroskondensaattorit saavat kasvavaa suosiota polymeereistä valmistettujen eriste-kondensaattorien kustannuksella. Tunnetun tekniikan mukaiset, polymeereistä valmistetut eristekondensaattorit, jotta ne olisivat sopivia pintakiinnityssovellutuksiin, täytyy suojata termisesti. Kuitenkin tällainen terminen suojaaminen tekee polymeereistä valmistetut eristekondensaattorit kooltaan suuremmiksi ja kalliimmiksi kuin samanarvoiset keraamiset monikerroskondensaattorit. Keraamiset monikerroskondensaattorit, elleivät ne joudu lämpöiskun alaiseksi, kestävät korkean lämpötilan juotosasennustekniikkaa, niitä alustalle kiinnitettäessä. Tällaisissa korkean lämpötilan asennustilanteissa keraamisten monikerroskondensaattorien arvo siirtyy ylöspäin, lämpötilan noustessa juotoksen aikana, ja sitten eksponentiaalisesti laskee useiden päivien pituisen periodin aikana, lasku-nopeuden riippuessa kulloisestakin kyseessä olevasta keramiikka-kappaleesta. Keraamiset kondensaattorit, koska niihin kohdistuu äärimmäisen korkeita lämpötiloja niiden valmistuksen aikana, eivät vaadi eristettyä päällystettä, niiden suojaamiseksi lämmön vaikutukselta, niin että ne ovat pieniä, ja niiden kustannukset pidetään alhaalla.

On hyvin tunnettua elektroniikkateollisuudessa, että polymeereistä valmistetut eristekondensaattorit, jotka yleisesti tunnetaan muovikalvokondensaattoreina, omaavat muutamia tärkeitä etuja keraamisiin monikerroskondensaattoreihin nähden. Esim. eristysvastus, kondensaattorin vastuksen mitta vuototien aikaansaamisessa, on yleensä korkeampi muovikalvokondensaatto-reissa, kuin samanarvoisissa ja -mittaisissa keraamisissa moni-kerroskondensaattoreissa.

2 82565

Lisäksi häviökerroin, kerroin, joka koskee energian hävikkiä kondensaattorista, on yleensä alempi muovikalvokondensaatto-reilla kuin samanarvoisilla ja -mittaisilla keraamisilla moni-kerroskondensaattoreilla.

Ehkä tärkein merkitys on muovikalvokondensaattorien kyvyssä palautua oikosulun sattuessa. Muovikalvokondensaattorit on päällystetty ohuilla metallielektrodeilla (yleensä alumiinia), jotka elektrodit höyrystyvät oikosulkualueella, oikosulun lopettamiseksi välittömästi ja kondensaattorin palautumiseksi. Keraamiset monikerroselektrodit ovat paksua kalvoa, ja ne eivät höyrysty ja palaudu itsestään. Tuloksena tästä keraamiset moni-kerrososat, oikosuljettuina, voivat kehittää suuria määriä energiaa, joka energia joskus ilmenee kuumuutena, joka on riittävä aiheuttamaan tulipaloja laitteistossa.

Siten olisi äärettömän arvokasta elektroniikkateollisuudelle, jos voitaisiin valmistaa muovikalvokondensaattori kaikkine etuineen keraamisiin monikerroskondensaattoreihin nähden, joka kestäisi automaattisen juotostekniikan rasituksia ja kohonneita lämpötiloja, elektroniikkakomponenttien pintakiinnityksessä suuren volyymin tuotanto-operaatioissa.

Tämä keksintö on kohdistettu menetelmään juuri tällaisen muovi-kalvokondensaattorin valmistamiseksi, joka voidaan pintakiin-nittää alustalle, käyttäen automaattista juotostekniikkaa, joka nykyään tunnetaan teollisuudessa, ja joka juotostekniikka käsittää olennaisesti korkeampia lämpötiloja, kuin aikaisemmin ajateltiin olevan mahdollista käyttää muovikalvokondensaatto-reille.

Keksintö on menetelmä kapasitiivisen rakenteen valmistamiseksi, jossa on vaihdellen muovikalvokerroksia ja sähköisesti johtavaa ainetta, kapasitiivisen stabiliteetin lisäämiseksi kapasitiivi-sessa rakenteessa, korkeammassa lämpötilassa, jollaista käytetään automaattisissa pintakiinnitysjuotosoperaatioissa. Kek-;; sinnössä käytetään, sen edullisessa suoritusmuodossa menetelmää,

II

3 82565 jossa kapasitiivinen rakenne käsittää muovikalvoeristeaineen, jossa molekyylisidokset on suunnattu ensimmäisen akselin ja toisen akselin suuntaan, kuten polyetyleenitereftalaatissa. Polyetyleenitereftalaattikalvo tunnetaan laajasti elektroniikkateollisuudessa nimellä MYLAI^ (MYLA^^on yhtiön E.I. DuPont DeNemours Corp. rekisteröity tavaramerkki).

Tämä keksintö käsittää kapasitiivisen rakenteen lämpötilan nostamisen ympäristön lämpötilasta käsittelylämpötilaan, joka käsittelylämpötila on riittävän korkea muovikalvoeristeaineessa olevien molekyylisidosten tekemiseksi satunnaisiksi. Kapasi-tiivista laitetta pidetään sitten tässä käsittelylämpötilassa käsittelyajan, joka on riittävä aikaansaamaan satunnaiseksi tekemisen olennaisesti kaikissa molekyylisidoksissa muovikalvoeristeaineessa, ja kapasitiivisen rakenteen annetaan sitten jäähtyä olennaisesti ympäröivään lämpötilaan.

Tämän keksinnön edullisessa suoritusmuodossa puristava voima kohdistetaan akselin suunnassa, joka on olennaisesti kohtisuorassa molekyylisidosten kahteen akseliin nähden, muovikalvoeristeaineessa, ennen kapasitiivisen rakenteen lämpötilan kohottamista ympäröivästä lämpötilasta käsittelylämpötilaan, ja tätä puristavaa voimaa ylläpidetään prosessin ajan siihen asti, kunnes kapasitiivinen rakenne olennaisesti jäähtyy ympäröivään lämpötilaan.

Sen tähden tämän keksinnön kohteena on aikaansaada menetelmä muovikalvokondensaattorin valmistamiseksi, tämän kondensaattorin termisen stabiliteetin lisäämiseksi, ja sen tekemiseksi kykeneväksi kestämään rasituksia ja korotettuja lämpötiloja tekniikassa, jota käytetään kondensaattorien pintakiinnityksen yhteydessä käytetyssä tekniikassa, alustoille, tuotannon suurilla määrillä.

Tämän keksinnön eräänä toisena kohteena on aikaansaada menetelmä muovikalvokondensaattorin valmistamiseksi, tämän kondensaattorin tekemiseksi kapasitiivisesti stabiiliksi korkeissa 4 82565 lämpötiloissa, joita käytetään automaattisessa valmistustekniikassa, jota käytetään kondensaattorien pintakiinnityksessä alustoille, tuotannon suurilla määrillä.

Tämän keksinnön muut kohteet ja piirteet ilmenevät seuraavasta kuvauksesta ja patenttivaatimuksista, kun ne huomioidaan oheisen piirustuksen yhteydessä, joka kuvaa keksinnön edullista suoritusmuotoa.

Kuvio 1 on kaavamainen perspektiivikuva sentyyppisestä kapasi-tiivisesta rakenteesta, joka on edullinen valmistettavaksi tämän keksinnön menetelmällä.

Kuvio 2 on sivukuva kuviossa 1 esitetystä kapasitiivisesta rakenteesta, nähtynä oikealta puolelta kuviossa 1.

Kuvio 3 on vuokaavio tämän keksinnön vaihtoehtoisesta suoritusmuodosta.

Kuvio 4 on vuokaavio tämän keksinnön edullisesta suoritusmuodosta.

Viitaten kuvioon 1, siinä esitetään muovikalvokondensaattori 10. Kondensaattori 10 sisältää kerrostetun rakenteen 12, joka on valmistettu useista muovikalvon ja sähköisesti johtavan aineen (ei esitetty) vaihtelevista kerroksista. Kondensaattorilla • 10 on sähköiset navat 14 ja 16, sähköisen kytkennän aikaansaa- : miseksi kerrostettuun rakenteeseen 12 tavalla, joka on sopiva aikaansaamaan kapasitiivisen rakenteen. Muovikalvo, jota käytetään kerrostetussa rakenteessa 12, on suunnattu molekyylisi-doksiltaan kahden akselin 18 ja 20 suuntaan.

Lisäksi kuviosta 1 käy ilmi kondensaattorin 10 mitat: pituus L, leveys W ja paksuus T.

' Viitaten kuvioon 2, jossa keksinnön selvää ymmärtämistä varten samanlaiset elementit on merkitty samoilla viitenumeroilla, on esitetty sivukuva kuviosta 1, nähtynä kuvion 1 oikealta puolelta.

Il 5 82565

Kun kondensaattori 10 puristetaan tämän keksinnön mukaisesti, kondensaattoriin 10 edullisesti kohdistetaan puristava voima F ja sen lämpötila nostetaan käsittelylämpötilaan, joka on riittävän korkea molekyylisidosten tekemiseksi satunnaisiksi akselien 18 ja 20 suunnassa.

Kondensaattorissa 10 käytetyn muovikalvon valmistuksen aikana kalvo suunnataan kaksiakselisesti pituuden L ja leveyden W mukaan tavalla, jolloin kalvoa samanaikaisesti venytetään siten, että suhde pituuden muutoksen (L/L) ja leveyden muutoksen (W/W) välillä on vakio. Tällaisen käsitellyn kalvon arkki, metalloituna, aikaansaa eristekalvon, jossa eristevakio K ja kapasitanssi, kondensaattoritekniikassa hyvin tunnetun kaavan mukaan, on:

c = KLW T

jossa L, W ja T ovat vastaavasti arkin pituus, leveys ja paksuus. Edellä oleva kaava myös ilmaisee kuviossa 1 esitetyn kondensaattorin 10 kapasitanssin, jossa L, W ja T ovat vastaavasti kondensaattorin 10 pituus, leveys ja paksuus.

Jos kiinnittämätöntä levyä tai arkkia, tai kiinnittämätöntä kondensaattoria 10 kuumennetaan, se kutistuu. Kuitenkin sen alku-tilavuuden täytyy olla yhtä suuri kuin sen lopputilavuus, sillä L;n jaW:n täytyy kutistua suhteessa niiden alkumittoihin, ja T:n vastaavasti kasvaa, tilavuuden pysymiseksi vakiona. L:n ja W:n näin vähentyessä ja T:n samanaikaisesti kasvaessa täytyy, selvästi edellä olevan kaavan mukaisesti, kondensaattorin 10 kapasitanssin vähetä.

Tämän keksinnön ensimmäinen suoritusmuoto käsittää juuri tällaisen prosessin. Ensimmäisenä askeleena tämän keksinnön menetelmän suorittamiseksi on, että kondensaattori 10 täytyy rakentaa siten, että kapasitanssi on suurempi kuin lopputuotteen haluttu kapasitanssi. Tällaiseksi (suuremmaksi) alkukapasitans-siksi valittaisiin tietty kapasitiivinen arvo, joka olisi halutun lopputuotteen kapasitanssin yläpuolella, ja joka perustuisi 6 82565 kokemusperäiseen tietoon, poimittuna tämän keksinnön menetelmän kokeellisesta käytännöstä. (Korkeamman) alkukapasitanssin tarkoituksena on arvioida tarkkaan edellä kuvattu kapasitanssin väheneminen, joka tapahtuu seurauksena kondensaattorin 10 kuumentamisesta ja sen seurauksena tapahtuvasta L:n ja W:n kutistumisesta ja vastaavasta T:n kasvamisesta.

Viittaamme nyt kuvioon 3, kun on valittu monikerroksinen muovi-rakenne (lohko 22), jolla on sopiva (suurempi) kapasitanssi, kondensaattorin 10 lämpötila nostetaan sitten käsittelylämpö-tilaan (lohko 24), joka käsittelylämpötila on riittävän korkea tekemään molekyylisidokset, jotka ovat suuntautuneet akselien 18 ja 20 suuntiin kuviossa 1,suunnaltaan satunnaisiksi. Tietenkin käsittelylämpötilan täytyy pysyä sen tason alapuolella, jossa kondensaattori 10 tuhoutuisi. On tunnettua, että MYLAI^-muovikalvo sulaa n. 250°C:n lämpötilassa. Sopivan lämpötilan tämän keksinnön käsittelylämpötilaksi on havaittu olevan 205°C; tätä keksintöä ei tarkoiteta rajoitettavaksi tähän käsittely-lämpötilaan.

Sen jälkeen kun kondensaattorin 10 lämpötila on nostettu käsitte-lylämpötilaan (lohko 24 kuviossa 3), se pidetään tässä käsitte-lylämpötilassa riittävän ajan, olennaisesti kaikkien molekyyli-sidosten suunnaltaan satunnaisiksi tekemiseksi kondensaattorin 10 kerrostetussa rakenteessa 12. Tätä menetelmän vaihetta merkitään lohkolla 26 kuviossa 3. On huomattu, että sopiva käsittelyaika lohkossa 26 merkityn vaiheen suorittamiseksi kuviossa 3, on yleensä kaksi tuntia; kuitenkaan ei ole tarkoitus tietenkään, että keksinnön tässä esitettyä laajuutta rajoitetaan tähän käsittelyaikaan.

Käsittelyäjän loputtua ja siten kuvion 3 lohkossa 26 esitetyn vaiheen päättämiseksi, kondensaattorin 10 annetaan jäähtyä (lohko 28 kuviossa 3) sen alkuperäiseen ympäristön lämpötilaan, joka siten päättää prosessin.

7 82565 Tämän keksinnön menetelmän edullisessa suoritusmuodossa pidä-tysvoima F (ks. kuvio 2) kohdistetaan kondensaattoriin 10, sen kuumentamisen aikana sen käsittelylämpötilaan, ja koko sen käsittelyajan, paksuuden T kasvun estämiseksi, kun kalvoa kuumennetaan. Pidätysvoima F kohdistetaan akselin suunnassa, joka on olennaisesti kohtisuorassa akselien 18 ja 20 määrittämän tason suhteen, ja sitä säädetään tasolle, jolla estetään muovikalvoa puristumasta ulos käsittelylämpötilassa.

Paksuuden T tämän pidättämisen vaikutus tämän keksinnön menetelmän suorittamisen aikana on todella hämmästyttävä. Koska paksuus T ei voi kasvaa, johtuen puristavasta voimasta F, ei pituus L eikä leveys W kondensaattorissa 10 voi vähetä, koska kondensaattorin 10 tilavuuden täytyy pysyä samana. Siten, viitaten edellä olevaan kaavaan, kapasitanssi ei muutu, kun kalvoon kohdistetaan sen käsittelylämpötila, ja molekyylisi-dokset tehdään suunnaltaan satunnaisiksi.

Siten kalvon "muisti" sen alkuperäisestä kaksiakselisesta suuntautumisesta pyyhitään pois. Sen jälkeen kalvon lämpötila voidaan nostaa ainakin käsittelylämpötilaan, sen käsittelyä edelleen jatkettaessa ja sitä kiinnitettäessä alustaan elektronisessa piirissä, kutistumisen ollessa vähäinen tai olematon pituudessa L ja leveydessä W, vieläpä paksuuden T pidätyksen poissaollessa, tällaisen lisäkäsittelyn tai kiinnityksen aikana. Kondensaattorin 10 muovikalvo, kun siihen kohdistetaan tämän keksinnön menetelmän käsittely, karsitaan muistiltaan, sen kutistamiseksi lisää lämpötiloissa ainakin käsittelylämpötilaan saakka.

Tämän keksinnön edullisen suoritusmuodon tärkeänä johtopäätöksenä on, että kondensaattoria 10 ei tarvitse konstruoida suuremmalle kapasitanssille kuin halutun lopputuotteen kapasitanssi, odotettaessa kapasitanssin laskua käsittelyn aikana. Pidättämällä paksuutta T puristavalla voimalla F, kapasitanssia estetään muuttumasta käsittelyn aikana tämän keksinnön tällä edullisella suoritusmuodolla.

8 82565

Siten, viitaten kuvioon 4, tuotetaan monikerroksinen muovirakenne, kuten muovikalvokondensaattori 10 kuvion 1 mukaisesti, jolla on haluttu kapasitanssi lopputuotteessa (lohko 30 kuviossa 4) .

Kondensaattorille 10 sitten kohdistetaan puristava voima F, joka pidättää sen paksuuden T, kuten nähdään kuviossa 2, jota edustaa lohko 32 kuviossa 4.

Puristava voima F vielä kohdistettuna, kondensaattorin 10 lämpötila nostetaan sitten käsittelylämpötilaan (lohko 34 kuviossa 4), joka käsittelylämpötila on riittävän korkea tekemään molekyylisidokset suunnaltaan satunnaisiksi kondensaattorin 10 muovikalvossa, jotka ovat suuntautuneet akselien 18 ja 20 suuntaan kuviossa 1.

Kondensaattori 10 pidetään käsittelylämpötilassa käsittely-ajan, joka on riittävä aikaansaamaan olennaisesti kaikkien molekyylisidosten tekemisen suunnaltaan satunnaisiksi kondensaattorin 10 muovikalvossa (lohko 36 kuviossa 4). Puristava voima F ylläpidetään kondensaattorin 10 paksuuden T rajoittamiseksi läpi käsittelyäjän, jota edustaa lohko 36 kuviossa.

Edustava lämpötila käsittelylämpötilalle tämän keksinnön tässä edullisessa suoritusmuodossa on 205°C, ja edustava käsittelyaika tämän keksinnön tälle edulliselle suoritusmuodolle on kaksi tuntia; kuitenkin tämän julkaisun tarkoituksena ei ole mitenkään rajoittaa tätä käsittelylämpötilaa tai tätä käsittelyaikaa.

Käsittelyäjän loputtua kondensaattorin 10 annetaan jäähtyä sen alkuperäiseen ympäröivään lämpötilaan (lohko 38 kuviossa 4), ja sen jälkeen kun kondensaattori 10 on jäähtynyt sen alkuperäiseen ympäröivään lämpötilaan, puristava voima F poistetaan siitä (lohko 40 kuviossa 4). Käsittelyprosessi on näin päättynyt .

Il 9 82565

Esimerkkinä oleva kapasitiivinen laite, jota on käytetty kuvaamaan tämän keksinnön menetelmän sovellutusta, on ollut samansuuntaisten levyjen lohkon muovikalvokondensaattori. Edellä kuvatun keksinnön menetelmän molempia suoritusmuotoja voidaan menestyksellisesti soveltaa samankeskisesti kehityn tai kierretyn tyyppiseen kondensaattoriin, aikaansaamaan samat edut kapa-sitiivisesta stabiloinnista kohotetuissa lämpötiloissa.

Muutamia käytännöllisiä eroja menetelmissä menetelmän vaiheiden saavuttamiseksi, kussakin sen suoritusmuodossa, olisi välttämätöntä, sovellettaessa menetelmää tällaisiin kehittyihin tai kierrettyihin kondensaattoreihin, mutta menetelmä itsessään jäisi muuttumattomaksi. Esim. koska kierretyssä kondensaattorissa (myös litistämisen jälkeen poikkileikkausmuodoltaan soikeaksi, joka joskus suoritetaan) on pyöristettyjä osia, joihin olisi vaikeata tasaisesti kohdistaa puristavaa voimaa F akselin suunnassa, joka on olennaisesti kohtisuorassa tasoon nähden, jonka määrittävät molekyylisidosten akselit 18 ja 20, joka puolella kierrettyä kondensaattoria. Käytännöllinen ratkaisu on tietenkin puristaa kierretty kondensaattori kahden jäykän levyn väliin voimalla F, ja sitten sijoittaa näin puristettu, nyt varmasti poikkileikkaukseltaan soikea kondensaattori nesteeseen, isostaattisen paineen alaisena, joka on yhtä suuri kuin puristava voima F, ja ylläpitää käsittelylämpötilaa.

Niin kauan kuin isostaattinen paine on kohotettu sopivalle tasolle, joka on olennaisesti yhtä suuri kuin voima F, ennen nesteen lämpötilan nostamista käsittelylämpötilaan, kondensaattori stabiloidaan termisesti, kuten edellä on kuvattu samansuuntaisten levyjen lohkon muovikalvokondensaattorien yhteydessä. Jos nesteen lämpötila nostetaan, ennen kuin ennakolta määrätty isostaattinen paine on saavutettu, kondensaattorin muovikalvo kutistuu pituudeltaan ja leveydeltään, ja siten kasvaa paksuudeltaan ja menettää kapasitanssia, ennen kuin paine kohdistetaan.

10 82565

Varmasti tämän keksinnön ensimmäinen suoritusesimerkki (kuten esitetään kuviossa 3), voitaisiin suorittaa vielä yksinkertaisemmin kierretylle kondensaattorille, sillä siinä ei ole esitetty käytännöllisiä ohjeita, miten puristava voima F kohdistetaan kaikkialla olennaisen kohtisuoraan tasoille, jotka molekyy-lisidosten akselit 18 ja 20 määrittävät.

On ymmärrettävä, että vaikka yksityiskohtainen piirustus ja erityiset esimerkit kuvaavat keksinnön erityisiä suoritusmuotoja, ne on tarkoitettu vain kuvaamista varten, ja että keksinnön menetelmä ei ole rajoitettu esitettyihin tarkkoihin yksityiskohtiin ja olosuhteisiin, ja että erilaisia muutoksia voidaan tehdä niissä, poikkeamatta keksinnön hengestä, joka määritetään seuraavissa patenttivaatimuksissa.

Claims (5)

1. Menetelmä kerrostetun rakenteen (12) käsittelemiseksi, joka käsittää vaihtelevasti muovikalvon ja sähköisesti johtavat kerrokset, sanotun rakenteen termisen stabiliteetin lisäämiseksi, molekyylisidosten sanotussa muovikalvossa ollessa suuntautuneet ensimmäisen akselin ja toisen akselin suuntaan, joka menetelmä käsittää vaiheinaan: puristavan voiman kohdistamisen mainittuun rakenteeseen; mainitun rakenteen lämmittämisen ympäröivästä lämpötilasta kohotettuun lämpötilaan, samalla kun ylläpidetään mainittuun rakenteeseen kohdistettua puristavaa voimaa, kohotetun lämpötilan ollessa riittävän korkea tekemään sanotut mole-kyylisidokset suunnaltaan satunnaisiksi; ja mainitun rakenteen ylläpitämisen kohotetussa lämpötilassa ja puristavan voiman alaisena käsittelyäjän, joka on riittävä aikaansaamaan olennaisesti kaikkien sanottujen molekyylisidosten sanotun suunnaltaan satunnaiseksi tekemisen sanotussa rakenteessa, tunnettu siitä, että puristava voima kohdistetaan kolmannen akselin suunnassa, joka on olennaisesti kohtisuorassa ensimmäiseen ja toiseen akseliin nähden koko kerrostetun rakenteen alueella; että puristava voima valitaan pitämään muovikalvon paksuus vakiona koko käsittelyn ajan; ja että rakenteen annetaan oleellisesti jäähtyä ympäröivään lämpötilaan ennen kuin puristava voima poistetaan siitä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kerrostettu rakenne (12) on kapasitiivinen rakenne (10), joka käsittää muovikalvon muodossa olevan dielektrisen aineen ja sähköisesti johtavan aineen vaihtele-via kerroksia ja jossa kapasitiivinen rakenne käsitellään sen kapasitiivisen stabiliteetin lisäämiseksi kohotetussa lämpötilassa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käsittelylämpötila on alempi tai yhtä korkea kuin sanottu kohotettu lämpötila, jossa rakenteen tai laitteen tulee olla stabiili. 12 82565

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käsittelylämpötila on yhtä korkea tai korkeampi kuin kohotettu lämpötila, jossa rakenteen tai laitteen tulee olla stabiili.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottu muovikalvo on polyetylee-nitereftalaattikalvo.